專利名稱：單芯雙回路熱交換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱交換系統(tǒng)，它有一個單芯，該單芯與兩個熱交換回路流體連通，特別是，本發(fā)明涉及一種熱交換系統(tǒng)，它有一個單芯，該單芯與一個和一臺發(fā)動機有熱交換關(guān)系的第一熱交換回路和一個與一個變換器有熱交換關(guān)系的第二熱交換回路流體連通。
本領(lǐng)域已知給機動車如公共汽車備以由牽引電動機供給動力的驅(qū)動組件。本領(lǐng)域還已知把內(nèi)燃機和發(fā)電機相結(jié)合，以產(chǎn)生一個存儲在一個電池或多個電池中的直流電壓。該直流電池或多個電池的電壓由一個變換器變換成提供給牽引電動機的交流信號。這種布置允許發(fā)動機在它的最有效速度下不變地運行。
發(fā)動機、變換器和牽引電動機全部產(chǎn)生熱。因此必須給機動車裝備一種熱交換系統(tǒng)，以從機動車中去除由發(fā)動機、變換器和牽引電動機所產(chǎn)生的熱量的相當(dāng)大部分。
能使熱量去除的一種方法是給機動車裝備一個單芯散熱器和一個單熱交換回路，該單熱交換回路和單芯散熱器流體連通，并且和發(fā)動機、變換器和牽引電動機有熱交換關(guān)系。然而，為了保護變換器，必須把和變換器有熱交換關(guān)系的冷卻劑的操作溫度保持為相對低，約70C。
給定為保護變換器所要求的低操作溫度，則在這樣系統(tǒng)中將必須從散熱器中以冷卻劑與周圍空氣之間相對低的溫度差別排出大量廢熱。當(dāng)與散熱器將要安裝在其上的機動車的尺寸比較時，上述由操作準(zhǔn)則所要求的單芯散熱器的尺寸將檢驗為很大。
按照本發(fā)明的一個方面，一種系統(tǒng)具有一臺發(fā)動機，一臺由該發(fā)動機驅(qū)動以產(chǎn)生直流電壓的發(fā)電機，以及一個與該發(fā)電機電耦合以把直流電壓轉(zhuǎn)換成交流信號的變換器。該系統(tǒng)還有一個與發(fā)動機有熱交換關(guān)系以從發(fā)動機中去除熱量的第一熱交換回路，以及一個與變換器有熱交換關(guān)系以從變換器中去除熱量的第二熱交換回路。該系統(tǒng)還有一個分成第一部分和第二部分的單散熱器，第一部分與和第二部分的流體連通充分液壓隔離。該散熱器的第一部分與第一熱交換回路流體連通，并且第二部分與第二熱交換回路流體連通。
在一個優(yōu)選實施例中，變換器對一臺用于驅(qū)動機動車的牽引電動機提供交流電力。
散熱器的第一部分可能具有一個第一熱交換區(qū)，并且散熱器的第二部分可能具有一個第二熱交換區(qū)，第一區(qū)比第二區(qū)大。
而且，散熱器的第一部分可能具有第一多個管，來自第一熱交換回路的冷卻劑可能通過這些管。散熱器的第二部分可能具有第二多個管，來自第二熱交換回路的冷卻劑可能通過這些管。第一多個管的管數(shù)可能比第二多個管的管數(shù)大。特別是，第一多個管的管數(shù)與第二多個管的管數(shù)的比可能約為6∶1。
此外，散熱器具有一個第一容器，一個第二容器，第一多個管與第一和第二容器流體連通，以便使冷卻劑可能通過第一多個管在第一容器與第二容器之間流通，并且第二多個管與第一和第二容器流體連通，以便使冷卻劑可能通過第二多個管在第一容器與第二容器之間流通。散熱器可能具有相互之間以隔開關(guān)系與第一容器流體連通的第一和第二口，以及相互之間以隔開關(guān)系與第二容器流體連通的第一和第二口，這些口中的兩個用作入口，并且這些口中的兩個用作出口。一對入口和出口可能與第一多個管和第一熱交換回路流體連通，并且另一對入口和出口可能與第二多個管和第二熱交換回路流體連通。散熱器可能具有一個第一隔板，安排在第一容器中，在其中的第一與第二口之間，以使其中的第一口與其中的第二口液壓隔離，以及一個第二隔板，安排在第二容器中，在其中的第一與第二口之間，以使其中的第一口與其中的第二口液壓隔離，從而使第一多個管與第二多個管液壓隔離。第一多個管的管數(shù)可能比第二多個管的管數(shù)大。
