热交换器设备的制作方法

本发明涉及一种热交换器设备，尤其涉及一种用于在燃烧式发动机中使用的热交换器设备。本发明还涉及一种包括热交换器设备的车辆、用于制造热交换器设备的方法以及加热热交换单元的方法。

本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑设备。尽管将针对机动车辆来描述本发明，但本发明不限于任何特定车辆，而是可以特别适用于重型车辆。

背景技术：

在冬季月份期间，可能由于外部温度低而很难起动车辆的燃烧式发动机。如果在发动机的运行部件处于低温时起动该发动机，则该发动机会在最初几英里期间产生增加的污染水平。当发动机在低温下运行时，燃料消耗也很高。然而，已经发现，如果发动机的一个或多个运行构件在发动机起动过程期间变暖，则发动机更容易起动，污染被减少或最小化，并且燃料效率得到提高。

存在许多用于提高燃烧式发动机的部件的温度的常规装置。例如，在冬季寒冷的地区(例如美国北部、加拿大、俄罗斯和斯堪的纳维亚)中，使用了发动机加热器。通常，发动机加热器被直接浸入车辆的发动机冷却剂或润滑剂中。然而，在将发动机加热器插入发动机流体中期间，存在系统内的压力损失的风险。一旦被插入，发动机加热器就会在夜间或在驾驶之前经由外部电力插座连接到正常的交流(ac)电。加热器元件加热了通过热虹吸管而被循环通过发动机的流体。使用外部电源意味着：一旦发动机已经起动，就不可能使用加热器。因此，一旦发动机已经起动，加热器就不能用于加快发动机温度升高的速率。此外，发动机加热器的尺寸(因此，发动机加热器的交换表面)也受到对能够将加热器直接插入发动机流体中的需求的限制。结果，能够从发动机加热器传输到流体的功率也受到限制。在邻近发动机加热器的区域中，还存在冷却剂沸腾或油结焦(oilcocking)的相关风险。

用于使发动机部件变暖的替代装置包括外部加热装置，例如泵送系统，其可以被并联或串联装配到冷却剂系统。当发动机仍然是热的时，可以填充加热贮存器(heatingreservoirs)，例如热电式贮存器(thermo-likereservoirs)。然而，贮存器的容量是有限的，并且由加热贮存器对冷却剂或润滑剂产生的影响也具有有限的持续时间。

技术实现要素：

存在许多与用于升高燃烧式发动机的部件的温度的常规加热装置有关的缺点。因此，本发明的实施例的目的是提供一种热交换器设备，该热交换器设备能够向燃烧式发动机的部件提供改进的热传递而不会导致系统内的任何相关的压力损失。本发明的实施例的另一个目的是提供一种热交换器设备，该热交换器设备能够在起动发动机之前和之后向燃烧式发动机的部件提供改进的热传递。本发明的实施例的另一个目的是提供一种热交换器设备，该热交换器设备能够影响燃烧式发动机内的润滑剂和冷却剂的温度。

这些目的中的至少一些可以通过一种用于燃烧式发动机的热交换器设备来实现，其中，该设备包括：

热交换单元，该热交换单元包括至少一个磁性部件；和

至少一个感应加热器，该至少一个感应加热器被定位成与热交换单元的所述至少一个磁性部件相邻，

其中，该感应加热器能够连接到电源，以向热交换单元提供感应加热。

该热交换单元可以具有任何适当的形状和尺寸。该热交换单元可以是板式热交换单元。术语“板式热交换单元”在本文中用来指包括多个板构件的热交换单元。

优选地，所述多个板构件中的至少一个或每一个板构件由磁性材料构成。在一个实施例中，该热交换单元是铜制板式热交换单元。

优选地，多个通道延伸穿过该热交换单元。优选地，所述多个通道大致垂直于所述板构件的平面延伸。至少一个第一通道能够连接到第一流体介质，例如冷却剂供应源。至少一个第二通道能够连接到第二流体介质，例如润滑剂供应源，即油供应源(oilsupply)。优选地，所述至少一个第一通道大致平行于所述至少一个第二通道延伸，并且与所述至少一个第二通道间隔开。

