在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的熱交換的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求在2013年1月25日提交的名稱為在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的熱交換 (Heat Exchange in a Vehicle Engine System)的美國申請序列號No. 13/749, 812 的優(yōu)先 權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本說明書涉及在車輛發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的熱交換。
【背景技術(shù)】
[0004] 在某些車輛中，燃料氣體以高壓儲存，并且燃料箱與發(fā)動(dòng)機(jī)處的燃料計(jì)量系統(tǒng)之 間調(diào)節(jié)燃料氣體壓力。例如，在某些常規(guī)壓縮天然氣（CNG)車輛中，燃料從大約248巴的壓 力向下調(diào)節(jié)為大約8巴的壓力。調(diào)節(jié)燃料氣體壓力可以冷卻燃料氣體。
[0005] 在某些常規(guī)系統(tǒng)中，燃料氣體由在壓力調(diào)節(jié)器與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料計(jì)量閥之間的熱交 換器加熱。例如，銅焊波紋板熱交換器可以用于CNG車輛中以將熱量從液態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑 流體傳送到燃料氣體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一總體方面，一種熱交換器包括分支流動(dòng)路徑。
[0007] 在某些方面，一種車輛流體熱交換器系統(tǒng)，包括：細(xì)長熱交換器主體。熱交換器主 體包括在細(xì)長熱交換器主體的第一端的第一燃料端口。熱交換器主體包括在細(xì)長熱交換器 主體的第一端的第一傳熱流體端口。熱交換器主體包括在細(xì)長熱交換器主體的相對的第二 端的第二燃料端口。熱交換器主體包括在細(xì)長熱交換器主體的第二端的第二傳熱流體端 口。熱交換器主體包括：在第一燃料端口與第二燃料端口之間直的燃料流動(dòng)路徑。熱交換 器主體包括在第一傳熱流體端口與第二傳熱流體端口之間直的傳熱流體流動(dòng)路徑。傳熱流 體流動(dòng)路徑平行于燃料流動(dòng)路徑并且在燃料流動(dòng)路徑旁側(cè)。熱交換器主體包括在燃料流動(dòng) 路徑與傳熱流體流動(dòng)路徑之間的傳熱壁。熱交換器主體包括從傳熱壁伸入到燃料流動(dòng)路徑 內(nèi)的第一組翅片。熱交換器主體包括從傳熱壁伸入到傳熱流體流動(dòng)路徑內(nèi)的第二組翅片。
[0008] 實(shí)施方式可包括以下特點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)特點(diǎn)。熱交換器主體包括：第一突起，其 與第一組翅片相對地伸入到燃料流動(dòng)路徑內(nèi)。熱交換器主體包括：第二突起，其與第二組翅 片相對地伸入到傳熱流體流動(dòng)路徑內(nèi)。熱交換器主體包括一個(gè)或多個(gè)弓形內(nèi)表面，其限定 燃料流動(dòng)路徑的至少一部分，并且第一突起是凸弓形突起。熱交換器主體包括：一個(gè)或多個(gè) 其它弓形內(nèi)表面，其限定傳熱流體流動(dòng)路徑的至少一部分，并且第二突起是凸弓形突起。
[0009] 作為補(bǔ)充或作為替代，這些和其它實(shí)施方式可以包括以下特點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)特 點(diǎn)。熱交換器主體具有擠壓的形狀。燃料流動(dòng)路徑具有在第一燃料端口與第二燃料端口之 間相同的截面，并且傳熱流體流動(dòng)路徑具有在第一傳熱流體端口與第二傳熱流體端口之間 相同的截面。熱交換器主體是整體結(jié)構(gòu)。
[0010] 作為補(bǔ)充或作為替代，這些和其它實(shí)施方式可以包括以下特點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè) 特點(diǎn)。第一燃料端口是燃料入口；第二燃料端口是燃料出口；第一傳熱流體端口是傳熱流 體出口；并且第二傳熱流體端口是傳熱流體入口。第一燃料端口是燃料入口；第二燃料端 口是燃料出口；第一傳熱流體端口是傳熱流體入口；并且第二傳熱流體端口是傳熱流體出 口。傳熱流體流動(dòng)路徑是液態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流體流動(dòng)路徑。
