CN102759283A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于车辆的热交换器。该热交换器包括壳体，该壳体的一部分限定穿过热交换器的冷却剂通道的边界，壳体包括具有层结构的相反的第一侧和第二侧，第一侧被定位在车辆边缘并且包括比第二侧多的层数。该热交换器还包括流体地联接于冷却剂通道的冷却剂进口和出口。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器。
背景技术
在车辆中使用诸如散热器的热交换器来排出在发动机内循环的发动机冷却剂的热。热交换器可以利用车辆运动产生的循环空气将热从热交换器传递给周围环境。为了增加循环的空气流以及因此的热传递速率，热交换器可靠近车辆的边缘定位，例如在车辆的格栅中。但是，热交换器可能被道路碎石或碰撞的撞击损坏。
因此，已经尝试遮护热交换器以减少撞击损坏的可能性。例如，一种用于车辆的遮护的热交换器在US 2010/0089546中公开。该热交换器包括靠近热交换器的边缘定位的遮护槽。该遮护槽用作提供改善撞击抵抗性的撞击屏障。
但是，本发明人已经认识到在US 2010/0089546中公开的热交换器的若干缺点。遮护槽可能不能提供足够的加强以保护热交换器免受外部因素诸如道路碎石的撞击。还有，复杂的冷却剂通道结构对于制造和修理可能是高成本的。
发明内容
因此，在一种方法中提供用于车辆的热交换器。该热交换器包括壳体，该壳体的一部分限定穿过该热交换器的冷却剂通道的边界并且，该壳体包括对置的第一侧和第二侧，每一侧均具有层结构，第一侧靠近车辆的边缘定位并且包括比第二侧多的层数。该热交换器还包括流体地联接于车辆冷却剂通道的进口和出口。
以这种方式，热交换器的暴露部分的结构整体性通过该热交换器的第一侧的多层被加强。结果，由于被道路碎石，碰撞和其他外部因素的撞击引起的热交换器损坏的可能性被减少。
而且，在一些实施例中，第一侧和/或都二侧的层可被折叠，并且壳体可以用连续材料体(contimuous piece of material)形成，因而与诸如挤压成形的其他构造技术相比能够减少热交换器的制造成本。还有，应当明白，壳体的第一侧的层数可在制造期间被调节，以提供用于不同车辆设计的期望加强量。例如，在需要增加加强的车辆中层数可被增加。以这种方式，热交换器可以用在广泛范围的车辆中，从而增加热交换器的适用性，并且因此增加市场吸引力。
在另一实施例中，用于车辆的热交换器包括用连续可延展材料体形成的壳体，该壳体的一部分限定穿过该热交换器的冷却剂通道的边界，该壳体包括相反的第一侧和第二侧，每一侧均具有层结构，该第一侧位于车辆边缘并且包括比第二侧多的层数；流体地联接于穿过发动机的一个或多个冷却剂通道的进口和出口。该热交换器还包括第二壳体，该第二壳体的一部分限定穿过该热交换器的第二冷却剂通道的边界，该第二壳体包括相反的第一侧和第二侧，每一侧均具有层结构，第一侧靠近车辆前部定位并且包括比第二侧多的层数；在第一壳体和第二壳体之间延伸的至少一个翼片。
在另一示例中，该壳体的一部分限定穿过该热交换器的第二冷却剂通道的边界，该第二冷却剂通道邻近第二侧定位。
在另一实施例中，垂直于冷却剂流动的总体方向的冷却剂通道截面是非圆的。
在另一实施例中，该壳体用可延展的材料构造。
在另一实施例中，用于车辆的热交换器包括用连续材料体形成的壳体，该壳体的一部分限定穿过该热交换器的冷却剂通道的边界，该壳体包括相反的第一侧和第二侧，每一侧均具有层结构，第一侧在车辆边缘定位并且包括比第二侧多的层数；流体地联接于穿过发动机中的汽缸体和/或汽缸盖的一个或多个冷却剂通道的冷却剂进口和出口。
在另一实施例中，第一侧的层被折叠并且处于共享面接触(facesharing contact)状态。
在另一实施例中，该热交换器还包括第二壳体，该第二壳体的一部分限定穿过该热交换器的第二冷却剂通道的边界，该第二壳体包括相反的第一侧和第二侧，每一侧均具有层结构，第一侧靠近车辆边缘定位并且包括比第二侧多的层数。该热交换器还包括在第一和第二壳体之间延伸的至少一个翼片。
