CN208688305U - 堆叠板式热交换器 - Google Patents

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马蒂亚斯·埃勒尔
伯恩海姆·格勒
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托马斯·黑尔
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安德烈亚斯·瓦格纳
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Abstract

本实用新型涉及一种堆叠板式热交换器(10)，尤其是增压空气冷却器，包括堆叠在彼此的顶部的多个堆叠板(14，16，18)，相应的第一堆叠板(14，16)和相应的第二堆叠板(14，18)沿堆叠方向(12)交替地堆叠在彼此的顶部。每个堆叠板(14，16，18)具有围绕其周边延伸并且沿堆叠方向(12)延伸的边缘(20)并且至少每对相邻的堆叠板(14，16，18)的边缘(20)彼此抵靠地放置。相应对的相邻的堆叠板(14，16，18)限定用于第一流体流过的第一空腔(22，24)或用于第二流体流过的第二空腔(22，26)，第一空腔(24)与第二空腔(26)沿堆叠方向(12)交替。为了提高堆叠板式热交换器(10)的稳固性，根据本实用新型，所述堆叠板式热交换器(10)具有支撑结构件(32)，其在所述堆叠板(14，16，18)的边缘区域(35)中相互地支撑所述堆叠板(14，16，18)，从而稳固所述堆叠板(14，16，18)之间的所述第一空腔(22，24)和/或所述第二空腔(22，26)。

Description

堆叠板式热交换器
技术领域
本实用新型涉及一种堆叠板式热交换器，尤其是涉及一种增压空气冷却器，其包括彼此堆叠在其顶部的多个堆叠板，相应的第一个堆叠板和相应的第二个堆叠板沿堆叠方向交替地堆叠在彼此的顶部，其中每个堆叠板具有围绕其周边延伸并且沿堆叠方向延伸的边缘，其中至少每对相邻的堆叠板的边缘彼此抵靠，其中相应的相邻堆叠板对限定用于第一流体通过的第一空腔或者用于第二流体通过的第二空腔，所述第一空腔和第二空腔也沿堆叠方向交替。
背景技术
这样的堆叠板式热交换器例如用于增压空气冷却器。在此，待冷却的增压空气被引导穿过第一空腔，并且冷却剂被引导穿过第二空腔。因此，分别地，增压空气放置在一侧，而冷却介质逆着内部堆叠板放置在另一侧。由此，流过堆叠板式热交换器的增压空气能够由冷却剂非常有效地冷却。
由于结构的类型，通过边缘处的相互支撑，堆叠板抵靠彼此的支撑容易因为生产而导致堆叠板上的偏差。边缘的位置的小的径向偏差能够导致堆叠板沿堆叠方向相对于彼此的距离的更大的位移，或者使得空腔不足够大，或者使得堆叠板在边缘处关于彼此没有充分地密封。
从DE102005044291A1已知一种堆叠式热交换器，其包括多个细长板，所述多个细长板堆叠在彼此的顶部并且彼此连接(特别是焊接)，沿板的纵向限定待冷却的介质流过的空腔，以及用于冷却剂流过的另外的空腔。
从EP1083398A1已知一种堆叠板式热交换器，其中紊流插入件(turbulenceinsert)被插入空腔中，所述紊流插入件能够例如由波纹金属片形成，并且其改进从冷却剂或从待冷却介质向相应的堆叠板的热传递。
从DE112008003077T5同样已知一种堆叠板式热交换器，然而，后者并不具有延伸的边缘，使得需要用于密封的另外的外壳。
实用新型内容
本实用新型基于如下的问题：针对堆叠板式热交换器提供一种改进的或者至少不同的实施例，或者分别提供增压空气冷却器或者具有这样的堆叠板式热交换器的内燃机，其区别之处尤其是在于稳固了堆叠板之间的空腔。
