专利名称：用于燃烧空气增压器的安装在内部的径向流动中间冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种换热器，用作在发动机的燃烧空气增压装置例如涡轮增压器或增压器中的中间冷却器。
背景技术：
燃烧空气增压器(charger)例如涡轮增压器或增压器已经用于发动机中很多年，特别是用于内燃机中。在涡轮增压器中，至少一个旋转压缩机叶轮由发动机的排气驱动。在增压器中，至少一个旋转压缩机叶轮通常通过发动机的旋转输出而机械驱动。在这两种情况下，压缩机叶轮用于在外界空气进入发动机以便在该发动机中支持燃烧之前压缩该空气。因为空气进行压缩，因此，它的给定容积中的氧分子含量比在外界压力下的相等容积空气中更多。因此，附加的氧使得更大量的燃料燃烧，这样，对于给定尺寸的动力装置，由于增压燃烧空气而可以产生更大的动力输出。
这些年来，已经确定这样的燃烧空气增压装置的效率能够通过使用所谓的中间冷却系统来提高。因为空气在压缩时将变热，因此，由于首先使用燃烧空气增压装置(即供给发动机的燃烧空气密度增加)而产生的效率的一部分将损失，因为当压力相同时，一定容积的热压缩空气包含的氧比相同容积的较冷压缩空气更少。因此，对于给定压力，在使发动机进行燃烧时，与在更高温度时在相同压力下的相同增压相比，更冷的燃烧空气增压将能够在发动机中产生更大功率。
因此，前述中间冷却器用于在空气离开燃烧空气增压器(或燃烧空气增压器级)之后和在它进入发动机之前冷却该空气，以便对于任意给定压力提供最大的氧分子含量。
在很多情况下，中间冷却器将用作普通的矩形换热器，并与用于冷却发动机冷却剂的普通换热器并排安装或者安装在该普通换热器的前面或后面。尽管这种结构适于进行增压燃烧空气的冷却，但是它可能在发动机舱中的可用尺寸和容积方面受到某些限制，例如，在汽车中，该发动机舱容纳发动机和用于冷却的各种换热器。还可能在涡轮增压器、中间冷却器和发动机燃烧空气进口之间需要大量的软管连接，这些都必然需要相对较大直径的软管，因为燃烧空气的密度较低，因此容积较大。
因此，已经提出在燃烧空气增压器自身中包含中间冷却器，以便提供更紧凑的燃烧空气增压和中间冷却系统，并尽可能地避免体积庞大的软管连接。其中的目标是将中间冷却换热器包含在燃烧空气增压器中，这样，它可以很容易地维护，需要最少的管路连接，且不会过度增加燃烧空气增压器的体积。
对于在中间冷却换热器中的这些问题，本发明涉及提供优选方案，该中间冷却换热器将位于发动机的燃烧空气增压器内。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新颖的和改进的旋转压缩机，它进行冷却，用于提供各种用途的冷却压缩空气。本发明的目的是提供一种具有内部中间冷却器的改进燃烧空气增压装置，该燃烧空气增压装置比已知系统更紧凑，容易维护，和/或需要与发动机(系统用于该发动机)的管路连接最少。
根据本发明的一个方面，本发明的示例实施例以一种旋转机器实现了一个或多个上述目的，该旋转机器包括可旋转轴，该可旋转轴上有至少一个压缩机叶轮；以及壳体，该壳体容纳压缩机叶轮，并有通向压缩机叶轮的进口和出口。换热器布置在壳体中，并位于压缩机叶轮和出口之间。换热器包括芯，该芯有气体流动通路，该气体流动通路有基本径向延伸部分，并有与压缩机叶轮流体连通的气体进口以及与壳体出口流体连通的气体出口。冷却剂流动通路布置在换热器中，与气体流动通路为换热关系，并有基本轴向延伸部分。换热器为包含流动通路的环形芯，该芯基本与轴同心。
在优选实施例中，气流为径向向内，且气体流动通路的截面面积随着从气体进口朝着气体出口前进而减小尺寸。需要时，截面面积的变化可以为台阶形，或者逐渐变化。
