CN113432452A - 具有独立挡板的多分支热交换器 - Google Patents

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Abstract

热交换器包括芯，该芯限定了用于第一流体流的第一通道和用于第二流体流的第二通道。芯包括联接在一起的多个晶胞的组件。每个晶胞限定内部容积内的第一通道部分和外表面处的第二通道部分。每个晶胞包括进入内部容积的多个第一开口，并且在多个晶胞之间的容积中形成第二通道。该组件被成形为在第一流体和第二流体之间的热交换期间合并和分开第一通道部分中的第一流体，并且合并和分开第二通道部分中的第二流体。每个第二通道部分从三个其他第二通道部分接收第二流体。热交换器还包括在第一通道或第二通道中的至少一个中的至少一个挡板，以独立于第二流体流引导第一流体流。

Description

具有独立挡板的多分支热交换器
技术领域
公开总体上涉及热交换器，并且更具体地，涉及包括形成分叉流动通道的晶胞和允许独立阻挡每个流体域的挡板设计的热交换器。
背景技术
一些热交换器利用流过热交换器并传递热量的传热流体。热交换器的传热效率至少部分地由传热流体通过热交换器的流动来确定。随着传热流体流过热交换器，传热流体倾向于建立边界层，该边界层增加了热阻并降低了热交换器的传热效率。热交换器的传热效率也受到热交换器的特性(例如材料性能、表面积、流动构型、压降以及对热交换电阻率)的影响。改善这些特性中的任何一个都可以使热交换器具有更高的传热效率。
一些***或应用需要热交换器以适合于指定的***容积内并且重量小于指定的重量。减小热交换器的尺寸以满足***要求会影响确定传热效率的特性。一些热交换器的形状不适合安装在***中，这导致空间的无效利用和/或浪费容积。使用需要多个接头(例如钎焊接头和焊接接头)的制造技术来形成一些热交换器以满足***要求。这样的接头可能随着时间的流逝而劣化，从而降低了热交换器的使用寿命。
发明内容
根据一个示例，热交换器包括芯。芯限定构造成使第一流体流过的第一通道和构造成使第二流体流过的第二通道。芯包括由联接在一起的多个单元构成的组件。该组件的每个晶胞限定每个晶胞的内部容积内的第一通道部分，并且在每个晶胞的外表面上的第二通道部分。每个晶胞包括多个进入内部容积的第一开口，以使第一流体流过第一通道部分。该组件在联接在一起的多个晶胞之间的容积中形成第二通道。该组件被成形为在第一流体与第二流体之间的热交换期间，合并和分开每个晶胞的第一通道部分中的第一流体，并且合并和分开每个晶胞的第二通道部分中的第二流体。每个第二通道部分从三个其他第二通道部分接收第二流体。热交换器还包括在第一通道或第二通道中的至少一个中的至少一个挡板，该挡板被构造成独立于第二流体的流动而引导第一流体的流动。
附图说明
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本公开的这些和其他特征，方面和优点，其中在整个附图中，相同的字符表示相同的部分，其中：
图1是示例性热交换器的示意性截面图。
图2是图1所示的热交换器的一部分的示意图。
图3是图2所示的热交换器的晶胞的示意性等距视图。
图4是图3所示的多个晶胞的示意性侧视图。
图5是图1所示的用于热交换器中的示例性晶胞的示意性侧视图。
图6是图5所示的流过多个晶胞的流体的示意图。
图7是图1所示的热交换器的壳体相邻的多个示例性流动通道的示意图。
图8是图1所示的热交换器的多个示例性流动构造的示意图。
图9是图1所示的热交换器的混合逆向流动构造的示意图。
图10是图1中所示的热交换器的混合平行流动构造的示意图。
图11是示例性热交换器芯的示意性透视图。
图12是图11的示例性热交换器芯的示意性侧视图。
图13是图11的示例性热交换器芯的示意性端视图。
图14是第一流动域和第二流动域的示意图。
具体实施方式
在以下说明书和权利要求书中，将参考多个术语，这些术语应被定义为具有以下含义。
除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个”，“一种”和“该”包括复数形式。
“可选的”或“可选地”是指随后描述的事件或情况可能会或可能不会发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件未发生的实例。
如本文在整个说明书和权利要求书中所使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与之相关的基本功能的变化。因此，由诸如“大约”，“基本上”和“近似”的一个或多个术语修饰的值不限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。在此以及整个说明书和权利要求书中，可以组合和/或互换范围限制，除非上下文或语言另有指示，否则这种范围被识别并且包括其中包含的所有子范围。
