CN103370595B

CN103370595B - 具有流体流控制装置的流体流混合箱

Info

Publication number: CN103370595B
Application number: CN201180066822.4A
Authority: CN
Inventors: I·E·格杰斯; M·S·科兹德拉斯; B·M·劳里
Original assignee: Dana Canada Corp
Current assignee: Dana Canada Corp
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: CN103370595A; KR20140005216A; US20120160450A1; US10126068B2; DE112011104558T5; WO2012083454A1

Abstract

热交换器设备，包括限定有用于第一流体的流道的壳体。该壳体具有与该流道连通的壳体流体进口和壳体流体出口。位于壳体的流道内的该第一热交换器位于壳体流体进口与壳体流体出口之间。该第一热交换器具有多个用于将第二流体传送穿过该第一热交换器的通道。该热交换器设备也包括位于流道内的流转向器，它处于壳体流体进口和第一热交换器之间，用于将一部分第一流体转向至从第一热交换器旁边经过的流道的旁通区域。此外，流控制装置与壳体流体进口相通，并且控制进入流道的第一流体的体积和位置。

Description

具有流体流控制装置的流体流混合箱

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2010年12月24日提交的、发明名称为“具有流体流控制装置的流体流混合箱”的美国临时申请No.61/427,135的权益和优先权。上述专利申请的内容特此通过参引并入此文的详细描述。

技术领域

本公开涉及一种具有流体流控制装置的热交换器设备（流体流混合箱）。

背景技术

热交换器是便于在两种介质之间进行热传递的设备。热交换器可以有很多应用，包括用在车辆中，以实现加热/冷却油的目的，例如加热/冷却发动机油和/或变速器油。例如，在常规操作中，油从发动机进入热交换器，冷却液也流过热交换器。该冷却液在油返回到发动机之前冷却该热交换器中的油。以同样的方式可冷却车辆中的变速器油。

一些热交换器设有单个壳体，用于利用冷却液进行多种流体的热交换，例如车辆中的发动机油和变速器油两者。这样的热交换器能够在单个壳体中具有多个不同的流核。这样的热交换器面临的挑战之一是：流过该单个壳体的流体可能对该壳体中的不同流核产生不利影响。例如，流体流过该单个壳体并与发生热交换之处的流核接触可能由于该流体的影响而导致腐蚀。这也可能对车辆的性能产生影响，并且影响燃料效率。

本技术领域中需要一种热交换器设备，该热交换器设备可用于利用冷却液进行多种流体的热交换，例如发动机油和变速器油两者，并且该热交换器设备可以例如通过提高燃料效率而帮助提高车辆性能，并且能够提供改进的变速器油和发动机油预热。此外，本技术领域中需要一种热交换器设备，该热交换器设备可用于利用冷却液进行多种液体的热交换，例如发动机油和变速器油，并且该设备能够帮助减低该热交换器设备中由于流体流动而造成的腐蚀的程度。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种热交换器设备，包括：

限定有用于第一流体的流道的壳体，并且所述壳体具有与所述流道连通的壳体流体进口和壳体流体出口；

位于所述壳体的流道内的第一热交换器，所述流道位于该壳体流体进口和壳体流体出口之间，所述第一热交换器具有用于使第二流体从中传送穿过的多个通道；

在所述流道中位于所述壳体流体进口和所述第一热交换器之间的流转向器，用于使得所述第一流体中的一些转向至所述流道的旁通区域，所述旁通区域绕开所述第一热交换器；和

与所述壳体流体进口连通的流控制装置，用于控制进入所述流道的第一流体的体积和位置。

根据本发明的另一个实施例，提供了一种热交换器设备，包括：

向下的进口斜面，形成在所述壳体底部的一个端部处并且位于所述壳体流体进口和所述第一热交换器之间，用于将所述第一流体中的一些引导至所述流道的旁通区域，所述旁通区域绕开所述第一热交换器；和

