換熱器和相關的形成流動擾動器的方法
2023-09-14 23:56:30
換熱器和相關的形成流動擾動器的方法
【專利摘要】本發明涉及用於在第一和第二流體之間熱交換的換熱器，特別用於機動車輛，包括：第一循環管道，用於第一流體沿第一循環方向（D1）的循環；和第二循環管道，用於第二流體的循環，和擾動壁（13），布置在用於第二流體的第二循環管道中，並且具有擾動第二流體的流動的擾動器（15）。根據本發明，擾動壁（13）分別具有至少一個分隔肋（19），所述至少一個肋（19）：沿基本上垂直於第一方向的第二方向（D2）延伸，所述第一流體沿所述第一方向循環，並且在小於所述壁（13）的總寬度的所述壁（13）的預定距離上沿第二方向延伸，以限定基本上垂直於第一流體的循環的用於第二流體的至少兩個循環通道。
【專利說明】換熱器和相關的形成流動擾動器的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及換熱器，特別地，用於機動車輛的換熱器。本發明還涉及成形方法。
【背景技術】
[0002]本發明的優選應用領域是增壓內燃發動機應用領域，特別是用於機動車輛，所述機動車輛使用特定類型的換熱器，所述換熱器還被稱為增壓空氣冷卻器(縮寫為CAC)，用於冷卻流體，即用於增壓發動機的增壓空氣。
[0003]增壓或渦輪增壓內燃發動機，特別是柴油發動機，被供給稱為增壓空氣的加壓空氣，所述加壓空氣來自由發動機排氣驅動的渦輪增壓器。由於該空氣已經被壓縮，因此該空氣處於太高的溫度，並且對於正確的發動機操作，期望該空氣進入該發動機之前冷卻。為此，以傳統的方式，使用被稱為增壓空氣冷卻器的冷卻器。該冷卻器的目的是通過與另一種流體交換熱來冷卻增壓空氣，所述另一種流體例如為外部空氣或液體，所述液體例如為來自發動機冷卻迴路的水，因而形成空氣/空氣或液體/空氣式換熱器。
[0004]兩種流體的循環對於換熱器的性能非常重要。
[0005]在一種已知的技術方案中，使流體中的一種或兩種流體循環通過擾動器，以提高可用於兩種流體之間的熱交換的表面積。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提高兩種流體之間的熱交換質量。
[0007]為此，本發明的一個主題是用於第一和第二流體之間的熱交換的換熱器，特別用於機動車輛，包括:
[0008]第一循環管道，用於第一流體的沿第一循環方向的循環；和第二循環管道，用於第二流體的循環，和
[0009]擾動壁，布置在用於第二流體的第二循環管道中，具有擾動第二流體的流動的擾動器，
[0010]其特徵在於，擾動壁分別具有至少一個分隔肋，所述至少一個肋沿基本上垂直於第一方向的第二方向延伸，第一流體沿第一方向循環，並且所述至少一個肋在所述壁的小於所述壁的總寬度的預定距離上沿第二方向延伸，以限定用於第二流體的基本上垂直於第一流體的循環的至少兩個循環通道。
[0011]所述換熱器可進一步包括下面特徵中的單獨或組合考慮的一個或多個特徵:
[0012]所述擾動器通過所述壁的彎曲形成在所述壁上；
[0013]擾動壁包括預定數量的頭尾交替布置的分隔肋；
[0014]擾動壁包括預定數量的均勻設置的分隔肋；
[0015]所述擾動器具有略微鋸齒狀的總外觀；
[0016]所述擾動器以交錯配置布置在排中；
[0017]?所述分隔肋與擾動器以單件形成，所述擾動器與所述分隔肋在相同的距離上延伸；
[0018]所述換熱器包括管束，所述管束形成用於第一流體的循環的第一循環管道，並且在所述第一循環管道之間限定用於第二流體循環的第二循環管道；
