專利名稱：多流體熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種熱交換器，特別涉及 一 種在多于兩個流體間傳遞 熱能的熱交換器。
背景技術(shù)：
在一些諸如汽車制造業(yè)的應(yīng)用中，使用多個熱交換器來冷卻或者 加熱應(yīng)用中使用的各個不同的流體是普遍的。例如，在汽車的情形下， 具有冷卻發(fā)動機(jī)冷卻劑的散熱器，以及具有用來冷卻諸如發(fā)動機(jī)油、 傳動油或者燃料、動力轉(zhuǎn)向流體等的流體的一個或者多個其他熱交換 器是普通的。通常，空氣用來冷卻發(fā)動機(jī)冷卻劑，并且發(fā)動機(jī)冷卻劑 本身經(jīng)常用來冷卻其他諸如發(fā)動機(jī)油或者傳動油或者動力轉(zhuǎn)向流體的 流體?？梢岳斫獾氖沁@通常涉及很多的管道設(shè)備，并且在汽車應(yīng)用中 很不希望有太多的需要組裝在汽車內(nèi)的部件，因?yàn)檫@會增加組裝費(fèi)用， 提供更多的會損壞的部件，并且這會占據(jù)寶貴的、總是供應(yīng)不足的空 間。
在減少所需的管道設(shè)備的數(shù)量并節(jié)約空間的嘗試中，已經(jīng)提出將 兩個熱交換器的功能或者熱交換器的子組件合并成一個組合的熱交換 器，其中，流體中的一個，諸如發(fā)動機(jī)冷卻劑在兩個子組件熱交換器
之間共用。這樣的一個例子展示在發(fā)給Beldam的美國專利4,327,802 中，其中，散熱器中使用的相同的發(fā)動機(jī)冷卻劑用于一個油冷卻器子 組件，該子組件與散熱器一體形成。在該Beldam的熱交換器中，空 氣用來冷卻發(fā)動機(jī)冷卻劑，并且發(fā)動機(jī)冷卻劑依次地用來冷卻油。
美國專利5，884，696 (Loup)是另一種的組合熱交換器，其中，交 叉的流體流動通道用來安置兩個平行的熱交換器，并減少否則將會太 分散的熱交換器的總尺寸。在該設(shè)備中，為了在兩個熱交換流體和空
氣之間傳熱，用于兩個諸如發(fā)動機(jī)冷卻劑和制冷劑的熱交換流體的相 鄰流動通道通過空氣通道分隔開。
還是組合熱交換器的另一個例子，其中，熱能在一個共用的流體
和其他兩個流體之間傳遞，該例子展示在美國專利5,462,113中。該設(shè) 備提供了兩個具有交替的、間隔開的流動通道的制冷劑回路，并且諸 如水的第三熱交換流體圍繞著所有的制冷劑回路的流動通道，因此實(shí) 現(xiàn)了水與制冷劑最大程度的接觸。
雖然所有上述現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了緊湊設(shè)計(jì)以及簡化管道工 程的期望結(jié)果，但是它們都關(guān)注于一個共用流體和其他兩個流體間的 傳熱。它們沒有關(guān)注其他兩個流體本身之間的傳熱，因此它們不能非 常有效地進(jìn)行傳熱。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，三個或者更多的流體通道或者管道設(shè)置在熱能可以 在任何一個流體管道和每個其他流體管道之間有效傳遞的地方。
依照本發(fā)明，其提供了一種熱交換器，該熱交換器包括多個疊置 的熱交換模塊。每個模塊包括具有第 一主要傳熱表面的第 一流體管道， 以及具有第二主要傳熱表面的第二流體管道。第一主要傳熱表面與第 二主要傳熱表面熱連接。每個模塊還具有第三流體管道，該第三流體 管道具有與第一和第二主要傳熱表面都熱連接的第三主要傳熱表面， 于是熱可以在任何一個流體管道和每個其他管道之間傳遞。


本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式將作為例子參照附圖進(jìn)行說明，其中 圖1是依照本發(fā)明一個優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器的示意性前視
圖2是圖l所示的熱交換器的頂部平面圖； 圖3是圖1被圏區(qū)域3的放大分解透視圖； 圖4是圖3所示的組合部件的透視圖5是沿圖3的5-5線截取的剖面圖； 圖6是沿圖3的6-6線截取的剖面圖7是沿圖4的7-7線截取的剖視圖，但顯示了兩個疊置的熱交 換模塊；
