CN108979865A - 增材制造的热交换器 - Google Patents

增材制造的热交换器 Download PDF

Info

Publication number
CN108979865A
CN108979865A CN201810539197.4A CN201810539197A CN108979865A CN 108979865 A CN108979865 A CN 108979865A CN 201810539197 A CN201810539197 A CN 201810539197A CN 108979865 A CN108979865 A CN 108979865A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
heat exchange
heat
fluid
shell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810539197.4A
Other languages
English (en)
Inventor
A.凯马诺
D.罗萨皮奥
S.A.法萨内拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Avio SRL
Original Assignee
GE Avio SRL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GE Avio SRL filed Critical GE Avio SRL
Publication of CN108979865A publication Critical patent/CN108979865A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/05316—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05325—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with particular pattern of flow, e.g. change of flow direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F5/10—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of articles with cavities or holes, not otherwise provided for in the preceding subgroups
    • B22F5/106—Tube or ring forms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/05316—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05341—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits combined with a particular flow pattern, e.g. multi-row multi-stage radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0209—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only transversal partitions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions
    • F28F9/0209—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only transversal partitions
    • F28F9/0212—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions having only transversal partitions the partitions being separate elements attached to header boxes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • F28F9/0268—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box in the form of multiple deflectors for channeling the heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/18—Heat-exchangers or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2255/00—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes
    • F28F2255/18—Heat exchanger elements made of materials having special features or resulting from particular manufacturing processes sintered
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)

Abstract

提供了一种热交换器和用于增材制造该热交换器的方法。热交换器包括限定热交换仓室的壳体，该热交换仓室具有沿着横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口。多个热交换组基本上沿着竖向方向在壳体的顶侧和底侧之间经过热交换仓室，热交换组中的各个包括多个热交换管。多个收集器歧管位于壳体的顶侧和底侧，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，所述连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通。

Description

增材制造的热交换器
技术领域
本主题大体上涉及热交换器，且更具体地涉及具有改进的传热能力和结构刚性的增材制造的热交换器。
背景技术
热交换器可与燃气涡轮发动机一起用于在一种或多种流体之间传热。例如，在相对高的温度下的第一流体可经过第一通路，而在相对低的温度下的第二流体可经过第二通路。第一和第二通路可处于热接触或非常接近，从而允许来自第一流体的热传送到第二流体。因而，可降低第一流体的温度并可升高第二流体的温度。
常规的热交换器包括大量流体通路，使用板、杆、箔、翅片、歧管、支承结构、安装凸缘等中的一些组合形成各个流体通路。这些部件中的各个必须单独定位、取向并例如经由钎焊、焊接或其它接合方法连接到支承结构。由于形成的接合件的数量，与这种热交换器的组装相关联的制造时间和成本非常高且流体在流体通路之间或从热交换器泄漏的可能性大体上会增加。另外，制造的限制条件限制了可包括在热交换器中(例如，在流体通路内)的热交换器特征和结构构件的数量、尺寸和配置。
因此，具有改进的热交换器的燃气涡轮发动机将是有用的。更具体地，用于燃气涡轮发动机的更容易制造且包括用于改进的热和结构性能的特征的热交换器将是特别有益的。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中被部分地阐述，或可根据描述而显而易见，或可通过实践本发明而习知。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种热交换器。热交换器限定竖向方向、侧向方向和横向方向，竖向方向、侧向方向和横向方向彼此相互垂直。热交换器包括限定热交换仓室(plenut)的壳体，热交换仓室具有沿着横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口以及基本上沿着竖向方向在壳体的顶侧和底侧之间经过热交换仓室的多个热交换组，热交换组中的各个包括多个热交换管。多个收集器歧管位于壳体的顶侧和底侧处，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通。
