专利名称：配置为从流体中移除携入空气的流体储罐的制作方法
技术领域：
本发明大致上涉及流体储罐，且更特别地涉及从被储存在流体储罐内的流体中移除携入空气和热量的流体储罐。
背景技术：
许多装置使用流体作为ー种手段来给其它装置动力。例如，诸如卡车、重型设备、建筑设备、农场设备等的许多装置会利用使用受压液压流体(一般为油)的液压系统来使液压发动机运行、驱动液压缸等。遗憾的是，来自液压系统的回流液压流体包含着形式为微气泡的携入空气。这种空气可来源于多个位置，诸如液压缸活塞杆的密封处、液压泵和液压发动机轴的密封处、以 及储存器自身内的紊流。传统上，处理这种污染的方法是将储存器制造得足够大，以增加储罐内的液压流体和空气之间的表面接触。具有较大表面面积和尺寸的储罐使得在油返回到泵入口之前携入空气就通过移动到储存器的表面而离开。此外，随着液压流体循环流经系统，所述流体将具有热量。遗憾的是，较大尺寸的储罐一般都需要提取出这种过剩的热量。本发明涉及对现有技术的改进。
发明内容
本发明的实施例涉及新的和改进的流体储罐。更特别地，本发明的实施例涉及这样ー种新的和改进的流体储罐，其用于从被储存在所述流体储罐内并流经所述流体储罐的流体中移除携入空气。甚至更特别地，本发明的实施例涉及这样ー种新的和改进的流体储罐，其用于从被储存在所述流体储罐内的流体中移除携入空气，所述流体储罐利用了促使流体内的携入空气发生集结的装置，以提闻移除率。在一个实施例中，提供了ー种具有改进的提取空气能力的流体储罐。所述流体储罐包括形成有集结槽的集结板，所述集结槽使很小的携入气泡集结成或凝结成更大的气泡，所述更大的气泡具有足够的浮力来克服作用在气泡上的流动カ。在更优选的实施例中，所述集结槽是锯齿形槽，其具有増大集结槽的集结表面的多个峰部和谷部，以促使微气泡合并成更大的气泡。在更优选的实施例中，锯齿形槽的表面具有在约40和70Ra之间的表面粗糙度Ra，以进一歩促使微气泡被捕集到集结槽的表面上。在一个实施例中，当沿下游方向移动时，集结表面优选相对于流体储罐内的流体的顶表面向下成角度。这将引导流体流动远离储罐的表面，以抑制储罐的流体表面处产生紊流，从而抑制另外的空气被携入。另外，包括这些集结槽在内的集结板优选相对于流体的顶表面成角度。所述角度优选在约30度和60度之间、并更优选在约40度和50度之间。所述角度也导致形成在集结槽的顶表面上的流体气泡被压入顶表面、而不是被压离顶表面，使得合并气泡从集结表面上离开将更加困难，从而允许更大尺寸的气泡形成。但是，其它实施例可以具有小于135Ra的表面粗糙度。在其它实施例中，集结表面可以相对于流体的顶表面向上成角度。这种构型降低了流体的流阻(即反压力)，从而允许流体以较低的速率流经槽。一般而言，这些构型的角度在约120度和150度之间、并更优选在130度和140度之间、并优选约135度。引导流体朝着流体的顶表面流动也促使了气泡形成。已被发现的是，气泡在流动的流体内以较快的速率于较高的位置形成。这是由于靠近流体表面的压カ减小，从而防止了气泡形成。因此，由于这些原因，通过引导流体朝着顶表面流动可以促使气泡形成。但是，所述角度可以根据流体流经流体储罐的流速和流体的物理特性而改变。因此，申请人保留要求在30度和60度之间、以及在120度和150度之间的角度α处于任何特别范围或单值的权利。在另ー实施例中，槽的高度在约1/16英寸和1/2英寸之间，所述高度即指与流经 槽的流体相垂直的高度。更优选地，所述高度约是1/8英寸。所述高度在锯齿形表面的峰部或谷部处测量得到。在另ー实施例中，流体储罐至少包括入口区域和空气提取区域。入口区域紧邻集结槽的上游，而空气提取区域紧邻集结槽的下游。入口区域的顶部在竖直方向上低于空气提取区域的顶部。另外，在操作中，液压流体的水位的深度一直被維持为高于入口区域的顶部。