熱交換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱交換器，例如一種間接式空氣冷卻器，在該冷卻器中，空氣，例如用于一種內(nèi)燃機的壓縮的充氣空氣，通過例如流體冷卻的方式來被冷卻，其中該熱交換器由堆疊的板的對構(gòu)成，其具有兩個縱向邊沿和兩個橫向邊沿，板對之間布置有翅片，且該堆疊被布置于一殼體內(nèi)，例如空氣流圍繞該散熱片流動并又離開該殼體，其中所述空氣由在該板對中流動的流體所冷卻，其中該流體通過至少一個入口流入該板對，并且通過至少一個出口被導出。
【專利說明】熱交換器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年3月28日提交的德國專利申請DE102012006346.6的優(yōu)先權(quán)，該德國專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式合并于此。

【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及一種熱交換器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及一種熱交換器(例如一種間接式空氣冷卻器)在該熱交換器中，空氣(例如用于內(nèi)燃機的壓縮的充氣空氣)通過例如流體來被冷卻，其中該熱交換器由堆疊的板的對構(gòu)成，板之間布置有翅片，且該堆疊布置在有空氣流入的殼體內(nèi)，空氣流經(jīng)該翅片并且流出，其中，所述空氣由在板對中流動的流體所冷卻，該流體經(jīng)由至少一個入口被導入該板對，并且經(jīng)由至少一個出口被導出，其中該入口和出口位于板的共同邊沿，且空氣大致在該邊沿的方向上流經(jīng)所述翅片。
[0005]通常將安裝在機動車輛中并且通過冷卻流體來起到冷卻充氣空氣作用的充氣空氣冷卻器稱為間接式空氣冷卻器，以與直接式空氣冷卻器形成對照，當風扇傳送環(huán)境空氣經(jīng)過冷卻器來冷卻示例性充氣空氣時使用直接式空氣冷卻器這一術(shù)語。
[0006]采用的冷卻流體直接由冷卻空氣冷卻，然后用于冷卻引擎以及用于其他冷卻目的，且其最近也被較大程度地用于(間接式)充氣空氣的冷卻。
[0007]知曉的是，如果介質(zhì)被以逆流的方式傳導通過熱交換器則熱傳遞效率最高(DE29809080U1)。然而，取決于空氣冷卻器(熱交換器)的位置以及其他限制條件，逆流中的通流并非總能實現(xiàn)。入口和出口的位置事實上很少以優(yōu)選的通流能夠發(fā)生的方式限定，或者說優(yōu)選的通流的實現(xiàn)通常在設(shè)計和構(gòu)造方面需要極高的復雜性。
[0008]所以，有時將所稱逆流或者通常將交叉逆流選擇為，例如，至少一個介質(zhì)具有一蜿蜒路徑的情形。交叉逆流的實例可以在DE102006048667A1中找到。該文獻被用于形成開始時描述的權(quán)利要求1的前序部分。
[0009]本發(fā)明的目的在于以簡單的結(jié)構(gòu)特征來構(gòu)造所描述的熱交換器，也就是說，這些結(jié)構(gòu)是便于制造的，以此方式，所述熱交換器提供相對高的效率。
[0010]解決該問題的方法是獲得一具有專利權(quán)利要求1的特征的熱交換器。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個主要方面，提供了流體可以在大致平行于空氣流動方向和/或共同邊沿的路徑上被導入板對的入口區(qū)域和/或出口區(qū)域，進而相對于示例性的空氣大致以交叉流流經(jīng)至少一第一管道，且進而相對于該空氣大致以逆流該板對的最大熱交換區(qū)域，從而大致以交叉流方向上流過至少一個第二通道，回到該出口。
