CN109791030B

CN109791030B - 具有高耐用性的热交换器

Info

Publication number: CN109791030B
Application number: CN201780061039.6A
Authority: CN
Inventors: M·J·R·巴德勒本; N·拉希姆; T·K·C·陈; J·G·鲁森伯格
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2017-10-02
Publication date: 2021-08-24
Anticipated expiration: 2037-10-02
Also published as: CA3038829A1; US10533804B2; US20180094859A1; CN109791030A; DE112017005016T5; WO2018064756A1

Abstract

一种热交换器具有多个热交换器板对。每个板具有纵向中心平面部分和从纵向中心平面部分延伸的外周边缘部分。该板设置有分别具有入口和出口的第一凸台和第二凸台。还提供了从外周边缘部分延伸到中心平面部分的肋，该肋具有配合表面，其中第一板对中的第一板的肋配合表面与相邻板对中的第二板的肋配合表面接触。

Description

具有高耐用性的热交换器

技术领域

本说明书涉及热交换器，具体地涉及堆叠板式热交换器，特别是在汽车工业中使用的热交换器。

背景技术

堆叠板式热交换器通常包括多个板对，一个板对堆叠在另一个板对的顶部上，每个板对具有相对的入口开口和出口开口，使得当板对堆叠在一起时，入口开口和出口开口对齐以形成入口歧管和出口歧管，从而在每个板对内部形成的流体通道之间建立连通。板对通常通过钎焊接合在一起。然而，由于板对在歧管的区域中倾向于不受支撑，入口开口和出口开口的区域中的热交换器在流过其中的流体的压力下倾向于变形，并且在歧管区域中通常会像手风琴或“波纹管”一样膨胀。发生在热交换器的歧管区域中的变形倾向于导致热交换器的过早失效或破裂和泄漏。

类似地，在罐内油冷却器(ITOC)(图1中显示了ITOC的一部分的横截面)中，在内部油压下，集管主要由于作用在底板的无支撑区域上的力而膨胀。尽管湍流增强器存在于通道中(尽管图1中未示出)，但是湍流增强器在集管泡罩处终止，因此只能为集管区域提供有限的支撑。类似于波纹管膨胀的方式，这种膨胀会导致芯板泡罩在高压下最终失效。由于配件和底部加强板的存在导致局部刚度的变化，该失效位置通常位于顶部或底部通道中。

对于需要更高耐用性的应用，如图2所示，芯板泡罩被垫圈(也称为间隔件)代替。不仅通过消除泡罩，而且通过扩大垫圈直径，使得它与湍流增强器钎焊到的芯板的区域重叠，获得了更高的耐用性。这增加了集管区域的竖直刚度，使其在压力下不太容易竖直膨胀。这种设计的缺点是，它使组装更加复杂，并增加了零件的最终成本。

用于加强热交换器的入口和出口区域的另一种方法是使用钎焊到热交换器外部的外部夹具或支架，以防止热交换器在压力下膨胀。另一种进一步的方法是通过每个板的所有对齐的入口开口和出口开口插入穿孔或开槽的管，这些管钎焊到相应的入口开口和出口开口的外围。然而，如上所述的这种方法可能是昂贵的，并且可能增加与特定热交换器相关的总体制造过程和成本。

美国专利第5,794,691号(Evans等人)公开了一种由多个堆叠的板对制成的热交换器，其中形成歧管的入口开口和出口开口包括形成在开口的内外周边缘上的相对凸缘段。凸缘段向内延伸，并且当板堆叠在一起时接合在一起，以防止歧管在压力下膨胀。

