專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種熱交換器，尤其用于汽車上的增壓空氣冷卻器。
背景技術(shù)：
為了提高內(nèi)燃機(jī)的功率，在輸入內(nèi)燃機(jī)的燃燒室之前，供燃燒的空氣由渦輪壓縮器壓縮。同時(shí)該壓縮的空氣升溫，這對(duì)于燃燒過程中所要求的最佳排放是有害的。如這樣會(huì)引起內(nèi)燃機(jī)過早點(diǎn)燃，并提高了氮氧化物的排放量。為了避免過熱的空氣過早燃燒的缺點(diǎn)，將一個(gè)作為增壓空氣冷卻器的熱交換器接入渦輪壓縮器，使得該壓縮空氣在燃燒之前被冷卻至一個(gè)允許的溫度。
這種增壓空氣冷卻器在德國(guó)專利197 57 034 A1中公開過。其中該加熱的空氣被引入該熱交換器的第一集流槽，在此處分流，并流進(jìn)接入集流槽的扁管中。該扁管是相鄰的，并且該扁管各按其橫截面中較長(zhǎng)邊所在的平面相互平行布置，并構(gòu)成流路，使被冷卻過的空氣流通。該流路中，在扁管之間，布置有翅片，以提高管子和冷卻空氣流之間的熱傳遞效率。冷卻空氣流經(jīng)管子接入兩個(gè)集流槽之一中，該流入的經(jīng)過冷卻的被壓縮的增壓空氣經(jīng)集流槽輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)中以供燃燒。
在熱交換器中，即在這種形式的增壓空氣冷卻器中，管子通常插入管子底板上的一個(gè)開口處，并進(jìn)行密封焊接。因?yàn)槿菅b有壓縮空氣，壓力變化較快，釬焊連接處所承受的機(jī)械載荷變化較大。特別是扁管上較窄的平面在不能滿足提高的強(qiáng)度要求時(shí)，該管子-管子底板連結(jié)在朝向管子底板的那一側(cè)上會(huì)產(chǎn)生不密封的情況。
為了提高管子-管子底板連接的強(qiáng)度，一個(gè)簡(jiǎn)單的方法是，采用管壁具有較高強(qiáng)度的管子和/或管子底板，或著在外部和/或內(nèi)部采用帶有較高材料強(qiáng)度的翅片。很明顯在增加機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)又增加了材料消耗和部件的重量。
另一解決方案包括，通過在增壓器殼體內(nèi)采用拉桿降低管子-管子底板連接的機(jī)械應(yīng)力。該拉桿加固該增壓器殼體并減輕管子底板連接的負(fù)荷，卻增加了材料消耗，并引起增壓空氣冷卻器內(nèi)的壓力損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種熱交換器，尤其是增壓空氣冷卻器，在無須增加材料花費(fèi)的情況下，就可由管子-管子底板連接減少該機(jī)械負(fù)載。
本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1特征的熱交換器解決。
具有權(quán)利要求1特征的熱交換器具有管子，它適于由第一介質(zhì)流過并被第二介質(zhì)環(huán)流，以便由第一介質(zhì)對(duì)第二介質(zhì)加熱或冷卻。至少一個(gè)與該管子連接的集液器至少包括一個(gè)管子底板，它具有一個(gè)基本上是平面的中間區(qū)和至少一個(gè)相對(duì)該中間區(qū)折角或彎圓弧的側(cè)面區(qū)。優(yōu)選的是該管子底板具有兩個(gè)相對(duì)的側(cè)面區(qū)，該側(cè)面區(qū)相對(duì)中間區(qū)折角或彎圓弧。在中間區(qū)設(shè)有開口，管子插入該開口中與集液器相連。
本發(fā)明的理論依據(jù)是球面體在給定表面的三維物體中具有最大的體積，已知集液器的幾何形狀在壓力作用下發(fā)生的變形接近球形，管子底板橫截面的幾何形狀接近圓形，使得集液器因?yàn)閴毫d荷引起的變形減小，所以管子-管子底板連接可得到機(jī)械卸載。為了作到這一點(diǎn)，在管子-管子底板連接的中間區(qū)至少設(shè)置一個(gè)開口，優(yōu)選該開口至少接近或位于該至少一個(gè)側(cè)面區(qū)內(nèi)。這樣就可保證，該管子-管子底板連結(jié)部朝向的至少一側(cè)面區(qū)相對(duì)于管子底板上的中間區(qū)界定折角或彎圓弧的區(qū)域。結(jié)果是在集液器范圍的管子-管子底板連接區(qū)域，由于壓力載荷引起較小變形的情況下，產(chǎn)生較小的機(jī)械應(yīng)力。最好是該開口接近該折角的側(cè)面區(qū)或位于該彎圓弧形的側(cè)面區(qū)，而在接近該側(cè)面區(qū)的情況下，可以避免管子-管子底板連接中的機(jī)械載荷作用在該側(cè)面區(qū)域。
本發(fā)明所描述的熱交換器，提高了機(jī)械強(qiáng)度及使用壽命，無須花費(fèi)更多的材料、零件和生產(chǎn)時(shí)間。
