包括進口槽和出口槽的堆疊/條狀板進氣冷卻器的製作方法

2023-07-06 02:58:31 1

專利名稱：包括進口槽和出口槽的堆疊/條狀板進氣冷卻器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種換熱器和製造換熱器的方法，尤其涉及進氣冷卻器和製造進氣冷卻器的方法。
背景技術：
對換熱器進行改進的需要始終存在。需要改進的一個當前領域在於可以提供與低冷卻劑流速有關的性能符合要求的進氣冷卻器，所述低冷卻劑流速在低溫冷卻劑迴路中很典型，這種低溫冷卻劑迴路有望在發動機應用(例如，柴油機應用)中變得日益普遍，所述發動機應用將被要求滿足日益嚴苛的排放標準戰略。

發明內容
在一些實施例中，本發明提供了一種換熱器，所述換熱器在發動機系統中特別用作進氣冷卻器，所述發動機系統具有在低溫冷卻劑迴路中很典型的低冷卻劑流速。該換熱器利用條狀板設計與堆疊板設計的組合連同進口和出口槽來消除圍繞冷卻器主體的空氣旁路，同時提供一種高度可製造的冷卻器。該設計還通過改變主體組件的數量使得對於不同的應用具有不同的堆疊高度，而無需對主體的組成部分進行顯著改變。該設計進一步可以提供特別的優點，其中換熱器的主體組件，和可能地其它組件由鋁製成。在一些實施例中，本發明提供了一種用於在冷卻劑和進氣之間傳導熱量的進氣冷卻器。該冷卻器可以包括換熱器主體，所述換熱器主體包含一疊凸壓的板對。每個板對可以限定出穿過換熱器主體的迂迴或蜿蜒的冷卻劑流徑。該換熱器主體還可以包括數個插入板對之間的細長墊片，以穿過換熱器主體在相鄰板對之間限定出進氣流徑。該換熱器主體還可以包括連接到換熱器主體的第一側以將進氣導入進氣流徑的進氣入口槽，和連接到換熱器主體的第二側以從進氣流徑收集進氣的進氣出口槽。在一些實施例中，本發明提供了一種進氣冷卻器，該冷卻器包括進氣入口槽、與進氣入口槽分隔開的進氣出口槽、和位於入口和出口槽之間並包括一疊板對的換熱器主體。每個板對可以為冷卻劑限定出多通道流徑。第一和第二細長墊片可以設置在相鄰的板對之間，並且可以在換熱器主體相對兩側的入口槽和出口槽之間延伸以限定出穿過換熱器主體的進氣流徑。在一些實施例中，本發明提供了一種進氣冷卻器，該冷卻器包括具有進氣入口的進氣入口槽、具有進氣出口的進氣出口槽、連接進氣入口槽和進氣出口槽以從進氣入口到進氣出口限定出進氣流徑的外殼、和從外殼的第一壁延伸進入進氣流徑並且與外殼的第一壁大體垂直的多個板對。每個板對可以為冷卻劑限定出多通道流徑。細長墊片可以設置在相鄰的板對之間以限定出外殼的第一壁。該外殼可以包括與第一壁相對的第二壁，並且板對可以與第二壁分隔開，以便調節板對與外殼之間熱膨脹的不同。本發明還提供了一種組裝進氣冷卻器的方法，該方法包括過程凸壓多塊板；將該多塊板堆疊成板對以便每個板對的凸壓至少部分地為冷卻劑限定出流徑；在板對之間插入多個細長的墊片；將進氣入口槽固定到堆疊的板對以接受進氣並將進氣分布到相鄰板對之間限定出的流徑；和將進氣出口槽固定到組裝的板對以接受來自流徑的進氣。在一些實施例中，該方法可以包括在進氣入口和出口槽之間固定一壁以進一步在相鄰的板對之間限定出流徑的附加過程。
本發明的其它方面通過參考詳細的描述和附圖將變得明顯。


圖I為根據本發明的一些實施例的換熱器立體視圖；圖2為圖I的所示換熱器的部分分解立體視圖；圖3為用在圖I所示換熱器中的板的立體視圖；圖4為本發明的換熱器的一個可選實施例的視圖；圖5為本發明的換熱器的一個可選實施例的立體視圖；圖6為圖5中沿線VI-VI的截面視圖；圖7為圖6中線VII所圍區域的放大視圖。
