专利名称：热交换器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用作汽车油冷却器的热交换器以及它的制造方法。
背景技术：
已公知的板式热交换器由相互叠置的板构成。在各板之间形成空腔，分别被第一介质及第二介质穿流。
当它作为散热器使用时，第一介质为冷却水，第二介质则为待冷却的工作介质，例如，在内燃机的油冷却器中，第二介质为机油。除此之外，它还可用作冷却装置如汽车空调装置的蒸发器，在这种情况下，两种介质中一种为冷却剂，而另一种为制冷剂。
在上述热交换器中，所述板带有突出部，以便在各板间形成接触点。各板在接触点部位相互固定。另外，各板在外侧密封地紧贴在一起，这样，冷却介质或工作介质只能在空腔中穿流。为此，第一和第二介质分别通过一个相应的流入管道流入，并通过一个排出管道流出。在这里，流入管和排出管分别作为集流管，所有相应空腔中的流体则流入到它们之中或从它们之中排出。
板式热交换器通常都在流道内装有具有加大紊流作用的折流板并固定在热交换板上，以改善热交换效率并增大表面面积。这样，除了改善流道的热动力性能外，还显著提高了散热器的强度。
这种紊流板有一个缺点在制作通孔的过程中会产生少量的切屑，从而使流经的介质被污染。另外，杂质会在紊流板区域沉积。这样会妨碍介质在空腔中的穿流。此外，它们作为一个需额外制作的部件，将导致制造成本和材料成本的增加，从而提高了热交换器的价格。
发明内容
本发明的目的是提供一种热交换器，以克服这些已知热交换器的缺点。
一种符合本发明的板式热交换器将会实现上述目的，并且通过一种本发明所述的方法能够以更佳的方式制造这种热交换器。
一种热交换器，尤其是汽车上所使用的油冷却器，由相互连接的板构成。在这些板之间形成了对外封闭的空腔。第一或第二介质分别通过至少一个流入和流出管道交替输入到各空腔中，并且这些空腔被各自相应的介质穿流。同时，这些板所具有的构形使得在各板之间形成接触点。各板在接触点区域相互连接。而且，这些板的结构使得在各板之间流动的第一介质或第二介质，在从相应的流入管道流至相应的流出管道时的流程不是直线。
这种方式的优点在于，流经的介质在其流程中被局部多次折流，从而改善了流体在整个板宽度内的分布。根据流经介质的流动性能(粘度)，它也可以产生紊流。流体在流道中不断改变的方向以及在敞开的波纹通道区域可能出现的旋涡，使得所形成的交界层被撕裂。这样就改善了热传递。
按照本发明的一个优选结构，板具有一个不断重复的波纹构形(Wellenprofil)，该首先沿与通流方向垂直的方向延伸，这里的通流方向指从介质的进口至出口的直线连接方向。波纹构形围绕着这个方向成之字形延伸。这样的波纹构形以一种简单的方式形成了流体导向区，用来对在相应空腔中穿流的介质进行导向。流体在其流程中被以优选的方式多次折流，也就是说，不仅仅是在板的平面之内，而且还在板的平面之外被折流。在板与板之间的距离不相同的区域，流速也不同。同时整个介质很好地分布在板的整个面积范围内，从而尽可能地优化了对整个传热面的利用。
按照另一个结构，在流体区域之间的波纹构形的两侧壁为直线延伸，在这种情况下，波纹构形的延伸特征由侧壁长度、两侧壁之间形成的侧壁夹角和波纹构形的深度决定。波纹构形的横断面由其在侧壁区域以及在弯曲区域的延伸决定，而优选的结构则可在这个区域偏离这种横断面形状。
在这里，尤其是之字形延伸的波纹构形的特征由侧壁长度、相邻侧壁之间形成的侧壁夹角和波纹构形的深度决定。在本发明优选的结构中，侧壁长度为8到15mm，优选为9到12mm。构形深度(即波峰到板的中心平面的距离)的代表值为0.3到1.5mm。在许多应用中，构形深度优选为0.5到1mm，其中更佳为大约0.75mm。波纹构形的侧壁之间的夹角优选为45°到135°，而特别是在90°左右，可以在热交换器的流体分布、流速和流量功率方面达到一个良好的平衡。
侧壁长度和侧壁夹角一方面对波纹构形的流体导向功能产生影响，另一方面又影响着相邻板之间的接触点的布置，而后者对热交换器的稳定性来说则是必需的。在许多应用中，出于减轻重量和改善热交换的原因，常选择材料较薄的板，这样，如果板之间没有相互支撑，在介质施加压力的情况下，就无法保证板的固有刚性。
