[发明专利]热交换器、尤其是增压空气冷却器

说明书

技术领域

本发明涉及一种热交换器、尤其是增压空气冷却器，其包含至少一个带管板的集流箱，其中至少一个几乎垂直于该管板的管子与一个从该管板向外伸出且围绕管子端部的通道接合，其中该通道具有与管子的外圆周匹配的、类似长方形的横截面。

背景技术

为了增大内燃机的功率，在空气输入内燃机的燃烧腔之前，该待输入的助燃空气例如能够借助涡轮压缩机来压缩。但是，空气的压缩同时也会明显地使自身变热，这对燃烧工艺的最佳运行不利。例如，通过加热可能会导致提前点火或增加氧化氮排放。为了避免输入的助燃空气过热的不利后果，把构成为增压空气冷却器的热交换器设置在涡轮机的后面，压缩空气在其燃烧之前借助该热交换器被冷却到允许的温度。

由DE 103 43 239 A1已知一种热交换器，它包含管子和至少一个集流箱，其中集流箱包括至少一个带有通道的管板，并且这些通道由侧壁界定。因此，无需材料方面的额外费用，就能减小管子-管板-连接的机械负载。在管壁厚度降低或管板厚度降低的情况下，不能总是确保管子-管板-连接的强度，这会缩短增压空气冷却器的使用寿命。

在此，因为增压空气冷却器的单个构件的不均匀扩展以及由此引起的变形或位移，会产生导致增压空气冷却器失效的应力。该应力是由于增压空气冷却器的不同热量条件引起的。

由DE 10 2007 059 673 A1已知一种用来在第一流体和第二流体之间进行交换的热交换器，其中热交换器相对于循环热应力的使用寿命通过以下方式来延长，即至少在管子窄边和管子宽边之间的过渡部位上的间距数值小于管子宽边上的间距数值，因此降低了过渡区域中的应力。从DE 10 2007 016 528 A1已知通道几何形状的另一构造方案，在该处示出了应用在热交换器中的集流箱板。为了改善管子-管板-连接的负载，该通道这样成形，即它与相应管子的外部相匹配。

但是，将管壁厚度继续降至0.5mm以下或者将管板厚度继续降至3mm以下，会使增压空气冷却器尤其在管子-管板-区域中出现更大的变形和位移。在此，尤其在管子转角半径（相对刚性的通道和薄管之间的过渡区域）中产生峰值应力，该峰值应力会导致管板和管子之间开裂。因此，管壁厚度和管板厚度不能进一步降低。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种热交换器，其中尽管应用了管壁厚度还更薄的管子以及壁厚还更薄的管板，但仍可维持或进一步延长热交换器的使用寿命，而不会出现开裂。

根据本发明，此目的通过以下方式得以实现，即通道的壁厚在至少一个转角区域中尤其通过模具成型地相对于窄边和宽边变薄。其具有如下优点，即通过有针对性地减薄该区域中的通道，来降低刚性通道和薄壁管子之间的刚性变化（Steifigkeitssprung）。在此，在热交换器的管子转角区域中由于温度效应引起的变形分散在通道的更大区域上，并因此降低了峰值应力。因此，尽管降低了管壁厚度和/或管板厚度，但延长了热交换器的使用寿命。通过模具成型的减薄应这样理解，通道在加工过程中有利地从两侧贴靠在所用的模具上，这使通道的厚度受到模具的控制。

有利地，该转角区域的变薄壁厚相对管子径向延伸。借助该构造方案，该转角区域通过变薄壁厚构造得尽量柔韧，以便适应所产生的应力并且可靠地避免管子在该区域中开裂。

在一个构造方案中，该变薄壁厚从通道的转角区域开始至少局部地延伸到通道的窄边和/或宽边中。因此，该变薄壁厚并不局限在转角区域上。通过过渡到通道的窄边或宽边中，该变薄壁厚再次与窄边和宽边的正常壁厚相匹配，从而在通道的区域中在管板和管子之间实现所定义的过渡，因为通道在该区域中构成为弹性的。在保留热力学方面最佳的长方形管子横截面的情况下，可省略额外的制造步骤，例如安装管子加固物或模块制造工艺，这可降低热交换器的制造成本。

在另一个改进方案中，转角区域的变薄壁厚持续地与通道的窄边和/或宽边的相应壁厚相匹配。因此，在通道的转角区域中出现的应力分布在窄边或宽边方向上并且慢慢地转移到它们中，从而可靠地避免了该区域中的开裂。

在一个变形方案中，至少在通道的宽度上，从持续增加的、延伸到宽边中的变薄壁厚突然变到宽边的预先设定的壁厚。该突然变化已经位于宽边的区域中，较小的应力峰值出现在该区域中，因此在该区域中在通道的宽边上绝对不会出现开裂。

有利地，该通道的转角区域的变薄壁厚是0.1至0.8mm。因此，在转角区域上的管子和管板之间实现了非常稳定且柔韧的过渡。尽管转角区域构造得非常薄壁，但在应用通道的这种非常薄的、但有弹性的壁板部位的情况下，进一步延长了热交换器的使用寿命。