АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ОПТИМИЗИРОВАТЬ ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК ЧЕРЕЗ ТЕПЛООБМЕННИКИ
AERODYNAMIC DEVICE IN ORDER TO OPTIMIZE AIR FLOW THROUGH HEAT EXCHANGERS

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Этот документ относится, в общем, к области оборудования транспортного средства и, более конкретно, к устройству оптимизации воздушного потока для более равномерного распределения воздушного потока через теплообменники моторного транспортного средства.
Уровень техники
[0002] Плавное и равномерное распределение воздушного потока между передней облицовкой решетки радиатора и теплообменниками моторного транспортного средства может быть неблагоприятно модифицировано и даже нарушено компонентами транспортного средства в этом воздушном потоке. Такие компоненты включают в себя, но необязательно ограничиваются, брусом бампера и опорами бруса бампера, радиолокационным модулем системы автоматического поддержания скорости, модулем передней камеры и т.п. Дополнительно, воздушный поток может быть перенаправлен через зазоры компоновки: т.е., зазоры между тремя основными теплообменниками, которые включают в себя радиатор, промежуточный охладитель и конденсатор. Как следствие, некоторые области теплообменников могут подвергаться сильному воздушному потоку, в то время как другие области могут подвергаться слабому воздушному потоку. Это ведет к неравномерному распределению температуры в сердцевине теплообменника, на который оказывается воздействие. В определенных ситуациях эта неравномерность подвергает сердцевину теплообменника изменяющимся коэффициентам теплового расширения и неравномерному распределению температуры трубки теплообменника, что может неблагоприятно влиять на срок службы теплообменника.
[0003] Этот документ относится к устройству оптимизации воздушного потока, которое является относительно недорогим для производства и относительно легким по весу, которое более равномерно распределяет воздушный поток через теплообменники, чтобы предоставлять возможность этим теплообменникам работать более эффективно и с более высокой производительностью. Преимущественно, устройство оптимизации воздушного потока также функционирует, чтобы минимизировать воздействия изменяющихся коэффициентов теплового расширения и неравномерного распределения температуры трубки теплообменника, чтобы продлевать срок службы теплообменников.
Сущность изобретения
[0004] В соответствии с целями и преимуществами, описанными в данном документе, предоставляется аэродинамическое устройство, чтобы оптимизировать воздушный поток через теплообменники. Это устройство содержит корпус, включающий в себя первое отверстие для воздушного потока, имеющее впускную сторону и выпускную сторону, и последовательность неподвижных лопаток, предусмотренных поперек отверстия и делящих отверстие на множество каналов для воздушного потока. В одном возможном варианте осуществления неподвижные лопатки протягиваются, по меньшей мере, частично поперек корпуса от впускной стороны к выпускной стороне. В одном возможном варианте осуществления корпус включает в себя первую раму, совпадающую с периметром вокруг первого отверстия. В одном возможном варианте осуществления уплотнительный элемент протягивается по первому периметру и выступает вперед с впускной стороны.
[0005] В одном возможном варианте осуществления корпус дополнительно включает в себя второе отверстие для воздушного потока. Вторая последовательность неподвижных лопаток предусматривается поперек этого второго отверстия и делит второе отверстие на второе множество каналов для воздушного потока.
[0006] В этом варианте осуществления корпус также включает в себя второй периметр вокруг второго отверстия. Второй уплотнительный элемент протягивается по второму периметру и выступает вперед с впускной стороны. Кроме того, корпус дополнительно включает в себя ребристую панель, которая соединяет первую и вторую рамы периметра.
2
2
2
2
[0007] В одном возможном варианте осуществления изобретения каждый канал для воздушного потока из множества каналов для воздушного потока имеет площадь поперечного сечения приблизительно между 4300 мм и 5450 мм. В другом возможном варианте осуществления каждый канал для воздушного потока из множества каналов имеет площадь поперечного сечения приблизительно между 4700 мм и 5050 мм.
[0008] В одном возможном варианте осуществления второе отверстие для воздушного потока находится ниже и частично смещено от первого отверстия для воздушного потока. Дополнительно, в одном возможном варианте осуществления соотношение общей площади поперечного сечения первого отверстия для воздушного потока ко второму отверстию для воздушного потока находится приблизительно между 1,32-1 и 1,25-1.
[0009] В последующем описании показано и описано несколько предпочтительных вариантов осуществления устройства оптимизации воздушного потока. Как следует понимать, устройство оптимизации воздушного потока допускает другие, отличные варианты осуществления, и его несколько деталей допускают модификацию в различных, очевидных аспектах совершенно без отступления от устройства, которое изложено и описано в последующей формуле изобретения. Соответственно, чертежи и описания должны рассматриваться как иллюстративные по природе, а не как ограничивающие.
