CN101581546A - 热交换器支持件和组装热交换器的方法 - Google Patents

热交换器支持件和组装热交换器的方法 Download PDF

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CN101581546A CN200910135291.4A CN200910135291A CN101581546A CN 101581546 A CN101581546 A CN 101581546A CN 200910135291 A CN200910135291 A CN 200910135291A CN 101581546 A CN101581546 A CN 101581546A
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托马斯·J·瑞斯三世
史蒂文·P·密斯凯
凯瑟琳·R·伯劳恩
大卫·W·马斯特
查尔斯·M·瑞斯涛
布莱恩·P·吉尔纳尔
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Abstract

本发明涉及热交换器支持件和组装热交换器的方法，该热交换器包括包含限定流体流动路径的多个堆叠的管的热交换器核心、基本围绕热交换器核心的外壳以及弹性构件，弹性构件定位于热交换器外壳与热交换器核心之间，并可以变形以允许热交换器核心和外壳中的一者相对于热交换器核心和外壳中的另外一者以至少两个基本垂直的方向移动。

Description

热交换器支持件和组装热交换器的方法
技术领域
本发明涉及热交换器，更具体地说，涉及悬臂热交换器。
发明内容
在一些实施例中，本发明提供了一种热交换器。该热交换器包括包含限定流体流动路径的多个堆叠的管的热交换器核心、基本围绕热交换器核心的外壳以及弹性构件，其中弹性构件定位于热交换器外壳与热交换器核心之间，并可以变形以允许热交换器核心和外壳中的一者相对于热交换器核心和外壳中的另外一者在至少两个基本垂直的方向上移动。
在其他实施例中，本发明提供了一种悬臂热交换器。该悬臂热交换器包括外壳、热交换器核心以及定位于外壳与核心之间并邻近核心的第二端的弹性构件，其中该热交换器核心包括多个堆叠的管并且延伸通过外壳，将核心的第一端紧固以防止外壳与核心之间的相对移动。
在其他实施例中，本发明提供一种热交换器。该热交换器包括包含限定流体流动路径的多个堆叠的管的热交换器核心、基本围绕热交换器核心的外壳以及突出部，其从热交换器外壳和热交换器核心中的一者向外延伸，并且与在热交换器外壳和热交换器核心中的另外一者中相应地成形的凹陷部相接合，以适合在外壳中支持核心的一端时以至少两个基本垂直的方向相对移动。
在其他实施例中，本发明提供了一种组装热交换器的方法。该组装热交换器的方法包括以下动作：在外壳中将热交换器核心定位，在核心的远侧端与外壳的内部之间将弹性构件定位，通过选择性地使在核心与外壳之间的弹性构件变形，以适合核心的远侧端相对于外壳的移动。
附图说明
图1为实施本发明的热交换器的核心的立体图、
图2为图1的热交换器的核心、入口/出口歧管的部分以及用于热交换器的外壳的分解立体图。
图3为外壳内部的图1的热交换器的核心的截面图。
具体实施方式
在详细解释本发明的实施例之前，应该理解本发明的应用不限于在以下描述中阐述的以及在附图中示出的构造的细节以及组件的布置。本发明可以适合于其他实施例并且适合于以各种方式实施或者实现。同样，应该理解这里所使用的措词和术语是以描述为目的并且不应该被认为是限制。这里使用的“包括”、“包含”、“具有”以及其变化是表示包括其后所列的项目、其等价物以及其他项目。除非进行说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支持”、“接合”以及其变化都被宽泛地使用并且包括直接或间接地安装、连接、支持以及接合。此外，“连接”或“接合”不限于实体地或机械地连接或接合。