美国专利第8,678,076 B2号(Shore等人)公开了一种具有多个堆叠板对的板式热交换器。每个板对具有相对的歧管构件，歧管构件具有相应的入口开口和出口开口，入口开口和出口开口配准以形成相应的入口歧管和出口歧管，用于第一流体流过由板对形成的第一组流体通道。歧管构件将板对隔开，以形成用于第二流体流动的第二组横向流动通道。每个板具有外周边缘部分，该外周边缘部分将板密封在一起，以在其间形成第一组流体通道。突起构件形成在每个歧管构件近侧，每个突起构件具有配合表面，使得一个板对的第二板上的突起构件与相邻板对的第一板上的突起构件对齐并邻接，从而增强和加强热交换器的歧管区域，以防止歧管在压力下变形或折叠。

本领域需要一种热交换器板，该热交换器板可有助于沿着热交换器的高度形成刚性结构，该刚性结构允许底部和顶部芯板更好地承受流过其中的流体的压力负荷。此外，本领域需要一种热交换器板，其可以消除在集管区域中的芯板之间使用垫圈的需要，并增加热交换器的破裂强度。此外，本领域需要一种具有这种热交换器板的热交换器。

附图说明

现在将通过示例的方式参考示出本申请的示例性实施例的附图，其中：

图1示出了罐内油冷却器(ITOC)的实施例的一部分的横截面侧视图；

图2示出了具有垫圈(或间隔件)的罐内油冷却器(ITOC)的另一个实施例的一部分的横截面侧视图；

图3示出了根据本说明书的热交换器板的平面图；

图4示出了根据本说明书的热交换器板对的集管部分的横截面透视图；

图5示出了根据本说明书的热交换器的另一个实施例的集管部分的横截面侧视图；

图6示出了根据本说明书的热交换器的集管部分的横截面透视图；

图7示出了根据本说明书的没有顶板的热交换器的集管部分的横截面顶部透视图；

图8示出了(a)根据本说明书的热交换器，和(b)在板对之间具有垫圈的热交换器的实施例的集管部分的横截面侧视图；和

图9示出了热交换器板的一部分的俯视平面图，示出了根据本说明书的肋的不同实施例。

在不同的附图中，相似的附图标记可以用来表示相似的部件。

发明内容

在一方面，加强肋形成在热交换器板的集管部分(入口歧管和出口歧管)中。特别地，加强肋定位在具有入口(或出口)的凸台和热交换器板的外周边缘之间。优选地，加强肋围绕具有入口(或出口)的凸台从热交换器板的中心平面部分延伸到热交换器板的外周边缘部分，加强肋与外周边缘部分接触。

在另一方面，公开了一种具有如上所述的加强肋的热交换器板对。

在又一方面，公开了一种热交换器板对，其具有如本文所述的加强肋和定位在由板对限定的流体通道中的湍流增强器。湍流增强器从具有入口的热交换器板的一个外周边缘部分(从纵向热交换器板的窄边缘)延伸到具有出口的热交换器板的相对的外周边缘部分(到纵向板的另一个窄边缘)。在特定实施例中，湍流增强器具有孔隙，该孔隙的边缘与入口(或出口)的边缘大致对齐。

在又一方面，本说明书涉及一种具有热交换器板对的热交换器，该热交换器板对的板具有如上所述的加强肋。热交换器还设有接合热交换器的入口和出口的配件。此外，配件的外周边缘部分还接合顶部热交换器板的加强肋，以帮助沿着热交换器的高度提供更刚性的结构。

具体实施方式

图3公开了根据本文公开的实施例的热交换器板2的平面图。热交换器板2具有中心平面部分4。在所示实施例中，热交换器板2是大致矩形的；然而，根据设计和应用要求，其它形状也是可能的。热交换器板2具有纵向中心平面部分4，其具有第一端部6、第二端部8、第三端部10和第四端部12；其涉及热交换器板2的不同侧。因此，第一端部6和第二端部8彼此相对，并且在热交换器板2的窄边缘处。类似地，第三端部10和第四端部12也彼此相对，并且从第一端部6延伸到第二端部8。因此，第三端部10和第四端部12限定了中心平面部分4的纵向边缘。

