熱交換器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】熱交換器
[0001]本發(fā)明涉及一種尤其用于汽車(chē)的內(nèi)燃機(jī)的熱交換器，其具有至少兩個(gè)能供導(dǎo)熱的流體流通的冷卻元件和至少一個(gè)布置在所述冷卻元件之間并且能供冷卻空氣流通的流動(dòng)通道。
[0002]汽車(chē)通常配設(shè)有至少一個(gè)熱交換器，其用于將在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的廢熱排放到周?chē)h(huán)境中。也稱(chēng)為水冷卻器的熱交換器通常布置在汽車(chē)的前部區(qū)域中并且通過(guò)含有冷卻劑的流體與內(nèi)燃機(jī)熱學(xué)耦連。
[0003]為了將內(nèi)燃機(jī)的廢熱排放到周?chē)h(huán)境中，使空氣流流過(guò)熱交換器。所述空氣流例如在行駛中通過(guò)汽車(chē)的行駛運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生或者可以在汽車(chē)行駛較慢或者靜止時(shí)由風(fēng)扇產(chǎn)生或增強(qiáng)。
[0004]常用的如在DE10 2010 027 053 Al中公開(kāi)的熱交換器具有多個(gè)可供導(dǎo)熱流體流通的并且設(shè)計(jì)為管的冷卻元件，它們彼此平行地在熱交換器的迎流面的平面上延伸。在可供流體流通的冷卻元件之間布置有薄片，它們與冷卻元件熱學(xué)耦連并且同時(shí)提供盡可能大的面積，以便將廢熱從流體中排放到空氣流或環(huán)境空氣中。
[0005]在此，熱交換器具有多個(gè)彼此平行地延伸并且設(shè)計(jì)為管的冷卻元件。在熱交換器裝入到汽車(chē)內(nèi)的情況下，冷卻元件在由汽車(chē)橫向和汽車(chē)高度方向形成的平面內(nèi)延伸，也就是平行于汽車(chē)橫向地延伸。因此，通過(guò)冷卻元件導(dǎo)引的導(dǎo)熱流體基本上沿汽車(chē)橫向流動(dòng)，而通過(guò)薄片在冷卻元件之間的流動(dòng)通道內(nèi)導(dǎo)引的吸熱的冷卻空氣沿汽車(chē)縱向流動(dòng)。導(dǎo)熱流體的流動(dòng)方向與冷卻空氣的流動(dòng)方向彼此垂直地定向。
[0006]為了提供對(duì)于內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行來(lái)說(shuō)充足的冷卻效率，對(duì)于已知的熱交換器規(guī)定了相對(duì)較大的結(jié)構(gòu)形狀。在此，熱交換器基本上將整個(gè)在汽車(chē)前部區(qū)域中可供使用的、沿汽車(chē)橫向和汽車(chē)高度方向延伸的面用作迎流面。用于汽車(chē)結(jié)構(gòu)在構(gòu)造和幾何形狀上的規(guī)定，前部區(qū)域內(nèi)可供使用的面并且因此熱交換器的迎流面是有限的。由此，熱交換器的冷卻效率也是有限的。如果熱交換器的迎流面由于幾何形狀或結(jié)構(gòu)上的規(guī)定改變而必須縮小或者應(yīng)在汽車(chē)中安裝效率更高的并且由此產(chǎn)生更多廢熱的內(nèi)燃機(jī)，則通過(guò)可供使用的迎流面產(chǎn)生的熱交換器冷卻效率則可能不再足夠用于確保充分的冷卻和內(nèi)燃機(jī)的無(wú)干擾運(yùn)行。
[0007]在此背景下，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，將本文開(kāi)頭所述類(lèi)型的熱交換器設(shè)計(jì)為，使得其在迎流面相同的情況下具有更好的冷卻效率。
[0008]該技術(shù)問(wèn)題按本發(fā)明通過(guò)一種按照權(quán)利要求1所述特征的熱交換器解決。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的特別適宜的擴(kuò)展設(shè)計(jì)。
