CN101410688A - 制造基于泡沫金属的热交换器的方法 - Google Patents

制造基于泡沫金属的热交换器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101410688A
CN101410688A CN 200780011088 CN200780011088A CN101410688A CN 101410688 A CN101410688 A CN 101410688A CN 200780011088 CN200780011088 CN 200780011088 CN 200780011088 A CN200780011088 A CN 200780011088A CN 101410688 A CN101410688 A CN 101410688A
Authority
CN
China
Prior art keywords
extrusion
housing parts
heat exchanger
foam
fluid passage
Prior art date
Application number
CN 200780011088
Other languages
English (en)
Inventor
R·L·杜普雷
J·J·卡拉斯
J·S·特里泽韦
Original Assignee
卡特彼勒公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US11/390,636 priority Critical patent/US20070228113A1/en
Priority to US11/390,636 priority
Application filed by 卡特彼勒公司 filed Critical 卡特彼勒公司
Publication of CN101410688A publication Critical patent/CN101410688A/zh

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/003Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0081Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by a single plate-like element ; the conduits for one heat-exchange medium being integrated in one single plate-like element
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/16Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes extruded

Abstract

本发明公开了一种制造基于泡沫金属的热交换器(30)的方法,该方法包括在第一壳体部分(33)内定位限定第一流体通道(40)的泡沫铝块(32),将所述泡沫铝块(32)布置成与壳体的部分(34)接触从而限定至少另一条流体通道(50),所述壳体部分(34)是挤压件(34)。将铜焊剂和铜焊料应用到所述泡沫铝块(32)和所述挤压件(34)的至少一个上,所述泡沫铝块(32)通过铜焊料与挤压件(34)相联接。热交换器(30)包括壳体(33、34),该壳体(33、34)内具有诸如泡沫铝块(32)等泡沫金属(32)形成的流体通道(40)。所述泡沫金属(32)通过导热铜焊料与金属挤压件(34)相连接。本发明还提供一种冷却内燃机中的机油的方法。

Description

制造基于泡沫金属的热交换器的方法
技术领域
本发明总的涉及热交换器及其制造方法,更具体地涉及制造用作 内燃机系统的冷油器的基于泡沫金属的热交换器的方法。
背景技术
在现代发动机系统中,热交换器用于各种应用中。内燃机散热 器、涡轮增压器的中冷器和排气二次冷却器都是热交换器的例子。 另外,热交换器可以用来控制发动机机油、传动液甚至是供应到发 动机的空气的温度或者用于工作机的驾驶室的温度控制。
很多工作机,包括例如非公路行驶的工作机和公路行驶的卡车, 利用各种不同的热交换器与它们各自的发动机系统联接。诸如冷油 器的某些热交换器通常与发动机冷却剂流体循环系统相连,该冷却 剂流体循环系统最终使冷却剂流体循环通过发动机主散热器。来自 机油的热量从而被散发到外部环境中。在其他系统中,热交换器可 以是独立的装置,其独立于发动机主散热器并利用诸如空气的其他 的冷却剂。虽然这些热交换器中的很多对发动机系统起到重要作用, 但是热交换器单元及其附带的管道系统会给工作机增添相当大的重 量和复杂性。鉴于在许多技术领域中通常希望减小部件的尺寸、重
量和复杂性;因此工程师们正在不断探寻能够解决这些问题且不牺 牲性能的方法。
开发具有较大的单位体积或质量换热面的更加高效的热交换 器,这是设计者们已经找到的一种减小热交换器尺寸和复杂性的途 径。与传统的热交换器相比,这种热交换器的效率更高,其在发动 机舱内占用的空间更小且重量更轻。最近和即将到来的在发动机排 放和工作要求上的司法改变也促使工程师们寻求改进的方法来处理内燃机系统内的热量。具体而言,因为某些减小排放的工作策略需 要排放比传统上更多的热量,这也促使设计者们提高效率。
