CN108533383A - 一种增压式水空中冷器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压式水空中冷器，包括依次连接的进气管、进气室、第一法兰、芯体、第二法兰、出气室、出气管和水壳体，水壳体上设有进水室壳体和出水室壳体，所述芯体包括多个交替设置的扁平冷却管和水道翅片，每个冷却管内设有气道翅片，其特征在于所述的水壳体上设有与所述的水道翅片一一对应的一组进水长孔和一组出水长孔。本发明的进水室壳体和出水室壳体为两个独立部件，与水壳体成分离式结构，各部件单独加工成型后再焊接成一体。各部件的加工模具简单，容易制造，降低了零件生产成本，且易于装配，质量管控更易于操作，提高产品批量生产时质量控制的保证力。

Description

一种增压式水空中冷器

技术领域

本发明涉及热交换器技术领域，尤其涉及水空中冷器，具体地说是一种增压式水空中冷器。

背景技术

涡轮增压发动机的应用使空气压力升高的同时，温度也升高到了100℃以上，这就需要冷却器给增压后的空气进行冷却。独立式水空中冷器利用冷却水对增压空气进行冷却，由于结构紧凑，安装位置灵活，冷却效率高，阻力小，减少了内燃机的油耗和排放，并提高动力响应，应用的越来越多。

现有的水空中冷器冷侧液体由水接口进入壳体的冷却水收集器内，再由收集器分配到壳体包裹的每个水道翅片内，进而与扁平冷却管包裹的气道热空气进行热交换，进出水收集器的位置结构会影响冷却液流量分布的均匀性，如果设计不合理，则可能造成水空中冷器的性能的下降。现有的增压式水空中冷器，如中国专利CN102667094B公开的用于内燃机的吸气管，其冷却器包覆芯体的壳体由模具冲压整体而成，冷却水收集器与壳体是一体的，存在的问题在于模具制造复杂，精确度不高造成零件变形，影响装配精度进而存在冷却液泄露的可能，严重影响水空中冷器的正常使用。它的另一缺陷是水套整体与冷却管焊接，仅在冷却水收集器部分与水道翅片连通，流量分布不均匀，增加了出水道液体的模态沸腾，降低了水空中冷器的热交换性能。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述技术问题，旨在提供一种模具制造简单、热交换性能更好的增压式水空中冷器。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种增压式水空中冷器，包括依次连接的进气管、进气室、第一法兰、芯体、第二法兰、出气室和出气管，所述的芯体被水壳体整体包裹，水壳体上设有进水室壳体和出水室壳体，所述的进水室壳体上设有进水室凸包和进水接管，所述的出水室壳体上设有出水室凸包和出水接管；所述芯体包括多个交替设置的扁平冷却管和水道翅片，每个冷却管内设有气道翅片，所述的水壳体与冷却管表面至少部分贴合；其特征在于所述的水壳体上设有与所述的水道翅片一一对应的一组进水长孔和一组出水长孔；所述的进水接管、进水室凸包内的进水室、水壳体上的进水长孔、水道翅片、水壳体上的出水长孔、出水室凸包内的出水室和出水接管依次连通构成水路系统；所述进气管、进气室、冷却管内部通道、出气室和出气管依次连通构成气路系统。

本发明的增压式水空中冷器，进水室壳体和出水室壳体为两个独立部件，与水壳体成分离式结构，各部件单独加工成型后再焊接成一体。各部件的加工模具简单，容易制造，降低了零件生产成本，且易于装配，质量管控更易于操作，提高产品批量生产时质量控制的保证力。

同时，本发明的水壳体通过其上开设的长孔与水道翅片连通，使水道翅片的整体长度均能充分利用，流量分布更为均匀，降低出水道液体的模态沸腾，使水空中冷器性能更优，可靠性更高。

作为本发明的改进，所述的水壳体包括一对U形水壳，所述的一对U形水壳由平板弯折而成，包括中间的基部和上下两个翻边，其中一个水壳的基部与位于芯体一侧的扁平冷却管的大面积部分贴合，上下翻边分别与同侧扁平冷却管的两个小面积部分贴合；另一个水壳的基部与位于芯体另一侧的扁平冷却管的大面积部分贴合，上下翻边分别与同侧扁平冷却管的两个小面积部分贴合；一对U形水壳的上翻边端部贴合，下翻边的端部也贴合，形成一个周向封闭的水套。

