CN1650142A - 热交换器,尤其是中冷器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于汽车的热交换器，至少有一个的收集箱和一个含多根管子的管束，其中所述至少一个收集箱具有一个带有开孔的管底板，管束中的管子可插入该开孔中，其至少一个管子具有至少一个双壁结构，在至少一个区域，插入管底板的开孔中。

Description

热交换器，尤其是中冷器

技术领域

本发明为一种热交换器，特别是用于机动车的中冷器(Ladeluftkühler)。

背景技术

为了提高内燃发动机的功率，用于点火的空气在进入内燃发动机的燃烧室前，可以通过涡轮式增压器对其进行压缩。但是，空气在被压缩的同时也会带来其自身温度的升高，而这对于燃烧过程的进行是不利的。比如，这会导致过早点火或一氧化氮排发量增加。为了避免燃烧所引起的空气过热所带来的负面影响，在涡轮式压缩机的后面接了一个起空气冷却器作用的热交换器，通过它来使经压缩的空气的温度在燃烧前下降到允许的温度水平。

在德国专利申请DE19757034A1中对这种中冷器进行了示例性描述。

在该热交换器中，热空气被导入热交换器的第一个收集管，在管中分散并流入与收集管连接的扁平管。扁平管并排布置，同时其横截面上较长的一边所在的侧面相互平行布置，从而形成空气流动的通道，而冷气就由此通道进入。在通道中，扁平管间装有散热片，它能实现扁平管和冷却气流之间进行有效的热交换。在冷却气流流经过后，扁平管终止于第二根收集管上，该收集管将流入其内的经冷却和压缩的空气送入内燃发动机中燃烧。

在热交换器中，尤其是在这种中冷器中，扁平管通常都插入管底板的孔中，同时做水密性焊接。每次充入压缩空气时，由于压力变化快，焊缝都要承受高的机械载荷。特别是扁平管的窄面无法满足高的强度要求，从而导致扁平管和管底板部的连接部位的边角处发生泄露情况。

要提高管子与底部连接的紧密性的一个简单方法，就是使用壁厚更大的的管子，或者使用材料强度更高的外和/或内散热片。在上述两种情况中，增加的机械稳定性都很不错，但是因此造成材料成本和重量显著增加。

另外的解决方法则是通过降低管子和底部连接的机械载荷。例如通过在充气箱中使用拉簧片。这些拉簧片可以使充气箱稳定并且减少对管子和底部连接造成的载荷，但是会导致中冷器的压力损失升高。

发明内容

本发明旨在使热交换器在使用较少材料的情况下获得管子和底板间连接的高机械强度同时使压力损耗不增加或增加极少量。

上述目的将通过具有权利要求1的特征的热交换器来实现。

根据权利要求1，使用本发明的热交换器应至少有一个带至少一个腔室的箱体来分散和/或收集流入的物质，并且包含有形成管束的多根管子。

本发明中的管束是由并列排放的管子组成。管束可以为单排或多排。

箱体至少有一块带孔的底板，管子可以插入到孔中，以便与一个或多个腔室连通。根据本发明，至少有一根管子在其插入到管底板上的孔的范围内为双壁结构。这样才能确保管子和管底板的焊接牢固，也满足了对机械稳定性的更高要求。当这个至少为双壁的管子区域局限于管底板孔的一个区域，或者仅超出该区域很小范围时，与单壁管相比，耗材少，费用低。从强度方面考虑，将双壁管区域加以限制是可行的。因为对管底板孔区域外的管子的牢固程度要求通常较低，因此在那些区域使用单壁管就足够了。

本发明中的管壁是三维结构，它或通过一个内表面或内壁与管子内部空间相衔接，或通过一个外表面和外壁面与外部空间或环境相衔接。双壁管有两个这样的壁，也就是一个内壁和一个外壁，内壁的外表面和外壁的内表面相对。在一个双壁的区域，内壁或外壁可以不连续，即不必完全封闭。

为在使用本发明的热交换器的较佳结构模式中进一步提高采用至少双壁的管子区域的稳定作用，一个内管壁的外表面应和一个外管壁的内表面相接触。尤其提倡将内管壁与外管壁焊接。

根据采用本发明的热交换器的一个较佳形式，内管壁或外管壁由一条带钢加工成型。当套管的形状与至少单壁的管子相配时，一个这样形成的套管可以推入一根现有的至少单壁的管子中或者插入一根至少单壁的管子中，从而可以轻松地形成一个至少双壁的区域。该套管的制作和安装非常简单，所以成本也很低廉。

