CN1930440A - 层叠板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种层叠板式热交换器，特别是安装在用于汽车的冷却液冷却器的冷却液箱中的内置式的油冷却器。该热交换器具有若干相互叠置并相互连接、特别是钎接的长板片(71－77)，这些板片分别由两个半板片组成，并包括一个被待冷却的介质，如油，沿板片的纵向穿流的空腔。为了使生产层叠板式热交换器的成本降低，每个半板片具有众多的槽，它们从半板片的一个纵向侧延伸到对面的一个纵向侧。

Description

层叠板式热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于汽车的层叠板式热交换器，特别是内置式油冷却器，它具有若干相互叠置并相互连接、特别是钎接的长板片，这些板片分别由两个相同的、相对于对方翻转180°的半板片组成，并包括一个被待冷却的介质如油沿板片的纵向穿流的空腔。
背景技术
德国公开文献DE 43 08 858 C2公开了一种层叠板式热交换器，它具有相互叠置并相互间钎接的板片，板片由两个相同的、相对于对方翻转180°的半板片组成，并包括一个使待冷却的介质通过的空腔。半板片具有被冲压(ausprgten)的边缘，用来将半板片钎接以形成一个板片，并带有连接面，用来将板片相互钎接。另外，半板片在内表面和外表面带有截锥形状的冲压部。半板片相对于其横轴和/或纵轴成镜像对称。截锥形的冲压部在连接面之间交错布置。正冲压部与负冲压部相互交替。正冲压部和负冲压部类似于疙瘩(noppenhnlich)。在安装状态下，半板片形成一个空腔，它被流体例如油穿流。向空腔内突出的疙瘩使油形成涡流，并起到了拉杆作用，提高了强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于汽车的层叠板式热交换器，特别是内置式油冷却器，它具有若干相互叠置并相互连接、特别是钎接的长板片，这些板片分别由两个相同的、相对于对方翻转180°的半板片组成，并包括一个被待冷却的介质如油沿板片的纵向穿流的空腔。这种热交换器结构简单，制造成本低。根据本发明的层叠板式热交换器还保证待冷却的介质在各半板片之间的空腔内形成良好的涡流。
一种用于汽车的层叠板式热交换器，特别是内置式油冷却器，它具有若干相互叠置并相互连接、特别是钎接的长板片，这些板片分别由两个相同的半板片组成，并包括一个被待冷却的介质如油沿板片的纵向穿流的空腔，而在这种热交换器上通过以下方式实现本发明的目的，即每个半板片具有众多的槽，它们从半板片的一个纵向侧直线延伸到对面的另一个纵向侧。板片又被称为扁平管或板。槽的走向保证冷却液从半板片的一个纵向侧流到对面的另一个纵向侧。在空腔中，槽使待冷却的介质形成良好的涡流。
层叠板式热交换器的一个优选实施例的特征在于，长板片由两个相同的、相对于对方翻转180°的半板片组成。这样就使根据本发明的层叠板式热交换器的制造大为简化。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，槽从半板片的一个纵向侧直线延伸到对面的另一个纵向侧。这样就保证冷却液不受任何阻碍地从半板片的一个纵向侧流到对面的另一个纵向侧。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，槽在每个半板片的一侧压出。槽由笔直的、长且窄的凹陷形成，例如它在板材上的一侧压出。由于只需在一侧压出槽，所以半板片的制造变得简单。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，槽在纵向侧以环绕一周的边缘为边界。环绕一周的边缘用来使两个半板片相互连接，特别是钎接。这样，在两个半板片之间的空腔就相对于周围环境密封。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，板片由两个相互贴在一起的半板片形成，它们的槽向外凸出。槽在板片的内部形成了待冷却介质的流路。优选地在板片的一个端部为待冷却介质设有进口，而在另一个端部则为待冷却介质设有出口。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，两个板片在由槽形成的凸起区域相互贴在一起，并通过钎焊相互连接。在这些凸起区域，冷却液例如水可以从半板片的一个纵向侧流向对面的另一个纵向侧。另外，板片在通孔的边缘区域带有杯形(napffrmigen)的凸起区域，在这里，板片也同样相互钎接。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，槽与相应的半板片的纵轴之间的角度为35°到55°，特别是45°。这样，一方面保证待冷却的介质可以从板片的一个端部穿过板片内部的空腔到达另一个端部。另一方面，根据本发明，槽的走向也保证，在板片之间的冷却液可以从一个纵向侧流向对面的另一个纵向侧。