專利名稱：管狀增壓空氣冷卻器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于將熱從一種流體傳遞到另一種流體的管狀熱交換器，并且特別是涉及具有管狀芯體的增壓空氣冷卻器。
背景技術：
管狀熱交換器已知的是用于各種場合中?，F(xiàn)有技術中包括幾種管狀熱交換器的例子，其中，管具有可為帶肋或者波紋狀的以增強熱傳遞的內外熱交換表面。這種帶肋或者波紋狀管可通過擠壓而形成相對較復雜的形狀。例如，美國專利No.3887004(Beck)描述了一種同心管式熱交換器，它具有外管狀殼體和優(yōu)選是通過擠壓而制成的內花鍵管。如Beck的圖8所示，優(yōu)選地是將翅片狀的結構設于所述花鍵管內。
同樣已經提出了構造一種管狀增壓空氣冷卻器，它包括具有兩個同心層的擠壓鋁件，其中所述兩個同心層由徑向花鍵所間隔，以為第一流體提供流道。第二流體流經形成于管的外表面上的機加工凹槽。
現(xiàn)在需要一種簡化、重量輕的管狀熱交換器結構，該熱交換器結構避免使用復雜的擠壓和機加工部件。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種熱交換器，它包括具有外表面的外管和容納于外管內并且與外管同心的內管。在內管和外管之間形成有軸向流體流道。熱交換器還包括與軸向流道流體連通的第一進口和第一出口，第一進口和第一出口在軸向上彼此間隔。至少一個周向流體流道形成于殼體和外管之間的環(huán)形空間內。波紋狀的條形翅片布置于每一所述至少一個周向流體流道內，并且所述條形翅片包括若干列波紋狀皺折，波紋狀皺折包括頂部、底部和連接頂部和底部的側壁，至少一些波紋狀皺折的底部與外管接觸。
在另一方面，本發(fā)明提供了一種熱交換器的芯體，它包括具有外表面的外管和容納于外管內并且與外管同心的內管。在內管和外管之間形成有軸向流體流道。熱交換器還包括與軸向流道流體連通的第一進口和第一出口，第一進口和第一出口在軸向上彼此間隔。至少一個周向流體流道形成于殼體和外管之間的環(huán)形空間內。波紋狀的條形翅片布置于每一所述至少一個周向流體流道內，并且所述條形翅片包括若干列波紋狀皺折，波紋狀皺折包括頂部、底部和連接頂部和底部的側壁，至少一些波紋狀皺折的底部與外管接觸。


現(xiàn)在結合附圖僅通過例子對本發(fā)明進行說明，其中附圖圖1為本發(fā)明的優(yōu)選增壓空氣冷卻器的透視圖，其中一個端部接頭與殼體分離，以將芯體暴露；圖2為將端部接頭去除后的圖1中的增壓空氣冷卻器的端部視圖；圖3為沿圖1的線3-3’的軸向剖視圖；圖4為沿圖1的線4-4’的軸向剖視圖；圖5為圖1中熱交換器芯體的單獨局部剖視圖；圖6為本發(fā)明第二優(yōu)選實施例的熱交換器的局部剖視的側視圖；圖7為圖6中所示的熱交換器的優(yōu)選形式的外管和若干隔板的透視圖；圖8為本發(fā)明第三優(yōu)選的熱交換器的一端的側剖視圖；圖9為本發(fā)明第四優(yōu)選的熱交換器的一端的側剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參看附圖，其中類似的附圖標記表示類似的部件，圖1至5示出了第一優(yōu)選熱交換器10。該熱交換器10包括殼體12和芯體14。在附圖中，各附圖中類似的附圖標記表示類似的部件。熱交換器10優(yōu)選地被用作增壓空氣冷卻器，其中空氣被優(yōu)選是液體冷卻劑的流體冷卻。本發(fā)明的增壓空氣冷卻器優(yōu)選地可被用于汽車或運載工具中，其中渦輪增壓或者機械增壓(super charging)與內燃機結合使用。本發(fā)明的增壓空氣冷卻器的其它應用包括燃料電池發(fā)動機的供氣系統(tǒng)。然而，將要理解的是，相反地，該熱交換器可用于加熱空氣，或者用于加熱或冷卻除了空氣以外的流體，并且可用于固定發(fā)動機以及運載工具的發(fā)動機中。
