本发明涉及热交换器。
背景技术：
已知使用热交换器来冷却润滑和冷却液体(在下文中，一般地称为“工作流体”)。许多发动机和装入的动力传动系统部件使用润滑和冷却液体，来减少内部摩擦并优化性能。例如，内燃机在曲轴箱中使用发动机油，来润滑曲轴上的大端轴承以及活塞/汽缸表面。发动机内的温度随着负载和/或发动机转速的增加而增加。为了保持发动机最佳地运行，必须冷却发动机油。类似地，关于其他动力传动系统部件也是如此。
散热器是汽车应用中常用的热交换器，以将来自工作流体的热量传递到穿过散热器的空气。虽然工作流体到空气的热交换设备可能是有效的，但是由于空气温度和湿度以及通过散热器的空气流速的高度变化，所以从工作流体到空气的热传递可能是不可预知的。热传递的变化可能不利地影响返回到部件的工作流体的温度。在高性能的发动机和车辆中，需要精确地控制工作流体的温度以使性能最大化。在高性能应用中的冷却系统可以包括将来自工作流体的热量传递到冷却液的附加热交换器。然后，可以使用散热器分别冷却冷却液。尽管这种类型的冷却系统更加复杂，但是工作流体的温度可以被更精确地控制。
具有相对高的热传递表面积与体积比的热交换器可以被称为“紧凑型热交换器”。紧凑型热交换器通常通过许多性能特性来评估，这些性能特性包括入口和出口工作流体温度差、通过交换器的工作流体流速、入口和出口工作流体压力差。
另外，在高性能应用(诸如汽车领域)中，热交换器的总质量是一个重要的因素，因为这影响燃料消耗、车辆惯性和加速度。
需要改善现有的热交换器，和/或至少提供有用的替代方案。
技术实现要素：
本发明提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口与第二端口之间延伸，使得第一工作流体可以平行地流动通过管子；以及
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且围绕管子，
其中，热交换器具有中央芯部区域、在第一端口与中央芯部区域之间延伸的第一过渡区域以及在第二端口与中央芯部区域之间延伸的第二过渡区域，以及
其中，对于管子中的至少一些，每个管子的横截面面积在第一端口与第二端口之间变化。
在一些实施例中，在中央芯部区域内的每个管子的横截面面积大于与相应的第一端口和第二端口相邻的相应管子的横截面面积。
本发明另选地或另外地提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口与第二端口之间延伸，使得第一工作流体可以平行地流动通过管子；以及
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且围绕管子，
其中，热交换器具有中央芯部区域、在第一端口与中央芯部区域之间延伸的第一过渡区域以及在第二端口与中央芯部区域之间延伸的第二过渡区域，以及
其中，第一工作流体沿第一方向通过第一端口进入热交换器，并且管子中的至少一些成形在第一过渡区域内，使得第一工作流体相对于第一方向向外流动，和/或
其中，第一工作流体沿第二方向通过第二端口离开热交换器，并且管子中的至少一些成形在第二过渡区域内，使得流体相对于第二方向向内流动。
优选地，第一工作流体在第一过渡区域和第二过渡区域中的每个中的流动包括相对于相应的第一方向和第二方向的径向分量。
在至少一些实施例中，第一方向和第二方向平行。优选地，第一端口和第二端口经配置使得第一工作流体同轴地流入和流出热交换器。
本发明另选地或另外地提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口与第二端口之间延伸，每个管子限定第一工作流体流动通过的第一工作流体流路；以及
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且围绕管子，
其中，至少一些管子包括：至少一个第一部分，其具有各自从管壁中的一个突出到相应的工作流体流路中的一个或多个翅片；和一个或多个第二部分，其中，面向相应第一工作流体流路的管壁的表面是基本上向内凹陷的。
在热交换器具有中央芯部区域、在第一端口与中央芯部区域之间延伸的第一过渡区域以及在第二端口与中央芯部区域之间延伸的第二过渡区域的实施例中，至少一个第一部分可以至少部分地在中央芯部区域内延伸，并且第二部分中的每个可以在第一过渡区域和第二过渡区域中的相应一个内延伸。
在一些实施例中，翅片具有大致蛇形配置并且相对于第一工作流体流路大体上是细长的。另选地，翅片可以平行于相应的第一工作流体流路延伸。
优选地，翅片被布置成翅片组，其中，相邻组中的翅片在相应的第一工作流体路径的方向上间隔开。
翅片中的至少一些沿其长度具有齿形结构。换句话说，翅片中的至少一些包括沿相应翅片的长度间隔设置的一个或多个矮墙形成物，并且其中，相应的翅片在每个矮墙形成物的至少一侧上具有凹口形成物。
本发明另选地或另外地提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口与第二端口之间延伸，每个管子限定第一工作流体流动通过的第一工作流体流路；以及
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且包括各自至少部分地围绕管子中的至少一个的流体管道，每个流体管道限定第二工作流体流路，
