汽车冷却剂液体除气器单元 |
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| 申请号 | CN202180100730.7 | 申请日 | 2021-08-03 | 公开(公告)号 | CN117881894A | 公开(公告)日 | 2024-04-12 |
| 申请人 | 皮尔伯格泵技术有限责任公司; | 发明人 | 加布里埃拉·福德; 斯特凡诺·菲奥里尼; 乔治·佩罗尼; 布兰登·沃尔茨; 埃里克·特朗布利; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于对 汽车 的 冷却剂回路 的循环冷却剂液体进行除气的被动式汽车冷却剂液体除气器单元(30、30')，该被动式汽车冷却剂液体除气器单元具有除气器壳体(32)，该除气器壳体限定出具有室液体入口(38、38')和室液体出口(39、39')的减速室(40、40')，并且在减速室(40、40')的竖向顶部处设置有除气开口(50)。室液体入口(38、38')被设置成在竖向上高于室液体出口(39、39')。在减速室(40、40')内设置有大致 水 平的 挡板 (100)，并且该挡板在 流体 方面被布置在室液体入口(38、38')与室液体出口(39、39')之间。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种被动式汽车冷却剂液体除气器单元(30、30')，所述被动式汽车冷却剂液体除气器单元用于对汽车的冷却剂回路的循环冷却剂液体进行除气并且具有： |
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| 说明书全文 | 汽车冷却剂液体除气器单元技术领域背景技术[0002] 汽车应用中的典型冷却剂液体回路是用于电力牵引发动机或用于内燃牵引发动机的发动机冷却剂回路，或者可以是牵引电池冷却剂回路或用于例如涡轮增压器、排气阀等的次级装置的冷却剂回路。汽车冷却剂液体回路通常包括使冷却剂液体在冷却剂回路中循环的机械或电动的冷却剂液体泵。典型的冷却剂液体泵类型是流量泵。 [0003] 冷却剂液体的冷却能力和流量泵的泵送速率因冷却剂液体流所携带的气体泡/空气泡而被显著劣化。在现有技术中，膨胀罐被设置在冷却剂回路的在竖向上的最高点处，使得气泡能够上升到膨胀罐。然而，当冷却剂液体泵启动并且冷却剂液体在冷却剂回路中循环时，循环冷却剂液体流携带有气泡，使得气泡可以基本上保留在循环冷却剂液体流内并且不会上升到膨胀罐。冷却剂液体回路中的冷却剂液体的流速越高，该影响甚至越强且越严重。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种有效的被动式汽车冷却剂液体除气器装置。 [0007] 根据本发明的被动式汽车冷却剂液体除气器单元设置有除气器壳体，该除气器壳体限定出具有用于冷却剂液体的室液体入口和室液体出口的加宽减速室，该冷却剂液体优选为水。除气器壳体在减速室的竖向顶部处设置有除气开口。 [0008] 减速室的流体横截面在室液体入口与室液体出口之间是增大的，使得减速室内的冷却剂液体流的流速显著地减小。 [0009] 除气开口可以流体连接至大气或膨胀箱。可以在除气开口与大气或膨胀罐之间设置半渗透膜，该半渗透膜对于冷却剂液体而言是不可渗透的，但对于空气而言是可渗透的。 [0010] 冷却剂液体流速在减速室中减小具有以下效果：减速室中的冷却剂液体的压力和气泡的压力减小，使得气泡膨胀并且在比重方面变得更轻，从而使得气泡的流体静力学升力增大。 [0011] 室液体入口和室液体出口均设置在除气开口的下方，而室液体入口被设置成在竖向上高于室液体出口。换言之，减速室内的液体在室液体入口与室液体出口之间具有略微向下的流动分量。在减速室内布置有基本上水平的挡板，并且该挡板被布置成在竖向上位于室液体入口与室液体出口之间。在本文中，“基本上水平”是指挡板基本上是平面的并且相对于水平面倾斜小于15°或者优选地位于水平面中。 [0012] 进入减速室的冷却剂液体围绕基本水平的挡板流动，最终通过室液体出口离开减速室。