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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht der am 24. Dezember 2010 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/427,135 mit dem Titel FLUID FLOW MIXING BOX WITH FLUID FLOW CONTROL DEVICE. Der Inhalt der obigen Patentanmeldung gilt als durch ausdrücklichen Verweis darauf in die vorliegende ausführliche Beschreibung mit aufgenommen.
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Gebiet der Erfindung
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Die Patentschrift betrifft eine Wärmetauschervorrichtung (Fluidströmungsmischbox) mit Fluidströmungsregelmerkmalen.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Bei einem Wärmetauscher handelt es sich um eine Einrichtung, die die Wärmeübertragung zwischen zwei Medien erleichtert. Für Wärmetauscher gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, unter anderem bei Fahrzeugen zum Zwecke des Erwärmens/Kühlens von Öl, wie beispielsweise Motoröl und/oder Getriebeöl. Bei konventionellem Betrieb tritt beispielsweise Öl aus einem Motor in einen Wärmetauscher ein, durch den auch ein flüssiges Kühlmittel fließt. Das flüssige Kühlmittel kühlt das Öl im Wärmetauscher, bevor es zum Motor zurückgeleitet wird. Auf die gleiche Weise lässt sich Getriebeöl in einem Fahrzeug kühlen.
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Manche Wärmetauscher stellen ein Einzelgehäuse für den Wärmeaustausch mehrerer Fluide mit flüssigem Kühlmittel bereit, wie sowohl Getriebe- als auch Motoröl bei einem Fahrzeug. Solche Wärmetauscher können mehrere verschiedene Strömungskerne in dem Einzelgehäuse aufweisen. Eines der Probleme bei solchen Wärmetauschern besteht darin, dass sich das durch das Einzelgehäuse strömende Fluid nachteilig auf die verschiedenen Strömungskerne in dem Gehäuse auswirken kann. Beispielsweise kann das Fluid, das durch das Einzelgehäuse strömt und die Strömungskerne berührt, wo ein Wärmeaustausch stattfindet, aufgrund seiner Einwirkung Korrosion verursachen. Dies kann auch die Leistung eines Fahrzeugs beeinflussen sowie Kraftstoffeffizienz bewirken.
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Im Fachgebiet besteht ein Bedarf nach einer Wärmetauschervorrichtung, die für den Wärmeaustausch mehrerer Fluide mit flüssigem Kühlmittel verwendet wird (wie beispielsweise sowohl Motor- als auch Getriebeöl) und dazu beitragen kann, die Leistung eines Fahrzeugs zu verbessern (wie beispielsweise durch Verbessern der Kraftstoffeffizienz), und für ein besseres Aufwärmen von Getriebe- und Motoröl sorgen kann. Zusätzlich dazu besteht im Fachgebiet ein Bedarf nach einer Wärmetauschervorrichtung, die für den Wärmeaustausch mehrerer Fluide mit flüssigem Kühlmittel verwendet wird (wie beispielsweise Motor- und Getriebeöle) und dazu beitragen kann, das Ausmaß an Korrosion zu reduzieren, zu der es aufgrund der in der Wärmetauschervorrichtung strömenden Fluide kommt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmetauschervorrichtung bereitgestellt, die Folgendes enthält:
ein Gehäuse, das einen Strömungsdurchgang für ein erstes Fluid definiert und einen Gehäuse-Fluideinlass und einen Gehäuse-Fluidauslass aufweist, die mit dem Strömungsdurchgang verbunden sind,
einen ersten Wärmetauscher, der sich zwischen dem Gehäuse-Fluideinlass und dem Gehäuse-Fluidauslass in dem Strömungsdurchgang des Gehäuses befindet, wobei der erste Wärmetauscher mehrere Kanäle zum Hindurchleiten eines zweiten Fluids aufweist,