其中，至少一些管子包括：至少一个第一部分，其具有各自从管壁中的一个突出到第二工作流体流路中的一个或多个翅片；和一个或多个第二部分，其中，面向相应第二工作流体流路的管壁的表面是基本上向外凸出的。
在热交换器具有中央芯部区域、在第一端口与中央芯部区域之间延伸的第一过渡区域以及在第二端口与中央芯部区域之间延伸的第二过渡区域的实施例中，至少一个第一部分可以设置在中央芯部区域中，并且第二部分中的每个可以设置在第一过渡区域和第二过渡区域中的相应的一个中。
在一些实施例中，翅片具有大致蛇形配置并且相对于第一工作流体流路大体上是细长的。另选地，翅片可以平行于相应的第二工作流体流路延伸。
优选地，翅片被布置成翅片组，其中，相邻组中的翅片在相应的第二工作流体路径的方向上间隔开。
翅片中的至少一些沿其长度具有齿形结构。换句话说，翅片中的至少一些包括沿相应翅片的长度间隔设置的一个或多个矮墙形成物，并且其中，相应的翅片在每个矮墙形成物的至少一侧上具有凹口形成物。
本发明另选地或另外地提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口与第二端口之间延伸，每个管子限定第一工作流体流动通过的第一工作流体流路；以及
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且包括各自至少部分地围绕管子中的至少一个的流体管道，每个流体管道限定第二工作流体流路，
其中，外壳体在与第一端口相邻的区域中形成管子中的至少一些的管壁的一部分。
在至少一些实施例中，外壳体在与第二端口相邻的区域中也形成管子中的至少一些的管壁的一部分。
本发明另选地或另外地提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口与第二端口之间延伸，每个管子限定第一工作流体流动通过的第一工作流体流路；以及
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且包括各自至少部分地围绕管子中的至少一个的流体管道，每个流体管道限定第二工作流体流路，
其中，流体管道中的至少一些由外壳体限定。
在热交换器具有中央芯部区域的实施例中，外壳体限定在中央芯部区域中的相应流体管道。
本发明另选地或另外地提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口和第二端口之间延伸，每个管子限定第一工作流体流动通过的第一工作流体流路；
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且包括各自至少部分地围绕管子中的至少一个的流体管道，每个流体管道限定第二工作流体流路；以及
一个或多个管分隔壁，其在与第一端口相邻的区域中，各自形成管子中的一个或多个的管壁。
在至少一些实施例中，热交换器还包括：一个或多个管分隔壁，其在与第二端口相邻的区域中，各自形成管子中的一个或多个的管壁。
管分隔壁可以包括一个或多个环形管分隔壁。在一些实施例中，环形管分隔壁中的每个具有圆形横截面。优选地，这些环形管分隔壁是同心的。
另选地或另外地，管分隔壁可以包括一个或多个径向管分隔壁。
在至少一个实施例中，每个管分隔壁在两个或更多个第一工作流体流路之间延伸。
优选地，管分隔壁在第一端口和/或第二端口处与外壳体齐平地终止。
在一些实施例中，热交换器可以包括：最内环形管分隔壁，其限定具有大致圆形横截面的内部第一工作流体流路。优选地，最内环形管分隔壁从第一端口延伸通过交换器到第二端口。
在热交换器具有第一过渡区域和第二过渡区域的实施例中，每个管分隔壁在相应的第一过渡区域或第二过渡区域内裂开(换句话说，“分离”、“分开”或“分裂”)，使得在中央芯部区域内，每个第一工作流体流路的管壁对于该第一工作流体流路是专有的。
在至少一些实施例中，热交换器还包括桥接元件，桥接元件连结到管子中的一个或多个的壁，并且使相邻的流体管道分离。
在至少一些实施例中，热交换器还包括一个或多个管道分离壁，其在中央芯部区域中各自形成流体管道中的一个或多个的壁。
热交换器还可以包括桥接构件，桥接构件各自将相应的流体管道内的管壁隔开。在一些情况中，桥接构件各自在管道分隔壁中的一个与管壁中的一个之间延伸。在一些其他情况中，桥接构件在管壁中的一个与外壳体之间延伸。
在中央芯部区域内，热交换器可以包括围绕内部第一工作流体流路的最内流体管道。在一些实施例中，热交换器可以包括各自由管子和流体管道组成的多个环，其中，这些环围绕内部第一工作流体流路和最内流体管道。
在至少一些实施例中，在中央芯部区域内，热交换器包括管子和流体管道的第一环，该第一环围绕内部第一工作流体流路和最内流体管道。进一步地，在中央芯部区域内，热交换器可以包括管子和流体管道的第二环，该第二环围绕第一环。又进一步地，在中央芯部区域内，热交换器可以包括管子和流体管道的第三环，该第三环围绕第二环。
本发明另选地或另外地提供一种用于在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能的热交换器，该热交换器包括：
外壳体，其具有包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口的多个开口；
一组管子，其各自在外壳体内且在第一端口与第二端口之间延伸，使得第一工作流体可以平行地流动通过管子；