殼體12包括具有基本上為圓筒形內表面18的側壁16(圖2)。該殼體12還包括進口20和出口22，其中空氣或其它流體在箭頭A的方向上通過所述進口進入到熱交換器10內，并且此流體在箭頭B的方向上通過所述出口離開熱交換器10。進口20和出口22從殼體12上突出并且在周向上彼此間隔。在附圖所示的特殊實施例中，進口20和出口22在周向上以大約180度間隔。將要理解的是，進口和出口的間隔可根據(jù)熱交換器10的構造而發(fā)生改變。
進口20通過進口集流腔24與殼體12的內部連通，其中進口集流腔24以軸向延伸的凹槽的形式形成于側壁16內。進口集流腔24如圖所示包括具有矩形剖面的凹槽。出口22通過類似形狀的出口集流腔26與殼體12的內部連通。雖然集流腔24、26所示為矩形形狀，但是將要理解的是，集流腔24、26可為任何適當?shù)钠拭嫘螤?，例如半圓形。優(yōu)選地，集流腔24、26沿著殼體12的整個長度方向軸向延伸，并且與殼體12一體成型。然而，應該理解的是，集流腔24、26可僅沿著殼體12的一部分長度延伸。
殼體12還包括一對端部接頭28、30。端部接頭28包括進口開口32和帶孔連接法蘭34，其中所述進口開口32用于第二流體在箭頭C方向上的軸向流動，而端部接頭28通過所述法蘭34固定到側壁16的端面36上。類似地，端部接頭30包括出口開口38和帶孔連接法蘭40，其中所述出口開口38用于第二流體在箭頭D方向上的軸向流動，而端部接頭30通過所述法蘭40固定到側壁16的相對端面42(未示出)上。如圖1所示，進口端部接頭28的4個孔44與端面36的4個孔46對齊，然后通過螺紋緊固件(未示出)或者類似物將端部接頭28固定到端面36上。
芯體14緊密地容納在殼體12內，并且雖然芯體14與殼體12之間的接觸并不是必要的，但是優(yōu)選地還是芯體14與殼體12的內表面18接觸。芯體14包括具有外表面52和內表面54的外管50和容納在外管50內并與之同心的內管56，內管56具有外表面58和內表面60。
如圖所示，環(huán)形空間62位于內、外管50和56之間。環(huán)形空間62優(yōu)選地在管50和56的整個長度上軸向延伸并且限定了流體軸向流過熱交換器10的流道64。芯體14還包括容納于軸向流道64內的波紋狀條形翅片66，其作為渦流增強裝置以增強熱交換，并且同時還用作內外管50和56之間的隔片。條形翅片66基本上占據(jù)了整個流道64。將要理解的是，設置條形翅片66是優(yōu)選的，但是并不是本發(fā)明的必要特征。作為替代，還可采用陷穴或者葉片將管50和56間隔開，正如以下在三流體熱交換器中所討論的那樣。
通過軋制和/或壓制金屬薄板或者帶而制成條形翅片66。在將其切割至適當長度(軸向)和/或寬度(周向)后，將其成卷并插入到管之間的環(huán)形空間內。根據(jù)形成條形翅片66的板或者帶的尺寸，必要的是將一段或多段條形翅片66插入到環(huán)形空間62內，以基本上占據(jù)整個流道64。
條形翅片66優(yōu)選地可具有如美國專利No.Re.35890(So)中所披露的形式，此專利的全部內容被并入以供參考。在優(yōu)選的熱交換器10中，條形翅片66以“低壓降”的構造布置于流體流道64內，也就是說，具有以周向延伸的列70布置的波紋狀皺折68，和由軸向上的波紋狀皺折開口限定的孔78。雖然并不是那么優(yōu)選的，但是應該理解的是，條形翅片可布置成“高壓降定向”(未示出)，即具有軸向延伸的波紋狀皺折68的列70和在周向上開口的孔。
每一波紋狀皺折68包括頂部72、底部74和連接頂部和底部72、74的側壁76。在附圖所示的優(yōu)選實施例中，波紋狀皺折68具有大致呈矩形或者梯形的形狀，并且頂部72、底部74和側壁76基本上是平的。然而，將要理解的是，波紋狀皺折68替代地可以是圓的或者具有任何其它適當?shù)男螤?。如圖所示，皺折66的相鄰列70相對于彼此大約偏移50％，從而在使壓降最小的情況下，使熱傳遞最大化。
