CN102741643A - 包含储热材料的热交换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换装置，包括用于循环载热流体的至少管子(12)，所述管子设置为一排对另一排两两错开的至少两排(R1，R2)；热交换插入件(20)和储热材料的储热容器(22)，储热容器横向于管排(R1，R2)延伸，每次构成容器-管子组(24)，其中同一储热容器(22)与每个管排(R1，R2)的一个管子(12)接触，与管子(12)的接触交替地发生在储热容器(22)的相反的两个壁(26，28)上，壁(26，28)还与插入件(20)接触。本发明特别适用于包含冷量储存材料的汽车空气调节蒸发器。

Description

包含储热材料的热交换装置
技术领域
本发明涉及热交换装置、特别是热交换器的领域，尤其是用于汽车中的设备。
更具体地说，它涉及一种热交换装置，包括管束、热交换插入件和储热材料的储热容器，所述管束至少由两个用于循环载热流体的管子构成。
背景技术
在这样的装置中，管束的功能是允许在该管中循环的载热流体和扫过管束的外部流体(例如空气流)之间进行热交换。
插入件，特别是制成波浪形的插入件，充当热交换翼片(ailette)。这些插入件的目的在于增大热交换面积并扰乱扫过管束的外部流体，以增强热交换性能。
这样的热交换装置可以成为汽车空气调节设备的一部分。在这种情况下，外部流体一般是用来吹入汽车车厢的空气流，而载热流体最好是致冷流体。按照这种安排，热交换的目标是使吹入的空气流变得凉爽。
载热流体在空气调节回路内部的循环是通过压缩机保证，所述压缩机一般直接由汽车发动机驱动。
因而，当汽车发动机停止时，载热流体的循环停止，而空气流和载热流体之间的热交换不再进行。吹入汽车车厢的空气流也不再凉爽。
这种情况同样是一些系统现在存在的问题，对于这些系统，当汽车不行走时，发动机自动停止以便降低汽车碳氢燃料的消耗。因而，当发动机停止时，压缩机不再工作而汽车车厢也失去凉爽的空气，这使得汽车用户感觉不舒服。
为了克服这个缺点，已知的做法是使热交换装置与储热材料容器结合。当载热流体在回路中循环时，所述储热材料容器积累热量或冷量，并当载热流体的循环不再得到保证时释放给外部流体。
于是，在空气调节回路的特定情况下，已知的做法是给热交换装置配备冷量储存材料容器，当发动机运行时它能储存冷量，当发动机停止时将其释放，而且空气继续吹入车厢。
特别是根据专利申请FR2861166、FR2878613、FR2878614和WO2006059005已知这种类型的热交换装置。
但是，这些已知的装置特别是具有需要专用部件和比较复杂，难以制造和装配的缺点。
另外，用于空气调节蒸发器时，这些已知的装置不可以总是在高压下与致冷流体运行，特别是在利用二氧化碳(CO2)作为载热流体的利用领域中。
发明内容
本发明的目的特别是克服上述缺点。
为此，提出一种引言中所限定类型的热交换装置，这些管子和储热容器构成容器-管子组，其中管子设置为至少两个管排，特别是一排与另一排两两错开，而且管子具有两个相反的主面，所述主面垂直于管排的延伸方向延伸，并分别构成插入件接触面和容器接触面，其中，储热容器横向于管排延伸。该储热容器与每排的一个管子接触，与管子的接触交替地在储热容器的第一壁和在储热容器的与第一壁相反的第二壁上进行。
于是，在容器-管子装配件中，该储热容器保证每次与一排的一个管子接触，该接触交替地在第一壁上和在第二壁上进行。
换句话说，储热容器的第一壁与第一管子的主面接触，接着直接与第一插入件接触，所述第一管子的相反的主面与第一插入件接触。另一侧，储热容器的第二壁与第二插入件接触，接着与第二管子的主面接触，所述第二管子的另一个主面与第二插入件接触。若该装置包括两排以上的管子，则重复相同的安排。于是，在具有两排管子的装置的情况下，该储热容器每次都基本上呈现压扁的′S′形，两个平行的分支最好交替地绕过第一排的管子和第二排的管子。
结果，优点是从包括传统的管子的热交换装置出发，在管子一排与另一排错开以便允许安装储热容器的情况下，储热容器在热交换器的整个宽度上延伸，就是说，垂直于管排的方向延伸。
优点是，人们可以利用传统的管子，特别是耐压管来使载热流体循环，在该情况下该装置应该构成诸如CO2等流体在高压下流过的蒸发器。
在本发明的一个推荐实施方式中，储热容器在第一壁上具有至少一个管子接触面和至少一个插入件接触面，且在第二壁上具有至少一个插入件接触面和至少一个管子接触面。