这防止了在入口区域内产生空气-液压流体界面，从而降低由于液压流体在进入入口区域时所产生的紊流而导致的携入空气的量。另ー实施例包括紧邻空气提取区域下游的变向区域。所述变向区域导致流体在空气提取区域内的流动方向发生改变。这种变向方式允许被扩大的气泡从流动的流体中排出。类似地，在一个实施例中，流体储罐包括在变向区域下游的出口区域。流动的流体在离开变向区域并进入出口区域时又一次被变向。优选地，进入和离开变向区域所导致的方向改变将在约150度-180度之间。将流体储罐的多个部分分成多个不同区域的装置(即金属板)优选被热耦合到流体储罐的封壳以促使其它的热量传递到用于随后进行散热的封壳(焊接)。因此，这些附加的结构用作散热片。在另ー实施例中，集结槽被形成在储罐的侧旁而非集结板的中心。这使得流体被引导至横向向外朝着流体储罐的侧旁流动，以促使热量传递至储罐的封壳、即売体，以提高对储罐的热量提取。因此，在一个实施例中，集结板的连续部分在所述集结板的中心，从而迫使流体朝着侧旁横向流动。另外，在一个实施例中，集结槽不会贯穿集结板的中心。本发明的其它方面、目的和优势将通过以下结合附图的详细说明而变得更加显而易见。
结合在说明书中并形成所述说明书一部分的附图示出了本发明的几个方面，所述附图与说明书文字部分一起用于解释本发明的原理。在附图中图I是根据本发明的一个实施例的流体储罐的部分透视图，其中所述流体储罐的一个侧面被移除以示出内部构件；图2是形成在图I的流体储罐的集结板上的成排集结槽的放大平面图3是图I的储罐的侧剖视图，示意性地示出了气泡如何形成和从储罐提取出来；图4和5是集结槽的透视图；以及图6示出了类似于图3的实施例的可选的实施例。虽然将结合某些优选实施例对本发明进行描述，但没有将本发明限定于这些实施例的目的。相反地，所述目的在于覆盖如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内所包括的所有可选的、修正的和等同的实施例。
具体实施例方式图I是根据本发明的一个实施例的流体储罐100的透视图。所述流体储罐100被用于储存在下游系统(未示出)中使用的流体。在一个实施例中，所述系统是ー种液压系统，其使用流体作为ー种手段来将动カ传输至系统的装置或将动カ从所述系统的装置传输出去，所述系统的装置诸如液压发动机、液压泵、液压缸等。所述流体储罐100包括流体入ロ 102，已经流经系统的回流流体将从所述流体入ロ 102返回流体储罐100。所述入口 102的形式可以是螺纹接ロ、快换式接ロ、或其它可连接流体导管或软管的接ロ。所述流体储罐100还包括出ロ 103，被储存的流体可从所述出ロ103离开流体储罐100。所述出口 103可以类似于入口 102。一般而言，出口 103会被联接到抽吸源、诸如液压泵。在所述特别实施例中，流体储罐100包括过滤器壳体104，流体过滤器可以被储存在所述过滤器壳体104中，以用于在回流流体与被储存在储罐100中的其余流体混合之前将所述回流流体过滤。所述过滤器壳体104具有过滤器开ロ，在维修间隔期间过滤器可以通过所述过滤器开ロ被移除或插入。过滤器壳体104具有接近于流体储罐100底部的出ロ108，被过滤的流体可以从所述出ロ 108离开过滤器壳体104。所述实施例的流体储罐100具有封壳(或外壳)，其具有大致上矩形的侧面；但也可以使用其它形状。
