热交换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于冷却气体的热交换器领域，其主要用于EGR(排气再循环)系统，使得用于给发动机提供动力的气体在合适的温度下被再次引入到发动机进气中，该气体具有低氧含量并且因此在燃烧期间产生较低量的氮氧化物。
【背景技术】
[0002]使用外壳来容纳导管管组在这种交换器中是常见的，其中待冷却的气体流动通过所述导管。存在一个空间，其中冷却液在外壳的内表面和该导管管组之间流动。冷却液接触导管的外表面，而构成该导管管组的这些导管的内表面接触待冷却的热气。
[0003]本发明针对管道管组和外壳之间的附连配置提出了一种新的设计，相对于现有技术的交换器，这种新的设计改善了制造成本和效率。
[0004]在现有技术中描述了用于在EGR系统中冷却气体的两种热交换器的概念。
[0005]在整体式交换器中，管束通过焊接的方式在其端部被整体地附连到外壳。因此，它的制造是简单的:不需要通过金属接头和O形环接头来装配，而交换器随后节省了成本且减小了尺寸。然而，两种组件在操作中所达到的温差还导致了不同程度的膨胀，并且由于两种组件被彼此固定，因此会产生使两种组件破裂的应力，由此降低了部件的热疲劳寿命。
[0006]相反，在浮动芯型交换器中，管束独立于外壳。这些管道在它们的每个端部处被焊接到被称为隔板的组件，该隔板进而借助于金属接头和O形环接头连接到外壳。这些交换器以如下的方式解决了热疲劳问题:隔板之一借助于O形环接头被附连到外壳，这在保证密封性的同时使管道能够在这一端沿轴向方向自由地膨胀。O形环接头所在的且管束可以自由膨胀的端部通常是在外壳中最靠近冷却剂的入口的一端，因为O形环接头由不能像金属一样经受这种高温的弹性材料制成。该设计中最大的困难归因于:外壳的更复杂的几何形状；制造工艺中所需要的不同生产步骤，诸如焊接管束和隔板以及将它们装配在外壳中的工艺；以及某些材料诸如密封垫片的高昂成本，这意味着浮动芯型交换器是非常昂贵的，相比于整体式交换器来说，成本高出20 %或30 %。
[0007]本发明描述了热交换器及其制造工艺，其将浮动芯型交换器的热疲劳强度与整体式交换器的紧凑、简单和更经济的设计结合在一起，除了其他优点以外，还导致了较少数量的必要制造步骤。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术的交换器的上述问题并且为了获取诸如在前文中描述的技术方案，根据权利要求1所述的热交换器已被形成为第一发明方面，并且根据权利要求13所述的制造热交换器的方法已被形成为第二发明方面。
[0009]该第一发明方面限定了一种热交换器，其包括:适于在其中循环冷却剂的外壳，该外壳具有冷却剂入口和出口 ；以及具有一个或多个中空导管的管组，该一个或多个中空导管沿着轴向方向(X)延伸以适于引导气体通过所述外壳，并且该一个或多个中空导管在其一端焊接到所述外壳上，其特征在于，在管组的相对(opposite)端处:
后者被焊接到独立的隔板，该隔板相对于外壳是不连续的；并且其中所述隔板包括围绕其周边的第一套管，该第一套管相对于外壳是不连续的，该第一套管的与附连到隔板的表面相对的表面基本上平行于轴向方向，
在第一套管的与附连到隔板的表面相对的表面与外壳之间存在第一沟槽/容室(housing)，使得沿着交换器的轴向方向而非沿着其径向方向进入第一沟槽成为可能，
第一套管与外壳之间的附连是通过将容纳在第一沟槽中的第一接头限定在外壳与第一套管之间的方式而实现的，以及
