專利名稱：熱交換器,尤其是中冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種熱交換器，特別是用于機(jī)動(dòng)車的中冷器(Ladeluftkühler)。
背景技術(shù)：
為了提高內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，用于點(diǎn)火的空氣在進(jìn)入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室前，可以通過(guò)渦輪式增壓器對(duì)其進(jìn)行壓縮。但是，空氣在被壓縮的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)其自身溫度的升高，而這對(duì)于燃燒過(guò)程的進(jìn)行是不利的。比如，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)早點(diǎn)火或一氧化氮排發(fā)量增加。為了避免燃燒所引起的空氣過(guò)熱所帶來(lái)的負(fù)面影響，在渦輪式壓縮機(jī)的后面接了一個(gè)起空氣冷卻器作用的熱交換器，通過(guò)它來(lái)使經(jīng)壓縮的空氣的溫度在燃燒前下降到允許的溫度水平。
在德國(guó)專利申請(qǐng)DE19757034A1中對(duì)這種中冷器進(jìn)行了示例性描述。
在該熱交換器中，熱空氣被導(dǎo)入熱交換器的第一個(gè)收集管，在管中分散并流入與收集管連接的扁平管。扁平管并排布置，同時(shí)其橫截面上較長(zhǎng)的一邊所在的側(cè)面相互平行布置，從而形成空氣流動(dòng)的通道，而冷氣就由此通道進(jìn)入。在通道中，扁平管間裝有散熱片，它能實(shí)現(xiàn)扁平管和冷卻氣流之間進(jìn)行有效的熱交換。在冷卻氣流流經(jīng)過(guò)后，扁平管終止于第二根收集管上，該收集管將流入其內(nèi)的經(jīng)冷卻和壓縮的空氣送入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒。
在熱交換器中，尤其是在這種中冷器中，扁平管通常都插入管底板的孔中，同時(shí)做水密性焊接。每次充入壓縮空氣時(shí)，由于壓力變化快，焊縫都要承受高的機(jī)械載荷。特別是扁平管的窄面無(wú)法滿足高的強(qiáng)度要求，從而導(dǎo)致扁平管和管底板部的連接部位的邊角處發(fā)生泄露情況。
要提高管子與底部連接的緊密性的一個(gè)簡(jiǎn)單方法，就是使用壁厚更大的的管子，或者使用材料強(qiáng)度更高的外和/或內(nèi)散熱片。在上述兩種情況中，增加的機(jī)械穩(wěn)定性都很不錯(cuò)，但是因此造成材料成本和重量顯著增加。
另外的解決方法則是通過(guò)降低管子和底部連接的機(jī)械載荷。例如通過(guò)在充氣箱中使用拉簧片。這些拉簧片可以使充氣箱穩(wěn)定并且減少對(duì)管子和底部連接造成的載荷，但是會(huì)導(dǎo)致中冷器的壓力損失升高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在使熱交換器在使用較少材料的情況下獲得管子和底板間連接的高機(jī)械強(qiáng)度同時(shí)使壓力損耗不增加或增加極少量。
上述目的將通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的熱交換器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)權(quán)利要求1，使用本發(fā)明的熱交換器應(yīng)至少有一個(gè)帶至少一個(gè)腔室的箱體來(lái)分散和/或收集流入的物質(zhì)，并且包含有形成管束的多根管子。
本發(fā)明中的管束是由并列排放的管子組成。管束可以為單排或多排。
箱體至少有一塊帶孔的底板，管子可以插入到孔中，以便與一個(gè)或多個(gè)腔室連通。根據(jù)本發(fā)明，至少有一根管子在其插入到管底板上的孔的范圍內(nèi)為雙壁結(jié)構(gòu)。這樣才能確保管子和管底板的焊接牢固，也滿足了對(duì)機(jī)械穩(wěn)定性的更高要求。當(dāng)這個(gè)至少為雙壁的管子區(qū)域局限于管底板孔的一個(gè)區(qū)域，或者僅超出該區(qū)域很小范圍時(shí)，與單壁管相比，耗材少，費(fèi)用低。從強(qiáng)度方面考慮，將雙壁管區(qū)域加以限制是可行的。因?yàn)閷?duì)管底板孔區(qū)域外的管子的牢固程度要求通常較低，因此在那些區(qū)域使用單壁管就足夠了。
