用于在流體之間進行熱交換的熱交換設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于在流體之間進行熱交換的熱交換設(shè)備
[0001]發(fā)明目的
[0002]本發(fā)明涉及一種用于在穿過絕熱導(dǎo)管循環(huán)的兩種流體之間進行熱交換的熱交換設(shè)備。在優(yōu)選的示例中，第一流體是起源于廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)的熱氣體，并且第二流體是用于從熱氣體除熱的冷卻液。
[0003]根據(jù)本發(fā)明所述的設(shè)備具有缺少外殼的簡單且廉價的結(jié)構(gòu)，從而當(dāng)處于操作模式時產(chǎn)生非常緊湊且重量輕的構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0004]用于由一堆平面導(dǎo)管形成的EGR系統(tǒng)的熱交換器在本領(lǐng)域的狀態(tài)下是已知的，其中這些平面導(dǎo)管中的每個由沖切(die-cut)并焊接到彼此的兩個鋼板形成。進而，在每個平面導(dǎo)管內(nèi)，存在波紋板，其增加要冷卻的氣體的紊流并提高對流并因此提高到在這些導(dǎo)管外循環(huán)的冷卻液的熱傳送。
[0005]由具有通過壓花加工(emboss)形成的壓花的沖切和焊接板形成的平面導(dǎo)管有利于連續(xù)導(dǎo)管之間的通道或空腔的形成，用于允許冷卻液的穿過。
[0006]在此類熱交換器中，一堆導(dǎo)管容納在包含冷卻液的外殼中。外殼是一種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)進而具有用于冷卻液穿過的入口和出口，所述冷卻液除去從熱氣體提取的熱。外殼中液體的體積包括平面導(dǎo)管之間的體積以及外殼和一堆導(dǎo)管之間的液體，其中后者是顯著的并以高的百分比增加了所述設(shè)備的總重量。
[0007]本領(lǐng)域的技術(shù)人員在設(shè)計此類交換器中的經(jīng)驗不能夠外推到其他制造方法和諸如擠壓鋁等材料。不僅它們是具有非常不同的導(dǎo)熱性和膨脹系數(shù)的材料，而且制造和焊接技術(shù)完全不同且不允許使用與不銹鋼部件一起使用的構(gòu)造。
[0008]一種稱為復(fù)合板(clad)的鋁板的類型在本領(lǐng)域的狀態(tài)下是已知的。此類鋁板進而具有一層鋁，其熔點低于在其表面的至少一個上的相同板的鋁的其余部分。在整個說明書和權(quán)利要求中，當(dāng)使用術(shù)語包層時，其將指包括一層鋁的這種鋁板，所述一層鋁的熔點低于在其表面的至少一個上的相同板的鋁的其余部分。
[0009]此類板的優(yōu)點在于允許與部件的附接，其中通過將它們引入烘箱，所述板的表面接觸帶有減小的熔點(減小理解為較低)的鋁的表面。附接過程包括，由包括復(fù)合板的要附接的部件受到大于具有減小的熔點的鋁的熔融溫度但低于所述鋁的其余部分的熔融溫度的溫度。
[0010]在具有減小的熔融溫度的鋁的這個溫度處，附接接觸表面和具有較高熔融溫度的鋁保持結(jié)構(gòu)的完整性。
[0011]在其中在本領(lǐng)域的狀態(tài)下例如附接兩個垂直相交的板是必要的情況下，復(fù)合板在垂直形成的節(jié)段中延長，使得所述節(jié)段的具有減小的熔融溫度的鋁的表面接觸另一板。所述附接產(chǎn)生，因為具有較低熔融溫度的此垂直節(jié)段的表面平行于要附接的表面并與其接觸。穿過用于升高溫度的烘箱熔融具體接觸要附接的部件的鋁，并且確保焊接彼此垂直定位的兩個板。
