CN109696070B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种热交换器包括一个或多个热介质流动区域和一个或多个冷却介质流动区域。热介质条界定一个或多个热介质流动区域，而冷却介质条界定一个或多个冷却介质流动区域。冷却介质条中的至少一个冷却介质条连接到成对隔板。至少一个冷却介质条包括底座、第一支腿和第二支腿。第一支腿和该第二支腿各自从底座延伸。在第一支腿与第二支腿之间设置腔体。腔体经由设置在第一支腿与第二支腿之间的开口与一个或多个冷却介质流动区域中的第一冷却介质流动区域流体连通。

Description

热交换器
相关申请的交叉引用
本申请要求根据35 U.S.C.119(e)授予序列号62/574,853并于2017年10月20日提交的美国临时专利申请的权益，其全部公开内容通过引用并入于此。
技术领域
本发明涉及一种热交换器。更具体地，本发明涉及一种条式和板式热交换器。
背景技术
条式和板式热交换器是已知的。这种热交换器可能暴露于由热和/或压力循环引起的高热和机械负载。这些条件可能导致应力。随着时间的推移，这种应力可能会导致在条和板连接在一起的区域中形成裂缝。在这样的区域中形成裂缝可能会导致热交换器中的泄漏和热交换器的效率降低。
期望提供一种如下热交换器：当热交换器暴露于上述条件时，其可以阻止在其部件连接在一起的区域中形成裂缝。
发明内容
提供了一种热交换器的实施例。在实施例中，热交换器包括一个或多个热介质流动区域和一个或多个冷却介质流动区域。热介质条界定一个或多个热介质流动区域，而冷却介质条界定一个或多个冷却介质流动区域。冷却介质条中的至少一个冷却介质条连接到成对隔板。至少一个冷却介质条包括底座、第一支腿和第二支腿。第一支腿和第二支腿各自从底座延伸。在第一支腿与第二支腿之间设置腔体。腔体经由设置在第一支腿与第二支腿之间的开口与一个或多个冷却介质流动区域中的第一冷却介质流动区域流体连通。腔体至少部分地由邻接第一壁部分和第二壁部分的内端部分限定。内端部分具有内端部分弯曲表面。第一壁部分具有第一壁部分平坦表面。第二壁部分具有第二壁部分平坦表面。第一壁部分邻接第三壁部分，而第二壁部分邻接第四壁部分。第三壁部分具有第三壁部分弯曲表面，而第四壁部分具有第四壁部分弯曲表面。第三壁部分邻接第五壁部分，而第四壁部分邻接第六壁部分。第五壁部分和第六壁部分至少部分地限定开口。
在一些实施例中，第一支腿包括第一部分和第二部分，第一部分的厚度朝向冷却介质流动区域逐渐减小，第二部分具有恒定厚度，第一部分在其一端附接到底座上，并且在其另一端附接到第二部分上。
在一些实施例中，第二部分包括至少部分地由第三壁部分限定的内表面以及弯曲外表面，弯曲外表面面向所述成对隔板中的第一隔板的第一表面。
优选地，弯曲外表面通过钎焊接头(brazed joint)连接到第一隔板的第一表面。
在实施例中，翅片位于第一冷却介质流动区域内，其中空间将翅片的一端与钎焊接头分开。
在一些实施例中，第一壁部分平坦表面和第二壁部分平坦表面彼此分开。
在一些实施例中，内端部分弯曲表面包括第一曲率半径，并且第三壁部分弯曲表面和第四壁部分弯曲表面各自包括第二曲率半径，其中第一曲率半径小于第二曲率半径。
在一些实施例中，第五壁部分包括第五壁部分弯曲表面，第五壁部分弯曲表面附接到第三壁部分，并且第六壁部分包括第六壁部分弯曲表面，第六壁部分弯曲表面附接到第四壁部分。
在一些实施例中，第五壁部分还包括第五壁部分平坦表面，第五壁部分平坦表面附接到第五壁部分弯曲表面，并且第六壁部分还包括第六壁部分平坦表面，第六壁部分平坦表面附接到第六壁部分弯曲表面。
在另一个实施例中，第五壁部分平坦表面和第六壁部分平坦表面由开口分开并且彼此成平行关系。
在一些实施例中，一个或多个热介质流动区域中的热介质在第一方向上流动，并且一个或多个冷却介质流动区域中的冷却介质在第二方向上流动，并且第一方向和第二方向不同。
在一些实施例中，一个或多个热介质流动区域包括第一热介质流动区域和第二热介质流动区域，第一热介质流动区域和第二热介质流动区域彼此间隔开并且彼此成平行关系，并且第一冷却介质流动区域设置在第一热介质流动区域与第二热介质流动区域之间。
在一些实施例中，一个或多个热介质流动区域和一个或多个冷却介质流动区域处于交替布置。
在一些实施例中，底座包括第一表面和第二表面，并且表面以彼此平行的关系设置。
