專利名稱：換熱器,特別是空氣/空氣冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱器，特別是一種如權(quán)利要求1前序部份所述的空氣/空氣-冷卻器。
背景技術(shù)：
這種換熱器已由DE-C 195 19 633所公開。
常見的空氣/空氣-冷卻器，尤其是由空氣冷卻的增壓空氣冷卻器具有一種十字交叉形的流通結(jié)構(gòu)，通過待冷卻氣體(例如內(nèi)燃機的增壓空氣)的管道末端連接在被稱作空氣箱的匯流箱上。這種冷卻器實質(zhì)上有兩種構(gòu)造形式，第一種是扁管式結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中換熱器芯體是由扁平的管道和在管道之間的翅片組成，例如根據(jù)DE-A 196 51 625的結(jié)構(gòu)。另一種是所謂的芯組型結(jié)構(gòu)，其兩種介質(zhì)的流道是由層疊的板體(平板)制成，在這些板體之間裝有翅片并在側(cè)面裝有封閉板。然后整個芯體被焊接起來。
這種空氣/空氣-冷卻器存在的問題是，由于兩種介質(zhì)有很高的溫度差，并且這種溫度差變化非常快而產(chǎn)生熱應(yīng)力。例如對于通過周圍空氣對內(nèi)燃機增壓空氣的冷卻過程變得極不穩(wěn)定，在短時間內(nèi)變化的溫度差可達到100到200攝氏度。值得注意的是由于很高的溫度差，在被冷卻空氣(例如增壓空氣)通過的管道入口部位會產(chǎn)生材料的熱膨脹，這會導(dǎo)致冷卻器產(chǎn)生裂紋并且密閉性會受到損害。
對于水冷增壓空氣冷卻器，為了避免由于熱所產(chǎn)生的材料的膨脹，在DE-C 195 19 633中曾建議在空氣入口端設(shè)計間隙以部分抵消翅片橫向的膨脹。另一方面，為了防止在冷卻水通過的扁管中產(chǎn)生蒸汽氣泡以及熱腐蝕，建議以這樣的方式確定空氣管道入口處翅片的尺寸即在這個部位使更少的熱量從熱增壓空氣傳遞給冷卻水，例如在入口處安裝一個光滑的翅片，在入口處的后面安裝一個刻有凹槽的波形翅片。這種結(jié)構(gòu)被推薦應(yīng)用于扁管結(jié)構(gòu)的液體冷卻的增壓空氣冷卻器中，也就是說該結(jié)構(gòu)全部位于增壓空氣部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于使本文開始時所提的到的那種換熱器得到改進，這樣可以消除由熱所產(chǎn)生的應(yīng)力，由此可以避免在冷卻器中產(chǎn)生裂縫，使其密閉性得到保證。
本發(fā)明的任務(wù)可以通過權(quán)利要求1特征部分得到解決。按照本發(fā)明，考慮使用這樣一種方法，即在第一組流道，即流通待冷卻的熱介質(zhì)(如增壓空氣)的管道的入口處阻止熱傳導(dǎo)。在入口處被冷卻介質(zhì)的溫度是最高的，與流道的其他部位相比在這里會有更少的熱量傳遞給相鄰的具有冷卻介質(zhì)(例如空氣)的管道。通過這種措施可以減小由不穩(wěn)定的冷卻過程所引起的應(yīng)力。
按照本發(fā)明的一種有利的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在第一組流道中安裝了兩種不同的波形翅片，即所謂的內(nèi)波形翅片，安裝在入口處的內(nèi)翅片應(yīng)當(dāng)按下面的方式來設(shè)計，即基于一個較小的熱交換系數(shù)，此翅片會從環(huán)境中吸收更少的熱量，而該熱交換系數(shù)可以通過減少翅片密度或者是光滑的表面來到達。此外，在入口處的內(nèi)波形翅片具有更高的熱傳導(dǎo)能力和更強的抗彎曲能力。相反的，與入口翅片相連接的波形翅片是一種高效翅片，具有腮狀結(jié)構(gòu)和很高的密度，所以吸收的熱量最多并傳遞給相鄰的冷卻管。這樣可以防止冷卻管道入口處過熱以及由此產(chǎn)生的應(yīng)力峰值。
