EA038501B1 - Thermal management system - Google Patents

Thermal management system Download PDF

Info

Publication number
EA038501B1
EA038501B1 EA201892399A EA201892399A EA038501B1 EA 038501 B1 EA038501 B1 EA 038501B1 EA 201892399 A EA201892399 A EA 201892399A EA 201892399 A EA201892399 A EA 201892399A EA 038501 B1 EA038501 B1 EA 038501B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
channel
heat exchange
control device
specified
heat exchanger
Prior art date
Application number
EA201892399A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201892399A3 (en
EA201892399A2 (en
Inventor
Мохаммед Эль Хасин Сеннон
Джеймс Фицджеральд Бонар
Речел Уин Левайн
Николас Сабо
Джаред Вулф
Джон Доуэлл
Кевин Бэйли
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
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
Priority claimed from US15/821,729 external-priority patent/US20180244127A1/en
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of EA201892399A2 publication Critical patent/EA201892399A2/en
Publication of EA201892399A3 publication Critical patent/EA201892399A3/en
Publication of EA038501B1 publication Critical patent/EA038501B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/06Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media
    • F28F13/12Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by affecting the pattern of flow of the heat-exchange media by creating turbulence, e.g. by stirring, by increasing the force of circulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007Auxiliary supports for elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-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
    • F28D1/02Heat-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
    • F28D1/03Heat-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 plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308Heat-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 plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F28D1/035Heat-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 plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other with U-flow or serpentine-flow inside the conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

A thermal management system (800) includes a housing (802) and a monolithic core structure (804) disposed within the housing. An outer surface (806) of the core structure defines at least part of a first passageway (808). An inner surface (810) of the core structure defines at least part of a second passageway (812). The core structure includes a separator wall (820) that isolates a first flow passing through the first passageway from a second flow passing through the second passageway. The first passageway is in thermal communication with the second passageway. The core structure includes one or more heat exchanger features (830), or fins, that are positioned within the first passageway, the second passageway or both said passageways. The core structure may have a compliant segment (840) coupled to two or more walls.

Description

Область техникиTechnology area

Варианты выполнения могут относиться к терморегулирующему устройству и соответствующему способу.Embodiments may relate to a thermostatic device and a related method.

Предпосылки изобретенияBackground of the invention

Терморегулирующие устройства могут быть выполнены в виде теплообменников. Теплообменники могут использоваться с двигателями для обеспечения передачи тепла между одной или более текучими средами. Например, первая текучая среда при относительно высокой температуре может проходить через первый канал, тогда как вторая текучая среда при относительно низкой температуре может проходить через второй канал. Первый и второй каналы могут находиться в тепловом контакте или в непосредственной близости друг от друга, что обеспечивает возможность передачи тепла от первой текучей среды ко второй текучей среде. Таким образом, температура первой текучей среды может быть понижена, а температура второй текучей среды может быть повышена.Thermoregulatory devices can be made in the form of heat exchangers. Heat exchangers can be used with motors to provide heat transfer between one or more fluids. For example, a first fluid at a relatively high temperature can flow through the first channel, while a second fluid at a relatively low temperature can flow through the second channel. The first and second channels can be in thermal contact or in close proximity to each other, which allows heat transfer from the first fluid to the second fluid. Thus, the temperature of the first fluid can be lowered and the temperature of the second fluid can be increased.

Обычные теплообменники могут содержать большое количество каналов для текучей среды, каждый из которых образован с использованием определенной комбинации пластин, планок, пленок, ребер, трубок и т.д. Каждая из этих частей может быть по отдельности размещена, ориентирована и присоединена к опорной конструкции, например, с помощью пайки, сварки или другого способа соединения. Таким образом, например, один конкретный теплообменник для одного двигателя содержит 250 частей, которые должны быть собраны в единый герметичный компонент. Время изготовления и затраты, связанные со сборкой такого теплообменника, являются высокими, при этом вероятность протечек текучей среды между каналами или из теплообменника повышается вследствие количества образованных соединений. Кроме того, особые производственные требования могут накладывать ограничения на количество, размер и конфигурацию теплообменных элементов, которые могут содержаться в теплообменнике, например, внутри каналов для текучей среды.Conventional heat exchangers can contain a large number of fluid channels, each formed using a specific combination of plates, strips, films, fins, tubes, etc. Each of these parts can be individually positioned, oriented and connected to the support structure, for example, by soldering, welding or other joining method. Thus, for example, one particular heat exchanger for one engine contains 250 parts to be assembled into a single sealed component. The manufacturing time and costs associated with assembling such a heat exchanger are high, and the likelihood of fluid leaks between channels or from the heat exchanger is increased due to the number of connections formed. In addition, special manufacturing requirements can impose restrictions on the number, size and configuration of heat exchange elements that can be contained in the heat exchanger, for example, within the fluid channels.

Соответственно, может быть желательным создание двигателя с теплообменником, отличным от теплообменников, имеющихся в настоящее время.Accordingly, it may be desirable to provide an engine with a heat exchanger other than currently available heat exchangers.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В одном варианте выполнения изобретения терморегулирующее устройство содержит корпус. Устройство также содержит монолитную центральную конструкцию, расположенную внутри корпуса. Наружная поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть первого канала. Внутренняя поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть второго канала. Центральная конструкция содержит разделительную стенку, которая изолирует первый поток, проходящий через первый канал, от второго потока, проходящего через второй канал. Первый канал находится в тепловом контакте со вторым каналом. Центральная конструкция содержит один или более теплообменных элементов, или ребер, которые расположены в первом канале, втором канале или в обоих указанных каналах. Теплообменные элементы характеризуются толщиной и плотностью их распределения. При этом центральная конструкция дополнительно содержит деформируемый компонент, первый конец которого присоединен к конструкции корпуса, а второй конец присоединен к разделительной стенке. В другом варианте выполнения деформируемый компонент присоединяет одну разделительную стенку к другой разделительной стенке.In one embodiment of the invention, the temperature control device comprises a housing. The device also contains a monolithic central structure located within the housing. The outer surface of the central structure defines at least a portion of the first channel. The inner surface of the central structure defines at least part of the second channel. The central structure contains a dividing wall that isolates the first flow through the first channel from the second flow through the second channel. The first channel is in thermal contact with the second channel. The central structure contains one or more heat exchange elements, or fins, which are located in the first channel, the second channel, or in both of these channels. Heat transfer elements are characterized by their thickness and density of distribution. In this case, the central structure additionally contains a deformable component, the first end of which is attached to the housing structure, and the second end is attached to the dividing wall. In another embodiment, the deformable component attaches one dividing wall to another dividing wall.

В одном варианте выполнения терморегулирующее устройство содержит корпус. Устройство также содержит монолитную центральную конструкцию, расположенную внутри корпуса. Наружная поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть первого канала, а внутренняя поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть второго канала. Центральная конструкция содержит разделительную стенку, которая изолирует первый поток, проходящий через первый канал, от второго потока, проходящего через второй канал. Первый канал находится в тепловом контакте со вторым каналом. Центральная конструкция содержит один или более теплообменных элементов, которые расположены в первом канале, втором канале или в обоих указанных каналах. Теплообменные элементы характеризуются толщиной и плотностью их распределения. Кроме того, центральная конструкция содержит два или более разных материалов, которые являются неоднородными и не легированы друг другом.In one embodiment, the thermostatic control device comprises a housing. The device also contains a monolithic central structure located within the housing. The outer surface of the central structure defines at least part of the first channel, and the inner surface of the central structure defines at least part of the second channel. The central structure contains a dividing wall that isolates the first flow through the first channel from the second flow through the second channel. The first channel is in thermal contact with the second channel. The central structure contains one or more heat exchange elements, which are located in the first channel, the second channel, or in both of these channels. Heat transfer elements are characterized by their thickness and density of distribution. In addition, the center structure contains two or more different materials that are non-uniform and not alloyed with each other.

В одном варианте выполнения терморегулирующее устройство содержит корпус. Устройство также содержит монолитную центральную конструкцию, расположенную внутри корпуса. Наружная поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть первого канала, а внутренняя поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть второго канала. Центральная конструкция содержит разделительную стенку, которая изолирует первый поток, проходящий через первый канал, от второго потока, проходящего через второй канал. Первый канал находится в тепловом контакте со вторым каналом. Монолитная центральная конструкция содержит одно или более ребер, которые расположены в первом канале, втором канале или в обоих указанных каналах. Ребра имеют сложную форму. Монолитная центральная конструкция имеет поверхностный слой или покрытие, выполненное изIn one embodiment, the thermostatic control device comprises a housing. The device also contains a monolithic central structure located within the housing. The outer surface of the central structure defines at least part of the first channel, and the inner surface of the central structure defines at least part of the second channel. The central structure contains a dividing wall that isolates the first flow through the first channel from the second flow through the second channel. The first channel is in thermal contact with the second channel. The monolithic central structure contains one or more ribs, which are located in the first channel, the second channel, or in both of these channels. The ribs are complex. The monolithic central structure has a surface layer or coating made of

- 1 038501 материала, отличного от материала основной части центральной конструкции, материала указанных одного или более ребер или материала как центральной конструкции, так и ребер.- 1 038501 material other than the material of the main body of the central structure, the material of said one or more ribs, or material of both the central structure and the ribs.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Ниже приведено полное описание изобретения, в том числе наиболее предпочтительных вариантов его выполнения, предназначенное для специалиста в данной области техники и выполненное со ссылкой на прилагаемые чертежи.Below is a complete description of the invention, including the most preferred variants of its implementation, intended for a person skilled in the art and made with reference to the accompanying drawings.

Фиг. 1 изображает вид в аксонометрии теплообменника согласно варианту выполнения изобретения.FIG. 1 is a perspective view of a heat exchanger according to an embodiment of the invention.

Фиг. 2 изображает вид в аксонометрии в разрезе теплообменника, показанного на фиг. 1.FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of the heat exchanger shown in FIG. 1.

Фиг. 3 изображает другой вид в аксонометрии в разрезе теплообменника, показанного на фиг. 1.FIG. 3 is another perspective cross-sectional view of the heat exchanger shown in FIG. 1.

Фиг. 4 изображает увеличенный вид в аксонометрии первого канала для текучей среды в теплообменнике, показанном на фиг. 1.FIG. 4 is an enlarged perspective view of the first fluid passage in the heat exchanger of FIG. 1.

Фиг. 5 изображает разрез теплообменника, показанного на фиг. 1.FIG. 5 is a sectional view of the heat exchanger shown in FIG. 1.

Фиг. 6 изображает увеличенный вид в разрезе второго канала для текучей среды в теплообменнике, показанном на фиг. 1.FIG. 6 is an enlarged sectional view of a second fluid passage in the heat exchanger of FIG. 1.

Фиг. 7 иллюстрирует способ формирования теплообменника согласно варианту выполнения изобретения.FIG. 7 illustrates a method for forming a heat exchanger according to an embodiment of the invention.

Фиг. 8 изображает схематический вид теплообменника согласно варианту выполнения изобретения.FIG. 8 is a schematic view of a heat exchanger according to an embodiment of the invention.

Повторное использование номеров позиций в описании и чертежах предназначено для повторного обозначения одинаковых или аналогичных элементов или частей изобретения.The repeated use of reference numbers in the description and drawings is intended to re-designate the same or similar elements or parts of the invention.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Предложены теплообменник и способ аддитивного изготовления теплообменника. Теплообменник имеет каналы для текучей среды, образованные с помощью способов аддитивного изготовления, которые обеспечивают возможность выполнения каналов для текучей среды меньшего размера, с более тонкими стенками и сложными и фасонными теплообменными элементами. Например, указанные каналы могут быть криволинейными, теплообменные элементы (ребра, усики и т.д.) могут быть наклонены относительно их основания, могут иметь толщину менее 0,01 см и могут быть расположены с плотностью менее 12 элементов/см. Кроме того, теплообменные ребра могут быть наклонены относительно стенок каналов для текучей среды, при этом смежные ребра могут быть расположены по спирали, со смещением или в шахматном порядке относительно друг друга.A heat exchanger and a method for additive manufacturing of a heat exchanger are proposed. The heat exchanger has fluid passages formed by additive manufacturing methods that allow for smaller fluid passages with thinner walls and complex and shaped heat exchange elements. For example, these channels can be curved, heat exchange elements (ribs, antennae, etc.) can be inclined relative to their base, can have a thickness of less than 0.01 cm and can be located with a density of less than 12 elements / cm. In addition, the heat transfer fins can be inclined with respect to the walls of the fluid channels, while the adjacent fins can be located in a spiral, offset or staggered relative to each other.

На фиг. 1 для описания одного варианта выполнения изобретения показана центральная конструкция 100 теплообменника терморегулирующего устройства. Теплообменник может передавать тепло между двумя или более текучими средами в процессе эксплуатации.FIG. 1, a central heat exchanger structure 100 of a thermostatic control device is shown to describe one embodiment of the invention. A heat exchanger can transfer heat between two or more fluids during operation.

Например, теплообменник может передавать тепло от смазочного масла к воздуху в двигателе. В другом варианте выполнения теплообменник может принимать текучие среды подходящих типов для их использования в процессе теплопередачи. Кроме того, идеи и теплообменные конструкции, описанные в данном документе, могут использоваться в автомобильной, авиационной, судоходной и других отраслях промышленности, связанных с мобильными или стационарными средствами, для содействия в передаче тепла между текучими средами.For example, a heat exchanger can transfer heat from the lubricating oil to the air in the engine. In another embodiment, the heat exchanger may receive suitable types of fluids for use in a heat transfer process. In addition, the ideas and heat transfer structures described herein can be used in the automotive, aviation, shipping, and other mobile or stationary industries to assist in transferring heat between fluids.