在優(yōu)選的熱交換器10中，液體冷卻劑軸向流過條形翅片66的孔78。為了增強熱交換，內管56可膨脹，以使波紋狀皺折68的頂部72與外管50的內表面54進行密切的熱交換接觸，并且使波紋狀皺折68的底部74與內管56的外表面58進行密切的熱交換接觸?？商鎿Q地，條形翅片66可采用硬焊或者粘結(bond)的方式分別固定到外管50和內管56的表面54和58上。這將在不用必需內管56膨脹的情況下獲得密切的熱接觸。
為了在流經熱交換器10的兩流體之間獲得有效的熱傳遞，在進口32和出口38之間流動的至少部分流體必須流經軸向流體流道64。在附圖所示的優(yōu)選實施例中，與進口32最接近的內管56的端部具有計量帽(metering cap)48，計量帽48具有至少一個校準開口49，以允許軸向流動流體中的受控部分也流過內管56的內部80。將要理解的是，計量帽48替代地可被設于接近于出口38的內管56的端部處。在一些優(yōu)選實施例中，可去除校準開口49，從而計量帽48完全防止流體進入到管56的內部80?？商鎿Q地，管56的端部可設有旁通閥(未示出)，旁通閥在一定條件，例如在預定的溫度或者壓力條件下，可允許部分流體流經內管56的內部80。雖然就效率方面而言并不是較優(yōu)選的，但是理想的是使管56端部敞開，以允許流體自由地流經管56的內部80。
如圖所示，環(huán)形空間82也設于殼體側壁16的內表面18和外管50的外表面52之間。環(huán)形空間82軸向地沿著管50、56的整個長度方向延伸，并且限定了一個或多個使流體周向流經環(huán)形空間82的流道。每一周向流體流道在進口20和出口22之間周向地延伸，并且基本上在管50、56的整個長度上軸向延伸。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，設置有4個周向流體流道84、86、88和90。徑向向內的一對流體流道84、86沿著外管50的外表面52周向延伸，并且徑向向外的一對流體流道88、90沿著殼體16的內表面18周向延伸。因此，優(yōu)選的熱交換器10的周向流體流道84、86、88和90布置成兩層。正如下面更為詳述的那樣，在本發(fā)明的熱交換器中，允許和鼓勵層之間的連通。然而，將要理解的是，本發(fā)明的熱交換器可僅由單層的、介于外管和殼體之間的周向流體流道構成，或者由大于兩層的且介于外管和殼體之間的周向流體流道構成。將要理解的是，需要調整條形翅片的高度，以允許環(huán)形空間82容納多于或少于兩層。
周向流體流道84、86、88和90基本上分別完全被波紋狀條形翅片92、94、96和98占據(jù)。正如和上述的條形翅片66一樣，條形翅片92、94、96和98用作渦流增強裝置以增強熱交換，并且還用作外管50和殼體14之間的隔片。通過軋制和/或壓制金屬薄板或者帶而制成條形翅片92、94、96和98。在將其切割至適當長度(周向)和/或寬度(軸向)后，將其插入到外管50和殼體14之間的環(huán)形空間82內。根據(jù)形成條形翅片92、94、96和98的帶或者板的寬度，必要的是每一流道具有超過一個的各個條形翅片92、94、96和98。
條形翅片92、94、96和98優(yōu)選具有相同的構造，并且因此相同的附圖標記用于描述每一翅片的各個特征。此外，條形翅片92、94、96和98可具有上述So的專利中所披露的形式。在優(yōu)選的熱交換器10中，波紋狀條形翅片92、94、96和98的每一個都包括若干成列102布置的波紋狀皺折100。每一波紋狀皺折100包括頂部104、底部106和連接頂部和底部104、106的側壁108。在附圖所示的優(yōu)選實施例中，波紋狀皺折100具有正弦曲線形，并帶有光滑圓形的頂部104和底部106。然而，將要理解的是，波紋狀皺折100可以是任何適當?shù)男螤?，包括大致的三角形、矩形或者梯形，并且?yōu)選的是可具有與條形翅片66的波紋狀皺折相同的形狀。如圖所示，波紋狀翅片100的相鄰列102相對于彼此偏移大約50％。
