CN110418932A - 用于堆叠板热交换器的堆叠板及堆叠板热交换器 - Google Patents

Abstract

堆叠板包括：‑沿主平面延伸的基本平坦的基部(2a)，其中设置有第一通道开口(7)和第二通道开口(8)，用于分别通过第一介质和第二介质，以及‑凸起边缘(2b)，其突出超过所述基本平坦的基部(2a)的周边，连续地围绕它。凸起边缘(2b)的第一部分(2b1)和第二部分(2b2)根据彼此不同的第一横向角(α)和第二横向角(μ)突出超过基部(2a)的周边。交换器包括多个根据本发明的堆叠板(1)，它们一个在另一个之上交替地堆叠并附接。

Description

用于堆叠板热交换器的堆叠板及堆叠板热交换器

技术领域

在第一方面，本发明涉及一种用于堆叠板热交换器的堆叠板，其配置成使得当堆叠并连接到另一堆叠板时，它们之间的干涉问题被最小化或消除。

本发明的第二方面涉及一种堆叠板热交换器，其包括根据本发明第一方面的多个堆叠板。

本发明尤其适用于机动车辆中的热交换器(加热或冷却)，特别是在TOC(变速器油冷却器)和EOC(发动机油冷却器)应用方面。

背景技术

市场上可获得的油冷却器的现有配置对应于通常由不锈钢或铝制成的金属热交换器的配置。油冷却器的大多数部件是金属的，并且通过机械装置组装，然后通过焊接或钎焊连接，以确保应用所需的适当泄漏水平。

油冷却器的主要功能是在两种流体、冷却剂和油之间进行热交换。除此之外，它必须满足其他功能，比如保持低流体压降、承受流体的工作条件、承受环境条件、提供与油和冷却剂回路的连接等。

市场需求在需要更高效和紧凑的冷却器方面一直在增加，冷却器必须能够在更严格的条件(例如更高的油压和更高的温度)下工作。

通常，油冷却器包括交替堆叠的一组板，以允许流通并防止流体之间的接触，密封两个回路，冷却剂流通和油流通。在它们的制造中，一旦板堆叠，就施加垂直力以压紧装置并补偿实际接触的不足。包括板之间的空间的回路必须完全密封在冷却器内，也就是说围绕限定在板中的通道开口的区域，并且横向地，即围绕板的外周边。在侧面区域中，即在外侧周边上，解决该问题的方式是通过突出超过板的基本平坦的基部的周边的凸起边缘，其具有特定的倾斜度，以便将每个板的边缘闭合并且将其与板的边缘连接在一起，通过压力堆叠在其上。因此，板具有纵向尺寸、高度尺寸(也就是其凸起边缘的尺寸)和其凸起边缘的角度的组合，这允许整体被调节。结果，当板的表面以这种方式接触时，它们可以焊接在一起。

显然，冷却器部件的设计和制造需要各种尺寸的公差范围。另一方面，部件之间的距离或空间然而必须位于小的安全区域内，该安全区域允许部件焊接在一起。因此，这种部件的设计，尤其是堆叠板的设计，必须满足所述尺寸公差范围和所述距离或空间之间的折衷。

虽然在从板的基本平坦的基部的周边的直段突出的凸起边缘处很容易解决这个问题，但是在从它们的弯曲段突出的凸起边缘处存在更大的困难，因为这些区域中的干涉或空间不足在组装过程中产生不良后果。此外，在由弯曲段的这种凸起边缘形成的弯曲区域中，当它们与其所堆叠到的板的边缘嵌套时的变形是不均匀的，因为它们是高刚性的。经验表明，弯曲区域的摩擦会产生不利影响。这些区域也因为堆叠在一起时的摩擦而被标记。在对组进行装配和压缩期间的这种摩擦引起变形，并且因此在较不刚性的区域中发生变形。此外，这种变形在包括堆叠板之间的可见空间的实际部分中是明显的，特别是在对应于堆叠板的较短直段的凸起边缘的区域中。