如本文中所使用的，术语“轴向”和“轴向地”是指基本平行于热交换器的中心线延伸的方向和取向。此外，术语“径向”和“径向地”是指基本上垂直于热交换器的中心线延伸的方向和取向。另外，如本文所使用的，术语“周向”和“周向的”是指围绕热交换器的中心线弧形地延伸的方向和取向。还应当理解，本文所用的术语“流体”包括任何流动的介质或材料，包括但不限于空气，气体，液体和蒸汽。
本文所述的***和方法包括使热交换器能够具有不同的形状，尺寸和流动构造的芯。芯包括多个晶胞。晶胞限定用于至少两种不同的热交换流体的通道，使得流体在仅由晶胞的侧壁隔开的近距离合并和分开。在一些实施例中，每个晶胞被构造成从至少三个其他晶胞接收热交换流体流，使得该流合并成单个流。此外，每个晶胞形成三叉通道部分，从而使气流分开并被排放到至少三个其他晶胞中。结果，与已知的热交换器中的热交换流体相比，热交换流体的热边界层减少，并且热交换流体更有效地通过晶胞的侧壁来传递热。此外，本文描述的热交换器包括多种布置和流动构造，以满足整体***要求并具有提高的效率。
图1是示例性热交换器100的截面图。图2是热交换器100的一部分的局部示意图。热交换器100包括芯102、重定向部分103、歧管部分104和壳体106。歧管部分104、芯102和重定向部分103中的每一个包括多个晶胞108，多个晶胞108限定用于第一流体112流过的第一通道110和用于第二流体116流过的第二通道114。在重定向部分103中，第一流体112和第二流体116被晶胞108重定向。具体地，第一流体112和第二流体116在重定向部分103中被转向大约180度(大约3.1415弧度)。在替代实施例中，热交换器100具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何构造。例如，在一些实施例中，第一流体112和/或第二流体116的至少一部分被构造成容纳热冲击的至少部分固体的物质代替，例如蜡，易熔合金和/或熔融盐。
在示例性实施例中，歧管部分104包括第一入口118、第二入口120、入口集管122、出口集管124、第一出口126和第二出口128。在替代实施例中，歧管部分104具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何构造。例如，在一些实施例中，歧管部分104包括多个第一入口118、第二入口120、入口集管122、出口集管124、第一出口126和/或第二出口128。在另外的实施例中，热交换器100包括联接到芯102的多个歧管部分104。
在示例性实施例中，入口集管122和出口集管124各自包括与第一通道110流体连通的多个端口130。入口集管122和出口集管124的横截面积沿第一流体112的流动方向变化，以容纳由于第一流体112流过端口130而导致入口集管122和出口集管124中的第一流体112的不同容积。具体地，入口集管122的横截面积从第一入口118附近的最大横截面面积逐渐减窄到入口集管122的远端附近的最小横截面积。出口集管124的横截面面积从邻近出口集管124的远端的最小横截面面积增加到邻近第一出口126的最大横截面面积。端口130基本上呈钟形，以便于流体平稳地流过端口130，并使不可逆向流动损失最小化。在替代实施例中，热交换器100包括使热交换器100能够如本文所述操作的任何入口集管122和出口集管124。例如，在一些实施例中，热交换器100包括多个入口集管122和出口集管124。在另外的实施例中，至少一个入口集管122和/或出口集管124联接到第二通道114。
在示例性实施例中，芯102还包括入口气室134和出口气室136。入口气室134和出口气室136与第二通道114流体连通。入口气室134联接至第二入口120并且出口气室136连接到第二出口128。入口气室134和出口气室136与入口集管122和出口集管124相邻，以当第一流体112和第二流体116流入和流出芯102时促进第一流体112和第二流体116进行热交换。此外，多个导管125联接至入口集管122和出口集管124并且延伸穿过入口气室134和出口气室136。在替代实施例中，热交换器100包括使热交换器100能够如本文所述操作的任何入口气室134和出口气室136。
此外，在示例性实施例中，使用增材制造工艺来制造芯102。增材制造工艺允许芯102具有复杂的几何形状，同时限制芯102的接头数量。在替代实施例中，以使热交换器100能够如本文所述操作的任何方式形成芯102。
