熱交換器、用于熱交換器的箱體和用于制造箱體的方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]熱交換器被用來將熱能從一個(gè)具有第一較高溫度的流體流轉(zhuǎn)移到另一個(gè)具有第二較低溫度的流體流。這種熱交換器經(jīng)常被用來通過將廢熱轉(zhuǎn)移到被引導(dǎo)流經(jīng)熱交換器的更涼的空氣流將廢熱從諸如油、冷卻劑等的工藝流體中移除。
[0002]在某些應(yīng)用中，待冷卻的工藝流體的工作壓強(qiáng)還比熱交換器周圍的環(huán)境大氣壓強(qiáng)高很多。因此，將熱交換器設(shè)計(jì)成承受由于流經(jīng)熱交換器的工藝流體引起的壓力變得很必要。這變得有挑戰(zhàn)，特別是在熱交換器被用在大型系統(tǒng)和機(jī)器(例如，建筑裝備、農(nóng)業(yè)機(jī)械等)的情況下。隨著機(jī)械或系統(tǒng)的尺寸增加，工藝流體的流速也增加，這迫使更大的熱交換器來適應(yīng)熱轉(zhuǎn)移要求和流體流速。這種更大的熱交換器可以具有暴露于工藝流體(特別是箱體區(qū)域中的工藝流體)的壓強(qiáng)的非常大的表面區(qū)域，并且作用在這些大表面的流體壓力能導(dǎo)致熱交換器結(jié)構(gòu)中的破壞性機(jī)械應(yīng)力。
[0003]圖1中描述了本領(lǐng)域已知的這種熱交換器的示例。熱交換器101具有條和板的構(gòu)造，并且可以被用作例如用于非公路用車(例如，挖掘機(jī)、裝載機(jī)、聯(lián)合收割機(jī)等)的油冷卻器。待被熱交換器101冷卻的油經(jīng)過設(shè)置在熱交換器芯102內(nèi)的多個(gè)通道，這些通道與用于冷卻空氣的通道交替，冷卻空氣按照錯(cuò)流于通過芯102的油的方向被引導(dǎo)。箱體103設(shè)置在芯102的兩端以便使油在箱體103和芯102之間往返，并且每個(gè)箱體103設(shè)置有入口端口 /出口端口 106，以便將熱交換器101和油回路流體聯(lián)接。
[0004]箱體103的尺寸必須足夠大以便平均地將油流分配到各個(gè)通道。因此，箱體內(nèi)的非常大的表面區(qū)域被暴露到油的通常很高的壓強(qiáng)下，并且必須設(shè)計(jì)成能夠承受這樣的力。用于這樣的高壓強(qiáng)應(yīng)用的典型的箱體構(gòu)造包括擠壓的箱體部分104，箱體部分104具有弓形的(例如，圓柱形的)內(nèi)部輪廓以便平均地分配由于壓強(qiáng)載荷引起的力。平整的端蓋105焊接到擠壓的箱體部分104的端部，以便關(guān)閉箱體103的端部。而且，這些平整的端蓋105也必須設(shè)計(jì)成具有適合承受由箱體103中的流體施加到其上的壓力的厚度。因?yàn)橹圃祗w積小，所以這樣的箱體構(gòu)造比經(jīng)過工具加工的鑄造箱體更經(jīng)濟(jì)。
[0005]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)即使當(dāng)這樣的熱交換器已經(jīng)設(shè)計(jì)成具有適合承受預(yù)定的應(yīng)用的提高的工作壓強(qiáng)的壁部分時(shí)，作用在端蓋上的力仍能導(dǎo)致熱交換器的剩余部分中的不希望的且有損傷的應(yīng)力。因此，仍然存在改進(jìn)的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，用于熱交換器的箱體包括擠壓的箱體部分、平坦的第一端蓋、以及平坦的第二端蓋；箱體部分具有大體上恒定的擠壓輪廓，擠壓輪廓在縱向方向上從第一箱體端部向第二箱體端部延伸；平坦的第一端蓋靠近第一箱體端部連結(jié)至擠壓的箱體部分；平坦的第二端蓋靠近第二箱體端部連結(jié)至擠壓的箱體部分。擠壓的箱體部分和第一端蓋和第二端蓋一起至少部分地限定箱體內(nèi)部體積。平坦的第一端蓋和第二端蓋都布置成和縱向方向成非垂直角度。
