圓錐形熱交換器的制造方法

圓錐形熱交換器的制造方法
【專利摘要】本發明披露一種具有圓錐形內芯的熱交換器。第一組流動通道形成在匹配的圓錐形內芯板之間，匹配板形成板對，板對彼此間距開而在它們之間形成第二組流動通道。設置有一對相對設置的流體開口，從而以同軸的方式將流體引入熱交換器/將流體從熱交換器排出，流體開口由形成在內芯外周界內的一對流體集管互連，第二組流動通道和流體集管形成為對中心地通過熱交換器。形成在內芯周界內的第二組入口/出口集管通過第一組流動通道互連。通過第一組流動通道的流動是在圍繞圓錐形內芯板周界的外圍，而通過第二組流動通道的流動是沿著由所述圓錐形內芯板所限定的角度。
【專利說明】圓錐形熱交換器
[0001 ] 相關申請的交互參照
[0002]本申請要求對2013年12月19日提交的美國臨時專利申請N0.61/918，188的優先權益;本文以參見方式引入其全部內容。
技術領域
[0003]本發明總的涉及具有圓錐形內芯的熱交換器。
【背景技術】
[0004]氣體對液體和液體對液體的熱交換器具有許多種應用。例如，在車輛中，氣體對液體熱交換器可用來冷卻渦輪增壓的內燃機或燃料電池發動機中壓縮的加壓空氣。氣體對液體的熱交換器還可用來冷卻熱的發動機廢氣。液體對液體的熱交換器也可用于傳動油冷卻和/或發動機油冷卻的應用。
[0005]人們已知氣體對液體或液體對液體的熱交換器的各種結構。例如，人們已知可構造由兩個或多個同心管子組成的熱交換器，讓相鄰管子之間的環形空間用作為流體流動通道。波紋翅片通常設置在流動通道內以提高傳熱效率，在某些情形中，用來將管子層連接在一起。人們還已知可構造包括內芯的熱交換器，該內芯由堆疊的管形構件或板或板對構成，管形構件或板或板對提供交替的流體流動通道(例如，氣體對液體或液體對液體)，以使流過交替通道的兩種不同流體之間進行傳熱。在熱交換器形成為多通道的熱交換器的情形中，流過流體流動通道的流體回轉通過90度的彎頭，以便流過熱交換器的各級或各通道。
[0006]每種特殊的應用不管它是氣體對液體的還是液體對液體的應用，都具有其自身的熱交換器要求以及空間約束和/或包裝要求。業已發現，對某些應用提供圓錐形的熱交換器可得到理想的熱交換要求以及達到一定的空間/包裝限制。

【發明內容】

[0007]根據本發明示范的實施例，提供一種包括熱交換器內芯的熱交換器，該熱交換器內芯包括多個交替堆疊的圓錐形內芯板，這些內芯板限定板對中相鄰板之間的第一組流動通道，以及形成熱交換器內芯的相鄰板對之間的第二組流動通道，第一和第二流動通道以交替的順序通過熱交換器內芯;一對第一入口集管與所述第二組流動通道流體地連通，該成對的入口集管大致彼此相對地布置在熱交換器內芯的周界上;第一出口集管與所述第二組流動通道流體地連通，該出口集管形成為對中心地通過熱交換器內芯;第二入口集管與所述第一流動通道流體地連通，所述第二入口集管形成在熱交換器內芯的周界內；第二出口集管與所述第一流動通道流體地連通，所述第二出口集管形成在熱交換器內芯的周界內；其中，通過第一組流動通道的流動是在圍繞形成板對的內芯板周界的外圍，而通過第二組流動通道的流動是沿著由所述板對之間的圓錐形內芯板所限定的角度。
【附圖說明】
[0008]現將借助于實例，參照附圖，附圖示出了本發明應用的示例的實施例，附圖中:
[0009]圖1是根據本發明第一示范實施例的熱交換器的立體圖；
[0010]圖1A是根據本發明第一實施例的熱交換器的剖切的立體圖；
[0011]圖2是圖1熱交換器的前立面圖；
[0012]圖3是圖1熱交換器的側視立面圖；
[0013]圖4是圖2所示熱交換器的俯視圖；
[0014]圖5是圖2所示熱交換器的仰視圖；
[0015]圖6是沿圖4中的線6-6剖切的縱向剖視圖；
[0016]圖7是沿圖4中的線7-7剖切的縱向剖視圖；
[0017]圖8是圖6中畫圈部分8的詳圖；
[0018]圖9是圖7中畫圈部分9的詳圖；
[0019]圖10是形成圖1的熱交換器的內芯板之一的前立面圖；