在一些实施例中，翅片位于第一冷却介质流动区域内的翅片，其中第一支腿的端部和第二支腿的端部靠近翅片的侧壁。
附图说明
当根据附图考虑时，根据以下具体实施方式，本领域技术人员将容易明白本发明的上述以及其它优点，其中：
图1是根据本发明的热交换器的透视图；
图2是示出图1的热交换器的选定部分的局部放大透视图；
图3是图2的一部分的放大视图；
图4是图3的一部分的放大视图；以及
图5是在图1的热交换器中利用的冷却介质条的实施例的前视图。
具体实施方式
应当理解的是，除非明确地相反指出，否则本发明可以采用各种替代定向和步骤序列。还应当理解的是，附图中所示的以及以下说明书中描述的具体组件、装置和特征仅进是本发明构思的示例性实施例。因此，除非另有明确说明，否则与所公开的实施例相关的具体尺寸、方向或其它物理特性不应被视为限制。而且，虽然它们没有被视为限制，但是在上述实施例中找到的元件可以在本申请的该部分中用相同的标识符来指代。
本文描述了热交换器10的实施例，并在图1到5中示出热交换器。热交换器10可以在车辆中用作散热器、增压空气冷却器或油冷却器。然而，还应当明白的是，热交换器10可以具有其它应用。
热交换器10包括一个或多个热介质流动区域12、12a、12b、12c。优选地，当设置多个热介质流动区域12、12a、12b、12c时，热介质流动区域12、12a、12b、12c彼此间隔开并且彼此成平行关系。当热交换器10在使用中时，热介质或流体在每个热介质流动区域12、12a、12b、12c中流动。热介质可以是液体(诸如例如冷却剂或油)或气体(诸如例如空气)。
热交换器10利用冷却介质来冷却热介质。优选地，冷却介质是空气。然而，应当明白的是，冷却介质可以是另一种流体。冷却介质在一个或多个冷却介质流动区域14、14a、14b中流动。优选地，当设置多个冷却介质流动区域14、14a、14b时，冷却介质流动区域14、14a、14b彼此间隔开并且彼此成平行关系。
在某些实施例中，热交换器10可以是一次通过的。在一个这样的实施例中，热介质流动区域12、12a、12b、12c和冷却介质流动区域14、14a、14b定位在入口箱100与出口箱102之间。在实施例中，热介质流动区域12、12a、12b、12c在入口箱100与出口箱102之间延伸并且与入口箱和出口箱流体连通。热介质经由入口104被接纳在入口箱100中。入口箱100与入口104流体连通。入口104被设置成接纳热介质并且将热介质引导到入口箱100。入口箱100将热介质引导到热介质流动区域12、12a、12b、12c。热介质从热介质流动区域12、12a、12b、12c被引导到出口箱102。出口箱102与出口106流体连通。出口106被设置成从出口箱102接纳热介质并且将热介质引导离开出口箱102。
在其它实施例(未描绘)中，热交换器可以是两次通过的。在一个这样的实施例中，热介质流动区域12、12a、12b、12c和冷却介质流动区域14、14a、14b可以定位在箱(未描绘)与歧管(未描绘)之间。在实施例中，箱可以包括入口和出口。而且，在实施例中，热介质流动区域12、12a、12b、12c在箱与歧管之间延伸并且与箱和歧管流体连通。箱在入口处接纳热介质并且将热介质引导到热介质流动区域12、12a、12b、12c。歧管从热介质流动区域12、12a、12b、12c接纳热介质。在歧管接纳到热介质之后，热介质通过热交换器被引导回到箱的出口。
优选地，热介质流动区域12、12a、12b、12c和冷却介质流动区域14、14a、14b彼此处于垂直关系。热介质流动区域12、12a、12b、12c和冷却介质流动区域14、14a、14b的定向允许热介质在第一方向上流动并且冷却介质在第二方向上流动。优选地，第一方向和第二方向不同。
此外，在一些实施例中，热介质流动区域12、12a、12b、12c和冷却介质流动区域14、14a、14b以交替布置设置。例如，当热介质流动区域12、12a、12b、12c包括第一热介质流动区域12a和第二热介质流动区域12b时，在第一热介质流动区域12a与第二热介质流动区域12b之间设置第一冷却介质流动区域14a。在实施例中，第一热介质流动区域12a和第二热流动介质流动区域12b彼此间隔开并且彼此成平行关系。
如图3到4中最佳地所示，隔板16、16a将热介质流动区域12、12a、12b、12c与冷却介质流动区域14、14a、14b分开。优选地，每个隔板16、16a相对较薄并且包括铝或铝合金。在实施例中，隔板16、16a中的一个或多个在其每个主表面上还包括钎焊材料涂层。优选地，每个隔板16、16a在其每个主表面上包括钎焊材料涂层。钎焊材料涂层用于在钎焊工艺期间将每个隔板16、16a连接到热介质条18和冷却介质条20。