图1-3示出了根据本发明的一些实施例的热交换器10。在一些实施例中，包括图1-3示出的实施例，热交换器10可以作为废气再循环冷却器(EGRC)而工作，也可作与未示出的具有内燃机的车辆的排气系统一同工作。在其他实施例中，热交换器10可以被用作其他(例如非车辆)应用，诸如，例如用于电子冷却器、工业设备、建筑物加热器以及空气调节器等。在一些应用中，热交换器10可以起到诸如冷却器、冷凝器、散热器、换热器或蒸发器等功能。此外，应该认识到本发明的热交换器可以具有多种形式，采用大范围的材料并可以被结合进各种其他系统中。
在操作过程中，如以下非常详细地说明的，热交换器10可以将热量从高温的第一工作流体(例如，废气、水、发动机冷却剂、CO2、有机制冷剂、R12、R245fa以及空气等)传递到低温的第二工作流体(例如，水、发动机冷却剂、CO2、有机制冷剂、R12、R245fa以及空气等)。此外，虽然这里涉及在两种工作流体之间传递热量，但是在本发明的一些实施例中，热交换器10可以工作在三种或更多种流体之间传递热量。可选择地或者此外，热交换器10可以作为换热器而工作并且可以将热量从加热回路的高温位置传递到同一个加热回路的低温位置。在一些这种实施例中，热交换器10可以将热量从流动通过热交换回路的第一部分的工作流体传递到流动通过热交换回路的第二部分的相同工作流体。
图1-3中示出的热交换器10包括热交换器核心14，其包括许多相邻并基本地平行的管18、管座22、返回箱26、冷却剂分隔件30以及沿着管18定位的隔板34。热交换器核心14可以包括第一或近侧端16以及第二或远侧端17。在热交换器核心14包括返回箱26的实施例中，诸如图1-3所示出的实施例中，返回箱26可以至少部分地限定热交换器核心14的远侧端17。热交换器核心14或者热交换器核心的至少一部分被支持在外壳38中。
如图1-3所示，热交换器10限定用于第一工作流体的第一流动路径(在图3中由箭头20表示)以及用于第二工作流体的第二流动路径(在图1中由箭头24表示)，并且第一与第二流通路径20、24被分开，由此防止第一工作流体进入第二流通路径24以及由此防止第二工作流体进入第一流通路径20。更具体地，如图3所示，管18的每个都可以被紧固到管座22上，因此流动通过热交换器10的第一工作流体进入第一组管(即，图3中的三个较低的管18)，沿着第一通路流动通过热交换器核心14，经过返回箱26，进入第二组管(即，图3中四个较高的管18)，沿着第二通路流动通过热交换器核心14，并且保持与流动通过热交换器10的第二工作流体的隔离。
第二工作流体进入限定于外壳38的内壁与热交换器核心14之间的内部空间，并且在通过出口(未示出)离开热交换器10之前沿着第二流动路径24流动。在图1-3示出的实施例中，第二流动路径24延伸通过管18的外部表面并且围绕冷却剂分隔件30以及隔板34迂回，因此，可以在沿着第一流动路径20流动通过热交换器核心14的第一流体与沿着第二流动路径24流动通过热交换器外壳38的第二流体之间传递热量。
在一些实施例中，管18可以由铝、钢、铁或其他金属制成，但是管座22可以为塑料的。虽然这种材料的结合提供独特的性能结果，但是其他材料或材料组合也是可能的。例如，在其他实施例中，核心14和管座22都可以由塑料构成。可选择地，在其他实施例中，管座22由一种或更多种金属构成，而核心14由塑料构成。在示出的实施例中，返回箱26为金属的。可选择地，在其他实施例中，返回箱26或返回箱26的一部分可以为塑料的。
如图1-3所示，可以以悬臂方式将核心14支持在外壳38中，因此核心14的远侧端17可以相对于外壳38移动。外壳38可以由铸铝或铁、成形的片铁、塑料或类似的外壳材料构成。可选择地，外壳38或外壳38的一部分可以由具有更大弹性的材料构成，诸如，例如塑料。图2和图3中示出的外壳38具有平坦的外部表面并且被设置为与入口/出口歧管12的外部部分相接合。但是，在其他实施例中，外壳38可以具有产生不平坦的外部表面的凸块、脊或其他突出体。
如图2所示，管座22可以被紧固到入口/出口歧管12，并且可以在管座22、入口/出口歧管12的外部部分以及外壳38之间形成密封件。以此方式，防止核心14的近侧端16相对于外壳和/或管座22的移动。