Краткое описание чертежей
[0010] Патент или файл заявки содержит, по меньшей мере, один чертеж, выполненный в цвете. Копии этого патента или публикации патентной заявки с цветным чертежом(ами) будут предоставлены офисом по запросу и при оплате необходимой пошлины.
[0011] Сопровождающие чертежи, включенные в данный документ и формирующие часть спецификации, иллюстрируют несколько аспектов устройства оптимизации воздушного потока и вместе с описанием служат, чтобы объяснять некоторые его принципы. На чертежах:
[0012] Фиг.1 – это перспективный вид устройства оптимизации воздушного потока.
[0013] Фиг.2 – это вертикальная проекция с левой стороны устройства оптимизации воздушного потока, иллюстрированного на фиг.1.
[0014] Фиг.3 – это другой перспективный вид, иллюстрирующий устройство оптимизации воздушного потока на фиг. 1, установленное на брус спереди различных теплообменников моторного транспортного средства.
[0015] Фиг.4a и 4b – это цветные иллюстрации анализа вычислительной флюидодинамики и термического изображения транспортного средства, соответственно, в отсутствие устройства оптимизации воздушного потока и с устройством оптимизации воздушного потока.
[0016] Фиг.5 – это сравнительная цветная иллюстрация воздействия аэродинамических устройств на сердцевину конденсатора.
[0017] Фиг.6 – это сравнительная цветная иллюстрация воздействия аэродинамических устройств на сердцевину радиатора.
[0018] Далее будет сделана ссылка в деталях на настоящий предпочтительный вариант осуществления устройства оптимизации воздушного потока, примеры которого проиллюстрированы на сопутствующих чертежах.
Подробное описание изобретения
[0019] Ссылка сейчас выполняется на фиг.1-3, иллюстрирующие устройство 10 оптимизации воздушного потока для обеспечения более плавного и более равномерного распределения воздуха в теплообменниках моторного транспортного средства, включающего в себя, например, радиатор 12, промежуточный охладитель 14 и конденсатор 16. Как проиллюстрировано, устройство 10 включает в себя корпус 18, имеющий первое отверстие 20 для воздушного потока. Отверстие 20 для воздушного потока имеет расположенную выше по потоку или впускную сторону 22 и расположенную ниже по потоку или выпускную сторону 24. Последовательность неподвижных лопаток 26 предусматривается поперек отверстия 20 и делит отверстие на множество каналов 28 для воздушного потока. Неподвижные лопатки 26 протягиваются, по меньшей мере, частично поперек корпуса 18 от впускной стороны 22 к выпускной стороне 24. В одном возможном варианте осуществления лопатки 26 протягиваются полностью поперек между впускной стороной 22 и выпускной стороной 24.
[0020] Как дополнительно проиллюстрировано, корпус 18 включает в себя первый периметр 30, который протягивается вокруг первого отверстия 20. Уплотнительный элемент 32 протягивается по первому периметру 30 и выступает вперед с впускной стороны 22.
[0021] Как дополнительно проиллюстрировано на фиг.1-3, корпус 18 дополнительно включает в себя второе отверстие 34 для воздушного потока. Вторая последовательность неподвижных лопаток 36 предусматривается поперек второго отверстия и делит второе отверстие на второе множество каналов 38 воздушного потока.
[0022] Более того, корпус 18 включает в себя второй периметр 40, протягивающийся вокруг второго отверстия 34 и выступающий вперед с впускной стороны 42 этого отверстия 34. Второй уплотнительный элемент 44 протягивается по второму периметру 40 и выступает вперед с впускной стороны 42. Оба уплотнительных элемента 32, 44 могут быть целиком сформированы посредством технологии литьевого формования с двойным впрыскиванием, если требуется.
[0023] Корпус 18 также включает в себя ребристую панель 46, соединяющую первую и вторую рамы 30, 40, совпадающие с периметром. Ребра 48 добавляют прочности панели 46 и могут быть ориентированы так, чтобы направлять воздушный поток по направлению к каналам 28, 38 воздушного потока, которые затем распределяют этот воздушный поток по различным теплообменникам 12, 14, 16.
[0024] В эксплуатации устройство 10 оптимизации воздушного потока устанавливается на поперечный брус B транспортного средства V посредством подходящих креплений, так, чтобы позиционироваться между теплообменниками, такими как радиатор 12, промежуточный охладитель 14 и конденсатор 16, и передней панелью транспортного средства, которая была удалена для ясности (см. фиг.3). Как следует понимать, уплотнительные элементы 32, 44 служат, чтобы направлять по каналу воздух, приходящий через переднюю панель, в первое и второе отверстия 20, 30, так что лопатки 26, 36 и получающиеся в результате каналы 28, 30 для воздушного потока могут более равномерно и единообразно распределять воздушный поток через радиатор 12, промежуточный охладитель 14 и конденсатор 16 для более эффективного и действенного охлаждения.