根据采用本发明的热交换器的另一个较佳形式，一个内管壁或者一个外管壁是通过一个挤压模加工成型。如果该挤压模的厚度在一定范围内可选，就可以制造出壁厚可满足强度要求的至少双壁的管子，同时在受负荷较小的部位可以节省材料，相比之下，壁厚不变的管子则无法做到这一点。可以将挤压成型的套管外壳推入一根现有的至少单壁的管子中或者插入一根至少单壁的管子中，从而可以轻松地构造一个至少双壁的区域。

根据采用本发明的热交换器的一个较佳形式，这个至少双壁的管子为扁平管和/或多边管。尤其当采用多边管时，可以通过简单地对带钢进行折叠，使用来推入或插入的套管形状与管壁的形状相配合，且成本低廉。

根据一个较佳形式，这个至少双壁的管子至少有一个连接条，连接一个内壁中相对的区域。这样的连接件对管子起到进一步加强的作用，使至少双壁的区域增加了强度。因此可以在不影响管子与底板连接强度的同时，减少内壁或外壁的厚度。根据改进结构，至少通过一个连接条与内壁连成一体，尤其是通过带钢的折叠形成相应形状的套管外壳。在这种情况下，相对于无连接条的管壁而言，连接条不需要额外的安装步骤。

根据较佳的实施例，内壁在其外表面上有凹陷，如加强筋。这样的加强筋一方面有助于增加内壁的强度，另一方面当外壁上有隆起时，比如焊缝所引起的隆起，它能使内壁更精确地与外壁匹配。

在本发明的较佳改进中，内壁的外表面凹陷呈曲线形式。也就是说，该凹陷的深度和/或宽度是沿着纵向递减的。在插入至少单壁的管中后，如果呈曲线形式的凹陷受到拉力的作用时，内壁卡在管子中，无法掉出，从而提高制造安全性。

根据应用本发明的热交换器的较佳结构，一根管子的外壁通过至少一个连接件与一根相邻管子的至少一个外表面连接。尤其窄面需要特别高的稳定度的扁平管，只需在窄面的区域内采用至少双壁结构就可以了。把一个外壁安装到一根至少单壁的管子上很有好处。如果多根管子的外壁相互连接，可以在一个工作步骤里将这些外壁安装到至少为单壁的管子上，这样就降低了安装的成本。

本发明的一个非常突出的改进设计是将带有至少两根管子的外壁通过至少一个连接件连成一体，以进一步简化其制造工艺。由带钢加工成型且带有至少两根管子的外壁和至少一个连接件的结构特别简单且价格便宜，可以非常简单地逐步与至少单壁的管子形状匹配。然后将与带钢相匹配的部分安装在至少单壁的管子上，如有必要，与后者焊接，形成至少双壁的区域。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步阐述：

图1为本发明热交换器一根管子的截面图；

图2为一根管子的内壁的透视图；

图3为热交换器一个管子的内壁的透视图；

图4为一台剖开的热交换器的局部透视图；

图5为热交换器的局部纵断面图。

具体实施方式

图1展示的是一个采用本发明热交换器的一根至少双壁的管子的截面图。该四角管5由一个外壁10和一个内壁20组成，而外壁10的内表面30与内壁20的外表面40焊接在一起。

因为在多边扁平管中，比如在热交换器，尤其是中冷器的四角管5中，最大的机械载荷发生在窄面50和60处，尤其是角70、80、90和100的区域，在外壁10的内表面30和内壁20的外表面40之间的钎焊点非常有好处。内壁20由此由焊接的带钢折叠成一个外壳，这个外壳在焊接前可以插入外壁10，这样外壁10的内表面30基本沿着管子的边与内壁20的外表面40相接触。

带钢的端部区域110和120经过变形，使其可以相互以及和内壁20的内表面130的一个对立面焊接，这样它们共同构成一个连接件140，该连接件使内壁20的对立宽面150和160相互连接。因此四角管5在双壁区域更加稳定。