端板(未描绘)位于热交换器10的每个端部处。每个端板连接到隔板16、16a。在实施例中，端板的厚度各自都大于隔板16、16a的厚度。端板可以各自包括铝或铝合金。
优选地，一个或多个热介质条18界定每个热介质流动区域12、12a、12b、12c。优选地，成对热介质条18在其相对侧上界定每个热介质流动区域12、12a、12b、12c。在实施例中，热介质流动区域12、12a、12b、12c也由成对隔板16、16a界定。在实施例中，每个热介质条18可以连接到成对隔板16、16a。一个或多个热介质条18有助于使隔板16、16a彼此间隔开。
每个热介质条18可以是实心结构，并且可以包括铝或铝合金。在图3中最佳地示出的实施例中，一个或多个热介质条18中的一个或多个具有附接到锥形部分的大致矩形部分。锥形部分朝向相应的热介质流动区域12、12a、12b、12c延伸，并且可以具有大致三角形的形状。优选地，每个热介质条18以类似的并且如上所述的方式配置。然而，热介质条18可以是本领域已知的任何配置。
优选的是，热介质翅片22位于每个热介质流动区域12、12a、12b、12c内。热介质翅片22有助于支撑隔板16、16a并且增加冷却介质与热介质之间的传热率。每个热介质翅片22可以包括铝或铝合金。优选地，每个热介质翅片22为波纹状。然而，热介质翅片可以是本领域已知的另一种配置。
优选地，一个或多个冷却介质条20界定每个冷却介质流动区域14、14a、14b。优选地，成对冷却介质条20在其相对侧上界定每个冷却介质流动区域14、14a、14b。每个冷却介质条20可以包括铝或铝合金。优选的是，每个冷却介质流动区域14、14a、14b也由成对隔板16、16a界定。在实施例中，每个冷却介质条20可以连接到成对隔板16、16a。冷却介质条20有助于使隔板16、16a彼此间隔开。
为了描述热交换器10的某些实施例，下面仅描述图4到5中所示的冷却介质条20。应当明白的是，下面描述的冷却介质条20的实施例可以用于配置热交换器10中的其余冷却介质条。在一些实施例中，可能优选的是，热交换器10中的每个冷却介质条20被类似地配置。
而且，将参考第一冷却介质流动区域14a描述图4到5中所示的冷却介质条20。因此，下面仅描述第一冷却介质流动区域14a。应当明白的是，下面描述的第一冷却介质流动区域14a的实施例可以用于配置热交换器10中的其余冷却介质流动区域14、14b。在一些实施例中，可能优选的是，每个冷却介质流动区域14、14a、14b被类似地配置。
现在参考图4，冷却介质条20界定第一冷却介质流动区域14a。冷却介质条20连接到成对隔板16、16a。如图所示，冷却介质条20包括底座24、第一支腿26和第二支腿28。在一些实施例中，底座24包括第一表面96和第二表面98。优选地，第一表面96和第二表面98以彼此平行的关系设置。第一支腿26和第二支腿28各自从底座24延伸。优选地，第一支腿26和第二支腿28在相同方向上并朝向第一冷却介质流动区域14a延伸。
如图所示，第一支腿26和第二支腿28可以类似地配置。因此，为了描述某些实施例，下面仅参考第一支腿26的部分30、32。应当明白的是，第二支腿28可以包括下面未明确提到的并且以类似于下面描述的第一支腿26的部分30、32的方式配置的部分。
现在参考图4到5，在实施例中，第一支腿26包括第一部分30和第二部分32。在实施例中，第一部分30在其一端附接到底座24，而第二部分32在其相对端附接到底座。优选的是，第一部分30的厚度朝向第一冷却介质流动区域14a逐渐减小，而第二部分32具有恒定的厚度。在实施例中，第二部分32包括内表面34和弯曲外表面36。内表面34至少部分地由第三壁部分38限定。如图4中最佳示出的，弯曲外表面36面向隔板16的第一表面40。优选地，弯曲外表面36通过接头42a连接到第一隔板16的第一表面40。优选地，接头42a通过钎焊工艺形成。然而，应当明白的是，可以利用其它工艺来形成接头。在某些实施例中，可能优选的是，第二部分32还包括过渡表面44。过渡表面44可以是弯曲的或成角度限定的。在实施例中，过渡表面44将弯曲外表面36与第一支腿26的另一个部分46分开。优选地，过渡表面44将弯曲外表面36与第五壁部分46分开。