在一个实施例中，芯包括中心开口，该中心开口的半径大于压缩机叶轮的半径，以便使得换热器能够通过轴向滑动经过压缩机叶轮而从它在壳体内的位置上拆下。
在本发明的另一实施例中，环形芯由多个独立的弓形体组成，且它的中心开口的半径可以小于压缩机叶轮的半径。在本发明的该实施例中，换热器可以一段弓形体接一段弓形体地拆下，以便用于维修。
在本发明的一个实施例中，通向换热器的气体进口相对于气体出口位于径向外侧位置。
在更优选的实施例中，换热器有环形芯，该环形芯有与轴同心的中心开口，且气体进口由芯的径向外周来确定。出口由芯的径向内周来确定。在芯中的冷却剂流动通路大致轴向地从一侧延伸至另一侧。
根据本发明的另一方面，提供了一种用作旋转机器中的中间冷却器的换热器，该换热器包括大致柱形的芯，该芯有柱形开口中心，用于接收旋转机器的旋转部件。换热器芯由至少一个圆形排的间隔开的管结构来确定，该管结构环绕开口中心成环形排轴向伸长。至少一排管确定了径向内侧和径向外侧冷却剂流动通路，该冷却剂流动通路在芯的两端之间穿过该芯而轴向延伸，且翅片在管结构之间延伸，以便确定在间隔开的管结构之间大致径向地从芯的径向外周伸向开口中心的空气侧流动通路。环形槽状进口/出口集管(header)安装在芯的一端上，并有环形的径向外侧部分，它与径向外侧冷却剂流动通路流体连通；以及环形的径向内侧部分，它与径向内侧流动通路流体连通。槽状环形重新定向集管安装在芯的相对端上，并与径向内侧和径向外侧流动通路流体连通。轴向定向的凸形进口孔布置在进口/出口集管上，并与一个所述部分流体连通，且轴向定向的凸形出口孔位于进口/出口集管上，并与另一所述部分流体连通。
在优选实施例中，进口/出口集管包括环形导流板，该导流板将所述部分分开。
在优选实施例中，有至少两排管结构，一排确定了径向外侧的冷却剂流动通路，另一排确定了径向内侧的冷却剂流动通路。
在本发明的可选实施例中，各管结构分成径向内侧流动通路和径向外侧流动通路。
本发明的一个实施例考虑管结构的截面为楔形形状，并有相对较宽的径向外端以及相对较窄的径向内端，该径向外端和径向内端由间隔开的侧壁连接。
在一个实施例中，在一排中的相邻管结构的侧壁彼此相对，且相对侧壁大致平行。
优选是，蛇形翅片位于相对侧壁之间，且管结构由管形成。
通过下面结合附图的说明，将清楚下面的说明书的其它目的和优点。
图1是本发明的燃烧空气增压器的示意剖视图；图2是用于本发明的一种形式的换热器的局部透视图；图3是表示用于本发明的换热器的可选形式的透视图；图4是图2中所示的换热器在安装于燃烧空气增压器中时的放大局部剖视图；图5是表示可用于本发明中的一种翅片结构的透视图；图6是类似于图5的视图，但是表示了翅片结构的一种可选优选形式；图7是沿图6中的线7-7的基本放大剖视图；图8是可以用于本发明中的一种管的放大剖视图；图9是类似于图8的视图，但是表示了另一种管；图10是类似于图7的局部剖视图，但是表示了扁平管、板翅片的结构；图11是类似于图8的局部剖视图，但是表示了在相邻管排中彼此对齐的管；以及图12是类似于图8和11的局部剖视图，但是表示了在板翅片结构中的单排扁平截面管。
具体实施例方式
这里所述的本发明示例实施例特别介绍为两级涡轮增压器形式的燃烧空气增压器。不过，应当知道，该说明是用于举例目的，而不是为了对燃烧空气增压器或涡轮增压器进行限制或者对级数进行限制。例如，本发明可以有效用于单级涡轮增压器，也可以用于单级或多级增压器。同样，本发明可以用于在轴上有旋转压气机叶轮的任意旋转机器，其中，合适用途包括冷却通过压缩机叶轮而压缩的气体。对于前面所述，注意参考图1。