[0007]在一些實(shí)施例中，第一端蓋從第一箱體端部至少部分地凹陷，并且第二端蓋從第二箱體端部至少部分地凹陷。一些實(shí)施例包括至少一個(gè)安裝孔，安裝孔延伸通過擠壓的箱體部分，而不穿過箱體內(nèi)部體積，并且在一些這樣的實(shí)施例中，安裝孔位于平坦的第一端蓋和第一箱體端部之間。
[0008]—些實(shí)施例中，大體上恒定的擠壓輪廓包括圓柱形內(nèi)表面和相對(duì)的、大體上平坦的第一外表面和第二外表面，第一外表面和第二外表面通過大體上平坦的第三外表面連結(jié)，第三外表面垂直于大體上平坦的第一外表面和第二外表面。平坦的第一端蓋和第二端蓋中的每個(gè)包括和圓柱形內(nèi)表面的圓錐截面相對(duì)應(yīng)的橢圓邊緣。
[0009]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，制造用于熱交換器的箱體的方法包括:擠壓箱體部分，箱體部分具有在縱向方向上延伸的大體上恒定的擠壓輪廓；沿著縱向方向?qū)D壓的箱體部分切割成預(yù)定長度；由一片材料制成平整的端蓋，每個(gè)平整的端蓋具有相對(duì)的第一面和第二面，第一面和第二面被材料的厚度隔開；在擠壓的箱體部分的其中一個(gè)預(yù)定長度內(nèi)插入平整的第一端蓋，使得縱向方向和平整的第一端蓋的相對(duì)的第一面和第二面成非零角度；在擠壓的箱體部分的這個(gè)預(yù)定長度內(nèi)插入平整的第二端蓋，使得縱向方向和平整的第二端蓋的相對(duì)的第一面和第二面成非零角度；以及將平整的第一端蓋和平整的第二端蓋連結(jié)至擠壓的箱體部分。
[0010]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，熱交換器包括多個(gè)流體流通道和箱體；流體流通道平行地從壁延伸；箱體密封地連結(jié)至壁，以一起限定箱體體積。箱體體積的內(nèi)表面暴露于來自流經(jīng)多個(gè)流體流通道的流體的壓力。箱體包括擠壓的箱體部分、平坦的第一端蓋和平坦的第二端蓋；擠壓的箱體部分具有大體上恒定的擠壓輪廓，大體上恒定的擠壓輪廓在縱向方向上從第一箱體端部向第二箱體端部延伸；平坦的第一端蓋靠近第一箱體端部連結(jié)至擠壓的箱體部分，并且布置成和壁成非垂直角度；并且平坦的第二端蓋靠近第二箱體端部連結(jié)至擠壓的箱體部分，并且布置成和壁成非垂直角度。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器的立體圖；
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的熱交換器的立體圖；
[0013]圖3是圖2的熱交換器局部被切掉的立體圖；
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的圖2的熱交換器中使用的箱體的立體圖；
[0015]圖5是圖4的箱體中使用的示出擠壓輪廓的平面圖；
[0016]圖6是圖4的箱體中使用的端蓋的平面圖；
[0017]圖7是圖2的熱交換器的一部分的示意的平面截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在詳細(xì)講解本發(fā)明的任何實(shí)施例之前，將理解的是，本發(fā)明在其應(yīng)用時(shí)不限于以下說明中提出的或附圖中示出的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施例，并且能夠采用多種方式實(shí)踐或?qū)嵤?。還將理解的是，這里使用的用語和術(shù)語是為了描述，并且不應(yīng)該被認(rèn)為是限制。文中“包括”、“包含”或“具有”及其變體的使用旨在囊括其后列出的條目及其等同物和另外的條目。除非另有特定或限制說明，術(shù)語“安裝”、“連接”、“支撐”和“聯(lián)接”及其變體使用了其廣泛意思并且囊括直接和間接的安裝、連接、支撐和聯(lián)接。而且“連接”和“聯(lián)接”不限制于物理的或機(jī)械的連接或聯(lián)接。
