热交换器、用于热交换器的箱体和用于制造箱体的方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]热交换器被用来将热能从一个具有第一较高温度的流体流转移到另一个具有第二较低温度的流体流。这种热交换器经常被用来通过将废热转移到被引导流经热交换器的更凉的空气流将废热从诸如油、冷却剂等的工艺流体中移除。
[0002]在某些应用中，待冷却的工艺流体的工作压强还比热交换器周围的环境大气压强高很多。因此，将热交换器设计成承受由于流经热交换器的工艺流体引起的压力变得很必要。这变得有挑战，特别是在热交换器被用在大型系统和机器(例如，建筑装备、农业机械等)的情况下。随着机械或系统的尺寸增加，工艺流体的流速也增加，这迫使更大的热交换器来适应热转移要求和流体流速。这种更大的热交换器可以具有暴露于工艺流体(特别是箱体区域中的工艺流体)的压强的非常大的表面区域，并且作用在这些大表面的流体压力能导致热交换器结构中的破坏性机械应力。
[0003]图1中描述了本领域已知的这种热交换器的示例。热交换器101具有条和板的构造，并且可以被用作例如用于非公路用车(例如，挖掘机、装载机、联合收割机等)的油冷却器。待被热交换器101冷却的油经过设置在热交换器芯102内的多个通道，这些通道与用于冷却空气的通道交替，冷却空气按照错流于通过芯102的油的方向被引导。箱体103设置在芯102的两端以便使油在箱体103和芯102之间往返，并且每个箱体103设置有入口端口 /出口端口 106，以便将热交换器101和油回路流体联接。
[0004]箱体103的尺寸必须足够大以便平均地将油流分配到各个通道。因此，箱体内的非常大的表面区域被暴露到油的通常很高的压强下，并且必须设计成能够承受这样的力。用于这样的高压强应用的典型的箱体构造包括挤压的箱体部分104，箱体部分104具有弓形的(例如，圆柱形的)内部轮廓以便平均地分配由于压强载荷引起的力。平整的端盖105焊接到挤压的箱体部分104的端部，以便关闭箱体103的端部。而且，这些平整的端盖105也必须设计成具有适合承受由箱体103中的流体施加到其上的压力的厚度。因为制造体积小，所以这样的箱体构造比经过工具加工的铸造箱体更经济。
[0005]发明人已发现即使当这样的热交换器已经设计成具有适合承受预定的应用的提高的工作压强的壁部分时，作用在端盖上的力仍能导致热交换器的剩余部分中的不希望的且有损伤的应力。因此，仍然存在改进的空间。
【发明内容】
[0006]在本发明的一些实施例中，用于热交换器的箱体包括挤压的箱体部分、平坦的第一端盖、以及平坦的第二端盖；箱体部分具有大体上恒定的挤压轮廓，挤压轮廓在纵向方向上从第一箱体端部向第二箱体端部延伸；平坦的第一端盖靠近第一箱体端部连结至挤压的箱体部分；平坦的第二端盖靠近第二箱体端部连结至挤压的箱体部分。挤压的箱体部分和第一端盖和第二端盖一起至少部分地限定箱体内部体积。平坦的第一端盖和第二端盖都布置成和纵向方向成非垂直角度。
[0007]在一些实施例中，第一端盖从第一箱体端部至少部分地凹陷，并且第二端盖从第二箱体端部至少部分地凹陷。一些实施例包括至少一个安装孔，安装孔延伸通过挤压的箱体部分，而不穿过箱体内部体积，并且在一些这样的实施例中，安装孔位于平坦的第一端盖和第一箱体端部之间。
[0008]—些实施例中，大体上恒定的挤压轮廓包括圆柱形内表面和相对的、大体上平坦的第一外表面和第二外表面，第一外表面和第二外表面通过大体上平坦的第三外表面连结，第三外表面垂直于大体上平坦的第一外表面和第二外表面。平坦的第一端盖和第二端盖中的每个包括和圆柱形内表面的圆锥截面相对应的椭圆边缘。
[0009]在本发明的一些实施例中，制造用于热交换器的箱体的方法包括:挤压箱体部分，箱体部分具有在纵向方向上延伸的大体上恒定的挤压轮廓；沿着纵向方向将挤压的箱体部分切割成预定长度；由一片材料制成平整的端盖，每个平整的端盖具有相对的第一面和第二面，第一面和第二面被材料的厚度隔开；在挤压的箱体部分的其中一个预定长度内插入平整的第一端盖，使得纵向方向和平整的第一端盖的相对的第一面和第二面成非零角度；在挤压的箱体部分的这个预定长度内插入平整的第二端盖，使得纵向方向和平整的第二端盖的相对的第一面和第二面成非零角度；以及将平整的第一端盖和平整的第二端盖连结至挤压的箱体部分。