第一熱交換回路可能具有一個第一泵，安排在發(fā)動機與用作散熱器和第一熱交換回路之間的入口的口之間，以使冷卻劑在第一熱交換回路中循環(huán)。第二熱交換回路可能具有一個第二泵，安排在變換器與用作散熱器和第二熱交換回路之間的出口的口之間，以使冷卻劑在第二熱交換回路中循環(huán)。
該系統(tǒng)還可能包括一臺與變換器電耦合的牽引電動機，以及一臺由發(fā)動機驅(qū)動的空氣壓縮機。第一熱交換回路可能與牽引電動機和空氣壓縮機有熱交換關(guān)系。發(fā)動機可能是內(nèi)燃機。


圖1是按照本發(fā)明的熱交換系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)具有一個帶有單芯的散熱器，該芯與和發(fā)動機有熱交換關(guān)系的第一熱交換回路流體連通，并且與和變換器有熱交換關(guān)系的第二熱交換回路流體連通；以及圖2是圖1散熱器的斷面圖。
機動車20示于圖1。該機動車20具有一個底盤22，它安裝一臺發(fā)動機24，一臺空氣壓縮機26，一臺發(fā)電機28，一個電池或電池組件29，一個變換器30，一臺牽引電動機32和一個驅(qū)動組件34。發(fā)動機24優(yōu)選地是一臺可從Navistar以商品名稱T-444E買到的230馬力柴油發(fā)動機，它驅(qū)動發(fā)電機28以產(chǎn)生直流電壓，該直流電壓存儲在電池或電池組件29中。變換器30與電池或電池組件29電耦合，以把電池或電池組件29的直流電壓變換成交流信號。變換器30輸出的交流信號用來對牽引電動機32提供動力，牽引電動機32驅(qū)動驅(qū)動組件34，以推動機動車20。
機動車20還有一個熱交換系統(tǒng)36。該熱交換系統(tǒng)36包括一個具有第一和第二部分40、42的單芯單通路散熱器38，如以下將作詳細(xì)說明，第一和第二部分40、42相互之間液壓隔開。該熱交換系統(tǒng)36還包括第一和第二熱交換回路44、46。第一熱交換回路44在散熱器38的第一口48與第二口50之間與第一部分40連接。第一熱交換回路44與發(fā)動機24、空氣壓縮機26和牽引電動機32有熱交換關(guān)系，以使各自冷卻。第二熱交換回路46在散熱器38的第一口52與第二口54之間與第二部分42連接。第二熱交換回路46與變換器30有熱交換關(guān)系，以使其冷卻。
參考圖2，散熱器38具有一個第一容器56和一個第二容器58。在第一容器56中形成第一口或出口48、52，而在第二容器58中形成第二口或入口50、54。第一口48、52沿第一容器56的長度相互隔開，并且第二口50、54沿第二容器58的長度相互隔開。
在第一容器56中第一口48、52之間安排一個隔板60。在第二容器58中第二口50、54之間安排一個類似隔板62。把隔板60、62固定在第一和第二容器56、58的內(nèi)壁64、66上，以充分防止流體在第一容器56中的第一口48、52與第二容器58中的第二口50、54之間連通。也就是，隔板60、62在口48、52之間及口50、54之間提供液壓隔離。隔板60、62可能是任意形狀，但是優(yōu)選地應(yīng)該符合內(nèi)壁64、66的形狀。
隔板60把第一容器56分成兩個第一聯(lián)管箱68、70。類似地，隔板62把第二容器分成兩個第二聯(lián)管箱72、74。
在第一聯(lián)管箱68與第二聯(lián)管箱72之間安排第一多個管76，它們可能是非圓形斷面的薄平管。把管76的端部78固定并密封在第一聯(lián)管箱68上，并且把端部80固定并密封在第二聯(lián)管箱72上，以便來自第二聯(lián)管箱72的流體可能通過管76到達第一聯(lián)管箱68。管76在隔板60、62的一側(cè)與相應(yīng)聯(lián)管箱連接。管76表現(xiàn)為管中冷卻劑與環(huán)境之間熱交換的第一熱交換區(qū)。
