专利名称：用于空气加热装置的热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于集成在引导空气的外壳内的空气加热装置的热 交换器。该热交换器具有纵轴，其中空气可被迫使沿着基本垂直于所述 纵轴的"主流动方向"围绕着该热交换器流动。
背景技术：
目前，用于车辆(尤其是卡车或多用途运载车辆等)的燃料驱动辅 助加热单元通常与车辆固有的随车加热和空气调节单元分开装纳。这种 辅助加热单元以例如空气加热装置的形式设置，其用作加热器，以提供 辅助加热和/或在静止情况下(停车时)提供加热。
一段时间以来，已经进行了一些将空气加热装置集成在车辆的固有 随车加热和空气调节装置中的尝试。这将节省占用空间和组成部件(避
免冗余)。在DE 10211591 Al中披露了这种装置的一个实例。
空气加热装置的功能和经济效率的品质以及组合件的安全性和可靠 性基本上取决于该装置集成在固有随车加热和空气调节系统中的位置以 及所述空气加热装置的工程设计和构造特征。重要的是，充分考虑与将 空气加热装置集成在固有随车加热和空气调节系统内相关的一系列问题 并提供这些问题的解决方案，以便获得优异的集成系统。
一些工程问题关注使通常重量很大的热交换器本体最小化的措施。 这种热交换器本体通常通过压铸方式制造。热交换器本体的重量越大， 在其中将热交换器本体安装在车辆上的外壳必须越坚固。
在根据现有技术的设计方案中，使空气沿着垂直于热交换器的纵向 (轴向)的方向围绕热交换器流动。这种横向流动导致空气涡流和湍流 的大量产生以及由此产生的流动中的高能量损耗(高流动压降)。如果 试图通过增大热交换器周围的可用空间解决该问题，则需要更大的安装 空间来容纳集成的加热和空气调节系统。因此，寻求提高与热交换器相 关的流动特性和热传递的解决方案是合理的。
还希望在该解决方案中利用空气加热装置的己有元件，通过所述元 件，所述装置被集成在固有随车加热和空气调节系统中。相应地，所采 用的热交换器应当具有适应性强(或可变)的设计，以便可用于多种类 型和模式的空气加热装置。热交换器的制造方式也应类似地具有很强的 适应性。
存在两种热传递过程一从热交换器到将被加热的空气，其中所述空 气在热交换器的外部周围流动，以及从燃烧气体到热交换器。通过改善 后者的热传递，能够获得热交换器的整体结构设计的更大自由度。
对于空气加热装置的另一重要要求是其被构造成避免燃烧气体在空 气中的任何可能的渗入，其中所述空气在空气加热装置的周围流动。另 一要求是提供一些措施，由此用于燃烧的燃烧空气从机动车辆的外部空 间、并且尤其不从车辆的内部空间被抽取。因此，有利的是，提供对已 知空气加热装置所采用的各种连接配件和管嘴(接头)的配置的改进。
发明内容
本发明的基本问题是提出适当的解决方案，以至少部分地解决上述 问题，尤其是关于流动特性的问题。
该基本问题通过独立权利要求的特征得以解决。 在从属权利要求中给出了本发明的有利实施例。
根据本发明，对常规类型的热交换器的改进在于热交换器具有垂直 于"主流动方向"的横截面几何形状，该几何形状相对于圆形横截面几 何形状被扁平化。这种扁平化横截面几何形状减小了流动阻力。
根据本发明的扁平化横截面几何形状例如可以为椭圆形或卵形。 或者，该横截面几何形状可以类似于机翼的横截面几何形状。 或者，如果该横截面几何形状为大体菱形(纺锤形)将是有利的。 该特定的横截面几何形状可与热交换器、将合并该热交换器的空气 加热装置、以及该热交换器的制造工艺的许多其他特征相结合，以获得 有利的特征。
可以设定独立地制造热交换器本体和热交换器的底座。这为各种可 能结构和构造以及各种可能的制造方法提供了灵活性。如果热交换器底 座与热交换器芯部分开制造，则可引入热交换器芯部的制造方法和步骤 的变化。通过制造方法的适当选择可以减小热交换器的整体重量。
