用于熱交換器的頭部單元和熱交換器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于熱交換器的頭部單元和熱交換器。頭部單元包括：設(shè)置有多個(gè)出口開(kāi)口的基座和具有進(jìn)口開(kāi)口的側(cè)壁，進(jìn)口開(kāi)口沿側(cè)壁的長(zhǎng)度限定在中部；設(shè)置在頭部單元內(nèi)并與側(cè)壁間隔開(kāi)的隔板，隔板配置為使冷卻劑通過(guò)多個(gè)出口開(kāi)口排出之前，在其周圍循環(huán)；轉(zhuǎn)向裝置設(shè)置在頭部單元內(nèi)，并布置成與入口開(kāi)口和隔板相關(guān)聯(lián)，配置轉(zhuǎn)向裝置以促進(jìn)冷卻劑的循環(huán)，以及排氣口，其用于夾帶在冷卻劑中的氣體排出頭部單元。在冷卻系統(tǒng)的冷卻回路中流動(dòng)的冷卻劑趨向于遇到相當(dāng)大的紊流引起氣體夾帶在冷卻劑中。頭部單元在垂直平面內(nèi)降低了冷卻劑的流動(dòng)分量，而迫使冷卻劑在水平面上流動(dòng)，并且也減少了紊流以及氣體-液體混合。
【專利說(shuō)明】用于熱交換器的頭部單元和熱交換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于熱交換器的頭部單元，更具體地，涉及一種用于分離夾帶在與動(dòng)力源相連的流體中的氣體的頭部單元。
【背景技術(shù)】
[0002]在冷卻系統(tǒng)的冷卻回路中流動(dòng)的冷卻劑具有高流量和一定程度的紊流，這可能導(dǎo)致氣體夾帶在冷卻劑中。冷卻劑中氣體的夾帶可能影響冷卻劑的質(zhì)量，降低了冷卻劑的熱承載能力并限制冷卻劑的流量。夾帶的氣體也可能導(dǎo)致氣蝕和冷卻系統(tǒng)的整體性能的退化。另外，冷卻劑中夾帶的氣體可能導(dǎo)致冷卻劑的熱物性的變化。在啟動(dòng)和/或關(guān)閉冷卻系統(tǒng)下，由于冷卻劑不期望的熱膨脹/收縮，冷卻劑的熱物性的變化可能會(huì)導(dǎo)致連接軟管損壞或接頭泄漏。此外，由于冷卻劑在循環(huán)中可以在不期望的位置膨脹或收縮，而不是在流動(dòng)，因此，冷卻劑中夾帶的氣體可對(duì)冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0003]用于分離留在冷卻系統(tǒng)的冷卻回路中的氣體的系統(tǒng)是本領(lǐng)域已知的。例如，美國(guó)專利號(hào)6019171公開(kāi)了一種向下流動(dòng)，兩個(gè)罐，兩個(gè)散熱器，其包括在上部罐的中心一流動(dòng)分割擋板。流動(dòng)分割擋板隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)排出留在擋板后面的任何氣體。盡管如此，這樣的系統(tǒng)對(duì)于具有高冷卻劑流量的冷卻循環(huán)不能滿意地運(yùn)行。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型提供一種用于熱交換器的頭部單元和熱交換器，其發(fā)明目的在于解決上述問(wèn)題，使系統(tǒng)能夠在高冷卻劑流量的冷卻循環(huán)下運(yùn)行。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)作改進(jìn)設(shè)計(jì)，分離夾帶在冷卻劑流中的氣體。在本實(shí)用新型的一個(gè)方面中，設(shè)置頭部單元。頭部單元包括:設(shè)置有多個(gè)出口開(kāi)口的基座和具有進(jìn)口開(kāi)口的側(cè)壁，進(jìn)口開(kāi)口沿側(cè)壁的長(zhǎng)度限定在中部。另外，頭部單元包括:設(shè)置在頭部單元內(nèi)并與側(cè)壁間隔開(kāi)的至少一個(gè)隔板，所述至少一個(gè)隔板配置為使冷卻劑通過(guò)多個(gè)出口開(kāi)口排出之前，在其周圍循環(huán)。頭部單元還包括轉(zhuǎn)向裝置，該轉(zhuǎn)向裝置設(shè)置在頭部單元內(nèi)，并布置成與入口開(kāi)口和至少一個(gè)隔板相關(guān)聯(lián)，配置轉(zhuǎn)向裝置以促進(jìn)冷卻劑的循環(huán)，和排氣口，其用于夾帶在冷卻劑中的氣體排出頭部單元。
[0005]在本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，還具有以下附加技術(shù)特征:
[0006]轉(zhuǎn)向裝置定位在頭部單元內(nèi)基本上正對(duì)入口開(kāi)口。
[0007]轉(zhuǎn)向裝置還包括一對(duì)彎曲過(guò)渡，它們位于頭部單元的內(nèi)表面上。
