CN1985139A - 热交换器，特别是增压空气冷却器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器，特别是用于汽车的增压空气冷却器。所述热交换器具有至少一个箱，所述箱包括至少一个室，用于流动介质的分配和/或汇集；热交换器还具有管束、管板、位于管板上的可被管束的管插入的开口和壳体盖，其中，壳体盖具有至少两个侧壁和一个稳定元件，它还包括一个第一固定元件，一个第一传力元件、一个第二固定元件、一个第二传力元件和一个导流面。

Description

热交换器，特别是增压空气冷却器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，特别是一种用于汽车的增压空气冷却器，它带有稳定元件。

背景技术

为了提高内燃机的效率，在用于燃烧的空气被输送到内燃机的燃烧室之前，可通过例如涡轮增压器对它进行压缩。但对空气的压缩同时导致空气变热，这使燃烧进程不能达到最优状态。例如，可能会导致提前点火或排放出更多的氮氧化物。为了避免过热气体的燃烧所产生的不利后果，在涡轮增压器的后面接上一个作为增压空气冷却器的热交换器，压缩后的空气可以通过它冷却到一个允许的温度。

增压空气冷却器已在例如DE19757034 A1中予以公开。在那里所描述的热交换器中，热空气被导入到热交换器的第一集流管中，在那里，它被分配并进入到与集流管接通的扁平管中。扁平管并排布置并沿其横断面中较长的一侧所在的侧面相互平行，并且形成一条流路，待冷却的空气在这条流路中流动。在流路中，在扁平管之间布置着散热翅片，它们使扁平管和待冷却的空气之间产生有效的热交换。在待冷却的气流穿过后，扁平管接入到第二集流管中，后者将进入的已冷却的压缩空气送到发动机进行燃烧。

在这种增压空气冷却器中，集流管通常由一个管板和至少一个箱壁围成，它们在由于压缩空气的加载而产生的高压下被强迫分离。在这种情况下，管板和箱壁之间的连接的密封性和机械强度都面临很大的考验。

为了防止箱壁的强迫分离而使用了拉杆，它将每两个对置的箱壁连接起来，从而使箱得到加强。为了吸收所产生的拉力，拉杆却必须达到一定的最小厚度。这样就对待冷却空气的流动比率带来不利影响，并加大由增压空气冷却器所造成的压力损失。此外，在使用塑料箱的情况下，为了能制造带拉杆的塑料箱，需要使用昂贵和/或易坏的注塑模具。

发明内容

本发明的目的是提供一种热交换器，在这种热交换器中，在压力损失的增加较少或者甚至减少的情况下，机械强度得到提高。

这个目的由具有下述特征的热交换器实现。

本发明中的热交换器具有至少一个箱，所述箱包括至少一个室，用于流动介质的分配和/或汇集；所述热交换器还具有至少一个由与这至少一个室相连的管组成的管束。箱由管板和壳体盖组成，其中，管板具有可被管束的管插入的开口，壳体盖具有至少两个侧壁，这些侧壁通过至少一个稳定元件相互连接。具有优点的是，这至少一个稳定元件具有至少一个第一传力元件和至少一个第二传力元件，其中，第一传力元件可插入到壳体盖的侧壁中的第一固定元件中，第二传力元件则嵌入到管板中的第二固定元件中。

在本发明中，管束由并排布置的管形成。在这里，管可以布置成一个列或多个列。

至少一部分作用于壳体盖的两个侧壁的力，如迫使侧壁分离的压力，由至少一个第一传力元件传给至少一个稳定元件。作用于至少一个稳定元件的力，由至少一个第二传力元件传给管板。通过这种方式，作用于侧壁的力，一部分由侧壁自身吸收，一部分由稳定元件吸收，还有一部分由管板吸收，其中，各自所吸收的力的分量可以差别很大。

特别是由于管板对力的吸收，被稳定元件所吸收的力减少，这样，稳定元件在厚度较小的情况下也可以使箱稳定。因此，在箱中的至少一个室内的流动比率受稳定元件的影响相对很小，这样，压力损失的增加很少或者不增加。