按照本發(fā)明的另一種有利的結(jié)構(gòu)設(shè)計，換熱器的芯體是以芯組式構(gòu)造方式制造出來的兩種氣體介質(zhì)通過的管道是相似的，即都是由平板和縱向型材或封閉板圍起來，而內(nèi)波形翅片和紊流襯墊則安裝于流道內(nèi)。根據(jù)這種制造方式，證明所采用的基于此發(fā)明的一些措施是非常有利的。
在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在第二組流道中通過氣態(tài)的冷卻介質(zhì)，例如空氣流，在這里應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)計間隙(Dehnfuge)，此方法在背景技術(shù)中曾提及。該間隙與流過待冷卻介質(zhì)的第一組流道的入口處相鄰，并作為一種補償?shù)姆椒ㄓ枰钥紤]。通過這樣的方法，間隙部位波形翅片的橫向膨脹可以得到補償也可以消除應(yīng)力。
此外，還可以在間隙處以紊流襯墊的形式加裝低矮的翅片，以在間隙處產(chǎn)生更大的熱交換面積。因此在間隙處兩組相鄰流道之間的熱交換可以有效的進行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個有利的結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)當(dāng)考慮增加流通待冷卻氣體(熱)的第一組流道入口處的壁強度，這樣可以增加其硬度。一個更高的壁強度可以通過在入口處添加一個套筒而得到。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進一步的描述。
圖1為帶有兩個間隙的空氣/空氣-冷卻器，圖2為由圖1中沿直線II-II所得的截面圖，圖3為由圖2中沿直線III-III所得的截面圖，圖4為在間隙處的紊流襯墊，圖5為刻有凹槽的內(nèi)波形翅片，圖6為光滑的內(nèi)波形翅片。
具體實施例方式
圖1展示了一個換熱器，即一個由空氣冷卻的增壓空氣冷卻器1。它可以通過周圍的空氣來冷卻內(nèi)燃機的增壓空氣。這個換熱器也可用于其他目的，如通過一種氣體介質(zhì)冷卻另一種熱的氣體介質(zhì)。這個增壓空氣冷卻器1有一個以芯組式結(jié)構(gòu)制成的芯體2。在此芯體上加裝了兩個匯流箱3，4，并通過焊接的方法將它們緊密連接起來。上匯流箱3，也叫空氣箱，有一個入口5，待冷卻氣體，例如內(nèi)燃機的增壓空氣由此進入。下匯流箱4有一個出口6，被冷卻了的氣體由此從冷卻器1中流出。流道7將匯流箱3，4連接起來，而待冷卻氣體流過流道7。在流道7兩側(cè)有擋板8，它們從上匯流箱3延伸到下匯流箱4。待冷卻氣體(增壓空氣)沿箭頭LL由上向下流過，第二組流道9緊挨著第一組流道7或位于流道7之間。冷卻劑，例如周圍的空氣，從第二組管道中通過。為了使熱交換更好的進行，在第二組流道9中加裝了波形翅片10，該翅片覆蓋流道的整個寬度。冷卻氣體的流動方向垂直于圖示平面。第一種氣體和第二種氣體因此相互交叉流動。在第二組流道9的縱向兩端，即與上匯流箱3和下匯流箱4連接處固定有型材或封閉板。因此第二組流道9分別由兩個擋板8和兩個封閉板11限定，并具有矩形的橫截面，且其中填裝波形翅片10。芯體2的兩側(cè)是由兩個側(cè)板12，13所封閉。增壓空氣冷卻器1的第二組流道，即空氣通道9有10個流道，其中的兩個(第3個和第8個)顯示有間隙14，15，該間隙在縱方向上延伸并具有寬度a。該兩個間隙14、15緊鄰增壓空氣管道7的入口7a。在間隙14，15的兩側(cè)，在擋板8上裝有低矮的翅片16’，17’，即所謂的紊流襯墊。翅片的連接在間隙14，15處被中斷，而使兩個相對置的擋板8分離開來。
