空对空热交换器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的空对空热交换器。
[0002]在许多应用中，使用空对空热交换器来冷却产生热的设备。例如电机通常构造成假定其操作温度保持低于40摄氏度。小型电机可以借助于附接至电机的轴并且通过电机来吹送围绕电机的外部空气的风扇来进行冷却。较大的电机通常设置有用于对电机进行冷却的热交换器。热交换器还使得能够终止机器内的内部空气环流。热交换器可以是水对空热交换器或空对空热交换器。水对空热交换器与空对空热交换器相比通常是更有效的，但是存在许多要避免水的应用。空对空热交换器因而常常是可以在特定应用中使用的唯一选择。
[0003]本发明涉及一种可以有利地与电机结合使用的空对空热交换器。电机设置有外部空气环流和内部空气环流。内部空气环流使空气在闭式循环中从电机循环至热交换器并循环回到电机。外部空气环流通过热交换器来使冷却空气循环。内部空气在热交换器与电机之间循环，以使得内部空气在每个周期期间都在热交换器中被冷却。
【背景技术】
[0004]日本特许公报10174369公开了一种用于电机的热交换器。该热交换器包括壳体以及沿电机的轴向方向在壳体内穿过的一组管道。风扇通过管道将外部冷却空气从上游端向下游端吹送。壳体的内部通过横向分隔壁分成第一区域A和第二区域B。来自位于壳体下方的电机的热空气首先向上流动经过壳体的中间部中的管道。热空气然后在壳体的端部处被向下引导并且从电机的两端返回。分隔壁定位成更靠近管道的上游端。第一区域A中的用于内部循环空气的冷却区域因而小于第二区域B中的冷却区域。第二区域B因而将比第一区域A更有效。这用以补偿外部冷却空气在第一区域A中具有比在第二区域B中更低的温度的事实。因而实现了电机的更均匀的冷却。
[0005]美国专利4，348，604公开了一种用于电机的热交换器。该热交换器为板式横流空对空热交换器。热交换器包括成对的竖向延伸板。每对板中的第一板都包括形成了用于外部冷却空气的水平管道的水平延伸的分隔部。每对板中的第二板包括形成了用于内部空气的竖向管道的竖向延伸的分隔部。在竖向延伸板上方还存在充气室。该充气室通过横向延伸经过充气室的挡板而被分成两部分。该挡板用于转移并划分从机器的中央部以渐进的方式向上通过热交换器的空气，以及用于使空气以这种比例关系向下返回到机器的相反两端，所述相反两端接纳被冷却至大约相等的温度的空气。因而实现了电机的更均匀的冷却。
[0006]欧洲专利公报2 149 967公开了一种包括具有底板、顶板、上游端壁、下游端壁和侧壁的第一壳体的热交换器。在第一壳体中设置有从上游端壁沿第一方向朝向下游端壁延伸的空气通道。在第一壳体的上部分中、在空气通道上方还设置有从上游端壁向下游端壁延伸的顶部充气室。还设置有沿与第一方向垂直的第二方向延伸并将第一壳体的在顶部充气室下方的下部部分分成上游端部段、中间部段和下游端部段的分隔壁。
[0007]德国专利公报2 037 382公开了一种包括其内设置有轴向定向的平行的热交换器管的筒状壳体的热交换器。热交换器管被支承在壳体内并且在壳体的中央部与内壁之间形成环形束。分配管连接至热交换器管的第一端，并且收集管连接至热交换器管的相反的第二端。冷却介质因而可以从分配管通过热交换器管流至收集管。在筒状壁中、收集管的径向位置处还设置有入口，以及在筒状壁中、分配管的径向位置处还设置有出口。待冷却的介质通过入口被引入到筒状件中并且通过出口从筒状件引出。在热交换器管之间设置有径向延伸的局部分隔壁，以在所述介质在筒状件内从入口朝向出口传送时使待冷却的介质的流动径向偏斜。筒状件的位于入口的区域中的第一部分具有双壁。待冷却的一部分介质在其已在筒状件内被冷却之后反向再循环到筒状件的双壁中，以对筒状件的所述壁进行冷却。
[0008]还存在用于对包括第一壳体和沿第一方向在第一壳体内穿过的一组管道的电机进行冷却的现有技术的空对空热交换器。风扇通过管道将外部冷却空气从管道的上游端向管道的下游端吹送。第一壳体的内部的下部部分通过横向分隔壁被轴向分成三个部段。第一端部段定位在壳体的上游端处，第二端部段定位在壳体的下游端处，并且中间部段定位在第一端部段与第二端部段之间。敞开的顶部充气室形成在第一壳体的上部分处、分隔壁上方。待冷却的电机位于第一壳体下方的第二壳体中，使得第一壳体的底板坐置在第二壳体的顶板上。
