CN116601450A - 用于热交换器的管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于热交换器的管。该管包括形成在该管的至少一个联接边缘上的至少一个可熔部，该可熔部用于与热交换器的至少一个壁组装。此外，可熔部相对于管的总平面(P1)平行地对准。管还包括位于联接边缘附近的基部部分和限定在热交换器的壁附近的尖端部分。可熔部的尖端部分适于通过管和壁之间的膨胀和收缩的差异而断裂。
Description
技术领域
本发明涉及一种热交换器。特别地，本发明涉及一种具有钎焊至热交换器壳体壁上的管的热交换器。
背景技术
通常，热交换器设置在车辆中以用于各种操作。特别地，增压空气冷却器设置在发动机的进气回路中。通常，发动机可以接收来自大气的空气，并且大气压力随着车辆高度的变化而降低，即，当车辆在比如山区的升高区域中行驶时。在这种情况下，发动机的燃料经济性和热效率会降低，因为发动机会接收到无效量/压力的空气。为了克服这些问题，通过被称为机械增压器或涡轮增压器的机械或电动压缩机对空气进行加压(这里称为“增压空气”)。在强制进气发动机中，功率输出成为输送至气缸的空气量的函数。最常用的方法是引入压缩机，以通过膨胀涡轮从排气歧管中重新获取能量，膨胀涡轮对输送至发动机的空气进行加压，或者传递一部分发动机功率以驱动机械增压器，通常是通过带轮组。
此外，对空气进行加压会导致其温度显著升高。因此，空气的密度随着温度的升高而降低，因为热空气的密度比冷空气小。像许多其他工业领域一样，汽车工业使用热交换器来确保发动机的最佳温度运行条件。因此，增压空气冷却器设置在发动机的上游和涡轮增压器/机械增压器的下游。增压空气冷却器可以耗散来自从自涡轮增压器流出的增压空气中的热量。增压空气冷却器配备有管组，该管组形成第一流体和第二传热流体之间的热交换束，并且该热交换束容纳在外壳中。
增压空气冷却器中的管可以由铝制成，因为这大大减轻了重量，并且铝合金还具有良好的耐热性和耐腐蚀性。由于增压空气冷却器的复杂性和所容许的小尺寸，该增压空气冷却器的各部件通过钎焊组装。此外，管通常钎焊至增压空气冷却器的壳体，即：通过将液态金属添加至待结合的金属部件上来进行结合。由于这些管在其与壳体壁接触的整个表面上被钎焊，由此被添加的金属形成了连续的线，从而组件缺乏灵活性。众所周知的是，增压空气冷却器在操作模式期间会承受高且变化的应力，例如热机械应力以及与多少具有侵蚀性的环境的化学反应。
特别地，突然并且显著的温度变化会引起热冲击，例如，当打开配备有传感器的阀门时，该传感器用于测量发动机温度并允许冷的发动机冷却水进入较热的发动机进气***。这些热冲击导致热交换器的管的膨胀/收缩现象，称为热流通。然而，管缺乏柔性会产生很大的应力，这会导致管中出现破裂区。然后可以观察到，这些破裂区会导致传热流体的泄漏。
在一些现有技术中，热交换管可以包括位于管和壳体之间的一些易断的突出部，这些突出部在热循环过程中会断裂。然而，易断的突出部倾向于形成不可预测的形状和结构，这在大多数情况下会导致壳体与管之间的碰撞，尤其是在管膨胀期间。这种碰撞可能导致机械应力，并最终由于泄漏导致增压空气冷却器的故障。
因此，仍然需要一种具有原创设计的热交换器管，其确保更大的管柔性，并且允许避免易断的熔丝元件的剩余元件之间的碰撞。
发明内容
因此，本发明旨在通过提出一种用于热交换器的管来补偿现有技术的缺点并满足上述限制，该管的设计和操作模式简单、可靠且经济，这使得可以限制或者甚至避免在管中出现与热冲击相关的破裂区，以及易断的熔丝元件的剩余元件之间的碰撞。
本发明的另一个目的是这样一种用于热交换器的管，该管在外壳的相对壁上提供支撑，以便通过与互补的管的钎焊来进行组装，从而形成用于传热流体的流通的导管。
本发明还旨在提供一种热交换器，该热交换器包括至少一个这种用于交换器的管，从而提供增强的可靠性。为此目的，本发明涉及一种用于热交换器的管，所述管包括与另一管的联接边缘。
根据本发明，所述边缘包括至少一个可熔部，用于将该联接边缘与至少一个壳体壁组装在一起，所述至少一个可熔部被配置为通过所述管和其意图组装在其上的所述至少一个壳体壁之间的不同的膨胀/收缩而与所述联接边缘的其余部分分离。
