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CN103988042A - 用于热交换器的板和配备有这样的板的热交换器 - Google Patents

用于热交换器的板和配备有这样的板的热交换器 Download PDF

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CN103988042A
CN103988042A CN201280059742.0A CN201280059742A CN103988042A CN 103988042 A CN103988042 A CN 103988042A CN 201280059742 A CN201280059742 A CN 201280059742A CN 103988042 A CN103988042 A CN 103988042A
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N.瓦利
Y.诺丁
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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Abstract

本发明涉及一种板(4、12、14)，意图允许在与板(4、12、14)接触地流动的第一流体和第二流体之间进行热交换。板(4、12、14)构造为限定包括多个相继通路(71、72、73、74)的回路(8)，其中第一流体沿一个流动方向流动，从一个通路至下一个通路改变流动方向，每一个所述通路(71、72、73、74)具有用于第一流体的流动截面。根据本发明，称为上游通路的一个通路(71、72、73、74)的流动截面大于称为下游通路的另一通路(71、72、73、74)的流动截面，所述下游通路沿回路(8)中的第一流体的流动方向位于上游通路的下游。本发明还涉及一种配备有这样的板的热交换器。

Description

用于热交换器的板和配备有这样的板的热交换器
技术领域
本发明涉及用于热交换器的板和板式热交换器，特别是用于机动车辆。
背景技术
本领域中熟悉的是称为增压空气冷却器的交换器，其允许增压空气和冷却剂液体之间的热交换，所述增压空气意图供应车辆的发动机。它们包括热交换阵列，热交换阵列包括堆叠板，在所述堆叠板之间确定用于增压空气和用于冷却剂液体的交替的循环通道。
具有堆叠板的增压空气冷却器，诸如上述那些，是为人所熟悉的，其中每个板引导回路中的冷却剂液体，所述回路形成具有相同横截面的多个通路，且在所述通路内部，冷却剂液体沿正交于增压空气流的方向循环。冷却剂液体在每个通路中改变其循环方向。
冷却剂液体的温度随着其流动通过回路而增加，这带来其物理特性(特别是其密度和其粘度)的变化。当增压液体的物理特性改变时，增压的损失特波动。
在已经存在的方案中，通路的宽度在同一个回路中相同，且不适于前述增压损失的波动，其结果是有损于交换器的性能。
实际上，增压损失可以积极的方式有助于交换器的热效率，这是由于知晓增压损失越大，流的流动模式可更混乱，这有利于热交换，至少在一定限度内。
但是，用于冷却剂液体的循环的泵具有被限制的特征，本发明意图避免过度折中从车辆发动机获得的能量消耗。
因此在本发明的领域内已经建立了存在于冷却剂流体的物理特性改变的波动和通路的流动截面的尺寸改变之间的有利关系，以便减少回路中的总增压损失，而不会过度折中交换器的热性能。
发明内容
本发明还涉及一种板，意图允许在与板接触地循环的第一流体和第二流体之间进行热交换，所述板构造为限定包括多个相继通路的回路，在所述回路中，第一流体沿一流动方向循环，从一个通路至另一个通路改变其方向，每个通路具有用于第一流体的流动截面。
根据本发明，称为上游通路的一个通路的流动截面大于称为下游通路的另一通路的流动截面，下游通路沿所述回路中的第一流体的流动方向位于上游通路的下游。
因此，在第一流体流动通过回路时，该第一流体循环通过通路，所述通路的流动截面持续减少，其效果是保持由于温度增加造成的增压损失的波动。增压损失的系数则可沿回路的长度保持为相对恒定。
在增压空气冷却器的情况下，第一流体对应于冷却剂液体，第二流体对应于增压空气。
根据本发明的一个方面，所述板包括初始通路和最终通路，通路的流动截面从初始通路朝向最终通路从一个通路至另一个通路减小。它们例如以线性或成比例的方式减小。
根据本发明的另一方面，初始通路的流动截面比最终通路的流动截面大40至60％。
