CN113175840B - 被动式分流器以及包括被动式分流器的液体冷却系统 - Google Patents

Abstract

被动式分流器以及包括被动式分流器的液体冷却系统。一种提供出流(1")的被动式分流器(1)，该被动式分流器包括：用于入流(1')的至少一个入口(21)和用于所述出流(1")的多个出口(41)；壳体(10)，该壳体封闭纳入空间(20)和排出空间(40)，该纳入空间和排出空间是通过主隔板(30)彼此分隔开的；公共端(35)，该公共端被设置在纳入空间(20)与排出空间(40)之间的分界面处，纳入空间(20)包括挡板(25)，该挡板被设置在所述入口(21)与公共端(35)之间，排出空间(40)包括多个分配室(45)，所述多个分配室彼此相邻并且各个分配室(45)被设置成使来自公共端(35)的一个出流(1")通向出口(41)中的一个出口。

Description

被动式分流器以及包括被动式分流器的液体冷却系统

技术领域

本公开涉及液体分配系统的领域，该液体分配系统可以被设计为布置在例如汽车领域中使用的热交换器中。更具体地，本公开涉及一种被动式分流器以及包括被动式分流器的液体冷却系统。

背景技术

热交换器或液体冷却系统可以配备有多个并行运行以优化热交换效率的热交换板。为了供应这些热交换板，初始冷却液流需要被划分成多个子流，各个子流皆供应单独的板。在一些情况下，向各个板提供相同的冷却剂体积流量很重要，以确保各个板具有相同的冷却性能。

为此，应当将初始液流的流量分配成相等的子流量。可以使用主动阀控制系统来达到这个目标，该主动阀控制系统包含具有可移动组件(诸如阀芯式分流器(spoof flowdivider)或泵)的特定精密机构。然而，使用这样的系统会产生额外的成本，增加分流器和热交换器的复杂性，这可能导致低可靠性，同时需要更多的维护。

为了克服这些缺点，存在被称为被动式分流器的更简单的分流器，被动式分流器的好处是没有移动部件。这种分流器的示例可以由矩形中空金属主体制成，该矩形中空金属主体通过被设置在该主体的一些侧面上的螺纹装配孔而提供了多个流路。该装置被设计成提供不同的流路，并且使用装配插塞关闭一些不需要的孔。遗憾的是，这种类型的装置不能通过它们的孔或出口提供均匀的流量。

除了出流(outflow)不均匀以外(尤其在汽车领域)，此类冷却系统的重大约束涉及安装空间可用性，而该安装空间可用性受到周围其它装置的极大限制。因此，为了满足紧凑性要求，分流器也应尽可能的小。

因此，需要改进现有的分流器和包括该分流器的液体冷却系统，以便至少部分地克服前述问题和缺点。

发明内容

为解决这个问题，作为第一方面，本公开提出了一种提供出流的被动式分流器。该分流器具有：用于入流(inflow)的至少一个入口和用于所述出流的多个出口；壳体，该壳体围住纳入空间和排出空间，该纳入空间和排出空间是通过主隔板彼此分隔开的；公共端，该公共端被定位在纳入空间与排出空间之间的分界面处，该纳入空间包括挡板，该挡板被设置在所述入口与公共端之间，排出空间包括多个分配室，所述多个分配室彼此相邻并且各个分配室被布置成使来自公共端的一个出流通向所述出口中的一个出口。

由于上面的解决方案，因此有利地，出口处的出流在流量和流态方面是(几乎)均匀的，同时避免了移动部件的存在。因此，本公开提出了一种可靠且鲁棒的解决方案，其中还具有有限的尺寸以满足在汽车领域中通常公知的限制性尺寸要求。

根据一个实施方式，出口是彼此平行的。优选地，出口定位在距公共端相同的距离处。

根据另一实施方式，分配室是彼此相同和/或平行的。优选地，分配室是共面的。

根据一个实施方式，至少两个相邻的分配室是由分隔板彼此分隔开的。优选地，分隔板是不可渗透的。

根据另一实施方式，主隔板是不可渗透的。

入口和出口形成了对称布局。

根据一个实施方式，入口与公共端是相对地定位的。

根据一个实施方式，挡板是镂空(openwork)挡板，该镂空挡板包括切口，所述切口的尺寸和形状取决于运行条件和/或取决于被用作入流的液体类型。优选地，挡板相对于入口或公共端设置在取决于运行条件和/或取决于被用作入流的液体类型的位置处。