[0019]所述換熱器包括成對布置的平行板束，以在板中的兩對之間限定用於第一流體的循環的第一循環管道，並且在ー對板之間限定用於第二流體循環的第二循環管道；
[0020]所述換熱器配置為冷卻機動車輛發動機的增壓空氣；
[0021]第一流體為增壓空氣，第二流體為冷卻流體。
[0022]本發明還涉及用於在如本文上面限定的換熱器的擾動壁上形成擾動器的方法，包括以下步驟:
[0023]以單件形成擾動器的雙排，和
[0024]分別以單件與分隔肋形成擾動器的單排。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]通過研究下面以非限制性示例方式給出的描述，並且通過研究附圖，本發明的其他特徵和優點將變得更明顯，附圖中:
[0026]圖1是根據第一實施例的換熱器的部件的分解立體視圖，
[0027]圖2是圖1的換熱器的裝配立體視圖；
[0028]圖3是圖1和2的換熱器的用於擾動第二流體的流動的擾動壁的簡圖，
[0029]圖4部分圖示了形成在圖3的擾動壁上的擾動器的細部，
[0030]圖5部分圖示了形成在圖3的擾動壁上的擾動器和分隔肋的另ー個細部，
[0031]圖6是根據第二實施例的換熱器的部件的分解立體視圖，
[0032]圖7是更詳細顯示的根據第二實施例的換熱束的板中的兩對和在ー對板中的兩個板之間的一個擾動壁的分解立體視圖，
[0033]圖8是根據第二實施例的換熱束的一個板和一個擾動壁的平面視圖，
[0034]圖9a是圖示處於裝配狀態的圖8的該對板的局部剖視圖，
[0035]圖9b是圖示處於裝配狀態的圖8的該對板的局部立體視圖。
【具體實施方式】
[0036]在這些附圖中，基本上相似的元件帶有相同的附圖標記。
[0037]圖1圖示了換熱器I的分解視圖，圖2是處於裝配狀態的視圖。
[0038]特別地，所述的換熱器I配置為冷卻內燃發動機的增壓空氣，所述內燃發動機例如為機動車輛柴油發動機。
[0039]這樣的換熱器I可以是被稱為「空氣-水」式換熱器的換熱器，即其中交換熱的流體為空氣和水的換熱器。在增壓空氣冷卻器的情況下，水優選為被稱為「低溫」的所述發動機冷卻迴路的水，並且通常為こニ醇水。
[0040]該換熱器I包括:
[0041]換熱束3，用於在例如增壓空氣的第一流體和例如冷卻劑的第二流體之間交換熱，
[0042]殼體5，容納換熱束3，
[0043]入口頭7，用於第一流體，[0044]出口頭(未示出)，用於第一流體。
[0045]參照圖1和2，換熱器I具有基本上平行六面體的總體形狀，具有
[0046]長度L，其為最長維度，並且對應於增壓空氣循環通過換熱器I的總方向，被稱為第一循環方向D1，
[0047]寬度1，長度L和寬度I維度形成平行於通過換熱器I的空氣循環平面的平面，和
[0048]厚度e，用於後文所述的循環管9的疊堆。
[0049]換熱束
[0050]根據第一實施例的換熱束3包括循環管9的疊堆，用於第一流體的循環，在該實例中，所述流體為空氣。每一個管9的內部體積形成用於第一流體的第一循環管道10。
[0051]根據該第一實施例，管9具有基本上平行六面體和平直的總體形狀。
[0052]參照圖1和2，每一個管9具有:
[0053]長度，其為最長維度，該維度平行於換熱器I的長度L，並且基本上等於長度L.，
[0054]寬度，該維度平行於換熱器I的寬度1，並且基本上等於寬度1，和
[0055]厚度，該維度平行於並且小於換熱器I的厚度S ;每一個管9的厚度在該示例中非常小，因為管9具有平直形狀。
[0056]通過示例的方式，管9的厚度可對於每一個管9等於約7或8_，管9的寬度I等於約100mm。