einen Strömungsumleiter zwischen dem Gehäuse-Fluideinlass und dem ersten Wärmetauscher in dem Strömungsdurchgang zum Umleiten eines Teils des ersten Fluids zu einer Umgehungsregion des Strömungsdurchgangs, die den ersten Wärmetauscher umgeht, und
eine mit dem Gehäuse-Fluideinlass verbundene Strömungsregeleinrichtung zum Regeln einer Menge und Lage des ersten in den Strömungsdurchgang eintretenden Fluids.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Wärmetauschervorrichtung bereitgestellt, die Folgendes enthält:
ein Gehäuse, das einen Strömungsdurchgang für ein erstes Fluid definiert und einen Gehäuse-Fluideinlass und einen Gehäuse-Fluidauslass aufweist, die mit dem Strömungsdurchgang verbunden sind,
einen ersten Wärmetauscher, der sich zwischen dem Gehäuse-Fluideinlass und dem Gehäuse-Fluidauslass in dem Strömungsdurchgang des Gehäuses befindet, wobei der erste Wärmetauscher mehrere Kanäle zum Hindurchleiten eines zweiten Fluids aufweist,
eine an einem Ende des Bodens des Gehäuses gebildete und zwischen dem Gehäuse-Fluideinlass und dem ersten Wärmetauscher befindliche, abfallende Einlassrampe zum Leiten eines Teils des ersten Fluids zu einer Umgehungsregion des Strömungsdurchlasses, die den ersten Wärmetauscher umgeht, und
eine mit dem Gehäuse-Fluideinlass verbundene Strömungsregeleinrichtung zum Regeln einer Menge und Quelle des ersten in den Strömungsdurchgang eintretenden Fluids.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 stellt eine Fluidströmungsmischbox (Wärmetauschervorrichtung) gemäß einem Ausführungsbeispiel dar, die mit einem Motor und anderen Komponenten verbunden ist,
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1A ist eine Schnittansicht der Fluidströmungsmischbox aus 1,
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2 ist eine Schnittansicht einer Fluidströmungsmischbox gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel, und
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3 ist eine Perspektivansicht von zwei Wärmetauschern und einer Mischzonenmembran, die sich in der Fluidströmungsmischbox aus 1 befinden.
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4 ist eine Schnittansicht einer Fluidströmungsmischbox gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für die vorliegende Anmeldung,
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5 ist eine Perspektivansicht einer Bodenplatte der Fluidströmungsmischbox aus 4,
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6 ist eine andere Schnittansicht der Fluidströmungsmischbox gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, und
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7 ist eine Draufansicht auf eine Bodenplatte der Fluidströmungsmischbox aus 6.
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Beschreibung
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine in ein Motorsystem integrierte Fluidströmungsmischbox 2 (die hier offenbarte Wärmetauschervorrichtung wird als Fluidströmungsmischbox beschrieben) in 1 gezeigt. Die Fluidströmungsmischbox 2 weist einen Außenkörper oder ein Gehäuse 6 auf, das an einem Ende davon einen Fluidströmungseinlass 8 und an einem gegenüberliegenden Ende einen Fluidströmungsauslass 10 definiert. Das Konstruktionsmaterial für das Gehäuse 6 unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und ist von der jeweiligen Anwendung abhängig. Bei einer Ausführungsform kann das Gehäuse 6 aus Kunststoff wie Nylon 66 hergestellt sein. Zusätzlich dazu kann das Gehäuse 6 bei einer alternativen Ausführungsform außen isoliert sein, um die Erwärmungsleistung aus dem kalten Zustand zu verbessern.