现有技术中公知的板式热交换器是一种在发动机系统中通常使 用的已知的热交换器类型。通常的板式热交换器,例如在发动机中 用作空冷式热交换器的板式热交换器包括芯部,该芯部包括用于第 一流体的第 一 组流体通道,该第 一 组流体通道被定位成与用于第二 流体的另 一组通道交替设置。在一种已知的设计中,流过一组空气 通道的空气与循环通过另 一组流体通道的发动机冷却剂进行热交 换。在各个流体通道内设有金属翅片以提供换热面积。多个板连接 到 一 起以提供用于隔绝相应流体通道的壁和热交换器芯部的整体结 构。在对基础的板式设计的一些变形中,使用盘旋的金属网布来代 替翅片。
虽然板式热交换器在内燃机领域经历了长久和成功的历史,但 已知的设计还是有一些限制,在热交换器设计者面临新挑战时这些 限制变得更加明显。例如,由于影响热交换器效率的一个因素涉及 可用的换热面积,板式热交换器性能的提高倾向于需要总体上更大 的热交换器或者需要更大的表面积与体积的比。增大热交换器尺寸 通常不是可行的选择,因为这会增加整个系统的重量,还因为空间 和包装限制也对热交换器的尺寸造成了限制。增加热交换器的表面 积与体积的比通常要求在各个流体通道内更紧密地放置热交换器翅 片。虽然增加翅片密度在一定程度上有效,但是额外的翅片会在一 定程度上降低通过热交换器的流体的可得流率或者压力,使得流体 在穿过热交换器时发生不可接受压降。
某些具体的热交换器应用也面临自身的挑战。壳管式热交换器 是行业中公知的 一种热交换器,特别是应用于机装水冷式热交换器。 在传统的管壳式设计中,水或发动机冷却剂经由一根或多根管道穿 过壳体,该壳体包括外壳板并绕所述管道定位,并设有供油(例如 机油)穿过的另一通道从而在两种流体之间进行热交换。虽然这种 设计迄今为冷却油提出了切实可行的策略,然而在尺寸、制造复杂性和运行效率方面还存在改善的空间。对传统设计如板式和管壳式 结构的改进近来集中在某些使用非常规的奇特的热交换器材料上。
Toonen等人的公开号为NO.2004/0226702的美国专利申请公开 了应用于热交换器、特别是用于已知的声热转换装置的热泵式热交 换器的非常规材料的 一 个例子。Toonen提出一种用于将第一 流体的 热量传递给第二流体的热交换器。具体而言,该发明讨论从水到空 气的传热,空气穿过流动主体,该流动主体包括绕多根小的载水铜 管定位的泡沫铜。就流动阻力而言,所述泡沫铜具有梯度以在流体 之间提供期望的传热平衡。尽管Toonen公开的设计据称适合某些应 用,特别是相对小尺寸的热交换器应用,例如声热转换装置,但这 种设计具有一些限制。
例如,在Toonen的几种设计中,需要进行泡沫加工以使其具有 期望的形状,在泡沫中包括用于容纳所述载水铜管的凹槽。相对复 杂的加工特征不可避免地增加了生产时间和难度。进一步,在所述
的结构中,管道在泡沫中彼此间隔布置,这需要在组装过程中分别 定位大量的单个部件。另外,间隔开的载水铜管即使对热交换器设 备的结构完整性有影响,其影响也极小。虽然在声热转换装置中热 交换器结构的刚度和整体强度不是很重要,但Toonen的设计在热交 换器的刚度和强度很重要的场合中应用性可能较差。Toolen还公开 了 一种热交换器结构,其具有与矩形泡沫流动主体交替的矩形流体 通道。尽管Toonen没有说明这种矩形流体通道如何制造,但这种结 构理论上比泡沫中设有间隔开的管道的设计具有更大的刚度。但是, Toonen基本上没有提供这些矩形流体通道如何密封、支撑、被容纳 的详细信息。因此,单条流体通道和泡沫看起来像是分别接合在一 起,而不是使用任何壳体来连接整个结构,这会为制造工艺增加不 期望的复杂性。
发明内容
本发明旨在解决上述的一个或多个问题或缺点。在一个方面,本发明提供一种热交换器,包括壳体和挤压件, 所述壳体具有第 一 流体通道,所述挤压件内具有至少另 一 条流体通 道。所述热交换器还包括用来在壳体的所述第一流体通道和至少另 一条流体通道中的流体之间进行热交换的泡沫金属。所述泡沫金属 布置在第 一 流体通道内并通过导热连接材料与所述挤压件连接。
在另 一 方面,本发明提供一种制造基于泡沫金属的热交换器的 方法。该方法包括将多个壳体板绕泡沫金属定位的步骤,所述壳体 板组成第一壳体部分。该方法还包括将所述泡沫金属与第二壳体部 分热联接的步骤,所述第二壳体部分包括挤压件,该挤压件内具有 至少部分由导热连接材料制成的至少 一条流体通道。该方法还包括 至少部分通过在铜焊炉中 一起加热所述第一和第二壳体部分的步骤 来将所述第一壳体部分和第二壳体部分接合的步骤。
在又一方面中,本发明提供一种在内燃机系统中冷却油的方法, 包括使高温机油通过布置在热交换器的第一壳体部分的第一通道中 的泡沫铝的步骤。该方法还包括使低温流体通过热交换器的第二壳 体部分的至少另一条流体通道并至少部分通过接合所述泡沫铝和第 二壳体部分的导热材料在高温油和低温流体之间进行热交换的步 骤。
附图说明
图1是根据本发明的发动机系统的示意图;
图2是根据本发明的基于泡沫铝的热交换器的立体图;和
图3是图2所示的热交换器某些部件的立体分解图。
具体实施方式
参照图1,其示出了根据本发明的一种实施方式的发动机系统 10。发动机系统10包括发动机12,例如具有多个气缸13的内燃机。 发动机12可以包括例如压燃式发动机或火花点火式发动机或其它类 型的发动机。可以想到的是,发动机IO可以安装在移动工作机(例如非公路行驶的工作机)中,或者可以是独立的发动机系统(例如 在发电机中使用的类型),还可以是其它种类的发动机系统。油管
14与发动机12连接并构造成以传统的方式循环发动机的冷却油。发 动机系统10还包括与发动机冷却剂管16联接的散热器18。箭头A 示出了;fe/L油流动方向,箭头B则表示了与4几油的流动方向相反的发 动机冷却剂的流动方向。在另一种实施方式中,冷却剂和才几油可以 沿着相同方向流动,例如垂直方向等。
