具有一体旁通阀的热交换器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月16日提交的美国临时专利申请号为62/309,076、62/309,080、62/309,081和62/309,084的优先权。优先申请的内容以其整体通过引用的方式并入本文。

发明背景

本文公开的主题一般涉及热交换器，且更具体地涉及具有一体旁通阀的热交换器。

热交换器可包括各种组件和/或构造以实现期望的流量控制，且因此实现对通过热交换器的空气的期望调节。根据构造，这种控制可能需要管道、法兰、密封件、耦接件等，这些可用于帮助流动控制通过热交换器。然而，这样的附加元件或组件可增加热交换器的重量和/或成本。因此，改进热交换器的流量控制和组件数量可能是有利的。

发明概要

根据一个实施方案，提供了一种热交换器。热交换器包括热交换器芯，该热交换器芯限定至少两个分离热交换器流动流；第一集管，其构造在热交换器芯上并流体连接至分离热交换器流动流中的第一个；第二集管，其构造在热交换器芯上并流体连接至分离热交换器流动流中的第二个；和一体旁通系统，其被构造为用旁通管道将第一集管直接流体连接至第二集管，一体旁通系统在旁通管道内具有控制阀并且被构造为控制通过旁通管道的流量。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，热交换器的其它实施方案可包括旁通管道在旁通管道的第一端处由滑动接头连接至第一集管。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，热交换器的其它实施方案可包括旁通管道在旁通管道的第二端处由固定连接件连接至第二集管。

除了本文描述一个或多个特征之外，或作为替代，热交换器的其它实施方案可包括固定连接件是固定腔体耦接件、螺栓法兰、c形夹、d形夹或v形带中的一种。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，热交换器的其它实施方案可包括控制阀是蝶阀、球阀、闸阀、止回阀或截止阀中的一种。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，热交换器的其它实施方案可包括第一集管被构造为接收热空气且第二集管被构造为排出冷空气。

根据另一个实施方案，提供了一种飞机的环境控制系统。环境控制系统包括冷凝器，所述冷凝器被构造为调节将要供应至飞机的机舱的空气。冷凝器包括热交换器芯，所述热交换器芯限定至少两个分离热交换器流动流；第一集管，其构造在热交换器芯上并流体连接至分离热交换器流动流中的第一个；第二集管，其构造在热交换器芯上并流体连接至分离热交换器流动流中的第二个；和一体旁通系统，其被构造为用旁通管道将第一集管直接流体连接至第二集管，一体旁通系统在旁通管道内具有控制阀并且被构造为控制通过旁通管道的流量。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括冲压模块和制冷模块，其中冷凝器被构造在制冷模块内。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括将冲压模块流体连接至冷凝器的第一集管的至少一个管道。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括旁通管道在旁通管道的第一端处由滑动接头连接至第一集管。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括旁通管道在旁通管道的第二端处由固定连接件连接至第二集管。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括固定连接件是固定腔体耦接件、螺栓法兰、c形夹、d形夹或v形带中的一种。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括控制阀是蝶阀、球阀、闸阀、止回阀或截止阀中的一种。

除了本文描述的一个或多个特征之外，或作为替代，环境控制系统的其它实施方案可包括第一集管被构造成接收热空气且第二集管被构造为排出冷空气。

本发明的实施方案的技术效果包括具有一体旁通阀系统的热交换器，与传统或常规的供应管道构造相比，该系统减少了管道、法兰、密封件和/或耦接件的数量。

除非另有明确说明，否则前述特征和元件可以各种组合而没有排他性地组合。根据以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加明显。然而，应理解，以下描述和附图旨在本质上是说明性和解释性的而非限制性的。

