带有旁路的板式结构热交换器及制造这种热交换器的方法与流程

本发明涉及一种带有旁路的板式结构的热交换器以及用于制造带有旁路的板式结构的热交换器的方法。本发明尤其涉及这样的热交换器：在该热交换器中，外侧冷却板设置有相对于冷却板延伸方向横向地构造的流入孔，该流入孔使得所述热交换器能够在没有中间元件的情况下布置成以该外侧冷却板直接邻接带有用于要冷却的流体的对应流出孔的机器元件。

背景技术：

文献DE 10 2010 033 125 A1公开了一种热交换装置，具有在壳体中布置的流入区域并具有流出区域和热交换区域，在该热交换装置中设置有旁路阀，该旁路阀与绕过热交换区域通入流出区域中的旁路通道连接，其中，旁路阀和旁路通道完全布置在壳体内部。在该热交换装置中，通入流入区域的管道和从流出区域引出的管道分别在壳体的对置侧上这样侧面布置，使得流体在流入、流出和流经热交换器的薄板时具有在薄板延伸方向上取向的流动方向。

文献DE 10 2005 020 959 A1公开了一种用于内燃机的润滑油供应装置，具有主油泵和用作油冷却器的板式油/水热交换器。在该装置中，在主油泵和油/水热交换器之间设置通过安全阀控制的、与油/水热交换器在结构上分开的旁路管路，该旁路管路在需要情况下被利用，用于限制最大油压。

文献DE 10 2009 056 161 A1公开了一种用于内燃机的润滑剂供应装置，具有由相互平行布置的板组成的热交换器和旁路管路，其中，在热交换器前设置有旁路阀，该旁路阀可借助电促动器被打开以释放旁路管路和被关闭以封闭旁路管路。该旁路管路布置在独立的构件中并且可独立于热交换器被通流。流体在侧面平行于热交换器的冷却板延伸方向流入热交换器中。

技术实现要素：

本发明任务在于，提供一种带有旁路的板式结构热交换器，该交换器能够成本有利地以不同变型方案制成。还要提供一种用于制造带有旁路的板式结构的热交换器的方法，该方法能够成本有利地以不同变型方案实施。在此尤其优选这样的结构性解决方案：该方案使得能够简单地改装现有的热交换器或者仅需要很少地改变现有结构。

根据本发明，该任务的解决通过带有旁路的板式结构热交换器或者通过用于制造带有旁路的板式结构热交换器的方法和通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实用的实施方式通过从属权利要求说明。

根据本发明的板式结构热交换器包括多个相互平行布置并且这样相互连接的冷却板：使得在冷却板之间构成平行于冷却板延伸方向延伸的、用于要冷却的流体的冷却流动通道，其中，至少一个穿过冷却板的通道横向于冷却板延伸方向延伸，其中，所述通道通过在外侧的冷却板中构成的、可按需要借助调节元件关闭的孔被这样延续，使得要冷却的流体的至少一个部分流量可在调节元件打开的情况下穿过该冷却板流入至少一个绕过该冷却流动通道的旁路通道中。旁路通道优选是这种通道：其通流横截面明显大于穿过冷却流动通道的平均通流横截面。“板式结构”与本发明相关地尤其是指从实践中已知的结构方式，在该结构方式中，至少横向于冷却板延伸平面延伸的热交换器侧壁通过相互连接的冷却板形成。换句话说，对于这种热交换器，包围冷却板的壳体不是作为单独构件制成，而是通过冷却板和冷却板连接装置自承地形成该壳体。在根据本发明的热交换器中至少一个孔穿过外侧的旁路板构成，该热交换器具有这样的优点：能够以简单和低成本的方式制造具有旁路功能的板式结构热交换器。这种旁路功能尤其与内燃机或变速器相关是有利的，例如对于车辆，以便当由于运行状态而尚不需要冷却时(例如在内燃机冷启动阶段)减小通过热交换器输送的流体的流动阻力。这样可改善热交换器的效率并且最终通过减排保护环境。

如果所述旁路通道至少部分地通过外侧冷却板和至少一个旁路板构成，则本发明热交换器的制造特别简单，例如通过改装或调整现有的装配线。在此，附加需要的零件数量越少，附加装配费用也越低。就此而言特别优选，为了构成整个旁路通道仅需一个附加旁路板。

