ТЕПЛООБМЕННИК (ВАРИАНТЫ)

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к теплообменнику и к способу работы теплообменника.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Конструкции теплообменников, таких как автомобильные теплообменники, могут использовать катанные и/или согнутые пластины для переноса тепла в воздух из хладагента или текучей среды, которая проходит внутри через последовательность охлаждающих трубок. Тепло проводится из трубок на пластины, где пластины физически контактируют с охлаждающими трубками. US 2012/0273182 (опубл. 01.11.2012, МПК B21D53/02, F28F7/00) раскрывает теплообменник, имеющий пластинчатый элемент, повторно продолжающийся между трубками в гофрированной складчатой структуре. Пластинчатый элемент отводит тепло с трубок и выпускает его в воздух, текущий через пластину.
Авторы выявили несколько недостатков у теплообменника, раскрытого в US 2012/0273182. Например, вследствие единообразия структуры пластин небольшая величина турбулентности может формироваться в воздухе, текущем через пластины. Уменьшение турбулентности снижает способность теплоотдачи теплообменника. Дополнительно, небольшая контактная площадь между пластинами и трубками понижает способность теплоотдачи теплообменника. Следовательно, размер теплообменника может увеличиваться, чтобы обеспечивать требуемую величину охлаждения.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Авторы в материалах настоящего описания выявили вышеприведенные проблемы и разработали теплообменник, содержащий
множество расположенных в стопку слоев пластин, причем каждая пластина имеет повторяющийся рисунок сгибов, при этом множество расположенных в стопку слоев пластин образует множество повторяющихся смещенных ячеистых структур;
первый канал хладагента и второй канал хладагента, присоединенные к периферийным пластинам во множестве расположенных в стопку слоев пластин; и
вентилятор, направляющий воздух через повторяющиеся смещенные ячеистые структуры.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором поток воздуха через повторяющиеся смещенные ячеистые структуры является изотропно турбулентным.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором множество расположенных в стопку слоев содержит первый расположенный в стопку слой, имеющий множество пластин, последовательно расположенных в стопку и выровненных в поперечном направлении, продолжающемся между первым и вторым каналом хладагента, и второй, расположенный в стопку слой, имеющий множество пластин, последовательно расположенных в стопку и выровненных в поперечном направлении, первый, расположенный в стопку слой смещен от второго, расположенного в стопку слоя в продольном направлении.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором продольное направление продолжается между впусками и выпусками первого и второго каналов хладагента.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором каждое из пластин является идентичным по размеру и геометрии.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором каждое из пластин продолжается в продольном направлении от впусков первого и второго каналов хладагента до выпусков первого и второго каналов хладагента.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором расположенный в стопку слой пластин расположен под углом 15° относительно основного направления потока воздуха, образованного вентилятором.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором каждое из пластин выполнено из сплошного куска материала.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором ячеистые структуры имеют квадратное поперечное сечение.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором каждое из пластин включает в себя множество последовательно расположенных плоских поверхностей.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором каждое из пластин включает в себя множество квадратных каналов протекания воздуха, причем каждый канал протекания воздуха ограничен тремя последовательно расположенными плоскими боковыми поверхностями.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором каждое из пластин включает в себя множество треугольных каналов протекания воздуха, причем каждый канал протекания воздуха ограничен двумя последовательно расположенными плоскими боковыми поверхностями.
В одном из дополнительных аспектов предложен теплообменник для двигателя, содержащий:
первый и второй каналы хладагента, разнесенные друг от друга;
первый слой расположенных в стопку и поперечно выровненных пластин, продолжающихся между первым и вторым каналами хладагента, причем каждое из пластин включает в себя повторяющийся рисунок сгибов; и
второй слой расположенных в стопку и поперечно выровненных пластин, продолжающихся между первым и вторым каналами хладагента, причем каждое из пластин имеет повторяющийся рисунок сгибов, а первый слой пластин продольно смещен от второго слоя пластин.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором множество плоских поверхностей на периферийных пластинах первого и второго слоя находятся в поверхностно распределенном контакте с поверхностью любого из первого канала хладагента или второго канала хладагента.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором пластины в первом слое и втором слое образуют множество смещенных ячеистых структур.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором диапазон отношений между шириной и длиной каждой из повторяющихся плоских поверхностей составляет 1/1-1/15.
