CN104061809A

CN104061809A - 热交换器

Info

Publication number: CN104061809A
Application number: CN201410092797.2A
Authority: CN
Inventors: M·J·兹玛; P·S·卡德尔; V·乔普拉; D·马宗达
Original assignee: Delphi Automotive Systems LLC
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2034-03-13
Also published as: US9631876B2; CN104061809B; KR20140114770A; EP2781869B1; EP2781869A1; US20140284033A1

Abstract

一种热交换器（10），包括：热交换器板对（12）的堆叠件，每个热交换器板对限定内部容积并包括入口（22）和出口（24），使得第一介质沿流动轴线（34）从入口流到出口。各入口（22）共同形成穿过堆叠件的入口集管（26），而各出口（24）共同形成穿过堆叠件的出口集管（28）。热交换器（10）还包括设置在相邻热交换器板对（12）之间并与之热接触的翅片阵列（14）。翅片阵列（14）限定相邻热交换器板对之间的流动通道（56），使得第二介质沿流动轴线（34）流动通过流动通道（56）。翅片阵列（14）的一端包括切除区域（62,64），该切除区域（62,64）使翅片阵列（14）的第一部分从入口集管（26）或出口集管（28）侧向定位。

Description

热交换器

本发明的技术领域

本发明涉及一种热交换器；更具体涉及一种具有用于流过第一介质的热交换器板对的堆叠件的热交换器，热交换器板对由用于限定流过第二介质的流动通道的翅片阵列分开；甚至更具体涉及这样的热交换器：其具有穿过堆叠的热交换器板对的入口集管和穿过堆叠的热交换器板对的出口集管，入口集管用于将第一介质引入每个热交换器板对，出口集管用于将第一介质从每个热交换器板对排出；以及再更具体涉及这样的热交换器：其中翅片阵列包括翅片切除区域，该翅片切除区域允许翅片阵列从入口集管和出口集管侧向定位以支承相邻热交换器板，同时允许第二介质围绕入口集管和出口集管流动以进入和排出每个流动通道。

背景技术

已知热交换器用于从第一介质向第二介质传热。在一实例中，热交换器可定位在内燃机的废气管道内。来自由内燃机产生的废气的热量可传递到另一介质，另一介质可例如仅用于升高进入车辆乘客车厢的空气的温度以使乘客舒适；使混合电动车的电池变暖，混合电动车使用电池来存储电能以在某些条件下提供或辅助混合电动车推进的电能；使车辆的传动系流体变暖以降低传动系流体的粘度，由此降低摩擦并改进燃料经济型；或者冷却可循环回到内燃机的废气。

Kammler等人的美国专利申请公开US2008/0223024A1示出用于冷却由内燃机产生的废气的这种热交换器的实例。Kammler等人的热交换器包括多根管，该多根管允许废气穿过其中。多根管中的每根穿过冷却剂套，液体冷却剂循环通过该冷却剂套。为了形成冷却剂套，每根管通过焊接密封到水套的一部分。这种热交换器可能难以制造且制造成本高昂，因为需要将每根管与水套内的相应孔对准并密封。此外，从废气到冷却剂的热传递可能较不令人满意。

等人的美国专利第6,293,337号示出了用于将由内燃机产生的热气的热量传递到水冷却剂的这种热交换器的另一实例。等人的热交换器包括堆叠的热交换器板，水冷却剂循环通过该堆叠的板。各热交换器板由废气所穿过的流动通道分开。各流动通道内可包括结构特征以改进与热交换器板内水冷却剂的热交换。热交换器板通过收集空间彼此连接。各流动通道穿过收集空间，并因此必须相对收集空间密封以防止水冷却剂逸出。这种热交换器可能难以制造且制造成本高昂，因为需要将每个流动通道与收集空间内的相应孔对准并密封。