具體實施例方式在詳細解釋本發明的任意實施例之前，應該理解的是，本發明在其應用中並不限於在下文的描述中闡明的或在附圖中例示的組件構造和安排的細節。本發明適用於其它實施例並且能夠以不同的方式實施或實現。還應該理解的是，本文所使用的詞語或術語是為了描述的目的並且不應被視為限制。「包含」、「包括」、或「具有」及其變體在本文是指包含在其後所列出的項目和其等效物以及附加項目。除非另有說明或限制，術語「安裝」、「連接」、「支撐」、和「耦合」及其變體被廣泛使用並且包含直接或間接的安裝、連接、支撐和耦合。進一步，「連接」和「耦合」並不局限於物理或機械的連接或耦合。在圖I和圖2所例示的實施例中，換熱器10為進氣冷卻器，配置為用以接受來自進氣壓縮機14的進氣流12，並且在將熱量從進氣流12傳遞到冷卻劑流20後為發動機18內的燃燒供應冷卻進氣流16，所述冷卻劑流20由與發動機18關聯的冷卻劑系統22提供。存在許多通常用於汽車和其它應用的傳統和已知類型的進氣壓縮機14(例如，所謂的「渦輪增壓器」)、燃燒發動機18和冷卻劑系統22，所有的這些進氣壓縮機14、燃燒發動機18和冷卻劑系統22都適於與本發明的換熱器10 —起使用。因此，這裡將不再對組件14、18和22進行進一步描述。如圖I和圖2所示，換熱器10可以包括主體30、連接到主體30的一側以將進氣流12導入主體30的進氣入口槽32、和連接到主體30對立側以接受來自此處的冷卻進氣流16並將進氣流導向發動機18的進氣出口槽33。在其它實施例中，進氣入口和出口槽32、33可以設置在主體30的同一側。在一些這種實施例中，進氣入口和出口槽32、33可以整體成形，並可以包括用於限定出整體槽的入口和出口部分的一個或多個內部間隔。在其它實施例中，進氣入口和出口槽32、33可以設置在主體30的相鄰側(例如，在上側和左側，底側和左側，前側和左側等)。主體30可以包括一個或多個冷卻劑入口 34和一個或多個冷卻劑出口 36以引導冷卻劑流進入或離開主體30。在圖I和圖2所例示的實施例中，主體30包括設置在主體30同側的單一入口 34和單一出口 36，以便在穿過主體30的冷卻劑流20和進氣流12之間形成對流關係。在其它實施例中，主體30可以包括分別為兩個或多個的入口和出口 34、36，並且/或者入口和出口 34、36可以設置在主體30同側，或作為選擇，入口和出口 34、36可以設置在主體30的不同側。在一些這種實施例中，入口和出口 34、36可以定向設置以便在穿過主體30的冷卻劑流20和進氣流12之間形成交叉流或並流關係。在圖I和圖2所例示的實施例中，主體30包括數個帶有空氣側翅片42的堆疊板對40 (在該不出的實施例中為14個)和細長的間隔條44、45，所述細長的間隔條44、45插入相鄰板對40之間以限定出穿過主體30的空氣流徑46。在該例示的實施例中，一個空氣側翅片42被支撐在每個相鄰的板對40之間，和一對相鄰的間隔條44、45之間，所述間隔條44,45密封換熱器主體30的相對兩端。在其它實施例中，兩個或多個空氣側翅片42可以被支撐在相鄰的板對40之間，主體30可以包括不具有位於板對之間的空氣側翅片42和/或間隔條44的一對或多對相鄰板對40，單個間隔條44可以設置在一個或多個相鄰板對40之間，一對間隔條44、45可以密封換熱器主體30的相鄰側，並且/或者三個或四個間隔條44可以設置在相鄰的板對40之間。同時一種用於空氣側翅片42的迂迴或蜿蜒型的翅片42被示出(為了簡化實際僅有末端被例示)，在一些實施例中主體30可以包括一個或多個具有其它結構(比如，開縫式和分支式、百葉式等)的翅片42。如圖2所示，間隔條44、45可以分別具有大體正方形的截面形狀。在其它實施例中，間隔條44、45可以具有不同的橫截面形狀，比如，圓形、三角形、楔形、長方形、梯形、或任意其它多邊形形狀、橢圓形、不規則形等。還有一些實施例中，主體30可以包括單個板，該板翻折或翻卷在自身上以便該板的兩端相互接觸，進而該單個板大體封閉出冷卻劑流徑49並保持冷卻劑在冷卻劑流徑49中與空氣流徑46分開。在一些這種實施例中，主體30可以包括數個相鄰的摺疊或捲起的板，每個板可以限定出分開的冷卻劑流徑49，並且間隔條44和/或空氣側翅片42可以被支撐在主體30中相鄰的摺疊或捲起的板之間。在圖1-3例示的實施例中，每個板對40由一對衝壓或凸壓的板47、48構成，所述板47、48在其邊緣結合以便為它們之間的冷卻劑封閉並限定出冷卻劑流徑49(最好見圖3)。