在热交换器100的操作期间，第一流体112通过第一入口118流入入口集管122，并通过端口130分配到第一通道110中。第一通道110中的第一流体112被引导通过芯102、重定向部分103和歧管部分104。流过第一通道110之后，第一流体112通过端口130流入出口集管124，并通过第一出口126从热交换器100排出。第二流体116通过第二入口120流入入口气室134，并分配到第二通道114。第一通道114中的第二流体116被引导通过芯102，重定向部分103和歧管部分104。在通过第二通道114之后，第二流体116流入出口气室136，在那里第二流体116通过第二出口128从热交换器100排出。
在替代实施例中，热交换器100包括使热交换器100能够如本文所述操作的任何通道。例如，在一些实施例中，热交换器100包括至少一个旁路通道(未示出)，以使第一流体112和/或第二流体116能够绕过第一通道110和/或第二通道114的至少一部分。旁路通道(未示出)延伸穿过热交换器100的任何部分，例如，穿过芯102、重定向部分103、歧管部分104、和/或沿着热交换器100的***。结果，旁路通道(未示出)有助于管理由于过量的第一流体112和/或第二流体116而引起的压降。
此外，在示例性实施例中，芯102被构造成使得当第一流体112和第二流体116流过芯102、重定向部分103和歧管部分104时，第一流体112和第二流体116交换热量。例如，如图2所示，当第一流体112和第二流体116流过第一通道110和第二通道114的由晶胞108限定的部分时，第一流体112和第二流体116通过晶胞108的侧壁进行热交换。如将在下面更详细地描述的，晶胞108限定了第一通道110和第二通道114的一部分，其中第一流体112和第二流体116结合并***以破坏第一流体112和第二流体116中的热边界层。在示例性实施例中，晶胞108被对齐并且联接在一起，使得芯102基本对称，这有利于热交换器100的多种流动构造。例如，在所示的实施例中，芯102具有菱形形状。在替代实施例中，芯102具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何构造。
在一些实施例中，芯102被分成独立的区域。晶胞108有助于将芯102分割和/或分段成独立区域。在另外的实施例中，热交换器100包括多个离散的芯102。晶胞108的重复的几何形状促进了芯102以多种不同构造联接至其他芯102。在一些实施例中，热交换器100包括连接分开的芯102的段(未示出)，使得一部分流体流过芯102之间的段。
图3是晶胞108的示意性等距视图。图4是多个晶胞108的示意性侧视图。在一些实施例中，芯102包括一些晶胞108，这些晶胞在某些方面与图3和图4所示的晶胞108不同。在示例性实施例中，每个晶胞108包括限定多个晶胞入口140、多个晶胞出口142、内表面144和外表面146的侧壁138。第一流体112通过晶胞入口140流入晶胞108，接触内表面144，并通过晶胞出口142流出晶胞108。第二流体116流过晶胞108，使得第二流体116接触外表面146。在所示实施例中，每个晶胞108具有三个晶胞入口140和三个晶胞出口142。在替代实施例中，晶胞108具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何晶胞入口140和晶胞出口142。
同样，在示例性实施例中，每个晶胞108形成第一通道110的第一通道部分148和第二通道114的第二通道部分150。第一通道部分148和第二通道部分150被构造成用于第一流体112和第二流体116通过侧壁138交换热能。在操作中，第一流体112从与其他晶胞108相关联的其他第一通路部分148流入第一通路部分148。第一通路部分148分叉使得第一流体112从第一通道部分148流出朝向另外的第一通道部分148。特别地，第一通道部分148三分叉，使得第一流体112朝向三个不同的第一通道部分148流入三个流动路径。第二流体116从其他第二通道流动到第二通道部分150中。第二通道部分150分叉，使得第二流体116流出第二通道部分150朝向另外的第二通道部分150。特别地，第一通道部分148三分叉，使得第二流体116朝向三个不同的第二通道部分150流入三个流动路径。第一通道部分148和第二通道部分150分叉成大约90°度角。在替代实施例中，第一通道部分148和第二通道部分150以使热交换器100能够如本文所述操作的任何角度分叉。
第一通道部分148和第二通道部分150的分叉形状提供了额外的表面积，以利于第一流体112和第二流体116之间的热交换。此外，晶胞108的分叉减少和/或抑制了第一流体112和第二流体116中的热边界层的形成。例如，每当第一流体112和第二流体116由于晶胞108分叉而被重定向时，热边界层和动量边界层就被破坏。此外，在晶胞108中重复的分叉抑制了第一流体112和第二流体116建立显着的热边界层和动量边界层。在替代实施例中，第一通道部分148和第二通道部分150具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何构造。