流通空间，第二工作流体流动通过其中，流通空间在外壳体内且在第三端口与第四端口之间延伸，并且包括与第三端口连通的第一歧管、与第四端口连通的第二歧管和至少部分地围绕管子中的至少一个的流体管道，每个流体管道限定第二工作流体流路，该第二工作流体流路在第一歧管与第二歧管之间延伸并且通过热交换器的中央芯部区域；
中央芯部区域中的一个或多个管道分隔壁，每个管道分隔壁形成流体管道中的一个或多个的壁；以及
扶壁支撑件，其各自将管壁中的一个连接到管道分隔壁的至少一个的端部。
管道分隔壁可以包括一个或多个环形管道分隔壁和一个或多个径向管道分隔壁，其中，环形管道分隔壁和径向管道分隔壁相交，并且其中，扶壁支撑件各自连接到环形管道分隔壁和径向管道分隔壁的交叉点。
优选地，两个或更多个扶壁支撑件连接到环形管道分隔壁中的一个与径向管道分隔壁中的一个的每个交叉点。在一些情况中，四个扶壁支撑件连接到环形管道分隔壁中的一个与径向管道分隔壁中的一个的交叉点中的至少一些。
在某些实施例中，环形管道分隔壁中的每个具有圆形横截面。优选地，这些环形管道分隔壁是同心的。
优选地，流通空间包括在第三端口与流体管道的第一端部之间的第一歧管，其中，第一歧管围绕管子的一部分。更优选地，流通空间还包括在第四端口与流体管道的第二端部之间的第二歧管，其中，第二歧管围绕管子的另一部分。
热交换器可以包括在以下中的任何一个或多个处的连接构件：第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中，该连接构件或每个连接构件与管件匹配。该连接构件或每个连接构件可以呈成对的间隔开的环形环的形式，o形环可以定位在这些环形环之间。
在一些实施例中，第一端口和第二端口中的每个包括颈部。
优选地，外壳体包括在第三端口与第一歧管之间延伸的杆状部，和/或在第四端口与第二歧管之间延伸的杆状部。
在一些实施例中，外壳体在中央芯部区域中具有大致圆柱形的形状。在一些另选的实施例中，外壳体在中央芯部区域中具有棱柱形状。
优选地，外壳体从中央芯部区域朝向第一端口和第二端口中的每个变窄。
在中央芯部区域具有大致圆柱形的形状的实施例中，围绕第一歧管和第二歧管的外壳体的部分优选地具有关于中央芯部区域的纵向轴线旋转的s形曲线的形状。
在至少一些实施例中，第一端口和第二端口定位在外壳体中，使得第一工作流体通过第一端口和第二端口的流动是平行的和/或同轴的。
优选地，外壳体是无接头和/或无接缝结构的整体式部件。更优选地，热交换器是无接头和/或无接缝结构的整体式部件。
在一些应用中，热交换器可以管接成使得第一工作流体在第一端口与第二端口之间流动通过热交换器，并且第二工作流体在第三端口与第四端口之间流动通过热交换器。在其他应用中，热交换器可以管接成使得第一工作流体在第三端口与第四端口之间流动通过热交换器，并且第二工作流体在第一端口与第二端口之间流动通过热交换器。
在某些实施例中，该热交换器是紧凑型热交换器。
附图说明
为了可更容易地理解本发明，现在将参考附图仅以举例的方式描述实施例，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的紧凑型热交换器的立体图；
图2是图1的紧凑型热交换器的俯视图；
图3是图1的紧凑型热交换器的侧视图；
图4是图1的紧凑型热交换器的端视图；
图5是沿图4中的a－a线观察的紧凑型热交换器的剖视图；
图6是沿图4中的a－a线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图7是沿图4中的b－b线观察的紧凑型热交换器的剖视图；
图8是沿图4中的b－b线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图9是沿图4中的c－c线观察的紧凑型热交换器的剖视图；
图10是沿图3中的d－d线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图11是沿图3中的e－e线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图12是沿图3中的f－f线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图13是沿图3中的g－g线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图14是沿图3中的h－h线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图15是沿图3中的j－j线截取的紧凑型热交换器的截面图；
图16是沿图3中j－j线观察的紧凑型热交换器的剖视图；
图17是图8中的区域x的放大图；
图18是图14中的区域y的放大图；
图19是根据本发明的第二实施例的热交换器的立体图；
图20是图19的热交换器的俯视图；
图21是图19的热交换器的侧视图；
图22是图19的热交换器的端视图；
图23是沿图22中的a2－a2线观察的热交换器的剖视图；
图24是沿图22中的a2－a2线截取的热交换器的截面图；
图25是沿图22中的b2－b2线观察的热交换器的剖视图；
图26是沿图22中的c2－c2线截取的热交换器的截面图；
图27是沿图20中的d2－d2线截取的热交换器的截面图；
图28是沿图20中的e2－e2线截取的热交换器的截面图；
图29是沿图20中的f2－f2线截取的热交换器的截面图；
图30是沿图20中的g2－g2线截取的热交换器的截面图；
