CN112513438B - 用于机动车辆的通风装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的通风装置，其包括用于将空气分配到管(3)的至少一个歧管(5‑1，5‑2)，在所述至少一个歧管(5‑1，5‑2)中布置的至少一个涡轮机(26)，所述至少一个涡轮机(26)包括横流风扇(26)，所述至少一个歧管(5‑1，5‑2)形成所述横流风扇(26)的蜗壳(30)。

Description

用于机动车辆的通风装置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的通风装置。
本发明涉及机动车辆领域，尤其涉及用于冷却发动机及其设备的空气流通领域。
背景技术
机动车辆，无论是燃烧型还是电动型，都必须释放其操作产生的热量，并且为此配备有热交换器。机动车辆热交换器通常包括：管，传热流体，尤其是诸如水之类的液体被设计为在其中流通；以及连接到这些管的热交换元件，通常用术语“翅片”或“间隔件”表示。翅片可用于增加管与环境空气之间的交换表面。
然而，为了进一步增加传热流体与环境空气之间的热交换，另外通常使用通风装置以产生或增加朝向管和翅片引导的空气流。
这种通风装置最通常包括螺旋桨式风扇，其具有多个缺点。
首先，由螺旋桨式风扇及其推进装置形成的组件占据相当大的空间。
此外，由通常放置在管阵列的中心的螺旋桨扇动的空气分布在热交换器的整个表面上是不均匀的。特别地，通过螺旋桨喷射的空气流未达到或仅很小程度地达到了热交换器的某些区域，例如传热管的端部和热交换器的拐角部。
此外，当发现没有必要使通风装置投入操作时，特别是在与环境空气进行的热交换足以冷却传热流体时，螺旋桨的叶片会部分阻塞或“遮盖”环境空气朝向管和翅片的流动。限制了一方面的环境空气与另一方面的管和翅片之间的热交换。
此外，在这种情况下，发动机摩擦减小得不太快，因此增加了车辆的燃料消耗，并因此增加了二氧化碳的排放。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于热交换器的通风装置，其不表现出已知的用于热交换器的通风装置的至少一些缺点。
为此目的，本发明提出了一种用于机动车辆的通风装置，其包括用于将空气分配到管的至少一个歧管，在所述至少一个歧管中布置的至少一个涡轮机，所述至少一个涡轮机包括横流风扇(cross-flow fan)，所述至少一个歧管形成横流风扇的蜗壳。
因此，有利地，从中排出空气的多个管使得可以替换放置在热交换器的传热流体流通管前面的常规螺旋桨，而不会遭受上述任何缺点。
这是因为，为了获得相等的热交换容量，这种通风装置所占的体积比使用螺旋桨的通风装置要小得多。此外，通过管的通风空气的分配更容易控制并且可以变得更均匀。
另外，由于根据本发明的装置，限制了朝向热交换器的空气流的阻塞。这是因为通风装置的管可以有利地面对热交换器的低热交换区域放置，低热交换区域即所谓的“死区”，诸如传热流体通过的管的不接触冷却翅片的前部面。传统的螺旋桨无法做到这一点。
本发明还使得可以将空气流供应到通风装置的管的空气喷射器件放置在距传热流体流通管的阵列一距离处，从而在热交换器的设计中提供更大的自由度。
根据本发明的另一特征，该装置包括用于将空气分配到管的至少一个歧管，布置在所述至少一个歧管中的至少一个涡轮机，所述至少一个涡轮机包括横流风扇，所述至少一歧管形成横流风扇的蜗壳。
根据本发明的另一特征，蜗壳包括进入歧管的空气入口，可以通过横流风扇将空气流穿过该空气入口吸入，以及空气出口，吸入的空气流可以通过该空气出口分配到管，管平行于管的纵向方向(称为纵向方向)延伸，所述横流风扇沿与所述纵向方向正交的方向(称为进入方向)延伸，称为前进方向的另一方向正交于所述纵向方向和进入方向，当将通风装置安装在车辆中时，该前进方向与车辆的前进方向一致。
根据本发明的另一特征，空气入口包括第一入口壁，该第一入口壁相对于所述纵向方向成40°至75°范围内的角度，优选地为58°。
根据本发明的另一特征，第一壁的与空气入口相对的一个端部在包含纵向方向和前进方向的平面上弯曲，该端部的长度在1mm至8mm范围内，并且所述端部与在所述平面中由横流风扇界定的盘之间的最小距离在0.5mm至1.5mm范围内。