在優(yōu)選的熱交換器10中，條形翅片92、94、96和98以“低壓降”的構造布置于周向流體流道84、86、88和90內，也就是具有以軸向延伸的列102布置的波紋狀皺折100，和由在周向上的波紋狀皺折開口限定的孔110。作為替代，條形翅片92、94、96和98可優(yōu)選布置為“高壓降定向”(未示出)，即具有周向延伸的波紋狀皺折100的列102和在軸向上開口的孔110。
不論條形翅片92、94、96和98如何定向，要被冷卻的流體，優(yōu)選為空氣，周向地流經殼體12的進口20和出口22之間的周向流體流道84、86、88和90。
如圖所示，徑向向內的一對條形翅片92、94占據(jù)著徑向向內的周向流道84、86，并且徑向向外的一對條形翅片96、98占據(jù)著徑向向外的周向流道88、90。在附圖所示的熱交換器10中，一層板材112被夾置于內條形翅片92和外條形翅片96之間，并且一層板材114被夾置于內條形翅片94和外條形翅片98之間。板材112、114層優(yōu)選地基本與條形翅片92、94、96和98共同延伸，以防止內和外條形翅片“嵌套”(nesting)。板材112、114層由熱傳導材料優(yōu)選的是金屬板制成。更優(yōu)選的是，在熱交換器10的部件是通過硬焊結合的情況下，板材112、114層優(yōu)選是包括硬焊板，其中該硬焊板具有鋁芯并且在其兩側上包覆有鋁基的硬焊合金，所述合金在硬焊操作過程中被液化以形成焊料。該焊料在板材112、114和內外條形翅片92、94、96和98之間形成硬焊結合，從而提供緊密的接觸和優(yōu)化的熱交換。還優(yōu)選的是，內條形翅片92和94硬焊于外管50的外表面52上，以進一步增強熱交換。
相鄰條形翅片92、94、96和98層之間的板材112、114層優(yōu)選地可被構造為允許在外流道88、90和內流道84、86之間流通。為此，板材112、114層可具有如圖5所示的孔124。將要理解的是，這些孔不必是規(guī)則的形狀或者具有與孔124相同的外觀，只要它們能夠防止外條形翅片96、98與內條形翅片92、94發(fā)生嵌套并且允許內流道84、86與外流道88、90之間流通即可。還將要理解的是，孔124和板112、114在硬焊的過程中可略微變形。在其它優(yōu)選實施例中，板材112、114例如可包括金屬網(wǎng)或者可包括薄的未穿孔的板，其中所述未穿孔板在硬焊操作期間部分地熔化而發(fā)生變形，從而有效地在層之間形成孔。在另外的優(yōu)選實施例中，板材112、114可包括犧牲嵌件，在裝配期間，犧牲嵌件將兩層條形翅片隔開，但是在硬焊期間，它將熔化并且部分或者完全消失。這種板材112、114優(yōu)選地是單獨由硬焊焊料制成，該焊料一般完全熔化，以在條形翅片層之間形成硬焊焊料。
如圖所示，每一波紋狀條形翅片92、94、96和98具有一對周向間隔的邊緣116、118，其中邊緣116接近于進口集流腔24，而邊緣118接近于出口集流腔26。接近于進口集流腔24的內條形翅片92、94的邊緣116如同外條形翅片96、98的邊緣116一樣彼此間隔。邊緣116之間的間隔形成了基本上沿著管50的整個長度軸向延伸的開式通道120，其在周向上的寬度優(yōu)選地與集流腔24、26的寬度基本相同，其高度等于外管50的外表面52和殼體側壁16的內表面18之間的徑向距離。條形翅片92、94、96和98的相對邊緣118類似地相間隔，以在出口集流腔26處形成類似尺寸的通道122。
通道120、122的設置確保了周向流道84、86、88、90的端部與殼體進口20和出口22連通，由此確保了將要被冷卻的流體有效地分配到周向流道84、86、88、90內。
在優(yōu)選的熱交換器10中，條形翅片92、94、96、98的邊緣116和118、通道120、122以及集流腔24、26基本上沿著熱交換器的整個長度延伸。然而，將要理解的是，這并不是本發(fā)明的必要特征。例如，集流腔24、26和通道120、122可僅設于殼體進口20和出口22的區(qū)域內，同時環(huán)形空間82的其它部分完全被具有上述翅片92、94、96、98結構的波紋狀條形翅片填充。下面結合附圖6對這種類型的結構的例子進行說明。在條形翅片布置為高壓降定向的情況下，由于流體趨于軸向流經波紋狀皺折100內的孔110，因此，在沿著熱交換器的長度方向上可獲得有效的軸向流動分布。