管子接触面和插入件接触面相互错开一距离，该距离对应于其各主面之间限定的管子厚度，使得每个容器-管子组每次都交替地在管子主面上和在储热容器的壁上与两个插入件接触。
结果，每个容器-管子组都在一侧提供大致平坦的壁，使之交替地由储热容器的第一壁的部分和管子的主面形成。在另一侧作同一安排，这允许在不同的部件之间，就是说在管束的管子、储热容器和插入件之间实现杰出的热接触。
储热容器最好装有以金属带的形式实现的内部插入件，以便改善储热容器内部的热交换，所述金属带具有弯折部或波浪形部。
按照本发明的另一特征，该热交换装置包括与储热容器连通的填装管道，以便填装储热材料。
储热容器最好由两个成型金属板装配而成，所述金属板在其周边处通过接触面结合，该金属板分别构成储热容器的第一壁和第二壁。
按照本发明的又一特征，该热交换装置包括与管束管子的端部连通的两个集管箱。按照第一变形例，两个集管箱设置在管束的两侧。作为另一变形例，两个集管箱设置在管束的同一侧。
管束的管子最好是挤压的多沟道管子。当载热流体是在高压下循环流动的致冷流体、诸如CO2时，这是特别有意义的。
本发明特别适用于下述情况：该装置构成蒸发器，载热流体是致冷流体，而储热材料是冷量储存材料。
附图说明
参照作为非限制性示例给出的附图，阅读下文的描述，可以看出本发明的其他特征和优点，这可以更好地理解本发明和其实施方式，而且必要时有助于其定义，附图中：
·图1是按照本发明热交换装置的正面视图；
·图2和3分别是沿着图1的II-II线、III-III线的剖面图；
·图4是图3一部分的大比例详图；
·图5是在具有八排管子的热交换装置的情况下的类似于图4的视图；
·图6是类似于图4的剖面图，其中储热器的容器具有内部插入件；
·图7是内部插入件的透视图；
·图8是类似于图4的剖面图，显示在第一实施例中填装管道的情况；
·图9是类似于图8的视图，显示在变化例中填装管道的情况；
·图10是容器-管子组的顶视图，带有包括两个外壳的储热容器；
·图11是图10的容器-管子组的剖面图；
·图12至14分别是沿着图11的XII-XII线，沿着图11的XIII-XIII线和沿着图11的XIV-XIV线的剖面图；
·图15是替换实施例的类似于图10的视图；
·图16是另一实施例的类似于图10的视图；
·图17是在装配状态下两个插入件之间的容器-管子组的示意透视图；
·图18是图17的容器-管子组的分解透视图；
·图19是局部分解透视图，显示储热容器两个壁的一部分；
·图20是容器-管子组和插入件的通过凸台外面的横剖面图；
·图21是容器-管子组和插入件的通过两个凸台的横剖面图；而
·图22是储热容器填装孔的位置处的剖面图。
具体实施方式
图1至3所示的热交换装置10，包括管子12形成的管束，用来使载热流体F1循环。
按照本发明的一个优选实施例，载热流体F1是致冷流体。致冷流体可能经受引起相变化的热动力学周期，诸如流体全部或部分工作于亚临界(sous-critique)模式，或者致冷流体可能经受不引起相变化的热动力学周期，如流体工作于超临界模式。致冷流体可以由二氧化碳(CO2)构成。可是，本发明还可以应用于被任何类型流体流过的热交换装置10，特别是各种制冷剂、水、......。
在如图3所示的实施例中，管子12是按照两个管排R1和R2设置的扁平管子。管子12的两个管排R1和R2最好安排得彼此平行。管子12每个包括图2和3中可以看见的多个内部沟道14。多个内部沟道14的这种安排允许改善管子12针对管子12中的内部压力的抗压强度。
管子12具有两个相反的主面16和18，如图4所示。该两个主面16和18垂直于管子12的管排R1和R2的延伸方向延伸。
按照本发明的一个推荐实施模式，管子12是一排与另一排错开，如图3、4和5所示。因而，管子12在管排R1和R2上被安排成交错排列。
热交换装置10还包括热交换插入件20的组件。热交换插入件20最好呈传统的波浪形，如图1所示。此外，热交换装置10包括能够容纳储热材料的储热容器22。按照本发明的实施例，该储热材料允许储存冷量。作为另一方案，该储热材料可以具有允许储存热量的不同成分。
按照图3和4的布置，储热容器22横向于管子12的管排R1和R2延伸。这样就形成了容器-管子组24，其中同一储热容器22与管子12的每个管排R1和R2的一个管子12接触。这样的安排特别可以在图3上看出。于是，每个储热组24包括储热容器22和分别属于两个管排R1和R2的两个管子12。