所示的本发明的示例实施例包括壳体，该壳体由10总体表示，由至少两个可分离部分12和14形成。旋转轴18通过合适轴承(未示出)而轴颈支承在壳体10中。在所示实施例中，旋转轴包括第一压缩机叶轮20、第二压缩机叶轮22和涡轮24，它们将依次位于壳体(未示出)中。如箭头26所示，涡轮24由内燃机的排气驱动，以便驱动轴18。耗尽功的排气从涡轮24排出，如箭头28所示。
壳体12包括外界空气进口30，而壳体14包括压缩空气出口(由箭头32示意表示)。进口30通向压缩机叶轮20的进口侧，而出口32在压缩机叶轮22的出口侧从涡壳(以34示意表示)上出来。
本发明的换热器(总体以36表示)包含在壳体12、14中，其中，这两个壳体12、14通过可拆卸的紧固件38而连接在一起，如图中示意表示。换热器36为环形，并包括径向外侧的柱形表面40，该柱形表面40确定了用于通过换热器36的空气通道的空气进口。径向内侧柱形表面42形成用于换热器36的空气出口。
换热器的侧部提供有进口/出口集管和槽路(tank)，它们总体以44表示，在换热器36的、位于壳体14中的一侧；以及改变方向的集管和槽路，它们总体以46表示，并在换热器36的、位于壳体12中的一侧。冷却剂歧管48位于壳体14内，通向涡壳34侧，并在涡壳34的径向外侧部分的径向内侧。歧管48由内部腹板或导流板50分成径向内侧歧管部分52和径向外侧歧管部分54。系统提供有冷却剂进口，该冷却剂进口由箭头56示意表示，它伸向径向内侧歧管部分52；以及冷却剂出口58，该冷却剂出口58由箭头表示，它伸向径向外侧歧管部分54。通过如后面更详细所述的结构，冷却剂(例如用于内燃机的冷却剂)通过进口56进入涡轮增压器，并通向径向内侧歧管部分，它从该径向内侧歧管部分流入在径向内侧部分处的第一集管和槽路，以便轴向通过换热器36而流向重新进入集管和槽路46，在该重新进入集管和槽路46处，冷却剂反向，以便流过换热器36的径向外侧部分并返回进口/出口集管和槽路44。冷却剂从该集管和槽路44排入径向外侧歧管部分54并通向冷却剂出口58。该冷却剂流由一系列箭头60、62和64表示。
空气以如下方式流过涡轮增压器。外界空气进入进口30，并通向压缩机叶轮20的进口侧。当压缩机叶轮20由涡轮24驱动时，空气进行压缩，并在升高压力下在压缩机叶轮20的径向外周上排出，如箭头66所示。压缩空气继续径向向外流过在壳体12和换热器36之间的环形空间68(未示出的扩压器通常位于空间68中)，该环形空间局部由重新进入集管和槽路46、从重新进入集管和槽路46径向向内延伸的径向导流板70以及轴向导流板72来确定，该轴向导流板72从导流板70的径向最内侧部分伸出，以便安装在壳体12的、靠近压缩机叶轮20的部分(未示出)上。
换热器36的径向外侧或外周40与壳体12和14径向向内间隔开，从而使得由涡轮20压缩的空气如箭头74所示重新定向，以便在换热器36的径向外周40处进入换热器36内。然后，空气沿径向向内方向通过换热器36，并通过轴向流过前述换热器36的冷却剂而冷却。然后，冷却的压缩空气如箭头76所示从换热器36排向压缩机叶轮22的进口侧，然后，它进一步压缩，然后排入涡壳34中，如箭头78所示。然后，该压缩空气作为压缩燃烧空气而排向内燃机，以便在该内燃机中支持燃烧。需要时，在压缩机叶轮22和发动机之间包括附加冷却级。也可选择，如前所述，在单级涡轮增压器中，压缩机叶轮22可以省略，这时，从换热器36的径向内周42排出的空气将直接排入涡壳34中。
