CN104105913B - 具有一体式的热旁通阀的换热器 - Google Patents

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Abstract

一种换热器装置，其包括换热器及热致动的旁通阀。该换热器具有限定第一通道、第二通道和旁通通道的多个板。第一流体入口歧管与第一通道和旁通通道流体连通。旁通阀位于第一流体入口歧管中，且该旁通阀包括具有第一槽和第二槽的套筒，第一槽和第二槽分别允许流体从第一流体入口流至旁通通道和第一流体入口歧管。鼓状件位于套筒内，并且能够从第一位置处移动至第二位置处。鼓状件具有孔，该孔允许第一流体在第一位置处流至第一槽且在第二位置处流至第二槽。致动器与鼓状件接合，并且将鼓状件致动，以将鼓状件从第一位置处移动至第二位置处。

Description

具有一体式的热旁通阀的换热器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年12月22日提交的美国临时专利申请No.61/579,313的优先权和权益。因此上述专利申请的内容通过引用而全部并入本发明的说明书中。
技术领域
本说明书涉及一种具有一体式的热旁通阀(TBV)的换热器装置。
背景技术
根据流体特性(例如，温度、压力等)的变化而改变流体流经换热器的路径的换热器系统是已知的。例如，WO 94/29659示出了一种板式油冷却器，其具有连接至油侧入口的压敏阀组件，以在冷却器的油侧处的压力超过预定值时允许油绕过冷却器的油侧。可替代地，美国专利No.4,669,532公开了一种双金属阀，该双金属阀被布置在油冷却器的油侧，以在油的温度低于预定值时允许油绕过冷却器的油侧。
此外，存在换热器系统的多种示例，在该换热器系统中，流体流经换热器的流量是根据另一种流经换热器的流体的温度来控制的。例如，德国待公开专利申请No.196 37 818和欧洲待公开专利申请No.787 929示出了两种所述系统，其中根据流经换热器的油的温度来控制冷却剂通过油冷却器的流动。在这两种系统中，调温器都位于入口的上游以在油进入换热器之前测量油温，尽管根据油流出换热器时的油温来控制冷却剂通过换热器系统的流动也是已知的。
这些系统的问题在于它们可能会占据相当大的空间，而在汽车应用(即本技术的主要应用)中往往很重视这一点。此外，这些系统还可能会增加其附接的车辆的重量，从而可能会降低燃油经济性。而且，这些系统中的调温器周围的环境可能会影响油温的读取，从而导致被引导至换热器的冷却剂比实际需要的多或者少。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种换热器装置，所述换热器装置包括：
换热器，所述换热器包括：
限定第一流体通道、第二流体通道和旁通通道的多个板；
第一流体入口歧管和第一流体出口歧管，所述第一流体入口歧管和所述第一流体出口歧管分别具有第一流体入口和第一流体出口，所述第一流体入口歧管和第一流体出口歧管与第一流体通道流体连通；并且，所述第一流体入口歧管还与所述旁通通道流体连通；以及
热旁通阀，所述热旁通阀位于所述第一流体入口歧管中，所述热旁通阀包括：
套筒，所述套筒具有第一槽和第二槽，所述第一槽允许流体从所述第一流体入口流至所述旁通通道，所述第二槽允许流体从所述第一流体入口流至所述第一流体入口歧管；
鼓状件，所述鼓状件位于套筒内，并且能从第一位置处可滑动地移动至第二位置处，该鼓状件具有第一孔以及一个或更多个另外的孔，所述第一孔与所述第一流体入口流体连通，在所述第一位置或第二位置处，所述一个或更多个另外的孔将流体引导到所述第一槽或第二槽；以及
