热交换器和用于制造热交换器的增材制造方法与流程

本发明涉及热交换器的领域，例如用于车辆中的冷却目的的热交换器，例如冷却重型车辆(例如卡车、公共汽车和建筑设备(例如轮式装载机、铰接式运输机、挖掘机和反铲装载机))中的燃烧发动机。通过在热交换器中对传热流体的加热，热交换器也可以用于加热目的。本发明还涉及热交换器的制造。

背景技术：

热交换器是传递热量的装置，最常见的是在两种传热流体之间传递热量，例如以第一流体将热量传递给第二流体的方式。该传热流体可以是气体或液体。热交换器的主要目的可以是满足加热需求(即，加热传热流体中的一个)，或者满足冷却需求(即，冷却传热流体中的一个)。

在车辆中，热交换器例如用于车辆的发动机，以便冷却借助于排气涡轮增压器充入的新鲜空气。待冷却的新鲜空气被引入到热交换器中，在热交换器中它与传热介质(即冷却剂)进行热相互作用。热交换器和传热介质以这样的方式布置：热量从新鲜空气传递到传热介质，从而冷却空气。

此外，在车辆中，发动机(通常是燃烧发动机)需要冷却，且因此包括冷却回路。冷却回路包括例如所谓的高温主回路，其用于冷却并调节燃烧发动机的温度。因此，该主回路包括热交换器，该热交换器被构造成用于去除由发动机产生的热量并将其传递到传热介质(即，冷却剂)。该主回路可以进一步配备有泵，该泵被构造成适配于冷却剂通过该回路的流速。

该冷却回路也可以用于各种其它应用，并且特别地用于冷却车辆中的各件设备零件，例如空调回路的冷凝器、发动机冷却油回路中的油热交换器、齿轮箱冷却油回路、以及使排气再循环的回路，也称为egr(排气再循环)回路。

车辆的热交换器可以例如被设计为板式热交换器，该板式热交换器具有彼此堆叠的多个板对，以形成冷却剂可以通过其中的冷却剂路径。在形成于两个相邻的板对之间的距离内，可以引导待冷却的介质(例如增压空气或冷却液体)，以便将热量传递给冷却剂。其它类型的热交换器是例如由多个管组成的管式热交换器或管壳式热交换器。在壳管式热交换器中，第一传热流体在多个管中流动，并且第二传热流体在所述管上流过，以便从所述管中的第一传热介质传递热量或接收热量。

车辆中的热交换器通常相对较小，并且包括相对复杂的结构和/或精密的部件。存在各种方法来制造热交换器，例如通过例如铸造来单独地生产热交换器板或管，随后将所述板和管组装成一个完整的热交换器。这种制造的成本往往很高，并且该制造通常涉及复杂的组装以及热交换器的各种部件的困难的附接操作、铜焊操作、钎焊操作和/或熔焊操作。近来，增材制造已经被用于制造热交换器的复杂的、小的零件和部件，例如ep3062054中所描述的那样。

技术实现要素：

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明构思的目的是提供一种热交换器，该热交换器在第一流体和第二流体之间提供有效的传热。根据本发明的第一方面，该目的通过根据权利要求1的热交换器来实现。

本发明是基于这样的认知：即，在热交换器的制造期间用于支撑热交换器主体的不同壁和壁部分的支撑结构可以用在热交换器的各个通道中，以便提高热交换器的性能(即，增加传热和/或减少压降)，因此在已经制造了热交换器之后不需要将其移除。更具体地，并且根据本发明的一些实施例，所述支撑结构以流体流动所期望的方式被设计。

根据本发明的第一方面，该热交换器包括：

热交换器主体，该热交换器主体包括至少第一通道壁部分、第二通道壁部分和第三通道壁部分，

第一通道，该第一通道限定用于第一流体的第一流体路径，所述第一通道具有从所述第一通道壁部分延伸到所述第二通道壁部分的第一通道高度；

第二通道，该第二通道限定用于第二流体的第二流体路径，所述第二通道具有从所述第二通道壁部分延伸到第三通道壁部分的第二通道高度，使得允许热量经由所述第二通道壁部分在第一通道和第二通道之间传递；

多个第一支撑结构和多个第二支撑结构，所述多个第一支撑结构布置在所述第一通道中并从所述第一通道壁部分延伸到所述第二通道壁部分，并且所述多个第二支撑结构布置在所述第二通道中并从所述第二通道壁部分延伸到所述第三通道壁部分，

其中，在热交换器的制造期间，所述多个第一支撑结构被构造成在所述第一通道中支撑所述第二壁部分，并且所述多个第二支撑结构被构造成在所述第二通道中支撑所述第三通道壁部分。

通过提供在第一通道和第二通道中包括支撑结构的热交换器，在热交换器的制造期间使用的装置(即，这些支撑结构)用于以期望的方式影响第一通道和第二通道中的流体流动。因此，所述多个第一支撑结构被构造成在所述第一通道中支撑所述第二壁部分，并且被构造成以期望的方式影响第一流体的流体流动，例如增加第一通道中的湍流和/或降低第一通道中的压降。对应地，所述多个第二支撑结构被构造成在所述第二通道中支撑所述第三通道壁部分，并且被构造成以期望的方式影响第二流体的流体流动，例如增加第二通道中的湍流和/或降低第二通道中的压降。因此，一旦已经制造了该热交换器，第一通道和第二通道中的所述支撑结构不需要被移除，因为它们用于提高该热交换器的性能。因此，该制造过程(即，需要支撑结构以便以期望的方式制造热交换器的不同部件和部分(例如纵长的通道和管)的制造过程)的缺点被用作优点，以便以期望的方式影响流体流动。此外，所述支撑结构可以在第一通道和第二通道之间(即，在第一流体和第二流体)之间传递热量，并因此增加了热交换器中的可用于传热的面积。