在本说明书中，一些元件或参数可以被索引，例如第一元件和第二元件。在这种情况下，除非另有说明，否则这种索引仅用于区分和命名相似但不相同的元件。不应从这种索引中推断出优先级的概念，因为这些术语可以交换而不背离本发明。此外，这种索引并不意味着本发明的元件的安装或使用的任何顺序。
鉴于上述情况，本发明涉及一种用于热交换器的管。该管包括形成在该管的至少一个联接边缘上的至少一个可熔部，该可熔部用于与热交换器的至少一个壁组装。此外，可熔部相对于管的总平面(P1)平行地对准。该管还包括位于联接边缘附近的基部部分和位于热交换器的壁附近的尖端部分。可熔部的尖端部分适于通过管和壁之间膨胀和收缩的差异而完全与壁分离。
在一个实施例中，管还包括位于管的角部区域上的至少一个凹口，特别地，该凹口位于联接边缘和可熔部的基部部分之间。
在一个示例中，可熔部的尖端部分延伸超过管的联接边缘。
此外，可熔部形成在管的联接边缘的角部处。
在一个实施例中，可熔部的尖端部分比基部部分窄，以有助于管从壁分离。
此外，联接边缘形成为界定由两块板形成的管，这两块板以其各自的相对面彼此组装在一起。
此外，联接边缘用于界定导管，该导管用于传热流体在管内的流通。
在一个实施例中，可熔部具有梯形形状，其中尖端部分的宽度小于基部部分的宽度。
此外，可熔部包括连接尖端部分和基部部分的倾斜边缘。
在另一实施例中，可熔部是三角形的。
优选地，可熔部的厚度是管的厚度的一半，其中厚度是在垂直于管的总平面(P1)的方向上测量的。
替代地，可熔部的厚度大于管的厚度的一半，其中厚度是在垂直于管的总平面(P1)的方向上测量的。
替代地，可熔部的厚度小于管的厚度的一半，其中厚度是在垂直于管的总平面(P1)的方向上测量的。
附图说明
本发明的其他特征、细节和优点可以从下文对本发明的描述中推断出来。当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，将容易获得对本发明及其许多伴随的优点的更完整的理解，并且其变得更易于理解，其中:
图1示出了根据本发明实施例的热交换器的透视图；
图2示出了根据现有技术的热交换器的侧视图，其中详细示出了管壳组件；
图3示出了用于图1中热交换器的独立管的透视图；
图4示出了图3所示管的角部部分的透视图；
图5示出了形成在管的联接边缘上的、图3中可熔部的俯视图；并且
图6示出了形成在管的联接边缘上的、图3中可熔部的前视图。
具体实施方式
必须注意的是，附图以足够详细的方式公开了本发明，如果需要，所述附图有助于更好地定义本发明。然而，本发明不应局限于说明书中公开的实施例。
本发明可公开一种热交换器管，其具有设置在热交换器中的至少一个可熔部。通常来说，热交换器可以包括管束，该管束设置在两个歧管之间并形成流体通道。这些管可以钎焊至热交换器壳体的内壁。在热交换器操作过程中，管可能会经历各种热循环。因此，热应力可能作用在管上，这可能导致管中出现破裂区。此外，这种断裂/破裂区会导致传热流体的泄漏。为了避免这种问题，在热交换器的管的联接边缘处设置了突出部。这种突出部可以是可熔部，该可熔部适于在管和热交换器的相应壁之间存在不同的膨胀和收缩时断裂。
图1示出了根据本发明实施例的热交换器100的透视图。热交换器100可以包括形成壳体150的三个壁。这三个壁是第一壁110、第二壁120和第三壁130，其中第一壁110和第二壁120平行地对准并且彼此隔开，第三壁130可以相对于第一壁110和第二壁120垂直地对准，使得第三壁130的相对边缘与第一壁110以及第二壁120接触。
热交换器100可以进一步包括歧管140。歧管140可以相对于第三壁130平行地定位，并且相对于第一壁和第二壁110、120垂直地定位，使得，类似于第三壁130，歧管140的相对边缘与第一壁110以及第二壁120接触。
壁110、120、130和歧管140可以例如通过钎焊结合在一起，使得壁110、120、130和歧管140形成基本上矩形的流体密封壳体150，该壳体界定了用于第一流体(比如增压空气)的第一流体回路。壳体150还可以在其开口端上接收用于第一流体的入口和出口(未示出)。从入口到出口的示例性第一流体流动方向在图1中分别由Fin和Fout表示。