后面将介绍的本发明特征包括换热器的径向内周42的直径大于涡轮20的外径，如图1所示。因此，通过取下紧固件38和使得壳体12与壳体14分离，换热器36可以沿轴向向图1中左侧滑动以及绕涡轮20滑动，以便进行维修。也就是说，为了能够拆下换热器36，并不需要将涡轮20从轴18上拆下。
还可以知道，用于空气和冷却剂的管路包含于涡轮增压器自身中，从而提供了紧凑组件，并减小了管道系统损失。例如，可以完全避免使得压缩机与外部换热器连接的较大直径外部软管。
下面将参考图2更详细地介绍换热器36的一个实施例。换热器36包括芯(总体以80表示)，该芯夹在集管和槽路44和46之间。集管和槽路44为环形沟槽，它有底部82，径向外侧壁84和径向内侧壁86在该底部82的侧部，它们抵靠芯80，并分别在径向外周40和径向内周42处与该芯80密封。环形导流板88在沟槽内，该导流板88使得在底部82的径向外侧部分处的管状柱形出口孔90与在底部82的径向内侧部分处的管状柱形进口孔92分开。需要时，可以提供多个孔90、92，优选是处于环绕集管和槽路44的等角度间隔位置。
如图2所示，芯自身由多个环状板翅片94组成，这些板翅片94提供有合适的管狭槽，以便接收轴向伸长的管96，如图2所示，该管布置成四排。当使用板翅片例如板翅片94时，在板翅片94中接收管96的开口将有与管相同的截面，并将构成为获得紧密机械配合，以便提高传热。钎焊或硬钎焊金属也可以用于将翅片94和管96固定在一起。管96通常为大致椭圆形或楔形截面的扁平类型，如后面将介绍。在使用蛇形翅片的结构中楔形截面为优选，而扁平管可以用于板翅片或蛇形翅片结构。
集管和槽路46同样为槽形环，它有底部100，该底部100的侧部有在芯80的径向内侧部分和径向外侧部分处的侧壁102和104，并以冶金方法粘接和密封在该侧壁102和104上。因此，流入进口孔92的冷却剂通过两个径向内侧管96而轴向引导至重新进入集管和槽路46。因为集管和槽路46并没有导流板(例如导流板88)，冷却剂流在离开管96进入集管和槽路46时径向向外运动至最外侧管96，它由此返回出口孔90。
如图2所示，换热器36形成为在360°的整个范围内的单环。不过，如图3所示，换热器36也可以断开成多个独立的弓形体(表示为106、108和110)。各弓形体106、108和110提供有孔90和92以及翅片94和管96(图3中未示出)。需要时，该结构也能够使用更大的换热器。特别是，对于图3中所示的实施例，径向内周42的半径可以比压缩机叶轮20更小，还能够很容易维修。这时，只需要在将壳体12(图1)从壳体14上拆下之后通过使弓形体106、108、110单独地沿轴向和径向的组合方向运动而将换热器36的弓形体一个接一个地拆下。
图4局部表示了将图2的实施例安装在歧管48内时的情况。特别是，歧管48包括径向外部口或孔112和径向内部口或孔114，它们分别与孔90和92对齐。其中，各口112、114为管形垫圈/密封件116，它可滑动地密封接收相应一个孔90、92，以便使换热器36相对于歧管48密封。这样，提供有“插入”结构，从而使得换热器36可以很容易地安装在涡轮增压器上或从该涡轮增压器上拆下。重要的是，换热器36在歧管48处固定在壳体上，但是在其它位置并不固定在涡轮增压器壳体上。因此，换热器36可以在壳体10中轴向膨胀。这减小了由于当换热器使用、然后不使用、然后再次使用等时(就象当发动机运转、停机和再次启动时)出现的热循环而产生的应力。
图5表示了本发明的稍微变化的实施例，其中，换热器36制成为多个弓形体，图5中只局部表示了一个弓形体。板翅片94可以很容易看见，且应当知道，在该特殊实施例中，一个集管44、46的集管板120有孔，以便只提供两排管96。管排通过与集管44上的导流板88对齐的无孔区域122而分开。由图5和6中还可见，管96为楔形截面，并有间隔开的扁平侧面124、126，它们在相对较小的径向内端128和相对较大的径向外端130之间延伸并与它们连接。各排的管数相同。