挡板阻碍冷却剂液体从室液体入口沿直线流动至室液体出口，而是迫使冷却剂液体在挡板周向边缘处经过挡板。挡板边缘与减速室侧壁一起限定出环形旁通开口或多个旁通开口，冷却剂液体通过所述环形旁通开口或多个旁通开口而流动至室液体出口。由于摩擦作用，冷却剂液体在挡板的上表面处的局部流速大大降低，使得气体泡/空气泡有更多的时间上升到除气开口。优选地，挡板基本上完全表面化，并且挡板自身没有设置任何类型的附加穿孔或开口。 [0013] 实验和测试表明，与没有任何挡板的相同减速室相比，具有在流体方面被布置在室液体入口与室液体出口之间的挡板的除气单元的分离率提高了10％以上。 [0014] 一般来说，如权利要求1所限定的本发明还可以用于非汽车应用中，例如用于静态电子冷却回路中。 [0015] 优选地，室液体入口的开口的最低边缘在竖向上高于室液体出口的开口的最高边缘。平坦的挡板位于水平面中，且相对于水平面没有任何明显的倾斜，并且被水平地定位在室液体入口开口的最低边缘与室液体出口开口的最高边缘之间。 [0016] 优选地，挡板在由挡板限定的平面中对减速室的水平横截面的至少50％进行阻挡，更优选地对减速室的水平横截面的至少65％进行阻挡。优选地，挡板在由挡板限定的平面中对减速室的水平横截面的小于95％、更优选地小于90％进行阻挡。因此，挡板不会显著影响除气器单元的总流动阻力，但对除气器单元的分离率具有显著的积极影响。 [0017] 优选地，挡板本体的轮廓在几何形状上与减速室的底部壁的轮廓基本相似，使得减速室的竖向侧壁与挡板本体的周向边缘的轮廓限定出环状旁路开口，其中，该环状旁路开口在环状旁路开口周向部上、优选在整个周向部上具有恒定的开口宽度。 [0018] 优选地，除气器壳体是由主壳体本体和覆盖用盖本体限定的。主壳体本体和覆盖用盖本体优选地均由合适的塑料材料制成，并且可以通过螺纹件、夹持件、胶合、焊接等组装且保持在一起。除气器主壳体本体限定出水平的室底部壁和所有的室侧壁。覆盖用盖本体限定出室顶部壁并且直接对挡板本体进行保持。覆盖用盖本体可以设置有大致竖向的一个或多个保持臂，该保持臂将挡板保持在相对于室顶部壁的限定竖向距离处。覆盖用盖本体优选地由塑料制成，且覆盖用盖本体是将覆盖用盖本体、保持臂和挡板本体结合为一体件的单个本体，并且覆盖用盖本体还在室顶部壁处限定出除气开口。 [0019] 优选地，减速室具有横截面加宽区域，该横截面加宽区域的水平宽度从初始宽度连续增大到结束宽度，这种增大优选为线性增大。由于冷却剂液体流速显著减小，因此从流动方向看，相对短的减速室足以给予气泡足够的时间上升到减速室内的冷却剂液体的表面。由于减速室的流体横截面是连续增大的，而不是仅逐步增大的，因此避免了减速室内的大量湍流，使得不会干扰气泡上升到冷却剂液体表面。 [0020] 室液体入口与室液体出口之间的总横截面增大量的至少50％是由减速室的连续横截面增大部分提供的。没有必要避免任何类型的逐步式的横截面增大，但非连续部分应尽可能小，并且优选地，非连续部分应当低于室液体入口与室液体出口之间的总横截面增大量的25％。 [0021] 具有至少部分地连续横截面增大的减速室的冷却剂液体除气器单元提供了对冷却剂液体流的非常有效的脱气或除气，其中，在冷却剂液体回路中可能的总冷却剂流速的整个范围上，分离率显著大于35％，并且甚至更高。 [0022] 连续增大的部分占整个减速室的总横截面增大量的50％以上，并且是通过使减速室的水平宽度增大来实现的，而不是通过使减速室的底部壁减小来实现的。 [0023] 优选地，减速室的室液体入口与室液体出口之间的底部壁基本上位于水平面内。由于从流动方向看，减速室底部壁基本上并不减小，因此减速室内的液体流不具有明显向下的分量，该向下的分量会导致气泡也具有向下流动方向的分量，该向下流动方向的分量会阻碍气泡上升到冷却剂液体表面。 [0024] 优选地，横截面加宽区域紧接在室液体入口之后开始，而恒定横截面区域可以设置在横截面加宽区域的下游。由于横截面加宽区域会引起一些液体湍流，因此冷却剂液体流在横截面加宽区域之后平静下来，从而显著改进了气泡的上升。 [0025] 优选地，冷却剂液体除气器单元是双除气器，并且除气器壳体限定有第二减速室。