所述板构件被叠置，所述板构件在它们之间限定了用于第一流体介质的第一流动通路和用于第二流体介质的第二流动通路。第一流动通路和第二流动通路以交替方式布置在板构件之间。第一流动通路连接到第一通道，并且第二流动通路连接到第二通道。在使用中，热量通过板构件从在第二流动通路中流动的第二流体介质传递到在第一流动通路中流动的第一流体介质。第一流动通路和第二流动通路可以包括湍流器(turbulators)，以在流动中产生湍流，从而促进热交换。

在一个实施例中，所述感应加热器被定位成与热交换单元相邻，以便大致包围该热交换单元。术语“大致包围”在本文中用来指感应加热器大致包围该热交换单元的整个外周表面。

优选地，该热交换单元是冷却剂/油热交换器，并且冷却剂是液体冷却剂。

在一个实施例中，所述感应加热器提供至少一个开口，所述至少一个开口延伸到空腔中。所述至少一个开口和空腔被设定形状和尺寸以收容热交换单元。在一个实施例中，所述感应加热器的第一端提供第一开口，所述感应加热器的相反的第二端提供第二开口，并且通道(或空腔)与第一开口和第二开口连通并在第一开口和第二开口之间延伸。该通道或空腔限定了所述感应加热器的纵向轴线。

优选地，所述感应加热器被定位成与热交换单元相邻，以便大致包围热交换表面的整个外周表面，同时，所述感应加热器的纵向轴线大致平行于设置在该热交换单元内的所述多个通道中的至少一个通道延伸。优选地，所述感应加热器被定位成使得所述感应加热器的纵向轴线大致平行于能够连接到第一流体介质(例如冷却剂供应源)的所述至少一个第一通道和/或能够连接到第二流体介质(例如润滑剂供应源)的所述至少一个第二通道延伸。

在使用中，该热交换单元的至少一部分被收容或定位在由感应加热器提供的所述通道或空腔内。为了使热交换器设备的效率最大化，几乎整个热交换单元被收容或定位在由感应加热器提供的所述通道或空腔内。感应加热器单元的所述通道或空腔可以被设定形状和尺寸以与热交换单元的外周表面接触。替代地，感应加热器单元的所述通道或空腔可以被设定形状和尺寸，以在使用期间与热交换单元的外周表面间隔开。

在一个实施例中，所述感应加热器可以位于热交换单元的一对相邻的板构件之间。优选地，所述感应加热器位于在热交换单元内大致居中定位的一对相邻的板构件之间。然而，所述感应加热器可以位于被定位在热交换单元内的任何适当位置处的任何一对相邻的板构件之间。

在一个实施例中，所述感应加热器和热交换单元被提供为单个整体单元。替代地，所述感应加热器可以在使用之前安装在热交换单元内或其周围。例如，所述感应加热器能够在使用之前被插入在热交换单元的一对相邻的板构件之间。

在一个实施例中，所述热交换单元可以提供至少一个开口，所述至少一个开口延伸到空腔中。所述至少一个开口和空腔优选被设置在一对相邻的板构件之间。所述一对相邻的板构件优选限定一对相对的表面，所述一对相对的表面形成热交换单元的所述空腔。优选地，所述至少一个开口和空腔被设定形状和尺寸以收容感应加热器。所述感应加热器能够滑动穿过所述至少一个开口，以便被收容在热交换单元的所述空腔内。

在一个实施例中，所述热交换单元包括被可释放地安装的多个板构件。在组装之前，这些板构件可以分开，并且所述感应加热器被安装在这些板构件之间。

热交换器设备还可以包括至少一个(优选多个)固定构件，用于将感应加热器相对于热交换单元保持就位。所述固定构件可以是任何适当的器件，例如带螺纹的螺钉。例如，感应加热器和热交换单元中的一个或多个(例如热交换单元的板构件)包括至少一个螺纹孔，所述至少一个螺纹孔被设定形状和尺寸，以与一个或多个带螺纹的螺钉协同接合。优选地，所述感应加热器和热交换单元(例如板构件)包括至少一个(优选多个)螺纹孔，所述至少一个(优选多个)螺纹孔在使用中被对准，以接收至少一个(优选多个)带螺纹的螺钉。

