專利名稱：熱交換器的制作方法
技術領域：
本發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：
為了提高內燃機的功率，在輸入內燃機的燃燒室之前，供燃燒的空氣由渦輪壓縮器壓縮。同時該壓縮的空氣升溫，這對于燃燒過程中所要求的最佳排放是有害的。如這樣會引起內燃機過早點燃，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，將一個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允許的溫度。
這種增壓空氣冷卻器在德國專利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邊所在的平面相互平行布置，并構成流路，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。冷卻空氣流經管子接入兩個集流槽之一中，該流入的經過冷卻的被壓縮的增壓空氣經集流槽輸送到發動機中以供燃燒。
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開口處，并進行密封焊接。因為容裝有壓縮空氣，壓力變化較快，釬焊連接處所承受的機械載荷變化較大。特別是扁管上較窄的平面在不能滿足提高的強度要求時，該管子-管子底板連結在朝向管子底板的那一側上會產生不密封的情況。
為了提高管子-管子底板連接的強度，一個簡單的方法是，采用管壁具有較高強度的管子和/或管子底板，或著在外部和/或內部采用帶有較高材料強度的翅片。很明顯在增加機械強度的同時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采用拉桿降低管子-管子底板連接的機械應力。該拉桿加固該增壓器殼體并減輕管子底板連接的負荷，卻增加了材料消耗，并引起增壓空氣冷卻器內的壓力損失。
發明內容
本發明的任務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的情況下，就可由管子-管子底板連接減少該機械負載。
本發明通過具有權利要求1特征的熱交換器解決。
具有權利要求1特征的熱交換器具有管子，它適于由第一介質流過并被第二介質環流，以便由第一介質對第二介質加熱或冷卻。至少一個與該管子連接的集液器至少包括一個管子底板，它具有一個基本上是平面的中間區和至少一個相對該中間區折角或彎圓弧的側面區。優選的是該管子底板具有兩個相對的側面區，該側面區相對中間區折角或彎圓弧。在中間區設有開口，管子插入該開口中與集液器相連。
本發明的理論依據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，使得集液器因為壓力載荷引起的變形減小，所以管子-管子底板連接可得到機械卸載。為了作到這一點，在管子-管子底板連接的中間區至少設置一個開口，優選該開口至少接近或位于該至少一個側面區內。這樣就可保證，該管子-管子底板連結部朝向的至少一側面區相對于管子底板上的中間區界定折角或彎圓弧的區域。結果是在集液器范圍的管子-管子底板連接區域，由于壓力載荷引起較小變形的情況下，產生較小的機械應力。最好是該開口接近該折角的側面區或位于該彎圓弧形的側面區，而在接近該側面區的情況下，可以避免管子-管子底板連接中的機械載荷作用在該側面區域。
本發明所描述的熱交換器，提高了機械強度及使用壽命，無須花費更多的材料、零件和生產時間。
管子底板的中間區在本發明結構中基本上為一個平面，管子底板在該區大部分是平的。尤其是管子底板中間區在本發明結構中基本上是平的，具有由開口彎折的折邊，和/或有額外的相對于平面的少量偏移。
從屬權利要求是本發明的優選方案。
根據本發明，管子底板上的至少一個側面區包括一個或若干個平的分區，以便集液器具有一種多角形平面形式。這可使加工比較準確，只帶有較低的加工誤差。
優選的是至少一個側面區設有一個帶有恒定彎曲半徑的拱形，或設有若干個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，至少一個側面區按一個連續的凸狀構成。因而避免了凸狀部分由于壓力載荷引起的較大變形。
根據一個優選的方案，管子底板設有界定開口的折邊，該折邊可以伸進或伸出該集液器，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。尤其具有優點的是至少一個開口的折邊處于或靠近至少一個側面區，并低于管子底板的中間區。因此減小了側面區對管子-管子底板連接施加機械應力的作用平面，而保持了在管子底板上中間區的有關管子-管子底板連接的較高的穩定性。
根據對上述方案的進一步改進，本發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成。尤其是該空氣增壓冷卻器設有兩個集液器，其中一個集液器用于分流增壓空氣，而另一個集液器用于匯集增壓空氣。具有優點的是各集液器設有一管子底板，各管子底板根據開口布置成行。成行布置的扁管之間焊接有波形翅片以增大散熱面積。優選空氣作為冷卻介質，也可以用其它的冷卻介質如水等。
以下根據實施例并結合附圖對本發明予以詳細解釋說明。
圖1a是根據本發明的熱交換器的一個截段。