[0057]管9沿厚度方向彼此平行堆疊，並且允許空氣在其中沿換熱器的長度L的總方向的循環。
[0058]圖示在圖1中的換熱器I包括六個管9的管束3 ;當然，可具有更低或更高數量的管；這裡應注意的是，在一些情況下，如果管9的數量足夠大，則換熱器I的厚度s可大於其寬度I。
[0059]而且，可能在限定第一管道10的管9的內部體積中提供擾動翅片(未示出)，例如具有基本上波浪形狀，以擾動通過這些管9的空氣的流動。該擾動促進跨管9的壁的空氣和水之間的熱交換。這些翅片為本領域技術人員所公知，並且本文中不再進一步詳細描述。
[0060]而且，管9在其之間限定用於第二流體的流動的第二管道11，第二流體在該示例中為乙二醇水。換句話說，兩個管之間的間距使得可能在該情況下限定用於第二流體的流動的第二管道11。
[0061]用於擾動水的流動的擾動壁13形成在管9之間的這些第二管道11中。
[0062]擾動壁13例如通過釺焊固定到限定第二管道11的管9的表面。
[0063]該擾動壁13以簡化形式圖示在圖3中。圖1僅圖示了擾動壁13的一部分，以使該圖更易於理解。
[0064]擾動壁13採取基本上在管9的整個側表面上延伸的板的形式。側表面意味著管9的由平行於換熱器I的長度L.和寬度I的維度限定的表面。擾動壁13因此具有基本上矩形的總體形狀，其中長度L1平行於換熱器I的長度L.，並且寬度I1平行於換熱器I的寬度1°
[0065]根據所述的實施例，擾動壁13填充第二水循環管道11的整個厚度，所述擾動壁13位於第二水循環管道11中。
[0066]擾動壁13安裝在所有管9之間。擾動壁13可還被安裝在管束3的端管9和殼體5的壁之間。
[0067]擾動壁13具有在通過其的水的流動中形成湍流的形狀。
[0068]更具體地，擾動壁13具有擾動器15 (圖4和5中可更好地看到)限定大體鋸齒狀圖案。這些大體鋸齒圖案在示出的示例中形成直角。
[0069]這些圖案例如通過使一個部件:即壁13彎曲來形成。
[0070]擾動壁13具有這些圖案，所述圖案在本示例中沿平行於換熱器I的寬度I的方向或沿平行於換熱器I的長度L.的方向大體為鋸齒狀。
[0071]更具體地，擾動器15布置在排17、17』中，這些排17、17』以交錯配置布置，每一排
17、17』限定大體鋸齒圖案。
[0072]而且，參照圖3到5，擾動壁13分別包括一個或多個分隔肋19，分隔肋19在該示例中限定用於水的循環通道。這些肋19用作用於水的隔板，推動水沿循環通道通過。
[0073]水的沿這些循環通道的路徑由略帶波浪的箭頭F示意性圖示在圖3中。
[0074]在圖3中示出的示例中，圖示了四個分隔肋19。當然，肋19的數量必須適於適合換熱器I的性能要求。
[0075]這些肋19沿基本上垂直於空氣循環的第一方向Dl的第二方向D2，在預定距離上延伸。在該情況下，肋19分別沿壁13的寬度I1的方向在預定距離i上延伸，但是在小於壁13的寬度I1的距離上沿方向D2延伸。
[0076]水因而基本上垂直於空氣的循環來循環。
[0077]另外，這些肋19首尾交替布置，這意味著在每一對中，肋19開始於壁13的兩個相對邊緣沿相反的方向延伸。
[0078]示意性圖示的水的路徑通過將分隔肋首尾交替布置獲得。
[0079]另外，這些分隔肋19均勻地間隔開，並且分別沿壁13的寬度I1的方向在預定距離d上延伸，該預定距離i小於該寬度I。該預定距離i在所述實施例中對於每一個肋19是相同的。