因此，在一个优选的结构中，各板在接触点处通过硬钎焊实现连接，为此，板至少有一面要涂覆助焊剂如钎料。侧壁长度和侧壁夹角的选择，优选地取决于穿流的介质和它的粘度。侧壁长度和侧壁夹角对所达到的流速和与之相关的热交换有很大的影响，因此，在每次实际应用中都应选择适合的长度和角度。前面所给出的值主要涉及作为汽车油冷却器所使用的热交换器，在这里，热交换发生在机油和冷却水之间。另外，这些值当然也与板的尺寸和板之间的间隔所带来的间隙有关。
波纹构形基本上由以下两个方面决定垂直于构形外边的横断面的形状，以及间隔开的波纹构形各段在整个板范围内的、沿与波纹构形长度方向相垂直的方向的先后顺序。在优选的结构中，各段构形的间隔是恒定的，即两段相邻波纹构形之间的距离是固定的。波纹构形的一种优选形状是，波尾的外侧具有一个平面区。这个平面区的宽度为0.1到0.4mm。通过这个平面区，相邻两个板之间形成一个良好的、平整的支承面，从而使相邻的板之间可以方便并稳固地相互支承或连接——例如通过硬钎焊。
板的材料优选采用铝。这种材料的优点在于密度低，同时通过冲压可轻易地形成波纹构形。为了使两个相邻的板在接触点区以及边缘区连接，可将至少一侧完全涂覆上助焊剂如硬钎料。而根据所用的助焊剂以及所涂助焊剂的涂层厚度，也可在两侧涂覆上助焊剂。特别是在边缘区及流入和流出管道区，助焊剂的涂覆应起到以下作用在一个连接工序中通过一个连接工具(硬钎焊炉)使两个相邻的板之间形成流体密封的连接，而不需要使用其它的辅助工具或助剂。
在进一步改型的结构中，板可以带有孔，它们可在热交换器区域作为流入管道和流出管道，而孔的轴心垂直于板平面。在这里，孔被特别地设置在与板的基准水平面相比突出的部位。这个突出部在形成时，要使得每隔一个板之间的空腔，突出部与下一个板之间形成密封连接，这样，只有在每隔一个板之间的空腔的情况下，孔与板之间的空腔之间才形成流体连接。通过这种方法，就可以在不使用管道的情况下，使流体流入到板之间的空腔中并从板之间的空腔中流出，从而它们交替地被冷却介质或工作介质穿流。
一个突出部和一个相邻板之间的流体密封的接触面，不仅可通过形状配合的连接实现，还可以通过其它连接技术如硬钎焊实现。为此，突出部具有一个优选为平整的接触段，它与相邻板的一个优选为平整的接触边相接触，从而形成一个流体密封的连接。
突出部以及位于突出部的孔的横断面可以不仅仅是圆形的，更多的情况下是具有优点的椭圆形或长孔状。在这种情况下，长孔形状的两个轴线中较长的一条优选地垂直于流体的主流动方向。这种结构也可改善两种介质之间的热交换，因为在板的总长度相同的情况下，热交换面增大。
另外，可以在流入管道以及与流入管道相对应的孔所在的区域设置分配管，它们在形状上优选地采用波纹构形。在本发明的一个特别优选的结构中，分配管的波纹构形与其它的波纹构形在特征尺寸上不同。其中，分配管的波纹构形的侧壁夹角小于45°，优选地位于大约5°和大约25°之间。分配管构形与板其它区域的波纹构形之间在构形形状上的过渡既可以是急剧的，也可以平缓的。同时，分配管承担了将流体尽可能均匀地分配到板的整个宽度范围内的任务。这会改善热交换器的效率，因为在这种情况下热交换面实际上增大了。为了改善介质在整个热交换器中分布，可在突出部的周围设置环流管道。环流管道优选地由一段尤其是呈环形围绕突出部的波纹构形构成。所形成的这样一段的流动阻力小，并且若干段波纹构形与其接通，这样也可以实现对介质的分配功能。
按照本发明中热交换器的一个特别简单和经济的实施形式，该热交换器由连续的板制成。在这里，板的两侧的波纹构形可以不同。特别是热交换器可以由一个板叠构成，这个板叠中的各板完全相同。特别是相邻的板相互之间可以反转180度，而旋转轴垂直于板平面。如果对应于流入管道的孔由突出部形成，并且交替地对应于两种不同的管路，那么这种板叠就特别具有优势。同时，在流入管道区域的突出部优选为横断面呈截锥形的拱顶。也可采用横断面为椭圆形的拱顶状突出部。
在这里，板之间既可以是相互一致或相似，也可以互不相同。相互一致的板在波纹构形的特征及形状上是相同的。互为对应的两个板在结构上相同，但也可以具有不同的侧壁夹角。互为对应的板优选地具有不同形状的波纹构形和/或不同的特征尺寸值，但在边的形状以及板的前后两侧的形状上相互对应。在特征尺寸中，只是在侧壁夹角上不同的两个相互对应的板交替使用，其优点在于，板之间接触点的位置和相对位置在构形区域可根据所需的刚性和流量以简单的方式进行优化。