根据一个特定实施例，所述板包括四个通路，称为第一通路、第二通路、第三通路和第四通路，第一通路连接至进入回路的入口，第二通路连接至第一通路，第三通路连接至第二通路，而第四通路一方面连接至第三通路，另一方面连接至回路的出口。流动截面侧从第一通路直到第四通路连续减少。
有利地，第一通路的流动截面比第四通路的流动截面大5至15％。仍有利地，第二通路的流动截面比第三通路的流动截面大20至40％。特别地，第三通路的流动截面比第四通路的流动截面大5至15％。
根据一个说明性实施例，在限定第一通路的边沿之间的距离为30至35mm，在限定第二通路的边沿之间的距离为27至32mm，在限定第三通路的边沿之间的距离为22至25mm，和/或在限定第四通路的边沿之间的距离为20至23mm。特别地，限定通路的边沿彼此平行，从而通路的流动截面恒定。流动截面在与板的延伸平面垂直的平面中测量。
根据本发明的又一方面，通路包括用于中断流体流的挡板。
本发明还涉及热交换器，特别是用于机动车辆的热交换器，包括如前限定的板，至少两个所述板以板对的方式一个堆叠在另一个顶部上，使得两个板中的一个的回路是两个板中的另一个的回路的镜像。在此将理解的是，形成板对的两个板一个堆叠在另一个顶部上，使得它们的回路一起形成用于第一流体的循环通道。
附图说明
本发明的其他特征和优势将从阅读通过示例提供的说明性实施例的以下描述和以及参考附图而更加显而易见。在这些图中：
图1是示出根据本发明的热交换器的透视分解图，该热交换器包括具有四个通路的板；
图2是从包括四个通路的板的俯视图，意图示出根据本发明的不同通路的流动截面的不同。
具体实施方式
如图1中所示，本发明涉及热交换器1，该热交换器允许要被冷却的流体(特别是气体G)和冷却剂液体C之间的热交换。其可以是增压空气冷却器，在其内部，意图供应内燃发动机(例如机动车辆的发动机)的被压缩空气被冷却液体冷却，冷却液体特别是水和乙二醇的混合物。
交换器1包括用于热交换的阵列2，所述阵列2由堆叠板4构成，在堆叠板之间确定用于要被冷却的流体G和用于冷却液体的交替的回路6、8。在该情况下，阵列具有大致平行六面体的形状，且具有用于要被冷却的流体的出口表面10和相对的入口表面(此处未示出)。其在堆叠的两侧结束于称为上板的板12和称为下板的板14。
交换器1可还包括壳体5、阵列2位于该壳体5中。其在板之间将要被冷却的流体从阵列的入口表面引导至出口表面。在该情况下，其由两个侧壁18、上壁20和下壁22构成，每一个侧壁18抵靠板4、12、14的侧边缘16、16'，上壁与上板12接触，下壁与下板14接触。上壁20可设置有开口24、26，所述开口允许冷却剂液体C进出通过阵列2。
交换器1可还包括出口和/或入口管连接件28、30，用于冷却剂液体与设置在壳体中的所述开口24、26连通。
交换器的不同组成部件例如由铝或铝合金制成。特别地，它们钎焊至彼此。
每个板4、12、14包括底部31，该底部31例如基本上是平面，被结束于平坦表面34的周边边沿32围绕，允许板钎焊至彼此。用于冷却剂液体的回路8一方面通过所述周边边沿32限定，另一方面通过一个或多个中央边沿60、60'限定，例如从板的底部31的材料得到的中央边沿。
板4、12、14被组在一起成对，且经由它们的平坦部34和/或边沿60、60'组装。以该方式，同一对板的一个上板4和一个下板4的回路彼此互补，以构成用于冷却剂液体C的循环通道。换句话说，板4因此成对地堆叠，以使得两个板中的一个的用于冷却剂液体C的回路8对着同一对两个板的另一个的用于冷却剂液体C的回路8，以便形成用于冷却剂液体C的循环通道。用于要被冷却的流体的循环的回路6设置在对着两个相邻的板4对的两个板4之间。
在所示示例中，堆叠的上板12和下板14与壳体的上壁20和下壁22组装，以便限定用于冷却剂液体的循环通道。
板4、12、14具有细长矩形的总体形状，例如，具有两个大边和两个小边，每个板包括两个突起38，第一个突起38具有进入用于冷却剂液体C的循环通道8的入口42，另一个突起38具有来自用于冷却剂液体C的循环通道的出口40。
突起38沿板4、12、14的同一个小边定位。它们在这里被用于冷却剂液体C的通过的开口50穿过，且它们意图与一个相邻板4的突起38接触，以分别形成用于冷却剂流体C的入口集管器44和出口集管器(此处未示出)。入口集管器44例如经由壳体的开口26排放至入口管连接件30中，和/或例如出口集管器经由壳体的出口开口24排放至出口管连接件28中。