在本公开的另一示例性方面中，提供了一种制造热交换器的方法。该方法包括在增材制造机器的机床上沉积添加材料层，并将能量从能量源选择性地引导至添加材料层上以熔合添加材料的一部分从而形成热交换器。热交换器限定竖向方向、侧向方向和横向方向，竖向方向、侧向方向和横向方向彼此相互垂直。热交换器包括限定热交换仓室的壳体，热交换仓室具有沿着横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口以及基本上沿着竖向方向在壳体的顶侧和底侧之间经过热交换仓室的多个热交换组，热交换组中的各个包括多个热交换管。至少一个收集器歧管在相邻的热交换组之间提供流体连通。
在本公开的又一示例性方面中，提供了一种热交换器。热交换器包括限定基本上沿着第一方向延伸的热交换仓室的壳体和位于热交换器仓室内并基本上沿着第二方向在第一端和第二端之间延伸的多个热交换组，热交换组中的各个包括多个热交换管。多个收集器歧管位于热交换组的第一端和第二端处，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通，连接端口至少部分地由基本上沿着第二方向延伸的多个加强肋限定。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合到本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并与所述描述一起用于解释本发明的原理。
技术方案1. 一种热交换器，其限定竖向方向、侧向方向和横向方向，所述竖向方向、侧向方向和横向方向彼此相互垂直，所述热交换器包括：
限定热交换仓室的壳体，所述热交换仓室具有沿着横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口；
多个热交换组，所述多个热交换组基本上沿着所述竖向方向在所述壳体的顶侧和底侧之间经过所述热交换仓室，所述热交换组中的各个包括多个热交换管；和
位于所述壳体的顶侧和底侧处的多个收集器歧管，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，所述连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通。
技术方案2. 根据技术方案1所述的热交换器，其特征在于，所述壳体限定沿着所述横向方向分开的前侧和后侧，所述热交换器进一步包括：
入口歧管，其接近所述壳体的所述前侧而定位并限定与第一热交换组处于直接流体连通的入口仓室；和
出口歧管，其接近所述壳体的所述后侧而定位并限定与最后的热交换组处于直接流体连通的出口仓室。
技术方案3. 根据技术方案2所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：
至少一个入口歧管或出口歧管，其沿着所述横向方向与位于所述第一热交换组和所述最后的热交换组之间的中间热组处于流体连通。
技术方案4. 根据技术方案2所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括：
位于所述入口仓室内并在第二流体入口和所述第一热交换组之间延伸的一个或多个分流器；和
位于所述出口仓室内并在所述最后的热交换组和第二流体出口之间延伸的一个或多个分流器。
技术方案5. 根据技术方案4所述的热交换器，其特征在于，所述分流器中的至少一个在垂直于所述横向方向的第一平面内延伸，且所述分流器中的至少一个沿着所述横向方向延伸。
技术方案6. 根据技术方案2所述的热交换器，其特征在于，所述第一流体入口限定在所述壳体的所述后侧处，且所述第一流体出口限定在所述壳体的所述前侧处。
技术方案7. 根据技术方案2所述的热交换器，其特征在于，所述壳体、所述热交换管、所述入口歧管、所述出口歧管和所述收集器歧管整体地形成为单个整体式构件。
技术方案8. 根据技术方案1所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：
多个加强板，其沿着基本上垂直于所述竖向方向的平面延伸且刚性地联接多个热交换管。
技术方案9. 根据技术方案1所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：
多个波状加强件，其位于所述收集器歧管内并基本上沿着所述竖向方向延伸。
技术方案10. 根据技术方案9所述的热交换器，其特征在于，所述多个波状加强件具有正弦形状并沿着所述侧向方向分隔所述收集器歧管内的流体流。
技术方案11. 根据技术方案1所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：
位于所述收集器歧管内的多个加强肋，所述加强肋基本上沿着所述竖向方向在相邻的热交换组之间延伸且至少部分地限定连接端口。
技术方案12. 根据技术方案11所述的热交换器，其特征在于，所述加强肋为基本上三角形的加强肋，其中所述三角形加强肋的基部沿着所述竖向方向位于所述收集器歧管的底部处。
技术方案13. 根据技术方案1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括通过以下形成的多个层：
在增材制造机器的机床上沉积添加材料的层；和
将能量从能量源选择性地引导至所述添加材料的层上以熔合所述添加材料的一部分。
技术方案14. 一种制造热交换器的方法，所述方法包括：
在增材制造机器的机床上沉积添加材料的层；和
将能量从能量源选择性地引导至所述添加材料的层上以熔合所述添加材料的一部分并形成限定竖向方向、侧向方向和横向方向的热交换器，所述竖向方向、侧向方向和横向方向彼此相互垂直，所述热交换器包括：
壳体，其限定热交换仓室，所述热交换仓室具有沿着所述横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口；
多个热交换组，其基本上沿着所述竖向方向在所述壳体的顶侧和底侧之间经过所述热交换仓室，所述热交换组中的各个包括多个热交换管；和
至少一个收集器歧管，其在相邻的热交换组之间提供流体连通。
技术方案15. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述热交换器包括：
位于所述壳体的顶侧和底侧处的多个收集器歧管，所述收集器歧管中的各个限定一个或多个连接端口，所述连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通。
技术方案16. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，所述壳体限定沿着所述横向方向分开的前侧和后侧，所述方法进一步包括：
形成接近所述壳体的所述前侧而定位且限定与第一热交换组处于直接流体连通的入口仓室的入口歧管、位于所述入口仓室内且在第二流体入口和所述第一热交换组之间延伸的一个或多个分流器；和
形成接近所述壳体的所述后侧而定位且限定与最后的热交换组处于直接流体连通的出口仓室的出口歧管、位于所述出口仓室内且在所述最后的热交换组和第二流体出口之间延伸的一个或多个分流器。
技术方案17. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，进一步包括：
形成多个加强板，所述多个加强板沿着垂直于所述竖向方向的平面延伸且刚性地联接所述多个热交换管。
技术方案18. 根据技术方案14所述的方法，其特征在于，进一步包括：
形成位于所述至少一个收集器歧管内并基本上沿着所述竖向方向延伸且具有正弦形状的多个波状加强件，所述波状加强件沿着所述侧向方向分隔所述至少一个收集器歧管内的流体流。
