模块化中间冷却器块体

摘要

提供了一种用于模块化中间冷却器块体的设备和方法，模块化中间冷却器块体可通过直接金属印刷制造并且组装以形成更大的中间冷却器。模块化中间冷却器块体包括冷却翅片，冷却翅片在第一芯集管和第二芯集管之间间隔开以允许气流通过。沉孔布置在第一芯集管和第二芯集管上，并且构造成当第一芯集管或第二芯集管紧固到包括类似布置的沉头孔的另一芯集管时容纳索环。芯管沿波状路径从第一芯集管中的每个沉孔穿过多个冷却翅片延伸到第二芯集管中的类似的沉孔。芯管可包括薄的铜壁和螺旋形的内部通路以增强向穿过多个冷却翅片的气流的热传递。

说明书

该申请请求享有2019年2月13日提交的申请号为16/275,075的美国专利申请以及2018年2月20日提交且具有申请序列号62/632,999的题为"Modular Intercooler Block"的美国临时申请的权益和优先权。

技术领域

本公开的实施例总体上涉及中间冷却器的领域。更特别地，本公开的实施例涉及用于可组装成更大的中间冷却器的模块化中间冷却器块体的系统和方法。

背景技术

与卡车或工业中的内燃机一起使用的发动机冷却散热器和中间冷却器通常非常大。具体而言，与固定式柴油发电机组一起使用的散热器可包括散热器或中间冷却器芯，其一侧的总尺寸在6.0英尺至8.0英尺(1.8m至2.4m)之间，或甚至更大。由于具有这种尺寸的单个芯难以制造，所以这样的散热器和中间冷却器典型地由多个芯构成。工业散热器和中间冷却器典型地由铜/黄铜软钎焊构造构成，其中将涂有焊料的黄铜管推过通过开槽的书夹保持在所需的间距内的一叠铜翅片中的孔，以形成芯块体。然后，可在烘箱中烘烤芯块体以将管软钎焊到翅片。在这之后，可将管端插入芯块体的每端处的黄铜集管中并软钎焊以形成芯。大体上，这种芯的高度受到将长而细的管推过翅片中的孔的能力的限制，其中48英寸(1.22 m)大致是实际的最大值。类似地，典型的书夹的尺寸将芯宽度限制为约48英寸(1.22 m)。

汽车和重型卡车制造商早就放弃了昂贵的铜/黄铜散热器和中间冷却器构造，而转向带有塑料箱的可控气氛钎焊(CAB)铝芯构造。塑料箱铝制(PTA)散热器包括带凸片的铝集管，可将其压接到塑料散热器箱上(利用其间的弹性垫圈)。与铜/黄铜相比，这种类型的结构自动化程度更高，并且所生产的产品更轻、更坚固并且具有更高的耐用性。然而，可用的CAB炉将芯尺寸限制为不大于约48平方英寸。

因此，需要改进的中间冷却器构造，其需要较少的劳动、更一致，并且使用较便宜的材料，同时提供相对较高的传热效率。

发明内容

提供了一种用于模块化中间冷却器块体的设备和方法，该模块化中间冷却器块体可通过直接金属印刷(DMP)制造并且构造成组装以形成更大的中间冷却器。模块化中间冷却器块体包括构造成允许气流通过的多个冷却翅片。第一芯集管和第二芯集管设置在多个冷却翅片的相对侧。多个冷却翅片可由在第一芯集管和第二芯集管之间平行且均匀间隔的平板构成。多个沉孔布置在第一芯集管和第二芯集管的每一个的面向外的表面上。多个沉孔构造成当第一芯集管或第二芯集管紧固到包括以类似布置设置的沉孔的另一个芯集管时容纳索环或密封件。芯管沿波状路径从第一芯集管中的多个沉孔中的每一个穿过多个冷却翅片延伸到第二芯集管中的类似设置的沉孔。芯管包括相对较薄的铜壁，该铜壁构造成增强向穿过多个冷却翅片的气流的热传递。芯管可包括螺旋形的内部通路，该螺旋形的内部通路构造成增加可用的表面积，由此热量可传递到气流。

在示例性实施例中，通过直接金属印刷制造并且构造成组装以形成更大的中间冷却器的模块化中间冷却器块体包括：构造成允许气流通过的多个冷却翅片；设置在多个冷却翅片的相对侧的第一芯集管和第二芯集管；布置在第一芯集管和第二芯集管的每一个的面向外的表面上的多个沉孔；以及芯管，其从第一芯集管中的多个沉孔中的每一个穿过多个冷却翅片延伸到第二芯集管中的类似设置的沉孔。