此外，用于第二流体的第二流体回路尤其可由歧管140形成，歧管140可包括入口龙头142和出口龙头144，用于输送或收集第二流体，例如冷却剂。从入口到出口的示例性第二流体流动方向在图1中分别由Win和Wout表示。第二流体回路还包括位于壳体150内的至少一个管102。在这个例子中，术语“在…内”意味着管102不会突出到由壳体150界定的空间之外。管102相对于第一壁110和第二壁120基本平行地对准，并且基本垂直于歧管150和第三壁130。
此外，管102从歧管140延伸至第三壁130，但仅与歧管140流体连接。管102形成为使得在第二流体流过的路径上能够有至少一个U形转弯。通常，歧管140被配置成通过形成在其中的两个平行通道将第二流体输送和/或收集至管102中。优选地，歧管150中的通道形成为具有例如分隔件的一体元件，然而也可以设想其他为第二流体提供通道的方式。
通常，热交换器100可以包括多个管102以提高其效率。管102以平行的方式一个接一个地堆叠，并且垂直于歧管140，使得第二流体尽可能均匀地分布。第二流体可流通通过入口Win，并其被引导至供给管102的该歧管140的相应通道。接下来，第二流体流动通过U形管102流回歧管150，然后通过第二流体出口Wout被收集。
为了提高热交换效率，管102的堆叠可以与所谓的湍流器或翅片160交错。在管102之间交错的湍流器或翅片160的数量对应于管102附近的自由空间。换句话说，湍流器或翅片160填充壳体140内未被其它子部件占据的空间，以便最大化热交换效率并减少第一流体绕过管102。在本示例中，热交换器100是增压空气冷却器。在这种情况下，第一流体是增压空气，第二流体是传热流体，即：冷却剂或水或水-乙二醇混合物。
图2示出了根据现有技术的具有多个管102的热交换器100。为了清楚起见，省略了湍流器或翅片160。热交换器100可以水平定向。热交换器100的水平定向是指其管1的堆叠的水平方向。替代地，热交换器100可以相对于水平定向以任何角度定向，只要第一和第二流体被高效地输送以在它们之间提供有效的热交换即可。如图2所示，每个管102可以由在相同工艺中制造的两块半板(half-plate)形成，其中一块半板基本上是另一块半板的镜像，以界定供传热流体在这些半板之间流通的路径。替代地，管102可以是折叠管。
图2还示出了管102与壳体140的组装件的详细截面“S1”。根据现有技术，各管102是堆叠的并且彼此隔开，从而提供整个热交换器100的良好效率。在热交换器100的操作模式期间，管102根据第一和第二流体的温度以及它们在热交换器100的不同部分中的温差而膨胀和收缩。此外，热交换器100的不同子部件可以不同程度地膨胀或收缩，因为热量通常不会均匀地分布在所有子部件上。
管102起初(即：在预操作模式下)可以固定在歧管140和第三壁130二者上，然而管102也可以仅固定在歧管140上。由于管102直接连接至壳体150，管102可能缺乏柔性，因此管可能损坏并导致第二流体泄漏。为了避免这种问题，在管102中引入可熔部。可熔部的示意和几何形状在下面的图中进行描绘。
图3和图4示出了独立管102和图1中管102的其中一个角部区域的等轴视图。在一个实施例中，每个管102可以具有基本上矩形的形状，从而可以限定总平面P1。在此示例中，管102的总平面(P1)是沿着两块半板的接触区域限定的。换句话说，管102的总平面(P1)平行延伸并位于特定的管102的半板之间。换句话说，总平面(P1)可以穿过管102的中间部分，使得用于第一流体的导管在其两个部分中被分成均匀的两半。
如图3所示，管102还可以包括用于联接两块半板的联接边缘104。如上所述，联接边缘104可以界定由两块板形成的管104，这两块板通过它们各自的相对面彼此组装在一起，并且该联接边缘104可以界定用于第二流体(即：管102内的传热流体)的流通的导管。联接边缘104可以包括至少一个可熔部202，用于将联接边缘104与热交换器100的至少一个壁(特别是壳体150的第三壁130)组装在一起。此外，管102可以包括流体入口106和流体出口108，如图3所示。流体入口106和流体出口108中的每一个都可以包括领圈部，该领圈部被配置为在管102和热交换器100的歧管140之间提供流体密封连接。