技术方案19. 根据技术方案15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
形成位于所述收集器歧管内的多个加强肋，所述加强肋基本上沿着所述竖向方向在相邻的热交换组之间延伸且至少部分地限定所述连接端口。
技术方案20. 一种热交换器，包括：
壳体，其限定基本上沿着第一方向延伸的热交换仓室；
多个热交换组，其位于所述热交换器仓室内且基本上沿着第二方向在第一端和第二端之间延伸，所述热交换组中的各个包括多个热交换管；和
位于所述热交换组的所述第一端和所述第二端处的多个收集器歧管，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，所述连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通，所述连接端口至少部分地由基本上沿着所述第二方向延伸的多个加强肋限定。
附图说明
在参照附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整且开放的公开内容，包括其最佳模式。
图1提供了根据本主题的示例性实施例的增材制造的热交换器的透视图。
图2提供了沿着图1的线2-2截取的图1的示例性热交换器的截面图。
图3提供了图1的示例性热交换器的示意性截面图，示出了根据本主题的示例性实施例的流体流的方向。
图4提供了根据本主题的示例性实施例的图1的示例性热交换器的收集器歧管的特写截面图。
图5提供了可用于根据本主题的示例性实施例的图1的示例性热交换器中的分流器的透视图。
图6提供了根据本主题的示例性实施例的图4的示例性收集器歧管的透视截面图。
图7提供了图1的示例性热交换器的另一截面图。
图8提供了沿着图7的线8-8截取的图1的示例性热交换器的截面图。
图9是制造根据本主题的示例性实施例的热交换器的方法。
在本说明书和附图中，参照符号的重复使用意在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
构件列表
100 热交换器
102 壳体
104 左侧
106 右侧
108 底侧
110 顶侧
112 前侧
114 后侧
120 壁(壳体)
122 热交换仓室
124 空气入口
126 空气出口
128 冷却空气流
130 热交换组
132 热交换管
134 热油的流
140 收集器歧管
142 收集器仓室
144 连接端口
146 分隔壁
150 入口歧管
152 入口仓室
154 出口歧管
156 出口仓室
158 油入口
160 油出口
170 分流器
176 加强肋
178 底部壁(收集器歧管)
182 加强板
184 波状加强件
186 宽度(加强件)
188 宽度(热组(heat bank))
V 竖向方向
L 侧向方向
T 横向方向
200 方法
210-220 步骤。
具体实施方式
现在将详细参照以呈现本发明的本实施例，其一个或多个示例在附图中被示出。详细描述使用数字和字母名称来指代附图中的特征。使用了附图和描述中的相同或相似的名称来指代本发明的相同或相似的部分。如本文所使用的，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以将一个构件与另一个构件区分开，且不意在表示单独构件的位置或重要性。术语“前部”和“后部”指燃气涡轮发动机内的相对位置，其中前部指更接近发动机入口的位置而后部指更接近发动机喷嘴或排气口的位置。术语“上游”和“下游”指关于流体路径中的流体流的相对方向。例如，“上游”指流体从其流动的方向，而“下游”指流体流向其的方向。此外，如本文所使用的，关于近似的术语诸如“近似地”、“基本上”或“大约”指在百分之十的误差裕值内。
如本文所使用的，“流体”可为气体或液体。本方法不受限于使用的流体的类型。在优选的应用中，冷却流体为空气，且经冷却的流体为油。本方法可用于其它类型的液体和气体流体，其中经冷却的流体和冷却流体是相同的流体或不同的流体。经冷却的流体和冷却流体的其它示例包括燃料、液压流体、燃烧气体、制冷剂、制冷剂混合物、用于冷却航空电子设备或其它航空器电子系统的介电流体、水、基于水的化合物、与防冻添加剂(诸如醇或二醇化合物)混合的水以及能够在升高或降低的温度下进行持久的热传递的任何其它有机或无机传热流体或流体共混物。
本公开大体上涉及一种热交换器和一种用于增材制造该热交换器的方法。该热交换器包括限定热交换仓室的壳体，热交换仓室具有沿着横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口。多个热交换组基本上沿着竖向方向在壳体的顶侧和底侧之间经过热交换仓室，热交换组中的各个包括多个热交换管。多个收集器歧管位于壳体的顶侧和底侧处，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通。
参照图1，将根据本主题的示例性实施例描述增材制造的热交换器100。在任何合适的应用中，热交换器100可用于在两种或更多种流体之间传热。例如，如下所论述的，热交换器100配置成用于在燃气涡轮发动机中将热从油传递到空气。然而，应当了解，热交换器100可配置成用于接收任何合适量和类型的流体，用以在传热过程中使用，本文描述了一些示例。另外，本文公开的概念和热交换结构可类似地用于汽车、航空、海事和其它工业中以辅助流体之间的传热。此外，出于解释热交换器的大体操作的目的，图1示出热交换器100的示例性实施例，但是热交换器100的尺寸、形状和配置不意在限制本主题的范围。例如，流体通路的尺寸、形状、数量和配置可变化，但仍在本主题的范围内。
大体上，本文描述的热交换器100的示例性实施例可使用任何合适的过程制造或形成。然而，根据本主题的若干方面，热交换器100可以使用增材制造过程(诸如3-D打印过程)而形成。这种过程的使用可允许热交换器100整体地形成为单个整体式构件或形成为任何合适数量的子构件。特别地，制造过程可允许热交换器100整体地形成且包括在使用现有制造方法时不可行的多种特征。例如，本文所述的增材制造方法使得能够制造具有使用现有制造方法不可行的各种特征、配置、厚度、材料、密度、流体通路和安装结构的热交换器。本文描述这些新颖特征中的一些。
如本文所使用，术语“增材制造”或“增材制造技术或过程”大体上指其中(一种或多种)连续的材料层被提供在彼此上以逐层“构建”三维构件的制造方法。连续层大体上熔合在一起以形成可具有多种整体的子构件的整体式构件。尽管在本文中将增材制造技术描述为通过逐点、逐层(典型地在竖向方向上)构建物品而实现复杂物品的制作，但是其它制作方法也是可行的且在本主题的范围内。例如，尽管本文的论述涉及添加材料以形成连续层，但本领域技术人员将会理解，可用任何增材制造技术或制造科技实践本文公开的方法和结构。例如，本发明的实施例可使用加层过程、减层过程或混合过程。
根据本公开的合适的增材制造技术包括例如熔合沉积建模(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、诸如通过喷墨和激光喷射的3D打印、光刻(SLA)、直接选择性激光烧结(DSLS)、电子束烧结(EBS)、电子束熔化(EBM)、激光近净成形(LENS)、激光净成形制造(LNSM)、直接金属沉积(DMD)、数字光处理(DLP)、直接选择性激光熔化(DSLM)、选择性激光熔化(SLM)、直接金属激光熔化(DMLM)以及其它已知的过程。
本文所述的增材制造过程可被用于使用任何合适的材料形成构件。例如，材料可为塑料、金属、混凝土、陶瓷、聚合物、环氧树脂、光聚合物树脂或可呈固体、液体、粉末、片材、线材或任何其它合适形式的任何其它合适的材料。更具体地，根据本主题的示例性实施例，本文所述的增材制造的构件可部分地、整体地或以材料的一些组合形成，所述材料包括但不限于纯金属、镍合金、铬合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铝、铝合金以及基于镍或钴的超级合金(例如，可从Special Metals Corporation获得的以Inconel®命名的可获得的那些)。这些材料为适用于在本文所述的增材制造过程中使用的材料的示例，且可大体上被称为“添加材料”。