需要这样一种热交换器，其减少或消除上述一个或多个缺点。

发明内容

简单来说，提供一种用于在第一介质与第二介质之间传递热量的热交换器。热交换器包括堆叠的热交换器板对，每个热交换器板对限定内部容积并包括用于将第一介质引入内部容积的入口和用于将第一介质排出内部容积的出口，使得第一介质沿流动轴线从入口流到出口。多个入口共同形成穿过热交换器板对的入口集管，而多个出口共同形成穿过热交换器板对的出口集管。热交换器还包括设置在相邻热交换器板对之间并与之热接触的翅片阵列。翅片阵列限定相邻热交换器板对之间的流动通道，使得第二介质沿流动轴线流动通过流动通道。翅片阵列的一端包括切除区域，该切除区域使翅片阵列的第一部分从入口集管或出口集管侧向定位。

附图说明

将参照附图进一步描述本发明，附图中：

图1是根据本发明的热交换器的立体图；

图2是图1的热交换器的一部分的分解立体图；

图3是穿过剖面线3-3截取的图1的热交换器的剖视图；

图4是穿过剖面线4-4截取的图1的热交换器的剖视图；以及

图5是图4的剖视图，箭头表示介质的流动。

具体实施方式

参见图1，示出用于在第一介质与第二介质之间交换热量的热交换器10的立体图。热交换器10包括堆叠的热交换器板对12，热交换器板对12由翅片阵列14彼此分开。如下文所述，第一介质流过热交换器板对12，也如下文所述，第二介质流过翅片阵列14。热交换器10可例如仅设置在机动车辆（未示出）的内燃机（未示出）的废气管道（未示出）内以将热量从由内燃机产生的废气传递到液体冷却剂。已通过废气温度升高的液体冷却剂随后可用于（仅作为示例）升高机动车辆的乘客车厢的温度以使乘客舒适；温暖混合电动车的电池，混合电动车使用电池来存储电能以在某些条件下提供或辅助混合电动车推进的电能；或者，温暖车辆的传动系流体以降低传动系流体的粘度，由此降低摩擦并改进燃料经济型。

将继续参照图1并还参照图2、图3和图4进一步描述热交换器板对12，图2示出由一个翅片阵列14分开的两个相邻热交换器板对12的分解立体图，该翅片阵列14与热交换器板对12热接触，图3示出热交换器10的垂直于每个热交换器板对12的剖视图；而图4示出热交换器10的平行于热交换板对12的剖视图。每个热交换器板对12包括两个热交换器板16，每个热交换器板16可具有匹配边缘18和由匹配边缘18界定的凹陷区域20。这样，当两个热交换器板16沿其相应匹配边缘18匹配在一起时，热交换器板对12经由凹陷区域12限定内部容积或流体通道。

热交换器板16包括从热交换器板对12向外突出的板入口22和板出口24。这样，当热交换器板对12堆叠在一起时，相邻热交换器板对12的板入口22密封地匹配，由此通过热交换器板对12的堆叠件形成入口集管26。类似地，当热交换器板对12堆叠在一起时，相邻热交换器板对12的板出口24密封地匹配，由此形成通过堆叠的热交换器板对12的出口集管28。热交换器板16、板入口22以及板出口24的界面可通过例如铜焊连结并密封。入口集管26的一端可连接到第一介质供给管道30，而入口集管26的另一端可能没有端口。类似地，出口集管28的一端可连接到第一介质返回管道32，而出口集管28的另一端可能没有端口。这样，通过第一介质供给管道30供给的第一介质经由入口集管26通入每个热交换器板对12。然后第一介质沿流动轴线34穿过每个热交换器板对12到达出口集管28，在该处第一介质通入第一介质返回管道32。尽管示出第一介质供给管道30和第一介质返回管道32位于热交换器10的同一侧上，但应理解，第一介质供给管道30和第一介质返回管道32可位于热交换器10的相反侧上。为了清楚起见，第一介质的流动路径由图3中第一介质流动箭头36示出（为了清除，仅选定的流动介质的流动箭头由附图标记标识）。