图31是沿图20中的h2－h2线截取的热交换器的截面图；
图32是沿图20中的j2－j2线截取的热交换器的截面图；
图33是沿图20中的h2－h2线截取的热交换器的截面图；
图34是沿图20中的j2－j2线截取的热交换器的截面图；
图35是沿图20中的p2－p2线观察的热交换器的截面图；
图36是沿图20中的q2－q2线观察的热交换器的截面图；
图37是图25中的区域x2的放大图；
图38是图36中的区域y2的放大图。
具体实施方式
图1至18示出根据本发明的实施例的紧凑型热交换器10。在使用中，热交换器10在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能。为了简化，在以下描述中，将第一工作流体简称为“工作流体”，并且将第二工作流体称为“冷却剂”。
热交换器10具有外壳体12，该外壳体12具有包括第一工作流体端口14、第二工作流体端口16、第一冷却剂端口18和第二冷却剂端口20的多个开口。待冷却或加热的工作流体可以经由第一工作流体端口14流入热交换器10，并且经由第二工作流体端口16离开热交换器10，或者相反。待用于热交换的冷却剂可以经由第一冷却剂端口18流入热交换器10并且经由第二冷却剂端口20离开热交换器10，或者相反。因此，在图示的实施例中，热交换器10可以管接成利用工作流体和冷却剂的平行流动运行，或者利用工作流体和冷却剂的反向流动运行。
一组管子在外壳体12内且在第一工作流体端口14与第二工作流体端口16之间延伸，使得工作流体可以平行地流动通过管子。下面将进一步详细地论述这个实施例的管子的结构。
冷却剂流动通过的流通空间在外壳体12内且在第一冷却剂端口18与第二冷却剂端口20之间延伸。流通空间围绕管子，使得热能可以在两种工作流体之间传递。流通空间及其结构将在下面进一步详细地论述。
如图2所示，在这个实施例中，热交换器10具有中央芯部区域(由图2中的花括号“m”表示)、在第一工作流体端口14与中央芯部区域m之间延伸的第一过渡区域(由图2中的花括号“l”表示)以及在第二工作流体端口16与中央芯部区域之间延伸的第二过渡区域(由图2中的花括号“n”表示)。
在图1至18所示的实施例中，第一工作流体端口114包括外壳体12的颈部部分22，并且第二工作流体端口116包括外壳体12的颈部部分24。在第一过渡区域l和第二过渡区域n中的每个中，壳体的直径从相应的颈部22、24朝向中央芯部区域m增大。中央芯部区域m基本上为圆柱形。
进一步地，外壳体12包括在第一过渡区域l内的杆状部26，该杆状部26将从第一冷却剂端口18接收(或排出)的冷却剂引导到交换器10中。类似地，外壳体12包括在第二过渡区域n内的杆状部28，该杆状部28将从第二冷却剂端口20排出(或接收)的冷却剂引导出交换器10。
管子的结构：
在这个特定的实施例中，有七十三(73)根管子，每根管子限定通过热交换器10的工作流体流路。这些管子被布置成：
－最内管子30；
－二十四(24)根管子32的内部组，其布置在最内管子30周围的第一环34中；
－二十四(24)根管子36的中间组，其布置在第一环34周围的第二环38中；以及
－二十四(24)根管子40的外部组，其布置在第二环38周围的第三环42中。
如图1和4至10所示，交换器10在颈部22、24内和在与相应的第一工作流体端口14和第二工作流体端口16相邻的第一过渡部分l和第二过渡部分n的部分中具有管分隔壁。每个管分隔壁在两个或更多个工作流体流路之间延伸。如图1、4和10中明显的，在这个实施例中，管分隔壁包括三个环形管分隔壁44和二十四(24)个径向管分隔壁46。管分隔壁44、46形成最内管子30以及第一环34和第二环38的管子32、36的管壁。在第三环42的管子的情况下，管子40的壁由环形管分隔壁44中外侧的一个、径向管分隔壁46的外侧部分和外壳体12形成。
如从图11、12和17中将特别明显地看出的，当沿从第一工作流体端口14朝向中央芯部区域m的方向观察时，管分隔壁44、46中的每个在第一过渡区域l内裂开，以形成多个管子的壁的两个分离部分。另外，外壳体12在第一过渡区域l内裂开，以形成第三环42中的管子40的壁的一部分。
类似地，当沿从第二工作流体端口16朝向中央芯部区域m的方向观察时，管分隔壁44、46中的每个也在第二过渡区域n内裂开，以形成多个管子的壁的两个分离部分。外壳体12也在第二过渡区域n内裂开，以形成第三环42中的管子40的壁的一部分。图2提供通过第二冷却剂端口20的视图，其示出环形管分隔壁44中外侧的一个，该外侧的一个裂开以形成第三环42的管子40的壁的一部分。
在这个特定实施例中，管分隔壁44、46在第一工作流体端口14和第二工作流体端口16中的每个处与外壳体12齐平地终止。
通过比较图10与图11和12，将明显的是，环形管分隔壁44和径向管分隔壁46分开，使得在中央芯部部分m内管子32、36、40中的每个都是离散的元件；换句话说，在中央芯部区域内，每个工作流体流路的管壁对于该工作流体流路是专有(独占)的。
每个管子的横截面面积在第一工作流体端口14与第二工作流体端口16之间变化。在这个特定实施例中，在中央芯部区域m内的每个管子30、32、36、40的横截面面积大于与相应的第一工作流体端口14和第二工作流体端口16相邻的相应管子30、32、36、40的横截面面积。换句话说，管子30、32、36、40中的每个的横截面面积从第一工作流体端口14处的第一横截面面积通过第一过渡区域l增加到中央芯部区域m内的第二较大的横截面面积。类似地，管子30、32、36、40中的每个的横截面面积从中央芯部区域m内的第二横截面面积通过第二过渡区域n减小到第二工作流体端口16处的第一横截面面积。