加宽的第二减速室与第一减速室基本上是分隔开的，使得流过两个减速室的不同的两种冷却剂液体流基本上彼此分隔开并且基本上不会彼此混合。因此，根据本发明该方面的除气器单元结合有用于两个单独的冷却剂液体回路的两个除气器装置。 [0026] 优选地，除气器壳体设置有将第一减速室与第二减速室直接分隔开的分隔壁。然而，分隔壁不一定完全在流体方面将两个减速室分隔开，而是将两个减速室的下部液体容纳部分彼此分隔开，使得两个冷却剂液体回路的液体不会混合。分隔壁分别限定出相应的减速室的室侧壁。 [0027] 优选地，除气器单元设置有用于两个减速室的单个气体出口开口，使得双除气器仅具有一个单个的气体出口开口。 [0028] 优选地，除气器壳体的壳体主体限定出轴向液体泵入口开口，该轴向液体泵入口开口与机械或电动的冷却剂液体泵的流量泵轮的中心轴向对准。轴向液体泵入口开口在轴向上与流量泵轮相邻。甚至更优选地，流量泵轮是叶轮，并且除气器壳体主体限定出在径向上围绕流量泵轮的出口环形通道，该出口环形通道优选是蜗壳状环形通道。除气器壳体主体优选地是塑料体，该塑料体在一个一体件中限定出减速室的至少四个或五个侧壁，并且还基本上限定出泵出口环形通道，使得可以避免用于对出口环形通道进行限定的单独的(塑料)件。 [0029] 优选地，减速室内的在总流动方向上观察到的最大横截面比液体入口开口的横截面大至少80％，更优选地比液体入口开口的横截面大120％以上。 [0030] 优选地，对减速室、除气器液体入口开口和除气器液体出口开口进行限定的除气器壳体以机械的方式直接且刚性地连接到液体泵单元，并且特别是直接连接到液体泵单元的壳体部分。 [0031] 换言之，流量泵单元和被动式除气器单元被结合在一个单个一体式的除气器‑泵‑模块中。由于泵单元和除气器单元彼此直接流体连接，因此流量泵单元和除气器单元的流体特性可以是完美协调的。相比于单独且远离泵单元设置的除气器单元，避免了用于将两个单元连接的单独的连接管和连接装置，从而减少了冷却剂液体回路的流体接合部的数量。 [0033] 参照附图来描述本发明的一个实施方式，在附图中： [0034] 图1示出了根据本发明的包括双冷却剂液体除气器单元的一体式的汽车电动液体泵模块的组合的俯视图和水平纵截面I‑I， [0035] 图2示出了图1的包括双冷却剂液体除气器单元的泵模块的组合的侧视图和竖向纵截面II‑II， [0036] 图3是图1和图2的除气器单元的除气器壳体的覆盖用盖本体的立体图，以及[0037] 图4是图3的覆盖用盖本体的另一立体图。 具体实施方式[0038] 图1和图2示出了结合有两个组合的除气器/泵组合的汽车电动液体泵模块10。泵模块10用于汽车应用，这意味着低重量、非常低的生产成本、高可靠性、高振动耐久性和紧凑性是对泵模块10的常规要求。泵模块10是在单个泵模块10中结合有两个组合的流量泵单元/除气器单元组合的双模块。泵模块10可以使冷却剂液体在不同的两个冷却剂回路中循环，所述不同的两个冷却剂回路例如是汽车牵引发动机冷却回路和牵引电池冷却回路。 [0039] 图1示出了泵模块10的不同的两个水平面XY的俯视图，而图2示出了泵模块10的不同竖向平面XZ的侧视图。泵模块10包括第一电动流量泵单元20、流体相关的第一被动式除气器单元30、第二电动流量泵单元20'和流体相关的第二被动式除气器单元30'。从结构的角度来看，第一除气器单元30和第二除气器单元30'是由单个塑料除气器壳体32限定的，该单个塑料除气器壳体32是由合适的塑料除气器壳体主体33和合适的覆盖件本体制成的，使得泵模块10基本上是两个单独的电动流量泵单元20、20'和完整的除气器壳体32的组件。 [0040] 两个单独的电动流量泵单元20、20'均具有相同的结构，但替代性地，在两个单独的电动流量泵单元20、20'的电动性能和液压性能方面通常可以是不同的。在该实施方式中，电动流量泵单元20、20'均设置有电动罐式(can)马达24，该电动罐式马达24具有将湿式马达部分与干式马达部分分隔开的分隔罐25。在干式部分中设置有马达电子装置27和电磁马达定子29，而在湿式部分中设置有永磁马达转子28和流量泵轮22。