如图4最清楚示出的，入口集管26可横截面呈椭圆形。因此，入口集管26包括入口集管主轴线38，该入口集管主轴线38可大致平行于流动轴线34。入口集管26具有沿入口集管主轴线38以及沿流动轴线34的尺寸或宽度W₁。入口集管26还包括入口集管副轴线40，该入口集管副轴线40可大致垂直于入口集管主轴线38。入口集管26具有沿入口集管副轴线40的尺寸或长度L₁，因此，长度L₁沿垂直于入口集管主轴线38和流动轴线34的方向。在入口集管主轴线38与入口集管26的轴向面对翅片阵列14的周边的交点处限定入口集管象限点42。类似地，如图4最清楚示出的，出口集管28可横截面呈椭圆形。因此，出口集管28包括出口集管主轴线44，该出口集管主轴线44可大致平行于流动轴线34。出口集管28具有沿出口集管主轴线44以及沿流动轴线34的尺寸或宽度W₂。出口集管28还包括出口集管副轴线46，该出口集管副轴线46可大致垂直于出口集管主轴线44。出口集管28具有沿出口集管副轴线46的尺寸或长度L₂，因此，长度L₂沿垂直于出口集管主轴线44和流动轴线34的方向。在出口集管主轴线44与出口集管28的轴向面对翅片阵列14的周边的交点处限定出口集管象限点48。

现将继续参照图1-4描述翅片阵列14。翅片阵列14包括多个翅片50（为了清楚起见，仅选定的翅片14由附图标记标识）,多个翅片从翅片阵列入口端52沿与流动轴线34相同的大致方向延伸到翅片阵列出口端54。翅片50也在相邻热交换器板对12之间延伸，使得翅片50与相邻的热交换器板对12热接触，因此翅片50限定相邻热交换器板对12之间的流动通道56（为了清楚起见，仅选定的流动通道56由附图标记标识）。翅片阵列入口端52限定每个流动通道56的流动通道入口58（为了清楚起见，仅选定的流动通道入口58由附图标记标识）以将第二介质引入流动通道56，而翅片阵列出口端54限定每个流动通道56的流动通道出口60（为了清楚起见，仅选定的流动通道出口60由附图标记标识）以将第二介质从流动通道56排出。如图所示，翅片50是无孔的，由此防止第二介质从一个流动通道流到任一个其它流动通道56；但翅片50可替代地具有例如仅为栅格或孔的特征，这些特征允许第二介质从一个流动通道56流到另一流动通道56。还如图所示，各翅片50沿流动轴线34的方向形成波形，但各翅片50可替代地是直的或形成为另一形状。还如图所示，翅片阵列入口端52靠近出口集管28，且翅片阵列出口端54靠近入口集管26；但该关系可替代地颠倒。

翅片阵列入口端52包括入口切除区域62，由此缩短位于中部的翅片50的长度，同时允许翅片50的更靠近翅片阵列14两侧定位的那部分相对于出口集管28侧向定位，使得翅片50的一部分从出口集管28的两个相对侧侧向定位。这样，入口切除区域62部分地围绕出口集管28。入口切除区域62沿流动方向34与出口集管28间隔开，从而允许第二介质流入流动通道56。为了使进入与出口集管28轴向对准的每个流动通道56的第二介质的流量最大，同时使每个翅片50的长度最大，已经发现宽度W₂、长度L₂、以及出口集管象限点48与入口切除区域62之间轴向距离之间的关系。该关系由如下方程表示：

S_{2} = A_{2} \times \frac{L_{2}}{W_{2}} + B_{2}

其中S₂是从出口集管象限点48与入口切除区域62的轴向距离，A₂是4.6至10.7范围内的系数，而B₂是2至6范围内的系数。A₂可较佳地为7.7，而B₂可较佳地为4.7。这样，通过使翅片50的长度最大化并通过允许第二介质进入与出口集管28轴向对齐的流动通道56的流量最大，入口切除区域62使从第二介质到第一介质的热交换最大。入口切除区域62使不与出口集管28轴向对准的翅片50相对于出口集管28侧向定位，由此提供相邻热交换器板对12之间的支承，且因此不需要其它特征来提供相邻热交换器板2之间的支承。