因此，这种变形引起直区域的位移，从而在板之间产生空间，并因此导致流体(冷却剂或油)泄漏到外部，这是需要解决的技术问题。

专利US7717164B2描述了一种堆叠板热交换器，其通过堆叠具有本发明的权利要求1的前序部分的特征的板来形成。

代表现有技术并描述堆叠板热交换器的其他专利文献是文献JP2006010192A、DE19828029A1和EP1452816B1。

在所引用的文献中没有一个提供上述技术问题的解决方案，也就是说由于堆叠板之间的变形引起的位移造成的流体泄漏的产生。

因此，通过提供上述技术问题的解决方案，似乎有必要提供覆盖其中发现的缺点的现有技术的替代方案。

发明内容

根据该目的，本发明的第一方面涉及一种用于堆叠板热交换器的堆叠板，以其本身已知的方式包括：

-沿主平面延伸的基本平坦的基部，其中第一通道开口和第二通道开口分别定位成用于通过第一介质和第二介质，以及

-凸起边缘，其突出超过所述基本平坦的基部的周边，以连续的方式围绕它。

与现有技术中已知的堆叠板不同，在本发明第一方面的提议中，所提到的凸起边界的第一和第二部分特征性地分别根据相对于所述主平面的第一和第二横向角突出超过基本平坦的基部的周边，其中，所述第一和第二横向角彼此不同。

以这种方式，通过根据堆叠板所针对的交换器的应用或最终设计适当地选择这样的第一和第二角，可以解决上述技术问题，因为它带来了堆叠并嵌套在一起的单独板的凸起边缘的不同部分之间的适当接触，优化它们之间的干涉。

根据一实施例，所述第一部分从基本平坦的基部的周边的直段突出，而第二部分从其弯曲段突出。

根据优选实施例，第一横向角小于第二横向角。

在一实施例中，其中第一部分从基部周边的直段突出并且第二部分从其弯曲段突出，并且第一横向角小于第二横向角，当根据本发明第一方面设计的堆叠板堆叠和嵌套时，弯曲区域中的干涉最小化，这些所述弯曲区域是凸起边缘的面之间的适当接触最困难的区域。

也就是说，对于所提到的实施例，通过本发明的第一方面，提供了在板的基部周边的直段的凸起边缘处与弯曲段的那些相比具有不同横向角的堆叠板的设计，以便补偿当它们嵌套在一起时它们表现不同的事实。该解决方案使得可以提供在不同区域之间不同的组装条件，即在堆叠板的基部的周边的不同段的凸起边缘之间，以便解决或最小化它们之间的干涉问题。

由于横向角的这种差异，当在交换器组装期间堆叠板堆叠在一起时，从堆叠板的基部的周边的直段突出的凸起边缘彼此接触，但是对应于弯曲段的凸起边缘不会，因为它们之间存在间隙以避免干涉。

随后，在组装过程中，当在堆叠方向上施加压缩力时，整体变得紧凑并且对应于直段的凸起边缘稍微变形，同时与弯曲段相对应的凸起边缘彼此接触并且被垂直压缩直到它们实现足够的接触，从而避免了由于弯曲段的凸起边缘之间的摩擦而在现有技术中出现的与直段相对应的凸起边缘处的不希望的变形。

根据所述优选实施例的一个实施方式，第一横向角具有8°至10.5°之间的值，而第二横向角具有11°至14°之间的值。显然，具有与所示值不同的其他值的角度也包括在本发明中。

在一实施例中，所提到的弯曲段形成基本平坦的基部的圆形边棱，并且通过所提到的直段互连。

在所述实施例的一个实施方式中，基本平坦的基部具有矩形形状，包括四个所述圆形边棱和四个所述直段，四个所述直段每个都通过圆形边棱互连。

在其他实施例中，根据本发明第一方面的堆叠板包括所提到的凸起边缘的两个以上部分，其分别根据相对于主平面的两个以上横向角突出超过基本平坦的基部的周边，其中两个以上横向角彼此不同。

