CN101142458B - 带排气的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器，特别是用于汽车的具有固定UT的加热器(1)。根据本发明，所述热交换器包括一个排气装置，具体是加热器的上部冷却液箱(4)的间壁内的排气元件(22，36)，与回流段(10)之间有一定的间距。

Description

带排气的热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于至少一种传热介质的热交换器，例如对进入到汽车客舱的空气进行加热的加热器。在使用这种热交换器的情况下，本发明还涉及一种用于汽车的冷却回路以及空气处理装置。
背景技术
此外，热交换器在汽车中被用于不同目的。举例来说，在广义上热交换器用于发动机冷却，例如作为冷却液冷却器、油冷却器、废气冷却器和增压空气冷却器。热交换器在汽车上的另一个常见的应用领域是对进入到汽车客舱的空气进行调温。在这里，热交换器例如以蒸发器、冷凝器(或气体冷却器)、内部热交换器及加热器的形式使用。
目前，这种热交换器具有各种不同的结构和安装形式。当在热交换器中使用至少一种至少部分为液态的传热介质时，例如在冷却液冷却器或加热器上时，会出现空气在热交换器中聚积的问题，这将会对传热介质的流量或均匀分布产生负面影响。这个问题特别会出现在竖立式安装的热交换器上。
为了保证传热介质的流量大并且均匀，因此必须将可能在热交换器中聚积的空气排出。对此，到目前为止已有不同的方法得到应用。
一种可能的方案是，例如通过平卧的安装位置或进流口或回流口的相应布置使热交换器在布置上，能使在热交换器中聚积的空气从热交换器逸出，或者使空气在设备停止运转时不会聚积。采取这种方式布置的热交换器的问题在于，这样实际上将某些安装方式(如热交换器的竖立式安装)或传热介质的进流口的某些实施方式排除在外了。这在汽车上常会带来很多问题，因为汽车前端的空间非常狭小，由于发动机舱组件的原因，热交换器的一些结构有时是不可避免的。
另一种可能的方案是，允许在热交换器中存在一定量的空气聚积，并希望当传热介质达到一定流量时，热交换器中的气体聚积被穿过热交换器的传热介质带走。问题在于，特别是在传热介质的流量较低的情况下，从绝对效率以及放热的均匀性等方面看，热交换器的效率由于空气的聚积而降低。特别是放热的均匀性不佳会导致热应力，并且由于在加热器表面不均匀的热量分布，会首先对汽车客舱内部的空气处理带来不利影响。另一个问题则是，由于气体聚积加热器会出现噪音，这首先对布置在汽车客舱的部件(如空调装置中的加热器)有不利的影响。
最后，曾有人分别建议，在靠近回流段的位置设置排气口，这样在热交换器中聚积的气体就可穿过排气口并从热交换器排出。但这种排气口常常只能对热交换器进行部分排气。此外，这种排气口会产生噪音，这对于布置在汽车客舱或邻近汽车客舱的热交换器(例如对于加热器)产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是，进一步改进具有至少一个排气口的热交换器，使现有技术下的热交换器上已知的问题至少部分地消除或至少得到减少。本发明的目的特别是提供一种热交换器，它结构简单且制造成本低，但能够尽可能地进行排气而不会产生过多的噪音。
本发明在这里建议一种用于至少一种传热介质的热交换器，它包括冷却液箱、至少一个进流段、至少一个回流段和至少一个排气元件，其中，排气元件在热交换器中与至少一个回流口相隔一定距离，冷却液箱通过间壁分隔成两部分；至少一个排气元件布置在所述间壁的上部区域中。排气元件的这种布置可令人惊讶地保证热交换器的特别优良的排气。人们到目前为止一直认为，排气元件直接布置在回流段附近是具有优点的，因为这样可将聚积的气体特别有效地吸出。但令人意想不到的是，情况并不是这样，因为常常会在与热交换器的回流段相隔一定距离的位置出现气体聚积的情况。通过按照发明建议来布置排气元件，可以使上述这种气体聚积也可被有效地去除。具有优点的是，至少在出现大量气体聚积的区域分别设置至少一个排气元件。
优选的是，排气元件也与热交换器中的至少一个进流口相隔一定距离。在这种建议的实施形式中，除了传热介质本身在热交换器中穿流之外，在加热器的上部首先形成了一种附加的“排气回路”，它特别是在热交换器的关键区域中穿流，并特别有效地使热交换器进行排气。在这里当然必须注意，附加的排气回路的流量要相对较小，这样才不会明显降低热交换器的效率。