换句话说，冷却剂流体经由入口管连接件30进入阵列，且随后在用于冷却剂液体的循环的回路8中的板4之间经由入口集管器44分配。其随后流到用于冷却剂液体C的循环的回路8中，从它们的入口42直到它们的出口40，在那里其穿入到出口集管器中。其随后通过出口管连接件30离开交换器。
两个板4对之间的突起38在它们之间确定用于要被冷却的流体的循环回路6的高度。
入口集管箱和出口集管箱(此处未示出)可适于壳体的周边，以传递和去除要被冷却的流体。
交换器可还包括副交换器表面，例如插入在用于要被冷却的流体G的循环的回路6内部的板4之间的波浪形挡板。这些挡板允许要被冷却的液体G的流动被中断，以使得改善两种流体之间的热交换。
每个板4、12、14包括例如波浪部52，其布置在用于冷却剂流体C的循环的回路8的内部。这些波浪部52在构成用于冷却剂液体C的出口集管器和出口集管器44的凹部38和板4、12、14的第二纵向端之间延伸。波浪部52例如从板4、12、14的底部31的材料得到，特别是通过深拉板4、12、14。
由板4、12、14限定的回路8使得可以将冷却剂液体C引导进入数量为n个的相继的通路，在该情况下数量为四个，其中冷却剂液体进入至回路8中的入口42和从回路8的出口40。两个相邻通路例如由板4、12、14的边沿32、60、60'分隔开。
通路沿延伸方向平行于彼此布置，在该情况下延伸方向为板的大边。它们可还设置为一个在一个之后串联。
边沿60、60'因此沿板4的大边取向，以便限定用于冷却剂液体C的循环的每个回路8的每个通路内部的冷却剂液体的蜿蜒的循环。一些边沿60从设置有突起38的边缘16朝向相对的边缘16'延伸，同时留出能够使流体从存在于边沿60的一侧上的通路流动至另一通路的通路。它们与边沿60'交替，所述边沿60'从设置有突起38的对着边缘16的边缘16'朝向设置有突起38的边缘16延伸，同时留出能够使流体从存在于边沿60的一侧上的通路流动至另一通路的通路。
在图1和2中所示的示例中，其中板设置有四个通路，可以观察到第一通路71，或初始通路71，从入口40延伸直到对着设置有突起38的边缘16的边缘16'；第二通路72，连接至第一通路，并从对着设置有突起38的边缘16的边缘16'延伸直到设置有突起38的边缘16；第三通路73，连接至第二通路，并从设置有突起38的边缘16延伸直到对着设置有突起38的边缘16的边缘16'；和第四通路，一方面连接至第三通路73，另一方面连接至出口42，从而其从对着设置有突起38的边缘16的边缘16'延伸直到设置有突起38的边缘16。
用于要被冷却的流体的循环的回路6内部的要被冷却的流体D的循环因此沿一方向发生，该方向大致垂直于冷却剂液体的流动方向，冷却剂液体从一个通路至另一个通路改变其流动方向。
图2中示出了根据本发明的板。这样的板具有沿通路的延伸方向的长度L和沿正交于通路的延伸方向的方向D的长度l。在交换器内部，方向D因此对应于要被冷却的流体的流动方向。以相同方式，在包括n个通路的板中，每个通路具有宽度ln，其对应于在限定该通路的两个边沿32、60、60'之间沿方向D的距离。因此，在所示示例中，第一通路71具有宽度l1，第二通路72具有宽度l2，第三通路具有宽度l3，第四通路74具有宽度l4。
根据本发明，称为上游通路的通路的流动截面大于称为下游通路的另一通路的流动截面，下游通路沿用于冷却剂液体的循环的回路8中的冷却剂流体的流动方向位于上游通路的下游。由于冷却剂液体从初始通路朝向最终通路流动，即在该情况下从第一通路71朝向第四通路74，流动截面从第一通路71朝向第四通路74减小。因此可还注意到增压损失/热性能比的优化。
通路的流动截面通过其宽度乘以限定其的边沿32、60、60'的高度限定。由于边沿32、60、60'在该情况下基本上彼此平行，且具有相同高度，通路宽度的比较在其余描述中等同于每个通路的流动截面的比较。
根据本发明的一个方面，第一通路71的宽度11比第二通路72的宽度l2大5至15％。
在该情况下，第二通路的宽度l2比第三通路73的宽度l3大20至40％。
第三通路73的宽度l3例如比第四通路74的宽度l4大5至15％。
在一个说明性实施例中，初始通路(在该情况下为第一通路71)的宽度比最终通路(在该情况下为第四通路74)的宽度大40至60％。
在图2中所示的示例中，板4、12、14的宽度l特别地等于120mm，且其长度L例如等于200mm。在该情况下，第一通路71的宽度l1特别地为30至35mm之间，第二通路72的宽度l2例如为27至32mm之间，第三通路73的宽度l3特别地为22至25mm之间，且第四通路74的宽度l4有利地为20至23mm之间。