На фиг. 1 изображено терморегулирующее устройство, содержащее теплообменник, для пояснения его работы. Теплообменник может содержать наружный корпус 101, проходящий между левой стороной 102 и правой стороной 104 в первом направлении, например в направлении X. Кроме того, корпус 101 проходит между передней стороной 106 и задней стороной 108 во втором направлении, например в направлении Y. Корпус 101 также проходит между верхней стороной 110 и нижней стороной 112 в третьем направлении, например направлении Z. Направления X, Y и Z являются взаимно перпендикулярными и, таким образом, задают ортогональную систему координат. Теплообменник и система координат X, Y, Z используются в данном документе исключительно для объяснения аспектов предмета изобретения и не ограничивают объем изобретения. В этой связи слова, указывающие направления, такие как левый и правый, передний и задний и верхний и нижний, используются лишь для указания относительного расположения двух сторон теплообменника соответственно в направлениях X, Y и Z.FIG. 1 shows a thermostatic control device containing a heat exchanger for clarification of its operation. The heat exchanger may include an outer casing 101 extending between the left side 102 and the right side 104 in a first direction, for example in the X direction. In addition, the casing 101 extends between the front side 106 and the back side 108 in a second direction, for example in the Y direction. also extends between the top side 110 and the bottom side 112 in a third direction, for example the Z direction. The X, Y and Z directions are mutually perpendicular and thus define an orthogonal coordinate system. The heat exchanger and the X, Y, Z coordinate system are used herein solely to explain aspects of the subject invention and do not limit the scope of the invention. In this regard, directional words such as left and right, front and back, and top and bottom are only used to indicate the relative position of the two sides of the heat exchanger in the X, Y and Z directions, respectively.

На верхней стороне теплообменника выполнены впускное отверстие 120 для масла и выпускное отверстие 122 для масла. Таким образом, масло (как показано стрелками 124) поступает в теплообменник только через указанное впускное отверстие, проходит через первые каналы 126 для текучей среды (фиг. 2) и выходит из теплообменника через указанное выпускное отверстие, как описано подробно ниже. Кроме того, на передней стороне теплообменника расположено впускное отверстие 130 для воздуха, а на задней стороне теплообменника расположено выпускное отверстие для воздуха (не показано). Таким образом, воздух (как показано стрелками 134) поступает в теплообменник через указанное впускное отверстие для воздуха и проходит через вторые каналы 136 для текучей среды. Первые и вторые каналы находятся в тепловом контакте друг с другом для передачи тепла между текучими средами, проходящими через них. Первые и второе каналы отделены друг от друга в том смысле, что соответствующие текучие среды физически не смешиваются друг с другом. В этом отношении каждый из первых каналов и каждый из вторых каналов могут быть отделены стенками теплообменника. В изображенном вариантеAn oil inlet 120 and an oil outlet 122 are formed on the upper side of the heat exchanger. Thus, oil (as shown by arrows 124) enters the heat exchanger only through the indicated inlet, passes through the first fluid passages 126 (FIG. 2) and exits the heat exchanger through the indicated outlet, as described in detail below. In addition, an air inlet 130 is located on the front side of the heat exchanger, and an air outlet (not shown) is located on the rear side of the heat exchanger. Thus, air (as shown by arrows 134) enters the heat exchanger through the indicated air inlet and passes through the second fluid passages 136. The first and second channels are in thermal contact with each other to transfer heat between fluids passing through them. The first and second channels are separated from each other in the sense that the respective fluids do not physically mix with each other. In this regard, each of the first channels and each of the second channels can be separated by the walls of the heat exchanger. In the depicted version

- 2 038501 выполнения толщина стенок наружного корпуса изменяется вдоль их длины и находится в диапазоне от приблизительно 0,076 до 0,025 см.- 2 038501 embodiments, the thickness of the walls of the outer casing varies along their length and is in the range from about 0.076 to 0.025 cm.

В соответствии с фиг. 2 и 3 теплообменник ограничивает впускную камеру 140 и выпускную камеру 142, которые находятся в непосредственном проточном сообщении соответственно с впускным отверстием для масла и выпускным отверстием для масла. Впускная камера обеспечивает возможность отведения масла от впускного отверстия и его распределения по всем первым каналам для текучей среды. В противоположность этому, выпускная камера обеспечивает возможность сведения масла из всех первых каналов для текучей среды в выпускное отверстие перед выходом масла из теплообменника.Referring to FIG. 2 and 3, the heat exchanger defines an inlet chamber 140 and an outlet chamber 142, which are in direct flow communication with the oil inlet and oil outlet, respectively. The inlet chamber allows oil to be drawn away from the inlet and distributed to all of the first fluid passages. In contrast, the outlet chamber allows oil from all of the first fluid passages to be drawn into the outlet before the oil exits the heat exchanger.

Впускная камера и выпускная камера разделены вдоль направления Y промежуточной стенкой 144 так, что впускная камера и выпускная камера проточно сообщаются только через первые каналы для текучей среды. Как показано, в частности, на фиг. 4, промежуточная стенка проходит от верхней стороны в направлении Z к нижней стороне (не доходя до нижней стороны) с обеспечением разделения первых каналов для текучей среды и образования приточной зоны 146 и сливной зоны 148. Таким образом, при поступлении масла в теплообменник через впускное отверстие для масла и впускную камеру первые каналы для текучей среды в целом направляют масло вниз вдоль направления Z в приточную зону. Затем масло проходит вокруг промежуточной стенки и поднимается вверх вдоль направления Z в сливной зоне к выпускной камере. В соответствии с вариантом выполнения промежуточная стенка проходит от верхней стороны вдоль направления Z к нижней половине или нижней четверти теплообменника (т.е. вдоль примерно 50-75% высоты теплообменника в направлении Z). В другом варианте выполнения промежуточная стенка может проходить на другое расстояние от верхней стороны. Как вариант, каждый канал для текучей среды может быть изолированным (например, так, что масло между смежными каналами не смешивается) и может быть выполнен U-образной формы.The inlet chamber and the outlet chamber are separated along the Y direction by an intermediate wall 144 so that the inlet chamber and the outlet chamber are in fluid communication only through the first fluid passages. As shown in particular in FIG. 4, the intermediate wall extends from the top side in the Z direction to the bottom side (not reaching the bottom side) to separate the first fluid passages and form an inflow zone 146 and a drain zone 148. Thus, when oil enters the heat exchanger through the inlet for oil and the inlet chamber, the first fluid channels generally guide the oil downward along the Z direction into the inlet zone. The oil then flows around the intermediate wall and rises up along the Z direction in the drain area towards the outlet chamber. According to an embodiment, the intermediate wall extends from the upper side along the Z direction to the lower half or lower quarter of the heat exchanger (i.e., along about 50-75% of the height of the heat exchanger in the Z direction). In another embodiment, the intermediate wall can extend a different distance from the top side. Alternatively, each fluid channel can be isolated (eg, so that oil does not mix between adjacent channels) and be U-shaped.

Единая промежуточная стенка изображена так, что первые каналы образуют U-образную форму, при этом она направляет масло с прохождением через теплообменник дважды. Более конкретно, масло проходит по существу по всей длине теплообменника вниз в направлении Z в приточную зону и вверх в направлении Z в сливную зону. Кроме того, показано, что воздух совершает один проход через теплообменник, т.е. от передней стороны к задней стороне по существу в направлении Y. Однако следует понимать, что теплообменник и, в частности, первый и второй каналы могут направлять соответствующую им текучую среду с совершением ею любого подходящего количества проходов для достижения требуемых расхода текучей среды и характеристик теплопередачи. Например, теплообменник может иметь несколько промежуточных стенок, перегородок и/или полостей, которые направляют масло с прохождением через теплообменник четыре или более раз. Аналогичным образом, промежуточные стенки, перегородки и/или полости во втором канале для текучей среды могут направлять воздух так, что он проходит через теплообменник несколько раз, для увеличения времени задержки, числа возможностей для соударения и, в конечном счете, количества передаваемого тепла.The single intermediate wall is depicted in such a way that the first channels form a U-shape, whereby it guides the oil through the heat exchanger twice. More specifically, the oil flows substantially along the entire length of the heat exchanger downward in the Z direction to the inflow area and upward in the Z direction to the drain area. In addition, it is shown that air makes one pass through the heat exchanger, i.e. from the front to the rear, substantially in the Y direction. However, it should be understood that the heat exchanger, and in particular the first and second channels, can direct their respective fluid in any suitable number of passes to achieve the desired fluid flow rate and heat transfer characteristics. For example, the heat exchanger may have multiple intermediate walls, baffles and / or cavities that guide oil through the heat exchanger four or more times. Likewise, intermediate walls, baffles, and / or cavities in the second fluid path can direct air to pass through the heat exchanger multiple times to increase dwell time, collision opportunities, and ultimately the amount of heat transferred.

Для ясности изображения на чертежах показаны не все теплообменные элементы. Однако ниже со ссылкой на фиг. 4-6 приведено описание различных каналов для текучей среды и соответствующих теплообменных элементов. На фиг. 4 изображен вид сбоку в разрезе теплообменника, на котором показаны первые каналы для текучей среды. На фиг. 5 изображен увеличенный вид в аксонометрии разреза, показанного на фиг. 3. На фиг. 6 изображен увеличенный вид вторых каналов для текучей среды.For clarity, not all heat transfer elements are shown in the drawings. However, with reference to FIG. 4-6 describe the various fluid passages and associated heat exchange elements. FIG. 4 is a cross-sectional side view of a heat exchanger showing the first fluid passages. FIG. 5 is an enlarged perspective view of the section shown in FIG. 3. In FIG. 6 is an enlarged view of the second fluid passages.

Первые каналы для текучей среды могут содержать первый набор теплообменных элементов. Теплообменные элементы изображены в данном варианте выполнения в виде планок или ребер 160. Эти планки или ребра могут увеличивать площадь поверхности для улучшения передачи тепловой энергии. Ребра в других вариантах выполнения являются линейными или изогнутыми и расположены под углом относительно плоскости, заданной стенкой канала для текучей среды. Как показано на фиг. 5, ребра могут быть расположены под первым углом 162 относительно стенок первых каналов для текучей среды. Например, согласно некоторым вариантам выполнения указанный первый угол может составлять от приблизительно 10 до 80°, от приблизительно 30 до 60° или приблизительно 45°. Указанный угол может изменяться вдоль длины удлиненного теплообменного элемента для придания скрученности или спиральности. Таким образом, поверхность теплопередачи каждого ребра может быть относительно увеличена. Если не указано иное, планка проходит поперек канала и присоединена на обоих концах, тогда как ребро присоединено на одном конце и не закреплено на другом конце. Ссылки на теплообменные элементы, ребра, планки, выступы, усики и т.п. являются взаимозаменяемыми, если контекст или терминология не указывают на иное.The first fluid channels may contain a first set of heat exchange elements. Heat transfer elements are depicted in this embodiment in the form of strips or ribs 160. These strips or ribs can increase the surface area to improve the transfer of thermal energy. The ribs in other embodiments are linear or curved and are angled with respect to a plane defined by the wall of the fluid channel. As shown in FIG. 5, the ribs may be located at a first angle 162 with respect to the walls of the first fluid passages. For example, in some embodiments, said first angle may be from about 10 ° to 80 °, from about 30 ° to 60 °, or about 45 °. The specified angle may vary along the length of the elongated heat transfer element to impart twist or spirality. Thus, the heat transfer surface of each fin can be relatively increased. Unless otherwise indicated, the bar extends across the channel and is attached at both ends, while the rib is attached at one end and not secured at the other end. References to heat transfer elements, fins, strips, projections, tendrils, etc. are interchangeable unless context or terminology indicates otherwise.

Как показано на фиг. 4, в соответствии с изображенным вариантом выполнения ребра расположены в шахматном порядке. Расположение ребер в шахматном порядке может увеличить контакт текучей среды с ребрами. Применительно к данному документу канал для текучей среды со смещенными или расположенными в шахматном порядке теплообменными элементами является каналом, в котором элементы, расположенные смежно друг с другом вдоль первого или второго направления потока текучей среды, смещены относительно друг друга в направлении, перпендикулярном указанному первому или второму направлению. Следует отметить, что величина смещения и разнесения ребер вдоль первого направления потока текучей среды может изменяться без выхода за рамки объема изобретения. Дополни- 3 038501 тельно или как вариант, ребра могут быть аналогичным образом расположены в шахматном порядке во втором канале для текучей среды. Первый канал определяет первое направление потока текучей среды, а второй канал определяет второе направление потока текучей среды.As shown in FIG. 4, in accordance with the illustrated embodiment, the ribs are staggered. Staggering the ribs can increase fluid contact with the ribs. As used herein, a fluid channel with offset or staggered heat exchange elements is a channel in which elements located adjacent to each other along the first or second direction of fluid flow are offset relative to each other in a direction perpendicular to said first or second direction. It should be noted that the amount of displacement and spacing of the ribs along the first direction of fluid flow can be varied without departing from the scope of the invention. Additionally or alternatively, the ribs can be similarly staggered in the second fluid channel. The first channel defines a first direction of fluid flow, and the second channel defines a second direction of fluid flow.

На фиг. 6 изображен увеличенный вид вторых каналов для текучей среды. Аналогично первым каналам для текучей среды, вторые каналы могут иметь теплообменные поверхности, например ребра, для улучшения теплопередачи. Другие ребра могут быть расположены под любым подходящим углом относительно стенки канала. Например, как показано на чертеже, ребра 170 расположены под вторым углом 172 относительно стенок вторых каналов для текучей среды. Например, согласно некоторым вариантам выполнения указанный второй угол может составлять от приблизительно 10 до 80°, от приблизительно 30 до 60° или приблизительно 45°. Таким образом, поверхность теплопередачи каждого ребра может быть увеличена.FIG. 6 is an enlarged view of the second fluid passages. Similar to the first fluid passages, the second passages may have heat transfer surfaces, such as fins, to improve heat transfer. The other ribs can be located at any suitable angle relative to the channel wall. For example, as shown in the drawing, the ribs 170 are located at a second angle 172 with respect to the walls of the second fluid channels. For example, in some embodiments, said second angle may be from about 10 ° to 80 °, from about 30 ° to 60 °, or about 45 °. Thus, the heat transfer surface of each fin can be increased.