另外，本领域技术人员将了解，用于结合那些材料的多种材料和方法可被使用，并被视为在本公开的范围内。如本文所使用，对“熔合”的引用可指用于形成任何上述材料的结合层的任何合适的过程。例如，如果物品由聚合物制成，则熔合可指在聚合物材料之间形成热固性结合。如果物品是环氧树脂，则可通过交联过程形成结合。如果材料是陶瓷，则可通过烧结过程形成结合。如果材料是粉末金属，则可通过熔化或烧结过程形成结合。本领域技术人员将了解，通过增材制造熔合材料以制备构件的其它方法是可行的，且可用那些方法来实践当前公开的主题。
另外，本文公开的增材制造过程允许由多种材料形成单个构件。因此，本文所述的构件可由上述材料的任何合适的混合物形成。例如，构件可包括使用不同的材料、过程和/或在不同的增材制造机器上形成的多个层、节段或部分。以这种方式，可构造具有不同材料和材料性质的构件以满足任何特定应用的需求。此外，尽管本文所述的构件完全由增材制造过程构造，但应当了解，在备选实施例中，这些构件的全部或一部分可经由铸造、机械加工和/或任何其它合适的制造过程形成。实际上，可使用材料和制造方法的任何合适的组合来形成这些构件。
现在将描述示例性增材制造过程。增材制造过程使用构件的三维(3D)信息(例如三维计算机模型)制作构件。因此，可在制造之前限定构件的三维设计模型。在这方面，可扫描构件的模型或原型以确定构件的三维信息。作为另一示例，可使用合适的计算机辅助设计(CAD)程序构造构件的模型以限定构件的三维设计模型。
设计模型可包括构件的整个配置(包括构件的外部和内部表面二者)的3D数值坐标。例如，设计模型可限定主体、表面和/或内部通路(诸如开口、支承结构)等。在一个示例性实施例中，例如沿着构件的中心(例如，竖向)轴线或任何其它合适的轴线，三维设计模型被转换成多个薄片或节段。针对薄片的预定高度，各个薄片可限定构件的薄的截面。多个连续的截面薄片一起形成3D构件。然后，逐片或逐层地“构建”该构件，直到完成。
以这种方式，可使用增材过程来制作本文所述的构件，或更具体地，例如通过使用激光能量或热熔合或聚合塑料或通过烧结或熔化金属粉末来连续形成各个层。例如，特定类型的增材制造过程可使用能量束，例如电子束或电磁辐射(诸如激光束)来烧结或熔化粉末材料。可使用任何合适的激光和激光参数，包括与功率、激光束斑尺寸和扫描速率有关的考虑因素。构建材料可特别在高温下由为了增强强度、耐久性和提高使用寿命而选择的任何合适的粉末或材料形成。
各个连续层可例如在大约10μm和200μm之间，然而可基于任何数量的参数来选择厚度，且根据备选实施例厚度可为任何合适的尺寸。因此，利用上文描述的增材形成方法，本文所述的构件可具有与增材形成过程期间利用的相关粉末层的一个厚度(例如10μm)一样薄的截面。
另外，利用增材过程，构件的表面光洁度和特征可取决于应用根据需要而变化。例如，通过在增材过程期间，特别是在与部分表面相对应的截面层的外围中选择适当的激光扫描参数(例如激光功率、扫描速度、激光焦斑尺寸等)，可调整表面光洁度(例如，使其更平滑或更粗糙)。例如，可通过增加激光扫描速度或减小形成的熔池的尺寸来实现更粗糙的光洁度，并可通过降低激光扫描速度或增加所形成的熔池的尺寸来实现更平滑的光洁度。也可改变扫描模式和/或激光功率以改变选择的区域中的表面光洁度。
值得注意的是，在示例性实施例中，由于制造约束，本文描述的构件的若干特征之前是不可行的。然而，本发明人有利地利用了增材制造技术中的当前进展来大体上根据本公开开发这些构件的示例性实施例。虽然本公开不限于使用增材制造来大体上形成这些构件，但是增材制造确实提供若干制造优点，包括制造容易、成本降低、准确性更高等。
在这方面，利用增材制造的方法，甚至多部分构件可形成为单件式的连续金属，且因此与现有设计相比可包括更少的子构件和/或接合件。通过增材制造整体地形成这些多部分构件可有利地改进整个组装过程。例如，整体的形成减少了必须被组装的单独部分的数量，从而减少相关的时间和总的组装成本。另外，可有利地减少关于例如泄漏、单独部分之间的接合质量以及总体性能的现有问题。
上文描述的增材制造方法还能够实现本文描述的构件的复杂且杂乱得多的形状和轮廓。例如，这种构件可包括薄的增材制造的层和具有整体的收集器歧管的独特的流体通路。另外，增材制造过程使得能够制造具有不同材料的单个构件，使得构件的不同部分可表现出不同的性能特性。制造过程的连续增材的本性使得能够构造这些新颖的特征。结果，本文描述的构件可表现出改进的传热效率和可靠性。
现在大体上参照图1至3，将根据本主题的示例性实施例描述热交换器100。如所示出的，热交换器100包括沿着第一方向(例如侧向方向L)在左侧104和右侧106之间延伸的壳体102。另外，壳体102还沿着第二方向(例如竖向方向V)在底侧108和顶侧110之间延伸。壳体102沿着第三方向(例如横向方向T)在前侧112和后侧114之间延伸。根据示出的实施例，侧向方向L、竖向方向V和横向方向T彼此相互垂直，使得大体上限定正交坐标系。
然而，应当了解，示例性热交换器100和L-V-T坐标系在本文中仅被用于解释本主题的方面的目的，而不意在限制本公开的范围。在这方面，方向指示符诸如“左”和“右”、“顶部”和“底部”以及“前”和“后”仅用于指示热交换器100的各部分分别沿着L方向、V方向和T方向的相对定位。此外，示例性热交换器100的各部分和特征可具有不同的位置、取向和配置，但仍在本主题的范围内。
如所示出的，壳体102大体上包括限定热交换仓室122的多个壁120。更具体地，壁120大体上形成具有限定热交换仓室122的矩形截面的箱。然而，应当了解，壁120可包括以任何合适的取向接合的少于或多于四个壁以限定适当成形的热交换仓室122。壳体102进一步限定沿着第一方向(例如横向方向T)分开的第一流体入口(在本文中被称为空气入口124)和第一流体出口(在本文中被称为空气出口126)。
因此，如在图3中最佳地示意性示出的，空气入口124和空气出口126与热交换仓室122处于流体连通，以允许冷却空气流(在图3中由箭头128指示)经过热交换仓室122。根据示出的实施例，空气入口124被限定在壳体102的后侧114处，且空气出口126被限定在壳体102的前侧112处。然而，根据备选实施例，可使用其它流动方向。另外，尽管本公开描述了配置成使空气经过热交换仓室122的热交换器100，但应当了解，根据备选实施例，可使用任何合适的热交换流体。
热交换器100进一步包括多个热交换组130，热交换组130基本上沿着第二方向(例如，竖向方向V)在壳体102的顶侧110和底侧108之间位于热交换仓室122内并经过热交换仓室122。各个热交换组130包括多个热交换管132。如图3中最佳地示意性示出的，热交换组130大体上配置成接收热油的流(在图3中由箭头134指示)，所述热油流基本上沿着竖向方向V在热交换组130的接近壳体102的顶侧110的第一端和热交换组130的接近壳体102的底侧108的第二端之间经过热交换管132。
热交换器100进一步包括位于壳体102的顶侧110和底侧108处的多个收集器歧管140。收集器歧管140限定收集器仓室142，其在相邻的热交换组130之间提供流体连通，并限定用于使热油的流134经过热交换器100的连续的流体通路。如所示出的，各个收集器歧管140限定一个或多个连接端口144，所述连接端口在相邻的热交换组130之间提供流体连通。在这方面，连接端口144是限定在分隔相邻的热交换组130的分隔壁146中的孔。更具体地，收集器歧管140在交替的分隔壁146上限定连接端口144，使得大体上限定蛇形流动路径。
值得注意的是，热交换组130和热交换管132被示出为沿着竖向方向V上下传送。如上文所述的那样，通过使热油134经过收集器仓室142和连接端口144，热油的流134沿着横向方向T也以蛇形式样传送。以这种方式，来自热交换组130内的各个热交换管132的热油134将流入相应的收集器仓室142中，在此，油将在经过连接端口144而进入相邻的热交换组130之前混合到一起。这种配置确保热油的流134内的均匀的温度分布并改进传热效率。