根据本实用新型，该问题由独立权利要求的主题解决。有益的进一步的发展为从属权利要求的主题。
本实用新型基于如下的主要构思：提供一种支撑结构件，其稳固了各个堆叠板相对于彼此的沿堆叠方向测量的距离。为此，有利的是，堆叠板式热交换器具有支撑结构件，所述支撑结构件在堆叠板的边缘区域中沿堆叠方向相互支撑堆叠板，从而稳固堆叠板之间的第一空腔或第二空腔。通过支撑结构件，因此，另外限定了堆叠板沿堆叠方向的设定尺寸。偏离(尤其是板长度和/或宽度和或延伸的边缘的角度的偏离)仅仅对堆叠板之间产生的距离具有非常小的影响。由此，能够提高堆叠板式热交换器的密封性和稳固性。
有利的可能性做出支撑结构件不密封空腔的设置。通过支撑结构件不需要密封相应的空腔的事实，自由状态导致支撑结构件的能够用于形成定价有利的且有效的支撑结构件的结构。
另一个有利的可能性做出支撑结构件不同于堆叠板的边缘的设置。由于边缘与堆叠板的陡峭的角度，堆叠板的角度或长度或宽度的偏离导致支撑点的密集的位移。因此，仅仅基于边缘的构造的支撑结构件是不够的，从而能够实现堆叠板相对于彼此的距离的满意的支撑。
有益的方案做出如下的设置：沿纵向方向放置在端部区域处的堆叠板分别具有用于第一流体的第一开口，以及至少一个(优选地，至少两个)布置在第一开口周围、用于第二流体的第二开口。形成在堆叠板中的开口因此沿堆叠方向穿透整个堆叠板式热交换器。因此，相应的流体能够分别流过开口进入到相关空腔中。通过堆叠板的适当的形成，流过第一开口进入到堆叠板式热交换器中的流体仅流入到第一空腔中，而流过第二开口进入到堆叠板式热交换器中的流体仅流入到第二空腔中。形成在堆叠板之间的第一空腔与第二空腔分别流体地平行于彼此而布置，并且因此以平行的方式流过有相应的流体。由此，彼此分开的两个流体通道形成在堆叠板式热交换器中，使得冷却剂和待冷却的介质不彼此混合。
另一个有益的方案做出如下的设置：在堆叠板之间的至少一个第二开口的区域中形成有至少一部分的第二空腔，并且支撑结构件布置在至少一个第二开口的区域中。第二开口放置在堆叠板的边缘区域中。在该边缘区域中，在两个堆叠板之间分别交替地存在大距离，其形成第二空腔，而没有距离，因此堆叠板放置在彼此的顶部。通过边缘区域中的堆叠板之间的大距离，由延伸的边缘带来的稳固效果是非常小的。因此，布置在至少一个第二开口的区域中的支撑结构件的效果是特别大的。
特别有益的技术方案做出如下的设置：堆叠板形成为使得堆叠板在至少一个第二开口的区域中相对于第一相邻的堆叠板具有距离，并且抵靠位于相反侧的另一个第二相邻的堆叠板放置。以这种方式，在第二开口的区域中的相应的两个堆叠板之间或者至少部分地形成第二空腔，或者形成相对于彼此位于顶部的堆叠板的有效支撑的存在。由此，支撑结构件仅布置在堆叠板之间的第二空腔中从而使其稳固是足够的。
有利的变型做出由支撑结构件限定相邻的堆叠板的距离的设置。支撑结构件能够构造为使得在堆叠板之间产生期望的限定距离，使得能够维持相应的空腔的期望的高度。
特别有利的变型做出如下的设置：堆叠板分别具有至少两个布置在第一开口周围、用于第二流体的第二开口，网状物形成在第二开口之间，并且至少一些网状物被按压，从而形成支撑结构件。通过网状物的按压，这些突出到相应的第二空腔中，并且抵靠相邻的堆叠板的被按压的网状物放置。因此，以这种方式，在两个堆叠板之间设置了支撑。
特别有利的变型做出第二开口之间的其余的网状物被按压的设置。因此，未被按压的网状物能够抵靠位于相反侧的堆叠板而保持原状。因此，堆叠板分别沿两个方向抵靠相邻的堆叠板而被充分地支撑。
有益的可能性做出如下的设置：支撑结构件由至少一个插入到至少一个第二开口的区域中的第二空腔中的插入件形成。插入件能够跨过至少一个第二开口的区域中的相应的堆叠板之间的距离，使得至少一个插入件抵靠两个相应的堆叠板放置。因此，相应的堆叠板不能彼此移动靠近，使得由插入件在堆叠板之间提供充分的支撑。