管子底板的中間區(qū)在本發(fā)明結(jié)構(gòu)中基本上為一個(gè)平面，管子底板在該區(qū)大部分是平的。尤其是管子底板中間區(qū)在本發(fā)明結(jié)構(gòu)中基本上是平的，具有由開口彎折的折邊，和/或有額外的相對(duì)于平面的少量偏移。
從屬權(quán)利要求是本發(fā)明的優(yōu)選方案。
根據(jù)本發(fā)明，管子底板上的至少一個(gè)側(cè)面區(qū)包括一個(gè)或若干個(gè)平的分區(qū)，以便集液器具有一種多角形平面形式。這可使加工比較準(zhǔn)確，只帶有較低的加工誤差。
優(yōu)選的是至少一個(gè)側(cè)面區(qū)設(shè)有一個(gè)帶有恒定彎曲半徑的拱形，或設(shè)有若干個(gè)具有不同彎曲半徑的拱形。最好是管子底板的橫截面接近于半圓形。
同樣與管子底板半圓形的橫截面更接近的是，至少一個(gè)側(cè)面區(qū)按一個(gè)連續(xù)的凸?fàn)顦?gòu)成。因而避免了凸?fàn)畈糠钟捎趬毫d荷引起的較大變形。
根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的方案，管子底板設(shè)有界定開口的折邊，該折邊可以伸進(jìn)或伸出該集液器，該折邊增大了插入管與管子底板之間的接觸平面。因而使管子-管子底板連接得到加強(qiáng)。尤其具有優(yōu)點(diǎn)的是至少一個(gè)開口的折邊處于或靠近至少一個(gè)側(cè)面區(qū)，并低于管子底板的中間區(qū)。因此減小了側(cè)面區(qū)對(duì)管子-管子底板連接施加機(jī)械應(yīng)力的作用平面，而保持了在管子底板上中間區(qū)的有關(guān)管子-管子底板連接的較高的穩(wěn)定性。
根據(jù)對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，本發(fā)明所描述的熱交換器可按尤其是安裝在汽車上的空氣增壓冷卻器構(gòu)成。尤其是該空氣增壓冷卻器設(shè)有兩個(gè)集液器，其中一個(gè)集液器用于分流增壓空氣，而另一個(gè)集液器用于匯集增壓空氣。具有優(yōu)點(diǎn)的是各集液器設(shè)有一管子底板，各管子底板根據(jù)開口布置成行。成行布置的扁管之間焊接有波形翅片以增大散熱面積。優(yōu)選空氣作為冷卻介質(zhì)，也可以用其它的冷卻介質(zhì)如水等。


以下根據(jù)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)解釋說明。
圖1a是根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的一個(gè)截段。
圖1b是一個(gè)熱交換器截段。
圖1c是一個(gè)熱交換器的橫截面。
圖2a是一個(gè)熱交換器截段。
圖2b是一個(gè)熱交換器截段。
圖2c是一個(gè)熱交換器的橫截面。
具體實(shí)施例方式
圖1表示一個(gè)熱交換器10的截段的立體圖。用于分流第一介質(zhì)的集液器20由管子底板30和殼體蓋40組成，并在共同的接觸面50上相互焊接。該殼體蓋40插入管子底板30的內(nèi)部。也可將殼體蓋40安插或安裝在管子底板30上。另外圖中未示的實(shí)施例是管子底板和殼體蓋通過焊接，粘結(jié)或外部形狀相互連接成一體或一塊，即組成或構(gòu)成一個(gè)成形的連接平面。
管子底板30上設(shè)有一個(gè)開口60，其邊向集液器內(nèi)部彎折，形成折邊70。一個(gè)基本上是矩形的扁管80插入開口60，并與管子底板30焊接。圖中未示的波形翅片的兩側(cè)面與扁管80相鄰并與下一個(gè)扁管焊接從而加強(qiáng)了第一介質(zhì)與環(huán)流于該扁管80和翅片的第二介質(zhì)之間或第二介質(zhì)與第一介質(zhì)之間的熱交換?？傊?，熱交換器10是由扁管和波形翅片交替排列成行的扁管-翅片組件構(gòu)成。
從圖1b可知，扁管80插入開口60之中較深，使其上邊緣90高出折邊70。因此保證充分利用折邊70中面向扁管80的不可見的內(nèi)表面而作為一個(gè)扁管-管子底板連接的安裝面，并用于密封焊接。為了避免第一介質(zhì)通過熱交換器時(shí)發(fā)生的不必要的壓降，可以使扁管80伸出管子底板30較短。因此開口60基本在管子底板30的平面的中間區(qū)100。
因?yàn)榈谝唤橘|(zhì)涌流進(jìn)集液器20，在一定條件下該集液器20發(fā)生變形使其橫截面接近圓形。為了預(yù)先加工成該形狀，管子底板30上的側(cè)面區(qū)110、120相對(duì)中間區(qū)100有一折角。致使在集液器20的壓力作用下管子底板30在側(cè)面區(qū)110、120產(chǎn)生較小變形。該產(chǎn)生的機(jī)械變形通過對(duì)扁管80的側(cè)面130、140施加應(yīng)力而得到降低，這樣開口60和扁管80全部在管子底板30上的側(cè)面區(qū)110、120內(nèi)。減小上述管子底板30的變形可使扁管80及管子-管子底板連結(jié)中的機(jī)械載荷得到降低。