热交换器30分别与管14和16联接,用于在所述管14和16内 流动的流体之间进行热交换。热交换器30可以与第一歧管20和第 二歧管22联接。第一歧管20可以包括进油口 24,第二歧管组件22 可以包括出油口 26。歧管组件20和22可以在热交换器30的多条分 隔的、流体隔离的通道内分配油和冷却剂,以允许在两种流体之间 进行热交换。在图l所示的实施方式中,热交换器30由此可以用作 冷油器,其允许将热量从机油或其它油传递到发动机冷却剂,然后
经由散热器18传递到空气中。如本文描述,可以想到的是,热交换 器30除了用于冷却^L油外还有其它应用。
热交换器30还可以包括以交替堆叠结构定位的多个第一壳体 部分33和多个第二壳体部分34。第一壳体部分和第二壳体部分中的 每一组都包括热交换器子组件,因此多个热交换器子组件可以堆叠 以提供具有期望尺寸、重量和换热能力的热交换器。本领域技术人 员会认识到,连接到一起的子组件的数量可以决定流体通道的总数, 从而可以决定用于在热交换器中分配流体的相应歧管的具体结构。 因此,每个壳体部分33可以包括第一流体通道40,其在冷油器的实 施方式中可以是油道。在第二壳体部分34的每一个内可以布置至少 一个发动机冷却剂通道50,使得可以在流过每条油道40的油和流过 每条冷却剂通道50的冷却剂之间进行热交换。
如本文所述,交替堆叠的壳体部分的数量以及热交换器子组件 的数量可以随着应用而变化。每个子组件通常包括至少一个具有一 条或多条油道的壳体部分和至少一个具有一条或多条冷却剂通道的壳体部分。可以想到的是,虽然壳体部分33中的单条油道40提供
了切实可行的实施策略(如本文所述),但是在每个第一壳体通道
33中应用多条油道也并不脱离本发明的范围。
泡沫金属,例如开孔型泡沫铝块32布置在通道40和50的至少 一个中。可以想到的是,从较大的母块切出的具有预定尺寸和形状 的整体泡沫块被定位在每条油道40内,而不放置到冷却剂通道50 中。但是,如果需要,可以在发动机冷却剂通道和油道中都使用泡
另一种实施方式中,可以使用诸如铜、不锈钢和其它金属或合金等 替代材料。每平方英寸泡沫金属的气孔数可以根据期望的热交换器 特性加以改变,例如4艮据流体入口和出口之间的压降加以改变。在 另一种实施方式中,单个泡沫块内每平方英寸的气孔数可以变化, 以形成梯度。此外,在不同的热交换器和单个泡沫块中,泡沫的"表 观密度"可以变化。表观密度可以理解成泡沫中的金属占据的体积 与泡沫占据的总体积的比率,或者是泡沫中的一个限定部分中的金 属占据的该限定部分的体积与该限定部分的体积的比率。本领域的 技术人员可以想到的是,可以改变这些因素,以"调协"出特别的 泡沫块来实现提供特别工作特性的目的。
转向图2,其示出了与图1所示相似的组装好的冷油器/热交换 器30的立体图。所述壳体部分33和34的每一个可以定位成所示的 交替堆叠结构,使得每个第一壳体部分33中的油道40与在每个第 二壳体部分34中延伸的多条发动机冷却剂通道50交替。因此,图2 的实施方式包括堆叠在一起的两个热交换器子组件,每个子组件包 括第一和第二壳体部分。尽管机油和发动机冷却剂的相应通道及其 各自的循环方向可以使得发动机冷却剂和油在热交换器30中沿大致 相反的方向流动,但是本发明并不限于这种结构。例如, 一个或更 多的油道可以定向成使得机油与发动机冷却剂形成交叉流动或者甚 至是与发动机冷却剂在同 一方向流动,这均不脱离本发明的主旨和 范围。参考图3,其示出了包含在图2所示的热交换器30中的热交换 器子组件的立体分解图。如图所示,壳体部分33可以包括多块壳体 板,至少包括第一板33a和第二板33b。第一板和第二板中的每一块 可以由诸如铝板的金属板组成,所述第一板33a的特殊直角结构可 以通过弯曲较大的片板或者通过将多块较小的板接合/定位成期望的 结构而形成,或通过其他工艺形成。如此处描述的,每个第一板33a 和第二板33b可以通过铜焊或其它合适的工艺连接到第二壳体部分 34上。在图3所示的结构中,板33a和33b可以基本垂直于第二壳 体部分34的平的外表面36定向并在周缘54附近与其连接。尽管由 于选择的视图而在图3中没有示出,但第二壳体部分34可以包括另 一与表面36相对的平的外表面。
第二壳体部分34可以包括挤压件。所述才齐压件可以是例如从一 整块金属板(诸如铝板)形成的相对较薄的矩形多端口金属挤压件 并具有平的前表面36和平的后表面。替代地,所述挤压件可以包括 多根相邻布置的单独挤压管。在多端口金属挤压件的情形中,所述 多条流体通道50的每一条可以通过在壳体部分34的挤压过程中(以 下称为"挤压件34")形成的加强件52彼此分离。加强件52在所 述挤压件内部可以包括纵向肋,该纵向肋分离和流体隔离各个通道 50并被定向成与4齐压件34的前表面36和后表面垂直。乂人而,每条 流体通道可以通过一个或更多的纵向加强件与相邻的流体通道分 离。当使用并排联接的单独挤压管时,每根管的相邻壁用作挤压件 34的"加强件,,。
在任一种情形中,挤压件34通常包括用于热交换器30的结构 性衬底,其中,加强件52不仅加强了挤压件34还加强了热交换器 30本身。加强件52还可以在相邻通道之间提供换热表面区域,以及 在分离的流体之间提供用于进行热交换的换热表面区域。具有不同 结构和材料特性的挤压件可从本领域中公知的商业来源中获得,包 括Michigan,Adrian的Brazeway获得。在替代设计中,可以使用铸造 或机械加工的第二壳体部分而不是挤压壳体部分。可以想到的是,第一壳体部分33的各自的片/板可以通过此处描述的铜焊工艺或者