该热交换单元可以包括凸缘，该凸缘位于该单元的第一端的周边(perimeter)处，并从该单元的第一端的周边沿着该单元的第一端的周边向外延伸。所述至少一个螺纹孔可以由该凸缘提供。所述感应加热器可以包括凸缘，该凸缘位于该加热器的第一端的周边出，并从该加热器的第一端的周边延伸沿着该加热器的第一端的周边向外延伸。所述至少一个螺纹孔可以由加热器的该凸缘提供。感应加热器的该凸缘可以布置成邻接热交换单元的凸缘。在使用中，感应加热器的凸缘可以邻接热交换单元的凸缘，使得每个凸缘的螺纹孔被对准，以可释放地接合所述固定构件。

该热交换单元的至少一个磁性部件(优选每一个磁性部件)可以由钢构成。然而，应当理解，所述磁性部件可以由任何适当的磁性材料构成。每个磁性部件可以由与热交换单元内的其它部件相同的磁性材料或不同的磁性材料构成。

热交换器设备还可以包括与感应加热器连通的电源。该电源可以选自：外部交流(ac)电源或车辆电池。

根据第二方面，本发明的一个或多个目的可以通过一种车辆来实现，该车辆包括燃烧式发动机，该燃烧式发动机与本文中描述的热交换器设备连通。车辆电池优选连接到该热交换器设备。

根据本发明的第三方面，本发明的一个或多个目的可以通过一种制造热交换器设备的方法来实现，该方法包括：

将感应加热器定位成与热交换单元的至少一个磁性部件相邻。

根据本发明的一个实施例，该感应加热器可以被改装到发动机的热交换单元。因此，已经针对该发动机的热交换对发动机的热交换单元进行了优化。因此，本发明提供了一种向发动机的热交换单元提供优化的热传递的方法。

根据本发明的第四方面，本发明的一个或多个目的可以通过一种加热热交换单元的方法来实现，该热交换单元包括至少一个磁性部件，该方法包括：

将感应加热器定位成与热交换单元的所述至少一个磁性部件相邻；和

将该感应加热器连接到电源，使得该感应加热器对热交换单元产生感应加热。

根据本发明的第五方面，本发明的一个或多个目的可以通过一种用于提供热交换器设备的套件来实现，该套件包括：

热交换单元，该热交换单元包括至少一个磁性部件；和

感应加热器，该感应加热器能够被定位成与热交换单元的所述至少一个磁性部件相邻，其中，该感应加热器能够连接到电源，以向热交换单元提供感应加热。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1是用于燃烧式发动机的常规过滤器和热交换器模块的示意图；