热交换器板2还设有外周缘部分14，其在热交换器板2的所有侧边上从纵向中心部分4延伸。因此，外周边缘部分14从纵向中心平面部分4的第一端部6、第二端部8、第三端部10和第四端部12延伸。如本文所述，当两个板2以面对面的关系定位时，两个板的外周边缘部分14接触以形成板对，并有助于限定流体通道。为了实现这一目的，外周边缘部分14存在于与热交换器板2的中心平面部分4不同的平面中。例如，外周边缘部分14可以被认为在中心平面部分4的下方。出于描述的目的，中心平面部分存在于第一平面中，而外周边缘部分14存在于第二平面中。

热交换器板2在中心平面部分4的第一端部6附近具有第一凸台(或泡罩)16。第一凸台16沿与外周边缘部分14相反的方向延伸。在一个实施例中，如图所示，第一凸台16具有大致平坦的表面，在本文中表示为第一凸台接触表面18，其位于与中心平面部分4和外周边缘部分14不同的平面(第三平面)中。当从侧面观察时，在热交换器板2的一个视图中，中心平面部分4(其位于第一平面中)介于外周边缘部分14(其位于第二平面中)和位于第三平面中的第一凸台接触表面18之间。第一凸台接触表面18具有入口开口20，以允许流体进入热交换器22。如本文所述，第一凸台接触表面18接合相邻板对上的凸台的接触表面，以形成入口歧管。

除了上述之外，热交换器板2还在中心平面部分4的第二端部8附近具有第二凸台(或泡罩)24。像第一凸台16一样，第二凸台24在与外周边缘部分14相反的方向上(并且在与第一凸台16相同的方向上)延伸。类似于第一凸台16，第二凸台24具有本文中表示为第二凸台接触表面26的大致平坦的表面，其也位于第三平面(与第一凸台接触表面18相同)中。第二凸台接触表面26具有出口开口28，以允许流体从热交换器22流出。如本文所述，第二凸台接触表面26接合相邻板对上的凸台的接触表面，以形成出口歧管。

根据图3中公开的实施例，热交换器板2在中心平面部分4的第一端部处设有第一加强肋30(在本文中表示为第一端部第一加强肋)。第一加强肋30在与第一凸台16相同的方向上从第一端部6处的中心平面部分4延伸，并且联接到外周边缘部分14。换句话说，第一端部第一加强肋30在第一端部6处从外周边缘部分14延伸到中心平面部分4。在一个实施例中，如本文所公开的，整个加强肋30与外周边缘部分14接触，而在其他实施例中，加强肋30的仅一部分与外周边缘部分14接触。

第一端部第一加强肋30还设有第一端部第一肋配合表面32。第一端部第一肋配合表面32也位于第三平面中，具有第一凸台接触表面18和第二凸台接触表面26。当热交换器22被组装时，在一个板上的肋30接合在相邻板对中的另一个板上的肋30。这可以有助于加强热交换器22的集管部分。

在中心平面部分4的第二端部8处还设有(也如图3所示)第二端部第一加强肋34(在本文中表示为第二端部第一加强肋)。第二端部第一加强肋34在与第二凸台24相同的方向上从第二端部8处的中心平面部分4延伸，并且联接到外周边缘部分14。换句话说，第二端部第一加强肋34在第二端部8处从外周边缘部分14延伸到中心平面部分4。第二端部第一加强肋34还设有第二端部第一肋配合表面36。第二端部第一肋配合表面36也位于第三平面中，具有第一凸台接触表面18和第二凸台接触表面26。类似于第一端部第一加强肋30，当热交换器22被组装时，在一个板上的第二端部肋34接合在相邻板对中的另一个板上的第二端部肋34。

图4示出了根据本说明书的热交换器板对的集管部分的横截面透视图。如图所示，板对由以面对面关系定位的第一板38和第二板40形成。两个板(第一板38和第二板40)的外周边缘部分14接触以限定第一流体流动通道42，该通道允许进入入口20的流体流过板对。通常，如本领域普通技术人员应当知道的，第一板38与第二板40相同，尽管在一些实施例中它们可能不同。