提供上面的概述是以简化的形式引进选择的构思，这种构思在具体实施例中进一步描述。该概述既不想要指明所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不想要用来限制所要求保护主题的范围。此外，所要求保护的主题不限于解决本公开的任何部分指出的任何或全部缺点的实施方式。
附图说明
图1示出包括热交换器和发动机的车辆的示意图。
图2示出包括图1所示的热交换器的示例车辆的插图。
图3示出图1和图2所示的热交换器的第一实施例的剖视图。
图4示出图3所示的热交换器的第一实施例的透视图。
图5-图8示出图1和图2所示的热交换器的另一实施例的剖视图。
图9示出用于操作车辆中冷却系统的方法。
具体实施方式
在此公开了具有增强的结构整体性的热交换器。该热交换器可包括壳体，该壳体的一部分限定穿过该热交换器冷却剂通道的边界，该壳体包括相反的第一侧和第二侧，每一侧均具有层结构，第一侧在车辆边缘定位并且包括比第二侧多的层数。以这种方式，热交换器的结构整体性通过在希望的区域(例如，热交换器的前部)增加壳体的厚度而增强。结果，由于外部撞击引起的热交换器的损坏的可能性可被降低，因而增加热交换器的耐用性和寿命。而且，在一些实施例中，第一侧和/或第二侧的层可被折叠并且壳体可用连续材料体构造，因而与诸如挤压成形的构造技术相比降低了热交换器的制造成本。
图1示出包括发动机12或其他合适的马达和热交换器14的车辆10的示意图。该发动机可以是诸如内燃发动机的合适的发动机。可替代地地，车辆可以包括具有内燃机和电动机的混合动力电传动系。示例性混合动力传动系包括并联混合动力发动机和串联混合动力发动机，在并联混合动力发动机中内燃机和电动机能够经过变速器传递机械动力至车轮，在串联混合动力发动机中，内燃机用作发电机以驱动电动机。在又一示例中，车辆可包括仅电动(electirc-only)的传动系，其中热交换器为电动机、电池或其组合提供冷却。
车辆10还包括进气系统16和排气系统18。但是，当电动机被用在车辆10中时，车辆中可不包括进进气和排气系统。进气系统16可被构造成向发动机提供用于燃烧的空气。同样，排气系统18可被构造成接收来自发动机的排气。箭头15描绘进入发动机12中的进气流，箭头17描绘进入排气系统18的排气流。发动机12可包括具有进气门(未示出)和排气门(未示出)的至少一个燃烧室19。该发动机可被构造成燃烧燃料，以产生用于车辆的驱动力。而且，发动机可包括形成至少一个燃烧室19的汽缸盖20和汽缸体22。
如所示出的，至少两个冷却剂导管(例如，进口冷却剂导管24和出口冷却剂导管26)可以流体地联接于热交换器14。进口冷却剂导管24和出口冷却剂导管26可相应地联接于热交换器14中的冷却剂进口28和冷却剂出口30。冷却剂进口可被构造成使冷却剂流进热交换器，而冷却剂出口可被构造成使冷却剂流出热交换器。以这种方式，冷却剂可循环穿过该热交换器14。
热交换器14可被流体地联接于穿过发动机12、进气系统16和/或排气系统18的一个或多个冷却剂通道25。如所描绘的，热交换器经由进口冷却剂导管24和出口冷却剂导管26流体地联接于发动机。具体说，在一些示例中，穿过发动机12的冷却剂通道25可被包括在汽缸体22和/或汽缸盖20中。因此，冷却剂通道25可穿过汽缸盖和/或汽缸体。汽缸体22中的冷却剂通道可被称作汽缸体冷却套。同样地，汽缸盖20中的冷却剂通道可被称作汽缸盖冷却套。以这种方式，在发动机运行期间产生的过多的热可被传递至冷却剂通道25中的工作流体，并且随后通过热交换器14消散。额外地或可替代地，冷却剂进口和出口导管可被流体地联接于进气系统和/或排气系统中的冷却剂通道。该冷却剂通道可包括中间冷却器、排气再循环冷却器(EGR)等。
图2示出热交换器14可被设置其中的示例性车辆10。在图2中的热交换器14被示意地示出。如所示的，热交换器14可靠近车辆10的边缘定位。具体说，热交换器可被定位在车辆的前部。车辆的前部可被定义为：当沿着向前的方向被驱动时车辆邻近车辆前边缘的一侧。
