具有歧管冷卻的熱交換器設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請要求保護(hù)在2013年2月22日提交的、名稱為“HEAT EXCHANGER WITHMANIFOLD COOLING AND DEFLECTOR(具有歧管冷卻的熱交換器設(shè)備和偏轉(zhuǎn)器)”的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/768，324的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)。上述專利申請的內(nèi)容明確地以引用的方式并入到本文的詳細(xì)描述中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]
[0003]本說明書涉及熱交換器和具有用于減少歧管周圍熱應(yīng)力的器件的熱交換器板。
【背景技術(shù)】
[0004]可以在自封閉的熱交換器(即，沒有外殼體的熱交換器)中形成熱應(yīng)力，其中，用于熱流體的歧管設(shè)置于板堆疊的外周圍上，而板堆疊的中央部分通過循環(huán)冷卻劑而冷卻。熱流體歧管與熱流體接觸并且比堆疊的中央?yún)^(qū)顯著更熱，其與冷卻劑恒定接觸。因此，在熱氣體入口歧管處其與在熱交換器的周界邊緣相鄰的側(cè)部(外側(cè))與其與中央(主要)冷卻劑通路相鄰的側(cè)部(內(nèi)側(cè))之間存在顯著的表面溫差。在歧管中的這種熱梯度可能導(dǎo)致在歧管處的高熱應(yīng)力。在熱氣體出口歧管處可能出現(xiàn)類似問題，然而，這個(gè)問題可能在更小的程度上，因?yàn)樵谂c熱交換冷卻劑接觸時(shí)，氣體溫度通常降低。
[0005]上文所描述的情形也可能橫跨各板形成熱梯度，這種熱梯度可能會造成熱應(yīng)力。在高溫流體通過設(shè)置于板堆疊的外邊緣處的未被冷卻的歧管進(jìn)入熱交換器的任何情形下可能會出現(xiàn)這個(gè)問題，諸如在EGHR(廢氣熱回收)冷卻和增壓空氣冷卻中，其中熱氣體由液體或氣態(tài)冷卻劑冷卻。
[0006]圖1示出了自美國專利申請?zhí)?3/599,339的EGHR熱交換器的示例，美國專利申請?zhí)?3/599，339在2012年8月30日提交并且以引用的方式并入到本文中。在使用中，熱交換器安裝于排氣閥上，如圖2所示。熱廢氣和冷卻劑流動(dòng)在圖2中示出。熱交換器板的實(shí)施例在圖3中示出。如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員通過閱讀本說明書認(rèn)識到盡管本文參考EGHR熱交換器描述了熱交換器，本文所公開的發(fā)明并非特別地限制用于GHR熱交換器中，而是可以用于熱交換的單獨(dú)應(yīng)用中。
[0007]由于在EGHR中閥配置造成的設(shè)計(jì)約束，并且為了使冷卻效率最高，廢氣入口和出口歧管位于熱交換器芯的邊緣處。將意識到與冷卻劑接觸的堆疊的部分將處于比僅與廢氣接觸的堆疊的那些區(qū)域(在圖2中圈出)顯著更低的溫度，從而在構(gòu)成堆疊的板上形成熱梯度。此外，更靠近熱交換器板的周界邊緣的熱廢氣歧管部分可能比位于板的內(nèi)側(cè)上并且與冷卻劑流體接觸的熱廢氣歧管部分顯著更熱。這可能會顯著地影響向熱氣體諸如EGHR系統(tǒng)中的熱交換器的耐用性。
