CN102519183B - 用于汽车空调设备的内部热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于汽车空调设备的热交换器，该热交换器具有被液体和/或气体流过的外管(12)和至少一个被液体和/或气体流过的内管(18)，该内管至少部分在形成能通流的中间腔的情况下在外管(12)的内部延伸并在位于外管(12)内部的第一区域(24、26)中分叉为至少两个热交换器管件(28、30)。

Description

用于汽车空调设备的内部热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于汽车空调设备的热交换器或换热器，该热交换器或换热器尤其被设计用于在制冷剂回路内部交换热能。
背景技术
为了提高汽车空调设备的功率和效率，已知空调设备-内部热交换器，亦即所谓的内部热交换器(IHX)，该热交换器将制冷剂回路的在蒸发器和压缩机之间延伸的部段与在冷凝器和膨胀阀之间延伸的部段热耦接。以此方式可以使从蒸发器向压缩机流动的、相对较冷的制冷剂用于对输送给处在该制冷剂回路的高压侧上的膨胀装置的较热的制冷剂进行(预)冷却或再冷却。
对此，例如DE102005052972A1就描述了一种具有外管和内管的双壁式热交换器管，外管和内管在它们之间限定出一个通道。在此，高压制冷剂流过该通道以及低压制冷剂流过内管。
为最优化这种制冷剂回路中的热交换器的工作方式，管件的几何尺寸和造型是有重要意义的。在几乎不能为热交换器的外部轮廓或外部几何结构的个性化适配或改变提供回旋余地的现有车辆标准部件包中，要使这种热交换器在它的热交换器容量方面个性化地，例如专门根据车辆类型地与预定的要求相适应，则是相当困难的。
公知的并例如在DE102005052972A1中描述的热交换器结构方案设置例如挤压成型的或由两部分构成的、具有在型材纵向上基本无变化的热交换表面的型材管，这些型材管因此只能根据管件的长度和直径分别传递或交换一个总是不变的、恒定的热量。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，在外部尺寸和外部轮廓预先被确定的情况下提供一种热交换器，该热交换器一方面改善在制冷剂回路的高压侧和低压侧之间的热能传递系数(Grad)，另一方面可使它的热传递能力或热交换能力尽可能可变并简单地与预定的热力要求相适应。此外该热交换器应能具有制造成本低的特点并能实现简便及直观的安装。
按本发明的热交换器被设置应用在一种汽车空调设备中，并具有能被液体和/或气体流过的外管和至少一个能被液体和/或气体流过的内管。内管和外管至少部分构成在外管内部的可通流的中间腔。内管和外管在此可以部分相互共轴地延伸，特别是当外管具有一个基本上圆柱形的结构造型时。此外规定，内管在位于外管内部的第一区域中分叉为至少两个热交换器管件。
在此，内管可以在外管内分叉为两个、三个、四个或更多个热交换器管件，以便根据热交换器管件-分支的数目可变化地构造内管和它的分支的热交换表面，同时无需为此改变外管的几何结构和/或轮廓。
在外管内部分叉的热交换器管件也可以在外管内部具有一种分别与预定的热交换器功率相应的走向，从而能以这种方式可变化地适应有效的内管侧的热交换表面。
通过使内管随意可变且与预定要求相适应地分叉成多个热交换器管件，就可以改变该热交换器的热交换系数达20％，并且此外还不用实质性改变热交换器的外部轮廓。因此，尽管热交换器的外部尺寸被预先确定且始终不变，该热交换器也可以提供不同的、与各种需求相适应的热传递容量。
在此，按照一个优选的扩展设计方案规定，至少两个热交换器管件在同样位于外管内部的第二区域中相互汇合。因此可另外实现，内管和外管仅仅在两个位置处、亦即在外管的入口和出口处必须贯穿。这样做的目的还在于，不仅外管，而且首先是内管，在安装到汽车或制冷剂回路中时只须分别与一个入口和出口以流动技术相连接。因此可以为热交换器和它内管的不同的结构造型提供始终不变的外部构型和安装条件。
此外，按照另一个优选的结构方案规定，该内管的第一分叉区域和第二汇合区域被设计成相互基本对称的结构。也就是说，内管分叉成两个单独的热交换器管件的分支被构造成和两个热交换器管件的与之对应的汇合或合并几乎一致。就制造技术而言，可以对分叉区域和汇合区域使用尽可能一致的构件。
此外可以想到，不仅内管的汇合和分叉区域，而且必要时还有内管的通过外管的通道或者更确切地说热交换器两侧的用于内管和外管的入口和出口被构造得尽量一致，以便以此方式可以为热交换器甚至创建一个冗余的、或者转向的安装可能方案。