根据本发明的另一特征，空气入口包括第二入口壁，该第二入口壁具有圆形边缘，圆形边缘被成形为其在包含纵向方向和前进方向的平面中的曲率是这样的圆弧，其中心位于在所述平面中由横流风扇定界的盘的同心圆上。
根据本发明的另一特征，该装置包括形成蜗壳的空气入口和蜗壳的空气出口的接合部的部分，称为中间部分，其被成形为容纳横流风扇。
根据本发明的另一个特征，所述中间部分包括称为中间壁的壁，其在包含纵向方向和前进方向的平面中沿圆弧弯曲，所述圆弧的中心不同于在所述平面中由横流风扇界定的盘的中心。
根据本发明的另一特征，中间壁的中心与盘的中心之间的距离小于或等于盘的半径的值。
根据本发明的另一特征，中间部分在中间部分与空气出口之间的界面处的截面相对于纵向方向成一角度，优选地为非零角度，优选地在[0°，20]的范围内，或也优选在]0°，20°]的范围内。
根据本发明的另一特征，横流风扇能够产生流速在0至750m3/h范围内且压力在0至900Pa范围内的空气流。为此，横流风扇包括转子，该转子的转速可以在2000r.p.m至13,000r.p.m.范围内，优选在2500r.p.m.至9000r.p.m范围内。
为此，可以提供单独考虑或结合考虑的以下一个或多个特征：
-转子由被加强盘分开的多级叶片形成；
-转子具有的叶片高度定义为平行于转子的旋转轴线测得的不同级叶片的高度之和，在100至600mm范围内；
-平行于转子旋转轴线测得的每一级叶片的高度在16至33mm范围内；
-每个加强盘的平行于转子旋转轴线测得的厚度为0.8至1.5毫米；
-每一级叶片包括15至30个叶片，优选20至28个叶片；
-每一级叶片51的各个叶片被内接在环中，该环具有内直径Dint和外直径Dext；
-内直径在0至84mm范围内，优选地在60至84mm范围内；
-外直径在35至120mm范围内，优选在60至120mm范围内；
-每个叶片具有月牙形的横截面，叶片优选地是基本上圆柱形的；
-每个叶片的俯仰角γ定义为叶片的弦与将转子的旋转轴线连接至叶片53的横截面的几何中心的轴线之间的角度，在0°至30°范围内；
-在每个叶片的前缘处的流动角被定义为在叶片的前边缘处的流线与转子的外直径的切线之间的角度，在0°至40°范围内，优选地在10°至20°范围内；
-在每个叶片的后缘处的流动角被定义为在叶片的后缘处的流线与转子的内直径的切线之间的角度，在60°至90°范围内，优选地在70°至80°范围内；
-每个叶片的横截面的最大厚度在0.35至1.6mm范围内，优选地在0.8至1.2mm范围内；
-每个叶片的横截面的弦长，沿着直线段将每个叶片横截面的前缘连接到后缘，在6到8mm范围内；
-转子由多个部分形成，在每个部分之间放置滚动轴承；和
-转子由数量少于4的多个部分组成。
附图说明
通过阅读以下说明，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。此说明纯粹是说明性的，应与附图一起阅读，在附图中：
图1示出了配备有根据本发明的通风装置的热交换模块的分解透视图；
图2示出图1的两个管的剖视图；
图3至图6示出了图1的装置的歧管的剖视图，在该剖视图上绘制了具体的元件；
图7是图3至图6之一的细节图；
图8是在图3至图6所示的歧管中使用的横流风扇的转子的第一示例的立体图；
图9是类似于图8的视图，示出了图8的转子的细节；
图10是图8和9的转子的示意性剖视图；
图11和图12是图8和图9的转子的叶片的示意性剖视图；和
图13是可在图3至图6所示的歧管内部的横流风扇中所使用的转子的第二示例的透视图。
具体实施方式
热交换器模块
本发明涉及一种用于机动车辆的通风装置1。
本发明还涉及一种热交换模块100，其包括通风装置1和热交换器101。
如图1所示，通风装置1和热交换器101相对于彼此放置为使得由通风装置1推动的空气流将空气供应给热交换器，优选用于冷却机动车辆的发动机。
通风装置1位于图1中的热交换器101的上游(相对于来自行驶中的车辆外部的空气流)。
但是，通风装置也可以位于热交换器101的下游。
通风装置
从图中可以看出，通风装置1包括多个管3。
管3基本上是直线的，彼此平行并且对齐以形成管的阵列。
当将交换模块安装在机动车辆中时，管3可平行于通风装置的纵向方向(标记为X)水平地放置。根据交换模块的另一个可能的实施例(图中未示出)，管可以竖直放置。