流体储罐100被配置为从流经流体储罐100的液压流体内移除携入空气，并且促进流体储罐100的热量提取。因此，可以使用结合了本发明特征的较小的流体储罐并仍获得合适的空气提取和热量提取性能。为了移除空气，流体储罐100包括集结板110 (也被称为气泡形成板)，其被配置为使被携入在液压流体内的很小的微气泡合并和形成更大的气泡。所述更大的气泡使各个气泡的浮力増加，从而允许所述气泡克服随着液压流体流经流体储罐100时作用在气泡上的流体流动力。已经被发现的是，包括根据本发明实施例教导的用于集结微气泡的集结系统在内的流体储罐可以比没有所述集结系统的相似尺寸的流体储罐多移除多达33%的携入空气。如图I所示，集结板110包括多个集结槽112(也被称为"形成槽")。所述集结槽112被配置为使被携入在液压流体内的微气泡粘附在所述槽112的表面。随着越来越多的气泡粘附在槽112的表面，这些单独的气泡将合并成更大的气泡。一旦它们由于流体流动而被撞离集结板110，所述气泡将大到足够克服流经流体储罐的流体所产生的流动力。集结板110相对于流体储罐100的顶部114成角度、且因此相对于液压流体118的顶表面116成角度，所述角度α在约30度和60度之间、并更优选在约40度和50度之间、并优选约45度。但是，所述角度可以根据流经流体储罐100的流体的流动速率和流体118的物理特性而有所改变。因此，申请人保留要求在上文指出的在30度和60度范围之间的角度α处于任何特别范围或单值的权利。另外，集结板110的斜率被配置为使得流体在经过集结槽112时竖直向下流动。这样做是为了減少在流体顶表面116处的湍流，以减少另外的空气被携入的可能性。參考图2，为了促使微气泡附连到集结槽112的表面，所述槽112大致上是锯齿形由多个交替的峰部和谷部形成，一般分别用附图标记120、122表示。但是，特定的峰部和谷部可以具有特别的附图标记。在一个实施例中，上峰部横向对齐下峰部，诸如峰部130、132所示。在这种构型中，峰部130的梢端在两者之间形成缩颈区134。类似地，上谷部对齐下谷部，如由此形成更·宽间隙的谷部136、138所示。因此，随着横向向内朝着集结板110的中心移动，在槽112的上表面140和槽112的下表面142之间的竖直间隙H在较大值和较小值之间交替。另外，峰部和谷部120、122为顶表面和底表面140、142提供了锯齿形状，并最大化了可以使气泡发生合并的表面面积。由于表面140、142的表面情况影响着可以被捕集或从流体中移出的空气量，所以表面粗糙度将不小于40Ra，优选表面粗糙度在约60和80Ra之间、并更优选在约65和75Ra之间、甚至更优选约70Ra。表面粗糙度使将被捕集在槽112的表面上的微气泡量増加。但是在一些实施例中，表面粗糙度可以达到130Ra。当气泡离开集结板110并重新进入流经流体储罐100的流体时，这增加了气泡生长的尺寸，并增加了各个气泡的浮力。所増加的气泡尺寸将更易于气泡克服流体流动カ并漂浮至液压流体的顶部、以及从液压流体中移除所述气泡。图3是示出了流经储罐100的流体、以及流体流经流体储罐100时在液压流体118内的非比例尺寸的气泡的示意图。首先需要说明的是，流体储罐100被分成四个(4)不同的区域。第一区域(I)是入口区域(也被称为"入口室145")，在所述入口室145中原回流流体进入流体储罐100。所述入口区域大致上被储罐100的外部壳体的一部分、集结板110以及抗紊流的顶板146所限定。在图3中，可以看到流体的深度D大于顶板146的高度H2。因此，在入口室145内，流体118和顶板146之间没有气穴(air pocket)。这是因为随着回流流体进入入口室145，所述流体快速流动。随着流体竖直向上流动，如果流体与气穴直接接触，流体的顶表面的紊流将促使更多空气被携入液压流体118中。但是，通过去除这部分流体储罐100中的气穴，就可以去除紊流空气-流体界面。这种构型也将所有集结槽112保持浸没在液压流体中，以促进集结过程。更特别地，即使在储罐流体水位(即图3中的深度D)波动的过程中，槽112也将保持浸没。流体储罐具有也被称为空气提取室148的第二区域(2)，在所述空气提取室148中大多数气泡从液压流体中被提取出来。空气提取室148相对于入口室145处于集结板110的相反侧。因此，如图3中所示，入口室145中流体118内的微气泡150显著小于空气提取室148内的被集结的气泡152。这些气泡152已经脱离集结槽112 (其也可被称为"形成槽")并正在克服空气提取室148内的流体流动力，从而所述更大的气泡152能脱离流体的流动并浮到流体118的表面116。
