具有旁通區(qū)域的熱交換器板的制作方法
【專利摘要】用于熱交換器(50)的板(30)，所述板(30)意圖與熱交換器(50)的另一板(30)堆疊以形成一對(duì)板(30)，該對(duì)板設(shè)計(jì)為允許要被冷卻的流體在所述板(30)之間循環(huán)，板(30)具有稱為交換區(qū)域(ZE)的區(qū)域和稱為旁通區(qū)域(ZBP)的區(qū)域，交換區(qū)域意圖促進(jìn)與流體的熱交換，旁通區(qū)域能允許流體繞過(guò)所述交換區(qū)域，板(30)特征在于，其還裝置(36、37)，所述裝置源自板(30)處且構(gòu)造為迫使流體循環(huán)通過(guò)交換區(qū)域(ZE)。
【專利說(shuō)明】具有旁通區(qū)域的熱交換器板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的熱交換器板，這種熱交換器的板的芯部和備有這樣的芯部的熱交換器。特別涉及增壓空氣冷卻器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]包括渦輪增壓器的用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的且稱為渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)常見(jiàn)。為了工作，這種渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)可以由用于空氣進(jìn)入的系統(tǒng)或由用于空氣和排氣的混合物進(jìn)入的系統(tǒng)供給，所述排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置收集排氣，稱為再循環(huán)排氣。表述用于發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣以下用于表示來(lái)自用于空氣進(jìn)入的系統(tǒng)的空氣和來(lái)自用于空氣和再循環(huán)排氣進(jìn)入的系統(tǒng)的混合物兩者。
[0003]為了增加用于發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓空氣的密度，現(xiàn)有技術(shù)中常見(jiàn)的是通過(guò)熱交換器，也稱為增壓空氣冷卻器(RAS)，來(lái)冷卻所述增壓空氣。
[0004]首先，主要采用管和插件類型的的增壓空氣冷卻器，允許在管內(nèi)循環(huán)的增壓空氣和來(lái)自車(chē)輛外部且在管之間循環(huán)的空氣流之間的交換。
[0005]還已經(jīng)提出包括由一堆疊加板形成的芯部的熱交換器，允許增壓空氣和冷卻劑流體(通常是液體)之間的熱交換。板采用包括兩個(gè)橫向端口的矩形伸長(zhǎng)板的形式。堆疊板替換地形成用于要被被冷卻的增壓空氣的循環(huán)通道和用于冷卻劑流體的循環(huán)通道。
[0006]要被冷卻的增壓空氣經(jīng)由熱交換器的側(cè)面中的一個(gè)(稱為上游面)進(jìn)入熱交換器，在這種方式在用于要被冷卻的增壓空氣的循環(huán)通道中循環(huán)，以通過(guò)與位于上方和下方的板的接觸而被冷卻，冷卻劑流體在所述板內(nèi)循環(huán)。然后，被冷卻的增壓空氣經(jīng)由相對(duì)的側(cè)面(稱為下游面)離開(kāi)交換器。表述“上游”和“下游”也用在其余的描述中，以分別表述熱交換器芯部中用于增壓空氣流的入口和出口。
[0007]為了使冷卻劑流體在熱交換器內(nèi)部循環(huán)，用于冷卻劑流體的入口通道和收集通道設(shè)置在芯部的一部分中。因此當(dāng)板層疊時(shí)，板包括凸起邊緣，在他們的兩個(gè)端口的周?chē)?，垂直于板的平面延伸，以這種方式形成這些用于冷卻劑流體的入口通道和收集通道。
[0008]然而，對(duì)應(yīng)于用于冷卻劑流體的入口通道和收集通道的熱交換器芯部的部分不參與熱交換。因此可以觀察到意圖促進(jìn)與流體的熱交換的交換區(qū)域和允許流體繞過(guò)該交換區(qū)域的區(qū)域(被稱為旁通區(qū)域)，該旁通區(qū)域?qū)?yīng)于用于冷卻劑流體的入口通道和收集通道形成的區(qū)域。更具體地，位于端口周?chē)目臻g允許來(lái)自芯部上游的未冷卻、或未充分冷卻的增壓空氣朝向芯部的下游循環(huán)，這帶來(lái)熱性能方面的大大不便。