[0012]優(yōu)選地，存在至少一個入口側(cè)流動路徑和入口側(cè)第一管道，以及至少一個出口側(cè)第二管道和出口側(cè)流動路徑。在這兩個流動路徑中，優(yōu)選的流體大體上在空氣流動方向上流動。通過將入口和出口布置在板的拐角處，流動路徑的長度可被最小化。根據(jù)本發(fā)明，流體的全部流量通過通道的相當大的一部分長度而不是通過通道的全長。在流體進入至少一個第一通道不久，一部分流體已經(jīng)相對于空氣以逆流經(jīng)由波浪狀的內(nèi)翅片而流過板對。這也可同樣應(yīng)用于通向出口側(cè)流動路徑的至少一個第二管道。這些管道具有相對低的流動阻力，因此板上遠離出口的區(qū)域也充分涉及熱交換。這些管道的橫截面幾何形狀可以相應(yīng)地設(shè)計以達到充分的熱交換。
[0013]板上的最大熱交換區(qū)域配置有波浪狀的內(nèi)翅片。該波浪狀的內(nèi)翅片可以實施為切開的或偏置的翅片，例如用在油冷卻領(lǐng)域或其他領(lǐng)域。在這樣的翅片中，波浪邊沿的一部分被設(shè)置為左右交替偏置。在這些偏置的部分之間存在缺口或切口。它們可允許縱向方向上的通流。如果該方向受阻，也可以在橫向方向上形成通流。該縱向方向平行于這里的波浪邊沿的方向。在當縱向方向發(fā)生通流時，板對內(nèi)的內(nèi)翅片相比于在橫向方向上具有明顯小的壓力損失。
[0014]該波浪狀的內(nèi)散熱片的波浪的走向優(yōu)選地相對于板的縱向方向橫切，因此流體可在縱向上沿偏置的波浪邊沿以相對小的阻力流動。明顯較大的阻力存在于波浪的走向方向，如上所述，該方向相對于波浪邊沿的方向橫切，因為流體在波浪狀邊沿中須流經(jīng)多個缺口或切口，并且在此過程中也要經(jīng)歷流動方向上的多次變化。通過流動屏障，大致上全體流量流過靠近入口和出口所形成的一個流動路徑。由于該流動屏障被設(shè)置為與該橫向邊沿大體平行，因此在流動路徑中，流體逆流于示例性的空氣。這是可接受的，因為由包括流動路徑的入口和出口區(qū)域部分所占據(jù)的面積部分所占整個熱交換區(qū)域的比例是很小的。該比例通常不會明顯超過15%，優(yōu)選是3%到12%。該流動屏障也位于相對靠近板對的一條橫向邊沿的位置，也即上文所述的共同邊沿的位置。在該流動屏障的相對的端點處具有連接至管道的液壓連接。在該板對的其他橫向邊沿上，最好不設(shè)置這樣的流動路徑或管道，因此該流體無法避開，或者說迫使流體進入穿過內(nèi)翅片的路徑，該路徑具有更大的壓力損失，且被設(shè)置于相對于空氣流逆流的位置。
[0015] 申請人:通過模擬計算得出，本發(fā)明提出的該熱交換器的熱交換率相比于現(xiàn)有技術(shù)有顯者提聞。
[0016]本發(fā)明將參考附圖以示例性的實施例的方式進行描述。本發(fā)明的進一步特征將在接下來的說明中找到，所述特征或被包含在獨立權(quán)利要求中，或能在隨后被證明是重要的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1示出了該熱交換器的立體圖(沒有示出殼體)。
[0018]圖2示出了一類似的立體圖，在板對和翅片的堆疊上具有一蓋板。
[0019]圖3示出了由板和翅片形成的堆疊，其中上板對中的一個板被移除以使該板對的內(nèi)部可見。
[0020]圖4和5示出了形成一板對的兩個板。
[0021]圖6示出了帶有內(nèi)翅片的板部件的立體圖。
[0022]圖7示出了該熱交換器設(shè)置處于一合適的殼體內(nèi)的視圖。
[0023]圖8和圖9示出了改型的板的構(gòu)造。

【具體實施方式】
[0024]在該熱交換器的立體圖(圖1)中(該熱交換器在本示例性的實施例中為間接式空氣冷卻器)，入口 4和出口 5被設(shè)置在金屬板I的右手側(cè)的邊沿處，該邊沿因而在這里稱為“公共”邊沿E。該入口 4被設(shè)置在遠離該熱交換器的空氣流入側(cè)“AAir”的一端。另一方面，該出口 5被設(shè)置在離該充氣空氣的流入側(cè)較近的位置，該充氣空氣以三條粗箭頭表示。入口和出口連接器具有附圖標記40和50。在這些實施例中，該入口和出口具有圓形的橫截面。除了上述充氣空氣外，還可以存在充氣空氣和廢氣的混合，或者完全是內(nèi)燃機(未示出)的廢氣。