此外，在示例性实施例中，第一通道部分148具有第一液压直径152，并且第二通道部分150具有第二液压直径154。基于流量要求(例如流动速率、压降和热传递和/或热交换器100的容积要求)来确定第一液压直径152和第二液压直径154。单元热交换器108形成第一通道部分148，使得第一液压直径152大约等于晶胞入口140的宽度。第二通道部分150由多个晶胞108形成。因此，晶胞108仅跨越第二液压直径154的一部分。在所示的实施例中，晶胞108跨越第二液压直径154的大约一半。此外，在示例性实施例中，第一液压直径152大约等于第二液压直径154。在替代实施例中，第一通道部分148和第二通道部分150具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何液压直径。例如，在一些实施例中，第一液压直径152和第二液压直径154彼此不同。在另外的实施例中，第一液压直径152大于第二液压直径154，使得第一液压直径152与第二液压直径154的比率为至少2：1。
此外，在示例性实施例中，第一通道部分148和第二通道部分150具有正方形的横截面形状。在替代实施例中，第一通道部分148和第二通道部分150具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何横截面形状。例如，在一些实施例中，第一通道部分148和/或第二通道部分150具有以下横截面形状中的任何一种，但不限于：矩形、菱形、圆形和三角形。此外，在一些实施例中，第一通道部分148和/或第二通道部分150包括以下中的任何一个，但不限于：翅片、具有工程粗糙度的表面、通过制造工艺粗糙化的表面、任何其他传热增强以及其组合。
在示例性实施例中，至少部分地基于以下任一项来确定晶胞108的形状和尺寸，而不限于：表面积、压降、芯102的紧密度和流体流。在示例性实施例中，晶胞108具有基本相同的形状。特别地，晶胞108具有部分长方体的形状。在替代实施例中，芯102包括使热交换器100能够如本文所述操作的任何晶胞108。在一些实施例中，芯102包括构造彼此不同的晶胞108。在另外的实施例中，晶胞108的形状至少部分地符合芯102的形状。例如，在一些实施例中，晶胞108至少部分地弯曲以与芯102的环形形状对准。
在一些实施例中，晶胞108的至少一部分是柔性的，以促进晶胞108响应于第一流体112和/或第二流体116的特性(诸如压力、流动速率、容积和密度)而变换。例如，在一些实施例中，侧壁138是柔性的并且可调节以减弱流体涌动。在另外的实施例中，晶胞108是柔性的，使得第一流体112导致第一通道110膨胀并且至少部分地推动第二流体116通过第二通道114。在示例性实施例中，晶胞108的侧壁138是基本上刚性的。在替代实施例中，晶胞108具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何程度的柔性。
图5是在热交换器100中使用的晶胞156的示意性侧视图。图6是通过多个晶胞156的流体流的示意图。晶胞156包括至少部分地限定第一通道部分148和第二通道部分150的侧壁158。第一通道部分148具有第一液压直径152，并且第二通道部分150具有第二液压直径154。晶胞156被构造为使得第一液压直径152不同于第二液压直径154。此外，侧壁158至少部分地弯曲，使得第一通道部分148和第二通道部分150形成混合流动通道。特别地，侧壁158的边缘被混合以促进平稳的流体流。第一通道部分148和第二通道部分150的流体动力学形状减小了由于第一流体112和第二流体116的方向变化而引起的压降。在替代实施例中，芯102包括使热交换器100能够如本文所述操作的任何晶胞156。在一些实施例中，晶胞156结合了最小的表面以促进晶胞156的混合。例如，在一些实施例中，晶胞156保持恒定的质量和减小的应力以增加结构和压力能力。在其他的实施例中，结构和压力能力保持恒定并且质量减小。
具体参照图6，描述了第一流体112和第二流体116通过多个晶胞108的示例流动。图6包括X轴，Y轴和Z轴，贯穿以下描述作为参考。箭头160指示第一流体112的流动方向，而箭头162指示第二流体116的流动方向。箭头160和箭头162在X方向，Y方向和Z方向上延伸。特别地，在Z方向上延伸的箭头160远离观察者指向图纸，并且在Z方向上延伸的箭头162离开图纸指向观察者。