В одном из вариантов предложен теплообменник, в котором каждая из пластинчатых структур включает в себя множество последовательно расположенных плоских поверхностей, причем каждая плоская поверхность расположена перпендикулярно следующей и предыдущей плоским поверхностям.
Структура потока, образованная смещенными ячеистыми структурами, усиливает турбулентность потока воздуха через расположенные в стопку слои пластин, не повышая потери потока воздуха через ячеистую структуру сверх требуемого значения. Как результат, способность теплоотвода теплообменника повышается. Более точно, в одном из примеров повторяющиеся смещенные ячеистые структуры выполнены с возможностью формирования изотропного турбулентного потока воздуха через пластины. Следует принимать во внимание, что изотропный турбулентный поток воздуха дополнительно увеличивает количество тепла, отдаваемого в воздух с пластин. Дополнительно, когда способность теплоотдачи теплообменника повышается, увеличенный размер теплообменника может уменьшаться наряду с достижением способности теплоотдачи большего, менее эффективного теплообменника. Как результат, компактность системы охлаждения может повышаться, или теплообменник может обеспечивать усиленное охлаждение.
Дополнительно, в одном из примеров множество плоских поверхностей периферийных пластин может быть присоединено к первому и второму каналам хладагента. Таким образом, размер областей контакта между пластинами и каналами хладагента возрастает, дополнительно повышая способность теплоотдачи теплообменника.
Вышеприведенные преимущества и другие преимущества и признаки настоящего описания будут без труда очевидны из последующего подробного описания, когда воспринимаются по отдельности или в связи с прилагаемыми чертежами.
Следует понимать, что сущность полезной модели, приведенная выше, представлена для ознакомления с упрощенной формой подборки концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании. Не предполагается идентифицировать ключевые или существенные признаки заявленного предмета полезной модели, объем которой однозначно определен формулой полезной модели, которая сопровождает подробное описание. Более того, заявленный предмет полезной модели не ограничен вариантами осуществления, которые исключают какие-либо недостатки, отмеченные выше или в любой части этого описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает схематичное изображение системы транспортного средства, включающей в себя двигатель и теплообменник;
фиг.2 показывает примерный теплообменник;
фиг.3 показывает часть пластинчатой структуры в теплообменнике, показанном на фиг.2;
фиг.4 показывает пластину в пластинчатой структуре, показанной на фиг.3;
фиг.5 показывает еще один примерный теплообменник;
фиг.6 показывает теплообменник, проиллюстрированный на фиг.5 без одного из каналов хладагента;
фиг.7 показывает часть пластинчатой структуры в теплообменнике, показанном на фиг.5 и 6;
фиг.8 показывает пластину в пластинчатой структуре, показанной на фиг.7;
фиг.9 показывает еще один теплообменник;
фиг.10 показывает иллюстрацию теплообменника на фиг.9 без одного из каналов хладагента;
фиг.11 показывает детализированный вид части пластинчатой структуры, показанной на фиг.9 и 10;
фиг.12 показывает вид слоев пластин, включенных в пластинчатую структуру, показанную на фиг.3;
фиг.13 показывает примерную структуру пирамидного типа; и
фиг.14 показывает способ работы теплообменника.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В материалах настоящего описания описан теплообменник, имеющий множество расположенных в стопку слоев пластин, образующих множество повторяющихся смещенных ячеистых структур. Периферийные пластины во множестве расположенных в стопку слоев пластин присоединены к первому и второму каналу хладагента. Структура смещенных ячеистых пластин предлагает некоторое количество улучшений рабочих характеристик над предыдущими структурами, такие как увеличение теплоотдачи с пластин в воздух посредством формирования повышенной турбулентности (например, изотропной турбулентности) и увеличенной площади поверхности пластин. Более точно, смещенные ячейки образуют требуемую величину турбулентности потока воздуха в пределах теплообменника, не повышая падение давления потока воздуха на теплообменнике выше требуемого уровня. Таким образом, способность отвода тепла теплообменника повышается. Более того, структура смещенных ячеистых пластин также менее восприимчива к нарушению потока, вызванному деформацией (например, смятием) пластин, закупоркой ячеек и другими типами ухудшения характеристик пластин вследствие большого количества взаимосвязанных протоков в ячеистых структурах, обеспечивающих альтернативные протоки вокруг поврежденных/закупоренных областей.