[0012]本發(fā)明基于使用擠壓鋁型材提供一種缺少外殼的簡單構(gòu)造的熱交換器，所述擠壓鋁型材的附接確保使用不同地用于如何在本領(lǐng)域的狀態(tài)下使用的復(fù)合板。與前面內(nèi)容結(jié)合的其他技術(shù)解決方案在本說明書的下列部分中進行描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明是一種具有簡單構(gòu)造的熱交換器，其通過擠壓鋁型材制造，從而產(chǎn)生緊湊的構(gòu)造并使用在本領(lǐng)域的狀態(tài)下未知的附接裝置。
[0014]所述設(shè)備是用于在穿過導(dǎo)管循環(huán)的第一流體(優(yōu)選為氣體)和穿過第二導(dǎo)管循環(huán)的第二流體(優(yōu)選為冷卻液)之間進行熱交換的熱交換器，其中所述設(shè)備適用于插入兩個導(dǎo)管之間并根據(jù)第一權(quán)利要求，包括:
[0015]一一多個擠壓鋁型材節(jié)段，使得:
[0016].它們優(yōu)選地根據(jù)縱向方向延伸，
[0017].它們具有適用于傳導(dǎo)所述第一流體的、在所述型材的縱向方向上產(chǎn)生導(dǎo)管的一個或多個閉合內(nèi)腔；并且其中，
[0018].所述多個節(jié)段被布置沿橫向于所述縱向方向的方向分布并彼此間隔開，
[0019]型材節(jié)段負責(zé)傳輸?shù)谝涣黧w，例如穿過其中的熱氣體。這些擠壓鋁型材能夠由引導(dǎo)氣體并提高從第一流體到型材的外表面的熱傳送的單元形成。單元中的結(jié)構(gòu)的各種示例已經(jīng)過測試，并且已發(fā)現(xiàn)基于直內(nèi)壁的單元是最有效的。在其中型材節(jié)段之間有一定距離的這種分布中，產(chǎn)生適用于由第二流體、冷卻液占用的空間。如下面將要指出，當(dāng)介紹交換器的所有基本組件時，通過間距產(chǎn)生的這些空間通過板橫向地閉合，使得不必要使用外殼。
[0020]一一第一穿孔或開槽的復(fù)合鋁板，即具有一層鋁，其熔點低于在其表面的至少一個上的相同板的鋁的其余部分，其中所述穿孔或凹槽適合于容納所述多個型材節(jié)段的端部之一，使得所述第一板基本上垂直于此類型材節(jié)段，并且其中此類穿孔或凹槽具有根據(jù)它們?nèi)菁{的型材節(jié)段的截面的構(gòu)造，
[0021]第二復(fù)合銷板和第二復(fù)合銷板，其中，
[0022].所述第二板是以周邊環(huán)的形式并適用于包圍所述多個型材節(jié)段，
[0023].所述第三板被穿孔或開槽，其中所述穿孔或凹槽適合于容納與其中所述第一板根據(jù)所述縱向方向定位的端部相對的所述多個型材節(jié)段的端部，并且其中此類穿孔或凹槽具有根據(jù)它們?nèi)菁{的所述型材節(jié)段的截面的構(gòu)造，
[0024]其中所述第二板和所述第三板二者基本上垂直于此類型材節(jié)段，
[0025]由于第一鋁板和第三鋁板，型材節(jié)段彼此間隔開。第一板和第三板的穿孔或凹槽容納型材節(jié)段的兩個端部，從而確保其相對位置。
[0026]所述板是復(fù)合板并基本上垂直于型材節(jié)段布置。此布置不是一種將在本領(lǐng)域的狀態(tài)下用于將一個板附接到垂直相交的型材的布置，因為垂直于該板出現(xiàn)的至少一個節(jié)段或凸緣將被設(shè)置成使得所述板的較低熔融溫度的表面的至少一部分將接觸型材節(jié)段。
[0027]相比之下，本發(fā)明使兩個復(fù)合板和型材節(jié)段垂直地相交。接觸型材節(jié)段和與其執(zhí)行附接的所述板的表面是在沖切中產(chǎn)生的表面。已通過實驗證明，通過建立此附接，當(dāng)鋁在穿過烘箱的階段期間熔融并充分地使要附接的表面變濕從而確保附接和防泄漏性時，位于自由表面上的鋁流動，不像在本領(lǐng)域的狀態(tài)下所認為的。
