CN1720423A - 热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有管子和集液器的热交换器。所述集液器具有一个管子底板，它具有一个供管子插入的开口和折角或弯圆弧形的侧面区。
Description
技术领域
本发明提供一种热交换器，尤其用于汽车上的增压空气冷却器。
背景技术
为了提高内燃机的功率，在输入内燃机的燃烧室之前，供燃烧的空气由涡轮压缩器压缩。同时该压缩的空气升温，这对于燃烧过程中所要求的最佳排放是有害的。如这样会引起内燃机过早点燃，并提高了氮氧化物的排放量。为了避免过热的空气过早燃烧的缺点，将一个作为增压空气冷却器的热交换器接入涡轮压缩器，使得该压缩空气在燃烧之前被冷却至一个允许的温度。
这种增压空气冷却器在德国专利197 57 034 A1中公开过。其中该加热的空气被引入该热交换器的第一集流槽，在此处分流，并流进接入集流槽的扁管中。该扁管是相邻的，并且该扁管各按其横截面中较长边所在的平面相互平行布置，并构成流路，使被冷却过的空气流通。该流路中，在扁管之间，布置有翅片，以提高管子和冷却空气流之间的热传递效率。冷却空气流经管子接入两个集流槽之一中，该流入的经过冷却的被压缩的增压空气经集流槽输送到发动机中以供燃烧。
在热交换器中，即在这种形式的增压空气冷却器中，管子通常插入管子底板上的一个开口处，并进行密封焊接。因为容装有压缩空气，压力变化较快，钎焊连接处所承受的机械载荷变化较大。特别是扁管上较窄的平面在不能满足提高的强度要求时，该管子-管子底板连结在朝向管子底板的那一侧上会产生不密封的情况。
为了提高管子-管子底板连接的强度，一个简单的方法是，采用管壁具有较高强度的管子和/或管子底板，或着在外部和/或内部采用带有较高材料强度的翅片。很明显在增加机械强度的同时又增加了材料消耗和部件的重量。
另一解决方案包括，通过在增压器壳体内采用拉杆降低管子-管子底板连接的机械应力。该拉杆加固该增压器壳体并减轻管子底板连接的负荷，却增加了材料消耗，并引起增压空气冷却器内的压力损失。
发明内容
本发明的任务是提供一种热交换器，尤其是增压空气冷却器，在无须增加材料花费的情况下，就可由管子-管子底板连接减少该机械负载。
本发明通过具有权利要求1特征的热交换器解决。
具有权利要求1特征的热交换器具有管子，它适于由第一介质流过并被第二介质环流，以便由第一介质对第二介质加热或冷却。至少一个与该管子连接的集液器至少包括一个管子底板，它具有一个基本上是平面的中间区和至少一个相对该中间区折角或弯圆弧的侧面区。优选的是该管子底板具有两个相对的侧面区，该侧面区相对中间区折角或弯圆弧。在中间区设有开口，管子插入该开口中与集液器相连。
本发明的理论依据是球面体在给定表面的三维物体中具有最大的体积，已知集液器的几何形状在压力作用下发生的变形接近球形，管子底板横截面的几何形状接近圆形，使得集液器因为压力载荷引起的变形减小，所以管子-管子底板连接可得到机械卸载。为了作到这一点，在管子-管子底板连接的中间区至少设置一个开口，优选该开口至少接近或位于该至少一个侧面区内。这样就可保证，该管子-管子底板连结部朝向的至少一侧面区相对于管子底板上的中间区界定折角或弯圆弧的区域。结果是在集液器范围的管子-管子底板连接区域，由于压力载荷引起较小变形的情况下，产生较小的机械应力。最好是该开口接近该折角的侧面区或位于该弯圆弧形的侧面区，而在接近该侧面区的情况下，可以避免管子-管子底板连接中的机械载荷作用在该侧面区域。
本发明所描述的热交换器，提高了机械强度及使用寿命，无须花费更多的材料、零件和生产时间。
管子底板的中间区在本发明结构中基本上为一个平面，管子底板在该区大部分是平的。尤其是管子底板中间区在本发明结构中基本上是平的，具有由开口弯折的折边，和/或有额外的相对于平面的少量偏移。
从属权利要求是本发明的优选方案。
根据本发明，管子底板上的至少一个侧面区包括一个或若干个平的分区，以便集液器具有一种多角形平面形式。这可使加工比较准确，只带有较低的加工误差。
优选的是至少一个侧面区设有一个带有恒定弯曲半径的拱形，或设有若干个具有不同弯曲半径的拱形。最好是管子底板的横截面接近于半圆形。
同样与管子底板半圆形的横截面更接近的是，至少一个侧面区按一个连续的凸状构成。因而避免了凸状部分由于压力载荷引起的较大变形。
根据一个优选的方案，管子底板设有界定开口的折边，该折边可以伸进或伸出该集液器，该折边增大了插入管与管子底板之间的接触平面。因而使管子-管子底板连接得到加强。尤其具有优点的是至少一个开口的折边处于或靠近至少一个侧面区，并低于管子底板的中间区。因此减小了侧面区对管子-管子底板连接施加机械应力的作用平面，而保持了在管子底板上中间区的有关管子-管子底板连接的较高的稳定性。
根据对上述方案的进一步改进，本发明所描述的热交换器可按尤其是安装在汽车上的空气增压冷却器构成。尤其是该空气增压冷却器设有两个集液器，其中一个集液器用于分流增压空气，而另一个集液器用于汇集增压空气。具有优点的是各集液器设有一管子底板，各管子底板根据开口布置成行。成行布置的扁管之间焊接有波形翅片以增大散热面积。优选空气作为冷却介质，也可以用其它的冷却介质如水等。
附图说明