图2展示的是挤压外壳所组成的内壁210的透视图。它可以推入一根非对立的单壁管中，以形成采用本发明的热交换器的一根管子的一个双壁区域。内壁210的外表面220的内表面形状与一个未绘出的外壁相匹配，而内壁210的边角区域230，240，250和260则做了加强。因为它们在热交换器的工作过程中将承受特殊的机械负荷。在受压不大的区域，如宽面270和280，内壁210比较薄，这样可以节省材料。为了提高稳定性，宽面270和280通过连接件290，300和310相互连接。

图3是一个采用本热交换器的一根具有至少双壁的管子的一个内壁410的另一个实施例的透视图。内壁410和图1的实施例中的内壁20一样，由一块焊接的带钢折叠成一个外壳，具有一个有稳定作用的连接件420。

该外壳的窄面440和450有加强配筋460和470。它们一方面加固了内壁410，从而更加稳定了图未示的至少双壁的管子，另外还防止外壳在推入外壁时被外壁的内表面上的隆起，比如焊缝卡住。

这种实施例的一个特殊优点是内壁410有可能借助于未绘出的冲头插入一根至少单壁的管子，形成至少双壁的区域。而该冲头的外表面大部分拥有内壁410的内表面430的形状。如果冲头外表面的配筋是斜向的，也就是说，它在纵向上越来越窄和/或越来越低，在这一过程中内壁410的配筋460和470将被向外压，因此可以加宽窄面440和450。由于此后内壁被卡在外壁里，在焊接过程前可以防止其从外壁掉出，从而增加了生产的安全性。

图4展示的是采用本发明的热交换器的一个较佳实施例的局部透视剖面图。热交换器610有一个腔体620，它由一个管底板630和一个外壳盖640组成，在腔体620的内部有一个腔室650，它起分配需冷却的介质-比如空气的作用。管子670穿插在管底板上的孔630上，管子的端部680为双壁结构。通过与管子端部680相对的端部690，管子670接入一个管底板700所引出(angedueteten)的腔体，此腔体被用来收集需冷却的介质。该冷却介质-例如空气穿过管子之间的空隙-此处装有用于增加热量传递的波纹片710。

图5展示的是采用本发明的热交换器的另一个较佳实施例的纵断面图。同图4所展示的示例一样，管子820在热交换器810中插入管底板850和860的开口830和840，而为了更好地在管子820间进行热量传递，又安装了波纹片870。在管底板孔830和840的范围内，将套管880和890作为内壁插入管端部900和910，这样管子820在管底板850和860的焊接区域形成双壁结构。因为管子820的大部分区域920仍然是单壁的，所以通过少量的材料花费，这些在密封性和强度方面脆弱的管子区域得到了加强，

上述发明通过将机动车中冷器作为实例进行描述。但是，应指出，采用本发明的热交换器也适用于其它用途。

Claims (13)

1.热交换器，尤其是机动车中冷器，至少有一个带有一个或数个燃烧室的箱体来分散和/或收集流入的物质，并且有至少一个含多根管子的管束与一个或数个燃烧室连通，上述箱体包括带有开孔的管底板，管束中的管子可插入该开孔，其特征为，在至少一个区域的至少一根插入管底板开孔的管子至少为双壁结构。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征为，至少一根管子的一个内壁至少部分贴着至少一根管子的一个外壁。

3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征为，内壁与外壁至少局部焊接。

4.根据权利要求1-3之一所述的热交换器，其特征为，至少一根管子的一个内壁或外壁由成形的带钢构成。

5.根据权利要求1-3之一所述的热交换器，其特征为，至少一根管子的一个内壁或外壁由挤压形材构成。

6.根据权利要求1-5之一所述的热交换器，其特征为，至少一根管子由扁平管和/或多边管构成。

7.根据权利要求1-6之一所述的热交换器，其特征为，该至少一根的管子至少有一个连接件将一个内壁的对立区域相互连接。

8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征为，至少一个连接件与所述内壁连结在一起。

9.根据权利要求1-8之一所述的热交换器，其特征为，一个内壁在其外表面有凹陷。

10.根据权利要求9所述的热交换器，其特征为，凹陷为纵向的，凹陷的深度和/或宽度沿着凹陷的纵向逐渐减少。

11.根据权利要求1-4之一所述的热交换器，其特征为，一根管子的外壁至少通过一个连接介质与至少一根相邻的管子的至少一个外壁相连接。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征为，至少两根管子的外壁与至少一种连接介质连为一体。

13.根据权利要求12所述的热交换器，其特征为，至少两根管子的外壁与至少一种连接介质连接，该介质为成形带钢。

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