圖8是熱交換器板的平面圖，該板用來制造依照本發(fā)明的另一個 優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器；
圖9是沿圖8的9-9線截取的剖面圖10是依照本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器右手端的局 部前視圖11是圖IO所示的熱交換器的右視圖； 圖12是圖IO的熱交換器使用的擠壓管道的透視圖； 圖13是沿圖11的13-13線截取的剖視圖；以及 圖14是沿圖13的14-14線截取的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
首先參照圖l-7,依照本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器一般由 附圖標(biāo)記IO指示。熱交換器10由多個疊置的熱交換模塊12組成，圖 4很好地展示了其中一個模塊的右手端。熱交換器10還具有頂板14 和底板16、 一對內(nèi)螺紋接管18和一對外螺紋接管20。內(nèi)、外螺紋接 管18, 20形成了熱交換器10內(nèi)使用的兩個熱交換流體的入口和出口 ， 這些將在下文中得到進(jìn)一步的說明。
每一個熱交換模塊12由一對間隔開的板22， 24以及一對背對背 的中間板26， 28組成。間隔開的板22， 24完全相同，只是其中一個 顛倒翻轉(zhuǎn)。類似地，中間板26， 28完全相同，只不過其中一個也顛倒 翻轉(zhuǎn)。中間板26, 28形成有以平行的肋狀物32和凹槽34為形式的波 狀起伏30。其中一個板26, 28上的肋狀物32在板顛倒翻轉(zhuǎn)時變成了 凹槽34。肋狀物和凹槽32， 34都是傾斜定向的，這樣當(dāng)把中間板26， 28放置在一起時，它們交叉并因此在中間板26， 28之間形成一個波 狀的縱向流動路徑或者管道36 (參見圖7)。當(dāng)頂部的間隔開的板22
置于中間板26上時，中間板26的肋狀物32與頂部板22的下面接合， 并在板22和26之間提供一個彎曲的縱向流動路徑38。在板28和24 之間也形成一個類似的彎曲的縱向流動路徑或者管道40。
雖然圖3-7展示了兩個中間板26, 28，但是應(yīng)當(dāng)理解只需要一個 中間板26， 28。 一個板仍能提供縱向流體管道36， 38(如果只使用中 間板26)或者流體管道36， 40 (如果只使用中間板28)。
中間板26， 28形成有限定入口或者出口孔44的凸起部42。該凸 起部42和入口/出口孔44靠近板的每一端設(shè)置，從而使得流體通過中 間板26， 28之間的中間的縱向流動路徑36。中間板26， 28也具有位 于這些板端部附近的入口/出口孔46,從而使得第二流體通過背靠背的 中間板26, 28，并分別流過板22， 26和28， 24之間的縱向流體管道 38和40。
如圖3清楚地顯示，間隔開的板22， 24也形成有凸起部48和50， 這些凸起部分別限定了入口/出口孔52， 54。入口/出口孔52與流體或 者流動路徑管道36相連，入口/出口孔54與縱向流動路徑或者管道38 和40相連。應(yīng)當(dāng)理解的是，取決于經(jīng)過模塊12的希望流動的方向， 位于模塊12每個端部的孔52， 54可以是入口孔或者是出口孔。
每一個模塊12還具有附接在其上的傳熱翅片56。雖然翅片56可 以由普通的鋁合金形成，但是熱交換器10的板和翅片都優(yōu)選地由包有 銅焊的鋁形成，于是所有的板和翅片可以在一個銅焊爐內(nèi)組裝并結(jié)合 在一起。
凸起部48， 50在高度上大約為翅片56高度的一半，從而確保翅 片56和板22， 24在銅焊過程接觸良好。凸起部48， 50向外延伸，因 此相鄰熱交換模塊12的凸起部接合以形成流動集管。
