專利名稱：具有分離的增壓空氣冷卻器的熱交換器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于冷卻汽車發(fā)動機(jī)中使用的流體的熱交換裝置，尤其是，涉及一種用于重型公路卡車或公共汽車的包括被連接的散熱器和增壓空氣冷卻器(charge air cooler)的熱交換器組件。
背景技術(shù)：
包括散熱器和增壓空氣冷卻器(也稱作中間冷卻器)的熱交換器組件已經(jīng)在公路卡車和公共汽車以及其他重型汽車上使用了很多年。該散熱器為發(fā)動機(jī)冷卻液提供冷卻，該冷卻液通常為50-50的水和防凍液的溶液。增壓空氣冷卻器接收來自渦輪或增壓器的壓縮的、增壓或吸入的空氣并且在它們進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管之前降低它們的溫度，因此使空氣密度增加，改善燃燒，增加動力輸出，提高燃料的燃燒效率并且減少排放。為了在給定的熱交換器組件的尺寸下優(yōu)化熱傳遞，必須平衡冷卻氣流、熱交換器芯體的限制、冷卻氣流分離和冷卻空氣進(jìn)入以及溫差的因素。
現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開了散熱器和增壓空氣冷卻器熱交換器組件的很多構(gòu)造。將散熱器和增壓空氣冷卻器并列放在一起，這樣芯體(core)中每一個的全部正面都暴露于周圍冷卻空氣中，因而提供了最好的性能，但是需要最大的組件正面面積。為了適應(yīng)由于提高汽車的空氣動力性能而具有較小的前部面積，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)散熱器和增壓空氣冷卻器熱交換器組件前部面積的很多限制。具有較小的正面面積的熱交換器組件已經(jīng)在例如美國專利號為No.4,737,727、美國專利申請公開號為No.2003/0106669、和美國專利申請系列號No.10/289,513中得到了公開。
在圖1所描述的其他的現(xiàn)有技術(shù)的散熱器和增壓空氣冷卻器熱交換器組件中，增壓空氣冷卻器在上部單元101和下部單元103之間被分離，相對于氣流127的方向分別設(shè)置在散熱器107的前部和后部。散熱器107具有常規(guī)的向下流動型的管子和位于上部箱109a和下部箱109b之間的散熱器片芯體117。散熱器107將來自發(fā)動機(jī)的冷卻液131接收入上部箱109a中，受到冷卻的發(fā)動機(jī)冷卻液沿133方向從下部箱109b的下部流出，被輸送回發(fā)動機(jī)。增壓空氣冷卻器單元101，103都是橫流型增壓空氣冷卻器，其中壓縮的增壓空氣通過相應(yīng)的管和散熱器片芯體111，113橫向流動。受到壓縮和加熱的增壓空氣121首先流入上部增壓空氣冷卻器101的垂直定向的箱105a，沿著方向129a通過芯體111，并且進(jìn)入垂直箱105b。在單元101中，當(dāng)增壓空氣流出散熱器芯體117上部時被空氣127冷卻。此后，部分冷卻的壓縮的增壓空氣123轉(zhuǎn)移到下部增壓空氣冷卻器103的垂直箱105d中，在這里增壓空氣沿著水平方向129b通過芯體113并且進(jìn)入垂直箱105c中，隨后沿125流出并流入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管。在單元103中，增壓空氣在流過散熱器芯體117的下部之前被空氣127冷卻。盡管對于發(fā)明者的知識來說它的設(shè)計(jì)新穎，但是圖1中所示的熱交換器組件沒有取得好的性能并且沒有進(jìn)入正規(guī)生產(chǎn)?，F(xiàn)在已經(jīng)確定，由于通過兩個增壓空氣冷卻器單元的額外的增壓空氣壓降，圖1中熱交換器組件的性能受到很大影響。
因此，雖然注意到散熱器/增壓空氣冷卻器熱交換器組件前部面積的嚴(yán)格限制，但是非常需要在發(fā)動機(jī)的冷卻液和增壓空氣的冷卻中獲得高性能。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的問題和缺陷，因此本發(fā)明的目的是提供一種具有最小的正面而能獲得高傳熱性能的散熱器和增壓空氣冷卻器的組合。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于冷卻不同的流體且使流體的壓力損失最小化的熱交換器組件。
本發(fā)明還有一個目的是提供優(yōu)化這些流體與周圍冷卻空氣的熱傳遞的用于冷卻流體的方法，例如用于機(jī)動車輛發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)冷卻液和增壓空氣。