本發(fā)明中的管壁是三維結(jié)構(gòu)，它或通過(guò)一個(gè)內(nèi)表面或內(nèi)壁與管子內(nèi)部空間相銜接，或通過(guò)一個(gè)外表面和外壁面與外部空間或環(huán)境相銜接。雙壁管有兩個(gè)這樣的壁，也就是一個(gè)內(nèi)壁和一個(gè)外壁，內(nèi)壁的外表面和外壁的內(nèi)表面相對(duì)。在一個(gè)雙壁的區(qū)域，內(nèi)壁或外壁可以不連續(xù)，即不必完全封閉。
為在使用本發(fā)明的熱交換器的較佳結(jié)構(gòu)模式中進(jìn)一步提高采用至少雙壁的管子區(qū)域的穩(wěn)定作用，一個(gè)內(nèi)管壁的外表面應(yīng)和一個(gè)外管壁的內(nèi)表面相接觸。尤其提倡將內(nèi)管壁與外管壁焊接。
根據(jù)采用本發(fā)明的熱交換器的一個(gè)較佳形式，內(nèi)管壁或外管壁由一條帶鋼加工成型。當(dāng)套管的形狀與至少單壁的管子相配時(shí)，一個(gè)這樣形成的套管可以推入一根現(xiàn)有的至少單壁的管子中或者插入一根至少單壁的管子中，從而可以輕松地形成一個(gè)至少雙壁的區(qū)域。該套管的制作和安裝非常簡(jiǎn)單，所以成本也很低廉。
根據(jù)采用本發(fā)明的熱交換器的另一個(gè)較佳形式，一個(gè)內(nèi)管壁或者一個(gè)外管壁是通過(guò)一個(gè)擠壓模加工成型。如果該擠壓模的厚度在一定范圍內(nèi)可選，就可以制造出壁厚可滿足強(qiáng)度要求的至少雙壁的管子，同時(shí)在受負(fù)荷較小的部位可以節(jié)省材料，相比之下，壁厚不變的管子則無(wú)法做到這一點(diǎn)。可以將擠壓成型的套管外殼推入一根現(xiàn)有的至少單壁的管子中或者插入一根至少單壁的管子中，從而可以輕松地構(gòu)造一個(gè)至少雙壁的區(qū)域。
根據(jù)采用本發(fā)明的熱交換器的一個(gè)較佳形式，這個(gè)至少雙壁的管子為扁平管和/或多邊管。尤其當(dāng)采用多邊管時(shí)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地對(duì)帶鋼進(jìn)行折疊，使用來(lái)推入或插入的套管形狀與管壁的形狀相配合，且成本低廉。
根據(jù)一個(gè)較佳形式，這個(gè)至少雙壁的管子至少有一個(gè)連接條，連接一個(gè)內(nèi)壁中相對(duì)的區(qū)域。這樣的連接件對(duì)管子起到進(jìn)一步加強(qiáng)的作用，使至少雙壁的區(qū)域增加了強(qiáng)度。因此可以在不影響管子與底板連接強(qiáng)度的同時(shí)，減少內(nèi)壁或外壁的厚度。根據(jù)改進(jìn)結(jié)構(gòu)，至少通過(guò)一個(gè)連接條與內(nèi)壁連成一體，尤其是通過(guò)帶鋼的折疊形成相應(yīng)形狀的套管外殼。在這種情況下，相對(duì)于無(wú)連接條的管壁而言，連接條不需要額外的安裝步驟。
根據(jù)較佳的實(shí)施例，內(nèi)壁在其外表面上有凹陷，如加強(qiáng)筋。這樣的加強(qiáng)筋一方面有助于增加內(nèi)壁的強(qiáng)度，另一方面當(dāng)外壁上有隆起時(shí)，比如焊縫所引起的隆起，它能使內(nèi)壁更精確地與外壁匹配。
在本發(fā)明的較佳改進(jìn)中，內(nèi)壁的外表面凹陷呈曲線形式。也就是說(shuō)，該凹陷的深度和/或?qū)挾仁茄刂v向遞減的。在插入至少單壁的管中后，如果呈曲線形式的凹陷受到拉力的作用時(shí)，內(nèi)壁卡在管子中，無(wú)法掉出，從而提高制造安全性。
根據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的熱交換器的較佳結(jié)構(gòu)，一根管子的外壁通過(guò)至少一個(gè)連接件與一根相鄰管子的至少一個(gè)外表面連接。尤其窄面需要特別高的穩(wěn)定度的扁平管，只需在窄面的區(qū)域內(nèi)采用至少雙壁結(jié)構(gòu)就可以了。把一個(gè)外壁安裝到一根至少單壁的管子上很有好處。如果多根管子的外壁相互連接，可以在一個(gè)工作步驟里將這些外壁安裝到至少為單壁的管子上，這樣就降低了安裝的成本。