[0011] 作為補(bǔ)充或作為替代，這些和其它實(shí)施方式可以包括以下特點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)特 點(diǎn)。一種壓縮天然氣（CNG)發(fā)動(dòng)機(jī)包括熱交換器系統(tǒng)。壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括壓縮天 然氣儲存箱。壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括壓力調(diào)節(jié)器，其可通過操作以從儲存箱接收壓縮 天然氣，使壓縮天然氣膨脹并且將膨脹的天然氣傳送到熱交換器的入口。壓縮天然氣發(fā)動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)包括：發(fā)動(dòng)機(jī)主體，其被配置成燃燒從熱交換器接收的天然氣。壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)包括：冷卻劑栗，其可通過操作以將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流體從發(fā)動(dòng)機(jī)主體傳送到熱交換器的 入口。
[0012] 作為補(bǔ)充或作為替代，這些和其它實(shí)施方式可以包括以下特點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)特 點(diǎn)。通過細(xì)長熱交換器主體中的燃料流動(dòng)路徑來傳送天然氣燃料。燃料流動(dòng)路徑在細(xì)長熱 交換器的第一端的第一燃料端口與細(xì)長熱交換器主體的第二相對端的第二燃料端口之間 是直的。通過細(xì)長熱交換器主體中的傳熱流體流動(dòng)路徑來傳送傳熱流體。傳熱流體流動(dòng)路 徑在細(xì)長熱交換器主體的第一端的第一傳熱流體端口與細(xì)長熱交換器主體的第二端的第 二傳熱流體端口之間是直的。傳熱流體流動(dòng)路徑平行于燃料流動(dòng)路徑并且在燃料流動(dòng)路徑 旁側(cè)。通過在傳熱流體流動(dòng)路徑與燃料流動(dòng)路徑之間的傳熱路徑來在傳熱流體流動(dòng)路徑中 的液態(tài)傳熱流體與燃料流動(dòng)路徑中的天然氣燃料之間傳熱。傳熱路徑包括：在傳熱流體流 動(dòng)路徑與燃料流動(dòng)路徑之間的傳熱壁、從傳熱壁伸入到傳熱流體流動(dòng)路徑內(nèi)的翅片以及從 傳熱壁伸入到燃料流動(dòng)路徑內(nèi)的翅片。
[0013] 實(shí)施方式可包括以下特點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)特點(diǎn)。從液態(tài)傳熱流體向天然氣燃料傳 熱。將天然氣燃料加熱到由壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的燃料計(jì)量系統(tǒng)所規(guī)定的燃料引入溫 度。從壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的燃料壓力調(diào)節(jié)器接收天然氣燃料。向壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)的燃料計(jì)量系統(tǒng)輸出天然氣燃料。循環(huán)傳熱流體通過壓縮天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻劑系統(tǒng)。
[0014] 在某些情形下，此處所描述的某些方面可以提供一種或多種優(yōu)點(diǎn)。熱交換器設(shè)計(jì) 可以降低制造和組裝熱交換器的成本和復(fù)雜性。在某些情況下，熱交換器架構(gòu)允許熱交換 器通過更簡單、更廉價(jià)的制造過程來制造。熱交換器可以更高效并且更堅(jiān)固以耐受特定類 型的苛刻操作環(huán)境（例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝的設(shè)施、劇烈振動(dòng)環(huán)境或其它類型的環(huán)境）。在 某些情形下，熱交換器主體可以由單個(gè)連續(xù)材料片形成，沒有墊圈，沒有接頭（例如，栓接、 熔焊、銅焊、錫焊、膠合等的接合部）并且無端帽。熱交換器設(shè)計(jì)可以降低安裝熱交換器的 成本和復(fù)雜性。在某些情形下，熱交換器具有穿過單件熱傳導(dǎo)材料的兩個(gè)分支流動(dòng)通道，并 且材料被機(jī)械加工為直接接受發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)有的燃料和冷卻劑配件。在某些情形下，熱交 換器設(shè)計(jì)允許智能平衡增加的傳熱性能特征和制造因素。例如，制造設(shè)計(jì)方案可以利于利 用單個(gè)整體材料制造的部件。
