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

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10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示出了机油流动方向，箭头B则表示了与机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，冷却剂和机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1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除了用于冷却机油外还有其它应用。

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沫铝，或者在某些应用中仅在发动机冷却剂通道中使用泡沫铝。在另一种实施方式中，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，例如根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。所述挤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并被定向成与挤压件34的前表面36和后表面垂直。从而，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，每个挤压部分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中的机油和通道50中的发动机冷却剂之间提供了用于进行热交换的相对较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32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。此处描述的热交换器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湍流。

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℃，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℃，其可以进一步在大约570℃到大约630℃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200℃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℃到大约630℃)。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性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，例如可以从纽约Valley Cottage的Aremco获得的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℃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使用，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地变形。最后，铜焊倾向于在不同部件之间提供比某些焊接或锡焊连接更坚固的连接。

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。尽管本发明讨论了适合制造根据本发明的热交换器的铜焊材料和技术，但需要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清楚。

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℃到大约630℃的范围内的阶段中一起加热，所述方法还包括：

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。

8.一种用于冷却内燃机系统(10)中的机油的方法，其包括以下步骤：

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)的导热材料在高温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。

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