相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月26日提交的美国临时专利申请第62/703,734号和2017年8月17日提交的美国临时专利申请第62/719,266号的优先权和权益，它们的内容以参见的方式纳入本文。
本公开涉及电池电动车辆(bev)或混合动力电动车辆(hev)的能量存储系统内的可再充电电池的热管理，并且具体地涉及适于冷却可再充电电池的热交换器。
背景技术：
诸如那些在bev和hev中使用的能量存储系统包括可再充电锂离子电池。用于bev或hev的典型可再充电电池包括多个电池模块，这些电池模块串联和/或并联电连接在一起以为电池提供期望的系统电压和容量。每个电池模块包括多个电池单体，这些电池单体串联和/或并联电连接在一起，其中电池单体可以是软包(pouch)单体、棱柱形单体或圆柱形单体的形式。
bev和hev中的可再充电车辆电池产生需要耗散的大量热量，因此需要冷却这些类型的电池或电池系统以延长其使用寿命。
液冷式热交换器可用于管理这些可再充电车辆电池的热负荷。这些电池热交换器通常包括“冷板”热交换器或“ice”(“单体间元件”)板式热交换器。冷板式热交换器是具有平坦的上表面的热交换器，在其上布置有一个或多个电池单体，其中与每个冷板相关联的电池单体的数量是可变的，并且取决于冷板的面积，可以包括一个或多个电池模块。通常，布置在冷板上的电池单体将是棱柱形单体或圆柱形单体，其容纳在刚性容器中。例如，棱柱形单体可以容纳在盒状容器中，这些盒状容器布置成彼此面对面接触。
相反，ice板式热交换器布置或“夹在”相邻的软包单体或棱柱形单体之间，各个ice板式热交换器通过共同的入口和出口歧管流体连接在一起。冷板式热交换器和ice板式热交换器的示例描述于共同转让的美国专利第10,263,301号、题为“用于电池热管理应用的反向流动式热交换器”，其全部内容以参见的方式纳入本文。
电池热交换器表面上的温度均匀性是这些类型的电池单体或整个电池系统的热管理中的重要考虑因素，因为横跨热交换器表面的温度均匀性涉及确保在各个电池单体内以及在车辆电池的相邻电池单体之间存在最小温度差异。确保足够的温度均匀性是热交换器设计的具有挑战性的方面，因为传热流体的温度在出口处比在入口处高。
需要一种电池热交换器，其在横跨与电池单体接触的表面上实现改善的温度均匀性。
技术实现要素：
根据本公开的一方面，提供了一种热交换器，包括：(a)具有内表面和外表面的第一板；(b)具有内表面和外表面的第二板，其中第一板和第二板利用它们处于相对的面向彼此的关系的内表面连结在一起，并且内表面的部分彼此间隔开；(c)多个流体流动通路，这些流体流动通路适于传热流体的流动，并位于第一板和第二板的内表面的间隔开的部分之间；(d)用于将传热流体供应到多个流体流动通路的入口端口；以及(e)
用于将传热流体从多个流体流动通路排出的出口端口；其中入口端口和出口端口位于热交换器的第一端附近，并且多个流体流动通路沿着热交换器的纵向轴线布置。
根据一方面，每个流体流动通路包括：(i)第一端，流体流动通路通过该第一端与入口端口连通；(ii)第二端，流体流动通路通过该第二端与出口端口连通；(iii)横跨热交换器横向延伸的第一横流通道，其中第一横流通道通过流体流动通路的第一端与入口端口流动连通；以及(iv)横跨热交换器横向延伸的第二横流通道，其中第二横流通道通过流体流动通路的第二端与出口端口流动连通。
根据一方面，每个所述流体流动通路的第一横流通道和第二横流通道沿着纵向轴线彼此间隔开；并且每个所述流体流动通路具有以下中的至少一个：其第一横流通道紧邻并且非常接近相邻一个所述流体流动通路的第二横流通道定位；以及，其第二横流通道紧邻并且非常接近相邻一个流体流动通路的第一横流通道定位。
根据一方面，彼此紧邻并且非常接近定位的第一横流通道和第二横流通道以小于所述第一横流通道和第二横流通道之一的宽度的距离分开。
根据一方面，彼此紧邻并且非常接近定位的第一横流通道和第二横流通道被部分地限定每个所述第一横流通道和第二横流通道的单个肋分开；并且该肋的宽度小于所述第一横流通道和第二横流通道之一的宽度。
附图说明
现将参照附图借助于示例描述本实用新型的示例性实施例，附图中：
图1是电池热交换器的立体图，其中多个电池单体支承在其上表面上；
图2是图1的电池热交换器的分解立体图；
图3是图1的电池热交换器的底板的俯视图；
图4是沿图3的线4-4'剖取的纵向剖视图；
图5是沿图3的线5-5'剖取的横向剖视图；
图6示出了图1的热交换器的传热表面区域；
图7是根据第二实施例的电池热交换器的示意性俯视图；
图8是根据第三实施例的电池热交换器的示意性俯视图；
图9是根据第四实施例的电池热交换器的示意性俯视图；
图10是根据第五实施例的电池热交换器的示意性俯视图；
图11是根据第六实施例的电池热交换器的底板的俯视图；
图12是沿图11的线12-12'剖取的纵向剖视图；
图13是沿图11的线13-13'剖取的横向剖视图；
图14是根据第七实施例的电池热交换器的底板的俯视图；
图15是根据第八实施例的电池热交换器的底板的俯视图；
图16是根据第九实施例的电池热交换器的分解立体图；
图17是图16的电池热交换器的底板的俯视图；
图18是沿图17的线18-18'剖取的局部放大剖视图；
具体实施方式
本文所述的热交换器通常是具有相对的外表面的大致扁平的平面流体承载板，至少一个外表面适于与bev或hev的可再充电电池的一个或多个电池单体和/或电池模块热接触。
在本文所述的实施例中，存在若干情况，其中第一流体通道或流动通路被描述为“紧邻并且非常接近”第二流体通道或流动通路，使得通过构成热交换器的板的传导，在第一流体和第二流体通道或流动通路之间传递热能，从而提供增强的传热。如本文所定义的，当第一流体和第二流体通道/流动通路分开的距离等于或小于第一流体和第二流体通道/流动通路之一的宽度时，第一流动通道/流动通道被认为紧邻并且非常接近第二流体通道/流动通路。例如，在一些实施例中，第一流体和第二流体通道/流动通路可以由单个肋分开，该肋部分地限定第一流体和第二流体通道/流动通路中的每个，其中肋的宽度小于宽度第一流体和第二流体通道/流动通路之一宽度。