应当注意的是，第一流体和第二流体可以分别被称为第一传热流体和第二传热流体。通常，第一流体和第二流体中的一个将热量传递给第一流体和第二流体中的另一个。因此，第一流体和第二流体传递热量，并且可以是液体(例如油或水)，或者可以是气体(例如空气)。根据一个实施例，第二通道中的第二流体用于冷却第一通道中的第一流体。

根据一个实施例，所述多个第一支撑结构被构造成降低第一通道中的第一流体的压降。根据一个实施例，所述多个第二支撑结构被构造成降低第二通道中的第二流体的压降。因此，所述支撑结构可以以流体动力学有利的方式被确定尺寸和成形，例如通过使各个支撑结构具有在流体流动的相同方向上或者至少在流体流动的方向或相应的通道的主方向的45°范围内的主延伸。另外或替代地，各个支撑结构可以具有弯曲或圆化的外表面，该外表面以流体流动所期望的方式引导和导引所述支撑结构周围的流体。

应当理解的是，第一通道邻近第二通道。然而，第一通道和第二通道不必是直的通道，而是可以具有在热交换器中使用所需的任何合适的形状。换句话说，第一通道和第二通道共用作为公共通道壁部分的第二通道壁部分，并且热量可以通过第二通道部分被传递，以便在第一通道和第二通道之间交换热量。更详细地，第二通道壁部分包括面向所述第一通道的第一侧或第一通道壁侧，并且包括面向所述第二通道的第二侧或第二通道壁侧。该第一侧和第二侧可以(但不需要)彼此平行。

根据一个实施例，第一通道可以被布置成引导第一流体，其中，第一流体适于向第二流体释放热量。因此，第一通道和所述多个第一支撑结构以如下方式引导和导引第一流体(并且可能还搅拌)第一流体：即，热量通过例如对流传热而从第一流体传递到第二壁部分(更具体地，传递到第二壁部分的第一侧)。热量随后通过传导被传递通过第二通道壁部分，然后例如通过对流传热而被第二通道中的第二流体接收到。另外，热量可以通过如下过程被传递通过所述支撑结构：例如，第一流体到第一支撑结构的对流传热，随后通过第一支撑结构到第二壁部分的传导传热，以及随后从第二壁部分到第二流体的对流传热和/或到第二支撑结构的进一步传导传热，以及随后从第二支撑结构到第二流体的对流传热。根据一个实施例，第二通道可以使用冷却剂介质作为第二流体来提供冷却，该第二流体适于冷却第一通道中的第一流体。

应当注意的是，根据本发明的热交换器不限于两个通道(第一通道和第二通道)，而是可以包括多个通道和相关联的支撑结构，这些通道和支撑结构对应于第一通道和第二通道以及相关联的第一支撑结和第二支撑结构。

还应注意的是，术语“多个第一支撑结构”和简写的“第一支撑结构”在整个申请文本中可互换使用。对应地，术语“多个第二支撑结构”和简写的“第二支撑结构”在整个申请文本中可互换使用。另外，所述多个第一支撑结构和所述多个第二支撑结构可以简单地被称为“支撑结构”。

根据一个实施例，第一通道和第二通道以逆流流动布局(countercurrentflowarrangement)来布置。也就是说，第一通道和第二通道中的第一流体和第二流体分别在相反的方向上流动。由此，热量可以以期望的方式传递。根据一个替代性实施例，第一通道和第二通道以并流流动布局(co-currentflowarrangement)来布置。也就是说，第一通道和第二通道中的第一流体和第二流体分别在相同方向上流动。

由此，该热交换器中的传热可以相应地进行适配。根据另一替代性实施例，在该热交换器的一些部分中，第一通道和第二通道以逆流流动布局来布置，而在该热交换器的其它部分中，第一通道和第二通道以并流流动布局来布置。此外，并且根据一个实施例，该热交换器可以是板式热交换器，其中，相应的通道形成在两个相邻的板之间；或者该热交换器可以是管式热交换器，其中，相应的通道形成在管中；或者该热交换器可以是壳管式热交换器，其中，例如第一通道被包括在管中(或者多个第一通道被包括在多个管中)，并且第二通道被称为由该管的外表面和热交换器的外壳限定的流体流动路径，使得第二通道中的第二流体在该管的外表面上流动。

应当注意的是，所述支撑结构被布置在相应的第一通道和第二通道中，使得流体可以绕过(circumvent)所述支撑结构。也就是说，所述支撑结构在相应的第一通道和第二通道的整个通道高度上延伸(第一通道的第一通道高度是从第一通道壁部分到第二通道壁部分的第一侧的距离，例如最短距离，并且第二通道的第二通道高度是从第二通道壁部分的第二侧到第三通道壁部分的距离，例如最短距离)，但不在相应的第一通道和第二通道的整个宽度上延伸。根据一个实施例，第一支撑结构在流体流动方向上并从所述第一通道壁部分垂直地延伸，向内朝向所述第二通道壁部分延伸入所述第一通道中，并且延伸到所述第二通道壁部分，以便支撑所述第二通道壁部分，和/或第二支撑结构在流体流动方向上并从所述第二通道壁部分垂直地延伸，向内朝向所述第三通道壁部分延伸入所述第二通道中，并且延伸到所述第三通道壁部分，以便支撑所述第三通道壁部分。

