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带有流动阻碍件以减小流体死区的 热交换器

阅读：1035发布：2020-06-17

专利汇可以提供带有流动阻碍件以减小流体死区的热交换器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及热交换器，其包括具有肋部设计的板对，尤其是在具有液体的U形流动通道的热交换器中，该设计导致减小的流体死区。这种热交换器的示例是废气热量回收(EGHR)热交换器。这种热交换器中，循环流体中死区的存在不仅劣化了总体传热系数，还增加了冷却剂沸腾的风险。本发明的热交换器包括：至少一个板对(10、18)，板对包括第一板和第二板；限定于第一板与第二板之间用于第一流体流动的流体流动通道(20)；细长的流动屏障(54、56)，流动屏障将每个所述板对的流体流动通道分离成进口部(58)和出口部(60)，其中，流动屏障从板对的第一端(50)延伸至接近第二端(52)的终端(64)，且其中，流动屏障包括间隙(62)，从而允许流体流动通道的进口部与出口部之间的流体流动连通；以及位于每个所述板对的间隙中的新月状流动阻碍件(66、68)，流动阻碍件具有拱形的第一侧和第二侧(70、72)，第一侧和第二侧描绘了平滑圆润形的一部分。，下面是带有流动阻碍件以减小流体死区的热交换器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种热交换器，包括：
(a)至少一个板对，所述板对包括第一板和第二板且具有第一端和第二端；
(b)限定于每个所述板对的所述第一板与所述第二板之间用于第一流体流动的流体流动通道；
(c)设置在每个所述板对中的进口开口和出口开口，其中，所述流体流动通道在所述进口开口与所述出口开口之间延伸，且其中，每个所述板对中的所述进口开口和所述出口开口接近所述第一端；
(d)细长的流动屏障，所述流动屏障将每个所述板对的所述流体流动通道分离成进口位于其中的进口部和出口位于其中的出口部，其中，所述流动屏障从所述板对的所述第一端延伸至接近所述第二端的终端，且其中，所述流动屏障包括第一间隙，通过所述第一间隙提供了所述流体流动通道的所述进口部与所述出口部之间的流体流动连通；以及(e)位于每个所述板对的第一间隙中的流动阻碍件，所述流动阻碍件具有中间部、一对相对端部、第一侧和相对的第二侧，其中，所述第一侧和所述第二侧是拱形的，且所述第一侧面向所述流动屏障的所述终端并与所述流动屏障的所述终端隔开，其中所述第一板和第二板中的每一个的中心纵轴线延伸穿过所述流动阻碍件的所述中间部；
其中，所述流动阻碍件是新月状的，且所述流动阻碍件的所述第一侧和所述第二侧在所述流动阻碍件的所述相对端部处相交；
其中，所述流动阻碍件的所述第一侧和所述第二侧中的每一个是平滑且连续圆润的，并且描绘了平滑圆润形状的一部分，其中，由所述第二侧描绘的平滑圆润形状的一部分大于由所述第一侧描绘的平滑圆润形状的一部分；
其中，所述流动阻碍件的从沿所述中心纵轴线的某一点起径向测量的宽度从所述流动阻碍件的所述相对端部至所述流动阻碍件的所述中间部逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的所述第一侧和所述第二侧中的每个都接近圆弧，这些圆弧的中心位于所述中心纵轴线上，接近所述第一侧和所述第二侧的形状的各圆的中心沿所述轴线分隔开，且接近所述第二侧形状的圆具有比接近所述第一侧形状的圆更大的半径。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流动屏障的所述终端是弧形的，且其中，在所述流动屏障的所述终端与所述流动阻碍件的所述第一侧之间限定具有基本恒定宽度的拱形空间。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的所述第一侧的曲率在接近所述相对端部处偏离圆弧，使得接近所述端部处所述拱形空间的宽度大于所述流动阻碍件的所述中间部处所述拱形空间的宽度。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，每个所述板对的所述流动屏障基本是直的且平行于所述中心纵轴线；且
其中，所述流动阻碍件关于所述中心纵轴线对称。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件从所述相对端部至所述中心纵轴线宽度逐渐增加。
7.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件具有在所述相对端部之间沿基本垂直于所述中心纵轴线的线的横向长度，且其中，所述横向长度与所述流动屏障的最大宽度之比至少为2:1。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的所述第二侧在其紧邻所述相对端部的部分中成形为使得横向线与紧邻所述相对端部的每个所述部分之间的夹角在约60度至约120度的范围内。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的所述相对端部成形为朝向彼此并朝向所述流动屏障的侧壁向内延伸。
10.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的所述相对端部向内延伸一定量，从而减小所述流体流动通道的所述出口部中的流动分离，同时避免所述流动屏障与位于所述流体流动通道的所述进口部中的所述流动屏障的端部之间的流动限制。
11.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的端部具有球形，其中，每个所述球形由设置在所述流动阻碍件的所述第一侧上的向内延伸表面部分地限定。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，每个所述球形由设置在所述流动阻碍件的所述第二侧上的向外延伸表面部分地限定。
13.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，每个所述球形由所述流动阻碍件的所述第二侧的平滑拱形部分地限定。
14.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件由从所述第一板和所述第二板中的每个的基座向上延伸的一对新月状突出部形成，每个所述新月状突出部具有顶表面。
15.根据权利要求14所述的热交换器，其特征在于，每个所述新月状突出部的高度基本上与所述第一板或所述第二板的高度相同，且其中，各所述新月状突出部的所述顶表面密封地联结在一起，使得所述流动阻碍件没有穿孔。
16.根据权利要求14所述的热交换器，其特征在于，每个所述新月状突出部的高度小于所述第一板或所述第二板的高度，且其中，各所述新月状突出部具有分隔开的顶表面，从而在各所述新月状突出部的所述顶表面之间提供第二间隙，其中，所述第二间隙从所述第一侧延伸通过所述流动阻碍件至所述第二侧。
17.根据权利要求16所述的热交换器，其特征在于，每个所述新月状突出部从所述第一板或所述第二板的所述基座起延伸，每个所述新月状突出部的所述顶表面是平坦的且平行于所述第一板或所述第二板的所述基座，使得所述第二间隙是连续的且延伸通过所述流动阻碍件的整个长度和宽度。
18.根据权利要求17所述的热交换器，其特征在于，所述第二间隙具有基本恒定的高度。
19.根据权利要求17所述的热交换器，其特征在于，所述第二间隙的高度不超过所述流体流动通道的高度的约百分之25。
20.根据权利要求16所述的热交换器，其特征在于，每个所述新月状突出部的所述顶表面从所述流动阻碍件的所述相对端部朝向所述流动阻碍件的所述中间部向下倾斜，使得所述第二间隙在所述流动阻碍件的所述中间部中具有最大高度。
21.根据权利要求16所述的热交换器，其特征在于，每个所述新月状突出部的所述顶表面从所述流动阻碍件的所述第一侧至所述第二侧向下倾斜，使得所述第二间隙从所述第一侧至所述第二侧高度增加。
22.根据权利要求20所述的热交换器，其特征在于，各所述新月状突出部的所述顶表面在接近所述相对端部的区域中联结在一起。
23.根据权利要求14所述的热交换器，其特征在于，每个所述新月状突出部具有阶梯状构造，且具有接近所述流动阻碍件的所述第一侧的较高部和接近所述流动阻碍件的所述第二侧的较低部，其中，所述较高部和所述较低部被肩部分离。
24.根据权利要求23所述的热交换器，其特征在于，每个所述新月状突出部的所述较高部和所述较低部具有基本相同的宽度。
25.根据权利要求23所述的热交换器，其特征在于，每个新月状突出部的所述较高部的高度基本上与所述第一板或所述第二板的高度相同，且其中，沿各所述新月状突出部的所述较高部的所述顶表面密封地联结在一起，使得所述流动阻碍件沿其所述第一侧没有穿孔。
26.根据权利要求23所述的热交换器，其特征在于，沿各所述新月状突出部的所述较低部的所述顶表面彼此间隔开，从而在各所述顶表面之间沿各所述新月状突出部的所述较低部提供第二间隙，其中，所述第二间隙从所述肩部延伸至所述流动阻碍件的所述第二侧。
27.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个所述板对的所述流动屏障在其所述终端处的宽度大于所述流动屏障在所述板对的所述第一端处的宽度。
28.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个所述流动屏障的所述终端是圆润的。
29.根据权利要求28所述的热交换器，其特征在于，每个所述流动屏障的所述终端限定了椭圆形、卵形或圆形的一部分。
30.根据权利要求29所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的所述第一侧与所述流动屏障的所述终端之间的距离小于所述流动阻碍件的所述第一侧与所述板对的所述第二端之间的距离。
31.根据权利要求30所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件的所述第一侧是拱形的，且总体上跟随通过所述第一间隙的流体流动路径。
32.根据权利要求31所述的热交换器，其特征在于，所述流动阻碍件具有总体上平行于所述流动屏障的相对端部。
33.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流动屏障和所述流动阻碍件中的一者或两者包括一系列间隔开的肋部和/或凹窝。
34.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器包括以堆叠形式布置的多个所述板对，多个所述板对限定了多个所述流体流动通道，其中，多个所述板对的所述进口开口对齐以形成进口歧管，且其中，多个所述板对的所述出口开口对齐以形成出口歧管，其中，多个所述流体流动通道是用于第一流体的流动。
35.根据权利要求34所述的热交换器，其特征在于，在所述堆叠中的相邻板对彼此间隔开，以提供用于第二流体的流动的多个通道。
36.根据权利要求35所述的热交换器，其特征在于，每个所述板对的所述第一板和所述第二板在它们的周缘处密封在一起，且其中，所述第一板和所述第二板的从周缘向内定位的部分基本是平坦的且彼此平行。
37.根据权利要求36所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器是气体至液体的热交换器，其中，所述第一流体是液体且所述第二流体是热气体。
38.根据权利要求37所述的热交换器，其特征在于，所述第一流体是液态冷却剂，且所述热交换器是：
(a)废气热量回收(EGHR)热交换器，其中，所述热气体是热废气；或
(b)增压空气冷却器，其中，所述热气体是增压空气。
39.根据权利要求36所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器是液体至液体的热交换器，其中，所述第一流体是机油或传动油，且所述第二流体是液态冷却剂。
40.根据权利要求27所述的热交换器，其特征在于，所述流动屏障具有基本直的侧边，各所述侧边从所述第一端至所述终端彼此偏离，且其中，所述终端是平滑圆润的。
41.根据权利要求27所述的热交换器，其特征在于，所述流动屏障具有箭头形状，带有小的、大致有角的侧突出部，所述侧突出部从所述流动屏障的相对侧边横向延伸，且其中，所述终端还包括在所述终端的圆润末端处会合的向内导向的侧边。
42.根据权利要求27所述的热交换器，其特征在于，所述流动屏障的所述终端具有圆润的箭头形状且带有拱形弯曲的侧边，所述拱形弯曲的侧边从所述流动屏障的相对侧边横向延伸并接着朝向圆润末端向内延伸。