在優(yōu)選的熱交換器10中，在進口和出口20、22以及各自的集流腔24、26彼此以大約180度間隔的情況下，通過進口20進入環(huán)形空間82的流體，優(yōu)選是空氣，將被分成兩個方向。一部分流體流經外管50一側周圍的流道84、88，另一部分流體將流經管50相對側周圍的流道86、90，并且這兩部分流體將在出口集流腔26處匯合以通過出口22流出。
雖然在優(yōu)選的熱交換器10中，進口20和出口22之間的周向間隔大約為180度，但是將要理解的是，該周向間隔是可變化的并且取決于熱交換器所需的形狀和構造。此外，將要理解的是，如圖6所示，殼體進口20和出口22可相對于彼此而軸向間隔。在這種類型的熱交換器150中，可設置用于使將要被冷卻的流體沿著具有軸向和周向部分的路徑例如螺旋或者正弦曲線路徑而行進的裝置。在圖6優(yōu)選的熱交換器150中，進口20和出口22接近于管(未示出)的相對端布置，其中芯體14和殼體12之間的環(huán)形空間82的基本上整個區(qū)域由以單層或者多層布置的波紋狀條形翅片152(僅以虛線示出了輪廓)填充。如圖6示意性地示出的那樣，環(huán)形空間82還具有周向流動導向件154，以使得將要被冷卻的流體周向流動。流動導向件優(yōu)選地可包括條形翅片的皺折或者其它變形，或是徑向擋板。這些在下文進一步描述。流動導向件154將要被冷卻的流體以圖6的箭頭方向引導，從而當流體軸向地在進口和出口之間流動時，使得流體進行許多次周向流動。
在2001年3月13日頒發(fā)的美國專利6199626(Wu等)、于2001年6月12日頒發(fā)的美國專利6244334(Wu等)、于2002年1月22日頒發(fā)的美國專利6340053(Wu等)以及于2001年8月14日頒發(fā)的美國專利6273183(So等)中披露了通過折皺和類似方法使條形翅片變形。這里將它們的內容全部引入。
圖7示出了熱交換器150’，它包括優(yōu)選形式的熱交換器150，其中流動導向件包括C形的擋板160。為了簡化的目的，圖7僅示出了熱交換器150’的外管50和C形擋板160。根據(jù)下面的討論，將要理解的是，熱交換器150’的芯體優(yōu)選地還包括上述熱交換器芯體14的附加部件。熱交換器150’的殼體(未示出)優(yōu)選地與圖6中所示的類似，其中進口20和出口22在軸向上彼此間隔。
如圖7所示，若干軸向間隔的擋板160沿著外管50布置。擋板160的內周稍大于外管50的外周，以便緊緊地安裝在外管50的外表面52上。擋板160的高度(內周和外周的差值)基本上與芯體和殼體之間的環(huán)形空間82(未示出)的高度相同。如上所述，擋板為C形，在C形的相對端部之間具有大致為90度的間隙162。如圖7的彎曲的箭頭所示，流經環(huán)形空間82的流體被迫流經這些間隙162。使相鄰擋板160各自的間隙優(yōu)選以大約180度相互偏移，這將導致流體沿著外管50軸向流動時，流體在周向上流動。雖然圖7未示出，但是布置為至少一層的條形翅片的部分優(yōu)選被完全地纏繞在相鄰擋板之間的外管50周圍，由此增強了與在管之間流動的流體的熱交換。管50的外表面52上的條形翅片可布置為高或低壓降定向。
雖然本文所示和描述的優(yōu)選熱交換器包括圓筒形管50、56和具有筒形側壁16的殼體12，但是將要理解的是，管50、56和殼體12可為其它適當?shù)男螤?。例如，?0、56和殼體12可具有從圓形和多邊形中選擇的相同或者不同的截面形狀。優(yōu)選的圓形包括圓形、卵形、橢圓形等，并且優(yōu)選的多邊形包括規(guī)則或不規(guī)則的多邊形，例如正方形、矩形、五邊形、六邊形等。管50、56之間的范圍內和外管50和殼體12之間范圍內的環(huán)形空間當然也可采取由管50、56和殼體12的形狀所決定的形狀。