板之间通过硬钎焊连接起来。为了在板的边缘区域实现良好的密封并保证热交换器的结构稳定，可将板的边弯曲，其高度应使得至少两个相邻板在边缘处紧贴并搭接。在边缘处搭接的板的数量可达5个。搭接的板的数量越多，由此而形成的、将热交换器的外侧闭合的壁的刚性越好。这同时有助于板对外形成长期稳定、耐压性好、流体密封的封闭。在优选的结构中，波纹构形一直延伸到边缘处，尤其是延伸覆盖了其整个宽度。在这里，在波纹构形的成形中必须注意到板还应可以搭接，而波纹构形在边缘处的延伸则要与两个相邻板的安装位置相配合。
波纹构形一直延伸至边缘中，如果波纹构形的终点在弯曲部分的底部，那么波纹构形则在其深度上伸入到边缘中。出于生产技术的原因，边缘的底部优选地位于无波纹构形的区域，因为这样就可以在没有被构形加强的区域将边弯曲。在优选的结构中，在边与波纹构形区之间所形成的槽应尽可能地小。在确定槽的尺寸时，要使得在硬钎焊过程中流入的钎料能将槽完全充满或至少将槽填充到这样的程度，即流经槽的介质可被忽略不计。在形成槽时，不可以让它成为介质的旁路，并且介质的主要部分流过槽，而不是在波纹构形区域。
为了改善热交换器的对外稳定性以及简化冷却液和工作介质的外部流入管道和外部流出管道的连接，可在热交换器的至少一个端面上布置一个在外侧为非异型构形的盖板。这些在外侧为非异型构形的盖板带有作为连接点的法兰。这些盖板的料厚可大于其它板，因此可作为一个起加强、稳定作用的元件，并构成了将端面对外封闭的外壳的一部分。将热交换器对外封闭的外壳侧壁则由边缘构成，它作为各板的边界并和与边缘相邻的板搭接。各边缘之间可通过硬钎焊形成流体密封的连接。
板叠的穿流性特征取决于沿介质的主流动方向的相邻两板之间的水力直径。在这里，水力直径代表着可穿流的流道横断面与热交换面之间的关系。水力直径hD相当于面积比Fv与面密度Fd之比的4倍。面积比Fv为自由横断面fK与两个相邻板之间的流道端面总面积S之比，面密度Fd为传热面wF与封闭容积V之比，即hD=4fKSwFV]]>按照本发明的优选结构，水力直径应在介质的整个主流方向上尽可能保持不变。这样就改善构成流道的板之间的空腔的穿流性，并实现介质的均匀穿流。
按照本发明的优选结构，特别是在热交换器用作油冷却器的情况下，水力直径为1.1mm到2mm。水力直径的优选值为大约1.4mm。在一对板的波纹构形周期内，水力直径的偏差变化不得大于10％，特别是应小于5％。当然，水力直径的选择也与在板之间的空腔中流动的介质有关。前面所给出的值适用于作为油冷却器的热交换器，它一方面被水另一发面又被油穿流。
按照一个优选的实施形式，热交换器的两个相邻板之间的接触点均匀地分布在板表面上。两个相邻板之间的接触点的表面密度优选为每平方厘米4到7个，特别优选为每平方厘米5到6个。在这样一种结构中，如果压力损失没有过度增加，热交换器的强度是足够的。
本发明中的热交换器既可作为油冷却器，也可作为蒸发器或冷凝器。这样一种装置的制冷循环不仅可用于(汽车)内舱的空气调节，还可用于热源如耗电设备、蓄能器和电源或涡轮增压器的增压空气的冷却。当在一个紧凑的、加载了冷却剂的热交换器中对一个空调设备的制冷剂进行冷凝，并且在热交换器中的冷却剂将热量散发到作为另一介质的空气中时，这个热交换器是一个冷凝器。在用于燃料电池系统时，另一介质的蒸发或冷凝也可在本发明的热交换器中进行。
在所有这些作为冷凝器或蒸发器的应用中，采用的是功效高的紧凑型热交换器，在它里面冷却剂作为第二介质吸收或释放热量。在这里，由于制冷剂侧对清洁度的要求很高，所以不能使用冲压成形的紊流嵌件，因为它会将铝颗粒带入到制冷循环中。除了对清洁度的要求之外，同时还必须使在热交换器中蒸发或冷凝的流体在进口处的分布达到最佳状态。理想的方式是，在蒸发的情况下，流体在进口处主要以液态分布在整个板片的宽度范围内，而在冷凝的情况下，流体则以气态分布于整个板片的宽度范围内。蒸发和冷凝的特点在于两种介质之间的温差很小。如果待蒸发的液态流体或待冷凝的气态流体的横向分布未达到最佳状态，将会迅速出现功效下降的情况。而本发明中的热交换器则可解决上述问题。
按照本发明中的热交换器的制造方法，在板上冲压形成波纹构形，接着将各板相应地对准层叠，然后通过硬钎焊将它们连接起来。按照优选的结构，板之间相互层叠时，每两个相邻的板之间互为反转180度。对板进行硬钎焊连接时，各板的边之间为密封连接，同时，相邻板之间通过构形上的接触点连接在一起。这样就以特别优选的结构制成一个稳定的、抗扭曲的元件。
