專(zhuān)利名稱(chēng)：具有鑄造外殼的熱交換器和制造該熱交換器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及熱交換器，并且涉及制造熱交換器的方法，該熱交換器包括用于車(chē)輛的廢氣冷卻器。
背景技術(shù)：
在車(chē)輛工業(yè)中，尤其是在卡車(chē)制造工業(yè)中，已知提供EGR設(shè)備，該EGR設(shè)備使來(lái)自車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣再循環(huán)，以減少氮氧化物的產(chǎn)生。該設(shè)備包括EGR冷卻器，該EGR冷卻器可冷卻用于再循環(huán)的廢氣以便降低該廢氣的溫度且減小該廢氣的體積，而這又使發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒溫度降低并且不會(huì)顯著減小其輸出。這種設(shè)備的實(shí)際結(jié)果是減小氮氧化物的產(chǎn)生。已公開(kāi)的美國(guó)申請(qǐng)No. 2006/0231243描述了一種EGR冷卻器，該EGR冷卻器包括芯，該芯由彼此分離的平行的管制成。圓筒形殼體包圍該芯并且在其相對(duì)的端部具有板，這些板分別被固定以便封閉該殼體的端部。碗形防護(hù)罩被固定到它們的相應(yīng)的板以便圍住該板的外部面，這些防護(hù)罩分別形成中心廢氣入口和中心廢氣出口。安裝凸緣看起來(lái)連接到這些防護(hù)罩的外端部。與這里描述的熱交換器不同，這種已知的EGR冷卻器不使用形成冷卻器或熱交換器的外部的鑄造外殼。在某些熱交換器應(yīng)用中，鑄造外殼可能是有利的，這是由于鑄造外殼可以諸如使用連接凸緣而使連接方便，并且可以以合理的成本制造這種外殼，即使當(dāng)生產(chǎn)量相對(duì)較少時(shí)。形成熱交換器的外部的鑄造件在示例性實(shí)施例中可以由成本相對(duì)低的灰鑄鐵制成。而且，本發(fā)明使熱交換器芯能夠通過(guò)固定地連接到芯的相對(duì)端部的凸緣而被安裝在鑄造件的室內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的熱交換器包括外部鑄造構(gòu)件，該外部鑄造構(gòu)件具有第一端部和第二端部并且形成在該第一端部和第二端部之間延伸的熱交換器外殼；和多個(gè)疊置的通道構(gòu)件，該多個(gè)疊置的通道構(gòu)件限定用于使第一流體流過(guò)熱交換器的第一組流動(dòng)通道。在相鄰的通道構(gòu)件之間形成空間，以便提供用于使第二流體流過(guò)熱交換器的第二組流動(dòng)通道。疊置的通道構(gòu)件形成具有第一端部和第二端部的熱交換器芯，并且這個(gè)芯安裝在外部鑄造構(gòu)件內(nèi)。第一凸緣固定地附接到熱交換器芯的第一端部，以便在第一凸緣和第一端部之間提供密封連接。第二凸緣固定地附接到熱交換器芯的第二端部以便在第二凸緣和第二端部之間提供密封連接。第一凸緣和第二凸緣中的每一個(gè)適于由緊固件聯(lián)接到外部鑄造構(gòu)件的其相應(yīng)端部。在示例性實(shí)施例中，該緊固件包括螺栓，并且外部鑄造構(gòu)件由鑄鐵制成并且在第一端部和第二端部均形成有螺栓接納孔。第一凸緣和第二凸緣形成有能夠與外部鑄造構(gòu)件中的螺栓接納孔對(duì)準(zhǔn)的螺栓孔，以便該凸緣能夠由螺栓附接到外部鑄造構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，用在具有發(fā)動(dòng)機(jī)(該發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中放出廢氣)的車(chē)輛中的廢氣冷卻器包括鑄造冷卻器外殼，該鑄造冷卻器外殼具有第一端部，相對(duì)的第二端部，和在該第一和第二端部之間延伸的熱交換室。冷卻器外殼也具有用于冷卻劑的入口端口和用于冷卻劑的出口端口。還設(shè)置有熱交換器芯，該熱交換器芯具有第一端部和第二端部，這個(gè)芯被安裝在冷卻器外殼的室中并且包括通道構(gòu)件，該通道構(gòu)件限定用于使廢氣流過(guò)該芯的第一流動(dòng)通道。第二流動(dòng)通道被設(shè)置在通道構(gòu)件之間以便使冷卻劑流過(guò)該芯。第二流動(dòng)通道與第一流動(dòng)通道交替布置。第一凸緣固定地附接到熱交換器芯的第一端部，以便在第一凸緣和第一端部之間提供密封連接。第二凸緣固定地附接到熱交換器芯的第二端部，以便在第二凸緣和第二端部之間提供密封連接。第一凸緣和第二凸緣中的每一個(gè)適于由緊固件聯(lián)接到冷卻器外殼的其相應(yīng)端部。