该交换器包括相对于第一套管不连续的第一独立闭合部件，这导致了两者之间的间隔部(seperat1n)，一旦该接头被位于在外壳与第一套管之间限定的第一沟槽中的第一闭合部件的至少一个内部表面封闭，则第一闭合部件阻止第一接头在轴向方向上移动。
[0010]轴向方向被理解为形成管组的管道的纵轴的方向；已经按照该轴向方向定义了 X轴。“不连续”意味着“没有接触”并且因此存在间隔距离。
[0011]借助于该设计，本发明实现了一种热交换器，该热交换器的一端是浮动端，其包括像是常规浮动芯型中的接头，但是它的结构和制造工艺与这些交换器中常用的那些接头不同，并且由于其简单性且节约成本，因此它们与整体式交换器类似:在本发明中，在管道不能自由地沿轴向方向膨胀的端部(固定端)，管道的管组被直接焊接到外壳的一个壁，而不是被焊接到隔板，该隔板在后面的步骤中用螺钉紧固到外壳上。在另一端即浮动端，管组被焊接到独立的隔板，但是该构形也不同于现有技术中已知的浮动端。
[0012]该隔板包括围绕它的第一套管，第一套管的与附连到隔板的表面相对的表面即其外表面基本上平行于轴向方向。进而，外壳在被称为浮动端的端部处包括第一内角，该第一内角被成型为使得它和所述套管的与附连到隔板的表面相对的表面一起限定第一沟槽，该第一沟槽可以被轴向地进入，即在基本平行于管组的轴向方向的方向上进入。
[0013]由外壳的内表面的第一角限定的一部分第一沟槽与由第一套管的外表面限定的一部分第一沟槽不能直接接触，即它们不能是连续的，因此，该端部的浮动特性(nature)是不连续的。该特征是浮动芯型交换器的特点，正是该特征使得该端的管道区域能够相对于外壳在轴向方向上自由地膨胀。然而，与现有技术的浮动芯型不同，在前文中描述的第一沟槽的具体形状允许在轴向方向上引入第一接头以密封外壳的内部，从而将后者的内表面和第一套管连接。在现有技术的浮动芯型交换器中，用于接头的沟槽被设计成使得接头沿着交换器的径向方向(其也是接头的径向方向)被引进其中。沟槽的形状阻止接头的轴向移动，并且一旦接头已经被引入，套管就阻止接头在径向方向上移位。在现有技术中使用的这种构形使得必须将接头径向变形以将它们引入到壳体中，这使得制造工艺复杂化并且使接头经受破坏应力。
[0014]针对管道的管组的另一端即非浮动端，相对于现有技术来说也存在差异，这使其具有技术优势。如前所述，在常规浮动芯型中，非浮动端被焊接到隔板，该隔板进而用螺钉紧固到外壳的主体。然而，在本发明中，管组的固定端被焊接到外壳的实际端部，或被焊接到第二隔板且该第二隔板进而被焊接到外壳的端部。由于浮动端也必须在一个相同的制造步骤(优选地包括在炉内用钎焊的方式焊接)中被焊接到对应的隔板，因此能够获得将成为该部件的最终构形的相当大部分，从而极大地降低在浮动芯型交换器中通常由使用螺钉和金属接头装配所要求的制造成本和时间。
[0015]接头闭合热交换器，使得其内部是密封的隔室。为了达到该目的，一旦接头已经被轴向地引入到沟槽内，则阻止其在相反方向上的轴向移动即阻止接头从沟槽中出来的部件就是必要的。该部件是闭合部件，其适用于轴向耦连到交换器的剩余部分。
[0016]在第二发明方面中，定义一种用于制造热交换器(诸如在第一发明方面中限定的热交换器)的方法，其包括以下步骤:
通过焊接的方式装配管道、外壳、隔板和第一套管，
沿着热交换器的轴向方向(X)将第一接头引入第一沟槽内，
通过使第一接头和第一套管的与附连到隔板的表面相对的表面接触并且与外壳的内表面接触的方式密封外壳的内部，以及
借助于第一闭合部件使第一接头固定，从而保证密封