[0015] 在附圖和下文的描述中陳述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。通過描述和附圖以及權(quán) 利要求，其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)也將是顯然的。
【附圖說明】
[0016] 圖1是示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
[0017] 圖2A是示例熱交換器的透視圖。
[0018] 圖2B是圖2A的示例熱交換器200的側(cè)視圖。
[0019] 圖2C是圖2A的示例熱交換器200的端視圖。
[0020] 在各個(gè)附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的元件。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 用于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的熱交換器可以被配置成加熱發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料 被提供給主發(fā)動(dòng)機(jī)主體的燃料計(jì)量閥之前。熱交換器可以使用支管設(shè)計(jì)，其允許發(fā)動(dòng)機(jī)系 統(tǒng)的配件直接安裝到每個(gè)流動(dòng)路徑端部。因此，熱交換器系統(tǒng)可以安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，在 某些情況下，在流動(dòng)路徑上并無端帽。在某些實(shí)施方式中，熱交換器主體是單個(gè)整體結(jié)構(gòu)， 完全由單種材料制成。在某些示例中，熱交換器主體可以被制成無銅焊、熔焊、錫焊、栓接或 膠合的接頭。
[0022] 在某些實(shí)施方式中，在熱交換器的流動(dòng)路徑中的內(nèi)翅片促進(jìn)在流動(dòng)路徑之間的熱 傳導(dǎo)。在某些實(shí)施方式中，在流動(dòng)路徑中的內(nèi)部流動(dòng)凹陷促進(jìn)了流體朝向翅片流動(dòng)從而提 高傳熱效率，例如，同時(shí)滿足了生產(chǎn)和架構(gòu)約束。熱交換器設(shè)計(jì)可以服從于通過擠壓、模鑄 或其它類型的制造過程進(jìn)行的制造。熱交換器可以具有隨著熱交換器的長度而改變的效 率。例如，擠壓件可以被切割成所希望的長度，并且用于不同應(yīng)用的相同工具作業(yè)可以實(shí)現(xiàn) 不同長度。
[0023] 圖1是示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的示意圖，其包括熱交換器。示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100可 以是壓縮天然氣（CNG)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)?；蛘撸纠l(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100可以用于其它應(yīng)用 中，其可以包括其它類型的車輛、或不包括車輛的系統(tǒng)等。
[0024] 示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100包括壓力調(diào)節(jié)器104、熱交換器106、燃料計(jì)量系統(tǒng)108、發(fā)動(dòng) 機(jī)主體110、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑循環(huán)器系統(tǒng)12和排氣歧管114。示例發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100從燃料箱 102接收燃料。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以包括額外或不同的部件和特征。在圖1中的箭頭示出了在 某些示例操作方面在部件之間的流體流動(dòng)。圖示流體流動(dòng)可以包括額外或不同的發(fā)動(dòng)機(jī)部 件或替代的流動(dòng)配置。
[0025] 發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的部件可以如圖1所示那樣布置，或者部件可以以不同方式布置。在 某些情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)100的部件可以彼此組合或集成。在某些情況下，圖1所示的部件 包括子系統(tǒng)或者與輔助系統(tǒng)（其并未在此處具體示出或描述）一起運(yùn)行。
[0026] 圖1所示的示例燃料箱102可以儲存燃料。燃料可以在高壓儲存。在某些示例中， 燃