本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)上述的及其他的目的，這些目的對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是很明顯的，本發(fā)明涉及一種熱交換器裝置，包括冷卻第一流體的第一熱交換器，其具有冷卻空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的第一端和第二端，和鄰近所述第一端和第二端之間表面的側(cè)面。所述熱交換器裝置還包括具有兩個部分的用于冷卻第二流體的第二熱交換器。每個第二熱交換器部分具有冷卻空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的第一端和第二端，和鄰近所述第一和第二端之間的表面的側(cè)面，并且包括在第一和第二端的總管，以及基本徑直地在兩者之間延伸的流體輸送管，其中一個第二熱交換器部分鄰近第一熱交換器的第一端并且以重疊的關(guān)系設(shè)置，所述其中一個第二熱交換器部分的第一和第二端沿著與第一熱交換器的第一和第二端相同的方向定向。第一熱交換器第一端的一個表面鄰近所述其中一個第二熱交換器部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣冷卻空氣可連續(xù)流經(jīng)第一熱交換器的第一端和所述其中一個第二熱交換器部分。另一個第二熱交換器部分鄰近第一熱交換器的第二端并且以重疊的關(guān)系設(shè)置，所述另一個第二熱交換器部分的第一端和第二端沿著與第一熱交換器的第一端和第二端相同的方向定向。第一熱交換器第二端的另一個表面鄰近所述另一個第二熱交換器部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣冷卻空氣可連續(xù)流經(jīng)所述另一個第二熱交換器部分和第一熱交換器的第二端。第二熱交換器部分被可操作地連接，這樣第二流體可在其中一個第二熱交換器部分的第二總管和另一個第二熱交換器部分的第一總管之間流動。
第二熱交換器部分可以被可操作地連接，這樣流體可在其中一個第二熱交換器部分的第二總管和另一個第二熱交換器部分的第一總管之間圍繞第一熱交換器的至少一側(cè)流動，最好圍繞第一熱交換器的兩個側(cè)面。第二熱交換器部分的總管橫跨其端部延伸，并且大致從第一熱交換器的一側(cè)延伸到第一熱交換器的另一側(cè)。
優(yōu)選地，第二熱交換器部分的第一和第二端之間的尺寸小于從第二熱交換器部分的一側(cè)到第二熱交換器部分的另一側(cè)的尺寸，這樣流體輸送管橫跨第二熱交換器部分的表面的較短尺寸延伸。第一熱交換器可以包括流體輸送管，第一熱交換器的流體輸送管沿著與每個第二熱交換器部分的流體輸送管相同的方向延伸。
第一熱交換器的側(cè)面可以與第二熱交換器部分的每個側(cè)面鄰近，并且，第一熱交換器的第一端可以與其中一個第二熱交換器部分的第一端鄰近，并且第一熱交換器的第二端與另一個第二熱交換器部分的第二端鄰近。其中一個第二熱交換器部分的第二端可與另一第二熱交換器部分的第一端鄰近。
第二熱交換器部分的總管水平延伸，并且第二熱交換器部分被垂直間隔，或第二熱交換器部分的總管可以垂直延伸，這樣第二熱交換器部分被水平間隔。
第一熱交換器的端部或側(cè)面中的至少一個可以向其中一個第二熱交換器部分的一個端部或側(cè)面的外部延伸，其中，第一熱交換器的第一端向其中一個第二熱交換器部分的第一端的外部延伸。同樣，其中一個第二熱交換器部分的至少一個端部或側(cè)面向第一熱交換器的一個端部或側(cè)面的外部延伸。
優(yōu)選的是，第一熱交換器為用于冷卻發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，并且第二熱交換器為用于冷卻增壓空氣的增壓空氣冷卻器，散熱器和增壓空氣冷卻器部分中的每一個由周圍空氣冷卻。可替換的是，第一熱交換器為用于冷卻增壓空氣的增壓空氣冷卻器，并且第二熱交換器為用于冷卻發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，增壓空氣冷卻器部分和散熱器中的每一個由周圍空氣冷卻。
在一個優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種組合的散熱器和增壓空氣冷卻器組件，包括1)用于冷卻發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，該散熱器具有周圍空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的上端和下端，以及鄰近第一和第二端之間的表面的側(cè)面；2)用于冷卻增壓空氣并具有上部分和下部分的增壓空氣冷卻器。每個增壓空氣冷卻器部分具有周圍空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的上端和下端，鄰近所述上端和下端之間表面的側(cè)面，并且包括在上端和下端的總管，以及基本徑直地在兩者之間延伸的增壓空氣輸送管。
增壓空氣冷卻器上部分靠近散熱器的上端并以重疊的關(guān)系設(shè)置，增壓空氣冷卻器上部分的上端和下端沿著與散熱器上端和下端相同的方向定向。散熱器上端的一個表面鄰近增壓空氣冷卻器上部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣周圍空氣可通過散熱器上端和增壓空氣冷卻器上部分連續(xù)流動。增壓空氣冷卻器下部分靠近散熱器下端并以重疊的關(guān)系設(shè)置，增壓空氣冷卻器下部分的上端和下端沿著與散熱器上端和下端相同的方向定向。散熱器下端的另一個表面鄰近增壓空氣冷卻器下部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣周圍空氣可通過增壓空氣冷卻器下部分和散熱器下端連續(xù)流動。增壓空氣冷卻器部分被可操作地連接，這樣增壓空氣可在增壓空氣冷卻器上部分的下部總管和增壓空氣冷卻器下部分的上部總管之間流動。