第三区域(3)可以被称为变向区域154，其使流体的流动两次改变方向。通过改变流体的流动方向，将促使更大的携入气泡152从液压流体中排出。此时，流动的流体是完全经过处理的流体，其中的携入空气已经被移除。当流动的流体从第二区域过渡到第三区域时，产生了第一个大约180度的方向改变。当流动的流体从第三区域过渡到第四区域吋，产生了第二个大约180度的方向改变。在所示的实施例中，变向区域154形成在两个大致平行的板160、162之间。所述板160、162抵接着集结板110的连续部分。上部板160的相反端被成对的腿部164支撑着，以形成入口开ロ 166。在下部板168中形成的多个开ロ 168使被完全处理的流体过渡到出ロ室170中、即第四区域中。由于包含顶板146，第五区域或死区172可以被认为在流体储罐100内。所述死区可以与储罐100的其余部分隔离开。可选地，顶板146可包括槽，使得流体储罐100内的流体可以在诸如流体水位上升的过程中流入所述死区。 在一些示例中，根据本发明的系统可以比没有所述集结装置的类似尺寸的储罐增加多达33%的空气提取量。在所示实施例中，槽112大致上水平定位。这使得当沿下游方向移动时，槽的顶表面140(參见图2)向下成角度。这使流动的流体被压入所述顶表面，从而促使更大气泡的形式。这促使流体中的空气提取量有所増加。表面140、142的角度对应于角度a。但是，如上所述，所述表面可优选在流体流动的方向上竖直向下延伸。一般而言，优选集结槽112的开ロ面积总和等于或大于流体流经储存器的路径的最小横截面积，以避免由于集结槽112而给上游流体流动带来反压力。另外，需要使长度L、高度H和槽112的数量能够使得经过槽面积的流速V最小在约O. 3英尺/秒和O. 5英尺/秒之间、并且最大在约6英尺/秒和9英尺/秒之间。集结板110的厚度T(且因此顶表面和底表面140和142的平行于从两者间流过的流体流动方向的长度)优选大于3毫米并不大于10毫米，并且优选在上述流速范围中不大于8毫米。更厚的材料可能导致局部紊流，从而引起正在成形的气泡在它们生长到理想尺寸之前过早地从表面离开。因此，离开的气泡将不具有足够的浮力来克服流动力。因此，这些气泡将保持处于流动的流体中并经过出Π 103。因为更多的空气可以从储罐中被提取出来，并且这不依赖于空气-流体界面面积和储罐容积的大小，所以可以使用更小的储罐来維持相同的空气移除量。本发明的另外的特征在于，槽112被形成在集结板110的旁侧，使得槽112被定位得邻近于流体储罐100的侧壁180 (在图I中仅示出一个侧壁)。这种构型将引导离开出ロ108的流动的流体朝着储罐100的侧壁180横向流动。这减少了储罐100内的传热死区的容积。当入口(即入口 102)和出口 103相对于彼此对齐时，流动的流体将趋于流经储罐100的中心。在入口和出口之间偏离中心流体流动的ー些流体流动将变得相对迟滞。这种在横向外部迟滞的流体将形成热绝缘体，从而降低储罐的热量提取性能。因此，通过迫使流体横向向外流动、即朝着侧壁180流动，可以减少这些死区。另夕卜，这使得更多的流动的流体接触侧壁180，从而促使侧壁180和流动的流体之间的热对流，进而提闻储te loo的热量提取性能。