[0020]圖11是圖10內芯板的右側視圖；
[0021]圖12是形成圖1的熱交換器的另一內芯板的前立面圖；
[0022]圖13是圖12內芯板的右側視圖；
[0023]圖14可用于圖1熱交換器中的傳熱加強裝置的立體圖；
[0024]圖15是圖1A的熱交換器一部分的部分剖切圖；
[0025]圖16是圖15的熱交換器的俯視圖，其中，上部端板已移去；
[0026]圖17是根據本發明另一示范實施例的圖1A的熱交換器的一部分的局部剖切圖；
[0027]圖18是圖17的熱交換器一部分的局部剖切圖，該圖是相對于圖17中所示視圖轉過90度的剖切圖；
[0028]圖19是圖17的熱交換器的俯視圖，其中，上部端板已移去；
[0029]圖20A和20B分別示出通過圖15和17中所示熱交換器的熱交換器內芯的總壓降；
[0030]圖21A和21B分別示出通過圖15和17中所示熱交換器的熱交換器內芯的流速；
[0031]圖22是根據本發明另一示范實施例的熱交換器的示意剖切圖；
[0032]圖23是圖22中所示熱交換器的一部分的詳細示意剖切圖；
[0033]圖24是根據本發明另一替代示范實施例的熱交換器的一部分的示意剖切圖，顯示納入到熱交換器內的旁路功能；
[0034]圖25是根據本發明一替代示范實施例的熱交換器的立體剖切圖；以及
[0035]圖26是根據本發明一替代示范實施例的熱交換器的立體剖切圖。
[0036]相同的附圖標記可用于不同的圖中以表示相同的部件。
【具體實施方式】
[0037]現將詳細地參照本技術的示范的實施方式。提供示例的實施例僅是為了解釋該技術，不是對該技術加以限制。本技術領域內技術人員將會明白，在本技術中尚可作出各種修改和變化。因此，本技術意欲涵蓋落入本技術范圍之內的如此的修改和變化。
[0038]下面，現將參照圖1至21來描述根據本發明的第一示范實施例的熱交換器10。
[0039]根據第一示范實施例的熱交換器10可在汽車或機動車輛中用作增壓空氣冷卻器(CAC)。因此，熱交換器10包括入口、出口和用于空氣和液體冷卻劑(例如，諸如水)的流動通道。然而，將會理解到，熱交換器10并不要局限于如此的應用(例如，CAC)，且將熱交換器10參照為增壓空氣冷卻器的任何做法旨在作示范。例如，熱交換器10的進一步示范實施例將結合傳動油或發動機油的冷卻來進行描述，在該情形中，熱交換器可以是液體對液體的熱交換器。熱交換器10還可適于水冷式增壓空氣冷卻器(WCAC)的應用以及廢氣余熱回收(EGHR)的應用。
[0040]現參照圖1和1A，熱交換器10具有包括多個圓錐形內芯板14、16的內芯12，多個圓錐形內芯板14、16以彼此嵌套的關系交替地堆疊在一起而形成板對17，多個板對17堆疊在一起而形成熱交換器內芯12。端板18密封或封閉熱交換器內芯12的第一端并形成流體開口20，在該示例的實施例中，該流體開口 20是用來接納第一流體(諸如空氣)的入口開口，例如，當熱交換器10呈增壓空氣冷卻器(CAC)的形式時，流體開口就是該情形。端板19可以呈內芯板14之一的形式，該端板19布置在熱交換器10的相對端處，并包圍熱交換器內芯12的第二端。流體開口22在本示例的實施例中用作為出口開口22，其呈流體配件的形式，并布置在熱交換器10的相對端處，用來從其中排出第一流體(例如，如果呈CAC的形式，那么第一流體便是空氣)。盡管參照到的入口開口20是形成在端板18內，參照到的出口開口22是布置在熱交換器10相對端處的端板19內，但將會理解到，入口和開口 20、22的定位只是為了作示范而已，在某些應用中，布置在端板19內的流體開口22可用作入口開口，而端板18內的流體開口 20可用作出口開口，依據熱交換器10的特定應用而定。