图2是常规发动机的前视图的示意图，该常规发动机包括图1的常规过滤器和热交换器模块；

图3是从常规发动机的侧面看到的视图的示意图，该常规发动机包括图1的常规过滤器/热交换器模块；

图4a、图4b和图4c是图1的常规过滤器/热交换器模块的前视图和侧视图的图像；

图5是燃烧式发动机的图像，该燃烧式发动机包括图1的常规过滤器/热交换器模块；

图6a是根据本发明的一个实施例的热交换器设备的分解示意图；

图6b是图6a的热交换器设备的示意图；

图6c是过滤器和热交换器模块的示意图，该过滤器和热交换器模块包括图6a的热交换器设备；

图7a是根据本发明的另一个实施例的热交换器设备的分解示意图；

图7b是图7a的热交换器设备的示意图；

图7c是过滤器和热交换器模块的示意图，该过滤器和热交换器模块包括图7b的热交换器设备；

图8a是根据本发明的另一个实施例的热交换器设备的分解示意图；

图8b是图8a的热交换器设备的示意图；

图8c是过滤器和热交换器模块的示意图，该过滤器和热交换器模块包括图8a的热交换器设备；

图9是发动机润滑系统的示意图，该发动机润滑系统包括根据本发明的实施例的热交换器设备；并且

图10是图9的发动机冷却系统的另一个示意图。

具体实施方式

参考图1至图5，用于燃烧式发动机4的常规过滤器和热交换器模块2包括热交换单元6。热交换单元6在这些图中被示出为具有大致矩形的横截面。然而，应当理解，取决于热交换器2的要求，热交换单元6可以具有任何适当的形状和尺寸。

常规的热交换单元6例如可以是板式热交换单元。板式交换单元包括由磁性材料(例如钢)构成的多个板构件。这些板构件被布置成在使用中提供用于接收冷却剂供给流的第一通道和用于接收润滑剂供给流的第二通道。该第一通道和第二通道大致垂直于所述板构件的平面延伸。

所述板构件被叠置，这些板构件在它们之间交替地限定了用于冷却剂的第一流动通路和用于润滑剂的第二流动通路。第一流动通路连接到所述第一通道，并且第二流动通路连接到所述第二通道。在使用中，随着加热的润滑流体供给流(未示出)穿过热交换单元6，热量被从润滑供给流(未示出)传递到冷却剂供给流(未示出)。第一流动通路和第二流动通路可以包括湍流器，以在冷却剂流和/或润滑剂流中产生湍流，从而促进热交换。

参考图6a至图6c、图7a至图7c和图8a至图8c，本发明提供了一种热交换器设备10，它能够被改装到燃烧式发动机内的现有热交换单元。本发明的热交换器设备可以在不需要燃烧式发动机内的任何额外的空间和/或布线的情况下安装。本发明的热交换器设备可以在不需要该燃烧式发动机的任何额外修改或重新布置的情况下安装。如图9和图10中所示，本发明的热交换器设备能够安装到现有的燃烧式发动机，以使流体供给流变暖。

参照图6a至图6b，根据本发明的一个实施例，热交换器设备10包括热交换单元12。热交换单元12在这些图中被示出为具有大致矩形的横截面。然而，应当理解，取决于热交换器设备10的要求，热交换单元12可以具有任何适当的形状和尺寸。

在本实施例中，热交换单元12是板式交换单元，其包括由钢构成的多个板构件13。然而，应当理解，热交换单元12可以由任何适当的磁性材料构成。板构件13是主要呈矩形形状的，并且堆叠在彼此的顶部上，以提供热交换单元12。热交换单元12可以不完全由磁性材料构成，而是热交换单元12的至少一个部件由磁性材料构成。

如关于常规热交换单元6所讨论的，热交换单元12包括与发动机的冷却剂供给流连通的至少一个第一通道(未示出)以及与发动机的润滑剂供给流连通的至少一个第二通道(未示出)。热交换单元12被布置成：在使用中，随着所述供给流穿过该热交换单元，热交换单元12将热量从润滑剂供给流传递到冷却剂供给流。

热交换单元12还包括凸缘14，该凸缘14沿着热交换单元12的基部16的周边向外延伸。凸缘14提供了贯穿该凸缘14延伸的多个间隔开的螺纹孔18。

热交换器设备10还包括感应加热器20。感应加热器20提供了在加热器20的第一端26处的第一开口24、以及在加热器20的相反的基部端28处的第二开口(未示出)。该第一开口和第二开口与在它们之间延伸的空腔30连通。开口24和空腔30被设定形状和尺寸，以收容热交换单元12。空腔30具有主要呈矩形的横截面。感应加热器20提供空腔30，该空腔30被设定形状和尺寸，以大致收容整个热交换单元12。然而，应当理解，在一些实施例中，感应加热器20可以在空腔30内仅收容热交换单元12的一部分。