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Im Betrieb strömt ein Wärmeaustauschfluid (zum Beispiel Wasser, Kühlmittel oder eine andere Flüssigkeit) von dem Einlass 8 durch das Gehäuse 6 zum Auslass 10. Bei dem dargestellten Beispiel in den 1A und 2 sind ein erster Wärmetauscher 12 und ein zweiter Wärmetauscher 14 zwischen dem Einlass 8 und dem Auslass 10 an voneinander beabstandeten Stellen in dem Gehäuse 6 positioniert, wobei sich der erste Wärmetauscher 12 in Bezug zur Strömung des Wärmetauscherfluids vom Einlass 8 zum Auslass 10 vor dem zweiten Wärmetauscher 14 beziehungsweise stromaufwärts davon befindet. Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 6, wie in den 1 und 2 zu sehen ist, eine allgemein boxartige, rechteckige mittlere Region 24 auf, in der sich die Wärmetauscher 12, 14 befinden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Wärmetauscher 12 um einen Motorölkühler (MÖK) mit einem Einlass 16 zum Aufnehmen von Motoröl aus einem Motor und einem Auslass 18 zum Zurückleiten von Öl zu einem Motor und bei dem zweiten Wärmetauscher 14 um einen Getriebeölkühler (GÖK) mit einem Einlass 20 zum Aufnehmen von Öl aus einem Getriebe und einem Auslass 22 zum Zurückleiten von Öl zu einem Getriebe. Die Reihenfolge der Wärmetauscher 12, 14 kann jedoch bei manchen Anwendungen umgekehrt sein, und Anzahl und Typ der Wärmetauscher können sich bei verschiedenen Anwendungen und Konfigurationen auch unterscheiden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Wärmetauschern 12 und 14 jeweils um Rohrbündelwärmetauscher, die jeweils aus mehreren aneinander ausgerichteten, gestapelten Rohrelementen gebildet sind, welche jeweils zwischen einem Fluideinlasskrümmer und einem Fluidauslasskrümmer einen internen Durchgang für ein Fluid (bei der aktuell beschriebenen Ausführungsform zum Beispiel Motor- oder Getriebeöl) definieren. Zwischen den gestapelten Rohren befinden sich Zwischenräume, durch die das Wärmetauscherfluid hindurchströmt, so dass zwischen dem durch das Mischboxgehäuse 6 strömenden Wärmetauscherfluid und jeweiligen durch den ersten und den zweiten Wärmetauscher 12 und 14 strömenden Fluiden Wärme übertragen werden kann. Zwischen den gestapelten Rohren jedes Wärmetauschers können sich Lamellen befinden, die die Effizienz der Wärmeübertragung und die Festigkeit verbessern. Alternativ dazu können die gestapelten Rohre Außenrippen oder Vertiefungen oder andere Vorsprünge aufweisen, die eine ähnliche Funktion erfüllen. Bei einigen Ausführungsformen können die gestapelten Rohre aus miteinander verlöteten Plattenpaaren gebildet sein. Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Wärmetauscher 12, 14 aus Metall wie Aluminium oder Aluminiumlegierung konstruiert, es können jedoch andere Materialien verwendet werden. Bei einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Wärmetauscher 12 und 14 als große, dünne gestapelte Rohre konfiguriert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist wie in 3 gezeigt die Lage des Fluideinlasses 16 und des Fluidauslasses 18 (und deren jeweiliger Einlass- und Auslasskrümmer) am ersten Wärmetauscher 12 in Bezug zur Lage des Fluideinlasses 20 und des Fluidauslasses 22 (und deren jeweiliger Einlass- und Auslasskrümmer) am zweiten Wärmetauscher 14 umgekehrt, so dass Wärmetauscherfluid, das durch eine heißere Region des ersten Wärmetauschers 12 (zum Beispiel die Einlasskrümmerseite) fließt, allgemein zu einer kühleren Region des zweiten Wärmetauschers 14 (zum Beispiel der Auslasskrümmerseite) geleitet wird.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wird die Fluidströmungsmischbox 2 mit einem Mischventil 4 kombiniert, das an den Mischboxeinlass 8 angeschlossen ist und Quelle und Strömungsgeschwindigkeit des zur Mischbox 2 geleiteten Wärmetauscherfluids regelt. Wie in 1 zu sehen ist, kann die Mischbox 2 bei dem dargestellten Beispiel beispielsweise Wärmetauscherfluid i) aus dem Ausgang eines Motorkühlers 40, ii) direkt über eine Umgehungsleitung aus einem Motor 42 und iii) aus einem Heizkern 44 aufnehmen. Das Mischventil 4 ist so konfiguriert, dass es regelt, wie viel Wärmetauscherfluid zu jedem beliebigen Zeitpunkt aus jeder der obigen drei Quellen kommt, so dass die Mischbox 2 während des Betriebs des Motorsystems zu bestimmten Zeiten zum Erwärmen der durch die Wärmetauscher 12, 14 strömenden Fluide und zu anderen Zeiten zum Kühlen der durch die Wärmetauscher 12, 14 strömenden Fluide verwendet werden kann. Bei einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform kann die Fluidströmungsmischbox 2 nur Wärmetauscherfluid i) aus dem Ausgang des Motorkühlers 40 und ii) aus dem Heizkern 44 aufnehmen. Bei dieser Ausführungsform nimmt die Fluidströmungsmischbox 2 kein Wärmetauscherfluid direkt aus dem Motor 42 auf.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Einlass 8, wie in 2 zu sehen ist, durch eine konische Wandregion 26 am vorderen Ende des Gehäuses 6 definiert. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Wärmetauscherfluid-Umgehungsspalt oder eine solche Region 28 zwischen mindestens einer der Wände des Gehäuses 6 und den Wärmetauschern 12 und 14 vorgesehen, so dass zumindest ein Teil des durch die mittlere Wärmetauscherboxregion 24 strömenden Wärmetauscherfluids die Wärmetauscher 12 und 14 umgehen kann.