[0025]本發(fā)明值得一提的優(yōu)點是，入口 4和出口 5可以位于相對的邊沿上，然后這些邊沿將構(gòu)成該“公共”邊沿E，而不改變通流，因此可以比以往更好地應(yīng)對結(jié)構(gòu)上的限制。在該示出的示例性的實施例中，這些邊沿E為板I的橫向邊沿。板I的兩條平行的縱向邊沿定位為大致垂直于該橫向邊沿，其中，這里用到的這些術(shù)語僅僅是用于在邊沿之間進行區(qū)分，任何情況下都不意味著示例性的實施例中所示的縱向邊沿一定比橫向邊沿要長。這些邊沿可以具有相同的長度。橫向邊沿也可以比縱向邊沿要長。在示例性的實施例中所示的邊沿呈直線且因此板I大體上顯示為矩形的這一事實，并不是解決所聲稱的技術(shù)問題的重要先決條件。邊沿的形狀也可以是弧形的或者以一些除直線外的其他方式實現(xiàn)。
[0026]在所示的示例性實施例中，板I具有在該共同邊沿E處的切口 8，該共同邊沿E在圖1中顯示為右手側(cè)的橫向邊沿。切口 8的深度比入口和出口區(qū)域10的深度稍小。入口和出口 4、5的位置大體上位于板I的中心縱向軸線15與它們的縱向邊沿之間的中心。入口側(cè)的流動路徑11從入口延伸至第一管道12，該第一管道12設(shè)置在板對la、lb的一個縱向邊沿的內(nèi)邊沿區(qū)域內(nèi)。在其他縱向邊沿的內(nèi)邊沿區(qū)域內(nèi)，有至少一個第二管道13，該管道通向出口側(cè)的流動路徑11并進一步通向出口 5。
[0027]在所示的示例性實施例中，管道12、13均始終具有同樣的橫截面。管道12、13具有低流動阻力，換言之，管道12，13的至少一部分橫截面沒有流動障礙等。因此，如上文所述，在所示的示例性實施例中存在大體上為矩形的板，流動路徑11和管道12、13也被置于大體上相對于彼此垂直的位置。
[0028]在實施例(未示出)中，入口和出口 4、5也被設(shè)置在共同邊沿E處但卻是在板I的拐角附近，結(jié)果流動路徑11的長度變得幾乎為零。換句話說，流體可幾乎直接進入第一管道12且從第二管道13幾乎直接進入出口 5。應(yīng)當認為專利權(quán)利要求1也覆蓋了這樣的實施例，即便這些實施例只具有極短的流動路徑11。沒有理由不將(例如)入口 4布置在拐角處并且僅僅將出口 5定位在大體上所示位置，反之亦然。因此，只有特別顯著的出口側(cè)的流動路徑11將是存在的，而入口側(cè)的流動路徑11的長度接近零或者說幾乎不可見。設(shè)計者因此具備多個可用選項，以使熱交換器能夠適應(yīng)強加于該設(shè)計者的安裝位置上的限制，而不必非要接受動力上的損失。應(yīng)當認為專利權(quán)利要求1的范圍也覆蓋了這樣的實施例。
[0029]流動路徑11優(yōu)選地由形成板對的板I中的珠結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，從圖4和5的圖示可明顯地看出。也可以采用插在或錫焊(或銅焊或焊接)在板對上的柱來替代珠。在所示的示例性的實施例中，珠或柱構(gòu)成上文中提及的流動屏障6。這些附圖示出了兩個板I的平面圖，這兩個板I形成板對la、lb，具有插在其中的內(nèi)翅片14，但沒有在此詳細顯示翅片14。
[0030]圖5所示的板Ib沿其縱向軸線15轉(zhuǎn)動180度且定位在圖4中的板Ia上。兩個珠會在板對la、lb中一個支撐在另一個上并且隨后連接。相應(yīng)地，它們的高度也大體上為形成板對la、lb的兩個板I之間距離的一半。內(nèi)翅片14的高度也必須對應(yīng)于該距離。另夕卜，板Ia和Ib用它們的邊沿一個支撐在另一個上并且以密封的方式彼此連接。在該示例性的實施例中，它們具有彎曲的邊沿。
[0031]現(xiàn)有技術(shù)中已知有各種其他的邊沿構(gòu)造。可用這些邊沿構(gòu)造替代本發(fā)明的邊沿。
[0032]板對la，lb的入口和出口開口 4、5具有頸圈41、51，頸圈41、51在上板Ia上向上突出，在下板Ib上向下突出。在這些頸圈處發(fā)生與相鄰的板對la、lb的連接。位于板對之間的且連接板對的密封環(huán)也可以替代這樣的頸圈41，51。在未示出的實施例中，板I中只有一個板具有珠，該珠的高度需要相應(yīng)地增大，也就是說應(yīng)當相應(yīng)于內(nèi)翅片14的高度。當然，整個的堆疊，即板對和位于其間的翅片2彼此連接，優(yōu)選地是金屬性連接，例如通過在錫焊(或者銅焊或者焊接)爐中以錫焊(或者銅焊或者焊接)的方式連接。流體流過的錫焊(或者銅焊或者焊接)的內(nèi)散熱片14位于每一板對la、lb之間。
