用于在流体之间进行热交换的热交换设备的制造方法
【专利说明】用于在流体之间进行热交换的热交换设备
[0001]发明目的
[0002]本发明涉及一种用于在穿过绝热导管循环的两种流体之间进行热交换的热交换设备。在优选的示例中，第一流体是起源于废气再循环(EGR)系统的热气体，并且第二流体是用于从热气体除热的冷却液。
[0003]根据本发明所述的设备具有缺少外壳的简单且廉价的结构，从而当处于操作模式时产生非常紧凑且重量轻的构造。
【背景技术】
[0004]用于由一堆平面导管形成的EGR系统的热交换器在本领域的状态下是已知的，其中这些平面导管中的每个由冲切(die-cut)并焊接到彼此的两个钢板形成。进而，在每个平面导管内，存在波纹板，其增加要冷却的气体的紊流并提高对流并因此提高到在这些导管外循环的冷却液的热传送。
[0005]由具有通过压花加工(emboss)形成的压花的冲切和焊接板形成的平面导管有利于连续导管之间的通道或空腔的形成，用于允许冷却液的穿过。
[0006]在此类热交换器中，一堆导管容纳在包含冷却液的外壳中。外壳是一种结构，该结构进而具有用于冷却液穿过的入口和出口，所述冷却液除去从热气体提取的热。外壳中液体的体积包括平面导管之间的体积以及外壳和一堆导管之间的液体，其中后者是显著的并以高的百分比增加了所述设备的总重量。
[0007]本领域的技术人员在设计此类交换器中的经验不能够外推到其他制造方法和诸如挤压铝等材料。不仅它们是具有非常不同的导热性和膨胀系数的材料，而且制造和焊接技术完全不同且不允许使用与不锈钢部件一起使用的构造。
[0008]一种称为复合板(clad)的铝板的类型在本领域的状态下是已知的。此类铝板进而具有一层铝，其熔点低于在其表面的至少一个上的相同板的铝的其余部分。在整个说明书和权利要求中，当使用术语包层时，其将指包括一层铝的这种铝板，所述一层铝的熔点低于在其表面的至少一个上的相同板的铝的其余部分。
[0009]此类板的优点在于允许与部件的附接，其中通过将它们引入烘箱，所述板的表面接触带有减小的熔点(减小理解为较低)的铝的表面。附接过程包括，由包括复合板的要附接的部件受到大于具有减小的熔点的铝的熔融温度但低于所述铝的其余部分的熔融温度的温度。
[0010]在具有减小的熔融温度的铝的这个温度处，附接接触表面和具有较高熔融温度的铝保持结构的完整性。
[0011]在其中在本领域的状态下例如附接两个垂直相交的板是必要的情况下，复合板在垂直形成的节段中延长，使得所述节段的具有减小的熔融温度的铝的表面接触另一板。所述附接产生，因为具有较低熔融温度的此垂直节段的表面平行于要附接的表面并与其接触。穿过用于升高温度的烘箱熔融具体接触要附接的部件的铝，并且确保焊接彼此垂直定位的两个板。
[0012]本发明基于使用挤压铝型材提供一种缺少外壳的简单构造的热交换器，所述挤压铝型材的附接确保使用不同地用于如何在本领域的状态下使用的复合板。与前面内容结合的其他技术解决方案在本说明书的下列部分中进行描述。
【发明内容】
[0013]本发明是一种具有简单构造的热交换器，其通过挤压铝型材制造，从而产生紧凑的构造并使用在本领域的状态下未知的附接装置。
[0014]所述设备是用于在穿过导管循环的第一流体(优选为气体)和穿过第二导管循环的第二流体(优选为冷却液)之间进行热交换的热交换器，其中所述设备适用于插入两个导管之间并根据第一权利要求，包括:
[0015]一一多个挤压铝型材节段，使得:
[0016].它们优选地根据纵向方向延伸，
[0017].它们具有适用于传导所述第一流体的、在所述型材的纵向方向上产生导管的一个或多个闭合内腔；并且其中，
[0018].所述多个节段被布置沿横向于所述纵向方向的方向分布并彼此间隔开，
[0019]型材节段负责传输第一流体，例如穿过其中的热气体。这些挤压铝型材能够由引导气体并提高从第一流体到型材的外表面的热传送的单元形成。单元中的结构的各种示例已经过测试，并且已发现基于直内壁的单元是最有效的。在其中型材节段之间有一定距离的这种分布中，产生适用于由第二流体、冷却液占用的空间。如下面将要指出，当介绍交换器的所有基本组件时，通过间距产生的这些空间通过板横向地闭合，使得不必要使用外壳。
[0020]一一第一穿孔或开槽的复合铝板，即具有一层铝，其熔点低于在其表面的至少一个上的相同板的铝的其余部分，其中所述穿孔或凹槽适合于容纳所述多个型材节段的端部之一，使得所述第一板基本上垂直于此类型材节段，并且其中此类穿孔或凹槽具有根据它们容纳的型材节段的截面的构造，