本發(fā)明的一個(gè)非常突出的改進(jìn)設(shè)計(jì)是將帶有至少兩根管子的外壁通過(guò)至少一個(gè)連接件連成一體，以進(jìn)一步簡(jiǎn)化其制造工藝。由帶鋼加工成型且?guī)в兄辽賰筛茏拥耐獗诤椭辽僖粋€(gè)連接件的結(jié)構(gòu)特別簡(jiǎn)單且價(jià)格便宜，可以非常簡(jiǎn)單地逐步與至少單壁的管子形狀匹配。然后將與帶鋼相匹配的部分安裝在至少單壁的管子上，如有必要，與后者焊接，形成至少雙壁的區(qū)域。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述圖1為本發(fā)明熱交換器一根管子的截面圖；圖2為一根管子的內(nèi)壁的透視圖；圖3為熱交換器一個(gè)管子的內(nèi)壁的透視圖；圖4為一臺(tái)剖開(kāi)的熱交換器的局部透視圖；圖5為熱交換器的局部縱斷面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1展示的是一個(gè)采用本發(fā)明熱交換器的一根至少雙壁的管子的截面圖。該四角管5由一個(gè)外壁10和一個(gè)內(nèi)壁20組成，而外壁10的內(nèi)表面30與內(nèi)壁20的外表面40焊接在一起。
因?yàn)樵诙噙叡馄焦苤校热缭跓峤粨Q器，尤其是中冷器的四角管5中，最大的機(jī)械載荷發(fā)生在窄面50和60處，尤其是角70、80、90和100的區(qū)域，在外壁10的內(nèi)表面30和內(nèi)壁20的外表面40之間的釬焊點(diǎn)非常有好處。內(nèi)壁20由此由焊接的帶鋼折疊成一個(gè)外殼，這個(gè)外殼在焊接前可以插入外壁10，這樣外壁10的內(nèi)表面30基本沿著管子的邊與內(nèi)壁20的外表面40相接觸。
帶鋼的端部區(qū)域110和120經(jīng)過(guò)變形，使其可以相互以及和內(nèi)壁20的內(nèi)表面130的一個(gè)對(duì)立面焊接，這樣它們共同構(gòu)成一個(gè)連接件140，該連接件使內(nèi)壁20的對(duì)立寬面150和160相互連接。因此四角管5在雙壁區(qū)域更加穩(wěn)定。
圖2展示的是擠壓外殼所組成的內(nèi)壁210的透視圖。它可以推入一根非對(duì)立的單壁管中，以形成采用本發(fā)明的熱交換器的一根管子的一個(gè)雙壁區(qū)域。內(nèi)壁210的外表面220的內(nèi)表面形狀與一個(gè)未繪出的外壁相匹配，而內(nèi)壁210的邊角區(qū)域230，240，250和260則做了加強(qiáng)。因?yàn)樗鼈冊(cè)跓峤粨Q器的工作過(guò)程中將承受特殊的機(jī)械負(fù)荷。在受壓不大的區(qū)域，如寬面270和280，內(nèi)壁210比較薄，這樣可以節(jié)省材料。為了提高穩(wěn)定性，寬面270和280通過(guò)連接件290，300和310相互連接。
圖3是一個(gè)采用本熱交換器的一根具有至少雙壁的管子的一個(gè)內(nèi)壁410的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。內(nèi)壁410和圖1的實(shí)施例中的內(nèi)壁20一樣，由一塊焊接的帶鋼折疊成一個(gè)外殼，具有一個(gè)有穩(wěn)定作用的連接件420。
該外殼的窄面440和450有加強(qiáng)配筋460和470。它們一方面加固了內(nèi)壁410，從而更加穩(wěn)定了圖未示的至少雙壁的管子，另外還防止外殼在推入外壁時(shí)被外壁的內(nèi)表面上的隆起，比如焊縫卡住。
這種實(shí)施例的一個(gè)特殊優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)壁410有可能借助于未繪出的沖頭插入一根至少單壁的管子，形成至少雙壁的區(qū)域。而該沖頭的外表面大部分擁有內(nèi)壁410的內(nèi)表面430的形狀。如果沖頭外表面的配筋是斜向的，也就是說(shuō)，它在縱向上越來(lái)越窄和/或越來(lái)越低，在這一過(guò)程中內(nèi)壁410的配筋460和470將被向外壓，因此可以加寬窄面440和450。由于此后內(nèi)壁被卡在外壁里，在焊接過(guò)程前可以防止其從外壁掉出，從而增加了生產(chǎn)的安全性。
圖4展示的是采用本發(fā)明的熱交換器的一個(gè)較佳實(shí)施例的局部透視剖面圖。熱交換器610有一個(gè)腔體620，它由一個(gè)管底板630和一個(gè)外殼蓋640組成，在腔體620的內(nèi)部有一個(gè)腔室650，它起分配需冷卻的介質(zhì)-比如空氣的作用。管子670穿插在管底板上的孔630上，管子的端部680為雙壁結(jié)構(gòu)。通過(guò)與管子端部680相對(duì)的端部690，管子670接入一個(gè)管底板700所引出(angedueteten)的腔體，此腔體被用來(lái)收集需冷卻的介質(zhì)。該冷卻介質(zhì)-例如空氣穿過(guò)管子之間的空隙-此處裝有用于增加熱量傳遞的波紋片710。