因此，在一个实施例中，槽贯穿集结板的边缘、即边缘182。槽112被储罐100的侧壁180封闭，使得槽部分地被侧壁180和集结板110限定。另外，在所示的实施例中，集结板110包括横向介于槽112之间的连续部分186。因此，在连续部分186的相反侧上有两排槽112。连续部分迫使流体朝着侧壁180横向流动。这样，使用更小尺寸的储罐也可以提高热量提取性能。另外，可以调整槽112的数量以改变相应的成排的槽112的压カ特性，以调整使流体流向储罐100的不同侧。图6是流体储罐200的另外的实施例，其类似于先前的实施例。但是，在所述实施例中，集结板210在流体流经集结槽212的方向上以大于90度的角度α '延伸。所述角度α '引导流体朝着流体的顶表面216的方向流经集结槽212。
所述构型降低了流体的流阻(即反压力)，从而允许流体以较低的速率流经槽。一般而言，这些构型的角度α '在约120度和150度之间、并更优选在130度和140度之间、并优选相对于顶表面216呈约135度。引导流体朝着顶表面216流动促使了气泡形成。已经被发现的是，气泡将在流动的流体内以较块的速率于较高的位置形成。这是由于靠近表面216的流体压カ降低，从而促使气泡形成。所有參考物，包括在这里所引述的出版物、专利申请、和专利在内，都是通过引用被结合在本文中，就如同每个參考物通过弓I用被单独地和特别地描述，以结合在本文中，并且所述每个參考物的全部内容都在本文中列出。除非本文中有其它描述或明确相反的指示，在描述本发明时(特别是以下权利要求中)，术语“一”、“ー个”、“该”以及类似指示语的使用之意在于覆盖単数和复数两种情況。除非另有指示，术语“包括”、“具有”、“包括在内”、以及“包含”应被理解为开放式术语(即，意味着“包括，但不限干，”)。除非在本文中另有描述，本文对取值范围的详述仅_在用作替代单独指出落入范围内的每个单值的便捷方法，并且每个单值就如同它们在本文中被单独引述得那样被结合在说明书中。除非本文中有其它描述或明确相反的指示，本文中所描述的所有方法可以以任何适当的顺序执行。本文中所提供的任何和所有示例、或示例性用语(例如，“诸如”)的使用，除非另有要求，都仅_在更好地阐述本发明、并非对本发明的范围构成限制。说明书的所有用语都不应该被理解成描述对本发明实施所必需的任何不要求权利的元件。在本文中描述了本发明的优选实施例，包括发明人所知的执行本发明的最佳模式。在阅读前述说明书之后，这些优选实施例的变型可能对本领域普通技术人员而言变得显而易见。发明人希望技术人员使用所述变型将被认为是盗用，并且发明人g在本发明将应用在本文所持别描述的情况之外。因此，本发明包括本文中所附权利要求所引述的保护主题的所有修改的和等同的实施例，这将被适用的法律所允许。此外，除非本文中有其它描述或明确相反的指示，在所有变型中可能出现的上述元件的任何结合都将被包含在本发明中。
权利要求
1.ー种流体储罐，包括 壳体，其限定出内部腔体、入口以及出口 ；以及 携入空气移除机构，其在内部腔体内以传送流体的方式介于入口和出口之间，使得流经入口和出口的所有流体都必须流经所述携入空气移除机构。
2.如权利要求I所述的流体储罐，其中，所述携入空气移除机构是壳体内的隔板，其将内部腔体至少分成第一室和第二室，所述隔板包括穿过所述隔板的多个槽，以将第一室与第二室相流体连通。
3.如权利要求2所述的流体储罐，其中，隔板相对于储罐的流体的顶表面成角度。
4.如权利要求2所述的流体储罐，其中，所述多个槽包括多个峰部和多个谷部，从而在槽的至少ー侧上提供出了锯齿形轮廓。
5.如权利要求2所述的流体储罐，其中，槽的至少ー侧上的表面的表面粗糙度至少是40Ra。
6.如权利要求5所述的流体储罐，其中，槽的至少ー侧上的表面的表面粗糙度不大于70Rao
7.如权利要求2所述的流体储罐，其中，壳体具有大致在入口和出ロ之间延伸的成对的相对侧壁，其中槽在一端上被相对侧壁之一所界定。
8.如权利要求2所述的流体储罐，其中，壳体具有大致在入口和出ロ之间延伸的成对的相对侧壁，隔板在相对侧壁之间延伸，其中多个槽包括邻近侧壁之一的第一排槽和邻近另ー侧壁的第二排槽。