出于类似原因，独立地制造热交换器头部可能是有利的。特别是，
这种热交换器头部可以是现有可得到的；由此，独立制造为一种有益的 选择。根据燃烧器头部或燃烧器单元的几何形状，甚至可以完全消除热 交换器头部。
根据本发明的另一优选实施例，热交换器本体具有热交换器芯部和 热传递表面，并且热交换器芯部和提供热传递表面的组成部件至少部分 地分开制造。这些可能的分开制造工艺作为减轻重量的措施和提供关于 组成部件构造以及制造方法的增大的可变性的措施均是有利的。
就此而言，如果提供热传递表面的组成部件通过压制成形或收縮成 形方法应用于热交换器芯部上将是特别有用的。为了通过气密接头使热 交换器头部和热交换器底座与热交换器芯部相连，优选采用焊接、钎焊、 粘接和/或螺纹连接(或螺纹紧固)。可以存在例如大体上具有类似盘形
或类似凸缘形的形状的热交换器的热传递表面，由此压制成形或收縮成 形对于将它们固定在热交换器芯部上可能是有利的。通过这种方式，存 在着关于制造方法的可变性的附加机会。
可以通过压铸(压力铸造)制造热交换器芯部。通常，这种铸件有
些重；但是，可以节省成本。
可以使热交换器芯部具有内部轮廓。这是增加热交换器的内部热传 递表面面积以及减小所需的整体安装空间的措施。
可以通过挤压制造热交换器芯部。与通过压铸制造的芯部相比，挤 压通常允许在热交换器中具有更薄的壁，特别是因为挤压不需要包含模 具移除斜面的构造；相应地，能够实现整体重量的减轻和内部轮廓中的 更薄特征部件(叶片等)，以及内表面的增大的热传递表面面积。挤压 工艺使得可以结合便于热交换器头部、燃烧器、热交换器底座等的连接 的几何特征，其例如呈在芯部中的可被加工出螺纹的孔的形式。
热交换器本体可以在其外表面上具有多个杆，所述杆提供热传递表 面。这种构造能够为将被加热的空气的热传递提供非常大的表面面积。
有利的是，热交换器本体具有热交换器芯部，并且上述多个杆至少 部分地通过独立的组成部件(或多个部件)应用于所述芯部上。
热交换器本体可以具有热交换器芯部，其中使得所述多个杆中的至 少一部分(一些)与热交换器芯部一起形成一整体结构(单元结构)。 一方面将杆设置在一个或多个独立组成部件上以及另一方面将杆直接固 定于芯部上(在整体结构中等)的设置分别具有各自的优点；例如，独 立组成部件的使用提供了设计的灵活性，而直接固定(例如整体结构) 允许采用简单的制造方法。
热交换器本体可以在其外表面上具有多个波纹状肋，所述肋提供了 热传递表面面积。
就此而言，可以使热交换器本体具有热交换器芯部，其中多个波纹 状肋通过独立的组成部件或作为各自独立的部件应用于热交换器芯部 上。
在热交换器本体具有热交换器芯部的构造中，多个波纹状肋可以至 少部分地(例如，这些肋中的至少一些可以)与热交换器芯部一起被制 造成一整体结构。有利的是，紧固这种热传递表面的方式不是螺纹连接 方式等，而是包括单个肋等、成组的肋、或例如可在热交换器芯部上滑 动的包括这种肋的子组件的焊接、钎焊、收縮成形或压制成形。
热交换器本体可以由多个热交换器本体模块组成。这种配置为热交 换器的结构和尺寸提供了可变性。
通过压铸制造热交换器本体可能尤其有利。如果希望采用完全常规 的压铸工艺，模块式结构是所期望的，因为所需的模具移除斜面短并因 而产生最低限度的侵扰。
关于模块式结构，如果热交换器本体模块至少在一定(或某种)程 度上相同将是有利的。这允许例如在加压模制的情况下使用相同的工具 元件。
至少在一定程度上，热交换器本体可在加压模制过程中由两个模制 块制成，其中沿相反的方向将两个模制块从模具中移除。这是减小模具 移除斜面的最大横向伸展以及由此减小整体重量的另一措施。
关于用于集成在引导空气的外壳中的空气加热装置，所述加热装置 具有带有热交换器本体的热交换器，空气加热装置可以设有流动导向元 件，由此使得当在至少部分设置在热交换器内部的燃烧空间内实施燃烧 时，所产生的热气体朝向热交换器本体的内侧偏转。通过这种方式，燃 烧所产生的热气体可更高效地分布于热交换器的内侧。
