板片式热交换器，特别是增压空气冷却器.pdf

本发明涉及一种板片式热交换器，特别是增压空气冷却器，具有若干相互叠置并且相互联接、特别是钎接的长形板片(1－3；21－23；51－53)，它们围成一个被待冷却的介质，例如增压空气沿板片纵向穿过的空腔(55－57)，和另一个被冷却液穿过的空腔(63－65)，其中，板片(1－3；21－23；51－53)分别具有一个待冷却介质的流入接口和一个待冷却介质的流出接口。为了提供一种成本低，且即使在高温条件下也具有较长的使用寿命的板片式热交换器，至少一个冷却液接口(14－16)部分地围绕待冷却介质的接口(12)延伸。

1.  板片式热交换器，包括增压空气冷却器，具有若干相互叠置并且相互联接、特别是钎接的长形板片(1-3；21-23；51-53)，它们围成一个被待冷却的包括增压空气的介质沿板片纵向穿过的空腔(55-57)，和另一个被冷却液穿过的空腔(63-65)，其中，板片(1-3；21-23；51-53)分别具有一个待冷却介质的流入接口和一个待冷却介质的流出接口，其特征在于，至少一个冷却液接口(14-16；34-36；44-46)部分地围绕待冷却介质的接口(12，13；32，33)延伸。

2.  根据权利要求1所述的板片式热交换器，其特征在于，若干冷却液接口(14-16；34-36；44-46)部分地围绕待冷却介质的接口(12，13；32，33)布置。

3.  根据前面的权利要求中任一项所述的板片式热交换器，其特征在于，至少一个冷却液流入接口(14-16；34-36；44-46)部分地围绕待冷却介质的流出接口(12，13；32，33)延伸。

4.  根据前面的权利要求中任一项所述的板片式热交换器，其特征在于，若干冷却液流入接口(44-46)部分地围绕待冷却介质的流出接口(33)布置。

5.  根据前面的权利要求中任一项所述的板片式热交换器，其特征在于，待冷却介质的流入接口(12；32)和/或流出接口(13；33)分别由穿过板片的通孔形成，所述通孔具有扇形、半圆形的形状，或者半环形片的形状，或者呈圆弧状弯曲的长孔的形状。

6.  根据权利要求5所述的板片式热交换器，其特征在于，一个和/或多个冷却液流入接口和/或一个和/或多个冷却液流出接口分别由穿过板片的通孔(14-16；34-36；44-46)形成，所述通孔具有半环形片的形状或者圆弧状长孔的形状，该形状部分地包围待冷却介质的流入接口或流出接口。

7.  根据权利要求5或6所述的板片式热交换器，其特征在于，另一个冷却液流入接口(41，42)或冷却液流出接口(42，41)布置在半环形片或圆弧状长孔的中心区域，所述半环形片或长孔形成待冷却介质的流出接口或流入接口。