[0008]當(dāng)熱交換器在正常操作條件加熱和冷卻時(shí)，參考圖2所描述的熱梯度可能會造成熱應(yīng)力。而且，因?yàn)榘宥询B在板端部處具有熱流體歧管部段，歧管的熱外表面向環(huán)境暴露。使熱交換器的熱外表面與水突然接觸，諸如當(dāng)車輛在濕條件下行駛時(shí)，將造成熱沖擊，熱沖擊可能會產(chǎn)生額外應(yīng)力。此外，當(dāng)熱廢氣沿著入口廢氣入口歧管的長度行進(jìn)時(shí)，熱廢氣直接沖擊到在這個(gè)熱廢氣入口歧管部段端部的最下面的熱交換基板。在熱廢氣流動(dòng)通常垂直于基板處的入口歧管端部沖擊時(shí)，其導(dǎo)致基板的一個(gè)部段在比基板的其它部分更高的溫度，并且由于熱廢氣沖擊而導(dǎo)致熱梯度和隨著時(shí)間局部材料降解的風(fēng)險(xiǎn)。此外，在基板的熱氣體入口歧管部分冷卻到比熱交換器板的冷卻芯部段更小的程度時(shí)，在基板上的熱梯度和應(yīng)力可能會顯著更高。
[0009]在本領(lǐng)域中需要一種熱交換器，其具有均勻冷卻的熱交換器板和能有助于減輕由于通過熱交換器流動(dòng)的熱廢氣造成的熱梯度所致的熱應(yīng)力的基板。此外，在本領(lǐng)域中需要一種板，其能有助于減少熱廢氣對熱交換器基板的沖擊和/或保護(hù)基板避免熱廢氣沖擊熱交換器的基板。
【附圖說明】
[0010]以舉例說明的方式，參考附圖，附圖示出了本發(fā)明的示例實(shí)施例，并且在附圖中:
[0011]圖1示出了廢氣熱回收(EGHR)熱交換器；
[0012]圖2示出了安裝到排氣閥上的熱交換器；
[0013]圖3示出了在圖2中示出的熱交換器的熱交換器板；
[0014]圖4示出了根據(jù)說明書的一實(shí)施例的熱交換器的熱交換器板；
[0015]圖5示出了根據(jù)說明書的一實(shí)施例安裝到排氣閥上的熱交換器；
[0016]圖6示出了將熱交換器連接到閥主體的區(qū)域的擴(kuò)張部分；
[0017]圖7示出了根據(jù)說明書的一實(shí)施例的偏轉(zhuǎn)器板的立體圖；
[0018]圖8示出了根據(jù)說明書的一實(shí)施例的偏轉(zhuǎn)器板的平面圖；以及
[0019]圖9示出了根據(jù)說明書的一實(shí)施例的偏轉(zhuǎn)器板的截面圖；
[0020]圖10示出了根據(jù)說明書的另一實(shí)施例安裝到排氣閥上的熱交換器；
[0021]圖11示出了根據(jù)本說明書的另一實(shí)施例安裝到閥上的熱交換器；
[0022]圖12示出了根據(jù)本說明書的再一實(shí)施例具有歧管冷卻的熱交換器；
[0023]圖13示出了根據(jù)本說明書的再一實(shí)施例具有歧管冷卻的熱交換器；
[0024]圖14示出了根據(jù)本說明書的又一實(shí)施例具有歧管冷卻的熱交換器；
[0025]在不同的附圖中可以使用相似附圖標(biāo)記來表示相似部件。
【具體實(shí)施方式】
[0026]圖4示出了根據(jù)說明書的一實(shí)施例的熱交換器板(4)。熱交換器板(4)具有通路(32)和熱交換器板第一流體入口(16)和出口(18)。為了方便起見，熱交換器板(4)的特征關(guān)于熱交換器的通路(32)部分的平面展開描述；特征被描述為在通路(32)平面下方、上方或在通路(32)的平面中。如將由本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識的那樣，這些描述是為了方便起見并且在使板(4)顛倒時(shí)在上方的特征將在下方，并且反之亦然。