其它合适的工艺沿挤压件34的外周缘54连接到挤压件34的上表面 36上。如图2的实施方式所示出的,每个冲齐压部分34由此可以包括 通道40的壁,壳体板33a和33b与挤压部分34合起来限定了第一 流体通道40。
图3还示出了定位在油道40内的泡沫金属块32例如泡沫铝块 的立体图。还可以因为为热交换器领域的技术人员所熟知的原因而 包括折流板,折流板例如在与油道40内的流体流动方向垂直的方向 上延伸定位。然而,在另外一些例子中,在会发生过大的压降时, 包含折流板可能受到限制或不必要。泡沫铝块32在通道40中的机
大的第二换热表面区域。另外,泡沫的使用倾向于促进基本上是热 交换器运行中期望出现的湍流状态。泡沫铝块3 2可以包括第 一 和第 二倾斜边缘38以便于油流入或流出通道40。泡沫铝块也可以从市场 中买到,例如可以从Lightweight Solution公司获得。其它泡沫金属 也已经可以从不同的商业来源中获得。在一种切实可行的实施策略 中,泡沫铝块32被适当地压配合或挤压在热交换器30内以增强泡 沫铝块32和其它部件之间的机械联接或热联接。压缩泡沫铝块32 的压配合或挤压可以包括使相邻挤压件34之间的泡沫块的体积减 小,例如最高减小大约百分之十。因此,与仅仅放置泡沫铝块32使 之与挤压件接触相比,将泡沫铝块32压配合在挤压件34之间可以 在泡沫铝和平的表面36之间提供更大的接触表面区域。可以用来增 加接触表面的其它或替代手段包括机械加工,例如磨削泡沫丝面或 表面(ligament face or surface ),实现"涂抹"材料或形成具有外部 表皮的泡沫金属,该外部表皮与热交换器的其它部件接合,并基本 上是闭孔或非多孔的。在此处描述的一种设计的实施方式中,各个 通道中流体的热交换通过连接泡沫铝块32和挤压件34的导热连接 材料进行。此处描迷的热交换器30的制造/组装过程允许选定的导热 连接材料布满泡沫铝块32和挤压件34之间的基本整个区域。换句话说,在某些实施方式中,每个泡沫铝块在相邻挤压件的各个表面 上的整个印记可以作为 一 个区域,用于通过导热连接材料将所述泡 沫块和挤压件热联接。
所述导热连接材料可以是铜焊料,例如铝基铜焊料,其分别将
壳体部分33、 34和泡沫铝块32接合到一起并将其热联接。本发明 还设计使用 一种在与热交换器的其它部件的连接区域中具有较高气 孔密度而在其余区域中具有较低气孔密度的泡沫铝块。这种设计通 过较大密度的泡沫丝提供了用于连接所述泡沫的相对较大的表面 积,而不会在其它区域过度抑制流体流动。虽然所述的从较大母块 切割成的泡沫铝块提供了 一种切实可行的实施策略,但本发明并不 仅限于此。例如,不采用整块泡沫块,而是可以在热交换器30中定 位若干甚至很多块泡沫金属。如上所述,在泡沫块之间或在泡沫块 内可以含有折流板以帮助引导流体流动从而增加 漆流。
热交换器30可以通过使不同的部件通过铜焊工艺彼此接合起 来而制成。虽然nocolok铜焊是本领域中公知的一种用于特殊组别材 料的合适的铜焊工艺,但是本发明不局限于此。 一种使用铝的切实 可行的制造策略可以包括绕泡沫铝块32定位壳体板33a和33b。泡 沫铝块32然后通过诸如铜焊材料或合适的导热电胶等导热连接材料 与挤压件34热联接。如此处所述的,壳体部分33和34联接起来可 以被看作是热交换器子组件。如果要制造具有多个子组件的热交换 器,可以根据需要添加另外的泡沫块、壳体板和挤压件。所有子组 件可以以期望的结构夹紧或暂时被固定在 一 起。在组装这些子组件 时或之前,可以压配合泡沫铝块32。在每个热交换器部件被布置成 期望的结构之前或之后,可以在每个待接合的热交换器区域应用铜 焊剂和铜焊料。所述铜焊剂和铜焊料可以通过合适的工艺如浸渍、 喷洒、溢流等工艺应用到整个组件上或者应用到单个部件的有待连 接的区域中。商业上还可用各种合适的铜焊软膏,当期望的软膏的 粘度相比液体材料高时非常合适。例如,可以使用相对较厚的可涂 敷软膏来增加热交换器待接合部分之间的焊料的深度或厚度。一种合适的铜焊料包括例如氟铝酸钾盐(KF:ALF3),其可以 作为浓度在5%到25%的含水浆料通过浸渍、喷洒、溢流等予以应用。 本领域的技术人员能够理解选择的铜焊料的合适度至少部分取决于 泡沫铝块32和挤压件34的组成和特性。对于相对较低温度的应用 来说,例如大约58。C,可以使用铯基熔剂材料或其它材料。通常, 迄今为止,与泡沫铝相比,挤压铝在组成和特性方面范围更广。因 此,更多的是基于特别的泡沫铝来选择合适的铜焊剂和/或铜焊料, 而不是基于挤压铝,因为挤压件基本由顾客定制从而具有适于匹配 给定的焊剂和焊料的特性。 一 种合适的铜焊料还可以是铝基混合物, 例如铝硅基混合物,很多铝基混合物在商业中已经买到。 一种替代 的焊料可以是锌基焊料。在使用铝以外的材料的实施方式中,可以 选择不同的焊料和焊剂。
在组装的部件被固定到一起并应用了合适的铜焊料和铜焊剂 后,就可以将整个组件放置在铜焊炉中。在所述铜焊炉中,所述组 件被加热到足以通过铜焊料将泡沫铝块32连接到挤压件34上的温 度。其它壳体部分的每个也可以通过铜焊料连接到泡沫铝上,还可 以连接到一起。所选择的温度通常足以通过铜焊料完成所希望的连 接,又不会使制成所述壳体部分的铝熔化或显著熔化。壳体和泡沫 材料的合适选择和在所有部件上使用诸如铝的类似金属或者合金将 允许所有或实质上所有期望的连接、结构或其它方面通过单一的铜 焊工艺制成,这与制造板式热交换器的已知方法类似。在一些特定 的实施方式中,铜焊温度可以大于大约425。C,其可以进一步在大约 570。C到大约630。C的范围中,这取决于选择的铜焊料和泡沫和壳体 部分的构成。