[0028]此附接允許復(fù)合板本身是結(jié)構(gòu)元件并且不需要如在本領(lǐng)域的狀態(tài)下出現(xiàn)的附加組合元件，其中一些確保附接，而另一些提供強度；并且因此，本發(fā)明提供一種重量更輕的設(shè)備。
[0029]其中第三板定位的端部是其中由第二板和第三板形成的加強件定位的端部；所述端部對應(yīng)于熱氣體的入口并因此是能夠具有更多的結(jié)構(gòu)問題和熱點問題的區(qū)域。當(dāng)在并流中操作時，此端部是其中引入如上所述對應(yīng)于其中第一流體的入口定位的熱側(cè)的第二流體。由于該端部是熱的，所以該端部是在其中由本發(fā)明構(gòu)造，以便有利于第二流體穿過型材節(jié)段之間形成的所有空腔的合適分布。
[0030]盡管如上所述，雖然本發(fā)明已被主要地設(shè)計用于在并流中操作，但是也已經(jīng)在逆流中測試，發(fā)現(xiàn)性能和熱疲勞強度是出奇地好且甚至是可比較的，因為其構(gòu)造繼續(xù)有利于冷卻液流體在熱氣體的入口中的良好分布。從并流進入逆流僅表明在使用時，冷卻液的所謂入口和所謂出口之間的流的方向在所述設(shè)備中是倒置的。此評述適用于本發(fā)明的所有實施例。
[0031]根據(jù)特定實施例，并入也由復(fù)合板形成的流偏轉(zhuǎn)元件，所述復(fù)合板優(yōu)化在第二流體的入口處的溫度分布。
[0032]然而，實施例將借助于附圖進行描述，其中有適合于防止第二流體中的滯流點并因此有助于在應(yīng)用中使用所述設(shè)備的已建立的構(gòu)造，其中相對于熱疲勞的更大需求也是本發(fā)明的目的。
[0033]一一第一側(cè)復(fù)合板和第二側(cè)復(fù)合板，其在所述第一鋁板和所述第二鋁板之間延伸并適合于覆蓋限定連續(xù)型材節(jié)段之間的中間室的型材節(jié)段的側(cè)面。
[0034]這些板覆蓋型材節(jié)段的側(cè)面(flanks)。它們是通過接觸其側(cè)面確保與第一型材節(jié)段附接的復(fù)合板。這些側(cè)板閉合由型材節(jié)段之間的間距形成的空間并在第一板和第二板之間延伸。
[0035]一一所述側(cè)板和所述型材節(jié)段之間的附接；和所述第一板、所述第二板和所述第三板與所述型材節(jié)段之間的附接是通過熔融所述復(fù)合板的具有較低熔點的所述鋁進行的，
[0036]至少這些元件是通過穿過復(fù)合板與要附接的部件之間的基本垂直交點的附接而鏈接的，從而產(chǎn)生本發(fā)明的優(yōu)點之一:制造具有穿過烘箱的組裝的單個通道的熱交換器和具有重量非常輕的結(jié)構(gòu)的設(shè)備。
[0037]—一在根據(jù)其中所述第三板定位的所述縱向方向的所述型材節(jié)段的端部處，連續(xù)型材節(jié)段之間的所述中間室與主室連通，所述主室進而與用于所述第二流體的流入/流出的連接裝置連通；以及，
[0038]一一所述設(shè)備包括用于與所述第二流入/流出流體的導(dǎo)管連接的連接裝置，其中此類連接裝置通向所述型材節(jié)段之間的所述中間室；其中這些連接裝置允許將所述設(shè)備插入所述第二流體的導(dǎo)管中；以及
[0039]—一所述第一板和所述第三板包括允許將所述設(shè)備插入所述第一流體的導(dǎo)管中的連接裝置，其中所述第三板的連接裝置對應(yīng)于所述第一流體的入口并且所述第一板的連接裝置對應(yīng)于所述第一流體的出口。
[0040]這些連接裝置是允許從第一流體朝向第二流體進行熱傳送的那些連接裝置。在其中第二板和第三板設(shè)置有主分布室的側(cè)面上選擇第一流體的入口允許更關(guān)鍵的熱區(qū)域在減小熱疲勞的熱區(qū)域中具有改