圖2顯示了圖1中的增壓空氣冷卻器1沿直線II-II的截面。在下文中，對相同的部分使用相同的標(biāo)號。第一組流道7-如上所述—由擋板8包圍，順流動方向在7的狹窄的兩側(cè)圍有型材或封閉板16。從流道7的橫截面處看，其中填裝有用以改善熱交換的內(nèi)波形翅片17，而增壓空氣—對圖示平面—由上而下流動。冷卻芯體2的所有部分，包括擋板8，波形翅片10，封閉板11，16，內(nèi)翅片17以及兩側(cè)的部分12，13最好用鋁合金來制作，并按順序相互釬焊在一起。然后再把匯流箱3、4焊接在已焊接好的芯體2上。
圖3是圖2所示冷卻器沿直線III-III的截面。此圖中對增壓空氣冷卻器1的表示與圖1中的是一致的。然而在這里，在通過增壓空氣的第一組流道7中畫出了波形翅片，而且從入口7a處安裝了第一組內(nèi)波形翅片18，他們沿增壓空氣的流動方向LL伸入長度b。在第一組內(nèi)波形翅片18之后，沿流動方向安裝了第二組內(nèi)波形翅片19，其長度按流道7的總長度L1的其余部份延伸。與第二組內(nèi)波形翅片19不同的是，第一組內(nèi)波形翅片18的熱交換能力較弱，這是因為，例如，光滑的表面或者較小的翅片密度而導(dǎo)致較小的熱交換系數(shù)。第二組內(nèi)翅片19設(shè)計為高效翅片，它們的表面刻有槽縫和腮狀凹槽20，以此來提高熱量的交換。內(nèi)翅片18，19的不同設(shè)計減少了增壓空氣流道7的入口7a對周圍環(huán)境的熱交換，使得周圍環(huán)境溫度不會非常明顯的上升。流過b這段距離后，增壓空氣的溫度就會降低，之后流入高效翅片19，在這里和相鄰的冷卻管道9進行最大程度的熱交換。
圖4放大顯示了如圖1中間隙14，15處所示的紊流襯墊16’，17’。在此采用了一種眾所周知的梯形波紋翅片結(jié)構(gòu)，翅片的側(cè)面帶有凹槽。這種結(jié)構(gòu)起到干擾氣流的作用，這樣就會產(chǎn)生更強的紊流。
圖5顯示的是所述的高效波形翅片19，它在圖3中有表示。在這里看到的是放大的透視圖，腮狀的凹槽20在這里清晰可見。如果要改變熱交換能力，可以通過相應(yīng)的改變凹槽的數(shù)量，凹槽的角度和翅片的密度來實現(xiàn)。
圖6表示的是內(nèi)波形翅片18，參見圖3，它安裝在增壓空氣管道7的入口7a處。和圖5所示的高效翅片相比，這種內(nèi)波形翅片的熱交換能力較低，熱交換系數(shù)較小。這主要是由于光滑的表面和較小的翅片密度造成的。
圖中標(biāo)號1增壓空氣冷卻器 2冷卻芯體3上匯流箱 4下匯流箱5入口 6出口7第一組流道 8擋板9第二組流道 10波形翅片11封閉板12側(cè)板13側(cè)板 14間隙15間隙 16封閉板17內(nèi)波形翅片18第一組內(nèi)波浪翅片19第二組內(nèi)波浪翅片 20腮狀凹槽
權(quán)利要求
1.換熱器，特別是由空氣冷卻的空氣冷卻器，包括一個芯體(2)和流過待冷卻氣體介質(zhì)的第一組流道(7)和流過冷卻氣體介質(zhì)的第二組流道(9)，兩組流道中的流向相互交叉，第一組流道(7)在入口和出口端分別和裝在芯體(2)上的匯流箱(3，4)相連接，在第二組流道(9)中裝有翅片(10)，其特征在于，在第一組流道(7)的入口(7a)處所安裝的導(dǎo)熱設(shè)備的熱交換能力比安裝在其內(nèi)部的要低。