晶胞108以流动连通的方式联接，以使得每个第一通道部分148接收来自三个其他第一通道部分148的第一流体112，并且每个第二通道部分150接收来自三个其他第二通道部分150的第二流体116。此外，每个第一通道部分148将第一流体112引向三个不同的第一通道部分148，并且每个第二通道部分150将第二流体116引向三个不同的第二通道部分150。因此，第一流体112和第二流体116在至少部分地逆向流动的方向上流动。在替代实施例中，第一流体112和第二流体116在使热交换器100能够如本文所述操作的任何方向上流动。例如，在一些实施例中，热交换器100被配置为使得第一流体112和第二流体116在逆向流动方向、平行流动方向、交叉流动方向以及它们的混合方向上流动。
图7是与热交换器100的壳体106(图1所示)相邻的流动通道166的示意图。流动通道166由***晶胞168形成，使得流体170流过流动通道166。流体170是第一流体112(图1所示)和第二流体116(图1所示)之一。在替代实施例中，流体170是使热交换器100能够如本文所述操作的任何流体。在示例性实施例中，流动通道166被构造成将流体170引导离开壳体106，以阻止流体170被截留在停滞区域172中。一些流动通道166包括阻挡器174，其阻止流体170进入停滞区域172。一些流动通道流体通道166包括用于流体170从停滞区域172流出的通道176。在替代实施例中，以使热交换器100能够如本文所述操作的任何方式构造流动通道166。例如，在一些实施例中，晶胞168被构造成使得流体170流过几何流动转变，例如在重定向部分103(如图1所示)中的180度转向(大约3.1415弧度)，同时在整个几何流动转变的至少一部分中保持热交换。
在一些实施例中，热交换器100的部件(例如，芯102)用于不一定需要热交换的应用中。例如，在一些实施例中，热交换器100的部件用于反应器应用、传质应用、相变应用和固体氧化物燃料电池(SOFC)中。在SOFC***的一些实施例中，晶胞108位于阳极-电解质-阴极层之间。在相变***的一些实施例中，晶胞108包括具有小孔(未示出)和/或工程表面(未示出)的侧壁138，以允许流体沸腾和/或冷凝。在替代实施例中，热交换器100用于需要流体移动的任何应用和/或***。
图8是热交换器100的流动构造的示意图。热交换器100被构造为使得第一流体112和第二流体116在多个方向上流过芯102。特别地，歧管部分104在不同的位置被构造和/或联接到芯102，使得第一流体112和第二流体116在不同的方向上被引导通过芯102。芯102不必改变晶胞108的形状、尺寸和/或布置以适应歧管部分104的不同位置和构造。此外，芯102和歧管部分104的不同构造使热交换器100能够满足特定***要求，例如形状、空间和管道要求。例如，在一些实施例中，歧管部分104联接至芯102上的特定位置，其使热交换器100能够适合不同的空间、形状和/或管道连接。在另外的实施例中，晶胞108联接在一起以形成具有所需形状和流动构造的芯102。在替代实施例中，芯102和歧管部分104具有使热交换器100能够如本文所述操作的任何构造。
在一个实施例中，热交换器100被构造成使得第一流体112和第二流体116以逆向流动构造200流过芯102。在逆向流动构造200中，第一歧管部分202和第二歧管部分204联接到芯102的相对端。第一歧管部分202包括第一流体入口206和第二流体出口208。第二歧管部分204包括第一流体出口210和第二流体入口212。第一流体112从第一流体入口206被引导通过芯102朝向第一流体出口210，第二流体116从第二流体入口212被引导通过芯102朝向第二流体出口208。结果，第一流体112和第二流体116在基本上相反的方向上流过芯102。
在另一个实施例中，热交换器100被构造为使得第一流体112和第二流体116以平行流动构造214流过芯102。在平行流动构造214中，第一歧管部分216和第二歧管部分218联接到芯102的相对端。第一歧管部分216包括第一流体入口220和第二流体入口222。第二歧管部分218包括第一流体出口224和第二流体出口226。第一流体112从第一流体入口220被引导通过芯102朝向第一流体出口224，第二流体116从第二流体入口222被引导通过芯102朝向第二流体出口226。结果，第一流体112和第二流体116在基本上平行的方向上流过芯102。
在另一个实施例中，热交换器100被构造为使得第一流体112和第二流体116以交叉流动构造228流过芯102。在交叉流动构造228中，第一歧管部分230和第二歧管部分232为联接到芯102的相对端。第三歧管部分234和第四歧管部分236联接到芯102的侧面。