借助于在第一过渡区域l和第二过渡区域n中的每个中改变管子30、32、36、40的横截面面积，工作流体流路的横截面面积总体上朝向中央芯部区域增加，并且远离中央芯部区域减小。
第一环34、第二环38和第三环42中的管子32、36、40中的每个成形为使得在中央芯部区域m内，相应的管子相对于最内管子30并相对于在第一工作流体端口14和第二工作流体端口16中的每个处的该管子的径向位置径向地偏移。因此，在第一环34、第二环38和第三环42中的每个工作流体流路沿非线性路径(该路径在这个示例中为s形曲线)通过第一过渡部分l和第二过渡部分n中的每个。
在一种配置中，工作流体通过第一工作流体端口14进入热交换器10，并且通过第二工作流体端口16离开热交换器10。借助于管子32、36、40的形状，工作流体在第一过渡区域l内向外流动，并且在第二过渡区域n内向内流动。进一步地，在第一过渡区域l和第二过渡区域n中的每个中的工作流体流动包括径向分量。换句话说，工作流体流路在第一过渡区域和第二过渡区域中发散和会聚。
在图1至17所示的示例中，管子30、32、36、40成形为使得在颈部22、24中和在中央芯部区域m中的工作流体流路基本上平行。此外，管子30、32、36、40成形为使得在颈部22、24中的每个工作流体流路还是共线的。
流通空间的结构：
流通空间包括与第一冷却剂端口14连通的第一冷却剂歧管48，和与第二冷却剂端口16连通的第二冷却剂歧管50。在这个实施例中，第一冷却剂歧管48容纳在外壳体12内，并且形成在交换器10的第一过渡区域l中。类似地，第二冷却剂歧管50容纳在外壳体12内，并且形成在第二过渡区域n中。从图5和6中将是明显的是，第一冷却剂歧管48围绕第一过渡区域l内的管子30、32、36、40，并且第二冷却剂歧管50围绕第二过渡区域n内的管子30、32、36、40。图2提供通过第二冷却剂端口20并进入第二冷却剂歧管50的视图。
流通空间还包括冷却剂管道，冷却剂管道各自围绕管子30、32、36、40中的至少一个，由此每个冷却剂管道限定冷却剂流路。冷却剂管道延伸通过热交换器10的中央芯部区域m。在这个特定实施例中，有七十三(73)个冷却剂管道，冷却剂管道各自限定围绕管子30、32、36、40中相应的一个的冷却剂流路。这些冷却剂管道被布置成：
－最内冷却剂管道52，其围绕最内管子30；
－二十四(24)个冷却剂管道54的内部组，其围绕管子32并布置在第一环34中；
－二十四(24)个冷却剂管道56的中间组，其围绕管子36并布置在第二环38中；以及
－二十四(24)个冷却剂管道58的外部组，其围绕管子40并布置在第三环42中。
该热交换器10具有管道分隔壁，管道分隔壁各自在中央芯部区域中形成一个或多个冷却剂管道54、56、58的壁。管道分隔壁包括三个环形管道分隔壁60和二十四(24)个径向管道分隔壁62。最内冷却剂管道52形成在最内管子30与最内环形管道分隔壁60a之间。如从图17中明显的是，最内环形管分隔壁44在第一过渡区域l和第二过渡区域n中的每个中裂开，以形成最内管子30和最内环形管道分隔壁60a，最内冷却剂管道52在中央芯部区域m内形成在最内管子30与最内环形管道分隔壁60a之间。
第一环34中的冷却剂管道54各自形成在环形管道分隔壁60中的两个与径向相邻的成对径向管道分隔壁62之间；类似地，关于第二环38中的冷却剂管道26也是如此。第三环42中的冷却剂管道58由环形管道分隔壁60中的外侧一个、径向相邻的成对径向管道分隔壁62和外壳体12形成。
在某些实施例中，环形管道分隔壁60具有圆形横截面，并且彼此同心并且与外壳体12同心。因此，第一环34、第二环38和第三环42中的冷却剂管道54、56、58中的每个具有环形段的横截面。进一步地，第一环34、第二环38和第三环42中的管子32、36、40中的每个也具有环形段的横截面。
热交换器10在第一环34、第二环38和第三环42中包括桥接构件64，桥接构件64各自将相应的冷却剂管道54、56、58内的管子32、36、40的壁隔开。在第一环34和第二环38中，桥接构件64各自在环形管道分隔壁60中的一个与管壁62、36中的一个之间延伸。在第三环42中，桥接构件64在环形管道分隔壁60中外侧的一个与管子40的壁之间，且还在管子40的壁与外壳体12之间延伸。桥接构件64设置在中央芯部区域m内。进一步地，每个桥接构件54相对于热交换器10径向地延伸，并且相对于冷却剂流路平行。
热传递翅片：
管子30、32、36、40中的每个具有带翅片(在下文中称为“吸热翅片66”)的中央部分，翅片各自从管壁30、32、36、40中的一个突出到相应的工作流体流路中。另外，管子30、32、36、40中的每个具有两个端部，其中，面向工作流体流路的管壁的表面是光滑的。在热交换器10用于将来自工作流体的热能传递到冷却剂的应用中，吸热翅片66增加了与工作流体接触的表面积，这增强了吸收到管子30、32、36、40的壁中的热量。