在本发明热交换器的另一实用的实施方式中，所述可关闭的孔具有与所述至少一个通道相等的通流横截面积。在用于内燃机的热交换器中，通道的直径可例如在10mm至20mm之间，优选在12mm至16mm之间并且尤其优选在13mm至15mm之间。在这种情况下，当外侧冷却板中的孔作为钻孔在冷却板和可选的至少一个旁路板连接后才被加工时，该孔可实际上无附加费用地制造。该方案还有利的是，通过借助钎焊来连接冷却板和可选的旁路板实现这些板在通道区域中的紧密连接。

本发明尤其针对这样的热交换器开发：在这些热交换器中，至少一个穿过冷却板的第二通道横向于冷却板延伸方向延伸。在这种热交换器中，要冷却的流体能够在热交换器的相同侧流入和流出，例如在朝向气缸曲轴箱的侧上。这有这样的优点，即，所述热交换器可直接邻接另一构件布置，以便将要冷却的流体在特别短的路径上从该构件出来通过热交换器并且之后再引导回该构件。该第二通道优选布置在第一通道的对置侧上，使得例如在热交换器的左侧布置一个通过作为流入通道并且在热交换器的右侧布置另一通道作为流出通道。

如果所述旁路通道应根据温度而打开或关闭，则优选使用与温度相关的调节元件作为调节元件。在此，尽管原则上可使用所有调节元件作为调节元件，即也可使用带有电子传感器和/或电子促动器的调节元件。但在本发明情况下尤其优选带有机械式温度调节器的调节元件，该温度调节器具有与要冷却的流体的流体连通。对此尤其理解为这种温度调节器：该温度调节器具有用介质(例如气体、液体或蜡)填充的促动器，该促动器的体积改变足够大，以便利用该体积改变来关闭所述孔。该关闭可在此可以或者通过所述促动器本身进行，或者通过在功能上与促动器连接的关闭元件进行。

本发明尤其针对这样的热交换器开发：在这些热交换器中，相对于穿过冷却流动通道的流动方向在横向上构成与冷却流动通道分开的冷却流体通道，所述冷却流体通道至少部分地在冷却流动通道之间延伸。优选，在这种热交换器中在每个冷却流动通道上邻接至少一个冷却流体通道。尤其优选，每个冷却流动通道在多侧、尤其在两侧被冷却流体通道包围。

就热交换器的高冷却功率而言进一步优选，处于这些通道与最靠近的热交换器外侧之间的区域同样构造有与冷却流动通道分开的冷却流体通道，因为在这种情况下要冷却的流体也可在通道两侧借助冷却流体来冷却。

优选，所述冷却流动通道和/或所述至少一个旁路通道和/或所述冷却流体通道通过相互固定连接的板形成。作为特别适合用于制造本发明热交换器的连接方法考虑材料锁合的连接方法，尤其是钎焊。这种焊接过程可在批量制造中借助隧道炉自动化地实现。如已经描述的那样，横向于冷却板延伸方向延伸的热交换器外侧优选通过冷却板的相互连接的对接棱边形成，使得可省去作为附加构件独立壳体。

调节元件可尤其包括可平移运动或可旋转运动的关闭元件，该关闭元件布置在壳体区段的孔中，该壳体区段布置在形成所述冷却流动通道的冷却板之外。就此而言，与温度控制的机械式温度调节器相关并且与所说明的板式结构相关地尤其优选，所述关闭元件纯平移地运动，尤其在通道的延长部上沿该通道轴线方向运动。

如果所述壳体区段邻接外侧的旁路板布置，则本发明热交换器能够在制造技术上尤其简单地实现，因为在这种情况下热交换器可在制造期间在易触及的部位上被简单地布置在额定位置中并且被固定连接，尤其通过钎焊过程。

尤其如果所述调节元件与复位元件、例如弹簧相结合被装入壳体中，则有利的是，在所述壳体区段本身中构成向内侧方向伸出的凸肩，或者所述壳体区段和邻接在该壳体区段上的旁路板这样布置，使得该旁路板在内侧在邻接于该旁路板上的孔的对面突出，使得在壳体孔的区域中形成凸肩。因为在这种情况下可将该不需要附加安装费用而产生的凸肩用作用于复位元件的止挡元件。

通过旁路通道的通流横截面积优选在穿过冷却板的通道的区域中的通流横截面积的约50％至150％的范围内选择。尤其优选70％至130％的范围并且进一步优选80％至100％的范围。这尤其适用于这样的热交换器：在所述热交换器中，通过全部冷却流动通道的通流横截面积的总和是通过该通道的通流横截面积的多倍，尤其是2至10倍，优选3至8倍并且进一步优选4至5倍。

