CN108534572A - 具有旁通区域的热交换器板 - Google Patents

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Abstract

用于热交换器(50)的板(30)，所述板(30)意图与热交换器(50)的另一板(30)堆叠以形成一对板(30)，该对板设计为允许要被冷却的流体在所述板(30)之间循环，板(30)具有称为交换区域(ZE)的区域和称为旁通区域(ZBP)的区域，交换区域意图促进与流体的热交换，旁通区域能允许流体绕过所述交换区域，板(30)特征在于，其还装置(36、37)，所述装置源自板(30)处且构造为迫使流体循环通过交换区域(ZE)。

Description

具有旁通区域的热交换器板
本申请是申请号为201280032751.0、题为“具有旁通区域的热交换器板”的分案申请，申请日为2012年6月28日。
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的热交换器板，这种热交换器的板的芯部和备有这样的芯部的热交换器。特别涉及增压空气冷却器领域。
背景技术
包括涡轮增压器的用于机动车辆的且称为涡轮增压发动机的发动机已经常见。为了工作，这种涡轮增压发动机可以由用于空气进入的系统或由用于空气和排气的混合物进入的系统供给，所述排气从发动机排气装置收集排气，称为再循环排气。表述用于发动机的增压空气以下用于表示来自用于空气进入的系统的空气和来自用于空气和再循环排气进入的系统的混合物两者。
为了增加用于发动机的增压空气的密度，现有技术中常见的是通过热交换器，也称为增压空气冷却器(RAS)，来冷却所述增压空气。
首先，主要采用管和插件类型的的增压空气冷却器，允许在管内循环的增压空气和来自车辆外部且在管之间循环的空气流之间的交换。
还已经提出包括由一堆叠加板形成的芯部的热交换器，允许增压空气和冷却剂流体(通常是液体)之间的热交换。板采用包括两个横向端口的矩形伸长板的形式。堆叠板替换地形成用于要被被冷却的增压空气的循环通道和用于冷却剂流体的循环通道。
要被冷却的增压空气经由热交换器的侧面中的一个(称为上游面)进入热交换器，在这种方式在用于要被冷却的增压空气的循环通道中循环，以通过与位于上方和下方的板的接触而被冷却，冷却剂流体在所述板内循环。然后，被冷却的增压空气经由相对的侧面(称为下游面)离开交换器。表述“上游”和“下游”也用在其余的描述中，以分别表述热交换器芯部中用于增压空气流的入口和出口。
为了使冷却剂流体在热交换器内部循环，用于冷却剂流体的入口通道和收集通道设置在芯部的一部分中。因此当板层叠时，板包括凸起边缘，在他们的两个端口的周围，垂直于板的平面延伸，以这种方式形成这些用于冷却剂流体的入口通道和收集通道。
然而，对应于用于冷却剂流体的入口通道和收集通道的热交换器芯部的部分不参与热交换。因此可以观察到意图促进与流体的热交换的交换区域和允许流体绕过该交换区域的区域(被称为旁通区域)，该旁通区域对应于用于冷却剂流体的入口通道和收集通道形成的区域。更具体地，位于端口周围的空间允许来自芯部上游的未冷却、或未充分冷却的增压空气朝向芯部的下游循环，这带来热性能方面的大大不便。
已熟悉图1示出的装置10，包括壁12，该壁12附连于交换器的侧上游面14，并且允许增压空气流的一部分被阻止在旁通区域的水平处进入交换器的芯部。然而这种装置不令人满意，特别由于组装原因。
发明内容
为了改善情况，本发明涉及用于热交换器的板，所述板意图与热交换器的另一板层叠以形成一对板，其布置为允许要被冷却的流体在所述板之间循环。所述板具有称为热交换区域的区域和称为旁通区域的区域，所述交换区域意图促进与流体的热交换，旁通区域能允许流体绕过所述热交换区域，板特征在于，其还包括源自板的另外的装置，所述装置构造为迫使流体在热交换区域中循环。
因此旁通区域通过源自板的装置建立。这些装置在制造板的时候相应地建立并且不再需要附连于芯部，与先前方案中的情况一样。
优选地，源自板的装置延伸于板的平面垂直。这样的构造有助于流体朝向交换区域循环。