另一方面，本發(fā)明提供一種用于冷卻機(jī)動車輛的發(fā)動機(jī)中使用的流體的方法，包括提供一種如上所述的熱交換器組件，使第一流體流經(jīng)第一熱交換器；使第二流體流經(jīng)第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子、和其中一個第二熱交換器部分的第二總管與另一個第二熱交換器部分的第一總管之間。該方法還包括使冷卻空氣流經(jīng)熱交換器組件，這樣冷卻空氣流經(jīng)第一熱交換器的第一端和其中一個第二熱交換器部分，并且冷卻空氣流經(jīng)另一第二熱交換器部分和第一熱交換器的第二端，從而冷卻第一熱交換器內(nèi)的第一流體和第二熱交換器部分內(nèi)的第二流體。
第二流體順序地通過另一個第二熱交換器部分的第二總管、另一個第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子、另一個第二熱交換器部分的第一總管、其中一個第二熱交換器部分的第二總管、其中一個第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子和其中一個第二熱交換器部分的第一總管進(jìn)行流動。冷卻空氣首先順序地流經(jīng)其中一個第二熱交換器部分并隨后流經(jīng)第一熱交換器的第一端，并且，冷卻空氣同樣首先順序地流經(jīng)第一熱交換器的第二端并隨后流經(jīng)另一個第二熱交換器部分。
可替換的是，第二流體順序地通過其中一個第二熱交換器部分的第一總管、其中一個第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子、其中一個第二熱交換器部分的第二總管、另一第二熱交換器部分的第一總管、另一第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子和另一第二熱交換器部分的第二總管進(jìn)行流動。冷卻空氣首先順序地流經(jīng)第一熱交換器的第一端并隨后流經(jīng)其中一個第二熱交換器部分，并且，冷卻空氣同樣首先順序地流經(jīng)另一個第二熱交換器部分并隨后流經(jīng)第一熱交換器的第二端。
優(yōu)選的是，第一熱交換器為散熱器，第一流體為發(fā)動機(jī)冷卻液；并且，第二熱交換器為增壓空氣冷卻器，第二流體為增壓空氣，散熱器和增壓空氣冷卻器部分中的每一個由周圍的空氣冷卻?？商鎿Q的是，第一熱交換器為增壓空氣冷卻器，第一流體為增壓空氣；并且，第二熱交換器為散熱器，第二流體為發(fā)動機(jī)冷卻液，增壓空氣冷卻器部分和散熱器中的每一個由周圍空氣冷卻。


被認(rèn)為具有新穎性的本發(fā)明的特征以及本發(fā)明的元件特征在附帶的權(quán)利要求書中進(jìn)行了詳細(xì)闡述。附圖只是作為說明的目的，不是按比例繪制的。但是，結(jié)合附圖，參考下文的詳細(xì)說明，可以很好地理解有關(guān)結(jié)構(gòu)和操作方法的發(fā)明本身，其中圖1為現(xiàn)有技術(shù)的散熱器/增壓空氣冷卻器熱交換器組件的透視圖；圖2為本發(fā)明的散熱器/增壓空氣冷卻器熱交換器組件的一個實(shí)施例的側(cè)視圖；圖3為圖2中散熱器/增壓空氣冷卻器組件的俯視圖；
圖4為不包括散熱器的圖2中的熱交換器組件的增壓空氣冷卻器部分的正視圖，僅僅顯示了芯體的一部分管道的散熱片。
圖5為圖2中的散熱器/增壓空氣冷卻器組件的透視圖；圖6為一個不包括散熱器的可替換的熱交換器組件的增壓空氣冷卻器部分的正視圖，僅僅顯示了芯體的一部分管道的散熱片。
圖7為在圖6所示的一個可替換的熱交換器組件中結(jié)合增壓空氣冷卻器的散熱器的透視圖。
圖8為與冷卻風(fēng)扇相關(guān)的本發(fā)明的散熱器/增壓空氣冷卻器熱交換器組件的俯視圖或側(cè)視圖。
圖9為說明連接兩個增壓空氣冷卻器單元之間的總管的實(shí)施例的本發(fā)明的部分熱交換器組件的透視圖。
圖10是部分剖開的側(cè)視圖，顯示了本發(fā)明的組合的散熱器/增壓空氣冷卻器熱交換器組件，其安裝在高速公路卡車的引擎罩下面。
圖11顯示了本發(fā)明的組合的散熱器/增壓空氣冷卻器熱交換器組件的另一位置，其安裝在高速公路公共汽車的后部內(nèi)。
具體實(shí)施例方式
在描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時，這里將參考附圖中的圖2-11，其中，相同的標(biāo)記表示本發(fā)明的相同的特征。