根据第一实施例的热交换器10在图1至6中示出。热交换器10包括具有内表面和外表面14、16的第一板12以及具有内表面和外表面20、22的第二板18。热交换器10是“冷板”，其中第一板12的外表面16提供一个平坦表面，一个或多个电池单体2和/或电池模块4支承在该平坦表面上。
图1示意性地示出了电池模块4，其包括支承在第一板12的外表面16上的四个棱柱形电池单体2。每个电池单体2具有多个矩形表面，包括顶表面54、底表面56、成对相对的侧表面58和成对相对的端表面60。底表面56与第一板12的外表面16热接触。尽管未示出，但电池单体2电连接在一起，并且电池模块4电连接到车辆电池的其它电池模块。而且，支承在热交换器上的电池单体2和模块4的数量和布置可以与所示的不同。
可以在第一板12的外表面16和电池单体2的底表面56之间设置热界面材料(tim)的薄层(未示出)，以增强热交换器10和电池单体2之间的热接触。tim可包括导热油脂、蜡或金属材料。
热交换器10沿纵向轴线y略微伸长，具有成对纵向延伸的第一侧部边缘和第二侧部边缘25、26和成对横向延伸的第一端部边缘和第二端部边缘44、46(沿横向轴线x)其中侧部边缘25、26和端部边缘44、46在本文中也称为第一板和第二板12、18的侧部边缘和端部边缘。
第二板18具有相对的内表面和外表面20、22，并且例如通过冲压、拉伸或模制成形，以提供多个凸起，这些凸起一起限定了具有在所有侧部上被平面凸缘28包围的多个凹槽或通道的中心区域24，平面凸缘28在第二板18的内表面20上限定平面周向密封表面30。第一板和第二板12、18利用它们处于相对面向彼此的关系的内表面14、20密封地连结在一起，并且其中内表面14、20的部分彼此间隔开。第二板18的平面周向密封表面30密封地连结到第一板12的内表面14上的平面周向密封表面32，其中在相应的密封表面32、30的内部的内表面14、20的部分彼此间隔开。
第二板18的中心区域24中的至少一些通道或凹槽限定了具有敞开的第一端和第二端36、38的多个流体流动通路34的底部和侧部，并且这在下面进一步描述。流体流动通路34的顶部由第一板12的内表面14限定。
热交换器10还包括第一端口和第二端口40、42，第一端口和第二端口40、42包括在第一板12中的孔，位于平面周向密封表面32的内部，传热流体通过该孔引入热交换器10以及从热交换器10排出。第一端口和第二端口40、42都沿着热交换器10的端部边缘44之一定位。第一端口40设有第一管状配件48，而第二端口42设有第二管状配件50，配件48、50从第一板12的外表面16向上突出，以在流体流动通路34和车辆的流体循环系统(未示出)之间提供流动连通。端口40、42和配件48、50位于第一板12的外表面16的、由电池单体2占据的区域62之外并且紧邻该区域62，如图1所示。由电池单体2占据的区域62在本文中也称为“传热表面区域”，如图3中关于第二板18的轮廓所示。
第一板和第二板12、18以及配件48、50可以由铝或其合金构成，并且可以通过在钎焊炉中钎焊而连结在一起。尽管第一板和第二板12、18示出为具有相同或相似的厚度，但是第一板12可以包括散热器或热扩散器，其厚度在其区域的至少一部分上大于第二板18的厚度，如下面进一步描述的。
当传热流体流过流体流动通路34时，它从电池单体2吸收热量，并且当它在第一端口和第二端口40、42之间流动时将逐渐变热。如在第一板12的外表面16和/或tim上测量的，这导致在热交换器10的与通过端口40或42之一进入的较冷流体接触的部分和热交换器10的与通过另一个端口40或42排出的较热流体接触的部分之间有温度差异。热交换器10的温度均匀性(tmax-tmin)由在第一板12的外表面16和/或tim上的不同点处测量的这些温度差的大小来限定。为了避免对电池单体2的负面影响，热交换器10的温度均匀性应保持在预定范围内。
热交换器10包括平行布置的三个流体流动通路34，每个流体流动通路34的区域可以或可以不对应于底表面56的一个或多个电池单体2或电池模块4的区域。但是，应当理解，流体流动通路34的数量不一定对应于支承在热交换器10上的电池单体2和/或电池模块4的数量。例如，可以为每个电池单体提供多于一个流体流动通路34，或者，一个流体流动通路34可以覆盖与由两个或多个邻接的电池单体2占据的区域相对应的区域。尽管图1中示出了电池单体2，其中它们的侧表面58横向于热交换器10的纵向尺寸(y轴)，但是应当理解，侧表面58可以替代地平行于热交换器10的纵向尺寸，并且电池单体2可以包括具有与图1所示的那些不同尺寸的矩形棱柱。
在附图中，三个流体流动通路34标记为34a、34b和34c。流体流动通路34a接近端口40、42所在的端部边缘44。由于热交换器10的总体u形流动构造，传热流体的绝对最大和最小温度将在靠近端口40、42并且接近端部边缘44处发生。例如，当第一端口40是入口端口而第二端口42是出口端口时，图6示出了传热流体的绝对最小温度将靠近第一端口40发生，接近侧部边缘25和端部边缘44，并且绝对最大值温度将靠近第二端口42发生，接近侧部边缘26和端部边缘46。在流体流动方向反转使得第一端口40是出口端口而第二端口42是进气口的情况下，就正好相反。
随着传热流体在端口40之间流动，由沿着通道34的壁的边界层的发展而引起的传热系数的变化也影响温度均匀性。传热系数随着边界层变得更完全地发展而减小，因此靠近入口端口40或42的传热系数通常高于靠近出口端口40或42的传热系数。传热系数的该差异进一步有助于接近端口40、42的区域之间的温度差异，进一步降低了它们之间的温度均匀性。
除了保持足够的温度均匀性之外，必须将最大电池单体温度保持在规定值以下，并且被泵送通过热交换器10的流体的压降必须保持在可接受的水平内以避免过多的功率消耗。
在所示的实施例中，每个流体流动通路34的第一端36通过第一流体通路64与第一端口40流动连通。第一流体通路64沿着平面凸缘28内部的侧部边缘25延伸，具有位于第一端口40处、接近端部边缘44的第一端，和位于相对的端部边缘46附近的第二端。利用该布置，每个流体流动通路34的第一端36包括第一流体通路64的分支开口，流体流动通路34a的第一端36最靠近第一端口40，流体流动通路34c的第一端36离第一端口40最远，并且流体流动通路34b的第一端36在流体流动通路34a和34c的第一端36的中间。取决于第一端口40是入口端口还是出口端口，第一流体通路64在本文中可称为“流体入口通路”或“流体出口通路”。