尽管热交换管132被示出为以蛇形方式布置的直管，应当了解根据备选实施例，每个热交换管132可为曲线形、蛇形、螺旋形、正弦形或任何其它合适的形状。另外，取决于热交换流体的应用和类型，热交换管132可以所需的任何合适的尺寸、数量、间距、形状、取向和程数形成。这些各种配置由本文公开的增材制造过程实现且被认为在本主题的范围内。
另外，热交换器100被示出为具有四个热交换组130且各个热交换组130被示出为具有五排热交换管132。然而，应当了解，根据备选实施例，可使用少于或多于四个热交换组130且可使用少于或多于五个热交换管132。另外，针对给定的应用，热交换组130和热交换管132可具有所需的任何合适的尺寸和/或配置。
具体参照图1至图4，热交换器100进一步包括入口歧管150，其接近壳体102的前侧112和顶侧110而定位且限定入口仓室152。另外，热交换器100进一步包括出口歧管154，其接近壳体102的后侧114和顶侧110而定位且限定出口仓室156。入口仓室152和出口仓室156分别与第一热交换组130和最后的热交换组130处于直接流体连通。因此，在热交换器100的工作期间，油的流134经过第二流体入口(在本文中被称为油入口158)并进入入口仓室152。然后，油的流134以上文所述的蛇形方式经过热交换组130和收集器仓室142。最后，油的流134通过出口仓室156和第二流体出口(在本文中被称为油出口160)离开热交换器100。以这种方式，热油134的连续通路通过热交换仓室122限定，使得热能可从热油的流134传递到经过热交换仓室122的冷却空气128的流。
热交换器100在本文中被描述为大体上沿着第一方向(即，横向方向T)使冷却空气128经过热交换仓室122，且大体上沿着第二方向(即，竖向方向V)使热油134经过热交换管132，使得流彼此垂直且呈错流式热交换布置。然而，应当了解，热交换管132相对于壳体102和热交换仓室122的方向取向可改变，但仍在本主题的范围内。在这方面，根据备选实施例，热交换管132可以与热交换仓室122成另一错流的取向、以平行流的布置或以任何其它适当的取向被配置。另外，如上文详细描述的，可使用任何合适的备选的热交换流体。
使用本文所述的增材制造技术，热交换器100可进一步包括改进热交换器100的操作的多种特征。下面描述一些示例性特征，它们可改进热交换器100的结构刚性，可改进通过热交换器100的流体流，可改进热交换器100的传热效率，或可以其它方式改进热交换器100的工作。
例如，参照图2、4和5，热交换器100可包括一个或多个位于入口仓室152内的分流器170。入口歧管150内的分流器170大体上在接近油入口158的位置到接近第一热交换组130或热交换管132的入口的位置之间延伸。类似地，分流器170位于出口仓室156内且大体上在接近最后的热交换组130或热交换管132的出口的位置到接近油出口160的位置之间延伸。
分流器170大体上成形为助于以均匀的方式分离或合并油134的流，同时降低流损失和压降。根据示出的实施例，至少一个分流器170在垂直于横向方向T的第一平面内延伸，且至少一个分流器170沿着横向方向T延伸。然而，分流器170可具有任何合适的形状，用于引导油134的流以实现在第一热交换组130内的热交换管132之间的均匀的流分布且用于有效地合并来自出口仓室156内的最后的热交换组130的油134的流。
如图2和6中最佳地示出，热交换器100进一步包括多个加强肋176，加强肋176由收集器歧管140限定且位于收集器仓室142内。加强肋176基本上沿着竖向方向V在相邻的热交换组130之间延伸，且至少部分地限定连接端口144。加强肋176大体上可成形为增加收集器歧管130的结构刚性并减少收集器仓室142内的流体流的停滞。例如，如所示出的，加强肋176为基本上三角形的加强肋176，其中所述三角形的基部沿着竖向方向V位于收集器歧管140的底壁178处且朝向分隔壁146延伸并支承分隔壁146。根据备选实施例，其它形状、配置和取向是可行的。
如图1、2和7最佳地示出，热交换器100进一步包括多个加强板182，其沿着基本上垂直于竖向方向V的平面延伸且刚性地联接多个热交换管132。如所示出的，热交换器100包括九个水平取向的加强板，它们提供热交换器100的结构刚性和改进的频率响应。加强板182还用来沿着竖向方向V分隔冷却空气128的流以提供更均匀的流分布。然而，根据备选实施例，可使用任何合适数量、位置、取向和配置的加强板182。
现在参照图7和8，热交换器100进一步包括多个波状加强件184，其位于收集器仓室142内且基本上沿着竖向方向V延伸以将热油134的流沿着侧向方向L分隔。根据示出的实施例，波状加强件184具有正弦形状且限定沿着侧向方向L在波状加强件184之间测量的宽度186(图8)，其近似等于沿着横向方向T截取的单个热交换组130的宽度188(图4)。然而，根据备选实施例，可使用任何合适数量、尺寸、位置、取向和配置的波状加强件184。
根据需要，可使用任何合适的材料以任何合适的几何形状、密度和厚度构造热交换器100的各部分，以对热交换器100提供必要的结构支承。例如，热交换器100的壳体102可由刚性的、绝热材料形成。另外，壳体102可更厚和更致密以在安装、组装和工作期间对由热交换器100经受的负载提供结构支承。相比之下，热交换管132可更薄并由更导热的材料构造，以便加强传热。例如，热交换管132可具有20 μm的壁厚或任何其它合适的厚度。
应当了解，本文仅为了解释本主题的方面的目的而描述热交换器100。例如，热交换器100在本文中将用于描述制造热交换器100的示例性配置、构造和方法。应当了解，本文论述的增材制造技术可用于制造出于任何合适的目的而在任何合适的装置中使用的以及在任何合适的工业中使用的其它热交换器。因此，本文描述的示例性构件和方法仅用于说明本主题的示例性方面，而不意在以任何方式限制本公开的范围。
现已呈现了根据本主题的示例性实施例的热交换器100的构造和配置，提供了用于形成根据本主题的示例性实施例的热交换器的示例性方法200。制造商可使用方法200以形成热交换器100或任何其它合适的热交换器。应当了解，本文论述示例性方法200仅为了描述本主题的示例性方面，而不意在限制。
现在参照图9，方法200包括，在步骤210，在增材制造机器的机床上沉积添加材料层。方法200进一步包括，在步骤220，将能量从能量源选择性地引导到添加材料层上以熔合添加材料的一部分并形成热交换器。例如，使用来自上文的示例，可形成热交换器100，用于在空气和油之间传热，或可形成任何其它合适的热交换器。
在步骤220形成的热交换器可包括限定热交换仓室的壳体，该热交换仓室具有沿着横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口。多个热交换组基本上沿着竖向方向在壳体的顶侧和底侧之间经过热交换仓室，热交换组中的各个包括多个热交换管。多个收集器歧管位于壳体的顶侧和底侧处，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通。
根据示例性实施例，方法200可进一步包括使用本文描述的增材制造方法来形成整体的入口歧管和出口歧管。入口歧管接近壳体的前侧而定位并限定与第一热交换组处于直接流体连通的入口仓室。一个或多个分流器位于入口仓室内并在第二流体入口和第一热交换组之间延伸。出口歧管接近壳体的后侧而定位并限定与最后的热交换组处于直接流体连通的出口仓室。类似地，一个或多个分流器位于出口仓室内且在最后的热交换组和第二流体出口之间延伸。值得注意的是，根据示例性实施例，诸如上文所述的壳体、热交换组、收集器歧管、入口歧管、出口歧管和热交换器的其它部分整体地形成为单个整体式构件。
出于说明和论述的目的，图9描绘了以特定顺序执行的步骤。使用本文提供的公开内容的本领域普通技术人员将理解，可以各种方式对本文论述的任何方法的步骤进行调整、重新布置、拓展、省略或修改，而不偏离本公开的范围。此外，虽然使用热交换器100作为示例而对方法200的方面进行了解释，但应当了解，可应用这些方法以制造任何合适的热交换器。