在特定实施例中，如图4所示，热交换器板2设置有凹坑44，凹坑44可以有助于为热交换器板2提供进一步的结构支撑。凹坑44的数量、位置和尺寸没有特别限制，并且可以根据设计和应用要求而变化。在一个实施例中，例如如图4所示，凹坑44靠近凸台(第一凸台16或第二凸台24)定位。在另一个实施例中，如本文所述，提供了多个凹坑44。

图5和6示出了根据本说明书的热交换器22的另外的实施例的集管部分的剖视图。热交换器22设置有多个热交换器板2。板对中的每个板2以面对面的关系存在，板对一起限定第一流体流动通道42。相邻的板对彼此隔开，并限定用于与其发生热交换的第二流体的流动的第二流体流动通道46。

如本文所述，特别是参照图3和4，热交换器22设置有具有第一板的热交换器板对2，其中第一板的外周边缘部分14与板对中的第二板的外周边缘部分接合。热交换器板2还设有加强肋30，加强肋30可以有助于在热交换器22的集管部分中提供强度和刚度。加强肋30具有加强肋配合表面32，其中第一板的加强肋配合表面32与相邻板对的第二板的加强肋配合表面32接合(如图5和6所示)。

如图5中更清楚地示出的，凹坑44也设置在中心平面部分4上。类似于加强肋配合表面32，第一板的凹坑44与相邻板对的第二板的凹坑44接合。

在一个实施例中，如图5所示，热交换器板对设置有湍流增强器48。尽管图5和6仅示出了存在于顶板对中的湍流增强器48，但本领域普通技术人员应该认识到的，多个板对可以设置有湍流增强器48，或者所有板对可以设置有湍流增强器48。根据本文公开的实施例，热交换器板2的设计和加强肋30的存在允许湍流增强器48一直延伸到热交换器板对的第一端部6(或第二端部8)。这允许湍流增强器48存在于板对中由加强肋30限定的空间之间，并且还与延伸以形成外周边缘部分14的热交换器板对的内表面接触。

热交换器22还具有联接到顶部热交换器板2的配件50。在一个实施例中，热交换器的顶板和/或底板是平板。换句话说，该板缺少本文公开的加强肋。替代地，在另一个实施例中，热交换器的顶板和/或底板可具有本文公开的加强肋。配件50具有孔口54，孔口54与顶部热交换器板2的入口20(或出口28)流体连通。在一个实施例中，如图5和6所示，配件50具有接合顶部热交换器板2的加强肋30的外周边缘部分。替代地，热交换器22的配件50被设计成允许加强肋30位于配件50的外周内；这可以有助于进一步加强热交换器22。在一个实施例中，如图5和6所示，配件50的外周边缘部分52覆盖热交换器板的第一端部上的加强肋30(其间有或没有平坦的热交换器板)。在另一个实施例中，配件50的外周边缘部分52覆盖热交换器板的第一端部、第三端部和第四端部上的加强肋30(其间有或没有平坦的热交换器板)。

图7示出了根据本文公开的实施例的没有顶板的热交换器的集管部分的横截面顶部透视图。可以看出，湍流增强器48一直延伸到热交换器板2的中心平面部分4的第一端部6。此外，湍流增强器48还延伸到中心平面部分4的第二端部8、第三端部10和第四端部12；并且可以靠近或接触热交换器板对的内壁，该内壁延伸以形成外周边缘部分14。在特定实施例中，如图7所示，湍流增强器48具有孔隙56，其中孔隙56的边缘与限定热交换器板2的入口20(或出口)的第一凸台的边缘大致对齐；从而允许流体流过入口20。