就此而言，如果流动导向元件呈螺旋叶片、叶片系统等(其可采用
波纹状几何形状等)、挡板和域穿孔管的形式将是有利的。这些和许多 其他可能性改善了整体热传递性能。
在用于集成在引导空气的外壳中的具有热交换器的空气加热装置的 情况下，如果该装置具有通过空气加热装置的安装位置和凸缘板之间以 及空气加热装置和凸缘板之间的密封元件提供废气排出装置的密封的凸 缘板将是有利的，其中所述密封至少防止废气渗入车辆的内部空间。这 种凸缘板提供了最小化废气至外部空气的路径的装置，并且这样使得不 太可能发生渗透现象。
就此而言，更有用的是，凸缘板提供燃烧空气供给通道和车辆内部 空间之间的密封装置。这样确保了将从车辆外部抽取燃烧空气。
如果凸缘板具有用于燃料供给的穿通开口也是有利的。这样，所有 配件和使气体与液体通过的管嘴均设置在凸缘板的区域内，这对空气加 热装置集成在整个系统内的设计是有利的。
本发明的基本构思在于空气加热装置可以经济和功能方面有利的方 式集成在车辆(尤其是卡车或多用途运载车辆)的随车加热和空气调节
系统内。在该构思的实施中，根据本发明已经设计出一种热交换器，其 具有高度的可变性以及适应性，并具有有利的重量、流动性以及热传递 特性。
下面将参照附图基于特别优选的示范性实施例进一步解释本发明。
图1是一空气加热装置的透视图； 图2是没有热交换器的空气加热装置的透视图； 图3是没有热交换器的空气加热装置的透视图，该空气加热装置被 分解成两个子组件，即燃烧器头部和燃烧器单元；
图4是热交换器的透视图5是热交换器的各元件的透视图6是带有所用的外壳连接装置的空气加热装置的透视图7是具有椭圆形横截面的热交换器芯部的横截面图8是具有大体机翼形(耳垂形)横截面的热交换器芯部的横截面
图9是具有大体菱形/纺锤形横截面的热交换器芯部的横截面图IO是单独示出了单个热传递元件的热交换器的透视图11是热交换器的一变型实施例的透视图12是热交换器的另一变型实施例的透视图13是热交换器的又一变型实施例的透视图14是彼此相同的多个热交换器本体模块的透视图15是热交换器的透视剖面图16是燃烧管的透视图17是燃烧管的一变型实施例的透视图18是燃烧管的另一变型实施例的透视图19是带有凸缘板的空气加热装置的连接区域的透视图。
具体实施例方式
在以下紧接着的关于附图的描述中，相同或类似的元件已经被指定 相同的参考标记。
图1是一空气加热装置12的透视图，该空气加热装置12包括安装 在燃烧器单元60上的热交换器10，并进一步包括燃烧器头部62。燃烧 器头部62包含鼓风机马达64和控制装置66，其包括燃烧空气鼓风机单 元68的基本元件。燃烧器头部62还具有用于燃烧空气供给的管嘴56。
燃烧器单元60具有燃料供给管线(或通路)58和用于废气排出的管嘴 54。废气排出管嘴54带有凸缘板48，其具有用于燃料供给管线58和燃 烧空气供给管线56 (或通路)的开口。凸缘板48的功能将在下面参照图 19更详细地描述。安装在燃烧器单元60上的热交换器10在其外周边上 具有肋结构，以增大对流过热交换器10的空气的热传递的表面面积。空 气加热装置12优选根据将被加热空气的气流定向，以使当所述空气在所 述热交换器10周围流动并流过时，所述空气沿着垂直于热交换器10的 轴线的方向到达和离开。
图2是没有热交换器的空气加热装置12的透视图。在此，可更清楚 地看到燃烧器头部62和燃烧器单元60。燃烧器单元60包括其中利用火 焰形成产生热气体的燃烧管70;热气体的热量被传递到热交换器10 (图 2中未示出)。为了能够使热气体到达热交换器，在燃烧管70的壁中设 置多个孔72。