与所述壳体流体进口连通的流控制装置，用于控制进入所述流道的第一流体的体积和来源。

附图说明

图1示出了根据示例性实施方案的流体流混合箱（热交换器设备），该混合箱与发动机和其它部件连接；

图1A为图1中的流体流混合箱的剖面图；

图2示出了根据另一个示例性实施方案的流体流混合箱的剖面图；并且

图3为位于图1的流体流混合箱内的两个热交换器和混合区隔膜的立体图；

图4为根据本发明的另一个示例性实施方案的流体流混合箱的剖面图；

图5为图4中的流体流混合箱的底板的立体图；

图6为根据另一个示例性实施方案的流体流混合箱的另一剖视图；以及

图7为图6的流体流混合箱的底板的顶视图。

具体实施方式

根据示例性实施方案，在图1中流体流混合箱2（在此披露的热交换器设备被描述为流体流混合箱）示出为并入到发动机***中。该流体流混合箱2包括外壳或壳体6，该外壳或壳体在其一端限定有流体流进口8，并在相对的一端限定有流体流出口10。构造该壳体6的材料没有特别限制，而是取决于具体应用。在实施例中，该壳体6可由塑料（例如尼龙66）制成。此外，在可选实施例中，该壳体6的外部是绝缘的，以提高其由冷预热的性能。

在操作中，热交换流体（例如水、冷却剂或其它液体）从进口8至出口10流过该壳体6。在图1A和图2所示的实施例中，第一热交换器12和第二热交换器14在进口8与出口10之间以间隔开的位置定位在壳体6内，并且相对于从进口8流至出口10的热交换流体的流动而言，该第一热交换器12位于第二热交换器14的上游或前方。在一个实施方案中，如图1和图2中所示，该壳体6包括大致箱形的中央矩形区域24，热交换器12、14位于该中央矩形区域中。

在一个示例性实施方案中，该第一热交换器12是发动机油冷却器（EOC），其具有用于接收来自发动机的发动机油的进口16和用于将油返回到发动机的出口18，并且该第二热交换器14是变速箱油冷却器（TOC），其具有用于接收来自变速箱的油的进口20和用于将油返回变速箱的出口22。然而，在一些应用中，该热交换器12、14的顺序可以颠倒，并且热交换器的数量和类型也可以在不同应用和不同配置中改变。

在一个示例性实施方案中，热交换器12和14均为叠管式热交换器，并均由多个排列的叠管构件形成，每个叠管构件在流体进口歧管与流体出口歧管之间限定有用于流体（例如，在当前所述实施例中的发动机油或变速器油）的内部通路。在叠管之间设有空间，以便热交换流体流过，以使热量可以在流过该混合箱壳体6的热交换器流体和流过第一和第二热交换器12和14的相应流体之间传递。散热片可位于各热交换器的叠管之间，以提高热交换器的效率和强度。可选的是，这些叠管可包括朝外的肋或浅凹或其它凸起，以实现相似的功能。在一些实施方案中，这些叠管可以形成为铜焊在一起的板对。在一些实施方案中，热交换器12、14由金属构成（例如铝或铝合金），然而也可以使用其它材料。在一个实施方案中，该第一和第二热交换器12和14构造为高且细的叠管。

如图3所示，在一个实施方案中，位于该第一热交换器12上的流体进口16和流体出口18（以及它们各自的进口和出口歧管）的位置相对于位于第二交换器14上的流体进口20和流体出口22（以及它们各自的进口和出口歧管）的位置颠倒，以使流过第一热交换器12的较热的区域（例如在进口歧管一侧）的热交换流体大致流向第二热交换器14的较冷区域（例如在出口歧管一侧）。

在一个实施方案中，流体流混合箱2结合有混合阀4，该混合阀连接在混合箱进口8处，以控制流向该混合箱2的热交换流体的来源和流量。如图1所示，在所示的实施例中，例如该混合箱2可接收以下热交换流体：i）来自发动机散热器40的输出的热交换流体；ii）通过旁通管线直接来自发动机42的热交换流体；和iii）来自加热器芯部44的热交换流体。该混合阀4构造成用于在任何给定时间控制来自上述三个来源中的每个的热交换流体的量，以此使该混合箱2在发动机***操作过程中的某些时间预热流过热交换器12、14的流体，以及在其它时间冷却流过热交换器12、14的流体。在可替代实施例（未示出）中，该流体流混合箱2可接收仅来自：i）发动机散热器40的输出；和ii）来自加热器芯部44的热交换流体。在该实施方案中，该流体流混合箱2不接收直接来自发动机42的热交换流体。

如图2所示，在实施例中，在壳体6的前端由锥形壁区域26限定进口8。如图2所示，热交换流体旁路间隙或区域28设置在该壳体6的至少一个侧壁与热交换器12和14之间，以使流过热交换箱的中心区域24的热交换流体中的至少一些能够绕开热交换器12和14。