圖1c表示圖1a及圖1b中熱交換器截段的橫截面圖。其橫截面貫穿扁管80。對(duì)照?qǐng)D1b可清楚地看到，由于開口60伸進(jìn)管子底板30上的相對(duì)中間區(qū)100折角的側(cè)面區(qū)110，120內(nèi)，使得折邊70具有一個(gè)降低的高度貼在扁管80的側(cè)面130、140上彎折。具有的優(yōu)點(diǎn)是，由于壓力作用產(chǎn)生變形，折邊70在扁管80上有一個(gè)較小的作用平面。同時(shí)使扁管-管子底板連接中的接觸平面減小，大部分折邊70在管子底板30的平面中間區(qū)100保持有一個(gè)充分高度，以保證管子-管子底板連接的穩(wěn)定性。
圖2a、2b和2c是與圖1a、1b和1c相類似的又一個(gè)實(shí)施例，如圖所示，是根據(jù)本發(fā)明的熱交換器210，與上述實(shí)施例相區(qū)別的是，折邊270在集液器220上向外成形。管子底板230與殼體蓋240在共同的接觸平面250上焊接。一個(gè)基本上是矩形的扁管280在開口260處插入折邊270之中并與管子底板230焊接。
為了降低通過熱交換器的第一冷卻介質(zhì)流過集液器220并流過下面的扁管280時(shí)產(chǎn)生的壓降，折邊270伸出集液器220外，這樣在折邊270中安插的扁管280在管子底板230的平面中間區(qū)300不出頭。管子底板230的側(cè)面區(qū)310、320相對(duì)中間區(qū)300折角，使得在壓力作用下集液器220產(chǎn)生的變形至少在側(cè)面區(qū)310、320內(nèi)減小。為使開口260能夠?qū)Ρ夤?80的側(cè)面330、340產(chǎn)生卸載而將扁管280緊貼在側(cè)面區(qū)310、320內(nèi)。詳見圖2c。
在具有優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，在蓋板連接處250-側(cè)面區(qū)310/320-折邊270處由管子底板230形成S形截面，以降低折邊270的高度，也使作用在扁管280或管子-管子底板連接上的載荷降低。
權(quán)利要求
1.一種帶有管子和至少一個(gè)集液器的熱交換器，該集液器至少帶有一個(gè)管子底板，在該管子底板上為平面的一個(gè)中間區(qū)設(shè)有供管子插入的開口，且相對(duì)該中間區(qū)至少有一個(gè)折角或彎圓弧的側(cè)面區(qū)，其特征在于至少一個(gè)開口接近或位于該至少一個(gè)側(cè)面區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于該至少一個(gè)側(cè)面區(qū)具有平的分區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于該至少一個(gè)側(cè)面區(qū)具有恒定彎曲半徑的弧形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于該至少一個(gè)側(cè)面區(qū)具有不同彎曲半徑的若干個(gè)弧形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的熱交換器，其特征在于該至少一個(gè)側(cè)面區(qū)被制成凸?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的熱交換器，其特征在于該至少一個(gè)開口由折邊界定，該折邊伸進(jìn)該至少一個(gè)集液器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的熱交換器，其特征在于該至少一個(gè)開口由折邊界定，該折邊伸出該至少一個(gè)集液器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的熱交換器，其特征在于折邊靠近或位于該管子底板的至少一個(gè)側(cè)面區(qū)內(nèi)，該折邊低于管子底板上的中間區(qū)。
9.一種用于汽車上的增壓空氣冷卻器，其特征在于該冷卻器具有上述任一權(quán)利要求的特征。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有管子和集液器的熱交換器。所述集液器具有一個(gè)管子底板，它具有一個(gè)供管子插入的開口和折角或彎圓弧形的側(cè)面區(qū)。
文檔編號(hào)F28F9/02GK1720423SQ200380105129
公開日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月4日
發(fā)明者維爾納·黑爾姆斯, 馬庫(kù)斯·雷克, 斯特凡·魏澤 申請(qǐng)人:貝洱兩合公司