下面通过附图和实施例对发明进行详细说明。其中，图1a，1b为符合本发明的板的正面和背面；图2为上述板的层叠示意图；图3为多个层叠在一起的板的侧边部的剖视图；图4为孔区域的分配管道的放大示意图；图5为带有连接法兰的盖板示意图；图6为一个流体在所有的板间空腔中穿流时流体的变向；图7a-7d表示重力对液体分布的影响；
图8表示沿着两个板之间空腔中介质的主流动方向，在波纹构形的一个波形周期内的水力直径；图8a为一个热交换器板的俯视图；图8b表示沿着两个板之间空腔中介质的主流动方向的水力直径；图8c这随着两板间接触点密度的变化，热交换器的强度和压力损失的变化图；图9为热交换器板的剖视图；图10为热交换器的一个板；图11a、b分别为一种热交换器的局部横断面图；图12a、b分别为一种热交换器的局部横断面图。
具体实施例方式
图1a和1b分别为发明中的板的正面和背面，图2中则是由图1a和1b所示的板所构成的板层叠示意图。
板10具有一个本体11，它的正面和背面分别带有波纹构形12，该构形是通过冲压在本体11上形成的。在图1a和1b所示的实施例中，如图1b所示的背面波纹构形12相当于图1a所示的正面的反构形。在这里，波纹构形12由若干侧壁14构成，侧壁之间形成夹角13，各侧壁具有固定的侧壁长度15，并与弯曲部16相连。波纹构形在板10上横向延伸。在板的长度方向上先后形成了多个波纹构形12，而波纹构形的前后排列稠密并相互对齐。同时板10具有一个环绕一圈的弯曲边缘17，它形成了板的侧边界。而波纹构形12则一直延伸到该边缘之内。
波纹构形12可通过冲压在板10中成形。冲压可以这样进行，即板10的两面带有相互不同的波纹构形，特别是一面的波纹构形12是另一面的波纹构形12的反构形，如图1a和1b中所示的实施例。当然板10的两面也可以具有相同的波纹构形12。板10的两个面上的波纹构形可以相互对齐，也可以相互错开。首先，波纹构形12的横断面特征在于，它具有一个波尾，它形成一个与板平面平行的平面区。这个平面区的宽度优选为0.1mm到0.4mm。
该板的四角各有一个孔18，它们垂直穿过板。其中的两个孔位于一个突出部19内。这两个孔中的一个用于将工作介质输入到两个板之间的区域，而另一个在直径上与其对置的孔则用于工作介质的排出。另一对孔用于冷却剂的输入和排出。如果板10如图2所示层叠在一起，那么对应于工作介质或冷却剂的管道分别轮流与两个板10之间的空腔20连通，因为孔18所对应的突出部19与相邻的板10接触。在板叠21中，孔18形成了冷却剂和工作介质的流入管道和流出管道。图2为图1a和1b中所示的板10所形成的板叠21的透视图。
图3是图2中所示板叠的截面图。板10相互叠置在一起。各相邻边的弯曲边缘17相互接触，这样若干板的边相互叠置。对相邻两板的的边缘17进行硬钎焊，从而它们之间形成流体密封的连接。此外，相邻两板上处于不同区域的波纹构形12紧贴在一起。通过对这些区域进行硬钎焊也使板相互连接。为了进行钎焊，可在这些板的一侧或两侧涂覆钎料。在相邻的板10之间分别形成了空腔20，这些空腔被工作介质或冷却剂穿流。板叠在结构上使得空腔20交替地被工作介质和冷却剂穿流，这样冷却剂从每个板10的一侧流过，而工作介质则从板的另一侧流过。这样，冷却剂和工作介质可通过每个板10进行热交换。
由于板带有波纹构形，空腔20在许多位置上具有不同的内径。流体在流道中不断改变的方向以及在敞开的波纹通道区域所出现的旋涡，使得所形成的交界层被不断撕裂。与一个平流道相比，这种结构明显改善了热传递。
这还促进了两种介质通过板10所进行的另外的热交换。另外，通过板10的这种结构，可使从流入管道到流出管道之间的流程为非线性的。而根据介质的粘度，空腔20的这种结构使得整个或部分流体出现紊流，从而改善了工作介质和冷却剂之间的热交换。此外，波纹构形12在垂直于板10的长度方向上的延伸，使得相应的介质分布到板的整个宽度范围内，从而可以更好地利用板10所形成的热交换面，这样就进一步提高了所述热交换器的效率。在它内部还可以装上一个流体导向元件，这样两个相邻板10之间的流体象道尔顿格栅(Daltongitter)一样不断流向接触点，它们相当于流体障碍或流体折流点。另外，这些接触点还起着板之间的支撑作用，从而具有使板10稳定的功能，特别是板10的目标特性(Bestimmungsverhalten)。为了得到图8中所示的两板之间水力直径的均匀值，相邻板的构形上的接触点的布置是非常重要的。这些值来自于相对两个板的波纹构形以及构形的延伸。一个均匀的水力直径保证了流体在波纹构形以及板之间空腔的整个宽度范围内的均匀流动。通过对波纹构形结构上的选择可以得到能满足使用目的的最佳水力直径。