说明书全文

带有流动阻碍件以减小流体死区的 热交换器

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2014年7月21日提交的美国临时专利申请第62/026,968号的优先权和权益，该申请的内容通过参考纳入本文。

技术领域

[0003] 本发明总体上涉及热交换器板，其包括具有肋部设计的芯板，尤其是在具有液体的U形流动通道的热交换器中，该设计导致减小的流体死区。

背景技术

[0004] 热交换器通常包括内流体流动通道，在内流体流动通道中，流体必须在其在进口与出口之间流动时改变方向至少一次。例如，紧凑型热交换器设计通常将进口和出口放置在热交换器的第一端。肋部位于进口与出口之间，并延伸至接近热交换器的第二端的点，以阻止流体流的短回路。流体被迫流过肋部的终端与热交换器的第二端之间的间隙，并经历180度的方向改变。因而，流体跟随U形流动路径且沿板的长度进行两个行程。在美国专利申请第14/188,070号(公布为US 2014/0238641A1)和美国专利申请第13/599,339号(公布为US 2013/0061584A1)中描述了紧凑型热交换器的示例，这两者都通过参考的方式全部纳入本文。

[0005] 向内流动区域施加方向的改变常常导致边界层从相邻的壁分离。流动分离是由足够强的反向压力梯度的存在所引起的，该反向压力梯度强到足以克服由壁处的摩擦损耗所施加的压力梯度，从而引起在边界层中的流体反向。一旦恢复有利的压力梯度，流动可重新附连至壁，从而产生被称作分离气泡的滞留或低速再循环流动区域。该区域通常被称作尾流区(wake)或死区。

[0006] 从设计的角度而言，必需认识到，不是所有的弯曲流动都导致足够大以产生流动分离的局部反向压力梯度。流动分离的倾向性是相邻表面的曲率半径、流体的黏度和流体的速度(即，雷诺数)的函数。根据伯努利原理，当流线暴露于快速增加的流动面积时，诸如与非常小的曲率半径相关联时，局部速度急剧下降，进而显著增加局部静压压力并引起流动分离。由于更宽的肋部将减小传热面积，故而通过增加肋部的宽度来增加曲率半径并不是吸引人的选择。

[0007] 图22示出了带有小半径中心肋部的标准U形流动芯板设计的示例，示出了沿肋部在紧接流体流改变方向处的点下游的流动分离。流动分离的大致面积是由虚线所封围的打有线的面积。

[0008] 可期望有非常高的壁温度的热交换器的示例是废气热量回收(EGHR)热交换器。EGHR热交换器的芯部通常包括用于液态冷却剂流动的多个流动通道以及用于热废气流动的多个流动通道，冷却剂流动通道和废气流动通道在整个芯部结构内交替且由多个芯板的堆叠被限定。可通过在废气流动通道中放置湍流促进插入件而增强从废气至冷却剂的传热，其中，每个插入件可沿芯部的顶表面和底表面粘结至芯部堆叠的各个板。

[0009] 在EGHR热交换器包括用于冷却剂的U形或蛇形流动通道的情况下，死区的存在不仅劣化了总传热系数，还增加了循环通过热交换器的含水冷却剂可能沸腾的风险。在循环通过热交换器的流体是传动流体或机油情况下，流体可能变得过热至将在这些死区中发生焦化的程度。

[0010] 由于被肋部占据的空间，增加这种EGHR热交换器中的肋部的宽度将导致冷却剂流动通道中传热面积的减少。在废气流动通道中，芯板将为不粘结的，且脱离与肋部区域中湍流增强插入件的接触，因而，拓宽肋部将类似地减小废气流动通道中的传热面积。在冷却剂流动通道中包括附加的肋部和凹窝将对冷却剂流动通道和废气流动通道具有类似的负面作用。

[0011] 仍存在对于热交换器结构的需求，所需求的热交换器结构将在一系列运行工况下避免死区的形成。

发明内容

[0012] 根据一方面，提供了一种热交换器，包括：(a)至少一个板对，板对包括第一板和第二板且具有第一端和第二端；(b)限定于每个所述板对的第一板与第二板之间用于第一流体流动的流体流动通道；(c)设置在每个所述板对中的进口开口和出口开口，其中，流体流动通道在进口开口与出口开口之间延伸，且其中，每个所述板对中的进口开口和出口开口接近第一端；(d)细长的流动屏障，流动屏障将每个所述板对的流体流动通道分离成进口位于其中的进口部和出口位于其中的出口部，其中，流动屏障从板对的第一端延伸至接近第二端的终端，且其中，流动屏障包括间隙，通过该间隙提供了流体流动通道的进口部与出口部之间的流体流动连通；以及(e)位于每个所述板对的间隙中的流动阻碍件，流动阻碍件具有一对相对端部、第一侧和相对的第二侧，其中，第一侧和第二侧是拱形的，且第一侧面向流动屏障的终端并与流动屏障的终端隔开。流动阻碍件基本上是新月状的，且流动阻碍件的第一侧和第二侧在流动阻碍件的相对端部处相交；其中，流动阻碍件的第一侧和第二侧各自描绘了平滑圆润形状的一部分，其中，由第二侧描绘的平滑圆润形状的一部分大于由第一侧描绘的圆润形状的一部分，使得流动阻碍件的中间部宽于相对端部。