感应加热器20还包括凸缘32，该凸缘32沿着感应加热器20的基部端28的周边向外延伸。凸缘32提供了贯穿该凸缘32延伸的多个间隔开的螺纹孔34。感应加热器20还包括用于连接到电源(即，连接到发动机的电源)的电接口36，以向热交换单元12提供感应加热。

在使用中，热交换单元12通过设置在基部端28处的所述第二开口(未示出)被插入，并收容在感应加热器20的空腔30内。感应加热器20(特别是空腔30)被设定形状和尺寸，以提供与热交换单元12紧密配合。然而，应当理解，在一些实施例中，感应加热器20可以与热交换单元12间隔开。所示的实施例示出了整个热交换单元12被收容在空腔30内。然而，应当理解，可以仅将热交换单元12的一部分收容在感应加热器20内。

热交换单元12的凸缘14邻接感应加热器20的凸缘32。由热交换单元12的凸缘14提供的螺纹孔18与感应加热器20的凸缘32的螺纹孔34对准。

固定构件38被收容在热交换器设备10的螺纹孔18、32内并与螺纹孔18、32协同地接合，以将感应加热器20和热交换单元12相对于彼此固定就位。在所示的实施例中，固定构件38是带螺纹的螺钉，然而应当理解，可以使用任何适当的固定构件38来将感应加热器20相对于热交换单元12固定就位并将设备10在发动机内固定就位。

参照图7a至图7c，根据本发明的另一个实施例，热交换器设备110包括热交换单元112。热交换单元112在这些图中被示出为具有大致矩形的横截面。然而，应当理解，取决于热交换器设备110的要求，热交换单元112可以具有任何适当的形状和尺寸。在本实施例中，热交换单元112是板式交换单元，其包括由钢构成的多个板构件113。然而，应当理解，热交换单元112可以由任何适当的磁性材料构成。板构件113是主要呈矩形形状的，并且堆叠在彼此的顶部上以提供热交换单元112。热交换单元112可以不完全由磁性材料构成，而是热交换单元112的至少一个部件由磁性材料构成。

如关于图6a至图6c所讨论的，图7a至图7c的热交换单元112包括与发动机的冷却剂供给流连通的至少一个第一通道(未示出)以及与发动机的润滑剂供给流连通的至少一个第二通道(未示出)。热交换单元112被布置成：在使用中，随着所述供给流穿过该热交换单元，热交换单元112将热量从润滑剂供给流传递到冷却剂供给流。

热交换单元112还包括凸缘114，该凸缘114沿着热交换单元112的基部116的周边向外延伸。凸缘114提供了贯穿该凸缘114延伸的多个间隔开的螺纹孔118。

热交换单元112还包括开口115，该开口115延伸到空腔117中，该空腔117被设定形状和尺寸，以收容感应加热器120。空腔117设置在一对相邻的板构件113a、113b之间，所述一对相邻的板构件113a、113b在热交换单元112的板构件113的堆叠体(stack)内被大致居中地定位。然而，应当理解，该感应加热器可以位于被定位在热交换单元内的任何适当位置处的任何一对相邻的板构件之间。所述一对相邻的板构件113a、113b分别限定了空腔117的下表面和上表面。下面的板构件113a提供了多个螺纹孔119。

热交换器设备110还包括感应加热器120。感应加热器120。感应加热器120的截面是大致平坦的。感应加热器120是板状构件。

感应加热器120还包括多个螺纹孔121。感应加热器20被设定形状和尺寸，以收容在热交换单元112的空腔117内。

感应加热器120还包括用于连接到电源(即，连接到发动机的电源)的电接口136，以向热交换单元112提供感应加热。

在使用中，感应加热器120被可滑动地收容在热交换单元112的空腔117内。感应加热器120被设定形状和尺寸，以提供在该热交换单元的空腔117内的紧密配合。

固定构件138被收容在热交换单元112的螺纹孔118和感应加热器120的螺纹孔121中的每一个螺纹孔内并且与所述螺纹孔协同地接合。固定构件138将热交换单元112在发动机内固定就位，并将感应加热器120固定到热交换单元112的板构件113a。