每個板47、48包括一對開口 50、52，所述開口 50、52與其它板的相應開口 50、52對齊以便限定出各自的冷卻劑集合管54、56，用於將冷卻劑分散到流徑49和從流徑49收集冷卻齊U。在這方面，每個開口 50、52分別被相應凸起的頭58、60圍繞，所述頭58、60從每個板對40朝向外與相鄰對齊的頭58、60緊密配合以便密封相應的集合管54、56。在可選的實施例中，插件可以設置在每個開口 50、52之間以至少部分地封閉冷卻劑集合管54、56中的一個或兩者。作為選擇，間隔條44、45可以具有圍繞開口 50、52的形狀以便在相鄰的板對40之間形成密封並且至少部分地限定出冷卻劑集合管54、56中的一個或兩者。、
在圖1-3例示的實施例中，一對冷卻劑集合管54、56設置在換熱器主體30的同偵U。在其它實施例中，主體30可以包括具有內部間隔的單個集合管，或者作為選擇，主體30可以包括兩個或更多設置在換熱器主體30不同側的集合管54、56。如圖2所示，每個間隔條44、45可以被製成符合相鄰堆疊板對40的相應末端邊緣的形狀。在圖2例示的實施例中，位於主體30 —側(S卩，圖2中的右側)的間隔條44包括波浪形部分64、66，卷繞相鄰板對40的相應波浪形的頭58、60，以便密封主體30相應端的主體30的空氣側。如圖2所示，位於主體相對側(即，圖2中的左側)的間隔條45可以具有與相鄰的板對40的末端相應的形狀以便密封主體30相應端的主體30的空氣側。同時，圖2例示的實施例的間隔條44、45被成型為不同形狀以密封主體30的不同形狀的側面，在其它實施例中，間隔條44、45可以成型為相似的形狀以接合主體30成型相似的側面。在一些這種實施例中，共同的間隔條可以設置在主體30的對立側，無需對間隔條44、45不同成型並簡化主體30的組裝。
主體30也可以包括頂板67和底板68，所述頂板67和底板68之間夾著板對40和交錯的的翅片42以及間隔條44、45。在例示的實施例中，頂板67具有一對用於接收埠 34、36的開口，同時底板68沒有任何開口以便封閉集合管54、56。在其它實施例中，埠 34、36中的一個(例如，入口 34)可以延伸穿過頂板67中的開口，並且埠 34、36中的另一個(例如，出口 36)可以延伸穿過底板68中的開口，或者，埠 34、36都可以延伸穿過底板68。在圖2例示的實施例中，頂板67與最上方板對40接合併且底板68與最下方板對40接合。在其它實施例中，翅片42被支撐在頂板67與最上方板對40之間，並且/或者翅片42可以被支撐在最下方板對40之間。在其它實施例中，頂板67可以被取消而且最上方板對40可以形成主體30的頂面，並且/或者底板68可以被取消而且最下方板對40可以形成主體30的底面。在圖3例示的實施例中，板47、48中的每個均包括邊緣凸起70和多個縱向凸起72、74、76、78和80，所述縱向凸起72、74、76、78和80從邊緣凸起70開始在內部延伸以與板對40的其它板47、48配合而限定出具有多通道A、B、C、D、E和F的冷卻劑流徑49，以與穿過主體30的進氣流徑46形成交叉流。此外，彎曲的凸起82設置在相鄰通道A-E的末端之間以隨著冷卻劑流的均勻分布而幫助將冷卻劑流從一個通道引導到下一個。如圖3所示，縱向凸起72、74、76、78和80和彎曲凸起82限定出穿過每個板對40的迂迴冷卻劑流徑49。在其它實施例中，板47、48的一個或兩者可以具有凸起，所述凸起具有其它結構和相對走向以提供迂迴冷卻劑流徑49。在其它實施例中，板47、48的一個或兩者可以具有其它縱向突出和/或彎曲突出，一個或多個突出可以焊接、釺焊或銅焊到板47、48的一個或兩者以至少部分地限定出冷卻劑流徑49。在一些實施例中，板47、48的一個或兩者可以包括數個凸起的酒窩狀凸起84、86，以強化板47、48之間的連接並且/或者作為對冷卻劑流的擾流器。雖然對於板47、48示出了一種形式，應該明白，對於板47、48還存在許多可能的形式，並且對於每個具體應用所選的特定形式將取決於數個參數。例如，在一些應用中，可能期望少一些或多一些多通道A-F。