[0013] 在某实施例中，流动阻碍件的第一侧和第二侧中的每个都接近圆弧，这些圆弧的中心位于第一板和第二板中的每个的中心纵轴线上，接近第一侧和第二侧的形状的各圆的中心沿所述轴线分隔开，且接近第二侧形状的圆具有比接近第一侧形状的圆更大的半径。

[0014] 在某实施例中，流动屏障的终端是弧形的，且其中，在流动屏障的终端与流动阻碍件的第一侧之间限定具有基本恒定宽度的拱形空间。

[0015] 在某实施例中，流动阻碍件的第一侧的曲率在接近相对端部处偏离圆弧，使得接近端部处拱形空间的宽度大于流动阻碍件的中间部处拱形空间的宽度。

[0016] 在某实施例中，每个所述板对的流动屏障基本是直的且平行于在板对的第一端与第二端之间延伸的中心纵轴线；且其中，流动阻碍件关于中心纵轴线对称。

[0017] 在某实施例中，流动阻碍件从相对端部至中心纵轴线宽度逐渐增加。

[0018] 在某实施例中，流动阻碍件具有在相对端部之间沿基本垂直于中心纵轴线的线的横向长度，且其中，横向长度与流动屏障的最大宽度之比至少为约2:1。

[0019] 在某实施例中，限定流动屏障的横向长度的线穿过流动屏障的最宽部分。

[0020] 在某实施例中，流动阻碍件的第二侧在其紧邻相对端部的部分中成形为使得横向线与紧邻相对端部的每个所述部分之间的夹角在约60度至约120度的范围内。

[0021] 在某实施例中，流动阻碍件的相对端部成形为朝向彼此并朝向流动屏障的侧壁向内延伸。

[0022] 在某实施例中，流动阻碍件的相对端部向内延伸一定量，从而减小流体流动通道的出口部中的流动分离，同时避免流动屏障与位于流体流动通道的进口部中的流动屏障的端部之间的流动限制。

[0023] 在某实施例中，流动阻碍件的端部具有球形，其中，每个球形由设置在流动阻碍件的第一侧上的向内延伸表面部分地限定。

[0024] 在某实施例中，每个球形由设置在流动阻碍件的第二侧上的向外延伸表面部分地限定。

[0025] 在某实施例中，每个球形由流动阻碍件的第二侧的平滑拱形部分地限定。

[0026] 在某实施例中，流动阻碍件由从第一芯板和第二芯板中的每个的基座向上延伸的一对新月状突出部形成，每个新月状突出部具有顶表面。

[0027] 在某实施例中，每个新月状突出部的高度基本上与第一芯板或第二芯板的高度相同，且其中，各新月状突出部的顶表面密封地联结在一起，使得流动阻碍件没有穿孔。

[0028] 在某实施例中，每个新月状突出部的高度小于第一芯板或第二芯板的高度，且其中，各新月状突出部具有分隔开的顶表面，从而在各新月状突出部的顶表面之间提供间隙，其中，间隙从第一侧延伸通过流动阻碍件至第二侧。

[0029] 在某实施例中，每个所述新月状突出部从第一芯板或第二芯板的基座起延伸，每个所述新月状突出部的顶表面是平坦的且平行于第一芯板或第二芯板的基座，使得间隙是连续的且延伸通过流动阻碍件的整个长度和宽度。在某实施例中，间隙具有基本恒定的高度。在某实施例中，间隙的高度不超过流体流动通道的高度的约百分之25。

[0030] 在某实施例中，每个所述新月状突出部的顶表面从流动阻碍件的相对端部朝向流动阻碍件的中间部向下倾斜，使得间隙在流动阻碍件的中间部中具有最大高度。

[0031] 在某实施例中，每个所述新月状突出部的顶表面从流动阻碍件的第一侧至第二侧向下倾斜，使得间隙从第一侧至第二侧高度增加。

[0032] 在某实施例中，各新月状突出部的顶表面在接近相对端部的区域中联结在一起。

[0033] 在某实施例中，每个所述新月状突出部具有阶梯状构造，且具有接近流动阻碍件的第一侧的较高部和接近流动阻碍件的第二侧的较低部，其中，较高部和较低部被肩部分离。在某实施例中，每个所述新月状突出部的较高部和较低部具有基本相同的宽度。在某实施例中，每个新月状突出部的较高部的高度基本上与第一芯板或第二芯板的高度相同，且其中，沿各新月状突出部的较高部的顶表面密封地联结在一起，使得流动阻碍件沿其第一侧没有穿孔。

[0034] 在某实施例中，沿各新月状突出部的较低部的顶表面彼此间隔开，从而在各顶表面之间沿各新月状突出部的较低部提供间隙，其中，间隙从肩部延伸至流动阻碍件的第二侧。

[0035] 在某实施例中，每个所述板对的流动屏障在其终端处的宽度大于流动屏障在板对的第一端处的宽度。

[0036] 在某实施例中，每个所述流动屏障的终端是圆润的。在某实施例中，每个所述流动屏障的终端限定了椭圆形、卵形或圆形的一部分。

[0037] 在某实施例中，流动阻碍件的第一侧与流动屏障的终端之间的距离小于流动阻碍件的第一侧与板对的第二端之间的距离。在某实施例中，流动阻碍件的第一侧是拱形的，且总体上跟随通过间隙的流体流动路径。

[0038] 在某实施例中，流动阻碍件具有总体上平行于流动屏障的相对端部。

[0039] 在某实施例中，流动屏障和流动阻碍件中的一者或两者包括一系列间隔开的肋部和/或凹窝。

[0040] 在某实施例中，热交换器包括以堆叠形式布置的多个所述板对，多个板对限定了多个所述流体流动通道，其中，多个板对的进口开口对齐以形成进口歧管，且其中，多个板对的出口开口对齐以形成出口歧管，其中，多个流体流动通道是用于第一流体的流动。

[0041] 在某实施例中，在所述堆叠中的相邻板对彼此间隔开，以提供用于第二流体的流动的多个通道。

[0042] 在某实施例中，每个所述板对的第一板和第二板在它们的周缘处密封在一起，且其中，第一板和第二板的从周缘向内定位的部分基本是平坦的且彼此平行。

[0043] 在某实施例中，热交换器是气体至液体的热交换器，其中，第一流体是液体且第二流体是热气体。

[0044] 在某实施例中，第一流体是液态冷却剂，且热交换器是：(a)废气热量回收(EGHR)热交换器，其中，热气体是热废气；或(b)增压空气冷却器，其中，热气体是增压空气。

[0045] 在某实施例中，热交换器是液体至液体的热交换器，其中，第一流体是机油或传动油，且第二流体是液态冷却剂。

[0046] 在某实施例中，流动屏障具有基本直的侧边，各侧边从第一端至终端彼此偏离，且其中，终端是平滑圆润的。

[0047] 在某实施例中，流动屏障具有箭头形状，且带有小的、大致有角的侧突出部，侧突出部从流动屏障的相对侧边横向延伸，且其中，终端还包括在终端的圆润末端处会合的向内导向的侧边。