Один или более вторых каналов для текучей среды могут быть веерообразными или могут иметь увеличивающуюся ширину в направлении нижней стороны теплообменника для обеспечения искривленного общего профиля теплообменника. Искривленный профиль может способствовать, например, повторению контура двигателя, на котором может быть установлен теплообменник. Вторые каналы для текучей среды могут быть частично ограничены первой стенкой 180 и второй стенкой 182. Между указанными первой и второй стенками может быть образован третий угол 184. Третий угол может быть относительно малым, например менее 5°, или большим, например более 40°, в зависимости от местоположения в центральной части и от других параметров, зависящих от конкретной области применения.One or more of the second fluid channels may be fan-shaped or may have an increasing width towards the underside of the heat exchanger to provide a curved overall profile of the heat exchanger. The curved profile can help, for example, to follow the contour of the engine on which the heat exchanger can be mounted. The second fluid channels may be partially delimited by the first wall 180 and the second wall 182. A third angle 184 may be formed between said first and second walls. The third angle may be relatively small, for example, less than 5 °, or large, for example, more than 40 °. depending on the location in the center section and on other parameters depending on the specific application.

Способы аддитивного изготовления, описанные в данном документе, обеспечивают возможность изготовления за одно целое очень тонких ребер внутри монолитной центральной части. Например, каждое ребро может иметь толщину в диапазоне от приблизительно 0,01 до приблизительно 0,2 см. В других вариантах выполнения ребра могут иметь толщину в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,5 см. Ребра могут быть изготовлены с подходящей толщиной вплоть до одного аддитивно выполненного слоя, например 10 мкм. Способность изготовления чрезвычайно тонких ребер, планок или других выступов может обеспечить возможность изготовления теплообменников с очень большой плотностью расположения теплообменных элементов. Например, ребра могут быть выполнены с плотностью расположения, составляющей около 2-13 ребер/см. Ребра могут быть выполнены с плотностью расположения, составляющей около 10 ребер/см или более. Однако в соответствии с другими вариантами выполнения плотность расположения ребер может составлять более 12 теплообменных элементов/см. Кроме того, все ребра могу быть выполнены одинаковыми и равномерно разнесены по каждому каналу для текучей среды или все ребра могут быть выполнены разными и разнесены неравномерным образом.The additive manufacturing methods described herein allow one-piece fabrication of very thin ribs within a monolithic core. For example, each rib can have a thickness in the range of about 0.01 to about 0.2 cm. In other embodiments, the ribs can have a thickness in the range of about 0.2 to about 0.5 cm. The ribs can be made to a suitable thickness. up to one additive layer, for example 10 μm. The ability to manufacture extremely thin fins, strips or other protrusions can enable the manufacture of heat exchangers with very high density of heat exchange elements. For example, the ribs can be made with a density of about 2-13 ribs / cm. The ribs can be made with a density of about 10 ribs / cm or more. However, according to other embodiments, the density of the arrangement of the fins can be more than 12 heat exchange elements / cm. In addition, all of the ribs may be the same and evenly spaced across each fluid path, or all of the ribs may be different and unevenly spaced.

Первые и вторые каналы для текучей среды имеют некруговые геометрические формы. Геометрические формы могут быть выбраны так, чтобы увеличить площадь поверхности, доступную для теплообмена. Например, профили поперечного сечения первых и вторых каналов могу быть квадратными или прямоугольными. В этой связи каждый канал может иметь высоту, которая представляет собой, например, среднее расстояние, измеренное перпендикулярно потоку текучей среды в указанном канале. Например, высота канала может представлять собой среднее расстояние между стенками соответствующего канала для текучей среды, например от одной стенки канала до другой стенки вдоль направления, перпендикулярного стенкам.The first and second fluid channels have non-circular geometric shapes. Geometries can be chosen to increase the surface area available for heat transfer. For example, the cross-sectional profiles of the first and second channels can be square or rectangular. In this regard, each channel may have a height that is, for example, an average distance measured perpendicular to the flow of fluid in said channel. For example, the height of the channel can be the average distance between the walls of the corresponding fluid channel, for example from one wall of the channel to the other wall along a direction perpendicular to the walls.

В соответствии с вариантом выполнения, изображенным на фиг. 5, каждый из первых каналов имеет высоту 190, а каждый второй канал имеет вторую высоту 192. Указанные высота первого канала и высота второго канала могут представлять собой расстояние между первой стенкой 180 и второй стенкой 182 для заданного канала. Высота первого канала и высота второго канала могут быть одинаковыми вдоль длины соответствующего канала или могут изменяться вдоль нее, как показано на фиг. 6. Кроме того, все каналы в наборе каналов могут иметь одинаковую или разную высоту.In accordance with the embodiment shown in FIG. 5, each of the first channels has a height of 190 and each second channel has a second height of 192. The indicated height of the first channel and the height of the second channel may be the distance between the first wall 180 and the second wall 182 for a given channel. The height of the first channel and the height of the second channel may be the same along the length of the corresponding channel, or may vary along it, as shown in FIG. 6. In addition, all channels in a channel set can have the same or different heights.

Высота первого канала и высота второго канала могут быть выбраны так, чтобы улучшить поток текучей среды, проходящий через соответствующий канал. Например, высота канала, через который проходит масло, может быть меньше высоты канала, через который проходит воздух. В соответствии с одним вариантом выполнения высота первого канала и/или высота второго канала составляет от приблизительно 0,025 до 2,54 см. Первые каналы и вторые каналы для текучей среды могут иметь размер и геометрические формы исходя из параметров, зависящих от конкретной области применения.The height of the first channel and the height of the second channel can be selected to improve fluid flow through the corresponding channel. For example, the height of the channel through which the oil flows may be less than the height of the channel through which the air passes. In accordance with one embodiment, the height of the first channel and / or the height of the second channel is from about 0.025 to 2.54 cm. The first channels and second fluid channels can be sized and geometries based on parameters depending on the particular application.

Каждый из первого и второго каналов может быть прямолинейным, криволинейным, змеевидным, спиральным, синусоидальным или иметь любую другую подходящую форму. Например, как показано на фиг. 4, первый канал является криволинейным, т.е. дугообразным или U-образным. Теплообменник может иметь геометрические формы, улучшающие рабочие характеристики, и теплообменные элементы, реализация которых на практике облегчается аддитивным производственным процессом, как описано ниже. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения первый канал и второй канал для текучей среды могут иметь теплообменные поверхности или элементы, например ребра, для содействия процессу передачи тепла.Each of the first and second channels may be straight, curved, serpentine, spiral, sinusoidal, or any other suitable shape. For example, as shown in FIG. 4, the first channel is curved, i. E. arcuate or U-shaped. The heat exchanger can have performance-enhancing geometries and heat exchange elements that are facilitated in practice by an additive manufacturing process, as described below. In some embodiments, the first channel and the second fluid channel may have heat exchange surfaces or features, such as fins, to aid in the heat transfer process.

Части теплообменника могут быть выполнены с использованием подходящего материала, с соответствующей геометрической формой, плотностью расположения и толщиной, необходимыми для обес- 4 038501 печения требуемой конструктивной опоры для теплообменника во время конкретного режима работы. Например, наружные стенки 196 теплообменника могут быть выполнены из жесткого теплоизоляционного материала. Кроме того, соответствующие наружные стенки могут быть более толстыми и плотными для обеспечения конструктивной опоры для нагрузок, испытываемых теплообменником во время монтажа, сборки и эксплуатации газотурбинного двигателя. В противоположность этому, внутренние стенки (например, стенки 180 и 182 вторых каналов для текучей среды) могут быть более тонкими или выполненными из более теплопроводящих материалов для улучшения теплопередачи. Например, в соответствии с одним вариантом выполнения стенки теплообменных каналов могут быть выполнены из теплопроводного металлического сплава и могут иметь толщину менее 0,07 см. В соответствии с еще одним вариантом выполнения стенки теплообменных каналов могут иметь толщину около 0,03 см и могут быть выбраны по меньшей мере частично на основании рабочего давления и температуры, а также на основании того, какая текучая среда будет проходить через канал.The heat exchanger parts can be made using a suitable material, with the appropriate geometry, density and thickness required to provide the required structural support for the heat exchanger during a particular mode of operation. For example, the outer walls 196 of the heat exchanger can be made of rigid thermal insulation material. In addition, the corresponding outer walls can be thicker and denser to provide structural support for the loads experienced by the heat exchanger during installation, assembly and operation of the gas turbine engine. In contrast, the inner walls (eg, walls 180 and 182 of the second fluid passages) can be thinner or made of more thermally conductive materials to improve heat transfer. For example, in accordance with one embodiment, the walls of the heat transfer channels can be made of a heat-conducting metal alloy and can have a thickness of less than 0.07 cm. In accordance with another embodiment, the walls of the heat transfer channels can have a thickness of about 0.03 cm and can be selected at least in part on the basis of the operating pressure and temperature, and also on the basis of which fluid will pass through the channel.

В соответствии с изображенным вариантом выполнения первые каналы и вторые каналы для текучей среды имеют конструкцию с перекрестным потоком, т.е. потоки масла и воздуха проходят перпендикулярно друг другу. В другом варианте выполнения первые каналы и вторые каналы для текучей среды работают как противоточная установка, при этом теплообменник выполнен так, что первые каналы и вторые каналы являются по существу параллельными, а соответствующие потоки текучей среды перемещаются в противоположных направлениях в соответствующих каналах. Кроме того, в соответствии с некоторыми вариантами выполнения текучие среды могут перемещаться в соответствующих им каналах в одном и том же направлении.In accordance with the illustrated embodiment, the first channels and the second fluid channels are of a cross-flow design, i. E. oil and air flows are perpendicular to each other. In another embodiment, the first channels and second fluid channels operate as a counter-current arrangement, with the heat exchanger configured such that the first channels and second channels are substantially parallel and the respective fluid flows move in opposite directions in the respective channels. In addition, in accordance with some embodiments, fluids can move in their respective channels in the same direction.

Доступные способы аддитивного производства могут обеспечить возможность выполнения теплообменников с определенным размером или формой. Опорные контуры или наружные профили теплообменников могут иметь квадратную, круговую, криволинейную или любую другую подходящую форму, например, для обеспечения плотной посадки в пространстве двигателя, которое в ином случае является неиспользуемым, или для обеспечения большей обтекаемости или эффективности. Кроме того, каналы для подачи текучей среды в теплообменнике могут иметь размер или конфигурацию, зависящие от конкретной области применения, и могут иметь определенные профили, более тонкие стенки, меньшие высоты каналов и более сложные и фигурные теплообменные элементы.Available methods of additive manufacturing can provide the ability to make heat exchangers with a specific size or shape. The support contours or outer profiles of the heat exchangers can be square, circular, curved, or any other suitable shape, for example, to provide a snug fit in an otherwise unused engine space, or to provide greater streamlining or efficiency. In addition, the fluid passages in the heat exchanger can have a size or configuration depending on the particular application and can have specific profiles, thinner walls, lower channel heights, and more complex and shaped heat exchange elements.

Предложен способ 200 формирования монолитного теплообменника согласно одному варианту выполнения изобретения. Указанный способ может использоваться для формирования теплообменника. В соответствии с фиг. 7 способ включает аддитивное изготовление корпуса первого канала внутри наружного корпуса теплообменника на этапе 210, причем корпус первого канала ограничивает первый канал для текучей среды. Этап 220 включает аддитивное изготовление первого набора теплообменных элементов внутри первого канала для текучей среды, причем каждый элемент из указанного первого набора теплообменных элементов имеет первую толщину. Этап 230 включает аддитивное изготовление корпуса второго канала внутри наружного корпуса, причем корпус второго канала ограничивает второй канал для текучей среды. Этап 240 включает аддитивное изготовление второго набора теплообменных элементов внутри второго канала для текучей среды, причем каждый элемент из указанного второго набора теплообменных элементов имеет другую, вторую толщину. Первая и/или вторая толщины могут иметь значение менее чем приблизительно 0,03 см. При этом, как отмечено в данном описании, указанные толщины могут отличаться друг от друга по величине, форме, расположению относительно основания и составу материала. Кроме того, различия могут зависеть от того, в каком канале или вдоль длины какого одного из каналов (или обоих каналов) они расположены.A method 200 is provided for forming a monolithic heat exchanger in accordance with one embodiment of the invention. This method can be used to form a heat exchanger. Referring to FIG. 7, the method includes additively fabricating a first duct body within an outer heat exchanger body in step 210, the first duct body defining a first fluid path. Step 220 includes additive manufacturing of a first set of heat transfer elements within a first fluid passageway, each element of said first set of heat transfer elements having a first thickness. Step 230 includes additive manufacturing of a second conduit body within the outer body, the second conduit body defining a second fluid conduit. Step 240 includes additive manufacturing of a second set of heat transfer elements within a second fluid channel, each element of said second set of heat transfer elements having a different, second thickness. The first and / or second thicknesses can have a value of less than about 0.03 cm. However, as noted in this description, these thicknesses can differ from each other in size, shape, location relative to the base and composition of the material. In addition, differences may depend on in which channel or along the length of which one of the channels (or both channels) they are located.

В одном варианте выполнения теплообменное устройство может содержать ступень предварительного охлаждения с трубчатой оболочкой и с одним или более термически деформируемыми элементами и пластинчато-реберной конфигурацией. Такая конфигурация может обеспечивать повышенную эффективность и компактность. Деформируемый элемент может расширяться/сжиматься, гнуться или изгибаться под действием нагрузки для предотвращения поломки. Компоненты, имеющие различные коэффициенты теплового расширения или различные температурные профили, могут приводить к возникновению теплового напряжения в различных зонах терморегулирующего устройства и между ними. Деформируемые элементы могут использоваться для сброса по меньшей мере некоторого напряжения, вызванного термическим воздействием.In one embodiment, the heat exchange device may comprise a pre-cooling stage with a tubular shell and one or more thermally deformable elements and a plate-rib configuration. This configuration can provide increased efficiency and compactness. The deformable member can expand / contract, bend or bend under load to prevent breakage. Components with different coefficients of thermal expansion or different temperature profiles can lead to thermal stresses in and between different areas of the thermostatic control device. Deformable members can be used to relieve at least some thermal stress.

