CN113018911A - 气泡分离器和包括气泡分离器的用于汽车的流体回路 - Google Patents

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Abstract

提高了对于液体中气泡的分离效率。提供了分离液体中气泡的气泡分离器20。气泡分离器20包括：旋流形成部22，其在大致水平方向上延伸，并具有呈圆柱形状的内部空间；流入口24，其被布置在旋流形成部22的一端，并且是敞开的，以使液体沿旋流形成部22的内周表面的切线方向流入流入口24，从而在内周表面上形成旋流；流出口26，其被布置在旋流形成部22的另一端，并且是敞开的，以使液体从内周表面沿切线方向流出流出口；气体排放口30、32，其将在所述旋流形成部22中从液体分离的气体排放至所述旋流形成部22的外部；单个或多个液滴喷嘴50a至50c，其被设置在所述旋流形成部22的壁表面上。还提供了一种包括气泡分离器20的用于汽车的流体回路。

Description

气泡分离器和包括气泡分离器的用于汽车的流体回路
技术领域
本发明涉及一种通过离心力分离液体中所包含的气泡的气泡分离器以及包括该气泡分离器的用于汽车的流体回路。
背景技术
传统上，在输出功率密度相对较高的电机中，例如在电动汽车或电动列车中所采用的用于驱动的电机(例如，参见专利文献1)，采用了一种电机冷却系统，该电机冷却系统包括使用变速齿轮或差速器中的ATF或变速器中的润滑油来冷却电机轴、线圈端等的流体回路。
[引用列表]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利公开第09-226394号
发明内容
[技术问题]
在具有如上所述的流体回路的电机冷却系统中，齿轮对油的搅动或向电机轴或线圈端部的喷油使油中产生了许多气泡。随着油中气泡的数量增加，由泵压送至待冷却的电机的实际油流量减小。因此，出现了电机的冷却效率降低的问题。此外，产生由于气泡被压裂而引起的噪音，以及当将ATF用作冷却油时，还会出现一个问题，即变速效率会根据变速箱中液压响应性的下降而降低。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的是提供一种能有效地除去液体中所含有的气泡的气泡分离器，以及通过使用这种气泡分离器而提高其冷却效率的用于汽车的流体回路。
[解决问题的方法]
为了解决上述问题，根据本发明的一个实施例，提供了一种在用于汽车的流体回路中分离液体中的气泡的气泡分离器，该气泡分离器包括：旋流形成部，其在大致水平方向上延伸，并具有呈圆柱形状的内部空间；流入口，其被布置在旋流形成部的一端，并且是敞开的，以使液体沿旋流形成部的内周表面的切线方向流入所述流入口，从而在内周表面上形成旋流；流出口，其被布置在所述旋流形成部的另一端，并且是敞开的，以使液体从所述内周表面沿切线方向流出所述流出口；气体排放口，其将在所述旋流形成部中从液体分离的气体排放至所述旋流形成部的外部；以及单个或多个液滴喷嘴，其被设置在所述旋流形成部的壁表面上。
据此，在液体在旋流形成部中旋转的同时，包含在液体中的气泡在离心力作用下被分离，并且所分离的气体从设置在旋流形成部中的气体排放口被排放。因此，能够高效率地进行从液体的脱气。此外，通过从液滴喷嘴滴落脱气的液体，可以有效地冷却冷却对象。
气泡分离器还包括在旋流形成部的内部的气柱促进部，所述气柱促进部与所述旋流形成部同轴地延伸并且具有管状形状。据此，在旋流形成部中，促进了由从液体分离出的气体形成气柱。因此，从液体中分离出的气体再次混合到液体中的情况得到了减少。因此，能够进一步提高脱气效率。
优选的是，气柱促进部的远端与最靠近远端的液滴喷嘴的中心轴线之间的距离等于或大于流入口的内径的1倍。由此，可以从液滴喷嘴滴落充分脱气的液体。
当流入口的内径为d时，旋流形成部的内径D可以为1.5d至3d。因此，在旋流形成部中，充分确保了由从液体中分离出的气体构成的气柱的存在空间，从而能够实现高的脱气效率。