根据优选实施方式，壳体是由夹着主隔板的前部件和后部件制成的。

在另一实施方式中，入口和出口中的至少一个具有配件。

根据第二方面，本公开还涉及一种热交换器，该热交换器包括遵从本文所公开的实施方式或变型例中的任一者的被动式分流器。

在下文的详细描述中公开了其它的实施方式和优点。

附图说明

本公开中提出的解决方案和实施方式应作为非限制性示例，并且参照附图将会更好地理解，其中：

图1是示出可以布置本解决方案的被动式分流器的局部环境的示例的流程图，

图2的(a)和(b)以立体例示图分别示出了被动式分流器的前视图和后视图，

图3是图2的(a)的分解图，

图4是根据图2的(a)的IV-IV平面的竖直截面图，

图5是图4的斜投影，

图6涉及柱状图，该柱状图示出了本发明的被动式分流器获得的最大相对出流差和入流量之间的关系。

具体实施方式

参照图1，图1示出了可以布置本公开的被动式分流器1的局部环境的示例。在该图的示例中，前述局部环境涉及液体冷却系统2。除了被动式分流器1以外，该示例的液体冷却系统2还具有热交换器3、多个冷却板4以及集流器(flow collector)5。可以将诸如辅助装置的其它部件添加至这种液体冷却系统，尤其是添加至热交换器3。

如图1中示意性地描绘的，被动式分流器1被设计成从例如来自热交换器3或来自辅助装置的至少一个入流1'提供多个出流1”。各个出流1”供应另一实体，如在图1的示例中的冷却板4中的一个。返回路径将冷却液从各个冷却板4引导至集流器5。

在一些情况下，各个冷却板应当被支持相同的冷却剂体积流量，从而导致这些实体之间的相等的冷却效率。为了实现该要求，分流器1需要在其所有出口中提供均匀的流或者几乎均匀的流。为此，本解决方案公开了一种被动式分流器1，即，没有任何致动器(即，可移动部件)的分流器。只要连接至这种分流器的实体(例如，冷却板4)具有相似的流动条件，该分流器就将在所有出口上提供均匀的体积流。通常，如果个体的冷却板相同，则将满足这些条件。

如图2中的(a)和(b)所示，提供了本公开的优选被动式分流器1中的一个的示例的前立体图和后立体图，并且如图3所示，图3是图2中的(b)的分解图，被动式分流器1具有壳体10，该壳体10设置有用于入流1'的至少一个入口21和用于出流1"的多个出口41。更具体地，各个入口21具有一个入流1'，并且各个出口41具有一个出流1"。

如图4中更好地示出的，图4是根据图2中的(b)的IV-IV平面的竖直截面图，壳体10围住纳入空间20和排出空间40，该纳入空间和排出空间是通过主隔板30彼此分隔开的。在纳入空间20与排出空间40之间的分界面处，被动式分流器1具有公共端35。优选地，公共端35占据纳入空间和排出空间的整个长度和宽度。如图5更好地示出的，图5是图4的立体图，纳入空间20具有挡板25，该挡板设置在入口21与公共端35之间。挡板25可以被认为是横跨入流1'定位在纳入空间20内的镂空隔板。排出空间40具有彼此相邻的多个分配室45。这些分配室45中的各个分配器被布置成将一个出流1"从公共端35引导至出口41中的一个出口。

由于该实施方式，因此有利地，可以将出口41处的多个出流1"限定为均匀的或几乎均匀的。这尤其是由于设置了在一端(即，在可以混合流体的公共端35)彼此连接的纳入空间20和排出空间40。这还是由于充当流分散挡板的挡板25的设置和位置，以及由于排出空间40内的多个分配室45的特异性。

纳入空间20形成用于接收入流1'并将该入流朝着挡板25和公共端35引导的通道。主隔板30通过使纳入空间21和排出空间41彼此大致分隔开，防止入流1'直接从入口21去往出口41。这也防止入流1'直接与出流1”相互作用，以使入口流不能影响出口流，从而可以保持出口流在被动式分流器1内获取的均匀性。挡板25(其优选地看起来像格栅(grate))可使入口流有利地分散在整个纳入空间20中。根据被动式分流器1的出口41的数量，分配室45可使排出空间40中的流能够分配成多个出流1"，尤其是分配成所需数量的均匀出口流。

有利地，使用由格栅制成的挡板25还允许通过同时使移动流体中的可能的细小固体颗粒分散和保持悬浮来改善液体的流体化。因此，通过改善纳入空间20中的流体化(更具体地在公共端35之前)，可以使入流1'在到达分配室45之前得到更好的均质化。这样的特征还有助于改善排出空间40内的流分配，从而有助于实现通过出口41的相同流量。

根据一个实施方式，出口41是彼此平行的。这样的特征可使被动式分流器1能够在其出口41中的各个出口处具有相似的特性，从而有助于出流1"的均匀性。优选地，出口41还是相同的。

更优选地，出口41设置在距公共端35的相同距离处。因此，假设出口位于同一平面内(例如，水平平面)内，公共端35可以位于与出口的平面平行的平面内，以使所有分配室45在公共端35与出口41之间可以具有相同的长度。