[0027]熱交換器板(4)具有一對隆起部(54)，其中隆起部(54)之一具有熱交換器板第一流體入口(16)，而另一隆起部(54)具有熱交換器板第一流體出口(18)。如圖4所示，具有第一流體入口(16)和出口(18)的、隆起部(54)的部分存在于熱交換器板(4)的通路(32)平面下方的平面中。在組裝的熱交換器設(shè)備(2)中，如在下文中進(jìn)一步描述，第一流體通過第一流體入口(16)進(jìn)入，在熱交換器板(4)的通路(32)上方經(jīng)過、并且通過第一流體出口
(18)離開。
[0028]熱交換器板(4)還設(shè)有帶孔口(36)的凸出部(34)，孔口(36)可以是熱交換器板的第二流體入口(24)或出口(26)并且允許第二流體流動(dòng)。圖4所示的熱交換器板(4)具有一對凸出部(34)，其中凸出部(34)之一具有熱交換器板第二流體入口(24)，而另一凸出部(34)具有熱交換器板第二流體出口(26)，熱交換器板第二流體入口和熱交換器板第二流體出口允許第二流體流動(dòng)。此外，具有第二流體入口(24)和出口(26)的凸出部(34)存在于熱交換器板(4)的通路(32)上方的平面中。因此，具有第二流體入口(24)和出口
(26)的凸出部(34)在與具有第一流體入口(16)和出口(18)的隆起部(54)相反的方向上突伸。如本文所描述的隆起部(54)和凸出部(34)相對于通路(32)的位置分別有助于形成第一流體入口和出口歧管(12，14)和第二流體入口和出口歧管(20，22) ο
[0029]熱交換器板(4)具有周界邊緣部分(38)，該周界邊緣部分(38)適于將熱交換器板(4)操作性地聯(lián)接到第二板，諸如第二熱交換器板(4)、偏轉(zhuǎn)器板(6)(如在本文中描述)或基板(74)。周界邊緣部分(38)具有周界壁(56)和從周界壁(56)延伸到熱交換器板(4)的周界邊緣(58)的周界凸緣(60)。如在圖4和圖5中所示，周界凸緣(60)位于熱交換器板(4)的通路(32)的平面下方的平面中，而周界壁(56)從周界凸緣(60)在與具有第二流體入口和出口(24，26)的凸出部(34)相同的方向上延伸。換言之，周界壁(56)從通路
(32)平面下方延伸到熱交換器(4)的通路(32)的平面上方；其中周界壁(56)的上端位于與具有第二流體入口和出口(24，26)的凸出部(34)相同的平面中。
[0030]此外，如圖4和圖5所示，熱交換器板⑷設(shè)有通道(50)，該通道定位于周界邊緣部分(38)與凸出部(34)之間，并且允許流體從熱交換器板(4)的第一流體入口 16(或者向第一流體出口(18))、在凸出部(34)與周界邊緣(38)之間流動(dòng)。通道(50)具有床部(52)，床部(52)在如圖所示的一實(shí)施例中在由通路(32)形成的平面下方的平面中，以便于來自熱交換器板第一流體入口(16)的第一流體優(yōu)先流到通道(50)。因此，進(jìn)入第一流體入口
(16)的流體的大部分將流到通道(50)內(nèi)、并且然后在熱交換器板(4)的通道(32)上流動(dòng)。
[0031]同樣，在具有第二流體出口(26)的凸出部與周界邊緣部分(38)之間存在其它通道(50)并且在通路(3)的平面下方的平面中存在床部(52)可便于第一流體在通過第一流體出口(18)離開之前、在通路(32)上相對于另一通路(50)優(yōu)先流動(dòng)。存在通道(50)能有助于確保在具有第二流體入口(24)和出口(26)的凸出部(34)與周界邊緣部分(38)之間的區(qū)域接收穩(wěn)態(tài)流動(dòng)冷卻劑(或第一流體)，如在圖5中看出，并且能有助于減少在熱交換器板(4)上的熱應(yīng)力。
[0032]通道(50)的形狀、深度、寬度和其它方面并未特別限