用于热交换器的头部单元和热交换器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于热交换器的头部单元和热交换器。头部单元包括：设置有多个出口开口的基座和具有进口开口的侧壁，进口开口沿侧壁的长度限定在中部；设置在头部单元内并与侧壁间隔开的隔板，隔板配置为使冷却剂通过多个出口开口排出之前，在其周围循环；转向装置设置在头部单元内，并布置成与入口开口和隔板相关联，配置转向装置以促进冷却剂的循环，以及排气口，其用于夹带在冷却剂中的气体排出头部单元。在冷却系统的冷却回路中流动的冷却剂趋向于遇到相当大的紊流引起气体夹带在冷却剂中。头部单元在垂直平面内降低了冷却剂的流动分量，而迫使冷却剂在水平面上流动，并且也减少了紊流以及气体-液体混合。
【专利说明】用于热交换器的头部单元和热交换器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于热交换器的头部单元，更具体地，涉及一种用于分离夹带在与动力源相连的流体中的气体的头部单元。
【背景技术】
[0002]在冷却系统的冷却回路中流动的冷却剂具有高流量和一定程度的紊流，这可能导致气体夹带在冷却剂中。冷却剂中气体的夹带可能影响冷却剂的质量，降低了冷却剂的热承载能力并限制冷却剂的流量。夹带的气体也可能导致气蚀和冷却系统的整体性能的退化。另外，冷却剂中夹带的气体可能导致冷却剂的热物性的变化。在启动和/或关闭冷却系统下，由于冷却剂不期望的热膨胀/收缩，冷却剂的热物性的变化可能会导致连接软管损坏或接头泄漏。此外，由于冷却剂在循环中可以在不期望的位置膨胀或收缩，而不是在流动，因此，冷却剂中夹带的气体可对冷却系统产生负面影响。
[0003]用于分离留在冷却系统的冷却回路中的气体的系统是本领域已知的。例如，美国专利号6019171公开了一种向下流动，两个罐，两个散热器，其包括在上部罐的中心一流动分割挡板。流动分割挡板随着发动机的运转，自动排出留在挡板后面的任何气体。尽管如此，这样的系统对于具有高冷却剂流量的冷却循环不能满意地运行。
实用新型内容
[0004]本实用新型提供一种用于热交换器的头部单元和热交换器，其发明目的在于解决上述问题，使系统能够在高冷却剂流量的冷却循环下运行。本实用新型通过对冷却系统作改进设计，分离夹带在冷却剂流中的气体。在本实用新型的一个方面中，设置头部单元。头部单元包括:设置有多个出口开口的基座和具有进口开口的侧壁，进口开口沿侧壁的长度限定在中部。另外，头部单元包括:设置在头部单元内并与侧壁间隔开的至少一个隔板，所述至少一个隔板配置为使冷却剂通过多个出口开口排出之前，在其周围循环。头部单元还包括转向装置，该转向装置设置在头部单元内，并布置成与入口开口和至少一个隔板相关联，配置转向装置以促进冷却剂的循环，和排气口，其用于夹带在冷却剂中的气体排出头部单元。
[0005]在本实用新型的技术方案中，还具有以下附加技术特征:
[0006]转向装置定位在头部单元内基本上正对入口开口。
[0007]转向装置还包括一对弯曲过渡，它们位于头部单元的内表面上。
[0008]至少一个隔板包括一对隔板，它们在头部单元内相邻布置并彼此间隔。
[0009]一对隔板是平面的且布置在相同的平面上。
[0010]入口开口沿侧壁设置在中部并在一对隔板之间。
[0011]还包括一顶面,排气口位于该顶面上。
[0012]多个出口开口由从头部单元的基座延伸的多个通道限定。
[0013]还包括与排气口连接的压力帽。[0014]一种热交换器，具有上述头部单元的技术方案，该头部单元安装在热交换器的顶部。
[0015]本实用新型的其它特征和方面将从下面的描述和附图中显现。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是与动力源相连的示例性冷却系统的框图；
[0017]图2是热交换器的头部单元的透视图；
[0018]图3是头部单元的俯视图；
[0019]图4是头部单元的另一透视图。
【具体实施方式】
[0020]只要可能，相同的附图标记将贯穿附图用于指代相同或相似的部件。图1示出了用于动力源102的示例性冷却系统100的框图。动力源102可包括本领域中已知的任何动力源。例如，动力源102可以是具有发动机缸体104和汽缸盖106的内燃机。在这种情况下，冷却系统100可用来降低与所述内燃机相连的冷却剂的温度。可替换地，动力源102可包括任何一种，但不限于，制冷单元、加热-通风空调(HVAC)单元、如电池组等的蓄电装置等。此外，动力源102可以包括冷却夹套(未示出)，冷却剂可以流过该冷却夹套。冷却剂可以接收由动力源102产生的过多的热量。如在附图中所示，冷却剂流可以通过流体通道112朝向热交换器110的头部单元108引导。