特别有益的可能性做出如下的设置：插入件基本上以半环的形式构造，其中在内侧多个向内突出的指状件布置为用于至少一个第二开口的分段。半环形式的插入件具有如下的益处：在第二空腔内插入件的位置被稳固，并且因此确保了插入件的支撑效果。应当理解的是，在堆叠板的每个端部区域中分别插入至少一个插入件。因此，堆叠板的两个端部区域能够被支撑结构件稳固。
有利的技术方案做出如下的设置：支撑结构件由多个(例如八个)在至少一个第二开口的区域中插入到第二空腔中的插入件形成，并且插入件被构造为圆筒状。以这样的方式确定形状的插入件非常有利地制造，使得支撑结构件能够以有利的成本制造。
特别有利的技术方案做出如下的设置：支撑结构件由至少一个凸轮形成，所述至少一个凸轮在一种类型的堆叠板的情况下形成为周边边缘。由此，因为布置在相应的堆叠板上方的堆叠板不能在堆叠板的边缘上在凸轮上滑动，所以提高了延伸的边缘的支撑效果。因此，凸轮阻挡了堆叠板的一起的进一步的滑动，并且因此相对于彼此支撑了两个堆叠板。
有益的变型做出至少一个凸轮被向内引导的设置。由此抵靠延伸的边缘的内侧放置的堆叠板顺着堆叠方向能够被凸轮阻挡，使得该堆叠板能够抵靠凸轮保持原状。
特别有益的变型做出如下的设置：沿堆叠方向观看，第一空腔分别位于一个第一堆叠板上方，并且第二空腔分别位于一个第二堆叠板上方。由此，第一空腔和第二空腔能够以出色的方式彼此流体地分离。
在说明书以及所附的权利要求书中，“在上方，沿堆叠方向观看”意味着沿堆叠方向观看，在另一个元件上方的元件相对于其他元件沿堆叠方向偏离地布置。因此，沿堆叠方向观看，位于另一个元件下方的元件相对于其他元件相反于堆叠方向偏离地布置。
另一个有利的技术方案做出凸轮形成在第二堆叠板的边缘中的设置。因此，所述凸轮能够防止第一堆叠板的滑落，并且能够因此在堆叠板的第二开口的区域中稳固第二空腔。
另一个特别有利的技术方案做出第一流体和第二流体沿相反的流动方向被引导穿过堆叠板式热交换器的设置。因此，形成具有逆流原理的热交换器，其使得能够实现这两个介质之间的非常有效的热交换。
另外，本实用新型基于如下的主要构思：为增压空气冷却器装备这样的根据以上描述的堆叠板式热交换器，其中增压装置的增压空气作为第一流体被引导穿过第一空腔，并且其中冷却介质(例如冷却水)作为第二流体被引导穿过第二空腔。因此，热能够被从增压空气非常有效地传递至冷却水，使得增压空气的冷却成为可能。另外，堆叠板式热交换器的益处因此转移至增压空气冷却器。
而且，本实用新型基于如下的主要构思：为内燃机装备具有根据上述描述的增压空气冷却器的增压装置，其中增压空气装置的增压空气由增压空气冷却器冷却。因此，堆叠板式热交换器以及增压空气冷却器的益处转移至内燃机，转移至在该方面进行参照的以上描述。
本实用新型的进一步重要的特征和益处将从从属权利要求、附图以及通过附图辅助的相关附图描述显现。
应当理解的是，在没有离开本实用新型的范围的情况下，上述特征以及将在下文中进一步说明的特征不仅能够用在分别指示的结合中，而且还能够用在其他结合中或者单独使用。
附图说明
本实用新型优选的示例实施例图示在附图中并且在接下来的描述中进一步地说明，其中相同的附图标记用于指代相同的或者相似的或者功能上等同的部件。
分别示意性地示出有，
图1为堆叠板式热交换器的立体图，
图2为第一堆叠板的端部区域的立体图示，
图3为第二堆叠板的端部区域的立体图，
图4为沿着图1的截面A穿过堆叠板式热交换器的截面图示，
图5为穿过图1的截面B而穿过堆叠板式热交换器的截面图，
图6为沿着图1的截面C穿过堆叠板式热交换器的截面图示，