本发明还涉及用于制造板式结构热交换器的方法，该热交换器具有多个相互平行地布置并且这样相互连接的冷却板：使得在冷却板之间平行于冷却板延伸方向地形成多个用于所要冷却的流体的冷却流动通道，其中，至少一个穿过冷却板的通道横向于冷却板延伸方向延伸，其中，该通道通过在外侧冷却板中构成的、可借助调节元件按需要关闭的孔这样延续，使得在调节元件打开的情况下流体可穿过该冷却板流入至少一个旁路通道中，其中，该旁路通道至少部分地通过该外侧冷却板和至少构成一个旁路板形成，并且，所述调节元件至少部分地布置在壳体区段的位于构成冷却流动通道的冷却板之外的孔中，其中，所述方法包括下述方法步骤：

a)在第一方法步骤中，将所述形成冷却流动通道的冷却板、所述至少一个旁路板和在最终装配位置中至少部分地可从外侧触及的用于所述调节元件的壳体区段，在额定位置中相互对准并且材料锁合地相互连接为一个构件，

b)在第二方法步骤中，将所述调节元件从外部置入到所述壳体区段中并安装。

该方法使得与制造没有旁路通道的热交换器相比能够仅以低的附加费用并从而简单且低成本地制造带有旁路通道的板式结构热交换器。对此参看结合本发明热交换器所描述的优点以及专业人员可由所描述的结构变型方案中得知的方法步骤。

附图说明

下面参照附图说明本发明的其它实用的实施方式。附图示出：

图1：本发明热交换器的实施例的立体视图，

图2：按照沿图1中线II-II的垂直剖面的剖面图，具有打开的调节元件，

图3：按照沿图1中线II-II的垂直剖面的剖面图，具有关闭的调节元件，

图4：在图2中用IV标记的区域的放大视图，

图5：调节元件的关闭元件的立体细节图。

具体实施方式

根据图1和2，现在首先说明本发明板式结构热交换器10的基本结构，具有多个相互平行地布置的板12。在示出的实施方式中，所有板12通过钎焊相互固定连接，成为一个自承式的构成体。

图1中最下层的板12是固定板14，具有与在其上布置的板12相比较大的板厚度。如在图1中可看出，固定板14具有侧向伸出的固定区域16，在固定区域中构造有用作螺钉眼的通孔18。这些通孔在当前实施例中用于将热交换器10直接拧紧到未示出的内燃机的同样未示出的气缸曲轴箱上。

所谓冷却板20，22，24直接布置在固定板14上方，其中，最下层的冷却板22和最上层的冷却板24与布置在它们之间的中间冷却板20相比具有较大的板厚度。冷却板20，22，24这样布置并相互连接，使得在冷却板20，22，24之间构成平行于冷却板20，22，24的所示横向延伸方向延伸、用于要冷却的流体的冷却流动通道26。要冷却的流体可沿箭头28的方向流经该冷却流动通道26，以便从第一通道30到达第二通道32。

所述第一通道30和第二通道32横向于(在这里垂直于)冷却板20，22，24的延伸方向延伸。该冷却板20，22，24的延伸方向全部处于冷却板20，22，24的延伸平面中，所述延伸平面在图2至4中在水平方向上取向。通道30，32垂直于该延伸平面定向，因此在图2至4中在垂直方向上延伸。

第一通道30在示出的实施方式中用于将要冷却的流体、尤其是内燃机机油或来自变速器的机油沿箭头34方向输送到冷却流动通道26。第一通道30因此也可被称为流入通道或分配通道。当机油沿箭头28方向流过冷却流动通道26时，该机油借助冷却板20，24，26冷却，在第二通道32汇合并且沿箭头36方向再被从热交换器中导出。第二通道32因此也可被称为流出通道或汇集通道。

为了尤其从冷却板20，22，24导出热，根据冷却板的构型和连接，分别在冷却流动通道26两侧(即在图2至4中在其上面和下面)以及在通道30，32两侧(即在图2至4中在其左边和右边)构成与冷却流动通道26分开的冷却流体通道38。通过冷却流体通道38导送冷却流体例如水，该冷却流体传递导入到冷却板20，22，24中的热量并且将其通过分开的流体回路(未示出)导出。

尤其如从图2和4可见，在最上层的冷却板24(该冷却板是外部冷却板)中在通道30，32的延长部中构成孔40，46，当这些孔如在图2和4中所示被释放时，这些孔可无阻碍地被流体流过。在最上层的冷却板24的上方布置有旁路板42，在该旁路板中构成孔44，该孔引向在通道30的延长部中沿着通道轴线48布置的柱形壳体区段50。与最上层的冷却板24固定连接的旁路板42这样构成，使得在旁路板42和最上层的冷却板24之间形成旁路通道52，当所述孔40打开时，该旁路通道完全沿箭头54方向被流体流过。