图3-图8示出图1和图2所示的热交换器14的各种实施例。图3-图8中的视图是剖视图。因此应当明白，限定图3-图8的剖面的剖切面垂直于热交换器中的总体冷却剂流动。换句话说，在热交换器14运行期间，冷却剂-可以流进或流出页面，或者反之亦然。图3-图8所描绘的热交换器14的各种实施例与以前的诸如用单层壳体构造的热交换器的热交换器设计相比具有若干优点。益处包括增加的耐用性以及低制造成本。
现在参考图3，它示出热交换器14的第一实施例的剖视图。如所示出的，热交换器14可包括第一壳体300，第一壳体的一部分限定穿过热交换器14的冷却剂通道301的边界。应当明白图3所示剖视图基本垂直于冷却剂穿过冷却剂通道301的流动。如所示出的，冷却剂通道301是非圆形的。但是，在其他实施例中，冷却剂通道可以是圆形的。第一壳体300对应地包括相反的第一侧302和第二侧304。第一壳体300可以用诸如钢、铝等合适的材料构造。而且，材料可以是可延展的，便于在制造期间弯曲和折叠。
第一侧302具有层结构。例如，第一侧302可包括第一壳体300的多层306。在所描绘的实施例中，第一壳体300用单个连续材料体形成。下面的构造技术可以用来构造第一壳体300。第一壳体300的第一端309被折叠以形成两层311。然后，第一壳体300的第二端313被折叠并且联接于第一个两层311，形成第三层315。以这种方式，第一壳体300的第一侧302可以用三层形成。应当明白，第一侧302的层(311和315)可以通过诸如焊接、粘接等合适的技术连接。具体说，在所描绘的实施例中，第三层315的一侧303与两层311中的一层的一侧305处于共面接触状态并联接(例如焊接、粘接等)于两层311中的一层的一侧305。以这种方式，冷却剂通道301可被密封以降低冷却剂渗漏的可能性。此外，两层311和第三层以共面接触的方式被定位并且相互邻接。但是，在其他实施例中，可用其他的构造技术。例如，第一壳体300的第一端309和第二端313可以邻接并联接(例如，焊接、粘接等)以形成冷却剂通道301。
此外，第一侧302具有比第二侧304多的层数。因此，第二侧304也具有层结构。应当理解，层结构可包括单层结构。具体说，如图3所示，第一侧302具有三层而第二侧304具有单层。在这种实施例中，第一侧的厚度T1可以是第二侧厚度T2的三倍。但是，其他结构也是可能的，如本文中参考图5-图6更详细地描述的。当被定位在车辆10中时，第一壳体300的第一侧302可被暴露在外面，使得它容易受到碎石、碰撞等的撞击。通过增加第一侧302的层数可增加第一侧的耐用性。以这种方式，由于道路碎石或碰撞引起的撞击损坏的可能性被明显减少。结果，可以增加热交换器14的寿命。
第一壳体300还对应地包括第三侧308和第四侧和310。第三侧和第四侧(308和310)也可以具有比第一侧302少的层。应当明白，第一侧可以是暴露在外面的唯一的一侧，而第二侧、第三侧和第四侧可以通过车辆的结构被保护。因此，在一些实施例中，第二侧、第三侧和第四侧可以不需要和第一侧一样多的结构加强。但是，在其他实施例中，第二侧、第三侧和/或第四侧可以暴露在外面和/或包括用于增加耐用性的附加层。
图3还示出形成第二冷却剂通道314的第二壳体312。应当明白，第二壳体312可具有与第一壳体300相同的几何结构。但是，在其他实施例中，壳体的设计可以不同。例如，第一壳体300的第一侧302可包括3层，而第二壳体312的第一侧316可包括两层。而且，在其他实施例中热交换器14可不包括第二壳体312。
具体说，第二壳体312对应地包括相反的第一侧316和第二侧318。第二壳体312可以用诸如钢、铝等合适的材料构造。而且，材料可以是可延展的，便于在制造期间弯曲和折叠。但是在其他实施例中，材料可以是诸如塑料的非金属材料。应当明白在一些实施例中第一壳体300和第二壳体312可以用相同的材料构造。