雖然本文所示和所述的優(yōu)選熱交換器被構造成在兩種流體之間進行熱傳遞，但是將要理解的是，本發(fā)明的熱交換器還可構造成在三種流體之間進行熱傳遞。在這種熱交換器中，第一流體流經內管56的內部80，第二流體流經外管50和內管56之間的軸向流道64，并且第三流體流經殼體12和芯體14之間的環(huán)形空間82。在這種熱交換器的一個優(yōu)選實施例中，第一流體為動力轉向流體或者另一種齒輪油，例如為傳動流體或者液壓流體，第二流體為發(fā)動機冷卻劑，第三流體為發(fā)動機油。冷卻劑(第二流體)在大多數(shù)運載工具運行條件下將熱從第一和第三流體去除。另外，冷卻劑可在冷起動條件下將第一和第三流體加熱，和/或與適當?shù)呐酝ㄩy或者輔助冷卻回路一起調節(jié)油溫。
在內管56的內部80設置一種形式的湍流增壓器或者例如由鋁或者其它傳導材料制成的開室泡沫體，這能夠增強第一和第二流體之間的熱交換。某些類型的增強作用在采用粘性液體作為第一流體時特別重要。在采用傳導泡沫體的情況下，由于其優(yōu)化了與第二流體的熱交換，因此室開口尺寸朝泡沫體嵌件的外周增加的這樣一種室尺寸的徑向梯度是最優(yōu)選的。
可替換的，已知為“堵頭管(dead tube)”的附加的內管可被插入內管56的內部80并且與內管56同心。該堵頭管優(yōu)選地是在其一端或者兩端封閉，并且優(yōu)選地是通過一層渦流增強裝置，例如比如上述翅片66的條形翅片，或者其它例如為陷穴的間隔裝置，而與內管隔開。堵頭管迫使第一流體流經在堵頭管和內管56的內表面60之間產生的環(huán)形空間。這將增加第一流體的速度并且增強熱傳遞。在另一可替換的結構中，可設置葉片式嵌件，它使第一流體貼著內管56的內表面60渦旋而出，同樣提高了熱傳遞。
此外，在三種流體的熱交換器中的第二流體為發(fā)動機冷卻劑的情況下，通過條形翅片66在管50和56之間產生的渦流增強不是那么關鍵了，并且例如能夠由陷穴結構所替代。
最后，將要理解的是，由于三種流體熱交換器需要為第一和第二流體提供單獨的進口和出口，因此需要比接頭28、30更為復雜的端部接頭。同時還將要理解的是，流經熱交換器的三種流體流并不必由三種不同的流體構成。例如，第一流體和第三流體可相同，或者第一流體和第二流體可相同。
圖8示出了本發(fā)明又一優(yōu)選的熱交換器200。在熱交換器200中，殼體12為管狀結構，進口和出口集流腔24和26形成為向外突出的肋部，肋部在殼體12的端部附近中止。根據(jù)這個實施例，外管50做得比內管56和殼體12都要更長。在組裝時，殼體的端部202(僅僅示出了一個端部)發(fā)生變形從而與外管50的外表面52接觸，并且優(yōu)選地是通過硬焊或者粘結的方式與外管密封接合。除了附圖中所示形成的端部外，將要理解的是，外管50和殼體12的端部之間空間的類似的密封可通過環(huán)狀端帽(未示出)實現(xiàn)。端帽的內周將密封抵靠于外管上，并且外周將與殼體12的端部密封接合。
圖9示出了本發(fā)明的第四優(yōu)選熱交換器204，其中通過在殼體12內形成一個或多個冷卻通道206來提供額外的冷卻。在圖9的實施例中示出了兩個這樣的通道206。通過首先參照附圖1，并且特別是端部接頭28內的孔44和殼體內相應的孔46，能夠最好地理解附圖9。附圖9中的冷卻通道206可被看成相應于孔46，區(qū)別只是它們從一端向另一端延伸穿過殼體12。類似地，圖1中的孔44可被看作是對應于從接頭28的冷卻劑進口32向接頭28的密封面210延伸的冷卻劑通道208。此外，還要注意到，圖9的剖面并不是將熱交換器204對剖開，而是沿著延伸穿過位于殼體12的進口20側上的孔44和位于殼體12的出口22側上的直接相對的孔44的平面剖開的，這里請同時參照附圖1。