8.  根据前面的权利要求中任一项所述的板片式热交换器，其特征在于包括一个接口壳体(66)，这个壳体既具有待冷却介质的接口(67)，也具有冷却液的接口(68)。

9.  根据权利要求8所述的板片式热交换器，其特征在于，接口壳体(66)具有一个环绕一周的冷却液管道(69)，这个管道围绕着待冷却介质的接口管道(67)延伸。

10.  根据前面的权利要求中任一项所述的板片式热交换器，其特征在于，板片(1-3；21-23；51-53)和/或接口壳体由可钎焊的铝制成。

板片式热交换器，特别是增压空气冷却器
技术领域
本发明涉及一种板片式热交换器，特别是增压空气冷却器，包括若干相互叠置并且相互联接、特别是钎接的长形板片，它们围成一个被待冷却的介质如增压空气沿板片纵向穿过的空腔，和另一个被冷却液穿过的空腔，其中，板片分别具有一个待冷却介质的流入接口和一个待冷却介质的流出接口。
背景技术
现有板片式热交换器，特别是增压空气冷却器，包括若干相互叠置并且相互联接、特别是钎接的长形板片，它们围成一个被待冷却的介质如增压空气沿板片纵向穿过的空腔，和另一个被冷却液穿过的空腔，其中，板片分别具有一个待冷却介质的流入接口和流出接口。
发明内容
本发明的目的是提供一种板片式热交换器，它的制造成本低，即使在高温条件下也具有较长的使用寿命。特别是这种按照本发明的板片式热交换器也应可适用于船用发动机机舱。
对于一种板片式热交换器，特别是增压空气冷却器，包括若干相互叠置并且相互联接、特别是钎接的长形板片，它们围成一个被待冷却的介质如增压空气沿板片纵向穿过的空腔，和另一个被冷却液穿过的空腔，其中，板片分别具有一个待冷却介质的流入接口和流出接口，本发明的目的通过以下方式实现，即至少一个冷却液接口部分地围绕待冷却介质的接口延伸。冷却液接口在形状上优选为穿过板片的长孔，它部分地围绕待冷却介质的接口延伸。
板片式热交换器的一个优选实施例的特征在于，若干冷却液接口部分地围绕待冷却介质的接口布置。冷却液接口在形状上分别优选为穿过板片的长孔，它部分地围绕待冷却介质的接口延伸。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，至少一个冷却液流入接口部分地围绕待冷却介质的流出接口延伸。冷却液流入接口在形状上优选为穿过板片的长孔，它部分地围绕待冷却介质的流出接口延伸。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，若干冷却液流入接口部分地围绕待冷却介质的流出接口延伸。冷却液流入接口在形状上优选为穿过板片的长孔，它部分地围绕待冷却介质的流出接口延伸。冷却液流入接口在形状上优选为穿过板片的长孔，它部分地围绕待冷却介质的流出接口延伸。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，待冷却介质的流入接口和/或流出接口分别由穿过板片的通孔形成，所述通孔基本上具有扇形、特别是半圆形的形状，或者半环形片的形状，或者呈圆弧状弯曲的长孔的形状。板片在其端部优选地具有扇形、特别是半圆形的形状，这些形状与扇形的或半圆形的或半环形片状的或圆弧状的待冷却介质接口同心。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，一个和/或多个冷却液流入接口和/或一个和/或多个冷却液流出接口分别由穿过板片的通孔形成，所述通孔基本上具有半环形片的形状或者圆弧状长孔的形状，这个形状部分地包围待冷却介质的流入接口或流出接口。一个或多个冷却液接口优选地布置在待冷却介质的流入接口或流出接口和周围区域之间。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，另一个冷却液流入接口或冷却液流出接口布置在半环形片或圆弧状长孔的中心区域，所述半环形片或长孔形成待冷却介质的流出接口或流入接口。这样将可保证提高板片式热交换器的关键区域中的散热。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于一个接口壳体，这个壳体既具有待冷却介质的接口，也具有冷却液的接口。接口壳体优选为一体式铸件。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，接口壳体具有一个环绕一周的冷却液管道，这个管道围绕着待冷却介质的接口管道延伸。这样可将板片式热交换器的外部温度保持在临界值以下。