所述组件的炉内铜焊可以是连续的,也可以是分批的,其可以 包括在大约20(TC的大约两分钟的初步干燥过程。干燥过后,所述组 件经加热步骤处理,其中,温度在大约10分钟内增至最大值(大约 570。C到大约63(TC)。 一旦达到最大温度,所述组件可以经受铜焊 阶段,其中,铜焊炉的温度例如保持在最大值大约3分钟,然后在大约30分钟内冷却下降至室温。炉内铜焊可以在缺氧的环境中进行 以防止氧污染。本领域技术人员还知道其它合适的替代铜焊技术, 这里描述的示例性工艺和温度并不应该理解成限制本发明的范围。 本领域的技术人员可以认识到温度和每个钎焊阶段的持续时间至少 部分取决于为热交换器的壳体部分所选择的材料和泡沫的特'H以及 铜焊剂自身的特性。例如,泡沫铜的钎焊温度通常要高于泡沫铝的 钎焊温度。
在另 一 种实施方式中,可以使用诸如导热环氧树脂的替代接合
:技术,例如可以乂人纽约 Valley Cottage的 Aremco获纟寻的 Aremco-bond525。在这种实施方式中,可以在热交换器30的待接合 的表面上施加一层很薄且均匀的环氧树脂,然后在150。C加热处理两 个小时。导热环氧树脂或其它导热胶质非常适于将泡沫铝与挤压件 34接合的步骤。
工业实用性
在图1所示的实施方式中,相对较高温度的油通过经由热交换 器的温度相对较低的发动机冷却剂被冷却。所述发动机冷却剂反过 来被加热并回到散热器18,在这里,热量将以传统的方式散发到环 境中。热交换器30提供了 一种比某些较早的设计更轻的发动冷油器, 而不牺牲性能。在一些情况下,在热交换器30中使用的泡沫铝在工 作特性方面超过了较早的设计。
发动机冷却剂提供了 一种实用的热传递介质,以便在热交换器 30中对油例如机油进行冷却,但是也可以使用水或者其它合适的流 体,这并不脱离本发明的范围。另外,尽管热交换器30的一种预期 的应用是作为在此所示和描述的发动冷油器,但本发明并不限于此 种应用。例如,热交换器30可以用来冷却传动油或其它发动机流体, 或者其可以与内燃机整体分离^f吏用,例如,作为用来冷却或加热工
业过程和相关的机械中使用的某些流体的热交换器。
铝已经被证明是 一 种效率高、重量轻和经济的热交换器材料,特别是应用于传统的板式热交换器和管壳式热交换器中。尽管铝具 有这些优点,但迄今为止铜和不锈钢仍是行业标准,这至少部分因 为运用传统的技术可以使用铜和不锈钢相对简单地制造某些类型的 热交换器。至于诸如泡沫铝等非常规材料,对至少某些类型的热交 换器来说可行的设计和制造策略还是难以掌握。本发明因此提供一 种制造方法和模块化热交换器,通过此泡沫金属基的热交换器的至 少一些部件,在某些实施方式中所有的部件都是由铝制造的,尽管
这里描述的技术也可以适合于传统的热交换器材料。
所描述的炉内铜焊的使用还促使了相对迅速和更大规模的生 产,其中,热交换器的所有或实质上所有的流体密封和结构连接都 可以在单个铜焊工艺中形成。在材料方面,同制造工艺本身一样,
本发明公开的策略提供了超越较早设计(例如上面描述的Toonen等 人的设计)的显著的优点,在这些早期设计中,利用焊接或锡焊技 术来连接不同的热交换器部件。尽管焊接和锡焊在 一 些例子中是合 适的,但本领域的技术人员公知的是,其它材料比铝更适合这些技术。
在很多例子中,对铝进行传统焊接实际上是不可能的。就锡焊 而言,内部连接的常规锡焊可能要求用于随后连接其它部件的工艺 不影响内部锡焊接头。换句话说,由于用于锡焊的熔化温度倾向于 比通常用于焊接或铜焊的温度低,因此,对结构性壳体连接进行的 高温铜焊或者焊接工艺具有损害预先存在的锡焊连接的倾向。同样 的技术可以用于本发明的所有部件的连接,并因此不会受到这些缺 点的损害。本发明的热交换器的总体结构完整性也比传统的设计提 高了 ,即相对结实和坚固的挤压件可以用于连接和支撑另一些部件 的衬底。进一步,所述泡沫金属块的使用和平面挤压件提供了一种 更加适于将泡沫块压配合在壳体内的的设计。另一方面,更加复杂 的是,泡沫和壳体结构会被泡沫金属的压缩或挤压所需的力不合适
连接更坚固的连接。本说明书仅是出于说明目的,不能理解成以任何方式限定了本 发明的范围。因此,本领域的技术人员能够理解,在不脱离本发明 的主旨和范围的情况下,可以对本发明的实施方式进行各种改变。 例如,尽管本发明主要讨论了铝挤压件用作发动机冷却剂的第二壳 体部分的情况,但其它的替代也是可能的。例如可以使用铜挤压件。 同样,第一壳体部分也不是必须由铝板甚至是铝制成。尽管本发明
强调的是部件之间的 一 些或所有连接可以通过其他手段和其它已知 的连接技术进行,例如通过导热环氧树脂或其它胶质。本发明的其 它方面、特征和优点通过研究附图和所附的权利要求书将变得更加

Claims (10)

1.一种热交换器(30),包括: 壳体(33、34),包括第一流体通道(40)和具有至少另一条流体通道(50)的挤压件(34);和 泡沫金属(32),用于在所述壳体(33、34)的第一流体通道(40)和所述至少另一条流体通道(50)中的流体之间进行热交换,所述泡沫金属(32)被设置在所述第一流体通道(40)内并通过导热连接材料与所述挤压件(34)连接。
2. 根据权利要求1所述的热交换器,其中,所述壳体(33、 34)包括多块围绕所述泡沫金属(32)定位的壳 体板(33a、 33b),所述壳体板(33a、 33b)包括铝板(33a、 33b) 并部分限定所述第一流体通道(40),其中,所述泡沫金属(32) 和所述板(33a、 33b)通过导热铜焊料与所述挤压件(34)连接;所述挤压件(34 )包括矩形的铝挤压件(34 ),所述铝挤压件(34 ) 具有多条流体通道(50 )、周缘(54 )以及平的前表面和后表面(36 ), 所述流体通道(50)通过多个加强件(52)彼此分离,所述加强件 (52)包括与所述前表面和后表面(36)垂直定向的纵向肋(52);所述壳体板(33a、 33b)与所述前表面和后表面(36)垂直定向 并邻近所述周缘(54)与所述挤压件(34)连接;和所述泡沫金属(32)包括压配合在所述第一流体通道(40)内的 泡沫铝块(32)。