作为本发明的进一步改进，所述的一对U形水壳结构对称。

作为本发明的再进一步改进，所述的进水室壳体和出水室壳体设置在芯体顶部的两端。

一种可替换的实施方式，所述的进水室壳体和出水室壳体设置在芯体底部的两端。

作为本发明的再进一步改进，所述的进水室壳体设置在芯体底部的一端，所述的出水室壳体设置在芯体顶部的另一端。

作为本发明的再进一步改进，所述的水路系统和气路系统呈逆流布置。

作为本发明的再进一步改进，所述水壳体上的进水长孔边缘与第二法兰的间距为0.5~6mm，所述水壳体上的出水长孔边缘与第一法兰的间距为0.5~6mm。

作为本发明的再进一步改进，所述水壳体上的进水长孔的长度等于或大于出水长孔的长度。

作为本发明的再进一步改进，所述的进水室壳体和出水室壳体通过其上设置的定位凸块与相应水壳体上设置的安装孔配合定位。

作为本发明的更进一步改进，所述的进水室壳体、出水室壳体和水壳体均由模具冲压而成，并通过钎焊连接。

附图说明

图1是本发明的增压式水空中冷器剖面示意图。

图2是本发明的增压式水空中冷器的分解图。

图3和图4是本发明的U型水壳的结构示意图。

图5和图6是本发明的独立水室凸包示意图。

图7是本发明的增压式水空中冷器另一实施方式的剖面示意图。

图8和图9是图7实施方式中的U型水壳的结构示意图。

图10和图11是本发明又一实施方式的U型水壳的结构示意图。

图12是本发明进出水接管分别设置在中冷器的异面同侧的实施方式的结构示意图。

图13是图12实施方式底面结构的示意图。

图14是图13实施方式的进水室壳体的结构示意图。

图15是图13实施方式的出水室壳体的结构示意图。

图16是本发明进出水接管分别设置在中冷器的异面同侧的实施方式的结构示意图。

图17是图16实施方式的进水室壳体的结构示意图。

图18是图16实施方式的出水室壳体的结构示意图。

图19是本发明进出水接管分别设置在中冷器的底面异侧的实施方式的结构示意图。

图20是本发明进出水接管分别设置在中冷器的底面同侧的实施方式的结构示意图。

图21是本发明进出水接管分别设置在中冷器的顶面异侧的实施方式的结构示意图。

图22是本发明进出水接管分别设置在中冷器的顶面同侧的实施方式的结构示意图。

图中，1-出气室，2-第二法兰，3-进水室壳体，4-第一水壳，5-进气室，6-气道翅片，7-冷却管，8-密封圈，9-水道翅片，10-进水接管，11-进气管，12-出气管，13-进水室，14-出水室，15-第一法兰，16-出水室壳体，17-出水接管，18-第二水壳，19-安装支座；

3a、16 a-开孔；

3b、16b-定位凸块；

3 c、16 c –进出水室壳体基部；

3 d、16 d –进出水室壳体凸包；

3 e、16 e –进出水室壳体翻边；

4a、18 a-进水长孔；

4b、18 b-出水长孔；

4c、4d、4h、4i、18c、18d-安装孔；

4e、18e-水壳基部；

4f、4g、4f、4j、4k、18g、18j、18k、18f -水壳翻边。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参照图1和图2，本发明的一种增压式水空中冷器，包括依次连接的进气管11、进气室5、第一法兰15、芯体、第二法兰2、出气室1和出气管12。所述的芯体被水壳体整体包裹，所述的水壳体包括一对U形水壳4、18，水壳4、18上设有进水室壳体3和出水室壳体16，所述的进水室壳体3上设有进水接管10，所述的出水室壳体上16上设有出水接管17。

所述芯体由多个冷却管7集成而成，所述的冷却管7呈扁平结构，具有面向芯体两侧的大面积部分和面向芯体顶部和底部的小面积部分。冷却管的两端管口分别与所述的进气室5和出气室1连通。相邻的冷却管7之间设有水道翅片9，所述的水道翅片9与冷却管7的大面积部分接触。冷却管7和水道翅片9交替设置，在水道翅片9侧形成水侧通道，在冷却管7形成气侧通道。每个冷却管7内设有气道翅片6。