在图6和7所示的实施例中，可以使用蛇形翅片126，因为相邻楔形管96的相对扁平侧面124、126彼此平行，从而能够使用蛇形翅片。这在某些情况下为优选，因为可以使用不进行变化的普通蛇形翅片，而提供板翅片将需要专用工具。同时，板翅片使得各管96的外部截面能够稍微变化，以便获得合适的流动特征(当该流动特征在给定用途中很重要时)。
由图6可知，需要时，在蛇形翅片或板翅片结构中的管96都可以交错，也就是说，在径向内侧排的管96与在径向外侧排的翅片126对齐，反之亦然。这增加了空气流过芯80的通路的曲折特性，从而提高传热。
在高压用途中，各管可以包括多个由腹板分开的流动通路，以便防止管在高压作用下“变圆”。通常，当使用板翅片时这将不是问题，而当使用蛇形翅片时这可能成为问题。
还可以提供单排管，例如使用图8中所示的管。这是挤出的楔形管，它有单个腹板134，该腹板134将管的内部分成径向内侧流动通路136和径向外侧流动通路138。集管44构成为使得导流板88将与腹板134对齐，以便分离槽道136和138中的流体流。
应当知道，腹板134从右向左偏离图8中所示的管的中心，这样，流动通路136和138的截面面积相同。
需要时，可以使用如图9中所示的管。该管也是楔形截面，并可以挤出。该管提供有一系列径向内侧的流动通路140，这些流动通路140由腹板142分开，以便提高耐压性。还包括一系列径向外侧的流动通路144，这些流动通路144也由腹板142分开，以便也提高耐压性。各流动通路140和144有相同的截面面积，这样，在径向内侧的流动通路140中的冷却剂速度将与在径向外侧的流动通路144中的冷却剂速度匹配。流动通路140和144可以由较小的空白区域146分开，该空白区域146将与导流板88对齐。
下面将介绍的特定实施例使用楔形管，以便能够使用蛇形翅片，但是也可以使用板翅片。如上所述，蛇形翅片很容易获得，并能够在不进行变化的情况下用于本发明的换热器。总的来说，高压用途需要挤出管。不过，在相对低压用途中，可以使用普通、凹入或辊轧形状的焊接楔形管(具有粘接在管的内壁上的可变高度插入件)或者具有恒定高度插入件的类似扁平管。实际上，如普通公知，并不必须使用管。当使用板翅片时，在开口周围作为管的一部分的各板翅片可以提供有凸缘，该凸缘嵌套在相邻翅片中的对齐开口中，并密封在该开口上。这样，具有成一体导管(该导管作为管)的板翅片堆垛提供有管结构。该技术并不作为本发明的一部分，它为本领域公知。它只是作为使用例如这里所述的管的一种可接受的可选方案。
当内侧排和外侧管排的管具有相同的外部截面时，外侧排的翅片高度增加，如图6所示，从而在换热器中增加了空气侧表面面积，以便提高性能。
另一方面，当径向外侧管的截面制成为更大，以便在相邻管之间保持相同空间时，具有相同翅片高度的翅片可以用于所有排。这在一定程度上增加了在管的径向外侧部分中的冷却剂流动面积，从而可能减小换热器的冷却剂侧的性能，它可以通过使用图9的管来克服。
下面参考图10-12，还可以使用其它的管和翅片结构。在图10中，在内侧排和外侧排(分别以152和154总体表示)的板翅片150(图中只表示了一个)包括扁平管96。在外侧排154中的管96数目与在内侧排152中的管96数目相同。应当知道，在内侧排152中的管相对于外侧排154中的管交错。具体地说，在内侧排152中的管96与在外侧排154的两个相邻管96之间的空间对齐，以便当压缩空气通过翅片150和管96时提供用于压缩空气的曲折流动通路。