发明建议，至少一个排气元件和至少一个进流口之间的间距和/或至少一个排气元件和至少一个回流口之间的间距至少为10mm，优选为至少15mm，特别优选为至少20mm，最好为至少25mm。所建议的值被证明是有利的。但也可考虑其它的数值。特别是在(半)区间及离散的数值的情况下，所有的值应被作为公开的和任意使用的值，在其它在本文件中出现的值也是如此。
此外，具有优点的是，至少一个进流口和至少一个回流口相邻布置。这可以保证实现紧凑的结构和简单的安装，并保证了特别有效的排气。
此外，具有优点的是，至少一个排气元件与至少一个进流口和至少一个回流口之间的直接连接通道相隔一定距离。特别是具有优点的是，排气元件尽可能地远离进流口和回流口之间的直接连接通道。通过所建议的实施形式，热交换器上会出现气体距离的大部分或基本上整个区域，可被前面所述的“排气回路”穿流，这样就使排气特别有效地进行。
本发明特别优选地用于竖立式布置的热交换器，它优选地具有至少一个、优选地位于上部的冷却液箱。特别是在这种热交换器上容易出现气体聚积的情况，在使用本发明的情况下，气体聚积可以被特别有效地消除。
本发明特别优选地用于具有UT折流和/或以加热器形式出现的热交换器。UT折流是指在深度上传热介质出现一种所谓在下部进行的折流。“深度”在这里是指第二流体的穿流方向，例如特别是用于的汽车客舱的待加热的空气。
本发明的一个特别优选的实施形式是，至少一个排气元件以一个或多个开口的形式出现。
这些开口可以以切口的形式形成，并且在这里优选地布置在热交换器普遍存在的间壁中，在这里优选地位于间壁的上部。具有优点的是，在这里有一到两个开口，在必要时也可以有三个、四个、五个或更多的开口。这些开口可以具有任意的形状。已证明具有优点的是圆形的、半圆形的、透镜形的、正方形的、矩形的、凹入形的、半透镜形的和/或槽形(分别为水平的、垂直的和/或斜的)的切口。作为典型的尺寸，最大到5mm的尺寸、优选为1到4mm的尺寸、特别优选为2到3mm的尺寸被证明是具有优点的。特别是在槽上，5到15mm、优选为6到12mm、特别优选为8到10mm的长度被证明是具有优点的。
开口也可以以压口的形式形成，它们优选地在冷却液箱、优选地在热交换器中位于上部的冷却液箱中形成。这些开口特别优选地设在间壁和冷却液箱壁之间的接触区域，特别是设在冷却液箱的上部区域。这些开口也可以位于冷却液箱上在必要时存在的连接缝区域。通过这种实施形式，可以节省制造工序，并可以减少不必要的材料消耗。当然，也可以采用由压口和切口组合形成的开口，特别是如果它们相邻布置，从而使共同的开口截面扩大。
另一个具有优点的结构形式是，至少一个排气元件具有至少一个流体边界元件(Str
Figure 2006800084354_0
mungsbegrenzungseinrichtung)，它尤其以档板、管、成形的法兰和/或液力下的流体边界元件的形式出现。通常，本发明所建议的加热器至少在会出现气体聚积的区域应尽可能不带有锋利的边和其它会导致噪音的形状。发明所建议的进一步改型可通过将所出现的流体的速度和/或流量降低，就可以避免噪音。液力下的流体边界元件一般是指，在元件中，在热交换器中穿流的传热介质在液力下的速滞压力，用于形成特别是在排气元件中穿流的材料的流路的边界。
此外，具有优点的是，至少一个排气元件以热交换器芯体和/或冷却液箱之外的外部排气元件的形式形成。在这里，排气元件可以尽可能远离汽车客舱或布置在只出现少量噪音或所出现的噪音较少传到汽车客舱的区域。
在这里，外部的排气元件也可以设在必要时专门形成法兰区域。例如，这个法兰区域可以与热交换器相隔一定间距，并设在进流管路或回流管路中。在加热器上，法兰与加热器之间的间距以及排气元件到加热器的距离通常相对较小，一般为10-50mm，例如10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、40mm或50mm。
此外，发明建议，为冷却回路配置至少一个按照建议的实施形式的热交换器。冷却回路以类似形式具有相应的优点。
发明还建议，为用于汽车的空气处理装置配置至少一个按照前面所述的实施形式的。空气处理装置可具有例如用于冷却进入的空气的蒸发器，以类似的形式具有所述的优点。