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，两个相互贴在一起的半板片的槽相互之间的角度为70°到110°，特别是90°。这样，在板片内部为待冷却介质所形成的流路就具有很多方向上的改变和涡流。其优点在于，运行时在空腔中形成的边界层不断被破坏。与不带槽的平坦管道相比，这明显减弱了热传递。而待冷却的介质在穿过空腔时经历了很多方向上的改变。而与此相反，冷却液则几乎是不受阻碍地、直线地在两个相互贴在一起的板片之间的槽中流动。90°的角使两个槽的连接点的钎料形成圆形的弯月面。这样，在沿着或横贯待冷却介质的主流动方向流动时受到的影响是相同的。角度优选为80°到100°。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，槽的深度为0.8到1.5mm，特别是1.15mm。在本发明的范围内，这个深度尤其具有优势。特别是在燃料冷却器的情况下，槽的深度优选为0.5到1.5mm。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，半板片上的槽相互平行，并且相互之间的距离为3到5mm，特别为4mm。在本发明的范围内，这个间距特别具有优势。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，半板片的宽度为大约20到50mm。在本发明的范围内，这个宽度特别具有优势。在商用车中，半板片的宽度优选为大约20到120mm。特别优选的宽度是70到80mm，尤其是76mm。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，水力直径的数值为1.5到2.5mm，特别是1.8mm。在本发明的范围内，这个水力直径数值特别具有优势。
沿着待冷却介质的主流动方向、在两个相邻的半板片之间水力直径代表着可被穿流的管道横断面和热交换面积之间的关系。水力直径被定义为面积比与面积密度之比的四倍。面积比是指两个相邻半板片之间的管道中，自由的管道横断面与管道总端面的面积之比。面积密度是指传递热量的面积与芯体体积之比。水力直径在待冷却介质的整个主流动方向上尽可能地保持恒定。这样就可以使两个半板片之间的空腔可被均匀地穿流。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，半板片由一种金属材料、特别是铝或不锈钢(Edelstahl)制成。板片优选地通过硬钎焊相互连接。不锈钢优选地用于商用车。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，半板片的至少一侧涂覆有钎焊辅料。这样可以简化根据本发明的层叠板式热交换器的制造过程。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，半板片分别带有一对通孔以作为流入管和流出管。待冷却介质通过通孔进入到空腔中，这个空腔位于形成板片或扁平管的两个半板片之间。板片也可被称为板，半板片也可被称为半板。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，通孔的边缘区域凸起。通孔的边缘区域的凸起宽度与槽或波纹相同。不同半板片的两个相互紧贴在一起的边缘区域使通孔密封，并使两个半板片之间的、与通孔相连的空腔相对于被冷却液穿流的周围环境密封。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，在通孔的边缘区域设有压入部(Einprgungen)。压入部用于在通孔区域对半板片进行加强。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，从断面图来看，压入部在进口区域为带有波峰和波谷的波浪形。波峰和波谷在两个相邻的半板片之间基本上为点接触。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，若干在进口区域的半板片既在其内侧又在其外侧分别与相邻的半板片基本上为线性地钎接在一起。这样就明显提高了由两个半板片形成的管的内部耐压强度。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，在顶视图中，压入部以蛇形至少部分地围绕着通孔延伸。这样就加大了两个半板片之间的接触面积。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，每两个半板片通过一个沿纵向或横向延伸的弯折边相互连接成一体，以形成用于待冷却介质的管路装置。由于这两个半板片在弯折边处连为一体，所以它们只需在一侧相互钎接。这样就加大了待冷却介质穿流的横断面。此外，所需的零件数量减少了一半，因为每个管路装置仅还需要一个零件。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，管路装置由一个长形的、特别是基本上为矩形的板形成，这个板被一条弯折边分成长形的两半，而这两半折叠在一起。板优选为一个金属冲压件，它的制作简单，制造成本低。在折叠状态下，两个半板相互重叠。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，板带有高出板表面环绕一周的边缘。优选地在环绕一周的边缘内将板压入，同时，压入的表面深度等于管路装置净宽的一半。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，环绕一周的边缘在与弯折边的交叉点处中断。在弯折边区域，板在弯折边的整个长度范围内具有相同的深度。这样，就可以避免在折叠时在弯折边区域对板的材料造成不必要的损坏。