此外，可以看见，管96的主轴153在延伸时并不通过芯的中心155，而是将与和芯的中心155同心的圆(未示出)相切。如大家公知，旋转压缩机(例如以图1中的20表示的旋转压缩机)的性质是这样，即从旋转压缩机流出的压缩空气出流例如将沿图10中箭头156所示方向周向旋转，同时沿芯的径向外侧40(图1)轴向运动。管96倾斜对着旋转气流156的方向，并使得气体更平滑地过渡到在管96之间的空间内，以便使得气流的转动损失最小，从而降低压力损失。
图11表示了可选类型的管和翅片结构，它与图10中所示相同，除了内侧排152中的管96与外侧排154中的管96对齐。
图12表示了使用具有单排管(总体以160表示)的板翅片150的另一实施例。这时，在该排160中的管为扁平管，它们可以构成为有多个槽道，与结合图8和9所示和所述的实施例相同。还有，管96倾斜对着气流的涡旋方向156。
应当知道，在图6、7和10-12所示的实施例中，当气流通路从芯的径向外侧40朝着芯的径向内侧42前进时，通过芯的气流通路的截面面积减小。在图6和7所示的实施例中，这是由于在径向内侧排中的翅片126和径向外侧排中的翅片126的翅片高度不同，如图7所示。当然，该实施例使用楔形管。
在图10-12所示的实施例中，使用扁平管96，因为当从芯的径向外侧40朝着芯的径向内侧延伸时，管96的主轴相互收敛，管的侧壁也是这样。因此，当流动沿优选方向(也就是从芯的径向外周40流向径向内周42)时，因为压缩空气在换热器36中冷却，因此，当它流向换热器36中的更小容积区域时，它变得更致密，且它的容积减小。本发明的该特征使得空气在经过换热器36时保持速度，以便在不会过度增加压力降的情况下增加换热器效率。应当知道，当空气流过恒定截面面积的气体流动通路时，流过换热器36的气流速度将随着压缩空气冷却而逐渐降低，从而降低气流速度，同时降低传热系数。因此，本发明的上述特征通过使速度保持合适水平而增加传热效率。
当然，当不考虑速度降低时，截面面积可以制成为恒定，例如通过使用楔形管，其中，相邻管的相邻侧边彼此平行，且在径向内侧排的管比径向外侧排更少。
截面面积的减小可以作为台阶形式而实现，如图6和7中的所示结构，或者截面面积可以从外周40至内周42而逐步和逐渐减小，如图10-12的实施例所示。
应当知道，本发明的特征为使得管96倾斜，以便通过减小转动损失而减小压力降，当表示为扁平管时，也可以通过使用楔形管而实现。
本领域技术人员应当知道，前述说明将为示例和非限定的。
权利要求
1.旋转机器中包括一轴，该轴可绕一轴线旋转，且在该轴上有压缩机叶轮；壳体，该壳体轴颈支承所述轴，并容纳所述压缩机叶轮，并有通向所述压缩机叶轮的进口和出口；在所述壳体中的换热器芯为环形或喇叭口形，其布置成大致同心地环绕所述轴线，所述芯有大致径向的气体流动通路，该气体流动通路有与所述压缩机叶轮的出口流体连通的径向外侧进口以及与所述壳体出口流体连通的径向内侧出口，所述芯还包括冷却剂流动通路，该冷却剂流动通路与所述气体流动通路为换热关系，其特征在于在靠近所述芯出口处的所述气体流动通路截面面积比在靠近所述芯进口处的所述气体流动通路截面面积更小，以在气体由于在所述冷却剂流动通路中的冷却剂进行冷却而变得更致密时避免在所述芯内的气体速度不希望地降低。
2.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述截面面积阶梯式地减小。
3.根据权利要求1所述的旋转机器，其中所述气体流动通路的截面面积从所述气体进口朝着所述气体出口而逐渐减小。