На фиг. 8 изображено терморегулирующее устройство 800, содержащее корпус 802 в соответствии с вариантом выполнения изобретения. Указанное устройство содержит монолитную центральную конструкцию 804, расположенную внутри корпуса. Наружная поверхность 806 центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть первого канала 808. Внутренняя поверхность 810 центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть второго канала 812. Центральная конструкция содержит разделительную стенку 820, изолирующую первый поток (не показан), проходящий через первый канал, от второго потока (не показан), проходящего через второй канал. Увеличенный вид в разрезе разделительной стенки изображает разделительную стенку центральной части 804А и покрытие 822, расположенное на наружной поверхности. В изображенном варианте выполнения покрытие показано нанесенным поверх только участка наружной поверхности. В изображенном варианте выполнения центральнаяFIG. 8 depicts a temperature control device 800 including a housing 802 in accordance with an embodiment of the invention. The specified device contains a monolithic central structure 804 located inside the housing. The outer surface 806 of the central structure defines at least a portion of the first channel 808. The inner surface 810 of the central structure defines at least a portion of the second channel 812. The central structure includes a partition wall 820 isolating a first flow (not shown) passing through the first channel from the second flow (not shown) passing through the second channel. An enlarged cross-sectional view of the dividing wall depicts the dividing wall of the central portion 804A and the cover 822 located on the outer surface. In the illustrated embodiment, the coating is shown applied over only a portion of the outer surface. In the illustrated embodiment, the central

- 5 038501 конструкция является стальной, а покрытие является незагрязняющимся антикоррозийным нитридным отделочным слоем.- 5 038501 the structure is steel and the coating is a non-contaminating anticorrosive nitride finish.

Первый канал находится в тепловом контакте со вторым каналом. Центральная конструкция содержит один или более теплообменных элементов 830, расположенных в первом канале. Теплообменные элементы во втором канале не показаны, чтобы избежать перегруженности изображения. Изображенные теплообменные элементы представляют собой линейные планки, проходящие в перпендикулярном направлении поперек первого канала для увеличения площади поверхности теплопередачи. Толщина теплообменных элементов примерно равна толщине стенки центральной конструкции, а плотность их распределения выражена в виде отношения 4 к 1, т.е. вдоль отрезка длины, равного ширине канала, расположены четыре теплообменных элемента. На чертеже не показан профиль теплообменного элемента, имеющий удлиненную каплеобразную форму, и то, что теплообменные элементы расположены в шахматном порядке относительно смежных элементов. Конфигурация теплообменных элементов может быть выбрана с обеспечением удерживания текучей среды вплотную к их поверхности для минимизации ламинарных свойств потока и увеличения соударений с проходящей текучей средой путем усиления образования турбулентного пограничного слоя. В одном варианте выполнения указанный профиль выполнен относительно поверхности центральной части с обеспечением создания эффекта Коанда вдоль по меньшей мере участка длины одного или более теплообменных элементов.The first channel is in thermal contact with the second channel. The central structure contains one or more heat exchange elements 830 located in the first channel. Heat exchange elements in the second channel are not shown in order to avoid image clutter. The depicted heat transfer elements are linear bars extending perpendicularly across the first channel to increase the heat transfer surface area. The thickness of the heat exchange elements is approximately equal to the wall thickness of the central structure, and the density of their distribution is expressed as a ratio of 4 to 1, i.e. along a length segment equal to the channel width, there are four heat exchange elements. The drawing does not show the profile of the heat exchange element having an elongated drop-like shape, and the fact that the heat exchange elements are staggered relative to adjacent elements. The heat transfer elements can be configured to keep the fluid close to their surface to minimize laminar flow properties and increase collisions with the flowing fluid by enhancing the formation of a turbulent boundary layer. In one embodiment, the specified profile is made relative to the surface of the central part so as to create a Coanda effect along at least a portion of the length of one or more heat exchange elements.

Как показано на фиг. 8, центральная конструкция содержит деформируемый компонент 840, первый конец 842 которого присоединен к конструкции корпуса, а второй конец 844 присоединен к разделительной стенке. В другом варианте выполнения деформируемый компонент присоединяет одну разделительную стенку к другой разделительной стенке. Как показано на чертеже, устройство может содержать один или более деформируемых компонентов. Эти деформируемые устройства могут находиться в состоянии, в котором они изогнуты или скручены, и в другом состоянии, в котором они растянуты или распрямлены. Таким образом, в зависимости от состояния деформируемый компонент может иметь один или более искривлений или изгибов. Эти изгибы могут иметь, например, S-образную форму или форму гофра. Изображенный вариант выполнения имеет простые изгибы и выполнен из материала, который отличается от материала центральной конструкции и является более гибким. Теплообменные элементы центральной конструкции могут быть выбраны исходя из одного или более следующих параметров: теплопроводности, эрозионной стойкости, коррозионной стойкости, химической стойкости или устойчивости к загрязнению. В других вариантах выполнения материалы могут быть одинаковыми, однако толщины могут отличаться.As shown in FIG. 8, the central structure comprises a deformable component 840, a first end 842 of which is attached to the body structure and a second end 844 of which is attached to a dividing wall. In another embodiment, the deformable component attaches one dividing wall to another dividing wall. As shown in the drawing, the device may contain one or more deformable components. These deformable devices can be in a state in which they are bent or twisted, and in another state in which they are stretched or straightened. Thus, depending on the state, the deformable component may have one or more curvatures or bends. These bends can be, for example, S-shaped or corrugated. The depicted embodiment has simple curves and is made of a material that is different from that of the central structure and is more flexible. The heat transfer elements of the central structure can be selected based on one or more of the following parameters: thermal conductivity, erosion resistance, corrosion resistance, chemical resistance, or resistance to pollution. In other embodiments, the materials may be the same, but the thicknesses may differ.

Описанные терморегулирующие устройства могут быть изготовлены или выполнены с использованием подходящих процессов. Однако в соответствии с некоторыми аспектами предложенного изобретения теплообменник может быть выполнен с использованием процесса аддитивного производства, такого как процесс трехмерной печати. Использование такого процесса может обеспечить возможность выполнения теплообменника за одно целое в виде единого монолитного компонента, как описано выше в соответствии с одним вариантом выполнения. Указанный производственный процесс может обеспечить возможность получения теплообменника, выполненного за одно целое и содержащего различные элементы, которые невозможно получить с использованием других способов изготовления.The described thermostatic control devices can be manufactured or manufactured using suitable processes. However, in accordance with some aspects of the present invention, the heat exchanger can be made using an additive manufacturing process, such as a 3D printing process. Using such a process may allow the heat exchanger to be formed integrally as a single monolithic component as described above in accordance with one embodiment. The specified manufacturing process can provide the possibility of obtaining a heat exchanger made in one piece and containing various elements that cannot be obtained using other manufacturing methods.

Используемые в данном документе выражения аддитивно изготовленный или технологии или процессы аддитивного производства относятся в целом к производственным процессам, в которых последовательные слои материала (материалов) накладывают друг на друга для послойного наращивания трехмерного компонента. Последовательные слои по существу сплавляются друг с другом с образованием монолитного компонента, который может иметь набор неотъемлемых подкомпонентов. В противоположность этому, отлитые или отформованные части, которые сварены вместе, не являются монолитными.As used herein, the expressions additive manufactured or additive manufacturing technologies or processes refer generally to manufacturing processes in which successive layers of material (s) are superimposed on each other to build up a three-dimensional component layer by layer. Successive layers essentially fuse together to form a monolithic component, which may have a set of integral subcomponents. In contrast, cast or molded parts that are welded together are not monolithic.

К подходящим технологиям аддитивного производства в соответствии с изобретением относятся, например, моделирование методом направления (FDM), избирательное лазерное спекание (SLS), трехмерная печать, например струйная или лазерная, стереолитография (SLA), прямое избирательное лазерное спекание (DSLS), электронно-лучевое спекание (EBS), электронно-лучевое плавление (ЕВМ), плавка путем создания формы лазером (LENS), изготовление путем лазерной наплавки (LNSM), прямое осаждение металла (DMD), цифровая оптическая обработка (DLP), прямое лазерное спекание металлов (DMLS) и другие процессы, выбранные исходя из параметров и требований, зависящих от конкретной области применения.Suitable additive manufacturing technologies in accordance with the invention include, for example, directional modeling (FDM), selective laser sintering (SLS), 3D printing such as inkjet or laser, stereolithography (SLA), direct selective laser sintering (DSLS), electronic beam sintering (EBS), electron beam melting (EBM), laser forming melting (LENS), laser cladding fabrication (LNSM), direct metal deposition (DMD), digital optical processing (DLP), laser direct sintering of metals ( DMLS) and other processes selected based on the parameters and requirements, depending on the specific application.

Процессы аддитивного производства, описанные в данном документе, могут обеспечивать создание компонентов с использованием материала, подходящего для конечного назначения. В зависимости от использования компонента материал может представлять собой пластмассу, металл, бетон, керамику, металлокерамику, полимер, эпоксидную смолу, фотополимерную смолу или материал другого вида. Исходный материал может быть в твердой, жидкой, порошковой форме, в виде листового материала, проволоки или иметь другой вид. В одном варианте выполнения теплообменник может быть выполнен частично из определенного материала, полностью из определенного материала или из комбинации материалов. В одном варианте выполнения данная комбинация может содержать различные металлы и их спла- 6 038501 вы. К подходящим металлам могут относиться алюминий, бериллий, медь, железо, магний, никель, рений, олово и титан. К подходящим сплавам могут относиться сплавы с вышеуказанными металлами, в том числе сплавы никеля, сплавы хрома, сплавы титана, сплавы магния, сплавы алюминия и аустенитные сплавы. К подходящим аустенитным сплавам могут относиться сверхпрочные хромоникелевые сплавы (например, сплавы под названием Inconel®, выпускаемые компанией Special Metal Corporation) и кобальтохромовые сплавы.The additive manufacturing processes described in this document can create components using a material suitable for the end use. Depending on the use of the component, the material can be plastic, metal, concrete, ceramic, cermet, polymer, epoxy resin, photopolymer resin, or other material. The starting material can be in solid, liquid, powder form, sheet material, wire or other form. In one embodiment, the heat exchanger can be made partly of a specific material, entirely of a specific material, or a combination of materials. In one embodiment, the combination may contain various metals and their alloys. Suitable metals include aluminum, beryllium, copper, iron, magnesium, nickel, rhenium, tin, and titanium. Suitable alloys may include alloys with the above metals, including nickel alloys, chromium alloys, titanium alloys, magnesium alloys, aluminum alloys, and austenitic alloys. Suitable austenitic alloys may include ultra-high-strength chromium-nickel alloys (for example, alloys under the name Inconel® available from the Special Metal Corporation) and cobalt-chromium alloys.

Кроме того, для связывания этих материалов могут использоваться различные материалы и способы, рассматриваемые как находящиеся в рамках объема изобретения. Используемый в данном документе термин сплавление может относиться к процессу создания связующего слоя исходя из требований, зависящих от конкретной области применения. Например, если объект изготовлен из полимера, сплавление может относиться к созданию термореактивной связи между полимерными материалами. Если объект выполнен из эпоксидной смолы, то связь может быть выполнена с помощью процесса поперечного связывания. Если материал представляет собой керамику или металлокерамику, то связь может быть образована с помощью процесса спекания. Если материал представляет собой порошкообразный металл, то связь может быть образована с помощью процесса плавления. Возможно использование других способов сплавления материалов для изготовления компонента при помощи аддитивного производства.In addition, various materials and methods can be used to bond these materials and are considered to be within the scope of the invention. Used in this document, the term fusion can refer to the process of creating a tie layer based on the requirements depending on a particular application. For example, if the object is made of a polymer, fusion may refer to creating a thermosetting bond between the polymer materials. If the object is made of epoxy resin, then the bonding can be done using a cross-linking process. If the material is a ceramic or cermet, then the bond can be formed using a sintering process. If the material is a powdered metal, then the bond can be formed through a melting process. It is possible to use other methods of fusing materials to make a component using additive manufacturing.

В одном варианте выполнения процесс аддитивного производства, описанный в данном документе, обеспечивает возможность получения единого компонента из нескольких материалов. То есть теплообменник может быть выполнен из подходящей смеси вышеуказанных материалов и/или из разных материалов в разных частях или компонентах. Например, компонент может содержать набор слоев, компонентов или частей которые образованы с использованием различных материалов, процессов и/или различных машин для аддитивного производства и при этом по-прежнему образуют монолитную часть. Таким образом, возможно выполнение компонентов, которые содержат разные материалы и имеют разные свойства материалов, для соответствия параметрам конкретной области применения.In one embodiment, the additive manufacturing process described herein provides the ability to produce a single component from multiple materials. That is, the heat exchanger can be made from a suitable mixture of the above materials and / or from different materials in different parts or components. For example, a component may contain a collection of layers, components, or parts that are formed using different materials, processes, and / or different additive manufacturing machines and still form a monolithic part. Thus, it is possible to design components that contain different materials and have different material properties to suit the parameters of a specific application.

В данном варианте применения между частями из разных материалов может иметься переходная часть. Как вариант, между двумя (или более) материалами может иметься четкий пограничный слои. Благодаря использованию переходной части можно повлиять на рабочие характеристики компонента. Например, материалы с различными коэффициентами теплового расширения (КТР) могут иметь градиент концентрации, переходящий от 100% концентрации одного материала к 100% концентрации другого материала, при этом концентрация в середине переходной части составляет приблизительно 50% для каждого материала. В зависимости от требований в области применения и от свойств материала могут использоваться различные скорости изменения градиента и равномерность этого градиента вдоль переходной части. Помимо теплового расширения, могут быть учтены другие факторы, к которым могут относиться предварительный расчет полных затрат (использование более дешевых материалов в случаях, когда отсутствует необходимость в более дорогостоящих материалах), упрочнение (использование более прочных материалов при необходимости повышения прочности) и т.п.In this application, there may be a transition piece between parts of different materials. Alternatively, there may be a clear boundary layer between two (or more) materials. By using a transition piece, the performance of the component can be influenced. For example, materials with different coefficients of thermal expansion (CTE) may have a concentration gradient that goes from 100% concentration of one material to 100% concentration of another material, with the concentration in the middle of the transition region being approximately 50% for each material. Depending on the requirements of the application and on the properties of the material, different rates of change of the gradient and the uniformity of this gradient along the transition part can be used. In addition to thermal expansion, other factors can be taken into account, which may include a preliminary calculation of the total cost (using cheaper materials in cases where there is no need for more expensive materials), hardening (using stronger materials when increasing strength is required), etc. ...