在示例性實(shí)施例中，第一密封件布置在第一凸緣和冷卻器外殼的第一端部之間， 并且同樣，第二密封件可以布置在第二凸緣和冷卻器外殼的第二端部之間。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造熱交換器的方法，這個(gè)方法包括提供具有第一端部和第二端部的銅焊的冷卻器芯，所述芯包括以一個(gè)在另一個(gè)上方的方式布置的通道構(gòu)件并且限定兩組流動(dòng)通道以使冷卻劑流過(guò)所述兩組流動(dòng)通道中的第一組流動(dòng)通道而熱氣流過(guò)所述兩組流動(dòng)通道中的第二組流動(dòng)通道。所述第一組流動(dòng)通道與所述第二組流動(dòng)通道交替布置。還提供鑄造冷卻器外殼，這個(gè)外殼具有第一端部，相對(duì)的第二端部，在所述第一端部和第二端部之間延伸的熱交換室，和用于使所述冷卻劑流入和流出所述室的端口。第一凸緣構(gòu)件被焊接在冷卻器芯的第一端部上以便提供第一凸緣構(gòu)件和第一端部之間的密封連接，并且隨后，冷卻器芯通過(guò)冷卻器外殼的第一端部中的第一開(kāi)口被插入到冷卻器外殼的熱交換室中，使得第一凸緣鄰接冷卻器外殼的第一端部并且冷卻器芯的端部部分穿過(guò)冷卻器外殼的第二端部中的第二開(kāi)口突出。然后，第二凸緣構(gòu)件被焊接到冷卻器芯的第二端部，使得在第二凸緣構(gòu)件和第二端部之間設(shè)置密封連接。


根據(jù)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，熱交換器、廢氣冷卻器和制造熱交換器的方法的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明了。圖1是根據(jù)本公開(kāi)構(gòu)造的熱交換器的立體圖，這個(gè)視圖從上方取得并且示出熱交換器的兩個(gè)豎向的側(cè)部；圖2是圖1的熱交換器的立體剖視圖，這個(gè)視圖沿中心縱向豎向平面取得；圖3是熱交換器芯布置在其中的圖1的熱交換器的外部鑄造構(gòu)件的立體圖，這個(gè)視圖從上方取得并且示出與圖1中示出的縱向側(cè)部相對(duì)的縱向側(cè)部；圖4是圖3的鑄造構(gòu)件的仰視圖；圖5是沿圖4的線(xiàn)V-V截取的剖視圖；圖6是圖3的鑄造構(gòu)件的縱向側(cè)視圖；圖7是圖3的鑄造構(gòu)件的俯視圖；圖8是沿圖7的線(xiàn)VIII-VIII截取的鑄造構(gòu)件的豎向截面；圖9是示出圖3中可見(jiàn)的縱向側(cè)部的鑄造構(gòu)件的縱向側(cè)視圖；圖10是示出用來(lái)將熱交換器芯連接到鑄造構(gòu)件的凸緣構(gòu)件的立體圖；圖11是圖1和2的熱交換器的一部分的立體圖，提供沿圖7的線(xiàn)XI-XI截取的橫截面；
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圖12是外部板的平面視圖，該外部板用來(lái)形成用于廢氣的流動(dòng)的通道構(gòu)件的一側(cè)；圖13是圖12的外部板的邊緣視圖；圖14是內(nèi)部板的平面視圖，該內(nèi)部板用來(lái)形成用于廢氣的流動(dòng)的通道構(gòu)件的相對(duì)側(cè)；圖15是圖14的內(nèi)部板的邊緣視圖；圖16是用于廢氣的流動(dòng)的三個(gè)疊置的通道構(gòu)件的端部部分的等軸測(cè)詳細(xì)視圖；圖17是根據(jù)本公開(kāi)的熱交換器的另一實(shí)施例的示意性縱向剖視圖；以及圖18是根據(jù)本公開(kāi)構(gòu)造的熱交換器的另一實(shí)施例的另一示意性橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式圖1和2中示出能夠通過(guò)諸如冷卻劑的流體對(duì)車(chē)輛的廢氣進(jìn)行冷卻的熱交換器 10。熱交換器的這個(gè)實(shí)施例包括外部鑄造構(gòu)件12，該外部鑄造構(gòu)件具有第一端部14和第二端部16并且形成在第一端部和第二端部之間延伸的熱交換器外殼。鑄造構(gòu)件12可以是成本相對(duì)低的水鑄造件，該水鑄造件在示例性實(shí)施例中由灰鑄鐵制成。位于鑄造構(gòu)件的盒狀室內(nèi)的是熱交換器芯部件20，該熱交換器芯可以包括多個(gè)疊置的通道構(gòu)件22，這些通道構(gòu)件限定穿過(guò)其中的第一組流動(dòng)通道M以使第一流體流過(guò)熱交換器。