参照图2和图3，第一和第二热交换器12和14之间的区域提供热交换流体混合区30，在此区域30中，流过第一热交换器12中相邻的管间的空间的热交换流体在流过第二热交换器14之前混合在一起。形成第一热交换器12的管道可具有拖尾外形（trailingprofiles）以便于这种混合。如图2和图3中的假想线所示，在示例性实施例中，混合区域30可以由混合区隔膜32从壳体6内的热交换流体流区域的其余部分中界定出，以使流过旁通区域28的热交换流体不会与混合区30内的热交换流体相混合。壳体6与混合区隔膜可由适当的刚性材料形成，包括例如塑料材料。

在示例性实施方案中，混合阀4构造成用于以不同流量将流体流导入锥形进口8的不同区域。例如，在低流量下，该混合阀4可打开靠近锥形进口8的顶部区域46的孔口（见图2），从而将进入热交换箱壳体6的热交换流体的大部分导向第一热交换器12而不是导向旁通区域28。然而，在高流量下，热交换流体流可以被更均匀地在该锥形进口8的整个区域上引导。在高流量下的问题是，高流量将很快侵蚀第一热交换器12和第二热交换器14。相应地，为了减轻侵蚀，在一个实施方案中，在锥形进口8中固定有一种被动的固定流转向器50，用于将进入进口8的高流量热交换流体的大部分导向旁通区域28、离开第一热交换器12。

在实施例中，流转向器50具有翼型剖面，该流转向器50位于热交换器12上游，与热交换器12相距“D”的距离，并且与混合箱2的中心轴成角度“A”，以将进入混合箱2的热交换流体流中的相当大的部分导入旁通区域28。

相应地，在实施例中，在低的流体流量下，该混合阀4将热交换流体中的大部分导入该锥形进口8上部的低流量进入区域46，该上部的低流量进入区域与第一热交换器12对准，但偏离旁通区域28。该流转向器50通常不会延伸进入上部的低流量区域46与第一热交换器12之间流动路径，以使以低流量进入区域46处的进口的热交换流体中的大部分具有流经流转向器50并通过第一热交换器12、进入混合区30、通过第二热交换器14并在之后流出混合箱出口10的无阻碍路径。因此，以低流量流过热交换器12和14的流体流通过以使相对小体积的热交换流体流过旁通区域28而得到最优化。

在最大流量下，混合阀4将热交换流体在锥形进口8的几乎整个进口区域上均匀地导入。在实施例中，流转向器50可以将进入的热交换流体中的大部分（根据非限制性的实施例，大于50%）导向旁通区域28，使得足够量的流体流通过热交换器12和14，以在不产生过多侵蚀的情况下实现所需的热交换效果。

流转向器50、进口开口8、旁通区域28和混合箱6的其它部件的大小、形状和大致尺寸可以选择，以根据具体应用最优化热传递效率，同时保持可接收的侵蚀水平。

图4示出了根据本发明的流体流动混合箱的第二个实施例。与第一实施例相似，流体流动混合箱100包括外壳或壳体106，该外壳或壳体限定有流体流进口108和流体流出口110。在实施例中，壳体106包括大致箱形的中央矩形区域124，该热交换器112、114位于该中央矩形区域中。同样的，在第二个实施例中，壳体106还包括底壁150，该底壁可与流体流混合箱100的底部附接。例如，该底壁150可与流体流混合箱100焊接在一起。在另外的实施例中，底壁150可形成为壳体的一部分，而不是与壳体附接的独立的部件。

在操作中，热交换流体（例如水、冷却剂或其它液体）从进口108流过壳体106至出口110。第一热交换器112和第二热交换器114在进口108与出口110之间以间隔开的位置定位在壳体106内。相对于来自进口108至出口110的热交换流体的流动而言，第一热交换器112位于第二热交换器114之前。在一些实施例中，同样的，第一和第二热交换器112和114可与第一实施例中描述的形状和构造相同。

流体流混合箱100的第二个实施例可帮助解决一种情况：第一热交换器112和第二热交换器114具有不同的热传递需求。例如，在一些例子中，第一热交换器112相比第二热交换器114需要较少的流体来加热和/或冷却。相应地，在第二个示意性实施例中，为了使热交换器能够获得需要的功能，考虑将热交换器的顺序布置成：具有较低的热传递需求的热交换器在进口108之后首先被放置。在实施例中，第一热交换器112是具有分别用于从发动机接收油并将油返回发动机的进口116和出口118的发动机油冷却器（EOC）；以及第二热交换器114是具有用于从传送器接收油并将油返回至传送器的进口120和出口122的变速器油冷却器（TOC）。