Возможно создание биметаллических комбинаций. При таком применении могут быть полезны различия в характеристиках материалов. Если обратиться к примеру КТР, при расположении слоев двух материалов с различными КТР рядом друг с другом они могут расширяться или сжиматься в разной степени в зависимости от изменения температуры. Соответственно, в одном варианте выполнения теплообменник может содержать теплообменные элементы, такие как ребра или усики, изготовленные с использованием процессов формирования биметаллических слоев так, что при изменении температуры ребра его физическая конфигурация также меняется. Это обстоятельство может быть использовано для избирательного направления потока текучей среды, проходящей по ребрам, в зависимости от ее температуры. Это может быть использовано для увеличения или уменьшения скорости потока, проходящего через теплообменник (опять же в зависимости от температуры контактирующей текучей среды). Кроме того, ребра в одном канале могу отличаться от ребер в другом канале (с другой текучей средой). Например, при увеличении температуры потока отработавшего газа ребра могут втягиваться для уменьшения скорости передачи тепла на горячую сторону, в то же время ребра, находящиеся в контакте с хладагентом, могут выдвигаться для увеличения площади поверхности или количества соударений с обеспечением тем самым более эффективного распределения тепловой нагрузки к хладагенту. Таким образом, массовый теплоперенос в горячих пятнах может быть уравновешен до уровня более холодных пятен, при этом происходит более равномерная передача тепла от отработавших газов к хладагенту, чем в случае, когда в одном или обоих изображенных двух трактах или каналах выполнены статичные ребра.It is possible to create bimetallic combinations. In such an application, differences in material characteristics can be useful. Referring to the CTE example, when the layers of two materials with different CTEs are located next to each other, they can expand or contract to different degrees depending on the temperature change. Accordingly, in one embodiment, the heat exchanger may include heat exchange elements, such as fins or tendrils, manufactured using bimetallic layer forming processes such that the physical configuration of the fin also changes as the temperature of the fin changes. This circumstance can be used to selectively direct the flow of the fluid passing along the ribs, depending on its temperature. This can be used to increase or decrease the flow rate through the heat exchanger (again depending on the temperature of the contacting fluid). In addition, the ribs in one channel may differ from the ribs in another channel (with a different fluid). For example, as the temperature of the exhaust gas stream increases, the fins can retract to reduce the rate of heat transfer to the hot side, while the fins in contact with the refrigerant can be extended to increase surface area or collisions, thereby distributing the heat load more efficiently. to the refrigerant. Thus, the mass heat transfer in hot spots can be balanced to colder spots, with a more uniform heat transfer from the exhaust gases to the refrigerant than in the case when static ribs are provided in one or both of the illustrated two paths or channels.

Вдоль поверхностей, которые контактируют с потоками текучей среды, проходящими через один или более каналов, может быть создано покрытие или покрывающий слой. Подходящие покрытия могут быть выполнены из материала, отличного от материала опорной или базовой конструкции монолита, но при этом по-прежнему образованы в виде единой структуры (и поэтому являются частью монолита). В одном варианте выполнения покрывающий слой может использоваться для отделения текучей среды от базовой конструкции. Так, базовая конструкция из алюминия может быть подвержена химическому растворению при контакте со щелочной или кислотной текучей средой, поэтому может быть создано химически инертное покрытие для предотвращения контакта алюминия с кислотной/щелочной текучей сре- 7 038501 дой. В одном варианте выполнения в покрытие может быть введен катализатор (например, платина) для обеспечения возможности катализирования потока отработавшего газа при его прохождении по покрытию. В другом варианте выполнения покрытие может иметь низкую поверхностную энергию и/или гладкую поверхность (т.е. поверхность с шероховатостью ниже порогового значения), чтобы, например, уменьшать или регулировать падение давления в потоке, проходящем через теплообменник.A coating or overlay can be provided along the surfaces that contact the fluid streams passing through one or more of the channels. Suitable coatings can be made of a material other than the support or base structure of the monolith, but still form a single structure (and therefore are part of the monolith). In one embodiment, the cover layer can be used to separate the fluid from the base structure. Thus, a basic aluminum structure can be susceptible to chemical dissolution upon contact with an alkaline or acidic fluid, so a chemically inert coating can be provided to prevent aluminum from contacting an acidic / alkaline fluid. In one embodiment, a catalyst (eg, platinum) may be incorporated into the coating to allow the exhaust gas stream to be catalyzed as it passes over the coating. In another embodiment, the coating may have a low surface energy and / or a smooth surface (i.e., a surface with a roughness below a threshold value) to, for example, reduce or control the pressure drop in the flow through the heat exchanger.

Как и в случае покрытия, на теплообменнике может быть выполнен этап последующей чистовой обработки поверхности. Подходящая последующая механическая обработка зависит от параметров для конкретной области применения, однако в некоторых вариантах выполнения может использоваться промывка суспензией. К другим подходящим процессам могут относиться хонингование, шлифование, суперфиниширование для изменения текстуры или шероховатости поверхности. Может быть предпочтительным выполнение последующей обработки путем химического изменения поверхности таким способом, как кислотная промывка, азотирование, науглероживание, борирование, карбонитридирование и ферритное азотонауглероживание. В одном варианте выполнения для создания элемента, получаемого путем аддитивного производства, может использоваться материал, который при последующей обработке преобразуется в другой материал. Примерами такого материала могут быть кальцинированный материал или керамика/глазурь, которые образуются в результате нагревания теплообменника до температуры, достаточной для инициирования процесса преобразования.As with the coating, a post-surface finishing step can be performed on the heat exchanger. The appropriate post-machining will depend on the parameters for the particular application, however, in some embodiments, slurry washing may be used. Other suitable processes may include honing, grinding, superfinishing to alter the texture or roughness of the surface. It may be preferable to carry out the post-treatment by chemically altering the surface by methods such as acid washing, nitriding, carburizing, boriding, carbonitriding, and ferritic nitriding. In one embodiment, a material can be used to create an additive manufacturing element that is converted to another material during subsequent processing. Examples of such material are calcined material or ceramic / glaze, which are formed by heating the heat exchanger to a temperature sufficient to initiate the conversion process.

Несмотря на то что теплообменник может быть описан как выполненный полностью с помощью аддитивных производственных процессов, по меньшей мере в одном варианте выполнения часть теплообменника может быть получена иным способом, например при помощи литья, механической обработки и/или подходящего производственного процесса. Затем изготовленная неаддитивным способом часть может быть объединена с монолитной частью, которая получена аддитивным способом и может быть наращена на базовую часть. Накладное формование пластмассовой части является неудовлетворительным, однако наглядным примером объединения двух производственных процессов для создания одного изделия. То есть литая часть может быть объединена с аддитивной частью, которая может быть наращена на нее. Эта часть, полученная аддитивным способом, может охватывать литую часть или может быть присоединена только к стороне литой части.While the heat exchanger may be described as being made entirely by additive manufacturing processes, in at least one embodiment, a portion of the heat exchanger can be produced by other means, such as casting, machining, and / or a suitable manufacturing process. Then, the non-additively manufactured part can be combined with the monolithic part, which is obtained by the additive method and can be extended onto the base part. Over-molding of a plastic part is unsatisfactory, but a good example of combining two manufacturing processes to create one product. That is, the cast part can be combined with an additive part that can be built up on it. This part, obtained by an additive method, can span the cast part, or can only be attached to the side of the cast part.

Ниже приведено описание одного аддитивного производственного процесса. Аддитивные производственные процессы обеспечивают изготовление компонентов с использованием трехмерной (3D) информации о компоненте, например трехмерной компьютерной модели компонента. Соответственно, до изготовления может быть определена трехмерная проектная модель теплообменника. В этой связи для определения трехмерной информации о теплообменнике может быть выполнено сканирование модели или прототипа теплообменника. В качестве другого примера возможно построение модели теплообменника с использованием подходящей программы автоматизированного проектирования (CAD) для создания трехмерной проектной модели теплообменника.The following is a description of one additive manufacturing process. Additive manufacturing processes enable the manufacture of components using three-dimensional (3D) information about a component, such as a 3D computer model of a component. Accordingly, a three-dimensional design model of the heat exchanger can be determined prior to fabrication. In this regard, a scan of a model or prototype of the heat exchanger may be performed to determine 3D information about the heat exchanger. As another example, it is possible to model a heat exchanger using a suitable computer-aided design (CAD) program to create a three-dimensional design model of the heat exchanger.

Каждый последовательный слой может иметь толщину, например, в диапазоне от приблизительно 10 до приблизительно 200 мкм, однако толщина может быть выбрана исходя из параметров, зависящих от конкретной области применения, и иметь значение в зависимости от области применения. Следовательно, при использовании вышеописанных способов аддитивного формования теплообменные поверхности (например, стенки) могут иметь толщину, равную толщине соответственного слоя из порошкового материала (например, 10 мкм), используемого во время процесса аддитивного формования.Each successive layer can have a thickness of, for example, in the range from about 10 to about 200 microns, however, the thickness can be selected based on parameters depending on the particular application, and have a value depending on the application. Therefore, when using the above-described additive molding methods, the heat transfer surfaces (eg walls) can have a thickness equal to the thickness of the corresponding layer of powder material (eg 10 µm) used during the addition molding process.

Теплообменник может представлять собой монолитный или единый элемент из сплошного материала. Под монолитностью изделий подразумевается то, что они могут не содержать составных частей и/или соединений или содержать меньше составных частей и/или соединений по сравнению с существующими теплообменниками. Монолитная конструкция явно исключает формованные, прессованные или литые части. Выполнение теплообменника за одно целое с помощью аддитивного производства может улучшить общий процесс сборки. Например, выполнение за одно целое может уменьшить количество отдельных частей, подлежащих сборке, с сокращением тем самым времени сборки и затрат на нее. Кроме того, могут быть уменьшены существующие проблемы, например, связанные с протечкой, сваркой и качеством соединения между отдельными частями, а также с общей производительностью.The heat exchanger can be a monolithic or a single piece of solid material. Under the monolithicity of products is meant that they may not contain components and / or compounds or contain fewer components and / or compounds in comparison with existing heat exchangers. The monolithic design clearly excludes molded, extruded or cast parts. Making the heat exchanger integral with additive manufacturing can improve the overall assembly process. For example, performing in one piece can reduce the number of individual parts to be assembled, thereby reducing assembly time and costs. In addition, existing problems such as those related to leakage, welding and connection quality between individual parts, as well as overall performance, can be reduced.

Описанные способы аддитивного производства обеспечивают возможность получения более сложных и фигурных форм и контуров теплообменника. Например, теплообменник может иметь тонкие стенки (менее 0,07 см), узкие каналы и теплообменные элементы. Эти элементы могут быть относительно сложными и фигурными для максимизации теплопередачи и минимизации размера или опорной площади теплообменника. Способ аддитивного производства обеспечивает возможность изготовления конструкций, содержащих различные материалы и имеющих конкретные коэффициенты теплопередачи или требуемые текстуры поверхностей, например, усиливающие или ограничивающие поток текучей среды, проходящей через канал. Последовательный, аддитивный характер производственного процесса обеспечивает возможность образования этих каналов и элементов. В результате рабочие характеристики теплообменника могут отличаться от характеристик других теплообменников.The described methods of additive manufacturing make it possible to obtain more complex and shaped shapes and contours of the heat exchanger. For example, a heat exchanger may have thin walls (less than 0.07 cm), narrow channels, and heat exchange elements. These elements can be relatively complex and shaped to maximize heat transfer and minimize the size or footprint of the heat exchanger. The additive manufacturing method allows for the manufacture of structures containing different materials and having specific heat transfer coefficients or desired surface textures, for example, to enhance or restrict the flow of fluid passing through the channel. The consistent, additive nature of the manufacturing process makes it possible for these channels and elements to be formed. As a result, the performance of the heat exchanger may differ from that of other heat exchangers.

При использовании аддитивного процесса полученные чистовая обработка поверхности и размер канала могут обеспечивать улучшение потока текучей среды через каналы, улучшение теплопередачи вUsing an additive process, the resulting surface finish and channel size can improve fluid flow through the channels, improve heat transfer in

- 8 038501 каналах и т.д. Например, чистовая обработка поверхности может быть скорректирована (например, поверхность может быть более гладкой или более шероховатой) путем выбора соответствующих параметров лазера во время аддитивного процесса. Более грубая чистовая обработка может быть получена путем увеличения скорости сканирования лазера или толщины порошкового слоя, а более гладкая чистовая обработка может быть получена путем уменьшения скорости сканирования лазера или толщины порошкового слоя. Схема сканирования и/или мощность лазера также могут быть изменены для изменения чистовой обработки поверхности в выбранной области. Следует отметить, что более гладкая поверхность может способствовать более быстрому прохождению текучей среды через канал теплообменника, тогда как более шероховатая поверхность может способствовать созданию турбулентного потока текучей среды и увеличению теплопередачи.- 8 038501 channels, etc. For example, the surface finish can be adjusted (eg, the surface can be smoother or rougher) by selecting appropriate laser parameters during the additive process. A coarser finish can be obtained by increasing the laser scan speed or powder layer thickness, and a smoother finish can be obtained by decreasing the laser scan speed or powder layer thickness. The scan pattern and / or laser power can also be changed to change the surface finish in the selected area. It should be noted that a smoother surface can promote faster fluid passage through the heat exchanger duct, while a rougher surface can create turbulent fluid flow and increase heat transfer.