气体排放口可以被设置在旋流形成部的两端中的每一个处。据此，可以有效地从旋流形成部排放分离的气体。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于汽车的粘性流体回路，该粘性流体回路包括：油底壳；泵，其从所述油底壳供油；气泡分离器，其其从泵所供的油中分离气泡；电机以及电机，其中气泡分离器被设置成在几乎水平的方向上延伸，并且被配置为通过泵的排出压力在其内部产生旋流，并被配置为通过设置在气泡分离器上的单个或多个液滴喷嘴朝向电机滴落已经由气泡分离器分离出气泡的液体。
据此，包含在液体中的气泡被气泡分离器有效地去除。因此，可以通过从液滴喷嘴滴落的液体有效地冷却电机。此外，当粘性流体回路例如被嵌入在变速器中时，可以期望减少气泡所产生的噪声，并且可以改善液压响应性。
油可以是用于汽车的润滑油或自动变速器油，或者可以是冷却系统或冷却器的制冷剂。
[发明的有益效果]
根据本发明，在液体在旋流形成部中旋转的同时，液体中所包含的气体在离心力的作用下被分离，并且脱气后的液体被从液滴喷嘴滴落。由此，可以有效地冷却冷却对象。
附图说明
图1是电机冷却系统的示意图。
图2是气泡分离器的侧视图。
图3是气泡分离器的截面图。
图4是图2中的气泡分离器的A-A线截面图，并且其是示出了气泡分离器中的液体流动的图。
图5是示出气泡分离器中的液体和气体之间的分离状态的等值线图。
图6是表示根据气柱促进部存在与否的脱气效率的差异的图。
图7是示出旋流形成部的内径与脱气效率之间的关系的曲线图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述用于实现本发明的实施例。
图1是电机冷却系统10的示意性回路图，所述电机冷却系统包括流体回路，该流体回路设有根据本发明的实施例的气泡分离器。例如，假定该电机冷却系统10被嵌入到了包括电机的行星齿轮式变速器的壳体中。图中的实线34、40和46表示例如ATF(自动变速箱油)的油的流动。然而，这些流动是示意性的流动，并且不限于流过管道等的流动。
例如，在行星齿轮式变速器中，以环形齿轮为例，旋转的齿轮会刮油，使得大量的气泡混入到油中。为了冷却而向电机注油，气泡也会混入机油中。提供根据本实施例的气泡分离器以有效地从油中分离气泡。
在图1中，油底壳12布置在未示出的壳体的底部，并且收集以及积聚油16。泵18将油底壳12中的油16通过滤油器14泵送上来，并且通过路径34将油16压送至气泡分离器20。在路径34上布置有热交换器42，该热交换器对油进行冷却。气泡分离器20将油和气体彼此分离，并且通过路径40排放油，同时通过路径36、38排放分离的气体。气泡分离器20将在图2中详细描述。
从气泡分离器20排放的油被随后注入至电机44的冷却对象元件(例如电机轴)或滴落到线圈上，并对其进行冷却。注入的或滴落的油通过路径46被收集到油底壳12中。
图2是气泡分离器20的侧视图，图3是沿穿过气泡分离器20的中心轴线的平面截取的气泡分离器20的截面图。气泡分离器20包括在水平方向上延伸并且具有圆柱形状的旋流形成部22。在旋流形成部22的一端设有在竖直方向上延伸的管状的流入口24。流入口24的作用是接收从泵18压送的油并将该油输送到旋流形成部22中。流入口24开在旋流形成部22的内周表面上，其位置使油沿内周表面的切线方向流入流入口24，即其位于相对于旋流形成部22的中心轴线偏移的位置。
由于速度能，从流入口24流出的油在旋流形成部22的内周表面上形成旋流。旋流具有例如10G或更高的离心力，并且如图3所示，在螺旋状旋转的同时流到旋流形成部22的另一端。在旋转期间，由于油和气泡所受到的离心力的差异，油移动到外周侧，并且气泡移动到内周侧。因此，油和气泡彼此分离。
在旋流形成部22的另一端设有在竖直方向上延伸的管状的流出口26。流出口26开在旋流形成部22的内周表面上，其位置使在旋流形成部22中呈螺旋状流动的油沿内周表面的切线方向从流出口26流出，即其位于相对于旋流形成部22的中心轴线偏移的位置。
图4是沿着图2中的线A-A截取的截面图。如图4所示，使油通过流入口24在旋流形成部22的内周表面的切线方向上流动。并且，使油通过流出口26在旋流形成部22的内周表面的切线方向上流动。从而最大限度地减少由泵18压送的油的动能损失。