板片式热交换器的另一个优选实施例的特征在于，板片和/或接口壳体由可钎焊的铝制成。这样将简化板片式热交换器的制造。
发明的其它优点、特征和细节参见下面的说明。下面通过附图和不同的实施例对本发明进行详细说明。在这里，在权利要求和说明书中所提及的各特征本身或它们的任意组合都是本发明的重要内容。
附图说明
图1是按照本发明的板片式热交换器的板片式芯体的立体图；
图2是如图1所示的板片式芯体的板片端部的俯视图；
图3是如图1所示的板片式芯体的另一个俯视立体图；
图4是如图3所示的板片式芯体的端部的截面图；
图5是穿过按照本发明的板片式热交换器的接口壳体的截面立体图；
图6是如图5所示的接口壳体本身的立体图；
图7是如图6所示的接口壳体的俯视图；
图8是如图6所示的接口壳体的横截面图；
图9是按照本发明的板片式热交换器的立体图；
图10是板片式热交换器的另一个实施例的立体图；
图11是两个相互联接的板片式热交换器的立体图。
具体实施方式
图1的立体图中是三个板片1到3，它们在底部5上相互重叠形成板片式芯体6。三个板片1到3完全相同并相互钎接。
与板片2、3一样，板片1具有一个带有两个半圆形端部8、9的矩形基板7。从内向外，板片1被一个环绕一周、向上弯曲的边缘10围住。在板片1的半圆形的端部8、9中分别有一个扇形的通孔12、13。通孔12、13分别形成增压空气的接口，通过这个接口增压空气进出一个由板片1围成的且在端部8、9之间的空腔。
图2是板片1的端部9的俯视图。在俯视图中可看到，扇形的增压空气接口12被三个长孔14、15、16包围，而它们呈弧形弯曲。这三个长孔14、15、16布置在半圆形或扇形通孔12的半圆形和板片1的环绕一周的周边10之间。长孔14到16形成冷却液的接口。通过冷却液接口14到16围绕着增压空气接口12的布置，可将板片式芯体6的外部温度保持在临界值200摄氏度之下。按照本发明的板片式芯体6的外部温度由冷却液的最高温度决定。
此外，板片1到3分别围成增压空气的空腔，所述空腔在通孔12、13之间延伸。在增压空气的空腔中布置着波纹翅片18、19，它们作为增压空气的导向元件，并改善传热。
在图3中是三个板片21到23，它们在底部25上相互重叠放置形成板片式芯体26。与板片22、23一样，板片21包括一个带有两个半圆形端部28、29的基板27。另外，板片21具有环绕一周的、向上弯曲的边缘30。板片21在端部28、29分别具有一个呈圆弧弯曲的长孔32、33。长孔32、33形成增压空气接口，增压空气通过接口进入到在板片21的端部28、29之间的空腔中。
沿径向在长孔32、33之外布置着长孔34到36及44到46，它们同样呈圆弧弯曲。长孔34到36及44到46形成冷却液接口，冷却液通过冷却液接口进出板片式芯体26。在板片21到23之间或之中也形成了被增压空气穿过的空腔，它们在增压空气接口32、33之间延伸。在这些空腔中以已知的方式布置着波纹翅片38到40，它们用于引导增压空气和改善传热。
沿径向在增压空气接口32、33之内分别设有另一个通孔41、42，所述通孔形成辅助的冷却液接口。这些辅助的冷却液接口41、42确保，特别关键的区域即在板片21的端部28上由三角形43标出的区域被更好地冷却。在传统的热交换器上，这个区域的穿流量不足，因此在按照本发明的板片式热交换器上增加了冷却液的供应。
图4是穿过如图3所示的板片式芯体26的端部28的横截面图。在截面图中可以看到，在被增压空气穿过的空腔中，与前面的实施例相同，分别布置着波纹翅片38到40。
在图5中以立体图的形式展示了如前面的附图和各实施例所示的板片式芯体50的截面。板片式芯体50包括三个板片51到53，其结构和形状与前面的实施例中板片相同。板片51到53围出被增压空气穿流的区域或层55到57。在被增压空气穿流的区域55到57中分别布置着波纹翅片59到61。在两个被增压空气穿流的区域55到57之间，分别布置着被冷却液穿流的区域或被冷却液穿流的层63到65。在被冷却液穿流的层63到65中的冷却液用于对被增压空气穿流的区域55到57中的增压空气进行散热。
在板片51到53中的增压空气接口(图1中为12、13，图3中为32、33)之上设有接口壳体66。接口壳体66具有一个位于中央的增压空气接口管道67，它与板片51到53中的增压空气接口同轴或在其延长线上。另外，接口壳体66具有一个冷却液接口管道68，它垂直于增压空气接口管道67。冷却液接口管道68接入到一个环绕一周的冷却液管道69，该管道在径向上处于位于中央的增压空气接口管道67之外。在环绕一周的冷却液管道69之下，在板片51到53中设有其它的冷却液管道71到73。冷却液管道71到73由板片51到53中的长孔形成。这些长孔在前面的实施例中被标识为14到16，34到36及44到46。