[0048] 在某实施例中，流动屏障的终端具有圆润的箭头形状且带有拱形弯曲的侧边，拱形弯曲的侧边从流动屏障的相对侧边横向延伸并接着朝向圆润末端向内延伸。附图说明

[0049] 现将参考附图仅以示例的方式描述实施例，附图中：

[0050] 图1A是根据本文中描述的实施例的热交换器芯板/板对的平面图；

[0051] 图1B是图1A中被虚线封围区域的放大图；

[0052] 图2是图1A中的热交换器芯部的液体侧的立体图；

[0053] 图3是图1A中的热交换器芯部的气体侧的立体图；

[0054] 图4是通过根据图2中的多个热交换器芯板的气体开口的侧剖视图，该截面沿图3中的线4－4’剖得。

[0055] 图5是通过热交换器芯部的气体歧管的侧剖视图，包括图4中的多个板；

[0056] 图6是根据另一实施例的芯板/板对的平面图；

[0057] 图7是根据另一实施例的芯板/板对的肋部/流动屏障的终端以及突出部/流动阻碍件的放大平面图；

[0058] 图8是根据另一实施例的芯板/板对的肋部/流动屏障的终端以及突出部/流动阻碍件的放大平面图；

[0059] 图9是根据另一实施例的芯板的平面图；

[0060] 图10是根据另一实施例的芯板的平面图；

[0061] 图11是根据另一实施例的芯板的平面图；

[0062] 图12是根据另一实施例的芯板/板对的肋部/流动屏障的终端以及突出部/流动阻碍件的放大平面图；

[0063] 图13是根据另一实施例的芯板/板对的肋部/流动屏障的终端以及突出部/流动阻碍件的放大平面图；

[0064] 图14是根据另一实施例的芯板/板对的肋部/流动屏障的终端以及突出部/流动阻碍件的放大平面图；

[0065] 图15是根据另一实施例的芯板/板对的肋部/流动屏障的终端以及突出部/流动阻碍件的放大平面图；

[0066] 图16是沿图1B中的线16－16’通过板对的截面；

[0067] 图17是根据图16的流动阻碍件的单独的立体图；

[0068] 图18是根据另一实施例的流动阻碍件的单独的立体图；

[0069] 图19是图18中的流动阻碍件的侧视图；

[0070] 图20是根据另一实施例的流动阻碍件的单独的立体图；以及

[0071] 图21是图20中的流动阻碍件的侧视图；

[0072] 图22示出了在带有小半径中心肋部的标准U形流动芯板中的流动分离；以及[0073] 图23(译者注：原文中误为图24)示出了在具有图1B中的构造的U形流动芯板中的流动分离。

具体实施方式

[0074] 以下现要描述根据多个实施例的热交换器。附图和以下描述示出了热交换器芯板和气体/液体热交换器芯部结构，它们可用于冷却配备有废气再循环(EGR)或废气热量回收(EGHR)系统的车辆中的热废气。例如，如在上述美国专利申请第13/599,339和14/188,070号中所描述的，在EGHR系统中，如本文中描述的热交换器可与气体分流阀(未示出)组合。

[0075] 将理解到，本文中描述的热交换器可用于必须从热气流移除热量的其它应用中。例如，本文中描述的热交换器可适应于用作气体/液体增压空气冷却器，用于冷却涡轮增压或增压发动机中的进气(或“增压空气”)。

[0076] 在其它应用中，如本文中描述的热交换器可用作液体/液体热交换器，以提供对诸如机油和传动流体之类的车辆流体的加热和/或冷却。

[0077] 图1A至5示出了用于气体/液体EGHR热交换器中的根据一实施例的热交换器芯板10和/或板对18。图1A是芯板10/板对18的平面图，图2和3是立体图，示出了芯板10的相应的第一侧12和第二侧14。由于本实施例涉及气体/液体EGHR热交换器，故而第一侧12在本文中被称作“液体侧”12，第二侧14在本文中被称作“气体侧”。液体侧12是板10的一侧，该侧部分地限定了液体流动通道(在本文中也被称作“第一流体流动通道”)中的一个，而气体侧14表示板10的一侧，该侧部分地限定了气体流动通道(在本文中也被称作“第二流体流动通道”)中的一个。

[0078] 芯板10以堆叠的方式密封地联结在一起以形成在图5的剖视图中示出的热交换器16。热交换器16中的各芯板10的相对定向在图4的分解放大剖视图中示出。如图4和5中所示，热交换器16包括多个板对18，每个板对18包括密封在一起的一对芯板10，其中，一个芯板10的液体侧12面对相邻芯板10的液体侧12，且在组成每个板对18的各芯板10的液体侧12之间限定第一流体(液体)流动通道20。其间限定了第一流体流动通道20的各芯板10的各部分基本平坦且彼此平行。例如通过沿芯板10的液体侧12上的平顶密封表面钎焊，每个板对
18的各芯板10密封在一起，密封钎焊表面在图2中被交叉影线突出显示。

[0079] 例如通过沿各芯板10的气体侧14上的平顶密封表面钎焊，热交换器16中的相邻板对18密封在一起，从而在相邻板对18中的各芯板10的气体侧14之间限定第二流体(气体)流动通道21。相邻板对18之间的密封表面在图3中由交叉影线突出显示。

[0080] 将理解到，以上将板对18定义为一对板10且它们的液体侧12彼此面对，这种定义是任意可变的。以此方式限定板对18是由于随后的描述关注位于热交换器16的第一流体流动通道中的特征。将理解到，板对18可替代地被限定为使芯部16中一个芯板10的气体侧14面对相邻芯板10的气体侧14。该替代的板对构造在图4中由附图标记18’确定。热交换器16在本文中被描述为“自封闭的”热交换器，其中，第一流体流动通道20和第二流体流动通道21两者都被封闭在相邻芯板10的密封边缘内。由此，本文中限定的热交换器16不需要外壳。
然而，将理解到，热交换器16不一定是自封闭的，而是可被具有与第二流体(气体)流动通道
21连通的内歧管空间的壳体围绕。

[0081] 每个芯板10和每个板对18均包括第一流体进口开口22和第一流体出口开口24。这些开口22和24延伸穿过每个板对18的两个芯板10。当各板10被堆叠以形成热交换器16时，各进口开口22和出口开口24对齐以形成用于第一流体的对应的进口歧管26和出口歧管28，进口歧管26和出口歧管28延伸穿过热交换器16的整个高度。在涉及气体/液体EGHR热交换器的本实施例中，第一流体是诸如水和乙二醇的混合物之类的液态冷却剂。

[0082] 每个芯板10还具有沿芯板10的相对侧延伸的第二流体进口开口30和第二流体出口开口32。当各板10被堆叠以形成热交换器16时，各进口开口30和出口开口32对齐以形成用于第二流体的对应的进口歧管34和出口歧管36，进口歧管34和出口歧管36延伸穿过热交换器16的整个高度。在涉及气体/液体EGHR热交换器的本实施例中，第二流体是热废气。在热交换器16不是自封闭的情况下，芯板10将不具有用于第二流体的开口。而是，进口歧管和出口歧管的空间将设置在围绕热交换器16的壳体内。

[0083] 如可从图1A和2至5中可见，各热交换器16的芯板10可能是相同且对称的，且中心纵轴线A用作对称轴线。然而，为了闭合歧管的端部并允许连接至其它部件，热交换器16还包括构造不同的顶板38和底板40。顶板38具有用于第二流体的进口开口42和出口开口44，进口开口42和出口开口44与第二流体歧管34、36对齐，但顶板38没有用于第一流体的任何开口。因而，顶板38闭合了第一流体歧管26、28的上端，但构造成允许第二流体的通过。在热交换器16是EGHR热交换器的情况下，第二流体是热废气且顶板38(译者注：原文中误为18)可直接或非直接地附连至气体分流阀(未示出)。

[0084] 底板40具有进口开口和出口开口(未示出)，进口开口和出口开口设置有用于第一流体的相应的进口配件46和出口配件48。这些开口和配件46、48与第一流体歧管26、28对齐。然而，底板40没有用于第二流体的任何开口。因而，底板40闭合了第二流体歧管34、36的下端，但构造成允许第一流体的通过。在热交换器16是EGHR热交换器的情况下，第一流体是液态冷却剂且配件46、48连接至冷却剂循环系统(未示出)。将理解到，顶板38和底板40的特定构造和它们的开口将取决于许多因素，包括封装限制，且可能不一定是如图中所示的那样。