按照一个优选的实施形式，至少一个第一传力元件与至少一个第二传力元件成为一体，从而保证力以简单的方式从箱的侧壁传递到管板。

按照一个优选的实施形式，至少一个稳定元件具有至少一个吸力元件，为了吸收两个侧壁之间的力它在两个侧壁之间形成连接。为了不阻碍介质从至少一个室流到管束的管中或者反过来流动，这至少一个吸力元件基本上布置在管板的两个相邻的开口之间。这就是说，开口没有被吸力元件所覆盖。

吸力元件优选地布置在两个管板开口之间的空隙中。但按照一个实施形式，例如，在具有不同数量的管的不同的热交换器中使用结构相同的稳定元件布置的情况下，只有一部分空隙被吸力元件占用。

按照本发明的一个优选实施形式，吸力元件具有弹性，这样，稳定元件就只吸收一部分作用在侧壁上的力。通过这种方式可以保证侧壁自身也吸收一部分作用于它们之上的力。这样就使力更均匀地分布在不同的构件上，从而在整体上通过厚度较薄的材料就可以保证箱具有足够的稳定性。

特别优选的是，这至少一个吸力元件与至少一个第一和/或第二传力元件成为一体。这样就可以用相对较低的成本制造至少一个稳定元件。

按照本发明所述的热交换器的优选实施形式，至少一个稳定元件具有至少一个导流面。通过使如坑、槽或缺口等凹陷以及如突出部、角或边等凸起被覆盖或补偿，导流面用于尽可能地避免或减少流入到管束的管中或从管中流出的介质出现涡流。为此，这至少一个导流面，至少部分地与管束中的管的壁的至少一个内表面或外表面基本相接，和/或与管板中的开口的边的至少一个内表面基本相接。

从流体技术的角度看，导流面优选地与内表面的相接。如果数个管端由于制造公差的原因比其它管端高出管板中的开口，那么导流面则优选地与管壁的外表面相接。突出的管端则不会与导流面相碰。按照另一个实施形式，管端被加宽，并在可能时通过壁的外表面贴在导流面上。

特别优选的是，至少一个导流面弯向管壁的内表面或外表面，或者弯向开口边缘的内表面。这样就可以进一步减少由稳定元件所造成的流动阻力。

按照一个优选的实施形式，稳定元件为旋转对称，其中，二重对称轴优选地与管束的管纵向轴平行。这样就可以提高加工可靠性，因为稳定元件在旋转180°后将同样按所希望的方向布置，从而使得在装配热交换器时稳定元件的正确布置、特别是放入变得容易。

按照一个优选的实施形式，热交换器具有两个稳定元件，它们通过至少一个连接元件相互连接。这样就可以统一并且简便地装配多个稳定元件。特别具有优点的是，所有稳定元件相互连接成为一个框，这样就只需再安装一个单一的零件。

连接元件优选地布置在壳体盖的侧壁区域中，而不是布置在管板的开口之上。这就是说，管板的开口没有被连接元件覆盖。

连接元件由于其材料和/或形状优选地具有弹性。这样就可以补偿两个稳定元件之间距离的制造公差。此外，可变形的连接元件具有优点，因为这样将便于多个稳定元件的储存和运输，这些稳定元件就可以装在例如辊或其它类似工具上运输。

至少一个连接元件优选地与至少一个相邻的稳定元件成为一体。特别优选的是，所有稳定元件和连接元件成为一体，这样将简化制造并降低成本。

连接元件的尺寸优选地明显小于稳定元件的尺寸。这有助于提高连接元件的可变形性，和/或方便稳定元件的装配。

按照一个优选实施形式，壳体盖具有至少一个加强筋。加强筋用于改善力的吸收并提高壳体盖的稳定性。通过将第一传力元件的第一固定元件布置在加强筋区域，将有利于稳定元件和加强筋共同发挥作用，从而使未被稳定元件吸收的力通过加强筋传递。通过这种布置也可以避免或至少减少材料在壳体盖的局部积聚。