[0021]本实用新型涉及该头部单元108。头部单元108设置为与动力源102和热交换器110流体连通。进入头部单元108中的冷却剂可能包括夹带的气体。配置头部单元108以分离出现在冷却剂流中的夹带的气体。头部单元108结合附图2、附3和附4具体地讨论。
[0022]进一步地，分离出的冷却剂流排入热交换器110。热交换器110可包括任何结构的散热器，例如，壳管式热交换器、护环管式换热器等。流过动力源102的冷却夹套后由冷却剂收集到的热量可以排放至大气或热交换器110中一些其它流体，从而降低冷却剂的温度至可接受的限度。泵114可以设置在流体通道116中，该流体通道116连接热交换器110和动力源102。冷却剂在热交换器110内冷却之后，冷却剂可以通过泵114泵送至动力源102。本领域的普通技术人员将会理解，在附图中示出的连接是示例性的性质。
[0023]图2示出了头部单元108的透视图。头部单元108可包括第一侧壁202和第二侧壁204，它们布置成间隔开的彼此相对的布置。所述第一和第二侧壁202、204可以通过附加侧壁206、208互相连接，所述附加侧壁206、208也可以布置为相互间隔开的布置。布置第一和第二侧壁202、204以及附加侧壁206、208以形成大致矩形结构。
[0024]此外，第一侧壁202可以具有入口开口 210。入口开口 210可以部分地沿第一侧壁202的长度设置。入口开口 210可通过流体通路112与动力源102连接。在一个示例性实施例中，入口开口 210可以位于第一侧壁202的中间。入口开口 210的横截面可以基本上是圆形的。入口开口 210的位置、数量和尺寸可以根据系统的设计和要求而改变。
[0025]第二侧壁204可以具有转向装置，例如，布置在所述第二侧壁204的内表面上的导流板212。导流板212可以具有基本垂直的方向形成一对弯曲过渡，该弯曲过渡在导流板212和第二侧壁204之间。可选地，转向可以通过任何其它合适的结构来提供。在第二侧壁204上的导流板212的配置可以设置为与入口开口 210配合。例如，导流板212可以正对入口开口 210设置。导流板212可以配置为划分和重定向通过入口开口 210进入头部单元108中的冷却剂流。
[0026]此外，头部单元108可以具有至少一个隔板214，该隔板214可能间隔开并有可能大致平行于所述第一和第二侧壁202、204。隔板214可以具有大致平面的相配置。在隔板214和第一与第二侧壁202、204之间的距离可能变化。在图示的实施例中，两个隔板214大致设置在同一平面上。根据本实用新型一个实施例，隔板214可以与第一和第二侧壁202、204的距离相等。在一个示例中，入口开口 210可以沿所述第一侧壁202的中间，并大致布置在一对隔板214之间。
[0027]应当指出的是，隔板214相对于第一和第二侧壁202、204的定位可基于冷却剂流的容积调整。隔板214可以配置为头部单元108内限定一路径用于冷却剂流绕隔板214循环。隔板214以这样的方式与头部单元108定位，该隔板214在入口开口 210和导流板212之间的空间中的不产生干扰。此外，隔板214可定位，使得空间可以设置在隔板214和最邻近的附加侧壁206、208之间，允许冷却剂绕隔板214流动，如头部单元108内的箭头216所描述的。随着冷却剂绕隔板214流动，存在于冷却剂中夹带的气体可以被分离。
[0028]隔板214可通过任何已知的方法固定地连接到头部单元108的基座218上，包括紧固、焊接、粘接等。例如，如图2和图3所示，两个隔板214与第一和第二侧壁202、204间隔设置，并以不同的距离间隔开。此外，这两个隔板214可以具有不同的长度。
[0029]头部单元108的基座218可以设置为与第一和第二侧壁202、204以及附加侧壁206、208接触。基座218可以以穿孔或槽的形式设置有多个出口开口 220，以允许冷却剂流排出头部单元108，如箭头222所描述的。应当指出的是，隔板214上基座218的位置可以使得隔板214不阻碍通过多个出口开口 220的冷却剂流。形成在基座218上的出口开口220可流动地连通头部单元108与热交换器110。在一个实施例中，出口开口 220可以由多个从头部单元108的基座218延伸的通道限定，以提供与热交换器110流体连通。
[0030]冷却剂流可通过多个出口开口 220排出头部单元108。另外，如图4所示，头部单元108可设置有顶面402。顶面402可以设置有至少一个排气口 404，以允许从冷却剂流中分离所夹带的气体排出头部单元108。任选地，排气口 404可以包括在本领域中已知的任何已知的压力释放装置，如压力帽、安全阀或任何其它压力释放装置。夹带的气体可通过排气口 404排放到大气中。