在第一聯(lián)管箱70與第二聯(lián)管箱74之間安排第二多個管82，它們也可能是非圓形斷面的薄平管。把管82的端部84固定并密封在第一聯(lián)管箱70上，并且把端部86固定并密封在第二聯(lián)管箱74上，以便來自第二聯(lián)管箱74的流體可能通過管82到達第一聯(lián)管箱70。管82在與管76相對的隔板60、62的側(cè)面與相應(yīng)聯(lián)管箱連接。第二多個管82表現(xiàn)為管中冷卻劑與環(huán)境之間熱交換的第二熱交換區(qū)。
因為有第一和第二容器56、58中的隔板60、62，所以大體上所有通過第二聯(lián)管箱72到達第一聯(lián)管箱68的流體流過管76，而大體上所有通過第二聯(lián)管箱74到達第一聯(lián)管箱70的流體流過管82。
如圖2所見，管76的數(shù)目比管82的數(shù)目大。換句話說，第一部分40的熱交換區(qū)比第二部分42的熱交換區(qū)大。
雖然第一和第二部分40、42中管76、82的數(shù)目取決于回路44、46中必須使熱傳遞最優(yōu)的流速。但是按照本發(fā)明的一個實施例，第一多個管76有282個管，并且第二多個管82有48個管。因此管76與管82的比約為6∶1。
散熱器38還包括空氣側(cè)片87，它們加速管76、82與冷卻空氣流之間的熱交換。
如圖1所示，散熱器38與第一熱交換回路44流體連通，第一熱交換回路44包括一個牽引電動機熱交換器組件88，一個發(fā)動機罩90，一個空氣壓縮機熱交換器92，一個泵94，以及導(dǎo)管96、98、100、102、104、106。散熱器38還與第二熱交換回路46流體連通，第二熱交換回路46包括一個變換器熱交換器108，一個泵110，以及導(dǎo)管112、114、116。箭頭118、120、122、124、126、128、130、132、134表示第一和第二冷卻劑通過第一和第二回路44、46及散熱器38的流向。
第一熱交換回路44組裝如下。把導(dǎo)管96第一端136附在散熱器38的第一口48上，并且把第二端138附在牽引電動機熱交換器組件88的入口140上。牽引電動機熱交換器組件88優(yōu)選地包括一個第一熱交換器，與牽引電動機32有直接熱交換關(guān)系，并且用油作冷卻劑，以及一個第二熱交換器，其中允許油通過第一熱交換回路44把熱量排出到冷卻劑流中。
把導(dǎo)管98的第一端142附在牽引電動機熱交換器組件88的出口144上，并且把第二端146附在發(fā)動機罩90的入口148上。
把導(dǎo)管100的第一端150附在發(fā)動機罩90的出口152上。還把導(dǎo)管100的第二端154附在泵94的入口156上。
把導(dǎo)管102和104的第一端158、160附在泵94的出口162上。把導(dǎo)管102的第二端164附在空氣壓縮機熱交換器92的入口166上。把導(dǎo)管104的第二端168附在散熱器38的入口50上。
把導(dǎo)管106的第一端170附在空氣壓縮機熱交換器92的出口172上。把導(dǎo)管106的第二端174附在導(dǎo)管98上。
第二熱交換回路46組裝如下。把導(dǎo)管112的第一端176附在散熱器38的第一口52上。把導(dǎo)管112的第二端178附在泵110的入口180上。
把導(dǎo)管114的第一端182附在泵110的出口184上。還把導(dǎo)管114的第二端186附在變換器熱交換器108的入口188上。
把導(dǎo)管116的第一端190附在變換器熱交換器108的入口192上。把導(dǎo)管116的第二端194附在散熱器38的第二口54上。