[0008]至少一個(gè)隔板包括一對(duì)隔板，它們?cè)陬^部單元內(nèi)相鄰布置并彼此間隔。
[0009]一對(duì)隔板是平面的且布置在相同的平面上。
[0010]入口開(kāi)口沿側(cè)壁設(shè)置在中部并在一對(duì)隔板之間。
[0011]還包括一頂面,排氣口位于該頂面上。
[0012]多個(gè)出口開(kāi)口由從頭部單元的基座延伸的多個(gè)通道限定。
[0013]還包括與排氣口連接的壓力帽。[0014]一種熱交換器，具有上述頭部單元的技術(shù)方案，該頭部單元安裝在熱交換器的頂部。
[0015]本實(shí)用新型的其它特征和方面將從下面的描述和附圖中顯現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是與動(dòng)力源相連的示例性冷卻系統(tǒng)的框圖；
[0017]圖2是熱交換器的頭部單元的透視圖；
[0018]圖3是頭部單元的俯視圖；
[0019]圖4是頭部單元的另一透視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]只要可能，相同的附圖標(biāo)記將貫穿附圖用于指代相同或相似的部件。圖1示出了用于動(dòng)力源102的示例性冷卻系統(tǒng)100的框圖。動(dòng)力源102可包括本領(lǐng)域中已知的任何動(dòng)力源。例如，動(dòng)力源102可以是具有發(fā)動(dòng)機(jī)缸體104和汽缸蓋106的內(nèi)燃機(jī)。在這種情況下，冷卻系統(tǒng)100可用來(lái)降低與所述內(nèi)燃機(jī)相連的冷卻劑的溫度。可替換地，動(dòng)力源102可包括任何一種，但不限于，制冷單元、加熱-通風(fēng)空調(diào)(HVAC)單元、如電池組等的蓄電裝置等。此外，動(dòng)力源102可以包括冷卻夾套(未示出)，冷卻劑可以流過(guò)該冷卻夾套。冷卻劑可以接收由動(dòng)力源102產(chǎn)生的過(guò)多的熱量。如在附圖中所示，冷卻劑流可以通過(guò)流體通道112朝向熱交換器110的頭部單元108引導(dǎo)。
[0021]本實(shí)用新型涉及該頭部單元108。頭部單元108設(shè)置為與動(dòng)力源102和熱交換器110流體連通。進(jìn)入頭部單元108中的冷卻劑可能包括夾帶的氣體。配置頭部單元108以分離出現(xiàn)在冷卻劑流中的夾帶的氣體。頭部單元108結(jié)合附圖2、附3和附4具體地討論。
[0022]進(jìn)一步地，分離出的冷卻劑流排入熱交換器110。熱交換器110可包括任何結(jié)構(gòu)的散熱器，例如，殼管式熱交換器、護(hù)環(huán)管式換熱器等。流過(guò)動(dòng)力源102的冷卻夾套后由冷卻劑收集到的熱量可以排放至大氣或熱交換器110中一些其它流體，從而降低冷卻劑的溫度至可接受的限度。泵114可以設(shè)置在流體通道116中，該流體通道116連接熱交換器110和動(dòng)力源102。冷卻劑在熱交換器110內(nèi)冷卻之后，冷卻劑可以通過(guò)泵114泵送至動(dòng)力源102。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)理解，在附圖中示出的連接是示例性的性質(zhì)。
[0023]圖2示出了頭部單元108的透視圖。頭部單元108可包括第一側(cè)壁202和第二側(cè)壁204，它們布置成間隔開(kāi)的彼此相對(duì)的布置。所述第一和第二側(cè)壁202、204可以通過(guò)附加側(cè)壁206、208互相連接，所述附加側(cè)壁206、208也可以布置為相互間隔開(kāi)的布置。布置第一和第二側(cè)壁202、204以及附加側(cè)壁206、208以形成大致矩形結(jié)構(gòu)。
[0024]此外，第一側(cè)壁202可以具有入口開(kāi)口 210。入口開(kāi)口 210可以部分地沿第一側(cè)壁202的長(zhǎng)度設(shè)置。入口開(kāi)口 210可通過(guò)流體通路112與動(dòng)力源102連接。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，入口開(kāi)口 210可以位于第一側(cè)壁202的中間。入口開(kāi)口 210的橫截面可以基本上是圓形的。入口開(kāi)口 210的位置、數(shù)量和尺寸可以根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和要求而改變。