Дополнительно, в некоторых примерах плоские поверхности на периферийных пластинах могут находиться в поверхностно распределенном контакте с поверхностями каналов хладагента. Следовательно, распространение тепла из каналов хладагента (например, трубок хладагента) на пластины повышается вследствие увеличения площади контакта между трубкой и пластинами по сравнению с пластинами, присоединенными к трубке через края пластин. Вышеуказанные преимущества дают возможность повышения способности отвода тепла теплообменника. Следовательно, размер и вес теплообменника могут уменьшаться, или может повышаться способность отвода тепла теплообменника.
Фиг.1 показывает схематичное изображение системы 10 транспортного средства, включающей в себя двигатель 12 и теплообменник 50. Двигатель 12 выполнен с возможностью реализовывать операцию сгорания. Например, может быть реализован четырехтактный цикл сгорания, включающий в себя такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и такт выпуска. Однако другие типы сгорания могут использоваться в других примерах. Следует принимать во внимание, что тепло вырабатывается во время сгорания. Поэтому, теплообменник 50 выполнен с возможностью отводить тепло из двигателя 12.
Подсистема 14 впуска включена в систему 10 транспортного средства и выполнена с возможностью выдавать всасываемый воздух в цилиндры 16 в двигателе 12, обозначенный посредством стрелки 15. Система 10 транспортного средства дополнительно включает в себя подсистему 18 выпуска, выполненную с возможностью принимать выхлопные газы из цилиндров 16 в двигателе 12, обозначенные посредством стрелки 19. Двигатель 12 может быть образован из головки 20 блока цилиндров и блока 22 цилиндров.
Один или более каналов 24 охлаждения могут проходить сквозь головку 20 блока цилиндров и/или блок 22 цилиндров. Каналы 24 охлаждения находятся в сообщении по текучей среде с теплообменником 50, обсужденным подробнее в материалах настоящего описания. Однако в других примерах теплообменник 50 может быть присоединен к другим пригодным системам охлаждения в транспортном средстве, таким как система охлаждения турбонагнетателя.
Вентилятор 30 также включен в систему 10 транспортного средства. Вентилятор 30 выполнен с возможностью направлять воздух в теплообменник 50, изображенный посредством стрелок 31. Таким образом, поток воздуха может формироваться вентилятором для усиления охлаждения посредством теплообменника. Однако в других примерах теплообменник может быть расположен в местоположении, где поток воздуха образуется от движения транспортного средства. Насос 32 также включен в систему 10 транспортного средства. Насос 32 присоединен к каналам 24 хладагента и выполнен с возможностью осуществлять циркуляцию хладагента через каналы 24 хладагента.
Теплообменник 50 показан включенным в систему охлаждения транспортного средства на фиг.1. Однако следует принимать во внимание, что теплообменник может использоваться в многообразии применений, таких как бытовые кондиционеры воздуха, промышленные системы и т.д.
Фиг.2-4 показывают первый примерный теплообменник 200. Теплообменник 200 может быть включен в систему 10 транспортного средства, показанную на фиг.1. Поэтому теплообменник 200, показанный на фиг.2-4, может быть теплообменником 50, схематично изображенным на фиг.1.