图4为带有波纹构形12的板10的放大图，波纹构形由相互之间的夹角13为45°的侧壁14形成。板10的带有弯曲的边缘17，波纹构形12一直延伸到边缘17之中。
在这一图中尤其展示了在两个孔18之间区域，而这两个孔中的一个形成一个拱顶状的突出部19。在两个孔18之间的区域，特别是在孔18到其附近的边缘17之间的区域形成了分配管道22。分配管道22也是由一个波纹构形23构成，这个构形的侧壁夹角和侧壁长度与板10其它区域上的波纹构形不同。特别是其侧壁夹角小于45°。在不带突出部19的孔所在的区域，分流管道22将流入的介质引入到相应的空腔中，其流动方向垂直于板10的主长度方向，这样就使得流体在板的整个宽度内均匀分布。另一个孔18则被一个带有突出部19所环绕，而这个突出部紧靠在板叠中与它相对的板10的孔的区域上并形成密封，并通过硬钎焊与这个区域连接在一起。这样空腔20与对面的板10之间形成流体密封的闭合，从而使流体无法在这个孔18和空腔之间流动，这样，在这个孔18中穿流的介质只有在穿过对面的板10之后才能进入到下一个空腔20中。为了增大横断面，这个孔18也可以是长孔形，长孔的轴线优选地垂直于主通流方向H。
另外如图4a所示，还可在拱顶状的突出部19周围设置一个非异型构形的环形区99，它形了一个通道，将若干波纹构形23和分配管道22相互连接起来，由于它形成了一个流动阻力低的区域，从而使介质可以达到良好的横向分布。在这里，环形区域19的冲压深度基本上与波纹构形23的冲压深度相同。
图5是盖板24的俯视图，它具有四个连接法兰25，这些法兰与板叠21的板10上的孔18对准。这种盖板可布置在板叠10的一侧或两侧，并将板叠从外面封闭。盖板24至少在其外侧不带有波纹构形12。如果板叠的两侧分别布置一个盖板24，那么这两个盖板中的一个具有四个连接法兰25，或者是一个盖板具有1、2或3个连接法兰25，而位于对面的另一个盖板则具有4个连接法兰25中剩余的法兰。连接法兰25分别与连接孔对应。连接法兰25用于连接输入和输出工作介质和冷却剂的外部管道。另外，盖板24起加强板叠21的作用并形成位于端面的外壳壁。在这里，盖板24具有一个边缘17，它与板10的边缘17相匹配。各板的边缘17相互重叠，在如图2所示的板叠中形成热交换器的侧壁。如图2所示的板叠21具有连接法兰25和一个盖板24，从而形成一个热交换器。这种热交换器可作为汽车的油冷却器使用。
图6中是一个板叠21，它由一个底板88、板10和具有三个孔18、18a的盖板89构成。孔18用于第一介质的流动，这个介质在各板之间以下面的方式穿流，即各板间的空腔20被同时穿流。第二介质通过孔18a进入到板叠中，又通过孔18b进入到底板中并从板叠中排出。
通过至少一个位于孔18a和18b之间、且从外部无法看见的间壁，将用于第二介质的各流道分为至少两个流程，它们被先后穿流并分别具有一个或多个流道。与之相反，用于第一介质的各流道被同时穿流。在一个改变的实施例中，用于第一介质的各流道同样被分为两个流路，它们被先后穿流。
在图7a到7d中所显示的是，根据在热交换器的安装位置的重力方向G，板间空腔20中不同的主通流方向H，以及在作为冷凝器使用的情况下对板间空腔中介质分布的最佳影响。图7a和7c展示的是蒸发器的应用情况。从图7a和7c中可以看出，主通流方向H与重力方向G相垂直或反平行，在介质为液态的情况下，这取决于是板的较长的一边L还是较短的一边S与重力方向G处于同一方向。重力将会促进介质的横向分布(按照主通流方向)。而在图7b和7d中，如果重力方向G对在各板之间的介质分布起反作用，那么最好是气态的介质在板10之间进行分布。
图8展示的是沿着主通流方向H，在整个波纹构形中的水力直径，而图8a显示了波纹构形的结构，它上面带有用圆圈98标出的相邻的板10的接触点。从图中可以看出，在从相邻板的波纹构形23所得到的图案的整个周期内，波纹构形的波段宽度在1.2和1.6之间波动，中间值约为1.4。优先选择波纹构形的这种结构，可以使水力直径在主通流方向上尽可能保持不变。