类似地，翅片阵列出口端54包括出口切除区域64，由此缩短位于中部的翅片50的长度，同时允许翅片50的更靠近翅片阵列14两侧定位的一部分相对于入口集管26侧向定位，使得翅片50的一部分从入口集管26的两个相对侧侧向定位。这样，出口切除区域64部分地围绕入口集管26。出口切除区域64沿流动方向34与入口集管26间隔开，从而允许第二介质流出流动通道56。为了使流出与入口集管26轴向对准的每个流动通道56的第二介质的流量最大，同时使每个翅片50的长度最大，已经发现宽度W₁、长度L₁、以及入口集管象限点42与出口切除区域64之间轴向距离之间的关系。该关系由该方程表示：

S_{1} = A_{1} \times \frac{L_{1}}{W_{1}} + B_{1}

其中S₁是从入口集管象限点42与出口切除区域64的轴向距离，A₁是4.6至10.7范围内的系数，而B₁是2至6范围内的系数。A₁可较佳地为7.7，而B₁可较佳地为4.7。这样，通过使翅片50的长度最大化并通过允许第二介质流出与入口集管26轴向对齐的流动通道56的流量最大，出口切除区域64使允许从第二介质到第一介质的热交换最大。出口切除区域64还允许不与入口集管26轴向对准的翅片50相对于入口集管26侧向定位，由此提供相邻热交换器板对12之间的支承，且因此不需要其它特征来提供相邻热交换器板对12之间的支承。

现参照图5，图5是与图4相同的剖视图。图5包括第二介质流动箭头66（为了清楚起见，仅选定的第二介质流动箭头66由附图标记标识）以示出第二介质沿流动轴线34通过流动通道56的流动。如图所示，入口切除区域62允许第二介质均匀进入与出口集管28轴向对准的流动通道56，同时允许某些翅片50从出口集管28侧向定位，从而支承相邻的热交换器板对12。还可以看出，出口切除区域64允许第二介质均匀离开与入口集管26轴向对准的流动通道56，同时允许某些翅片50从入口集管26侧向定位，从而支承相邻的热交换器板对12。如现在会显而易见的，第一介质沿流动轴线34的流动平行于第二介质沿流动轴线34的流动但沿相反方向。但是；应理解，第一介质沿流动轴线34的流动可与第二介质沿流动轴线34的流动沿相同方向。

尽管入口切除区域62和出口切除区域64示出为具有中心分别在出口集管28和入口集管26中心半径为R的大致半圆形，但应理解，入口切除区域62和出口切除区域64可做成其它形状，仅例如半圆形或V形。

尽管关于其较佳实施例描述了本发明，但并不意图受此限制，而是仅受以下权利要求书所阐述内容的限制。

Claims

1.一种用于在第一介质与第二介质之间传递热量的热交换器（10），所述热交换器（10）包括：

堆叠的热交换器板对（12），每个所述热交换器板对（12）限定内部容积且每个所述热交换器板对（12）包括用于将所述第一介质引入所述内部容积的入口（22）和用于将所述第一介质从所述内部容积排出的出口（24），其中所述第一介质沿流动轴线（34）从所述入口（22）流到所述出口（24），其中多个所述入口（22）共同形成穿过热交换器板对（12）的入口集管（26），且其中多个所述出口（24）共同形成穿过所述热交换器板对（12）的出口集管（28）；

翅片阵列（14），所述翅片阵列（14）设置在相邻的所述热交换器板对（12）之间并与之热接触，所述翅片阵列（14）限定相邻的所述热交换器板对（12）之间的流动通道（56），其中所述第二介质沿所述流动轴线（34）流动通过所述流动通道（56），且其中所述翅片阵列（14）的一端包括第一切除区域（62,64），所述第一切除区域（62,64）使所述翅片阵列（14）的第一部分相对所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的一个侧向定位。

2.如权利要求1所述的热交换器（10），其特征在于，所述第一切除区域（62,64）使所述翅片阵列（14）的所述第一部分相对所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中所述一个的相对两侧侧向定位，使得所述第一切除区域（62,64）部分地围绕所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中所述一个。

3.如权利要求2所述的热交换器（10），其特征在于，所述翅片阵列（14）的所述第一部分提供支承以保持相邻所述热交换器板对（12）分开。

4.如权利要求1所述的热交换器（10），其特征在于，所述流动通道（56）的一端限定用于将所述第二介质引入所述流动通道（56）的流动通道入口（58），且其中与所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的一个轴向对准的所述流动通道入口（58）与所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个轴向间隔开。