[0080]而且，如將從圖4和5說明的，分隔肋19與擾動器15以單件形成，更特別地，與擾動器15的單排17』以單件形成。在該情況下，擾動器15延伸在與分隔肋19相同的距離d上，而不是在擾動壁13的整個寬度I1上，與其他擾動器不同。在這些肋19的區域中，因此在擾動壁13的寬度I1的其餘部分上存在不具有擾動器15的區域20。更具體地，肋19在距離d上延伸，並且未填充(unencumbered)區域20在距離f上延伸，兩個距離d和d』在相加在一起時，等於壁13的寬度h。
[0081]而且，參照圖5，可看到，槽21設置在擾動壁13上，以允許彎曲，所述彎曲限定擾動器15的鋸齒狀圖案。這些槽21的目的是在用於形成擾動器15的彎曲操作過程中避免過剩的材料。
[0082]因而，在圖1到5中圖示的示例中，水循環在空氣循環管9之間，並且其流動被擾動壁13擾動，促進跨管9的壁的與空氣的熱交換。另外，水大體垂直地循環在多個通道中，因而進一步提聞換熱質量。
[0083]上文描述了使用管9疊堆的芯束3的第一實施例。根據第二實施例，還可能設想使用平行板109疊堆的芯束103 (圖6)，其中的一對板109示出在圖7中。
[0084]板109 (在圖8中可更好地看到)具有矩形總體形狀。這些板109為例如壓縮板。[0085]板109成對布置(參照圖9a，9b)，以首先限定用於第一流體循環的第一管道10，並且其次限定用於第二流體循環的第二管道11。
[0086]特別地，成對布置的板109限定間距旦(圖9a)，限制用於第二流體循環的第二管道11，所述第二流體在本示例中為冷卻剤。用於第二流體循環的第二管道11因此由ー對中的兩個相鄰的板限定。
[0087]形成在兩個相鄰的板對的彼此面對設置的兩個板109之間的間距限定用於第一流體的循環的第一管道10。
[0088]而且，如從圖6和7可見，板109分別具有兩個開ロ，例如噴嘴125、127，用於從入ロ噴嘴125a到達的第二流體通過，以經由出口噴嘴127a重新流出。這些噴嘴125，127例如靠近板109的短邊中的ー個形成。
[0089]ー個板109的噴嘴125、127分別與鄰近對的板109的噴嘴125、127連通，例如通過裝配在一起，以允許第二流體在板109之間循環。
[0090]另外，在該第二實施例中，可形成用於板束103的構造，以包括形成蓋的第一端板109a，和相対的第二端板10%。根據示出的實施例，第一端板109a承載用於第二流體的入ロ噴嘴125a和出口噴嘴127a。
[0091]這些端板109a，109b可通過兩個側壁105a，105b，形成容納板束103的殼體5，用於第一流體的頭箱附接到殼體5。
[0092]而且，如圖7到9b所示，擾動壁13布置在用於第二流體的第二循環管道11中，以通過限定用於第二流體的循環通道，提高熱交換。擾動壁13安裝在所有第二管道11中。這些壁13基本上與第一實施例中所述的管束的擾動壁13相似，不再進行描述。
[0093]未示出的另ー個特定實施例提出，擾動水的流動並且形成在管9之間的第二管道11中的擾動壁13應具有擾動器和至少ー個分隔肋19，其允許在本示例中限定至少水循環通道。在該特定實施例中，分隔肋19通過壓倒至少ー排擾動器15獲得。
[0094]殼體
[0095]束3、103安裝在殼體5內部(圖1、2和6)，殼體5收納其，如上面提到的，束3、103包括第一循環管道10，其可能在其內部具有擾動翅片，並且包括用於水的具有擾動壁13的第二循環管道11。
[0096]當然，作為替代，可形成使這些元件安裝在頭箱中或甚至兩個半殼體中的構造。
[0097]在圖1和2中圖示的關於換熱束3的第一實施例的示例中，殼體5包括兩個L狀壁 23a,23b。