图3是没有热交换器的空气加热装置12的透视图，所述空气加热装 置12被分解成两个子组件，即燃烧器头部和燃烧器单元。该图清楚地示 出了燃烧器头部62如何通过凸缘接头74， 76与燃烧器单元60相连。此 外，从该图中可以清楚地看出凸缘板48固定连接到废气排出管嘴54上， 而燃烧空气供给管线56的穿通开口设置在凸缘板中。
图4是热交换器10的透视图。可以看到提供热传递表面22的带肋 结构。
图5是热交换器10的各元件的透视图。可以看出，热交换器10具 有多个组成部件。该热交换器包括热交换器芯部20、具有热传递表面22 的元件24、热交换器底座16和热交换器头部18。根据燃烧器头部62和 /或燃烧器单元60的构造，热交换器头部18可能是不必要的。在热交换 器芯部20的内部，内部轮廓(profile) 30被设置，以促进燃烧管70中
产生的热气体的热量传递到热交换器10。热交换器头部18和热交换器底 座16可通过多种技术例如深拉(深冲压)、加压模制或机加工制成。各 组成部件随后可通过多种连接技术例如焊接、钎焊、粘接和/或螺纹连接 或螺钉紧固进行连接。因为燃烧气体存在于热交换器10的内部，所以重 要的是，在热交换器头部18、热交换器芯部20和热交换器底座16之间 提供气密接头。在本说明书的内容中，热交换器芯部和具有热传递表面 22的元件24共同地被标示为参考标记14。
图6是带有外壳连接装置74的空气加热装置12的透视图，所述外 壳连接装置用以有利于空气加热装置与周围外壳连接。所述外壳连接装 置74经由热交换器头部18和热交换器底座16连接在空气加热装置12 上。
图7是具有椭圆形横截面的热交换器芯部的横截面图。热交换器芯 部20具有内部轮廓30。该内部轮廓30的构造越精细，用于将热量从热 气体传递到热交换器10的可用表面便越大。所示类型的热交换器芯部20 可通过例如挤压工艺制造。上述工艺允许形成薄壁，其具有重量低以及 提供大的热传递表面面积的优点。热交换器芯部20具有紧固装置，例如 开口 76，以便于其他元件的连接。热交换器20的椭圆形横截面几何形状 32可以改善将被加热的空气的流动特性，所述空气在热交换器20的周围 流动并流过热交换器20。因为热交换器底座16与热交换器芯部20分开 制造，所以使得芯部20的制造更容易。
图8是具有大体机翼形(耳垂形)横截面的热交换器芯部的横截面图。
图9是具有大体菱形横截面的热交换器芯部的横截面图。所示横截 面几何形状(机翼形横截面几何形状34和菱形横截面几何形状30)仅仅 是有利于在热交换器芯部20的外部周围流动的多种可能形状的示例。
图10是单独示出了单个热传递元件24的热交换器10的透视图。每 个元件24与热交换器芯部20分开制造。所示安装在热交换器芯部20上 的元件24通过使其在芯部上滑动并随后采用例如压制成形或收縮成形技 术而固定到所述芯部上；所述元件24单独地或以成组或子组件的方式安 装。
图11是热交换器10的一变型实施例的透视图，所述热交换器具有 适于将热量传递给在其周围流动的空气的非常大的表面面积。所述大的 表面面积通过由多个杆26构成的热传递表面22实现。
图12是热交换器的另一变型实施例的透视图，所述热交换器具有由 大量杆26提供的甚至更大的热传递表面，所述杆赋予热传递表面22。在 热交换器的内部还可以看到内部轮廓30。在所示实施例中，该内部轮廓 的一些元件包括在外部轮廓上的特征的扩展部，即外部杆26;或对应于 成排的上述外部杆的扩展部。图11和12中所示实施例的杆26可作为独 立元件应用于热交换器的外表面上，或者可通过压制成形或机加工由例 如挤出型材形成。
图13是热交换器10的又一变型实施例的透视图。提供热交换器的 热传递表面的元件28为促进热传递的波纹状肋。
