本公開涉及熱交換器，并且更具體地，涉及適合于用作重型交通工具中的油冷卻器的熱交換器。

本公開尤其涉及所謂的雙(或多)流式集成的熱交換器，即，其中所有的液路集成在板束元件中，并且因而不需要被安裝在封閉的腔中的熱交換器。

然而，本公開也適用于所謂的單流式集成的板式熱交換器，其中液路之一集成在板束元件中并且熱交換器基本上浸沒在其它液路中，該其它液路通常由熱交換器安裝在其中的腔包圍。

背景

用于形成熱交換器的基本原理在例如WO90/13394A1和WO2004027334A1中公開。

在雙(或多)流式集成的熱交換器中，所有液路集成在板束元件中。熱散發(fā)介質(zhì)和冷卻介質(zhì)通過熱交換器的入口開口被供給，并流過在單獨(dú)的通道中的板束元件。

熱交換器板的疊層通常包括安裝凸緣，該安裝凸緣可連接到熱交換器板的最外部的一個，例如通過銅焊至其。

在熱交換器中，期望的是具有高的效率，使得使用更小和/或更輕的熱交換器可以實(shí)現(xiàn)更多的冷卻。同時，需要一種非脆弱構(gòu)造以承受由當(dāng)在使用中時熱交換器經(jīng)受的熱負(fù)荷和壓力所產(chǎn)生的力。由于熱交換器的振動或非平整度，在熱交換器板中可能發(fā)生高應(yīng)力，特別是在靠近提供用于將熱交換器連接到承載結(jié)構(gòu)的固定點(diǎn)的安裝凸緣的下部板中。這些應(yīng)力可例如導(dǎo)致板中的過早失效和冷卻器的泄漏。

DE 19711258A1公開了堆疊的盤式油冷卻器，其包括數(shù)個槽形板，數(shù)個槽形板堆疊并焊接在一起，以用于形成相鄰的中空腔。最下部板安裝在基部板上，并且加固板布置在基部板和最下部板之間。加固板設(shè)置有邊沿，該邊沿圍繞最下部板的邊緣，以增加堆疊的盤式油冷卻器的穩(wěn)定性。

當(dāng)設(shè)計熱交換器時，有必要考慮結(jié)構(gòu)方面、強(qiáng)度方面、安裝方面以及制造方面。因此，需要目標(biāo)在于提供熱交換器的設(shè)計中的增加的自由度，同時保持或增加熱交換器的強(qiáng)度和效率的進(jìn)一步的技術(shù)開發(fā)。

概述

總的目的是提供一種減輕或消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的熱交換器。

特定的目的是提供一種熱交換器，其允許設(shè)計上的自由度，而同時增加熱交換器的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

另外的目的是提供一種可容易地制造的熱交換器。

本發(fā)明由所附獨(dú)立權(quán)利要求限定，其中實(shí)施方案在從屬權(quán)利要求、附圖和描述中闡述。

根據(jù)第一方面，提供了一種用于油冷卻器的板式熱交換器，其包括：至少兩個熱交換器構(gòu)件，每個熱交換器構(gòu)件圍合相應(yīng)的第一腔；至少一個入口端口，用于將介質(zhì)供給到第一腔；和至少一個輸出端口，用于從第一腔取出介質(zhì)；和至少一個安裝構(gòu)件，該至少一個安裝構(gòu)件附接到熱交換器構(gòu)件的如在堆疊方向看到的最外部的一個的外側(cè)。第二腔形成在該至少兩個熱交換器構(gòu)件之間，并且存在于第二腔中的介質(zhì)與存在于第一腔中的介質(zhì)隔開。如在堆疊方向上看到的，加固板位于熱交換器構(gòu)件的最外部的一個的內(nèi)部，并且至少部分地重疊安裝構(gòu)件。

熱交換器構(gòu)件可以是大體上地平面的，并且堆疊方向可以垂直于熱交換器構(gòu)件的主平面。

因此，加固板布置在由熱交換器構(gòu)件的最外部的一個形成的第一腔的內(nèi)部。

該重疊可以設(shè)置成使得加固板的突出部完全在安裝構(gòu)件的區(qū)域內(nèi)，或者反之亦然。優(yōu)選地，在安裝構(gòu)件上的至少70％、至少90％或至少95％的加固板的突出部在安裝構(gòu)件的區(qū)域內(nèi)。