在壳体区段50中置入机械式温度调节器56，该温度调节器在示出的实施方式中由如下元件组成：用蜡(未示出)填充的体积体58、在该体积体内功能性布置的销60以及构造在体积体58下侧面上的关闭元件62。关闭元件62替代地也可作为单独元件制成并且以适合的方式与体积体62连接。

所述销60以它的上端侧78被接收在盖64中。如从图1和2中概要性地看出，盖64借助固定在槽66中的安全环68被固定在壳体区段50中并且借助密封元件70相对于壳体区段50密封。

如从图4可见，在旁路板42中构成的孔44大于关闭元件62，使得即使在关闭元件处于图2和4中示出的打开位置时流体也可流入带有体积体58的壳体区段50中。在图4中还可见，在旁路板42中构成的孔44小于壳体区段50中的紧接着的孔。由此形成凸肩72，该凸肩对于在壳体区段50中布置的、部分地包围体积体58的弹簧74用作止挡面。示出的弹簧74是螺旋弹簧。

如图5中的关闭元件的细节图可见，关闭元件62是圆盘状构成的盘，带有泄漏孔76。泄漏孔76确保，在关闭元件62处于关闭位置中时一定的最小流体量能流入旁路通道42中并流入壳体区段50中到达调节元件56。

本发明热交换器10如下运行：当通过通道30流入的流体的温度低于所预给定的值(极限温度)(例如100℃)时，调节元件56处于图2和4中示出的打开位置。流体可无阻碍地流过旁路通道52。附加地，流体同时流过冷却流动通道。由于打开的旁路通道52，流动阻力明显降低并且用于(在该状态中不需要的)冷却的能量需求很小。

如果流体达到与调节元件56的设计相关的极限温度，例如100℃，则体积体56膨胀，使得销60被从体积体56中顶出。由此，关闭元件62移动到图3中示出的关闭位置。在该位置中，关闭元件62这样贴靠在孔40上，使得流体只能或几乎只能通过泄漏孔76流入旁路通道52中并流向调节元件56的体积体58。由此，通过旁路通道52的流动明显减少并且导致流体的冷却得到提高和改善。

一旦流体在一定时间重新低于极限温度，则体积体58的体积减小并且销60在复位元件74的支持下被压到回体积体58中，其中，关闭元件62同时移动回到图2和4中示出的打开位置。

结合图1至5所说明的热交换器10的安装可通过简单且低成本的方式这样实现：将所有板12相互带入额定位置并且材料锁合地相互连接为一个构成体，尤其通过钎焊并且尤其优选通过在隧道炉中钎焊。接下来，可以从壳体50的上侧将复位元件74、调节元件56和带有安全环68的盖64放入壳体区段50中。

在示出的实施方式中，通道30，32中的直径分别是14.5mm，从中得出向通道区域中通流横截面积为约165mm²。旁路通道区域中的通流横截面积为约145mm²，通过冷却流动通道26的通流横截面积的总和为约700mm²。

在说明书中、附图中以及权利要求中公开的本发明特征既可单独地、也可任意组合地对于以不同实施方式实现本发明而言是重要的。本发明可在权利要求范围内并且考虑所负责的专业人员的知识来变化。

对此尤其要指出，在示出的实施方式中构成的用于复位元件74的凸肩72也可被一体地构成在壳体区段50中。在这种情况下为了装配壳体区段50与旁路板42以及为了这些元件的相对定向，优选，在壳体区段50的外侧也这样布置一凸肩，使得壳体区段50在安装位置中以该凸肩的指向旁路板42的面贴靠在包围旁路板42的外侧区域中的孔44的面上，此外，壳体区段50的在该凸肩下方衔接的区域伸入该孔44中，使得壳体区段的外侧周面与孔44的周面产生贴靠。

附图标记列表

10 热交换器

12 板

14 固定板

16 固定区域

18 通孔

20 中间冷却板

22 最下层的冷却板

24 最上层的冷却板

26 冷却流动通道

28 箭头

30 第一通道

32 第二通道

34 箭头

36 箭头

38 冷却流体通道

40 孔(冷却板中)

42 旁路板

44 孔(旁路板中)

46 孔(冷却板中)

48 通道轴线

50 壳体区段

52 旁路通道

54 箭头

56 调节元件

58 体积体

60 销

62 关闭元件

64 盖

66 槽

68 安全环

70 密封元件

72 凸肩

74 复位元件

76 泄漏孔

78 端侧