[0009]按照本發(fā)明規(guī)定一種熱交換器，其中，流動(dòng)通道這樣在兩個(gè)冷卻元件之間延伸，使得冷卻空氣在流動(dòng)通道內(nèi)的流動(dòng)方向平行于導(dǎo)熱的流體在兩個(gè)冷卻元件內(nèi)的流動(dòng)方向延伸。通過(guò)將放熱流體的流動(dòng)方向與吸熱流體的流動(dòng)方向彼此平行地布置，延長(zhǎng)了流體將所吸收的熱量傳遞至冷卻空氣的路徑。在本文開(kāi)頭所述的現(xiàn)有技術(shù)中，流體和冷卻空氣的流動(dòng)方向彼此垂直地布置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以將更多熱量從流體排放至冷卻空氣。由此，熱交換器在迎流面相同的情況下具有更好的冷卻功率或更好的效率，因此熱交換器在冷卻功率相同的情況下具有比迄今使用的熱交換器更小的迎流面。
[0010]在此，流體和冷卻空氣的流動(dòng)方向可以沿相同的方向延伸。然而本發(fā)明的一種特別有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)規(guī)定，冷卻空氣在流動(dòng)通道內(nèi)的流動(dòng)方向沿著與導(dǎo)熱的流體在兩個(gè)冷卻元件內(nèi)的流動(dòng)方向相反的方向延伸。由于導(dǎo)熱的流體和吸熱的冷卻空氣沿相反的方向流過(guò)彼此，所以在流體和冷卻空氣之間總是存在溫度差，因此能夠?qū)⒘黧w熱負(fù)載的很大一部分傳遞至冷卻空氣。
[0011]熱交換器的冷卻功率的進(jìn)一步改進(jìn)由此實(shí)現(xiàn)，S卩，所述冷卻元件分別具有至少兩個(gè)并排布置的并且沿導(dǎo)熱流體的流動(dòng)方向延伸的流體通道。由此增大了流體和冷卻空氣之間的熱傳遞面積并且可以將更多熱量從流體排放至冷卻空氣。
[0012]在此業(yè)已證明特別適宜的是，所述流體通道設(shè)計(jì)為，使得導(dǎo)熱的流體在至少一個(gè)第一流體通道內(nèi)的流動(dòng)方向沿著冷卻空氣的流動(dòng)方向的方向延伸，并且導(dǎo)熱的流體在第二流體通道內(nèi)沿著與冷卻空氣的流動(dòng)方向相反的方向延伸。在這種情況下，冷卻元件的流體通道的端部區(qū)域至少部分地通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置在流體技術(shù)上相連。通過(guò)轉(zhuǎn)向裝置可以使待冷卻的流體在冷卻元件內(nèi)部一次或多次地轉(zhuǎn)向，從而幾乎可將流體的所有熱負(fù)載傳遞至冷卻空Ho
[0013]此外業(yè)已證明對(duì)于流體和冷卻空氣之間的熱傳遞有利的是，所述冷卻元件的朝向流通的流體的表面具有壓印成型部和/或在所述冷卻元件中布置有導(dǎo)流的裝置，尤其是導(dǎo)板。由此增大了冷卻元件的表面并且改善了熱傳遞。附加地可以通過(guò)壓印成型部或通過(guò)布置在冷卻元件內(nèi)的導(dǎo)板、嵌入物或渦流器這樣影響流體在冷卻元件中的流動(dòng)，使得冷卻元件內(nèi)的總流通路徑延長(zhǎng)。
[0014]此外規(guī)定，所述冷卻元件設(shè)計(jì)為水平或者垂直布置的板并且彼此平行地布置。在垂直布置的板中，導(dǎo)熱流體可以良好地均勻分布在各單獨(dú)板上。這附加地使導(dǎo)熱或放熱的流體的壓力損失減小。
[0015]按照本發(fā)明的另一特征在于，所述板這樣傾斜于水平平面或者垂直平面布置，使得空氣流在進(jìn)入流動(dòng)通道之前的迎流方向與冷卻空氣在流動(dòng)通道內(nèi)的流動(dòng)方向形成鈍角。通過(guò)適當(dāng)?shù)夭贾冒?，在可供使用的結(jié)構(gòu)空間相同的情況下延長(zhǎng)了流體和冷卻空氣之間的熱傳遞路徑。汽車(chē)的空氣動(dòng)力學(xué)特性和熱交換器的冷卻功率根據(jù)鈍角的大小改變。在由汽車(chē)的行駛運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空氣流在進(jìn)入流動(dòng)通道之前的迎流方向與冷卻空氣在流動(dòng)通道內(nèi)的流動(dòng)方向形成125°至145°之間的角度的情況下，板的斜率提供了在空氣動(dòng)力學(xué)特性和熱交換器的冷卻功率方面的最佳結(jié)果。