圖1b是一個熱交換器截段。
圖1c是一個熱交換器的橫截面。
圖2a是一個熱交換器截段。
圖2b是一個熱交換器截段。
圖2c是一個熱交換器的橫截面。
具體實施例方式
圖1表示一個熱交換器10的截段的立體圖。用于分流第一介質的集液器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。另外圖中未示的實施例是管子底板和殼體蓋通過焊接，粘結或外部形狀相互連接成一體或一塊，即組成或構成一個成形的連接平面。
管子底板30上設有一個開口60，其邊向集液器內部彎折，形成折邊70。一個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面與扁管80相鄰并與下一個扁管焊接從而加強了第一介質與環流于該扁管80和翅片的第二介質之間或第二介質與第一介質之間的熱交換。總之，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的不可見的內表面而作為一個扁管-管子底板連接的安裝面，并用于密封焊接。為了避免第一介質通過熱交換器時發生的不必要的壓降，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100。
因為第一介質涌流進集液器20，在一定條件下該集液器20發生變形使其橫截面接近圓形。為了預先加工成該形狀，管子底板30上的側面區110、120相對中間區100有一折角。致使在集液器20的壓力作用下管子底板30在側面區110、120產生較小變形。該產生的機械變形通過對扁管80的側面130、140施加應力而得到降低，這樣開口60和扁管80全部在管子底板30上的側面區110、120內。減小上述管子底板30的變形可使扁管80及管子-管子底板連結中的機械載荷得到降低。
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。對照圖1b可清楚地看到，由于開口60伸進管子底板30上的相對中間區100折角的側面區110，120內，使得折邊70具有一個降低的高度貼在扁管80的側面130、140上彎折。具有的優點是，由于壓力作用產生變形，折邊70在扁管80上有一個較小的作用平面。同時使扁管-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100保持有一個充分高度，以保證管子-管子底板連接的穩定性。
圖2a、2b和2c是與圖1a、1b和1c相類似的又一個實施例，如圖所示，是根據本發明的熱交換器210，與上述實施例相區別的是，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流過集液器220并流過下面的扁管280時產生的壓降，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300不出頭。管子底板230的側面區310、320相對中間區300折角，使得在壓力作用下集液器220產生的變形至少在側面區310、320內減小。為使開口260能夠對扁管280的側面330、340產生卸載而將扁管280緊貼在側面區310、320內。詳見圖2c。
在具有優點的實施例中，在蓋板連接處250-側面區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。
權利要求
1.一種帶有管子和至少一個集液器的熱交換器，該集液器至少帶有一個管子底板，在該管子底板上為平面的一個中間區設有供管子插入的開口，且相對該中間區至少有一個折角或彎圓弧的側面區，其特征在于至少一個開口接近或位于該至少一個側面區。
2.根據權利要求1所述的熱交換器，其特征在于該至少一個側面區具有平的分區。
3.根據權利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于該至少一個側面區具有恒定彎曲半徑的弧形。
4.根據權利要求3所述的熱交換器，其特征在于該至少一個側面區具有不同彎曲半徑的若干個弧形。
5.根據權利要求1至4之一所述的熱交換器，其特征在于該至少一個側面區被制成凸狀結構。
6.根據權利要求1至5之一所述的熱交換器，其特征在于該至少一個開口由折邊界定，該折邊伸進該至少一個集液器。
7.根據權利要求1至5之一所述的熱交換器，其特征在于該至少一個開口由折邊界定，該折邊伸出該至少一個集液器。
8.根據權利要求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側面區內，該折邊低于管子底板上的中間區。
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利要求的特征。
全文摘要
本發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管子底板，它具有一個供管子插入的開口和折角或彎圓弧形的側面區。
文檔編號F28F9/02GK1720423SQ200380105129
公開日2006年1月11日 申請日期2003年10月31日 優先權日2002年12月4日
發明者維爾納·黑爾姆斯, 馬庫斯·雷克, 斯特凡·魏澤 申請人:貝洱兩合公司