第一歧管部分230包括第一流体入口238，并且第二歧管部分232包括第一流体出口240。
第三歧管部分234包括第二流体入口242，并且第四歧管部分236包括第二流体出口244。第一流体112从第一流体入口238被引导通过芯102朝向第一流体出口240。第二流体116从第二流体入口242被引导通过芯102朝向第二流体出口244。结果，第一流体112和第二流体116沿大致横向的方向流过芯102。特别地，第一流体112的流动基本上垂直于第二流体116的流动。
图9是热交换器100的混合逆向流动构造300的示意图。在混合逆向流动构造300中，第一歧管部分302联接至芯102的侧面。第二歧管部分304和第三歧管部分306联接到芯102的相对端。第一歧管部分302包括第一流体入口308和第一集管310。第二歧管部分304包括第二流体入口312、第一流体出口314、第二集管316和第三集管318。第三歧管部分306包括第四集管320和第二流体出口322。第一流体112从第一流体入口308和第一集管310被引导通过芯102朝向第三集管318和第一流体出口314。当第一流体112流过芯102时，第一流体112至少部分地被重定向。第二流体116从第二流体入口312和第二集管316被引导通过芯102朝向第四集管320和第二流体出口322。结果，第一流体112和第二流体116的流动构造通过芯102的区域而变化。特别地，第一流体112和第二流体116流动通过交叉流动区域324，混合流动区域326和逆向流动区域328。在交叉流动区域324中，第一流体112和第二流体116在基本上横向的方向上流动。在混合流动区域326中，第一流体112和第二流体116的流动方向相对于彼此改变，使得流动是部分横向的和部分相反的。在混合流动区域326中，第一流体112和第二流体116的一部分流动彼此成对角线。在逆向流动区域328中，第一流体112和第二流体116沿基本上相反的方向流动。
图10是热交换器100的混合并联流动构造400的示意图。在混合并联流动构造400中，第一歧管部分402联接至芯102的一侧。第二歧管部分404和第三歧管部分406联接到芯102的相对端。第一歧管部分402包括第一流体入口408和第一集管410。第二歧管部分404包括第二流体出口412、第一流体出口414、第二集管416和第三集管418。第三歧管部分406包括第四集管420和第二流体入口422。第一流体112从第一流体入口408和第一集管410被引导通过芯102朝向第二集管416和第一流体出口414。当第一流体112流过芯102时，第一流体112至少部分地被重定向。第二流体116从第二流体入口422和第四集管420被引导通过芯102朝向第三集管418和第二流体出口412。结果，第一流体112和第二流体116的流动构造改变通过芯102的区域变化。特别地，第一流体112和第二流体116流动通过交叉流动区域424、混合流动区域426和平行流动区域428。在交叉流动区域424中，第一流体112和第二流体116在大致上横向的方向上流动。在混合流动区域426中，第一流体112和第二流体116的流动方向相对于彼此变化，使得流动是部分横向的和部分平行的。在混合流动区域426中，第一流体112和第二流体116的一部分流动彼此成对角线。在平行流动区域428中，第一流体112和第二流体116沿基本上平行的方向流动。
在替代实施例中，第一流体112和第二流体116在使热交换器100能够如本文所述操作的任何方向上流过芯102。例如，在一些实施例中，当第一流体112和/或第二流体116流过芯102时，第一流体112和第二流体116中的至少一个被重定向。在另外的实施例中，第一流体112和第二流体116沿以下任何流动构造流过芯102，但不限于：逆向流动，平行流动，交叉流动及其组合。此外，在一些实施例中，第一流体112和第二流体116沿以下任何方向相对于彼此流动通过芯102，但不限于：对角线，弯曲，垂直，平行，横向，以及其组合。
参照图1和图2，挡板105用于引导来自流体供应源的流体，例如第一流体112和第二流体116，通过歧管部分104、通过热交换器芯102、通过重定向部分103，并流出流体排放区域126、128。挡板105用于通过与同一几何平面内的两个流体域相互作用来阻挡芯102内同一位置的两个流体域。如上所述，这种布置允许逆向流动构造，平行流动构造或交叉流动构造。在这样的构造中，第一流体和第二流体的流动彼此依赖。
参照图11-14，在替代实施例中，热交换器芯500由晶胞108以类似于上述所述的任何方式形成。热交换器芯500可以设置在具有与图1和图2所示的结构相似的结构的壳体中，例如如上所述的壳体106中。热交换器还可以包括类似于上述联接至热交换器芯500的歧管部分。歧管部分每个可以包括多个第一入口、第二入口、入口集管、出口集管、第一出口和/或第二出口。热交换器芯500还可以包括入口气室和出口气室，其类似于以上关于图1和图2所讨论的热交换器芯。