在熱交換器204中，大部分冷卻劑流通過進口32進入內管56和上述與熱交換器10相關的內外管56、50之間的環(huán)形空間。流過進口32的小部分冷卻劑流經冷卻劑通道208并且進入冷卻通道206，通過所述冷卻通道206，這部分冷卻劑流向熱交換器的另一端。優(yōu)選地，在殼體的另一端設置相同的接頭30，該接頭將冷卻劑從通道206導向出口38(未示出)。以這種方式，接頭28的法蘭34作為將冷卻劑越過空氣通道而輸送到殼體12的橋梁。如圖9所示與殼體12分離的接頭28優(yōu)選地是通過機械緊固件(未示出)或者通過硬焊密封于殼體12上。
雖然已經結合一些優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于此。相反，本發(fā)明包括那些落入到以下權利要求的范圍之內的在本發(fā)明范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種熱交換器，它包括(a)具有外表面的外管；(b)容納于外管內部并與外管同心的內管，其中，軸向流體流道形成于內管和外管之間；(c)與軸向流道流體連通的第一進口和第一出口，所述第一進口和第一出口在軸向上彼此間隔；(d)沿著外管的外表面形成的至少一個周向流體流道；(e)布置于所述至少一個周向流體流道的每一個內的波紋狀條形翅片，每一所述條形翅片包括若干列波紋狀皺折，每一波紋狀皺折包括頂部、底部和連接頂部和底部的側壁，至少一些波紋狀皺折的底部與外管接觸。
2.如權利要求1所述的熱交換器，其特征在于，每一所述條形翅片在熱交換器的第二進口和第二出口之間延伸。
3.如權利要求1所述的熱交換器，還包括(f)殼體，該殼體包括具有內表面的側壁，側壁包圍著外管，環(huán)形空間形成于側壁的內表面和外管的外表面之間，殼體還包括延伸穿過側壁的第二進口和第二出口，第二進口和第二出口在周向上彼此間隔；其中，所述至少一個周向流體流道被設于殼體和外管之間的環(huán)形空間內，所述至少一個周向流體流道在第二進口和第二出口之間延伸；和其中，每一周向流體流道的波紋狀條形翅片在第二進口和第二出口之間延伸。
4.如權利要求1至3中任一項所述的熱交換器，其特征在于，波紋狀條形翅片以低壓降的定向布置于周向流體流道內，波紋狀條形翅片內的波紋狀皺折列軸向地延伸通過周向流道，并且穿過波紋狀皺折的孔周向地延伸。
5.如權利要求2或3所述的熱交換器，其特征在于，波紋狀條形翅片以低壓降的定向布置于周向流體流道內，波紋狀條形翅片內的波紋狀皺折列軸向地延伸通過周向流道，并且穿過波紋狀皺折的孔周向地延伸；并且，每一波紋狀條形翅片具有一對周向間隔的邊緣，其中一個邊緣位于第二進口處，而另一個邊緣位于第二出口處；并且，沿著每一邊緣的波紋狀皺折的孔完全向第二進口或第二出口敞開。
6.如權利要求2或3所述的熱交換器，其特征在于，外管的外表面直接與第二進口和第二出口連通。
7.如權利要求2或3所述的熱交換器，其特征在于，第二進口和第二出口大約以180度在周向上彼此間隔，從而在進口和出口之間形成第一和第二周向流道，第一和第二流道從進口處分叉，在外管的相對側的周圍延伸，并且在出口處匯合。
8.如權利要求7所述的熱交換器，其特征在于，第一和第二流道的每一個都具有所述波紋狀條形翅片中的一個，每個條形翅片具有一對周向間隔的邊緣，其中一個邊緣位于第二進口處，而另一個邊緣位于第二出口處；一個條形翅片的邊緣在周向上與另一個條形翅片的邊緣相間隔，從而在第二進口和第二出口處的條形翅片之間形成間隙，外管在所述間隙處直接與第二進口和第二出口連通。
9.如權利要求8所述的熱交換器，其特征在于，所述間隙沿著外管的至少部分長度軸向延伸。
10.如權利要求3所述的熱交換器，其特征在于，至少一些波紋狀皺折的頂部與殼體的內表面接觸。
11.如權利要求1至3任一項所述的熱交換器，包括至少一個具有內條形翅片的徑向向內的周向流道，和至少一個具有外條形翅片的徑向向外的周向流道，內條形翅片和外條形翅片彼此熱接觸。
12.如權利要求11所述的熱交換器，其特征在于，流通建立在內外流道之間。