类似于第一壳体300，第二壳体312的第一侧316具有层结构。也就是说，第一侧316可包括第二壳体312的多个层318。层可以通过诸如折叠的合适技术形成。此外，第一侧316具有比第二侧318多的层数。具体说，如图3所示，第一侧316具有三层而第二侧318具有单层。在这种实施例中，第一侧316的厚度T3可以是第二侧318的厚度T4的三倍。但是其他结构也是可能的，如下面参考图5至图6更详细地讨论的。
第二壳体312还对应地包括第三侧320和第四侧322。第三侧和第四侧(320和322)也可以具有比第一侧316少的层。应当明白第一侧可以是暴露在外面的唯一的一侧，而第二侧318、第三侧320和第四侧322可以通过车辆结构被保护。因此，在一些实施例中第二侧、第三侧和第四侧(318、320和322)可以不需和第一侧一样多的结构加强。但是，在一些实施例中，第二侧、第三侧和第四侧可以暴露在外面和/或包括用于增加耐用性的附加的层。
在所描绘的实施例中，第二壳体312通过单个连续材料体形成。为了构造层，第二壳体312可以通过类似于上面关于第一壳体300所描述的技术的构造技术折叠或弯曲。但是，在其他实施例中，第一壳体300和第二壳体312可以通过不同的技术构造。
如所示出的，至少一个翼片324可以在第一壳体300和第二壳体312之间延伸。应当明白在其他实施例中可以用多个翼片。翼片的数目可以根据壳体和翼片材料的性质以及车辆的冷却要求等来选择。
附加的翼片326和328可被分别联接于第一壳体300和第二壳体312。具体说，翼片328被联接于第一壳体300的第三侧308并且翼片328被联接于第二壳体312的第四侧322。在车辆运行期间空气可以流过翼片。结果来自热交换器14的热可以被驱散到周围环境中。
在一些实施例中，穿过第一冷却剂通道301的冷却剂的总体流动方向可与穿过第二冷却剂通道314的冷却剂的总体流动方向相反。但是，在其他实施例中通过第一和第二冷却剂通道(301和314)的冷却剂的总体流动方向可以是相同方向。
图4示出热交换器14的第一实施例的透视图。如所示出的，多个翼片400在第一壳体和第二壳体(分别是300和312)之间延伸。应当明白，图3所示的翼片324包括在多个翼片400中。此外，多个翼片402可以从第一壳体300延伸。图3所示的翼片326包括在多个翼片402中。同样，多个翼片404可以从第二壳体312延伸。图3所示的翼片328包括在多个翼片404中。
支撑结构406可被提供以将第一壳体300附接于第二壳体312，因而相对于第二壳体固定第一壳体的相对位置。但是，在其他实施例中热交换器14中可以不包括该支撑结构406。切面408限定图3所示的热交换器14的剖面。
图5-图8示出图3和图4所示的热交换器14中的第一壳体300的其他实施例。应当明白图3和图4所示的第二壳体312可具有和图5-图8所示的第一壳体300的实施例类似的结构。此外，图5-图8所示的第一壳体300的实施例可以包括对应于图3和图4所示的第一壳体300的实施例的部件，因此相似的部件相应地标记。
图5和图6示出热交换器14中的第一壳体300的第二和第三实施例。如所示出的，第一侧302的层数可被改变。具体说，第一侧302可以如图5所示包括两层或如图6所示可以包括四层。如图6所示折叠可设置在第一壳体300的相反侧上。但是，其他折叠设置也是可能的。应当明白，当第一壳体300具有基本相等的宽度时，该侧的厚度可以是包括在第一侧302中的层数的倍数。例如，在图5所描绘的热交换器的实施例中第一侧302的厚度T1可以是第二侧304的厚度T2的两倍。同样，在图6所描绘的热交换器的实施例中第一侧302的厚度T1可以是第二侧304的厚度T2的四倍。
图7示出热交换器14的另一实施例。如所示出的，第二侧304可以是弯曲的。应当明白在一些示例中弯曲半径R1可以是高度H1的一半。当热交换器14的第二侧304是弯曲的时，第一壳体300的褶皱数可以减少。结果，可以简化制造工序，并且因此可以降低制造成本。
图8示出具有第二冷却剂通道的热交换器的实施例。具体说，图8示出热交换器14的实施例，其中单个连续材料体被折叠以形成第一冷却剂通道301和第二冷却剂通道800。如图所示，第一冷却剂通道和第二冷却剂通道(301和800)之间的壁802包括两层804。