Фиг.2 показывает общий вид первого примерного теплообменника 200. Теплообменник 200 включает в себя первый канал 202 хладагента, расположенный на определенном расстоянии от второго канала 204 хладагента. Первый канал 202 хладагента и второй канал 204 хладагента - каждый включает в себя впуск 206 хладагента. Дополнительно, первый канал 202 хладагента и второй канал 204 хладагента - каждый включает в себя выпуск 208 хладагента. Впуски и выпуски (206 и 208) хладагента могут находиться в сообщении по текучей среде с каналами 24 охлаждения, показанными на фиг.1, или с другими пригодными охлаждающими трубопроводами, такими как охлаждающие трубопроводы в системе турбонагнетателя, охлаждающие трубопроводы в системе рециркуляции выхлопных газов (EGR) и т.д. Таким образом, пригодный хладагент может протекать через каждый из первого и второго каналов (202 и 204) хладагента. Впуски хладагента расположены по одну и ту же сторону теплообменника в изображенном примере. Однако в других примерах впуски хладагента могут быть расположены на противоположных сторонах теплообменника.
Продолжая по фиг.2, пластинчатая структура 210, продолжающаяся между первым каналом 202 хладагента и вторым каналом 204 хладагента, также включена в теплообменник 50. Пластинчатая структура 210 включает в себя множество пластин 212. Периферийные пластины в пластинчатой структуре 210 могут быть присоединены к первому каналу 202 хладагента и второму каналу 204 хладагента. Каждое из пластин может продолжаться от впусков 206 до выпусков 208 каналов хладагента.
Направление, продолжающееся от впусков к выпускам указывается ссылкой как продольное направление. Направление, перпендикулярное продольному направлению и продолжающееся между первым каналом 202 хладагента и вторым каналом 204 хладагента, указывается ссылкой как поперечное направление. Боковое направление, перпендикулярное продольному направлению, продолжающееся от первой стороны каналов хладагента к второй стороне каналов хладагента, указывается ссылкой как боковое направление. Продольная ось, поперечная ось и боковая ось приведены для справки.
Следует принимать во внимание, что вентилятор 30, показанный на фиг.1, может быть выполнен с возможностью направления воздуха через пластинчатую структуру 210. Поток воздуха дает теплу возможность переноситься с теплообменника в окружающий воздух. Общее направление потока воздуха от вентилятора может быть перпендикулярным переднему краю пластинчатой структуры 210.
Фиг.3 показывает увеличенный вид части 300 пластинчатой структуры 210, показанной на фиг.2.
Как обсуждено ранее, пластинчатая структура включает в себя множество пластин 212. Дополнительно, каждое из пластин 212 является эквивалентным по размеру и профилю другим пластинам в пластинчатой структуре. Однако предполагалась пластинчатая структура с пластинами, имеющими неравные размер и/или профиль.
Пластинчатая структура образует множество повторяющихся смещенных ячеистых структур 302. Смещение ячеистых структур вызывает турбулентность (например, изотропную турбулентность) в воздухе, текущем через пластинчатую структуру. Более точно, пластины ячеистой структуры могут действовать в качестве плоской пластинчатой аэродинамической поверхности, побуждающей набегающий поток разделяться по обеим сторонам каждого из пластин. Разделение потока дает в результате формирование турбулентности, которая усиливается по мере того, как поток продвигается через следующий слой ячеек. Изменение относительного направления набегающего потока к оси ячейки дополнительно усиливает формирование турбулентности, так как поток будет отделяться от верхней поверхности каждой пластины с плоским пластинчатым аэродинамическим профилем.