[0025]第二側(cè)壁204可以具有轉(zhuǎn)向裝置，例如，布置在所述第二側(cè)壁204的內(nèi)表面上的導(dǎo)流板212。導(dǎo)流板212可以具有基本垂直的方向形成一對(duì)彎曲過(guò)渡，該彎曲過(guò)渡在導(dǎo)流板212和第二側(cè)壁204之間。可選地，轉(zhuǎn)向可以通過(guò)任何其它合適的結(jié)構(gòu)來(lái)提供。在第二側(cè)壁204上的導(dǎo)流板212的配置可以設(shè)置為與入口開(kāi)口 210配合。例如，導(dǎo)流板212可以正對(duì)入口開(kāi)口 210設(shè)置。導(dǎo)流板212可以配置為劃分和重定向通過(guò)入口開(kāi)口 210進(jìn)入頭部單元108中的冷卻劑流。
[0026]此外，頭部單元108可以具有至少一個(gè)隔板214，該隔板214可能間隔開(kāi)并有可能大致平行于所述第一和第二側(cè)壁202、204。隔板214可以具有大致平面的相配置。在隔板214和第一與第二側(cè)壁202、204之間的距離可能變化。在圖示的實(shí)施例中，兩個(gè)隔板214大致設(shè)置在同一平面上。根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例，隔板214可以與第一和第二側(cè)壁202、204的距離相等。在一個(gè)示例中，入口開(kāi)口 210可以沿所述第一側(cè)壁202的中間，并大致布置在一對(duì)隔板214之間。
[0027]應(yīng)當(dāng)指出的是，隔板214相對(duì)于第一和第二側(cè)壁202、204的定位可基于冷卻劑流的容積調(diào)整。隔板214可以配置為頭部單元108內(nèi)限定一路徑用于冷卻劑流繞隔板214循環(huán)。隔板214以這樣的方式與頭部單元108定位，該隔板214在入口開(kāi)口 210和導(dǎo)流板212之間的空間中的不產(chǎn)生干擾。此外，隔板214可定位，使得空間可以設(shè)置在隔板214和最鄰近的附加側(cè)壁206、208之間，允許冷卻劑繞隔板214流動(dòng)，如頭部單元108內(nèi)的箭頭216所描述的。隨著冷卻劑繞隔板214流動(dòng)，存在于冷卻劑中夾帶的氣體可以被分離。
[0028]隔板214可通過(guò)任何已知的方法固定地連接到頭部單元108的基座218上，包括緊固、焊接、粘接等。例如，如圖2和圖3所示，兩個(gè)隔板214與第一和第二側(cè)壁202、204間隔設(shè)置，并以不同的距離間隔開(kāi)。此外，這兩個(gè)隔板214可以具有不同的長(zhǎng)度。
[0029]頭部單元108的基座218可以設(shè)置為與第一和第二側(cè)壁202、204以及附加側(cè)壁206、208接觸?；?18可以以穿孔或槽的形式設(shè)置有多個(gè)出口開(kāi)口 220，以允許冷卻劑流排出頭部單元108，如箭頭222所描述的。應(yīng)當(dāng)指出的是，隔板214上基座218的位置可以使得隔板214不阻礙通過(guò)多個(gè)出口開(kāi)口 220的冷卻劑流。形成在基座218上的出口開(kāi)口220可流動(dòng)地連通頭部單元108與熱交換器110。在一個(gè)實(shí)施例中，出口開(kāi)口 220可以由多個(gè)從頭部單元108的基座218延伸的通道限定，以提供與熱交換器110流體連通。
[0030]冷卻劑流可通過(guò)多個(gè)出口開(kāi)口 220排出頭部單元108。另外，如圖4所示，頭部單元108可設(shè)置有頂面402。頂面402可以設(shè)置有至少一個(gè)排氣口 404，以允許從冷卻劑流中分離所夾帶的氣體排出頭部單元108。任選地，排氣口 404可以包括在本領(lǐng)域中已知的任何已知的壓力釋放裝置，如壓力帽、安全閥或任何其它壓力釋放裝置。夾帶的氣體可通過(guò)排氣口 404排放到大氣中。
[0031]應(yīng)當(dāng)指出的是,頭部單元108迫使冷卻劑沿水平面流動(dòng)并在垂直平面中最小化流動(dòng)組件。因而，這防止了氣體-液體的混合，促進(jìn)了分層和氣體-液體分離。頭部單元108可以由在本領(lǐng)域中已知的任何合適的金屬或任何合適的聚合物制成。在一個(gè)實(shí)施例中，頭部單元108可以模制為單件部件。在另一個(gè)實(shí)施例中，頭部單元108可以多件元件構(gòu)成，多個(gè)件可以通過(guò)任何已知的緊固方法，諸如焊接而連接在一起。另外，頭部單元108可形成為獨(dú)立的元件，其可拆卸地與熱交換器110連接?？商鎿Q地，頭部單元108可作為熱交換器110的整體部分形成。
[0032]工業(yè)應(yīng)用