3. 根据权利要求2所述的热交换器(30),其还包括以堆叠结 构定位的多个热交换器子组件,每个所述子组件包括至少一个泡沫 铝块(32)和至少一个铝挤压件(34),每个所述泡沫铝块(32) 被压配合在相邻子组件的挤压件(34)之间。
4. 一种制造基于泡沫金属的热交换器(30)的方法,其包括以 下步骤:围绕泡沫金属(32)定位多个壳体板(33a、 33b),所述壳体板(33a、 33b)组成第一壳体部分(33 );至少部分地通过导热连接材料将所述泡沫金属(32 )与第二壳体 部分(34)热联接,所述第二壳体部分(34)包括具有至少一条流 体通道(50)的挤压件(34);和在铜焊炉内至少部分地通过一起加热所述第一壳体部分(33 )和 第二壳体部分(34)的步骤,将所述第一壳体部分(33)与所述第 二壳体部分(34)接合。
5. 根据权利要求4所述的方法,其中,将所述泡沫金属(32)与所述第二壳体部分(34)热联接的步骤 包括使用铜焊料将泡沫铝块(32)连接到铝挤压件(34)上,其中, 所述联接步骤发生在所述接合步骤的过程中;所述接合步骤还包括用铜焊料将第一壳体部分(33 )的多个壳体 板(33a、 33b)接合到所述挤压件(34)上,其中所述壳体板(33a、 33b)与所述挤压件(34)的接合限定与所述挤压件(34)的至少一 条流体通道(50)分开的流体通道(40);和所述方法还包括在将所述壳体板(33a、33b )定位在泡沫铝块(32 ) 周围之前,从较大的块料上切割出所述泡沫铝块(32)的步骤。
6. 根据权利要求5所述的方法,其还包括以下步骤: 将所述泡沫铝块(32)压配合在所述热交换器(30)内; 以堆叠布置定位多个热交换器子组件,所述子组件的每一个包括第一壳体部分(33)和第二壳体部分(34),在所述第一壳体部分 (33)内具有至少一个泡沫铝块(32),所述第二壳体部分(34) 包括铝的挤压件(34);和至少部分地通过在钎焊炉内 一起加热所述子组件的步骤,将所述 堆叠布置的每个子组件接合。
7. 根据权利要求6所述的方法,其中,所述加热步骤包括将多 个子组件在温度为大约570。C到大约630。C的范围内的阶段中一起加 热,所述方法还包4舌:使所述泡沫铝块(32)与所述挤压件(34)的平的外表面(36)接触;和在所述热联接步骤之前,将铜焊剂和铜焊料施加到所述泡沫铝块 (32 )和所述挤压件(34 )中的至少一个上。
8. —种用于冷却内燃^/L系统(10)中的才几油的方法,其包^^以 下步骤:使高温机油通过泡沫铝(32),所述泡沫铝(32)布置在热交换 器(30)的第一壳体部分(33)中的第一流体通道(40)内;使低温流体通过所述热交换器(30)的第二壳体部分(34)中的 至少另一条流体通道(50);至少部分通过接合所述泡沫铝(32)和所述第二壳体部分(34) 的导热材料在高溫机油和低温流体之间进行热交换。
9. 根据权利要求8所述的方法,其中:所述第二壳体部分(34)包括具有多条流体通道(50)的挤压的 铝的壳体部分(34 ),所述热交换步骤包括通过连接所述泡沫铝(32 ) 和所述第二壳体部分(34)的外表面(36)的导热铜焊材料在高温 机油和低温流体之间进行热交换;使高温机油通过泡沫铝(32)的步骤包括使高温机油通过泡沫铝 (32),所述第一壳体部分(33)的多个铝壳体板(33a、 33b)围 绕所述泡沫铝(32)定位,所述壳体板(33a、 33b)限定所述第一 流体通道(40);和使低温流体通过第二壳体部分(34)中的至少另一条流体通道 (50)的步骤包括使低温流体通过由多个加强件(52)彼此分开的 多条流体通道(50)。
10. 根据权利要求9所述的方法,其还包括: 使高温机油通过多个泡沫铝块(32),所述多个泡沫铝块(32)中的每一个分别布置在以堆叠结构布置的多个热交换器子组件的一个中;使低温流体通过多个铝挤压件(34),所述多个铝挤压件(34) 中的每一个分别与至少一个泡沫铝块(32)连接并分别布置在所述多个壳体子组件的一个内;其中,使低温流体通过多个铝挤压件(34)的步骤包括使低温流体通过各个铝挤压件(34)中的多条流体通道(50),所述多条流 体通道(50)的每一条通过加强件(52)与相邻的流体通道流体分 离,所述加强件(52)位于相应挤压件(34)内并在所述流体通道 的入口和出口之间纵向延伸。
CN 200780011088 2006-03-28 2007-02-08 制造基于泡沫金属的热交换器的方法 CN101410688A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/390,636 US20070228113A1 (en) 2006-03-28 2006-03-28 Method of manufacturing metallic foam based heat exchanger
US11/390,636 2006-03-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101410688A true CN101410688A (zh) 2009-04-15

Family

ID=38480476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200780011088 CN101410688A (zh) 2006-03-28 2007-02-08 制造基于泡沫金属的热交换器的方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20070228113A1 (zh)
CN (1) CN101410688A (zh)
DE (1) DE112007000796T5 (zh)
WO (1) WO2007126474A1 (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0620512D0 (en) * 2006-10-16 2006-11-22 Sustainable Engine Systems Ltd Heat exchanger
US20090139475A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Caterpillar Inc. Engine cooling system including metal foam
FR2961894B1 (fr) * 2010-06-24 2013-09-13 Valeo Vision Dispositif a echange de chaleur, notamment pour vehicule automobile
WO2012106603A2 (en) 2011-02-04 2012-08-09 Lockheed Martin Corporation Shell-and-tube heat exchangers with foam heat transfer units
KR20140025340A (ko) 2011-02-04 2014-03-04 록히드 마틴 코포레이션 폼 핀들을 갖는 열교환기
WO2012106601A2 (en) 2011-02-04 2012-08-09 Lockheed Martin Corporation Radial-flow heat exchanger with foam heat exchange fins
WO2012106605A2 (en) 2011-02-04 2012-08-09 Lockheed Martin Corporation Staged graphite foam heat exchangers
US8746975B2 (en) 2011-02-17 2014-06-10 Media Lario S.R.L. Thermal management systems, assemblies and methods for grazing incidence collectors for EUV lithography
US20130146437A1 (en) * 2011-11-23 2013-06-13 Lockheed Martin Corporation Dehumidifier system and method
US9279626B2 (en) * 2012-01-23 2016-03-08 Honeywell International Inc. Plate-fin heat exchanger with a porous blocker bar
FR2992716A1 (fr) 2012-06-29 2014-01-03 Filtrauto Structure poreuse pour fluide incorporant un conduit
CN102974909B (zh) * 2012-12-04 2016-04-13 无锡方盛换热器制造有限公司 高压铝制板翅式换热器钎焊方法
US10234361B2 (en) 2013-07-01 2019-03-19 Knew Value Llc Heat exchanger testing device
ES2759254T3 (es) * 2013-07-01 2020-05-08 Knew Value Llc Procedimiento para supervisar un intercambiador de calor
DE102015220797A1 (de) * 2015-10-23 2017-04-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Kühleinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1050287A (zh) * 1900-01-01
US5231968A (en) * 1992-07-27 1993-08-03 Donald Siefkes Foamed metal heat device
FR2742856B1 (fr) * 1995-12-21 1998-01-30 Renault Echangeur de chaleur pour vehicule automobile comportant une structure maillee tridimensionnelle permeable
KR19990085965A (ko) * 1998-05-23 1999-12-15 박호군 다공핀 평판관형 열교환기
US6284206B1 (en) * 1999-03-22 2001-09-04 International Fuel Cells, Llc Compact selective oxidizer assemblage for a fuel cell power plant