Как обсуждено ранее, поток воздуха может формироваться посредством вентилятора и направляться в ячеистые структуры 302. Следует принимать во внимание, что общее направление потока воздуха на переднем крае пластинчатой структуры находится в боковом направлении. После того, как воздух проходит за передний край пластинчатой структуры, может формироваться турбулентный поток воздуха. Как показано, ячеистые структуры 302 имеют квадратное поперечное сечение, секущая плоскость поперечного сечения продолжается в продольном и поперечном направлении. Вновь, продольная ось, поперечная ось и боковая ось приведены для справки. Ячейки могут быть поделены на ориентированные в боковом направлении наборы. Поэтому, каждая из ячеек в наборе имеет сходное боковое положение. Дополнительно, наборы выровненных ячеистых структур смещены в продольном и поперечном направлении. Ячеистые структуры 302 имеют квадратные поперечные сечения. Секущая плоскость поперечных сечений перпендикулярна боковой оси. Однако предполагались ячеистые структуры, имеющие поперечные сечения с разными геометриями. Например, ячеистые структуры могут иметь прямоугольное или треугольное поперечное сечение в других примерах. Более того, вследствие смещения между ячеистыми структурами ячейки на непериферийных участках структуры - каждая осуществляет поток воздуха в четыре расположенные ниже по потоку ячеистые структуры и/или принимает воздух из четырех расположенных выше по потоку ячеистых структур. Таким образом, большое количество протоков образуется в пластинчатой структуре, тем самым увеличивая турбулентность в пластинчатой структуре, а также делая ее менее восприимчивой к большим падениям потока воздух через ячеистые структуры, вызванным поврежденными пластинами и/или заблокированными ячейками.
Множество пластин 212 может быть поделено на слои. Пластины в каждом из слоев последовательно расположены в стопку и выровнены в поперечном направлении и продольном направлении. Однако предполагались слои, имеющие другие ориентации. Более точно, первый слой 310 пластин и второй слой 312 пластин показаны на фиг.3. Первый и второй слои пластин смещены в продольном и поперечном направлении. Следует принимать во внимание, что каждый из слоев пластин, показанных на фиг.3, может включать в себя дополнительные пластины. Более того, каждый из первых слоев 310 пластин и вторых слоев 312 пластин продолжается между первым и вторым каналами (202 и 204) хладагента, показанными на фиг.2. Таким образом, тепло может проводиться из каналов хладагента в пластинчатую структуру.
Каждое из пластин в первом слое 310 пластин ориентировано в поперечном направлении. Эта ориентация дает ячейкам (например, квадратным ячейкам) возможность формироваться посредством пластинчатой структуры. Поэтому каждый из слоев образует множество ячеек. Следует принимать во внимание, что первый слой 310 пластин смещен от второго слоя 312 пластин.
Периферийные пластины 304 показаны на фиг.3. Углы 306 на периферийных пластинах 304 могут быть присоединены (например, припаяны) к поверхности (например, периферийной поверхности) первого канала 202 хладагента, показанного на фиг.2. Подобным образом, дополнительные периферийные пластины, разнесенные от периферийных пластин 304, могут быть присоединены к поверхности (например, периферийной поверхности) второго канала 204 хладагента, показанного на фиг.2. Пластины могут быть присоединены к смежным пластинам посредством пайки и/или других пригодных технологий соединения. Например, часть пластинчатой структуры может быть литой, штампованной и т.д.
Дополнительно, каждая пластина в пластинчатой структуре дополнительно включает в себя периферийные в боковом направлении края. Периферийные в боковом направлении края 320 пластин в первом слое 310 пластин находятся в контакте с периферийными в боковом направлении краями 322 пластин во втором слое 312 пластин. Края (320 и 322) образуют прямые углы друг с другом. Однако предполагались другие углы. Таким образом, создается большое количество протоков внутри пластинчатой структуры. Как результат, повышенная турбулентность (например, изотропная турбулентность) может формироваться в воздухе, протекающем через пластинчатую структуру во время работы теплообменника.
Дополнительно, когда последовательные слои пластин нумеруются непрерывно, слои с четными номерами выровнены в поперечном и продольном направлении. Подобным образом, слои с нечетными номерами выровнены в поперечном и продольном направлении, и слои с четными номерами смещены (например, смещены в продольном и поперечном направлении) от слоев с нечетными номерами.
Фиг.12 показывает еще один вид первого слоя 310 пластин и второго слоя 312 пластин, показанных на фиг.3. Второй слой 312 пластин является пунктирным, чтобы подчеркнуть разделение между слоями. Как показано, первый слой 310 пластин смещен на половину боковой ширины 350 одной из ячеек, включенной в слой пластин, от второго слоя 312 пластин. Однако предполагались другие степени смещения. Например, первый слой пластин может быть смещен на четверть боковой ширины ячеек от второго слоя пластин.