以下根据实施例并结合附图对本发明予以详细解释说明。
图1a是根据本发明的热交换器的一个截段。
图1b是一个热交换器截段。
图1c是一个热交换器的横截面。
图2a是一个热交换器截段。
图2b是一个热交换器截段。
图2c是一个热交换器的横截面。
具体实施方式
图1表示一个热交换器10的截段的立体图。用于分流第一介质的集液器20由管子底板30和壳体盖40组成，并在共同的接触面50上相互焊接。该壳体盖40插入管子底板30的内部。也可将壳体盖40安插或安装在管子底板30上。另外图中未示的实施例是管子底板和壳体盖通过焊接，粘结或外部形状相互连接成一体或一块，即组成或构成一个成形的连接平面。
管子底板30上设有一个开口60，其边向集液器内部弯折，形成折边70。一个基本上是矩形的扁管80插入开口60，并与管子底板30焊接。图中未示的波形翅片的两侧面与扁管80相邻并与下一个扁管焊接从而加强了第一介质与环流于该扁管80和翅片的第二介质之间或第二介质与第一介质之间的热交换。总之，热交换器10是由扁管和波形翅片交替排列成行的扁管-翅片组件构成。
从图1b可知，扁管80插入开口60之中较深，使其上边缘90高出折边70。因此保证充分利用折边70中面向扁管80的不可见的内表面而作为一个扁管-管子底板连接的安装面，并用于密封焊接。为了避免第一介质通过热交换器时发生的不必要的压降，可以使扁管80伸出管子底板30较短。因此开口60基本在管子底板30的平面的中间区100。
因为第一介质涌流进集液器20，在一定条件下该集液器20发生变形使其横截面接近圆形。为了预先加工成该形状，管子底板30上的侧面区110、120相对中间区100有一折角。致使在集液器20的压力作用下管子底板30在侧面区110、120产生较小变形。该产生的机械变形通过对扁管80的侧面130、140施加应力而得到降低，这样开口60和扁管80全部在管子底板30上的侧面区110、120内。减小上述管子底板30的变形可使扁管80及管子-管子底板连结中的机械载荷得到降低。
图1c表示图1a及图1b中热交换器截段的横截面图。其横截面贯穿扁管80。对照图1b可清楚地看到，由于开口60伸进管子底板30上的相对中间区100折角的侧面区110，120内，使得折边70具有一个降低的高度贴在扁管80的侧面130、140上弯折。具有的优点是，由于压力作用产生变形，折边70在扁管80上有一个较小的作用平面。同时使扁管-管子底板连接中的接触平面减小，大部分折边70在管子底板30的平面中间区100保持有一个充分高度，以保证管子-管子底板连接的稳定性。
图2a、2b和2c是与图1a、1b和1c相类似的又一个实施例，如图所示，是根据本发明的热交换器210，与上述实施例相区别的是，折边270在集液器220上向外成形。管子底板230与壳体盖240在共同的接触平面250上焊接。一个基本上是矩形的扁管280在开口260处插入折边270之中并与管子底板230焊接。
为了降低通过热交换器的第一冷却介质流过集液器220并流过下面的扁管280时产生的压降，折边270伸出集液器220外，这样在折边270中安插的扁管280在管子底板230的平面中间区300不出头。管子底板230的侧面区310、320相对中间区300折角，使得在压力作用下集液器220产生的变形至少在侧面区310、320内减小。为使开口260能够对扁管280的侧面330、340产生卸载而将扁管280紧贴在侧面区310、320内。详见图2c。
在具有优点的实施例中，在盖板连接处250-侧面区310/320-折边270处由管子底板230形成S形截面，以降低折边270的高度，也使作用在扁管280或管子-管子底板连接上的载荷降低。
Claims (9)
1、一种带有管子和至少一个集液器的热交换器，该集液器至少带有一个管子底板，在该管子底板上为平面的一个中间区设有供管子插入的开口，且相对该中间区至少有一个折角或弯圆弧的侧面区，其特征在于：至少一个开口接近或位于该至少一个侧面区。
2、根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于：该至少一个侧面区具有平的分区。
3、根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于：该至少一个侧面区具有恒定弯曲半径的弧形。
4、根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于：该至少一个侧面区具有不同弯曲半径的若干个弧形。
5、根据权利要求1至4之一所述的热交换器，其特征在于：该至少一个侧面区被制成凸状结构。
6、根据权利要求1至5之一所述的热交换器，其特征在于：该至少一个开口由折边界定，该折边伸进该至少一个集液器。
7、根据权利要求1至5之一所述的热交换器，其特征在于：该至少一个开口由折边界定，该折边伸出该至少一个集液器。
8、根据权利要求6或7所述的热交换器，其特征在于：折边靠近或位于该管子底板的至少一个侧面区内，该折边低于管子底板上的中间区。
9、一种用于汽车上的增压空气冷却器，其特征在于：该冷却器具有上述任一权利要求的特征。
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