[0009]已熟悉圖1示出的裝置10，包括壁12，該壁12附連于交換器的側(cè)上游面14，并且允許增壓空氣流的一部分被阻止在旁通區(qū)域的水平處進(jìn)入交換器的芯部。然而這種裝置不令人滿意，特別由于組裝原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了改善情況，本發(fā)明涉及用于熱交換器的板，所述板意圖與熱交換器的另一板層疊以形成一對(duì)板，其布置為允許要被冷卻的流體在所述板之間循環(huán)。所述板具有稱為熱交換區(qū)域的區(qū)域和稱為旁通區(qū)域的區(qū)域，所述交換區(qū)域意圖促進(jìn)與流體的熱交換，旁通區(qū)域能允許流體繞過(guò)所述熱交換區(qū)域，板特征在于，其還包括源自板的另外的裝置，所述裝置構(gòu)造為迫使流體在熱交換區(qū)域中循環(huán)。
[0011]因此旁通區(qū)域通過(guò)源自板的裝置建立。這些裝置在制造板的時(shí)候相應(yīng)地建立并且不再需要附連于芯部，與先前方案中的情況一樣。
[0012]優(yōu)選地，源自板的裝置延伸于板的平面垂直。這樣的構(gòu)造有助于流體朝向交換區(qū)域循環(huán)。
[0013]有利地，板為面板形式，包括兩個(gè)上游和下游邊緣，并且在旁通區(qū)域中包括用于冷卻劑流體的入口端口和用于所述冷卻劑流體的收集端口，源自板的裝置包括上游分隔件和/或下游分隔件，上游分隔件從板的上游邊緣延伸并且構(gòu)造為阻止流體在入口端口的水平處循環(huán)，下游分隔件從板的下游邊緣延伸并且構(gòu)造為以阻止流體在收集端口的水平處循環(huán)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，上游分隔件和/或下游分隔件的長(zhǎng)度沿上游和/或下游邊緣的方向等于或大于端口的最大尺寸。因此要被冷卻的流體全部導(dǎo)向交換區(qū)域，其使得熱交換更加高效。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，板是矩形的，并且具有兩個(gè)長(zhǎng)邊緣和兩個(gè)短邊緣，所述長(zhǎng)邊緣限定所述上游和下游邊緣，入口端口和收集端口在靠近一個(gè)短邊緣的區(qū)域中穿通。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，上游和下游分隔件平行。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，上游和下游分隔件具有傾斜遠(yuǎn)邊緣。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，源自板的裝置包括在入口端口和收集端口之間延伸的中央分隔件。
[0019]本發(fā)明還涉及一種芯部，該芯部包括如上限定的多個(gè)板，所述板一個(gè)在另一個(gè)頂部上堆疊，以使得形成一對(duì)的兩相鄰板限定用于要被冷卻的流體的循環(huán)通道，并且兩個(gè)不同且相鄰對(duì)的兩個(gè)板形成用于冷卻劑流體的循環(huán)通道。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，同一對(duì)板的兩個(gè)板的分隔件重疊。
[0021]有利地，紊流器設(shè)置在同一對(duì)板的兩個(gè)板之間，以這種方式促進(jìn)要被冷卻的流體和冷卻劑流體之間的熱交換，所述紊流器具有的高度基本上等于分隔件高度。
[0022]本發(fā)明也涉及一種熱交換器，包括如上限定的芯部。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)參考附圖的以下描述呈現(xiàn)，附圖通過(guò)非限制例子提供。相同的參考標(biāo)記賦予相同的部件。
[0024]圖1，在上面已經(jīng)評(píng)述，是熱交換器的芯部的常見(jiàn)板的頂視圖。
[0025]圖2是常見(jiàn)熱交換器的局部分解透視圖。
[0026]圖3是根據(jù)本發(fā)明的板的透視圖。
[0027]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一對(duì)板的透視圖，紊流器插入在板之間。
[0028]圖5是根據(jù)本發(fā)明的一對(duì)板的橫截面局部視圖，示出一個(gè)板的分隔件與另一個(gè)板的分隔件的疊置。[0029]圖6是包括根據(jù)本發(fā)明的多對(duì)板的熱交換器的透視圖。