管子30、32、36、40中的每个还包括具有翅片(在下文中称为“散热翅片68”)的中央部分，翅片各自从管壁30、32、36、40中的一个突出到相应的冷却剂流路中。另外，管子30、32、36、40中的每个具有两个端部，其中，面向冷却剂流路的管壁的表面是光滑的。同样，在热交换器10用于将来自工作流体的热能传递到冷却剂的应用中，散热翅片68增加了与冷却剂接触的表面积，这增强了从管子30、32、36、40的壁传递到冷却剂中的热量。
如从图5至9中明显的是，从管子32、36、40突出的翅片66、68设置在热交换器10的中央芯部区域m内。类似地，关于从最内管子30突出到最内冷却剂管道52的散热翅片68也是如此。这些散热翅片68从最内管子30径向向外地突出到最内冷却剂管道52中。
如从图5和6中最明显的是，从最内管子30突出到最内工作流体流路中的吸热翅片66具有在第一过渡区域l和第二过渡区域n中的一个终止的轴向端部。另外，这些吸热翅片68从最内管子30径向向内地突出到最内工作流体流路中。
在这个实施例中，吸热翅片66全部平行于相应的工作流体流路延伸。类似地，散热翅片68全部平行于相应的管道流路延伸。翅片66、68布置成两个或更多个翅片的组，这些翅片在相应的工作流体流路或冷却剂流路的方向上间隔开，并且在每组翅片66、68内彼此平行。在从最内管子30径向向内地突出到最内工作流体流路中的吸热翅片68和从最内管子30径向向外地突出到最内冷却剂管道52中的散热翅片68的情况下，翅片66、68被布置成间隔开的两个翅片的组。从管子32、36、40的壁突出的翅片66、68被布置成间隔开的四个翅片的组。
上述翅片66、68的纵向分离使相应的流体流动中的边界层的发展最小化。因此，相应流路内的流体流动具有增加的混浊度，这促进了流体的混合并且增强了到/来自热交换器结构的热能传递。
管子30、32、36、40的端部具有缺乏特征的和/或“平坦的”壁表面。换句话说，在这些端部中，管子30、32、36、40的横截面被成形为使得管壁的内表面是向内凹陷的，并且管壁的外表面是向外凸出的。从图中将显而易见的是，管壁的内表面面向工作流体流路，并且外表面面向冷却剂流路。以这种方式，端部中的管壁的表面可以被认为是“光滑的”。然而，将理解的是，一些制造技术将留下被认为是粗糙的表面光洁度，在这方面，表面光洁度是与表面形状不同的性质。在这个实施例中，端部分别与工作流体流路和冷却剂流路的横截面面积减小是一致的。因此，在较小的横截面面积的区域中，管子的光滑壁表面确保了对流体流动的阻力是最小的。
扶壁支撑件(buttresssupport)：
如图16最清楚地示出的，热交换器10包括扶壁支撑件70，扶壁支撑件70各自将管壁32、36、40中的一个连接到管道分隔壁60、62中的至少一个的端部。在使用添加制造技术形成热交换器10的实施例中，扶壁支撑件70促进管道分隔壁60、62相对于部分形成的管子32、36、40形成在几何精确的位置中。
在这个特定实施例中，环形管道分隔壁60和径向管道分隔壁62在四个管子32、36、40的组中间的位置处形成交叉点。扶壁支撑件70各自连接到在这些交叉点处的环形管道分隔壁60和径向管道分隔壁62。
在第一环34的径向内周边上的扶壁支撑件70从相邻的成对管子32延伸，并且连接到最内环形管道分隔壁60a与径向管道分隔壁62中的一个之间的交叉点。在环形管道分隔壁60和位于第一环38与第二环40之间的径向管道分隔壁62中的一个的交叉点处，扶壁支撑件70从围绕每个交叉点的四个管子32、36、40的组延伸。
在这个特定实施例中，热交换器10由添加制造技术形成。因此，热交换器10是无接头且无接缝的整体式部件。换句话说，热交换器10的部件是连续的且不中断的。
在这个特定实施例中，热交换器10具有四个安装凸缘72，安装凸缘72各自具有通孔，以使得能够使用合适的紧固件将交换器安装在结构上。
热交换器10在第一工作流体端口14、第二工作流体端口16、第一冷却剂端口18和第二冷却剂端口20中的每个处包括连接构件74。每个连接构件74与管件匹配，以将热交换器10连接到冷却系统中。在这个实施例中，每个连接构件74呈成对的间隔开的环形环的形式，o形环(未示出)可以定位在这些环形环之间。在替代的实施例中，可以设置其他形式的连接构件，以适应热交换器要在其中运行的冷却系统。
图19至38示出根据本发明的第二实施例的热交换器110。在使用中，热交换器110在第一工作流体与第二工作流体之间传递热能。同样，为了简化，在以下描述中，将第一工作流体简称为“工作流体”，并且将第二工作流体称为“冷却剂”。根据如图19至38所示的实施例制造的物理实施例可以提供紧凑型热交换器。
热交换器110与图1的热交换器10基本类似。在图19至38中，与热交换器10的特征基本类似的热交换器110的特征具有带有前缀“1”的相同的附图标记。
热交换器110具有外壳体112，该外壳体112具有包括第一工作流体端口114、第二工作流体端口116、第一冷却剂端口118和第二冷却剂端口120的多个开口。
一组管子在外壳体112内且在第一工作流体端口114与第二工作流体端口116之间延伸，使得工作流体可以平行地流动通过管子。下面将进一步详细地论述在这个实施例中的热交换器110的管子的结构。
冷却剂流动通过的流通空间在外壳体112内且在第一冷却剂端口118与第二冷却剂端口120之间延伸。流通空间围绕管子，使得热能可以在两种工作流体之间传递。流通空间及其结构将在下面进一步详细地论述。
如图21所示，在这个实施例中，热交换器110具有中央芯部区域(由图21中的花括号“m2”表示)、在第一工作流体端口114与中央芯部区域m2之间延伸的第一过渡区域(由图21中的花括号“l2”表示)以及在第二工作流体端口116以及中央芯部区域m2之间延伸的第二过渡区域(由图21中的花括号“n2”表示)。