[0085] 为了以下描述的目的，芯板10和板对18被描绘为具有第一端50和第二端52，其中，中心纵轴线A在第一端50与第二端52之间延伸。

[0086] 热交换器16具有紧凑的芯部设计，其中，芯板10各自都在液体侧12上具有向上延伸的细长肋部54。如从图2中可见，液体侧12上的打有交叉影线的密封表面包括肋部54的上表面，在图1A至3中，肋部54的上表面被示出为平坦的，但其可能是圆润的。组成每个板对18的两个芯板10的肋部54彼此对齐并例如通过钎焊密封，以形成细长的流动屏障56。

[0087] 流动屏障56将每个板对的第一流体流动通道20分离成包括第一流体进口开口22的进口部58和包括第一流体出口开口24的出口部60。

[0088] 肋部54和流动屏障56可为直的和/或可沿轴线A或平行于轴线A在第一端50与第二端52之间延伸一部分距离。在图中所示的示例中，肋部54和流动屏障56与中心纵轴线A同轴。肋部54和流动屏障56包括间隙62，组成板对18的芯板10的一个或两个肋部54在间隙62中高度减小或消除。通过该间隙62提供第一流体流动通道20的进口部58与出口部60之间的流体流动连通。

[0089] 在所示的实施例中，肋部54和流动屏障56从第一端50延伸至肋部54和流动屏障56的终端64，终端64接近于第二端52且与第二端52间隔开，使得间隙62被限定在终端64与第二端52之间。

[0090] 此外，在该实施例中，肋部54和流动屏障56在第一端50与终端64之间是连续的。然而，将理解到，这点不是必要的。例如，肋部54和流动屏障56可为不连续的，包括轴向隔开的间断肋部和/或凹窝，例如，如在上述美国专利申请第14/188,070号中所示并描述，以及如在图1A中横向延伸过肋部54/流动屏障56的虚线所示。在带有不连续肋部54以及不连续流动屏障56的实施例中，将存在图1A中所示的一个或多个附加间隙63，一部分第一流体可通过一个或多个附加间隙63在进口部58与出口部60之间流动。然而，在本实施例中，所有第一流体必须通过间隙62在进口部58与出口部60之间流动。

[0091] 在热交换器16的紧凑构造中，第一流体进口开口22和第一流体出口开口24两者都接近芯板10和板对18的第一端50定位。因而可见到，当第一流体从进口开口22流过第一流体流动通道20至出口开口24时，第一流体必须跟随U形流体流动路径。还可见到，位于进口开口22与出口开口24之间的肋部54和流动屏障56将阻止第一流体的短回路流动，并将引起第一流体的流动横跨芯板10的液体侧12分配。

[0092] 为了最大化芯板10的传热面积，可使肋部54的宽度沿肋部54的长度的至少一部分最小化。在该方面，肋部54的平顶可做成更窄或全部消除，使得肋部54的顶部具有更圆润的外观。虽然肋部54和流动屏障56的宽度将在一定程度上取决于芯板10的面积，但在本文中所描述的实施例中，肋部54和流动屏障56的宽度可能小于约10mm，例如小于约6mm，且在某些实施例中，从约2.5至约5mm。

[0093] 图1B是图1A中所示的芯板10/板对18的肋部54/流动屏障56以及突出部68/流动阻碍件66的放大平面图。根据该实施例，肋部54和流动屏障56的终端64是平滑圆润的，且可接近于半圆，肋部的宽度(在图1B中标示为“W”)对应于半圆的直径，半圆的中心(在图1B中标示为“C”)位于中心纵轴线A上。

[0094] 热交换器16的板对18还包括位于间隙62中、本文中总体上称作“流动阻碍件”66的结构。在所示的实施例中，流动阻碍件66呈新月状分流结构的形式且由一对相同的新月状突出部68形成，每个突出部68在组成板对18的各芯板10中一个的液体侧12上向上延伸。在第一实施例中，组成流动阻碍件66的各新月状突出部68各自具有平顶表面，各突出部68例如通过钎焊而沿该平顶表面密封在一起，使得没有流体流过流动阻碍件66。因而，如从图2中可见，液体侧12上打有交叉影线的密封表面包括突出部68的整个上表面。因而，在第一实施例中，组成每个板对18的两个芯板10的突出部68沿其上表面对齐并密封在一起，以形成流动屏障66。

[0095] 如图2中所示，突出部68和流动屏障66位于间隙62中，且可关于中心纵轴线A对称，其中，突出部68和流动屏障66的中间部被限定为突出部68和流动屏障66的接近中心纵轴线A的部分，且在图1B中通过附图标记67标示。

[0096] 流动阻碍件66具有第一侧70，第一侧70与肋部54和流动屏障56的终端64相对(即面对)且与终端64隔开。在第一实施例中，从流动阻碍件66的第一侧70至肋部54的终端64的距离小于从流动阻碍件66的第一侧70至板对18或芯板10的第二端52的距离。换言之，比起板对18的第二端52，流动阻碍件66更接近肋部64。由于都可为圆润的第一侧70和终端64的形状的不同，流动阻碍件66的第一侧70与肋部54的终端64之间的间隔是可变的。然而，在本文中描述的实施例中，流动阻碍件66的第一侧70与肋部54的终端64之间沿轴线A的间隔可小于约10mm，例如小于约6mm，且在某些实施例中，从约2.5mm至约5mm。

[0097] 在所示的实施例中，流动阻碍件66的第一侧70是拱形的，且总体上跟随通过间隙62的流体流动路径的曲率。此外，在所示的实施例中，流动阻碍件66的第一侧70的曲率半径大于肋部54的终端64的曲率半径，使得终端64与流动阻碍件66的第一侧70之间的径向间隔相对恒定。

[0098] 突出部68和流动阻碍件66还具有与第一侧70相对的第二侧72。在所示的实施例中，突出部68和流动阻碍件66基本为新月状，突出部68和流动阻碍件66的第二侧72是拱形的且还跟随通过间隙62的流体流动路径的曲率。

[0099] 突出部68和流动阻碍件66的第一侧70和第二侧72中的每个是总体上平滑形状的，且可描绘为圆或诸如椭圆、卵形之类的其它对称的平滑圆润形状的一部分。由第二侧72描绘的圆润形状的一部分将总体上大于由第一侧70所描绘的圆润形状的一部分，使得侧70、72在两点处相交，这两点对应于突出部68和流动阻碍件66的相对端部74、76。端部74、76在本文中有时被称作“末端”，且位于中心纵轴线A的相对侧上。

[0100] 在所示的示例中，第一侧70和第二侧72可各自大致地描绘一段圆弧，圆弧的中心都位于中心纵轴线A上。接近第一侧70和第二侧72的圆的中心彼此间隔开，且接近第二侧72的形状的圆的半径大于接近第一侧70的形状的圆的半径，这两个半径都大于限定肋部54和流动屏障56的终端64的形状的半圆的半径。

[0101] 如从图中可见，终端64的弧形和第一侧70的弧形在流动屏障56与流动阻碍件66之间产生了具有基本恒定宽度(在图1B中标示为“W1”)的拱形空间62A，其中，宽度W1是从限定肋部54和流动屏障56的终端64的曲率的半圆的中心C起径向测量的。然而，在实践中，突出部68和流动阻碍件66的第一侧70的曲率可偏离圆弧，且可在端部74、76的区域中稍微平坦，从而使流动屏障56与流动阻碍件66之间的拱形空间62A的宽度W1在端部74、76处比沿中心纵轴线A处稍大。

[0102] 沿突出部68和流动阻碍件66的第一侧70提供具有基本恒定宽度W1的拱形空间62A有益于促进流体在突出部68和流动阻碍件66的第一端部74处均匀分开地流动。此外，由突出部68和流动阻碍件66的第二侧72所描绘的较大曲线有效地增加了表面的曲率半径，流体的一部分围绕该表面流过间隙62。如上所述，根据伯努利原理，提供较大曲率半径将减小流动分离的倾向。