图7为根据第二实施例的具有另一个插入的插入元件的第二堆叠板的端部区域的立体图，
图8为图7的插入元件的立体图示，
图9为根据第三实施例的第一堆叠板的立体图示，
图10为根据第三实施例的第二堆叠板的端部区域的立体图示，
图11为沿着对应于图1的平面C的截面穿过根据第三实施例的堆叠板式热交换器的截面图示，
图12为根据第四实施例的第二堆叠板的端部区域的立体图示，以及
图13为沿着对应于图1的平面C的截面穿过根据第四实施例的堆叠板式热交换器的截面图示。
具体实施方式
在图1至图6中图示出的堆叠板式热交换器10的第一实施例被用在用于增压内燃机的增压空气冷却器中。堆叠板式热交换器10具有多个堆叠板14，所述多个堆叠板14沿堆叠方向12堆叠在彼此的顶部。在此，堆叠板式热交换器10具有两种类型的堆叠板14，即，第一堆叠板16和第二堆叠板18。堆叠板14具有边缘20，所述边缘20围绕堆叠板14的周边延伸，并且沿堆叠方向12延伸。在堆叠板14之间，形成有空腔22，其中第一空腔24与第二空腔26沿堆叠方向12交替。另外，堆叠板14具有第一开口28和第二开口30，所述第一开口28布置在堆叠板14的沿纵向方向15放置的端部区域17中，所述第二开口30布置在边缘区域中，例如以半圆形的方式围绕第一开口28布置。中央区域13位于两个端部区域17之间。
堆叠板14被另外地按压至延伸的边缘20，从而形成堆叠板14之间的空腔22。例如，第一堆叠板16在至少一个第二开口30的区域19中相对于第一堆叠板16的中央区域13的基准表面33沿堆叠方向上升。因此，在第二堆叠板18的情况下，至少一个第二开口30的区域19与堆叠方向12相反地降低。在堆叠板14的堆叠方面，其中第一堆叠板16与第二堆叠板18交替地堆叠在彼此的顶部，当第二堆叠板18放置在第一堆叠板16上方时，堆叠板14在至少一个第二开口30的区域19中彼此抵靠。因此，当第一堆叠板16布置在第二堆叠板18上方并且因此在那里至少部分地形成第二空腔26时，堆叠板14在至少一个第二开口30的区域19中相对于彼此形成距离。
优选地，在至少一个第二开口30的在至少一个第二开口30的周围的区域19处形成密封面29，所述密封面抵靠相邻的堆叠板14的密封面29放置。由此，第二开口30相对于第一空腔24被密封。
第一开口28具有周边延伸的边缘31，所述边缘31从堆叠板14的基准表面33沿与至少一个第二开口30的相应的区域19上升的方向相反的方向延伸。在第一堆叠板16的情况下，第一开口28的边缘31与堆叠方向12相反地延伸，而在第二堆叠板18的情况下，第一开口28的边缘31沿堆叠方向12延伸。在此，第一开口28的边缘31的高度小于至少一个开口30的区域19的高度。由此，第二空腔26从第二开口30的区域沿着堆叠板式热交换器10的整个长度在第二堆叠板18与位于第二堆叠板18上方的第一堆叠板16之间延伸。
两个相邻的堆叠板14的第一开口28的边缘31彼此抵靠地放置。优选地，密封面29形成在边缘31处。密封面29使第一开口28相对于第二空腔26密封。
另外，通过在第二开口30的区域中的高度，导致在第一堆叠板16与位于第一堆叠板16上方的第二堆叠板18之间，在堆叠式热交换器10的整个长度分别形成一个第一空腔24，所述第一空腔24在堆叠板式热交换器10的中央区域中具有比第二空腔26更大的高度。
在图4的截面图示中，能够看出第二开口30的区域中的第二空腔26具有更大的高度并且朝向中央区域变细。因此，第一空腔24也朝向堆叠板式热交换器10的中央区域13变细。这在于在端部区域17中第一空腔24或第二空腔26分别沿横向彼此间隔开地布置，并且因此不需要在堆叠板14之间分配高度。与之相比，堆叠板式热交换器10的中央区域13中的第一空腔24和第二空腔26沿堆叠方向12彼此间隔开并延伸，而不是在堆叠板式热交换器10的中央区域13的整个表面上。因此，第一空腔24和第二空腔26分别从端部区域17朝向中央区域13变细。