有利地，板为面板形式，包括两个上游和下游边缘，并且在旁通区域中包括用于冷却剂流体的入口端口和用于所述冷却剂流体的收集端口，源自板的装置包括上游分隔件和/或下游分隔件，上游分隔件从板的上游边缘延伸并且构造为阻止流体在入口端口的水平处循环，下游分隔件从板的下游边缘延伸并且构造为以阻止流体在收集端口的水平处循环。
根据本发明的一个方面，上游分隔件和/或下游分隔件的长度沿上游和/或下游边缘的方向等于或大于端口的最大尺寸。因此要被冷却的流体全部导向交换区域，其使得热交换更加高效。
根据本发明的另一方面，板是矩形的，并且具有两个长边缘和两个短边缘，所述长边缘限定所述上游和下游边缘，入口端口和收集端口在靠近一个短边缘的区域中穿通。
根据本发明的一个方面，上游和下游分隔件平行。
根据本发明的一个方面，上游和下游分隔件具有倾斜远边缘。
根据本发明的另一方面，源自板的装置包括在入口端口和收集端口之间延伸的中央分隔件。
本发明还涉及一种芯部，该芯部包括如上限定的多个板，所述板一个在另一个顶部上堆叠，以使得形成一对的两相邻板限定用于要被冷却的流体的循环通道，并且两个不同且相邻对的两个板形成用于冷却剂流体的循环通道。
根据本发明的一个方面，同一对板的两个板的分隔件重叠。
有利地，紊流器设置在同一对板的两个板之间，以这种方式促进要被冷却的流体和冷却剂流体之间的热交换，所述紊流器具有的高度基本上等于分隔件高度。
本发明也涉及一种热交换器，包括如上限定的芯部。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过参考附图的以下描述呈现，附图通过非限制例子提供。相同的参考标记赋予相同的部件。
图1，在上面已经评述，是热交换器的芯部的常见板的顶视图。
图2是常见热交换器的局部分解透视图。
图3是根据本发明的板的透视图。
图4是根据本发明的一对板的透视图，紊流器插入在板之间。
图5是根据本发明的一对板的横截面局部视图，示出一个板的分隔件与另一个板的分隔件的叠置。
图6是包括根据本发明的多对板的热交换器的透视图。
图7是根据本发明的一对板的局部透视图，包括用于冷却剂液体的入口端口和收集端口之间的分隔件。
具体实施方式
图2描述了常见热交换器20，其具有常见板芯部21。应该注意到，根据本发明的板可以用于该类型的交换器中，代替常用板。
这样的热交换器20允许要被冷却的流体和冷却剂流体之间的热交换。在余下的描述中，要被冷却的流体是空气。这对本发明的范围不具有任何限制的效果，在另外类型的热交换器中，要被冷却的流体可以是另外的气体。
图2中示出的热交换器20包括：
-上壁22，包括用于冷却剂流体的入口管23a和用于所述冷却液体的收集管23b，
-两个侧壁24a和24b，
-一个敞开侧上游面(不可见)和一个敞开侧下游面26，
-下壁，和
-芯部21，包括多对板25，所述板25在下壁和上壁22之间一个在另一个顶上地堆叠。
这样的芯部21允许增压空气和冷却剂流体(通常是液体)之间的热交换。为了这个目的，堆叠板25交替地形成用于要被冷却的增压空气的循环通道和用于冷却剂流体的循环通道。更特别地，同一对的两个板25形成用于要被冷却的增压空气的循环通道，两个不同且相邻对的两个板25形成用于冷却剂流体的循环通道。
为了使得冷却剂流体在交换器20的芯部21的板25之间循环，用于冷却剂流体的入口通道和收集通道设置在芯部21的一部分中。
交换器20的入口管23a和收集管23b分别允许用于冷却剂流体的循环通道中的冷却剂流体的进入和收集。
为了让要被冷却的空气进入，用于要被冷却的空气的入口箱28可以安装在热交换器20的敞开侧上游面上。类似地，为了收集空气(在已经通过热交换器20的板之间的其通道冷却后)，用于被冷却空气的收集箱29可以安装在热交换器20的敞开侧下游面上。
因此冷却剂流体通过入口管进入热交换器，在入口通道内部循环，在用于该流体的循环通道中堆叠的板对之间循环，并且然后通过收集通道以及随后收集管从交换器离开。