2
2
2
2
[0025] В одном возможном варианте осуществления изобретения каждый канал 28, 38 для воздушного потока из множества каналов для воздушного потока имеет площадь поперечного сечения приблизительно между 4300 мм и 5450 мм. В другом возможном варианте осуществления каждый канал для воздушного потока из множества каналов для воздушного потока имеет площадь поперечного сечения приблизительно между 4700 мм и 5050 мм. В одном возможном варианте осуществления соотношение общей площади поперечного сечения первого отверстия 20 для воздушного потока ко второму отверстию 34 для воздушного потока находится приблизительно между 1,32-1 и 1,25-1. Дополнительно, в иллюстрированном варианте осуществления второе отверстие 34 для воздушного потока находится ниже и частично смещено от первого отверстия 20 для воздушного потока.
[0026] Как следует понимать, этот документ также описывает систему оптимизации воздушного потока для моторного транспортного средства, включающего в себя теплообменник 12, 14 и/или 16 и устройство 10 оптимизации воздушного потока. Дополнительно, предоставляется способ для улучшения эффективности и производительности, а также срока эксплуатации теплообменника. Этот способ содержит этап более равномерного распределения воздушного потока через теплообменник посредством направления этого воздушного потока через устройство 10 оптимизации воздушного потока, включающего в себя, по меньшей мере, одно отверстие 20, 34 для воздушного потока, включающее в себя множество неподвижных лопаток 26, 36, делящих отверстие на множество каналов 28, 38 для воздушного потока.
[0027] Следующий пример предоставляется, чтобы дополнительно проиллюстрировать выгоды и преимущества, обеспечиваемые устройством 10 оптимизации воздушного потока, описанным в этом документе и проиллюстрированным на чертежах.
Пример
[0028] Фиг.4a и 4b иллюстрируют CFT-анализ воздушного потока, соответственно, для базового транспортного средства, которое не включает в себя устройство 10 оптимизации воздушного потока спереди радиатора 12, промежуточного охладителя 14 и конденсатора 16, и того же транспортного средства, оборудованного этим устройством. Как проиллюстрировано на фиг.4a, в базовом транспортном средстве существует мертвая зона с небольшим потоком или без воздушного потока в нижней половине конденсатора, что значительно снижает эксплуатационные характеристики конденсатора (см. блок A на фиг.4a). Дополнительно, как проиллюстрировано в блоке B на фиг.4a, воздушные потоки, направленные вверх в этой области, поскольку они не направлены правильно и, по существу, не входят равномерно в теплообменники полностью, тем самым, не обеспечивают полезный результат охлаждения.
[0029] В отличие от этого, как проиллюстрировано на фиг.4b (отметим блок C), лопатки 26, 36 и каналы 28, 38 для воздушного потока устройства 10 помогают более равномерно направлять воздушный поток в радиатор 12, промежуточный охладитель 14 и конденсатор 16. Дополнительно, устройство 10 функционирует, чтобы минимизировать потерю воздушного потока через зазоры компоновки между радиатором 12, промежуточным охладителем 14 и конденсатором 16. Кроме того, мертвая зона, иллюстрированная в блоке A на фиг.4a, практически устраняется посредством устройства 10 оптимизации воздушного потока.
[0030] Ссылка теперь выполняется на фиг.5, иллюстрирующую воздействие устройства 10 оптимизации воздушного потока на сердцевину конденсатора. Как проиллюстрировано в верхнем левом квадранте на фиг.5, мертвая зона A ведет к локальной зоне высокой температуры. Это приводит в результате к большому перепаду температуры на сердцевине теплообменника, что уменьшает эффективность теплообменника и неблагоприятно влияет на срок службы конденсатора 16. Это обусловлено тем, что возникает термическое напряжение, когда существуют большие различия температуры, и эти различия имеют тенденцию приводить к отказу трубки теплообменника. Этот перепад температуры лучше всего иллюстрируется в нижнем левом квадранте на фиг.5.
[0031] В отличие от этого, как проиллюстрировано в верхнем правом и нижнем правом квадрантах на фиг.5, устройство 10 оптимизации воздушного потока практически устраняет мертвую зону, тем самым, практически уменьшая перепад температуры на концах конденсатора 16. Это увеличивает эффективность работы конденсатора 16 и улучшает его срок службы в результате уменьшения термического напряжения (отметим, в частности, уменьшение зоны красного цвета).