根据一个实施例，至少所述第一通道壁部分、第二通道壁部分、第三通道壁部分、所述多个第一支撑结构和所述多个第二支撑结构是通过增材制造来生产的。

因此，可以相对容易地实现用于例如所述通道和支撑结构的复杂形式。此外，基于计算机的图纸(例如，cad图)可以直接用于指导增材制造装备，这可以导致减少的制造误差和更好的公差。此外，由于可以容易地改变、校正和/或改进图纸，因此有助于对该热交换器及其部件的设计的确认和验证。

根据一个实施例，所述增材制造方法选自以下技术中的一种：金属烧结或金属熔化，例如选择性激光烧结、直接金属激光烧结、选择性激光熔化。在该增材制造方法期间使用的材料优选为金属，例如铝、钛、不锈钢或钢。钛的示例是钛ta6v，并且不锈钢的示例是17-4ph。

根据一个实施例，该热交换器被制造为单个单元。这里，优选使用增材制造。根据一个实施例，至少所述第一通道壁部分、第二通道壁部分、第三通道壁部分、所述多个第一支撑结构和所述多个第二支撑结构被制造为单个单元。根据一个实施例，至少该热交换器的主体被制造为单个单元。应当理解的是，可以制造多个独立的单个热交换单元，随后将它们彼此附接以形成一个较大的热交换器。

根据一个实施例，所述多个第一支撑结构和所述多个第二支撑结构中的至少一个支撑结构具有沿着纵向支撑结构轴线延伸的长度，并且具有沿着与所述纵向支撑结构轴线垂直的横向支撑结构轴线延伸的宽度，其中，所述至少一个支撑结构的宽度小于所述至少一个支撑结构的长度。

与其长度大于其宽度的支撑结构相比，所述至少一个支撑结构的这种形状以期望的方式影响流体流动，例如通过在各个通道中引起更低的压降。为了增加可读性，所述至少一个支撑结构有时被简称为“支撑结构”。因此，该结构具有沿着其纵向支撑结构轴线的主延伸和沿着其横向支撑结构轴线的横向延伸。横向支撑结构轴线优选以支撑结构的最大宽度而延伸穿过该支撑结构。纵向支撑结构轴线可以与所述支撑结构布置于其内的通道的主延伸一致，横向支撑结构轴线可以与所述支撑结构布置于其内的通道的所述宽度重合。

根据一个实施例，所述至少一个支撑结构具有弯曲或圆化的外表面，该外表面以流体流动所期望的方式引导和导引所述支撑结构周围的流体，例如通过在相应的通道中引起较低的压降。

根据一个实施例，所述至少一个支撑结构沿着至少所述纵向支撑结构轴线基本对称地成形。

由此，所述支撑结构可以以期望的方式影响第一通道和/或第二通道中的流体流动，例如通过在相应的通道中引起较低的压降。此外，对于所述支撑结构的对称形状，更容易预测所述支撑结构周围的流体流动行为。因此，可以更容易地预测该热交换器中的流体流动以及相应的传热和压降。

根据一个实施例，所述至少一个支撑结构的长度在所述至少一个支撑结构的宽度的3至7倍之间。

从流体流动的角度来看，这种长度是优选的，例如由于在相应的通道中引起较低的压降。根据一个实施例，所述至少一个支撑结构的长度在所述至少一个支撑结构的宽度的4至6倍之间，或者在4.5至5.5倍之间。

根据一个实施例，所述纵向支撑结构轴线与所述横向支撑结构轴线相交以限定轴线交点，其中，所述至少一个支撑结构的长度可以被分成沿着纵向支撑结构轴线从所述轴线交点延伸到所述至少一个支撑结构的第一纵向端部的第一长度，并且被分成沿着纵向支撑结构轴线从所述轴线交点延伸到所述至少一个支撑结构的第二纵向端部的第二长度，其中，该第一长度等于或小于第二长度。

也就是说，对于该第一长度等于第二长度的实施例，所述支撑结构可以沿着所述横向支撑结构轴线对称地成形。对于该第一长度小于第二长度的实施例，所述支撑结构沿着所述横向支撑结构轴线不对称地成形。通过使该第一长度小于第二长度，或者换句话说，通过使第二长度大于第一长度，从流体流动的角度来看，所述支撑结构的形状是优选的。

换句话说，所述支撑结构的长度沿着纵向支撑结构轴线(即，在所述支撑结构的纵向方向上)延伸，并且所述支撑结构可以在几何形状上被分成至少两个部分，即：从所述轴线交点延伸到所述至少一个支撑结构的所述第一纵向端部的第一部分、以及从所述轴线交点延伸到所述至少一个支撑结构的所述第二纵向端部的第二部分。因此，该第一部分的长度等于或小于第二部分的长度，即，第一部分等于或短于所述第二部分。

应当注意的是，第一长度和第二长度一起形成所述至少一个支撑结构的长度或总长度。

根据一个实施例，所述第一长度在所述至少一个支撑结构的宽度的1至4倍之间，和/或所述第二长度在所述至少一个支撑结构的宽度的2至5倍之间。

根据一个实施例，所述第一长度在所述至少一个支撑结构的宽度的1至2倍之间，和/或所述第二长度在所述至少一个支撑结构的宽度的3至4倍之间。

从流体流动的角度来看，所述第一长度和宽度以及所述第二长度和宽度之间的这种关系是优选的，例如因为在各个通道中引起较低的压降。根据一个实施例，第二长度是第一长度的两倍或大约两倍。

根据一个实施例，所述至少一个支撑结构的高度在5mm和35mm之间，例如在10mm和30mm之间。根据一个实施例，所述至少一个支撑结构的宽度在0.5mm和15mm之间，例如在1mm和10mm之间，例如在3mm和7mm之间。两个相邻的支撑结构之间的空间(例如在沿着横向支撑结构轴线tsa的方向上)可以例如在2mm和25mm之间，例如在3mm和20mm之间，例如在5mm和15mm之间。