上文描述了一种增材制造的热交换器和用于制造该热交换器的方法。值得注意的是，热交换器100大体上可包括增强性能的几何形状和热交换特征，它们实际的实现通过增材制造过程而得到促进，如下文所述的那样。例如，使用本文所述的增材制造方法，热交换器可包括用于在两个流体流之间传递热能的热交换结构。另外，本文所述的增材制造技术使得能够形成具有整体的收集器歧管的热交换器，整体的收集器歧管改进热交换器的热效率。这些特征可在热交换器的设计期间被引入，使得它们可在构建过程期间在很少或没有额外成本的情况下容易地结合到热交换器中。此外，包括壳体、热交换组、收集器歧管、入口歧管、出口歧管、分流器和其它特征的整个热交换器可整体地形成为单个整体式构件。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利性范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这些其它示例意在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种热交换器，其限定竖向方向、侧向方向和横向方向，所述竖向方向、侧向方向和横向方向彼此相互垂直，所述热交换器包括：
限定热交换仓室的壳体，所述热交换仓室具有沿着横向方向分开的第一流体入口和第一流体出口；
多个热交换组，所述多个热交换组基本上沿着所述竖向方向在所述壳体的顶侧和底侧之间经过所述热交换仓室，所述热交换组中的各个包括多个热交换管；和
位于所述壳体的顶侧和底侧处的多个收集器歧管，各个收集器歧管限定一个或多个连接端口，所述连接端口在相邻的热交换组之间提供流体连通。
2. 根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述壳体限定沿着所述横向方向分开的前侧和后侧，所述热交换器进一步包括：
入口歧管，其接近所述壳体的所述前侧而定位并限定与第一热交换组处于直接流体连通的入口仓室；和
出口歧管，其接近所述壳体的所述后侧而定位并限定与最后的热交换组处于直接流体连通的出口仓室。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：
至少一个入口歧管或出口歧管，其沿着所述横向方向与位于所述第一热交换组和所述最后的热交换组之间的中间热组处于流体连通。
4. 根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括：
位于所述入口仓室内并在第二流体入口和所述第一热交换组之间延伸的一个或多个分流器；和
位于所述出口仓室内并在所述最后的热交换组和第二流体出口之间延伸的一个或多个分流器。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述分流器中的至少一个在垂直于所述横向方向的第一平面内延伸，且所述分流器中的至少一个沿着所述横向方向延伸。
6.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述第一流体入口限定在所述壳体的所述后侧处，且所述第一流体出口限定在所述壳体的所述前侧处。
7.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述壳体、所述热交换管、所述入口歧管、所述出口歧管和所述收集器歧管整体地形成为单个整体式构件。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：
多个加强板，其沿着基本上垂直于所述竖向方向的平面延伸且刚性地联接多个热交换管。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：
多个波状加强件，其位于所述收集器歧管内并基本上沿着所述竖向方向延伸。
10.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述多个波状加强件具有正弦形状并沿着所述侧向方向分隔所述收集器歧管内的流体流。
CN201810539197.4A 2017-05-30 2018-05-30 增材制造的热交换器 Pending CN108979865A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17425058.9 2017-05-30
EP17425058.9A EP3410054B1 (en) 2017-05-30 2017-05-30 Additively manufactured heat exchanger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108979865A true CN108979865A (zh) 2018-12-11

Family

ID=59315569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810539197.4A Pending CN108979865A (zh) 2017-05-30 2018-05-30 增材制造的热交换器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10583535B2 (zh)
EP (1) EP3410054B1 (zh)
JP (1) JP2019027772A (zh)
CN (1) CN108979865A (zh)
CA (1) CA3005197A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111922335A (zh) * 2020-05-09 2020-11-13 同济大学 一种气液双相换热器的增材制造方法
CN112303215A (zh) * 2019-07-25 2021-02-02 通用电气阿维奥有限责任公司 一体式冷却子系统
US20210154942A1 (en) * 2019-02-06 2021-05-27 Caterpillar Inc. Filtration media packs produced using additive manufacturing
CN115194423A (zh) * 2021-04-06 2022-10-18 通用电气公司 热交换器及其制造方法
CN115398162A (zh) * 2020-02-27 2022-11-25 江森自控泰科知识产权控股有限责任合伙公司 水箱混合歧管

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10871334B2 (en) 2013-07-03 2020-12-22 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchangers with multi-layer structures
US9987508B2 (en) * 2016-08-31 2018-06-05 Emerson Process Management Regulator Technologies Tulsa, Llc Hybrid composite flame cell
US10247296B2 (en) * 2016-12-12 2019-04-02 General Electric Company Additively manufactured gearbox with integral heat exchanger
DE102017004671A1 (de) * 2017-05-16 2018-11-22 Degner Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zum Kühlen, Wärmen oder Wärmeübertragen
US11536521B2 (en) 2018-02-23 2022-12-27 Unison Industries, Llc Heat exchanger assembly with a manifold additively manufactured onto a core and method of forming