[0103] 因而，流动阻碍件66的功能和由此提供的益处受到突出部68和流动阻碍件66的第一侧70和第二侧72的弯曲度的影响。发明人已发现，突出部68和流动阻碍件66总体上为新月状且从沿轴线A的某一点起径向测量的宽度(在图1B中标示为“W2”)从端部74、76至中间部67和中心轴线A逐渐增加，这样就在流动分离减小方面提供了最大益处。此外，发明人已发现，通过增加突出部68和流动阻碍件66的宽度W2，例如通过增加突出部68和流动阻碍件66的第二侧72的半径和/或弧长而不对应增加第一侧70的半径和/或弧长，在流动分离减小方面的益处会增加。然而，如以上参考肋部54所阐述的，扩展突出部68和流动阻碍件66的宽度W2将减小第一流体流动通道20和第二流体流动通道21两者中的传热面积，因而，通过拓宽突出部68和流动阻碍件66所产生的益处将具有实际的上限，在该上限以上，传热面积会减小至热交换器的性能将受负面影响的程度。例如，在EGHR冷却器中，沿中心纵轴线A测量的突出部68和流动阻碍件66的最大宽度W2将小于约10mm，例如小于约6mm，且在某些实施例中，从约2.5mm至约5mm。

[0104] 突出部68和流动阻碍件66的横向长度被限定为端部74、76之间沿线L的距离，线L垂直于或基本垂直于中心纵轴线A。发明人已发现，沿线L的横向长度与肋部54和流动屏障56的最大宽度W的有效比为至少约2:1。约2:1的L:W的最小比将在流动屏障56的终端64与流动阻碍件66的第一侧70之间产生这样一个间隔空间，该间隔空间约为肋部54和流动屏障56的最大宽度W的一半。

[0105] 限定突出部68和流动阻碍件66的横向宽度的线L可典型地穿过肋部54和流动屏障56的最宽部分。在第一实施例中，线L还穿过肋部54和流动屏障56的终端64的曲率中心C。然而，将理解到，这不是必需的，连接端部74和76的线L可更接近芯板10/板对18的第一端50定位。例如，在以下论述的图7和8中，线L不穿过肋部54/流动屏障56的最宽部分，而是位于肋部54/流动屏障56的最宽部分与芯板10/板对18的第一端之间。还将理解到，由线L限定的横向长度与由突出部68/流动阻碍件66的第一侧70和第二侧72描绘的弧长不同。

[0106] 发明人已发现，有益的是，在紧邻端部74、76的区域中将突出部68和流动阻碍件66的第二侧72成形为使得在横向线L与紧邻端部74、76的第二侧72之间的夹角θ在约60至约120度的范围内。典型地，角度θ小于约90度，例如在从约60至约90度的范围内或在约75－90度的范围内。在该角度远小于90度的情况下，发明人已发现，在与端部74相邻的最接近第一流体进口开口22的区域中可形成尾流(wake)区。

[0107] 在第一实施例中，突出部68和流动阻碍件66的端部74、76是稍稍圆润的。此外，如以下将进一步阐述的，突出部68和流动阻碍件66的与端部74、76紧邻的区域可成形为能进一步减小流动分离。

[0108] 如将从以上论述中理解到的，将突出部68和流动阻碍件66附加至芯板10减小了流体流分离并形成死区的倾向。在该方面，突出部68和流动阻碍件66成形为当第一流体流改变方向并流过间隙62时使第一流体流分开。流体流的分开减小了肋部54和流动屏障56的终端64处的局部流速，该流速也是有助于流动分离的因素。突出部68和流动阻碍件66的附加有效地减小了阻止流动分离所需的弯曲半径。此外，突出部68和流动阻碍件66与肋部54和流动屏障56的终端64的接近可在终端64与第一侧70之间产生一个窄通道，从而减小了液压直径并因而减小了雷诺数。这也有助于流动分离的减小。因而，肋部54和流动屏障56与突出部68和流动阻碍件66的组合减小了流动分离的倾向，同时能最小化肋部54和流动屏障56沿它们长度方向的宽度。

[0109] 以下现要论述肋部54和流动屏障56的替代的构造。在这些图中，相同的元件由相同的附图标记标示。

[0110] 为了有助于避免在第一流体流动通道20中产生死区，肋部54和流动屏障56在终端64处靠近间隙62处的宽度可大于肋部54和流动屏障56在板对18的第一端50处的宽度。例如，如图6中所示，终端64可相对于肋部54和流动屏障56的其余部分在宽度上扩张，从而具有圆润形状，该形状限定了椭圆形、卵形、圆形、球形或其它圆润形状的一部分。

[0111] 在肋部54和流动屏障56的终端64处的拓宽允许肋部54和流动屏障56的宽度在其大部分长度上最小化，从而使传热面积最大化，同时又能增加肋部54和流动屏障56在终端64处的半径。如上所述，以非常小的曲率半径围绕肋部54或流动屏障56的终端64的第一流体流是有助于流动分离的因素。因而，通过增加在终端64处的曲率半径，减小了流动分离的倾向。

[0112] 图7是根据另一实施例的芯板/板对的一部分的放大平面图，其中，图7与图1B相似，其仅示出芯板/板对的肋部54/流动屏障56的终端64以及突出部68/流动阻碍件66。除了对在图7中示出并在以下描述的元件的修改，图7中的芯板/板对可与图1A中所示的芯板/板对相同或相似。

[0113] 在图7中的实施例中，肋部54/流动屏障56的终端64具有箭头状且带有小的、大致有角的侧突出部82，侧突出部82从肋部54的各侧边横向延伸，终端64还包括向内导向的侧边84，各侧边84在终端64的圆润末端86处会合。如在图6中的实施例中那样，肋部54/流动屏障56的终端64的扩张允许肋部54/流动屏障56的其余部分的宽度比图1A和1B中所示的更窄。在该方面，图7中的肋部54/流动屏障56的最宽处是在侧突出部82处，且肋部54/流动屏障56在该点处的宽度与图1B中的肋部54/流动屏障56的最大宽度W基本相同。

[0114] 在图8中的实施例中，肋部54/流动屏障56的终端64具有更为圆润的箭头状且带有拱形弯曲的突出部92，突出部92从肋部54/流动屏障56的各侧边横向延伸，从而限定肋部54/流动屏障56的最宽点，且各拱形弯曲的侧边94从突出部92向内朝向圆润末端96延伸。

[0115] 图9示出了设置在液体侧12上的芯板110，芯板110带有用于第一流体的进口开口22和出口开口24、用于第二流体的进口开口30和出口开口32、从芯板110的第一端50延伸至终端64的纵向延伸的肋部54，终端64通过间隙62与芯板110的第二端52隔开。

[0116] 在芯板110中，肋部54具有对称的楔形，其中，肋部54的各直侧边从板110的第一端50至肋部54的终端64逐渐彼此偏离，终端64为平滑圆润的。芯板110中的肋部54的形状是有利的，这是由于其避免了肋部54的较窄部分与终端64之间的突然过渡，这样导致了一种肋部54，该肋部54可沿其长度的一部分比所必需的更宽，从而减小板110的传热面积。

[0117] 图10示出了设置在液体侧12上的芯板120，芯板120带有用于第一流体的进口开口22和出口开口24、用于第二流体的进口开口30和出口开口32、从芯板120的第一端50延伸至终端64的纵向延伸的肋部54，终端64通过间隙62与芯板120的第二端52隔开。

[0118] 芯板120还包括带有总体新月形状的突出部68，突出部68由彼此间隔开的诸如凹窝(dimple)122、124和126之类的多个较小的突出部组成，从而形成不连续的突出部68，不连续的突出部68将形成不连续的流动阻碍件。在该实施例中，在相邻的凹窝122、124、126之间将设置有间隙128，这些间隙128沿流动阻碍件66和第一流体流动通道20的高度延伸。如以下参考图16至21中所示的实施例论述的，第一流体的一部分将流过流动阻碍件66的第一侧70与第二侧72之间的间隙128，从而有助于减小沿流动阻碍件66的第二侧72的流动分离。