US6387555B1 (en) * 2000-02-22 2002-05-14 Utc Fuel Cells, Llc Selective oxidizer in cell stack manifold
US6424529B2 (en) * 2000-03-14 2002-07-23 Delphi Technologies, Inc. High performance heat exchange assembly
NL1016713C2 (nl) * 2000-11-27 2002-05-29 Stork Screens Bv Warmtewisselaar en een dergelijke warmtewisselaar omvattende thermo-akoestische omvorminrichting.
US20030070793A1 (en) * 2001-10-15 2003-04-17 Dierbeck Robert F. Heat exchanger assembly with dissimilar metal connection capability
SE525660C2 (sv) * 2002-06-12 2005-03-29 Saab Ab Method for fixing metal foam to a metal plate
EP1553379B8 (de) * 2004-01-08 2016-09-14 SPX Dry Cooling Belgium sprl Wärmetauscher für Industrieanlagen
EP1584695A1 (en) * 2004-04-06 2005-10-12 Efoam S.A. Method for joining a metal foam to a metal body

Also Published As

Publication number Publication date
US20070228113A1 (en) 2007-10-04
DE112007000796T5 (de) 2009-02-12
WO2007126474A1 (en) 2007-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2828021C (en) Coaxial gas-liquid heat exchanger with thermal expansion connector
JP5423638B2 (ja) 液冷ジャケット
US8726976B2 (en) Laminated sheet manifold for microchannel heat exchanger
CN100342195C (zh) 热交换器
US6446713B1 (en) Heat exchanger manifold
JP4129119B2 (ja) グロメットおよび一体鋳込みタンクを用いた熱交換機集合体
US8561679B2 (en) Heat exchanger header and related methods and apparatuses
US6918432B2 (en) Heat exchanger
CN101611285B (zh) 相联的换热器
US7213638B2 (en) Heat exchanger with flow circuiting end caps
US6341648B1 (en) Heat exchanger having heat-exchanging core portion divided into plural core portions
JP3998938B2 (ja) 熱交換器及びその製造方法
US4501321A (en) After cooler, charge air cooler and turbulator assemblies and methods of making the same
US7044211B2 (en) Method of forming heat exchanger tubing and tubing formed thereby
CN103502768B (zh) 制造具有增强材料系统的换热器的方法
CN101589284B (zh) 多流体二维换热器
EP1231447B1 (en) Aluminium plate oil cooler
US7051795B2 (en) Multi-function heat exchanger
US8561678B2 (en) Heat exchanger tank and related apparatuses
US6892804B2 (en) Heat exchanger
KR20060051116A (ko) 핀 구조체 및 이 핀 구조체를 내장한 전열관 및 이전열관을 조립한 열 교환기
JP4014600B2 (ja) 産業設備用熱交換器
JP4029000B2 (ja) 一体型熱交換器の製造方法およびその一体型熱交換器
US20160223264A9 (en) Compact aluminium heat exchanger with welded tubes for power electronics and battery cooling
US7967032B2 (en) Entrance/exit piping structure for intercooler and intercooler

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)