图8a是一个板的俯视图，在这里，热交换器的两个相邻板之间接触点用圆圈标出。可以清楚地看出，接触点在板表面是均匀分布的。一个优选的、保证足够强度的接触点面密度是每平方厘米4到7个，特别优选的是每平方厘米5到6个。下面通过图8b、8c详细说明。
图8b展示的是若干波纹构形周期内即沿着介质的主流动方向H，两个板之间的流道的水力直径hD。接触点的面密度较大时，它的延伸趋势如图8b中中断的曲线所示，因为沿主流动方向H看，太多的接触点并排布置将限制流道的横断面。这可以通过水力直径的下降40看得很清楚。通过本发明的结构，特别是接触点的均匀分布，可以将这种下降消除或减少，从而使水力直径保持一个连续的延伸趋势。流道中的这种水力直径下降越少，流道中流动介质所经过的瓶颈就越少，也就是说，在相同的接触点面密度条件下，压力损失越少。
一个均匀的分布可以通过以下方式实现，板的波纹构形的两个直线延伸的侧壁之间的弯曲部与相邻板的弯曲部错开。具有优点的结构是，从主流动方向看，相邻板的弯曲部这样错开，即每个弯曲部沿与主流动方向相垂直的方向被两个板的两个接触点从侧壁包围，它们之间的距离与到其它接触点的距离相同或相似，并在它们之间形成一个流体通道，通过这里的流体流量适中，从而不会使在板之间形成的流道出现不应当的压力损失。另外，两个接触点之间的距离也不可过大，否则会使热交换器的强度出现局部的弱化。
图8c显示的是，随着两个板之间的接触点密度BD的改变，热交换器压力损失DV和强度F的变化。热交换器的强度随着接触点密度BD呈线性增加，在图8c中用直线41表示。与之相反，在这个图中压力损失的变化42是呈曲线上升的；这样，强度F与压力损失DV之间的比F/DV的最大值出现在接触点密度BD1处。而现在按照本发明压力损失就会减少(44)，而前面所述的最大值则会变大，从而移动到一个更大的接触点密度BD2处。实验显示，接触点密度为每平方厘米4到7个并且优选为每平方厘米5到6个时，会达到可靠的强度，而且压力损失处于可接受的范围。
另外，如图8c中箭头46所示，在压力损失DV不变的情况下，也可以通过提高接触点密度BD，来增加热交换器的强度F。
图9中是一个热交换器板30的剖视图。两个相邻板之间的连接点由两个板的波纹构形的交叉点决定。为了使板的边缘到靠近边缘的交叉点之间的距离不致于过大，与波纹构形在板内部的侧壁的几何形状相对比，优选对最外面的测面的几何形状进行改动。因此在图9的板中，最外面的侧壁31的夹角2b与内部的侧壁32的夹角2a不同。如图9所示，板30的边缘区的侧壁夹角的一半b为60°，而板的中央区的侧壁夹角的一半为45°。这样，连接点在板的边缘区33的分布就更均匀，从而提高了热交换器的抗压强度。
图10中是一个热交换器的板35，它的波纹构形34一直延伸到板的弯曲边36处，而所留下的边部通道37可能会导致不应有的旁流，因此通道的横断面非常小，从而可以减少旁流。特别是在一个钎焊而成的热交换器中，即当板35被涂上钎料时，钎料进入到波纹构形34最外面的侧壁38与板的弯曲边36之间并形成了弯月面，使边部通道37变小或更佳的是将其封闭。
为了降低热交换器所造成的压力损失，板的开口38和它们所形成的集流通道的横断面被加宽成椭圆形。
图11a是热交换器42的板41的横断面图，这个热交换器由若干板41构成，如图11b所示。各板41分别具有一对作为流入管道和流出管道的孔43，它们垂直于板的平面，在这里，孔43相对于各板41的基准面凸起，以使两个孔中的一个每次都只与第二个板间空腔44之间形成流体连接。如图11b所示，每个凸起的孔43分别紧贴在相邻板41上未突起的区域上，这样，凸起部的高度就等于板41的波纹构形的高度。
图12a是热交换器52的板51的横断面图，这个热交换器由若干板51构成，如图12b所示。各板51分别具有一对作为流入管道和流出管道的孔53，它们垂直于板的平面，在这里，孔53相对于各板的基准面凸起，以使两个孔中的一个每次都只与第二个板间空腔54之间形成流体连接。如图12b所示，每个凸起的孔53分别紧贴在相邻板51上凸起的孔53上，这样，凸起部的高度就等于板41的波纹构形的高度的一半。通过这种结构减少凸起部形成时所处现的材料变薄的情况，从而至少在这个区域提高了热交换器52的抗拉强度，即内部抗压强度。
权利要求