[0033]由于上述內(nèi)翅片14可具有小于板I的尺寸(由于管道12、13的結(jié)構(gòu)，內(nèi)翅片插入板I)，因此該內(nèi)翅片14的位置是不確定的，這是不利的。通過在板I的拐角處形成向內(nèi)突出的凸節(jié)或類似形狀的元件16并且作為內(nèi)翅片14的止動件，可實現(xiàn)該內(nèi)翅片14在該板I內(nèi)的正確定位。因此，熱交換器的預裝配性提高。通過這種方式，也可以防止不期望的流體分流，或者至少很大程度上抑制該分流。
[0034]在附圖3、4和5中，已提到過的入口和出口區(qū)域由附圖標記10來表示。這里，該區(qū)域占到總熱交換區(qū)域的大約12%。由于所述入口和出口區(qū)域?qū)Q熱的貢獻不大，因此要將其設(shè)置得盡量小。在圖3中，兩個箭頭表明波浪狀的內(nèi)翅片14優(yōu)選地以如下方式插入板對la、lb,即，流體以縱向方向流過板對時的壓力下降dp比橫向方向發(fā)生通流時明顯低。流體會因該特殊的設(shè)計而被迫地采取橫向方向的流動路徑，且相應(yīng)地相對于“AAir”的方向逆流流經(jīng)板對la、lb。
[0035]圖6示出了位于板I內(nèi)的內(nèi)翅片14的一部分立體圖?？梢钥吹皆摬ɡ藸畹膬?nèi)翅片14的一些細節(jié)。在熱交換器內(nèi)的波浪結(jié)構(gòu)的走向為橫向，也即明顯更高的壓力下降dp的方向。在沿波浪狀邊沿17的方向上看去，在波浪狀邊沿17內(nèi)有左右交替偏置布置的開口或切口 18。管道12，13的寬度由流動屏障6的遠端以及板的縱向邊沿所確定。也如圖6所顯示，管道12的窄帶是完全暢通的。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的實施例(未示出)，整條管道12、13是自由式設(shè)計的。在其他的實施例中(未示出)，內(nèi)翅片14的縱向邊沿直接延伸至板I的縱向邊沿，因此整個通道的橫截面被內(nèi)翅片14的一部分所占據(jù)。由于上述的截面指向低壓力下降dp的方向(對應(yīng)于管道的方向)，因此仍保持了管道12，13的功能。也可以用內(nèi)翅片14的一部分將一個管道的橫截面完全蓋住，而另一個通道完全暢通。
[0037]如已知的熱交換器那樣，要被冷卻的壓縮的充氣空氣“AAir”流經(jīng)一開口進入殼體3，前述的由板對la、lb和散熱片2構(gòu)成的堆疊(沒有展示更多的細節(jié))位于該殼體中(圖7) ο殼體3可以是內(nèi)燃機的進氣歧管。根據(jù)本發(fā)明的方案,該充氣空氣相對于在板對中流動的流體以逆流的方式流過波浪狀的翅片2，該充氣空氣在此過程中被極其有效地冷卻。同樣根據(jù)本發(fā)明的方案，該充氣空氣的流動方向是流體的入口 4和出口 5所在的共同邊沿E的方向，或者在示例性的實施例中是板I的橫向邊沿的方向。因此，該冷卻后的充氣空氣經(jīng)由該殼體3的另一個開口離開熱交換器，以能夠為內(nèi)燃機(未示出)充氣。從圖2中可看見蓋板9的突出邊沿9.1，其作為堆疊的終點并且金屬連接至該堆疊，例如，突出邊沿9.1可利用已知的方式附接殼體3中的板堆疊，因此作為殼體3內(nèi)的裝配開口的封閉件。
[0038]圖8示出板I上具有的延長孔來作為入口和出口 4、5。流體路徑11幾乎被集成在該延長孔內(nèi)，因為在一定程度上在共同邊沿E的方向上形成流體導路，在其他示例性的實施例中的流動路徑中也是這樣的情況。在未示出的實施例中，入口和出口 4、5具有其他不同的孔形狀。這些孔形狀也可以包括不對稱的孔形。反過來，圖9顯示了圓形的板孔4、5，但流動屏障6是改型的。