附图简述

在说明书的结尾处特别指出并明确要求保护主题。通过以下结合附图的具体实施方式，本公开的前述和其它特征以及优点是显而易见的，其中：

图1a是可并入本公开的各种实施方案的飞机的示意图；

图1b是图1a的飞机的隔舱部分的示意图；

图2a是可并入本公开的实施方案的飞机的环境控制系统的示意透视图；

图2b是图2a的环境控制系统的第二透视图；

图3a是根据本公开的实施方案的具有一体旁通系统的热交换器的示意图；和

图3b是图3a的热交换器和一体旁通系统的分解图。

具体实施方式

如本文所示和所述，将呈现本公开的各种特征。各个实施方案可具有相同或类似的特征，并且因此相同或类似的特征可用相同附图标记来标记，但前面有指示示出该特征的图的不同第一数字。因此，例如，图x中所示的元件“##”可被标记为“x##”，且图z中的类似特征可被标记为“z##”。虽然可在一般意义上使用类似的附图标记，但是将描述各种实施方案，并且各种特征可包括改变、变更、修改等，如本领域技术人员应理解的那样，无论是否明确描述或以其它方式将被本领域技术人员理解。

如图1a-1b所示，飞机101可包括中心翼盒下方的一个或多个隔舱103。隔舱103可包含和/或支撑飞机101的一个或多个组件。例如，在一些构造中，飞机101可包括隔舱103内的环境控制系统。如图1b所示，隔舱103包括能够安装并进入一个或多个组件(例如，环境控制系统)的舱门105。在环境控制系统的操作期间，飞机101外部的空气可通过一个或多个冲压空气入口107流入舱门105内的一个或多个环境控制系统中。然后空气可流过环境控制系统以被处理并供应至飞机101内的各种组件或位置(例如，客舱等)。一些空气可通过一个或多个冲压排气出口109排出。

现在转到图2a-2b，示出根据本公开的实施方案的环境控制系统200。环境控制系统200包括由一个或多个管道206a、206b、206c流体连接的冲压模块202和制冷模块204。图2a示出环境控制系统200的第一透视图且图2b示出环境控制系统200的第二透视图。图2a-2b的环境控制系统200仅用于说明和解释目的，并且本领域技术人员应理解，本公开的各种实施方案可配置有不同类型的环境控制系统和/或环境控制系统的不同配置，且因此本讨论和相关联的图示不旨在进行限制。

如图2a-2b所示，冲压模块202包括主热交换器208a和次热交换器208b。热交换器208a、208b被构造为接收冲压空气a冲压和放出空气a放气，以调节冲压模块202内的空气。冲压模块202还包括冲压出口集管210和冲压排气集管212。一个或多个冲压风扇214可位于集管210、212之间。来自冲压模块202的空气可通过管道206a、206b、206c至或自制冷模块204传送。

制冷模块204包括冷凝器热交换器216和一个或多个空气循环机218。冷凝器热交换器216可由第一管道206a流体连接至第二热交换器208b，所述第一管道可将热空气供应至冷凝器热交换器216。空气循环机218可连接至热交换器208a、208b中的一个或两个，如图所示。再循环空气a再循环可被供应至来自空气循环机218的涡轮机出口空气并与其混合，如图2a所示。

冷凝器热交换器216被构造为调节空气以将相对较冷空气或冷空气a机舱供应至飞机的机舱。因此，冷凝器热交换器216包括出口集管220。通过管道206a供应至冷凝器热交换器216的热空气被供给至冷凝器热交换器216的入口集管222中。

现在转到图3a-3b，示出根据本公开的示例性实施方案的具有一体旁通阀的热交换器(例如冷凝器热交换器)的示意图。虽然本文示出并描述为飞机的环境控制单元的制冷模块的一部分，但是本领域技术人员应理解，本文提供的实施方案可与任何热交换器一起使用，因此本图示和相关讨论不旨在限于特定类型的热交换器或其构造。图3b示出图3a的热交换器构造的分解图。

图3a-3b示出类似于上面关于图2a-2b所示和所述的热交换器316。例如，热交换器316包括第一集管324(例如，入口集管)和第二集管326(例如，出口集管)，其中第一集管324和第二集管326均附连或以其它方式连接至热交换器芯317。热交换器芯317限定至少两个分离热交换器流动流，以实现热交换并因此实现多个流体和/或工作介质之间的热传递，如本领域中已知。管道306被构造为将热空气供应至热交换器316的第一集管324中，且冷空气或经调节的空气可通过第二集管326离开热交换器316。