圖5展示的是采用本發(fā)明的熱交換器的另一個(gè)較佳實(shí)施例的縱斷面圖。同圖4所展示的示例一樣，管子820在熱交換器810中插入管底板850和860的開(kāi)口830和840，而為了更好地在管子820間進(jìn)行熱量傳遞，又安裝了波紋片870。在管底板孔830和840的范圍內(nèi)，將套管880和890作為內(nèi)壁插入管端部900和910，這樣管子820在管底板850和860的焊接區(qū)域形成雙壁結(jié)構(gòu)。因?yàn)楣茏?20的大部分區(qū)域920仍然是單壁的，所以通過(guò)少量的材料花費(fèi)，這些在密封性和強(qiáng)度方面脆弱的管子區(qū)域得到了加強(qiáng)，上述發(fā)明通過(guò)將機(jī)動(dòng)車中冷器作為實(shí)例進(jìn)行描述。但是，應(yīng)指出，采用本發(fā)明的熱交換器也適用于其它用途。
權(quán)利要求
1.熱交換器，尤其是機(jī)動(dòng)車中冷器，至少有一個(gè)帶有一個(gè)或數(shù)個(gè)燃燒室的箱體來(lái)分散和/或收集流入的物質(zhì)，并且有至少一個(gè)含多根管子的管束與一個(gè)或數(shù)個(gè)燃燒室連通，上述箱體包括帶有開(kāi)孔的管底板，管束中的管子可插入該開(kāi)孔，其特征為，在至少一個(gè)區(qū)域的至少一根插入管底板開(kāi)孔的管子至少為雙壁結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征為，至少一根管子的一個(gè)內(nèi)壁至少部分貼著至少一根管子的一個(gè)外壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換器，其特征為，內(nèi)壁與外壁至少局部焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的熱交換器，其特征為，至少一根管子的一個(gè)內(nèi)壁或外壁由成形的帶鋼構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的熱交換器，其特征為，至少一根管子的一個(gè)內(nèi)壁或外壁由擠壓形材構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的熱交換器，其特征為，至少一根管子由扁平管和/或多邊管構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的熱交換器，其特征為，該至少一根的管子至少有一個(gè)連接件將一個(gè)內(nèi)壁的對(duì)立區(qū)域相互連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱交換器，其特征為，至少一個(gè)連接件與所述內(nèi)壁連結(jié)在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的熱交換器，其特征為，一個(gè)內(nèi)壁在其外表面有凹陷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱交換器，其特征為，凹陷為縱向的，凹陷的深度和/或?qū)挾妊刂枷莸目v向逐漸減少。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的熱交換器，其特征為，一根管子的外壁至少通過(guò)一個(gè)連接介質(zhì)與至少一根相鄰的管子的至少一個(gè)外壁相連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的熱交換器，其特征為，至少兩根管子的外壁與至少一種連接介質(zhì)連為一體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的熱交換器，其特征為，至少兩根管子的外壁與至少一種連接介質(zhì)連接，該介質(zhì)為成形帶鋼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽車的熱交換器，至少有一個(gè)的收集箱和一個(gè)含多根管子的管束，其中所述至少一個(gè)收集箱具有一個(gè)帶有開(kāi)孔的管底板，管束中的管子可插入該開(kāi)孔中，其至少一個(gè)管子具有至少一個(gè)雙壁結(jié)構(gòu)，在至少一個(gè)區(qū)域，插入管底板的開(kāi)孔中。
文檔編號(hào)F28D1/03GK1650142SQ03810008
公開(kāi)日2005年8月3日 申請(qǐng)日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月3日
發(fā)明者卡斯滕·埃姆里希, 丹尼爾·亨德里克斯, 沃夫?qū)だ撞? 安德烈·沙伊雷爾 申請(qǐng)人:貝洱兩合公司