马达转子28直接并同轴地对流量泵转子22进行驱动，该流量泵转子22被设置为具有轴向泵轮入口和径向泵轮出口的叶轮。 [0041] 除气器壳体32限定出加宽的第一减速室40和相同的第二减速室40'。然而，如果连接的两个冷却回路及其冷却性能不相等，则两个减速室40、40'不一定需要是相同的。 [0042] 减速室40、40'的横截面面积在相应的室液体入口38、38'之后相对于相应的室液体入口38、38'的开口的横截面面积显著加宽200％以上，使得进入减速室40、40'的液体显著减速并相对缓慢地从室液体入口38、38'流动至相应的室液体出口39、39'。 [0043] 如图1中所示，减速室40、40'在紧邻室液体入口38、38'的开口76之后具有横截面加宽区域70，该横截面加宽区域70的初始水平宽度W2线性增大至结束宽度W3。横截面加宽区域70的下游且紧接着横截面加宽区域70的是具有恒定水平宽度W3、W4的恒定横截面区域72。室液体入口38、38'的开口76具有室液体开口宽度Wl，该开口宽度Wl是直径且为初始水平宽度W2的约60％。水平结束宽度为初始水平宽度W2的约200％。 [0044] 如从图2中可以看出的，减速室40、40'的底部壁80完全是平面的并且位于水平面XY中。室液体入口38、38'在竖向上被定位成高于相应的室液体出口39、39'。室液体入口开口76的最低边缘76'被设置成在竖向上比室液体出口开口77的最高边缘77'高出竖向偏移量Z'。 [0045] 因此，与冷却剂液体一起进入减速室40、40'的气体泡/空气泡有更多时间上升到减速室40、40'的顶部区域，如图2中所示。两个减速室40、40'通过分隔壁44而基本上彼此分隔开，使得两个减速室的冷却剂液体不会彼此混合。 [0046] 两个除气器单元30、30'在两个减速室40、40'的竖向顶部处共同具有一个单独的共用除气开口50，使得减速室40、40'彼此流体连接并具有相同的流体压力。替代性地，每个除气器单元30、30'可以具有其自身的除气开口，以在流体方面将两个冷却回路彼此完全分隔开。除气开口50流体连接至补偿罐51。 [0047] 如图2中所示出的，除气器壳体32是由主壳体本体110和覆盖用盖本体120限定的，主壳体本体110和覆盖用盖本体120均是由合适的塑料材料制成的。覆盖用盖本体120通过焊接或胶合而被组装至主壳体本体110，从而实现两个本体110、120的液密连接。覆盖用盖本体120限定出用于两个除气器单元30、30'的水平的室顶部壁140，并在竖向保持臂130处对两个水平挡板100进行保持，每个挡板100都是由水平挡板本体102限定的。主壳体本体110分别限定出两个除气器单元30、30'的水平室底部壁80和五个室侧壁44'、44”、131、132、 133、134。挡板100在相应的减速室40、40'内分别被布置成在竖向上位于室液体入口开口76的最低边缘76'与室液体出口开口77的最高边缘77'之间。两个减速室40、40'的近端室侧壁 44'、44”是由分隔壁44的本体限定的。 [0048] 如图1中所示，挡板本体102的轮廓104在几何形状上与减速室40、40'的底部壁80的轮廓80'基本相似，但小于相应的底部壁轮廓80'，使得在挡板100与五个室侧壁44、44'、131、132、133、134之间限定出五边形环状旁路开口。 [0049] 由于除气器单元30、30'在流体方面被定位在相应的电动流量泵单元20、20'的上游，因此除气器单元室液体出口39、39'分别限定出轴向液体泵入口开口34、34'，使得经除气的液体流轴向地进入相应的泵单元20、20'。如从两个图中可以看出的，除气器壳体主体33基本上限定出了出口环形通道26的在径向上围绕相应的流量泵轮22的外周向壁，并且还限定出具有相应的泵出口开口302、302'的相应的切向泵出口管道。另外，除气器壳体主体 33限定出分别通向除气器单元液体入口38、38'的两个入口管道301、301'。除气器壳体主体 33直接连接到马达壳体24'。 |
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