[0009]来自待冷却的电机的内部热空气向上流经第一壳体的中间部段中的冷却管道。热空气在热交换器中的顶部充气室中被分成两个分支。第一分支向下流经第一部段中的管道并且进一步地流入到电机的第一端。第二分支向下流经第二端部段中的管道并且进一步地流入到电机的相反的第二端。所述两个分支从电机的相反两端流入到转子中的轴向空气通路中，并且进一步地通过转子中的轴向空气通路流至转子与定子之间的空气间隙，并且进一步地通过定子中的轴向空气通路流至壳体的中间部段。当热空气再次从定子进入到热交换器的中间部段时，新的冷却周期开始。这种装置为电机提供了相当对称的冷却。
[0010]然而，这种对称性冷却的问题在于热交换器的下游端处的第二端部段中的冷却管道的温度高于热交换器的上游端处的第一端部段中的管道的温度。外部冷却空气在一定环境温度下进入热交换器的上游端。冷却空气然后通过内部空气的向下传递经过管道的第一分支而在第一端部段中变热。冷却空气还通过从电机向上流经中间部段中的管道的内部热空气而在中间部段中变热。外部冷却空气最后还通过内部空气的向下流经第二端部段中的管道的第二分支而在第二分支中变热。冷却管的温度因而将在第二端部段中几乎上升至内部空气的第二分支的温度。这意味着，热交换器在第二端部段中的冷却能力与第一端部段中的冷却能力相比要小得多。这样的结果是电机的位于热交换器的上游端下方的第一端与位于热交换器的下游端下方的第二端相比将保持在更高的温度。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是实现一种为待冷却的设备例如电机提供更均匀的冷却的改进的空对空热交换器。
[0012]根据本发明的空对空热交换器的特征在于权利要求1的特征部分中所陈述的内容。
[0013]空对空热交换器包括:
[0014]第一壳体，第一壳体包括底板、顶板、上游端壁、下游端壁以及侧壁；
[0015]空气通道，空气通道在第一壳体中从上游端壁沿第一方向朝向下游端壁延伸；
[0016]顶部充气室，顶部充气室在第一壳体的上部分中、在空气通道的上方从上游端壁延伸至下游端壁；
[0017]分隔壁，分隔壁沿与第一方向垂直的第二方向延伸并且将第一壳体的在顶部充气室下方的下部部分分成上游端部段、中间部段以及下游端部段。
[0018]空对空热交换器的特征在于:
[0019]空气通道在中间部段与下游端部段之间的分隔壁处终止；
[0020]下游端部段包括至少一个锥体，所述至少一个锥体沿第一方向延伸并且具有位于空气通道所终止于的分隔壁处的第一上游端以及位于第一壳体的下游端壁处或者位于下游端部段内的第二收缩下游端，在第二收缩下游端位于下游端部段内的情况下，在所述至少一个锥体的第二收缩下游端与第一壳体的下游端壁之间需要另外的空气通道；
[0021]所述至少一个锥体的第一上游端沿圆周方向以流体密封的方式包围所有的空气通道，空气通道在中间部段与第一壳体的下游端壁之间的分隔壁处终止。
[0022]本发明的方面还涉及一种用于通过本发明的空对空热交换器对设备进行冷却的
目.ο
[0023]空气通道在中间部段与第二端部段之间的分隔壁处的终止将减少空气通道中的外部空气环流的压力损失。较短的空气通道将具有较小的压力损失。所述至少一个锥体中的外部空气环流的压力损失与空气通道中的压力损失相比是可以忽略的。在驱动产生外部气流的风扇的马达的动力保持恒定的情况下，本发明的装置中的外部空气环流中的空气量将增大。在外部空气环流中的空气量保持恒定的情况下，本发明的装置中的驱动风扇的马达的动力可以减小。
[0024]因而，通过热交换器的第二端部段中的锥体的外部空气环流的温度的升高与现有技术解决方案中的传递通过第二端部段的空气通道中的外部空气环流的温度的升高相比将减小。这意味着内部环流将通过更冷的外部空气环流进行冷却。
[0025]在热交换器中的第二端部段中使用所述至少一个锥体将减小内部空气环流中的压降。在热交换器中，更大部分的内部空气因而将循环通过第二端部段，而更小部分的内部空气环流通过第一端部段。在热交换器中存在足以使内部空气环流的第二分支沿着第二端部段中的所述至少一个锥体的外表面传递的自由空间。
[0026]这些作用的结果是待冷却的设备的更均匀的冷却。待冷却的设备的第一端——即设备的在热交换器的上游端下方的一端一一的冷却与空气通道穿过热交换器的整个轴向长度的现有技术解决方案相比将增强。待冷却设备的相反的第二端一一即设备的在热交换器的下游端下方的一端一一的冷却与空气通道穿过热交换器的整个轴向长度的现有技术解决方案相比将减弱。
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