此外按照一个扩展设计方案规定，内管的至少一个热交换器管件和/内管的所有在第一和第二区域之间伸展的热交换器管件完全在外管内延伸。
另外已经证明有利的是，内管的至少两个热交换器管件至少部分相互基本平行地延伸。
按照另一个优选的结构方案，热交换器管件中的至少一个被设置螺旋线形或螺旋形地卷绕，也就是说，螺纹形旋转。以此方式就可以按照管件和由管件构成螺旋线的轴向螺距和直径，使内管侧热交换器管件的在外管内部延伸的表面可变化地与预定的要求相适应。
有优点的是，至少两个或更多个热交换器管件被相互布置构成双螺旋线或多重螺旋线。在这方面而言，可以为多个热交换器管件不仅提供一个相对高的组装密度(Packungsdichte)，还制备尽可能大的热交换表面。
按照另一个结构方案已经被证明有利的是，热交换器管件螺旋线形或螺旋形卷绕的外径在外管内径的0.5倍和0.8倍之间。
作为对此的备选或补充，可以规定，内管的分支后的热交换器管件的内径计为小于1cm，优选小于5mm，最好优选在1.5mm和4mm之间。与此无关或作为对此的补充的是，热交换器管件的两个相邻绕圈的轴向间距处于5mm和30mm之间，优选在10mm和25mm之间。
内管、内管走向和外管的那些几何结构尺寸及大小比例例如是热交换器的众多必要时还可与此不同的结构造型方案中的一个。
按照本发明的另一结构方案也可以规定，外管具有基本上圆柱形的几何形状，以及在外管内部延伸的、自身分叉的热交换器管件设置成使得它们的螺旋轴线相对外管的圆柱纵轴线平行和/或重叠。因此规定了内部安置的热交换器管件和外管的一种在径向上对中的布置。
在另一种优选的结构方案中，外管被设计为低压管道并且内管和/或内管的分叉后的热交换器管件被设置为高压管道。因此内管和它本身分叉的热交换器管件主要被一种压缩后的流体例如液体流过，而外管或者说在外管和热交换器管件之间构成的中间腔则被一种主要是气态的制冷剂流过。
此外在变型方案中还可以规定，外管被设计为高压管道以及内管被设计为低压管道，并相应地与制冷剂回路的组成构件以流动技术相连接。
此外，对于具有尽可能管形和圆柱形外部轮廓的热交换器还规定，外管的对置的端段可以在汽车空调设备的制冷剂回路中分别布置在蒸发器的下游和压缩机的上游。与之相应地，内管或者说相应分叉的热交换器管件的对置的端段则在空调设备的制冷剂回路中被分别布置在膨胀装置的上游和冷凝器的下游。
在此普遍适用的是，一个或一个以上的低压管道被设计成与空调设备制冷剂回路的蒸发器和压缩机以流动技术耦连，而一个或一个以上的高压管道则被设计成与空调设备制冷剂回路的冷凝器和膨胀装置以流动技术耦连。
此外，在另一个独立的方面本发明涉及一种汽车空调设备，其具有制冷剂回路，制冷剂回路带有至少一个压缩机、冷凝器、膨胀装置及蒸发器的制冷剂回路，它们按顺序借助该制冷剂回路的相应的管道相互流动连通并且为了制冷剂的循环而以流动技术相互耦联。在此，制冷剂回路还具有前述的、优选设计为管形的热交换器，该热交换器促使制冷剂回路的位于蒸发器下游的那一侧和位于膨胀装置上游的高压侧之间发生热交换。
此外在另一个独立的方面本发明涉及一种汽车，其具有这样配置的空调设备或者说至少一个前述的热交换器。
附图说明
本发明的另外的目标、特征以及有利的应用可能则在下面参考对图1的一个具体实施例的说明中进行解释，图1以横截面图示出一个管形的、具有分叉式内管的热交换器。
具体实施形式
图1中示出的热交换器10具有一个基本上圆柱形构造的、带有一个入口16和一个出口14的外管12以及一个具有一个入口22和一个出口20的内管18。内管18和外管12被一种在制冷剂回路中循环的制冷剂以相反的方向流过，其中该内管18在所示的结构方案中优选构造为高压管道并且用于借助内管18里流动的被压缩的制冷剂进行冷却。
在此，外管12或者说由外管12和内管18构成的中间腔被主要以气态相存在的低压制冷剂沿相反的方向，也就是说从图1中位于左边的入口16向位于右边的出口14的方向流过。
如在图1中所示的那样，内管18在它入口22下游的分岔部段24中分叉为两个螺旋形或螺旋线形卷绕的热交换器管件28、30，这两个管件被相互按照双螺旋线的形式配置。热交换器管件28、30面朝外管12的轴向对置的端部在汇合区域26中又汇合成唯一一个通向内管18出口20的内管部段。
在此，内管18分别以它的入口22和它的出口20贯穿外管12的轴向的、也就是说位于左边和右边的端侧面。内管18和外管12的分别对置的入口和出口22、16、20、14在所示实施例中被布置成基本上平行且在径向相对于基本上圆柱形或管形构造的热交换器10的中轴线错开。