Фиг.4 показывает одно из пластин 400, включенных в пластинчатую структуру 210, показанную на фиг.2 и 3. Как показано, пластина 400, изображенная на фиг.4, включает в себя множество последовательно расположенных плоских поверхностей 402. Все из плоских поверхностей равнозначны по размеру и форме. Однако в еще одном примере некоторые из плоских поверхностей могут не быть эквивалентны по размеру и/или форме.
Угол 402 образован между последовательно расположенными плоскими поверхностями. Угол 402 имеет значение 90 градусов в изображенном примере. Поэтому последовательно расположенные плоские поверхности перпендикулярны друг другу. Однако предполагались другие углы между последовательно расположенными плоскими плоскостями. Таким образом, пластина 400 имеет повторяющийся рисунок сгибов.
Пластина 400 может быть выполнена из сплошного куска материала. Поэтому пластина 400 может выполняться посредством штамповки с вытяжкой, литья и т.д. Пластина 400 может быть выполнена из пригодного материала, такого как металл (например, алюминий, сталь и т.д.). Ширина 452 пластин может находиться в диапазоне 2-3 мм. Кроме того, в еще одном примере ширина 452 пластин может иметь значение ≤10 мм. Ширина пластин может выбираться на основании вязкости внешней охлаждающей текучей среды (например, воздуха или жидкостей). Кроме того, в некоторых примерах отношение между шириной 452 и длиной 454 одной из плоских поверхностей может составлять от 1/1 до 1/10 или 1/15.
Как показано, пластина 400 образует множество треугольных каналов 410 протекания воздуха. Каждый из треугольных каналов 410 протекания воздуха ограничен двумя последовательно расположенными плоскими боковыми сторонами на пластине 400. Следует принимать во внимание, что, когда пластина 400 присоединена к смежным пластинам в наборе расположенных в стопку пластин, смежные треугольные каналы протекания воздуха образуют квадратные каналы протекания воздуха.
Фиг.5-8 показывают еще один пример теплообменника 500, который может быть включен в систему транспортного средства, показанную на фиг.1. Таким образом, теплообменник 500 может быть теплообменником 50, показанным на фиг.1, в некоторых примерах. Поэтому теплообменник 500 может принимать пригодный хладагент из каналов 24 хладагента, показанных на фиг.1, или хладагент из другой подходящей системы.
Более точно, фиг.5 показывает первый канал 502 хладагента, расположенный на определенном расстоянии от второго канала 504 хладагента. Оба, первый канал хладагента и второй канал хладагента, включают в себя впуск 506 и выпуск 508. Теплообменник 500 также включает в себя пластинчатую структуру 510, продолжающуюся между первым и вторым каналами (502 и 504) хладагента. Пластинчатая структура 510 включает в себя множество пластин 512. Пластинчатая структура 510 также продолжается между впусками 506 и выпусками 508. Однако в других примерах пластинчатая структура 510 может только частично продолжаться между впусками 506 и выпусками 508. Продольная ось, боковая ось и поперечная ось предоставлены для справки.
Фиг.6 показывает теплообменник 500, показанный на фиг.5, без первого канала 502 хладагента. Периферийные пластины 600, включенные в пластинчатую структуру 510, показаны на фиг.6. Следует принимать во внимание, что плоские поверхности 602 периферийных пластин 600 могут быть присоединены к поверхности (например, периферийной поверхности) первого канала 502 хладагента, показанного на фиг.5. Более точно, плоские поверхности 602 могут находиться в поверхностно распределенном контакте с поверхностью (например, периферийной поверхностью) первого канала 502 хладагента, показанного на фиг.5. Таким образом, площадь контакта между пластинами и каналами хладагента увеличивается, тем самым повышая способность теплоотдачи теплообменника. Вновь, пластинчатая структура 510 включает в себя множество расположенных в стопку слоев, образующих множество повторяющихся смещенных ячеистых структур, подробнее обсужденных со ссылкой на фиг.7.