[0119] 所有凹窝122、124、126可具有相同的高度，且可如图2中所示形成芯板10的液体侧12上的平顶密封表面的一部分。然而，将理解到，一个或多个凹窝122、124、126可在高度上减小，从而在形成板对18的相对的芯板10的相对的凹窝122、124、126之间引入间隙。例如，中间凹窝122可在高度上相对于端部凹窝124、126减小，从而允许某些流体流通过相对的芯板10的凹窝122之间的间隙而流过流动阻碍件66的中间部。替代地，端部凹窝124、126可在高度上相对于中间凹窝122减小，从而允许某些流体流通过流动阻碍件66的端部，即流过相对的芯板10的凹窝124之间的间隙，并流过相对的芯板10的凹窝126之间的间隙。与间隙128相对，相对的各对凹窝122、124、126之间的间隙沿流动阻碍件的长度方向和宽度方向延伸。
以下参考图16至21进一步阐述沿流动阻碍件66的长度和宽度方向延伸的这些间隙的设置。

[0120] 图11示出了设置在液体侧12上的芯板130，芯板130带有用于第一流体的进口开口22和出口开口24、用于第二流体的进口开口30和出口开口32、从芯板130的第一端50延伸至终端64的纵向延伸的肋部54，终端64通过间隙62与芯板130的第二端52隔开。

[0121] 芯板130还包括与图6中的突出部68相似的呈连续新月状形式的突出部68。然而，芯板130的突出部68比图6中所示的更平坦些，端部74、76比图6中所示的横向铺展得更开，且第一表面70和第二表面72的曲线比图1A中所示的更平坦(即具有更大的半径)。具有图11中所示形状的突出部68和对应的流动阻碍件66会被期望能提供比图1A中的突出部68/流动阻碍件66更大的速度减小，并潜在地减小或消除可能发生在突出部68/流动阻碍件66的第二侧72和端部76附近的任何流动分离。

[0122] 虽然本文中描述并在附图中示出的实施例涉及U形流动热交换器，其中，流过流动通道20的第一流体随着从进口开口22流至出口开口24改变一次方向，然而，将理解到，在本发明的范围内的热交换器包括那些其中流体进行多于一次的方向改变的热交换器，且这种热交换器包括具有如前所述的两个或多个肋部54和两个或多个流动阻碍件66的芯板。

[0123] 图12是根据另一实施例的芯板/板对的一部分的放大平面图，其中，图12与图1B相似，其仅示出芯板/板对的肋部54/流动屏障56的终端64以及突出部68/流动阻碍件66。除了对在图12中示出并在以下描述的元件的修改，图12中的芯板/板对可与图1A中所示的芯板/板对相同或相似。

[0124] 图1B中所示的突出部68/流动阻碍件66相对窄，即宽度尺寸W2相对小。如图12中所示，突出部68/流动阻碍件66的宽度可增加，从而减小围绕突出部68/流动阻碍件66的第二侧72的流动分离。例如，如所示的，图12中的突出部68/流动阻碍件66沿轴线A的宽度W2大致为图1B中的突出部68/流动阻碍件66的该宽度的两倍。

[0125] 图13至15示出了附加的实施例，其中，突出部68/流动阻碍件66的端部74、76成形为能提供对流动分离的进一步减小，尤其对于穿过肋部54/流动屏障56与突出部68/流动阻碍件66之间的拱形空间62A的一部分流动而言。图13至15各自包括与图1B相似的放大平面图，其仅示出了芯板/板对的肋部54/流动屏障56的终端64以及突出部68/流动阻碍件66。除了对在图13至15中示出的元件的修改，在这些图中的每个中示出的芯板/板对可与图1A中所示的芯板/板对相同或相似。

[0126] 图13中的肋部54/流动屏障56和突出部68/流动阻碍件66与图1B中所示的相同，除了突出部68/流动阻碍件66的端部74、76成形为朝向彼此并朝向肋部54/流动屏障56向内延伸。突出部68/流动屏障66的端部74、76被示出为被锐利地弄尖锐，然而，将理解到，它们将为稍微圆润的。

[0127] 向内延伸的端部76位于拱形空间62A的出口处并引导流过拱形空间的第一流体流沿图13中与端部76相邻的箭头的方向向内朝向肋部54/流动屏障56的侧壁。更具体地，向内延伸的端部76将第一流体流引导朝向肋部54/流动屏障56的易受流动分离和死区/热点的形成影响的区域，该区域在图13中由附图标记150标示。由此，端部76的向内延伸的形状有助于减小流动分离，从而增加沿紧接在间隙62下游、即拱形空间62A的出口下游的肋部54/流动屏障56的侧边的第一流体流。

[0128] 由于突出部68/肋部66关于轴线A对称，故而两个端部74和76相似地成形。然而，仅拱形空间62A的出口处的端部76的向内延伸提供了流动分离的有益减小。在拱形空间62A的进口处的端部74的向内延伸在端部74的向内延伸过大的情况下可能会限制进入空间62A的第一流体流。可例如通过计算流体动力学(CFD)来优化端部74、76的向内延伸量和形状，从而在拱形空间62A的出口端处提供减小的流动分离，同时在拱形空间62A的进口端处避免流动限制。

[0129] 图14示出了与图1B中所示的相同的肋部54/流动屏障56和突出部68/流动阻碍件66，除了突出部68/流动阻碍件66的端部74、76具有接近与图8中所示相似的圆润箭头状的略球形。因而，突出部68/流动阻碍件66的第一侧70包括由附图标记152标示的向内延伸的表面，在该点处，端部74、76扩展以形成球形。相似地，突出部68/流动阻碍件66的第二侧72包括在该点处向外延伸的表面154。端部74、76不必然要扩张以形成圆润的箭头状，而是可能扩张至上述参考图6－8以及10－11描述的任何形状或其变型。通过以与以上参考图13描述的相同的方式将第一流体引导朝向肋部54/流动屏障56，包括向内延伸的表面152的端部
76的球形提供对于流动分离的有益减小。特别地，端部76的向内延伸的表面152引导第一流体流沿图14中所示箭头的方向向内朝向肋部54/流动屏障56。可优化在端部74、76处的球形部的尺寸和形状，从而在拱形空间62A的出口端处提供减小的流动分离，同时在拱形空间
62A的进口端处避免流动限制。

[0130] 图15示出了与图14中所示的相同的肋部54/流动屏障56和突出部68/流动阻碍件66，除了突出部68/流动阻碍件66成形为仅肋部54/流动屏障56的第一侧70具有带有向内延伸的表面152的球形，而肋部54/流动屏障56的第二侧72保持其平滑拱形，且没有图14中的实施例的向外延伸的表面154。因而，图15中的实施例提供了第一流体朝向肋部54/流动屏障56的向内引导以减小流动分离，同时避免了可能产生的第二侧72的向外延伸表面154下游的尾流区。

[0131] 此外，在图15中的实施例中，向内延伸的表面152在端部74、76处可更平滑地成形，从而避免表面152下游的尾流区的产生。

[0132] 在上述每个实施例中，流动阻碍件66由从芯板10的基座向上延伸且高度与芯板10基本相同的一对新月状突出部68形成。当通过各芯板10的液体侧12以相互相对地面对关系组装板对18时，相对的芯板10中的突出部68的顶表面例如通过钎焊而密封地联结在一起，以形成流动阻碍件66。上述实施例中的流动阻碍件66没有穿孔，从而所有第一流体必须围绕流动阻碍件66流动。

[0133] 将理解到，第一流体流动通道中流动阻碍件66的存在可能导致在流动阻碍件66“后面”、即沿其第二侧72的区域中的一定量的流动分离。由于该流动分离，沿第二侧72可能有相对小的尾流区或死区。