在另一个示例性实施例中，多个冷却翅片由平行地设置在第一芯集管和第二芯集管之间的平板构成。在另一个示例性实施例中，多个冷却翅片在第一芯集管和第二芯集管之间均匀地间隔开。在另一个示例性实施例中，多个冷却翅片跨过模块化中间冷却器块体的高度方向经历弯曲的路径。在另一个示例性实施例中，多个冷却翅片沿模块化中间冷却器块体的宽度方向经历弯曲的路径。

在另一个示例性实施例中，多个沉孔布置成交替布置的相邻行和列，以便最大限度地增加第一芯集管和第二芯集管中的沉孔的数量。在另一个示例性实施例中，多个沉孔构造成当第一芯集管或第二芯集管紧固到包括以类似布置设置的沉孔的另一个芯集管时容纳索环或密封件。

在另一个示例性实施例中，芯管各自包括螺旋形的内部通路，该螺旋形的内部通路构造成增加可用的表面积，由此热量传递至穿过多个冷却翅片的气流。在另一个示例性实施例中，芯管各自遵循跨过多个冷却翅片的波状路径，芯管的波状路径构造成提供比直芯管的表面积大的表面积。在另一个示例性实施例中，波状路径垂直于穿过冷却翅片的气流的方向。在另一个示例性实施例中，波状路径平行于穿过冷却翅片的气流的方向。在另一个示例性实施例中，相邻芯管的波状路径包括相对于彼此的相移。在另一个示例性实施例中，相邻芯管的波状路径之间的相移是90度，并且其中波纹的方向彼此垂直。

在示例性实施例中，一种用于通过直接金属印刷制造并且构造成组装以形成更大的中间冷却器的模块化中间冷却器块体的方法包括：形成第一芯集管和第二芯集管，第一芯集管与第二芯集管基本相同；在第一芯集管和第二芯集管的每一个的表面上设置多个沉孔；在第一芯集管和第二芯集管之间布置多个冷却翅片，多个沉孔背对多个冷却翅片；使芯管从第一芯集管中的多个沉孔中的每一个穿过多个冷却翅片延伸到第二芯集管中的类似设置的沉孔。

在另一个示例性实施例中，设置多个沉孔包括将多个沉孔交替地布置成相邻的行和列，这最大限度地增加第一芯集管和第二芯集管中的沉孔的数量。在另一个示例性实施例中，布置还包括将多个冷却翅片中的相邻冷却翅片间隔开，使得气流可穿过多个冷却翅片。在另一个示例性实施例中，延伸包括形成跨过多个冷却翅片的每个芯管的波状路径。在另一个示例性实施例中，延伸还包括构造芯管的相对薄的铜壁以增强向穿过多个冷却翅片的气流的热传递。在另一个示例性实施例中，延伸还包括构造芯管的螺旋形内部通路以增加可用的表面积，由此热量可传递到穿过多个冷却翅片的气流。

附图说明

附图提到了本公开的示例性实施例，在附图中：

图1示出了模块化中间冷却器块体的示例性实施例的等距视图；

图1A示出了模块化中间冷却器块体的示例性实施例的侧视平面视图；

图2示出了包括图1的模块化中间冷却器块体的中间冷却器组件的示例性实施例的等距视图；以及

图3示出了图2的中间冷却器组件的侧部平面视图。

尽管本公开受制于各种改型和备选形式，但其特定实施例已经通过附图中的示例示出并且将在本文中详细描述。应理解，本发明不限于公开的特定形式，而相反，意图在于覆盖落入本公开的精神和范围内的所有改型、等同方案和备选方案。

具体实施方式

在以下描述中，提出了许多特定细节，以便提供本公开的彻底理解。然而，本领域的普通技术人员将清楚，本文公开的发明可在没有这些特定细节的情况下实施。在其他情况下，可进行诸如"第一集管"的特定数字参考。然而，特定数字参考不应理解为字面顺序，而是理解为"第一集管"不同于"第二集管"。因此，提出的特定细节仅为示例性的。特定细节可在本公开的精神和范围内变化，且仍设想在本公开内容的精神和范围内。用语"联接"定义为意指直接地连接至构件或通过另一个构件间接地连接至构件。此外，如本文使用的那样，对于任何数值或范围的用语"大约"、"约"、"基本"指示适合的维度公差，其允许构件的部分或集合作用为如本文所述的其预期目的。