层叠板式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，在折叠状态下的两个半板在环绕一周的边缘紧贴在一起。半板优选地在环绕一周的边缘处相互钎接。
在带有至少一个水箱的汽车冷却器中，前面所提到的本发明的目的通过以下方式实现，即前面所描述的层叠板式热交换器安装在水箱中。
附图说明
下面的说明将提供本发明的其它优点、特征和细节，并通过附图和实施例进行详细说明。在这里，权利要求和说明书所提到的各特征或它们之间的任意组合都是本发明的重要内容。其中，
图1是半板片的立体图，
图2是图1中所示的半板片的端部仰视图，
图3是沿图2中的线III-III的断面图，
图4是两个半板片的立体图，
图5是图4的局部放大图，
图6是七个板片的立体图，这些板片装配成按照本发明的层叠板式热交换器，
图7是图6中所示的层叠板式热交换器的连接片的立体放大图，
图8是图6中所示的层叠板式热交换器的一个端部的横断面图，
图9是图6中所示的层叠板式热交换器的一个端部的侧视图，
图10是一个具有内置的层叠板式热交换器的水箱的立体图，
图11中是一个具有如图10中所示的水箱的冷却器，
图12中是通道断面中形成弯月面的钎料(Ltmenisken)，
图13是形成弯月面的钎料的顶视图，其在图中近似于圆形，
图14是按照本发明的另一个实施例的层叠板式热交换器的顶视图，
图15是图14中所示的层叠板式热交换器的侧视图，
图16是沿图14中的直线XVI-XVI的断面图，
图17是沿图14中的直线XVII-XVII的断面图，
图18是沿图14中的直线XVIII-XVIII的断面图，
图19是图14中的XIX局部放大图，
图20是根据本发明的管路装置处于打开状态时的顶视图，
图21中是图20中所示的、处于半闭合状态的管路装置，
图22是层叠板式热交换器处于闭合状态时的顶视图，它具有如图20和21所示的、闭合的管路装置，
图23是如图22所示的层叠板式热交换器的侧视图，
图24是沿图22中的直线XXIV-XXIV的断面图。
具体实施方式
图1是半板片1的立体图。半板片1在形状上为长铝板，铝板具有两个笔直并相互平行的纵向侧2和3。半板片1的端部4和5成半圆形。在端部4和5设有通孔8和9。通孔8、9的边缘区域10、11被压成凹陷，这样，边缘区域10、11在半板片1的下侧形成突起。
在半板片1上的通孔8和9之间压出了众多的槽12。槽12从半板片1的纵向侧2直线延伸到对面的纵向侧3。槽在形状上为长凹槽，它在半板片1的下侧形成突起。但槽也可以不是成直线的，例如可以成波浪形或之字形。
图2是图1中所示的半板片1的端部4的仰视图。边缘区域10和十个槽21到30从图示平面中凸出。槽21到30的端部被倒圆并指向纵向侧2、3。半板片1的纵轴由31标识。槽21到30与纵轴31之间成大小为45°的角α。
在图3中，从断面上看，半板片1具有波浪形的轮廓。这个波浪形的断面轮廓由在半板片1的一侧上所压出的槽形成。
图4是两个半板片1和42的立体图。在半板片1和42上，具有由槽所形成的突起的半板片侧面朝着相反的方向。
从图5可以看出，半板片42与半板片1形状一致。但是在布置上，半板片42相对于半板片1翻转了180°。端部44带有通孔48，通孔的边缘区域50从图示平面中凸起，并且通孔48位于半板片1的端部通孔8之上，在这里，通孔8的杯形边缘区域10在图示平面中凹陷。在半板片42中形成了槽52，它们从图示平面中凸起。槽52与在图示平面中凹陷的槽12之间的角β为90°。两个半板片1和42在槽的接触点和边缘区域2和3相互钎接，从而形成一个板片或一个扁平管。
在图6中，多个板片60相互钎接。板片60的通孔在下侧被连接片61、62封闭。在板片60的上侧，连接管67、68安装到端部处的通孔上。待冷却的介质可以通过连接管67、68中的一个进入到板片60的内部。而待冷却的介质则可以通过连接管67、68中的另一个从板片60中流出。
图7是连接片61的立体放大图。连接片61的形状是一个圆片64，它具有一个圆形的中央凸起部分65。圆形凸起部分65的外直径与各板片上通孔的内直径相匹配。
从图8和9中可以看出，在图6中立体显示的层叠板式热交换器包括七个板片71到77，它们相互叠置。在板片71到77的内部，为待冷却的介质形成众多的基本上呈之字形的流路，它们在板片71到77之间从相应的半板片上的一侧，直线穿过每两个槽之间的凹陷区域，一直延伸到半板片上对面的另一侧。