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In 2 und 3 stellt die Region zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher 12 und 14 eine Wärmetauscherfluidmischzone 30 bereit, in der sich das Wärmetauscherfluid, das durch nebeneinanderliegende Rohrzwischenräume in dem ersten Wärmetauscher 12 fließt, vermischt, bevor es durch den zweiten Wärmetauscher 14 fließt. Die Rohre, die den ersten Wärmetauscher 12 bilden, können zur Unterstützung dieses Mischens abfallende Profile aufweisen. Wie in den 2 und 3 durch Phantomlinien dargestellt ist, kann die Mischzone 30 bei einem Ausführungsbeispiel vom Rest der Wärmetauscherfluidströmungszone im Gehäuse 6 durch eine Mischzonenmembran 32 abgegrenzt sein, so dass sich durch die Umgehungsregion 28 strömendes Wärmetauscherfluid nicht mit dem Wärmetauscherfluid in der Mischzone 30 vermischt. Das Gehäuse 6 und die Mischzonenmembran könnten aus geeigneten steifen Materialien, unter anderem beispielsweise Kunststoffmaterialien, gebildet sein.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Mischventil 4 so konfiguriert, dass es Strömung mit verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten zu verschiedenen Bereichen des konischen Einlasses 8 leitet. Bei geringer Strömungsgeschwindigkeit kann das Mischventil 4 beispielsweise Öffnungen in der Nähe einer oberen Region 46 (siehe 2) des konischen Einlasses 8 öffnen, so dass der Großteil des in das Gehäuse 6 der Wärmetauscherbox eintretenden Wärmetauscherfluids statt zur Umgehungsregion 28 zum ersten Wärmetauscher 12 hin geleitet wird. Bei einer höheren Strömungsgeschwindigkeit kann jedoch die Wärmetauscherfluidströmung gleichmäßiger über den gesamten Bereich des konischen Einlasses 8 geleitet werden. Ein Problem bei höheren Strömungsgeschwindigkeiten besteht darin, dass die starke Strömung den ersten Wärmetauscher 12 und den zweiten Wärmetauscher 14 schnell erodiert. Dementsprechend wird bei Ausführungsbeispielen zum Abschwächen der Erosion ein passiver feststehender Strömungsumleiter 50 in dem konischen Einlass 8 befestigt, der einen wesentlichen Anteil von mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in den Einlass 8 strömendem Wärmetauscherfluid von dem ersten Wärmetauscher 12 weg und stattdessen hin zur Umgehungsregion 28 umleitet.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Strömungsumleiter 50 ein Tragflächenprofil auf und ist in einem Abstand „D” zum Wärmetauscher 12 und in einem Winkel „A” zur Mittelachse der Mischbox 2 angeordnet, damit er wesentliche Anteile der in die Mischbox 2 eintretenden Wärmetauscherfluidströmung zur Umgehungsregion 28 leitet.
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Dementsprechend leitet das Mischventil 4 bei geringer Strömungsgeschwindigkeit bei einem Ausführungsbeispiel den Großteil des Wärmetauscherfluids in eine obere Zuflussregion 46 des konischen Einlasses 8 mit geringer Strömungsgeschwindigkeit, die auf den ersten Wärmetauscher 12 ausgerichtet, aber zur Umgehungsströmungsregion 28 versetzt ist. Der Strömungsumleiter 50 erstreckt sich allgemein nicht in den Strömungsweg zwischen der oberen Region 46 mit geringer Strömungsgeschwindigkeit und dem ersten Wärmetauscher 12, so dass für den Großteil des in der Region 46 mit geringer Strömungsgeschwindigkeit in den Einlass eintretenden Wärmeaustauschfluids der Weg für ein Strömen am Strömungsumleiter 50 vorbei und durch den ersten Wärmetauscher 12 in die Mischzone 30, durch den zweiten Wärmetauscher 14 und dann durch den Mischboxauslass 10 heraus frei ist. Infolgedessen ist das Strömen durch die Wärmetauscher 12 und 14 bei geringer Strömungsgeschwindigkeit optimiert, wobei eine relativ geringe Menge Wärmetauscherfluid durch die Umgehungsregion 28 fließt.