因此，在本发明的优选实施例中，在热交换器100的操作模式期间，管102的一端固定至壳体150，而另一端应该是自由端，从而允许管102在壳体150内的膨胀或收缩。
图4详细示出了如图3所示的同一管102的一部分。特别地，图4示出了具有可熔部202的管102的其中一个角部区域。可熔部202相对于管102的总平面“P1”平行地对准。可熔部202包括位于联接边缘104附近的基部部分204和位于/限定在热交换器100的壁(特别是第三壁130)附近的尖端部分206。在一个实施例中，可熔部202的尖端部分206与第三壁130接触。在另一个实施例中，可熔部202的尖端部分206可以以在尖端部分206和第三壁130之间限定的间隙的方式形成。尖端部分206适于通过在管102和热交换器100的第三壁130之间的膨胀和收缩的差异而与第三壁130完全分离。
图5和图6示出了形成在管102的联接边缘104上的、图3中可熔部202的俯视图和正视图。如图5所示，尖端部分206与壳体150的第三壁130接触。当管102由于热循环而膨胀或收缩时，可熔部202可断裂或完全与第三壁130分离，特别是与第三壁130接触的尖端部分206可断裂，从而防止管102与第三壁120的相碰并且防止管102的损坏。管102还包括位于管102的角部区域上的至少一个凹口208，特别地，凹口208位于管102的联接边缘104和可熔部202的基部部分204之间。在本实施例中，可熔部202的尖端部分206比可熔部202的基部部分204窄，以便于管102与第三壁130分离。可熔部202形成在管102的联接边缘104的角部处。此外，可熔部202的尖端部分206延伸超过管104的联接边缘104，因此管102可以与壳体150的壁分离。由于可熔部202的尖端部分206延伸超过管102的联接边缘104，当管102由于各种热循环而经受不同的膨胀或收缩时，可熔部202、尤其是尖端部分206，会断裂。
如图5所示，可熔部202为梯形形状，其中可熔部202的尖端部分206比基部部分204窄。此外，尖端部分206的宽度小于基部部分204的宽度，使得尖端部分206可以通过管102和壳体150之间的膨胀或收缩的差异而容易地与第三壁130分离。此外，可熔部202包括连接可熔部202的尖端部分206与基部部分204的倾斜边缘210。在一个示例中，可熔部202的尖端部分206钎焊至壳体150，特别是钎焊至第三壁130。在另一示例中，尖端部分206刚好与壳体150接触，特别是与第三壁130接触。在另一个实施例中，可熔部202是三角形的。
如上所述，尖端部分206可以被配置为通过管102和至少一个壁(例如第三壁130)之间的膨胀或收缩的差异而与可熔部202分离，该尖端部分206将被组装在该至少一个壁上。在第一热循环期间，施加在管102和壳体150之间的应力允许凹口208将尖端部分206与可熔部202分开，从而尖端部分206可断裂。因此，在尖端部分206与壳体150钎焊在一起的情况下，可熔部292的基部部分204与管102成一体，而尖端部分206与壳体150成一体，特别是与第三壁130成一体。
优选地，可熔部202的厚度可以是管102的厚度的一半，其中厚度是在垂直于管102的总平面(P1)的方向上测量的。换句话说，从管102的一个角部区域突出的每个可熔部202与管102的半板(可熔部202从其突出)具有相同的厚度。替代地，从管102的一个角部区域突出的可熔部202比管102的半板(可熔部202从其突出)更厚。可替代地，从管102的一个角部区域突出的可熔部202比管102的半板(可熔部202从其突出)更薄。