本發(fā)明熱交換器組件的第一實(shí)施例將在圖2-5中進(jìn)行描述。一個組合的熱交換器組件20最好包括用于冷卻第一流體的第一熱交換器22，優(yōu)選用于冷卻來自機(jī)動車輛或其他內(nèi)燃機(jī)的液體發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，和具有用于冷卻第二液體的至少兩個單元或部分30，32的另一個熱交換器，優(yōu)選用于冷卻來自內(nèi)燃機(jī)渦輪或增壓器的壓縮的增壓空氣(compressed charge air)的增壓空氣冷卻器。盡管用發(fā)動機(jī)冷卻液作為第一流體的例子，用壓縮的增壓空氣作為第二流體的例子，但是也可以用其他流體代替。兩個熱交換器通常位于直立的、基本垂直的位置，并且最好為矩形，組合的熱交換器組件的長度和寬度與卡車或公共汽車發(fā)動機(jī)倉的要求一致。本發(fā)明的散熱器22最好為向下流動型散熱器，其中發(fā)動機(jī)冷卻液40通過基本沿著散熱器的整個寬度延伸的上部總管或箱24a進(jìn)入。然后冷卻液從總管24a分配進(jìn)入附裝的具有其他普通結(jié)構(gòu)的芯體26，其通常包括被散熱片(未示出)連接的向下延伸的管23，這樣周圍的冷卻空氣46可以從芯體前表面28a流過并從后表面28b流出。在被周圍的空氣冷卻后，冷卻液在同樣跨越散熱器的寬度延伸的附裝的下部總管或箱24b聚集，并且通過冷卻液出口44流出以便返回到發(fā)動機(jī)中。
本發(fā)明的增壓空氣冷卻器(CAC)最好包括一對分離的垂直間隔的單元或部分30，32。上部CAC單元30以與散熱器22的上部重疊的方式設(shè)置，因此，相對于冷卻空氣46的方向，CAC單元30的上部邊緣和側(cè)面與散熱器22的上部邊緣和側(cè)面一致并位于其后部。CAC單元30的前表面35a緊靠散熱器22的后表面28b或者與之稍微間隔。CAC單元30包括上部箱或總管34a和下部箱或總管34b以及附裝于它們之間的芯體37a，這些部件中的每一個基本沿著增壓空氣冷卻器單元的整個寬度延伸。相對于氣流方向46，下部CAC單元32設(shè)置于散熱器22下部的前面，單元32的下端和側(cè)面與散熱器22的下端和側(cè)面一致。CAC單元30的后表面35d緊靠散熱器前表面28a或與之稍微間隔。CAC單元32包括上部箱或總管34c和下部箱或總管34d以及附設(shè)于兩者之間的芯體37b，這些部件中的每一個基本沿著增壓空氣冷卻器單元的整個寬度延伸。CAC芯體37a和37b均為普通管和翼片結(jié)構(gòu)。CAC單元30的下部總管34b與CAC單元32的上部總管可操作地連接，這樣，增壓空氣可以在其間流動。
盡管表面上以與圖1中的現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例相似的方式配置，但是由于本發(fā)明的增壓空氣冷卻器單元或者向上流動或者向下流動而不橫向流動，因此本發(fā)明的增壓空氣冷卻器單元與現(xiàn)有技術(shù)完全不同。因此，如圖5中所示，進(jìn)入的熱壓縮的增壓空氣50流經(jīng)總管34a并沿52向下、在由其他普通管和散熱片構(gòu)成的芯體37a內(nèi)被冷卻，并被收集到下部總管34b內(nèi)。該壓縮的增壓空氣54然后轉(zhuǎn)移到下部CAC單元32的上部總管34c，在這里目前被部分冷卻的增壓空氣56向下流經(jīng)芯體37b，進(jìn)入下部總管34d，并作為被冷卻的壓縮氣體58流出從而進(jìn)入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣總管。
如圖4中詳細(xì)說明的，CAC單元30，32的每個芯體37a，37b包括間隔開的垂直延伸的管36，在它們之間設(shè)置有定向?yàn)樵试S氣體通過單元的螺旋散熱片38。這些翼片在芯體的所有管之間延伸。這些管可以是如圖2所示的兩(2)排深的(two rows deep)或其他任何結(jié)構(gòu)的管子。兩個增壓空氣冷卻器單元30和32都具有在總管方向測量的水平寬度，該寬度大于每個單元的在總管之間測量的垂直高度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于給定的增壓空氣冷卻器單元的構(gòu)造，通過利用盡可能短和盡可能多的管36可以提高熱交換器組件的性能，尤其是提高增壓空氣冷卻器單元的性能。如該實(shí)施例中所示，與在圖1的CAC單元的橫向流動中使用的較少數(shù)目的長管相反，增壓空氣冷卻器單元30和32采用適應(yīng)每個單元的更小垂直高度的管36以便于有更多數(shù)量的短管。
熱交換器芯體26，37a，37b可由典型的材料構(gòu)成，例如鋁、黃銅或紫銅管和翼片?？偣?4a，24b，34a，34b，34c，34d可為任何常規(guī)材料，例如塑料、鋁、黃銅或紫銅。
圖6和7描述了結(jié)構(gòu)與在前實(shí)施例一致的本發(fā)明的另一個實(shí)施例20’，其不同點(diǎn)在于散熱器和增壓空氣冷卻器單元被旋轉(zhuǎn)90度，這樣所述CAC單元水平間隔。如前所述，散熱器22的總管24a，24b以與CAC單元30和32的總管34a，34b，34c，34d相同的方向定向。在該實(shí)施例中，散熱器和增壓空氣冷卻器單元的所有總管都為垂直定向并且水平間隔，因此，通過各個散熱器和增壓空氣冷卻器單元的芯體內(nèi)的水平管的流體的流動目前為水平的。然而，假定每個增壓空氣冷卻器單元的水平寬度小于它的垂直高度，則由于增壓空氣冷卻器管盡可能多和盡可能短，因此圖6和圖7實(shí)施例中的熱交換器單元的性能與圖2-5的實(shí)施例中的相同。作為選擇，當(dāng)散熱器內(nèi)的冷卻液的壓降沒有到達(dá)臨界時，雖然CAC單元30，32被旋轉(zhuǎn)90度至圖6和圖7所示的位置，但是散熱器依然可以保持為與圖1-5中相同的向下流動單元(down flow unit)。