根据一个实施例，所述第一通道和/或第二通道的高度在5mm和35mm之间，例如在10mm和30mm之间。根据一个实施例，第一通道的高度与所述多个第一支撑结构中的第一支撑结构的高度相同，和/或第二通道的高度与所述多个第二支撑结构中的第二支撑结构的高度相同。根据一个实施例，第一通道的宽度和/或第二通道的宽度在20mm和120mm之间，例如在25mm和100mm之间，例如在40mm和70mm之间。根据一个实施例，第一通道的长度和/或第二通道的长度在500mm和2500mm之间，例如在600mm和2000mm之间，例如在1000mm和1500mm之间。

根据一个实施例，所述至少一个支撑结构具有透镜形的或椭圆形的横截面。

从流体流动的角度来看，这种长度是优选的。根据一个实施例，所述至少一个支撑结构具有形状为液滴的横截面。

应当注意的是，所述多个第一支撑结构中的至少一个、一些或所有第一支撑结构都可以与所述至少一个支撑结构相同或非常类似。对应地，所述多个第二支撑结构中的至少一个、一些或所有第二支撑结构都可以与所述至少一个支撑结构相同或非常类似。根据一个实施例，所述多个第一支撑结构中的每一个第一支撑结构的大小和尺寸都与所述至少一个支撑结构一样地被确定，和/或所述多个第二支撑结构中的每一个第二支撑结构的大小和尺寸都与所述至少一个支撑结构一样地被确定。

根据一个实施例，所述第一通道被布置成使得所述第一流体路径具有主第一流体流动方向，并且所述第二通道被布置成使得所述第二流体路径具有主第二流体流动方向，并且其中，所述至少一个支撑结构布置在第一通道或第二通道内，使得纵向支撑结构轴线相应地与所述主第一流体流动方向或所述主第二流体流动方向一致。

因此，各个通道中的流体流沿着相应的第一支撑结构和第二支撑结构流动，从所期望的流体流动的角度来看，这是优选的。

根据一个实施例，所述至少一个支撑结构布置在第一通道或第二通道内，使得纵向支撑结构轴线相应地与所述主第一流体流动方向或所述主第二流体流动方向成角度。这种角度可以例如在1°和90°之间，例如在1°和45°之间，例如在1°和20°之间，或者在1°和10°之间，例如在1°和5°之间。

根据一个实施例，所述多个第一支撑结构中的第一支撑结构的大小和尺寸被与所述多个第二支撑结构中的第二支撑结构不同地确定。

由此，所述支撑结构可以分别适配于第一通道和第二通道中的流体流动，和/或适配于第一流体和第二流体之间的任何不同的流体性质。也就是说，可以有利的是与第二支撑结构不同地确定第一支撑结构的大小和尺寸。例如，第一支撑结构的大小和尺寸可以被确定成减少第一通道中的压降，而第二支撑结构的大小和尺寸可以被确定成增加第二通道中的第二流体的湍流。因此，与第二支撑结构相比，第一支撑结构可以例如被制造得更薄，即，具有更小的宽度。

根据一个实施例，所述第一通道和所述第二通道围绕该热交换器的中心轴线被螺旋地成形。

换句话说，该热交换器可以是具有中心轴线的螺旋地成形的热交换器。从传热的角度来看，该热交换器的这种形状是有利的。

根据一个实施例，所述多个第一支撑结构以螺旋状图案布置，该螺旋状图案被构造成将第一通道中的第一流体朝向中心轴线引导，和/或其中，所述多个第二支撑结构以螺旋状图案布置，该螺旋状图案被构造成将第二通道中的第二流体朝向中心轴线引导。

因此，第一流体和/或第二流体的离心力(该离心力迫使流体分别朝向螺旋地成形的第一通道和第二通道的外周)被抵消。根据一个实施例，所述多个第一支撑结构和/或所述多个第二支撑结构分别以螺旋形式布置在第一通道和第二通道内。根据一个实施例，第一支撑结构的螺旋状图案或螺旋形式使得：越靠近螺旋地成形的热交换器的中心轴线，第一支撑结构的密度越高。根据一个实施例，第二支撑结构的螺旋状图案或螺旋形式使得：越靠近螺旋地成形的热交换器的中心轴线，第二支撑结构的密度越高。

根据一个实施例，该热交换器包括多个柱，例如至少四个柱，其中，每个柱包含热交换单元，诸如前面描述的具有相应的中心轴线的螺旋地成形的热交换器。例如，在四个柱的情况下，这些热交换器单元可以布置成2x2矩阵，具有可以在其中引导第一流体和第二流体之一的中心管。在该2x2矩阵的一个纵向端部处，可以布置有将第一流体或第二流体分配到这四个柱中的每一个柱的分配装置。从压降和传热的角度来看，这种构造可以是有益的。

根据本发明的第二方面，本发明的目的通过根据权利要求14的用于制造热交换器的增材制造方法来实现。

根据本发明的第二方面，用于制造热交换器的增材制造方法包括以下步骤：

形成第一通道壁部分；

形成从所述第一通道壁部分延伸的多个第一支撑结构；

形成第二通道壁部分，所述第二通道壁部分远离所述第一通道壁部分，并由所述多个第一支撑结构支撑，使得所述第一通道壁部分和第二通道壁部分限定第一通道，该第一通道限定用于第一流体的第一流体路径；

形成从所述第二通道壁部分延伸的多个第二支撑结构；

形成第三通道壁部分，所述第三通道壁部分远离所述第二通道壁部分，并由所述多个第二支撑结构支撑，使得所述第二通道壁部分和第三通道壁部分限定第二通道，该第二通道限定用于第二流体的第二流体路径。