冷却剂分隔件30轴向地沿着核心14的长度在核心14的近侧端与远侧端16，17之间延伸，并且其中设置冷却剂分隔件30以分隔热交换管18，以便于限定通过核心14的第一和第二通路。例如，在图3示出的实施例中，分隔件30限定沿着下方的三个管18通过核心14的第一通路以及沿着上方的四个管18通过核心14的第二通路。如图1和图2所示，梳状隔板34沿着核心14的长度定位在核心14的相反侧，以在核心14的外部以及外壳38的内部之间限定迂回流通路径。隔板34也可以或者可选择地在外壳14中支持管18并且保持管18之间所期望的相对间隔。
在一些实施例中，冷却剂分隔件30和/或隔板34可以从核心14向外延伸并且接触外壳30的内部。在一些这种实施例中，在适应核心14相对于外壳38的热膨胀和/或吸收振动的同时，冷却剂分隔件30和/或隔板34可以在外壳38内部支持核心14的远侧端17。在一些这种实施例中，冷却剂分隔件30和/或隔板34也可以适应核心14沿轴向的移动(即，在基本上平行于图1中的轴A的方向上)。可选择地或此外，冷却剂分隔件30和/或隔板34也可以适应核心14相对于外壳38在基本上垂直于轴A的方向上的移动。在其他实施例中，当核心14的一侧(例如，上侧)与相反侧(例如，下侧)经受不同的热膨胀、造成核心14相对于外壳14弯曲或扭转时，冷却剂分隔件30和/或隔板34也可以适应核心14相对于外壳38的旋转移动。核心相对于外壳的移动可以沿着任何方向、平面和/或弧形。在外壳相对于核心移动的实施例中，移动可以沿着任何方向、平面和/或弧形。
在冷却剂分隔件30和/或隔板34在外壳38内部支持核心14的一些实施例中，冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部末端可以向外延伸并与外壳38的内壁相接合。在一些这种实施例中，冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部边缘可以至少部分地由弹性材料(例如橡胶、塑料等)所覆盖，以适应核心14相对于外壳38的移动和/或吸收震动。
在其他实施例中，冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部边缘可以弯曲回来并且依托于外壳38的内部表面。以此方式，可以使冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部边缘压缩或膨胀以适应核心14相对于外壳38的移动。以此方式，由弯曲的外部边缘所提供的弹性可以作为弹簧。同样，冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部边缘可以摩擦接触的方式沿着外壳38的内壁移动，即使当热膨胀使得核心14移动得靠近或远离外壳38的内壁的部分时，也可以防止流体在外壳38的内壁与冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部边缘之间移动。
在其他实施例中，弹性材料可以被紧固到冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部边缘，并且冷却剂分隔件30和/或隔板34的外部边缘可以安装或部分地安装在凹槽中以适应热交换器核心14的纵向膨胀，其中该凹槽沿着外壳38的内壁形成。
如图1和图3所示，返回箱26可以包括向外延伸的突出部42。突出部42可以为从返回箱26的外部突出或否则向外延伸的任何形状或尺寸。在图1-3示出的实施例中，突出部42被成形于返回箱26中。在其他实施例中，突出部42可以被焊接、锡焊或者铜焊到返回箱26上。
在图1和图3示出的实施例中，突出部42从返回箱26的一端向外延伸。在其他实施例中，突出部42可以定位在沿着返回箱26外部的其他位置，诸如，例如在返回箱26的上表面、下表面、左侧或右侧上。在其他实施例中，可以从返回箱26的相同或不同侧或表面向外延伸。在一些这种实施例中，一个突出部42可以位于返回箱26的第一表面(例如，左侧)，而另一个突出部42可以位于返回箱26相反的表面(例如，右侧)。
在图1-3示出的实施例中，设置为将突出部42接收或至少部分地接收在凹陷部50中，其中凹陷部50形成在外壳38的内壁中。在其他实施例中，可以将突出部42接收或至少部分地接收在凹陷部中，其中凹陷部形成在紧固在外壳38的内壁的元件(例如，延伸到外壳38内部的衬垫、扣件等)中。