使用中，中間板26, 28之間的流體流動通道或者管道36可以認(rèn) 為是第一流體管道，并且流動通道或者管道38或者40中的一個可以 認(rèn)為是第二流體管道。這些第一和第二流體管道中的每一個都具有一 個以它們之間的共用壁為形式的主要傳熱表面。第一主要傳熱表面與 第二主要傳熱表面熱連接，因此在經(jīng)過入口/出口孔52， 54的各個流體間進(jìn)行傳熱。相鄰模塊12的間隔開的板22, 24限定了第三流體管 道，該管道內(nèi)設(shè)置有翅片56。應(yīng)該理解的是，第三流體管道位于第一 和第二管道的一側(cè)，并且相鄰熱交換模塊的第三流體管道位于第一和 第二管道的相對側(cè)。為了公開的目的，第一和第二流體管道被看作是 并列設(shè)置的管狀部件。以包含有翅片56的空氣通道58為形式的第三 流體管道設(shè)置成與第一和第二流體管道側(cè)向相鄰，并且該第三管道也 具有主要的傳熱表面，該表面是板22和24位于空氣通道58和流體管 道38和40之間的那部分壁。這些第三主要傳熱表面與中間板26， 28 形成的第一和第二主要傳熱表面都熱連接，因此熱可以在任何一個流 體管道和每個其他流體管道之間傳遞，后者借助于彼此之間的主要傳 熱表面與前者熱連接。為了公開的目的，術(shù)語"熱連接"意味著可以通 過至少一個將相鄰管道分開的壁傳遞熱能。
例如，在汽車應(yīng)用中，如果把位于中間板26， 28之間的中間的流 體管道36看作是第一流體管道，那它應(yīng)當(dāng)具有一個以形成該管道的波 狀壁或者肋狀物和凹槽32， 34為形式的第一主要傳熱表面。該第一流 體管道能用于經(jīng)過熱交換器10的發(fā)動機(jī)油流或者傳動流體流。第二流 體管道可以是流動通道或者管道38，并且應(yīng)當(dāng)可以認(rèn)為具有第二主要 傳熱表面，該第二主要傳熱表面也是形成中間板26上的肋狀物和凹槽 32， 34的波狀起伏30。發(fā)動才幾冷卻劑可以經(jīng)過該第二流體管道38， 從而冷卻第一流體管道36內(nèi)的油。理所應(yīng)當(dāng)是板22上方的空氣通道 58的第三流體管道使得空氣作為傳熱流體以冷卻第一流體管道36內(nèi) 的油或者傳動流體以及第二流體管道38內(nèi)的發(fā)動4幾冷卻劑。這應(yīng)該是 熱交換器10的普通運(yùn)行。但是，在暖和天氣下的發(fā)動機(jī)啟動環(huán)境中， 其中第一流體管道36內(nèi)的油或者傳動流體相對冷并且粘，經(jīng)過空氣通 道58的空氣應(yīng)該能實(shí)際地有助于加熱第一管道36內(nèi)的油，而在非常 冷的周圍環(huán)境中，其中空氣可能不會加熱第一管道36內(nèi)的油，當(dāng)發(fā)動 機(jī)開啟以便加熱時，流經(jīng)第二流體管道38的冷卻劑能快速地加熱油。
應(yīng)該理解的是，流經(jīng)第一和第二流體管道36和38的流體可以反 過來選擇，或者是諸如燃料或者可以經(jīng)過第一和第二管道的制冷劑的
其他流體。事實(shí)上，通過加上側(cè)部或者橫向集管板，除空氣外的流體
應(yīng)該能經(jīng)過空間或者包含有翅片56的第三管道。同樣地，翅片56顯 示為垂直地或者橫向地排列在模塊12內(nèi)，但是這些翅片能不同地定向 以提供除橫向流動以外其他經(jīng)過模塊12的流動。
接下來參照圖8和9，其中展示了另一個優(yōu)選實(shí)施方式的中間板 60，替代了中間板26， 28情形下所具有的傾斜定向的肋狀物和凹槽 32， 34， 一個單獨(dú)的縱向肋狀物和凹槽62, 64形成在中間板60上。 這種設(shè)置在背靠背的中間板60之間提供了一個單獨(dú)的中間的縱向第 一流體管道，以及一個更大的、包圍著該中間的第一流體管道的第二 流體管道。在這種情形下，發(fā)動機(jī)油或者傳動流體能經(jīng)過入口/出口 46， 發(fā)動機(jī)冷卻劑經(jīng)過入口/出口孔44，并且由于更大的油流動區(qū)域，湍流 增強(qiáng)器或者其他流動增強(qiáng)裝置能用于熱交換器的油側(cè)。還可以將肋狀 物和凹槽62, 64定位成相對于板60的另一側(cè)更靠近板60—側(cè)，或者 使它們在入口/出口孔44之間順著一個不是直線的路徑。