4.在旋转机器中包括可旋转轴，该可旋转轴上有至少一个压缩机叶轮；壳体，该壳体至少容纳一个所述压缩机叶轮，并有通向压缩机叶轮的进口和出口；在所述壳体中的换热器位于所述压缩机叶轮和所述出口之间，所述换热器有气体流动通路，该气体流动通路有基本径向的延伸部分，并有与所述压缩机叶轮流体连通的气体进口以及与所述壳体出口流体连通的气体出口，所述换热器有环形芯，该芯有中心开口，该中心开口同心地环绕所述轴，且所述气体进口由芯的径向外周确定，而所述气体出口由芯的径向内周确定，在所述芯中的冷却剂流动通路大致在所述芯中从一侧延伸至另一侧，所述冷却剂流动通路有公共进口和公共出口，所述公共进口和公共出口在芯的相同侧，并由相应圆形槽路来确定，该圆形槽路由多个分开的弓形段形成。
5.在旋转机器中包括可旋转轴，该可旋转轴上有至少一个压缩机叶轮；壳体，该壳体至少容纳一个所述压缩机叶轮，并有通向压缩机叶轮的进口和出口；在所述壳体中的换热器位于所述压缩机叶轮和所述出口之间，所述换热器有气体流动通路，该气体流动通路有基本径向的延伸部分，并有与所述压缩机叶轮流体连通的气体进口以及与所述壳体出口流体连通的气体出口，所述换热器有环形芯，该芯有中心开口，该中心开口同心地环绕所述轴，且所述气体进口由芯的径向外周确定，而所述气体出口由芯的径向内周确定，在所述芯中的冷却剂流动通路大致在所述芯中从一侧延伸至另一侧，所述冷却剂流动通路有公共进口和公共出口，所述公共进口和公共出口在芯的相同侧，并由相应圆形槽路来确定，该圆形槽路有轴向口，该轴向口可与在所述壳体中的轴向口对齐，所述槽路口和所述壳体口有密封、匹配的凸形/凹形结构，这使得所述芯的、与所述相同侧相对的一侧能够相对于所述壳体沿轴向运动，所述芯可拆卸地固定在所述壳体上。
6.根据权利要求5所述的旋转机器，其中所述中心开口的半径大于所述压缩机叶轮。
7.根据权利要求5所述的旋转机器，其中所述中心开口的半径小于所述压缩机叶轮。
8.根据权利要求7所述的旋转机器，其中所述换热器由多个弓形段组成。
9.在旋转机器中包括可旋转轴，该可旋转轴上有至少一个压缩机叶轮；壳体，该壳体至少容纳一个所述压缩机叶轮，并有通向压缩机叶轮的进口和出口；在所述壳体中的换热器位于所述压缩机叶轮和所述出口之间，所述换热器有气体流动通路，该气体流动通路有基本径向的延伸部分，并有与所述压缩机叶轮流体连通的气体进口以及与所述壳体出口流体连通的气体出口，所述换热器有环形芯，该芯有中心开口，该中心开口同心地环绕所述轴，且所述气体进口由芯的径向外周确定，而所述气体出口由芯的径向内周确定，在所述芯中的冷却剂流动通路大致在所述芯中从一侧延伸至另一侧，并由至少一个圆形排的细长的轴向延伸管结构来确定，该管结构有楔形截面，有相对较宽的径向外端和相对较窄的径向内端，且翅片在所述管结构之间延伸。
10.根据权利要求9所述的旋转机器，其中各所述管结构有在所述末端之间延伸的间隔开的扁平侧面，且在所述排中的相邻管结构的相对扁平侧面彼此平行。
11.根据权利要求10所述的旋转机器，还包括蛇形翅片，该蛇形翅片在相邻管结构的所述相对扁平侧面之间延伸，并粘接在所述相对扁平侧面上。
12.根据权利要求9所述的旋转机器，其中在各管结构中有至少两个分开的流动通路。
13.根据权利要求9所述的旋转机器，其中有至少两个所述排的所述管结构。
14.根据权利要求13所述的旋转机器，其中在一个所述排中的管结构相对于在所述排的相邻排中的管结构而交错。
15.根据权利要求13所述的旋转机器，其中在径向外侧的所述排中的相邻管结构之间的间距大于在径向内侧的所述排中的相邻管结构之间的间距。