图9示出用于构造诸如上面所述的热交换器14的热交换器的方法。在步骤902，该方法包括折叠连续材料体以形成限定冷却剂通道的壳体，该壳体具有相反的第一侧和第二侧，第一侧具有比第二侧多的层数。然后，在步骤904，该方法包括焊接该多个层以密封冷却剂通道。在一些实施例中，方法900可以在步骤904之前包括折叠该材料体以形成邻接第二侧定位的第二冷却剂通道。这个步骤可以用来制造类似于图7中所示实施例的热交换器。在一些实施例中该方法还可包括步骤906、908和/或910。应当明白可以执行步骤906-910以制造类似于图3和图4所示热交换器14的实施例的热交换器。但是，在一些实施例中，该方法可以在步骤904之后结束。在步骤906，该方法可包括折叠第二连续材料体以形成第二壳体，该第二壳体的一部分限定穿过该热交换器的第二冷却剂通道的边界，该第二壳体具有相反的第一侧和第二侧，第一侧具有比第二侧多的层数。然后，在步骤908，该方法包括焊接该第二壳体的两层或更多层以密封第二冷却剂通道。在步骤910，该方法还包括将一个或多个翼片附接于第一壳体和第二壳体。
方法900与诸如挤压成形的其他方法相比提供若干优点。第一，用这种方法制造热交换器不昂贵。而且，制造工艺可被容易地修改以适应多种工程设计。以这种方式，热交换器的实用性可以扩大到具有不同冷却需要的多种不同的车辆。
应当明白，本文所公开的结构和/或方法在本质上是示例性的，并且这些具体的实施例或示例不被认为是限制性的，因为许多变型是可能的。本公开的主题包括这里公开的各种特征、功能、动作和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合，及其任何的和所有的等同物。

Claims (10)

1.一种用于车辆的热交换器，包括：
壳体，所述壳体的一部分限定冷却剂通道的边界，所述冷却剂通道穿过所述热交换器，所述壳体包括具有层结构的相反的第一侧和第二侧，所述第一侧被定位在车辆的边缘并且包括比所述第二侧多的层数；和
流体地联接于冷却剂通道的冷却剂进口和出口。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一侧和/或第二侧的层被折叠。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中所述壳体用连续材料体形成。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第二侧包括单层材料。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述冷却剂通道穿过发动机的一部分。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其中所述冷却剂通道穿过汽缸盖和/或汽缸体，所述汽缸盖和所述汽缸体形成至少一个燃烧室。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述热交换器还包括第二壳体，所述第二壳体的一部分限定第二冷却剂通道的边界，所述第二冷却剂通道穿过所述热交换器，所述第二壳体包括具有层结构的相反的第一侧和第二侧，所述第一侧被定位在车辆边缘并且包括比第二侧多的层数。
8.根据权利要求7所述的热交换器，还包括在所述第一壳体和所述第二壳体之间延伸的至少一个翼片。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述壳体的一部分限定穿过所述热交换器的第二冷却剂通道的边界，所述第二冷却剂通道被定位邻近所述第二侧。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述冷却剂进口和出口流体地联接于穿过发动机中的汽缸盖和/或汽缸体的冷却剂通道。
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