图14是彼此相同的多个热交换器本体模块38的透视图。该实施例 尤其关注于能够适用于通过可能在一些情况下所期望的压铸工艺(相对 于上述挤压工艺)制造。压铸的缺陷是因为模具移除角(模具移除斜面) 而可能使壁的厚度固有地较大。在所示示例性实施例中，每个热交换器 本体模块38的轴向长度短，其中可使所述厚度保持得小，因为模具移除 斜面相应地短。
图15是热交换器10的透视剖面图。该实施例能够实现其中模具移 除斜面保持短的另一铸造工艺。热交换器10通过加压模制制成并具有两
个热交换器芯部，该两个热交换器芯部沿两个相反的移除方向40， 42从 模具中移除；通过这种配置，可将壁的厚度保持得小。
图16、 17和18是三种不同燃烧管70的透视图。为了以最有效分布 的方式提供从燃烧产生的热气体到热交换器的内表面的良好而均匀的热 传递，有利的是，采用相对于内部轮廓(叶片等)和内壁偏转置于热交 换器10的内部的热气体的流动导向装置。在图17中，流动导向元件44 具有螺旋形结构。可选地，流动导向元件可以呈叶片等(并可采用波纹 状几何形状等)、挡板以及穿孔管的形式；如图18中所示，所述穿孔管 除了开口 72的图案外可以具有多个开口 46。
图19是带有凸缘板48的空气加热装置的连接区域的透视图。凸缘 板48用于将空气加热装置12安装在车辆本体、外壳或其他元件上，所 述其他元件安装在车辆本体上。为了使废气排出到周围环境中以及从周 围环境中吸入燃烧空气，凸缘板48密封地与空气加热装置12相连并密 封地与安装位置(例如车辆本体)相连。所述密封例如可以采用密封圈。
以上描述、附图以及权利要求书中披露的本发明的特征可以单独地 或以任何组合形式构成本发明的基本元素。
参考标记列表
10 热交换器
12 空气加热装置
14 热交换器本体
16 热交换器底座
18 热交换器头部
20 热交换器芯部
22 热传递表面24 具有热传递表面(盘形)的组成部件
26 具有热传递表面(杆形)的组成部件
28 具有热传递表面(波纹状肋)的组成部件
30 内部轮廓
32 椭圆形(或卵形)横截面几何形状
34 机翼形(耳垂形)横截面几何形状
36 大体菱形/纺锤形的横截面几何形状
38 热交换器本体模块
40 模具移除方向
42 模具移除方向
44 螺纹
46 穿孔管中的孔
48 凸缘板
54 废气排出管嘴/构件
56 燃烧空气供给管线/通路
58 燃料供给管线/通路
60 燃烧器单元
62 燃烧器头部
权利要求
1.一种用于集成在引导空气的外壳内的空气加热装置(12)的热交换器(10)，所述热交换器具有纵轴，其中空气可被迫使沿着基本垂直于所述纵轴的“主流动方向”围绕所述热交换器流动；其特征在于，所述热交换器具有垂直于所述“主流动方向”的横截面几何形状，所述几何形状相对于圆形横截面几何形状(32，34，36)被扁平化。
2. 根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于，所述横截面 几何形状(32)为椭圆形或卵形。
3. 根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于，所述横截面 几何形状(34)与机翼的横截面形状类似。
4. 根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于，所述横截面 几何形状(36)类似于菱形。
全文摘要
本发明涉及一种用于集成在引导空气的外壳内的空气加热装置(12)的热交换器(10)。该热交换器具有纵轴，其中空气可被迫使沿着基本垂直于所述纵轴的“主流动方向”在热交换器周围流动。根据本发明，该热交换器具有垂直于“主流动方向”的横截面几何形状，该几何形状相对于圆形横截面几何形状(32，34，36)被扁平化。
文档编号F28F1/10GK101111723SQ200580047239
公开日2008年1月23日 申请日期2005年11月23日 优先权日2004年11月26日
发明者A·路德维希 申请人:韦巴斯托股份公司