根据优选实施方式，分配室45是彼此平行的。优选地，分配室还是彼此相同的。

根据另一个实施方式并且如先前所提出的，分配室45是共面的，即，这些分配室位于同一平面中，优选地处于与主体10垂直的平面中，尤其是处于与纳入空间和排出空间垂直的平面中。

如图5中更好地示出，至少两个相邻的分配室45是通过分隔板46彼此分隔开的。优选地，这样的分隔板被布置在每对相邻的分配室45之间。因此，如果排出空间40例如具有五个分配室(即，五个出口)，如图2中的(a)和(b)以及图3的示例所示，因此在排出空间中布置四个分隔板46，以用于将分配室分隔开。优选地，这些分隔板46中的各个分隔板是不可渗透的，从而防止在分配室中流动的出口流之间发生进一步混合。

根据优选实施方式，主隔板30是不可渗透的，以使入流1"在到达排出空间并流入分配室45之前被促使着朝向公共端35流动。

根据另一实施方式，入口21和出口41形成了对称布局，特别是根据平面图(例如，当从上方或下方观察被动式分流器1时)。由于这种布局，因此，入口21是按照相对于出口41的对称方式设置的，从而还有助于在被动式分流器内更好地分配入流1'。

根据另一优选实施方式，入口21是与公共端35相对地定位的。优选地，出口41也是与公共端35相对地定位的，并且更优选地，例如，如图4所示，入口21和出口41位于同一平面中或者优选处于彼此非常靠近的两个平行平面中。

如图5中更好地示出的，挡板25优选地是包括切口26(特别是纵向切口)的镂空挡板。这些切口26的形状和尺寸通常取决于运行条件和/或取决于被用被作入流1'的液体类型。液体可能是指水，优选为盐水或乙二醇水，例如，含有高达50％乙二醇的水。根据液体的流动性，镂空挡板可以具有其它的切口形状。例如，挡板25可以由包括大量开孔(通常为圆形开孔、正方形开孔或矩形开孔)的板制成。另选地，挡板25可以由具有蜂窝状结构的板制成。

优选地，挡板25是垂直于主隔板30布置的。更优选地，挡板25占据纳入空间20的整个纵向横截面，尤其是垂直于主隔板的纵向横截面。相对于附图中所示的例示图，这种垂直横截面可以被认为是水平的。在这点上，公共端35位于被动式分流器1的底部处，而入口21和出口41位于该分流器的上部处。

前述运行条件通常可以是指液体的温度或被动式分流器1的环境工作温度。这些运行条件还可能涉及被动式分流器1在空间中的取向，特别是被动式分流器相对于平面图的取向。

优选地，挡板25相对于入口21或公共端35设置在取决于前述运行条件和/或取决于被用作入流1'的液体类型的位置处。例如，根据在正常运行条件下流过分流器1的液体的温度或黏度，可以将挡板25设置在距公共端35更大或更小的距离处。

根据一个实施方式，挡板25被设置成比公共端35更靠近入流1'进入纳入空间20的口部或入口。根据另一实施方式，挡板25被设置在这两点之间的中途处。根据另一实施方式，挡板25被设置成比前述口部更靠近公共端35。例如，挡板25可以被设置在主隔板30的与公共端35紧挨着的端部处。根据挡板25的入流量和特定的切口形状，挡板可以相对于入口21或公共端35，设置在可使挡板上方具有较少量或较小高度的流体的位置处。由于挡板上方的这种流体层，该挡板还能够在公共端35之前提供流体的第一均质分配。

如图3、图4以及图5更好地示出的，壳体10是由夹着主隔板30的前部件14和后部件12制成的。这些部件可以使用可以是螺丝13的组装手段相互组装，如通过这些图呈现的实施方式中所描绘的。为了确保壳体10的密封，可以在这两个部件12、14之间的分界面处设置密封件15。可以将这样的密封件15例如设置在主体10的后部件12中的凹槽中，如图4和图5所示。

被动式分流器1还可以包括用于相应的入口21和出口41的配件(fitting)22、42。优选地，入口21和出口41中的至少一个具有配件22、42。这些配件22、42通常可以被设计成将入口和出口软管连接至被动式分流器1。

主体10(尤其是纳入空间20和排出空间40)的紧凑性可使在重量轻的同时获得非常节省空间的分流器1，尤其是如果该分流器是由铝、镁或任何其它轻质材料或合金制成的。该分流器1是被动式分流器(即，它没有任何移动部件(如致动器))的事实还有助于得到具有小尺寸的非常紧凑的装置。因此，这种被动式分流器1变得特别适合设置在狭窄的空间中，例如通常在汽车行业中遇到这种狭窄空间。