在图1至3所示示例中，热交换装置10包括十个容器-管子组24和十一个容器-管子插入件20。热交换装置10还包括两个集管箱52和54，每次管束的管子12的端部和两个端盖(joue d′extrémité)56和58都通向所述集管箱之中。端盖56和58侧向盖住管12束，而且每一个都与位于管12束端部的热交换插入件20接触。
如图4所示，储热容器22包括位于图4的储热容器22左侧的第一壁26和位于图4的储热容器22右侧且与第一壁26相反的第二壁28。
管子12的主面16和18分别形成与热交换插入件20接触的接触面和与储热容器22接触的接触面。储热容器22的第一壁26包括与管子12的主面18接触的管子接触面30，和主面18相反的主面16与第一热交换插入件20接触。第一壁26的管子接触面30被连接至插入件接触面32，后者与第一热交换插入件20接触。
储热容器22的第一壁26的管子接触面30和插入件接触面32错开一距离‘e’，如图4所示。该距离‘e’对应于管子12的厚度，此厚度限定在主面16和18之间。
于是，在图4的容器-管子组24的左侧，储热容器22的第一壁26交替地与排R2的管子12的主面18接触和与位于容器-管子组24左边的热交换插入件20接触。另一方面，储热容器22的第二壁28包括插入件接触面34和管子接触面36，所述插入件接触面34与位于容器-管子组24右侧的热交换插入件20接触，所述管子接触面36与排R1的管子12的主面16接触。
储热容器22的第一壁26的管子接触面30和插入件接触面32之间，储热容器22的第二壁28的管子接触面36和插入件接触面34之间，分别用连接部分38和连接部分40连接在一起。另外，第一壁26的管子接触面30和第二壁28的插入件接触面34之间，第二壁28的管子接触面36和第一壁26的插入件接触面32之间，分别用连接部分42和连接部分44连接在一起。连接部分42和44彼此大体平行。
管子接触面30和36、插入件接触面32和34以及连接部分38、40、42和44形成限定储热容器22的封闭内部空间。
于是，在剖面图上储热容器22呈现S形截面，其中各分支错开，而且最好平行。结果，储热容器22横向于排R1和R2延伸，每次构成一容器-管子组24，其中同一储热容器22与每排R1和R2的管子12接触，与管子12的接触交替地在储热容器22的第一壁26和第二壁28上进行。
图1至4的实施方式对应于管子12具有两个管排R1和R2的热交换装置。储热容器用来容纳储热材料F2。在该实施例中，储热材料F2允许储存冷量。这样形成的管12束专用于被在容器-管子组24之间循环流动的空气流F3扫过，并且该空气流每次都通过热交换插入件20，如图3所示。
在图1至4的示例中，管12束包括管子12的两排管子R1和R2。但是，管12束可以包括排数更多的管子12。图5举例说明一实施例，其中管12束包括具有八个管排R1到R8的管子12。在这种配置中，储热容器22的相反的第一壁26和第二壁28，每一个都交替地包括相应的管子接触面30、36和相应的插入件接触面32、34。
现参见图6和图7。图6是类似于图4的视图并表示一变化例。在该模式下，储热容器22装有内部插入件46。有利地，内部插入件46以金属带的形式实现，所述金属带呈现弯折部或波浪形部48，在这里是锯齿形弯折部。内部插入件46的存在允许改善储热材料F2和管子12之间的热交换，其中载热流体F1在管子12中循环，而热交换插入件20被外部流体流过，所述外部流体在这里是空气流F3。
图7表示内部插入件46的透视图。内部插入件46包括在每个波浪形部48中实现的连通孔50。连通孔50在内部插入件46的高度上分布成一排或多排。内部插入件46在储热容器22中形成空穴，连通孔50允许在由内部插入件46在储热容器22中形成的空穴之间建立联系，并允许通过储热材料F2最优地填装这些空穴。另外，内部插入件46可以保证储热容器22的内部增强。
按照图8的实施例，配备填装管道60，以便与储热容器22连通，以填装储热材料F2。填装管道60，例如截面呈圆形或其他形状，位于储热容器22的上部并平行于热交换装置10的集管箱52或54，在这里是集管箱52。填装管道60在管束12外部延伸并与储热容器22的端部区域62连通，所述端部区域62相对于管12束侧向地凸出。