与卡车或工业中的内燃机一起使用的发动机冷却散热器和中间冷却器通常非常大。由于具有这种尺寸的单个芯难以制造，所以这样的散热器和中间冷却器典型地由多个芯构成。汽车和重型卡车制造商早就放弃了昂贵的铜/黄铜散热器和中间冷却器构造，而转向带有塑料箱的可控气氛钎焊(CAB)铝芯构造。塑料箱铝制(PTA)散热器比铜/黄铜散热器更轻、更坚固、更耐用，但是可用的CAB炉限制了芯的尺寸。因此，需要改进的中间冷却器构造，其需要较少的劳动、更一致，并且使用较便宜的材料，同时提供相对较高的传热效率。本公开的实施例提供了一种用于可组装成更大的中间冷却器的模块化中间冷却器块体的设备和方法。

图1示出了模块化中间冷却器块体100的示例性实施例的等距视图，该块体可组装以形成用于各种应用的更大的中间冷却器。模块化中间冷却器块体100由设置在模块化中间冷却器块体的相对侧的第一芯集管104和第二芯集管108构成。多个冷却翅片112平行地设置在第一芯集管104和第二芯集管108之间。多个冷却翅片112在第一芯集管104和第二芯集管108之间均匀地间隔开，以便在操作期间允许气流通过模块化中间冷却器块体100。

第一芯集管104和第二芯集管108各自包括布置在面向外的表面上的多个沉孔116。如将认识到的那样，沉孔116的相邻行和列交替地布置，以便最大限度地增加第一芯集管104和第二芯集管108中的沉孔的数量。沉孔116优选地构造成当第一芯集管104或第二芯集管108紧固到包括以类似布置设置的沉孔的另一芯集管时容纳索环或密封件。例如，索环可设置在第一模块化中间冷却器块体100的第一芯集管104和第二模块化中间冷却器块体的第二芯集管108之间的每个沉孔116中。然而，在一些实施例中，可使用各种合适的垫圈中的任何一个来密封相邻的模块化中间冷却器块体之间的沉孔116。

如图1A中最佳所示，芯管120从第一芯集管104中的每个沉孔116穿过冷却翅片112延伸到第二芯集管108中类似设置的沉孔。在本文所示的示例性实施例中，芯管120中的每个遵循跨过芯翅片112的波状路径。所示的波状路径垂直于穿过冷却翅片112的气流方向。如将认识到的那样，芯管120的波状路径提供的表面积大于直芯管的表面积。因此，波状芯管120构造成将相对大量的热量传递给穿过冷却翅片112的气流。设想的是，在其他实施例中，芯管120可沿穿过冷却翅片112的各种路径中的任一个(例如，举例来说，平行于气流的方向成波状，以及各种弯曲的和螺旋的路径)延伸。

在一些实施例中，相邻芯管120的波状路径可彼此异相。例如，在一些实施例中，相邻芯管的波状路径可异相90度，使得相邻芯管120的波纹彼此接近。此外，在一些实施例中，芯管120的波状路径可异相90度，并且波纹的方向可彼此垂直。因此，应当理解，芯管120可沿各种路径中的任一个穿过冷却翅片112延伸，发现冷却翅片有利于将热量传递给通过模块化中间冷却块体100的气流。

此外，尽管本文中将冷却翅片112示为基本平行的平面，但是冷却翅片不应理解为限于平坦平面。设想的是，在一些实施例中，冷却翅片112可跨过模块化中间冷却器块体100的高度方向和/或宽度方向经历各种路径中的任一个。例如，在一些实施例中，冷却翅片112可沿模块化中间冷却器块体100的高度方向布置在弯曲的路径中。在一些实施例中，冷却翅片112的弯曲路径可沿模块化中间冷却器块体100的宽度方向延伸。尽管所示的冷却翅片112示为具有均匀的间隔，但是波状的冷却翅片112的实施例可包括相邻冷却翅片的波状路径的各种频率、幅度和相移中的任何一个，而没有限制。