[0041 ] 熱交換器10還包括第二流體入口 24和第二流體出口 26，第二流體入口 24用來讓第二流體(諸如水或任何其他合適的液體冷卻劑)流入熱交換器10，而第二流體出口 26用來從中排出第二流體。第二流體入口和出口 24、26靠近熱交換器10的第二端布置，在本實施例中，它們通常彼此鄰近地布置，使得流過由匹配的內芯板14、16形成的流體通道的流動呈逆流布置或排列。然而，將會理解到，在其他的實施例中，第二流體入口和出口 24、26可周向地彼此間距開，或大致彼此相對地布置，依據流體配件24、26的特殊應用和/或要求的定位而定。
[0042]在本示范實施例中，熱交換器內芯12是自封閉的，這意味著流體入口和出口集管以及流體流動通道都是完全封閉在由匹配的內芯板14、16組成的圓錐形板對17的堆疊內。因此，在本示范實施例中，熱交換器10不需要包圍堆疊的板對17的外殼。
[0043]如圖所示，熱交換器內芯12是由板對17組成，板對17各由匹配的內芯板14、16組成，內芯板14、16各具有大致圓錐形的側壁28，例如，如圖10-13中所示，圓錐形的側壁28在第一開口端30至較小的第二開口端32之間呈錐形。向上延伸的法蘭34包圍內芯板14、16的第一開口端30，第二開口端32由大致平行于圓錐形側壁28的角度延伸的外圍法蘭36形成。
[0044]內芯板14、16的大致圓錐形側壁28的形狀或輪廓各這樣形成:當內芯板14、16交替地堆疊在一起而形成板對17時，它們均具有與鄰近板14、16間距開的中心部分29，由此，當板14、16布置成它們互相匹配的關系時，在板14、16的間距開的中心部分29之間形成一組內部流動通道40。另一組流動通道42形成在匹配內芯板14、16或板對17的相鄰組之間。在增壓空氣冷卻器的情形中，流動通道42是“空氣側”的流動通道，而流動通道40是“液體”或“冷卻劑”的流動通道。
[0045]每個板14、16形成有一對突臺或突起部分43、44，它們從板14、16的中心部分29表面升起。如圖1A所示，形成在內芯板14內的突起部分43、44與形成在匹配的內芯板16內的突起部分43、44相對地設置(例如，參見圖11-13)。因此，當內芯板14、16交替地堆疊在一起而形成板對17時，板對17的內芯板14上的突起部分43、44與相鄰板對17的相鄰內芯板16上的對應突起部分43、44對齊和匹配，由此，使成組的內芯板14、16或板對17彼此間距開，從而在它們之間形成第二組流動通道42。
[0046]現參照圖10-13，流體開口 46、48形成在各個內芯板14、16的相應突起部分43、44內。每個突起部分43、44包括包圍每個流體開口 46、48的平表面45，它們起作密封表面的作用，一個內芯板14、16的突起部分43、44鄰接該平表面，并與相鄰內芯板14、16的對應突起部分43、44相密封。因此，當內芯板14、16交替地堆疊在一起時，對齊的流體開口 46、48便在熱交換器內芯12內形成相應的入口和出口集管(圖1A中示意地用流動箭頭47、49表示)，這些集管與第一組流動通道40流體地連通，而流體入口 24和流體出口 26與集管47、49流體地連通。
[0047]內芯板14、16還包括流體屏障50，其形成為內芯板14、16的大致中心部分29的輪廓。流體屏障50這樣形成:第一部分布置在成對的突起部分43、44之間，流體屏障50從成對的突起部分43、44之間延伸并圍繞內芯板14、16的中心部分29的中間段的一部分。形成在內芯板14上的流體屏障50與形成在鄰近內芯板16上的流體屏障50相對地設置，這樣，當內芯板14、16交替地堆疊在一起時，內芯板14上的流體屏障50與鄰近內芯板16上形成的流體屏障50對齊，并與鄰近內芯板16上形成的流體屏障50密封地相匹配，這有效地使通過入口 24的入口流與出口流26分離開，并在流動通道40內形成U形的或兩通路的流體通道。因此，流體(例如，水或任何其他合適的液體冷卻劑)通過流體入口 24進入熱交換器10，并通過流動通道40的第一分支40 (I)進行分布，該第一分支40 (I)圍繞板對17的上部延伸。在流體流過流動通道40的第二分支40(2)之前，流體流過U形彎頭51，在流體通過出口集管49和流體出口 26從熱交換器10中排出之前(例如，參見圖11-13)，第一分支40(1)借助于流體屏障50與第二分支40(2)分離開。