5.如权利要求4所述的热交换器（10），其特征在于，所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个包括轴向面对所述第一切除区域（62，64）的第一象限点（42,48），且其中所述象限点（42,48）与所述第一切除区域（62,64）轴向间隔开。

6.如权利要求5所述的热交换器（10），其特征在于，根据以下方程，所述第一切除区域（62,64）与所述第一象限点（42,48）轴向间隔开：

S = A \times \frac{W}{L} + B

其中S是从所述第一象限点（42,48）到所述第一切除区域（62,64）的轴向距离，A是4.6至10.7范围内的系数，W是所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个沿所述流动轴线（34）的尺寸，L是所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个垂直于所述流动轴线（34）的尺寸，而B是2至6范围内的系数。

7.如权利要求6所述的热交换器（10），其特征在于，A是7.6，而B是4.7。

8.如权利要求4所述的热交换器（10），其特征在于，所述翅片阵列（14）的另一端包括第二切除区域（62,64），所述第二切除区域（62,64）使所述翅片阵列（14）的第二部分相对所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的另一个侧向定位，使得所述第二切除区域（62,64）部分地围绕所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的另一个。

9.如权利要求8所述的热交换器（10），其特征在于，所述流动通道（56）的另一端限定用于将所述第二介质从所述流动通道（56）排出的流动通道出口（60），且其中与所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的另一个轴向对准的所述流动通道出口（60）与所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述另一个轴向间隔开。

10.如权利要求9所述的热交换器（10），其特征在于，

所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个包括轴向面对所述第一切除区域（62，64）的第一象限点（42,48），且所述第一象限点（42,48）与所述第一切除区域（62,64）轴向间隔开；以及

所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的另一个包括轴向面对所述第二切除区域（62，64）的第二象限点（42,48），且所述第二象限点（42,48）与所述第二切除区域（62,64）轴向间隔开。

11.如权利要求10所述的热交换器（10），其特征在于，根据以下方程，所述第一切除区域（62,64）与所述第一象限点（42,48）轴向间隔开：

S_{1} = A_{1} \times \frac{L_{1}}{W_{1}} + B_{1}

其中S₁是从所述第一象限点（42,48）到所述第一切除区域（62,64）的轴向距离，A₁是4.6至10.7范围内的系数，W₁是所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个沿所述流动轴线（34）的尺寸，L₁是所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个垂直于所述流动轴线（34）的尺寸，而B₁是2至6范围内的系数。

12.如权利要求11所述的热交换器（10），其特征在于，A₁是7.7，而B₁是4.7。

13.如权利要求11所述的热交换器（10），其特征在于，所述第二切除区域（62,64）与所述第二象限点（42,48）轴向间隔开所述轴向距离S₁。

14.如权利要求11所述的热交换器（10），其特征在于，根据以下方程，所述第二切除区域（62,64）与所述第二象限点（42,48）轴向间隔开：

S_{2} = A_{2} \times \frac{L_{2}}{W_{2}} + B_{2}

其中S₂是从所述第二象限点（42,48）到所述第二切除区域（62,64）的轴向距离，A₂是4.6至10.7范围内的系数，W₂是所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述另一个沿所述流动轴线（34）的尺寸，L₂是所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述另一个垂直于所述流动轴线（34）的尺寸，而B₂是2至6范围内的系数。

15.如权利要求14所述的热交换器（10），其特征在于，A₂是7.7，而B₂是4.7。

16.如权利要求13所述的热交换器（10），其特征在于，所述第一切除区域（62,64）呈半圆形并关于所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个的中心对中。

17.如权利要求8所述的热交换器（10），其特征在于，

所述第一切除区域（62,64）呈半圆形并关于所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中的所述一个对中。

所述第二切除区域（62,64）呈半圆形并关于所述入口集管（26）和所述出口集管（28）中所述另一个对中。

18.如权利要求1所述的热交换器（10），其特征在于，所述第一介质沿所述流动轴线（34）流动的方向与所述第二介质沿所述流动轴线（34）流动的方向相反。