在第一支腿26与第二支腿28之间设置腔体48。腔体48经由设置在第一支腿26与第二支腿28之间的开口50与第一冷却介质流动区域14a流体连通。腔体48的第一部分的厚度可以从内端部分52朝向开口50逐渐增加，而腔体48的与开口50相邻的第二部分的厚度可以从开口50朝向内端部分52逐渐增加。腔体48的第二部分将第一部分与开口50分开。
腔体48至少部分地由内端部分52限定。内端部分52邻接第一壁部分54和第二壁部分56。内端部分52具有内端部分弯曲表面58。内端部分弯曲表面58包括第一曲率半径60。
第一壁部分54具有第一壁部分平坦表面62。第二壁部分56具有第二壁部分平坦表面64。优选地，第一壁部分平坦表面62和第二壁部分平坦表面64远离内端部分弯曲表面58朝向第一冷却介质流动区域14a延伸。此外，在一些实施例中，第一壁部分平坦表面62和第二壁部分平坦表面64彼此分开。优选地，第一壁部分平坦表面62和第二壁部分平坦表面64在朝向开口50的方向上彼此分开。
第一壁部分54邻接第三壁部分38，而第二壁部分56邻接第四壁部分66。第三壁部分38具有第三壁部分弯曲表面68，而第四壁部分66具有第四壁部分弯曲表面70。第三壁部分弯曲表面68和第四壁部分弯曲表面70在朝向开口50的方向上朝向彼此聚拢。此外，第三壁部分弯曲表面68和第四壁部分弯曲表面70各自包括曲率半径72、72a。优选地，第三壁部分弯曲表面68的曲率半径72和第四壁部分弯曲表面70的曲率半径72a彼此相等。在实施例中，第一曲率半径60小于第三壁部分弯曲表面68的曲率半径72和第四壁部分弯曲表面70的曲率半径72a。
第三壁部分38邻接第五壁部分46，而第四壁部分66邻接第六壁部分74。第五壁部分46和第六壁部分74至少部分地限定开口50。在某些实施例中，第五壁部分46包括第五壁部分弯曲表面76，而第六壁部分74包括第六壁部分弯曲表面78。第五壁部分弯曲表面76附接到第三壁部38，而第六壁部分弯曲表面78附接到第四壁部分66。第五壁部分46还可以包括第五壁部分平坦表面80，而第六壁部分74也可以包括第六壁部分平坦表面82。当设置时，第五壁部分平坦表面80附接到第五壁部分弯曲表面76，而第六壁部分平坦表面82附接到第六壁部分弯曲表面78。在实施例中，第五壁部分平坦表面80和第六壁部分平坦表面82由开口50分开并且彼此成平行关系。
返回参考图3，优选的是，冷却介质翅片84位于每个冷却介质流动区域14、14a、14b内。冷却介质翅片84有助于支撑隔板16、16a并且增加冷却介质与热介质之间的传热率。冷却介质翅片84可以包括铝或铝合金。冷却介质翅片84优选地为波纹状。然而，冷却介质翅片可以是本领域已知的任何配置。
在一些实施例中，第一支腿26的端部86和第二支腿28的端部88与翅片84间隔开。在如图4中所示的其它实施例中，第一支腿26的端部86和第二支腿28的端部88毗邻翅片84的侧壁90。在实施例中，冷却介质条20的配置提供了空间92，其将翅片84的端部94与接头42分开，这防止了翅片84的端部94干扰接头42的形成。
有利地，上述热交换器10的实施例允许冷却介质条20响应于热交换器10所经受的热负载和机械负载而表现出柔性和弹性。更具体地，第一支腿26和第二支腿28被配置为并且意图响应于热交换器10所经受的热负载和机械负载而弹性变形。由如上所述的特征提供的支腿26、28的柔性和弹性减少了隔板16、16a与附接到其上的冷却介质条20之间的接头42、42a所经受的应力。由于这种应力会导致在接头42、42a和/或隔板16、16a中形成裂缝，并且所述裂缝可能导致热交换器中的泄漏，所以冷却介质条20所表现出的增加的柔性和弹性有助于保持热交换器10的效率。
从前面的详细描述中，显而易见的是，在不脱离真实范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和其它替代实施例。选择并描述本文天了的实施例以提供对本发明的原理和本发明的实际应用的最佳示出，由此使得本领域一般技术人员能够以各种实施例和适于预期的特定用途的各种修改来使用本发明。应当明白的是，所有这样的修改和变化都在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种热交换器，包括：
一个或多个热介质流动区域和一个或多个冷却介质流动区域；以及