9.如权利要求8所述的流体储罐，其中，第一排槽和第二排槽被隔板的连续部分分隔，从而迫使流体朝着相对侧壁流动、而不是流经隔板中心。
10.如权利要求9所述的流体储罐，其中，槽在至少一端上被相应的邻近侧壁所界定。
11.如权利要求2所述的流体储罐，其中，槽在流体流经所述槽的方向上竖直向下成角度。
12.如权利要求2所述的流体储罐，其还包括第三室和第四室，流体在从第二室过渡到第三室时发生第一次流动变向，并且流体在从第三室过渡到第四室时发生与第一次流动变向相反的第二次流动变向。
13.如权利要求12所述的流体储罐，其中，第一流动变向和第二流动变向都在约150度和180度之间。
14.如权利要求3所述的流体储罐，其中，隔板的厚度在约3毫米和8毫米之间。
15.如权利要求3所述的流体储罐，其中，所述角度在约30度和60度之间。
16.如权利要求15所述的流体储罐，其中，所述角度在约40度和50度之间，并使得槽在流体流经所述槽的方向上竖直向下定向。
17.如权利要求2所述的流体储罐，其中，各槽的总表面面积至少等于流体储罐内其它开ロ的表面面积，以避免由于槽而使流经储罐的流体的流阻有所増加。
18.如权利要求2所述的流体储罐，其中槽被配置为使得流体流经槽的流速在约O.3英尺/秒和9英尺/秒之间。
19.如权利要求2所述的流体储罐，其中槽的最大高度在约1/16英寸和1/2英寸之间。
20.如权利要求19所述的流体储罐，其中槽的最大高度在约1/8英寸和3/16英寸之间。
21.如权利要求2所述的流体储罐，其中第一室的顶板在竖直方向上高于第二室的顶板，使得第二室内的流体水位能被維持得高于第一室的水位。
22.如权利要求3所述的流体储罐，其中所述角度大于90度。
23.如权利要求3所述的流体储罐，其中所述角度在约120度和160度之间，使得流经槽的流体被引导至流体储罐的顶部。
24.—种处理液压流体的方法，包括下述步骤 使液压流体流经流体储罐；以及 使流体流经储罐内的携入空气移除机构。
25.如权利要求24所述的方法，其中，使流体流经储罐内的携入空气移除机构的步骤包括使流体通过隔板而从第一室流到第二室，所述隔板形成有穿过所述隔板的多个槽，以将第一室与第二室相流体连通。
26.如权利要求25所述的方法，其中，使流体流经储罐内的携入空气移除机构的步骤包括在流体流经多个槽的同时使被携入液压流体内的气泡合并成更大的气泡。
27.如权利要求26所述的方法，其中槽具有锯齿形轮廓，并且锯齿表面的表面粗糙度在约40和70Ra之间。
28.—种处理液压流体的方法，包括下述步骤 使液压流体流经流体储罐；以及 弓I导流体朝着储罐的侧壁流动，以促进液压流体和储罐的侧壁之间的传热。
29.如权利要求27所述的方法，其中，引导流体的步骤包括在流体流经隔板时使流体分成两股单独的流体，所述隔板具有邻近于侧壁的开ロ、以及在邻近于相对侧壁的槽之间位于隔板中心的连续部分，以防止流体流经隔板的中心井迫使流体朝着侧壁流动。
全文摘要
提供了一种包括携入空气移除机构的流体储罐。携入空气移除机构协助将被携入流体内的小气泡合并成更大的气泡，使得气泡具有足够的浮力来脱离流动的流体。携入空气移除机构可以是将流体储罐内的不同室连通的多个锯齿形槽。流体储罐也可以被配置为当流体从一个室过渡到另一个室时引导流体朝着流体储罐的侧壁流动，以促进热量传递出流体储罐，并避免储罐内的流体成为热绝缘体。
文档编号F15B1/26GK102985701SQ201180027764
公开日2013年3月20日 申请日期2011年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者B·E·克努特 申请人:赫格森设计服务有限公司