由于凹口208设置在管102的联接边缘104和可熔部202的基部部分204之间，当管102和壳体150之间存在不同的膨胀和收缩时，尖端部分206能够容易地与可熔部202分离。换句话说，凹口208允许尖端部分206以这样的方式与基部部分204分离：在热交换器100的操作模式期间，管102不会与壳体150碰撞，或者这些元件之间的接触非常温和。这允许显著提高整个热交换器100的热阻。为了实现类似的效果，本领域技术人员可以例如在平行于管102的总平面(P1)的方向上增加壳体150的尺寸，使得管可以自由地膨胀和收缩，然而这将产生若干问题，例如增加包装、降低热交换器的热效率等。
在任何情况下，本发明不能也不应该受限于本文中具体描述的实施例，因为可能存在其他实施例。本发明将扩展到任何等同装置以及任何技术上操作的装置组合。
Claims (13)
1.一种用于热交换器(100)的管(102)，包括形成在所述管(102)的至少一个联接边缘(104)上的至少一个可熔部(202)，所述可熔部(202)用于与所述热交换器(100)的至少一个壁(130)组装，其特征在于，
所述可熔部(202)相对于所述管(102)的总平面(P1)平行地对准，其中，所述可熔部(202)包括位于所述联接边缘(104)附近的基部部分(204)和位于所述热交换器(100)的壁(130)附近的尖端部分(206)，其中，所述可熔部(202)的尖端部分(206)适于通过所述管(102)和所述壁(130)之间的膨胀和收缩的差异而与所述壁(130)完全分离。
2.根据权利要求1所述的管(102)，所述管(102)还包括位于所述管(102)的角部区域上的至少一个凹口(208)，特别地，所述凹口(208)位于所述联接边缘(104)和所述可熔部(202)的基部部分(204)之间。
3.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)的尖端部分(206)延伸超过所述管(102)的联接边缘(104)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)形成在所述管(102)的联接边缘(104)的角部处。
5.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)的所述尖端部分(206)比所述基部部分(204)窄，以有助于所述管(102)与所述壁(130)分离。
6.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述联接边缘(104)形成为界定由两块板形成的所述管(102)，所述两块板以其各自的相对面彼此组装在一起。
7.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述联接边缘(104)用于界定导管，所述导管用于传热流体在所述管(102)内的流通。
8.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)为梯形形状，其中，所述尖端部分(206)的宽度小于所述基部部分(204)的宽度。
9.根据权利要求8所述的管(102)，所述可熔部(202)还包括倾斜边缘(210)，所述倾斜边缘(210)连接所述尖端部分(206)与所述基部部分(204)。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)为三角形状。
11.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)的厚度是所述管(102)的厚度的一半，其中，所述厚度是在垂直于所述管(102)的总平面(P1)的方向上测量的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)比所述管(102)的厚度的一半更厚，其中，所述厚度是在垂直于所述管(102)的总平面(P1)的方向上测量的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的管(102)，其中，所述可熔部(202)比所述管(102)的厚度的一半更薄，其中，所述厚度是在垂直于所述管(102)的总平面(P1)的方向上测量的。
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