在操作中，第一冷卻劑將如箭頭118、120、122、124、126、128所示在第一回路44中循環(huán)。冷卻劑沿箭頭118方向通過散熱器38的第一部分40的第一口或出口48離開散熱器38。冷卻劑以約91C(195°F)的溫度和約187kg/min(412lbs./min.)的流速流出散熱器38。
冷卻劑通過導(dǎo)管96進入牽引電動機熱交換器88的入口140。當(dāng)它通過牽引電動機熱交換器88時，冷卻劑吸收約1.14Mj/min.(1081Btu/min.)。冷卻劑以91.7C(197°F)的溫度通過出口144流出牽引電動機熱交換器88。
冷卻劑然后沿箭頭120方向通過導(dǎo)管98。在冷卻劑進入發(fā)動機罩90之前，它與已經(jīng)通過空氣壓縮機熱交換器92的冷卻劑相混合。流出空氣壓縮機熱交換器92的冷卻劑具有約104C(220°F)的溫度和9kg/min(20lbs./min.)的流速。通過空氣壓縮機熱交換器92的冷卻劑吸收約211kj/min.(200Btu/min.)。因此，進入發(fā)動機罩90的冷卻劑具有約92C(198°F)的溫度和196kg/min.(432lbs./min.)的流速。
通過發(fā)動機罩90的冷卻劑吸收5.34Mj/min.(5060Btu/min.)。通過出口152從發(fā)動機罩90向?qū)Ч?00中排空的冷卻劑以約99C(210°F)的溫度和196kg/min.(432lbs./min.)的流速進行。緊接冷卻劑流出泵94之后，冷卻劑分到導(dǎo)管102、104中，導(dǎo)管102返回到空氣壓縮機熱交換器92，并且導(dǎo)管104返回到散熱器38的第一部分的第二口或入口50。
通過入口50進入散熱器38的冷卻劑溫度約99C(210°F)，流速為187kg/min.(412lbs./min.)。散熱器38的第一部分40允許6.67Mj/min.(6341Btu/min.)排出到周圍環(huán)境(約49C(120°F))中，因此使冷卻劑的溫度降到91C(195°F)。
在第二回路46中，冷卻劑以63C(146°F)的溫度和30.5kg/min.(67lbs./min.)的流速流出散熱器38的第二部分42的第一口或出口52。冷卻劑通過入口188進入變換器熱交換器108，其中冷卻劑吸收510kj/min.(484Btu/min.)。這樣使在出口192流出變換器108的冷卻劑的溫度升高到67C(152°F)。散熱器38的第二部分42允許510kj/min.(484Btu/min.)排出到周圍環(huán)境中，以使冷卻劑的溫度返回到63C(146°F)。
因此，認(rèn)識到在操作期間，在散熱器38的出口48、52處，在第一回路44中循環(huán)的冷卻劑的溫度比第二回路46中循環(huán)的冷卻劑的溫度約高27C(49°F)，并且在散熱器38的入口50、54處約高32C(57°F)。因此，熱交換系統(tǒng)36對與發(fā)動機24有熱交換關(guān)系的第一回路44，以相對周圍環(huán)境比第二回路46充分高的溫度差別提供熱排出，同時還允許第二回路46中的冷卻劑保持在充分低的溫度，以保護變換器30。
雖然已經(jīng)表示第一冷卻劑從口48到口50流過第一回路44，并且第二冷卻劑從口52到口54流過第二回路，但是認(rèn)識到在任一個或兩個回路中冷卻劑的流動可能反向。如果使一種或兩種冷卻劑的流動反向，那么可能必須改變泵94、110相對口的位置，以便使泵94保持連接在發(fā)動機罩90與第一回路散熱器入口之間，并且使泵110保持連接在第二回路散熱器出口與變換器熱交換器108的入口188之間。
研究本說明書、附圖和附加權(quán)利要求，能獲得本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點。
權(quán)利要求