[0048]第二對流體開口54、56形成在各個內芯板14、16內，流體開口54、56彼此周向地分隔開，大約為180度間距開，于是，在內芯板18的側壁18內彼此大致相對。流體開口 54、56還相對于形成集管47、49的流體開口 46、48錯列開。流體開口 54、56呈大致細長形并可大致占據熱交換器10的周界的50%至75%。內芯板14內的流體開口 54、56與鄰近內芯板16內的流體開口 54、56對齊，對齊的流體開口 54、56提供第二組流動通道42與熱交換器10的流體入口20和流體出口 22之間的流體連通。因此，流體(例如，CAC情形中的空氣)通過流體入口 20進入熱交換器10，并借助于在內芯12外周界處對齊的流體開口 54、56，通過第二組流動通道42進行分布，流體呈漏斗形地朝向中心的出口集管通過流動通道42，如流動箭頭21(如圖1A中所示)所示，流體通過流體出口22從熱交換器10中排出。因此，對齊的流體開口54、56形成用來分配通過流動通道42流入的空氣的分開的入口集管(如流動箭頭57所示)，由于內芯板14、16的圓錐形形狀，該流入的流體是朝向熱交換器10的中心呈漏斗形的，而后通過由熱交換器10的對齊的較小的中心的第二開口端32形成的中心出口集管21和流體出口 22排出流體。在流體入口 20和流體出口 22位置反過來的其他實施例中，流體進入熱交換器10的底部或較小的端部，并在通過分開的集管開口 54、56之前，流體通過中心集管21分配到各個流動通道42，因此，在通過流體開口 20將流體引導出熱交換器10之前，流體從中心集管21到開口54、64向外分叉開。
[0049]盡管未在圖中示出，但內芯12內的第一和第二組的中的某些或全部流動通道40、42可設置有傳熱加強裝置60，傳熱加強裝置諸如是波紋翅片或湍流增強器，它們可通過釬焊固定到內芯板14、16。空氣側型的傳熱加強裝置60的示范實施例顯示在圖14中。如圖所示，空氣側型的湍流加強裝置60呈波紋翅片的形式，波紋翅片具有大致圓錐形的形狀，其帶有通過側壁64連接的多個突脊或峰62，突脊或峰62沿著某一軸線縱向地延伸，所述軸線平行于由圓錐形內芯板14、16的傾斜側壁28形成的軸線，突脊62是倒圓的或平的，當由內芯板14、16組成的板對17堆疊在一起時，突脊62通常與形成內芯板14、16的側壁28相接觸，該傳熱加強裝置60插入在鄰近板對17之間的流動通道41內。突脊62和互連的側壁64形成介于兩者之間的縱向開口或通道66，該通道從傳熱加強裝置60的一端延伸到其相對端。當傳熱加強裝置60呈波紋翅片的形式時，其布置成讓開口與流過流體開口 54、56的流入流體大致對齊。空氣側型的湍流加強裝置60的大致圓錐形形狀，導致波紋翅片或突脊62在第一開口端處彼此大致分離開較大的第一距離65，該間距朝向湍流加強裝置60的較小的第二端逐漸地減小，在那里，突脊62僅間距開較小的第二距離67。因此，形成在突脊或峰62之間的開口通道66朝向較小的第二端匯聚，這通常具有加速效應，其加速空氣流過從入口端20到內芯12出口端22的這些區域。
[0050]在圖1A所示的示范實施例中，熱交換器12包括最上部的熱交換器板15，其也是圓錐形的板，該板在結構上類似于熱交換器板14、16。然而，不是形成如熱交換器版14、16那樣較小的開口端32，最上部的熱交換器板15不提供中心的開口，相反，具有封閉的底部，該封閉底部用來密封由形成熱交換器內芯12的板對17的對齊開口端32形成的中心集管通道。為了確保合適地分布通過入口 20朝向流動通道42的進入熱交換器10的流體，并為了防止通過入口 20進入熱交換器10的流體簡單地撞擊和/或停滯在最上部熱交換器板15的封閉底部端上，或防止一起旁通過流動通道42并直接通過流體出口 22退出熱交換器外，在不設置有封閉的最上部熱交換器板15的實施例中，將擴散板70布置在形成熱交換器內芯12的堆疊中的最上部內芯板15的頂上。擴散板70的第一示范實施例顯示在圖1A、IB和15-16中。如圖所示，該示范實施例的擴散板70(1)呈帶有外圍法蘭72的倒置圓錐的形式，該外圍法蘭72以一定角度向上延伸遠離中心倒置的圓錐形區域，所述角度對應于內芯板14、16的側壁部分28的角度，于是，外圍法蘭72鄰接和密封住一部分側壁28，這有效地密封或封閉擴散板70 (I)和最上部熱交換器板15之間的中心內部空間或空腔73。擴散板70 (I)的外表面用來引導從入口 20流入的流體朝向形成集管區域57的流體開口 54、56。