竖直方向表示为Z。
与车辆的前进方向一致的正交于方向X和Z的方向表示为Y。
通风装置1还包括用于向空气流F供应空气的装置。
该装置经由空气供应回路4供应通风管3。
气体供应和UI路4尤其包括两个进气歧管5-1、5-2，通风管3通过位于每个进气歧管的端部6、7处的空气供应入口连接到进气歧管5-1、5-2。
有利地，供应回路还包括一个或多个涡轮机26，用于通过进气歧管5-1、5-2将空气喷射到通风管3中。
有利地，每个涡轮机是横流风扇。
在图1中，横流风扇26容纳在歧管5-1中。
歧管5-1包括沿歧管5-1延伸的单个开口27。
如图2所示，每个通风管3包括与端部6、7区别的至少一个开口10，用于从管3中喷射空气。
优选地，开口10设计成面向热交换器定位。
如图2所示，每个管3包括纵向壁19，该纵向壁的横截面包括自由的前缘11、后缘15以及分别在前缘11和后缘15之间延伸的第一和第二轮廓12、14。
后缘15优选地定位成面向热交换器。
纵向壁19由内表面16和外表面18界定。
每个开口10形成在管3的纵向壁19中，优选地形成在轮廓12、14中的一个或另一个中。可替代地，可以在管的纵向壁19中、在两个轮廓12、14中形成开口10。
在图2中，每个开口10位于前缘11的附近。
从图2中还可以看出，所示的一对管3的开口10形成在彼此面对的轮廓12中。
因此，通风管3及其开口10被构造成使得在通风管3中流通的空气流F通过沿着每个轮廓12流至大致其后沿52，通过柯安达效应(Coanda effect)被开口10喷射。
从管3喷出的孔气流F使另一气流F’在朝向热交换器的流动方向上被加速。
应当注意的是，管3的横截面使得轮廓12在管3的方向上延伸，该方向从前缘11引向后缘15。
通风装置的涡轮机
如上所述，用于将空气通过进气歧管5-1、5-2喷射到通风管3中的涡轮机26有利地容纳在每个进气歧管5-1、5-2中。同样有利地，这些涡轮机中的每一个都是包括转子50的横流风扇26。
横流风扇26的转子50有利地成形为产生流速在0至750m3/h范围内且对应的气体压力在0至900Pa范围内的空气流。转子50的对应转速例如在2000r.p.m至13,000r.p.m.范围内，优选在2500r.p.m.至9000r.p.m.范围内。因此，横流风扇26的转子50的转速被优化以提供允许有效地冷却热交换模块的空气流速。
这种横流风扇26的转子50的第一示例在图8至图12中示出。
转子50的第一个示例由被加强盘52隔开的多级叶片(或瓣片)51组成。在这种情况下，转子50包括十三级叶片51。总体上，转子50具有叶片高度H51，其被定义为不同级叶片51的高度的总和，且是平行于转子50的旋转轴线A50测得的，在100mm至600mm范围内；每一级叶片51具有平行于转子50的旋转轴线A50测得的高度h51，其在16mm至33mm范围内。这些尺寸旨在使能够提供期望的空气流速。
每个加强盘52具有例如也平行于转子50的旋转轴线A50测得的在0.8至1.5mm范围内的厚度。这些尺寸尤其可以确保转子50的机械强度。
如图10所示，值得注意的是，每一级叶片51可例如包括15至30个叶片53(或瓣片)，优选地为20至28个叶片。这里应当注意，叶片53不仅可以用于获得期望的空气流，而且可以用于使转子50变硬。
每一级叶片51的各个叶片53内接在具有内直径Dint和外直径Dext的环54中。内直径Dint例如在0至84mm范围内，优选在60至84mm范围内。外直径Dext例如在35至120mm范围内，优选地在60至120mm范围内。
每个叶片53在平面(X，Y)上具有月牙形的横截面。下面参照图11和图12更精确地描述叶片53的形状，图11和图12示出了叶片53在平面(X，Y)中的横截面，叶片基本上是圆柱形的，其轴线平行于方向Z，在这种情况下是竖直的。
如图11所示，叶片53的俯仰角γ定义为叶片53的弦c53与在图11的平面(X，Y)中将转子的旋转轴线A50连接到叶片53的几何中心O53的轴线Δ1之间的角度。俯仰角γ例如在0°至30°范围内。
另外，将前缘处的流动角β1定义为前缘54处的流线与转子50的外直径的切线55之间的角度。前缘β1处的流动角例如在0°至40°范围内，优选地在10°至20°范围内。