2.按照權(quán)利要求1所述的換熱器，其特征在于，該導(dǎo)熱設(shè)備為內(nèi)波浪翅片，在入口(7a)處安裝的是第一組內(nèi)波浪翅片(18)，在其他部位安裝的是第二組內(nèi)波浪翅片(19)。
3.按照權(quán)利要求2所述的換熱器，其特征在于，該第一組內(nèi)波浪翅片(18)比第二組內(nèi)波浪翅片(19)的熱交換系數(shù)低。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的換熱器，其特征在于，該第一組內(nèi)波浪翅片(18)比第二組內(nèi)波浪翅片(19)的熱傳導(dǎo)能力高。
5.按照權(quán)利要求2所述的換熱器，其特征在于，該第一組內(nèi)波浪翅片(18)的表面光滑，第二組內(nèi)波浪翅片(19)的表面有腮片。
6.按照權(quán)利要求2到5所述的換熱器，其特征在于，該第一組內(nèi)波浪翅片(18)比第二組內(nèi)波浪翅片(19)的翅片密度低。
7.按照權(quán)利要求1到6之一所述的換熱器，其特征在于，該第一組內(nèi)波浪翅片(18)比第二組內(nèi)波浪翅片(19)的抗彎強度高。
8.按照權(quán)利要求1到7之一所述的換熱器，其特征在于，該第一組流道(7)的長度為L1，入口深度為b，具有如下關(guān)系0.01L1≤b≤0.5L1，最好是0.05L1≤b≤0.3L1，尤其是0.1L1≤b≤0.2L1。
9.按照權(quán)利要求1到8之一所述的換熱器，其特征在于，該芯體(2)是以芯組式構(gòu)造方式構(gòu)成，其第一和第二組流道(7，9)是由擋板(8)和縱向兩側(cè)的封閉板(11，16)構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求1到9之一所述的換熱器，其特征在于，第二組流道(9)在靠近第一組流道(7)的入口(7a)處至少有部分具有間隙(14、15)，該間隙沿該第二組流道(9)的流動縱向延伸。
11.按照權(quán)利要求10所述的換熱器，其特征在于，該間隙(14，15)相對于氣體流動的縱方向而在橫向上的寬度為a，a的取值范圍為0.05L2＜a＜＝L2。
12.按照權(quán)利要求10或11所述的換熱器，其特征在于，在第二組流道(9)的間隙(14，15)的兩側(cè)，裝有扁平的翅片元件(16’、17’)。
13.按照權(quán)利要求1，9，10，11或12所述的換熱器，其特征在于，在第一組流道(7)的入口(7a)具有增強的管壁強度。
14.按照權(quán)利要求13所述的換熱器，其特征在于，在所述入口(7a)處的管壁強度通過嵌入一個套筒來增強。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱交換器，特別是一種由空氣冷卻的空氣冷卻器，它包括一個具有第一和第二組流道的芯體，該兩組流道的流向相互十字交叉設(shè)置，分別用于待冷卻的第一氣體介質(zhì)和第二冷卻氣體介質(zhì)。按照本發(fā)明，第一組流道與安裝在芯體上的匯集器在入口和出口側(cè)相連，第二組流道中有翅片。
文檔編號F28D1/03GK1764816SQ200480008145
公開日2006年4月26日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月26日
發(fā)明者霍斯特·羅滕赫費爾, 菲利普·斯帕內(nèi) 申請人:貝洱工業(yè)技術(shù)公司