可使用各种合适的3D印刷技术中的任何一种来通过直接金属印刷(DMP)制造模块化中间冷却块体100。设想的是3D印刷能够将多种几何构造施加到模块化中间冷却器块体100，这是通过常规铜/黄铜制造技术无法实现的。例如，3D印刷能够产生芯管120的更薄的壁，以便使得能够使用更有效地传递热量但是当通过传统的制造技术制造时总体上太重的材料(例如，铜)。此外，在一些实施例中，3D印刷可使得能够形成芯管120的螺旋形的内部通路，以便增加可用的表面积，由此热量可传递到穿过冷却翅片112的气流。更进一步，结合图1论述，3D印刷技术便于形成芯管120的相邻行和列的交替布置。芯管120的交替布置允许模块化中间冷却器块体100相对于气流成一定角度定向，而不会损害向气流的热传递，这与依赖于垂直于气流安装的常规中间冷却器不同。

设想的是可组装多个模块化中间冷却器块体100以形成具有任何期望尺寸的较大中间冷却器。因此，模块化中间冷却器块体100实质上包括基本中间冷却器尺寸，该基本中间冷却器尺寸可组装以适合各种中间冷却器应用。例如，一个模块化中间冷却器块体100可适合于摩托车应用，而四个模块化中间冷却器块体100可组装以形成用于汽车应用的中间冷却器。继续，可将十个模块化中间冷却器块体100组装在一起以生产用于3⁄4吨皮卡车的中间冷却器，并且可组装十六个模块化中间冷却器块体100以生产用于半挂车的中间冷却器。因此，应理解，模块化中间冷却器块体100包括可用于任何期望应用的通用中间冷却器尺寸，而没有限制。

图2-图3示出了中间冷却器组件140的示例性实施例，该中间冷却器组件由四个图1所示的模块化中间冷却器块体100构成，这些块体联接在一起以便形成用于示例性汽车应用的中间冷却器。中间冷却器组件140由紧固到入口箱152的第一中间冷却器块体144和第二中间冷却器块体148构成。第二中间冷却器块体148堆叠在第一中间冷却器箱144上，使得两个块体的第二芯集管108紧固到入口箱152。优选地，适合的垫圈设置在入口箱152与第二芯集管108之间，以确保其间的不透流体的密封。可使用各种合适的技术中的任何一种来将第二芯集管108紧固到入口箱152上，使得入口箱的入口156与第二集管108的沉孔116流体连通。

如图3中最佳所示，第三中间冷却器块体160堆叠到第四中间冷却器块体164上，使得两个块体的第一芯集管104均可紧固到出口箱168。第三中间冷却器块体160和第四中间冷却器块体164可通过任何适合的技术紧固到出口箱168，由此出口箱168的出口172与第一芯集管104的沉孔116流体连通。优选地，可通过垫圈或其他类似装置保持出口箱168与第一芯集管104之间的不透流体的密封。如将认识到的那样，出口箱168与第三中间冷却器块体160和第四中间冷却器块体164之间的联接基本类似于入口箱152与第一中间冷却器块体144和第二中间冷却器块体148之间的联接。

继续参看图2-图3，第一中间冷却器块体144和第二中间冷却器块体148的第一芯集管104紧固到第三中间冷却器块体160和第四中间冷却器块体164的第二芯集管108。第一芯集管104的沉孔116与第二芯集管108的沉孔对准，使得入口156与出口172流体连通。如上文论述的那样，索环或其他类似构件可设置在沉孔116中，以便在第一芯集管104和第二芯集管108之间保持不透流体的密封。可使用各种合适的技术中的任何一种来将第一芯集管104固定到第二芯集管108，而没有限制。

如上文论述的那样，图2-图3中所示的中间冷却器组件140包括用于示例性汽车应用的中间冷却器。此外，可通过采用与关于图2-图3所公开的技术基本相同的技术来形成用于卡车和半挂车应用的相对较大的中间冷却器。因此，应当理解，可通过组装适当数量的模块化中间冷却器块体100并将组件与适当尺寸的入口箱152和出口箱172联接而产生任何尺寸的中间冷却器，而没有限制。

尽管按照特定变型和示图描述了本发明，但本领域的普通技术人员将认识到本发明不限于所述的变型或附图。此外，在上文所述的方法和步骤指示以一定顺序发生的某些事件的情况下，本领域的普通技术人员将认识到，某些步骤的顺序可改变，且此改变是根据本发明的变型的。另外，某些步骤可在可能时以并行过程同时执行，以及如上文所述按顺序执行。如果本发明的变型在本公开的精神内或等同于权利要求书中发现的发明，则意图让该专利也包括那些变型。因此，本公开将理解为不由本文所述的特定实施例限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。