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，流動(dòng)通道包含波紋狀翅片結(jié)構(gòu)，該波紋狀翅片結(jié)構(gòu)在圖2中沒(méi)有被示出但在圖16中被示出。如果熱交換器10用作廢氣再循環(huán)(EGR)冷卻器，這個(gè)第一流體是熱廢氣，諸如由車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱廢氣。第二組流動(dòng)通道沈形成在各通道構(gòu)件之間以便第二流體流過(guò)熱交換器。在EGR冷卻器的情況下，該第二流體可以是通常在車(chē)輛中用于冷卻諸如車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的工作部件的類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)液體冷卻劑。芯20具有第一端部30和相對(duì)的第二端部32。芯 20的第一端部和第二端部延伸超過(guò)鑄造構(gòu)件12的第一端部和第二端部至少一短的距離， 如圖3中指示的那樣。示出的鑄造構(gòu)件12在其第一端部14和第二端部16處是敞開(kāi)的，這些端部限定如示出的矩形入口端口和出口端口以便廢氣進(jìn)入和離開(kāi)熱交換器。端口 34可以是用于廢氣的入口，而端口 36可以是用于廢氣的流動(dòng)的出口。然而，廢氣沿相反方向流動(dòng)也是可能的， 使得端口 34變成出口。僅僅為了這個(gè)描述的目的，并且基于如圖1和2中示出的熱交換器的取向，鑄造構(gòu)件具有頂壁40、平坦底壁42以及兩個(gè)縱向側(cè)壁44和46。頂部40形成有圓筒形延伸部分48，該圓筒形延伸部分在其外端部形成有圓形冷卻劑出口 50。環(huán)形凸緣52 繞這個(gè)出口延伸并且兩個(gè)凸耳M形成在延伸部分的相對(duì)兩側(cè)上。每一個(gè)凸耳形成有螺栓接納孔56并且螺栓(未示出)可用于將冷卻劑管連接到延伸部分48的外端部。在縱向延伸的側(cè)壁中的一個(gè)側(cè)壁中設(shè)置有另一矩形開(kāi)口 60。該開(kāi)口提供冷卻劑入口端口以使冷卻劑流入到在通道構(gòu)件22之間形成的空間或間隙中。形成在鑄造構(gòu)件的端部14、16中的每一個(gè)端部處的是突出的連接凸耳，每一個(gè)連接凸耳具有螺栓接納螺紋孔以便連接凸緣，從而如后面描述的那樣連接熱交換器芯。第一端部14具有四個(gè)角部凸耳62到65。第二端部16也具有帶螺栓孔72的四個(gè)角部凸耳67 到70?？梢栽O(shè)置長(zhǎng)形的豎向延伸的突起78以提供側(cè)部通路，用于使冷卻劑流到出口 50。如示出的，這個(gè)突起形成有三個(gè)圓形的帶螺紋的開(kāi)口 79到81，這些開(kāi)口沿豎向?qū)?zhǔn)并且被可選地設(shè)置，用來(lái)安裝壓力傳感器和溫度傳感器(未示出)。各傳感器可以被擰緊到這些開(kāi)口中。包圍這些開(kāi)口的平坦表面被機(jī)加工成非常平坦，以允許傳感器被適當(dāng)?shù)匕惭b。較小的突起84從延伸部分48的一側(cè)延伸并且具有延伸穿過(guò)其中的孔86。可選的孔86也可用于安裝壓力傳感器或溫度傳感器。另外的連接凸緣可以在88到90處設(shè)置在鑄造構(gòu)件上(見(jiàn)圖幻，每一個(gè)連接凸緣設(shè)置有緊固孔92。如果需要，這些凸緣可以用來(lái)將鑄造構(gòu)件安裝到相鄰的支撐件或框架。熱交換器芯20可以呈多種形式。示出的示例性芯包括一疊置的熱交換器通道構(gòu)件22，并且該芯可包括頂板100和底板102，該頂板是頂通道構(gòu)件22的一半，該底板是底通道構(gòu)件的一半。頂板100和底板102在它們的相對(duì)的兩端部通過(guò)焊接連接到第一凸緣104 和第二凸緣106，沿每一個(gè)板的邊緣形成連續(xù)的密封連接。兩個(gè)凸緣具有類(lèi)似的形狀，并且第一凸緣104在圖10中被單獨(dú)地示出。每一個(gè)凸緣形成矩形開(kāi)口 108以便廢氣流過(guò)那里。 每一個(gè)凸緣可以呈矩形框架的形式，如示出的，該矩形框架具有四個(gè)側(cè)部109到112，并且連接突出部114被設(shè)置在四個(gè)角部中的每一個(gè)角部處。這些突出部中的每一個(gè)突出部具有螺栓接納孔116。凸緣的一側(cè)上的兩個(gè)突出部可以長(zhǎng)于凸緣的相對(duì)側(cè)上的突出部，如圖1和 10中所示。兩個(gè)凸緣可以通過(guò)合適的螺栓連接到鑄造構(gòu)件12，圖1中示出所述合適的螺栓中的兩個(gè)。如果鑄造構(gòu)件上的凸耳不帶有螺紋，則螺母可用于連接這些螺栓。