另外，在后缘处的流动角β2被定义为在后缘56处的流线与在后缘处的转子50的内直径的切线57之间的角度。在后缘处的该流动角β2例如在60°至90°范围内，优选地在70°至80°范围内。
每个叶片53的横截面在平面(X，Y)中测得的最大厚度例如在0.35至1.6mm范围内，优选地在0.8至1.2mm范围内。
最后，每个叶片53的横截面的弦c53沿着平面(X，Y)中的直线段将所涉及的叶片53的前缘连接到后缘，其长度在6到8mm范围内。
图13示出了用于横流风扇26的转子50'的第二示例。转子50’的该第二示例与上述第一示例50的区别主要在于，它由多个部分58、59、60形成。在这种情况下，这些部分58、59、60是相同的。在这种情况下，具有三个部分58、59、60。然而，转子50'的第二示例可以包括更少的部分58、59、60，例如仅两个不同的部分，或者更多的部分。每个部分58、59、60形成一级或多级叶片51。特别地，在这种情况下，每个部分58、59、60在其两个纵向端部具有销61，销61被容纳在滚动轴承(未示出)中。滚动轴承通常由轴承形成，例如，尤其是球或滚子轴承。特别地，可以使用滚动轴承来中断固有频率，从而限制会引起明显噪声的共振现象。在转子50、50'的高转速下，具有较大数量的滚动轴承是有用的。这里，在由三个部分58、59、60形成的转子50’的情况下，可以使用四个轴承，并将它们放置在标记为P62的点处。有利地，在本发明的上下文中，与转子50、50'一起使用的轴承的数量小于4。不提供任何滚动轴承也是可行的，特别是在转子50的高度较小，特别是在100mm以下的情况下。在这种情况下，驱动转子50、50'绕其旋转轴线A50旋转的驱动转子的轴承足以保持转子50、50'稳定。
蜗壳
如图3至7所示，歧管5-1界定了横流风扇26的蜗壳30。
蜗壳30包括31空气入口32、空气出口31以及空气入口31与空气入口32之间的接合部分，称为中间部分33。
空气入口31包括开口27，空气流F通过该开口27被横流风扇26吸入。
开口27设有保护栅28。
空气出口32连接到每个管3以向其分配空气流F。
中间部分33形成用于横流风扇26的壳体。
中间部分构成入口31处的进入区域A和出口32处的排气区域B之间的边界。
如图3至图6所示，空气入口31的横截面从开口27收敛，从而可以加速空气流并避免空气流在具有明显角度变化的部分后面的任何破裂。
类似地，中间横截面和出口横截面仅具有很小的取向变化，如下所述。
图3至图7是在平面(X，Y)中的截面图，表示为平面P。
如图3至图6所示，空气入口31包括第一入口壁34(称为侧向入口壁)和与第一空气入口34相对的第二入口35。
如图3所示，侧向入口壁34与纵向方向X成40°至75°的角度α，优选为58°。
这些角度值确保无湍流的流到入口31并直至风扇26。
侧向入口壁34从开口27延伸到风扇26的叶片p附近的弯曲端部36，称为防再流通唇部。
尤其是如图7所示，端部36位于进入部和排放部之间，其弯曲形状(其尺寸如下所示)可防止蜗壳中的任何空气再流通。
端部36称为防再流通唇部。
优选地，唇部36的长度L在1mm至8mm范围内，并且唇部与在平面P中由横流风扇界定的盘D之间的最小距离m在0.5mm至1.5mm范围内。
如上所述，唇部36的这些尺寸使得尽管在排放区域B中达到了高压，但是也能够防止蜗壳30中的任何空气再流通。
从图4中可以看出，空气入口31的第二壁35包括开口27的圆形边缘37。
在图4中，边缘37的曲率由圆c的圆弧形成，圆c的中心i位于盘D的同心圆C上，盘D的中心表示为I。
在图4中，示出了另一个圆c’，其中心i位于圆C上。
从图5中可以看出，中间部分33包括沿着圆弧a弯曲的壁，称为中间壁38。
包括圆弧a的圆CC的中心II与盘D的中心I不同；也就是说，圆CC与盘D不是同心的。
同样如图5所示，中间部分33的直径dd大于盘D的直径d。
因此，中间部分33具有在空气入口31和空气出口32之间的空气流动方向上逐渐增大的横截面。
这种增加使得蜗壳30中的空气再流通大大减少。
有利地，中间壁38的中心II与盘D的中心I之间的距离小于或等于盘D的半径的值。
如图6所示，在中间部分33和出口32之间的界面40处，中间部分33的截面39与方向X成角度α，优选地为非零角度，该角度α优选地在范围[0°，20°]内，或更有利地在]0°，20°]范围内，甚至更优选地等于约15°。