1．一種系統(tǒng)，包括一臺發(fā)動機；一臺發(fā)電機，由發(fā)動機驅(qū)動，以產(chǎn)生直流電壓；一個變換器，與發(fā)電機電耦合，以把直流電壓轉(zhuǎn)換成交流信號；一個第一熱交換回路，與發(fā)動機有熱交換關(guān)系，以從發(fā)動機中去除熱量；一個第二熱交換回路，與變換器有熱交換關(guān)系，以從變換器中去除熱量；以及一個單散熱器，分成第一和第二部分，第一部分與和第二部分的流體連通被充分液壓隔離，第一部分與第一熱交換回路流體連通，并且第二部分與第二熱交換回路流體連通。
2．按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中散熱器的第一部分具有一個第一熱交換區(qū)，并且散熱器的第二部分具有一個第二熱交換區(qū)，第一區(qū)比第二區(qū)大。
3．按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中散熱器的第一部分具有第一多個管，來自第一熱交換回路的冷卻劑可能通過這些管；并且散熱器的第二部分具有第二多個管，來自第二熱交換回路的冷卻劑可能通過這些管，第一多個管的管數(shù)比第二多個管的管數(shù)大。
4．按照權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中第一多個管的管數(shù)與第二多個管的管數(shù)的比約為6∶1。
5．按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中散熱器具有一個第一容器，一個第二容器，第一多個管與第一和第二容器流體連通，以便使冷卻劑可能通過第一多個管在第一容器與第二容器之間流通，并且第二多個管與第一和第二容器流體連通，以便使冷卻劑可能通過第二多個管在第一容器與第二容器之間流通；散熱器具有相互之間以隔開關(guān)系與第一容器流體連通的第一和第二口，以及相互之間以隔開關(guān)系與第二容器流體連通的第一和第二口，所述口中的兩個用作入口，并且所述口中的兩個用作出口；一對入口和出口與第一多個管和第一熱交換回路流體連通，并且另一對入口和出口與第二多個管和第二熱交換回路流體連通；以及散熱器具有一個第一隔板，安排在第一容器中，在其中的第一與第二口之間，以使其中的第一口與其中的第二口液壓隔離，以及一個第二隔板，安排在第二容器中，在其中的第一與第二口之間，以使其中的第一口與其中的第二口液壓隔離，從而使第一多個管與第二多個管液壓隔離。
6．按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中第一多個管的管數(shù)比第二多個管的管數(shù)大。
7．按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其中第一熱交換回路包括一個第一泵，安排在發(fā)動機與用作散熱器和第一熱交換回路之間的入口的口之間，以使冷卻劑在第一熱交換回路中循環(huán)；并且第二熱交換回路包括一個第二泵，安排在變換器與用作散熱器和第二熱交換回路之間的出口的口之間，以使冷卻劑在第二熱交換回路中循環(huán)。
8．按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，還包括一種在第一熱交換回路中的第一冷卻劑和一種在第二熱交換回路中的第二冷卻劑，第一熱交換回路中的第一冷卻劑的操作溫度比第二熱交換回路中的第二冷卻劑的操作溫度高。
9．按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，還包括一種在第一熱交換回路中的第一冷卻劑和一種在第二熱交換回路中的第二冷卻劑，在用作散熱器與第一熱交換回路之間的入口的口處的第一冷卻劑的操作溫度比用作散熱器與第二熱交換回路之間的入口的口處的第二冷卻劑的操作溫度高，并且用作散熱器與第一熱交換回路之間的出口的口處的第一冷卻劑的操作溫度比用作散熱器與第二熱交換回路之間的出口的口處的第二冷卻劑的操作溫度高。