为了消除现有技术中先前提到的一些缺点，本发明涉及用于热交换器的芯部的板30，如图3所示。这样的板30在此呈现为是矩形伸长板的形式，其在平面P中沿纵向轴线X延伸并且包括上部面(31a)、下部面(不可见)、两个端部31b和31c、用于冷却剂流体的入口端口32和用于冷却剂流体的收集端口34，入口端口32和收集端口34设置在靠近板30的一个端部31b的区域中。板呈现碗形式(在图3中翻转)，入口端口32和收集端口34与碗的底部连通，以限定一个或多个用于冷却剂流体的循环通道。
板30在用于冷却剂流体的入口端口32周围包括边缘33，边缘33垂直于板30的平面P延伸。类似地，板30在用于冷却剂流体的收集端口34周围包括边缘35，边缘35垂直于板30的平面P延伸。边缘33和边缘35允许分别用于冷却剂流体的入口通道和收集通道垂直于板的平面P形成，通过堆叠板30形成芯部的高度。
板30具有称为交换区域的区域ZE和称为旁通区域的区域ZBP，区域ZE意图促进空气和冷却剂流体之间的热交换，区域ZBP能允许空气绕过所述交换区域ZE。
在图3示出的根据本发明的板30中，源自板的装置构造为迫使交换区域ZE内部的流体的循环。在此它们表现为以下形式：
-上游分隔件36，具有长度L，从板30的边缘、基本垂直于板30的平面P、在端口32的水平处、沿垂直于板30的纵向轴线的轴线延伸，和
-下游分隔件36，具有长度L，从板30的边缘、基本垂直于板30的平面P、在端口34的水平处、沿垂直于板30的纵向轴线的轴线延伸。
因此旁通区域ZBP在上游分隔件36和下游分隔件37之间延伸。交换区域在板30的剩余部分上延伸。并且阻止空气在所述旁通区域ZBP的水平处通过。
根据本发明的两个板30可以一个在另一个顶部上组装，如图4中所示，作为一对板，以这种方式形成用于要被冷却的空气流F的循环通道。更具体地，如图3中示出的板30可以倒置和设置在如图3中所示的另一个非倒置的板30上，以这种方式形成所述对。应该注意到从端口的轮廓垂直于板30的平面P延伸的边缘33和35的尺寸在同一对板的两个板之间可以不同，以这种方式使得当两个板作为单个对组装时它们互补并且装配在一起以形成入口和收集通道。
如图4中所示，内部插入件或紊流器40，例如在组装前，可以被插入一对板30的两个板30之间。这样的紊流器40允许改善热交换。
旁通区域ZBP基本由上游分隔件36和下游分隔件37以及组装为一对板30的两个板30之间产生的空间限定。交换区域ZE在组装为一对板30的两个板30之间基本由用于空气循环的空间限定，紊流器40插入其中。
如图5中所示，其是垂直于一对组装板30的板30的纵向轴线X的横截面视图，非别为分隔件36和37的远端36′和37′可以构造为使得分隔件36和37叠置、重叠或容易地装配在一起。
为了这个目的，分隔件36和37例如可以呈现倾斜远边缘。在图5中，远端36′朝向由两个板30的组件限定的空间的内部弯曲，并且远端37′朝向由两个板30的组件限定的空间的外部弯曲。因此，当两个板重叠以组装为一对板30时，远端36′和37′的反向弯曲使两个板30的组装更容易。
为了相同的目的，同一板30的分隔件36和37相对于所述板30的纵向轴线X不对称。因此，当同一对板的两个相同板30彼此相对时，其中一个板相对于另一个板绕纵向轴线X旋转180°，一个板的分隔件36相对于另一个板的分隔件37沿板30的短边的方向偏置，这有利于它们的重叠。
如图6中所示，当所述一对板30安装在热交换器50中时，空气流F从上游朝向下游穿过芯部52，在每对板30之间，芯部52限定用于要被冷却的空气的循环通道，以这种方式通过在两个不同对的板30之间在每个用于冷却剂流体的循环的通道内部循环冷却剂流体而被冷却。
由板30的材料制成的分隔件36和37通过堆叠板30而形成上游壁(不可见)和下游壁54，上游壁允许空气流F在热交换器50的侧上游面的水平处被阻止，下游壁54允许空气流F在热交换器50的侧下游面的水平处被阻止。因此上游和下游壁54防止芯部的旁通区域的水平处的空气循环。交换区域ZE被限定在芯部的上游和下游部分之间，其敞开用于要被冷却的空气的循环。
应该注意的是，在图6中，入口管23a和收集管23b为了清楚仅部分示出，并且热交换器50的下壁51可见。