類似地，在一些實施例中，可能期望取消或改良凸起82、84和86。如圖I和圖2所示，進氣入口槽和進氣出口槽32、33每個分別具有邊緣輪邊90、92，所述邊緣輪邊90、92分別與主體30的空氣側邊緣94、96相對應並緊密配合，所述主體30由頂板和底板67、68的邊沿、間隔條44、46、和板對40的相應末端所限定，所述板對40圍繞穿過主體30的空氣流徑46的入口和出口側。相應的邊緣90、94和92、96可以以一種合適的方式結合，比如焊接、釺焊或銅焊，以便將邊緣90、94和92、96密封在一起以阻止或限制來自換熱器10並圍繞流徑46的進氣流的洩露。在一些實施例中，密封或墊圈可以被放置在主體30與進氣入口槽32之間，和/或主體30與進氣出口槽34之間。同時，進氣入口槽和進氣出口槽32、33可以是任意適合的結構，在例示的實施例中，進氣入口槽和進氣出口槽32、33被示出為由適合的材料製成的鑄件或模塑品，其中，進氣入口槽32具有成型在其上的適合的進氣入口 100，並且進氣出口槽32具有成型在其上的適合的進氣出口 102。關於這一點，需要格外注意，間隔條44、46的使用幫助提供了邊緣表面，使得槽30、32可以以一種適合的方式與主體30緊密配合併結合。同時，任意適合的材料可以被用於換熱器10，在一些優選的實施例中，期望由鋁來製備槽32、33和用於主體30的組件，並且使用適合的銅焊、焊接或釺焊操作將換熱器10的所有組件結合在一起。主體30的例示結構的一個優點是，它可以通過簡單地增加或減少板對40和插入的翅片42以及間隔條44、45的數量而不需要改變主體30組件的組件構造，使得換熱器10具有不同尺寸。這在圖4中有例示，圖4示出了由7個板對40和相應數量的插入翅片42以及間隔條44、45製成的主體30。關於這一點，需要注意，優選調整進氣入口槽32和進氣出口槽32的尺寸以便它們的邊緣90、92與主體30的邊緣94、96 —致。在圖5-7例示的本發明的另一個實施例中，在主體30的一側，主體30並未安裝細長的間隔條45，而間隔條44被安裝在主體30的對立側。在沒有間隔條45的一側，側板101被設置並固定到頂板67和底板68，以及進氣入口槽32和進氣出口槽33，以便至少部分地限定出穿過主體30的進氣流徑。壁101連同頂板和底板67、68以及由細長間隔條44部分形成的壁104構成外殼，該外殼圍住進氣入口槽32和進氣出口槽33之間的空氣流徑46。板對40在大體垂直於壁104的方向上從壁104延伸進入空氣流徑46。通過將板對40固定到壁104而不是壁101，板對40可以經受與入口槽32和/或出口槽33熱膨脹不同的熱膨脹。在一些這種實施例中，最好見圖7，側板101可以與板對40的邊沿103分隔開。當換熱器10被用於一種應用時，S卩，板對40將經受超過入口槽32和/或出口槽33熱膨脹的熱膨脹時，這種設計是特別可取的。如圖7所進一步示出的，優選地，在一些實施例中，空氣側翅片42延伸到板對40的邊沿之外。當板101被組裝到換熱器10中時，一個或多個未結合到板47、48的捲曲105可以被壓緊，以提供具有總體上比空氣翅片42實質更小的開口面積百分比的區域。在這種情況下，沿壁101的進氣流動被阻撓，被引導的進氣轉而穿過空氣翅片42的這些與冷卻劑流徑49直接相鄰的部分。如圖7所示，空氣翅片42的這種延伸可以應用於換熱器主體30中空氣翅片42的單層或多層上的空氣翅片42。作為選擇或此外，可以通過在空氣入口槽32中設置流阻特徵阻撓沿壁101的空氣流動。在上文被描述以及在圖中被例示的實施例僅作為例子的形式呈現，並且不應作為對本發明的理念和原理的限制。同樣地，很明顯本領域普通技術人員還可以作出不同的變化。權利要求
1.一種換熱器,包括 入口槽，具有流體入口 ； 出口槽，具有流體出口 ； 外殼，連接入口槽和出口槽以在入口與出口之間至少部分地限定出第一流徑；和多個凸壓的板對，從外殼的第一壁延伸進入第一流徑並且與外殼的第一壁大體垂直，每個板對限定出迂迴的第二流徑，第一流徑延伸穿過每個第二流徑； 其中，外殼的所述第一壁包括多個插入所述多個凸壓板對的細長墊片。