因此將理解， 第一凸緣104適于聯(lián)接到鑄造構(gòu)件12的第一端部14，而第二凸緣106適于聯(lián)接到鑄造構(gòu)件的第二端部16。當(dāng)凸緣聯(lián)接到熱交換器芯和鑄造構(gòu)件上時(shí)，第一凸緣和第二凸緣可用于提供熱交換器芯和鑄造構(gòu)件12之間的密封。示出的各通道構(gòu)件22中的每一個(gè)通道構(gòu)件可以由一對(duì)板118、120形成。這些板中的每一個(gè)板在其相對(duì)的兩端部形成有邊緣凸緣208、210，并且相鄰?fù)ǖ罉?gòu)件的兩個(gè)板的相鄰邊緣凸緣諸如通過(guò)銅焊工藝被密封地連接。實(shí)際上，單個(gè)銅焊步驟可用于形成熱交換器的整個(gè)芯。每一個(gè)板具有相對(duì)大的中心部分128，該中心部分與該對(duì)板中的另一板的中心部分間隔開(kāi)以便形成各流動(dòng)通道M中的相應(yīng)的一個(gè)流動(dòng)通道。圖12到15示出內(nèi)板118和外板120的細(xì)節(jié)，該內(nèi)板和外板一起可形成每一個(gè)通道構(gòu)件22。外板120具有兩個(gè)縱向延伸的邊緣凸緣200和202，這些邊緣凸緣中的兩個(gè)在圖16中可見(jiàn)。類(lèi)似地，內(nèi)板118中的每一個(gè)具有兩個(gè)縱向邊緣凸緣205、206。如圖16中所示，內(nèi)板的邊緣凸緣205、206被外板的邊緣凸緣200和202交疊，并且它們可以通過(guò)銅焊工藝被固定地且密封地連接在一起，該銅焊工藝是熱交換器行業(yè)中熟知的工藝。所述板中的一個(gè)板(例如外板)可以最初涂覆有銅焊材料以便于進(jìn)行銅焊過(guò)程。在熱交換器的一個(gè)示例性形式中，板118、120由薄金屬板構(gòu)成，該薄金屬板具有在0. 2到0. 6mm(或0. 008"到 0.025")的范圍中的厚度。如示出的，端部凸緣208和210形成在板118、120的相對(duì)的端部，并且端部凸緣延伸每一個(gè)板的全寬度。傾斜的過(guò)渡部分211、212可以形成在每一個(gè)板中心部分1 和端部凸緣之間。在示出的內(nèi)板118的情況下，端部凸緣208從相鄰的中心部分的平面向上移位一短的距離。在如圖16中示出的外板120的情況下，端部凸緣210從其中心部分128的平面向下移位一短的距離。端部凸緣208、210允許每一個(gè)通道構(gòu)件在它們的相應(yīng)的相對(duì)端部被固定地銅焊到相鄰的通道構(gòu)件。而且，內(nèi)板和外板中的每一個(gè)可以形成有多排(例如兩排)凹坑214、216。在內(nèi)板118的情況下，可以設(shè)置有平坦的頂部的凹坑向上突出，使得它
8們的頂部與端部凸緣208處于相同的平面。在另一方面，當(dāng)外板以圖13和16中示出的方式取向時(shí)，外板120上的凹坑216向下突出。該凹坑可用于在其中心部分128的區(qū)域中剛性連接相鄰的通道構(gòu)件，并且該凹坑也可幫助維持兩個(gè)通道構(gòu)件的相鄰的中心部分之間的空間或間隙。具體地，相鄰?fù)ǖ罉?gòu)件的相鄰凹坑可以通過(guò)銅焊工藝被連接。雖然波紋狀翅片結(jié)構(gòu)27可以構(gòu)造有標(biāo)準(zhǔn)波紋，該標(biāo)準(zhǔn)波紋延伸芯的長(zhǎng)度或延伸芯的長(zhǎng)度的相當(dāng)大的部分，但在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，每一個(gè)翅片結(jié)構(gòu)包括多排相鄰的波紋， 其中一排的波紋從下一排的波紋錯(cuò)開(kāi)，從而以熱交換器行業(yè)中已知的方式提供增強(qiáng)的熱傳遞。如在圖16中可以最佳地看到的，在芯的每一個(gè)端部處的疊置的通道構(gòu)件22在 220,222處形成兩個(gè)基本上連續(xù)的豎向邊緣。此外，這些豎向邊緣在形成在相鄰的第一凸緣104或相鄰的第二凸緣106中的開(kāi)口的全高度上延伸。因此，在每一個(gè)端部處的芯的完整周邊可以以連續(xù)的方式焊接到相鄰的端部凸緣104或106。這樣，在第一端部凸緣104和芯的相鄰的端部之間以及在第二凸緣和與其相鄰的芯的端部之間形成密封連接。圖17示意性地示出可用作EGR冷卻器的熱交換器的另一實(shí)施例。這個(gè)熱交換器 130包括熱交換器芯132，該熱交換器芯也可以由類(lèi)似于圖1和2的實(shí)施例中使用的那些通道構(gòu)件的多個(gè)疊置的通道構(gòu)件制成。這些通道構(gòu)件也限定沿縱向延伸穿過(guò)其中的第一組流動(dòng)通道和第二組流動(dòng)通道。