具有优点的是，为了进一步实现稳定，壳体盖的壁脚具有较大的尺寸。壁脚优选地具有厚度M＞4mm和/或高度L＞4mm。

本发明的另一个目的产生于以下这个问题：塑料壳体盖特别是在经过注塑工序制成后必须经常装上一个张紧框。这样就会避免箱的外形上尤其是在壁脚区域出现翘曲变形。但这个张紧框又必须在安装箱之前取出。

这个以简单的方式减少壳体盖的翘曲变形的目的，特别是在汽车的增压空气冷却器的热交换器中通过稳定元件实现，它在吸收变形力即通常的压力后仍留在箱中。稳定元件取代了失去作用后的张紧框的角色。也就是说，稳定元件在热交换器的制造过程中吸收压力，在热交换器的运行过程中吸收拉力。此外，壳体盖在装配过程中在管板上被稳定，这样，在这个制造工序中加工可靠性将被提高。

附图说明

下面通过实施例和附图对本发明进行详细说明。其中，

图1中是热交换器箱的壳体盖，

图2中是热交换器箱的稳定元件，

图3中是装有稳定元件的壳体盖，

图4中是根据本发明的热交换器，

图5是热交换器的局部纵断面图，

图6是热交换器的局部横断面图，

图7是壳体盖的横断面图。

具体实施方式

图1中是根据本发明的热交换器箱的壳体盖1。壳体盖1与图中未示的管板一起，围成一个室2，它用于例如流动介质的汇集或分配。壳体盖在纵向侧带有侧壁3、4，并在正面带有图未示的前壁。在侧壁3、4的边缘区域6、7有第一固定元件5、10，它们可以形状配合地接纳图未示的传力元件。壳体盖1通过加强筋8、9稳定它的形状，在加强筋区域分别布置着第一固定元件5。

图2中是图未进一步显示的热交换器箱的张紧框11，它包括稳定元件12。每个稳定元件12具有两个第一传力元件13，它们可以形状配合地插入到图未示的壳体盖的第一固定元件中。另外，每个稳定元件具有两个第二传力元件14，它们卡入到图同样未示的管板上的第二固定元件中。每个第一传力元件13与第二传力元件14成为一体。两对这样形成一体的传力元件13、14，通过同样是一体结构的吸力元件15相互连接，这个吸力元件可以特别是沿着它的纵向吸收拉力和/或压力。稳定元件的双T形横断面使力通过形成双T形的端部横梁的传力元件13、14传递，同时使力被形成双T形的中间部分的吸力元件15吸收。

吸力元件15由于材料例如塑料的原因而具有弹性，这样，就可以吸收部分的拉力和/或压力，从而使张紧框11部分地减压。此外，稳定元件12还具有导流面16、17，它们也与吸力元件15成为一体。导流面16、17的功能将在后面说明。

每对稳定元件12分别通过连接元件18相互连接成一体，在这里，连接元件由窄的过梁形成。连接元件18可以变形，这样这个张紧框11就可以卷起，从而能够方便地运输。特别的是，通过将两个对置的连接元件18简单地切割开，就可以从连续卷(Endlosrolle)中取下任意大小的张紧框。由于连接元件18为弧形，这样它们在纵向上具有弹性，这样，在安装时，每两个稳定元件12之间的间距，可以和图未示的壳体盖中的每两个固定元件之间的间距相匹配。由于稳定元件12和整个张紧框11的二重旋转对称性，张紧框11可以在自身上旋转180°，并且功能性不受这种旋转的影响，这样就提高了加工可靠性。

图3中是壳体盖21，它包括一个由稳定元件22组成的张紧框23。与图2中所示的稳定元件12一样，稳定元件22具有第一传力元件，它们插入到壳体盖21的第一固定元件中，因此在图3中无法看见。第二传力元件24插入到壳体盖21上的缺口25中，在这里，缺口25作为第一固定元件的延长部分。因此，壳体盖21的侧壁26的边缘区域在稳定元件23的传力元件的填补下成为完整的壁脚27。