热致动器，所述热致动器与所述鼓状件接合，并且根据第一流体的温度致动所述鼓状件，以从所述第一位置处移动至所述第二位置处。
根据本申请的另一方面，提供了一种热旁通阀，所述热旁通阀包括：
套筒，所述套筒具有第一槽和第二槽；
鼓状件，所述鼓状件定位在套筒内，且能从第一位置处可滑动地移动至第二位置处，鼓状件具有第一孔和一个或更多个另外的孔，所述第一孔与第一流体入口流体连通，在第一位置处或第二位置处，所述一个或更多个另外的孔将流体引导至第一槽或第二槽；以及
热致动器，所述热致动器与鼓状件接合，并根据第一流体的温度致动鼓状件，以从第一位置处移动至第二位置处。
附图说明
图1示出了内部安装有热旁通阀(TBV)的油-水(OTW)加热器的一部分的截面，该加热器处于高温状态下(即，油温高于阀致动设定点温度)并且油流经旁通通道；
图2示出了图1的OTW加热器，该加热器处于低温状态下(油温低于阀的设定点温度)并且油流经换热器；
图3示出了内部安装有TBV的OTW冷却器的一部分的截面，该冷却器处于高温状态下并且油流经换热器；
图4示出了图3的OTW冷却器，该冷却器处于低温状态下并且油流经旁通通道；以及
图5示出了根据一个实施例的热旁通阀的平面图，该热旁通阀用在OTW冷却器中且鼓状件处于第一位置处。
图6示出了根据一个实施例的热旁通阀，该热旁通阀用在OTW冷却器中且鼓状件处于第一位置处。
图7示出了根据图6所示的实施例的热旁通阀的鼓状件和套筒。
具体实施方式
本说明书公开了一种换热器装置作为实施例，该换热器装置具有换热器及位于该换热器内的热致动旁通阀。
油-水(OTW)换热器采用例如发动机冷却剂的水基换热流体来加热或冷却油。当与本文中所公开的合适的阀组合时，OTW换热器可用作油冷却器或油加热器。在OTW冷却器的构造中，其中热量从油传输至冷却剂，处于高温状态时油流经换热器，而处于低温状态时油绕过换热器。在OTW加热器的构造中，其中热量从冷却剂传输至油，处于低温状态时油流经换热器，而处于高温状态时油绕过换热器。所知道的是发动机冷却剂的加热要比油更快，因此OTW加热器能帮助油从低温开始状态迅速完成加热。
根据本说明书的实施例，热致动旁通阀(TBV)内部地安装在换热器内，这能帮助减小换热器装置所需的总空间量。在根据本说明书的另一个实施例中，换热器装置包括安装在换热器的油入口配件内和/或油入口歧管内的TBV。
现将参考附图描述根据本说明书的实施例。图1和2示出了OTW加热器10的一部分的截面，该加热器10包含由多个盘形的热交换板组成的芯部12。所用的板的类型不受特定限制，且该板具有第一流体通道、第二流体通道及旁通通道38。例如，如在图1至4的实施例中所公开的，第一流体通道和第二流体通道由多个嵌套的盘形板形成，这些盘形板在一个实施例可以是一样的。如本文中所公开的，第一流体通道可设置有用于油流动的通路，而第二流体通道可设置有用于冷却剂或其他流体流动的通路，以进行换热。如本文中所公开的，旁通通道38可由旁通通道盖板18和位于嵌套的盘形板上方的大致平坦的板40形成。加热器10的底部可设置另一个嵌套的平底盘形板42来封闭加热器10。
在一个实施例中，加热器10可设置有用于冷却剂和油的入口歧管和出口歧管，但是在本文中的附图中仅示出了油入口歧管14。油入口歧管14和油出口歧管与芯部12中的油流动通路流体连通，以用于第一流体的流动。而冷却剂入口歧管和冷却剂出口歧管(未示出)与第二流体通道流体连通，以允许冷却剂的流动。在所公开的实施例中，歧管14在其底部被封闭，并且通过其上端从油入口44接纳油，该油入口44可联接有油入口配件16。配件16附接至旁通通道盖板18的顶部，并设置有用于油进入的开口。如本文中所公开的，在一个实施例中，旁通通道盖板18可覆盖芯部12的整个顶部。