在芯的一個(gè)示例性實(shí)施例中，這些通道構(gòu)件被銅焊在一起以形成一體的芯。呈鑄造構(gòu)件134形式的外鑄造件包圍芯132并且允許諸如乙二醇/水混合物的冷卻劑流過(guò)形成在通道構(gòu)件之間的第二組流動(dòng)通道。如在第一實(shí)施例中那樣，冷卻劑用于對(duì)流過(guò)第一組流動(dòng)通道的廢氣進(jìn)行冷卻。為了將芯132安裝在該鑄造件中使得芯位于由鑄造件形成的室136中，端部凸緣 140和襯墊或密封件142布置在芯的第一端部14上，端部凸緣被焊接到如由焊縫144指示的位置中，該焊縫以連續(xù)密封的方式沿第一端部14的所有四個(gè)邊緣延伸。在焊接操作之后，其上安裝有襯墊的芯可穿過(guò)鑄造件134的一個(gè)端部被插入。在這個(gè)步驟之后，端部凸緣 140通過(guò)相鄰的襯墊142鄰接鑄造件的端部并且在其端部中的開(kāi)口周?chē)纬擅芊?，以便防止冷卻劑通過(guò)熱交換器或EGR冷卻器130的端部的任何泄漏。制造這個(gè)熱交換器的方法中的下一個(gè)步驟是將第二襯墊或密封件146和第二凸緣構(gòu)件148安裝在芯的暴露的第二端部16上。根據(jù)制造方法的一種示例性形式，該組件通過(guò)固定裝置被壓緊且保持在一起并且第二端部凸緣148被焊接到芯的其端部上的位置中， 兩個(gè)焊縫在150處被示出。第二襯墊或密封件146在鑄造構(gòu)件134的其相應(yīng)的敞開(kāi)端部上形成密封，因此防止從熱交換器的這個(gè)端部的任何泄漏。在組裝中的這個(gè)階段，芯被安裝在鑄造構(gòu)件內(nèi)并且熱交換器是完整的單元。在這個(gè)熱交換器中，也設(shè)置有EGR入口鑄造件152和EGR出口鑄造件154，每一個(gè)鑄造件形成有矩形開(kāi)口(未示出)以便廢氣流過(guò)其中。這兩個(gè)鑄造件也可以被看作用于熱交換器的端部蓋。布置在這些鑄造件的每一個(gè)的內(nèi)表面上的是另外的襯墊或密封件156， 每一個(gè)襯墊或密封件形成有螺栓孔158。入口和出口鑄造件它們自身也形成有螺栓孔160、 162，以便螺栓164穿過(guò)，僅僅示出了兩個(gè)螺栓。將理解，鑄造件152、巧4提供用來(lái)將熱交換器連接在車(chē)輛的廢氣回路內(nèi)的措施。每一個(gè)鑄造件152、巧4及其相應(yīng)的凸緣構(gòu)件之間的連接由其相應(yīng)的襯墊158密封。雖然在圖17中未示出，但是應(yīng)當(dāng)理解，鑄造構(gòu)件134設(shè)置有用于冷卻劑流入到其室136中的入口和用于這個(gè)冷卻劑的出口。當(dāng)將第二凸緣構(gòu)件148焊接到芯的其端部時(shí)，必須小心不要損壞相鄰的襯墊146。 取決于用于襯墊146的材料，在焊接操作期間可能需要冷卻凸緣構(gòu)件。可以用作EGR冷卻器的熱交換器170的另一實(shí)施例在圖18中被示意性地示出。 這里將僅僅描述與圖17的熱交換器130不同的這個(gè)熱交換器的那些部分和部件。在172 處總體指示的端部部分構(gòu)造成與圖17的實(shí)施例的對(duì)應(yīng)端部部分相同。然而，代替第二端部凸緣構(gòu)件148和分離的襯墊146，這個(gè)實(shí)施例具有設(shè)置有螺栓孔178的柔性端部凸緣構(gòu)件 176。端部凸緣176用于將熱交換器芯在其相應(yīng)的端部固定和密封到鑄造構(gòu)件。柔性凸緣構(gòu)件176也可看作具有管狀徑向內(nèi)部部分180的柔性密封件，該管狀徑向內(nèi)部部分被焊接到冷卻器芯的突出的第二端部16。這個(gè)柔性密封件也具有平面的徑向外部部分182，在該平面的徑向外部部分中形成有螺栓孔178。這個(gè)外部部分182適于通過(guò)螺栓164以可拆卸的方式連接到也可稱(chēng)為冷卻器外殼的鑄造構(gòu)件的第二端部。柔性凸緣構(gòu)件176具有波紋狀中心部分190，該波紋狀中心部分允許芯的一定程度的縱向膨脹，該縱向膨脹可能由于變化的溫度范圍而發(fā)生，在操作期間熱交換器暴露到該變化的溫度范圍。同時(shí)，這個(gè)中心部分能夠借助凸緣構(gòu)件的其余部分維持芯和鑄造構(gòu)件之間的密封。內(nèi)部部分180符合芯的暴露的端部部分的形狀。外部部分182與鑄造構(gòu)件的相鄰端部交疊。將理解，當(dāng)出口鑄造件端部蓋巧4被布置在鑄造構(gòu)件的該另一端部上并借助螺栓164被固定時(shí)，該端部用螺栓固定就位。這里描述的熱交換器的明顯優(yōu)點(diǎn)是，它可以制造有相對(duì)廉價(jià)的外部鑄造構(gòu)件，該外部鑄造構(gòu)件不需要焊接來(lái)將熱交換器芯附接到該鑄造件。