[0134] 之后的描述涉及图16－21中所示的实施例，这些实施例包括最小化流动分离和/或沿流动阻碍件66的第二侧72形成尾流区和死区的特征。在某些实施例中，这可通过允许少量第一流体从第一侧70流过流动阻碍件66至第二侧72来实现，从而将附加流体馈送至沿第二侧72的区域中，并减小流动分离和/或沿第二侧72的尾流区和死区的形成。在其它实施例中，这可通过挖空流动阻碍件66的第二侧72来实现，从而促进第一流体在第二侧72的中空部中且相邻于第二侧72的流动。在其它实施例中，这些技术的组合可用于减小流动分离和/或沿第二侧72的尾流区和死区的形成。

[0135] 为了更清晰地阐述以下实施例中的流动阻碍件66的特征，图16－21总体上单独地示出了流动阻碍件66。然而，将理解到，图16－21中的流动阻碍件66可被包含于结合图1－15描述的芯板10/板对18中的任何一个中。与此相对，在以下实施例中描述的流动阻碍件66的任何特征可被包含于图1－15中的实施例的芯板10/板对18中。

[0136] 为了以下描述的目的，将假设突出部68/流动阻碍件66形成在外观上与图1A至5中所示芯板10/板对18相同的芯板10/板对18的一部分，除了在以下实施例中的突出部68的顶表面不一定形成如图2中所示的密封表面的一部分。由此，在以下描述中对于芯板10/板对18的各元件的任何参考都应被理解为参考图1A至5。

[0137] 在图16和17中所示的实施例中，突出部68的高度被减小从而当板对18由多个板10构造时，各突出部68彼此不接触。这导致在组成流动阻碍件66的各突出部68的顶表面之间形成间隙156，间隙156延伸通过流动阻碍件66的宽度，从第一表面70延伸至第二表面72，并允许第一流体流动通过流动阻碍件66。虽然图17将突出部68/流动阻碍件66示出为实心结构，但将理解到，如从图16的剖视图和图3中可见的，突出部68/流动阻碍件66是通过芯板10的冲压而形成的中空结构特征。

[0138] 在图16和17中的实施例中，突出部68从板10的基座起延伸，每个突出部68的顶表面是平坦的且平行于板10的基座，并且平行于芯板10的液体侧12上的平顶密封表面。因而，在该实施例中的间隙156是连续的且延伸通过流动阻碍件66的整个长度和宽度。此外，间隙156具有基本上恒定的高度，其中，间隙156的高度被限定为组成流动阻碍件66的各突出部
68的顶表面之间的距离。

[0139] 将理解到，由于在流动阻碍件66中提供过大的间隙156可能导致在第一流体流动通道20的其他区域中、诸如间隙62下游沿流动屏障56的侧边的、位于第一流体流动通道20的出口部60中的增加的流动分离，故而必须控制间隙156的高度。如可由CFD分析确定的，间隙156的高度因而被控制使得间隙156的正面作用超过了所有负面作用。发明人已发现，间隙156的高度为不超过第一流体流动通道20的高度的约百分之25总体上导致总体正面的作用，且至少在某些实施例中，间隙156的最优高度为不超过第一流体流动通道20的高度的约百分之10。

[0140] 在图18和19中所示的实施例中，各突出部68之间的间隙156仅沿流动阻碍件66的长度延伸一部分。如所示的，突出部68的顶表面不是平坦的，而是从端部74、76起朝向突出部68的中间位置向下倾斜的。因而，当板对被组装时，由这些突出部产生的流动阻碍件66将具有间隙156，间隙156在端部74、76附近具有最小高度且在位于中心纵轴线A上的中间位置处具有最大高度。虽然图18将突出部68/流动阻碍件66示出为实心结构，但将理解到，如从图3中可见的，突出部68/流动阻碍件66是通过芯板10的冲压而形成的中空结构特征。

[0141] 此外，在图18和19的实施例中的突出部68的顶表面从第一侧70至第二侧72向下倾斜，从而产生了间隙156，间隙156的高度、即在如图19的侧视图中所示的芯板10/板对18的轴向尺寸从第一侧70至第二侧72是增加的。然而，将理解到，间隙156不一定从第一侧70至第二侧72向下倾斜，而是可能平行于其延伸自的板10的基座，并平行于芯板10的液体侧12上的平顶密封表面，使得间隙156将在流动阻碍件66的第一侧与第二侧72之间具有恒定高度。

[0142] 在图18和19中的实施例中，形成流动阻碍件66的相对的突出部68的顶表面将在接近端部74、76的区域中接触且可在这些区域中被钎焊在一起。然而，将理解到，相对的突出部68的端部74、76可间隔开，使得间隙156如在图16和17中所示的实施例中那样延伸通过流动阻碍件66的整个长度。

[0143] 在图20和21中示出了根据另一实施例的流动阻碍件66。在该实施例中，组成流动阻碍件66的各突出部68具有“阶梯状”构造，且具有接近第一侧70的较高部160和接近第二侧72的较低部162，其中，较高部160和较低部162被肩部164分离。如所示的，肩部164可能定位成使较高部160和较低部162具有大致相同的宽度。

[0144] 在所示的实施例中，突出部68从板10的基座起延伸，每个突出部68的较高部160和较低部162的顶表面是平坦的且平行于板10的基座，并且平行于芯板10的液体侧12上的平顶密封表面。替代地，较高部160和较低部162中的一者或两者可通过以上参考图18和19描述的方式沿突出部68的长度或宽度倾斜。

[0145] 此外，在图20和21中所示的实施例中，每个突出部68的较高部160的顶表面与芯板10的液体侧12上的平顶密封表面共面，使得每个突出部68的较高部160的顶表面形成芯板
10的液体侧12上的密封表面的一部分。因而，当各板对18被组装时，一对相对的突出部68的较高部160的顶表面将例如通过钎焊而被密封地联结在一起。然而，较低部162的顶表面将沿流动阻碍件66的整个长度被间隔开，从而提供间隙156。

[0146] 与图16－19中的实施例中的间隙156相对的是，图20－21中的实施例中的间隙156仅延伸通过流动阻碍件66的宽度的一部分。更具体地，间隙156从肩部164延伸至流动阻碍件66的第二侧72。在肩部164与流动阻碍件66的第一侧70之间没有间隙。因而，在该实施例中，流动阻碍件的第二侧(后侧)72被有效地挖空以允许流体流过其中，同时，由于沿流动阻碍件的第一侧70不存在任何开口而可阻挡流体流过流动阻碍件的宽度。

[0147] 将理解到，可通过减小较高部160的高度而修改图20－21中的实施例，使得较高部160不再形成芯板10的液体侧12上的密封表面的一部分。该变形将相似于在图16和17中描述的实施例，具有延伸通过流动阻碍件66的整个长度和宽度的间隙156，然而，间隙156将具有阶梯状构造，在各突出部68的较高部160之间较小，而在各突出部的较低部162之间较大。

[0148] 在图16－21中任一项中所示的流动阻碍件还可例如以在图10中所示流动阻碍件66的方式分成多个部段，包括被间隙128分离的多个凹窝122、124、126，除了沿流动阻碍件
66的长度方向和宽度方向延伸的任何间隙156之外，还有间隙128沿流动阻碍件66的高度延伸。

[0149] 图23粗略地比较了设置有图1B中的肋部54/流动屏障56和突出部68/流动阻碍件66的芯板中的流动分离面积，示出了沿肋部54/流动屏障56的下游侧、即出口部60中的流动分离面积小于现有技术的图22中的流动分离面积。此外，虽然在图23中沿突出部68/流动阻碍件66的第二侧72有一些流动分离，但与图22相比较仍使流动分离总体减少。

[0150] 虽然已结合特定实施例描述了本发明，但本发明不限制于此。而是，本发明包括可能落入以下权利要求的范围中的所有实施例。

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带有流动阻碍件以减小流体死区的热交换器

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