此外，具有优点的是，可对按照前面所述的任一个实施形式的热交换器、冷却回路或空气处理装置进一步改型，从而在传热介质回路的至少一个组件上和/或整个传热介质回路上，在几何上的局部的较高位置处和/或基本上为几何上的最高位置处形成至少一个排气元件。在这里，这种所建议的元件特别具有效率。
附图说明
下面通过附图和优选实施例对本发明进行详细说明。其中，
图1是用于对汽车客舱进行加热的加热器的立体图；
图2是图1中所示的加热器的截面示意图；
图3A和3B是可能的加热器扁平管的截面图；
图4A到4L是具有不同排气元件的间壁的实施例的俯视图；A
图5是用于排气元件的挡板的截面图；
图6A和6B是带有排气元件的突缘(Ausnasung)的示意图或截面图；
图7是排气元件的另一个实施形式；
图8是带加热器和外部排气元件的加热回路的一部分的示意图；
图9是带有压口的冷却液箱的截面示意图。
具体实施方式
在图1中是用于加热空气的已知加热器1，空气在这里被输往汽车客舱中。空气的流动方向在图1中由箭头A标出。气流可以任意方式沿汽车顺流或汽车逆流流动。图示的加热器1是一种竖立式布置的、即所谓的UT加热器。加热器1在其上端部2及下端部3分别具有一个冷却液箱4、5，它们同时作为穿流的冷却液的集流管。上部的冷却液箱4由图中示意画出的间壁6分成位于前面的、与进流段9相邻的前部区域7和位于后侧的、具有回流段10的后部区域8。
在上部的冷却液箱4和下部的冷却液箱5之间形成若干在这里为扁平管11的冷却液管。在扁平管11之间分别是波纹翅片12，它们改善了与穿流的空气A之间的热交换。波纹翅片12可以以已知的方式带有表面结构，用于改善与穿流的空气A之间的热交换。
图2是图1中所示的加热器1的截面示意图，以详细说明在加热器1中穿流的冷却液的流路。
在加热器1的前部13，冷却液在进流段9通过进流口15进入到上部冷却液箱4的前部区域7。如上所述，冷却液箱4具有间壁6，它将冷却液箱4分成前部区域7和后部区域8。冷却液从前部区域7沿箭头方向B穿过扁平管11的前部区域13，流向加热器1的下部3。如下面所述，扁平管11在结构上使得扁平管区域11中基本上没有垂直于扁平管11的纵向延伸的流体流动。在加热器1的下端3，冷却液从扁平管11的前部13进入到下部冷却液箱5中。在这个冷却液箱5中，冷却液在“深度”上出现折流C，并进入到扁平管11的后部区域14，在那里它沿相反方向D向上流向上部冷却液箱4。流动轨迹由箭头C、D标出。在冷却液从扁平管11的后部区域14进入到冷却液箱4的后部区域8之后，它最终通过回流口16从加热器1流出，并通过回流段10被导向在这里未详细显示的冷却回路的其它部件。
在3A和3B中，出于完整性的考虑显示了扁平管11的可能的实施形式，显示了它们可如何被用于在图1和2中所示的加热器1上。在图3A中所示的扁平管11具有若干用于冷却液的穿孔17，并可通过例如挤压的方式制成。
在图3B中所示的扁平管11可通过对涂覆钎料的扁平材料进行例如弯曲或变形及随后的焊接或钎接来制成。这种扁平管11被中部连接桥19分成两个相互分隔的腔室18。
举例来说，在一个较长的停止运转阶段或即使在热交换器如图1和2所示的加热器1运转的情况下，气泡首先会在上部冷却液箱4的上部区域2聚积。在这种情况下，如果没有相应的排气元件，特别是在冷却液箱4的面向进流段9的前部区域7中聚积的气泡，将不能或几乎不能从上部冷却液箱4的前部区域7中被去除。气泡在这里会影响加热器1的功能。一方面，在冷却液箱4的前部区域7中穿流的冷却液的流体断面将会被缩小，这样将会降低加热器1的加热效率。此外，沿加热器表面20将会出现不同的热量分布，这会相应地导致穿流的空气A加热不均，其影响将是不利的。
为了消除在上部冷却液箱4中聚积的气泡，因而要设置适合排气元件。
在图4中显示了若干适合的、带有相应排气元件的间壁6。
首先，在图4A中是间壁6，它是连续的并与例如外部的排气元件21(见图8)一起使用。在按照图4B到4L的间壁6的实施例中，排气元件分别具有不同形状的切口22。
在图4B到4E中，切口22以圆形、半圆形、椭圆形或半椭圆形的切口22的形式出现。即使在这些图中只分别显示了唯一的切口22，也可以设置多个切口，它们优选地沿着间壁6的上边布置。作为典型的尺寸，半径为1、2、3或4mm(圆形或半圆形)，或者对于较短的轴，半径为1、2或3mm，而对于较长的轴(椭圆形或半椭圆形)，半径为2、3、4mm。