在熱交換器的一個(gè)實(shí)施例中， 芯的相對(duì)端部處的安裝凸緣通過(guò)螺栓附接到外部鑄造件。通過(guò)以圖18中示出的方式構(gòu)造的熱交換器，可以有另外的優(yōu)點(diǎn)，諸如熱交換器具有補(bǔ)償芯和外殼之間的熱膨脹差異的能力，并且總體上使用的部件較少。如這里所描述的構(gòu)造的示例性熱交換器的另外優(yōu)點(diǎn)包括可以將更多種材料用于芯(和/或鑄造件)，這是由于可以不需要用于芯的材料和用于鑄造件的材料之間的相容性 (因?yàn)樗鼈儾缓附釉谝黄?。而且，至少在使用柔性第二凸緣來(lái)安裝芯的圖18中示出的實(shí)施例的情況下，這種凸緣的使用允許芯的膨脹，以幫助防止在芯和鑄造件之間的連接處的破裂或泄漏。雖然本發(fā)明已經(jīng)被示出且描述為實(shí)施成多個(gè)示例性實(shí)施例，即在熱交換或冷卻應(yīng)用中具有特定用途的實(shí)施例，但將理解，本發(fā)明不限于這里示出的細(xì)節(jié)，這是由于可以理解的是，公開(kāi)的熱交換器和制造該熱交換器的方法的形式和細(xì)節(jié)中的各種省略、修改，替代和改變可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員做出而不以任何方式偏離本發(fā)明的精神或范圍。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地把本公開(kāi)改變用于各種其它應(yīng)用而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，所述熱交換器包括外部鑄造構(gòu)件，所述外部鑄造構(gòu)件具有第一端部和第二端部并且形成在所述第一端部和所述第二端部之間延伸的熱交換器外殼；多個(gè)疊置的通道構(gòu)件，所述多個(gè)疊置的通道構(gòu)件分別限定用于使第一流體流過(guò)所述熱交換器的第一組流動(dòng)通道，在相鄰?fù)ǖ罉?gòu)件之間形成空間以提供用于使第二流體流過(guò)所述熱交換器的第二組流動(dòng)通道，所述疊置的通道構(gòu)件形成具有第一端部和第二端部的熱交換器芯，所述熱交換器芯安裝在所述外部鑄造構(gòu)件內(nèi)；第一凸緣，所述第一凸緣固定地附接到所述熱交換器芯的第一端部，以在所述第一凸緣和所述第一端部之間提供密封連接；第二凸緣，所述第二凸緣固定地附接到所述熱交換器芯的第二端部，以在所述第二凸緣和所述第二端部之間提供密封連接，其中，所述第一凸緣和第二凸緣中的每一個(gè)適于由緊固件聯(lián)接到所述外部鑄造構(gòu)件的其相應(yīng)端部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述緊固件包括螺栓，所述外部鑄造構(gòu)件由鑄鐵制成，并且在所述第一端部和所述第二端部處均形成有螺栓接納孔，并且所述第一凸緣和第二凸緣形成有螺栓孔，所述螺栓孔與所述外部鑄造構(gòu)件中的所述螺栓接納孔對(duì)準(zhǔn)， 以使所述第一凸緣和所述第二凸緣能夠由所述螺栓附接到所述外部鑄造構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，包括第一密封件，所述第一密封件布置在所述第一凸緣和所述外部鑄造構(gòu)件的所述第一端部之間；和第二密封件，所述第二密封件布置在所述第二凸緣和所述外部鑄造構(gòu)件的所述第二端部之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換器，包括入口鑄造件，所述入口鑄造件形成用于來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的入口；和出口鑄造件，所述出口鑄造件形成用于所述廢氣的出口，所述入口鑄造件和所述出口鑄造件均在其中形成有另外的螺栓孔，所述另外的螺栓孔能夠與所述外部鑄造構(gòu)件中的所述螺栓接納孔以及所述第一凸緣和所述第二凸緣中的所述螺栓孔對(duì)準(zhǔn)，其中所述螺栓中的一些螺栓能夠用于將所述入口鑄造件和所述第一凸緣一起附接到所述外部鑄造構(gòu)件的所述第一端部，并且所述螺栓中的另外一些螺栓能夠用于將所述出口鑄造件和所述第二凸緣附接到所述外部鑄造構(gòu)件的所述第二端部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中，所述第二凸緣是柔性襯墊，所述柔性襯墊具有固定地附接到所述熱交換器芯的所述第二端部的管狀內(nèi)部部分和適于由所述緊固件聯(lián)接到所述外部鑄造件的所述第二端部的外部部分，在所述熱交換器的操作期間，所述柔性襯墊允許所述熱交換器芯相對(duì)于所述外部鑄造構(gòu)件的熱膨脹。