如图3所示，弹性构件46被支持在凹陷部50中并设置为匹配地接收突出部42，以便于支持突出部42以及热交换器核心14的远侧端17。在示出的实施例中，弹性构件46为由塑料、橡胶或类似有弹性或者能发生形变的材料构成的垫圈。但是，在其他实施例中，弹性构件46可以由金属或其他刚性材料构成并且可以被成形以产生弹簧的效果。
弹性构件46可以变形，以在至少两个基本垂直的方向上，并且在一些实施例中，在三个基本垂直的方向上，允许热交换器核心14相对于外壳38移动并且适应震动和/或热膨胀。同样，在一些实施例中，弹性构件46的硬度足够高，在允许限制热交换器核心14相对于外壳38的移动的同时，使得弹性构件46与突出部42之间的接合支持热交换器核心14的远侧端17。
在其他实施例中，返回箱26可以具有被设置为安置在凹陷部或多个凹陷部50中的两个、三个或更多突出部42，其中凹陷部或多个凹陷部50形成在外壳38的内壁上或者在外壳38的内壁上被支持的元件上。在一些这种实施例中，具有不同硬度的弹性构件46可以被支持在每个凹陷部50中。在其他实施例中，每个凹陷部50都可以支持一个弹性构件46并且所有的弹性构件46都可以具有相同的硬度。
在其他实施例中，可以采用相反设计，其中突出部42从外壳38的内壁向内延伸并且进一步被设置为被接收进支持在凹陷部50中的弹性构件46中的开口中。在其他实施例中，多个突出部42可以从返回箱26和外壳38一起延伸，并且垫圈、套筒、套管或类似弹性构件46可以提供多个突出部42之间的干涉。在一些这种实施例中，多个突出部42都可以由弹性材料构成或覆盖。在其他实施例中，定位于多个突出部42之间的插入件也可以或可选择地由弹性材料构成或覆盖，以适应多个突出部42之间的相对移动和/或吸收震动。
在其他实施例中，返回箱26和外壳38可以为基本地平面的，并且垫圈、衬垫或类似弹性构件46可以提供返回箱26与外壳38之间的干涉。在一些这种实施例中，可以邻近或至少部分地邻近返回箱26的外部表面安置弹性构件46。可选择地或此外，弹性构件46可以至少部分地被接收进围绕返回箱26和/或外壳38的内壁的凹陷部50中，以在吸收震动和/或允许返回箱26与外壳39之间相对移动的同时，将弹性构件46保持在期望的位置。
在其他实施例中，其中返回箱26可以成形有模压的头式样以帮助引导沿着第一流动路径20流动通过返回箱26的流体(例如，排气)，以及使垫圈、衬垫或类似弹性构件46固定在返回箱26的外部表面上、返回箱26的外部表面与外壳38的内壁之间。可选择地，在其他实施例中，在热交换器核心14与外壳38之间除去弹性构件46之外或没有任何弹性构件46，可以将干涉配合件保持在热交换器核心14与外壳38之间。
在可选择的实施例中，可以穿过外壳38将扣件插入以挤压或否则干涉返回箱26并提供对于热交换器核心14的支持，其中扣件诸如例如螺旋件、钉子、铆钉、栓、柱、夹子、夹具、内部接合的元件以及这种扣件的任何结合。在一些实施例中，扣件可以包括弹性的外部或者至少部分地由弹性材料所覆盖。
在其他实施例中，扣件或中空突出部可以从返回箱26朝向外壳38的内壁向外延伸，或者可选择地，扣件或中空突出部42可以从外壳38的内壁向内地朝向返回箱26延伸。在一些这种实施例中，设置在扣件或中空突出部42中的开口可以提供用于使流体离开热交换器核心14的备用出口或支路。在一些这种实施例中，设置在扣件或中空突出部42中的开口，可以基本地对准在返回箱26或外壳38上的开口，并且中空弹性构件46可以被安置在该开口与扣件或中空突出部42之间，以便于提供用于使流体离开热交换器核心14的备用出口或支路，其中该扣件或中空突出部42可以从返回箱26或者外壳38延伸。在一些这种实施例中，可以设置阀以控制通过这种备用出口或支路的流量。在如上所述由弹性材料形成或至少部分地覆盖扣件或中空突出部42以适应热交换器核心14与外壳38之间的相对移动的同时，这种备用出口或支路也可以或可选择地起到凝结阱(condensation trap)的作用。
