CN103712482B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的热交换器，特别是冷却剂冷却器，所述热交换器具有由相互平行设置的管和设置在这些管之间的翅片构成的组件，所述管形成多个第一流动通道，第一流动通道能够被第一流体流过，在所述管之间的区域形成多个第二流动通道，通过第二流动通道，所述管能够被第二流体绕流；所述热交换器还具有第一集流箱和第二集流箱，第一集流箱上设有第一流体入口，第二集流箱上设有第一流体出口，所述第一流动通道通过第一流体入口、第一流体出口及集流箱与第一冷却回路处于流体连通，其中，所述第一集流箱或者第二集流箱具有第二流体入口和第二流体出口，所述第二流体入口、相应的集流箱和所述第二流体出口与第二冷却回路处于流体连通。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的热交换器，特别是冷却剂冷却器，该热交换器具有由相互平行设置的管和设置在这些管之间的翅片构成的组件，其中，这些管形成多个第一流动通道，这些第一流动通道能被第一流体流过，其中，在这些管之间的区域形成多个第二流动通道，通过这些第二流动通道，这些管能被第二流体绕流；该热交换器还具有第一集流箱和第二集流箱，在第一集流箱上设有第一流体入口，在第二集流箱上设有第一流体出口，其中，这些第一流动通道通过第一流体入口、第一流体出口以及这些集流箱与第一冷却回路处于流体连通。
背景技术
冷却剂在机动车辆的发动机冷却回路中循环，该冷却剂对集成在回路中的元件进行冷却并且因此使它们保持在对于它们的工作来说尽可能最优的温度范围中。
为了确保在低的发动机温度下将发动机快速地加热至最优的工作温度，冷却剂回路常常具有恒温器，该恒温器根据冷却剂的温度进行操作。通过该恒温器，冷却剂回路的部件可以被打开或关闭。
一些元件，比如废热回收冷凝器（利用废热的冷凝器），对于最优的工作来说需要尽可能低的温度水平。因此，这些元件有利地持久地被冷却剂冷却。
然而，存在这样的工作状态，在这些工作状态下，恒温器影响冷却剂回路以使得经过主冷却剂冷却器的冷却剂流被大大地减小或者完全阻止。然后，不再或者至少不是以足够的程度对常常紧挨在主冷却剂冷却器之后集成在冷却剂回路中的需要冷却的元件提供通流。
在现有技术中公开了这样的解决方案，根据这些解决方案例如集成有附加的冷却剂冷却器，该冷却剂冷却器与主冷却剂冷却器独立地被通流。为此，已有的冷却剂回路通过管道和附加的冷却剂冷却器得到扩展。附加的元件会产生成本并且需要附加的结构空间。
还已知这样的解决方案，在这些解决方案中，冷却剂通过旁路从主冷却剂冷却器的入口分流，并且在流过待冷却元件之后被重新供给到冷却剂回路。在这里，没有利用主冷却剂冷却器的冷却作用，因为冷却剂被引导在主冷却剂冷却器旁边经过。为了能够根据情况操纵旁路，需要附加的阀和/或恒温器。这些附加的元件同样会产生附加成本和附加的结构空间需求。
在根据现有技术的解决方案中的缺点是，需要通过冷却剂不断地冷却的各个元件要么没有充分地用冷却剂冷却，要么这些元件的冷却只能通过附加的冷却剂冷却器和/或旁通支路来实现。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种热交换器，该热交换器提供了特别是在经过主冷却剂冷却器的冷却剂流被大大减小或者阻止的情况下通过冷却剂对在冷却剂回路中的元件进行冷却的一种简单且成本低廉的可能方案。此外，本发明的目的在于提供这种热交换器在机动车辆中的一种布置结构。
本发明的目的通过一种具有权利要求1的特征的热交换器得以解决。
本发明的实施例涉及一种用于机动车辆的热交换器，特别是冷却剂冷却器，该热交换器具有由相互平行设置的管和设置在这些管之间的翅片构成的组件，其中，这些管形成多个第一流动通道，这些第一流动通道能够被第一流体流过，其中，在管之间的区域形成多个第二流动通道，通过这些第二流动通道，这些管能够被第二流体绕流；该热交换器还具有第一集流箱和第二集流箱，在第一集流箱上设有第一流体入口，在第二集流箱上设有第一流体出口，其中，第一流动通道通过第一流体入口、第一流体出口以及集流箱与第一冷却回路处于流体连通，其中，第一集流箱或者第二集流箱具有第二流体入口和第二流体出口，其中，第二流体入口、相应的集流箱以及第二流体出口与第二冷却回路处于流体连通。