图9表示储热容器22的填装管道60的一个替代布置方案。按照这个实施方案，在管12束内部，填装管道60在两个相继的管排之间延伸并与储热容器22的中间区域64连通。图8和9的填装管道60是热交换装置10的集管箱52或54中的被添加的工件或被集成的工件。
现参照图10至14。图10表示的储热容器22，通过两个成型金属板66和68装配而成，所述金属板的周边通过各自的接触面70和72结合在一起。这些成型金属板66和68最好是冲制板，但是它们同样可以用其他方法实现，例如，通过模铸实现。
成型金属板66限定两个内部空穴74和76，在图11上可见。定位为与热交换插入件20接触的内部空穴74比定位为与管子12接触的内部空穴76更大。同样地，成型板68包括两个内部空穴78和80，定位为与热交换插入件20接触的内部空穴78比定位为与另一管子12接触的内部空穴80更大。
在图10至14的示例中，按照一个特定的实施例，内部空穴74和76具有不同的深度，内部空穴78和80同样如此，而各接触面70和72共面。
图12、13和14是沿着图11的XII-XII线、XIII-XIII线和XIV-XIV线表现空穴结构的剖面详图。
图15类似于图10，表现一个变化例，其中每一个成型板66和68只包括单一空穴，就是说，分别是定位为与热交换插入件20接触的空穴74和空穴78，两个成型板66和68各自的接触面70和72共面。
图16表示另一变化例，其中成型板66和68具有单一空穴，分别为定位为与热交换插入件20接触的空穴74和空穴78，如同图15所示一样，其中接触面70和72分别沿两个平行的平面延伸，这两个平面之间用斜平面连接。
空穴的形状每次都根据管子位于储热容器22两侧的相对位置修正。
图10、15和16表示储存材料的储热容器22的三种配置。每种配置表示三种不同宽度的容器-管子组中的一种容器-管子组。根据装配件的宽度，每个储热容器22的容积在一定程度上是重要的。对于一个给定高度、宽度和深度的热交换装置10，储热容器22的总容积取决于插入件的宽度和管子-容器装配件的宽度。
图10表示一种配置，其中在管排的方向上管子12之间的距离，大于储热材料F2的储热容器22的接触面70和72的厚度，所述储热容器22由成型板66和68构成。储热容器22的每个成型板66和68分别包括两个不同深度的空穴74、76和78、80。储热容器22的成型板66、68各自的接触面70、72是平的。
图15表示限制的配置，其中在管排的方向上两个管子12之间的距离等于储热材料F2的储热容器22的接触面70和72的厚度，所述储热容器22由成型板66和68构成。储热容器22的每个成型板66和68分别形成单一空穴74和78。储热容器22的成型板66、68各自的接触面70、72是平的。
图16表示一种配置，其中在管排的方向上管子12之间的距离不允许有储热容器22的成型板66或68的平的接触面。构成储热容器22的成型板66或68被弯折以保证部分地与两个管子12对准，接着在储热容器22的每一个成型板66和68上形成空穴74或78，所述空穴例如是冲制而成。
图17表示在两个热交换插入件20之间的容器-管子组，并示意地示出这些插入件。图18用分解透视图表示同一容器-管子组。
类似于图8，构成储热容器22的每一个成型板66和68，包括侧向地超过管12束的端部62并包括孔82，用以使填装管道60通过，所述填装管道60与前面所描述的类似。
正如特别是在图19上看到的，成型板66和68具有一些内部凸台84。内部凸台84提供了增强功能。在该实施例中，内部凸台84大体呈截锥形，具有平坦底部86。在该实施例中，每一个成型板66和68包括六对凸台。每一个成型板66和68的凸台84通过各自的底部86两两接触，这种接触可以通过钎焊装配。这允许加强储热容器22的结构。
图20是在凸台84外面通过的剖面图并对应于图10至14的实施方式。
图21是通过面对面的凸台84的剖面图。可以看到凸台84各自的平坦底部86相互接触。
图22是在端部区域62位置处截取的剖面图。可以看到，两个空穴82用来接收填装管道60。
本发明热交换装置10的不同部件(管子、插入件、容器、集管箱、盖、装填管道、...)最好用铝或铝基合金实现并通过单一的钎焊操作装配。
如上所述，用于热交换装置10的管子12可以是标准管子，特别是耐压管。
在上述实施方式中，管子12是挤压的多沟道管子，它可以抵抗高压，一般约300巴，诸如使用CO2作为致冷流体时遇见的压力。
本发明特别适用于空气调节蒸发器，其中载热流体是致冷流体而储热材料是冷量储存材料。