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中，所述襯墊的所述外部部分和所述第一凸緣形成有螺栓孔，并且所述外部鑄造構(gòu)件在所述第一端部和所述第二端部均形成有螺栓接納孔，其中，所述柔性襯墊和所述第一凸緣能夠由螺栓附接到所述外部鑄造構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱交換器，包括入口鑄造件，所述入口鑄造件形成用于來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣的入口；和出口鑄造件，所述出口鑄造件形成用于所述廢氣的出口，所述入口鑄造件和所述出口鑄造件均在其中形成有另外的螺栓孔，所述另外的螺栓孔與所述外部鑄造構(gòu)件中的所述螺栓接納孔以及所述襯墊的所述外部部分和所述第一凸緣中的所述螺栓孔對(duì)準(zhǔn)，其中，所述螺栓中的一些螺栓能夠用于將所述入口鑄造構(gòu)件和所述第一凸緣構(gòu)件一起連接到所述外部鑄造件的所述第一端部，并且所述螺栓中的另外一些螺栓能夠用于將所述出口鑄造件和所述襯墊附接到所述外部鑄造構(gòu)件的所述第二端部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱交換器，包括第一密封件，所述第一密封件布置在所述第一凸緣和所述外部鑄造構(gòu)件的所述第一端部之間；和第二密封件，所述第二密封件布置在所述入口鑄造件和所述第一凸緣之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中，所述疊置的通道構(gòu)件由薄板構(gòu)成，所述薄板具有在0. 2到0. 6mm的范圍中的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中，所述第一流體是來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣，所述第二流體是用來(lái)冷卻廢氣的冷卻劑，并且每一個(gè)通道構(gòu)件包含波紋狀翅片板，以增強(qiáng)所述第一流體和所述第二流體之間的熱交換。
11.一種用在具有發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛中的廢氣冷卻器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)在使用中放出廢氣，所述冷卻器包括鑄造的冷卻器外殼，所述鑄造的冷卻器外殼具有第一端部，相對(duì)的第二端部，在所述第一端部和所述第二端部之間延伸的熱交換室，用于冷卻劑的入口端口以及用于冷卻劑的出口端口；熱交換器芯，所述熱交換器芯具有第一端部和第二端部并且安裝在所述冷卻器外殼的所述熱交換室中，所述熱交換器芯包括通道構(gòu)件，所述通道構(gòu)件限定用于所述廢氣流過(guò)所述熱交換器芯的第一流動(dòng)通道，在所述通道構(gòu)件之間設(shè)置第二流動(dòng)通道，以使所述冷卻劑流過(guò)所述熱交換器芯，所述第二流動(dòng)通道與所述第一流動(dòng)通道交替布置；第一凸緣，所述第一凸緣固定地附接到所述熱交換器芯的第一端部，以在所述第一凸緣和所述第一端部之間提供密封連接；第二凸緣，所述第二凸緣固定地附接到所述熱交換器芯的第二端部，以在所述第二凸緣和所述第二端部之間提供密封連接，其中，所述第一凸緣和所述第二凸緣中的每一個(gè)適于由緊固件聯(lián)接到所述外部鑄造構(gòu)件的其相應(yīng)端部。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的廢氣冷卻器，其中，所述緊固件是螺栓，所述冷卻器外殼由鑄鐵制成并且在所述冷卻器外殼的第一端部和第二端部均形成有螺栓接納孔，并且所述第一凸緣和所述第二凸緣均形成有螺栓孔，所述螺栓孔能夠與所述冷卻器外殼中的所述螺栓接納孔對(duì)準(zhǔn)，使得所述凸緣能夠由所述螺栓連接到所述冷卻器外殼。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的廢氣冷卻器，包括第一密封件，所述第一密封件布置在所述第一凸緣和所述冷卻器外殼的所述第一端部之間；和第二密封件，所述第二密封件布置在所述第二凸緣和所述冷卻器外殼的所述第二端部之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的廢氣冷卻器，其中，在所述第一流動(dòng)通道中安裝波紋狀翅片板，以增強(qiáng)所述廢氣和所述冷卻劑之間的熱交換。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的廢氣冷卻器，其中，所述第二凸緣是柔性襯墊，所述柔性襯墊具有固定地附接到所述熱交換器芯的所述第二端部的管狀內(nèi)部部分和適于由所述螺栓中的一些螺栓連接到所述冷卻器外殼的所述第二端部的外部部分。