US11686530B2 (en) 2018-03-16 2023-06-27 Hamilton Sundstrand Corporation Plate fin heat exchanger flexible manifold
US10443959B2 (en) 2018-03-16 2019-10-15 Hamilton Sundstrand Corporation Integral heat exchanger manifold guide vanes and supports
US10926364B2 (en) 2018-10-03 2021-02-23 Hamilton Sundstrand Corporation Plate-fin heat exchanger core design for improved manufacturing
US11453158B2 (en) * 2018-11-16 2022-09-27 Wisconsin Alumni Research Foundation 3D structures and methods therefor
US11274886B2 (en) 2019-03-08 2022-03-15 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger header with fractal geometry
US11280550B2 (en) 2019-03-08 2022-03-22 Hamilton Sundstrand Corporation Radially layered helical core geometry for heat exchanger
US11359864B2 (en) 2019-03-08 2022-06-14 Hamilton Sundstrand Corporation Rectangular helical core geometry for heat exchanger
US11226158B2 (en) * 2019-04-01 2022-01-18 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger fractal splitter
US11255614B2 (en) 2019-07-29 2022-02-22 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger with barrier passages
US11268770B2 (en) * 2019-09-06 2022-03-08 Hamilton Sunstrand Corporation Heat exchanger with radially converging manifold
US11397062B2 (en) * 2019-11-14 2022-07-26 Hamilton Sundstrand Corporation Self-supporting additively-manufactured heat exchanger header
US20210254904A1 (en) * 2020-02-19 2021-08-19 The Boeing Company Additively manufactured heat exchanger
US11460197B1 (en) * 2020-04-13 2022-10-04 Anthony Staniulis, Jr. Air transfer apparatus integrally formed with a cavity and for adapting with a heat exchanger
EP3904819B1 (en) 2020-04-27 2023-09-27 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger header fabricated with integral flange using additive metal process
DE102020210310A1 (de) 2020-08-13 2022-02-17 Thyssenkrupp Ag Kompakter Wärmetauscher
US11209222B1 (en) 2020-08-20 2021-12-28 Hamilton Sundstrand Corporation Spiral heat exchanger header
US11555659B2 (en) * 2020-12-18 2023-01-17 Hamilton Sundstrand Corporation Multi-scale heat exchanger core
JP2022149690A (ja) * 2021-03-25 2022-10-07 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置
US11389996B1 (en) * 2021-05-18 2022-07-19 Anthony Staniulis, Jr. Method of making a monolithic and integral air transfer apparatus
US11260565B1 (en) * 2021-05-18 2022-03-01 Anthony Staniulis, Jr. Method of making a monolithic air transfer apparatus
US11493286B1 (en) * 2021-10-12 2022-11-08 Hamilton Sundstrand Corporation Header for high-pressure heat exchanger
US11976677B2 (en) 2021-11-05 2024-05-07 Hamilton Sundstrand Corporation Integrally formed flow distributor for fluid manifold
CN114413675B (zh) * 2021-12-15 2023-10-13 合肥通用机械研究院有限公司 一种内表面具有Laval结构的管道及其增材制造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005331217A (ja) * 2003-06-11 2005-12-02 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd ガス冷却装置
US20060090888A1 (en) * 2004-11-03 2006-05-04 Forward Electronics Co., Ltd. Heat-exchange type cooler
US20130299150A1 (en) * 2010-09-30 2013-11-14 Valeo Systems Themiques Heat Exchanger For A Motor Vehicle
WO2014041771A1 (ja) * 2012-09-13 2014-03-20 株式会社デンソー 熱交換器
CN105466253A (zh) * 2007-07-12 2016-04-06 热量矩阵集团私人有限公司 热交换器
US20160116218A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 Ebullient, Llc Heat exchanger with helical passageways
JP2017036868A (ja) * 2015-08-07 2017-02-16 カルソニックカンセイ株式会社 熱交換器

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9201945A (nl) 1992-11-05 1994-06-01 Level Energietech Bv Warmtewisselaar.