接著參照圖10-14,依照本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方式的熱交換器一般 由附圖標(biāo)記70指示。在熱交換器70內(nèi)，第一和第二流體管道或者管 狀部件由擠壓管72形成。擠壓管72具有內(nèi)部縱向的內(nèi)壁部分74和周 邊部分或者管道78，該內(nèi)壁部分74形成分隔物以提供中間流動通道 或者流體管道76,該周邊部分或者管道78位于中間管道76的兩側(cè)。 周邊管道78也可以具有起到加固目的分隔壁80。中間流體管道應(yīng)當(dāng) 可以是第一和第二流體管道中的一個，并且周邊流體管道78中的任一 個或兩個可以是第一和第二流體管道中的另一個。
擠壓管72具有分立的開口端部分82和84，從而限定了每一個第 一和第二管道的入口/出口孔。如圖13和14清楚地展示，集管86和 88供應(yīng)并返回來自各個流體管道76， 78的流體。集管86， 88由嵌套 的碟形部件90和92形成，這些碟形部件具有各自的、限定間隔孔98， 100以容納各個擠壓管開口端部分82， 84的碟底94， 96。接管102， 104是集管86， 88的入口和出口。在圖1-9所示的實(shí)施方式的情形下， 第三流體管道由包含有翅片56的空氣通道58形成，該翅片56位于間
隔開的擠壓管72之間，并與這些擠壓管接觸。
在熱交換器70內(nèi)，第一和第二流體管道的主要傳熱表面應(yīng)該是內(nèi) 壁部分74和擠壓管72的鄰接的上壁部分和下壁部分的相鄰部分。第 一和第二流體管道與第三流體管道或者空氣通道56之間的主要傳熱 表面應(yīng)該是擠壓件或管72的上壁和下壁。
經(jīng)過描述本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，應(yīng)該理解的是，上述結(jié)構(gòu)可以 進(jìn)行不同的改變。例如，雖然不同實(shí)施方式中使用的板表現(xiàn)為具有縱 向軸的細(xì)長板，但是這些板應(yīng)當(dāng)可以是其他形狀或者構(gòu)造。雖然該細(xì) 長板的每一端間隔開地設(shè)置有兩個入口和出口孔，但是這些入口和出 口孔應(yīng)當(dāng)可以安置在不同的位置。圖1-9所示的中間板實(shí)際上具有兩 個嵌套的流動通道，但是應(yīng)當(dāng)可以應(yīng)用相同的原理來提供三個或者更 多的嵌套的流動通道，這樣本發(fā)明的熱交換器應(yīng)當(dāng)可以處理三個以上 的流體。類似地，在圖10-14所示的實(shí)施方式中，應(yīng)該可以有另外的、 分立的類似于端部分82， 84的開口端部分，并且應(yīng)該可以使用另外的 嵌套的碟形物以在熱交換器70內(nèi)容納三個以上的流體。
從上述內(nèi)容可知，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，僅通過隨附的 權(quán)利要求來限定本發(fā)明的范圍是顯然的，這些權(quán)利要求得到有目的的
權(quán)利要求
1、一種熱交換器，包括多個疊置的熱交換模塊，每一個熱交換模塊包括具有第一主要傳熱表面的第一流體管道，具有第二主要傳熱表面的第二流體管道，第一主要傳熱表面與第二主要傳熱表面熱連接，以及具有第三主要傳熱表面的第三流體管道，第三主要傳熱表面與所述的第一和第二主要傳熱表面都熱連接，以便熱可以在任何一個流體管道和各個其他流體管道之間傳遞。
2、 如權(quán)利要求l所述的熱交換器，其中，第一和第二流體管道是 并列設(shè)置的管狀部件，并且第三流體管道定位成與第一和第二流體管 道側(cè)向相鄰，并與第一和第二流體管道熱連接。
3、 如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中，第三流體管道位于第一 和第二流體管道的一側(cè)，并且相鄰的熱交換模塊的第三流體管道位于 所述的第一和第二流體管道的相對側(cè)。