热交换器芯500包括内部挡板502、504、506、508，该内部挡板502、504、506、508引导流过热交换器芯500流动。这些挡板可以设置在第一通道和/或第二通道中，以独立地引导第一流体流和第二流体流中的每一个。如本文所使用的，术语“独立”和“独立地”是指第一流体流的设计不取决于第二流体流的参数。第一流体流和第二流体流中的每一个可以具有独立的流动构造和速度，以匹配传热和压降的要求。第一流体和第二流体中的每一个的流量需求由流动速率、压降、传热、容积要求和/或内部挡板放置来确定。
如图11-14所示，挡板502、504、506、508可以是内置于热交换器(例如热交换器芯体500)中的实心壁，该实心壁阻塞由单个晶胞108所包围的流动通道。挡板可以独立地阻塞特定流体域的流动通道，例如第一流体域和/或第二流体域，以在不影响任何其他流体域的流动通道的情况下将流体流导向通过芯500。不同于图1和图2中所示的挡板105，图14所示的每个502、504、506、508在其所在位置阻塞特定流体域的流动通道，而不会阻塞在同一位置的任何其他流体域的流动通道。如图14所示，挡板502、504、506、508允许第一流体112自由通过，同时阻止第二流体116的通过。尽管从图中看来，第一流体112和第二流体116交叉或混合，但是应当理解，第一流体112和第二流体116的域是分开的，并且没有发生第一流体112和第二流体116的混合。
挡板可以延伸到每个流体的歧管区域中，以提供改进的流量分布和减小的压降。如果每种流体的入口和出口位置在同一位置，则可以使用独立的挡板来提供部分或全部流体的逆向流动，从而提高热交换器的性能。这允许供应和排出的位置受到较少的限制。特定的热交换器设计可能会受到供应和排放端口所需的位置，可用容积，流速压降以及所需传热的限制。使用内部挡板独立地引导每个流体流可提供更大的设计自由度，并导致更小，更轻且性能更好的热交换器。
本文所述的***和方法包括使热交换器能够具有不同的形状、尺寸和流动构造的芯。芯包括多个晶胞。晶胞限定用于至少两种不同的热交换流体的通道，使得流体在仅由晶胞的侧壁分开的紧密接近的位置合并和分开。在一些实施例中，每个晶胞被构造成从至少三个其他晶胞接收热交换流体的流，使得该流合并成单个流。此外，每个晶胞形成三叉通道部分，从而使流被分开并被排放到至少三个其他晶胞中。结果，与已知的热交换器中的热交换流体相比，热交换流体的热边界层减小，并且热交换流体更有效地通过晶胞的侧壁来传递热。此外，本文描述的热交换器包括多种布置和流动构造，以满足整体***要求并具有提高的效率。
该书面描述使用示例来公开包括最佳模式的实施例，并且使本领域普通技术人员能够实践实施例，包括制造和使用任何设备或***以及执行任何合并的方法。权利要求限定了本公开的可申请专利的范围，并且包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言不存在差异的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件，则意图在权利要求的范围内。
本发明的其他方面由以下条款的主题提供：
一种热交换器，包括芯，所述芯限定被构造成用于第一流体流过的第一通道和被构造成用于第二流体流过的第二通道，所述芯包括组件，所述组件包括联接在一起的多个晶胞，所述组件的每个晶胞限定在每个晶胞的内部容积内的第一通道部分和在每个晶胞的外表面处的第二通道部分，每个晶胞包括进入内部容积的多个第一开口，用于所述第一流体通过所述第一通道部分流动，其中所述组件在联接在一起的所述多个晶胞之间的容积中形成所述第二通道，所述组件成形为在所述第一流体和所述第二流体之间的热交换期间，合并和分开每个晶胞的所述第一通道部分中的所述第一流体，以及合并和分开每个晶胞的所述第二通道部分中的所述第二流体，并且每个所述第二通道部分接收来自三个其他所述第二通道部分的第二流体；和至少一个挡板，所述至少一个挡板位于所述第一通道或所述第二通道中的至少一个中，所述至少一个挡板被构造成独立于所述第二流体的流动来引导所述第一流体的流动。
根据任何在前条项的热交换器，其中，所述至少一个挡板被构造成在其位置处阻塞所述第一通道，而在其位置处不阻塞所述第二通道。
根据任何在前条项的热交换器，其中，所述至少一个挡板构造成在其位置处阻塞所述第二通道，而在其位置处阻塞不所述第一通道。
根据任何在前条项的热交换器，其中，进一步包括壳体，其中，所述组件被构造成与所述壳体的形状相符。
根据任何在前条项的热交换器，其中，所述组件的晶胞彼此流体连通地联接，使得每个晶胞被构造为从至少三个其他晶胞接收第一流体。
