增压空气冷却器和方法技术

一种冷却增压空气流的方法，其包括按先后顺序引导增压空气流通过增压空气冷却器的第一和第二级。液体冷却剂流被接收，并且被分成第一部分和第二部分。通过将热量排弃到制冷剂来降低第一部分的温度。第二部分被引导通过增压空气冷却器的第一级，以便降低增压空气的温度，并且在已经将热量排弃到制冷剂之后第一部分被引导通过增压空气冷却器的第二级，以便进一步降低增压空气的温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冷却系统和方法，尤其涉及增压空气冷却器和方法。
技术介绍
增压空气冷却器与涡轮增压内燃引擎系统联合使用。在这类系统中，来自燃烧废气的剩余能量通过废气膨胀涡轮被重新捕获，并且被重新捕获的能量被用来压缩或“提升”被供应到引擎的进入空气(称为“增压空气”)的压强。这提高了引擎的操作压强，由此增加了热效率并且提供了更大的燃料经济性。使用排出气体对增压空气进行压缩通常会导致空气温度显著增加。至少出于两个原因，这样的温度增加是不希望的。第一，空气的密度与它的温度逆相关，因此当空气温度升高时每个燃烧循环中进入燃烧汽缸的空气团的量会更少，导致引擎输出减小。第二，随着燃烧温度上升，不希望的和/或有害的排放物(例如，氮氧化物)的产量增加。内燃引擎(即，内燃机)排放水平被严格规范，通常使得有必要将进入燃烧室的空气的温度控制为相对接近环境空气温度的温度。因此，对于涡轮增压引擎来说，使用增压空气冷却器来冷却增压空气已经变得平常。通常使用直接环境空气对增压空气换热器，或间接液体冷却增压空气换热器来完成增压空气的冷却。一般情况下，尤其是当燃烧引擎与车辆相关联时，生成的任何废热必须最终排弃到环境空气。在由环境空气直接冷却的增压空气冷却器中，增压空气更容易冷却至低温度(即，近似环境空气温度的温度)。然而，将这类增压空气冷却器封装到紧凑系统中会引发挑战，因为为了避免不希望的压强损失引导增压空气所必需的流动导管通常是大的，并且直接冷却增压空气冷却器必需定位成能够引导环境冷却空气流通过它。为此，在一些紧凑型系统中，通过将热量排弃到液体冷却剂回路来对增压空气进行冷却已经变得平常。这类冷却系统可以被称为间接增压空气冷却，因为热量必须首先传递到液体冷却回路，然后从液体冷却回路传递到环境空气。采用这类安排可以提供某些优点。通常液体冷却剂是可行的，因为燃烧引擎本身通常是液体冷却的。而且，液体管线比增压空气管线紧凑得多，并且容易引导，并且增压空气冷却器的位置灵活得多。在一些情况下，液体冷却增压空气冷却器能够放置在引擎的进气歧管处或附近，相比于直接空气冷却系统极大地简化了增压空气的引导。然而，使用这类间接系统要求两次传递热量(首先从增压空气到液体冷却剂，然后从液体冷却剂到环境空气)，这使得在燃烧汽缸的进口处实现需要的低的增压空气温度更加困难。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，冷却增压空气流的方法包括按先后顺序将增压空气流引导通过增压空气冷却器的第一和第二级。液体冷却剂流被接收，并且被分成第一部分和第二部分。通过将热量排弃到制冷剂来降低第一部分的温度。将第二部分引导通道增压空气冷却器的第一级以便降低增压空气的温度，并且在已经将热量排弃到制冷剂之后将第一部分引导通过增压空气冷却器的第二级，以便进一步降低增压空气的温度。根据本专利技术的另一实施例，增压空气冷却器包括第一换热段、第二换热段和第三换热段。在第一换热段中，热量从第一液体冷却剂流传递到制冷剂以便将第一液体冷却剂流从第一温度冷却到第二温度。在第二换热段中，热量从增压空气流传递到第二液体冷却剂流，以便将增压空气流从第三温度冷却到第四温度。在第三换热段中，热量从增压空气流传递到第一液体冷却剂流，以便将增压空气流从第四温度冷却至第五温度，第五温度小于第一温度。根据本专利技术的又一实施例，增压空气冷却器包括板的第一堆叠、板的第二堆叠和布置在板的第一堆叠和板的第二堆叠之间的安装板，板的第一堆叠中的板相结合以限定液体冷却剂通道和制冷剂通道的交替层，