[0098]殼體5還包括入口管道系統25和出口管道系統27，用於使水進出換熱器I，更具體地，其在示出的示例中的壁23a上，並且在與水迴路相關聯的連接孔25a，27a，換熱器I安裝在所述水迴路中。
[0099]為了以其確定的形式形成殼體5，壁23a，23b例如釺焊在一起。
[0100]在圖6中示出的關於換熱束103的第二實施例的示例中，殼體5可由束103的端板109a，109b和兩個側壁105a，105b形成，如上文所述的。
[0101]宇氣分配頭
[0102]如之前提到的，換熱器I在其端部中的每ー個處(沿其長度L的方向)包括空氣分配頭。在一方面，空氣入口分配頭7，和在另一方面，空氣出口分配頭(未圖示)。出口分配頭(未圖示)根據一個實施例，類似於入口頭7，並且對稱安裝；當然，在另一個實施例形式中，入口和出口頭可不同。
[0103]空氣循環管9或板109、109a、109b的端部以使管9或板109、109a、109b敞開到頭7中的方式，更具體地，經由集流管29的方式(圖1)。管9或限定在板109中的一對的兩個板109之間的內部體積因而與分配頭7的內部體積連通。
[0104]分配頭7被連接到空氣迴路的管道系統中，換熱器I安裝在該空氣迴路中，並且分配頭7分別具有入口噴嘴31和出口噴嘴。空氣被允許通過入口分配頭5進入束3、103，並且在離開束3、103時，通過出口分配頭(未示出)收集。
[0105]分配頭的結構為本領域技術人員所知，並且在本文中不再進一步詳細描述。
[0106]因而，在該例子中，增壓空氣經由用於第一流體的入口頭7進入換熱器1，循環通過換熱束3、103，然後經由用於第一流體的出口頭(未圖示)離開換熱器I。
[0107]至於第二流體，在該情況下，水經由用於第二流體的入口管道系統25進入換熱束3、103，循環通過一個或多個循環通道中的換熱束3的第二循環通道11，所述循環通道由擾動壁13限定，以與待冷卻的增壓空氣熱交換。該水然後經由用於第二流體的出口管道系統27離開換熱束3、103.[0108]擾動器怎樣形成
[0109]現在描述在擾動壁13上形成擾動器15和分隔肋19的一種方式。
[0110]在已知方式中，擾動器15通過將壁13彎曲形成鋸齒圖案形成。
[0111]根據所述實施例:
[0112]一方面，第一鋸齒狀元件或擾動器形成，其布置在雙排17中，並且以單件形成，並且
[0113]另一方面，第二擾動器15形成，其布置在單排17』中，與肋19以單件形成。
[0114]關於擾動器15的雙排17，它們以單件形成，則例如形成大體U形總體形狀中的第一彎曲部33，該U形形狀具有兩個橫向分支34。於是大體L形狀的第二彎曲部35形成在U形的每一個橫向分支34上，隨後形成大體為L形形狀的第三彎曲部37，其面向與第二彎曲部35相反的方向，並且插入在第二彎曲部35之間，以限定鋸齒形狀。
[0115]該雙排17例如橫跨壁13的整個寬度I1形成。
[0116]而且，關於擾動器15的單排17』的形成，其分別以單件與肋19形成，例如首先，形成槽21，然後定中心在槽21上，形成大體為U形總體形狀的第一彎曲部39，其例如具有與用於形成雙排17的第一彎曲部33比較減小的尺寸。在示出的示例中，該U形形狀的彎曲部39形成彎曲部33的大體一半。
[0117]接下來，採用與用於擾動器15的雙排17的方法相似的方法，第二彎曲部35』基本上為L形形狀，並且第三彎曲部37』基本上為L狀形狀，並且面向與第二彎曲部35』相反的方向，插入在形成在U形的第一橫向分支41a上的第一彎曲部35』之間，以形成具有基本上鋸齒狀擾動器15的單排17』。