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Bei maximalen Strömungsgeschwindigkeiten leitet das Mischventil 4 Wärmetauscherfluid gleichmäßig über im Wesentlichen den gesamten Einlassbereich des konischen Einlasses 8. Der Strömungsumleiter 50 kann bei einer Ausführungsform einen großen Anteil des eintreffenden Wärmetauscherfluids zur Umgehungsregion 28 hin leiten (im Sinne eines nicht einschränkenden Beispiels mehr als 50%), während ausreichend Strömung durch die Wärmetauscher 12 und 14 fließt, um ohne übermäßige Erosion ein Sollergebnis beim Wärmeaustausch erzielen zu können.
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Größe, Form und allgemeine Maße des Strömungsumleiters 50, der Einlassöffnung 8, der Umgehungsregion 28 und anderer Komponenten der Mischbox 6 können so gewählt werden, dass die Effizienz der Wärmeübertragung optimiert und gleichzeitig für eine bestimmte Anwendung ein annehmbares Maß an Korrosion beibehalten wird.
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4 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Fluidströmungsmischbox gemäß der vorliegenden Anmeldung dar. Ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Fluidströmungsmischbox 100 einen Außenkörper oder ein Gehäuse 106 auf, das einen Fluidströmungseinlass 108 und einen Fluidströmungsauslass 110 definiert. Bei einer Ausführungsform weist das Gehäuse 106 eine allgemein boxartige, rechteckige mittlere Region 124 auf, in der sich die Wärmetauscher 112, 114 befinden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst das Gehäuse 106 ferner auch eine Bodenwand 150, die am Boden der Fluidströmungsmischbox 100 angebracht sein kann. Die Bodenwand 150 kann beispielsweise mit der Fluidströmungsmischbox 100 verschweißt sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bodenwand 150 als Bestandteil des Gehäuses und nicht als am Gehäuse angebrachtes separates Teil ausgebildet sein.
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Im Betrieb strömt ein Wärmeaustauschfluid (zum Beispiel Wasser, Kühlmittel oder eine andere Flüssigkeit) von dem Einlass 108 durch das Gehäuse 106 zum Auslass 110. Ein erster Wärmetauscher 112 und ein zweiter Wärmetauscher 114 sind an voneinander beabstandeten Stellen zwischen dem Einlass 108 und dem Auslass 110 in dem Gehäuse 106 positioniert. Der erste Wärmetauscher 112 befindet sich in Bezug auf die Strömung des Wärmetauscherfluids vom Einlass 108 zum Auslass 110 vor dem zweiten Wärmetauscher 114. Bei manchen Ausführungsformen können der erste und der zweite Wärmetauscher 112 und 114 auch die gleiche Form und Konfiguration aufweisen, die in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.
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Das zweite Ausführungsbeispiel für die Fluidströmungsmischbox 100 kann bei einer Situation hilfreich sein, in der der erste Wärmetauscher 112 und der zweite Wärmetauscher 114 unterschiedliche Wärmeübertragungsanforderungen aufweisen. In manchen Fällen benötigt der erste Wärmetauscher 112 beispielsweise weniger Fluid zum Erwärmen oder Kühlen als der zweite Wärmetauscher 114. Dementsprechend kann bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Reihenfolge der Wärmetauscher in Betracht gezogen werden, damit die gewünschte Funktionalität entsteht, indem der Wärmetauscher mit den geringeren Wärmeübertragungsanforderungen als Erster nach dem Einlass 108 angeordnet wird. Bei einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Wärmetauscher 112 um einen Motorölkühler (MÖK) mit einem Einlass 116 und einem Auslass 118 zum Aufnehmen von Öl aus einem Motor beziehungsweise zum Zurückleiten von Öl zu einem Motor, und bei dem zweiten Wärmetauscher 114 handelt es sich um einen Getriebeölkühler (GÖK) mit einem Einlass 120 und einem Auslass 122 zum Aufnehmen und Zurückleiten von Öl aus und zu einem Getriebe.