结合图3和图4，第一水壳4由平板弯折而成，包括中间的基部4e和上下两个翻边4g、4f，第一水壳4的基部4e内壁与位于芯体一侧的扁平冷却管7的大面积部分贴合，上下翻边4g、4f的内壁分别与同侧扁平冷却管的两个小面积部分贴合。所述的第二水壳18和第一水壳4结构对称，第二水壳18的基部18e内壁与位于芯体另一侧的扁平冷却管7的大面积部分贴合，上下翻边18g、18f的内壁分别与该侧扁平冷却管7的两个小面积部分贴合；一对U形水壳4、18的上翻边4g、18g的端部在芯体顶部贴合，下翻边4f、4f的端部在芯体底部贴合，焊接后形成一个周向封闭的水套。

第一水壳4的上翻边4g上靠近第二法兰2的一端开设有一组进水长孔4a，靠近第一法兰15的一端开设有一组出水长孔4b。进出水长孔与法兰之间的间距过大，则会缩短冷却水的流程，降低热交换效果。反之，如果进出水长孔与法兰之间的间距过小，则会造成水壳边缘局部强度下降，影响中冷器的稳定性和使用寿命。优选地，所述进水长孔4a的边缘与第二法兰2的间距为0.5~6mm，所述出水长孔4b的边缘与第一法兰15的间距为0.5~6mm。上翻边4g上还开设有一对安装孔4c、4d，用于连接出水室壳体16和进水室壳体3。

所述的进水长孔4a的长度与出水长孔4b的长度可以相同。优选地，所述的进水长孔4a的长度大于出水长孔4b的长度。后者结构，出水侧的水阻大于进水侧的水阻，使进入芯体的冷却水与热侧气体进行充分的热交换，从而提高换热效率。同时，也能确保冷却水能够进入到进水长孔4a与第二法兰2之间的区域，使芯体内的温度更为均匀。

第二水壳18的上翻边18g上靠近第二法兰2的一端开设有一组进水长孔18a，靠近第一法兰15的一端开设有一组出水长孔18b。所述进水长孔18a的边缘与第二法兰2的间距为0.5~6mm，所述出水长孔18b的边缘与第一法兰15的间距为0.5~6mm。上翻边18g上还开设有一对安装孔18c、18d，用于连接出水室壳体16和进水室壳体3。

第一水壳4的一组进水长孔4a和第二水壳18的一组进水长孔18a齐平设置，第一水壳4的一组出水长孔4b和第二水壳18的一组出水长孔18b齐平设置。

参照图5，所述的进水室壳体3包括基部3c，所述的基部3c上设有凸包3d。凸包3d顶部靠近一端处开设有连接进水接管10的开孔3a，进水室壳体3的基部3c的一侧设有一对定位凸块3b。将该对定位凸块3b插入第一水壳4和第二水壳18上翻边上开设的安装孔4d和18d内，使进水室壳体3与第一水壳4和第二水壳18装配在一起。进水室凸包3d与第一水壳4和第二水壳18之间的空间形成进水室13，该进水室13与第一水壳4和第二水壳18的进水长孔4a和18a连通。

参照图6，所述的出水室壳体16包括基部16c，所述的基部16c上设有凸包16d。凸包16d顶部靠近一端处开设有连接出水接管17的开孔16a，出水室壳体16的基部16c一侧设有一对定位凸块16b。将该对定位凸块16b插入第一水壳4和第二水壳18上翻边上开设的安装孔4c和18c内，使出水室壳体16与第一水壳4和第二水壳18装配在一起。出水室凸包16d与第一水壳4和第二水壳18之间的空间形成出水室14，所述的出水室14与第一水壳4和第二水壳18的出水长孔4b和18b连通。

所述的进水室壳体3、出水室壳体16和一对U形水壳4、18均由模具冲压而成，并通过钎焊连接。

将上述各部件装配好后，所述的进水接管10、进水室壳体3内的进水室13、水壳上的进水长孔4a 和18a、水道翅片9、水壳上的出水长孔4b和18b、出水室壳体16内的出水室14和出水接管17依次连通构成水路系统；所述进气管11、进气室5、冷却管7的内部通道、出气室1和出气管12依次连通构成气路系统。所述的水路系统和气路系统呈逆流布置。

在本实施方式中，所述的进水室壳体3和出水室壳体16分别设置在芯体顶部的两端。

参照图7，本发明增压式水空中冷器的另一种实施方式。与图1的实施方式不同之处在于所述的进水室壳体3设置在芯体底部的一端，所述的出水室壳体16设置在芯体顶部的另一端。