与其不同也可同样想到的是，内管18的入口22或出口20也贯穿热交换器10的外管12的径向外置的圆筒壁。此外还可以想到的是，内管也被构造为低压管道并且外管被构造为高压管道，其中，在这种结构配置情况下，需要关于管件直径和螺旋直径以及内管18的螺旋螺距的几何比例相应协调。
内置热交换器管件28、30螺旋线或螺旋形卷绕的外径32优选在外管12内径的0.5倍到0.8倍之间。
此外，已经证明对最优化热交换系数有利的是，热交换器管件28、30的两个相邻绕圈的轴向内间距34在5mm和30mm之间，优选在10mm和25mm之间。在此，同样地可以考虑更大的轴向间距。总之，此处描述的共轴-管件-热交换器的结构方式可以在热交换器10的外部尺寸保持不变的情况下，在可变的热交换系数方面有较大的调整空间。
这样，热交换的系数就可以普遍地并与结构空间要求无关地与机动车相关联和/或与空调设备相关联地与不同的以及可变化的热交换容量相适应。因此，例如一个具有两个螺旋形卷绕的热交换器管件的热交换器可以通过一个具有三个或更多个配置类似或不同的热交换器管件的热交换器替换。
这些所描述的具体实施例仅表明了本发明的可能的结构方案，对此可以想到其他许多处在本发明框架内的变型方案。这些示范性表明的具体实施例绝不应理解为是对本发明的范围、应用性或配置可能方案的限制。本说明书仅向专业人员展示了按本发明的具体实施例的一个可能的实施方式。因此可以在所述元件的功能和结构配置方面做出修改，而不会脱离通过之后的权利要求书限定的保护范围或其等同保护范围。
附图标记列表
10热交换器
12外管
14出口
16入口
18内管
20出口
22入口
24分岔区域
26汇合区域
28热交换器管件
30热交换器管件
32外径
34轴向间距

Claims (14)

1.一种汽车空调设备，其具有制冷剂回路，该制冷剂回路具有至少一个压缩机、冷凝器、膨胀装置以及蒸发器，它们相互以流动技术连接以用于制冷剂的循环，该制冷剂回路还具有热交换器(10)，该热交换器具有被液体和/或气体流过的外管(12)和至少一个被液体和/或气体流过的内管(18)，该内管在形成能通流的中间腔的情况下至少局部在外管(12)内部延伸并且在位于外管(12)内部的第一区域(24、26)中分叉为至少两个热交换器管件(28、30)。
2.按权利要求1所述的汽车空调设备，其特征在于，所述至少两个热交换器管件(28、30)在位于所述外管(12)内部的第二区域(26、24)中相互汇合。
3.按权利要求2所述的汽车空调设备，其特征在于，所述内管(18)的第一分岔区域和第二汇合区域(24、26)被设计为相互基本对称。
4.按权利要求2或3所述的汽车空调设备，其特征在于，至少一个和/或所有在第一和第二区域(24、26)之间延伸的热交换器管件(28、30)完全在外管(12)的内部延伸。
5.按权利要求1至3之一所述的汽车空调设备，其特征在于，所述至少两个热交换器管件(28、30)至少部分相互基本平行地延伸。
6.按权利要求1至3之一所述的汽车空调设备，其特征在于，所述热交换器管件(28、30)的至少一个被设计为螺旋线形地卷绕。
7.按权利要求6所述的汽车空调设备，其特征在于，所述至少两个热交换器管件(28、30)被相互布置构成双重螺旋线。
8.按权利要求6所述的汽车空调设备，其特征在于，所述热交换器管件(28、30)螺旋线形卷绕的外径在外管内径的0.5倍和0.8倍之间。
9.按权利要求1至3之一所述的汽车空调设备，其特征在于，所述热交换器管件(28、30)的内径小于1cm。
10.按权利要求7所述的汽车空调设备，其特征在于，所述热交换器管件(28、30)的两个相邻绕圈的轴向间距处于5mm和30mm之间。
11.按权利要求6所述的汽车空调设备，其特征在于，所述外管(12)具有基本上圆柱形的几何形状，并且所述热交换器管件(28、30)的螺旋线轴线与外管(12)的圆柱纵轴线平行或重合。
12.按权利要求1至3之一所述的汽车空调设备，其特征在于，所述外管(12)被设计为低压管道，而所述内管(18)和/或热交换器管件(28、30)被设计为高压管道。
13.按权利要求1至3之一所述的汽车空调设备，其特征在于，所述外管(12)的对置的端段可以在汽车空调设备的制冷剂回路中分别布置在蒸发器的下游和压缩机的上游，所述内管(18)的对置的端段则在制冷剂回路中分别布置在膨胀装置的上游和冷凝器的下游。
14.一种汽车，具有按前述权利要求之一所述的汽车空调设备。
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