彼此流体地分开的两个流路形成在堆叠板式热交换器10中。第一流路穿过第一空腔24而形成，而第二流路穿过第二空腔26而形成。这些流路经由堆叠板14彼此热接触，使得在两个流路之间存在热交换。在运行中，优选地第一流体(例如增压空气)被引导穿过第一空腔24，而第二流体(例如冷却剂)被引导穿过第二空腔26。优选地，流过沿相反的方向进行，使得存在对流布置，并且由此热能够在第一流体与第二流体之间特别有效地交换。
第一开口28与第一空腔24流体地连接，而第二开口30与第二空腔26流体地连接。经由第一开口28第一流体能够被引导穿过第一空腔24。经由第二开口30，第二流体能够被引导穿过第二空腔26。
然而只有当第二堆叠板18布置在第一堆叠板16上方时，在至少一个第二开口30的区域19中，堆叠板14在堆叠板14的端部区域17中彼此抵靠放置。当第一堆叠板16放置在第二堆叠板18上方时，在堆叠板14的端部区域17中，在堆叠板14之间只存在不充分的支撑。由此，堆叠板式热交换器10能够在端部区域17中沿堆叠方向12被压缩，凭此妨碍了堆叠板式热交换器10的安装。另外，由此能够出现泄漏。
为了稳固至少一个第二开口30的区域19中的堆叠板14之间的距离，设置有支撑结构件32，其稳固堆叠板14之间的距离，尤其是第二堆叠板18与分别布置在这些第二堆叠板18中的一个上方的第一堆叠板16之间的距离。
替代地或另外地，能够做出支撑结构件32布置在堆叠板14的边缘区域35中的设置。边缘区域35临近堆叠板14的周边边缘20而延伸。因此，支撑结构件32还能够在端部区域17外部相对于彼此支撑堆叠板14，并且因此能够稳固空腔22。
如通过图6中的示例所图示的，支撑结构件32能够由多个插入件34形成，所述多个插入件34由于它们沿堆叠方向12的延伸而防止堆叠板14沿堆叠方向12密集地推挤在一起。由此，稳固了堆叠板14之间的距离，并因此稳固了第二开口的区域中的第二空腔26。
优选地，插入件34构造为圆筒状。这样的圆筒状的插入件制造简单，并且由此形成定价有利的支撑结构件。
优选地，针对每对堆叠板14设置多个(例如八个)插入件34。在此，四个插入件分别布置在堆叠板式热交换器10的每个端部区域中。
在图7和图8中图示的堆叠板式热交换器10的第二实施例不同于在图1至图6中图示的堆叠板式热交换器10的第一实施例之处在于支撑结构件32形成为具有带有多个向内突出的指状件36的半环形插入件34。在此，支撑结构件32针对每对堆叠板14具有两个插入件34，因此针对每个端部区域具有一个插入件34。通过插入件34的半圆形，插入件34在第二空腔26内的位置是稳固的，使得插入件34能够良好地抵靠彼此而支撑堆叠板14。
一方面，插入件34的向内延伸的指状件36引起第二开口30的分段。另一方面，还建立了插入件34在堆叠板14内的位置。
另外，在图7和图8中图示出的堆叠板式热交换器10的第二实施例在结构和功能方面与在图1至图6中图示出的堆叠板式热交换器10的第一实施例相符，其上述描述涉及该方面。
在图9至图11中图示出的堆叠板式热交换器10的第三实施例不同于在图1至图6中图示出的堆叠板式热交换器10的第一实施例之处在于，堆叠板14具有多个第二开口30，所述多个第二开口30由网状物38彼此间隔开，并且支撑结构件32由第二开口30之间的按压的网状物39形成。按压的网状物39与非按压的网状物37交替布置。按压的网状物39被按压，使得它们因此突出到所形成的第二空腔26中。由此，第一堆叠板16和第二堆叠板18的按压的网状物39能够相互彼此支撑。通过设置有按压的网状物39与非按压的网状物37的事实，堆叠板14能够在至少一个第二开口30的区域19中沿两个方向抵靠相邻的堆叠板14而自身支撑。