[0016]業(yè)已證明特別適宜的是，兩個(gè)在其間形成流動(dòng)通道的板在流體技術(shù)上相互連接并且具有用于導(dǎo)熱流體的共同的入口和共同的出口，其中，所述入口布置在板的朝向流動(dòng)通道的冷卻空氣輸出面的一側(cè)上，并且出口布置在板的朝向流動(dòng)通道的冷卻空氣輸入面的一側(cè)上和/或入口相對(duì)于水平平面布置在板的上部區(qū)域中并且出口布置在板的下部區(qū)域中。
[0017]用于將廢熱排放到環(huán)境空氣中的特別大的表面也由此形成，S卩，在流動(dòng)通道內(nèi)布置有薄片，它們與冷卻元件熱學(xué)耦連。
[0018]在另一獨(dú)立的方面中，本發(fā)明還涉及一種汽車(chē)，其具有內(nèi)燃機(jī)和熱交換器，所述熱交換器用于將在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的廢熱排放到周?chē)h(huán)境中。在此，熱交換器如前所述地設(shè)計(jì)。
[0019]本發(fā)明可以具有大量的實(shí)施形式。為了進(jìn)一步說(shuō)明其基本原理，在附圖中顯示并且在以下描述其中一個(gè)實(shí)施形式。在附圖中:
[0020]圖1以俯視圖示出汽車(chē)，其具有布置在前部區(qū)域內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)和按照本發(fā)明的熱交換器；
[0021 ]圖2在側(cè)視圖中示出汽車(chē)的前部區(qū)域的強(qiáng)烈簡(jiǎn)化的原理圖；
[0022]圖3示出圖1和圖2所示的熱交換器的強(qiáng)烈簡(jiǎn)化的原理圖；
[0023]圖4以立體圖示出熱交換器的第一實(shí)施形式；
[0024]圖5以立體圖示出熱交換器的第二實(shí)施形式；
[0025]圖6示出具有相對(duì)于水平平面傾斜布置的冷卻元件的第三實(shí)施形式；
[0026]圖7示出熱交換器的板的立體剖視圖。
[0027]圖1以俯視圖示出汽車(chē)I，其具有布置在前部區(qū)域2內(nèi)的內(nèi)燃機(jī)3和熱交換器4，而圖2以側(cè)視圖示出前部區(qū)域2的簡(jiǎn)化原理圖。
[0028]內(nèi)燃機(jī)3和熱交換器4這樣布置在汽車(chē)I的發(fā)動(dòng)機(jī)艙5中，使得熱交換器4沿汽車(chē)I的行駛方向6處于內(nèi)燃機(jī)3之前。為了將在內(nèi)燃機(jī)3運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的廢熱排放到周?chē)h(huán)境中，內(nèi)燃機(jī)3通過(guò)具有冷卻劑的流體與設(shè)計(jì)為水冷卻器的熱交換器4熱學(xué)耦連。導(dǎo)熱的流體在內(nèi)燃機(jī)3運(yùn)行期間導(dǎo)入熱交換器4內(nèi)并且將所吸收的熱量排放到同樣引入熱交換器4內(nèi)的冷卻空氣中。通過(guò)汽車(chē)I沿行駛方向6的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生具有與行駛方向6相反的迎流方向7的空氣流并且通過(guò)熱交換器4的迎流面8引入熱交換器內(nèi)。
[0029]圖3示出按照本發(fā)明的熱交換器4的強(qiáng)烈簡(jiǎn)化的原理圖，所述熱交換器具有兩個(gè)平行布置的冷卻元件9和在冷卻元件之間延伸的流動(dòng)通道10。沿迎流方向7指向熱交換器4的迎流面8的空氣流被引入流動(dòng)通道10內(nèi)并且作為冷卻空氣11流過(guò)流動(dòng)通道10。在此，冷卻空氣11具有流動(dòng)方向12，其平行并且相反于流過(guò)冷卻元件9的流體14的流動(dòng)方向13延伸。冷卻元件9可以相對(duì)于水平平面(xy平面)重疊地(圖3和圖4)或者并排