16.一種制造熱交換器的方法，所述方法包括提供具有第一端部和第二端部的銅焊的冷卻器芯，所述冷卻器芯包括通道構(gòu)件，所述通道構(gòu)件以一個(gè)在另一個(gè)上方的方式布置并且限定兩組流動(dòng)通道，以便使冷卻劑流過(guò)所述兩組流動(dòng)通道中的第一組流動(dòng)通道而熱氣流過(guò)所述兩組流動(dòng)通道的第二組流動(dòng)通道，所述第一組流動(dòng)通道與所述第二組流動(dòng)通道交替布置；提供鑄造的冷卻器外殼，所述鑄造的冷卻器外殼具有第一端部，相對(duì)的第二端部，在所述第一端部和所述第二端部之間延伸的熱交換室，和用于使所述冷卻劑流入和流出所述熱交換室的端口；將第一凸緣構(gòu)件焊接在所述冷卻器芯的所述第一端部上，以在所述第一凸緣構(gòu)件和所述第一端部之間提供密封連接；通過(guò)所述冷卻器外殼的所述第一端部中的第一開(kāi)口將所述冷卻器芯插入到所述冷卻器外殼的所述熱交換室中，使得所述第一凸緣構(gòu)件鄰接所述冷卻器外殼的所述第一端部并且所述冷卻器芯的端部部分穿過(guò)所述冷卻器外殼的所述第二端部中的第二開(kāi)口突出；和將第二凸緣構(gòu)件焊接到所述冷卻器芯的所述第二端部，使得在所述第二凸緣構(gòu)件和所述第二端部之間形成密封連接。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括以下步驟在所述第一凸緣構(gòu)件被焊接在所述第一端部上之后，將第一密封件設(shè)置成鄰接所述第一凸緣構(gòu)件的內(nèi)表面，使得在所述冷卻器芯插入步驟之后，所述第一密封件被布置在所述第一凸緣構(gòu)件和所述冷卻器外殼的所述第一端部之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括以下步驟在將所述第二凸緣構(gòu)件焊接到所述冷卻器芯的所述第二端部之前，將第二密封件設(shè)置成鄰接所述冷卻器外殼的所述第二端部；和在焊接所述第二凸緣構(gòu)件的所述步驟之前，將具有已附接的第一凸緣構(gòu)件、所述冷卻器外殼以及所述第一密封件和第二密封件的所述冷卻器芯的組件壓緊在一起。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第二凸緣構(gòu)件是柔性密封件，所述柔性密封件具有管狀徑向內(nèi)部部分和平面的徑向外部部分，所述管狀徑向內(nèi)部部分被焊接到所述冷卻器芯的所述第二端部，所述平面的徑向外部部分適于通過(guò)螺栓連接到所述冷卻器外殼的所述第二端部，所述第二凸緣構(gòu)件在所述熱交換器的使用期間允許所述冷卻器芯沿所述冷卻器芯的長(zhǎng)度方向熱膨脹。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括以下步驟以可拆卸的方式將出口鑄造件連接到所述第二凸緣構(gòu)件的所述徑向外部部分并且連接到所述冷卻器的所述第二端部，所述出口鑄造件具有與所述冷卻器芯的所述第二端部對(duì)準(zhǔn)的中心出口開(kāi)口。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適于冷卻廢氣的熱交換器和一種制造該熱交換器的方法。該熱交換器包括外部鑄造構(gòu)件，該外部鑄造構(gòu)件具有第一端部和第二端部并且形成外殼和多個(gè)通道構(gòu)件，所述多個(gè)通道構(gòu)件形成交替的第一流動(dòng)通道和第二流動(dòng)通道，以便使廢氣流過(guò)第一流動(dòng)通道并且使冷卻劑流過(guò)第二流動(dòng)通道。該通道構(gòu)件形成具有第一端部和第二端部的芯，這個(gè)芯安裝在鑄造構(gòu)件中。第一凸緣固定地附接到該芯的第一端部以便形成密封連接。第二凸緣固定地附接到該芯的第二端部以便形成另一密封連接。第一凸緣和第二凸緣分別通過(guò)緊固件聯(lián)接到鑄造件的它們的相應(yīng)端部。
文檔編號(hào)B23P15/26GK102348952SQ201080010947
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月9日
發(fā)明者B·沙普托, H·卡茨邁爾, H·帕朗雄 申請(qǐng)人:達(dá)納加拿大公司