[0030]圖7是根據(jù)本發(fā)明的一對(duì)板的局部透視圖，包括用于冷卻劑液體的入口端口和收集端口之間的分隔件。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖2描述了常見(jiàn)熱交換器20，其具有常見(jiàn)板芯部21。應(yīng)該注意到，根據(jù)本發(fā)明的板可以用于該類型的交換器中，代替常用板。
[0032]這樣的熱交換器20允許要被冷卻的流體和冷卻劑流體之間的熱交換。在余下的描述中，要被冷卻的流體是空氣。這對(duì)本發(fā)明的范圍不具有任何限制的效果，在另外類型的熱交換器中，要被冷卻的流體可以是另外的氣體。
[0033]圖2中示出的熱交換器20包括:
[0034]-上壁22，包括用于冷卻劑流體的入口管23a和用于所述冷卻液體的收集管23b，
[0035]-兩個(gè)側(cè)壁24a和24b，
[0036]-一個(gè)敞開(kāi)側(cè)上游面(不可見(jiàn))和一個(gè)敞開(kāi)側(cè)下游面26，
[0037]-下壁，和
[0038]-芯部21，包括多對(duì)板25，所述板25在下壁和上壁22之間一個(gè)在另一個(gè)頂上地堆疊。
[0039]這樣的芯部21允許增壓空氣和冷卻劑流體(通常是液體)之間的熱交換。為了這個(gè)目的，堆疊板25交替地形成用于要被冷卻的增壓空氣的循環(huán)通道和用于冷卻劑流體的循環(huán)通道。更特別地，同一對(duì)的兩個(gè)板25形成用于要被冷卻的增壓空氣的循環(huán)通道，兩個(gè)不同且相鄰對(duì)的兩個(gè)板25形成用于冷卻劑流體的循環(huán)通道。
[0040]為了使得冷卻劑流體在交換器20的芯部21的板25之間循環(huán)，用于冷卻劑流體的入口通道和收集通道設(shè)置在芯部21的一部分中。
[0041]交換器20的入口管23a和收集管23b分別允許用于冷卻劑流體的循環(huán)通道中的冷卻劑流體的進(jìn)入和收集。
[0042]為了讓要被冷卻的空氣進(jìn)入，用于要被冷卻的空氣的入口箱28可以安裝在熱交換器20的敞開(kāi)側(cè)上游面上。類似地，為了收集空氣(在已經(jīng)通過(guò)熱交換器20的板之間的其通道冷卻后)，用于被冷卻空氣的收集箱29可以安裝在熱交換器20的敞開(kāi)側(cè)下游面上。
[0043]因此冷卻劑流體通過(guò)入口管進(jìn)入熱交換器，在入口通道內(nèi)部循環(huán)，在用于該流體的循環(huán)通道中堆疊的板對(duì)之間循環(huán)，并且然后通過(guò)收集通道以及隨后收集管從交換器離開(kāi)。
[0044]為了消除現(xiàn)有技術(shù)中先前提到的一些缺點(diǎn)，本發(fā)明涉及用于熱交換器的芯部的板30，如圖3所示。這樣的板30在此呈現(xiàn)為是矩形伸長(zhǎng)板的形式，其在平面P中沿縱向軸線X延伸并且包括上部面(31a)、下部面(不可見(jiàn))、兩個(gè)端部31b和31c、用于冷卻劑流體的入口端口 32和用于冷卻劑流體的收集端口 34，入口端口 32和收集端口 34設(shè)置在靠近板30的一個(gè)端部31b的區(qū)域中。板呈現(xiàn)碗形式(在圖3中翻轉(zhuǎn))，入口端口 32和收集端口 34與碗的底部連通，以限定一個(gè)或多個(gè)用于冷卻劑流體的循環(huán)通道。
[0045]板30在用于冷卻劑流體的入口端口 32周?chē)ㄟ吘?3，邊緣33垂直于板30的平面P延伸。類似地，板30在用于冷卻劑流體的收集端口 34周?chē)ㄟ吘?5，邊緣35垂直于板30的平面P延伸。邊緣33和邊緣35允許分別用于冷卻劑流體的入口通道和收集通道垂直于板的平面P形成，通過(guò)堆疊板30形成芯部的高度。
[0046]板30具有稱為交換區(qū)域的區(qū)域ZE和稱為旁通區(qū)域的區(qū)域ZBP，區(qū)域ZE意圖促進(jìn)空氣和冷卻劑流體之間的熱交換，區(qū)域ZBP能允許空氣繞過(guò)所述交換區(qū)域ZE。
[0047]在圖3示出的根據(jù)本發(fā)明的板30中，源自板的裝置構(gòu)造為迫使交換區(qū)域ZE內(nèi)部的流體的循環(huán)。在此它們表現(xiàn)為以下形式:
[0048]-上游分隔件36，具有長(zhǎng)度L，從板30的邊緣、基本垂直于板30的平面P、在端口32的水平處、沿垂直于板30的縱向軸線的軸線延伸，和
[0049]-下游分隔件36，具有長(zhǎng)度L，從板30的邊緣、基本垂直于板30的平面P、在端口34的水平處、沿垂直于板30的縱向軸線的軸線延伸。