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In 4 ist der Einlass 108 durch eine zylinderförmige Wand 126 an einem Ende des Gehäuses 106 definiert. Wie bei der vorhergehenden Ausführungsform ist ein Mischventil 4A (in 4 als Phantombox angegeben) so konfiguriert, dass es die Quelle und die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeaustauschfluids in die Mischbox 100 regelt. Das Mischventil 4A kann wie bei der vorhergehenden Ausführungsform verschiedene Bereiche des Einlasses 108 mit unterschiedlichen Strömungen versorgen.
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Wie in 4 zu sehen ist, sind der erste und der zweite Wärmetauscher 112, 114 so positioniert, dass der Zwischenraum zwischen der Bodenplatte 150 des Gehäuses 106 und dem ersten Wärmetauscher 112 größer ist als der Zwischenraum zwischen der Bodenplatte 150 und dem zweiten Wärmetauscher 114. Die Umgehungsregion 160 zwischen dem Boden des ersten Wärmetauschers 112 und der Oberseite der Bodenplatte 150 weist eine solche Größe auf, dass unterhalb des ersten Wärmetauschers 112 eine Strömung des Wärmeaustauschfluids fließen kann. Der Zwischenraum 162 zwischen dem Boden des zweiten Wärmetauschers 114 und der Bodenplatte 150 ist kleiner als die Umgehungsregion 160. Dementsprechend stellt die Umgehungsregion 160 einen Umgehungsbereich unterhalb des ersten Wärmetauschers 112 bereit, der Zwischenraum 162 stellt jedoch nur einen kleinen Bereich unter dem zweiten Wärmetauscher 114 bereit, durch den Wärmeaustauschfluid fließen kann.
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Die Region zwischen dem ersten Wärmetauscher 112 und dem zweiten Wärmetauscher 114 stellt ferner eine Wärmetauscherfluidmischzone 128 bereit, in der das Wärmetauscherfluid durch den ersten Wärmetauscher 112 fließt und sich mit dem Wärmetauscherfluid vermischt, das unter der Umgehungsregion 160 durchfließt. Das vermischte Wärmetauscherfluid fließt dann durch den zweiten Wärmetauscher 114.
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Wie in 4 zu sehen ist, umfasst die Bodenplatte 150 eine hinter dem Einlass 108 befindliche, abfallende Einlassrampe 152 und eine vor dem Auslass 110 befindliche, ansteigende Auslassrampe 154 und eine flache Bodenpartie, die die unteren Enden der Einlassrampe 152 und der Auslassrampe 154 verbindet. 5 stellt eine Perspektivansicht der Bodenplatte 150 dar, die unter den Rampen 152, 154 liegende Rippen 156 zeigt. Bei einer Ausführungsform sind die Rampen 152, 154 in die Bodenplatte 150 integriert und können aus geformtem Kunststoff hergestellt sein.
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Die Bodenplatte 150 dient als Strömungsumleiter, wenn die Rampe 152 die Strömung des Wärmeaustauschfluids in die Fluidströmungsmischbox 100 und in die Umgehungsregion 160 hinein und die Rampe 154 die Strömung des Wärmeaustauschfluids aus der Fluidströmungsmischbox 100 heraus leitet. Die Rampen 152, 154 können auch zu einer Reduzierung des Wärmeaustauschfluidstandes in der Box beitragen. Zusätzlich dazu kann der Winkel der Rampen 152, 154 zu einer Reduzierung von Druckverlusten in der Fluidströmungsmischbox 100 beitragen. Dementsprechend kann die Gestaltung der Bodenplatte 150 mit den Rampen 152, 154 die Effizienz der Fluidströmungsmischbox 100 erhöhen.