壳体盖21和/或张紧框23优选地由塑料、特别是PPS制成。在紧接着壳体盖21从注塑模具中脱模之后，优选地将张紧框23放入到壳体盖中，以防止壳体盖21在冷却过程中变形。同时，作为随后不再起作用的张紧框，张紧框23被出现的变形力夹紧或固定而不致掉落。这样，除了简化安装之外，还提高了加工可靠性。

此外，壳体盖21和张紧框23与图1中所示的壳体盖1及图2中所示的张紧框11结构相似。特别是在图3中可以看见加强筋28及带有导流面30的吸力元件29。

在图4中是根据本发明的热交换器31，它可用作例如汽车的增压空气冷却器。热交换器31包括一个箱32，这个箱包括室33，用于将流动介质如增压空气分配到管束35中的管34之中，或者用于汇集来自管34的流动介质。为此，管34通过敞开的管端36与室33接通。为了流动介质的进出，箱32优选地具有未在图中显示的接管，而管路例如管或软管可以接到这个接管上。此外，管束35还包括用于加大传热面的波纹翅片37，它们布置在管34之间，优选地与管34形状配合地连接、特别是钎接，并可被另一种介质如冷却空气掠过。这样，在管中穿流的介质和在管外绕流的介质之间就可以进行热交换。

箱32包括管板38，这个管板在平坦的中央区域具有被管端36插入的开口39，并在周边区域具有环绕一周的、以凹槽40形式出现的第二固定元件40。另外，箱32包括壳体盖41，这个盖具有侧壁42和带有连续的加强筋44的顶盖43，以及与侧壁42上形成壁脚46的边缘区域相连的稳定元件45。为了使管板38和壳体盖41之间密封连接，带有密封件52的壁脚46插入到凹槽40之中，所述密封件优选为同样环绕一周的一体式零件并由弹性材料如橡胶制成。为了固定和压紧密封件52，管板最外部的边缘53向内弯曲并压在壁脚46上。管板38优选地由金属或合金、特别是铝或铝合金制成，并且厚度在例如1.5mm和2.5mm之间。

稳定元件45具有第一传力元件47、只有部分可见的第二传力元件48和带有导流面49的吸力元件50。第一传力元件47插入到侧壁42上以穴51形式出现的第一固定元件中，而第二传力元件48则嵌入到凹槽40中。由于在室33中流动的介质所带来的过压，在壳体盖的侧臂中产生了变形力，它至少一部分通过第一固定元件51、第一传力元件47、第二传力元件48和凹槽40的内侧54传递到管板38中，并以压力的形式被管板的中央平坦区域所吸收。传力元件47、48的材料刚性优选地高于侧板42或壳体盖41的材料刚性，这样将改善传力性能。上述力的一部分以拉力的形式被稳定元件45的吸力元件50所吸收，这样，稳定元件也起着拉杆的作用。

加强筋44优选地布置在壳体盖41的外侧，并特别与壳体盖41成为一体。它在第一固定元件51的区域的轮廓55变宽。这样，考虑到由第一固定元件51所形成的穴状缺口，壳体盖的材料厚度就变得均匀，也就是说，避免了不需要的大量材料积聚。

图5是热交换器61的局部的纵断面图。为了形成管束63，扁平管62与波纹翅片64在一个列中交替布置。扁平管62在这里为单室管或多室管。扁平管62的管端65插入到管板67的开口66中，管板是图未进一步显示的箱的一部分。带有吸力元件69和导流面70、71的稳定元件68分别布置在两个开口66之间，而不是将开口覆盖。

管板在两个开口66的镶框72之间分别具有凹部，它们被导流面70、71覆盖。导流面70、71优选地与管62相接，并向着它的壁弯曲。通过这种方式减少了流入到管62或从管62流出的介质的流动阻力，从而也减少了在整个热交换器61中的压力损失。由于制造公差可能会出现过长的管，而为了避免导流面70、71与这种过长的管的管端65相连，可以将导流面70、71连接到管62的壁的外表面上。然后，过长的管的端部则伸入到两个相邻的稳定元件的导流面之间。