本发明第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明第一方面描述的那些。关于本发明的第一方面提及的实施例在很大程度上与本发明的第二方面兼容，其中一些实施例在下面被明确公开。因此，根据至少一些实施例，所述多个第一支撑结构和第二支撑结构中的至少一个支撑结构被形成为上文参考本发明的第一方面描述的所述至少一个支撑结构。也就是说，例如，一种增材制造方法，其中，所述第一支撑结构和第二支撑结构中的至少一个支撑结构被形成为具有沿着各自的纵向支撑结构轴线延伸的长度，并且被形成为具有沿着与所述纵向支撑结构轴线垂直的各自的横向支撑结构轴线延伸的宽度，使得所述至少一个支撑结构的宽度小于所述至少一个支撑结构的长度，例如其中，所述至少一个支撑结构被形成为具有在所述至少一个支撑结构的宽度的3至7倍之间的长度。

根据一个实施例，该增材制造方法包括以下步骤：形成所述至少一个支撑结构，使得所述纵向支撑结构轴线与所述横向支撑结构轴线相交以限定轴线交点，并且其中，所述至少一个支撑结构被形成为使得所述至少一个支撑结构的长度可以被分为沿着纵向支撑结构轴线从所述轴线交点延伸到所述至少一个支撑结构的第一纵向端部的第一长度，并且被分为沿着纵向支撑结构轴线从所述轴线交点延伸到所述至少一个支撑结构的第二纵向端部的第二长度，其中，第一长度等于或小于第二长度，例如使得所述至少一个支撑结构被形成为使得第一长度在所述至少一个支撑结构的长度的1至2倍之间，和/或其中，所述第二长度在所述至少一个支撑结构的长度的3至4倍之间。例如，该步骤可以包括形成所述至少一个支撑结构，使得其具有透镜形的或椭圆形的横截面，和/或形成所述至少一个支撑结构，使得其具有圆化的或弯曲的外表面。

应当注意的是，在形成从所述第二通道壁部分延伸的多个第二支撑结构的步骤中，第二支撑结构被形成为从第二壁部分的第二侧延伸。相应地，第一支撑结构连接到第二通道壁部分的第一侧。

例如，所述至少一个支撑结构被形成在所述第一通道或第二通道中，使得纵向支撑结构轴线相应地与第一通道或第二通道的主延伸一致。这个实施例的效果在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的效果。根据一个实施例，所述至少一个支撑结构被形成在所述第一通道或第二通道中，使得纵向支撑结构轴线相应地与第一通道或第二通道的主延伸成角度。这种角度可以被形成为例如在1°和90°之间，例如在1°和45°之间，例如在1°和20°之间，或者在1°和10°之间，例如在1°和5°之间。这个实施例的效果在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的效果。

例如，根据一个实施例，该方法包括与所述多个第一支撑结构中的第一支撑结构不同地形成所述多个第二支撑结构中的第二支撑结构的步骤。这个实施例的效果在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的效果。

例如，并且根据一个实施例，该方法包括将该热交换器制造为单个单元的步骤。例如，热交换器主体可以被形成为单件式热交换器主体。这个实施例的效果在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的效果。

根据一个实施例，所述第一通道和所述第二通道围绕热交换器的中心轴线被螺旋地形成。这个实施例的效果在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的效果。

根据一个实施例，该方法包括以下步骤：以螺旋状图案形成所述多个第一支撑结构，以将第一通道中的第一流体朝向中心轴线引导，和/或以螺旋状图案形成所述多个第二支撑结构，以将第二通道中的第二流体朝向中心轴线引导。这个实施例的效果在很大程度上类似于上面结合本发明的第一方面所描述的效果。

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

通过以下对本发明的示例性实施例的说明性和非限制性的详细描述，将更好地理解本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中：

图1是包括根据本发明的示例性实施例的热交换器的车辆的侧视图；

图2是根据本发明的示例性实施例的热交换器的示意性侧视图；

图3a是根据本发明的示例性实施例的图2的热交换器中的第一通道的俯视图；

图3b是根据本发明的示例性实施例的图2的热交换器中的第二通道的俯视图；

图4示出了根据本发明的示例性实施例的热交换器中包括的支撑结构的横截面图；

图5a是根据本发明的示例性实施例的热交换器的透视图；

图5b示出了根据本发明的实施例的图5a的热交换器中的第一通道及其相关联的第一支撑结构的俯视图，以及图5a的热交换器中的第二通道及其相关联的第二支撑结构的俯视图；

图6是描述根据本发明的示例性实施例的用于制造热交换器的增材制造方法的步骤的流程图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应该被解释为限于本文中阐述的实施例；而是，该实施例是出于彻底性和完整性提供的。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。

具体参考图1，提供了一种车辆800，该车辆包括根据本发明的一个示例的热交换器1和燃烧发动机100，例如内燃发动机100。图1中描绘的车辆800是卡车800，本发明构思可以用于该卡车。然而，本发明构思也可以用在另一车辆中，例如工程机械，如轮式装载机或挖掘机，或者用于另一应用中，例如加工行业或热分配行业。

现在将参照图2与图3a和图3b一起来描述本发明的热交换器1的总体构思，图2示出了热交换器1的示意性侧视图，图3a和图3b分别示出了热交换器1中的第一通道和第二通道的示意性俯视图。

在图2的非限制性示例中，热交换器1包括热交换器主体3以及第一通道5和第二通道7。热交换器主体3至少包括第一通道壁部分10和第二通道壁部分20。第一通道壁部分10远离第二通道壁部分20，并且至少部分地限定第一通道5。第一通道5包括用于接收第一流体的第一通道入口6a和用于将第一流体从第一通道5中排出的第一通道出口6b。第一通道5通常具有在该通道的纵向方向上的主延伸，其在图2中是从第一通道入口6a朝向第一通道出口6b，并且第一通道5具有从第一通道壁部分10延伸至第二通道壁部分20的第一通道高度。