1.热交换器，包括汽车的油冷却器，由相互连接的板构成，在这些板之间形成了对外封闭的空腔，而第一或第二介质分别通过至少一个流入和流出管道交替在各空腔中穿流，同时，这些板上所带有的构形使得在各板之间形成接触点，各板在接触点区域相互固定，其特征在于，板(10)的构形和它们的接触点使得在各板(10)之间流动的第一介质和第二介质，从相应的流入管道流至相应的流出管道时的流程为非直线。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，板(10)具有一个不断重复的波纹构形(12)，该构形沿与主通流方向(H)垂直的方向延伸，并以之字形的形式围绕着这个延伸方向上下起伏。
3.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，该波纹构形(12)的侧壁(14)在弯曲部之间为直线延伸，在这种情况下，波纹构形(12)的特征由侧壁(14)的长度(15)、侧壁(14)之间形成的侧壁夹角(13)和波纹构形的深度决定。
4.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，波纹构形的形状特征由侧壁和弯曲部的构形走向决定，其中，相邻的构形按规定的间距重复。
5.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，该波纹构形的波尾的外侧具有一个平面区。
6.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，所述平面区在波纹构形的横断面中的长短为0.1到0.4mm。
7.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，侧壁夹角选择为45°到135°，特别是90°。
8.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，构形深度为0.3mm到2mm，对于液态介质则选择为0.5mm到1mm，特别优选为0.7mm到0.8mm，而对于气态介质选择为0.6mm到2mm，特别优选为1.5mm。
9.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，侧壁长度(15)为8mm到15mm，特别是9mm到12mm。
10.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，波纹构形(12)通过冲压在板(10)中形成，其中，板(10)由一种包括铝的金属材料构成，并至少一侧涂覆上钎料。
11.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，板(10)具有一对作为流入管道和流出管道的孔(18)，它们垂直于板的平面，其中，孔(18)相对于各板的基准面凸起，以使两个孔中的一个每次都只与第二个板间空腔(20)之间形成流体连接。
12.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，孔的至少一部分所具有的凸起部位被一个环形的、不具有波纹构形的区域包围。
13.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，在对应于流入管道的孔(18)所在的区域设置了分配管道(23)，所述分配管道由一个其侧壁夹角大于其它波纹构形的侧壁夹角的波纹构形(12)形成。
14.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，对应于流入管道的孔为椭圆形或矩形。
15.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，交替使用的两个具有不同波纹构形(12)的板(10)，其波纹构形(12)的差别在于侧壁长度(15)、侧壁夹角(13)和构形深度中的至少一个特征。
16.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，板(10)一侧面上的波纹构形(12)和板(10)另一侧面上的波纹构形(12)的差别在于在于侧壁长度(15)、侧壁夹角(13)和构形深度中的至少一个特征。
17.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，相邻接的两个板的波纹构形相同。