界定所述一个或多个热介质流动区域的热介质条和界定所述一个或多个冷却介质流动区域的冷却介质条，其中所述冷却介质条中的至少一个冷却介质条连接到成对隔板，所述至少一个冷却介质条包括底座、第一支腿和第二支腿，所述第一支腿和所述第二支腿各自从所述底座延伸，腔体设置在所述第一支腿与所述第二支腿之间并且经由设置在所述第一支腿与所述第二支腿之间的开口与所述一个或多个冷却介质流动区域中的第一冷却介质流动区域流体连通，
其中所述第一支腿和第二支腿中的每一个都包括第一部分和第二部分，
其中每个第一部分在其一端连接到底座，
其中每个第一部分的厚度朝向冷却介质流动区域逐渐减小，
其中每个第二部分从第一部分整个到开口具有恒定厚度，
其中每个第二部分完全由外弯曲表面和内弯曲表面以及位于弯曲表面之间的平坦部分限定，所述平坦部分限定所述开口，所述平坦部分平行设置以在它们之间限定恒定的宽度。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一部分具有两个平坦表面，所述两个平坦表面从内端部分弯曲表面朝向所述开口彼此分开。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中所述内端部分弯曲表面包括第一曲率半径，并且外弯曲表面和内弯曲表面的曲率半径大于所述第一曲率半径。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述一个或多个热介质流动区域中的热介质在第一方向上流动，并且所述一个或多个冷却介质流动区域中的冷却介质在第二方向上流动，并且所述第一方向和所述第二方向不同。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述一个或多个热介质流动区域包括第一热介质流动区域和第二热介质流动区域，所述第一热介质流动区域和所述第二热介质流动区域彼此间隔开并且彼此成平行关系，并且所述第一冷却介质流动区域设置在所述第一热介质流动区域与所述第二热介质流动区域之间。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述一个或多个热介质流动区域和所述一个或多个冷却介质流动区域处于交替布置。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述底座包括第一表面和第二表面，并且所述第一表面和第二表面以彼此平行的关系设置。
8.根据权利要求1所述的热交换器，还包括位于所述第一冷却介质流动区域内的翅片，其中所述第一支腿的端部和所述第二支腿的端部靠近所述翅片的侧壁。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述第一部分通过钎焊接头连接到第一隔板的第一表面。
10.根据权利要求9所述的热交换器，还包括位于所述第一冷却介质流动区域内的翅片，其中空间将所述翅片的端部与所述钎焊接头分开。
11.一种热交换器，包括：
一个或多个热介质流动区域和一个或多个冷却介质流动区域；以及
界定所述一个或多个热介质流动区域的热介质条和界定所述一个或多个冷却介质流动区域的冷却介质条；
其中，至少一个冷却介质条包括底座、第一支腿和第二支腿，所述第一支腿和所述第二支腿各自从所述底座延伸，腔体设置在所述第一支腿和所述第二支腿之间，所述腔体经由设置在所述第一支腿和所述第二支腿之间的开口与一个或多个冷却介质流动区域中的第一冷却介质流动区域流体连通，
其中，所述第一支腿和第二支腿中的每一个都包括第一部分和第二部分，
其中每个第一部分在其一端连接到底座，
其中每个第一部分的厚度朝向冷却介质流动区域逐渐减小，
其中每个第二部分从第一部分整个到开口具有恒定厚度，
其中每个第二部分完全由外弯曲表面和内弯曲表面以及位于弯曲表面之间的平坦部分限定，所述平坦部分限定所述开口，所述平坦部分平行设置以在它们之间限定恒定的宽度。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其中在所述第一部分内，所述腔体仅由内端弯曲表面限定，所述内端弯曲表面仅具有从其延伸至所述第二部分的上平坦内表面和下平坦内表面，其中，所述上平坦内表面和下平坦内表面从所述内端弯曲表面到所述第二部分彼此分开。
13.根据权利要求12所述的热交换器，其中，所述内弯曲表面和所述外弯曲表面的曲率半径均大于所述内端弯曲表面的曲率半径。
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