第一流体通路64沿着接近第一端口40的端部边缘44向内和横向地延伸，并且在其整个长度上可以具有恒定的宽度。另外，可以看出，流体流动通路34的第一端36随着与第一端口40的距离增加而逐渐变大(沿着y轴)，使得流体流动通路34a的第一端36比流体流动通路34b和34c的第一端36窄，并且流体流动通路34c的第一端36比流体流动通路34a和34b的第一端36宽。第一端36的逐渐增加的宽度有助于平衡三个流体流动通路34a、34b和34c的压降。
每个流体流动通路34的第二端38通过第二流体通路66与第二端口42流动连通。第二流体通路66沿着平面凸缘28内部的侧部边缘26延伸，具有位于第一端口42处、接近端部边缘44的第一端，和位于相对的端部边缘46附近的第二端。利用该布置，每个流体流动通路34的第二端38包括第二流体通路66的分支开口，流体流动通路34a的第二端38最靠近第二端口42，流体流动通路34c的第二端38离第二端口42最远，并且流体流动通路34b的第二端38在流体流动通路34a和34c的第二端38的中间。取决于第二端口42是入口端口还是出口端口，第二流体通路66在本文中可称为“流体入口通路”或“流体出口通路”。
第二流体通路66沿着接近第二端口42的端部边缘44向内和横向地延伸，并且在其整个长度上具有恒定的宽度。另外，可以看出，流体流动通路34的第二端38随着与第二端口42的距离增加而逐渐变大(沿着y轴)，使得流体流动通路34a的第二端36比流体流动通路34b和34c的第二端38窄，并且流体流动通路34c的第二端38比流体流动通路34a和34b的第二端38宽。第二端38的逐渐增加的宽度有助于平衡三个流体流动通路34a、34b和34c的压降。
每个流体流动通路34包括成对横流通道，即第一横流通道68和第二横流通道70。每个流体流动通路34的第一端36用作第一流体通路64和第一横流通道68之间的入口或出口开口，并且每个流体流动通路34的第二端38用作第二横流通道70和第二流体通路66之间的入口或出口开口。
横流通道68、70横向地延伸横跨交换器10。在本实施例中，横流通道68、70是直的并且彼此平行且与横轴x平行，而且具有恒定的宽度(沿着y轴)。然而，应当理解，这不是必需的，并且横流通道可以是弯曲的、波状的、彼此不平行、与x轴不平行并且具有可变的宽度。
每个流体流动通路34的第一横流通道和第二横流通道68、70沿着y轴彼此间隔开，并且每个流体流动通路34具有以下所述情况中的至少一种：
-其第一横流通道68紧邻并且非常接近相邻的流体流动通路34的第二横流通道70；以及
-其第二横流通道70紧邻并且非常接近相邻的流体流动通路34的第一横流通道68。
在这方面，流体流动通路34a具有接近端部边缘44的其第二横流通道70，并且其第一横流通道68紧邻并且非常接近流体流动通路34b的第二横流通道70。流体流动通路34c的第二横流通道70紧邻并且非常接近流体流动通路34b的第一横流通道70，并且其第一横流通道68接近端部边缘46。
例如，在第一端口40是入口端口而第二端口42是出口端口时，如图6所示，每个流体流动通路34的第一横流通道68接收来自第一(入口)端口40的传热流体，由第一横流通道68承载的传热流体相对较冷。而且，由于每个流体流动通路34的第二横流通道70将传热流体排出到第二(出口)端口42，因此由第二横流通道70承载的传热流体相对较热。根据这种流动构造，其中一个流体流动通路34的第一横流通道68紧邻并且非常接近相邻的流体流动通路34的第二横流通道70，热能将通过板12、18的传导从第二横流通道70传递到相邻的流体流动通路34的第一横流通道68，从而提供增强的传热。图6包括箭头，以示出横流通道68、70之间的传导传热路径。
在本实施例中，流体流动通路34a的第一横流通道68被认为紧邻并且非常接近相邻的流体流动通路34b的第二横流通道70，因为它们以一距离(沿y轴)与彼此分开，该距离小于第一横流通道和第二横流通道68、70之一的宽度。
此外，在本实施例中，流体流动通路34a的第一横流通道68仅通过单个肋80(图3)与流体流动通路34b的第二横流通道70分开，该肋80部分地限定每个横流通道68、70，并且其宽度小于沿着y轴测量的每个横流通道70的宽度。
在流体流动方向反转使得第一端口40是出口端口而第二端口42是进气口的情况下，就正好相反。更具体地，在一个流体流动通路34的第一横流通道68紧邻并且非常接近相邻的流体流动通路34的第二横流通道70的情况下，如上所限定的，热能将通过板12、18的传导从第一横流通道68传递到相邻的流体流动通路34的第二横流通道70，从而提供增强的传热。
通过相邻定位的横流通道68、70的传热流体的流动通常是平行的，并且可以是反向流动(即，在通道68和70中的相对的流动方向)或者同向流动(在通道68和70中的相同的流动方向)。在所示实施例中，流过所有反向流动通道68和70的流体的方向是相同的，即从第一侧部边缘25到第二侧部边缘26，使得横流通道68、70处于同向流动布置。
如图2所示，横流通道68、70的宽度可以以与流体流动通路34的第一端和第二端36、38的宽度相同的方式渐变，如上所述，这是为了平衡压降的目的。因此，流体流动通路34a具有最窄的横流通道68、70，而流体流动通路34c具有最宽的横流通道68、70，并且每个横流通道68、70的宽度在其整个长度上可以是恒定的，如附图所示。
中间流动通道72设置成位于每个流体流动通路34的第一横流通道和第二横流通道68、70之间并与之连接，其从一个横流通道68或70接收传热流体并将其排出到另一个横流通道68或70。中间流动通道72占据每个流体流动通路34的大部分表面区域，并且从电池单体2到传热流体的大部分传热通过中间流动通道34来发生。因此，随着传热流体在整个中间流动通道72的长度上从一个横流通道68流到另一个横流通道70，传热流体的温度增加。