图8示出了(a)根据本说明书的热交换器，和(b)板对之间具有垫圈的热交换器的实施例的集管部分的横截面侧视图。热交换器22(图8a)类似于图5所示的热交换器22。如图8a和8b所示，湍流增强器48存在于形成热交换器22的所有板对中。此外，在图8b所示的实施例中，垫圈58设置在板对之间，以进一步增强热交换器22的集管部分的强度。图8a所示的热交换器22可以帮助防止类似于具有垫圈的热交换器(图8b)的集管部分变形。然而，如图8所示，加强肋16的存在可以显著有助于降低在入口和出口附近的板对的外周边缘处感测到的压力。当流体通过配件入口进入时，由上板对感测到最高压力，随着流体在流体入口歧管中向下流动，由板对感测到的压力减小。出于参考目的，最低的板对被标注为零压力，如图8a所示，由具有加强肋16的热交换器的顶板对感测的压力具有0.5752的量值。相比之下，由具有垫圈的热交换器的顶板对感测到的压力(图8b)在0到1.06的范围内。因此，加强肋16的存在可以显著降低板对上的压力，并有助于避免入口歧管附近的板对的变形。

图9示出了热交换器板的一部分的俯视平面图，示出了根据本说明书的加强肋30的不同实施例。在一个实施例中，如图9a-9d所示，加强肋30具有大致U形的结构。在这样的实施例中，加强肋30也与热交换器板2的第三端部10和第四端部12接触。因此，在一个实施例中，第一端部第一加强肋30也在第三端部处从外周边缘部分14延伸到中心平面部分4。

在替代实施例中，如图9e所示，加强肋30可以沿着中心平面部分4的第一端部6的长度从第三端部10到第四端部12形成。替代地，加强肋30可以具有如图9f所示的弧形轮廓，肋30在中心平面部分4上从外周边缘部分14向内延伸。在图9f所示的实施例中，肋30的凹面朝向外周边缘部分14，然而，应该认识到，这可以通过使凹面朝向第一凸台而颠倒过来。

如图9a-9c和9e所示，加强肋30可以形成为单个肋。替代地，如图9d和9f所示，加强肋由多个肋部分形成，它们一起起到加强的作用。此外，还可以在中心平面部分4的第二端部8处设置加强肋30。第一端部6上的加强肋30可以与第二端部8上的加强肋30相同或不同。

本文公开的热交换器有助于增加集管区域的竖直刚度，使得在压力下不太容易竖直膨胀；同时也有助于避免使用垫圈。

此外，扩展湍流增强器可以帮助增加通道的油侧的刚度。肋可以帮助增加冷却剂侧刚度，在配件下面的芯板周边具有额外的钎焊接触，消除了当底板被油压向下推动时施加到芯板泡罩上的力矩。油的向下力的反作用力现在通过集管向上传递到配件，总体效果是减少热交换器的变形(如图8所示)并降低应力。

这种设计的另一个益处是可以有助于降低油侧压降。利用由肋提供的额外支撑，集管泡罩的内径(ID)也可以减小。使该直径与配件直径匹配消除了与流动路径的横截面积的突然变化相关的压力损失。因此，对于相同的湍流增强器设计，这种热交换器22也可以具有比传统设计更低的油侧压降。

可以对所描述的实施例进行某些调整和修改。因此，以上讨论的实施例被认为是说明性的而非限制性的。

部件列表

Claims

1.一种热交换器，包括：

多个热交换器板对，至少一个板对具有第一板和第二板，所述第一板与所述第二板相同并且面对面接触，并且所述第一板和所述第二板具有：

纵向中心平面部分，其具有第一端部、第二端部、第三端部和第四端部，所述第三端部与所述第四端部相对，所述第三端部和所述第四端部从所述第一端部延伸到所述第二端部；所述中心平面部分在第一平面中；