另外，在图9至图11中图示出的堆叠板式热交换器10的第三实施例在结构和功能方面与在图1至图6中图示出的堆叠板式热交换器10的第一实施例相符，其上述描述涉及该方面。
在图12和图13中图示出的堆叠板式热交换器10的第四实施例不同于在图9至图11中图示出的堆叠板式热交换器10的第三实施例之处在于，支撑结构件32由多个(优选为五个)引入到第二堆叠板18的边缘20中的凸轮40形成。凸轮40优选地被向内引导。
布置在第二堆叠板18上方的第一堆叠板16因此能够由凸轮40支撑。由此，第二开口30的区域中的堆叠板14之间的距离由凸轮40稳固。
另外，在图12和图13中图示出的堆叠板式热交换器10的第四实施例在结构和功能方面与在图9至图11中图示出的堆叠板式热交换器10的第三实施例相符，其上述描述涉及该方面。

Claims (6)

1.一种堆叠板式热交换器，用于增压空气冷却器，包括堆叠在彼此的顶部的多个堆叠板(16，18)，
-相应的第一堆叠板(16)和相应的第二堆叠板(18)沿堆叠方向(12)交替地堆叠在彼此的顶部，
-每个堆叠板(16，18)具有围绕其周边延伸并且沿堆叠方向(12)延伸的边缘(20)，
-至少每对相邻的堆叠板(16，18)的边缘(20)彼此抵靠地放置，
-相应对的相邻的堆叠板(16，18)限定用于第一流体流过的第一空腔(24)，或者用于第二流体流过的第二空腔(26)，第一空腔(24)与第二空腔(26)沿堆叠方向(12)交替，
其特征在于
所述堆叠板式热交换器(10)具有支撑结构件(32)，所述支撑结构件(32)在所述堆叠板(16，18)的边缘区域(35)中相互地支撑所述堆叠板(16，18)，从而稳固所述堆叠板(16，18)之间的所述第二空腔(26),
所述堆叠板(16，18)在位于纵向方向(15)上的端部区域(17)处分别具有用于所述第一流体的第一开口(28)以及至少两个，围绕所述第一开口(28)布置的、用于所述第二流体的第二开口(30)，
-在所述堆叠板(16，18)之间的至少两个第二开口(30)的区域(19)中，形成所述第二空腔(26)的至少一部分，
-所述支撑结构件(32)布置在所述至少两个第二开口(30)的所述区域(19)中，
-网状物(38)形成在第二开口(30)之间，并且
-至少一些所述网状物(38)被按压，所示被按压的网状物(38)突出到所述第二空腔(26)中并且抵靠相邻的堆叠板(16，18)的被按压的网状物(38)放置，从而形成所述支撑结构件(32)。
2.根据权利要求1所述的堆叠板式热交换器，
其特征在于
所述堆叠板(16，18)形成为使得所述堆叠板(16，18)在所述至少一个第二开口(30)的区域(19)中具有与第一相邻的堆叠板(16，18)的距离，并且抵靠位于相反侧的另一个第二相邻的堆叠板(16，18)放置。
3.根据权利要求2所述的堆叠板式热交换器，
其特征在于
相邻的堆叠板(16，18)的距离由所述支撑结构件(32)限定。
4.一种增压空气冷却器，具有根据权利要求1至3中的一项所述的堆叠板式热交换器(10)，
其特征在于
-增压装置的增压空气作为第一流体被引导穿过所述第一空腔(24)，
-冷却介质作为第二流体被引导穿过所述第二空腔(26)。
5.根据权利要求4所述的增压空气冷却器，
其特征在于
所述冷却介质为冷却水。
6.一种内燃机，具有增压装置，并且具有根据权利要求4或5所述的增压空气冷却器，其中所述增压装置的增压空气被所述增压空气冷却器冷却。
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