具有铸造外壳的热交换器和制造该热交换器的方法

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具有铸造外壳的热交换器和制造该热交换器的方法 \n技术领域\n[0001] 本发明总体上涉及热交换器，并且涉及制造热交换器的方法，该热交换器包括用于车辆的废气冷却器。 \n背景技术\n[0002] 在车辆工业中，尤其是在卡车制造工业中，已知提供EGR设备，该EGR设备使来自车辆发动机的废气再循环，以减少氮氧化物的产生。该设备包括EGR冷却器，该EGR冷却器可冷却用于再循环的废气以便降低该废气的温度且减小该废气的体积，而这又使发动机中的燃烧温度降低并且不会显著减小其输出。这种设备的实际结果是减小氮氧化物的产生。 [0003] 已公开的美国申请No.2006/0231243描述了一种EGR冷却器，该EGR冷却器包括芯，该芯由彼此分离的平行的管制成。圆筒形壳体包围该芯并且在其相对的端部具有板，这些板分别被固定以便封闭该壳体的端部。碗形防护罩被固定到它们的相应的板以便围住该板的外部面，这些防护罩分别形成中心废气入口和中心废气出口。安装凸缘看起来连接到这些防护罩的外端部。与这里描述的热交换器不同，这种已知的EGR冷却器不使用形成冷却器或热交换器的外部的铸造外壳。 \n[0004] 在某些热交换器应用中，铸造外壳可能是有利的，这是由于铸造外壳可以诸如使用连接凸缘而使连接方便，并且可以以合理的成本制造这种外壳，即使当生产量相对较少时。形成热交换器的外部的铸造件在示例性实施例中可以由成本相对低的灰铸铁制成。而且，本发明使热交换器芯能够通过固定地连接到芯的相对端部的凸缘而被安装在铸造件的室内。 \n发明内容\n[0005] 根据本发明的一个实施例的热交换器包括：外部铸造构件，该外部铸造构件具有第一端部和第二端部并且形成在该第一端部和第二端部之间延伸的热交换器外壳；和多个叠置的通道构件，该多个叠置的通道构件限定用于使第一流体流过热交换器的第一组流动通道。在相邻的通道构件之间形成空间，以便提供用于使第二流体流过热交换器的第二组流动通道。叠置的通道构件形成具有第一端部和第二端部的热交换器芯，并且这个芯安装在外部铸造构件内。第一凸缘固定地附接到热交换器芯的第一端部，以便在第一凸缘和第一端部之间提供密封连接。第二凸缘固定地附接到热交换器芯的第二端部以便在第二凸缘和第二端部之间提供密封连接。第一凸缘和第二凸缘中的每一个适于由紧固件联接到外部铸造构件的其相应端部。 \n[0006] 在示例性实施例中，该紧固件包括螺栓，并且外部铸造构件由铸铁制成并且在第一端部和第二端部均形成有螺栓接纳孔。第一凸缘和第二凸缘形成有能够与外部铸造构件中的螺栓接纳孔对准的螺栓孔，以便该凸缘能够由螺栓附接到外部铸造构件。 [0007] 根据本发明的另一实施例，用在具有发动机(该发动机在使用中放出废气)的车辆中的废气冷却器包括铸造冷却器外壳，该铸造冷却器外壳具有：第一端部，相对的第二端部，和在该第一和第二端部之间延伸的热交换室。冷却器外壳也具有用于冷却剂的入口端口和用于冷却剂的出口端口。还设置有热交换器芯，该热交换器芯具有第一端部和第二端部，这个芯被安装在冷却器外壳的室中并且包括通道构件，该通道构件限定用于使废气流过该芯的第一流动通道。第二流动通道被设置在通道构件之间以便使冷却剂流过该芯。第二流动通道与第一流动通道交替布置。第一凸缘固定地附接到热交换器芯的第一端部，以便在第一凸缘和第一端部之间提供密封连接。第二凸缘固定地附接到热交换器芯的第二端部，以便在第二凸缘和第二端部之间提供密封连接。第一凸缘和第二凸缘中的每一个适于由紧固件联接到冷却器外壳的其相应端部。 \n[0008] 在示例性实施例中，第一密封件布置在第一凸缘和冷却器外壳的第 一端部之间，并且同样，第二密封件可以布置在第二凸缘和冷却器外壳的第二端部之间。 [0009] 根据本发明的另一方面，提供一种制造热交换器的方法，这个方法包括提供具有第一端部和第二端部的铜焊的冷却器芯，所述芯包括以一个在另一个上方的方式布置的通道构件并且限定两组流动通道以使冷却剂流过所述两组流动通道中的第一组流动通道而热气流过所述两组流动通道中的第二组流动通道。所述第一组流动通道与所述第二组流动通道交替布置。还提供铸造冷却器外壳，这个外壳具有：第一端部，相对的第二端部，在所述第一端部和第二端部之间延伸的热交换室，和用于使所述冷却剂流入和流出所述室的端口。第一凸缘构件被焊接在冷却器芯的第一端部上以便提供第一凸缘构件和第一端部之间的密封连接，并且随后，冷却器芯通过冷却器外壳的第一端部中的第一开口被插入到冷却器外壳的热交换室中，使得第一凸缘邻接冷却器外壳的第一端部并且冷却器芯的端部部分穿过冷却器外壳的第二端部中的第二开口突出。然后，第二凸缘构件被焊接到冷却器芯的第二端部，使得在第二凸缘构件和第二端部之间设置密封连接。 \n附图说明\n[0010] 根据结合附图的以下详细描述，热交换器、废气冷却器和制造热交换器的方法的另外的特征和优点将变得明了。 \n[0011] 图1是根据本公开构造的热交换器的立体图，这个视图从上方取得并且示出热交换器的两个竖向的侧部； \n[0012] 图2是图1的热交换器的立体剖视图，这个视图沿中心纵向竖向平面取得； [0013] 图3是热交换器芯布置在其中的图1的热交换器的外部铸造构件的立体图，这个视图从上方取得并且示出与图1中示出的纵向侧部相对的纵向侧部； \n[0014] 图4是图3的铸造构件的仰视图； \n[0015] 图5是沿图4的线V-V截取的剖视图； \n[0016] 图6是图3的铸造构件的纵向侧视图； \n[0017] 图7是图3的铸造构件的俯视图； \n[0018] 图8是沿图7的线VIII-VIII截取的铸造构件的竖向截面； \n[0019] 图9是示出图3中可见的纵向侧部的铸造构件的纵向侧视图； \n[0020] 图10是示出用来将热交换器芯连接到铸造构件的凸缘构件的立体图； [0021] 图11是图1和2的热交换器的一部分的立体图，提供沿图7的线XI-XI截取的横截面； \n[0022] 图12是外部板的平面视图，该外部板用来形成用于废气的流动的通道构件的一侧； \n[0023] 图13是图12的外部板的边缘视图； \n[0024] 图14是内部板的平面视图，该内部板用来形成用于废气的流动的通道构件的相对侧； \n[0025] 图15是图14的内部板的边缘视图； \n[0026] 图16是用于废气的流动的三个叠置的通道构件的端部部分的等轴测详细视图； [0027] 图17是根据本公开的热交换器的另一实施例的示意性纵向剖视图；以及 [0028] 图18是根据本公开构造的热交换器的另一实施例的另一示意性横截面视图。 具体实施方式\n[0029] 图1和2中示出能够通过诸如冷却剂的流体对车辆的废气进行冷却的热交换器\n10。热交换器的这个实施例包括外部铸造构件12，该外部铸造构件具有第一端部14和第二端部16并且形成在第一端部和第二端部之间延伸的热交换器外壳。铸造构件12可以是成本相对低的水铸造件，该水铸造件在示例性实施例中由灰铸铁制成。位于铸造构件的盒状室内的是热交换器芯部件20，该热交换器芯可以包括多个叠置的通道构件22，这些通道构件限定穿过其中的第一组流动通道24以使第一流体流过热交 换器。在一个示例性实施例中，流动通道包含波纹状翅片结构，该波纹状翅片结构在图2中没有被示出但在图16中被示出。如果热交换器10用作废气再循环(EGR)冷却器，这个第一流体是热废气，诸如由车辆发动机产生的热废气。第二组流动通道26形成在各通道构件之间以便第二流体流过热交换器。在EGR冷却器的情况下，该第二流体可以是通常在车辆中用于冷却诸如车辆发动机的工作部件的类型的标准液体冷却剂。芯20具有第一端部30和相对的第二端部32。芯\n20的第一端部和第二端部延伸超过铸造构件12的第一端部和第二端部至少一短的距离，如图3中指示的那样。 \n[0030] 示出的铸造构件12在其第一端部14和第二端部16处是敞开的，这些端部限定如示出的矩形入口端口和出口端口以便废气进入和离开热交换器。端口34可以是用于废气的入口，而端口36可以是用于废气的流动的出口。然而，废气沿相反方向流动也是可能的，使得端口34变成出口。仅仅为了这个描述的目的，并且基于如图1和2中示出的热交换器的取向，铸造构件具有顶壁40、平坦底壁42以及两个纵向侧壁44和46。顶部40形成有圆筒形延伸部分48，该圆筒形延伸部分在其外端部形成有圆形冷却剂出口50。环形凸缘52绕这个出口延伸并且两个凸耳54形成在延伸部分的相对两侧上。每一个凸耳形成有螺栓接纳孔56并且螺栓(未示出)可用于将冷却剂管连接到延伸部分48的外端部。 [0031] 在纵向延伸的侧壁中的一个侧壁中设置有另一矩形开口60。该开口提供冷却剂入口端口以使冷却剂流入到在通道构件22之间形成的空间或间隙中。 \n[0032] 形成在铸造构件的端部14、16中的每一个端部处的是突出的连接凸耳，每一个连接凸耳具有螺栓接纳螺纹孔以便连接凸缘，从而如后面描述的那样连接热交换器芯。第一端部14具有四个角部凸耳62到65。第二端部16也具有带螺栓孔72的四个角部凸耳67到70。可以设置长形的竖向延伸的突起78以提供侧部通路，用于使冷却剂流到出口50。如示出的，这个突起形成有三个圆形的带螺纹的开口79到81，这些开口沿竖向对准并且被可选地设置，用来安装压力传感器和温度传感器(未示出)。 各传感器可以被拧紧到这些开口中。包围这些开口的平坦表面被机加工成非常平坦，以允许传感器被适当地安装。较小的突起84从延伸部分48的一侧延伸并且具有延伸穿过其中的孔86。可选的孔86也可用于安装压力传感器或温度传感器。 \n[0033] 另外的连接凸缘可以在88到90处设置在铸造构件上(见图5)，每一个连接凸缘设置有紧固孔92。如果需要，这些凸缘可以用来将铸造构件安装到相邻的支撑件或框架。 [0034] 热交换器芯20可以呈多种形式。示出的示例性芯包括一叠置的热交换器通道构件22，并且该芯可包括顶板100和底板102，该顶板是顶通道构件22的一半，该底板是底通道构件的一半。顶板100和底板102在它们的相对的两端部通过焊接连接到第一凸缘104和第二凸缘106，沿每一个板的边缘形成连续的密封连接。两个凸缘具有类似的形状，并且第一凸缘104在图10中被单独地示出。每一个凸缘形成矩形开口108以便废气流过那里。\n每一个凸缘可以呈矩形框架的形式，如示出的，该矩形框架具有四个侧部109到112，并且连接突出部114被设置在四个角部中的每一个角部处。这些突出部中的每一个突出部具有螺栓接纳孔116。凸缘的一侧上的两个突出部可以长于凸缘的相对侧上的突出部，如图1和\n10中所示。两个凸缘可以通过合适的螺栓连接到铸造构件12，图1中示出所述合适的螺栓中的两个。如果铸造构件上的凸耳不带有螺纹，则螺母可用于连接这些螺栓。因此将理解，第一凸缘104适于联接到铸造构件12的第一端部14，而第二凸缘106适于联接到铸造构件的第二端部16。当凸缘联接到热交换器芯和铸造构件上时，第一凸缘和第二凸缘可用于提供热交换器芯和铸造构件12之间的密封。 \n[0035] 示出的各通道构件22中的每一个通道构件可以由一对板118、120形成。这些板中的每一个板在其相对的两端部形成有边缘凸缘208、210，并且相邻通道构件的两个板的相邻边缘凸缘诸如通过铜焊工艺被密封地连接。实际上，单个铜焊步骤可用于形成热交换器的整个芯。每一个板具有相对大的中心部分128，该中心部分与该对板中的另一板的中心部分间隔开以便形成各流动通道24中的相应的一个流动通道。 \n[0036] 图12到15示出内板118和外板120的细节，该内板和外板一起可形成每一个通道构件22。外板120具有两个纵向延伸的边缘凸缘200和202，这些边缘凸缘中的两个在图16中可见。类似地，内板118中的每一个具有两个纵向边缘凸缘205、206。如图16中所示，内板的边缘凸缘205、206被外板的边缘凸缘200和202交叠，并且它们可以通过铜焊工艺被固定地且密封地连接在一起，该铜焊工艺是热交换器行业中熟知的工艺。所述板中的一个板(例如外板)可以最初涂覆有铜焊材料以便于进行铜焊过程。在热交换器的一个示例性形式中，板118、120由薄金属板构成，该薄金属板具有在0.2到0.6mm(或0.008″到\n0.025″)的范围中的厚度。 \n[0037] 如示出的，端部凸缘208和210形成在板118、120的相对的端部，并且端部凸缘延伸每一个板的全宽度。倾斜的过渡部分211、212可以形成在每一个板中心部分128和端部凸缘之间。在示出的内板118的情况下，端部凸缘208从相邻的中心部分的平面向上移位一短的距离。在如图16中示出的外板120的情况下，端部凸缘210从其中心部分128的平面向下移位一短的距离。端部凸缘208、210允许每一个通道构件在它们的相应的相对端部被固定地铜焊到相邻的通道构件。而且，内板和外板中的每一个可以形成有多排(例如两排)凹坑214、216。在内板118的情况下，可以设置有平坦的顶部的凹坑向上突出，使得它们的顶部与端部凸缘208处于相同的平面。在另一方面，当外板以图13和16中示出的方式取向时，外板120上的凹坑216向下突出。该凹坑可用于在其中心部分128的区域中刚性连接相邻的通道构件，并且该凹坑也可帮助维持两个通道构件的相邻的中心部分之间的空间或间隙。具体地，相邻通道构件的相邻凹坑可以通过铜焊工艺被连接。 [0038] 虽然波纹状翅片结构27可以构造有标准波纹，该标准波纹延伸芯的长度或延伸芯的长度的相当大的部分，但在一个优选实施例中，每一个翅片结构包括多排相邻的波纹，其中一排的波纹从下一排的波纹错开，从而以热交换器行业中已知的方式提供增强的热传递。 \n[0039] 如在图16中可以最佳地看到的，在芯的每一个端部处的叠置的通道 构件22在\n220、222处形成两个基本上连续的竖向边缘。此外，这些竖向边缘在形成在相邻的第一凸缘104或相邻的第二凸缘106中的开口的全高度上延伸。因此，在每一个端部处的芯的完整周边可以以连续的方式焊接到相邻的端部凸缘104或106。这样，在第一端部凸缘104和芯的相邻的端部之间以及在第二凸缘和与其相邻的芯的端部之间形成密封连接。 [0040] 图17示意性地示出可用作EGR冷却器的热交换器的另一实施例。这个热交换器\n130包括热交换器芯132，该热交换器芯也可以由类似于图1和2的实施例中使用的那些通道构件的多个叠置的通道构件制成。这些通道构件也限定沿纵向延伸穿过其中的第一组流动通道和第二组流动通道。在芯的一个示例性实施例中，这些通道构件被铜焊在一起以形成一体的芯。 \n[0041] 呈铸造构件134形式的外铸造件包围芯132并且允许诸如乙二醇/水混合物的冷却剂流过形成在通道构件之间的第二组流动通道。如在第一实施例中那样，冷却剂用于对流过第一组流动通道的废气进行冷却。 \n[0042] 为了将芯132安装在该铸造件中使得芯位于由铸造件形成的室136中，端部凸缘\n140和衬垫或密封件142布置在芯的第一端部14上，端部凸缘被焊接到如由焊缝144指示的位置中，该焊缝以连续密封的方式沿第一端部14的所有四个边缘延伸。在焊接操作之后，其上安装有衬垫的芯可穿过铸造件134的一个端部被插入。在这个步骤之后，端部凸缘\n140通过相邻的衬垫142邻接铸造件的端部并且在其端部中的开口周围形成密封，以便防止冷却剂通过热交换器或EGR冷却器130的端部的任何泄漏。 \n[0043] 制造这个热交换器的方法中的下一个步骤是将第二衬垫或密封件146和第二凸缘构件148安装在芯的暴露的第二端部16上。根据制造方法的一种示例性形式，该组件通过固定装置被压紧且保持在一起并且第二端部凸缘148被焊接到芯的其端部上的位置中，两个焊缝在150处被示出。第二衬垫或密封件146在铸造构件134的其相应的敞开端部上形成密封，因此防止从热交换器的这个端部的任何泄漏。在组装中的这个 阶段，芯被安装在铸造构件内并且热交换器是完整的单元。 \n[0044] 在这个热交换器中，也设置有EGR入口铸造件152和EGR出口铸造件154，每一个铸造件形成有矩形开口(未示出)以便废气流过其中。这两个铸造件也可以被看作用于热交换器的端部盖。布置在这些铸造件的每一个的内表面上的是另外的衬垫或密封件156，每一个衬垫或密封件形成有螺栓孔158。入口和出口铸造件它们自身也形成有螺栓孔160、\n162，以便螺栓164穿过，仅仅示出了两个螺栓。将理解，铸造件152、154提供用来将热交换器连接在车辆的废气回路内的措施。每一个铸造件152、154及其相应的凸缘构件之间的连接由其相应的衬垫158密封。 \n[0045] 虽然在图17中未示出，但是应当理解，铸造构件134设置有用于冷却剂流入到其室136中的入口和用于这个冷却剂的出口。 \n[0046] 当将第二凸缘构件148焊接到芯的其端部时，必须小心不要损坏相邻的衬垫146。\n取决于用于衬垫146的材料，在焊接操作期间可能需要冷却凸缘构件。 \n[0047] 可以用作EGR冷却器的热交换器170的另一实施例在图18中被示意性地示出。\n这里将仅仅描述与图17的热交换器130不同的这个热交换器的那些部分和部件。在172处总体指示的端部部分构造成与图17的实施例的对应端部部分相同。然而，代替第二端部凸缘构件148和分离的衬垫146，这个实施例具有设置有螺栓孔178的柔性端部凸缘构件\n176。端部凸缘176用于将热交换器芯在其相应的端部固定和密封到铸造构件。柔性凸缘构件176也可看作具有管状径向内部部分180的柔性密封件，该管状径向内部部分被焊接到冷却器芯的突出的第二端部16。这个柔性密封件也具有平面的径向外部部分182，在该平面的径向外部部分中形成有螺栓孔178。这个外部部分182适于通过螺栓164以可拆卸的方式连接到也可称为冷却器外壳的铸造构件的第二端部。柔性凸缘构件176具有波纹状中心部分190，该波纹状中心部分允许芯的一定程度的纵向膨胀，该纵向膨胀可能由于变化的温度范围而发生，在操作期间热交换器暴露到该变化的温度范围。同时，这个中心部分能够借助凸缘构件的其余部分维持芯和铸造构件之间的密封。内部部分180符合芯的暴露的端部部分的形状。外部部分182与铸造构件的相邻端部交叠。将理解，当出口铸造件端部盖154被布置在铸造构件的该另一端部上并借助螺栓164被固定时，该端部用螺栓固定就位。\n[0048] 这里描述的热交换器的明显优点是，它可以制造有相对廉价的外部铸造构件，该外部铸造构件不需要焊接来将热交换器芯附接到该铸造件。在热交换器的一个实施例中，芯的相对端部处的安装凸缘通过螺栓附接到外部铸造件。通过以图18中示出的方式构造的热交换器，可以有另外的优点，诸如：热交换器具有补偿芯和外壳之间的热膨胀差异的能力，并且总体上使用的部件较少。 \n[0049] 如这里所描述的构造的示例性热交换器的另外优点包括可以将更多种材料用于芯(和/或铸造件)，这是由于可以不需要用于芯的材料和用于铸造件的材料之间的相容性(因为它们不焊接在一起)。而且，至少在使用柔性第二凸缘来安装芯的图18中示出的实施例的情况下，这种凸缘的使用允许芯的膨胀，以帮助防止在芯和铸造件之间的连接处的破裂或泄漏。 \n[0050] 虽然本发明已经被示出且描述为实施成多个示例性实施例，即在热交换或冷却应用中具有特定用途的实施例，但将理解，本发明不限于这里示出的细节，这是由于可以理解的是，公开的热交换器和制造该热交换器的方法的形式和细节中的各种省略、修改，替代和改变可以由本领域技术人员做出而不以任何方式偏离本发明的范围。例如，本领域技术人员将容易地把本公开改变用于各种其它应用而不偏离本发明的范围。