本发明的第二方面涉及一种堆叠板热交换器，包括多个根据本发明第一方面的堆叠板，包括：

-第一堆叠板，其中第一通道开口位于基本平坦的基部中，而第二通道开口位于凸起的环形结构中；以及

-第二堆叠板，其中第二通道开口位于基本平坦的基部中，而第一通道开口位于凸起的环形结构中。

在本发明第二方面提出的热交换器中，第一和第二堆叠板一个在另一个之上交替地堆叠并固定，其凸起边缘的至少一部分通过压力嵌套在一起。

附图说明

从以下参考附图的实施例的详细描述中将更全面地理解上述及其他优点和特征，实施例被认为是说明性的而非限制性的，其中：

图1是透视图，示出了根据本发明第一方面的一个实施例的多个堆叠板，除了一个即最上面的一个之外全都堆叠在一起，那一个位于嵌套和堆叠在位于紧邻下方的一个上之前的位置。

图2a是由本发明第一方面提供的用于对应于图1中最上面的板的实施例的堆叠板的正视图。

图2b是对于与图2a相同的实施例，为本发明的第一方面提供的堆叠板的平面图。

图3a是图2b中的堆叠板沿着由线G-G指示的截面的横截面的局部视图，其包括从板的基部的周边的弯曲段突出的凸起边缘。

图3b是图2b中的堆叠板沿着由线E-E指示的截面的横截面的局部视图，其包括从板的基部的周边的直段突出的凸起边缘。

图4a是示出根据本发明第一方面的一个实施例的三个堆叠板的部分的正视图，其在组装期间在初始情况下堆叠在一起，包括从其基部的周边的直段突出的凸起边缘。

图4b是示出根据与图4a中相同的实施例的三个堆叠板的其他部分的正视图，其在相同的初始组装情况下堆叠在一起，其中在这种情况下的部分包括从板的基部的周边的弯曲段突出的凸起边缘。

具体实施方式

如附图所示，特别是图1、2a和2b，根据本发明第一方面的用于堆叠板热交换器的堆叠板1、1a、1b包括：

-沿主平面延伸的基本平坦的基部2a，其中设置有第一通道开口7和第二通道开口8，用于分别通过第一介质和第二介质，以及

-凸起边缘2b，其突出超过所述基本平坦的基部2a的周边，连续地围绕它。

图1同样示出了根据本发明第二方面的堆叠板热交换器的一部分，特别是多个堆叠板1，其包括：

-第一堆叠板1a，其中第一通道开口7位于基本平坦的基部2a中，而第二通道开口8设置在凸起的环形结构中；和

-第二堆叠板1b，其中第二通道开口8位于基本平坦的基部2a中，而第一通道开口7位于凸起的环形结构中。

第一堆叠板1a和第二堆叠板1b一个在另一个之上交替地堆叠并附接，其凸起边缘2b通过压力堆叠在一起。

根据本发明第二方面的热交换器的其余元件(冷却流体入口/出口管、底部支撑件或基部、上板或盖等)未示出，因为它们被认为是常规类型的。

如图1和2b所示，凸起边缘包括第一部分2b1，其突出超过基本平坦的基部2a的周边的弯曲段，特别是从对应于所述周边的四个圆形边棱的四个弯曲段，以及第二部分2b2，其突出超过基本平坦的基部2a的所述周边的直段，特别是从四个平坦段，每个平坦段通过所述四个圆形边棱相互连接。

图3b示出了第一部分2b1如何根据相对于所述主平面的第一横向角α底座突出超过基本平坦的基部2a的周边的弯曲段，而图3a示出了第二部分2b2如何根据第二横向角μ突出超过所述周边的弯曲段，第一横向角α和第二横向角μ彼此不同，特别是对于所示的实施例而言，第一横向角α小于第二横向角μ。