在这个实施例中，第一工作流体端口114包括外壳体112的颈部部分122，并且第二工作流体端口116包括外壳体112的颈部部分124。在第一区域l2和第二过渡区域n2中的每个中，壳体的直径从相应的颈部122、124朝向中央芯部区域m2增大。中央芯部区域m2基本上为圆柱形。
进一步地，外壳体112包括在第一过渡区域l2内的杆状部126，该杆状部126将从第一冷却剂端口118接收(或排出)的冷却剂引导到交换器110中。类似地，外壳体112包括在第二过渡区域n2内的杆状部128，该杆状部128将从第二冷却剂端口120排出(或接收)的冷却剂引导出交换器110。
如从图21中明显的是，在这个实施例中，外壳体112被布置成使得杆状部126、128以与流动通过热交换器110且在第一工作流体端口114与第二工作流体端口116之间的工作流体的大致方向成锐角地设置。
管子的结构：
在这个特定的实施例中，有八十五(85)根管子，每根管子限定通过热交换器110的工作流体流路。这些管子被布置成五组同心的环，如下：
－四(4)根管子132a的第一组，其居中布置在热交换器110内以形成第一环130a；
－十二(12)根管子132b的第二组，其布置在第一环130a周围的第二环130b中；
－二十四(24)根管子132c的第三组，其布置在第二环130b周围的第三环130c中；
－二十四(24)根管子132d的第四组，其布置在第一环130c周围的第四环130d中；以及
－二十四(24)根管子132e的第五组，其布置在第二环130d周围的第五环130e中。
在下文中，在上下文不特定于特定的管子或管组的情况下，管子132a、132b、132c、132d、132e单独地被称为“管子132”，并总体上称为“管子132”。
如图19和22至27所示，交换器110在颈部122、124内和在与相应的第一工作流体端口114和第二工作流体端口116相邻的第一过渡部分l2和第二过渡部分n2的部分中具有管分隔壁。每个管分隔壁在两个或更多个工作流体流路之间延伸。如图22和27中明显的，在这个实施例中，管分隔壁包括相对于相应的工作流体端口径向地定向的径向壁144，和相对于相应的工作流体端口同心地定向的弓形壁146。径向壁144周向地分隔在五个环中的相应的一个内的相邻管子。弓形壁146径向地分隔在五个环中相邻成对的管子。在这个特定实施例中，弓形壁146中的每个具有圆柱形段的形状；换句话说，每个弓形壁146的横截面是圆形段。
在第五环130e的管子132e的情况下，限定每个管子132e的壁由弓形壁146中的一个、两个径向壁146和外壳体112形成。
如从图23至26和37中将特别明显地看出的，当沿从第一工作流体端口114朝向中央芯部区域m2的方向观察时，管分隔壁144、146中的每个在第一过渡区域l2内裂开，以形成多个管子的壁的两个分离部分。类似地，当沿从第二工作流体端口116朝向中央芯部区域m2的方向观察时，管分隔壁144、146中的每个也在第二过渡区域n2内裂开，以形成多个管子的壁的两个分离部分。
每个管子的横截面面积在第一工作流体端口114和第二工作流体端口116之间变化。在这个示例中，在中央芯部区域m2内的每个管子132e、130b、130c、130d、130e的横截面面积大于与相应的第一工作流体端口114和第二工作流体端口116相邻的相应管子132的横截面面积。换句话说，管子132中的每个的横截面面积从第一工作流体端口114处的第一横截面面积通过第一过渡区域l2增加到中央芯部区域m2内的第二较大的横截面面积。类似地，管子132中的每个的横截面面积从中央芯部区域m2内的第二横截面面积通过第二过渡区域n2减小到第二工作流体端口116处的第一横截面面积。进一步地，通过热交换器110的每个工作流体流路沿非线性路径。
在图18至37所示的示例中，管子132成形为使得在颈部122、124中和在中央芯部区域m2中的工作流体流路基本上平行。此外，管子132成形为使得在颈部122、124中的每个工作流体流路还是共线的。
流通空间的结构：
流通空间包括与第一冷却剂端口114连通的第一冷却剂歧管148，和与第二冷却剂端口116连通的第二冷却剂歧管150。在这个实施例中，第一冷却剂歧管148容纳在外壳体112内，并且形成在交换器110的第一过渡区域l2中。类似地，第二冷却剂歧管150容纳在外壳体112内，并且形成在第二过渡区域n2中。从图23中将是明显的是，第一冷却剂歧管148围绕第一过渡区域l2内的管子132，并且第二冷却剂歧管150围绕第二过渡区域n2内的管子132。
流通空间还包括冷却剂管道，冷却剂管道各自被管子132与工作流体流路中的一个或多个分离。每个冷却剂管道限定冷却剂流路。冷却剂管道延伸通过热交换器110的中央芯部区域m2。
热交换器110具有一百七十六(176)个离散的冷却剂管道，冷却剂管道各自限定与一个或多个工作流体流路相邻的冷却剂流路。在这个特定实施例中，热交换器110在中央芯部区域m2内具有在热交换器110内纵向延伸的桥接元件160。每个桥接元件160连结到管子132的壁上并分隔相邻的冷却剂管道。进一步地，桥接元件160为中央芯部区域m2内的管分隔壁提供几何稳定性。