[0021]第二复合销板和第二复合销板，其中，
[0022].所述第二板是以周边环的形式并适用于包围所述多个型材节段，
[0023].所述第三板被穿孔或开槽，其中所述穿孔或凹槽适合于容纳与其中所述第一板根据所述纵向方向定位的端部相对的所述多个型材节段的端部，并且其中此类穿孔或凹槽具有根据它们容纳的所述型材节段的截面的构造，
[0024]其中所述第二板和所述第三板二者基本上垂直于此类型材节段，
[0025]由于第一铝板和第三铝板，型材节段彼此间隔开。第一板和第三板的穿孔或凹槽容纳型材节段的两个端部，从而确保其相对位置。
[0026]所述板是复合板并基本上垂直于型材节段布置。此布置不是一种将在本领域的状态下用于将一个板附接到垂直相交的型材的布置，因为垂直于该板出现的至少一个节段或凸缘将被设置成使得所述板的较低熔融温度的表面的至少一部分将接触型材节段。
[0027]相比之下，本发明使两个复合板和型材节段垂直地相交。接触型材节段和与其执行附接的所述板的表面是在冲切中产生的表面。已通过实验证明，通过建立此附接，当铝在穿过烘箱的阶段期间熔融并充分地使要附接的表面变湿从而确保附接和防泄漏性时，位于自由表面上的铝流动，不像在本领域的状态下所认为的。
[0028]此附接允许复合板本身是结构元件并且不需要如在本领域的状态下出现的附加组合元件，其中一些确保附接，而另一些提供强度；并且因此，本发明提供一种重量更轻的设备。
[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强件定位的端部；所述端部对应于热气体的入口并因此是能够具有更多的结构问题和热点问题的区域。当在并流中操作时，此端部是其中引入如上所述对应于其中第一流体的入口定位的热侧的第二流体。由于该端部是热的，所以该端部是在其中由本发明构造，以便有利于第二流体穿过型材节段之间形成的所有空腔的合适分布。
[0030]尽管如上所述，虽然本发明已被主要地设计用于在并流中操作，但是也已经在逆流中测试，发现性能和热疲劳强度是出奇地好且甚至是可比较的，因为其构造继续有利于冷却液流体在热气体的入口中的良好分布。从并流进入逆流仅表明在使用时，冷却液的所谓入口和所谓出口之间的流的方向在所述设备中是倒置的。此评述适用于本发明的所有实施例。
[0031]根据特定实施例，并入也由复合板形成的流偏转元件，所述复合板优化在第二流体的入口处的温度分布。
[0032]然而，实施例将借助于附图进行描述，其中有适合于防止第二流体中的滞流点并因此有助于在应用中使用所述设备的已建立的构造，其中相对于热疲劳的更大需求也是本发明的目的。
[0033]一一第一侧复合板和第二侧复合板，其在所述第一铝板和所述第二铝板之间延伸并适合于覆盖限定连续型材节段之间的中间室的型材节段的侧面。
[0034]这些板覆盖型材节段的侧面(flanks)。它们是通过接触其侧面确保与第一型材节段附接的复合板。这些侧板闭合由型材节段之间的间距形成的空间并在第一板和第二板之间延伸。
[0035]一一所述侧板和所述型材节段之间的附接；和所述第一板、所述第二板和所述第三板与所述型材节段之间的附接是通过熔融所述复合板的具有较低熔点的所述铝进行的，
[0036]至少这些元件是通过穿过复合板与要附接的部件之间的基本垂直交点的附接而链接的，从而产生本发明的优点之一:制造具有穿过烘箱的组装的单个通道的热交换器和具有重量非常轻的结构的设备。
[0037]—一在根据其中所述第三板定位的所述纵向方向的所述型材节段的端部处，连续型材节段之间的所述中间室与主室连通，所述主室进而与用于所述第二流体的流入/流出的连接装置连通；以及，
[0038]一一所述设备包括用于与所述第二流入/流出流体的导管连接的连接装置，其中此类连接装置通向所述型材节段之间的所述中间室；其中这些连接装置允许将所述设备插入所述第二流体的导管中；以及
[0039]—一所述第一板和所述第三板包括允许将所述设备插入所述第一流体的导管中的连接装置，其中所述第三板的连接装置对应于所述第一流体的入口并且所述第一板的连接装置对应于所述第一流体的出口。
[0040]这些连接装置是允许从第一流体朝向第二流体进行热传送的那些连接装置。在其中第二板和第三板设置有主分布室的侧面上选择第一流体的入口允许更关键的热区域在减小热疲劳的热区域中具有改