在图4F到4G中设定了矩形或正方形的切口22。如在圆形、半圆形、椭圆形或半椭圆形的切口的情况中所述，这里也可以设有多个切口22，其中，也可以混有的不同形状。这当然也包括下面的实施例。作为典型的尺寸，纵向侧的长度为1、2、3、或4mm。
在这里也可以考虑在不同的位置和方向上采用n角形的切口，特别是三角形。但对于角的数量，被证明具有优点的是值5、6、7、8、9和10。对于n角形也可以不仅仅是指规则的(等腰的)n角形，而也指任意的、常见的n角形。
在图4H中，切口以凹入形的、透镜形的切口22的形式出现，它们可特别优选在间壁的半径区域形成。在这里，透镜的半径优选地基本上等于间壁的半径。但是在这里也可以考虑其它的半径一在极端情况下也可以是直线。
如图4I和4J所示，按照图4H的透镜也可以只有一部分从间壁6中去掉，例如只有下半部(图4I)或上半部(图4J)去掉。
相当普遍的是，由直线和/或必要时若干具有相同、不同及可变半径的弧形组成的形状，以不同的数量和不同的方向得到使用。
当然也可以采用槽形的切口，如图4K和4L所示。槽的宽度为1、2、3或4mm，长度为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12mm。图4K中所示的角度45°当然也可以是其它的值。
相当普遍的是，对于开口的数量，值1、2、3、4或5被证明是有效的。带有开口22的间壁6当然可以与外部的排气元件21组合。不同形状的开口22也可以相互组合。
在图9中是排气元件，它以上部冷却液箱4的上壁39中的压口37为形式。压口37可通过例如壁39的变形获得。在压口37区域布置着间壁6和冷却液箱4的上壁39之间的开口38。由于开口38，在前部区域7和后部区域8之间存在着连接，通过它可将聚积的气泡去除。
对于确定压口37或由其形成的、冷却液箱壁39和间壁6之间的开口38的尺寸，可以按类似的方式采用上面所建议的优选尺寸。
在图9所示的实施例中，间壁6在冷却液箱4的上壁39的压口37区域不具有切口。当然在这个区域也可在间壁6中设置附加的开口。
在图5中是以挡板23为形式出现的流体边界元件。在这里，在间壁6中形成的开口22的区域布置着与间壁6平行的带材25，它通过例如支杆24固定。也可在挡板23的一侧或两侧区域布置图未示的侧壁，这样产生了挡板23的整体上为槽形的结构。要指出的是，特别是当挡板23布置在上部冷却液箱4的后部区域8中时，它也可以利用液力上的回流。这种回流是通过由扁平管11流出的流体形成的，流体的流动方向由箭头E标出。这种流动E的优点在于，它取决于穿过加热器1的冷却液流量。在冷却液流量大的情况下，在进流段9和回流段10之间以及上部冷却液箱4的前部区域7和后部区域8之间产生相对较高的压差，其结果是穿过切口22的流量相应很大。这种大流量可通过图示的液压效果减少。在这种情况下，通过挡板23可减少穿过切口22的流量，从而降低穿流的气体和/或冷却液的速度。结果特别表现为噪音减少。
在图6A、6B中是另一个流体边界元件，其形式为法兰或突缘26，在其下端27形成排气元件28。特别是由于必要时所出现的、前面所述的液力效应，这里的结构会具有优点。此外，突缘26在可能的情况下可特别简单地、低成本地通过间壁6的材料变形加工而制成。
在图7中是流体边界元件的另一个可行的实施形式，其形式是带有在中央布置的切口(在图中看不出)的管29。管29在这里以“扭转的S”形状弯曲，这样，管29的进口31沿水平延伸，而出口32则垂直延伸，这样就可以较佳地利用液力效应。为了稳定，可为管29设置支杆30。
在图8中仅画出冷却回路的一部分，其中设有外部的排气元件21，它在这里布置在冷却回路(在必要时是局部的)最高点33。加热器1可按任意的方式带有(例如按照图4B到4L)或不带有(按照图4A)内部的排气元件。在这里所示的实施例中，外部的排气元件21具有一个狭窄的连接管道36，它将进流管路34与回流管路35相连。
如在加热器上普遍的是，法兰可按较小的到加热器的间距、例如10-50mm的间距布置。在必要时，法兰也可以与加热器合为一体。通常，只有进流口和/或回流口15、16及连接管道36之间的间距才是重要的。

Claims (14)