图38是通过中央芯部区域m2截取的热交换器110的部分横截面，其示出热交换器的四分之一圆周。在图18中，外壳体112、管子132和桥接元件160以实心黑示出。工作流体流路以浅灰色示出，并且冷却剂管道以深灰色示出。
桥接元件160在图24和图25中示出。在这个特定实施例中，桥接元件160包括：
－中央桥接元件160a；
－四(4)个桥接元件160b，其在限定第一环130a和第二环130b中的管子132的管分隔壁之间延伸；
－八(8)个桥接元件160c，其在限定第二环130b中的管子132的某些相邻成对的管分隔壁之间延伸；
－十二(12)个桥接元件160d，其在限定第二环130b和第三环130c中的管子132的管分隔壁之间延伸；
－十二(12)个桥接元件160e，其在限定第三环130c中的管子132的某些相邻成对的管分隔壁之间延伸；
－二十四(24)个桥接元件160f，其在限定第三环130c和第四环130d中的管子132的管分隔壁之间延伸；
－二十四(24)个桥接元件160g，其在限定第四环130d和第五环130e中的管子132的管分隔壁之间延伸；以及
－二十四(24)个桥接元件160h，其在外壳体112与限定第五环130e中的管子132e的管分隔壁之间延伸。
桥接元件160a至160e具有大致十字形的横截面。桥接元件160f具有大致三角形的横截面。这些形状使得热交换器的体积容量能够被最大化，同时如前所述为管分隔壁提供合适的几何稳定性。
热传递翅片：
管子132中的每个具有带有热传递翅片166的中央部分，热传递翅片166各自从管分隔壁中的一个突出到相应的工作流体流路中。进一步地，管子132中的每个具有带有热传递翅片168的中央部分，热传递翅片168各自从管分隔壁中的一个突出到相应的冷却剂管道中。在这个实施例中，管子132的这些中央部分设置在热交换器110的中央芯部区域m2内。进一步地，管子132的这些中央部分延伸到第一过渡区域l2和第二过渡区域n2中。
在第一过渡区域l2和第二过渡区域n2内，热传递翅片166、168的高度朝向相应的第一工作流体端口114和第二工作流体端口116减小。管子132的端部具有面向工作流体流路和冷却剂管道的管分隔壁的光滑表面。
翅片166、168增加了与工作流体和冷却剂接触的表面积，这增强了通过管子132的壁并因此在工作流体与冷却剂之间的热传递。
在这个实施例中，翅片166、168具有大致细长的蛇形配置，如图23中最清楚地示出。进一步地，蛇形配置是之字形(曲折)图案。
每个翅片166、168沿其长度具有齿形(城墙)结构。以这种方式，每个翅片166、168包括沿其长度间隔设置的矮墙形成物171，并且在每个矮墙成物171的任一侧，相应的翅片166、168有效地具有凹口(城垛)形成物。每个矮墙形成物171提供相对于凹口形成物中的翅片166、168的高度而远离管分隔壁的相应翅片166、168的高度的增加。进一步地，每个矮墙形成物171的长度小于相应翅片166、168的长度。借助于翅片166、168的大致蛇形配置，矮墙形成物171(在一个或两个方向上)倾斜于相应的工作流体和冷却剂通过热交换器110的中央芯部区域m2的总体流动方向而延伸。
矮墙形成物171在图24和25中(这些图是通过热交换器纵向截取的截面图)示出，但是在图23、26和35至38中也是可见的。
如图23所示，翅片166、168布置成两个或更多个翅片的组，这些翅片在相应的工作流体流路或冷却剂流路的方向上间隔开。
翅片166、168的上述结构使相应的流体流动中的边界层的发展最小化。因此，相应工作流体流路或冷却剂管道内的流体流动具有增加的混浊度，这促进了流体的混合并且增强了到/来自热交换器结构的热能传递。
热交换器110也由添加制造技术形成。因此，热交换器110是无接头的且无接缝的整体式部件。换句话说，热交换器110部件是连续的且不中断的。
将根据所示实施例的原型热交换器与市场上可买到的基准紧凑型热交换器进行比较的初步测试得到了反映大约35％的工作流体压降的结果(以第一工作流体端口与第二工作流体端口处的工作流体压力之间的差测量)，并且当与基准热交换器进行比较时，对数平均温差具有大约40％的改善。另外，原型机的干质量是基准热交换器的干质量的大约50％。
对数平均温差是交换器如何有效地将来自工作流体的热量传递到冷却剂的量度。工作流体压力差是热交换器对通过设备的工作流体流动阻力的量度。因此，工作流体压力差的下降表示泵送工作流体通过热交换器所需的功的减少。
应该理解，在本说明书中，第一工作流体端口与第二工作流体端口之间的区别主要是语义上的。在一些情况下，已经参考这些工作流体端口论述了工作流体流动。应该理解的是，如果期望的话，可以颠倒工作流体的流动方向。相似的言论应用于第一过渡区域和第二过渡区域、第一冷却剂端口和第二冷却剂端口、以及第一冷却剂歧管和第二冷却剂歧管，以及热交换器的实施，以使待去除热能的流体在第一工作流体端口与第二工作流体端口之间流动并通过管子，或者在第一冷却剂端口与第二冷却剂端口之间流动并通过流通空间。
根据本发明或其任何一个或多个方面的热交换器可以用于许多应用中，而不限于在发动机和马达中使用。
将理解的是，如在本说明书中使用的术语“流体”包括液态和气态材料。
在整个说明书和以下的权利要求书中，除非上下文另有要求，否则词语“包括(comprise)”以及变体诸如“包括了(comprises)”和“包括着(comprising)”将被理解为表示包括所述的整体或步骤，或者整体或步骤的组，但是不排除任何其他整体或步骤，或者整体或步骤的组。