18.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，该热交换器由一个由板(10)构成的板叠(21)形成，其中，板(10)相互对应并依次相对于邻接的板反转180°。
19.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，板(10)具有一个弯曲的边缘(17)，而相邻的板(10)的边缘(17)的相互贴在一起，并通过硬钎焊相互连接。
20.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，多个包括最多5个板(10)的弯曲边缘(17)相互搭接。
21.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，波纹构形(12)延伸到边缘(17)，特别是覆盖整个边缘(17)。
22.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，在波纹构形的尾部和边缘之间形成一个无波纹构形的弯曲段，其宽度小于2mm，并且在板的硬钎焊时，波顶段的弯曲区域被注入钎料，以减少介质从弯曲段流过或阻止介质从弯曲段流过。
23.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，热交换器的至少一个端面上布置一个至少在外侧不带有构形的盖板(24)，它带有用于第一介质和第二介质的连接法兰(25)，它们接入到连接管中并与孔(18)对齐。
24.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，水力直径(hD)沿主延伸方向(D)围绕一个中间值的波动为最高25％，优选为最高15％，更佳为最高10％。
25.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，水力直径(hD)的中间值为1mm到4mm，其中，对于液态介质它选择为1mm到2mm，优选为1.4mm，而对于气态介质它选择为3mm。
26.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，两个相邻板之间的接触点在板表面均匀分布。
27.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，两个相邻板之间的接触点的面密度为每平方厘米4到7个，优选为每平方厘米5到6个。
28.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，介质在板间空腔中发生相变。
29.根据前面权利要求之一所述的热交换器，其特征在于，在确定热交换器的安装时，要使得板间空腔中的介质的横向分布受到重力的支持。
30.根据前面权利要求之一所述的热交换器的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤板(10)的冲压、板(10)相互重叠和通过硬钎焊而相互固定。
31.根据权利要求30所述的热交换器的制造方法，其特征在于，板的重叠通过以下方式进行，两个相邻的板(10)相对于对方反转180度。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其特征在于，硬钎焊按以下方式进行，板(10)的边缘处之间相互密封连接，而相邻板(10)在波纹构形(12)接触点处的相互连接同时进行。
全文摘要
本发明涉及一种热交换器及其制造方法，该热交换器尤其是汽车上所使用的油冷却器。该热交换器由相互连接的板构成。在这些板之间形成了对外封闭的空腔。第一或第二介质分别通过至少一个流入和流出管道交替输入到各空腔中，并且这些空腔被各自相应的介质穿流。同时，这些板所具有的构形使得在各板之间形成接触点，各板在接触点区域相互连接。而且，这些板的结构使得在各板之间流动的第一介质或第二介质，在从相应的流入管道流至相应的流出管道时的流程不是直线。
文档编号F28F3/04GK1833153SQ200480022295
公开日2006年9月13日 申请日期2004年7月29日 优先权日2003年8月1日
发明者彼得·格斯克斯, 延斯·里希特 申请人:贝洱两合公司