[0032] Ссылка теперь выполняется на фиг.6, иллюстрирующую воздействие устройства 10 оптимизации воздушного потока на сердцевину радиатора. Как проиллюстрировано на тепловом графике слева на фиг.6, сердцевина радиатора 12 в отсутствие устройства 10 оптимизации воздушного потока подвергается большому перепаду температуры, что, как известно, уменьшает эффективность и срок службы части. Как проиллюстрировано на тепловом графике справа на фиг.6, перепад температур уменьшился в присутствие устройства 10 оптимизации воздушного потока, что улучшает распределение воздушного потока. Следовательно, эффективность и срок службы теплообменника улучшаются вследствие уменьшения термического напряжения (отметим, в частности, уменьшение зоны красного цвета).
[0033] Сравнение воздушного потока сердцевины радиатора представляется ниже в Таблице 1. Как проиллюстрировано, устройство 10 оптимизации воздушного потока обеспечивает 4,91% увеличения в воздушном потоке при 100 км/ч, 5,71% увеличения в воздушном потоке при 180 км/ч и 7,43% увеличения в воздушном потоке при 200 км/ч. Как отмечено выше, это увеличение в воздушном потоке улучшает эффективность работы теплообменников, включающих в себя радиатор 12, промежуточный охладитель 14 и конденсатор 16, что также улучшает рабочие характеристики транспортного средства. В действительности, максимальная скорость транспортного средства была увеличена на 35 км/ч в результате более хорошего охлаждения.
Таблица 1
Теплообменник
Радиатор
Скорость транспортного средства
Без аэродинамического устройства
С аэродинамическим устройством
% улучшения воздушного потока
3.87
4.06
4.91
5.95
6.29
5.71
6.46
6.94
7.43
[0034] Сравнение воздушного потока сердцевины конденсатора представляется ниже в Таблице 2. На холостых оборотах было 9,63% улучшения воздушного потока при использовании устройства 10 оптимизации воздушного потока. При 50 км/ч было 8,92% улучшения воздушного потока при использовании устройства 10 оптимизации. При 100 км/ч было 13,75% улучшения воздушного потока при использовании устройства 10 оптимизации воздушного потока. Это было, в значительной степени, вследствие устранения мертвой зоны, отмеченной выше на фиг.4a, 4b и 5. Получающееся в результате улучшение в воздушном потоке предоставляет возможность конденсатору работать более эффективно, тем самым, улучшая производительность системы кондиционирования воздуха транспортного средства.
Таблица 2
Теплообменник
Конденсатор
Скорость транспортного средства
Без аэродинамического устройства
С аэродинамическим устройством
% улучшения воздушного потока
Целевая производительность системы кондиционирования воздуха
Холостой ход
2.7
2.96
9.63
2.85
3.25
3.54
8.92
3.4
4.51
5.13
13.75
4.8
[0035] Вкратце, множественные преимущества создаются при использовании устройств 10 оптимизации воздушного потока. Устройство 10 оптимизации воздушного потока обеспечивает более равномерный воздушный поток, чтобы улучшать производительность теплообменников, включающих в себя радиатор 12, промежуточный охладитель 14, конденсатор 16. Получающееся в результате улучшение в охлаждении увеличивает эффективность работы двигателя транспортного средства и системы кондиционирования воздуха транспортного средства.
[0036] Более равномерный воздушный поток также помогает устранять горячие точки и обеспечивает более равномерное распределение температуры в сердцевине теплообменников 12, 14, 16. Это, в свою очередь, минимизирует неблагоприятные воздействия изменяющегося коэффициента теплового расширения, тем самым, увеличивая срок службы теплообменников.
[0037] Преимущественно, устройство 10 оптимизации воздушного потока является относительно недорогим для производства. Оно не включает в себя моторы, движущиеся лопатки и согласующие устройства типа систем заслонок. Уменьшение в стоимости (до 62% по сравнению с системой заслонки сравнимого размера) и весе (до 33,33% меньше по весу) по сравнению с системой автоматической заслонки является существенным, и, поэтому, устройство 10 оптимизации воздушного потока является более привлекательной альтернативой, чем система заслонки для многих применений. Оно также устраняет потенциальные проблемы гарантийных обязательств, ассоциированных с системой заслонки.
[0038] Вышеупомянутое было представлено в целях иллюстрации и описания. Оно не предназначено для того, чтобы быть исключительным или чтобы ограничивать варианты осуществления точной раскрытой формой. Очевидные модификации и разновидности возможны в свете вышеупомянутых принципов. Все такие модификации и варианты находятся в рамках прилагаемой формулы изобретения, когда интерпретируются в соответствии с широтой, до которой они являются, безусловно, юридически и справедливо правомочны.