4、 如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中，第三流體管道橫向于第 一和第二流體管道定向。
5、 如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中，第一和第二流體管道由 一對間隔開的板形成，并且所述間隔開的板之間設(shè)置有中間板，該中 間板形成有波狀起伏，該波狀起伏與所述間隔開的板一起限定了所述 的第一和第二流體管道，其中一個間隔開的板限定了與所述的第一和 第二流體管道中的每一個連通的入口和出口孔。
6、 如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中，所述的中間板是第一中 間板，并且還包括定位成與第一中間板背靠背的波狀的第二中間板。
7、 如權(quán)利要求6所述的熱交換器，其中，第二中間板與第一中間 板相同。
8、 如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中，兩個間隔開的板都具有 所述的入口和出口孔。
9、 如權(quán)利要求8所述的熱交換器，其中，兩個間隔開的板形成有 限定入口和出口孔的凸起部。
10、 如權(quán)利要求9所述的熱交換器，其中，凸起部向外延伸，相 鄰熱交換模塊的凸起部接合以形成流動集管，相鄰模塊的間隔開的板 由此限定了位于其間的第三流體管道。
11、 如權(quán)利要求IO所述的熱交換器，其中，還包括位于第三流體 管道內(nèi)的傳熱翅片，該翅片與相鄰模塊的間隔開的板接觸。
12、 如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中，波狀起伏的形式為平 行的多個肋狀物和凹槽。
13、 如權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中，波狀起伏的形式為單 個的肋狀物和凹槽。
14、 如任何一個權(quán)利要求5所述的熱交換器，其中，板是具有縱 向軸線的細(xì)長板，并且兩個所述的入口和出口孔間隔開地定位在該細(xì) 長板的兩端，所述兩個孔中的一個分別與第一和第二管道中的每一個 連接。
15、 如權(quán)利要求6所述的熱交換器，其中，波狀起伏的形式為平 行的多個肋狀物和凹槽。
16、 如權(quán)利要求2所述的熱交換器，其中，管狀部件由擠壓管形 成，該擠壓管具有分立的開口端部分，從而限定了每個第一和第二管 道的入口和出口孔，并且還包括位于模塊各端上的集管，該集管限定 了間隔開的孔以容納第一和第二管道的各個擠壓管開口端部分，并且 將擠壓管間隔開。
17、 如權(quán)利要求16所述的熱交換器，其中，擠壓管具有限定所述 第一和第二流體管道中的一個的中間部分，并且所述中間部分兩側(cè)上的周邊部分限定了第一和第二管道中的另一個。
18、 如權(quán)利要求16所述的熱交換器，其中，集管由嵌套的碟形部 件形成，該碟形部件具有碟底，該碟底限定了所述間隔開的孔，從而 容納各個擠壓管開口端部分。
19、 如權(quán)利要求16所述的熱交換器，其中，第三流體管道由擠壓 管之間的空間形成，并且還包括位于第三流體管道內(nèi)的與間隔開的擠 壓管接觸的傳熱翅片。
20、如權(quán)利要求16所述的熱交換器，其中，至少其中一個擠壓管 部件形成有縱向的內(nèi)壁部分，該內(nèi)壁部分形成流經(jīng)擠壓管部件的流體 的分隔物。
全文摘要
一種熱交換器，具有一對熱交換管道，這些管道具有熱連接在一起以在這些管道之間傳遞熱能的相鄰的主要熱交換表面。第三流體管道具有與所述一對流體管道的主要傳熱表面熱連接的主要傳熱表面，因此熱可以在任何一個流體管道與每個其他的流體管道之間傳遞。
文檔編號F28D1/02GK101180510SQ200680018135
公開日2008年5月14日 申請日期2006年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者A·K·索, M·S·科茲德拉斯 申請人:達(dá)納加拿大公司