参照图4，在壳体106的一端，由圆柱形壁126限定进口108。如同之前的实施例那样，混合阀4A（在图4中由假想线标出）构造成用于控制进入混合箱100的热交换流体的来源和流量。如同之前的实施例那样，该混合阀4A可向进口108的不同区域提供不同的流体流。

如图4中所示，第一和第二热交换器112、114的定位使得壳体106的底板150与第一热交换器112之间的间距比底板150与第二热交换器114之间的间距大。第一热交换器112的底部与底板150的顶部之间的旁通区域160的尺寸足够在第一热交换器112下方提供热交换流体流。第二热交换器114的底部和底板150之间的间距162小于旁通区域160。相应地，旁通区域160在第一热交换器112下方提供旁通区域，而间距162在第二热交换器114下方提供用于热交换流体通过的非常小的区域。

此外，第一热交换器112和第二热交换器114之间的区域提供了热交换流体混合区128，在此混合区128中热交换流体通过第一热交换器112并与从旁通区域160下通过的热交换流体相混合。之后，混合的热交换流体通过第二热交换器114。

如图4所示，底板150包括位于进口108之后的向下的进口斜面152、位于出口110之前的向上的出口斜面154、和与进口斜面152及出口斜面154的较低端连接的平坦底部区段。图5示出了底板150的透视图，展示了位于斜面152、154下方的肋156。在实施例中，斜面152、154并入底板150，并且可以由模压塑料制成。

因为斜面152将热交换流体流导入流体流混合箱100，并且导入旁通区域160，并且斜面154将热交换流体导出流体流混合箱100，所以底板150作为流转向器。该斜面152、154也可以帮助减小该混合箱中的热交换流体的高度。此外，斜面152、154的角度可以帮助减小在流体流混合箱100中的压降损失。相应地，具有斜面152、154的底板150的设计可以增加流体流混合箱100的效率。

流体流混合箱100的构造包括：在第一和第二热交换器112、114之间的混合区域128以及在第一热交换器112和底板150之间的旁通区域160，此构造形成了流分离器。在操作中，输入流通过混合阀4A和进口108进入第一热交换器112的芯部，但也部分地被进口斜面152和第一热交换器112周围的旁通区域160转向。该转向的流在混合区域128与来自第一热交换器112的排出流混合并合并，并且之后流到第二热交换器114。流体流混合箱100的部件的该构造能够提供所需的流量和冷却和/或加热第二热交换器114所需的冷却剂温度。该斜面152、154和间距160、162控制流体流混合箱100内发生的分流的程度。此分流也可提供在第一示例性实施例中的流转向器所提供的抗侵蚀效果。

在一个实施方案中，底板150包括用作第一热交换器112和第二热交换器114的支撑装置的支撑凸起。参考图6和图7，在实施例中，有四个从底板150的内侧（顶部）表面向上延伸的支撑凸起。用于支撑第一热交换器112的第一组支撑凸起包括两个支撑突出部180a、180b，这两个突出部在底板150的中央间隔开。用于支撑第二热交换器114的第二组支撑凸起包括两个支撑突出部180c、180d，这两个突出部间隔开，并且从底板150的内表面向上延伸并延伸离开出口斜面154。每组支撑凸起支撑第一和第二热交换器112和114的下游侧。相应地，该支撑突出部180a、180b、180c、180d为热交换器112、114提供支撑，并且能够帮助防止它们由于流动的热交换流体施加的力而偏转。该支撑突出部180a、180b、180c、180d可由模压塑料制成。

底板150还包括从底板150的内表面向上延伸的构件185，并且该构件将两个支撑突出部180a、180b连接。两个支撑突出部180a、180b的高度高于构件185。构件185可被定位在例如大约在底板150中央的位置，并且延伸跨过底板150的宽度，并且能够为底板150提供结构强度。此外，构件185能够额外控制分流的程度。在第一热交换器112的底部和构件185的顶部之间有间距190，以允许热交换流体在第一热交换器112下方以及构件185的上方流动。此外，该构件185进一步限制第二热交换器下方的流体流。

在此描述的集成的冷却流控制和热交换器设备能够帮助提高燃料经济性，降低汽车重量，并减少汽车组件中的全部的部件。本发明的流体流混合箱也能够帮助使变速器油和发动机油预热更快，并且具有燃料经济的益处。至于发动机冷却，本发明的流体流混合箱能够提供更小的发动机冷却模块，这将降低冷却液的成本和体积。