在所描述的实施例中，源自板的构造为迫使流体在交换区域ZE中循环的装置设置在热交换器50的上游面和下游面26上。在本发明的进一步的实施例中，源自板的装置例如可仅设置在热交换器50的上游面上。
在图7中示出的实施例中，板70包括中央分隔件，中央分隔件在入口端口74和收集端口76之间延伸，形成用于冷却剂流体的循环通道。该中央分隔件在这种情况下由两个板70a和70b的材料制成，并且包括基本垂直于板70a和70b延伸的两个凸起边缘71a和71b，以这种方式阻止交换区域ZE和旁通区域ZBP之间的空气流。中央分隔件进一步包括凸起边缘72a和72b，以增进入口端口74和收集端口76之间交换区域ZE和旁通区域ZBP之间的流动的阻止。
板70b的碗形装形成部73，布置为引导入口端口74和收集端口76之间的冷却剂流体，也可以从该图中获知。
板30以及芯部的其余部分有利地由金属制成，例如铝和/或铝合金制成。

Claims (12)

1.用于热交换器(50)的板(30)，所述板(30)意图与热交换器(50)的另一板(30)堆叠以形成的一对板(30)，所述对板布置为允许要被冷却的流体在所述板(30)之间循环，板(30)具有称为交换区域(ZE)的区域和称为旁通区域(ZBP)的区域，所述交换区域意图促进与流体的热交换，所述旁通区域能允许流体绕过所述交换区域，板(30)特征在于，其还包括源自板(30)的装置(36、37)，所述装置构造为迫使流体在交换区域(ZE)中的循环。
2.根据权利要求1所述的板，其中源自板(30)的装置(36、37)垂直于板(30)的平面(P)延伸。
3.根据权利要求1或2所述的板，所述板(30)是面板形式，包括两个上游和下游边缘，并且在旁通区域中包括用于冷却剂流体的入口端口(32)和用于所述冷却剂流体的收集端口(34)，源自板(30)的装置(36、37)包括上游分隔件(36)和/或下游分隔件(37)，所述上游分隔件(36)从板(30)的上游边缘延伸并且构造为阻止流体在入口端口(32)的水平处循环，所述下游分隔件(37)从板(30)的下游边缘延伸并且构造为阻止流体在收集端口(34)的水平处循环。
4.根据权利要求3所述的板，其中板(32)是矩形的并且具有两个长边缘和两个短边缘，所述长边缘限定所述上游和下游边缘，入口端口(32)和收集端口(34)在靠近一个短边缘的区域中穿通。
5.根据权利要求4所述的板，其中上游分隔件(36)和/或下游分隔件(37)的长度(L)沿长边缘方向等于或大于端口(32、34)的最大尺寸。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的板，其中上游分隔件(36)和下游(37)分隔件是平行的。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的板，其中上游和下游分隔件(36、37)具有倾斜远边缘。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的板，其中源自板的装置交替地包括或另外地包括在入口端口(74)和收集端口(76)之间延伸的中间分隔件(71a、71b)。
9.板的芯部(52)，包括多个根据权利要求1至8中任一项所述的板(30、70a、70b)，所述板一个在另一个顶部上堆叠，以使得两个相邻板(30、70a、70b)形成一对，限定用于要被冷却的流体的循环通道，并且两个不同且相邻对的两个板(30、70a、70b)形成用于冷却剂流体的循环通道。
10.根据权利要求9所述的芯部，其中同一对板的两个板(30、70)的分隔件(36、37)重叠。
11.根据权利要求9或10所述的芯部，其中紊流器(40)设置在同一对板(30、70)的两个板(30、70a、70b)之间，以促进要被冷却的流体和冷却剂流体之间的热交换，所述紊流器(40)具有的高度基本等于分隔件(36、37、71a、71b)的高度。
12.热交换器(50)，包括根据权利要求9至11中任一项所述的芯部(52)。
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