2.如權利要求I所述的換熱器，其特徵在於 第一流體流徑為進氣提供流徑； 第二流體流徑為冷卻劑提供流徑；並且 熱量從沿第一流徑傳送的進氣傳遞到沿第二流徑傳送的冷卻剤。
3.如權利要求I所述的換熱器，其特徵在於進ー步包括沿第一流徑在兩個板對之間設置的波浪形翅片結構，所述板對中的ー個包括至少部分地結合到所述波浪形翅片結構的第一板，並且所述板對中的另ー個包括至少部分地結合到所述波浪形翅片結構的第二板。
4.如權利要求3所述的換熱器，其特徵在於多個凸壓的板對與外殼在所述第一壁對面的第二壁分隔開，以調節多個凸壓的板對與外殼之間熱膨脹的不同。
5.如權利要求4所述的換熱器，其特徵在于波浪形翅片結構的至少ー個捲曲通過與外殼的第二壁接觸而呈壓緊狀態設置。
6.ー種組裝進氣冷卻器的方法，該方法包括過程 凸壓多塊板； 將多塊板堆疊成板對以便每個板對的凸壓至少部分限定出冷卻劑流徑； 在板對之間插入多個細長墊片； 將堆疊的板對設置在外殼頂板與外殼底板之間； 將進氣入口槽固定到所述頂板、底板和細長墊片以接受進氣並將進氣分布到在相鄰板對之間限定出的流徑；和 將進氣出口槽固定到到所述頂板、底板和細長墊片以接受來自流徑的進氣。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於進ー步包括沿冷卻劑流徑在板對之間和凸壓之間形成多個路徑。
8.如權利要求7所述的方法，其特徵在於凸壓多個板包括沿多個板形成彎曲狀凸壓以至少部分地限定出多個路徑。
9.如權利要求6所述的方法，其特徵在於進ー步包括在所述凸壓之間使多個板微凹以形成沿冷卻劑流徑放置的擾流器。
10.如權利要求6所述的方法，其特徵在於凸壓多個板包括成形為沿至少ー個凸壓的板對形成的彎曲狀凸壓以限定出蜿蜒的流徑。
11.如權利要求6所述的方法，其特徵在於進ー步包括在兩個板對之間並且沿進氣流徑設置波浪形翅片。
12.如權利要求6所述的方法，其特徵在於在板對之間插入多個細長墊片包括在進氣入口槽和進氣出口槽之間，在由堆疊的板對形成的換熱器主體的對立兩側上設置多個細長墊片。
13.如權利要求6所述的方法，其特徵在於在板對之間插入多個細長的墊片包括密封堆疊板對的對立兩側。
14.如權利要求6所述的方法，其特徵在於細長墊片沿板對堆的第一邊沿設置，所述方法進ー步包括過程 設置與板對堆的第二邊沿相鄰的側板，所述第二邊沿對立於第一邊沿； 將側板固定到頂板和底板； 將進氣入口槽固定到側板；和 將進氣出口槽固定到側板。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於將側板固定到頂板和底板包括在側板與頂板之間形成焊接和在側板與底板之間形成焊接。
16.如權利要求14所述的方法，其特徵在於將進氣入口槽固定到頂板、底板、細長墊片和側板包括圍繞進氣入口槽的邊緣形成連續焊接的接縫。
17.如權利要求14所述的方法，其特徵在於將進氣出口槽固定到頂板、底板、細長墊片和側板包括圍繞進氣出口槽的邊緣形成連續焊接的接縫。
18.如權利要求14所述的方法，其特徵在於進ー步包括在兩個板對之間並且沿進氣流徑設置波浪形翅片，其中設置側板包括壓緊波浪形翅片的至少ー個捲曲。
全文摘要
本發明提供了一種用於在冷卻劑與進氣之間傳遞熱量的進氣冷卻器，包括進氣入口槽、與入口槽分隔開的進氣出口槽、連接入口槽和出口槽以限定出從入口槽到出口槽的進氣流徑的外殼、和多個從外殼的第一壁延伸進入進氣流徑並且與外殼的第一壁大體垂直的板對。每個板對可以為冷卻劑限定出多通道流徑。細長墊片可以設置在相鄰的板對之間以限定出外殼的第一壁。外殼可以包括對立於第一壁的第二壁，並且板對可以與第二壁分隔開，以便調節板對與外殼之間熱膨脹的不同。
文檔編號F28D1/03GK102695936SQ201080051963
公開日2012年9月26日 申請日期2010年6月21日 優先權日2009年9月16日
發明者B·A·韋爾, D·E·揚克, J·D·布朗, J·J·布朗, K·G·克拉博斯, R·M·梅爾比 申請人:摩丁製造公司