中间流动通道72布置成使得流过中间流动通道72的流体的总体方向从热交换器10的热侧到冷侧横跨热交换器10。例如，当第一端口40是入口端口而第二端口42是出口端口时，侧部边缘25沿着与第一端口40(入口端口)和第一流体通路64(流体入口通路)相同的侧部放置，因此热交换器10的该侧部相对较冷。而且，因为侧部边缘26沿着与第二端口42(出口端口)和第二流体通路66(流体出口通路)相同的侧部放置，所以热交换器10的该侧部相对较热。因此，随着传热流体在中间流动通道72内被加热，它在大致远离热交换器10的热侧并朝向热交换器10的冷侧的方向上流动。这进一步有助于实现横跨热交换器10的表面区域的温度均匀性。
流体流动通路34的中间流动通道72的构造是高度可变的。在本实施例中，中间流动通道78包括多个回旋部，这些回旋部包括通过圆形的180度发夹状弯曲部76连接的纵向延伸的直的部分74。每个中间流动通道72的总体横向宽度、中间流动通道72的各个通道宽度以及回旋部的数量从流体流动通路34a到流体流动通路34c是渐变的。在这方面，中间流动通道72的宽度从流体流动通路34a到流体流动通路34c增加，并且回旋部的数量从流体流动通路34a到流体流动通路34c减小。从流体流动通路34a到34c增加的通道宽度和减少的回旋部的数量有助于减小从流体流动通路34a到34c的压降。如附图所示，每个流体流动通路34a、34b、34c的中间流动通道72在其整个长度上(即从一个横流通道68到另一个横流通道70)可以具有恒定的宽度。中间流动通道72的宽度定义为每个直的部分74的宽度(沿x轴)和/或每个发夹状弯曲部76的宽度(沿y轴)。
应当理解，直的部分74的长度(沿y轴)可以相对于热交换器10的布置增加或减少。例如，缩短或完全消除直的部分可以导致中间流动通道包括多个之字形u形弯曲，基本上没有直的部分。
热交换器10中的中间流动通道72的具体构造提供了发生传导传热的附加区域。因为传热流体72随着它被加热朝向热交换器10的较冷侧流动，所以取决于流体流动的方向，将存在中间流动通道72的相对较热的部分，其将热能传导到相对冷的第一流体通路或第二流体通路64或66，并且将存在中间流动通道72的相对较冷的部分，热能将从相对较热的第一通路或第二通路66传导到该部分中。
例如，当第一端口40是入口端口而第二端口42是出口端口时，可以看出至少一个流体流动通路34的中间流动通道72具有直的部分74，如上所述，该直的部分紧邻并且非常接近第一流体通路64，该直的部分由图6中的附图标记74a标识，并且仅通过单个肋80与第一流体通路64分开。因为该直的部分74a朝向中间流动通道72的出口端定位，与第二横流通道70流动连通，它将携带相对较热的传热流体，而第一流体通路64(流体入口通路)将携带相对较冷的传热流体。因此，将存在从中间流动通道72的直的部分74a到第一流体通路64的热传导，如图6中的箭头所示。可以看出，直的部分74a和第一流体通路64处于反向流动布置中，并且每个流体流动通路34a、34b和34c均包括这样的直的部分74a。
类似地，至少一个流体流动通路34的中间流动通道72具有一个直的部分74，该直的部分74紧邻并且非常接近第二流体通路66定位，如上所述，该直的部分由图6中的附图标记74b标识，并且仅通过单个肋80与第二流体通路66分开。因为该直的部分74b朝向中间流动通道72的入口端定位，与第一横流通道68流动连通，它将携带相对较冷的传热流体，而第二流体通路66(流体出口通路)将携带相对较热的传热流体。因此，将存在从第二流体通路66到中间流动通道72的直的部分74b的热传导，如图6中的箭头所示。可以看出，直的部分74b和第二流体出口通路66处于同向流动布置中，并且仅流体流动通路34a和34b包括这样的直的部分74b。
图7示出了根据第二实施例的热交换器100，其中在附图和以下描述中用相同的附图标记标识相同的元件。
热交换器100包括与热交换器10中的流体流动通路34、第一流体通路64和第二流体通路66的相同的总体布置。然而，热交换器10和100之间存在许多差异，诸如：热交换器100包括五个流体流动通路34，所示出的流体流动通路34的数量是可变的；随着距第一端口和第二端口40、42的距离增加，中间流动通道72中的回旋部的数量减小；中间流动通道72中的回旋部不需要具有直的纵向部分74，而是可以包括与纵向轴线成角度和/或弯曲的部分。
如图7中通过箭头所示，在相邻定位的横流通道68、70之间以及在中间流动通道72的纵向部分74与相邻的第一流体通路和第二流体通路64、66之间将存在传导传热。应当理解，在其间发生传导传热的流动通路64、66、68、70、74的部分，如通过箭头所定义的，彼此紧邻并且非常接近，仅由部分地限定了流动通路64、66、68、70、74的单个肋彼此分开；该肋的宽度小于它所分开的流动通路64、66、68、70、74的宽度。
图8示意性地示出了根据第三实施例的热交换器110，其中在附图和以下描述中用相同的附图标记标识相同的元件。在热交换器110中，第一流体和第二流体通路64、66由单独的流体通路112、114代替，流体通路112、114将第一端口和第二端口40、42连接到流体流动通路34的相应的第一端和第二端36、38。根据上面讨论的原理，这些单独的流体通路112、114可以在宽度上渐变，以便调节流体流动通路34中的压降。流体流动通路34a、34b和34c的单独的流体通路112、114在图8中标记为112a、112b、112c、114a、114b和114c。图8的热交换器110中的热传导路径与上述热交换器10的那些热传导路径相同。
图9示意性地示出了根据第四实施例的热交换器120，其中在附图和以下描述中用相同的附图标记标识相同的元件。热交换器120包括标记为34a、34b和34c的三个流体流动通路34。除了每个流体流动通路34的第一端36比流体流动通路34的第二端38更靠近热交换器120的第一端部边缘44之外，流体流动通路34的构造类似于热交换器10的构造；并且每个流体流动通路34的中间流动通道72包括具有纵向端部的横向延伸通道，而不是如热交换器10中的多个回旋部。