Фиг.7 показывает часть 700 пластинчатой структуры 510, показанной на фиг.5 и 6. Пластинчатая структура 510 включает в себя множество расположенных в стопку слоев пластин, включающих в себя первый слой пластин 710 и второй слой пластин 712, образующих ячеистые структуры 702. Ячеистые структуры 702 имеют квадратное поперечное сечение. Секущая плоскость поперечных сечений перпендикулярна боковой оси. Продольная ось и поперечная ось также предусмотрены для справки. Более того, вследствие смещения между ячеистыми структурами ячейки на непериферийных участках структуры каждая осуществляет поток воздуха в две расположенные ниже по потоку ячеистые структуры и/или принимает воздух из двух расположенных выше по потоку ячеистых структур. Таким образом, большое количество протоков образуется в пластинчатой структуре, тем самым увеличивая турбулентность в пластинчатой структуре, а также делая ее менее восприимчивой к большим падениям потока воздуха через ячеистые структуры, вызванным поврежденными пластинами и/или заблокированными ячейками.
Дополнительно, каждая пластина в пластинчатой структуре дополнительно включает в себя периферийные в боковом направлении края. Периферийные в боковом направлении края 730 пластин в первом слое пластин 710 находятся в контакте с периферийными в боковом направлении краями 732 пластин во втором слое пластин 712. Края (730 и 732) параллельны друг другу. Однако предполагались другие ориентации.
Первый слой пластин 710 смещен на половину боковой ширины одной из ячеек, включенной в слой пластин, от второго слоя пластин 712. Однако предполагались другие степени смещения. Например, первый слой пластин может быть смещен на четверть боковой ширины ячеек от второго слоя пластин.
Фиг.8 показывает пластину 800, включенную в пластинчатую структуру 510, показанную на фиг.7. Пластина 800 включает в себя множество последовательно расположенных плоских поверхностей 802. Пластина 800 определяет множество квадратных каналов 804 протекания воздуха, ограниченных тремя последовательно расположенными плоскими боковыми поверхностями пластины 800. Следует принимать во внимание, что, когда пластина 800 соединена со смежными пластинами в наборе расположенных в стопку пластин, квадратные каналы протекания воздуха ограничены четырьмя плоскими боковыми поверхностями. Угол 806 образован между последовательно расположенными плоскими поверхностями. Угол 806 имеет значение 90 градусов в изображенном примере. Поэтому последовательно расположенные плоские поверхности перпендикулярны друг другу.
Фиг.9 и 10 показывают еще один пример теплообменника 900, который может быть включен в систему 10 транспортного средства, показанную на фиг.1. Таким образом, теплообменник 900 может быть теплообменником 50, показанным на фиг.1, в некоторых примерах.
Фиг.9 показывает теплообменник 900, имеющий первый канал 902 хладагента, второй канал 904 хладагента и пластинчатую структуру 906, продолжающуюся между каналами хладагента. Фиг.10 показывает теплообменник 900 без первого канала 902 хладагента, открывая большую видимую часть пластинчатой структуры 906. Как показано, пластинчатая структура 906 расположена под непрямым углом 1001 относительно оси 1000, параллельной множеству плоских поверхностей в пластинчатой структуре и общему направлению 1002 потока воздуха, поступающего в пластинчатую структуру. Более точно, угол 1001 имеет значение 15°. Однако предполагались другие углы.
Фиг.11 показывает детализированный вид части 1100 пластинчатой структуры 906, показанной на фиг.9 и 10. Как проиллюстрировано, передний слой пластин 1102 (например, периферийный слой пластин) скошен, чтобы приспосабливаться к непрямолинейной ориентации (например, ориентации 15°) пластинчатой структуры. Передний слой пластин включает в себя множество расположенных в стопку пластин. Каждое из пластин может быть подобным по размеру и геометрии и ориентировано продольно и поперечно. Следует принимать во внимание, что задний набор пластин также может быть скошен, чтобы приспосабливаться к непрямолинейной ориентации пластинчатой структуры относительно ориентации каналов (902 и 904) хладагента, показанных на фиг.9 и 10. Поэтому передний и задний слои пластин скошены, и каждая из ячеек в переднем и заднем слоях пластин имеет неравные размеры ячеек. Более точно, поперечная ширина ячеек в наборе передних и задних пластин меняется в продольном направлении. Часть 1100 пластинчатой структуры, показанная на фиг.11, также включает в себя второй слой пластин 1104, смещенный от переднего слоя пластин 1102. Дополнительно, передний слой пластин 1102 включает в себя множество ячеек 1106.