[0050]因此旁通區(qū)域ZBP在上游分隔件36和下游分隔件37之間延伸。交換區(qū)域在板30的剩余部分上延伸。并且阻止空氣在所述旁通區(qū)域ZBP的水平處通過(guò)。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)板30可以一個(gè)在另一個(gè)頂部上組裝，如圖4中所示，作為一對(duì)板，以這種方式形成用于要被冷卻的空氣流F的循環(huán)通道。更具體地，如圖3中示出的板30可以倒置和設(shè)置在如圖3中所示的另一個(gè)非倒置的板30上，以這種方式形成所述對(duì)。應(yīng)該注意到從端口的輪廓垂直于板30的平面P延伸的邊緣33和35的尺寸在同一對(duì)板的兩個(gè)板之間可以不同，以這種方式使得當(dāng)兩個(gè)板作為單個(gè)對(duì)組裝時(shí)它們互補(bǔ)并且裝配在一起以形成入口和收集通道。
[0052]如圖4中所示，內(nèi)部插入件或紊流器40，例如在組裝前，可以被插入一對(duì)板30的兩個(gè)板30之間。這樣的紊流器40允許改善熱交換。
[0053]旁通區(qū)域ZBP基本由上游分隔件36和下游分隔件37以及組裝為一對(duì)板30的兩個(gè)板30之間產(chǎn)生的空間限定。交換區(qū)域ZE在組裝為一對(duì)板30的兩個(gè)板30之間基本由用于空氣循環(huán)的空間限定，紊流器40插入其中。
[0054]如圖5中所示，其是垂直于一對(duì)組裝板30的板30的縱向軸線X的橫截面視圖，非別為分隔件36和37的遠(yuǎn)端36'和37'可以構(gòu)造為使得分隔件36和37疊置、重疊或容易地裝配在一起。
[0055]為了這個(gè)目的，分隔件36和37例如可以呈現(xiàn)傾斜遠(yuǎn)邊緣。在圖5中，遠(yuǎn)端36'朝向由兩個(gè)板30的組件限定的空間的內(nèi)部彎曲，并且遠(yuǎn)端37'朝向由兩個(gè)板30的組件限定的空間的外部彎曲。因此，當(dāng)兩個(gè)板重疊以組裝為一對(duì)板30時(shí)，遠(yuǎn)端36'和37'的反向彎曲使兩個(gè)板30的組裝更容易。
[0056]為了相同的目的，同一板30的分隔件36和37相對(duì)于所述板30的縱向軸線X不對(duì)稱。因此，當(dāng)同一對(duì)板的兩個(gè)相同板30彼此相對(duì)時(shí),其中一個(gè)板相對(duì)于另一個(gè)板繞縱向軸線X旋轉(zhuǎn)180°，一個(gè)板的分隔件36相對(duì)于另一個(gè)板的分隔件37沿板30的短邊的方向偏置，這有利于它們的重疊。
[0057]如圖6中所示，當(dāng)所述一對(duì)板30安裝在熱交換器50中時(shí)，空氣流F從上游朝向下游穿過(guò)芯部52，在每對(duì)板30之間，芯部52限定用于要被冷卻的空氣的循環(huán)通道，以這種方式通過(guò)在兩個(gè)不同對(duì)的板30之間在每個(gè)用于冷卻劑流體的循環(huán)的通道內(nèi)部循環(huán)冷卻劑流體而被冷卻。
[0058]由板30的材料制成的分隔件36和37通過(guò)堆疊板30而形成上游壁(不可見(jiàn))和下游壁54，上游壁允許空氣流F在熱交換器50的側(cè)上游面的水平處被阻止，下游壁54允許空氣流F在熱交換器50的側(cè)下游面的水平處被阻止。因此上游和下游壁54防止芯部的旁通區(qū)域的水平處的空氣循環(huán)。交換區(qū)域ZE被限定在芯部的上游和下游部分之間，其敞開(kāi)用于要被冷卻的空氣的循環(huán)。
[0059]應(yīng)該注意的是，在圖6中，入口管23a和收集管23b為了清楚僅部分示出，并且熱交換器50的下壁51可見(jiàn)。
[0060]在所描述的實(shí)施例中，源自板的構(gòu)造為迫使流體在交換區(qū)域ZE中循環(huán)的裝置設(shè)置在熱交換器50的上游面和下游面26上。在本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例中，源自板的裝置例如可僅設(shè)置在熱交換器50的上游面上。
[0061]在圖7中示出的實(shí)施例中，板70包括中央分隔件，中央分隔件在入口端口 74和收集端口 76之間延伸，形成用于冷卻劑流體的循環(huán)通道。該中央分隔件在這種情況下由兩個(gè)板70a和70b的材料制成，并且包括基本垂直于板70a和70b延伸的兩個(gè)凸起邊緣71a和71b，以這種方式阻止交換區(qū)域ZE和旁通區(qū)域ZBP之間的空氣流。中央分隔件進(jìn)一步包括凸起邊緣72a和72b，以增進(jìn)入口端口 74和收集端口 76之間交換區(qū)域ZE和旁通區(qū)域ZBP之間的流動(dòng)的阻止。
[0062]板70b的碗形裝形成部73，布置為引導(dǎo)入口端口 74和收集端口 76之間的冷卻劑流體，也可以從該圖中獲知。