如图9中通过箭头所示，在相邻定位的横流通道68、70之间以及在中间流动通道72的纵向端部与相邻的第一流体通路和第二流体通路64、66之间将存在传导传热。应当理解，在其间发生传导传热的流动通路64、66、68、70、72的部分，如通过箭头所定义的，彼此紧邻并且非常接近，仅由部分地限定了流动通路64、66、68、70、72的单个肋彼此分开；该肋的宽度小于它所分开的流动通路64、66、68、70、72的宽度。
图10示意性地示出了根据第五实施例的热交换器130，其中在附图和以下描述中用相同的附图标记标识相同的元件。热交换器120包括标记为34a、34b和34c的三个流体流动通路34。除了每个流体流动通路34的中间流动通道72包括多个横向回旋部，这些横向回旋部包括具有纵向端部的横向延伸通道，流体流动通路34的构造类似于热交换器120的构造。如图10中通过箭头所示，在相邻定位的横流通道68、70之间以及在中间流动通道72的纵向部分与相邻的第一流体通路和第二流体通路64、66之间将存在传导传热。如在上述一些实施例中，为了平衡流体流动通路34a、34b和34c的压降的目的，以改善横跨交换器130的表面区域的温度均匀性，热交换器130中的中间通道72具有更多的回旋部，在流体流动通路34a中具有比在通路34b和34c中间隔更紧密的通道；并且在流体流动通路34c中具有比在通路34a和34b中更少的回旋部和更宽间隔的通道。
如图10中通过箭头所示，在相邻定位的横流通道68、70之间以及在中间流动通道72的纵向部分与相邻的第一流体通路和第二流体通路64、66之间将存在传导传热。应当理解，在其间发生传导传热的流动通路64、66、68、70、72的部分，如通过箭头所定义的，彼此紧邻并且非常接近，仅由部分地限定了流动通路64、66、68、70、72的单个肋彼此分开；该肋的宽度小于它所分开的流动通路64、66、68、70、72的宽度。
尽管许多附图具体示出了发生传导传热的区域，但是应当理解，传导传热可以在本文所标识的两个相邻的流体流动通路或流动通道之间发生，只要它们彼此紧邻并且非常接近，并且只要在流过通路或通道的传热流体之间存在足够的温度差异。例如，在图1-6所示的热交换器10中，在流体流动通路34的中间流动通道72中的相邻的纵向部分74之间可能存在一些传导传热。类似地，在任何流体流动通路34中的中间流动通道72的弯曲部的和相邻的横流通道68、70之间可能存在一些传导传热。相同的说明适用于图7和8中所示的热交换器100和110。在图9和10中所示的热交换器120、130中，在中间流动通道72内的横向延伸的流动通道之间，以及在这些横向流动通道与横流通道68和/或70之间也可以存在传导传热。而且，在本文描述的任何实施例中，在沿着第一端部边缘44的第一流体和第二流体通路64和/或66的向内和横向延伸部分与流体流动通路34a的相邻的横流通道68之间可以存在一些传导传热。
图11-15示意性地示出了根据第六、第七和第八实施例的热交换器140、150和160，其中在附图和以下描述中用相同的附图标记标识相同的元件。在每个热交换器140、150、160中，第一板12以及第一配件和第二配件48、50与热交换器10的那些相同。除了位于第一端口和第二端口40、42所在的端部边缘44附近的流体流动通路34a，以及除了沿着流体流动通路34a的侧部延伸的、在附图中用标记142标识的第二流体通路66的第一湍流部分之外，在每个热交换器140、150、160中，热交换器140、150、160的第二板18与热交换器10的第二板18相同。
在每个热交换器140、150、160中，流体流动通路34a的总宽度相对于热交换器10中的相应流体流动通路34a略微变窄(沿x轴)，其中流体流动通路34a的总宽度被定义为中间流动通道72的纵向部分74的组合宽度，以及分开纵向部分74的纵向肋的组合宽度。由此，沿着流体流动通路34a的侧部延伸的第二流体通路66的第一湍流部分142可以沿着x轴加宽，使得其最大宽度大于沿着流体流动通路34b的侧部延伸的第二流体通路66的部分的宽度。该第一湍流部分142位于第二端口42附近，并且包括在热交换器140、150、160的使用期间热交换器的温度达到最小值(tmin)或最大值(tmax)的区域。由于第一湍流部分142接近第二端口42和流体流动通路34的第二端38，在热交换器140、150、160的使用期间第一湍流部分142中的流体温度处于最小值或最大值。调节流体出口通路66的该第一湍流部分142中的流体温度将增加tmin或降低tmax，从而改善热交换器140、150、160的温度均匀性。
第二流体通路66的第一湍流部分142设有与第二板18的中心区域24一体形成并从第二板18的中心区域24向上延伸的一个或多个流动阻挡件144。如图12和13中所示，每个流动阻挡件144具有平坦或圆形的密封表面146，每个流动阻挡件144的高度(沿z轴)足以使每个流动阻挡件144的密封表面146与第二板18的平面周向密封表面30基本共面，使得每个流动阻挡件144的密封表面146可以密封地连结到第一板12的内表面14。
一个或多个流动阻挡件144设置在第一湍流部分142中，以便随着传热流体朝向或远离第二端口42流过第一湍流部分142，增加传热流体的流动中的湍流，并且打破“边界层”，该“边界层”可以沿着与传热流体接触的热交换器140的内表面形成，诸如第二流体通路66的外边缘。由此，在第一湍流部分142中传热系数增加，其在第一湍流部分142中改善传热并调节温度，从而改善沿着第一板12的外表面16和/或tim的温度均匀性。
一个或多个流动阻挡件144可以沿着流体流动通路34a位于第二流体通路66的第一湍流部分142的外侧。然而，为了在使增加的压降最小化的同时实现温度均匀性的最佳改善，期望至少一些流动阻挡件144位于第一湍流部分142中，其对应于热交换器10中的温度在最大值或最小值处的部分。虽然流动阻挡件144在本文中被描述为位于第二流体通路66的第一湍流部分142内，但是应当理解，替代于或者除了位于第二流体通路66的第一湍流部分142中的一个或多个流动阻挡件144之外，一个或多个流动阻挡件144可以位于沿着流体流动通路34a的侧部延伸的第一流体通路64的相应部分内。
流动阻挡件144的形状、数量和布置可以变化。例如，在图11-15的实施例中，一个或多个流动阻挡件144呈多个圆形(在平面图中)凹窝的形式，每个均具有倾斜的侧部，这些倾斜的侧部从基部朝向平坦或圆形的密封表面向内倾斜。