В еще одном примере пластинчатая структура может содержать структуру пирамидного типа, включающую в себя четыре или пять граней с краями, содержащими небольшие металлические структуры, такие как тонкие планки или стержни. Следует принимать во внимание, что структура пирамидного типа также может создавать требуемую величину турбулентного потока воздуха в теплообменнике. Фиг.13 показывает примерную структуру 1300 пирамидного типа, включающую в себя множество стержней 1302. Стержни могут иметь круглое поперечное сечение или овальное поперечное сечение в некоторых примерах. Стержни 1302 могут быть присоединены друг к другу для образования треугольных ячеек 1304. Часть треугольных ячеек 1304 может быть ориентирована в поперечном и продольном направлении, а другая часть ячеек может быть ориентирована в боковом и поперечном направлении. Следует принимать во внимание, что структура 1300 пирамидного типа может быть присоединена к каналам хладагента. Более точно, структура 1300 может оказываться между двумя каналами хладагента.
Фиг.14 показывает способ 1400 работы теплообменника. Способ может быть реализован посредством одного или более из теплообменников, раскрытых на фиг.1-13, или может быть реализован посредством другого пригодного теплообменника.
На этапе 1402 способ включает в себя осуществление потока хладагента через первый канал хладагента и второй канал хладагента. Затем, на этапе 1404, способ включает в себя осуществление потока турбулентного воздуха через множество повторяющихся смещенных ячеистых структур, образованных множеством расположенных в стопку слоев пластин, причем каждая пластина имеет повторяющийся рисунок сгибов. В одном из примеров поток воздуха через множество повторяющихся смещенных ячеистых структур является изотропно турбулентным. В еще одном примере смещенные ячеистые структуры расположены под непрямым углом относительно направления выпуска вентилятора.
Отметим, что примерные процедуры, включенные в материалы настоящего описания, могут использоваться с различными конфигурациями систем двигателя и/или транспортного средства. По существу, проиллюстрированные различные действия, операции или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно, или в некоторых случаях пропускаться. Подобным образом, порядок обработки не обязательно требуется для достижения признаков и преимуществ примерных вариантов осуществления, описанных в материалах настоящего описания, но приведен для облегчения иллюстрации и описания. Одно или более из проиллюстрированных действий или функций могут выполняться неоднократно, в зависимости от конкретной используемой стратегии.
Следует принимать во внимание, что конфигурации и способы, раскрытые в материалах настоящего описания, являются примерными по сути, и что эти специфичные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, так как возможны многочисленные варианты. Например, вышеприведенная технология может быть применена к типам двигателя V6, I-4, I-6, V-12, оппозитному 4-цилиндровому и другим типам двигателя. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новейшие и не очевидные комбинации и подкомбинации различных систем и конфигураций, и другие признаки, функции и/или свойства, раскрытые в материалах настоящего описания.
Последующая формула полезной модели подробно указывает некоторые комбинации и подкомбинации, рассматриваемые в качестве новейших и неочевидных. Эти пункты формулы полезной модели могут указывать ссылкой на элемент в единственном числе либо «первый» элемент или его эквивалент. Следует понимать, что такие пункты формулы полезной модели включают в себя объединение одного или более таких элементов, не требуя и не исключая двух или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и/или свойств могут быть заявлены формулой полезной модели посредством изменения настоящей формулы полезной модели или представления новой формулы полезной модели в этой или родственной заявке. Такая формула полезной модели, более широкая, более узкая, равная или отличная по объему по отношению к исходной формуле полезной модели, также рассматривается в качестве включенной в предмет полезной модели настоящего раскрытия.