参考图8a至图8c，在另一个实施例中，热交换单元212包括多个板构件213。所述多个板构件能够分成上部的板构件213a和下部的板构件213b。上部的板构件213a的下表面提供凸缘214，该凸缘214被设定形状和尺寸以延伸超过板构件213的尺寸。凸缘214从上部的板构件213a的下表面的周边沿着上部的板构件213a的下表面的该周边向外延伸。该凸缘提供了多个间隔开的螺纹孔218。

下部的板构件213b的上表面216提供凸缘217，该凸缘217被设定形状和尺寸以向外延伸超过板构件213的尺寸。凸缘217从下部的板构件213b的上表面的周边沿着下部的板构件213b的上表面的该周边向外延伸。凸缘217提供了多个间隔开的螺纹孔219。

感应加热器220被设定形状和尺寸，以便收容在上部的板构件213a和下部的板构件213b之间。感应加热器220还提供了沿着其周边定位的多个间隔开的螺纹孔。

感应加热器200是大致板状形状的，并且还包括用于连接到电源的感应电接口236。

在使用中，感应加热器220被放置在下部的板构件213b的上表面216的顶部上。然后，上部的板构件213a被定位在感应加热器220的顶部上。然后，将固定构件238(带螺纹的螺钉)插入穿过上部的板构件213a、感应加热器220和下部的板构件213b的被对准的所述孔中，以将热交换单元212和感应加热器220固定就位。

一旦固定就位，就通过感应电接口36、136、236将电力供应到感应加热器20、120、220。感应加热器20、120、200向热交换单元12、112、212的磁性部件提供感应加热。因此，热交换单元12、112、212的温度升高，从而导致流过热交换单元12、112、212的流体供给流(冷却剂和润滑剂)变暖。随着润滑剂供给流变暖，粘度降低，从而使发动机更容易起动。由于热交换单元内的冷却剂供给流的同时加热，所以润滑剂能够更久地维持在较高温度下。

本发明的实施例的热交换器设备可以在不对发动机的流体供给流造成任何干扰的情况下进行组装。本发明的热交换器设备(特别是感应加热器)不与发动机内的任何流体(例如冷却剂或润滑剂)直接接触。因此，与常规的发动机流体加热装置相比，本发明的实施例的热交换器设备可以在没有发动机内的任何压力损失风险的情况下使用，从而向流体提供加热以确保发动机更有效地运行。

根据本发明的实施例的热交换器设备被设定尺寸，以便收容在由燃烧式发动机提供的空间内而不需要该发动机内的任何额外空间和/或部件的重新布置。该热交换器设备可以被改装到发动机的现有部件。本发明的实施例提供了一种用于加热机动车辆的发动机的、更高效且紧凑的系统，因为本发明提供了一种直接安装在机动车辆的发动机的部件上的感应加热器。可以将本发明的实施例提供为单个整体部件，以插入发动机内。

感应加热器被定位成与该设备的热交换单元相邻，以提供比常规的发动机流体加热器大的热交换表面。因此，与常规的发动机流体加热器相比，本发明的实施例提供了一种具有提高的功率容量和/或感应传热容量的热交换器设备。本发明的实施例还提供了一种具有降低的冷却剂沸腾和/或润滑剂(例如油)结焦的风险或基本没有该风险的热交换器设备。

本发明的实施例提供了一种热交换器设备，该热交换器设备通过使冷却剂和润滑剂二者变暖而提供了一种改进的且更有效的、对发动机流体的加热。因此，降低了加热的润滑剂被冷却剂快速冷却的风险或者不存在该风险。因此，本发明的实施例提供了更有效的对润滑剂的加热。随着润滑剂的温度的升高，润滑剂变得较不粘稠。润滑剂粘度的降低使发动机更容易起动。因此，本发明的实施例提供了一种热交换器设备，该热交换器设备通过确保润滑剂在较长的持续时间内维持在较高温度下来提高发动机在较长时间段内的可起动性。

应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求书的范围内可以进行许多修改和变型。