应当理解，流动阻挡件144不一定与图11-15中所示的那些相同。例如，一个或多个流动阻挡件144可包括例如线性肋、非线性肋或非圆形凹窝。而且，在所有实施例中并非严格要求一个或多个流动阻挡件144的顶表面被密封到第一板12的内表面14和/或与第一板12的内表面14接触。此外，在一些实施例中，一个或多个流动阻挡件144不一定与第二板18一体形成。例如，在一些实施例中，一个或多个流动阻挡件144可包括诸如波纹翅片或湍流增强器的湍流增强插入件，以便提供增加的湍流和表面区域而用于传热。
当在本文中使用时，术语“翅片”和“湍流增强器”意在指的是波纹湍流增强插入件，其具有多个由侧壁连接的脊部或峰部，脊部是圆形的或平坦的。如在本文中限定的，“翅片”具有连续的脊部，而“湍流增强器”具有沿其长度中断的脊部，以提供曲折的流动路径。湍流增强器有时被称作偏置的或切开的条状翅片，并且这种湍流增强器的示例在美国专利第re.35,890号(so)和美国专利第6,273,183号(so等人)中描述。so和so等人的专利以其全部内容以参见的方式纳入本文。
流动阻挡件144可以以如图11-13和15所示的交错图案布置，以增强流动阻挡件144的湍流效果。或者，如图14所示，流动阻挡件144可以平行于y轴沿直线对齐。
此外，在图14和15中所示的热交换器150、160中，第二流体通路66的内壁162和/或外壁164在第一湍流部分142中各自设有呈湍流增强壁特征166形式的一个或多个不规则部。内壁162将第二流体通路66的第一湍流部分142与流体流动通路34a分开，并且外壁164将第二流体通路66的第一湍流部分142与平面凸缘28分开。在所示实施例中，每个湍流增强壁特征166包括向内延伸的突出部，该突出部从相应的壁162、164中的一个延伸到第二流体通路66中。
随着传热流体朝向或远离第二端口42流过第一湍流部分142，每个湍流增强壁特征166增加传热流体的流动中的湍流，并且以如上所述的打破“边界层”。
在湍流增强壁特征166如热交换器150和160中那样呈向内延伸的突出部的形式的情况下，它们通过提供第二流体通路66的局部变窄和/或加宽来增加湍流并打破边界层。在本实施例中，湍流增强壁特征166包括从壁162、164向内突起的圆形突出部，在第一湍流部分142中的每个壁162、164中设有多个间隔开的湍流增强壁特征166。设置在每个壁162、164中的湍流增强壁特征166的形状、数量和间隔是可变的，并且不一定与图14和15中所示的相同。
在图14的实施例中，内壁162中的每个湍流增强壁特征166与外壁164中的一个湍流增强壁特征166直接相对(沿x轴)，并且相对于每个流动阻挡件144是交错的(沿y轴)。
在图15的实施例中，内壁162的湍流增强壁特征166相对于外壁164的湍流增强壁特征166交错(沿y轴)，并且每个湍流增强壁特征166与流动阻挡件144中的一个直接相对(即，沿x轴对齐)。
虽然湍流增强壁特征166在本文中被描述为位于第二流体通路66的第一湍流部分142内，但是应当理解，替代于或者除了位于第二流体通路66的第一湍流部分142中的一个或多个湍流增强壁特征166之外，一个或多个湍流增强壁特征166也可以位于沿着流体流动通路34a的侧部延伸的第一流体通路64的相应部分内。
现在在下面参考图16至18描述根据第九实施例的热交换器170，其中在附图和以下描述中用相同的附图标记标识相同的元件。
在热交换器170中，第一板12以及第一配件和第二配件48、50可以与热交换器10的那些相同。热交换器170的第二板18类似于热交换器140、150、160的第二板18，但是如下所述，在几个方面与其不同。
首先，如图所示，流体流动通路34、64和66的图案可以是上面的热交换器140、150、160中的图案的镜像。热交换器170的第二板18包括沿着最靠近端口40、42的流体流动通路34a的侧部延伸的第二流体通路66的第一湍流部分142。与热交换器140、150、160相反，热交换器170的第一湍流部分142可以具有与第二流体通路66的其它部分相同的宽度(沿x轴)。
第二流体通路66的第一湍流部分142设有与第二板18的中心区域24一体形成并从第二板18的中心区域24向上延伸的一个或多个流动阻挡件144。如图18中所示，每个流动阻挡件144具有平坦或圆形的密封表面146，每个流动阻挡件144的高度(沿z轴)足以使每个流动阻挡件144的密封表面146与第二板18的平面周向密封表面30基本共面，使得每个流动阻挡件144的密封表面146可以密封地连结到第一板12的内表面14。
第一湍流部分142中的流动阻挡件144平行于y轴沿直线布置。由于第一湍流部分142的相对狭窄(关于热交换器140、150、160中的第一湍流部分142)，流动阻挡件144的基部的宽度(沿x轴)可与第一湍流部分142的宽度相同，或略小于第一湍流部分142的宽度。
热交换器170的第二板18还具有第二湍流部分148，其包括沿着流体流动通路34a的侧部延伸的第一流体通路64的部分。
热交换器170的第二湍流部分148具有与热交换器140的第一湍流部分142类似的构造。在这方面，流体流动通路34a的总宽度相对于热交换器10中的相应流体流动通路34a略微变窄(沿x轴)，其中流体流动通路34a的总宽度被定义为中间流动通道72的纵向部分74的组合宽度，以及分开纵向部分74的纵向肋的组合宽度。由此，沿着流体流动通路34a的侧部延伸的第一流体通路64的第二湍流部分148可以沿着x轴加宽，使得其最大宽度大于沿着流体流动通路34b的侧部延伸的第二流体通路66的部分的宽度。该第二湍流部分148位于第一端口40附近，并且包括在热交换器170的使用期间热交换器的温度达到最小值(tmin)或最大值(tmax)的区域。
第二流体通路66的第二湍流部分148设有一个或多个流动阻挡件144，这些流动阻挡件144与第二板18的中心区域24一体地形成并且从第二板18的中心区域24向上延伸，并且可以与第一湍流部分142中的流动阻挡件144相同。第二湍流部分148的流动阻挡件144可以以如图11所示的交错图案布置，以增强流动阻挡件144的湍流效果。