热交换器主体3还包括第三通道壁部分30，该第三通道壁部分30远离第二通道壁部分20，并且布置在第二通道壁部分20的与第一通道壁部分10相反的一侧。第二通道壁部分20和第三通道壁部分30至少部分地限定了第二通道7。对应于第一通道5，第二通道7包括用于接收第二流体的第二通道入口8a和用于将第二流体从第二通道7中排出的第二通道出口8b。第二通道7通常具有在该通道的纵向方向上的主延伸，其在图2中是从第二通道入口8a朝向第二通道出口8b，并且第二通道7具有从第二通道壁部分20延伸至第三通道壁部分30的第二通道高度。

第二通道壁部分20包括面向第一通道5的至少第一侧21和面向第二通道7的至少第二侧22。换句话说，第二通道壁部分20由第一通道5和第二通道7共用，并且热量可以通过第二通道壁部分20传递，以便分别在第一通道5中的第一流体和第二通道7中的第二流体之间交换热量。第二通道壁部分20的第一侧21和第二侧22被布置成彼此面向不同的方向，例如，第一侧21的表面法线和第二侧22的表面法线之间的角度可以在90°到270°之间，或者在130°到230°之间，或者例如大约180°。在后一种情况下，第一侧21与第二侧22直接相反。

此外，热交换器1包括多个第一支撑结构50，为了说明的目的，在图2中仅示出了其中的三个，并且在图3a中仅示出了其中的六个。第一支撑结构50中的每一个均从第一通道壁部分10延伸穿过第一通道5，到达并连接到第二通道壁部分20，或者更确切地说，到达并连接到第二通道壁部分20的第一侧21。换句话说，第一支撑结构50布置在第一通道5中并支撑第二通道壁部分20。如图3a(其示意性地从上方示出了第一通道5)中更清楚地示出的那样，第一支撑结构50不是在第一通道5的整个宽度上延伸，而是彼此间隔开，以便使第一流体能够流过第一支撑结构50。

对应地，热交换器1包括多个第二支撑结构70，为了说明的目的，在图2中仅示出了其中的三个，在图3b中仅示出了其中的六个。第二支撑结构70中的每一个均从第二通道壁部分20延伸，或者更确切地说，从第二通道壁部分20的第二侧22延伸，穿过第二通道7，到达并连接到第三通道壁部分30。换句话说，第二支撑结构70布置在第二通道7内并支撑第三通道壁部分30。如图3b(其示意性地从上方示出了第二通道7)中更清楚地示出的那样，第二支撑结构70不是在第二通道7的整个宽度上延伸，而是彼此间隔开，以便使第二流体能够流过第二支撑结构70。

应当注意的是，在热交换器1的制造期间，第一支撑结构50和第二支撑结构70分别主要支撑第二通道壁部分20和第三通道壁部分30，在下文中将参考图6对此进一步描述，但这里也简要讨论一下。所述多个第一支撑结构50被构造成在热交换器1的制造期间在第一通道5中支撑第二壁部分20。也就是说，当制造热交换器1时，第二通道壁部分20由所述多个第一支撑结构50支撑，且因此可以更容易地以期望的方式被制造。对应地，所述多个第二支撑结构70被构造成在热交换器1的制造期间在第二通道7中支撑第三壁部分30。也就是说，当制造热交换器1时，第三通道壁部分30由所述多个第二支撑结构70支撑，且因此可以更容易地以期望的方式被制造。当然，可以提供更多的通道和更多相关联的通道壁部分及支撑结构来增加热交换器1的尺寸。如下面将参考例如图3a、3b和图4进一步描述的，第一支撑结构50和第二支撑结构70被构造成分别影响第一通道5和第二通道7中的流体流动，使得热交换器1的第一流体和第二流体之间的传热增加和/或相应的第一通道5和第二通道7中的压降减小。因此，分别用于支撑第二通道壁部分20和第三通道壁部分30的第一支撑结构50和第二支撑结构70以流体流动所期望的方式被形成和设计。此外，支撑结构50、70可以在第一通道5和第二通道7之间、即在第一流体和第二流体之间传递热量，并因此增加热交换器1中的可用于传热的面积。

第一通道5和对应的第一壁部分10和第二壁部分20以及所述多个第一支撑结构50限定了用于第一流体的第一流体路径，该第一流体路径用虚线箭头5a表示。对应地，第二通道7、对应的第二壁部分20和第三壁部分30以及所述多个第二支撑结构70限定了用于第二流体的第二流体路径，该第二流体路径用虚线箭头7a表示。如图2中所示，热交换器1的第一通道5和第二通道7以逆向流动布局来布置，即，第一通道5中的第一流体的主第一流体流动方向(即，第一流体路径5a的主方向)与第二通道7中的第二流体的主第二流体流动方向(即，第二流体路径7a的主方向)相对或相反。由此，通过从例如第一通道5中的第一流体传递到第二通道壁部分20的第一侧21、传递通过第二通道壁部分20并进一步经由第二通道壁部分20的第二侧22传递到第二通道7中的第二流体，可以以有效的方式交换热量。