圖8描述了與具有由風(fēng)扇電動機(jī)60驅(qū)動的風(fēng)扇葉片62的冷卻吸入風(fēng)扇相關(guān)的前述實(shí)施例的熱交換器組件20，20’。該熱交換器組件20，20’與扇葉掃過的面積成直線從而使外部包圍的冷卻空氣46通過CAC單元30，32以及散熱器22中的每一個。優(yōu)選的是，CAC總管34b，34c與風(fēng)扇電動機(jī)60和風(fēng)扇葉片62的中心成直線地定位，在這里氣流很低或幾乎為零。風(fēng)扇罩(未示出)可環(huán)形地圍繞風(fēng)扇葉片以及熱交換器組件的頂部和側(cè)邊設(shè)置以便于容納和引導(dǎo)氣流。在工作時，出現(xiàn)在約一半部分的熱交換器組件20或20’上的周圍的冷卻空氣46順序地流動并連續(xù)通過熱交換器芯體26的自由前表面28a(在上端示出)，然后通過后表面28b流出，現(xiàn)在氣體已經(jīng)被加熱到高于周圍的溫度，然后直接流過鄰接的CAC單元30的前表面35a。在通過CAC單元芯體37a后，冷卻的空氣通過后表面35b流出。在熱交換器組件20或20’(在下端所示)的約另一半，周圍空氣46順序地流動并且連續(xù)通過CAC單元32的芯體37b的前表面35c，并從CAC單元后表面35d流出，現(xiàn)在氣體已經(jīng)被加熱到高于周圍溫度，然后直接通過散熱器22的鄰近表面28a。在通過散熱器芯體26的下部之后，周圍的冷卻空氣通過散熱器22的自由的后表面28b排出。盡管事實(shí)是當(dāng)周圍空氣通過散熱器和CAC單元的翼片時被加熱，但是如果不另外指定，當(dāng)其通過熱交換器組件時，術(shù)語周圍空氣包括所有的冷卻空氣。
如圖5中所示，假定周圍空氣46的溫度低于引入的發(fā)動機(jī)冷卻液40的溫度，則將被冷卻的流體的工作流動是這樣的，起初熱的發(fā)動機(jī)冷卻液40被散熱器22的上部接收、當(dāng)其沿42向下通過散熱器芯體26時被冷卻。引入的壓縮的增壓空氣50通常溫度高于引入的發(fā)動機(jī)冷卻液的溫度，并且最先通過上部增壓空氣冷卻器單元30。在空氣通過并被散熱器芯體26的上部加熱以后，該被加熱的增壓空氣流過芯體37a，然后被空氣46冷卻。然后，部分受到冷卻的壓縮的增壓空氣54從下部總管34b轉(zhuǎn)移到下部CAC單元32的上部總管34c。CAC單元32相對于冷卻氣流位于散熱器22下部的前面，當(dāng)增壓空氣56向下通過芯體37b時，在它作為被冷卻的壓縮空氣58通過CAC單元32的總管34d流出之前被新鮮的周圍空氣冷卻，所述冷卻的壓縮空氣被送入發(fā)動機(jī)的氣體吸入總管。
對于這里描述的實(shí)施例來說，周圍冷卻空氣的流動可以相反，這樣它在46’方向(圖5和圖7)流動。為了達(dá)到該目的，可代替抽風(fēng)機(jī)而使用鼓風(fēng)機(jī)從而吹動氣體先通過風(fēng)機(jī)，然后通過熱交換器組件。另外，即將被冷卻的流體的流動可與上面描述的相反。當(dāng)使周圍冷卻空氣的流動相反時，包括CAC單元的熱交換器組件的冷卻性能已經(jīng)確認(rèn)為基本相同，這樣其沿46’方向流動，和/或使增壓空氣的流動方向相反，這樣增壓空氣通過總管34d進(jìn)入并通過總管34a流出。
盡管在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，在散熱器的頂部、底部或側(cè)面與CAC單元的相應(yīng)的頂部、底部和側(cè)面之間沒有不相重疊的區(qū)域，但是本發(fā)明的熱交換器組件可以包括這樣的不相重疊的區(qū)域。例如，如圖8中所示，分別靠近總管24a，24b的散熱器端部25a或25b，可分別在相應(yīng)的靠近總管34a，34d的增壓空氣冷卻器單元的端部39a，39d的上部和下部延伸?？商鎿Q的是，增壓空氣冷卻器單元的端部39a’，39d’可在散熱器25a，25b的上端和下端的上部和下部延伸。如圖3中所示，沿著熱交換器組件的側(cè)面具有非重疊區(qū)域也是可能的。散熱器側(cè)面27a’，27b’中的一個或兩個可越過熱交換器單元33a，33b的側(cè)面延伸。可替換的是，增壓空氣冷卻器側(cè)面33a’，33b’中的任何一個可越過散熱器側(cè)面27a，27b中的側(cè)面延伸。如果這些非重疊區(qū)域中的任何一個被使用，則超過并位于另一個散熱器或增壓空氣冷卻器單元之后地延伸的一個散熱器或增壓空氣冷卻器單元中的部分將接收新鮮的周圍空氣。典型地用于機(jī)動車輛的其他熱交換器也可以用于本發(fā)明的熱交換器組件中，例如油和變速器冷卻器(oil and transmission cooler)，并且可以在熱交換器組件的前部或后上部或下部使用副增壓空氣冷卻器單元。
圖9中描述了增壓空氣冷卻器單元之間的總管連接的優(yōu)選實(shí)施例。在CAC單元30上具有下端總管34b，在CAC單元32上具有上端總管34c。所描述的總管34b和34c通過連接導(dǎo)管31a，31b圍繞散熱器22的兩個相對側(cè)邊被連接，該連接導(dǎo)管31a，31b將部分冷卻的壓縮的增壓空氣54從CAC單元30傳遞到CAC單元32。