如图所示，热交换器316包括一体旁通系统328。在一些实施方案中，一体旁通系统328提供用于分流两个单独热交换器流动流的紧凑装置。即，在图3a-3b的构造中，一体旁通系统328被构造为使得热空气能够直接从第一集管324分流至第二集管326，从而分流热交换器芯317内的热交换器316的流动流。即，在以下实施方案中，热入口空气可直接分流至冷出口。

一体旁通系统328包括从第一端332延伸至第二端334的旁通管道330。如图所示，旁通管道330的第一端332在第一集管324上的第一旁通端口336处连接至第一集管324，且旁通管道330的第二端334在第二集管326上的第二旁通端口338处流体连接至第二集管326。旁通管道330的第一端332和第一旁通端口336之间的连接可通过滑动接头或其它可移动/可调节的连接件或接头的方式进行。第二端334和第二旁通端口338之间的连接件可包括固定耦接件340。固定耦接件340可在旁通管道330和第二集管326之间提供固定连接。在一些实施方案中，固定耦接件340可以是例如固定腔体耦接件、螺栓法兰、c形夹、d形夹、v形带或其它类型的固定连接件。在一些实施方案中，固定耦接件340可被构造为对振动和/或操作负载作出反应，使得可最小化一体旁通系统328的损坏和/或疲劳。本领域技术人员应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可使用不同连接机构。此外，在一些实施方案中，可在不脱离本公开的范围的情况下切换旁通管道的端部处的特定类型的连接或其构造。

为了控制通过一体旁通系统328的流量，控制阀342被构造在旁通管道330内。控制阀342是流量控制阀，其可控制可从第一集管324分流至第二集管326的空气流量。在一些实施方案中，控制阀342可完全关闭，使得没有空气流可通过或流过旁通管道330。控制阀342可以是例如高度阀，诸如蝶阀、球阀、闸阀、止回阀、截止阀等。本领域技术人员应理解，可基于一体旁通系统所应用的热交换器的具体应用和构造来选择固定耦接件的类型和/或控制阀的类型(包括阀的致动)。

在一些实施方案中，第一端332处的滑动接头使得能够容易地安装一体旁通系统328。例如，一体旁通系统可被预制并包装为完整单元，其可在第一端处滑动与第一集管接合，且然后使用固定耦接件刚性地附接至第二集管。此外，固定耦接件使得能够简单地移除和/或更换一体旁通系统或其一部分(例如，控制阀)。

有利地，本文所述的实施方案可消除对传统外部管道和耦接件的需要，从而导致成本、重量和体积的节省。例如，与传统供应管道构造相比，本公开的实施方案可消除多达两个管道、四个法兰、八个密封件和三个耦接件。

除非本文另有说明或与上下文明确矛盾，否则在说明书的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)术语“一个(不定冠词)”、“所述(定冠词)”以及类似引用的使用被解释为涵盖单数和复数。结合数量使用的修饰语“约”包括所述值，并具有上下文所规定的含义(例如，其包括与特定量的测量相关联的误差程度)。本文公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。应理解，诸如“向前”、“向后”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”等的相对位置术语是参考正常操作姿态且不应被认为以其它方式限制。

虽然仅结合有限数量的实施方案详细描述了本公开，但是应容易地理解，本公开不限于这样公开的实施方案。相反，可修改本公开以合并此前未描述但与本公开的范围相当的任何数量的变型、改变、替代、组合、子组合或等效布置。此外，虽然已经描述了本公开的各种实施方案，但是应理解，本公开的各方面可仅包括所描述的实施方案中的一些。

例如，虽然示出并描述关于具有作为飞机的环境控制系统的一部分的一体旁通系统的热交换器，但是本文提供的实施方案可与各种其它热交换器构造一起使用，无论是在飞机工业还是其它行业。

因此，本公开不被视为受前述描述的限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。