板的第二堆叠中的板相结合以限定液体冷却剂通道和空气流动通道的交替层。第一冷却剂进口歧管延伸通过板的第一堆叠并且流体耦接至第一堆叠的液体冷却剂通道的进口端部，并且第一冷却剂出口歧管延伸通过板的第一堆叠并且流体耦接至第一堆叠的液体冷却剂通道的出口端部。第二冷却剂进口歧管延伸通过板的第二堆叠并且流体耦接至第二堆叠的液体冷却剂通道的第一子集的进口端部。孔隙延伸通过安装板，并且提供第一冷却剂出口歧管和第二冷却剂出口歧管之间的流体连通流路。附图说明图1是根据本专利技术的实施例的增压空气冷却器的立体图；图2是图1的增压空气冷却器的部分分解的立体图；图3是图1的增压空气冷却器的部分的部分分解的立体图；图4是图1的增压空气冷却器的另一部分的部分分解的立体图；图5是图1的增压空气冷却器的又一部分的部分分解的立体图；图6是具体表达本专利技术的、内燃引擎系统内的增压空气冷却器的原理图；图7是根据本专利技术的另一实施例的增压空气冷却器的立体图；图8是图7的增压空气冷却器的部分分解的立体图；图9是根据本专利技术的又一实施例的增压空气冷却器的图解视图。具体实施方式在详细讲解本专利技术的任何实施例之前，应理解的是，本专利技术的应用并不限于下面的描述中所阐述的或所附附图中示出的结构细节和部件安排。本专利技术能够涵盖其它实施例并且能够用多种方式实践或实现。还应理解的是，文中使用的措词和术语是出于描述目的而不应该视为限制。文中使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体意在囊括此后列出的条目及其等同物以及另外的条目。除非另有指定或限定，术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联结”及其变体是广义使用的并且囊括直接和间接安装、连接、支撑和联结。此外，“连接”和“联结”不限于物理或机
械连接或联结。图1-2中描绘的增压空气冷却器1是本专利技术的一个示例性的实施例。增压空气冷却器1能够用在内燃引擎系统(例如，可在例如车辆或驻车发电系统中使用的)中，以在压缩燃烧空气流51被接收到引擎的燃烧室之前减小这类空气的气流的温度。这类压缩燃烧空气51通常被称为“增压空气”，并且能够通过涡轮增压机、超级增压机或被配置成压缩用于传送到引擎的环境空气的任何其它装置被供应到增压空气冷却器1。为了实现压缩燃烧空气51的上述冷却，液体冷却剂流53被接收到增压空气冷却器1的冷却剂进口接口5中，并且被放置成与行进通过冷却器1的压缩空气51有换热关系。可以从用来冷却燃烧引擎和引擎内的其它产生热量的部件的引擎冷却剂封闭回路接收液体冷却剂53。在热量已经从压缩空气51传递到冷却剂之后，冷却剂作为液体冷却剂流56通过冷却剂出口接口6从增压空气冷却器1移除。在增压空气冷却器1尤其适合的典型引擎系统类型中，由于热量必然从液体冷却剂的封闭回路本身排弃(通常排弃到环境空气)的事实，因此进入增压空气冷却器1的液体冷却剂流53的温度常常被限制为特定最小值。在很多情况下，被供应到引擎的压缩空气的理想温度低于那个最小温度，从而导致不希望的结果，例如生成的污染物增加和/或引擎效率降低。为了解决这个缺点，增压空气冷却器1配备有由板堆叠2限定的换热段，液体冷却剂流53的部分被引导通过该换热段。至少部分处于蒸汽状态的制冷剂流52，以低于正被接收到增压空气冷却器1中的冷却剂53的温度被接收到这个第一堆叠2。通过将热量传递到穿过所述换热段的制冷剂流52，液体冷却剂流53穿过堆叠2的部分被冷却。在一些特别优选的实施例中，被接收到增压空气冷却器1中的制冷剂流52的温度小于系统的环境温度，由此使得液体冷却剂流53的那部分能够冷却至比通过将热量排弃到环境空气可能得到的温度的更低的温度。热能传递到制冷剂流引起制冷剂52蒸发，并且制冷剂52作为稍微过热的蒸汽流，或作为两相制冷剂流(蒸汽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却增压空气流的方法，包含：按先后顺序引导增压空气流通过增压空气冷却器的第一级和第二级；接收液体冷却剂流并且将所述液体冷却剂流分成第一部分和第二部分；通过将热量排弃到制冷剂来降低所述第一部分的温度；引导所述第二部分通过所述增压空气冷却器的第一级，以便降低增压空气的温度；在已经将热量排弃到所述制冷剂之后引导所述第一部分通过所述增压空气冷却器的第二级，以便进一步降低增压空气的温度；重新组合所述液体冷却剂流的第一部分和第二部分。

【技术特征摘要】