在所公开的实施例中，旁通通道38位于盘形的热交换板之上，且靠近油入口配件16。然而，例如但不限于此，旁通通道38也可以定位在热交换板的芯部12的下方，同时配件16附接至盘形热交换板的顶板。
在油入口配件16和油入口歧管14内部容纳有热旁通阀(TBV)19，该热旁通阀具有通常为圆筒形的外套筒20。外套筒20在其底端46处被封闭，该底端46远离油入口44或者可被打开且设置有用于保持偏置构件的凸缘延伸部，如在本文中将进一步解释和附图中所示出的。在如附图中所公开的一个实施例中，热旁通阀的大部分在油入口歧管14内保持就位。在其他的实施例中，套筒20的顶部具有唇缘22，该唇缘被保持在配件16和盖板18之间，以用于将套筒20和TBV 19在油入口歧管14中固定就位。外套筒20设置有上部槽24(或第一槽)(图1至4和图7中所圈出的)以及下部槽26(或第二槽)(图1至4和图7中所圈出的)，以下将说明其原因。在图5至7中将更清晰地示出被开槽的外套筒20。
在附图中所公开的实施例中，套筒的上部槽24允许流体从油入口44流至旁通通道38。而套筒中的下部槽26允许流体从油入口44流至油入口歧管14，并且从该油入口歧管14进入盘形热交换板的芯部12以进行换热。
在外套筒20内设置有鼓状件28，该鼓状件28能在套筒20内从第一位置处(图2和4)可滑动地移动至第二位置处(图1和3)。鼓状件28具有第一孔48(图1至3中所圈出的)，该第一孔48与第一流体入口44(图1至3中所圈出的)或油入口配件16中的开口流体连通，以允许例如油的流体进入鼓状件中。此外，鼓状件28还设置有一个或多个孔36(图1至4和图7中所圈出的)，例如第二孔52或者第二孔52和第三孔54，以下将说明其原因。图5和图6中所示的鼓状件28位于套筒20内，而图7示出了从套筒20移出的鼓状件28。鼓状件28的形状不受特定限制，在一个实施例中，通常为具有封闭的底部的圆筒形，而该底部远离油入口。在另一实施例中，如附图中所所示，鼓状件28的下部或底部50可具有特定的轮廓，例如在本文中将进一步描述的弓形轮廓。
鼓状件28容纳热致动器30，该热致动器可以是蜡马达的形式，在一个实施例中，该热致动器30在其上端处刚性地安装至油入口配件16。致动器30的内部容纳蜡，该蜡在例如由于流体的温度而被加热时膨胀。致动器30包括活塞32，当蜡被加热时活塞伸展，而蜡冷却时活塞可缩回。因此，当油温高时活塞32处于伸展的状态(图1)，而当油温低时活塞32处于缩回的状态(图2)。
活塞32与鼓状件28接合，从而当活塞32伸展时鼓状件28从第一位置处(如图2和4所示)向下移动至第二位置处(如图1和3所示)。在所公开的实施例中，鼓状件28的底部的形状允许该底部和鼓状件28一起可操作性地联接至活塞32，使得鼓状件响应于活塞32而移动。在附图中所公开的实施例中，鼓状件28的底部的弓形轮廓允许活塞32与鼓状件28接合，从而将活塞32可操作性地联接至鼓状件28。
在本文中所公开且如图1至4所示的另一个实施例中，可设置偏置构件，以用于将鼓状件28朝第一位置偏置。例如，当活塞32缩回时，外套筒20和鼓状件28之间的螺旋弹簧34向上地推动鼓状件28。
如上所述，除了与入口44流体连通的第一孔48外，鼓状件28还可设置有一个或更多个孔36。在一个实施例中，如图1和2所示，鼓状件28可设置有第二孔52和第三孔54(所圈出的)；然而在另一实施例中，如图3、4、5和7所示，鼓状件28可仅设置有第二孔52(所圈出的)。第二孔52和第三孔54(当存在时)可设置为单个开口或者多个开口。此外，如图所示，第二孔52和第三孔54可沿鼓状件28的长度沿纵向相互对齐。在可替代的实施例中，第二孔52和第三孔54可沿鼓状件28的长度相互错开(未示出)，只要它们允许在鼓状件的不同位置处从鼓状件28至外套筒20的槽之间的流体连通即可，如本文中所公开的。