[0051]現參照圖17-19，圖中示出擴散板70的另一示范實施例。在該主題示范實施例中，擴散板70 (2)具有向下或向內延伸的外圍法蘭72 ο擴散板70 (2)的上表面的形狀和/或輪廓應做到這樣:重新引導流入流體遠離“堵塞”的流動區域并朝向流體開口 54、56，流體開口54、56與第一流體集管或總管區域對齊或相連，以便促進流入流朝向集管57或流體開口 54、56。因此，在該實施例中，擴散板70(2)具有上部表面，該上部表面帶有兩個相對設置的向下斜坡區域76，它們用來引導流入流體通過入口 20流向流體開口 54、56，流體開口 54、56形成入口總管區域或用于流入流體的集管57，擴散板70(2)還具有兩個相對設置的升起的或突起的區域78，它們用于堵塞流入流體偏轉到最上部內芯板15的閉合區域。擴散板70(2)的總尺寸和形狀應是這樣:它基本填充或封閉敞開的內部空間，否則會有內部空間形成在端板18和最上部內芯板15之間，使得流入流直接被引導朝向流體開口54、56。已經發現，擴散板70(2)的形狀減小了角度或彎頭的數量，這些角度或彎頭是對流過入口 20的流入流體進行導航所需的，由此，降低了通常在某些傳統的或已知的熱交換器或增壓空氣冷卻器內所經歷的壓降。擴散板70(I)、70(2)與最上部內芯板15之間形成封閉的內部空腔73在某些情形中也是有用的，即，可通過內部空腔73容納附加部件，或可利用該空間73而不必增加熱交換器10的總體尺寸或占地面積，由此可將附加的功能納入到熱交換器10內。在某些實施例中，入口和出口 20、22的位置反過來，通過熱交換器較小端部進入熱交換器的流體流過流體開口22，并通過流體開口 20退出熱交換器10，擴散板70(1)、70(2)提供相同的的功能，即幫助弓I導流體從流體開口 54、56流到出口開口 20。
[0052]圖20和21示出對采用各種類型擴散板70(1)、70(2)的熱交換器10進行流動速度和壓力分析的結果。如圖20A和21A的測試數據所示，擴散板70(1)趨于證明通過入口 20進入熱交換器10的流體具有通過熱交換器10的較高壓降，這是因為流動必須導航在擴散板70(1)和上部內芯板14相交處形成的較陡的向上坡度，這會導致流動分離以及流體中的再循環區域，而后流體才通過流體開口 54、56和對應的流體通道42進入集管區域57。如圖20B和2IB的測試數據所示，擴散板70(2)提供流動通過熱交換器10的改進的或更加均勻的流動速度，這改進了通過內芯12的壓降并減少入口處的再循環區域，后者也改進了壓降，進而改進了總的傳熱特性。
[0053]現參照圖24，圖中示出熱交換器10的替代的實施例。在該示范的實施例中，對于引導朝向流體入口開口 54、56的流入流體來說，不是讓擴散板70布置在熱交換器10的入口端處，在某些情形中，將閥機構92布置在熱交換器10入口端處的中心流體通道21內，以便控制通過熱交換器10的流動，這樣做可能是有利的。具體來說，閥機構92可以呈具有閥盤或閥舌的蝶閥的形式，該閥機構92可布置在由最上部板對17的法蘭端36形成的最上部開口 32內，閥機構92具有第一關閉位置和第二打開位置，在第一關閉位置中，閥盤或閥舌覆蓋或堵塞中心流體通道21，有效地防止流體通過入口 20進入熱交換器10，這是因為關閉的閥機構92可形成增大的流體阻力，而在第二打開位置中，閥舌布置成與熱交換器10的中心軸線對齊，允許流體自由地通過熱交換器10。