在图10中是一个水箱78，而图6中所示的层叠板式热交换器则装入到所述水箱中。板片60布置在水箱78内部。连接管67、68从水箱78中伸出。
在图11中，图10中所示的水箱78安装在冷却芯体79的一侧。在冷却芯体79的另一侧装有另一个水箱80。这两个水箱78和80以及冷却芯体79共同形成(图中未示的)汽车的一个冷却液冷却器81。
在设计半板片1和42的外形轮廓时，应使波浪形轮廓之间在板片叠置时形成点接触。这样就使得在板片内穿流的待冷却介质反复地改变方向。两个半板片在众多的接触点相互钎接，从而保证了耐压稳定性。轮廓…(漏)与待冷却介质的主流动方向之间的夹角为45°。水力直径为1.8mm。压入部与主流动方向之间的角度在20°和60°之间。水力直径可以在1.5mm和2.5mm之间变化。
在进口和出口区域的大面积的凸起部位使得板片连接能够形成密封，从而不再需要使用其它的部件。半板片带有水平的钎焊面，从而保证在冷却器外侧的冷却液具有足够的流体断面。半板片的周边被优选地轻微弯折。这样将改善处于未钎焊状态的板片的平整性。折弯角在5°和20°之间，优选为10°。半板片由铝制成，并通过一种轮钎焊工艺(Radltprozess)相互连接。
从图12可以看出，每两个半板片之间通过形成弯月面的钎料101、102和103、104相互连接。在图13中可以看到，形成弯月面的钎料101到104在顶视图中近似圆形。
在图14中是按照本发明的另一个实施例的层叠板式热交换器的半板片1。在这里，与图1所示实施例相同的部件采用了相同附图标记。为了避免重复，请参见前面对于图1的说明。下面只涉及两个实施例之间的不同之处。
在图14中的半板片1上，通孔8、9的边缘区域110、111带有压入部。半板片1的端部5的边缘区域111带有蛇形的压入部115和116，它们通过连接凸缘117相连接。半板片1的端部4的边缘区域110带有蛇形的压入部118和119，它们通过连接凸缘120连接。如前所述以及如图14所示，为了形成一个又被称为管路装置的板片或扁平管，两个半板片1在槽12的接触点和边缘区域2和3以及在压入部118、119相互钎接。
图15是冷却器芯体的侧视图，芯体包括若干相互叠置的扁平管。
图16是沿着图14中的直线XVI-XVI的断面图。从断面图可以看出，叠置结构的冷却器芯体的各扁平管在蛇形的压入部区域115、116以及在压入部118、119相互形成线性连接。
图17是沿着图14中的直线XVII-XVII的断面图。从断面图可以看出，蛇形的压入部116加大了基本上为线性的接触面的数量。蛇形的压入部116又被称为加强凸缘。在这里可以看到，在板片端部的压入部既在叠片式热交换器的内侧也在其外侧相互钎接在一起。
图18是沿着图14中的直线XVIII-XVIII的断面图。在这里可以看到，在板片端部4的压入部119既在层叠板式热交换器的内侧也在其外侧相互钎接在一起。
图19是图14中的XIX局部放大图。在这里，压入部118、119的形状使得相互叠置的板片既在内侧又在外侧相互线性地钎接在一起。这样将会明显提高由两个半板片形成的管的内部耐压强度。在图19中，板片连接为蛇形。
在图20中，是处于打开状态的管路装置140，它也被称为扁平管或短管。扁平管140由一个板142形成，这个板基本上为矩形，而它的各角则被倒圆。板142是一个由铝板制成的冲压件，它具有一条弯折边143，通过该板142沿纵向分成同样大小的两半145、146，它们又被称为半板片。除了它们的一体结构，这两个半板片145、146与前面的实施例相同。板142在外侧被环绕一周的边缘148包围，这个边缘用来使处于折叠或闭合状态的两个半板片145、146相互钎接。在环绕一周的边缘148之内，半板片145、146具有如前所述的压入槽。
图21所示是处于部分闭合状态的管140。
图22是处于闭合状态的管140的顶视图。管140是具有若干相互叠置的扁平管的层叠板式热交换器的最上面的扁平管。
图23是图22所示的层叠板式热交换器的侧视图。在侧视图中可以看到，除了扁平管140之外，层叠板式热交换器还包括其它的扁平管150到155，它们以叠置的结构方式相互钎接。
图24是沿着图22中的直线XXIV-XXIV的断面图。在断面图中可以看到，层叠板式热交换器由折叠的扁平管140、150到155形成。由于扁平管的一体结构，使得层叠板式热交换器在构造上所需的零件数量减少一半。折叠而成的扁平管具有以下优点：用来密封的钎焊缝的长度减少接近一半。

Claims (27)

1.用于汽车的层叠板式热交换器，特别是内置式的油冷却器，安装在冷却液冷却器的冷却液箱中，具有若干相互叠置并相互连接、特别是钎接的长板片(71-77)，这些板片分别由两个半板片组成，并包括一个被待冷却的介质如油沿板片的纵向穿流的空腔，其特征在于，每个半板片(1、42)具有众多的槽(21-30)，它们从半板片(1)的一个纵向侧(2)延伸到对面的一个纵向侧(3)。