在图3a和3b中示出了本发明的示例性实施例，其中，所述多个第一支撑结构50布置在第一通道5内，使得第一支撑结构50各自的纵向支撑结构轴线与第一流体的主流体流动方向(即，由虚线箭头5a表示的主第一流体流动方向)一致，并且其中，所述多个第二支撑结构70布置在第二通道7内，使得第二支撑结构70各自的纵向支撑结构轴线与第二流体的主流体流动方向(即，由虚线箭头7a表示的主第二流体流动方向)一致。因此，第一流体和第二流体各自的主流体流动方向将与所述多个第一支撑结构50和第二支撑结构70中的相应支撑结构的主延伸一致，因为流体流动可以以期望的方式被影响。

在图3a中，三个第一支撑结构50形成第一排51，并且三个其它第一支撑结构50形成第二排52，该第二排52在第一通道5中布置在第一排51的下游。如图3a所示，第一通道5中的第一排51和第二排52并不对齐，而是相互交错或彼此平行地调整。由此，因为第一流体路径5a被迫在第一支撑结构50之间曲折(zig-zag)，所以第一通道5中的第一流体被更好地混合和/或实现了第一流体的更优选的湍流产生，因此与第一排51和第二排52彼此对齐的情况相比，更经常遇到各个第一支撑结构50的纵向端部。

相应地，在图3b中，三个第二支撑结构70形成第一排71，并且三个其它第二支撑结构70形成第二排72，该第二排72在第二通道7中布置在第一排71的下游。类似于图3a，如图3b所示，第二通道7中的第一排71和第二排72并不对齐，而是相互交错或彼此平行地调整。由此，因为第二流体路径7a被迫在第二支撑结构70之间曲折，所以第二通道7中的第一流体被更好地混合和/或实现了第二流体的更优选的湍流产生，因此与第一排71和第二排72彼此对齐的情况相比，更经常遇到各个第二支撑结构70的纵向端部。

还如图3a和图3b中所示，第一通道5中的第一支撑结构50的大小和尺寸被与第二通道7的第二支撑结构70不同地确定。由此，支撑结构50、70可以适配于第一通道5和第二通道7中的流体流动，和/或适配于第一流体和第二流体之间的任何不同的流体性质。例如，第一支撑结构50的大小和尺寸可以被确定，以便减少第一通道5中的压降，而第二支撑结构70的大小和尺寸可以被确定，以便增加第二通道7中的第二流体的湍流。因此，与第二支撑结构70相比，第一支撑结构50例如可以被制造得更薄，即，具有更小的宽度dh。

转向图4，示出了所述多个第一支撑结构50和/或所述多个第二支撑结构70中的一个支撑结构90的横截面图。支撑结构90具有沿着支撑结构90的纵向支撑结构轴线lsa延伸的长度a，并且具有沿着支撑结构90的横向支撑结构轴线tsa延伸的宽度dh(其可以被称为水力直径dh)。横向支撑结构轴线tsa垂直于纵向支撑结构轴线lsa。如图4中所示，支撑结构90的宽度dh比支撑结构90的长度a小。根据一个实施例，支撑结构90的长度a在支撑结构90的宽度dh的3至7倍之间。换句话说，支撑结构90具有在纵向方向上的主延伸。由此，流体流动可以以期望的方式被影响。此外，支撑结构90可以沿着纵向支撑结构轴线lsa是对称形状的或是基本对称形状的。

此外，支撑结构90包括由纵向支撑结构轴线lsa和横向支撑结构轴线tsa的交点限定的轴线交点aip。如图4中所见，支撑结构90的长度a可以被分成沿着纵向支撑结构轴线lsa从轴线交点aip延伸到支撑结构90的第一纵向端部92的第一长度b，并且被分成沿着纵向支撑结构轴线lsa从轴线交点aip延伸到支撑结构90的第二纵向端部94的第二长度c。第一长度b可以等于或基本等于第二长度c，例如图3a和图3b中所示。然而，如图4中所示，第一长度b可以优选小于第二长度c。

根据一个实施例，第一长度b在支撑结构90的宽度dh的1至2倍之间。根据一个实施例，第二长度c在支撑结构90的宽度的3至4倍之间。

如图4中所示，支撑结构90为透镜形或椭圆形的，即，支撑结构90具有是透镜形的或者是椭圆形的横截面。因此，从第一纵向端部92到第二纵向端部94的第一外部边界部分96以预定方式弯曲，并且，从第一纵向端部92到第二纵向端部94的第二外部边界部分98以预定方式弯曲。应当注意的是，支撑结构90可以包括预定弯曲的第一外部边界部分96和第二外部边界部分98，而不是透镜形的或椭圆形的。由于图4中的支撑结构90沿着其纵向支撑结构轴线lsa是对称的，所以第一边界部分96和第二边界部分98被同样地弯曲。因此，支撑结构90具有与横向支撑结构轴线tsa重合的最大宽度。

应当注意的是，所述多个第一支撑结构50中的每一个第一支撑结构50的大小和尺寸可以如图4的支撑结构90那样确定。另外或替代地，所述多个第二支撑结构70中的每一个第二支撑结构70的大小和尺寸可以如图4的支撑结构90那样确定。

图5a示出了根据本发明的一个示例性实施例的热交换器1’。热交换器1’的特征(例如，第一通道壁部分10、第二通道壁部分20和第三通道壁部分30以及所述多个第一支撑结构50和第二支撑结构70)与图2与图3a和图3b中示出的示意性示例是相同的或非常类似，因此在图5a中相同的附图标记被用于对应的特征。然而，如图5a中所示，热交换器1’螺旋地成形。因此，第一通道5和第二通道7围绕热交换器1’的中心轴线ca螺旋地成形。该螺旋形状在第一通道5中的第一流体与第二通道7中的第二流体之间提供了有益的传热。如图5a中可见，第一通道5和第二通道7围绕中心轴线ca呈螺旋状，因此，第二通道7的一部分沿着中心轴线ca布置在第一通道5的两个部分之间(换句话说，在图5a中，第三通道壁部分30将第一通道5的布置在第二通道7的该部分上方的部分中用作第一支撑结构50的支撑件)。