DE69419197T2 (de) * 1993-04-30 1999-11-25 Sanden Corp Wärmetauscher
JP2000039288A (ja) * 1998-07-21 2000-02-08 Showa Alum Corp 熱交換器用ヘッダー装置
FR2838183B1 (fr) 2002-04-09 2004-07-09 Snecma Propulsion Solide Structure d'echangeur thermique haute temperature
JP2007183076A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Denso Corp 熱交換器
US7810552B2 (en) 2006-12-20 2010-10-12 The Boeing Company Method of making a heat exchanger
US7866377B2 (en) 2006-12-20 2011-01-11 The Boeing Company Method of using minimal surfaces and minimal skeletons to make heat exchanger components
US8517086B2 (en) 2008-02-29 2013-08-27 Caterpillar Inc. Composite heat exchanger end structure
JP2011002195A (ja) * 2009-06-22 2011-01-06 Tokyo Electric Power Co Inc:The 熱交換器および氷蓄熱式空調システム
US20120012292A1 (en) * 2010-07-16 2012-01-19 Evapco, Inc. Evaporative heat exchange apparatus with finned elliptical tube coil assembly
KR101407144B1 (ko) * 2013-01-24 2014-06-13 현대중공업 주식회사 차지 에어 쿨러용 흡기 장치
US9746245B2 (en) * 2013-01-25 2017-08-29 Hanon Systems Heat exchanger equipped with cold reserving part and manufacturing method thereof
US20140284038A1 (en) 2013-03-21 2014-09-25 Hamilton Sundstrand Corporation Heat exchanger design and fabrication
US20150137412A1 (en) 2013-11-20 2015-05-21 Carl Schalansky Method of using additive materials for production of fluid flow channels
US10634054B2 (en) 2014-10-21 2020-04-28 United Technologies Corporation Additive manufactured ducted heat exchanger
JP2016145662A (ja) * 2015-02-06 2016-08-12 株式会社デンソー 熱交換器およびその製造方法
DE112016000793T5 (de) * 2015-02-18 2017-11-09 Dana Canada Corporation Flexible Bauweise von Wärmetauschern zum Erwärmen und/oder Kühlen von Flüssigkeiten
EP3265739B1 (de) * 2015-03-05 2019-01-23 Linde Aktiengesellschaft 3d-gedrucktes heizflächenelement für einen plattenwärmeübertrager
US20180292146A1 (en) * 2017-04-10 2018-10-11 United Technologies Corporation Partially additively manufactured heat exchanger

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005331217A (ja) * 2003-06-11 2005-12-02 Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd ガス冷却装置
US20060090888A1 (en) * 2004-11-03 2006-05-04 Forward Electronics Co., Ltd. Heat-exchange type cooler
CN105466253A (zh) * 2007-07-12 2016-04-06 热量矩阵集团私人有限公司 热交换器
US20130299150A1 (en) * 2010-09-30 2013-11-14 Valeo Systems Themiques Heat Exchanger For A Motor Vehicle
WO2014041771A1 (ja) * 2012-09-13 2014-03-20 株式会社デンソー 熱交換器
US20160116218A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 Ebullient, Llc Heat exchanger with helical passageways
JP2017036868A (ja) * 2015-08-07 2017-02-16 カルソニックカンセイ株式会社 熱交換器

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210154942A1 (en) * 2019-02-06 2021-05-27 Caterpillar Inc. Filtration media packs produced using additive manufacturing
US11707892B2 (en) * 2019-02-06 2023-07-25 Caterpillar Inc. Filtration media packs produced using additive manufacturing
CN112303215A (zh) * 2019-07-25 2021-02-02 通用电气阿维奥有限责任公司 一体式冷却子系统
CN115398162A (zh) * 2020-02-27 2022-11-25 江森自控泰科知识产权控股有限责任合伙公司 水箱混合歧管
CN111922335A (zh) * 2020-05-09 2020-11-13 同济大学 一种气液双相换热器的增材制造方法
CN115194423A (zh) * 2021-04-06 2022-10-18 通用电气公司 热交换器及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CA3005197A1 (en) 2018-11-30
JP2019027772A (ja) 2019-02-21
EP3410054B1 (en) 2022-10-26
US10583535B2 (en) 2020-03-10
US20180345425A1 (en) 2018-12-06
EP3410054A1 (en) 2018-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108979865A (zh) 增材制造的热交换器
US10830540B2 (en) Additively manufactured heat exchanger
CN109282670B (zh) 增材制造的换热器
US10434575B2 (en) Additively manufactured heat exchanger including flow turbulators defining internal fluid passageways
US10782071B2 (en) Tubular array heat exchanger
US10670349B2 (en) Additively manufactured heat exchanger
US20180283795A1 (en) Tubular Array Heat Exchanger
US11561048B2 (en) Circular crossflow heat exchanger
US20190024988A1 (en) Header assembly for a heat exchanger
AU2018267568A1 (en) Thermal management system and method
WO2024031151A1 (en) Heat exchanger and method of manufacture therefor

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination