多线路交换器.pdf

本发明涉及一种热交换器(1)，包括至少两个线路(A，B)，该交换器(1)包括：-一组管道(t1至t7)，用于两个线路(A，B)的一个或另一个的流体的流通，-至少两个集流环(C1，C2)，每一个都连接到管道的相对端，所述管道分别敞开到所述集流环中，-隔离物(P1)，设置在所述集流环的每一个中以限定至少一个边界以便将第一流体线路与第二流体线路隔离，-机械连接装置(5)，将入口腔室的结构连接到收集腔室，并被设置为显著降低两个线路之间的边界处的结构性机械应力，其特征在于，所述机械装置(5)包括定位为与隔离物紧邻的至少一个管道(t4)的完全封闭(3)或部分封闭。

1、  一种交换器(1)，包括至少两个线路(A)和(B)，所述交换器包括：
-一组管道，用于两个线路(A)或(B)的一个或另一个的流体的流通，
-至少两个集流环，每一个连接到管道的相对端，所述管道分别敞开到所述集流环中，
-隔离物(P1和P2)，设置在所述集流环的每一个中以限定至少一个分隔部，以便将流体的第一线路(A)与第二线路(B)隔离，
-机械连接装置(S)，将入口腔室的结构连接到收集腔室，并被设置为显著降低两个线路之间的隔离物中存在的结构性机械应力，
其特征在于，所述机械装置(S)包括定位为与隔离物(P1)和(P2)紧邻的至少一个管道的完全或部分封闭。

2、  如权利要求1所述的交换器，其特征在于，机械连接元件(S)包括支柱。

3、  如权利要求1或2所述的交换器，其特征在于，所述支柱或机械装置(S)紧邻于最接近所述分隔部的流体流通管道。

4、  如权利要求1所述的交换器，其特征在于，机械地连接两个集流环的机械连接元件(S)被安置在两个线路的两个相邻管道之间。

5、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，机械地连接两个集流环的机械连接元件(S)或支柱被安置在交换器的一区域中，在该区域中的温度以及由此膨胀处于两个线路的温度之间的中间水平和膨胀之间的中间水平。

6、  如权利要求1所述的交换器，其特征在于，机械地连接两个集流环的机械连接元件(S)包括至少两个实心或空心的杆或支柱，安置在分配腔室之间存在的分隔隔离物的每一侧。

7、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，所述机械连接元件(S)或支柱包括分隔所述腔室的所述隔离物的延伸部。

8、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，所述机械连接元件(S)或支柱包括管道，该管道与其它热交换管道相同但是其中没有流体流通。

9、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，所述机械连接元件(S)或支柱包括至少一个热交换管道，所述至少一个热交换管道与其它热交换管道相同但是具有受限的流体入口和/或出口孔以便限制流体的流量。

10、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，所述机械连接元件(S)或支柱包括至少一个热交换管道，所述至少一个热交换管道与其它热交换管道相同但是至少在接近流体入口和/或出口孔的一个区域中具有较大的壁厚以便限制流体流量并使连接元件至少局部地机械增强。

11、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，所述机械连接元件(S)或支柱包括多个管道，所述多个管道与其它热交换管道相同但是其中没有流体流通，这些管道被安置在分隔两个线路的壁的任一侧上。

12、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，所述交换器完全通过压接机械地组装而没有使用钎焊。

13、  如前述任一权利要求所述的交换器，其特征在于，分隔两个线路的分隔隔离物包括小孔，该小孔允许流体从一个线路行进到另一个线路。

多线路交换器
本发明涉及一种多线路交换器。
更具体地，但不排它地，其主题是一种交换器，包括至少两个独立或部分独立的线路，至少两个流体在被外部的空气循环冷却之前在这些线路中流通，所述至少两个流体可以相同或不同。
它特别地应用于在汽车工业中使用的多线路交换器，以便冷却两个具有不同冷却需求的元件，譬如热机和变速箱。
本发明尤其适用于在复合发动机(hybrid engine)的情况下使用的多线路交换器，以便一方面冷却电马达而另一方面冷却热机。
基于制造成本的原因以及为使其更易集成到车辆中，优选地在一个多线路交换器中而不是在两个单独的交换器中执行两个流体的冷却功能。相反，非常需要通过尽可能去除两个线路之间由温度差异而导致的热应力以尽可能地使两线路隔热。特别地，在两个单独的线路中流通的流体并不必须具有相同的冷却能量需求，也不必须具有相同的入口和出口温度。为了最佳化交换器的运行和寿命，使热应力最小化由此是非常重要的。
通常，交换器包括一组薄的轻合金圆柱管道，通常为扁平状并引入两个集流环中。在这些管道和集流环之间的密封通过插入弹性密封件或通过钎焊(braise)来实现。非常薄的轻合金互锁带折叠为手风琴形状并被插入在管道之间以便增加交换器和环境空气之间的接触面积，其中该环境空气行进于管道之间；这些互锁带通常被称为插入件。
通常，多线路交换器包括在两个集流环中的分隔隔离物，以便使两个线路分隔。不利的是，接近该隔离物的结构元件(主要是薄管)并不能承受由于两个线路之间存在的温度差异(尤其是因为温度差异循环)而导致的机械应力(尤其是疲劳)。譬如管道这样的最薄结构最容易破裂并产生泄漏。
在钎焊的轻合金管道的情况下，这种状况尤其严重，因为钎焊所需的热处理使得轻合金刚性变低，并更容易产生源于热应力的裂纹，特别是相对于弯曲或拉伸应力。
为了尝试消除这些缺陷，已经提出增加隔离物的横截面或甚至使其横截面变为双倍，然而问题仍然存在，因为在热管道和相对较冷管道之间的不同膨胀仍然存在并形成过大的内部疲劳应力。
此外，应该注意到，当在两个线路之间的边界处的热梯度较大时，两个线路之间的该位置处的热应力是非常可观的。
为了消除这些主要的缺陷，本发明在上述结构的基础上进行了改进，并提出一种交换器，包括至少两个线路，该交换器包括：
-一组管道，用于两个线路的一个或另一个的流体的流通，
-至少两个集流环，每一个连接到管道的相对端，所述管道分别敞开到所述集流环中，
-隔离物，设置在所述集流环的每一个中并限定至少一个分隔部，以便使流体的第一线路与第二线路隔离，
-机械连接装置，将入口腔室的结构连接到收集腔室，并被设置为显著降低两个线路之间的分隔部中存在的结构性机械应力，
根据本发明，该交换器的特征是，所述机械装置包括定位为与隔离物紧邻的至少一个管道的完全或部分封闭(closing off)。
上述机械应力起因于热交换器管道的不同膨胀，而不同膨胀由在两个线路之间的温度差异而导致。
“分隔部(separation)”意味着一假想线，其连接分别处于每一个集流环中的两个隔离物，且指示出了两个线路的每一个之间的边界或界限。以常规的方式，该分隔部包括沿着管道和/或隔离物的轴线或延伸平面延伸的直线或平面。
在非限制性实施例中，根据本发明的多线路交换器可以单独或结合地具有下述附加元件和/或特征：
-机械连接元件包括支柱。
-支柱或机械装置紧邻于最接近所述分隔部的流体流通管道。
-机械地连接两个集流环的机械连接元件被安置在两个线路的两个相邻管道之间。
-机械地连接两个集流环的机械连接元件或支柱被安置在交换器的一区域中，在该区域中的温度以及由此膨胀处于两个线路的温度之间的中间水平和膨胀之间的中间水平。
-机械地连接两个集流环的机械连接元件包括至少两个实心或空心的杆或支柱，所述杆或支柱安置在分配腔室之间存在的分隔隔离物的每一侧。
-机械连接元件或支柱包括分隔所述腔室的隔离物的延伸部。
-机械连接元件或支柱包括管道，该管道与其它热交换管道相同但是其中没有流体流通。
-机械连接元件或支柱包括至少一个热交换管道，所述至少一个热交换管道与其它热交换管道相同但是具有受限的流体入口和/或出口孔以便限制流体的流量。
-机械连接元件或支柱包括至少一个热交换管道，所述至少一个热交换管道与其它热交换管道相同但是至少在接近流体入口和/或出口孔的一个区域中具有较大的壁厚以便限制流体流量并使连接元件至少局部地机械增强。
-机械连接元件或支柱包括多个管道，所述多个管道与其它热交换管道相同但是其中没有流体流通，这些管道被安置在分隔两个线路的壁的任一侧上。
-交换器完全通过压接(crimping)机械地组装而没有使用钎焊。
-分隔两个线路的分隔隔离物包括小孔，该小孔允许流体从一个线路行进到另一个线路。
-多线路交换器主要由铝合金构成，并通过钎焊组装。
-多线路交换器可以包括由塑料注射而制造的盒子，这些盒子通过压接组装到集流环。
本发明的实施例将作为非限制性实例并参考附图进一步地描述，在附图中：
图1是根据现有技术的具有两个独立线路的多线路交换器的示意性横截面图；
图2示意地示出了根据本发明的具有两个独立线路的交换器的示例性实施例；
图3至8是根据本发明的具有两个独立线路的交换器的变式实施例的示意性横截面图。
在随后的说明中，表述“机械装置”将被用于以一般地方式限定本发明的主题。然而，很清楚的是，该表述也可以表现为术语“支柱”，特别地为了表明该机械装置连接两个集流盒。
图1示出了通常根据现有技术生产的具有两个独立线路的交换器1。它包括第一线路A和线路B，其中第一流体在第一线路A中流通，第二流体在线路B中流通。该交换器包括两个集流环C1和C2用于收集流体。这些集流环每一个都被壁P1和P2分隔为两个部分。一组管道(在本情况下总共7个)t1到t7连接两个集流环。由铝合金折叠为手风琴形状的薄互锁带插入在管道之间以增加在管道和周围空气之间的接触面积。每一个线路都包括入口和出口。线路A的流体经由入口Ea进入该线路并在已经在管道t1、t2、t3和t4中流通后经由出口Sa离开。线路B的流体经由入口Eb进入该线路并在已经在管道t5、t6和t7中流通后经由出口Sb离开。如果在线路A中的第一流体的平均温度大于线路B中的第二流体的平均温度，则管道t1到t4比管道t5到t7热。在这种情况下，管道t1到t4倾向于比管道t5到t7膨胀更多。这样的结果就是管道t1到t4中的压缩和弯曲应力以及管道t5到t7中的拉伸和弯曲应力。由于管道/集流环的机械连接的极度超静定(hyperstatic)性，管道t5以及接近该管道t5端部的结构在交变的拉伸/弯曲应力的疲劳效应下最易经受形成裂纹的危险。
在图2到8所示的非限制性示例性实施例中，该交换器主要包括：
-两个独立的线路A和B，被壁P1分隔为两个独立部分的集流环C1，
-第二集流环C2，同样被壁P2分隔为两个独立部分，
-三个管道t1、t2和t3，以密封地方式将集流环C1连接到集流环C2，且允许线路A中的第一流体从入口Ea流通到出口Sa，
-三个管道t5、t6和t7，以密封地方式将集流环C1连接到集流环C2，且允许线路B中的第二流体从入口Eb行进到出口Sb，
-由轻合金折叠为手风琴状的薄带，被插入在管道之间以增加在管道和环境空气之间的接触面积，
-机械连接件S，机械地连接两个集流环。
在图2所示的根据本发明的第一示例性实施例中，机械连接件S包括由轻合金制成的管道t4。为了一致性的目的，且为了降低制造成本，这种类型的管道类似于用于流体流通的管道。然而，在用作附加结构的管道t4中，没有流体流通。为了防止流体在该管道中的任何流通，一个或两个止挡件3封闭管道t4的一端或两端。又由于管道t4未供有流体，它处于中间温度状态，其在一定程度上降低了由于在两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。
在图3所示的根据本发明的第二示例性实施例中，机械连接件S，或支柱包括两个由轻合金制成的管道t3和t4。这两个管道在它们的一端或两端被封闭，从而如前述实例那样，并不能被流体穿过。又由于管道t3和t4未供有流体，它们处于中间温度状态，其在一定程度上降低了由于在两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。
在图4所示的根据本发明的第三示例性实施例中，机械连接件S包括两个由轻合金制成的管道t4和t5。这两个管道在它们的一端或两端被封闭，从而如前述实例那样，并不能被流体穿过。又由于管道t4和t5未供有流体，它们处于中间温度状态，其在一定程度上降低了由于在两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。
在图5所示的根据本发明的第四示例性实施例中，机械连接件S包括四个由轻合金制成的管道t4、t5、t6和t7。这四个管道在它们的一端或两端被封闭，从而如前述实例那样，并不能被流体穿过。又由于管道t4、t5、t6和t7未供有流体，它们处于中间温度状态，其在一定程度上降低了由于在两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。
在图6所示的根据本发明的第五示例性实施例中，机械连接件S包括由轻合金制成的管道t4。该管道被部分地封闭，从而能被流体以较小的流量穿过。由此这样的管道与管道被完全封闭的情形相比对于结构应力的影响较小，但是仍然使得可以在一定程度上降低由于在两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。
在图7所示的根据本发明的第六示例性实施例中，机械连接件S包括两个由轻合金制成的管道t3和t4。这些管道被部分地封闭，并被流体以较小的流量穿过。由此这样的管道与管道被完全封闭的情形相比对于结构应力的影响较小，但是仍然使得可以在一定程度上降低由于在两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。
在图8所示的根据本发明的第七示例性实施例中，机械连接件S包括三个由轻合金制成的管道t3、t4和t5。这些管道被部分地封闭，并被流体以较小的流量穿过。由此这样的管道与管道被完全封闭的情形相比对于结构应力的影响较小，但是仍然使得可以在一定程度上降低由于在两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。
在根据本发明的第八实施例(未示出)中，机械连接件S包括完全穿过交换器1的金属板P，该板在这种情况下由轻合金制成。该板P被钎焊到每一个集流环的周边以便确保在两个线路之间的密封。并由此形成在两个集流环之间的刚性联接(rigid link)。由此该板P是处于中间温度状态，其能够降低由于两个线路之间存在的温度差异而导致的应力。该板可以有利地被中空板替代。
本领域技术人员可以将这种构思应用到很多其他相似的系统中而不会背离本发明的由所附权利要求限定的范围。