下面参照图6，图6涉及示出了(i)最大相对出流差与(ii)入流量之间的关系的柱状图。换句话说，在Y轴上，刻度示出了被动式分流器的出口上的最高体积流与最低体积流之间的最大相对差(百分比[％])，而在X轴上，刻度([l/min])示出了从0.4l/min到20l/min范围内的几种入流量。

根据以下公式计算Y轴上的相对出流差Δ：Δ＝(最大出流–最小出流)/最大出流。由于这种差是相对的，因此，它可以以百分比[％]的形式来提供。已经针对在从0.4l/min至20l/min的前述范围内延伸的七个入流值计算了该相对差Δ。应注意，X轴刻度是非线性的，这与Y轴比例形成对比。在图6的模拟结果中，用作入流1'的冷却液是温度为20℃的水-乙二醇混合物(50:50)。

应注意，由于本解决方案的被动式分流器1，因此有利地，根据介于2l/min到10l/min之间的流量，该相对差值是几乎恒定的(5.0％到5.5％)，并且在10l/min至20l/min之间略微增加至6.5％。应注意，这些观察结果是由前述冷却液在稳态条件下进行的模拟得出的，并且图6中提供的值对应于随时间的平均值。

根据图6所示的值，值得注意的是，本解决方案的被动式分流器1比现有技术中大多数已知的被动式分流器更加高效，能够在出口41处提供均匀(或几乎均匀)的流量。此外，由于分流器1没有任何致动器，因此它仍然是一种提供紧凑设计的经济的分流器1。

在第二方面，本解决方案涉及一种液体冷却系统，该液体冷却系统包括根据本文所公开的实施方式或变型中的任一者或者根据这样的实施方式的任何可能组合的被动式分流器1。这样的液体冷却系统可以是被设计用于汽车电子控制单元(ECU)的装置。优选地并且如图1所示，该系统2是配备有平行工作的多个冷却板4的高级液体冷却系统。更优选地，该系统中使用的液体是水-乙二醇混合物。尽管如此，仍可以使用其它液体，举例来说，如水或油。根据另一实施方式，系统2涉及热交换器，优选为汽车工业的热交换器。这样的热交换器对于其它实现领域可能也是方便的，例如，用于计算机冷却系统(诸如个人计算机、服务器、超级计算机、数据中心等)。

尽管已经参照特定的示例实施方式描述了本发明主题的概述，但是在不脱离本说明书中公开的解决方案的实施方式的更广泛的精神和范围的情况下，可以对这些实施方式进行各种修改和改变。

Claims (15)

1.一种提供出流（1"）的被动式分流器（1），所述被动式分流器包括：

用于入流（1'）的至少一个入口（21）和用于所述出流（1"）的多个出口（41）；

壳体（10），所述壳体封闭纳入空间（20）和排出空间（40），所述纳入空间和所述排出空间是通过主隔板（30）彼此分隔开的，

公共端（35），所述公共端被设置在所述纳入空间（20）与所述排出空间（40）之间的分界面处，

所述纳入空间（20）包括挡板（25），所述挡板设置在所述入口（21）与所述公共端（35）之间，

所述排出空间（40）包括多个分配室（45），所述多个分配室彼此相邻，并且各个分配室（45）被设置成使来自所述公共端（35）的一个出流（1"）通向所述出口（41）中的一个出口，

其中，所述挡板（25）是镂空挡板（25），所述镂空挡板包括切口（26），并且所述挡板（25）是垂直于所述主隔板（30）布置的，并且其中所述挡板（25）占据所述纳入空间（20）的整个纵向横截面。

2.根据权利要求1所述的被动式分流器（1），其中，所述出口（41）是彼此平行的。

3.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述出口（41）设置在距所述公共端（35）的相同距离处。

4.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述分配室（45）既相同又彼此平行。

5.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述分配室（45）是共面的。

6.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，至少两个相邻的分配室（45）是通过分隔板（46）彼此分隔开的。

7.根据权利要求6所述的被动式分流器（1），其中，所述分隔板（46）是不可渗透的。

8.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述主隔板（30）是不可渗透的。

9.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述入口（21）和所述出口（41）形成对称布局。

10.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述入口（21）是与所述公共端（35）相对地定位的。

11.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述切口的尺寸和形状取决于运行条件和/或取决于被用作入流（1'）的液体类型。

12.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述挡板（25）相对于所述入口（21）或所述公共端（35），设置在取决于运行条件的位置处和/或取决于被用作入流（1'）的液体类型的位置处。

13.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述壳体（10）是由夹着所述主隔板（30）的前部件（14）和后部件（12）制成的。

14.根据权利要求1或2所述的被动式分流器（1），其中，所述入口（21）和所述出口（41）中的至少一者包括配件（22、42）。

15.一种液体冷却系统（2），所述液体冷却系统包括根据权利要求1至14中任一项所述的被动式分流器（1）。

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