与油分离的气体在旋流形成部22的中心轴线附近积聚。在旋流形成部22的两端分别设有排放口30、32。通过旋流形成部22的内部与外部之间的压力差，在旋流形成部中分离出的气体被从排放口30、32排放。
此时，分离出的气体积聚在旋流形成部22的中央并形成气柱。但是，如果形成的气柱的右端不与气体排放口32相通，而是与开在旋流形成部22的壁表面上的流入口26相通，则在流出口26周围，气体又会与油混合。
因此，在旋流形成部22的内部设置有与旋流形成部22同轴延伸且呈环形形状的气柱促进部28。气柱促进部28可以与排放口32一体地设置，并且在这种情况下，气柱促进部28中的通道29延伸穿过排放口32。在图2中由B所示的区域中，在旋流形成部22与气柱促进部28之间形成有环状的空间，在该空间中，旋流沿着内壁旋转。
通过设置这样的气柱促进部28，在旋流形成部22中形成的气柱的端部被引入到气柱促进部28的远端28a，因此能够防止气柱的端部与流出口26相通。因此，在流出口26的周围，再次抑制了气体混入油中，因此能够提高气泡的分离效率。
已经分离了气泡的油被从流出口26排放，并被用于电机的冷却。除此之外，在旋流形成部22的壁表面上设有朝向下方的液滴喷嘴50a、50b、50c。脱气后的油从液滴喷嘴50a、50b、50c滴落至电机44的冷却对象，例如滴落至线圈端。液滴喷嘴50a、50b、50c被设置在与气柱促进部28重叠的部分中，即在图2中由B所示的区域中。能够根据冷却对象的大小适当地选择喷嘴的数量和内径。
优选的是，气柱促进部28的远端28a与最靠近远端28a的液滴喷嘴50a的中心轴线之间的距离L等于或大于流入口的内径d的1倍。当涡旋流经过该距离L时，气泡与油充分分离，因此，来自液滴喷嘴的油具有较高的冷却效率。
在图1至3中，气泡分离器20被设置成在水平方向上延伸。但是，气泡分离器20也可以被设置成相对于水平面是倾斜的，只要能够通过重力使油从液滴喷嘴50a至50c滴落即可。另外，液滴喷嘴50a至50c的定向不一定是竖直向下的定向，也可以相对于竖直线成角度。由此，可以将油滴落至冷却对象上的更宽的区域。类似地，流入口24和流出口26的定向不一定是竖直向下的定向。
图5是利用CAE(计算机辅助工程)评价油温为80℃时气柱促进部中的气泡的分离度而得到的气液等值图。图5右侧的条通过颜色的密度显示了液体中的空气含量百分比，例如，数值0.10表示空气含量百分比为10％。
可以发现，由于气柱促进部的存在，在旋流形成部的中央形成了清洁的气柱，分离出的空气通过排放口被排放。此外，发现在液滴喷嘴中，空气含量百分比为10％以下，即，已经分离出了90％以上的气泡。因此，从液滴喷嘴滴下的油具有较高的冷却效果。
图6是利用CAE、根据气柱促进部的存在与否评价脱气效率(即能够从含有气泡的液体中分离出的空气的比例)而得到的图。据此，发现通过设置气柱促进部，脱气效率提高了约20％。
脱气效率也因其他条件而变化。图7是利用CAE，通过评价涡旋流形成部22的内径D与流入口24的内径d的比D/d与脱气效率之间的关系而得到的图。从图7可以看出，随着旋流形成部的内径D的增大，脱气效率降低。这是因为如果旋流形成部的内径D增大，则由于形成部的截面积增大，在内周表面上流动的旋流的流速减小，对油施加的离心力就会减小，使得从油中分离出来的空气量减少。此外，如果内径D过度减小，则压力损失增大。
根据以上讨论，本申请的发明人已经发现，如果旋流形成部的内径为D＝1.5d至3d，则脱气效率得到最大化。
此外，从油中分离出的气泡在恒定温度下服从波义耳-查尔斯定律，其表示为PV＝nRT。在低压下，气泡的直径较大。在高压下，气泡的直径较小。气泡的直径与浮力成比例关系。气泡的直径越大，离心力的作用越大。从而容易与油分离。因此，优选在低压环境下在油和气泡之间进行离心分离。
如上所述，根据本实施例，可以有效地去除由泵压送的油中所包含的气泡。通过去除气泡，可以提高向其滴落或注入油的电机的冷却效率。
此外，当电机冷却系统例如被嵌入在变速器中时，可以期望减少气泡被压裂时所产生的噪声，并且可以改善液压响应性。