參考圖10，說明了一個包括位于卡車的前部發(fā)動機(jī)倉76內(nèi)的發(fā)動機(jī)72的重型公路汽車70。該車輛包括下部車架74，該下部車架74具有垂直安裝于發(fā)動機(jī)倉74的前部的組合的散熱器/CAC熱交換器組件20，20’。風(fēng)扇安裝于設(shè)置在熱交換器組件后部的風(fēng)扇護(hù)罩78內(nèi)。散熱器和增壓空氣冷卻器通過軟管71，73分別可操作地連接于發(fā)動機(jī)72，該軟管71，73提供發(fā)動機(jī)冷卻液和發(fā)動機(jī)增壓空氣。圖11描述了安裝于汽車后部位于柵格82后面或位于靠近后部的側(cè)面(虛線部分)的本發(fā)明的熱交換器組件20，20’。
與圖1中的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的熱交換器組件的模型已經(jīng)大大減少了渦輪增壓發(fā)動機(jī)熱的側(cè)面氣流增壓空氣壓降(side air flowcharge air pressure)，并稍微增加了增壓空氣和冷卻液的溫度。即使在高增壓空氣流速的情況下，這些模型也顯示出了這些增加的性能。
因此，本發(fā)明的熱交換器組件提供了利用最小的正面面積取得高的熱交換性能而使液體壓力損失最小化的散熱器和增壓空氣冷卻器的組合。其對于冷卻液尤其有用，例如對于載重卡車，公路汽車或其他機(jī)動車輛中使用的發(fā)動機(jī)冷卻液或增壓空氣。尤其是，這里所公開的散熱器和增壓空氣冷卻器熱交換器組件的組合滿足了這些車輛為了獲得渦輪和增壓的最大性能而對較低的增壓空氣壓降的要求，并且仍然對發(fā)動機(jī)冷卻液和增壓空氣提供了令人滿意的冷卻。另外，這些車輛經(jīng)常在高海拔和低空氣密度下工作，本發(fā)明的熱交換器組件同樣能夠適應(yīng)。
雖然已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但是很明顯，根據(jù)在前的描述，很多替換、修改和改變對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說都將是顯而易見的。因此可以預(yù)期，落入本發(fā)明的精神和真實(shí)范圍內(nèi)的任何這樣的替換、修改和改變將包含在所附的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器裝置，包括冷卻第一流體的第一熱交換器，其具有冷卻空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的第一端和第二端，和鄰近所述第一端和第二端之間表面的側(cè)面；具有兩個部分的用于冷卻第二流體的第二熱交換器，每個第二熱交換器部分具有冷卻空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的第一端和第二端，和鄰近所述第一和第二端之間的表面的側(cè)面，并且包括在第一和第二端的總管，以及基本徑直地在兩者之間延伸的流體輸送管，其中一個第二熱交換器部分鄰近第一熱交換器的第一端并且以重疊的關(guān)系設(shè)置，所述其中一個第二熱交換器部分的第一和第二端沿著與第一熱交換器的第一和第二端相同的方向定向，其中，第一熱交換器第一端的一個表面鄰近所述其中一個第二熱交換器部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣冷卻空氣可連續(xù)流經(jīng)第一熱交換器的第一端和所述其中一個第二熱交換器部分；另一個第二熱交換器部分鄰近第一熱交換器的第二端并且以重疊的關(guān)系設(shè)置，所述另一個第二熱交換器部分的第一端和第二端沿著與第一熱交換器的第一端和第二端相同的方向定向，其中，第一熱交換器第二端的另一個表面鄰近所述另一個第二熱交換器部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣冷卻空氣可連續(xù)流經(jīng)所述另一個第二熱交換器部分和第一熱交換器的第二端；第二熱交換器部分被可操作地連接，這樣第二流體可在其中一個第二熱交換器部分的第二總管和另一個第二熱交換器部分的第一總管之間流動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第二熱交換器部分被可操作地連接，這樣流體可在其中一個第二熱交換器部分的第二總管和另一個第二熱交換器部分的第一總管之間圍繞第一熱交換器的至少一側(cè)流動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第二熱交換器部分被可操作地連接，這樣流體可在其中一個第二熱交換器部分的第二總管和另一個第二熱交換器部分的第一總管之間圍繞第一熱交換器兩側(cè)流動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第二熱交換器部分的第一和第二端之間的尺寸小于從第二熱交換器部分的一側(cè)到第二熱交換器部分的另一側(cè)的尺寸，這樣流體輸送管橫跨第二熱交換器部分的表面的較短尺寸延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第二熱交換器部分的總管橫跨其端部延伸，并且大致從第一熱交換器的一側(cè)延伸到第一熱交換器的另一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第一熱交換器包括流體輸送管，第一熱交換器的流體輸送管沿著與每個第二熱交換器部分的流體輸送管相同的方向延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第一熱交換器的側(cè)面與第二熱交換器部分的每個側(cè)面鄰近，并且，第一熱交換器的第一端與其中一個第二熱交換器部分的第一端鄰近，并且第一熱交換器的第二端與另一個第二熱交換器部分的第二端鄰近。