虽然在此参照附图和实施例描述了本发明，本领域技术人员需要理解的是，本发明不限于上述的优选实施方案，而是在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改型。

Claims

1.一种热交换器设备，包括：

限定有用于第一流体的流道的壳体，所述壳体具有与所述流道连通的壳体流体进口和壳体流体出口；

在所述流道中位于所述壳体流体进口和所述第一热交换器之间的流转向器，该流转向器用于使所述第一流体中的一些转向至流道的旁通区域，所述旁通区域绕开所述第一热交换器；和

2.如权利要求1所述的热交换器设备，还包括：

位于所述壳体的流道内、处于第一热交换器和壳体流体出口之间的第二热交换器，该第二热交换器具有用于使第三流体从中传送通过的多个通道，并且其中在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间有间隙。

3.如权利要求2所述的热交换器设备，其中所述流道的旁通区域绕开所述第二热交换器。

4.如权利要求3所述的热交换器设备，其中位于所述第二热交换器下方的旁通区域与位于所述第一热交换器下方的旁通区域具有相等的高度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的热交换器设备，其中所述流转向器允许第一流体以低流量流过第一热交换器。

6.如权利要求2所述的热交换器设备，还包括相对于旁通区域界定出所述间隙的隔膜，该隔膜用于防止流过旁通区域的第一流体与间隙中的第一流体相混合。

7.如权利要求1所述的热交换器设备，其中所述流转向器设置在第一热交换器上游的预定距离处，并且与壳体的中心轴线成预定角度，以将第一流体的大部分导入旁通区域。

8.如权利要求1所述的热交换器设备，其特征在于，所述流控制装置是构造成用于接收来自多于一个来源的第一流体的混合阀。

9.如权利要求7所述的热交换器设备，其中所述混合阀构造成用于根据加热需要来控制第一流体的来源。

10.如权利要求2所述的热交换器设备，其中所述第一热交换器具有第一热交换器进口和第一热交换器出口，并且所述第二热交换器具有第二热交换器进口和第二热交换器出口，其中在沿着流道的方向上，第一热交换器进口与该第二热交换器出口对准，且所述第一热交换器出口与所述第二热交换器进口对准。

11.一种热交换器设备，包括：

位于所述壳体的流道内的第一热交换器，所述流道位于壳体流体进口和壳体流体出口之间，所述第一热交换器具有用于使第二流体从中传送穿过的多个通道；

向下的进口斜面，形成在壳体的底壁的一个端部处并且位于所述壳体流体进口和所述第一热交换器之间，用于将所述第一流体中的一些引导至所述流道的旁通区域，所述旁通区域绕开所述第一热交换器；和

12.如权利要求11所述的热交换器设备，还包括：

位于壳体的流道内、处于第一热交换器和壳体流体出口之间的第二热交换器，该第二热交换器具有用于将第三流体从中传送穿过的多个通道，并且其中在所述第一热交换器和所述第二热交换器之间有间隙。

13.如权利要求11或12所述的热交换器设备，其中所述壳体的底壁还包括位于第二端部的向上的出口斜面，该出口斜面用于将第一流体导出流道。

14.如权利要求12所述的热交换器设备，其中所述壳体的底壁还包括从壳体的底壁的内表面延伸的两个或更多个突出部，所述突出部用于抵抗由流动的第一流体施加的力而支撑该第一热交换器的下游边缘。

15.如权利要求14所述的热交换器设备，还包括从壳体的底壁的内表面延伸的附加突出部，所述附加突出部用于抵抗由流动的第一流体施加的力而支撑第二热交换器的下游边缘。

16.如权利要求11所述的热交换器设备，其中所述流控制装置是混合阀，该混合阀用于接收来自多于一个来源的第一流体。

17.如权利要求16所述的热交换器设备，其中所述混合阀构造成用于根据加热需要控制第一流体的来源。

18.如权利要求11所述的热交换器设备，其中所述壳体的底壁还包括位于中央的支撑构件，该支撑构件从底壁的内表面向上延伸并且跨过所述底壁的宽度，以提供结构强度。

19.如权利要求18所述的热交换器设备，其中在该位于中央的支撑构件和第一热交换器之间具有间隙，以允许第一流体在第一热交换器下方和所述位于中央的支撑构件上方流动。

20.如权利要求12所述的热交换器设备，其中所述第一热交换器具有与所述第二热交换器不同的构造。