1.用于至少一种传热介质的热交换器，包括热交换器芯体(1)、冷却液箱、至少一个进流段(9)、至少一个回流段(10)和至少一个排气元件(21、22、38)，所述冷却液箱通过间壁(6)分隔成两部分；其特征在于，排气元件(21、22、38)在热交换器中与至少一个回流口(16)相隔一定间距，至少一个排气元件(22)布置在所述间壁(6)的上部区域(2)中。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，排气元件(21、22、38)与热交换器中的至少一个进流口(15)相隔一定间距。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述排气元件(21、22、38)与热交换器中的至少一个进流口(15)相隔一定间距；至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个进流口(15)之间的间距和/或至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个回流口(16)之间的间距至少为10m。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述排气元件(21、22、38)与热交换器中的至少一个进流口(15)相隔一定间距；至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个进流口(15)之间的间距和/或至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个回流口(16)之间的间距至少为15mm。
5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，至少一个进流口(15)和至少一个回流口(16)相邻布置。
6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，它是竖立式布置的热交换器，所述冷却液箱(4)位于热交换器的上部(2)。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，它具有UT折流(5)和/或以加热器的形式出现。
8.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，至少一个排气元件(21、38)以一个或多个开口的形式出现。
9.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述排气元件(21、22、38)与热交换器中的至少一个进流口(15)相隔一定间距；至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个进流口(15)之间的间距和/或至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个回流口(16)之间的间距至少为20mm。
10.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，至少一个排气元件(22)具有一个流体边界元件(23、262、29)，该流体边界元件(23、262、29)以档板(25)或管(29)或成形的法兰(26)的形式出现。
11.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，至少一个排气元件是在热交换器芯体(1)和/或冷却液箱(4)之外形成的外部的排气元件(21)。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述排气元件(21、22、38)与热交换器中的至少一个进流口(15)相隔一定间距；至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个进流口(15)之间的间距和/或至少一个排气元件(21、22、38)和至少一个回流口(16)之间的间距至少为25mm。
13.冷却回路具有至少一个根据权利要求1-12中任一项所述的热交换器。
14.用于汽车的空气处理装置具有至少一个根据权利要求1-12中任一项所述的热交换器。
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