[0031]应当指出的是,头部单元108迫使冷却剂沿水平面流动并在垂直平面中最小化流动组件。因而，这防止了气体-液体的混合，促进了分层和气体-液体分离。头部单元108可以由在本领域中已知的任何合适的金属或任何合适的聚合物制成。在一个实施例中，头部单元108可以模制为单件部件。在另一个实施例中，头部单元108可以多件元件构成，多个件可以通过任何已知的紧固方法，诸如焊接而连接在一起。另外，头部单元108可形成为独立的元件，其可拆卸地与热交换器110连接。可替换地，头部单元108可作为热交换器110的整体部分形成。
[0032]工业应用
[0033]头部单元108的工作将在下面详细说明。冷却剂流可以通过入口开口 210进入头部单元108。冷却剂流可以在一个方向上垂直于第一侧壁202流动。随着冷却剂流可进一步流向第二侧壁204，该冷却剂流可能会与设置在第二侧壁204上的导流板212接触。导流板212可以划分和重新定向冷却剂流，从而使冷却剂流绕设置在头部单元108内的隔板214循环，如图2中箭头216所示。头部单元108内的隔板214的存在可以为冷却剂提供增加的流动路径。另外，由于冷却剂绕隔板214循环，可以降低在流动的湍流。减小的湍流和增加的路径长度可能由于重力的作用从冷却剂流中造成气体分离。
[0034]分离的冷却剂流可进一步通过多个出口开口 220进入热交换器110，如图2中的箭头222所示。浮力可能会导致从冷却剂流中的分离的气体上升到头部单元108的顶面402。气体可通过排气口 404排放到大气中。在一个实施例中，在头部单元108内达到指定压力时，排气口 404可以打开以从头部单元108释放分离的气体。
[0035]虽然本实用新型的各方面已经具体示出并参照上述实施例描述，但本领域技术人员应当理解，在不脱离本实用新型公开的精神和范围下，各种变型的其它实施例可以通过已公开的机器、系统和方法的变型合理预期。这些实施例应该理解为落入本实用新型基于权利要求及其任何等同物所公开的范围内。
【权利要求】
1.一种用于热交换器的头部单元，其特征在于包括: 基座，其具有多个出口开口 ； 侧壁，其具有沿侧壁的长度限定在中部的入口开口； 至少一个隔板，其设置在头部单元内并与侧壁间隔设置，冷却剂通过多个出口开口排出之前，在所述至少一个隔板周围循环； 转向装置，其设置在头部单元内，并布置成与入口开口和至少一个隔板相关联；和排气口，夹带在冷却剂中的气体通过所述排气口排出头部单元。
2.根据权利要求1所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于，转向装置定位在头部单元内基本上正对入口开口。
3.根据权利要求1所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于，转向装置还包括一对弯曲过渡，它们位于头部单元的内表面上。
4.根据权利要求1所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于，至少一个隔板包括一对隔板，它们在头部单元内相邻布置并彼此间隔。
5.根据权利要求4所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于，一对隔板是平面的且布置在相同的平面上。
6.根据权利要求5所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于，入口开口沿侧壁设置在中部并在一对隔板之间。
7.根据权利要求1所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于还包括一顶面，排气口位于该顶面上。
8.根据权利要求1所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于，多个出口开口由从头部单元的基座延伸的多个通道限定。
9.根据权利要求1所述的用于热交换器的头部单元，其特征在于还包括与排气口连接的压力帽。
10.一种热交换器，其特征在于具有如权利要求1-9中任一项所述的头部单元，该头部单元安装在热交换器的顶部。
【文档编号】F28F9/00GK203731925SQ201420125902
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】J·Y·蒂利 申请人:珀金斯发动机有限公司