图5b在图5b的下半部中示出了第一通道5的一部分的俯视图，或者更具体地，示出了螺旋地成形的第一通道5的一半的视图(halfarevelation)，并且在图5b的上半部中示出了第二通道7的一部分的俯视图，或者更具体地，示出了螺旋地成形的第二通道7的一半的视图。如图5b所示，所述多个第一支撑结构50以螺旋状图案布置在第一通道5中。第一支撑结构50的螺旋状图案使得：越靠近中心轴线ca，第一支撑结构50的密度越高。通过该图案，所述多个第一支撑结构50将第一通道5中的第一流体朝向热交换器1’的中心轴线ca导引，从而抵消将第一流体压到螺旋地成形的第一通道5的外边界部分的离心力。此外，如针对第一支撑结构50中的至少一些所能看到的那样，相应的纵向支撑结构轴线lsa不需要与第一流体的主流体流动方向一致，因为与第一流体的主流体流动方向相比，第一支撑结构50中的一些可以被引导为使得其纵向支撑结构轴线lsa更靠近中心轴线ca。对应地，也如图5b所示，所述多个第二支撑结构70以螺旋状图案布置在第二通道7中。第二支撑结构70的螺旋状图案使得：越靠近中心轴线ca，第二支撑结构70的密度越高。通过该图案，所述多个第二支撑结构70将第二通道7中的第二流体朝向热交换器1’的中心轴线ca引导，因此抵消将第二流体压到螺旋地成形的第二通道5的外边界部分的离心力。类似于第一支撑结构50中的一些第一支撑结构，与第二流体的主流体流动方向相比，第二支撑结构70中的至少一些可以被引导为使得其纵向支撑结构轴线lsa更靠近中心轴线ca，即，相应的纵向支撑结构轴线lsa不需要与第二流体的主流体流动方向一致。

本发明还涉及一种用于制造热交换器(例如图2的热交换器1、图5a的热交换器1’以及图4的示例性支撑结构90)的增材制造方法。因此，下文将参照图6中的流程图、以非限制性的方式参照上述热交换器1、1’来描述本发明(因此，下面在描述图6的流程图中的方法步骤时，使用了图2、图4和图5a的附图标记)。

在第一步骤s1中，通过增材制造来形成第一通道壁部分10。

在第二步骤s2中，通过增材制造来形成从第一通道壁部分10延伸的多个第一支撑结构50。

在第三步骤s3中，通过增材制造而远离第一通道壁部分10地形成第二通道壁部分20。从第一通道壁部分10延伸的多个第一支撑结构50有助于第二通道壁部分20的形成并且支撑第二通道壁部分20。在第三步骤中，在第一通道壁部分10、第一支撑结构50和第二通道壁部分20之间的空间中形成第一通道5，从而限定用于第一流体的第一流体路径。

在第四步骤s4中，通过增材制造来形成从第二通道壁部分20延伸的多个第二支撑结构70。第二支撑结构70的形成从第二通道壁部分20的与第二通道壁部分20的连接到第一支撑结构50的一侧不同的一侧进行。换句话说，第一支撑结构50连接并延伸到第二通道壁部分20的第一侧21，而第二支撑结构70连接到并从第二通道壁部分20的第二侧22延伸。

在第五步骤s5中，通过增材制造而远离第二通道壁部分20地形成第三通道壁部分30。从第二通道壁部分20的第二侧22延伸的所述多个第二支撑结构70有助于第三通道壁部分30的形成并支撑第三通道壁部分30。在第五步骤中，在第二通道壁部分20、第二支撑结构70和第三通道壁部分30之间的空间中形成第二通道7，从而限定用于第二流体的第二流体路径。

因此，至少第一通道壁部分10、第二通道壁部分20、第三通道壁部分30、所述多个第一支撑结构50和所述多个第二支撑结构70可以通过增材制造来生产，并且优选将它们制造为单个单元。根据一个实施例，热交换器1、1’被制造为单个单元。

应当理解的是，上述步骤s1至s5可以以制造螺旋地成形的热交换器1’的方式来执行。因此，第一通道5和第二通道7可以围绕螺旋地成形的热交换器1’的中心轴线ca螺旋地成形。此外，在第二步骤s2和/或第四步骤s4中，所述多个第一支撑结构50可以以螺旋状图案形成，以将第一通道中的第一流体朝向热交换器1’的中心轴线ca引导，和/或所述多个第二支撑结构70可以以螺旋状图案形成，以将第二通道中的第二流体朝向热交换器1’的中心轴线ca引导，如参考图5b所述的。

应当注意的是，在第二步骤s2和/或第四步骤s4中，所述多个第一支撑结构50和/或所述多个第二支撑结构70中的所述支撑结构中的任一个、一些或全部都可以通过增材制造来形成，以对应于参照图4描述的支撑结构90。

此外，在第二步骤s2和/或第四步骤s4中，所述多个第一支撑结构50和/或所述多个第二支撑结构70中的所述支撑结构中的任一个、一些或全部都可以被形成为使得各自的纵向支撑结构轴线lsa分别与第一通道5或第二通道7的主延伸一致。

根据一个实施例，第二步骤s2和第四步骤s4被调整成使得所述多个第一支撑结构50中的第一支撑结构50的大小和尺寸以与所述多个第二支撑结构70中的第二支撑结构70不同的方式被确定。

进一步应当注意的是，图1中的车辆800可以包括图2中的热交换器1或图5a中的热交换器1’，并且可以通过参考图6的流程图中描述的方法来制造。

应当理解的是，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。