10．按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括一臺牽引電動機，與變換器電耦合；以及一臺空氣壓縮機，由發(fā)動機驅(qū)動；其中第一熱交換回路與牽引電動機和空氣壓縮機有熱交換關(guān)系。
11．按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中發(fā)動機是內(nèi)燃機。
12．一種機動車，包括一個底盤；一臺內(nèi)燃機，位于底盤上；一臺發(fā)電機，由發(fā)動機驅(qū)動，以產(chǎn)生直流電壓；一個變換器，與發(fā)電機電耦合，以把直流電壓轉(zhuǎn)換成交流信號；一臺牽引電動機，與變換器電耦合；一個驅(qū)動組件，位于底盤上，與牽引電動機液壓耦合，并由牽引電動機驅(qū)動，以推動機動車；一個第一熱交換回路，與發(fā)動機有熱交換關(guān)系，以從發(fā)動機中去除燃燒熱；一個第二熱交換回路，與變換器有熱交換關(guān)系，以從變換器中去除熱；以及一個單散熱器，分成第一和第二部分，第一部分與和第二部分的流體連通被充分液壓隔離，第一部分與第一熱交換回路流體連通，并且第二部分與第二熱交換回路流體連通。
13．按照權(quán)利要求12的機動車，其中散熱器具有一個第一容器，一個第二容器，第一多個管與第一和第二容器流體連通，以便使冷卻劑可能通過第一多個管在第一容器與第二容器之間流通，并且第二多個管與第一和第二容器流體連通，以便使冷卻劑可能通過第二多個管在第一容器與第二容器之間流通；散熱器具有相互之間以隔開關(guān)系與第一容器流體連通的第一和第二口，以及相互之間以隔開關(guān)系與第二容器流體連通的第一和第二口，所述口中的兩個用作入口，并且所述口中的兩個用作出口；一對入口和出口與第一多個管和第一熱交換回路流體連通，并且另一對入口和出口與第二多個管和第二熱交換回路流體連通；以及散熱器具有一個第一隔板，安排在第一容器中，在其中的第一與第二口之間，以使其中的第一口與其中的第二口液壓隔離，以及一個第二隔板，安排在第二容器中，在其中的第一與第二口之間，以使其中的第一口與其中的第二口液壓隔離，從而使第一多個管與第二多個管液壓隔離。
14．按照權(quán)利要求13的機動車，其中第一多個管的管數(shù)比第二多個管的管數(shù)大。
15．按照權(quán)利要求13的機動車，其中第一熱交換回路包括一個第一泵，安排在發(fā)動機與用作散熱器和第一熱交換回路之間的入口的口之間，以使冷卻劑在第一熱交換回路中循環(huán)；并且第二熱交換回路包括一個第二泵，安排在變換器與用作散熱器和第二熱交換回路之間的出口的口之間，以使冷卻劑在第二熱交換回路中循環(huán)。
16．按照權(quán)利要求15的機動車，其中第一熱交換回路還與牽引電動機有熱交換關(guān)系。
17．按照權(quán)利要求12的機動車，還包括一種在第一熱交換回路中的第一冷卻劑和一種在第二熱交換回路中的第二冷卻劑，第一熱交換回路中的第一冷卻劑的操作溫度比第二熱交換回路中的第二冷卻劑的操作溫度高。
全文摘要
一種系統(tǒng),具有發(fā)動機(24),發(fā)電機(28),以及變換器(30)。該系統(tǒng)還有一個第一熱交換回路(44),與發(fā)動機(24)有熱交換關(guān)系,一個第二熱交換回路(46),與變換器(30)有熱交換關(guān)系。該系統(tǒng)還有一個單散熱器(38),分成第一和第二部分(40,42),第一部分(40)與和第二部分(42)的流體連通被充分液壓隔離。散熱器(38)的第一部分(40)與第一熱交換回路(44)流體連通,第二部分(42)與第二熱交換回路(46)流體連通。
文檔編號F01P5/10GK1228378SQ9910093
公開日1999年9月15日 申請日期1999年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月13日
發(fā)明者格勒哥·奧爾森, 本杰明·勾沃 申請人:穆丹制造公司