热交换器在这里流入可以是被垂直通流的热交换器或者被水平通流的热交换器。通过第一流体入口和第一流体出口，热交换器与第一冷却回路处于流体连通。该第一冷却回路在这里例如可以表示车辆的主冷却回路，该主冷却回路通常延伸穿过内燃机。第一流体流经该第一冷却回路。
通过第二流体入口和第二流体出口，热交换器与第二冷却回路处于流体连通。第二冷却回路用于对诸如废热回收冷凝器之类的元件进行冷却。第二冷却回路在这里是从热交换器中分岔出并且在流过第二冷却回路之后被重新供给到热交换器。
第一流动通道有利地由扁平管构成。扁平管主要包括两个对置的大的平坦侧面，这两个侧面通过两个窄面相互连接。因此，流动通道的平面是指与扁平管的大的平坦侧面平行地延伸的平面。
在这里，热交换器的组件在一种优选的实施例中包括多个相互平行设置的扁平管，这些扁平管形成第一流动通道。在这些扁平管之间形成第二流动通道。在这里，在该第二流动通道中有利地设有翅片，这些翅片可以促进热传递。
热交换器具有由扁平管和设在其之间的翅片构成的组件的结构是一种管-翅片式热交换器的结构。这是特别有利的，因为大量的常用热交换器以这种结构方式进行构造。这些热交换器因此是成本低廉的并且是可以以各种尺寸买到的。
此外还有利的是，第二集流箱具有第二流体入口和第二流体出口。
通过将第二流体入口和第二流体出口设置在第二集流箱上可以实现，被分流到第二冷却回路中的流体从热交换器的流体温度最低的区域中分流。因此，实现了对在第二冷却回路中的元件进行可能的最大程度的冷却。
在另一种有利的实施方式中可以规定，第一流体入口设置在第一集流箱的两个端部区域之一上并且第一流体出口设置在第二集流箱的中间区域中。
通过将第一流体入口设置在一个集流箱的边缘区域上以及将第一流体出口设置在另一个集流箱的中间区域中，可实现使在热交换器内的流体分布均匀。这提高了热交换器的效率。
此外适宜的是，第二流体出口和第二流体入口设置在第二集流箱的与第一流体出口相同的一侧上和/或设置在相对侧上。
通过将第二流体入口和第二流体出口设置在第一流体出口的相同侧上，可改善第二冷却回路的通流，因为在热交换器内所需的通过第二冷却回路的流体循环比在第二流体入口和第二流体出口之间的距离较大的情况下更少。
当需要较大的冷却作用时，将第二流体入口和第二流体出口设置在不同侧会是有利的。通过第二流体入口和第二流体出口之间的较大距离，较大量的流体可以在热交换器内循环。因此，可获得较大的冷却作用。
同样有利的是，第一流体入口、第一流体出口、第二流体出口及第二流体入口沿着与流动通道的平面垂直的方向设置。
流体入口和流体出口沿着与流动通道的平面垂直的方向设置是特别有利的，因为所有流体接口设置在热交换器的一个共同的外面上。这有利于热交换器的简单制造。
流动通道的平面是指由流动通道形成的平面。例如，流动通道的中轴线的共同平面。
本发明的一种特别优选的实施方式的特征可以是，热交换器具有用于减小和/或阻止从第二流体入口到第二流体出口的流体流的装置，该装置设置在第一或第二集流箱中。
通过减小在第二流体出口与第二流体入口之间的流体流，可以避免短路。如果流体在集流箱内直接从第二流体入口流到第二流体出口，而没有流经热交换器本身，那么就会产生这种短路。通过大大减小或者完全阻止该流体流，可以在热交换器中实现较大的流体冷却作用，这导致对待冷却元件进行较强的冷却。
同样可以有利的是，具有第一流体出口的集流箱具有用于增加压力损失的装置，该装置将集流箱划分成沿与流动通道的平面垂直的方向平放的左边区域和右边区域。
在具有第一流体出口的集流箱中的用于增加压力损失的装置同样可以有利于经过第二冷却回路的流体流。
作为用于增加压力损失的装置，例如可以考虑隔壁。该隔壁与流动通道的平面平行地延伸穿过整个集流箱，或者仅仅是穿过集流箱的一部分。在极端情况下，该隔壁位于第一流体出口的开口的投影区域中，该隔壁也可以通过第一流体出口伸出并且甚至继续延伸至冷却剂管道中。
隔壁或者说用于增加压力损失的装置在这里有利地但不是强制性地设置在第二流体入口和第二流体出口之间。这进一步减小了在它们之间发生短路的可能性。
此外，可以有利的是，用于减小和/或阻止从第二流体入口到第二流体出口的流体流的装置设置在第一集流箱或者第二集流箱中。