在OTW加热器的一个实施例中，鼓状件28设置有第二孔52和第三孔54，其中油处于低温状态，如图2所示，活塞缩回且鼓状件28被升高，使得鼓状件28将外套筒20中的上部槽24阻塞，并且鼓状件28中的第二孔52与外套筒20的下部槽26对齐。因此，从油入口配件16至芯部12形成封闭的流体路径以将旁通通道38阻塞，并且油通过对齐的第二孔52和槽26进入油入口歧管14。因此，当油被冷却剂加热时，油进入歧管14并流经换热器芯部12。
随着油温的升高，致动器30的温度也升高，同时活塞32伸展至图1所示的位置。活塞32向下推动鼓状件28，使得鼓状件28的第二孔52被外套筒20阻塞，而鼓状件28的顶部不再将外套筒20中的上部槽24阻塞。因此，在该位置处，第三孔54与外套筒20中的第一槽24对齐，热油进入位于盖板18和芯部12之间的旁通通道38，而不进入换热器10的入口歧管14。
作为实施例，图3和4示出了OTW冷却器10的一部分的截面，该OTW冷却器10的大部分元件与上述OTW加热器10中的一样。因此冷却器10中的相同元件由相同的附图标记表示。所述实施例的一个区别之处在于鼓状件28仅设置有第一孔48和第二孔52(图3和4中所圈出的)，同时第一孔48与油入口44或油入口配件16中的开口流体连通，以允许油进入鼓状件28。
在图3所示的高温状态下，随着活塞32伸展，鼓状件28的第二孔52与外套筒20的下部槽26对齐，同时鼓状件28将上部槽24阻塞。因此，热油从入口44流至歧管14，然后流经芯部12，在芯部12处热油向温度相对低的冷却剂传热。
在图4所示的低温状态下，随着活塞32处于缩回位置中，鼓状件28的第二孔52与外套筒20的上部槽24对齐，以允许油绕过换热器芯部12。鼓状件28阻止油流向歧管14，因此阻止油流经外套筒20的下部槽26并阻止油流入歧管14。
尽管已经参考示例的实施例和附图对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员应当理解，本发明不限于优选的实施例，且对本发明进行的各种变型不脱离权利要求所限定的发明范围。
附图标记列表
10 加热器 12 芯部
14 油入口歧管 16 油入口配件
18 旁通通道盖板 19 热旁通阀(TBV)
20 外套筒 22 唇缘
24 上部槽 26 下部槽
28 鼓状件 30 热致动器
32 活塞 34 螺旋弹簧
36 一个或更多个孔 38 旁通通道
40 平坦的板 42 底部盘形板
44 油入口 46 套筒底端
48 第一孔 50 鼓状件的底部
52 第二孔 54 第三孔

Claims (15)

1.一种换热器装置，所述换热器装置包括：
换热器，所述换热器包括：
限定第一流体通道、第二流体通道和旁通通道的多个板；
第一流体入口歧管和第一流体出口歧管，所述第一流体入口歧管和所述第一流体出口歧管分别具有第一流体入口和第一流体出口，所述第一流体入口歧管和第一流体出口歧管与所述第一流体通道流体连通；并且，所述第一流体入口歧管还与所述旁通通道流体连通；以及
热旁通阀，所述热旁通阀位于所述第一流体入口歧管中，所述热旁通阀包括：
套筒，所述套筒具有第一槽和第二槽，所述第一槽允许流体从第一流体入口流至所述旁通通道，所述第二槽允许流体所述从第一流体入口流至所述第一流体入口歧管；
鼓状件，所述鼓状件位于所述套筒内，并且能从第一位置处可滑动地移动至第二位置处，所述鼓状件具有第一孔以及一个或更多个另外的孔，所述第一孔与所述第一流体入口流体连通，并且在所述第一位置或第二位置处，所述一个或更多个另外的孔将流体引导到所述第一槽或第二槽；