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Durch die Konfiguration der Fluidströmungsmischbox 100 mit dem Mischbereich 128 zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher 112, 114 und der Umgehungsregion 160 zwischen dem ersten Wärmetauscher 112 und der Bodenplatte 150 entsteht ein Strömungsteiler. Im Betrieb fließt die eintreffende Strömung durch das Mischventil 4A und den Einlass 108 in den Kern des ersten Wärmetauschers 112, wird aber auch teilweise von der Einlassrampe 152 und der Umgehungsregion 160 um den ersten Wärmetauscher 112 umgeleitet. Die umgeleitete Strömung wird mit der Strömung aus dem ersten Wärmetauscher 112 im Mischbereich 128 vermischt und kombiniert und dann in den zweiten Wärmetauscher 114 geleitet. Diese Konfiguration der Komponenten der Fluidströmungsmischbox 100 kann für die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit und für die Kühlmitteltemperatur sorgen, die zum Kühlen und/oder Erwärmen des zweiten Wärmetauschers 114 erforderlich ist. Die Rampen 152, 154 und die Zwischenräume 160, 162 regeln das Ausmaß der in der Fluidströmungsmischbox 100 erfolgenden Strömungsteilung. Diese Strömungsteilung kann auch für den korrosionswidrigen Effekt sorgen, für den der Strömungsteiler beim ersten Ausführungsbeispiel sorgt.
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Bei einer Ausführungsform umfasst die Bodenplatte 150 Stützelemente, die als Stützmittel für den ersten Wärmetauscher 112 und den zweiten Wärmetauscher 114 dienen. In 6 und 7 gibt es bei einer Ausführungsform vier Stützelemente, die sich von der inneren (oberen) Fläche der Bodenplatte 150 aus nach oben erstrecken. Der erste Satz Stützelemente, der zum Abstützen des ersten Wärmetauschers 112 verwendet wird, umfasst zwei in der Mitte der Bodenplatte 150 voneinander beabstandete Stützvorsprünge 180a, 180b. Der zweite Satz Stützelemente, der zum Abstützen des zweiten Wärmetauschers 114 verwendet wird, umfasst zwei voneinander beabstandete Stützvorsprünge 180c, 180d, die sich von der inneren Fläche der Bodenplatte 150 nach oben und von der Auslassrampe 154 weg erstrecken. Jeder Satz Stützelemente stützt die stromabwärts gelegenen Seiten des ersten und des zweiten Wärmetauschers 112 und 114 ab. Dementsprechend tragen die Stützvorsprünge 180a, 180b, 180c, 180d die Wärmetauscher 112, 114 und können dazu beitragen, dass sie aufgrund der vom strömenden Wärmeaustauschfluid ausgeübten Kräfte nicht ausgelenkt werden. Die Stützvorsprünge 180a, 180b, 180c, 180d können aus geformtem Kunststoff hergestellt sein.
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Die Bodenplatte 150 umfasst ferner ein Element 185, das sich von der inneren Fläche der Bodenplatte 150 aus nach oben erstreckt und die beiden Stützvorsprünge 180a, 180b verbindet. Die beiden Stützvorsprünge 180a, 180b sind höher als das Element 185. Das Element 185 kann sich beispielsweise ungefähr in der Mitte der Bodenplatte 150 befinden und erstreckt sich über die Breite der Bodenplatte 150 und kann für strukturelle Festigkeit der Bodenplatte 150 sorgen. Das Element 185 kann ebenfalls zusätzliche Kontrolle über das Ausmaß der Strömungsteilung gewähren. Es gibt einen Zwischenraum 190 zwischen dem Boden des ersten Wärmetauschers 112 und der Oberseite des Elements 185, damit das Wärmeaustauschfluid unter dem ersten Wärmetauscher 112 und über dem Element 185 entlangströmen kann. Das Element 185 schränkt ferner auch die Fluidströmung unter dem zweiten Wärmetauscher ein.
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Die hier beschriebene integrierte Kühlmittelströmungsregel- und Wärmetauschereinrichtung kann zu Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch beitragen, reduziert das Fahrzeuggewicht und die Gesamtanzahl der Teile bei einer Fahrzeugbaugruppe. Die Fluidströmungsmischbox der vorliegenden Erfindung kann auch zu einem schnelleren Erwärmen von Getriebe- und Motoröl beitragen und sorgt für eine Einsparung beim Kraftstoffverbrauch. Bezüglich der Motorkühlung kann die Fluidströmungsmischbox der vorliegenden Anmeldung ein kleineres Motorkühlmodul bereitstellen, was Kosten und Kühlmittelmenge reduziert.
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Die vorliegende Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, für Fachleute wird jedoch ersichtlich sein, dass sie nicht auf die bevorzugte Ausführungsform beschränkt ist und dass verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden könnten, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen wird, der durch die Ansprüche festgelegt ist.