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換器，例如一種間接式空氣冷卻器，在該熱交換器中，空氣，例如用于內(nèi)燃機的壓縮的充氣空氣，例如通過流體來冷卻， 其中該熱交換器由堆疊的板(I)的對(la、lb)構(gòu)成，板之間布置有翅片(2)，且該堆疊被布置于一殼體(3)內(nèi)，例如空氣流進該殼體，空氣圍繞該翅片(2)流動并離開該殼體(3), 其中所述空氣由在該板對(la, Ib)中流動的流體所冷卻,其中流體通過至少一個入口(4)流入該板對，并且經(jīng)由至少一個出口(5)被導出， 其中該入口(4)和出口(5)位于板(I)的一共同邊沿(E)處，并且示例性的空氣大致在該共同邊沿(E)的方向上流動， 其中示例性的流體能夠在至少一個流動路徑(11)上并且至少在一定程度上大致在該共同邊沿(E)的方向上自所述入口⑷導入所述板對(la、lb)的入口區(qū)域和/或出口區(qū)域(10)，并且進一步大致相對于所述示例性的空氣以交叉流穿過至少一第一管道(12)，且進而大致相對于該空氣以逆流穿越所述板對(la、lb)的最大熱交換區(qū)域從而穿過該板對，以從而大致相對于所述示例性的空氣以交叉流流經(jīng)至少一個第二通道(12)，且流到所述出口(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中第一和第二通道(12、13)被設(shè)置為大致垂直于所述流動路徑(11)和/或所述共同邊沿(E)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的熱交換器，其中所述共同邊沿(E)優(yōu)選構(gòu)成板的兩條橫向邊沿的其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的熱交換器，其中垂直于所述共同邊沿(E)的方向為縱向方向。
5.根據(jù)在先權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其中第一和第二通道(12、13)形成在板對(IaUb)的內(nèi)邊沿區(qū)域中，具有低流動阻力并且優(yōu)選走向為大致彼此平行。
6.根據(jù)在先權(quán)利要求所述的熱交換器，其中入口和出口區(qū)域(10)和所述至少一個流動路徑占據(jù)有效熱交換區(qū)域面積的不超過15%，優(yōu)選是3%到12%的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中相對于空氣大致以逆流通過板對的最大熱交換區(qū)域的流體流經(jīng)布置在所述板對內(nèi)的內(nèi)翅片(14)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的熱交換器，其中所述內(nèi)翅片為波浪設(shè)計，并且在其波浪邊沿(17)(切開的或偏置的翅片)上具有偏置的切口(18)，因此所述內(nèi)翅片既允許在波浪邊沿方向上的通流又允許相對于波浪邊沿方向的橫向通流。
9.根據(jù)權(quán)利要求7和8所述的熱交換器，其中所述內(nèi)翅片最好以這樣的方式布置在板對內(nèi):所述波浪平行于所述板的橫向邊沿延伸，其中在兩個縱向邊沿的方向上具有相對低的流動阻力(dp低)，且在該橫向邊沿的方向上具有相對高的流動阻力(dp高)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中至少一個流動屏障(6)大致在所述板對的共同邊沿(E)的方向上延伸，靠近于所述入口和所述出口 ；該流動屏障(6)使得從所述入口到所述第一管道以及從所述第二通道到所述出口的流動路徑可用。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱交換器，其中所述流動屏障(6)是通過在所述板對中的至少一個板中的珠或通過插入的柱來實現(xiàn)的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其中所述板(I)具有在所述入口(4)和所述出口(5)之間的切口(8)。
13.根據(jù)在先權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其中所述流動路徑(11)要么臨接于所述入口和/或出口(4、5)，要么通過成形結(jié)合在一起。
【文檔編號】F28F3/02GK104169671SQ201380016383
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】T·佩什科斯, R·格盧克 申請人:摩丁制造公司