在图5所示的热交换器61中，各稳定元件68的导流面70、71基本相同，并相互为镜像对称。与之相关的二重对称的潜在优势在于提高了加工可靠性。在一个图未示的实施例中，稳定元件的第一导流面70与第二导流面71在几何形状上，例如在曲率半径上。特别是在从进口接管流向管板中的开口或从开口流向出口接管的情况下，在进入到管中或从管中流出时，必须考虑到介质的折流。而对于压力损失情况的改善，具有优点的是导流面的非对称结构或布置。

图6是根据本发明的热交换器81的局部横断面图，它包括带有管端83的管82、带有由镶框86形成边界的开口85的管板84、带有侧板88、管脚89和加强筋90的壳体盖87、密封件92及稳定元件91。

图7是壳体盖的一个变化形式101的横断面图，它包括两个对置的、带有管脚104、105的侧板102、103及横向加强筋106和纵向加强筋107。横向加强筋106用于加强壳体盖101，防止出现内部过压所造成的鼓起，而纵向加强筋107则是在其纵向上对壳体盖101进行加强。壁脚104、105的厚度M和高度L分别优选地大于4mm。

Claims (16)

1.热交换器，包括用于汽车的增压空气冷却器，具有至少一个箱，所述箱包括至少一个室，用于流动介质的分配和/或汇集；热交换器还具有至少一个由与这至少一个室相连的管组成的管束，其中，这至少一个箱由管板和壳体盖组成，其中，管板具有可被管束的管插入的开口，壳体盖具有至少两个侧壁和至少一个将这至少两个侧壁连接起来的稳定元件，其特征在于，至少一个侧壁具有至少一个第一固定元件，并且至少一个稳定元件具有至少一个第一传力元件，它可以形状配合地插入到这至少一个侧壁的至少一个第一固定元件中，并且，至少一个箱的管板具有至少一个第二固定元件，并且至少一个稳定元件具有至少一个第二传力元件，它嵌入到这至少一个第二固定元件中。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，至少一个第一传力元件与至少一个第二传力元件成为一体。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，至少一个稳定元件具有至少一个吸力元件，它布置在管板的两个相邻的开口之间。

4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，吸力元件具有弹性。

5.根据权利要求3或4所述的热交换器，其特征在于，这至少一个吸力元件与至少一个第一和/或第二传力元件成为一体。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的热交换器，其特征在于，至少一个稳定元件具有至少一个导流面，它至少部分地与管束中的管的壁的至少一个内表面或外表面相接，和/或与管板中的开口的边的至少一个内表面相接。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，至少一个导流面至少在边部区域弯向管壁的至少一个内表面或外表面，和/或弯向开口边缘的至少一个内表面。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的热交换器，其特征在于，这至少一个稳定元件在它重要的组成部分上具有一个二重旋转对称轴，同时，旋转对称轴与管束的管的纵向轴平行。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的热交换器，其特征在于，至少一个稳定元件和至少一个相邻的稳定元件通过至少一个连接元件相连。

10.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，这至少一个连接元件布置在壳体盖的侧壁区域。

11.根据权利要求9或10所述的热交换器，其特征在于，这至少一个连接元件通过它的材料和/或它的形状在至少一个伸展方向上具有弹性。

12.根据权利要求9到11中任一项所述的热交换器，其特征在于，这至少一个连接元件与至少一个稳定元件成为一体。

13.根据权利要求9到12中任一项所述的热交换器，其特征在于，连接元件的尺寸小于稳定元件的尺寸。

14.根据权利要求1到13中任一项所述的热交换器，其特征在于，壳体盖至少在侧壁区域具有至少一个加强筋，同时，至少一个第一固定元件布置在这至少一个加强筋区域。

15.根据权利要求1到14中任一项所述的热交换器，其特征在于，壳体盖的至少一个侧壁在面向管板的边缘区域壁脚的厚度M为M＞4mm。

16.根据权利要求1到15中任一项所述的热交换器，其特征在于，壳体盖的至少一个侧壁的壁脚的高度L为L＞4mm。