图4a和4b示出了通过横向角α和μ的差异实现的效果，如前面部分中已经解释的。

特别地，所述图4a和4b示出了初始组装位置，其中根据本发明的三个堆叠板堆叠在一起但尚未施加垂直压缩力(或者如果已经施加的话，则其非常小)，使得从堆叠板的基部2a的周边的直段突出的凸起边缘2b1彼此接触时，如图4a所示，从所述周边的弯曲段突出的凸起边缘2b2不会，在它们之间有空间，以防止干涉，如图4b所示。

如前所述，随后在随后的组装阶段(未示出)中，当在堆叠方向上施加压缩力时，整体变得紧凑并且凸起边缘2b1稍微变形并且同时凸起边缘2b2彼此接触并且垂直压缩直到它们形成适当的接触，从而避免由于凸起边缘2b2之间的摩擦而在现有技术中发生的凸起边缘2b1的不希望的变形。

本发明人已经进行了实验，其中堆叠板被构造、堆叠和组装在一起，并且从而已经实现了在板之间没有空间或者其凸起边缘之间产生任何可见变形，在它们通过钎焊焊接在一起之前或之后都不会。

同样地，本发明人已经对根据本发明第一方面设计的组装的矩形堆叠板组和常规矩形堆叠板进行了数字计算机模拟，从而在经受最大应力的区域中，也就是说在对应于从堆叠板的基部的周边的最短直段突出的凸起边缘的区域中，获得了在根据本发明的板组中比常规堆叠中的板小约25％的VonMises应力水平的值。

本领域技术人员可以在所描述的实施例中引入变化和修改而不超出所附权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (7)

1.一种用于堆叠板热交换器的堆叠板(1、1a、1b)，包括：

-沿主平面延伸的基本平坦的基部(2a)，其中设置有第一通道开口(7)和第二通道开口(8)，用于分别通过第一介质和第二介质，以及

-凸起边缘(2b)，其突出超过所述基本平坦的基部(2a)的周边，连续地围绕它，

其特征在于，所述凸起边缘(2b)的第一部分(2b1)和第二部分(2b2)分别根据相对于所述主平面的第一横向角(α)和第二横向角(μ)突出超过基本平坦的基部(2a)的周边，其中，所述第一横向角(α)和第二横向角(μ)彼此不同。

2.根据权利要求1所述的堆叠板，其中，所述第一部分(2b1)从基本平坦的基部(2a)的周边的直段突出，而所述第二部分(2b2)从其弯曲段突出。

3.根据权利要求2所述的堆叠板，其中，所述第一横向角(α)小于所述第二横向角(μ)。

4.根据权利要求3所述的堆叠板，其中，所述第一横向角(α)具有介于8°和10.5°之间的值，而所述第二横向角具有介于11°和14°之间的值。

5.根据权利要求2、3或4所述的堆叠板，其中，所述弯曲段形成基本平坦的基部(2a)的圆形边棱并且通过所述直段互连。

6.根据权利要求5所述的堆叠板，其中，基本平坦的基部(2a)具有矩形形状，包括四个所述圆形边棱和四个所述直段，四个所述直段互连每对所述圆形边棱。

7.一种堆叠板热交换器，包括多个根据前述权利要求中任一项所述的堆叠板(1)，包括：

-第一堆叠板(1a)，其中第一通道开口(7)位于基本平坦的基部(2a)上，而第二通道开口(8)位于凸起的环形结构上；以及

-第二堆叠板(1b)，其中第二通道开口(8)位于基本平坦的基部(2a)上，而第一通道开口(7)位于凸起的环形结构上；

其中，所述第一堆叠板(1a)和第二堆叠板(1b)一个在另一个之上交替地堆叠并固定，其凸起边缘(2b)的至少一部分通过压力嵌套在一起。