[0118]由第一彎曲部39形成的U形的第二橫向分支41b形成分隔肋19。
[0119]單排17和與單排17以單件形成的肋19例如形成在小於壁13的寬度I1的距離d上。
[0120]因而，用於第二流體的循環管道中的擾動壁13的存在，使得可能增大用於換熱的表面積，並且分隔肋19的布置確保第二流體垂直於第一流體在ー個或多個通道中循環，所述第二流體在本例中未水，即在空氣/水冷卻器的情況下，水在ー個或多個基本上垂直於方向Dl的通道中循環，水沿方向Dl循環通過換熱器I。
[0121] 這進一歩促進熱交換，並且在除了擾動壁13之外不需要其他部件的情況下進行熱交換。
【權利要求】
1.一種用於在第一和第二流體之間熱交換的換熱器，特別用於機動車輛，包括: 第一循環管道(10)，用於沿第一循環方向(Dl)的第一流體的循環；和第二循環管道(11)，用於第二流體的循環，和 擾動壁(13)，布置在用於第二流體的第二循環管道(11)中，具有擾動器(15)，擾動器(15)擾動第二流體的流動， 其特徵在於，所述擾動壁(13)分別具有至少ー個分隔肋(19)，所述至少ー個肋(19): 沿基本上垂直於第一方向(Dl)的第二方向(D2)延伸,第一流體沿第一方向(Dl)循環，並且 沿第二方向，在小於所述壁(13)的總寬度的所述壁(13)的預定距離上延伸， 以限定基本上垂直於第一流體的循環的用於第二流體的循環的至少兩個通道。
2.根據權利要求1所述的換熱器，其特徵在於，所述擾動器(15)通過將所述壁(13)彎曲形成在所述壁(13)上。
3.根據前述權利要求中任一項所述的換熱器，其特徵在於，擾動壁(13)包括頭尾交替布置的預定數量的分隔肋(19)。
4.根據前述權利要求中任一項所述的換熱器，其特徵在於，擾動壁(13)包括均勻設置的預定數量的分隔肋(19)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的換熱器，其特徵在於，所述擾動器(15)具有略微鋸齒狀的總體外觀。
6.根據權利要求5中所述的換熱器，其特徵在於，所述擾動器(15)以交錯配置布置在排(17、17，)中。
7.根據前述權利要求中任一項所述的換熱器，其特徵在於，所述分隔肋(19)與擾動器(15)以單件形成，擾動器(15)在與所述分隔肋(19)相同的距離上延伸。
8.根據權利要求1到7中任一項所述的換熱器，其特徵在於，其包括管束(9)，所述管束(9)形成用於第一流體的循環的第一循環管道(10)，並且在第一循環管道(10)之間限定用於第二流體循環的第二循環管道(11)。
9.根據權利要求1到7中任一項所述的換熱器，其特徵在於，其包括成對布置的平行板(109)束，以在板(109)的兩對之間限定用於第一流體的循環的第一循環管道(10)，和在一對板(109)之間限定用於第二流體的循環的第二循環管道(11)。
10.根據前述權利要求中任一項所述的換熱器，其特徵在於，其配置為冷卻機動車輛發動機的增壓空氣。
11.一種用於形成根據前述權利要求中任一項所述的換熱器的擾動壁(13)上的擾動器(15)的方法，其特徵在於，其包括以下步驟: 以單件形成擾動器(15)的雙排(17)，和 分別與分隔肋(19)以單件形成擾動器(15)的單排(17』)。
【文檔編號】F28F3/02GK103477176SQ201180064552
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2011年11月7日 優先權日:2010年11月9日
【發明者】L.奧迪拉德, A.戴 申請人:法雷奧熱系統公司