[0063]板30以及芯部的其余部分有利地由金屬制成，例如鋁和/或鋁合金制成。
【權(quán)利要求】
1.用于熱交換器(50)的板(30)，所述板(30)意圖與熱交換器(50)的另一板(30)堆疊以形成的一對(duì)板(30)，所述對(duì)板布置為允許要被冷卻的流體在所述板(30)之間循環(huán)，板(30)具有稱為交換區(qū)域(ZE)的區(qū)域和稱為旁通區(qū)域(ZBP)的區(qū)域，所述交換區(qū)域意圖促進(jìn)與流體的熱交換，所述旁通區(qū)域能允許流體繞過(guò)所述交換區(qū)域，板(30)特征在于，其還包括源自板(30)的裝置(36、37)，所述裝置構(gòu)造為迫使流體在交換區(qū)域(ZE)中的循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板，其中源自板(30)的裝置(36、37)垂直于板(30)的平面(P)延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的板，所述板(30)是面板形式，包括兩個(gè)上游和下游邊緣，并且在旁通區(qū)域中包括用于冷卻劑流體的入口端口(32)和用于所述冷卻劑流體的收集端P (34)，源自板(30)的裝置(36,37)包括上游分隔件(36)和/或下游分隔件(37)，所述上游分隔件(36)從板(30)的上游邊緣延伸并且構(gòu)造為阻止流體在入口端口(32)的水平處循環(huán)，所述下游分隔件(37)從板(30)的下游邊緣延伸并且構(gòu)造為阻止流體在收集端口(34)的水平處循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的板，其中板(32)是矩形的并且具有兩個(gè)長(zhǎng)邊緣和兩個(gè)短邊緣，所述長(zhǎng)邊緣限定所述上游和下游邊緣，入口端口(32)和收集端口(34)在靠近一個(gè)短邊緣的區(qū)域中穿通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的板，其中上游分隔件(36)和/或下游分隔件(37)的長(zhǎng)度(L)沿長(zhǎng)邊緣方向等于或大于端口(32、34)的最大尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中任一項(xiàng)所述的板，其中上游分隔件(36)和下游(37)分隔件是平行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項(xiàng)所述的板，其中上游和下游分隔件(36、37)具有傾斜遠(yuǎn)邊緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任一項(xiàng)所述的板，其中源自板的裝置交替地包括或另外地包括在入口端口(74)和收集端口(76)之間延伸的中間分隔件(71a、71b)。
9.板的芯部(52)，包括多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的板(30、70a、70b)，所述板一個(gè)在另一個(gè)頂部上堆疊，以使得兩個(gè)相鄰板(30、70a、70b)形成一對(duì)，限定用于要被冷卻的流體的循環(huán)通道，并且兩個(gè)不同且相鄰對(duì)的兩個(gè)板(30、70a、70b)形成用于冷卻劑流體的循環(huán)通道。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的芯部，其中同一對(duì)板的兩個(gè)板(30、70)的分隔件(36、37)重疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的芯部，其中紊流器(40)設(shè)置在同一對(duì)板(30、70)的兩個(gè)板(30、70a、70b)之間，以促進(jìn)要被冷卻的流體和冷卻劑流體之間的熱交換，所述紊流器(40)具有的高度基本等于分隔件(36、37、71a、71b)的高度。
12.熱交換器(50)，包括根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的芯部(52)。
【文檔編號(hào)】F28D9/00GK103890525SQ201280032751
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月30日
【發(fā)明者】L·奧迪拉德, J-P·加爾蘭德, S·德維德克斯, D·奧內(nèi)蒂 申請(qǐng)人:法雷奧熱系統(tǒng)公司