閥機構92可以通過控制系統電氣地進行控制，或閥機構92可以是機械式閥，其根據溫度、壓力等進行操作以保證運行條件，此時，流體旁通過熱交換器10并被引導到總系統內的任何地方，或被引導到熱交換器10，根據不同的運行條件用于加熱/冷卻。因此，通過將閥機構92納入到熱交換器10的中心流動通道21內，熱交換器10可適于在不同的系統內運行，且可對各種運行條件具體地進行微調。盡管已經主要采用閥機構92進行了描述，其布置在由靠近流體入口 20的熱交換器板14、16的敞開邊緣36形成的中心流動通道21內，但將會理解到，在流體入口和出口 20、21反過來的情形中，閥機構92也可在熱交換器10的相對端處將閥機構92納入到熱交換器10內。
[0054]現參照圖25和26，圖中示出根據本發明的熱交換器10的另一實施例。根據熱交換器10的特殊應用，在某些情形中，也可理想地預熱流入流體中的一種流體，尤其是當熱交換器10用于冷起動條件下發動機和/或車廂的加溫應用中時。因此，在某些實施例中，電加熱器94可納入到擴散板70和最上部熱交換器板15之間形成的內部空間或空腔73內。因此，當流體通過入口 20進入熱交換器時，可借助于電加熱器94在熱交換器10入口端內產生的熱量來預熱或加溫流入的流體。電加熱器94可布置在擴散板70下方形成的內部空腔73內，在熱交換器10的擴散板70和端板18內設置有合適的開口和/或布線管道，以確保根據現有技術中公知的原理來合適地運行該裝置。
[0055]在其他的情形中，可理想地增大熱交換器10的傳熱或冷卻效果，這通過進一步降低流入流體的溫度來實現。在如此的應用中，內部空腔73可用相變材料96填充(在圖26中用陰影線示意地圖示)。因此，當流入的流體撞擊在擴散板70上和/或對著擴散板70時，可將多余的熱量從流入流體中提走，因為這些熱量通過擴散板70非常薄的壁進行傳導，并被相變材料吸收，確保對流入流體進行附加的局部冷卻。因此，將會理解到，在熱交換器10納入擴散板70的實施例中，形成在擴散板70和最上部熱交換器板15之間的內部空腔73可用于各種用途，以使熱交換器10進一步適合于特殊的應用。
[0056]盡管熱交換器10已經被描述為自封閉式熱交換器，這是由于內芯板14、16的結構都具有向上延伸的外圍法蘭34，當板14、16交替地堆疊在一起而形成內芯12時，外圍法蘭34以密封關系嵌套在一起，但應該理解到，內芯板14、16可進行修改，以便形成可容納在分開的外部殼體或外殼內的熱交換器內芯12。
[0057]現參照圖22和23，圖中示出本發明還有另一個示范的實施例，其中，熱交換器內芯封閉在外部殼體內，其中，將采用相同的附圖標記來表示類似的特征。如圖所示，熱交換器100由熱交換器內芯12組成，熱交換器內芯12被封閉在分開的外部殼體80內。外部殼體80具有呈流體入口 20形式的第一端82和呈流體出口 22形式的第二端84。修改的內芯板14、16交替地堆疊在一起以形成內芯12，在一個內芯板14上，內芯12具有突起部分43、44(未示出)，與形成在鄰近板16上的突起部分43、44(未示出)相對齊和匹配，由此，使板14、16彼此間距開，并形成交替的流動通道40、42。然而，在該實施例中，不是具有遠離板14、16的第一敞開端30延伸的向上延伸法蘭34，夕卜圍法蘭86以一定的角度延伸，所述角度大致平行于圓錐形側壁18的角度，類似于在板14、16的第二敞開端處形成的外圍法蘭36，該外圍法蘭86包圍板
14、16的第一敞開端。外圍法蘭36、38用來密封內部空間，該空間形成在形成流動通道40的鄰近板14、16的間距開的側壁區域29之間。盡管未在圖中示出，但對應的入口和出口配件24、26延伸通過外部殼體80，以建立起熱交換器內芯12中的流體源和流動通道40之間的流體連通。