参照图8，与本实施方式相适用的第一水壳4也由平板弯折而成的U形结构，包括中间的基部4e和上下翻边4g、4f。基部4e内壁与位于芯体一侧的扁平冷却管7的大面积部分贴合，上下翻边4g、4f的内壁分别与同侧扁平冷却管的两个小面积部分贴合。所述的第二水壳18和第一水壳4结构对称，第二水壳18的基部18e内壁与位于芯体另一侧的扁平冷却管7的大面积部分贴合，上下翻边18g、18f的内壁分别与该侧扁平冷却管7的两个小面积部分贴合；一对U形水壳4、18的上翻边4g、18g的端部在芯体顶部贴合，下翻边4f、18f的端部在芯体底部贴合，焊接后形成一个周向封闭的水套。

下翻边4f上靠近第二法兰2的一端开设有一组进水长孔4a，上翻边4g靠近第一法兰15的一端开设有一组出水长孔4b。上下翻边4g、4f上开分别设有一个安装孔4c、4d，用于连接出水室壳体16和进水室壳体3。

参照图9，第二水壳18的下翻边18f上靠近第二法兰2的一端开设有一组进水长孔18a，上翻边18g靠近第一法兰15的一端开设有一组出水长孔18b。上下翻边18g、18f上开分别设有一个安装孔18c、18d，用于连接出水室壳体16和进水室壳体3。

进水室凸包3d内的进水室13与第一水壳4和第二水壳18的进水长孔4a 和18a连通。出水室凸包16d内的出水室14与第一水壳4和第二水壳18的出水长孔4b和18b连通。

在本实施方式中，水路系统和气路系统呈逆流布置。

参照图10和图11，本发明的又一种实施方式。与图1实施方式不同，本实施方式中，第一水壳4为U形结构，由平板弯折而成，包括中间的基部4e和两侧翻边4j、4k，第一水壳4的基部4e内壁与冷却管的顶部小面积部分贴合，两侧翻边4j、4k的内壁分别与于芯体两侧的扁平冷却管7的大面积部分贴合。所述的第二水壳18和第一水壳4的外形结构对称，第二水壳18的基部18e内壁与冷却管7的底部的小面积部分贴合，两侧翻边18g、18f的内壁分别与芯体两侧的扁平冷却管7的大面积部分贴合。U形水壳4的两侧翻边4j、4k的端部与翻边4f、4f的端部与U形水壳18的两侧翻边18j、18k的端部对接，焊接后形成一个周向封闭的水套。

第一水壳4的基部4e开设有四个安装孔4c、4d、4h和4i，用于连接出水室凸包16 d和进水室凸包3 d。

参照图12和13，本发明的又一实施方式。在本实施方式中，所述的进水室壳体3设置在芯体底部的一端，所述的出水室壳体3设置在芯体顶部的另一端。所述的进水接管10设置在进水室壳体3的一侧，所述的出水接管17设置在出水室壳体16的同一侧。

第一水壳4和第二水壳18的结构与图8和图9所示的实施方式相同。

参照图14，所述的进水室壳体3包括基部3c和基部3c一侧向下翻折形成的翻边3e，所述的基部3c上设有凸包3d，凸包3d侧面及与之相连的翻边3e处开设有连接进水接管10的开孔3a，进水室壳体3的基部3c的一侧设有一对定位凸块3b。将该对定位凸块3b插入第一水壳4和第二水壳18上翻边上开设的安装孔4d和18d内，使进水室壳体3与第一水壳4和第二水壳18装配在一起。进水室凸包3d与第一水壳4和第二水壳18之间的空间形成进水室13，该进水室13与第一水壳4和第二水壳18的进水长孔4a 和18a连通。

参照图15，所述的出水室壳体16与进水室壳体3的结构基本相同，包括基部16c和基部16c一侧向下翻折形成的翻边16e，所述的基部16c上设有凸包16d。凸包16d侧面及与之相连的翻边16e处开设有连接出水接管17的开孔16a，出水室壳体16的基部16c一侧设有一对定位凸块16b。将该对定位凸块16b插入第一水壳4和第二水壳18上翻边上开设的安装孔4c和18c内，使出水室壳体16与第一水壳4和第二水壳18装配在一起。出水室凸包16d与第一水壳4和第二水壳18之间的空间形成出水室14，所述的出水室14与第一水壳4和第二水壳18的出水长孔4b和18b连通。