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，其中一個第二熱交換器部分的第二端與另一第二熱交換器部分的第一端鄰近。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第二熱交換器部分的總管水平延伸，并且第二熱交換器部分被垂直間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第二熱交換器部分的總管垂直延伸，并且第二熱交換器部分被水平間隔。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第一熱交換器的端部或側(cè)面中的至少一個向其中一個第二熱交換器部分的一個端部或側(cè)面的外部延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第一熱交換器的第一端向其中一個第二熱交換器部分的第一端的外部延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第一熱交換器的第一端向其中一個第二熱交換器部分的第一端的外部延伸，并且第一熱交換器的第二端向另一個第二熱交換器部分的第二端的外部延伸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，其中一個第二熱交換器部分的至少一個端部或側(cè)面向第一熱交換器的一個端部或側(cè)面的外部延伸。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第一熱交換器為用于冷卻發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，并且第二熱交換器為用于冷卻增壓空氣的增壓空氣冷卻器，散熱器和增壓空氣冷卻器部分中的每一個由周圍空氣冷卻。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器裝置，其特征在于，第一熱交換器為用于冷卻增壓空氣的增壓空氣冷卻器，并且第二熱交換器為用于冷卻發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，增壓空氣冷卻器部分和散熱器中的每一個由周圍空氣冷卻。
17.一種組合的散熱器和增壓空氣冷卻器組件，包括用于冷卻發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，該散熱器具有周圍空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的上端和下端，以及鄰近第一和第二端之間的表面的側(cè)面；用于冷卻增壓空氣并具有上部分和下部分的增壓空氣冷卻器，每個增壓空氣冷卻器部分具有周圍空氣流過的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的上端和下端，鄰近所述上端和下端之間表面的側(cè)面，并且包括在上端和下端的總管，以及基本徑直地在兩者之間延伸的增壓空氣輸送管，增壓空氣冷卻器上部分靠近散熱器的上端并以重疊的關(guān)系設(shè)置，增壓空氣冷卻器上部分的上端和下端沿著與散熱器上端和下端相同的方向定向，其中，散熱器上端的一個表面鄰近增壓空氣冷卻器上部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣周圍空氣可通過散熱器上端和增壓空氣冷卻器上部分連續(xù)流動，增壓空氣冷卻器下部分靠近散熱器下端并以重疊的關(guān)系設(shè)置，增壓空氣冷卻器下部分的上端和下端沿著與散熱器上端和下端相同的方向定向，其中，散熱器下端的另一個表面鄰近增壓空氣冷卻器下部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，這樣周圍空氣可通過增壓空氣冷卻器下部分和散熱器下端連續(xù)流動，增壓空氣冷卻器部分被可操作地連接，這樣增壓空氣可在增壓空氣冷卻器上部分的下部總管和增壓空氣冷卻器下部分的上部總管之間流動。