该角度使得风扇26的出口处的空气速度均匀，这是因为它增加了更靠近出口壁40的空气的路径的长度(与零角度相比)。
出口32采取从中间部分33朝向管3的发散锥的形式，这也有助于在管中提供均匀的速度，并确保空气在每个管3的整个入口表面上分布。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的通风装置，其包括用于将空气分配到管(3)的至少一个歧管(5-1，5-2)，在所述至少一个歧管(5-1，5-2)中布置的至少一个涡轮机，所述至少一个涡轮机包括横流风扇(26)，所述至少一个歧管(5-1，5-2)形成所述横流风扇(26)的蜗壳(30)，其中，
所述蜗壳(30)包括进入歧管(5-1，5-2)的空气入口(31)以及空气出口(32)，空气流能够穿过所述空气入口由所述横流风扇(26)吸入，吸入的空气流能够通过所述空气出口分配到管(3)，管(3)平行于管(3)的纵向方向(X)延伸，称为纵向方向，所述横流风扇(26)沿与所述纵向方向正交的、称为进入方向的方向(Z)延伸，称为前进方向的另一方向(Y)正交于所述纵向方向和所述进入方向，当将所述通风装置(1)安装在车辆中时，所述前进方向与车辆的前进方向一致；
所述通风装置还包括形成所述蜗壳(30)的空气入口(31)和所述蜗壳的空气出口(32)的接合部的部分，称为中间部分(33)，所述中间部分被成形为容纳所述横流风扇(26)；所述中间部分(33)包括称为中间壁(38)的壁，所述中间壁在包含所述纵向方向(X)和所述前进方向(Y)的平面(P)中沿圆弧弯曲，所述圆弧的中心不同于在所述平面(P)中由所述横流风扇界定的盘(D)的中心。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述空气入口(31)包括第一入口壁(34)，所述第一入口壁相对于所述纵向方向成40°至75°范围内的角度。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一入口壁相对于所述纵向方向成58°。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，
第一入口壁(34)的与所述空气入口(31)相对的一个端部(36)在包含所述纵向方向(X)和所述前进方向(Y)的平面(P)中弯曲，该端部的长度(L)在1mm至8mm范围内，并且所述端部(36)与在所述平面(P)中由所述横流风扇界定的盘(D)之间的最小距离(d)在0.5mm至1.5mm范围内。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，
所述空气入口(31)包括第二入口壁(35)，所述第二入口壁(35)具有圆形边缘(37)，所述圆形边缘被成形为其在包含所述纵向方向(X)和所述前进方向(Y)的平面中的曲率是圆弧，该圆弧的中心位于在所述平面(P)中由所述横流风扇定界的盘(D)的同心圆上。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述中间壁(38)的中心与盘(D)的中心之间的距离小于或等于所述盘的半径的值。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述中间部分(33)在所述中间部分(33)与所述空气出口(32)之间的界面处的截面相对于所述纵向方向(X)成一角度(α)，所述角度(α)为非零角度，在(0°，20° ]的范围内。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，
所述横流风扇(26)能够产生流速在0到750m3/h范围内且压力在0到900Pa范围内的空气流，所述横流风扇包括转子(50)，所述转子的旋转速度在2000r.p.m.至13,000r.p.m.的范围内。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述转子的旋转速度在2500r.p.m.至9000r.p.m.的范围内。
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