外周边缘部分，其从所述中心平面部分的所述第一端部、所述第二端部、所述第三端部和所述第四端部延伸；所述外周边缘部分在第二平面中；

第一凸台，其从靠近所述第一端部的所述中心平面部分延伸；所述第一凸台具有第一凸台接触表面，所述第一凸台接触表面在第三平面中并限定入口；

第二凸台，其从靠近所述第二端部的所述中心平面部分延伸；所述第二凸台具有第二凸台接触表面，所述第二凸台接触表面在所述第三平面中并限定出口；以及

第一端部第一肋，其在所述第一端部处从所述中心平面部分延伸并且联接到所述外周边缘部分，换言之，所述第一端部第一肋在所述第一端部处从所述外周边缘部分延伸到所述中心平面部分，所述第一端部第一肋接触所述中心平面部分的所述第三端部和所述第四端部，所述第一端部第一肋具有在所述第三平面中的第一端部第一肋配合表面；

其中，所述第一平面在所述第二平面和所述第三平面之间；并且第一板对中的所述第一板的所述第一端部第一肋配合表面与相邻板对中的第二板的第一端部第一肋配合表面接触；并且所述第一板对中的所述第一板的所述第一凸台接触表面与所述相邻板对中的所述第二板的第一凸台接触表面接触。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一端部第一肋形成为单个肋。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一端部第一肋由多个肋部分形成。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述第一端部第一肋具有大致U形的结构。

5.根据权利要求3所述的热交换器，其中，所述第一端部第一肋由多个肋部分形成，所述多个肋部分中的每一个具有弧形轮廓，所述多个肋部分中的一个肋部分的凹面面向所述中心平面部分的所述第一端部，并且所述多个肋部分中的第二和第三肋部分的凹面面向所述中心平面部分的所述第三端部和所述第四端部。

6.根据权利要求1所述的热交换器，还包括第二端部第一肋。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，所述第二端部第一肋形成为单个肋或由多个第二肋部分形成。

8.根据权利要求6或7所述的热交换器，其中，在所述第一端部处的一个或多个肋与在所述第二端部处的一个或多个肋相同。

9.根据权利要求1所述的热交换器，其中，板对中的所述第一板和所述第二板一起限定流体通道，并且还包括湍流增强器，所述湍流增强器定位在所述流体通道中并且从所述中心平面部分的所述第一端部延伸到所述第二端部。

10.根据权利要求9所述的热交换器，其中，所述湍流增强器具有孔隙，所述湍流增强器限定所述孔隙的边缘与限定所述入口的所述第一凸台接触表面的边缘大致对齐。

11.根据权利要求1所述的热交换器，还包括在所述中心平面部分上的一个或多个凹坑。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其中，所述凹坑定位在所述第一凸台和/或第二凸台附近。

13.根据权利要求1所述的热交换器，还包括配件，所述配件具有覆盖加强肋的外周边缘部分。

14.一种热交换器板，包括：

其中，所述第一平面在所述第二平面和所述第三平面之间。

15.根据权利要求14所述的热交换器板，其中，所述第一端部第一肋形成为单个肋。

16.根据权利要求14所述的热交换器板，其中，所述第一端部第一肋由多个肋部分形成。

17.根据权利要求14所述的热交换器板，其中，所述第一端部第一肋具有大致U形的结构。

18.根据权利要求16所述的热交换器板，其中，所述第一端部第一肋由多个肋部分形成，所述多个肋部分中的每一个具有弧形轮廓，所述多个肋部分中的一个肋部分的凹面面向所述中心平面部分的所述第一端部，并且所述多个肋部分中的第二和第三肋部分的凹面面向所述中心平面部分的所述第三端部和所述第四端部。

19.根据权利要求14所述的热交换器板，还包括第二端部第一肋。

20.根据权利要求19所述的热交换器板，其中，所述第二端部第一肋形成为单个肋或由多个第二肋部分形成。

21.根据权利要求19或20所述的热交换器板，其中，在所述第一端部处的一个或多个肋与在所述第二端部处的一个或多个肋相同。

22.根据权利要求14所述的热交换器板，还包括在所述中心平面部分上的一个或多个凹坑。

23.根据权利要求22所述的热交换器板，其中，所述凹坑定位在所述第一凸台和/或第二凸台附近。