虽然这里涉及了沿着返回箱26定位的突出部42被接收进沿着外壳38的内壁形成的凹陷部50中，以及从外壳38向内地延伸的突出部42被接受进沿着返回箱26形成的凹陷部50中，但是，在本发明的实施例中，突出部42也可以或者可选择地从沿着热交换器核心14的其他位置向外延伸(诸如，例如从管18延伸)，并被接收进沿着外壳的内壁定位的凹陷部50中。可选择地或此外，突出部42可以从外壳的内壁38向内延伸，以被接收进沿着热交换器核心14的其他部分(诸如，例如管18)形成的凹陷部50中。类似地，可以穿过外壳将扣件插入38以挤压或否则干涉热交换器核心14的其他部分，诸如，例如管18，其中扣件诸如例如螺旋件、钉子、铆钉、栓、柱、夹子、夹具、内部接合的元件以及这种扣件的任何结合。同样地或可选择地，垫圈、套筒、套管或类似弹性构件46可以定位在热交换器核心14的其他部分与外壳38的内壁之间，以适应相对移动和/或吸收或部分地吸收震动。
在一些这种实施例中，可以形成不具有返回箱26的热交换器核心14。在这些实施例中，热交换器核心14的管18中的每个都可以基本上成形为U形，因此流动通过第一流动路径20的流体至少沿着第二通路流动通过热交换器核心14。在一些这种实施例中，管座22可以被紧固到热交换器核心14的远侧端17，并且管座22可以与围绕外壳38的内壁安置的一个或更多弹性构件46相接合，在同样适应热交换器核心14与外壳38之间的相对移动和/或吸收震动的同时，可以支持或至少部分地支持热交换器核心14的远侧端17。
上面描述并在图中示出的实施例仅通过示例的方式来表示，并且不应作为对本发明的概念和理论的限制。因此，本领域的技术人员应该理解，在不超出本发明的范围内，可能有元件及其结构和排列中的各种改变。在如所述本发明的一个或更多独立方面的范围和精神内存在变化和修改。在权利要求书中阐述了本发明的各种特征以及优点。
本专利申请要求提交于2008年5月12日的题为“热交换器支持以及组装热交换器的方法”的美国临时专利申请序列号No.61/052,299的优先权，并将其全部内容通过应用结合在这里。

Claims (31)

1.一种热交换器，包括：
热交换器核心，其包括限定流体流动路径的多个堆叠的管；
外壳，其基本围绕所述热交换器核心；
弹性构件，其定位于所述热交换器外壳与所述热交换器核心之间，并可以变形以允许所述热交换器核心和所述外壳中的一者相对于所述热交换器核心和所述外壳中的另外一者在至少两个基本垂直的方向上移动。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述核心包括返回箱，其连接相邻的所述管的部分以限定所述流通路径的基本上U形的部分。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述弹性构件定位在所述返回箱上。
4.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述返回箱位于所述核心的远侧端。
5.根据权利要求2所述的热交换器，其中，所述外壳和所述返回箱中的一者包括向外延伸的突出部，并且所述外壳和所述返回箱中的另外一者限定凹陷部，将所述凹陷部设置为接收所述突出部。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其中，所述弹性构件定位于所述凹陷部中，并且能够与所述突出部相接合。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述弹性构件从所述外壳向外延伸。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述热交换器为废气再循环冷却器。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述热交换器核心和所述外壳中的一者可以在基本上与所述至少两个方向都垂直的第三方向上移动。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述热交换器核心和所述外壳中的一者在所述两个方向之一上的移动沿着弧形。
11.一种悬臂热交换器，包括：
外壳；