[0058]現將詳細地描述上述熱交換器100用作為液體對液體式油冷卻器的使用。在該示范實施例中，由堆疊的板對17組成的熱交換器內芯12布置在外部殼體80內，而板對17由交替布置的圓錐形內芯板14、16形成。擴散板70(1)、70(2)布置在大致與外部殼體80第一端82處的流體入口 20對齊的堆疊的一端處。因此，任何合適的冷卻劑(例如，水)通過外部殼體80的入口 20進入熱交換器100，并通過形成在間距開的板對17之間的流動通道42在包圍外部殼體80內的熱交換器內芯12的空間內進行分配，在冷卻劑通過外部殼體80的第二端84處的出口 22退出外部殼體80之前，冷卻劑被引導通過板14、16的對齊的中心開口 32。第二流體(例如，發動機油或傳動油)或任何其他合適的流體，通過流體入口 24(圖中未示出)進入熱交換器外部殼體80，在通過流體出口 26 (未示出)從熱交換器排出之前，流體入口 24引導第二流體通過流動通道40。傳熱加強裝置60(諸如是以上結合圖14所描述的波紋翅片)可以定位在板對17之間的流動通道42中。波紋翅片的表面60的圓錐形狀致使波紋間距在流動通道的第一入口端處較大，而在流動通道42的直徑較小的第二開口端處該間距較小或更加靠近在一起。傳熱表面或波紋翅片的形式之內的緊縮趨于加速流體通過流動通道42的流動，這能有效地減小邊界層的成長/形成，并增大通過內芯12的總傳熱性能。形成內芯板14、16的側壁28的中心區域29還可包括淺凹、肋狀物或其他形式的突出物90，它們要延伸到流動通道內，以增大流動通道40內的流體流動中的湍流，從而進一步加強總的傳熱特性。
[0059]不管熱交換器10、100是如圖1-21中所示的自封閉式的熱交換器10，還是如圖22-23中所示的帶有外部殼體80的熱交換器100，對于進入熱交換器10、100的一種流體來說，入口和出口 20、22的對齊結構布置允許熱交換器10、100與流體管道對齊布置，這可降低對彎頭和其他附加流體配件的需求，否則有可能需要流體配件來建立所要求的流體連接，所有這些趨于促進總系統內的壓降。此外，熱交換器內芯12的大致圓錐形狀還降低了流體流過熱交換器要作多個90度彎頭的需求，多個90度彎頭在其他熱交換器結構中是常見的布置，這再一次改善了通過熱交換器10、100的總壓降。
[0060]盡管已經描述了各種示范的實施例，但將會理解到，還可對所述實施例作出某種改適和修改。因此，認為以上討論的實施例只是說明性的并不意圖是限制性的。
【主權項】
1.一種熱交換器包括: 熱交換器內芯，該熱交換器內芯包括多個交替堆疊的圓錐形內芯板，這些內芯板限定板對中相鄰板之間的第一組流動通道，以及形成熱交換器內芯的相鄰板對之間的第二組流動通道，第一和第二流動通道以交替的順序通過熱交換器內芯； 一對第一入口集管，它們與所述第二組流動通道流體地連通，該成對的入口集管大致彼此相對地布置在所述熱交換器內芯的周界上； 第一出口集管，其與所述第二組流動通道流體地連通，該出口集管形成為對中心地通過熱交換器內芯； 第二入口集管，其與所述第一流動通道流體地連通，所述第二入口集管形成在所述熱交換器內芯的周界內； 第二出口集管，其與所述第一流動通道流體地連通，所述第二出口集管形成在所述熱交換器內芯的周界內； 其中，通過第一組流動通道的流動是在圍繞形成板對的圓錐形內芯板周界的外圍，而通過第二組流動通道的流動是沿著由所述板對之間的圓錐形內芯板所限定的角度。2.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，成對的入口集管形成在熱交換器內芯的周界內，使得熱交換器內芯是自封閉的。3.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述熱交換器內芯布置在外部殼體內，所述成對的入口集管形成在熱交換器內芯和外部殼體的內表面之間。4.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，還包括入口端和出口端，入口端限定與所述成對的入口集管流體地連通的第一流體入口，而出口端限定與所述第一出口集管流體地連通的第一流體出口，其中，所述入口端和所述出口端彼此縱向地相對，所述第一流體入口和所述第一流體出口彼此軸向地對齊。