热交换器170还设有多个支承元件172，这些支承元件172可包括具有与流动阻挡件144相同的形状和尺寸的凹窝。这些支承元件172可设置在热交换器170的无支承区域中，诸如流体流动通路34的相对宽的第一端36。
因此，可以看出，热交换器170包括布置在最靠近第一端口和第二端口40、42的流体流动通路34a旁边的第一湍流部分和第二湍流部分142、148。如上所述，在热交换器170的、其中温度在最大值或最小值处的区域中提供流动阻挡件144，有助于实现温度均匀性的最佳改善，同时使增加的压降最小化。在本实施例中，第一端口40可以包括入口端口，而第二端口42可以包括出口端口，然而，流动方向可以反转。
流动阻挡件144和支承元件172的形状、数量和布置可以与图16-18中所示的具体布置不同。例如，流动阻挡件144和支承元件172可包括例如线性肋、非线性肋或非圆形凹窝。而且，在所有实施例中并非严格要求一个或多个流动阻挡件144的顶表面被密封到第一板12的内表面14和/或与第一板12的内表面14接触。此外，在一些实施例中，如上所述，流动阻挡件144和支承元件不必与第二板18一体地形成，而是替代地可以包括诸如波纹翅片或湍流增强器的湍流增强插入件。
可以看出，热交换器140、150、160、170中的热传导路径类似于上面参考热交换器10所讨论的那些。例如，在相邻定位的横流通道68、70之间以及在中间流动通道72的纵向部分74与相邻的第一流体通路和第二流体通路64、66之间将存在传导传热。应当理解，在其间发生传导传热的流动通路64、66、68、70、74的各部分彼此紧邻并且非常接近，仅由部分地限定了流动通路64、66、68、70、74的单个肋80彼此分开；肋80的宽度小于它所分开的流动通路64、66、68、70、74的宽度。
尽管本文描述的热交换器是冷板，但是应当理解，ice板式热交换器也在本公开的范围内。在这方面，ice板式热交换器可以由与上述第二板18类似或相同的两个镜像形板构成，并且可选地具有从热交换器的一个边缘突出的“侧入式”第一配件和第二配件。
虽然已经结合本公开描述了各种实施例，但是应该理解，可以在本公开的范围内对所描述的示例性实施例进行某些改变和修改。因而，认为上述实施例是示意性的而非限制性的。
1.一种热交换器，其特征在于，包括：
(a)第一板，所述第一板具有内表面和外表面；
(b)第二板，所述第二板具有内表面和外表面，其中所述第一板和所述第二板利用它们处于相对的面向彼此的关系的内表面连结在一起，并且所述内表面的部分彼此间隔开；
(c)多个流体流动通路，所述多个流体流动通路适于传热流体的流动，并位于所述第一板和所述第二板的所述内表面的间隔开的部分之间；
(d)入口端口，所述入口端口用于将所述传热流体供应到所述多个流体流动通路；以及
(e)出口端口，所述出口端口用于将所述传热流体从所述多个流体流动通路排出；
其中所述入口端口和所述出口端口位于所述热交换器的第一端附近，并且所述多个流体流动通路沿着所述热交换器的纵向轴线布置；
其中每个所述流体流动通路包括：
(i)第一端，所述流体流动通路通过所述第一端与所述入口端口连通；
(ii)第二端，所述流体流动通路通过所述第二端与所述出口端口连通；
(iii)横跨所述热交换器横向延伸的第一横流通道，其中所述第一横流通道通过所述流体流动通路的所述第一端与所述入口端口流动连通；以及
(iv)横跨所述热交换器横向延伸的第二横流通道，其中所述第二横流通道通过所述流体流动通路的所述第二端与所述出口端口流动连通；
其中每个所述流体流动通路的所述第一横流通道和所述第二横流通道沿着所述纵向轴线彼此间隔开；以及
其中每个所述流体流动通路具有下列中的至少一个：
-它的第一横流通道紧邻并且非常接近相邻一个所述流体流动通路的所述第二横流通道定位；以及
-它的第二横流通道紧邻并且非常接近相邻一个所述流体流动通路的所述第一横流通道定位。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，彼此紧邻并且非常接近定位的所述第一横流通道和所述第二横流通道以小于所述第一横流通道和所述第二横流通道之一的宽度的距离分开。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，彼此紧邻并且非常接近定位的所述第一横流通道和所述第二横流通道被部分地限定每个所述第一横流通道和所述第二横流通道的单个肋分开；并且
并且所述肋的宽度小于所述第一横流通道和所述第二横流通道之一的宽度。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第二横流通道比所述第一横流通道更靠近所述热交换器的所述第一端定位。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流体流动通路沿着所述纵向轴线平行布置。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一横流通道和所述第二横流通道是直的并且彼此平行。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，每个所述流体流动通路还包括中间流动通道，所述中间流动通道与所述第一横流通道和所述第二横流通道流动连通，并且适于从所述第一横流通道接收传热流体且将所述传热流体排出到所述第二横流通道。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，每个所述流体流动通路的所述中间流动通道占据所述流体流动通路的大部分区域。
9.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括第一侧部边缘和第二侧部边缘；
其中，流过每个所述流体流动通路的所述中间流动通道的流体的总体方向是第一横向方向，所述第一横向方向横向于从所述第二侧部边缘到所述第一侧部边缘的所述纵向轴线；以及
其中流过所述第一横流通道和所述第二横流通道的流体的方向是与所述第一横向方向相对的第二横向方向。