热交换器核心，其包括多个堆叠的管并且延伸通过所述外壳，将所述核心的第一端紧固以防止所述外壳与所述核心之间的相对移动；
弹性构件，其定位于所述外壳与所述核心之间，并邻近所述核心的第二端。
12.根据权利要求11所述的悬臂热交换器，其中，所述热交换器核心的第二端可以相对于所述外壳，在基本平行于所述多个堆叠的管中至少一个管的长度的第一方向上移动，以及在基本垂直于所述第一方向的第二方向上移动，以适应所述核心的热膨胀和震动中的至少一者。
13.根据权利要求11所述的悬臂热交换器，其中，所述弹性构件从所述热交换器外壳和所述热交换器核心中的一者向外延伸，并且与在所述热交换器外壳和所述热交换器核心中的另外一者中相应地成形的凹陷部相接合，以适合在所述外壳中支持所述核心的第二端时的相对移动。
14.根据权利要求11所述的悬臂热交换器，其中，所述弹性构件至少部分地围绕从所述热交换器外壳和所述热交换器核心中的一者向外延伸的突出部，并且可以与所述热交换器外壳和所述热交换器核心中的另外一者中相应地成形的凹陷部相接合，以适合在所述外壳中支持所述核心的第二端时的相对移动。
15.根据权利要求11所述的悬臂热交换器，其中，所述核心包括返回箱，其连接相邻的所述管的部分以限定所述流通路径的基本上U形的部分。
16.根据权利要求15所述的悬臂热交换器，其中，所述弹性构件定位在所述返回箱上。
17.根据权利要求11所述的悬臂热交换器，其中，所述热交换器为废气再循环冷却器。
18.根据权利要求12所述的悬臂热交换器，其中，所述热交换器核心和所述外壳中的一者可以在基本上与所述至少两个方向都垂直的第三方向上移动。
19.一种热交换器，包括：
热交换器核心，其包括限定流体流动路径的多个堆叠的管；
外壳，其基本围绕所述热交换器核心；
突出部，其从所述热交换器外壳和所述热交换器核心中的一者向外延伸，并且与在所述热交换器外壳和所述热交换器核心中的另外一者中相应地成形的凹陷部相接合，以在至少两个基本垂直的方向上适合在所述外壳中支持所述核心的一端时的相对移动。
20.根据权利要求19所述的热交换器，其中，所述核心包括返回箱，其连接相邻的所述管的部分以限定所述流通路径的基本上U形的部分。
21.根据权利要求20所述的热交换器，其中，所述返回箱位于所述核心的所述端。
22.根据权利要求19所述的热交换器，其中，所述热交换器为废气再循环冷却器。
23.根据权利要求19所述的热交换器，其中，所述热交换器核心和所述外壳中的一者可以在基本上与所述至少两个方向都垂直的第三方向上移动。
24.根据权利要求19所述的热交换器，还包括定位于所述突出部与所述凹陷部之间的弹性构件。
25.根据权利要求19所述的热交换器，其中，所述突出部至少部分地由弹性材料构成。
26.根据权利要求19所述的热交换器，其中，所述热交换器核心和所述外壳中的一者在所述两个方向之一上的移动沿着弧形。
27.一种组装热交换器的方法，所述方法包括以下动作：
将热交换器核心定位在外壳中；
将弹性构件定位在所述核心的远侧端与所述外壳的内部之间；
通过选择性地使在所述核心与所述外壳之间的所述弹性构件变形，以适合所述核心的远侧端相对于所述外壳的移动。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述弹性构件基本地围绕突出部，所述突出部从所述热交换器外壳与所述热交换器核心中的一者向外延伸。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述弹性构件可以变形，以允许所述热交换器核心和所述外壳中的一者相对于所述热交换器核心和所述外壳中的另外一者在至少两个基本垂直的方向上移动。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述热交换器核心和所述外壳中的一者可以在基本上与所述至少两个方向都垂直的第三方向上移动。
31.根据权利要求27所述的方法，其中，所述弹性构件可以变形，以允许所述热交换器核心和所述外壳中的一者相对于所述热交换器核心和所述外壳中的另外一者的移动在第一方向和第二方向上沿着弧形。
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