В одном варианте выполнения изобретения терморегулирующее устройство содержит корпус. Указанное устройство содержит монолитную центральную конструкцию, расположенную внутри корпуса. Наружная поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть первого канала. Внутренняя поверхность центральной конструкции ограничивает по меньшей мере часть второго канала. Центральная конструкция содержит разделительную стенку, которая изолирует первый поток, проходящий через первый канал, от второго потока, проходящего через второй канал. Первый канал может находиться в тепловом контакте со вторым каналом. Центральная конструкция содержит один или более теплообменных элементов, или ребер, которые расположены в первом канале, втором канале или в обоих указанных каналах. Теплообменные элементы характеризуются толщиной и плотностью их распределения. При этом центральная конструкция дополнительно содержит деформируемый компонент, первый конец которого присоединен к конструкции корпуса, а второй конец присоединен к разделительной стенке. В другом варианте выполнения деформируемый компонент присоединяет одну разделительную стенку к другой разделительной стенке. Деформируемый компонент не перемещается по всей длине канала, а лишь присоединяет вышеуказанные разделительные стенки или корпус.In one embodiment of the invention, the temperature control device comprises a housing. The specified device contains a monolithic central structure located inside the housing. The outer surface of the central structure defines at least a portion of the first channel. The inner surface of the central structure defines at least part of the second channel. The central structure contains a dividing wall that isolates the first flow through the first channel from the second flow through the second channel. The first channel may be in thermal contact with the second channel. The central structure contains one or more heat exchange elements, or fins, which are located in the first channel, the second channel, or in both of these channels. Heat transfer elements are characterized by their thickness and density of distribution. In this case, the central structure additionally contains a deformable component, the first end of which is attached to the housing structure, and the second end is attached to the dividing wall. In another embodiment, the deformable component attaches one dividing wall to another dividing wall. The deformable component does not move along the entire length of the channel, but only attaches the above dividing walls or body.

В одном варианте выполнения деформируемый компонент может иметь различные формы. Каждая форма может лучше подходить для различных областей применения исходя из ряда критериев, к которым, среди многого другого, могут относиться используемый материал, длина указанного компонента, тепловые и физические напряжения в компоненте или, возможно, текучая среда, проходящая в контакте с тепловым компонентом. В одном варианте выполнения деформируемый компонент может быть нелинейным и обеспечивает возможность сгибания и/или расширения центральной конструкции относительно корпуса.In one embodiment, the deformable component can have various shapes. Each shape may be better suited for different applications based on a number of criteria which, among many others, may include the material used, the length of the specified component, thermal and physical stresses in the component, or possibly the fluid passing in contact with the thermal component. In one embodiment, the deformable component can be non-linear and allows the central structure to bend and / or expand relative to the body.

В одном варианте выполнения терморегулирующее устройство может содержать два или более разных материалов. Эти материалы могут быть неоднородными и не легированными друг другом. Это может проявляться во множестве различных форм. Некоторые примеры этих форм приведены ниже, но возможные варианты выполнения не ограничены лишь перечисленными в данном документе. Указанные разные материалы могут быть наложены один на другой с чередованием по схеме или произвольным образом. Материал может использоваться для покрытия поверхностей теплообменника. Материал может быть материалом, добавляемым в химический или электрохимический процесс, такой как анодирование или подобный процесс. Материалы могут смешиваться в процессе формирования областей из различных материалов. Размер этих областей может изменяться от размера меньше песчинки до размера всего терморегулирующего устройства. Один пример такого выполнения может быть получен путем смешивания порошка различных материалов, используемых при создании терморегулирующего блока, если его необходимо изготовить аддитивным способом.In one embodiment, the thermal control device may comprise two or more different materials. These materials can be heterogeneous and not alloyed with each other. This can come in many different forms. Some examples of these forms are given below, but the possible options for implementation are not limited only to those listed in this document. These different materials can be superimposed one on top of the other with alternation in a pattern or in an arbitrary manner. The material can be used to coat the surfaces of the heat exchanger. The material can be a material added to a chemical or electrochemical process such as anodizing or the like. Materials can be mixed in the process of forming regions from different materials. These areas can range in size from less than a grain of sand to the size of the entire thermostatic control device. One example of such an implementation can be obtained by mixing a powder of different materials used to create a thermostatic control unit, if it is to be manufactured in an additive manner.

В одном варианте выполнения в терморегулирующем устройстве могут использоваться два или более разных материалов. Эти материалы используются таким образом, что первый материал может находиться в первой части, а второй материал может находиться во второй части корпуса теплообменника. Данные части могут быть выполнены так, что в областях или частях, испытывающих более высокие напряжения, может использоваться материал с более высокой усталостной прочностью, тогда как в менее критических областях или частях может использоваться более доступный материал. Материалы, выбранные для разных частей, также могут использоваться для уравновешивания локальной тепловой эффективности. Материал, выбранный для одной части, может иметь значительно более высокую теплопроводность, а материал, выбранный для другой части, может иметь значительно более низкую теплопроводность. Это может быть сделано для снижения локальной эффективности в областях высокого теплового напряжения относительно других областей терморегулирующего устройства с выравниванием тем самым количества теплопередачи вдоль траектории потока текучей среды.In one embodiment, two or more different materials may be used in the temperature control device. These materials are used in such a way that the first material can be in the first part and the second material can be in the second part of the heat exchanger body. These parts can be designed so that higher fatigue strength material can be used in areas or parts experiencing higher stresses, while more readily available material can be used in less critical areas or parts. Materials selected for different parts can also be used to balance local thermal efficiency. The material selected for one part may have a significantly higher thermal conductivity, and the material selected for the other part may have a significantly lower thermal conductivity. This can be done to reduce the local efficiency in areas of high thermal stress relative to other areas of the temperature control device, thereby equalizing the amount of heat transfer along the path of the fluid flow.

В одном варианте выполнения указанные части могут быть расположены в терморегулирующем устройстве послойно, при этом в нескольких частях имеется несколько материалов. Первая часть и вторая часть могут представлять собой разные слои теплообменного элемента. Первый материал может иметь коэффициент теплового расширения, отличный от коэффициента теплового расширения второго материала. Кроме того, теплообменные элементы могут изменяться в зависимости от температуры элемента. Теплообменные элементы могут быть волнистыми или иметь неплоскую форму. Оба указанных материала, используемых в теплообменных элементах, могут отличаться от любых других материалов,In one embodiment, these parts can be arranged in a thermostatic device in layers, with several parts having several materials. The first part and the second part can be different layers of the heat exchange element. The first material may have a coefficient of thermal expansion different from the coefficient of thermal expansion of the second material. In addition, the heat transfer elements can vary depending on the temperature of the element. Heat transfer elements can be wavy or non-planar. Both of the specified materials used in the heat transfer elements may differ from any other materials,

- 9 038501 используемых в терморегулирующем блоке. Теплообменные элементы также могут образовывать часть стенки, отделяющей поток текучей среды. В данном варианте выполнения элемент может перенаправлять поток в различные каналы в зависимости от температуры текучих сред. В другом варианте выполнения теплообменные элементы могут представлять собой ребра, при этом указанные ребра могут регулироваться с расположением в шахматном порядке или не в шахматном порядке в зависимости от температуры текучей среды. Кроме того, термически регулируемые теплообменные элементы могут быть выполнены или не быть выполнены во всем терморегулирующем устройстве. Кроме того, указанные элементы могут вести или не вести себя одинаково во всех местоположениях в устройстве.- 9 038501 used in the thermostatic block. The heat transfer elements can also form part of the wall separating the fluid flow. In this embodiment, the element can redirect the flow to different channels depending on the temperature of the fluids. In another embodiment, the heat exchange elements can be fins, and these fins can be adjusted staggered or non-staggered depending on the temperature of the fluid. In addition, thermally controlled heat exchange elements may or may not be implemented in the entire temperature control device. In addition, these elements may or may not behave the same at all locations in the device.

В одном варианте выполнения терморегулирующего устройства могут иметься первая и вторая часть. Первая часть может представлять собой первую секцию, а вторая часть может представлять собой вторую секцию корпуса. Первый поток или второй поток может проходить сначала через первую часть, а затем через вторую часть. По меньшей мере некоторые из секций могут быть выполнены не из одного и того же материала. Материалы с более высокой усталостной прочностью или более низкой теплопроводностью могут использоваться в секции с наибольшим температурным градиентом потока текучей среды, при этом более доступный материал или материал с большей теплопроводностью может использоваться в секциях с меньшим температурным градиентом между потоками.In one embodiment of the thermostatic control device, there may be a first and a second part. The first part can be the first section and the second part can be the second body section. The first stream or the second stream can pass first through the first part and then through the second part. At least some of the sections may not be made of the same material. Materials with higher fatigue strength or lower thermal conductivity can be used in sections with the highest temperature gradient of the fluid flow, while a more readily available material or material with higher thermal conductivity can be used in sections with a lower temperature gradient between flows.

В одном варианте выполнения разделительная стенка терморегулирующего устройства ограничивает один или более трактов. Эти тракты образуют один канал. По меньшей мере два тракта могут не быть не параллельны друг другу. Несколько трактов могут быть не параллельны друг другу, что приводит к тому, что общая форма терморегулирующего устройства является криволинейной и/или извилистой.In one embodiment, the dividing wall of the thermostatic control device delimits one or more paths. These paths form one channel. At least two paths need not be non-parallel to each other. Several paths may not be parallel to each other, which leads to the fact that the overall shape of the thermoregulatory device is curved and / or tortuous.

Устройство может ограничивать два или более каналов. В одном варианте выполнения имеются первый канал и второй канал. Первый канал, второй канал или оба указанных канала могут отличаться друг от друга в одном или более аспектах. Одним отличием может быть площадь поперечного сечения вдоль тракта соответствующих им потоков. Площадь поперечного сечения канала может отличаться в зависимости по меньшей мере частично от параметров, характерных для конкретной области применения. К этим параметрам могут относиться тип текучей среды, скорости потоков, скорости теплопередачи, толщина стенки, материалы стенки или теплообменника или материал ребер.The device can limit two or more channels. In one embodiment, there is a first channel and a second channel. The first channel, the second channel, or both of these channels may differ from each other in one or more aspects. One difference may be the cross-sectional area along the path of their respective streams. The cross-sectional area of the channel may differ depending at least in part on parameters specific to a particular application. These parameters may include fluid type, flow rates, heat transfer rates, wall thickness, wall or heat exchanger materials, or fin material.

Что касается площади поперечного сечения, в зависимости от местоположения имеют место первая и вторая толщины. По меньшей мере одна из этих толщин может находиться в диапазоне от приблизительно 0,0127 до приблизительно 0,0254 см. Подходящий диапазон толщины может зависеть по меньшей мере частично от конкретной области применения. Подходящие диапазоны для конкретных вариантов использования могут составлять от приблизительно 0,0127 до приблизительно 0,0150 см, от приблизительно 0,0150 до приблизительно 0,0170 см, от приблизительно 0,0170 до приблизительно 0,0190 см, от приблизительно 0,0190 до приблизительно 0,0210 см, от приблизительно 0,0210 до приблизительно 0,0230 см или от приблизительно 0,0230 до приблизительно 0,0254 см. Выбор соответствующего диапазона может осуществляться исходя из соображений, относящихся к допустимому падению давления в терморегулирующем устройстве, свойствам текучей среды или текучих сред, проходящих через устройство, требуемой площади поверхности устройства, материалу ребер, расположению ребер, требуемой тепловой эффективности или материалу стенок устройства. Данные толщины характеризуют толщины теплообменных элементов. Эти элементы могут иметь множество различных форм и, среди прочего, могут представлять собой выступы, ворсинки/усики или удлиненные реброобразные конструкции.With regard to the cross-sectional area, depending on the location, there are first and second thicknesses. At least one of these thicknesses can range from about 0.0127 to about 0.0254 cm. A suitable thickness range may depend at least in part on the particular application. Suitable ranges for specific uses may be from about 0.0127 to about 0.0150 cm, from about 0.0150 to about 0.0170 cm, from about 0.0170 to about 0.0190 cm, from about 0.0190 to about 0.0210 cm, about 0.0210 to about 0.0230 cm, or about 0.0230 to about 0.0254 cm. The selection of the appropriate range can be made based on considerations related to the allowable pressure drop in the thermostatic device, flow properties the medium or fluids passing through the device, the required surface area of the device, the material of the ribs, the arrangement of the ribs, the required thermal efficiency, or the material of the walls of the device. These thicknesses characterize the thicknesses of the heat transfer elements. These elements can have many different shapes and, inter alia, can be projections, villi / tendrils, or elongated rib-like structures.

В одном варианте выполнения могут иметь место первая плотность расположения теплообменных элементов и вторая плотность расположения теплообменных элементов. По меньшей мере одна из этих плотностей может изменяться вдоль по меньшей мере одного из каналов в различных местоположениях терморегулирующего устройства. В некоторых случаях, в зависимости от области применения, плотность может изменяться дискретно в одной или более секциях, в других случаях плотность может изменяться постепенно на протяжении по меньшей мере участка канала или оба вида изменения могут иметь место вдоль одного и того же канала. Плотность распределения может составлять от приблизительно 2 до приблизительно 40 теплообменных элементов/см. Этот диапазон может быть разделен на множество различных поддиапазонов в зависимости от области применения терморегулирующего блока. Наиболее подходящий диапазон плотности распределения или то, как различается плотность, может зависеть по меньшей мере частично от одного или более из следующего: от материалов элементов, конкретной используемой текучей среды, толщины элементов, конфигурации или формы элементов, требования к общей эффективности, требования к локальной эффективности или допустимого падения давления текучей среды, проходящей через устройство. Вдоль канала также может иметь место изменение других аспектов. Например, могут изменяться сами ребра, может изменяться угол наклона ребер относительно стенки, а также может изменяться плотность расположения элементов, причем все указанные параметры могут изменяться в зависимости от друг друга. Ребра могут характеризоваться различной плотностью расположения, разнесением или ориентацией в зависимости от их местоположения вдоль тракта, по которому проходит поток.In one embodiment, there may be a first heat transfer element density and a second heat transfer element density. At least one of these densities may vary along at least one of the channels at different locations on the temperature control device. In some cases, depending on the application, the density can change discretely in one or more sections, in other cases the density can change gradually over at least a portion of the channel, or both types of change can occur along the same channel. The distribution density can range from about 2 to about 40 heat transfer elements / cm. This range can be subdivided into many different sub-ranges depending on the application of the temperature control unit. The most suitable distribution density range, or how the density differs, may depend at least in part on one or more of the following: cell materials, specific fluid used, cell thicknesses, cell configuration or shape, overall efficiency requirements, local requirements. the efficiency or allowable pressure drop of the fluid passing through the device. Changes in other aspects can also take place along the channel. For example, the ribs themselves can change, the angle of inclination of the ribs relative to the wall can change, and the density of the arrangement of the elements can also change, and all of these parameters can vary depending on each other. The ribs can have different density, spacing or orientation depending on their location along the path through which the flow passes.