根据本实施例的气泡分离器能够被显著紧凑地形成，因此，能够容易地将其嵌入到包括流体回路的现有的电机冷却系统中。气泡分离器利用现有电机冷却系统中原本设置的泵所压送的油进行气液分离，因此不需要其他元件来操作。因此，例如，无需在很大程度上改变系统的设计，就能够实现将其存储在变速器的壳体中。
能够容易地制造根据本实施例的气泡分离器。例如，对于制作气泡分离器，只需用直径大的管子作为旋流形成部，在此基础上适当连接直径小的管子作为流入口、流出口、气柱促进部和气体排放口，然后在旋流形成部的壁表面上钻出用于液滴喷嘴的孔即可。
上面已经描述了本发明的实施例。但是，本发明不限于这些实施例，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内可以进行各种变形和改进。
在图1至图3中，旋流形成部22被示为内径D是均匀的圆柱形。但是，如果可以使从泵18压送的油沿着内周表面旋转，则可以采用其他的形状。例如，可以采用内径随着从一端到另一端的行进而减小的漏斗形状。
在以上描述中，已经描述了气泡分离器在包括结合在变速器中的流体回路的电机冷却系统中的使用。根据本发明的气泡分离器能够被嵌入在需要分离液体中所包含的气泡的任何设备或系统中。例如，也能够被应用于分离包含在电机油中的气泡。当将气泡分离器嵌入设备中时，旋流形成部不需要是独立的部件，只要其包括具有圆柱形状的内部空间即可。例如，允许使用预先形成在设备的壳体中并且具有圆柱形状的内部空间。
作为气液分离的对象的液体不限于例如ATF、润滑油等的粘性流体。例如，液体可以是冷却器或冷却系统的制冷剂。类似地，所要分离的气体也不限于空气。
附图标记列表
10 电机冷却系统
12 油底壳
14 滤油器
16 油
18 泵
20 气泡分离器
22 旋流形成部
24 流入口
26 流出口
28 气柱促进部
30 气体排放口
32 气体排放口
42 热交换器
44 电机
50a、50b、50c 液滴喷嘴。

Claims (8)

1.一种气泡分离器，其被用于用于汽车的流体回路中并且用于分离液体中的气泡，包括：
旋流形成部，其在大致水平方向上延伸，并具有呈圆柱形状的内部空间；
流入口，其被布置在旋流形成部的一端，并且是敞开的，以使液体沿旋流形成部的内周表面的切线方向流入所述流入口，从而在内周表面上形成旋流；
流出口，其被布置在旋流形成部的另一端，并且是敞开的，以使液体从所述内周表面沿切线方向流出所述流出口；
气体排放口，其将在旋流形成部中从液体分离的气体排放至所述旋流形成部的外部；以及
单个或多个液滴喷嘴，其被设置在所述旋流形成部的壁表面上。
2.根据权利要求1所述的气泡分离器，还包括在旋流形成部的内部的气柱促进部，所述气柱促进部与所述旋流形成部同轴地延伸并且具有管状形状。
3.根据权利要求2所述的气泡分离器，其特征在于，所述气柱促进部的远端与最靠近所述远端的液滴喷嘴的中心轴线之间的距离等于或大于流入口的内径的1倍。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气泡分离器，其特征在于，当所述流入口的内径为d时，旋流形成部的内径D为1.5d至3d。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气泡分离器，其特征在于，所述气体排放口被设置在旋流形成部的两端中的每一个处。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气泡分离器，其中，所述液体是冷却器或冷却系统的制冷剂。
7.一种用于汽车的粘性流体回路，包括：
油底壳；
泵，其从所述油底壳供油；
气泡分离器，其从泵所供的油中分离气泡；以及
电机；
其中，所述气泡分离器被布置成在大致水平的方向上延伸，并且被配置为通过泵的排放压力在其内部产生旋流，并被配置为通过设置在气泡分离器上的单个或多个液滴喷嘴朝向电机滴落已经由所述气泡分离器分离出气泡的液体。
8.根据权利要求7所述的用于汽车的粘性流体回路，其中，所述油是润滑油或自动变速器油。
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