2015.06.08 US 62/172,5191.一种冷却增压空气流的方法，包含：按先后顺序引导增压空气流通过增压空气冷却器的第一级和第二级；接收液体冷却剂流并且将所述液体冷却剂流分成第一部分和第二部分；通过将热量排弃到制冷剂来降低所述第一部分的温度；引导所述第二部分通过所述增压空气冷却器的第一级，以便降低增压空气的温度；在已经将热量排弃到所述制冷剂之后引导所述第一部分通过所述增压空气冷却器的第二级，以便进一步降低增压空气的温度；重新组合所述液体冷却剂流的第一部分和第二部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中，增压空气以第一温度进入所述增压空气冷却器的第一级并且以第二温度离开所述增压空气冷却器的第二级，并且其中所述液体冷却剂流以第三温度被接收，所述第三温度小于所述第一温度并且大于所述第二温度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，接收液体冷却剂流并且将所述液体冷却剂流分成第一部分和第二部分的步骤包括：通过布置在冷却剂歧管的第一端部处的进口将所述液体冷却剂流接收到所述冷却剂歧管中；允许定量的所述液体冷却剂流穿过所述冷却剂歧管并且通过布置在所述冷却剂歧管的第二端部处的出口离开所述冷却剂歧管，所述第二端部与所述第一端部相对，所述定量限定所述液体冷却剂流的第二部分；以及引导所述液体冷却剂流的剩余量通过多个流动孔隙，所述多个流动孔隙与所述第一端部和所述第二端部之间的歧管流体连通，所述剩余量限定所述液体冷却剂流的第一部分。4.根据权利要求1所述的方法，还包含在已经引导所述第一部分通
\t过所述增压空气冷却器的第二级之后，引导所述第一部分通过所述增压空气冷却器的第一级。5.根据权利要求4所述的方法，其中，重新组合所述液体冷却剂流的第一部分和第二部分的步骤发生在引导所述第一部分或所述第二部分通过所述增压空气冷却器的第一级之前。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在已经将热量排弃到所述制冷剂之后引导所述第一部分通过所述增压空气冷却器的第二级，以便进一步降低增压空气的温度的步骤，包含：所述第一部分沿着第一流动通路流动，所述第一流动通路沿着穿过第二段的所述增压空气流的横向方向延伸；以及随后，所述第一部分沿着第二流动通路流动，所述第二流动通路沿着穿过所述第二段的所述增压空气流的横向方向延伸，其中所述第二流动通路相对于增压空气流动方向布置在所述第一流动通路的上游。7.根据权利要求1所述的方法，其中，引导所述第二部分通过所述增压空气冷却器的第一级，以便降低增压空气的温度的步骤包含：所述第二部分沿着第一流动通路流动，所述第一流动通路沿着穿过第一段的所述增压空气流的横向方向延伸；以及随后，所述第一部分沿着第二流动通路流动，所述第二流动通路沿着穿过第二段的所述增压空气流的横向方向延伸，其中所述第二流动通路相对于增压空气流动方向布置在所述第一流动通路的上游。8.根据权利要求1所述的方法，其中，按先后顺序引导增压空气流通过增压空气冷却器的第一级和第二级的步骤包括将所述增压空气流引导到多个并行布置的空气流动渠道中，所述渠道中的每一个在所述第一级的进口面和所述第二级的出口面之间连续延伸。9.一种增压空气冷却器，包含：第一换热段，用来将热量从第一液体冷却剂流传递到制冷剂流，以便将所述第一液体冷却剂流从第一温度冷却至第二温度；第二换热段，用来将热量从增压空气流传递到第二液体冷却剂流，以便将所述增压空气流从第三温度冷却到第三温度；以及第三换热段，用来将热量从所述增压空气流传递到所述第一液体冷却剂流，以便将所述增压空气流从所述第四温度冷却至第五温度，其中所述第五温度小于所述第一温度。10.根据权利要求9所述的增压空气冷却器，还包含多个并行布置的空气流动渠道，所述渠道中的每一个在所述第二换热段的增压空气进口面和所述第三换热段的增压空气出口面之间连续延伸。11.根据权利要求9所述的增压空气冷却器，还包含：与所述第一换热段相关联的第一冷却剂进口歧管和第一冷却剂出口歧管；第一多个冷却剂流动通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布劳恩，F·利普克，S·梅谢恩基，A·帕蒂尔，M·克劳福德，K·希斯勒，
申请(专利权)人：摩丁制造公司，
类型：发明
国别省市：美国;US