通過在熱交換器構(gòu)件的內(nèi)部上提供加固板，能夠以傳熱面積中的相對較小的損失的成本實(shí)現(xiàn)大幅的強(qiáng)度改善。此外，該解決方案不需要或需要非常少地改變熱交換器的其它部分。

在圖2a-圖2b中所公開的設(shè)置的有限元模擬表明了針對最外部熱交換器板的大約50％的應(yīng)力減少，這轉(zhuǎn)化為熱交換器的耐久性上的顯著增加。

如在堆疊方向上看到的，安裝構(gòu)件可以沿著熱交換器板的外側(cè)邊緣部分固定地連接到熱交換器構(gòu)件的最外部的一個，并且加固板可以大體上沿著熱交換器構(gòu)件的內(nèi)側(cè)邊緣部分固定地連接到熱交換器構(gòu)件的最外部的一個。

內(nèi)側(cè)邊緣部分可以沿著其相關(guān)的邊緣延伸穿過一長度，該長度是外側(cè)邊緣部分的長度的約30％至約300％，優(yōu)選地約50％至約200％或約50％至約150％。

如在熱交換器板的主平面中看到的，安裝構(gòu)件可以從邊緣部分并向內(nèi)穿過第一長度固定地連接到熱交換器構(gòu)件的最外部的一個，并且加固板可以從邊緣部分并向內(nèi)穿過第二長度固定地連接到熱交換器構(gòu)件的最外部的一個，該第二長度是第一長度(L1)的約10％-300％，優(yōu)選地約20％-250％，或約40％-200％。

加固板可以呈現(xiàn)為大體上實(shí)心主體，該實(shí)心主體具有在平行于熱交換器構(gòu)件的平面中的第一基部表面和第二基部表面和垂直于所述平面的厚度，該厚度大體上等于第一腔的高度。

基部表面可以具有環(huán)形的部分、圓形的節(jié)段、月牙形、或者諸如三角形、矩形、正方形、五邊形等多邊形的大致形狀。

“大致形狀”應(yīng)理解為，例如，角部可以是倒圓的，彎曲節(jié)段可以具有與數(shù)學(xué)上標(biāo)準(zhǔn)曲線的缺失或偏差，和/或直的部分可以具有與理想直線的缺失或偏差。

安裝構(gòu)件可包括用于將熱交換構(gòu)件附接到用于接納連接元件的載體結(jié)構(gòu)(如孔或凹部)的裝置。

加固板的沿著其相關(guān)聯(lián)的邊緣的延伸部可以比安裝構(gòu)件的沿該邊緣的延伸部小，但比孔的直徑大。

熱交換構(gòu)件可以由一對堆疊的熱交換器板形成，該一對堆疊的熱交換器板一起界定第一腔。

熱交換器板可以存在大體上在堆疊方向上延伸的相應(yīng)的邊沿，并且熱交換器板可以以嵌套的方式堆疊。

熱交換器構(gòu)件的最外部的一個可包括容納在相關(guān)聯(lián)的第一腔中的擾流裝置，其中該擾流裝置可以(但不是必須)大體上遍布第一腔的未被加固板占據(jù)的那些部分延伸。擾流裝置通常也未延伸到腔的其中端口被設(shè)置的那些部分。

加固板可以大體上由金屬或金屬合金制成。

根據(jù)第二方面，提供了一種制造熱交換器的方法，包括：提供熱交換器構(gòu)件，該熱交換器構(gòu)件圍合用于接納第一介質(zhì)的第一腔；和將安裝構(gòu)件附接到熱交換器構(gòu)件的外側(cè)。該方法還包括在熱交換器構(gòu)件的內(nèi)側(cè)上設(shè)置加固板，使得加固板至少部分地重疊安裝構(gòu)件。

根據(jù)另一個方面，提供了一種用于形成堆疊的板式熱交換器的板，該板包括大體上在板的主平面中延伸的基部表面；和從板的外部邊緣并沿著板的外部邊緣延伸并且遠(yuǎn)離基部表面，大體上在堆疊方向上延伸的邊沿。相比于邊沿的其余部分或相比于基部表面的至少部分，該邊沿存在壁厚增大的部分。