根据一种优选实施例可以规定，通过设置在第一或第二集流箱中的用于减小和/或阻止从第二流体入口到第二流体出口的流体流的装置，在相应的集流箱中在第一流体出口与第二流体出口之间的压力损失可以根据第二流体入口与第二流体出口之间的压差或者根据在第二冷却回路中的流体温度进行改变。
同样有利的是，用于减小和/或阻止从第二流体入口到第二流体出口的流体流的装置设置在第二集流箱内部。
在这里，可以有利地规定，用于减小和/或阻止从第二流体入口到第二流体出口的流体流的装置是翻板或者阀或者隔壁。
同样优选的是，流体入口中的至少一个被设计成流体入口接头和/或流体出口中的至少一个被设计成流体出口接头。
将流体入口设计成流体入口接头和/或将流体出口设计成流体出口接头是特别有利的，因为流体管道可以与这些接头直接连接，这使在冷却回路中集成热交换器变得容易。
热交换器在机动车辆中的布置结构的目的通过一种具有权利要求9的特征的布置结构得以解决，根据该权利要求有利的是，热交换器设置在机动车辆中并且在第二冷却回路中集成有待冷却元件或者集成有待冷却元件和流体泵。
可行的是，用特有的流体泵来驱动第二冷却回路，但是也可以不带有特有的流体泵。特有的流体泵带来以下优点，可以主动地使流体在热交换器中循环。这在基于流体的不同温度在热交换器中产生的对流不充分的情况下是特别有利的。
通过流体泵可以增加在热交换器中的循环，由此也增大冷却作用。
然而，不带有附加的流体泵的第二冷却回路可以是有利的，因为成本由于不存在流体泵而较低并且需要较少的结构空间。
同样有利的是，在第二冷却回路中集成有用于调节和/或控制经过待冷却元件的流体流的恒温阀。
本发明的有利改进方案在从属权利要求和随后的附图描述中进行描述。
附图说明
下面借助于实施例参照附图对本发明进行说明。在附图中：
图1示出了热交换器的示意图，该热交换器在一个集流箱中具有示出的翻板和隔壁，以及具有第一和第二流体入口和第一和第二流体出口，
图2示出了图1的热交换器的示意图，其中，示出了一种替代通流方式，以及
图3示出了如图1和2的热交换器的示意图，其中，在第二冷却回路中设有附加的恒温阀。
具体实施方式
图1示出了热交换器1的示意图。热交换器1具有常规结构。
热交换器1主要包括由多个相互平行设置的扁平管16构成的组件2。在这些扁平管16之间设有翅片17，这些翅片改善热传递。扁平管16以它们的端部区域18容纳在集流箱3、4中并且与这些集流箱处于流体连通。
在这里，扁平管16形成第一流动通道14，这些第一流动通道可以被第一流体流过。第一流动通道14在这里被第二流体绕流，该第二流体可以流经第二流动通道15。
热交换器1集成在图1中未示出的冷却回路中。通过第一流体入口5向热交换器1供给第一流体，该第一流体流过热交换器1。流体还被冷却。第一流体入口5设置在上集流箱3中。在流体通过第一流体入口5流入之后，流体在集流箱3中分布在热交换器的整个宽度上。紧接着，流体沿着在图1中示出的组件2的扁平管16向下流向第二集流箱4。
集流箱4具有第一流体出口6。第一流体出口6定位在集流箱4中的中间位置上。沿着组件2从集流箱3流到集流箱4中的流体被引导到集流箱4的中间区域中并且通过第一流体出口6从热交换器1中流出。
构成热交换器1的主通流的第一冷却回路可以在某些工作情况下被控制，使得热交换器1不再主动地被通流。然后，在热交换器1内的流体基本上停留在热交换器内部或者以比正常工作更低的流动速度流经热交换器1。
热交换器1的第二集流箱4具有第二流体出口7和第二流体入口8。通过第二流体入口以及流体出口7、8，热交换器1与第二冷却回路13处于流体连通。
第二冷却回路13用于对元件9进行冷却。除了在图1中所示的只具有一个待冷却元件9的第二冷却回路13之外，具有多个待冷却元件9的冷却回路也是可设想的。
第二流体出口7设置在集流箱4的右半部中。第二流体入口8设置在集流箱4的左端部区域上。在第二流体出口7和第二流体入口8之间设有第一流体出口6。
对于热交换器1正常地被第一冷却回路通流的情况，位于热交换器1中的流体同样通过第二流体出口7流入第二冷却回路13中并且从那里通过第二流体入口8回流到热交换器1的集流箱4中。在图1中设置在待冷却元件9之后的流体泵10可以被驱动或者也可以在不起作用的条件下被通流。如果流体泵10被驱动，则该流体泵促进经过第二冷却回路13的流动并且此外还促进热交换器1的通流。
同样，在替代实施方式中，流体泵也可以设置在待冷却元件之前或者完全放弃流体泵的集成。