作为冷量储存材料，推荐利用具有相变化的流体，其熔化温度是0℃至15℃，优选4℃至8℃。作为示例可以列举石蜡族材料、水合盐和低共熔化合物。本发明同样可以应用于储热材料是热量储存材料的情况。
本发明特定适用于汽车的热交换器。
很显然，本发明不限于上述只作为示例提供的实施方式。它包含本领域技术人员在本发明的范围内能够设想的不同的变化、替代形式和其他方案，特别是上述不同的实施方式的所有结合。

Claims (19)

1.一种热交换装置，包括用于循环载热流体((F1)的至少两个管子(12)、热交换插入件(20)和储热材料(F2)的储热容器(22)，该管子(12)和该储热容器(22)构成容器-管子组(24)，
其特征在于，管子(12)设置为至少两个管排(R1，R2，...)并具有两个相反的主面(16；18)，所述主面垂直于管排(R1，R2，...)的延伸方向延伸，并分别构成插入件接触面和容器接触面，
其特征还在于，该储热容器(22)横向于管排(R1，R2，...)延伸，并与每个管排(R1，R2，...)的一个管子(12)接触，与管子(12)的接触交替地在储热容器(22)的第一壁(26)上和在储热容器(22)的第二壁(28)上进行，所述第二壁(28)与第一壁(26)相反。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于，管子(12)通过一个管排(R1，R2，...)对另一个管排两两错开。
3.按照权利要求1或2的装置，其特征在于，储热容器(22)的第一和第二壁(26，28)分别具有至少一个管子接触面(30，36)和至少一个插入件接触面(32，34)。
4.按照权利要求3的装置，其特征在于，储热容器(22)的同一壁(26；28)的管子接触面(30；36)和插入件接触面(32；34)相互地错开一距离(e)，该距离对应于限定在两个主面(16，18)之间的管子(12)厚度。
5.按照权利要求1至4中的一项的装置，其特征在于，容器-管子组(24)交替地借助于管子(12)中的一个管子的主面(16，18)和储热容器(22)的第一壁(26)或第二壁(28)与两个插入件(20)接触。
6.按照权利要求1至5中的一项的装置，其特征在于，储热容器(22)装有内部插入件(46)，该内部插入件以金属带的形式实现，所述金属带具有弯折部或者波浪形部(48)。
7.按照权利要求6的装置，其特征在于，连通孔(50)被安排使其穿过内部插入件(46)的弯折部或者波浪形部(48)，以便于填装储热材料(F2)。
8.按照权利要求1至7中的一项的装置，其特征在于，它包括填装管道(60)，该填装管道与储热容器(22)连通，以便保证填装储热材料(F2)。
9.按照权利要求8的装置，其特征在于，填装管道(60)在管(12)束外部延伸，与储热器(22)容器的端部区域(62)连通。
10.按照权利要求8的装置，其特征在于，填装管道(60)在管(12)束内部在相继的两个管(12)排之间延伸并与储热容器(22)的中间区域(64)连通。
11.按照权利要求1至10中的一项的装置，其特征在于，储热容器(22)是由两个成型金属板(66，68)装配而成，所述成型金属板(66，68)在其周边处通过接触面(70，72)结合。
12.按照权利要求11的装置，其特征在于，每个金属板(66；68)限定深度不同的两个空穴(74，76；78，80)。
13.按照权利要求11的装置，其特征在于，每个金属板(66；68)限定单一的空穴(74；78)。
14.按照权利要求11至13中的一项的装置，其特征在于，该金属板(66；68)具有增强性的内部凸台(84)。
15.按照权利要求11至14中的一项的装置，其特征在于，接触面(70，72)是共面的。
16.按照权利要求11至14中的一项的装置，其特征在于，接触面(70，72)在两个平行的平面上延伸，这两个平面之间用斜平面连接。
17.按照权利要求1至16中的一项的装置，其特征在于，热交换装置(10)包括两个集管箱(52，54)，与管束的管子(12)的端部连通。
18.按照权利要求1至17中的一项的装置，其特征在于，管束的管子(12)是挤出的多沟道(14)管子。
19.按照上述权利要求中的一项的装置，其特征在于，热交换装置(10)是蒸发器，其特征还在于，载热流体(F1)是致冷流体，而储热材料(F2)是冷量储存材料。
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