在該方面，該板可以還包括至少一個安裝構(gòu)件，該至少一個安裝構(gòu)件附接到板的外側(cè)，并且如沿著板的邊緣看到的，壁厚增大的部分可以至少部分地重疊安裝構(gòu)件。

附圖描述

圖1a是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于油冷卻熱交換器的熱交換器構(gòu)件的示意性透視圖。

圖1b是圖1a的熱交換構(gòu)件的局部剖視圖。

圖1c是熱交換器的示意性剖視圖。

圖1d是熱交換器的另一個變型的示意性剖視圖。

圖2a是包括加固板的熱交換器構(gòu)件的示意性透視圖。

圖2b是圖2a的熱交換構(gòu)件的局部剖視圖。

圖3是熱交換器構(gòu)件的局部俯視圖。

圖4-6示意性地圖示了可選的熱交換器板。

詳細(xì)描述

圖1a和圖1b公開了現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器板10，其布置成構(gòu)成熱交換器1、1'(圖1c、圖1d)的最外部的熱交換器板。熱交換器板10包括基部部分40和邊沿41，基部部分40大體上在基部平面XY中延伸，邊沿41從基部部分40的邊緣并沿著基部部分40的邊緣在大體上垂直于基部平面XY的方向Z上延伸?；坎糠?0可以存在多個凹坑、脊、槽等，該多個凹坑、脊、槽等可以布置成改變它的流動性能和/或抵靠相鄰的換熱器板提供支撐。

熱交換器板10可以存在一個或多個開口20、21、22、23，該一個或多個開口20、21、22、23形成例如用于供給或取出冷卻介質(zhì)和/或熱散發(fā)介質(zhì)的端口。開口還可以提供成用于裝配目的，諸如用于允許緊固件和/或緊固工具穿過熱交換器完全或部分地到達(dá)。

熱交換器板10與第二熱交換器板11一起界定第一腔C1，該第一腔C1適合于接收冷介質(zhì)卻或熱散發(fā)介質(zhì)。在該腔中，可以提供擾流設(shè)備12。為清楚起見，在附圖中僅圖示了擾流器12的部分。這樣的設(shè)備本身是已知的，并提供提高熱交換器的傳熱性能的功能以及提供熱交換器的一些加固。關(guān)于圖1a中所示的擾流器12。應(yīng)當(dāng)注意的是，擾流器12完全圍繞端口20延伸，即環(huán)繞端口20。

熱交換器板10可設(shè)置有安裝構(gòu)件13。安裝構(gòu)件13可包括第一安裝凸緣131，第一安裝凸緣131可以在大體上平行于熱交換器板10的基部平面XY的平面中延伸。該安裝構(gòu)件可包括孔、狹縫或凹部，該孔、狹縫或凹部用于附接到將承載熱交換器的結(jié)構(gòu)。安裝構(gòu)件13可任選地包含一個或多個另外的凸緣131，該一個或多個另外的凸緣131可以在垂直于基部平面XY的平面中延伸，例如在與熱交換器板10的短的側(cè)邊緣平行的平面YZ中或在與熱交換器板10的長的側(cè)邊緣平行的平面XZ中延伸。

該安裝構(gòu)件13可附接到熱交換器板10。例如，安裝構(gòu)件13可固定地連接到熱交換器板10，例如通過銅焊、焊接或釬焊。安裝構(gòu)件和熱交換器板10之間的附接界面可因此設(shè)置在基部部分40的外側(cè)上。該附接界面可以在基部部分的區(qū)域的一部分上延伸，例如在小于基部部分40的面積的50％上，小于基部部分40的面積的40％上，小于基部部分40的面積的20％上，小于基部部分40的面積的10％上或小于基部部分40的面積的5％上延伸。

可提供如上所描述的多個安裝構(gòu)件13，諸如，例如兩個、三個、四個或多個安裝構(gòu)件。

在多個熱交換器板10的堆疊中，如在堆疊方向Z上看到的，安裝構(gòu)件13通常設(shè)置在最外部的熱交換器板10上。

熱交換器板可以通過例如銅焊以本身已知的方式固定地連接到彼此。

當(dāng)裝配如在圖1a-圖1b中所公開的熱交換器時，熱交換器板10、11、擾流器和銅焊材料在堆疊方向上堆疊并且任選地壓在一起，同時經(jīng)受加熱，該加熱導(dǎo)致銅焊材料熔化并將板10、11的疊層和擾流器12聯(lián)接在一起。