[0010]在本发明的一些实施例中，热交换器包括多个流体流通道和箱体；流体流通道平行地从壁延伸；箱体密封地连结至壁，以一起限定箱体体积。箱体体积的内表面暴露于来自流经多个流体流通道的流体的压力。箱体包括挤压的箱体部分、平坦的第一端盖和平坦的第二端盖；挤压的箱体部分具有大体上恒定的挤压轮廓，大体上恒定的挤压轮廓在纵向方向上从第一箱体端部向第二箱体端部延伸；平坦的第一端盖靠近第一箱体端部连结至挤压的箱体部分，并且布置成和壁成非垂直角度；并且平坦的第二端盖靠近第二箱体端部连结至挤压的箱体部分，并且布置成和壁成非垂直角度。
【附图说明】
[0011]图1是现有技术的热交换器的立体图；
[0012]图2是根据本发明的实施例的热交换器的立体图；
[0013]图3是图2的热交换器局部被切掉的立体图；
[0014]图4是根据本发明的一些实施例的图2的热交换器中使用的箱体的立体图；
[0015]图5是图4的箱体中使用的示出挤压轮廓的平面图；
[0016]图6是图4的箱体中使用的端盖的平面图；
[0017]图7是图2的热交换器的一部分的示意的平面截面图。
【具体实施方式】
[0018]在详细讲解本发明的任何实施例之前，将理解的是，本发明在其应用时不限于以下说明中提出的或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例，并且能够采用多种方式实践或实施。还将理解的是，这里使用的用语和术语是为了描述，并且不应该被认为是限制。文中“包括”、“包含”或“具有”及其变体的使用旨在囊括其后列出的条目及其等同物和另外的条目。除非另有特定或限制说明，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变体使用了其广泛意思并且囊括直接和间接的安装、连接、支撑和联接。而且“连接”和“联接”不限制于物理的或机械的连接或联接。
[0019]图2、图3和图7中示出了体现了本发明的热交换器1，并且相对于其它已知的热交换器，当热交换器1在诸如油冷却、增压空气冷却等的高压强应用中使用时可以提供耐久性的优点。为了阐述的目的，将参照这样的热交换器1:用于冷却机油的用空气冷却的油冷却器，但是应该理解的是本发明也可适用于其他热交换器应用。
[0020]热交换器1具有条和板的构造，其具有铜焊的热交换器芯2，热交换器芯2限定了用于油和冷却空气流动的交替的通路。从图3中可知，通过堆叠平整的隔板11形成芯2，长条9和短条10交替地分隔隔板11，以限定交替的油通路8和空气通路7。长条9布置在热交换器1的相对的空气入口面和出口面处，长条9界定油通路8，油通路8在热交换器的宽度方向上延伸。短条10布置在热交换器1的相对的箱体端，短条10界定空气通路7，空气通路7在热交换器的深度方向上延伸，从而油通路8和空气通路7布置成彼此垂直，形成了错流(cross-flow)的热交换方向。油插入物20布置在油通路8中的隔板11之间，空气翅片21布置在空气通路7中的隔板11之间。油插入物20和空气翅片21通过额外的热交换表面区域和用于它们相应的流体的湍流提供了增强的热转移，还提供了对隔板的结构支撑以便承受流体施加的压力。芯2由堆叠的顶端和底端处的侧板22界定。
[0021]短条10的平整侧面、长条9的端部、以及隔板11和侧板22的边缘在芯102的每个箱体端部一起构成了大致平坦的壁13。入口和出口箱体3焊接在壁13上以提供用于让油流过油通路8的入口管道和出口管道。有代表性的箱体3的细节在图4-图6示出，并且现在将参照这些图和图2、图3和图7更加详细地描述。
[0022]为了承受由经过热交换器1的油或其它增压的流体所施加的增加的压力，箱体3由焊接组件构成，优选地由铝合金焊接组件构成，但是如果应用有要求，可用其它金属代替。箱体3具有盒状构造，具有由挤压的(extruded)箱体部分4提供的三个侧面，挤压的箱体部分4的轮廓(profile)在图5中示出。挤压的箱体部分4在纵向方向上(图4中通过标记有“L”的双端箭头指示)延伸，并且包括一对隔开的相对的侧面18，其将箱体的宽度限定成大约等于热交换器芯2的深度，这两个侧面18通过第三侧面19连结，从而形成盒状箱体的外围。流体的入口或出口端口 6设置成通过其中一个侧壁18，但是这样的端口 6还可以可替代地设置成通过侧壁19。圆柱形表面16设置在箱体部分4的内部，并且沿着长度方向L延伸，从而内部压力在箱体部分4上主要分解成薄膜应力，而不是弯曲应力。当流经热交换器1的通道8的流体的压强比环境压强高很多时，这样的结构可以为箱体3提供增强的耐久性。
[0023]箱体3还包括一对平坦的端盖5，端盖5布置在挤压的箱体部分4的相对的端部15处。平坦的端盖5布置成不和挤压的箱体部分4的纵向方向垂直。尤其从图7中可知，可以用角度Θ来表示偏离垂直面的偏移，并且至少在一些优选的实施例中，偏离垂直面的偏移至少为55°。可以通过采用例如激光切割或水射流切