2.根据权利要求1所述的层叠板式热交换器，其特征在于，长板片由两个相同的、相对于对方翻转180°的半板片(1、42)组成。
3.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，所述槽从半板片的一个纵向侧直线延伸到对面的一个纵向侧。
4.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，所述槽(21-30)在每个半板片(1)的一侧压出。
5.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，所述槽(21-30)在纵向侧以环绕一周的边缘为边界。
6.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，板片由两个相互贴在一起的半板片(1、42)形成，它们的槽(12、52)向外压出。
7.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，两个板片(71、72)在由槽形成的凸起区域紧贴在一起，并相互钎接。
8.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，槽(21-30)与相应的半板片(1)的纵轴(31)之间的角度为35°到55°，特别是45°。
9.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，两个相互贴在一起的半板片(1、42)的槽(12、52)相互之间的角度为70°到110°，特别是90°。
10.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，槽(21-30)的深度为0.5到1.5mm，特别是1.15mm。
11.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，半板片(1)上的槽(21-30)相互平行，并且相互之间的距离为3到5mm，特别为4mm。
12.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，半板片(1、42)的宽度为大约20到120mm，特别是20到50mm。
13.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，水力直径的数值为1.5到2.5mm，特别是1.8mm。
14.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，半板片(1、42)由一种金属材料、特别是铝或不锈钢制成。
15.根据前面的权利要求14所述的层叠板式热交换器，其特征在于，半板片(1、42)的至少一侧涂覆有钎焊辅料。
16.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，半板片(1)分别带有一对通孔(8、9)作为流入管和流出管。
17.根据前面的权利要求16所述的层叠板式热交换器，其特征在于，通孔(8、9)的边缘区域(10、11；110、111)凸起。
18.根据前面的权利要求16或17所述的层叠板式热交换器，其特征在于，通孔(8、9)的边缘区域(110、111)设有压入部(115-120)。
19.根据权利要求18所述的层叠板式热交换器，其特征在于，从断面图来看，压入部(115、116、118、119)为带有波峰和波谷的波浪形。
20.根据权利要求19所述的层叠板式热交换器，其特征在于，若干半板片(1)既在其内侧又在其外侧分别与相邻的半板片基本为线性地钎接在一起。
21.根据权利要求19或20所述的层叠板式热交换器，其特征在于，在顶视图中，压入部(115、116、118、119)以蛇形至少部分地围绕通孔(8、9)延伸。
22.根据前面的权利要求之一所述的层叠板式热交换器，其特征在于，每两个半板片(145、146)通过一个沿纵向或横向延伸的弯折边(143)相互连接成一体，以形成用于待冷却介质的管路装置(140)。
23.根据权利要求22所述的层叠板式热交换器，其特征在于，管路装置(140)由一个长形的、特别是基本上为矩形的板(142)形成，这个板被一条弯折边(143)分成两个长形的两半(145、146)，而这两半折叠在一起。
24.根据权利要求23所述的层叠板式热交换器，其特征在于，板(142)带有高出板表面的环绕一周的边缘(148)。
25.根据权利要求24所述的层叠板式热交换器，其特征在于，环绕一周的边缘(148)在与弯折边(143)的交叉点处中断。
26.根据权利要求24或25所述的层叠板式热交换器，其特征在于，在折叠状态下的两个半板(145、146)在环绕一周的边缘(148)紧贴在一起。
27.带有至少一个水箱的汽车冷却器，其特征在于，根据前面权利要求之一所述的层叠板式热交换器安装在水箱中。
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