5.如權利要求4所述的熱交換器，其特征在于，還包括第二流體入口和第二流體出口，第二流體入口與所述第二入口集管流體地連通，而第二流體出口與所述第二出口集管流體地連通，其中，所述第二流體入口和出口靠近所述熱交換器的所述出口端布置。6.如權利要求4所述的熱交換器，其特征在于，還包括布置在熱交換器的所述入口端處的擴散板，其與所述熱交換器內芯密封地接觸，所述擴散板將流入的流體引導到所述成對的入口集管。7.如權利要求6所述的熱交換器，其特征在于，所述擴散板呈倒置圓錐的形式。8.如權利要求6所述的熱交換器，其特征在于，所述擴散板具有上部穹頂形的表面，該表面形成有一對斜坡區域和一對突出區域，該斜坡區域用來將流入流體引入到所述成對的入口集管，突出區域用來引導流入流體遠離與所述第二入口和第二出口集管相關的區域。9.如權利要求2所述的熱交換器，其特征在于，形成在所述圓錐形內芯板內的一對周向上相對布置的流體開口，形成了所述成對的入口集管，一個內芯板內的流體開口與形成所述成對入口集管的鄰近內芯板中的流體開口對齊。10.如權利要求9所述的熱交換器，其特征在于，所述周向上相對布置的流體開口是細長形的，并大約占據圓錐形熱交換器內芯周長的50%-75%。11.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，還包括布置在所述第二組流動通道內的傳熱加強裝置，其中，所述傳熱加強裝置呈圓錐形波紋翅片的形式，該波紋翅片由一系列被側壁互連的間距開的突脊組成，所述側壁從具有第一直徑的第一端延伸到具有第二直徑的第二端，其中，所述第二直徑小于所述第一直徑，所述間距開的突脊在所述第一和第二端之間朝向彼此匯聚。12.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述第一組流動通道由各鄰近內芯板的間距開的壁形成，所述間距開的壁形成有延伸到所述第一組流動通道內的流動加強特征。13.如權利要求12所述的熱交換器，其特征在于，所述流動加強特征呈淺凹的形式。14.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述第一組流動通道限定雙通路的流體路徑，所述第二流體入口和所述第二流體出口大致彼此鄰近地布置，并通過在形成所述第一組流動通道的所述內芯板內所形成的流體屏障，使所述第二流體入口和所述第二流體出口彼此分咼開。15.如權利要求3所述的熱交換器，其特征在于，所述熱交換器是液體對液體式的熱交換器，其中，所述第一流體是液體冷卻劑，所述第二流體是以下中的一個:發動機油或傳動油。16.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，還包括布置在所述第一出口集管內的閥機構，所述閥機構具有關閉位置和打開位置，該關閉位置用來密封所述第一出口集管和引導流入流體遠離所述第一入口集管，而打開位置允許流體自由地流過所述第一入口和出口集管。17.如權利要求6所述的熱交換器，其特征在于，有內部空腔限定在所述擴散板和所述熱交換器內芯之間。18.如權利要求17所述的熱交換器，其特征在于，所述內部空腔適于容納用來預熱流入流體的電加熱器。19.如權利要求18所述的熱交換器，其特征在于，所述內部空腔適于容納相變材料，所述相變材料與流入流體呈傳熱的關系。20.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，所述第一流體是空氣，而所述第二流體是液體。
【文檔編號】F28F7/00GK105849494SQ201480069751
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年12月19日
【發明人】A·巴克雷爾, C·肖爾, M·巴德勒本, N·斯圖爾特, B·肯內
【申請人】達納加拿大公司