热致动器，所述热致动器与所述鼓状件接合，并且根据第一流体的温度致动所述鼓状件，以从所述第一位置处移动至所述第二位置处；以及
在所述第一流体入口处的配件，
且其中，所述套筒还包括位于所述配件和旁通通道盖板之间的唇缘，以用于将所述套筒固定就位，其中，所述鼓状件的端部具有用于将所述鼓状件可操作性地联接至所述热致动器的弓形轮廓。
2.根据权利要求1所述的换热器装置，其中，所述一个或更多个另外的孔包括第二孔，在所述第一位置处，所述第二孔允许第一流体流入所述第一槽，并且在所述第二位置处，所述第二孔允许第一流体流入所述第二槽。
3.根据权利要求1所述的换热器装置，其中，所述一个或更多个另外的孔包括第二孔及第三孔，其中在所述第一位置处，所述第二孔允许第一流体流至所述第二槽，并且所述鼓状件阻止第一流体流至所述第一槽；在第二位置处，所述第三孔允许第一流体流至所述第一槽，并且所述鼓状件阻止第一流体流至所述第二槽。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的换热器装置，其中，所述致动器与所述配件联接。
5.根据权利要求1所述的换热器装置，其中，所述致动器包括马达，所述马达包含与活塞联接的可热膨胀和收缩的材料。
6.根据权利要求5所述的换热器装置，其中，所述活塞与所述鼓状件接合，并且所述活塞根据可热膨胀和收缩材料的热膨胀和收缩而从第一活塞位置处移动至第二活塞位置处以及再回到第一活塞位置处。
7.根据权利要求5或6所述的换热器装置，其中，所述可热膨胀和收缩材料是蜡。
8.根据权利要求1所述的换热器装置，还包括用于使所述鼓状件在所述第一位置处偏置的偏置构件。
9.根据权利要求8所述的换热器装置，其中，所述偏置构件为弹簧。
10.一种用于换热器装置的热旁通阀，所述热旁通阀包括：
套筒，所述套筒具有第一槽和第二槽；
鼓状件，所述鼓状件定位在所述套筒内，且能从第一位置处可滑动地移动至第二位置处，所述鼓状件具有第一孔和一个或更多个另外的孔，所述第一孔与第一流体入口流体连通，在所述第一位置或第二位置处，所述一个或更多个另外的孔将流体引导至所述第一槽或第二槽；以及
热致动器，所述热致动器与所述鼓状件接合，并且根据第一流体的温度致动所述鼓状件，以从所述第一位置处移动至所述第二位置处，以及
其中，所述套筒还包括位于配件和旁通通道盖板之间的唇缘，以用于将所述套筒固定就位，其中，所述鼓状件的端部具有用于将所述鼓状件可操作性地联接至所述热致动器的弓形轮廓。
11.根据权利要求10所述的热旁通阀，其中，所述一个或更多个另外的孔包括第二孔，在所述第一位置处，所述第二孔允许第一流体流至所述第一槽，并且在所述第二位置处，所述第二孔允许第一流体流至所述第二槽。
12.根据权利要求10所述的热旁通阀，其中，所述一个或更多个另外的孔包括第二孔以及第三孔，其中在所述第一位置处，所述第二孔允许第一流体流至所述第二槽，并且所述鼓状件阻止第一流体流至所述第一槽；在所述第二位置处，所述第三孔允许第一流体流至所述第一槽，并且所述鼓状件阻止第一流体流至所述第二槽。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的热旁通阀，其中，所述致动器包括马达，所述马达包含与活塞联接的可热膨胀和收缩的材料。
14.根据权利要求13所述的热旁通阀，其中，所述活塞与所述鼓状件接合，并且所述活塞根据可热膨胀和收缩材料的热膨胀和收缩而从第一活塞位置处移动至第二活塞位置处以及再回到第一活塞位置处。
15.根据权利要求13所述的热旁通阀，其中，所述可热膨胀和收缩材料是蜡。
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