[0033]頭部單元108的工作將在下面詳細(xì)說(shuō)明。冷卻劑流可以通過(guò)入口開(kāi)口 210進(jìn)入頭部單元108。冷卻劑流可以在一個(gè)方向上垂直于第一側(cè)壁202流動(dòng)。隨著冷卻劑流可進(jìn)一步流向第二側(cè)壁204，該冷卻劑流可能會(huì)與設(shè)置在第二側(cè)壁204上的導(dǎo)流板212接觸。導(dǎo)流板212可以劃分和重新定向冷卻劑流，從而使冷卻劑流繞設(shè)置在頭部單元108內(nèi)的隔板214循環(huán)，如圖2中箭頭216所示。頭部單元108內(nèi)的隔板214的存在可以為冷卻劑提供增加的流動(dòng)路徑。另外，由于冷卻劑繞隔板214循環(huán)，可以降低在流動(dòng)的湍流。減小的湍流和增加的路徑長(zhǎng)度可能由于重力的作用從冷卻劑流中造成氣體分離。
[0034]分離的冷卻劑流可進(jìn)一步通過(guò)多個(gè)出口開(kāi)口 220進(jìn)入熱交換器110，如圖2中的箭頭222所示。浮力可能會(huì)導(dǎo)致從冷卻劑流中的分離的氣體上升到頭部單元108的頂面402。氣體可通過(guò)排氣口 404排放到大氣中。在一個(gè)實(shí)施例中，在頭部單元108內(nèi)達(dá)到指定壓力時(shí)，排氣口 404可以打開(kāi)以從頭部單元108釋放分離的氣體。
[0035]雖然本實(shí)用新型的各方面已經(jīng)具體示出并參照上述實(shí)施例描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本實(shí)用新型公開(kāi)的精神和范圍下，各種變型的其它實(shí)施例可以通過(guò)已公開(kāi)的機(jī)器、系統(tǒng)和方法的變型合理預(yù)期。這些實(shí)施例應(yīng)該理解為落入本實(shí)用新型基于權(quán)利要求及其任何等同物所公開(kāi)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于熱交換器的頭部單元，其特征在于包括: 基座，其具有多個(gè)出口開(kāi)口 ； 側(cè)壁，其具有沿側(cè)壁的長(zhǎng)度限定在中部的入口開(kāi)口； 至少一個(gè)隔板，其設(shè)置在頭部單元內(nèi)并與側(cè)壁間隔設(shè)置，冷卻劑通過(guò)多個(gè)出口開(kāi)口排出之前，在所述至少一個(gè)隔板周圍循環(huán)； 轉(zhuǎn)向裝置，其設(shè)置在頭部單元內(nèi)，并布置成與入口開(kāi)口和至少一個(gè)隔板相關(guān)聯(lián)；和排氣口，夾帶在冷卻劑中的氣體通過(guò)所述排氣口排出頭部單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于，轉(zhuǎn)向裝置定位在頭部單元內(nèi)基本上正對(duì)入口開(kāi)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于，轉(zhuǎn)向裝置還包括一對(duì)彎曲過(guò)渡，它們位于頭部單元的內(nèi)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于，至少一個(gè)隔板包括一對(duì)隔板，它們?cè)陬^部單元內(nèi)相鄰布置并彼此間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于，一對(duì)隔板是平面的且布置在相同的平面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于，入口開(kāi)口沿側(cè)壁設(shè)置在中部并在一對(duì)隔板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于還包括一頂面，排氣口位于該頂面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于，多個(gè)出口開(kāi)口由從頭部單元的基座延伸的多個(gè)通道限定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱交換器的頭部單元，其特征在于還包括與排氣口連接的壓力帽。
10.一種熱交換器，其特征在于具有如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的頭部單元，該頭部單元安裝在熱交換器的頂部。
【文檔編號(hào)】F28F9/00GK203731925SQ201420125902
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月22日
【發(fā)明者】J·Y·蒂利 申請(qǐng)人:珀金斯發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司