13.如權利要求12所述的熱交換器，其特征在于，內外流道之間的流通由熱傳導的、穿孔的板材層提供。
14.如權利要求13所述的熱交換器，其特征在于，熱傳導的板材包括穿孔的金屬板層，所述金屬板層與外條形翅片的至少一些波紋狀皺折的底部接觸，并且還與內條形翅片的至少一些波紋狀皺折的頂部接觸。
15.如權利要求14所述的熱交換器，其特征在于，金屬板的一個區(qū)域基本上與內外條形翅片共同延伸。
16.如權利要求1至3任一項所述的熱交換器，其特征在于，波紋狀條形翅片以高壓降定向布置于周向流體流道內，同時波紋狀條形翅片內的波紋狀皺折列周向地延伸通過周向流道，并且穿過波紋狀皺折的孔軸向延伸。
17.如權利要求1至3任一項所述的熱交換器，其特征在于，內管的內部被部分地阻擋，由此限制流體流過內管。
18.如權利要求17所述的熱交換器，其特征在于，內管部分地由設于內管端部處的計量帽所阻擋，所述計量帽具有至少一個孔，以允許流體流過內管。
19.如權利要求2或3所述的熱交換器，其特征在于，第二進口和第二出口在軸向上彼此間隔。
20.如權利要求1至3任一項所述的熱交換器，還包括流動導向件，以導引流體流過周向流體流道。
21.如權利要求20所述的熱交換器，其特征在于，所述流動導向件從由徑向延伸的擋板和皺折或者限制軸向流體流動的條形翅片內的其它變形所組成的組中進行選擇。
22.如權利要求2或3所述的熱交換器，其特征在于，內管的內部用于第一流體的流動，軸向流體流道用于第二流體的流動，并且所述至少一個周向流體流道用于第三流體的流動，熱交換器還包括第三進口和第三出口，第一流體通過第三進口進入熱交換器并且通過第三出口離開熱交換器。
23.如權利要求22所述的熱交換器，其特征在于，第一進口和第三進口形成在連接于殼體端部上的進口接頭上，第一出口和第三出口被設在連接于殼體相對端部上的出口接頭上，并且第二進口和第二出口被設在殼體上。
24.如權利要求3所述的熱交換器，其特征在于，軸向流體流道用于液體冷卻劑的流動，并且殼體具有至少一個用于該液體冷卻劑流動的冷卻劑通道。
25.如權利要求24所述的熱交換器，其特征在于，第一進口和第一出口被設于連接于殼體的相對端部上的各個進口和出口接頭上，所述至少一個冷卻通道軸向地在殼體的相對端之間延伸，并且，進口接頭包括至少一個側部通道，每一側部通道與第一進口和殼體的一個冷卻通道的端部連通。
26.如權利要求25所述的熱交換器，其特征在于，所述側部通道從進口向殼體的冷卻通道徑向向外延伸。
27.一種用于熱交換器的芯體，該芯體包括(a)具有外表面的外管；(b)容納于外管內部并與外管同心的內管，其中，軸向流體流道形成于內管和外管之間；(c)與軸向流道流體連通的第一進口和第一出口，第一進口和第一出口在軸向上彼此間隔；(d)沿著外管的外表面形成的至少一個周向流體流道；(e)布置于每一所述至少一個周向流體流道中的波紋狀條形翅片，每一所述條形翅片包括若干列波紋狀皺折，每一波紋狀皺折包括頂部、底部和連接頂部和底部的側壁，至少一些波紋狀皺折的底部與外管接觸。
全文摘要
一種用于增壓空氣冷卻器的芯體，其包括同心內外管，所述內外管提供了用于流體流動的軸向延伸的環(huán)形通道，其中所述流體優(yōu)選為液體冷卻劑。第一進口和第一出口位于軸向環(huán)形通道的端部處。用于流體流動的至少一個周向流體流道被設于外管的外表面上，其中所述流體優(yōu)選為空氣。每一周向流道設有波紋狀條形翅片，該翅片包括若干列波紋狀皺折。芯體與外殼體一起形成了熱交換器。該殼體具有用于流體流經周向流道的進口和出口。還披露了其它實施例，在這些實施例中，熱交換器適用于使用三種流體，并且通過在殼體中設置冷卻劑通道可提供附加的冷卻能力。
文檔編號F28F1/42GK1898518SQ200480038369
公開日2007年1月17日 申請日期2004年11月15日 優(yōu)先權日2003年11月21日
發(fā)明者A·K·吳, B·E·奇德爾, E·盧維索托 申請人:達納加拿大公司