根据任何在前条项的热交换器，其中，每个晶胞的一个或多个侧壁具有至少部分弯曲的形状，使得所述第一通道部分形成混合流动通道。
根据任何在前条项的热交换器，还包括第一集管和第二集管，其中，所述其中所述第一流体从所述第一集管沿第一方向流入所述第一通道，并且所述第二流体从所述第二集管沿不同于第一方向的第二方向流入所述第二通道。
根据任何在前条项的热交换器，其中，所述芯是基本上对称的。
根据任何在前条项的热交换器，其中，进一步包括：壳体；以及与所述壳体相邻的***晶胞，所述***晶胞被构造为在远离所述壳体的方向上引导所述第一流体，以防止所述第一流体被截留在停滞区域中。
根据任何在前条项的热交换器，其中，进一步包括：第一集管，其联接至所述第一通道，以将所述第一流体引导至所述第一通道，所述第一集管包括与所述第一通道流动连通的多个端口，并且所述第一集管的横截面面积在所述第一流体流过所述第一集管的方向上减小。
根据任何在前条项的热交换器，其中，所述芯进一步限定了供所述第二流体流过的气室，所述气室邻近所述第一集管设置。
根据任何在前条项的热交换器，其中，进一步包括多个导管，所述多个导管联接到所述第一集管，并且邻近所述气室延伸。
根据任何在前条项的热交换器，其中，每个晶胞至少部分地限定所述第一通道的第一液压直径和所述第二通道的第二液压直径，所述第一液压直径不同于所述第二液压直径。

Claims (10)

1.一种热交换器，其特征在于，包括：
芯，所述芯限定被构造成用于第一流体流过的第一通道和被构造成用于第二流体流过的第二通道，所述芯包括组件，所述组件包括联接在一起的多个晶胞，所述组件的每个晶胞限定每个晶胞的内部容积内的第一通道部分和每个晶胞的外表面处的第二通道部分，每个晶胞包括进入内部容积的多个第一开口，用于所述第一流体通过所述第一通道部分流动，其中所述组件在联接在一起的所述多个晶胞之间的容积中形成所述第二通道，所述组件成形为在所述第一流体和所述第二流体之间的热交换期间，合并和分开每个晶胞的所述第一通道部分中的所述第一流体，以及合并和分开每个晶胞的所述第二通道部分中的所述第二流体，并且每个第二通道部分接收来自三个其他第二通道部分的所述第二流体；和
至少一个挡板，所述至少一个挡板位于所述第一通道或所述第二通道中的至少一个中，所述至少一个挡板被构造成独立于所述第二流体的流动来引导所述第一流体的流动。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个挡板被构造成在其位置处阻塞所述第一通道，而在其位置处不阻塞所述第二通道。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述至少一个挡板被构造成在其位置处阻塞所述第二通道，而在其位置处不阻塞所述第一通道。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，进一步包括壳体，其中，所述组件被构造成与所述壳体的形状相符。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述组件的所述晶胞彼此流体连通地联接，使得每个晶胞被构造成从至少三个其他晶胞接收所述第一流体。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其特征在于，每个晶胞的一个或多个侧壁具有至少部分弯曲的形状，使得所述第一通道部分形成混合流动通道。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其特征在于，进一步包括第一集管和第二集管，其中所述第一流体从所述第一集管沿第一方向流入所述第一通道，并且所述第二流体从所述第二集管沿不同于所述第一方向的第二方向流入所述第二通道。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述芯是基本上对称的。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：壳体；以及与所述壳体相邻的***晶胞，所述***晶胞被构造成在远离所述壳体的方向上引导所述第一流体，以防止所述第一流体被截留在停滞区域中。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的热交换器，其特征在于，进一步包括：第一集管，所述第一集管联接至所述第一通道，以将所述第一流体引导至所述第一通道，所述第一集管包括与所述第一通道流动连通的多个端口，并且所述第一集管的横截面面积在所述第一流体流过所述第一集管的方向上减小。
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