Плотность распределения теплообменных элементов может быть относительно низкой в части теплообменника с относительно более высоким уровнем теплового напряжения. И наоборот, плотность рас- 10 038501 пределения элементов теплообменника может быть выше в части, в которой имеет место меньшее тепловое напряжение. Тепловое напряжение может представлять собой одно или более из следующего: циклическая тепловая нагрузка, колебания абсолютной температуры, отклонения температуры за пределы определенного диапазона рабочих температур или комбинации вышеперечисленного с повышенными перепадами давления и/или вибрациями.The distribution density of the heat transfer elements can be relatively low in the portion of the heat exchanger with a relatively higher level of thermal stress. Conversely, the distribution density of the heat exchanger elements may be higher in the part where the thermal stress is lower. Thermal stress can be one or more of the following: cyclic heat load, absolute temperature fluctuations, temperature deviations outside a certain operating temperature range, or a combination of the above with increased pressure drops and / or vibrations.

В одном варианте выполнения по меньшей мере один теплообменный элемент или ребро может не быть перпендикулярным стенке. По меньшей мере один из теплообменных элементов может быть расположен под углом относительно плоскости, определяемой стенкой, причем значение указанного угла попадает в множество различных диапазонов. Подходящим диапазоном углов может быть диапазон от приблизительно 0,001 до менее чем 90°. В зависимости от области применения значение угла может лежать в диапазоне от приблизительно 0,001 до приблизительно 15°, от приблизительно 16 до приблизительно 30°, от приблизительно 31 до приблизительно 45°, от приблизительно 46 до приблизительно 60°, от приблизительно 61 до приблизительно 75° или от приблизительно 76° до менее чем 90°. Конкретный угол может зависеть по меньшей мере частично от области применения и других сопутствующих факторов. К некоторым из этих факторов могут относиться типы термальной текучей среды, используемой в различных каналах устройства, толщина теплообменных элементов, плотность расположения теплообменных элементов, допустимый перепад давлений в терморегулирующем блоке, требуемая общая эффективность терморегулирующего устройства или требуемая локальная эффективность терморегулирующего устройства и материалы, используемые при формировании теплообменных элементов.In one embodiment, at least one heat exchange element or fin may not be perpendicular to the wall. At least one of the heat exchange elements can be located at an angle relative to the plane defined by the wall, and the value of the specified angle falls into many different ranges. A suitable range of angles may be from about 0.001 to less than 90 °. Depending on the application, the angle may range from about 0.001 ° to about 15 °, from about 16 ° to about 30 °, from about 31 ° to about 45 °, from about 46 ° to about 60 °, from about 61 ° to about 75 ° or from about 76 ° to less than 90 °. The particular angle may depend at least in part on the field of application and other related factors. Some of these factors may include the types of thermal fluid used in the various channels of the device, the thickness of the heat exchange elements, the density of the heat exchange elements, the allowable pressure drop across the temperature control unit, the required overall efficiency of the temperature control device, or the required local efficiency of the temperature control device, and the materials used for the formation of heat exchange elements.

Возможно использование большого количества теплообменных элементов. В направлении потока, проходящего через канал, может быть расположен первый теплообменный элемент, смещенный относительно второго элемента, расположенного ниже по потоку от первого элемента. Таким образом, элементы могут быть расположены в шахматном порядке с обеспечением тем самым разрушения пограничного слоя потока у стенки и увеличения количества точек соударения.It is possible to use a large number of heat exchange elements. In the direction of flow through the channel, a first heat exchange element may be disposed, offset from a second element located downstream of the first element. Thus, the elements can be staggered, thereby ensuring the destruction of the boundary layer of the flow at the wall and increasing the number of points of impact.

В одном варианте выполнения один или более теплообменных элементов могут иметь сложную форму. Элемент со сложной формой может представлять собой ребро с неплоской формой. Подходящее ребро может иметь изогнутую, волнистую или складчатую форму/форму гофра. Оно может быть присоединено по меньшей мере к двум стенкам, которые отделяют поток текучей среды.In one embodiment, one or more of the heat transfer elements may have a complex shape. A complex-shaped feature can be a non-planar rib. A suitable rib may have a curved, wavy, or pleated / corrugated shape. It can be attached to at least two walls that separate the fluid flow.

В одном варианте выполнения корпус ограничивает первую впускную область и первую выпускную области. Указанные области расположены на противоположных концах первого канала. Первая впускная область может быть расположена выше по потоку от первой выпускной области. Температура потока в первой впускной области выше, чем в первой выпускной области. Плотность расположения теплообменных элементов в первой впускной области может быть меньше, чем в первой выпускной области. Корпус может ограничивать вторую впускную область и вторую выпускную область, расположенные на противоположных концах второго канала. Вторая впускная область может быть расположена выше по потоку от второй выпускной области относительно второго потока. Второй канал в первой впускной области может характеризоваться более высоким объемным расходом, большей линейной скоростью потока или и тем, и другим в зависимости от области применения, чем в первой выпускной области.In one embodiment, the housing defines a first inlet region and a first outlet region. These areas are located at opposite ends of the first channel. The first inlet region may be located upstream of the first outlet region. The flow temperature in the first inlet region is higher than in the first outlet region. The density of the heat exchange elements in the first inlet region may be less than in the first outlet region. The housing may define a second inlet region and a second outlet region located at opposite ends of the second channel. The second inlet region may be located upstream of the second outlet region with respect to the second stream. The second passage in the first inlet region may have a higher volumetric flow rate, higher linear flow rate, or both, depending on the application, than in the first outlet region.

В одном варианте выполнения корпус может ограничивать отверстие для датчика. Данное отверстие предназначено для размещения датчика или для размещения заглушки, когда датчик отсутствует. Корпус может содержать по меньшей мере часть системы рециркуляции отработавших газов, системы маслоохладителя, радиаторной системы или системы подогревателя топлива, системы промежуточного охладителя или системы вторичного охладителя, которая может быть присоединена к двигателю.In one embodiment, the housing may define a sensor opening. This hole is for positioning a sensor or for positioning a plug when the sensor is not present. The housing may include at least a portion of an exhaust gas recirculation system, an oil cooler system, a radiator or fuel preheater system, an intercooler system, or a aftercooler system that may be coupled to the engine.

В одном варианте выполнения терморегулирующее устройство содержит корпус. Внутри корпуса расположена монолитная центральная конструкция. Центральная конструкция может иметь наружную поверхность, ограничивающую по меньшей мере часть первого канала, и внутреннюю поверхность, ограничивающую по меньшей мере часть второго канала. Центральная конструкция содержит разделительную стенку, которая изолирует первый поток, проходящий через первый канал, от второго потока, проходящего через второй канал. Первый канал может находиться в тепловом контакте со вторым каналом. Центральная конструкция содержит один или более теплообменных элементов, которые расположены в первом канале, втором канале или в обоих указанных каналах. Теплообменные элементы характеризуются толщиной и плотностью их распределения. Кроме того, центральная конструкция содержит два или более разных материала, которые являются неоднородными и не легированы друг другом.In one embodiment, the thermostatic control device comprises a housing. A monolithic central structure is located inside the body. The central structure may have an outer surface defining at least part of the first channel and an inner surface defining at least part of the second channel. The central structure contains a dividing wall that isolates the first flow through the first channel from the second flow through the second channel. The first channel may be in thermal contact with the second channel. The central structure contains one or more heat exchange elements, which are located in the first channel, the second channel, or in both of these channels. Heat transfer elements are characterized by their thickness and density of distribution. In addition, the central structure contains two or more different materials that are non-uniform and not alloyed with each other.

В одном варианте выполнения терморегулирующее устройство содержит корпус. Внутри корпуса расположена монолитная центральная конструкция. Центральная конструкция может иметь наружную поверхность, ограничивающую по меньшей мере часть первого канала, и внутреннюю поверхность, ограничивающую по меньшей мере часть второго канала. Центральная конструкция содержит разделительную стенку, которая изолирует первый поток, проходящий через первый канал, от второго потока, проходящего через второй канал. Первый канал может находиться в тепловом контакте со вторым каналом. Монолитная центральная конструкция имеет одно или более ребер, которые расположены в первом канале, втором канале или в обоих указанных каналах. Ребра имеют сложную форму. Монолитная центральная конструкция имеет покрытие или поверхностный слой, который может быть выполнен из мате- 11 038501 риала, отличного от материала основной части центральной конструкции, материала указанных одного или более ребер или материала как центральной конструкции, так и ребер.In one embodiment, the thermostatic control device comprises a housing. A monolithic central structure is located inside the body. The central structure may have an outer surface defining at least part of the first channel and an inner surface defining at least part of the second channel. The central structure contains a dividing wall that isolates the first flow through the first channel from the second flow through the second channel. The first channel may be in thermal contact with the second channel. The monolithic central structure has one or more ribs that are located in the first channel, the second channel, or in both of these channels. The ribs are complex. The monolithic central structure has a coating or surface layer which can be made of material other than the material of the main body of the central structure, the material of said one or more ribs, or material of both the central structure and the ribs.

Может быть сделана подробная ссылка на варианты выполнения изобретения, один или более примеров которых изображены на прилагаемых чертежах. В приведенном подробном описании для ссылки на элементы, показанные на чертежах, используются числовые и буквенные обозначения. Аналогичные или подобные обозначения на чертежах и в описании используются для ссылки на аналогичные или подобные элементы.Reference can be made in detail to embodiments of the invention, one or more examples of which are shown in the accompanying drawings. In the foregoing detailed description, reference numerals and letters are used to refer to elements shown in the drawings. Similar or similar designations in the drawings and description are used to refer to similar or similar elements.

Используемые в данном документе слова первый, второй и третий могут использоваться взаимозаменяемым образом для отличия одного компонента от другого и не служат для обозначения местоположения или значимости отдельных компонентов. Выражения выше по потоку и ниже по потоку относятся к направлению относительно потока текучей среды в тракте для текучей среды. Например, выражение выше по потоку обозначает направление, указывающее, откуда поступает поток текучей среды, а выражение ниже по потоку обозначает направление, указывающее, куда проходит поток текучей среды. Используемое в данном документе выражение текучая среда может означать газ или жидкость. Подходящей охлаждающей текучей средой может быть воздух, а охлаждаемой текучей средой может быть смазочное масло. Возможно использование других типов текучих сред, жидких и газообразных. Другими примерами текучих сред могут быть керосин, бензин или дизельное топливо. Другими текучими средами могут быть гидравлическая текучая среда, газ сгорания, охладитель, охладительные смеси, диэлектрическая текучая среда для охлаждения электронных систем, вода или составы на водной основе, противоморозные добавки (например, спиртовые или гликолевые составы), а также другие органические или неорганические теплопередающие текучие среды или смеси текучих сред. В некоторых областях применения данные текучие среды способны к стабильной теплопередаче при повышенных или пониженных температурах.As used herein, the words first, second, and third may be used interchangeably to distinguish one component from another and are not intended to denote the location or significance of individual components. The expressions upstream and downstream refer to the direction relative to the flow of the fluid in the fluid path. For example, an expression upstream denotes a direction indicating where a fluid flow comes from, and an expression downstream denotes a direction indicating where a fluid flow is going. As used herein, the expression "fluid" can mean a gas or a liquid. A suitable cooling fluid can be air and the cooled fluid can be lubricating oil. It is possible to use other types of fluids, liquid and gaseous. Other examples of fluids can be kerosene, gasoline, or diesel fuel. Other fluids can be hydraulic fluid, combustion gas, refrigerant, refrigerant mixtures, dielectric fluids for cooling electronic systems, water or water-based formulations, anti-freeze additives (for example, alcohol or glycol formulations), and other organic or inorganic heat transfer fluids or mixtures of fluids. In some applications, these fluids are capable of stable heat transfer at higher or lower temperatures.

В приведенном описании примеры используются для раскрытия изобретения, в том числе предпочтительного варианта выполнения, а также для обеспечения возможности реализации изобретения на практике, включая изготовление и использование любых устройств или установок и осуществление любых предусмотренных способов, специалистом. Объем правовой охраны изобретения определен формулой изобретения и может охватывать другие примеры, очевидные специалистам в данной области техники. Подразумевается, что такие другие примеры находятся в рамках объема формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы, или эквивалентные конструктивные элементы, незначительно отличающиеся от описанных в дословном тексте формулы.In the foregoing description, the examples are used to disclose the invention, including the preferred embodiment, as well as to enable the invention to be practiced, including the manufacture and use of any devices or apparatus and the implementation of any provided methods, by a person skilled in the art. The scope of the invention is defined by the claims and may cover other examples obvious to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the claims if they contain structural elements that do not differ from those described in the literal text of the claims, or equivalent structural elements that differ slightly from those described in the literal text of the claims.