在圖1c中，示意性地圖示了嵌套的雙流式集成的熱交換器，其中，成對的相鄰熱交換器板10、11一起界定圍合相應(yīng)的腔C1、C2的熱交換器構(gòu)件。

在圖1d中，示意性地圖示了單流式集成的熱交換器，其中，成對的相鄰熱交換器板10'、11'一起形成各自圍合相應(yīng)的腔C1、C2的熱交換器構(gòu)件。

圖2a和圖2b公開了對應(yīng)于圖1a-圖1c的熱交換器板的熱交換器板，除了擾流器12'的設(shè)計和加固板30的存在之外。加固板可以比擾流器12'更剛性。

加固板30可以以實(shí)心板的形式來提供，該實(shí)心板具有在堆疊方向Z上的近似對應(yīng)于擾流器12'的厚度的厚度。加固板30、31可以接觸和固定地連接到界定了加固板30、31位于其中的腔C1的熱交換器板10、11。加固板30可具有與基部平面XY平行的基部表面。

在圖2a和圖2b圖示的示例中，加固板30大體上形成為環(huán)形的部分，使得端口孔20和邊沿41之間的空間大體上由加固板30填充。擾流器12'的相應(yīng)部分因而被切除，以留出用于加固板30的空間。

當(dāng)裝配熱交換器時，加固板30可銅焊到第一板10和第二板11兩者，使得提供了加固板30沿著其延伸的邊沿區(qū)域的加固。

加固板30定位在邊沿41的內(nèi)側(cè)上，鄰近安裝構(gòu)件13在板10的外側(cè)上連接到板10的位置，使得在加固板30和安裝構(gòu)件13之間存在至少部分的重疊。

由此，板10的被暴露到最高應(yīng)力的部分被加固。加固板30將力從安裝構(gòu)件13分布到相鄰的交換器板，使得最外部的板10和第一擾流器12'不需要應(yīng)對滿載。在這種情況下，加固板30放置在連接到安裝凸緣13的交換器板10的角部中的一個中。由于角部自然地是低傳熱的區(qū)域，性能損失是相對微不足道的。

圖2c-圖2d示出了分別對應(yīng)于圖1c、圖1d的熱交換器但設(shè)置有加固板30和安裝構(gòu)件13的熱交換器。

參照圖3，根據(jù)安裝構(gòu)件13、14的位置，加固板30、31可以放置在熱交換器內(nèi)的其它位置。

在圖3中，第二加固板31定位在熱交換器板10的長的側(cè)邊緣上，使得第二加固板31將至少部分重疊第二安裝構(gòu)件14，第二安裝構(gòu)件14例如通過如上面描述的銅焊布置在熱交換器板10的外側(cè)上。

加固板30、31的沿著熱交換器板10的邊緣的延伸部可以根據(jù)情況而變化。加固板30、31可以優(yōu)選地具有一尺寸，其中沿著邊緣的延伸部大于在安裝構(gòu)件13、14中的連接孔133、134的直徑，并且小于安裝構(gòu)件13、14的沿著邊緣的延伸部。但是，其它尺寸也可以是適當(dāng)?shù)摹?/p>

應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)情況，沿著邊緣的加固板的30、31的限度(extent)可以小于、等于或大于安裝構(gòu)件13、14的限度。

同樣根據(jù)情況，從邊緣向內(nèi)的加固板30、31的限度可以小于、等于或大于安裝構(gòu)件13、14的限度。如在圖3中所圖示的，在加固板沿著長側(cè)邊定位的情況下，其向內(nèi)的限度可以通常小于安裝構(gòu)件14的向內(nèi)的限度。