10.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，每个所述流体流动通路的所述中间流动通道包括多个形成蛇形流动路径的回旋部。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，每个所述中间流动通道的所述多个回旋部包括多个直的部分，所述多个直的部分在它们的端部处通过多个弯曲部互连。
12.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述直的部分至少大致沿着所述纵向轴线延伸。
13.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述直的部分横向延伸。
14.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，每个所述流体流动通路的所述中间流动通道包括具有纵向端部的横向延伸通道。
15.根据权利要求11所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器还包括：
第一侧部边缘和第二侧部边缘，所述入口端口位于所述第一侧部边缘附近，所述出口端口位于所述第二侧部边缘附近；
流体入口通路，所述流体入口通路与每个所述流体流动通路的所述第一端和所述入口端口流动连通，其中所述流体入口通路沿着所述第一侧部边缘延伸；以及
流体出口通路，所述流体出口通路与每个所述流体流动通路的所述第二端和所述出口端口流动连通，其中所述流体出口通路沿着所述第二侧部边缘延伸；
其中每个所述中间流动通道的所述多个直的部分平行于所述纵向轴线，并且其中每个所述弯曲部是圆形的180度发夹状弯曲部；以及
其中至少一个所述中间通道的所述直的部分中的一个邻近并且非常接近所述流体入口通路，并且至少一个所述中间通道的所述直的部分中的一个紧邻并且非常接近所述流体出口通路。
16.根据权利要求15所述的热交换器，其特征在于，所述直的部分和所述流体出口通路以小于所述直的部分和所述流体出口通路之一的宽度的距离分开。
17.根据权利要求15所述的热交换器，其特征在于，所述直的部分和所述流体出口通路由单个肋分开，所述单个肋部分地限定所述第一横流通道和所述第二横流通道中的每个；并且
其中所述肋的宽度小于所述直的部分和所述流体出口通路之一的宽度。
18.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，一个或多个流体流动通路包括至少一个特征，以增加所述一个或多个流体流动通路内的压降，其中所述至少一个特征选自由以下组成的组：
-相对于一个或多个其它流体流动通路，所述流体流动通路的所述第一端和/或所述第二端的宽度更大或更小；
-相对于一个或多个其它流体流动通路，所述第一横流通道和/或所述第二横流通道的宽度更大或更小；
-相对于一个或多个其它流体流动通路，中间流动通道的宽度更大或更小；
-相对于一个或多个其它流体流动通路，所述中间流动通道中的回旋部的数量更多或更少；
-相对于一个或多个其它流体流动通路，更大或更小的纵向长度；以及
-相对于一个或多个其它流体流动通路，更大或更小的横向宽度。
19.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述热交换器具有成对相对的、纵向延伸的侧部边缘，并且所述热交换器还包括：
流体入口通路，所述流体入口通路与每个所述流体流动通路的所述第一端和所述入口端口流动连通，其中所述流体入口通路沿着所述热交换器的所述侧部边缘的第一个延伸；以及
流体出口通路，所述流体出口通路与每个所述流体流动通路的所述第二端和所述出口端口流动连通，其中所述流体出口通路沿着所述热交换器的所述侧部边缘的第二个延伸。
20.根据权利要求19所述的热交换器，其特征在于，每个所述流体流动通路的所述第一端包括所述流体入口通路的分支开口，其中所述流体流动通路的所述第一端沿着所述纵向轴线彼此间隔开；以及
其中每个所述流体流动通路的所述第二端包括所述流体出口通路的分支开口，其中所述流体流动通路的所述第二端沿着所述纵向轴线彼此间隔开。
21.根据权利要求20所述的热交换器，其特征在于，每个所述流体流动通路的所述第一端具有宽度，并且其中所述第一端的所述宽度随着距所述热交换器的所述第一端的距离的增加而逐渐变大。
22.根据权利要求20所述的热交换器，其特征在于，每个所述流体流动通路的所述第二端具有宽度，并且其中所述第二端的所述宽度随着距所述热交换器的所述第一端的距离的增加而逐渐变大。
23.根据权利要求19所述的热交换器，其特征在于，位于所述入口端口附近的所述流体入口通路的部分包括在所述热交换器的使用期间使所述热交换器的温度达到最小值的区域；
其中，位于所述出口端口附近的所述流体出口通路的部分包括在所述热交换器的使用期间使所述热交换器的温度达到最大值的区域；并且
其中，至少有一个如下情况：
位于所述出口端口附近的所述流体出口通路的部分包括第一湍流部分，所述第一湍流部分包括一个或多个流动阻挡件，以增加流过所述第一湍流部分的所述传热流体中的湍流；以及
位于所述入口端口附近的所述流体入口通路的部分包括第二湍流部分，所述第二湍流部分包括一个或多个流动阻挡件，以增加流过所述第一湍流部分的所述传热流体中的湍流。
24.根据权利要求23所述的热交换器，其特征在于，所述一个或多个流动阻挡件选自：肋、凹窝、湍流增强器和波纹翅片。
25.根据权利要求24所述的热交换器，其特征在于，所述一个或多个流动阻挡件包括多个凹窝，所述多个凹窝与所述第二板一体地形成并且具有密封地连结到所述第一板的所述内表面的密封表面；
其中所述第一湍流部分和所述第二湍流部分的至少一个中的所述凹窝以交错图案布置。
26.根据权利要求23-25中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述第一湍流部分和所述第二湍流部分均沿着最靠近所述入口端口和所述出口端口的所述流体流动通路的一侧延伸。
27.根据权利要求23所述的热交换器，其特征在于，所述第一湍流部分和所述第二湍流部分中的至少一个包括一个或多个湍流增强壁特征，以增加流过所述第一湍流部分和所述第二湍流部分中的所述至少一个的所述传热流体中的湍流。
技术总结