16.为了用作旋转机器中的气体冷却器，换热器用于在压缩空气使用之前冷却该压缩空气，该换热器组合有大致柱形的芯，该柱形芯有柱形开口中心，用于接收燃烧空气增压器的旋转部件，所述换热器有芯，该芯由至少一个圆形排的间隔开的管结构来确定，该管结构在环绕所述开口中心的环形排中轴向伸长，所述至少一排确定了径向内侧和径向外侧冷却剂流动通路，该冷却剂流动通路在芯的侧面之间穿过该芯轴向地延伸，且翅片在管结构之间延伸，以便确定空气侧流动通路，该空气侧流动通路从芯的径向外周通过所述翅片并在间隔开的管结构之间大致径向地伸向开口中心；环形沟槽状进口/出口集管和槽路，它装配在所述芯的一侧，并有与所述径向外侧冷却剂流动通路流体连通的环形径向外侧部分以及与所述径向内侧流动通路流体连通的环形径向内侧部分；沟槽状的环形流动重新定向集管和槽路，它装配在芯的相对侧，并与所述径向内侧和径向外侧流动通路流体连通；轴向凸形进口孔，该进口孔在所述进口/出口集管和槽路上，与一个所述部分流体连通；以及在所述进口/出口集管和槽路上的轴向凸形出口孔与另一所述部分流体连通。
17.根据权利要求16所述的换热器，其中所述进口/出口集管和槽路包括分开所述部分的环形导流板。
18.根据权利要求16所述的换热器，其中有至少两排所述管结构，一排确定了所述径向外侧冷却剂流动通路，另一排确定了所述径向内侧流动通路。
19.根据权利要求16所述的换热器，其中各所述管结构分成径向内侧流动通路和径向外侧流动通路。
20.根据权利要求16所述的换热器，其中各所述管结构为楔形，并有相对较宽的径向外端和相对较窄的径向内端，它们通过间隔开的侧壁而连接。
21.根据权利要求20所述的换热器，其中在所述排中的相邻管结构的侧壁彼此相对，且相对侧壁大致平行。
22.根据权利要求21所述的换热器，其中蛇形翅片位于所述相对侧壁之间。
23.根据权利要求16所述的换热器，其中所述管结构由管形成。
24.在旋转机器中包括可旋转轴，该可旋转轴上有至少一个压缩机叶轮；壳体，该壳体至少容纳一个所述压缩机叶轮，并有通向所述压缩机叶轮的进口和出口；在所述壳体中的换热器位于所述压缩机叶轮和所述出口之间，所述换热器有气体流动通路，该气体流动通路有基本径向的延伸部分，并有与所述压缩机叶轮流体连通的气体进口以及与所述壳体出口流体连通的气体出口，所述换热器有环形芯，该芯有中心开口，该中心开口同心地环绕所述轴，且所述气体进口由芯的径向外周确定，而所述气体出口由芯的径向内周确定，在所述芯中的冷却剂管结构大致在所述芯中从一侧延伸至另一侧，所述管结构朝着半径线的一侧倾斜，该半径线穿过所述轴的旋转轴线延伸，并与离开所述压缩机叶轮的气体的涡旋方向相对，以便减小压力降。
25.根据权利要求24所述的旋转机器，其中所述管结构为至少两排，这两排包括径向内侧排和径向外侧排，一个用作所述气体进口，另一个用作所述气体出口，所述倾斜管结构处于所述一排中。
26.根据权利要求25所述的旋转机器，其中所述倾斜管结构在所述两行中。
全文摘要
改进的燃烧空气增压装置例如涡轮增压器或增压器包括壳体(10)，该壳体中轴颈支承旋转轴(18)。至少一个压缩机叶轮(20、22)位于轴(18)上。壳体(10)包括外界空气进口(30)以及压缩空气出口(32)，该换热器(36)位于在至少一个压缩机叶轮(20)和出口(32)，并布置成使得流过换热器(36)的空气大致沿径向向内方向。
文档编号F28D7/16GK1682021SQ03822271
公开日2005年10月12日 申请日期2003年8月25日 优先权日2002年9月20日
发明者S·P·米申基, R·J·巴尔夫尼特, J·J·亨尼斯, K·M·康奈尔 申请人:穆丹制造公司