[0019]圖2、圖3和圖7中示出了體現(xiàn)了本發(fā)明的熱交換器1，并且相對(duì)于其它已知的熱交換器，當(dāng)熱交換器1在諸如油冷卻、增壓空氣冷卻等的高壓強(qiáng)應(yīng)用中使用時(shí)可以提供耐久性的優(yōu)點(diǎn)。為了闡述的目的，將參照這樣的熱交換器1:用于冷卻機(jī)油的用空氣冷卻的油冷卻器，但是應(yīng)該理解的是本發(fā)明也可適用于其他熱交換器應(yīng)用。
[0020]熱交換器1具有條和板的構(gòu)造，其具有銅焊的熱交換器芯2，熱交換器芯2限定了用于油和冷卻空氣流動(dòng)的交替的通路。從圖3中可知，通過堆疊平整的隔板11形成芯2，長條9和短條10交替地分隔隔板11，以限定交替的油通路8和空氣通路7。長條9布置在熱交換器1的相對(duì)的空氣入口面和出口面處，長條9界定油通路8，油通路8在熱交換器的寬度方向上延伸。短條10布置在熱交換器1的相對(duì)的箱體端，短條10界定空氣通路7，空氣通路7在熱交換器的深度方向上延伸，從而油通路8和空氣通路7布置成彼此垂直，形成了錯(cuò)流(cross-flow)的熱交換方向。油插入物20布置在油通路8中的隔板11之間，空氣翅片21布置在空氣通路7中的隔板11之間。油插入物20和空氣翅片21通過額外的熱交換表面區(qū)域和用于它們相應(yīng)的流體的湍流提供了增強(qiáng)的熱轉(zhuǎn)移，還提供了對(duì)隔板的結(jié)構(gòu)支撐以便承受流體施加的壓力。芯2由堆疊的頂端和底端處的側(cè)板22界定。
[0021]短條10的平整側(cè)面、長條9的端部、以及隔板11和側(cè)板22的邊緣在芯102的每個(gè)箱體端部一起構(gòu)成了大致平坦的壁13。入口和出口箱體3焊接在壁13上以提供用于讓油流過油通路8的入口管道和出口管道。有代表性的箱體3的細(xì)節(jié)在圖4-圖6示出，并且現(xiàn)在將參照這些圖和圖2、圖3和圖7更加詳細(xì)地描述。
[0022]為了承受由經(jīng)過熱交換器1的油或其它增壓的流體所施加的增加的壓力，箱體3由焊接組件構(gòu)成，優(yōu)選地由鋁合金焊接組件構(gòu)成，但是如果應(yīng)用有要求，可用其它金屬代替。箱體3具有盒狀構(gòu)造，具有由擠壓的(extruded)箱體部分4提供的三個(gè)側(cè)面，擠壓的箱體部分4的輪廓(profile)在圖5中示出。擠壓的箱體部分4在縱向方向上(圖4中通過標(biāo)記有“L”的雙端箭頭指示)延伸，并且包括一對(duì)隔開的相對(duì)的側(cè)面18，其將箱體的寬度限定成大約等于熱交換器芯2的深度，這兩個(gè)側(cè)面18通過第三側(cè)面19連結(jié)，從而形成盒狀箱體的外圍。流體的入口或出口端口 6設(shè)置成通過其中一個(gè)側(cè)壁18，但是這樣的端口 6還可以可替代地設(shè)置成通過側(cè)壁19。圓柱形表面16設(shè)置在箱體部分4的內(nèi)部，并且沿著長度方向L延伸，從而內(nèi)部壓力在箱體部分4上主要分解成薄膜應(yīng)力，而不是彎曲應(yīng)力。當(dāng)流經(jīng)熱交換器1的通道8的流體的壓強(qiáng)比環(huán)境壓強(qiáng)高很多時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)可以為箱體3提供增強(qiáng)的耐久性。
[0023]箱體3還包括一對(duì)平坦的端蓋5，端蓋5布置在擠壓的箱體部分4的相對(duì)的端部15處。平坦的端蓋5布置成不和擠壓的箱體部分4的縱向方向垂直。尤其從圖7中可知，可以用角度Θ來表示偏離垂直面的偏移，并且至少在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，偏離垂直面的偏移至少為55°?？梢酝ㄟ^采用例如激光切割或水射流切