接口壳体66是由可钎焊的铝制成的铸件。铸件既包括增压空气接口管道67，也包括冷却液接口管道68。接口壳体66也可以由多部分组成。
在图6到8中以不同的视图单独展示接口壳体66。环绕一周的冷却液管道69用于将接口壳体66的外部温度保持在低水平。在图8的截面图中可以看到，环绕一周的冷却液管道69将增压空气接口管道67在横断面上完全包围。
图9是根据本发明的一个实施例的增压空气冷却器75的立体图。增压空气冷却器75包括一个具有多个板片的板片式芯体76。举例来说，板片式芯体76采用与图1和2中所示的板片式芯体6相同的设计。但板片式芯体76也可采用与图3和4中所示的板片式芯体26相同的设计。图5是穿过增压空气冷却器75的截面立体图。当然图5中的附图标记与图9不同。
图9中所示的板片式芯体76布置在底板77和盖板78之间。增压空气流入接口壳体81和增压空气流出接口壳体82钎接在盖板78上。接口壳体81和82也可以与盖板78一体形成，例如作为铸件。增压空气流入接口壳体81包括一个增压空气流入接口84和一个冷却液流出接口85。增压空气流出接口壳体82包括一个增压空气流出接口87和一个冷却液流入接口88。
增压空气冷却器75的按照本发明的设计具有以下优点，即部件的外部温度可以保持在200摄氏度之下。此外，通过增压空气75按照本发明的设计将会降低制造成本。另外，按照本发明的增压空气冷却器在连接方面具有比传统的增压空气冷却器更大的灵活性。而且，在增压空气冷却器运行中所出现的温度梯度可被减少。这样就可提高结构高度。部件的最高外部温度由冷却液最高温度决定，优选地小于200摄氏度。这样就可以在船上使用。此外，还避免冷却液出现沸腾。而且还可提高增压空气冷却器的稳定性和效率。通过使用可钎接的铸件可以取消钎接后的连接件的焊接工序。此外，使用铸件还有以下优点，即可以灵活地实现与其它部件的连接。
通过按照本发明的增压空气冷却器可以实现若干冷却器的串联和并联。在增压空气进口区域，部件温度也可降低到冷却液温度的水平。这样就可以明显降低增压空气冷却器中的不应有的应力。此外，通过这个措施还可提高结构高度，即有更多的板片可以相互重叠放置。另外，还可以减少增压空气冷却器在增压空气侧和冷却液侧的压力损失，并提高传热效率。
在图10中是增压空气冷却器90，它具有四个接口壳体91到94。接口壳体91包括一个第一增压空气流入接口95和一个第一冷却液流出接口96。接口壳体92包括一个第一冷却液流入接口97和一个第一增压空气流出接口98。接口壳体93包括一个第二增压空气流入接口99和一个第二冷却液流出接口100。接口壳体94包括一个第二冷却液流入接口101和一个第二增压空气流出接口102。
按照另一个实施例，增压空气接口95和99也可以被封闭。在这种情况下，增压空气将通过接口壳体94的增压空气接口102进入到增压空气冷却器90中。箭头104到108表示增压空气在增压空气冷却器90中的走向。增压空气在增压空气冷却器90中首先经过一个高温回路，然后再经过一个低温回路，并在接口壳体92的增压空气流出接口98处从增压空气冷却器90流出。在这种情况下，接口壳体93只具有一个高温-冷却液流入接口。相对应的高温-冷却液流出接口101设在接口壳体94中。而接口壳体91只包括一个低温-冷却液流入接口。相对应的低温-冷却液流出接口97则设在接口壳体92中。
在图11中以立体图的方式展示了包括两个按照本发明的增压空气冷却器111、112的高温回路和低温回路的实现方式。第一增压空气冷却器111包括一个低温-冷却液流入接口壳体114和一个低温-冷却液流出接口壳体115。第二增压空气冷却器112的高温-冷却液流入接口壳体116连到低温-冷却液流出接口壳体115上。第二增压空气冷却器112还具有一个高温-冷却液流出接口壳体117。这样，第一增压空气冷却器111形成一个低温-增压空气冷却器。第二增压空气冷却器112形成一个高温-增压空气冷却器。增压空气通过增压空气流入接口119，穿过低温-冷却液流入接口壳体114，进入到第一增压空气冷却器111中。高温-冷却液流出接口壳体117则带有相对应的增压空气流出接口120。