参照图16，本发明的又一实施方式。在本实施方式中，所述的进水室壳体3设置在芯体底部的一端，所述的出水室壳体3设置在芯体顶部的另一端。所述的进水接管10设置在进水室壳体3的一侧，所述的出水接管17设置在出水室壳体16的另一侧。

参照图17和图18，进水室壳体3和出水壳体16的结构对称。其余结构与图12实施方式相同。

参照图19，本发明的又一实施方式。在本实施方式中，所述的进水室壳体3设置在芯体底部的一端，所述的出水室壳体3设置在芯体底部的另一端。所述的进水接管10设置在进水室壳体3的一侧，所述的出水接管17设置在出水室壳体16的另一侧。其余结构与图12实施方式相同。

参照图20，本发明的又一实施方式。在本实施方式中，所述的进水室壳体3设置在芯体底部的一端，所述的出水室壳体3设置在芯体底部的另一端。所述的进水接管10设置在进水室壳体3的一侧，所述的出水接管17设置在出水室壳体16的同侧。其余结构与图12实施方式相同。

参照图21，本发明的又一实施方式。在本实施方式中，所述的进水室壳体3设置在芯体顶部的一端，所述的出水室壳体3设置在芯体顶部的另一端。所述的进水接管10设置在进水室壳体3的一侧，所述的出水接管17设置在出水室壳体16的另一侧。其余结构与图12实施方式相同。

参照图22，本发明的又一实施方式。在本实施方式中，所述的进水室壳体3设置在芯体顶部的一端，所述的出水室壳体3设置在芯体顶部的另一端。所述的进水接管10设置在进水室壳体3的一侧，所述的出水接管17设置在出水室壳体16的同侧。其余结构与图12实施方式相同。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种增压式水空中冷器，包括依次连接的进气管、进气室、第一法兰、芯体、第二法兰、出气室和出气管，所述的芯体被水壳体整体包裹，水壳体上设有进水室壳体和出水室壳体，所述的进水室壳体上设有进水室凸包和进水接管，所述的出水室壳体上设有出水室凸包和出水接管；所述芯体包括多个交替设置的扁平冷却管和水道翅片，每个冷却管内设有气道翅片，所述的水壳体与冷却管表面至少部分贴合；其特征在于所述的水壳体上设有与所述的水道翅片一一对应的一组进水长孔和一组出水长孔；所述的进水接管、进水室凸包内的进水室、水壳体上的进水长孔、水道翅片、水壳体上的出水长孔、出水室凸包内的出水室和出水接管依次连通构成水路系统；所述进气管、进气室、冷却管内部通道、出气室和出气管依次连通构成气路系统。

2.如权利要求1所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的水壳体包括一对U形水壳，所述的一对U形水壳由平板弯折而成，包括中间的基部和上下两个翻边，其中一个水壳的基部与位于芯体一侧的扁平冷却管的大面积部分贴合，上下翻边分别与同侧扁平冷却管的两个小面积部分贴合；另一个水壳的基部与位于芯体另一侧的扁平冷却管的大面积部分贴合，上下翻边分别与同侧扁平冷却管的两个小面积部分贴合；一对U形水壳的上翻边端部贴合，下翻边的端部也贴合，形成一个周向封闭的水套。

3.如权利要求2所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的一对U形水壳结构对称。

4.如权利要求3所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的进水室壳体和出水室壳体设置在芯体顶部的两端。

5.如权利要求3所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的进水室壳体和出水室壳体设置在芯体底部的两端。

6.如权利要求3所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的进水室壳体设置在芯体底部的一端，所述的出水室壳体设置在芯体顶部的另一端。

7.如权利要求1-6任何一项所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的进水接管和出水接管分别设置在所述的进水凸包和出水凸包的顶部或侧面。

8.如权利要求1所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的水路系统和气路系统呈逆流布置。

9.如权利要求1所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述水壳体上的进水长孔边缘与第二法兰的间距为0.5~6mm，所述水壳体上的出水长孔边缘与第一法兰的间距为0.5~6mm。

10.如权利要求1所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述水壳体上的进水长孔的长度等于或大于出水长孔的长度。

11.如权利要求1所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的进水室壳体和出水室壳体通过其上设置的定位凸块与相应水壳体上设置的安装孔配合定位。

12.如权利要求1所述的一种增压式水空中冷器，其特征在于所述的进水室壳体、出水室壳体和水壳体均由模具冲压而成，并通过钎焊连接。