Claims (15)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Терморегулирующее устройство (800), содержащее корпус (802), монолитную центральную конструкцию (804), расположенную внутри указанного корпуса (802), причем наружная поверхность (806) указанной центральной конструкции (804) ограничивает по меньшей мере часть первого канала (808), а внутренняя поверхность (810) указанной центральной конструкции (804) ограничивает по меньшей мере часть второго канала (812), при этом указанная центральная конструкция (804) содержит разделительную стенку (820), предназначенную для изоляции первого потока, проходящего через указанный первый канал (808), от второго потока, проходящего через указанный второй канал (812), причем указанный первый канал (808) находится в тепловом контакте с указанным вторым каналом (812), при этом указанная центральная конструкция (804) содержит один или более теплообменных элементов (830), которые расположены в указанном первом канале (808) или указанном втором канале (812) или в обоих указанных каналах (808, 812) и характеризуются толщиной и плотностью их распределения, причем указанная центральная конструкция (804) содержит упругий элемент (840), выполненный с возможностью расширения/сжатия, гнутья или изгибания под действием нагрузки, при этом первый конец (842) указанного упругого элемента (840) присоединен к конструкции корпуса, а второй конец (844) указанного элемента (840) присоединен к указанной разделительной стенке (820) с обеспечением возможности сгибания и/или расширения указанной центральной конструкции (804) относительно указанного корпуса (802).1. Thermal control device (800) comprising a housing (802), a monolithic central structure (804) located inside said housing (802), and the outer surface (806) of said central structure (804) defines at least part of the first channel (808 ), and the inner surface (810) of said central structure (804) defines at least part of the second channel (812), while said central structure (804) comprises a dividing wall (820) designed to isolate the first flow passing through said first channel (808), from a second flow passing through said second channel (812), wherein said first channel (808) is in thermal contact with said second channel (812), while said central structure (804) contains one or more heat exchange elements (830), which are located in the specified first channel (808) or the specified second channel (812) or in both of the specified channels (808, 812) and the nature are formed by the thickness and density of their distribution, and the specified central structure (804) contains an elastic element (840) made with the possibility of expansion / compression, bending or bending under the action of a load, while the first end (842) of the specified elastic element (840) is connected to structure of the housing, and the second end (844) of the specified element (840) is connected to the specified dividing wall (820) with the possibility of bending and / or expansion of the specified central structure (804) relative to the specified housing (802). 2. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором указанный упругий элемент (840) является нелинейным, при этом корпус (802) содержит два или более разных материалов, которые являются неоднородными и не легированы друг другом.2. Thermal control device according to claim 1, wherein said resilient element (840) is non-linear, and the body (802) comprises two or more different materials that are non-uniform and not doped with each other. 3. Терморегулирующее устройство по п.2, в котором указанные два или более разных материалов расположены так, что первый материал находится в первой части, а второй материал находится во второй части указанного корпуса (802).3. A thermal control device according to claim 2, wherein said two or more different materials are arranged so that the first material is in the first part and the second material is in the second part of said housing (802). 4. Терморегулирующее устройство по п.3, в котором указанные первая и вторая части представляют собой разные слои теплообменного элемента, при этом указанный первый материал имеет коэффициент4. The thermal control device according to claim 3, wherein said first and second parts are different layers of a heat exchange element, wherein said first material has a coefficient - 12 038501 теплового расширения, отличный от коэффициента теплового расширения указанного второго материала, в результате чего форма указанного теплообменного элемента изменяется в зависимости от его температуры.- 12 038501 thermal expansion, different from the coefficient of thermal expansion of the specified second material, as a result of which the shape of the specified heat exchange element changes depending on its temperature. 5. Терморегулирующее устройство по п.3, в котором указанная первая часть представляет собой первую секцию, а указанная вторая часть представляет собой вторую секцию указанного корпуса (802), при этом указанный первый поток или указанный второй поток проходит через указанную первую часть до прохождения через указанную вторую часть.5. The thermal control device of claim 3, wherein said first portion is a first section and said second portion is a second section of said housing (802), wherein said first stream or said second stream passes through said first portion prior to passing through the specified second part. 6. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором указанная разделительная стенка (820) ограничивает набор трактов, образующих один канал, при этом по меньшей мере два из указанных трактов ориентированы и выполнены так, что они не параллельны друг другу.6. Thermostatic control device of claim 1, wherein said dividing wall (820) delimits a set of paths forming one channel, at least two of said paths being oriented and configured so that they are not parallel to each other. 7. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором площадь поперечного сечения указанного первого канала (808), указанного второго канала (812) или обоих указанных каналов (808, 812) изменяется вдоль тракта соответствующего им потока, при этом первая толщина и/или вторая толщина находятся в диапазоне от приблизительно 0,0127 до приблизительно 0,0254 см.7. Thermostatic control device according to claim 1, in which the cross-sectional area of said first channel (808), said second channel (812), or both said channels (808, 812) changes along the path of the corresponding flow, while the first thickness and / or the second thickness ranges from about 0.0127 to about 0.0254 cm. 8. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором первая плотность расположения теплообменных элементов и/или вторая плотность расположения теплообменных элементов изменяются вдоль по меньшей мере одного канала в различных местоположениях терморегулирующего устройства.8. The temperature control device according to claim 1, wherein the first density of the heat exchange elements and / or the second density of the location of the heat exchange elements vary along at least one channel at different locations of the temperature control device. 9. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором плотность распределения теплообменных элементов является наименьшей в той части теплообменника, где тепловое напряжение является относительно большим, чем в части с меньшим тепловым напряжением.9. The thermal control device of claim 1, wherein the distribution density of the heat exchange elements is lowest in that portion of the heat exchanger where the thermal stress is relatively greater than in the portion with lower thermal stress. 10. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из теплообменных элементов расположен под углом относительно плоскости, определяемой указанной стенкой, причем значение указанного угла находится в диапазоне от приблизительно 0,001 до менее чем 90°.10. The thermal control device of claim 1, wherein at least one of the heat exchange elements is angled with respect to a plane defined by said wall, said angle being in the range of about 0.001 to less than 90 °. 11. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором теплообменный элемент является одним элементом из набора теплообменных элементов, при этом в направлении потока, проходящего через указанный канал, расположен первый элемент из набора теплообменных элементов, смещенный относительно второго теплообменного элемента, расположенного ниже по потоку от указанного первого элемента, с обеспечением расположения теплообменных элементов в шахматном порядке.11. The thermal control device according to claim 1, wherein the heat exchange element is one of a set of heat exchange elements, wherein in the direction of flow passing through said channel, the first element of the set of heat exchange elements is disposed, offset from the second heat exchange element located downstream from the specified first element, ensuring the arrangement of the heat exchange elements in a checkerboard pattern. 12. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором по меньшей мере один теплообменный элемент имеет сложную форму.12. The thermal control device of claim 1, wherein the at least one heat exchange element has a complex shape. 13. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором указанный корпус (802) ограничивает первую впускную область и первую выпускную область, находящиеся на противоположных концах указанного первого канала, причем указанная первая впускная область находится выше по потоку от указанной первой выпускной области, при этом температура потока в указанной первой впускной области выше, чем в указанной первой выпускной области, а плотность расположения теплообменных элементов в указанной первой впускной области меньше, чем в указанной первой выпускной области.13. Thermostatic control device of claim 1, wherein said housing (802) defines a first inlet region and a first outlet region located at opposite ends of said first channel, said first inlet region upstream of said first outlet region, wherein the flow temperature in said first inlet region is higher than in said first outlet region, and the density of the heat exchange elements in said first inlet region is less than in said first outlet region. 14. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором по меньшей мере один теплообменный элемент подвергнут чистовой обработке поверхности, при этом указанный корпус (802) ограничивает отверстие для датчика, предназначенное для введения датчика.14. Thermostatic control device of claim 1, wherein the at least one heat transfer element is surface-finished, said housing (802) defining a sensor opening for inserting the sensor. 15. Терморегулирующее устройство по п.1, в котором указанный корпус (802) содержит по меньшей мере часть системы рециркуляции отработавших газов, системы маслоохладителя, радиаторной системы или системы подогревателя топлива, системы промежуточного охладителя или системы вторичного охладителя, которая присоединена к двигателю, при этом теплообменные элементы представляют собой ребра.15. Thermostatic control device according to claim 1, wherein said housing (802) comprises at least part of an exhaust gas recirculation system, an oil cooler system, a radiator system or a fuel heater system, an intercooler system or a aftercooler system that is connected to the engine, when the heat exchange elements are fins.
EA201892399A 2017-11-22 2018-11-21 Thermal management system EA038501B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/821,729 US20180244127A1 (en) 2017-02-28 2017-11-22 Thermal management system and method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EA201892399A2 EA201892399A2 (en) 2019-05-31
EA201892399A3 EA201892399A3 (en) 2019-08-30
EA038501B1 true EA038501B1 (en) 2021-09-07

Family

ID=64426763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201892399A EA038501B1 (en) 2017-11-22 2018-11-21 Thermal management system

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3505860A3 (en)
CN (1) CN110030862B (en)
AU (2) AU2018267568A1 (en)
EA (1) EA038501B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111891399B (en) * 2020-06-18 2023-06-20 北京遥感设备研究所 Become multi-functional integrated structure of high-strength high heat conduction of branch aluminum alloy
US11961662B2 (en) * 2020-07-08 2024-04-16 GE Precision Healthcare LLC High temperature superconducting current lead assembly for cryogenic apparatus

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001041674A (en) * 1999-08-03 2001-02-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat exchanger
RU2535187C1 (en) * 2013-06-03 2014-12-10 Константин Владимирович Белев Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels
US20160116218A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 Ebullient, Llc Heat exchanger with helical passageways
US20160202003A1 (en) * 2014-10-07 2016-07-14 General Electric Company Heat exchanger including furcating unit cells
EP3062186A1 (en) * 2015-02-24 2016-08-31 General Electric Technology GmbH Thermostatic flow control device and method of use

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3305460B2 (en) * 1993-11-24 2002-07-22 昭和電工株式会社 Heat exchanger
BR9807516A (en) * 1997-01-27 2000-03-21 Honda Motor Co Ltd Heat exchanger
TW552382B (en) * 2001-06-18 2003-09-11 Showa Dendo Kk Evaporator, manufacturing method of the same, header for evaporator and refrigeration system
DE10302708A1 (en) * 2003-01-23 2004-07-29 Behr Gmbh & Co. Kg Device for exchanging heat used especially for cooling combustion air in IC engines of vehicles has flow units arranged in a two-part profiled housing
DE102006012219B4 (en) * 2006-03-16 2018-04-05 Pierburg Gmbh Heat transfer unit with a closable fluid part inlet
FR2933176B1 (en) * 2008-06-26 2017-12-15 Valeo Systemes Thermiques Branche Thermique Moteur HEAT EXCHANGER HAVING A HEAT EXCHANGE BEAM AND A HOUSING
US20120074150A1 (en) * 2010-09-29 2012-03-29 Basf Se Device for storing hot, corrosively active liquids and use of the device
EP2661782B1 (en) * 2011-01-06 2018-10-03 Bloom Energy Corporation Sofc hot box components
NO334268B1 (en) * 2011-04-15 2014-01-27 Apply Nemo As An underwater cooling device
US9395125B2 (en) * 2011-09-26 2016-07-19 Trane International Inc. Water temperature sensor in a brazed plate heat exchanger
FR2995877B1 (en) * 2012-09-21 2014-10-24 Thales Sa MECA-THERMAL STRUCTURE SUITABLE FOR A SPATIAL ENVIRONMENT
US9752835B2 (en) * 2013-06-06 2017-09-05 Honeywell International Inc. Unitary heat exchangers having integrally-formed compliant heat exchanger tubes and heat exchange systems including the same
US10907500B2 (en) * 2015-02-06 2021-02-02 Raytheon Technologies Corporation Heat exchanger system with spatially varied additively manufactured heat transfer surfaces
US20170089643A1 (en) * 2015-09-25 2017-03-30 Westinghouse Electric Company, Llc. Heat Exchanger

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001041674A (en) * 1999-08-03 2001-02-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Heat exchanger
RU2535187C1 (en) * 2013-06-03 2014-12-10 Константин Владимирович Белев Plate heat exchanger with staggered arrangement of channels
US20160202003A1 (en) * 2014-10-07 2016-07-14 General Electric Company Heat exchanger including furcating unit cells
US20160116218A1 (en) * 2014-10-27 2016-04-28 Ebullient, Llc Heat exchanger with helical passageways
EP3062186A1 (en) * 2015-02-24 2016-08-31 General Electric Technology GmbH Thermostatic flow control device and method of use

Also Published As

Publication number Publication date
EA201892399A3 (en) 2019-08-30
AU2020204326B2 (en) 2022-02-17
CN110030862B (en) 2021-03-23
AU2018267568A1 (en) 2019-09-12
CN110030862A (en) 2019-07-19
AU2020204326A1 (en) 2020-07-16
EA201892399A2 (en) 2019-05-31
EP3505860A3 (en) 2019-10-09
EP3505860A2 (en) 2019-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200298652A1 (en) Thermal management system and method
JP7040707B2 (en) Additional manufactured heat exchanger
JP6636575B2 (en) Additive manufacturing heat exchanger
Collins et al. A permeable-membrane microchannel heat sink made by additive manufacturing
EP3663694B1 (en) Heat exchanger riblet features for improved manufacturability and performance
CN110637363B (en) Radiator and method for producing the radiator
AU2020204326B2 (en) Thermal management system and method
US10821509B2 (en) Additive heat exchanger mixing chambers
CN111985048B (en) Optimization design method of supercritical fluid heat exchanger channel structure
JP6881506B2 (en) Heat exchanger header tank
WO2021080659A1 (en) Hierarchical heat exchanger manifold and heat exchanger including the same
Saltzman An experimental investigation of the heat transfer and fluid mechanics of metal additively manufactured compact heat exchanger fins
WO2024031151A1 (en) Heat exchanger and method of manufacture therefor
US11802734B2 (en) Thermal management system and method
CN115127366A (en) Heat exchanger and method for manufacturing heat exchanger
CN116066225A (en) Heat exchanger and method for manufacturing heat exchanger
Iwai et al. Effect of the plate thermal resistance on the heat transfer performance of a corrugated thin plate heat exchanger