加固板30、31可由金屬或合金(如碳鋼)制成，這使得其穩(wěn)定并且以低成本生產(chǎn)。然而，也可以根據(jù)現(xiàn)有條件考慮其它材料。

加固板30、31可具有從其基部表面延伸的一個或多個凹部或通孔，這可以節(jié)省重量。

另外，加固板可以具有任意形狀的基部表面，如環(huán)形的部分、圓形的節(jié)段、月牙形、三角形或多邊形。例如，在其中在邊沿的形狀中具有不規(guī)則的情況下或在其中具有設(shè)置在熱交換器板10中的端口或其它孔的情況下，并且在其中允許加固板遵循邊沿的形狀和/或其它端口或其它孔的形狀是期望的情況下，另外的形狀是可能的。

在上面闡述的問題可以以不同的方式來解決。代替提供加固板30、31，可以提供大體上在板的主平面中延伸的基部表面和從板的外邊緣并沿著板的外邊緣延伸且大體上在堆疊方向上遠(yuǎn)離基部表面延伸的邊沿。相比于邊沿的其余部分或相比于基部表面的至少一部分，邊沿存在壁厚增大的部分。

用這樣的板，至少一個安裝凸緣可以附接到板的外側(cè)，使得壁厚增大的部分如沿著板的邊緣所看到的至少部分地重疊安裝凸緣。

在圖4a和圖4b中，示出了概念，其中如在堆疊方向Z上所看到的，最外部的熱交換器板100由邊緣部分110和基部部分120形成，其中，邊緣部分110具有比基部部分120更大的壁厚。邊緣部分可以包括從邊緣101且在XY平面中向內(nèi)延伸的第一部分111以及從邊緣101且在堆疊方向Z上大體上向上延伸的第二部分112?；坎糠?20可以在距離邊緣101的一距離處連接到邊緣部分110。該連接可以通過設(shè)置在邊緣部分110中的臺階113來促成，使得邊緣部分110的內(nèi)表面將與基部部分120的內(nèi)表面變齊平。在邊緣部分110和基部部分120之間的連接可以通過如上所描述的銅焊來提供。

邊緣部分110的第二部分112可以具有對應(yīng)于形成熱交換器的板的邊沿41的高度的高度。邊緣部分110的第一部分111可以具有從邊緣101向內(nèi)的對應(yīng)于第二部分120的高度的約50％至約300％的限度。

在圖5中，示出了概念，其中熱交換器板10大體上如關(guān)于圖1a-圖1b中所描述地那樣形成，但是其中基部表面40的一部分和邊沿41被切除，并由加固插入物200代替。

加固插入物200可包括從邊緣101并且在堆疊方向Z上大體向上延伸的第一部分201和從邊緣101并且在XY平面中向內(nèi)延伸的第二部分202。連接可以通過設(shè)置在加固插入物200中的臺階203(未示出)來促成，使得加固插入物200的內(nèi)表面將與基部表面40的內(nèi)表面變齊平。臺階狀的部分可以提供加固插入物200和熱交換器板之間的重疊。這種重疊在基部表面40處可以比在邊沿41處大。

加固插入物200和基部表面40之間的連接可以通過例如如上所描述的銅焊來提供。

加固插入物200的沿著邊緣101的限度可以根據(jù)關(guān)于圖2a、圖2b、圖3所討論的標(biāo)準(zhǔn)來確定。特別是，加固插入物的第一部分201可以具有與安裝構(gòu)件13的和熱交換器板重疊的那部分近似相同的尺寸和形狀。

第一部分201可以在堆疊方向Z上具有對應(yīng)于邊沿41的高度的高度。第二部分202可以具有從邊緣101向內(nèi)的從第一部分201的高度的約50％至約500％的限度。

參照圖6a和圖6b，示出了概念，其中加固插入物300以類似于圖5中的加固插入物的方式來提供，但其中加固插入物在基部平面XY中具有很少的限度，使得基本上僅邊沿41和任選地將邊沿連接到基部部分40的半徑的一部分被切除。加固插入物300在堆疊方向Z上具有對應(yīng)于邊沿41的總高度的高度。

雖然以上描述已經(jīng)指向由多個嵌套熱交換器板形成的熱交換器，但是應(yīng)理解，用于增加本文公開的最外部熱交換器板的強(qiáng)度的概念也可以用于其它類型的熱交換器，包括其中熱交換器構(gòu)件由結(jié)合板或扁平管形成的熱交換器。