Claims (10)

1.一种板(4、12、14)，意图允许在与板(4、12、14)接触地流动的第一流体和第二流体(C、G)之间进行热交换，所述板(4、12、14)构造为限定回路(8)，所述回路(8)包括多个相继的通路(71、72、73、74)，在所述通路中，第一流体(C)沿一个流动方向流动，从一个通路至另一个通路改变其流动方向，每一个所述通路(71、72、73、74)具有用于第一流体(C)的流动截面，其特征在于，称为上游通路的一个通路(71、72、73、74)的流动截面大于称为下游通路的另一通路(71、72、73、74)的流动截面，所述下游通路沿回路(8)中的第一流体的流动方向位于上游通路的下游。
2.如权利要求1所述的板(4、12、14)，所述板(4、12、14)包括初始通路(71)和最终通路(74)，通路(71、72、73、74)的流动截面从初始通路(71)朝向最终通路(74)从一个通路至另一个通路减小。
3.如权利要求2所述的板(4、12、14)，其中，初始通路(71)的流动截面比最终通路(74)的流动截面大40至60％。
4.如前述权利要求中的任一项所述的板(4、12、14)，所述板(4、12、14)包括四个通路(71、72、73、74)，称为第一通路(71)、第二通路(72)、第三通路(73)和第四通路(74)，第一通路(71)连接至进入回路(8)的入口(42)，第二通路(72)连接至第一通路(71)，第三通路(73)连接至第二通路(72)，且第四通路(74)一方面连接至第三通路(73)而另一方面连接至回路的出口(40)。
5.如权利要求4所述的板(4、12、14)，其中，第一通路(71)的流动截面比第二通路(72)的流动截面大5至15％。
6.如权利要求4或5所述的板(4、12、14)，其中，第二通路(72)的流动截面比第三通路(73)的流动截面大20至40％。
7.如权利要求4至6中任一项所述的板(4、12、14)，其中，第三通路(73)的流动截面比第四通路(74)的流动截面大5至15％。
8.如权利要求4至7中任一项所述的板(4、12、14)，其中，在限定第一通路(71)的边沿(38、60)之间的距离为30至35mm之间，在限定第二通路(72)的边沿(60、60')之间的距离为27至32mm之间，在限定第三通路(73)的边沿(60、60')之间的距离为22至25mm之间，和/或在限定第四通路(74)的边沿(60、38)之间的距离为20至23mm之间。
9.如前述权利要求中的任一项所述的板(4、12、14)，在所述板内部，通路(71、72、73、74)包括用于流体流动的挡板(52)。
10.一种热交换器(1)，特别是意图用于机动车辆，包括如前述权利要求中任一项所述的板(4)，至少两个所述板(4)以板对的方式一个堆叠在另一个顶部上，使得两个板(4)中的一个的回路(8)是两个板(4)中的另一个的回路(8)的镜像。
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