18.一種用于冷卻機(jī)動車輛的發(fā)動機(jī)中使用的流體的方法，包括提供一種熱交換器組件，其包括用于冷卻第一流體的第一熱交換器，其具有冷卻空氣流經(jīng)的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的第一端和第二端，以及鄰近所述第一和第二端之間的表面的側(cè)面，用于冷卻第二流體并具有第一和第二部分的第二熱交換器，每個第二熱交換器部分具有冷卻空氣流經(jīng)的相對的前表面和后表面，鄰近所述表面的相對的第一和第二端，鄰近所述第一和第二端之間表面的側(cè)面，并且包括在第一和第二端的總管，以及基本徑直地在兩者之間延伸的流體輸送管，其中一個第二熱交換器部分鄰近第一熱交換器的第一端并且以重疊的關(guān)系設(shè)置，所述其中一個第二熱交換器部分的第一和第二端沿著與第一熱交換器的第一和第二端相同的方向定向，其中，所述第一熱交換器的第一端的一個表面鄰近所述其中一個第二熱交換器部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，另一個第二熱交換器部分鄰近第一熱交換器的第二端并以重疊的關(guān)系設(shè)置，所述另一個第二熱交換器部分的第一和第二端沿著與第一熱交換器的第一和第二端相同的方向定向，其中，第一熱交換器第二端的另一個表面鄰近所述另一個第二熱交換器部分的一個表面地進(jìn)行設(shè)置，第二熱交換器部分被可操作地連接，這樣第二流體可在其中一個第二熱交換器部分的第二總管和另一第二熱交換器部分的第一總管之間流動；使第一流體流經(jīng)第一熱交換器；使第二流體流經(jīng)第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子、和其中一個第二熱交換器部分的第二總管與另一個第二熱交換器部分的第一總管之間；并且使冷卻空氣流經(jīng)熱交換器組件，這樣冷卻空氣流經(jīng)第一熱交換器的第一端和其中一個第二熱交換器部分，并且冷卻空氣流經(jīng)另一第二熱交換器部分和第一熱交換器的第二端，從而冷卻第一熱交換器內(nèi)的第一流體和第二熱交換器部分內(nèi)的第二流體。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，第二流體順序地通過另一個第二熱交換器部分的第二總管、另一個第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子、另一個第二熱交換器部分的第一總管、其中一個第二熱交換器部分的第二總管、其中一個第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子和其中一個第二熱交換器部分的第一總管進(jìn)行流動。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，冷卻空氣首先順序地流經(jīng)其中一個第二熱交換器部分并隨后流經(jīng)第一熱交換器的第一端，并且，冷卻空氣同樣首先順序地流經(jīng)第一熱交換器的第二端并隨后流經(jīng)另一個第二熱交換器部分。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，第二流體順序地通過其中一個第二熱交換器部分的第一總管、其中一個第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子、其中一個第二熱交換器部分的第二總管、另一第二熱交換器部分的第一總管、另一第二熱交換器部分的基本徑直地延伸的管子和另一第二熱交換器部分的第二總管進(jìn)行流動。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，冷卻空氣首先順序地流經(jīng)第一熱交換器的第一端并隨后流經(jīng)其中一個第二熱交換器部分，并且，冷卻空氣同樣首先順序地流經(jīng)另一個第二熱交換器部分并隨后流經(jīng)第一熱交換器的第二端。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，第一熱交換器為散熱器，第一流體為發(fā)動機(jī)冷卻液；并且，第二熱交換器為增壓空氣冷卻器，第二流體為增壓空氣，散熱器和增壓空氣冷卻器部分中的每一個由周圍的空氣冷卻。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，第一熱交換器為增壓空氣冷卻器，第一流體為增壓空氣；并且，第二熱交換器為散熱器，第二流體為發(fā)動機(jī)冷卻液，增壓空氣冷卻器部分和散熱器中的每一個由周圍空氣冷卻。
全文摘要
一種組合的散熱器和增壓空氣冷卻器組件，包括冷卻發(fā)動機(jī)冷卻液的散熱器，具有上部和下部、用于冷卻增壓空氣的增壓空氣冷卻器。增壓空氣冷卻器上部分鄰近散熱器上端并以重疊的關(guān)系設(shè)置并且，增壓空氣冷卻器下部分鄰近散熱器下端并以重疊的關(guān)系設(shè)置且位于散熱器的側(cè)面。周圍的空氣可連續(xù)地流經(jīng)散熱器上端和增壓空氣冷卻器上部分，并可流經(jīng)增壓空氣冷卻器下部分和散熱器下端。增壓空氣冷卻器部分被可操作地連接，這樣增壓空氣可在增壓空氣冷卻器上部分的下部總管和增壓空氣冷卻器下部分的上部總管之間流動。
文檔編號F28D1/00GK101080558SQ200480035094
公開日2007年11月28日 申請日期2004年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月26日
發(fā)明者J·A·科爾布 申請人:普羅里昂斯國際公司