对于热交换器1通过第一冷却回路的通流被大大减小或者完全阻止（比如通过操纵恒温器）的情况，至少大部分流体停留在热交换器1内部。于是，流体在热交换器1内部的循环进而被冷却的流体在第二冷却回路13中的供给可以或者根据对流原理实现或者通过借助于流体泵10来实现。于是流体泵10独立地输送流体经过第二冷却回路13并且经过热交换器1的至少一部分。
基于在对元件9进行冷却之后通过第二流体入口8流入热交换器1中的温度较高的流体以及在来自第二冷却回路13的流体和在热交换器1中的其余流体之间存在的普遍温差，产生流体运动。该对流使来自第二冷却回路13的被加热的流体在热交换器1中上升并且同时与在热交换器1中温度较低的流体混合，由此产生对流体的冷却。
在如图1中所示的热交换器1的情况下，通过第二流体入口8流入热交换器1的下集流箱4中的流体通过一部分扁平管16上升流入上集流箱3中。在那里，流体分布在集流箱3的长度上并且通过另一部分扁平管16流入下集流箱4中。从那里，此时再次被冷却的流体通过第二流体出口7重新流入第二冷却回路13中。
以这种方式基于第二冷却回路13的通流产生热交换器1的通流。流体泵10还可以增强该通流。
由于基于对流产生的流动很小，使用附加的流体泵10是有利的。通过流体泵10，可以主动地影响第二冷却回路13的通流。
为了避免第二流体入口8和第二流体出口7之间的短路流，在集流箱4中设有翻板12。该翻板被构造成，它在关闭状态下阻止在集流箱4内在第二流体入口8与第二流体出口7之间的流动。翻板12因此是一种用于减小或者阻止在第二流体入口与第二流体出口8、7之间的流体流的装置。但是在打开状态下，翻板12不会或者仅是稍微妨碍在集流箱4内的流动。
另外，在图1的集流箱4中设有隔壁11，该隔壁沿着扁平管16的主延伸方向延伸穿过集流箱4。隔壁11将集流箱4划分成左边区域和右边区域。隔壁11是一种用于增加集流箱4内的压力损失的装置。
隔壁11用于增加集流箱4的左边部分和右边部分之间的压降。隔壁有利地被定位成，它设置在第二流体入口8和第二流体出口7之间。这是有利的，但不是强制性的。
对于隔壁11不是设置在第二流体入口8和第二流体出口7之间的情况，隔壁对短路流的产生没有影响。
对于隔壁11设置在第二流体入口8和第二流体出口7之间的情况，还可制止在第二流体入口8和第二流体出口7之间产生不被期望的短路流。特别是在热交换器1正常地被第一冷却回路通流的情况下，隔壁11制止短路流的产生。
在一种有利的实施方式中，隔壁11被定位成，它设置在集流箱4内位于流体出口6的开口面积的投影中。在这里，它可以被设计成，它伸进第一流体出口6中或者还可穿过第一流体出口6直至伸进冷却剂管道中。在替代实施方式中，隔壁也可以被设计成，它不是完全地穿过集流箱。
在替代实施方式中，第二流体入口和第二流体出口也可以设置在第一流体出口的一侧上。也可以在第一流体入口与第一流体出口之间安置翻板，以避免短路流的产生。
此外，同样可设想的是，第一流体出口和第二流体出口设置在不同的集流箱中。但是，第二流体出口7有利地设置在与第一流体出口6相同的集流箱4上。由此确保流入第二冷却回路13中的流体具有尽可能低的温度水平。通过第一流体出口6从热交换器1流出的流体通常完全经过在热交换器1的组件2中的冷却路线，并且因此具有与流入热交换器中的流体相比更低的温度水平。
通过具有尽可能低的温度水平的流体的分流，使用于待冷却元件9的冷却作用尽可能大。
在图2中示出了热交换器1的一种状态，在该状态下，通过关闭恒温器将通过第一冷却回路的通流阻止。翻板12被关闭，由此使得在第二集流箱4的左边部分与第二集流箱的右边部分之间不存在流体连通是可能的。从上部的第一集流箱3开始通过扁平管16向下流向第二集流箱4的流体流在第二集流箱4中被转向并且向上朝着第一集流箱3回流。这至少在分配给热交换器1的左边部分的扁平管16中进行。从热交换器1的左边部分转向至热交换器1的右边部分在这里可以沿着流动箭头22在第一集流箱3中进行。
在热交换器1的右边部分中从第一集流箱3沿着扁平管16向下流入第二集流箱4中的流体可以通过第二流体出口7流入第二冷却回路13中并且最后在流过元件9之后通过第二流体入口8流入第二集流箱4的左边部分中。
因此，在翻板12关闭且恒温器关闭的情况下，流体可以在经过热交换器1和第二冷却回路13的第一冷却回路中循环。该循环还可以通过打开流体泵10得到加强。通过打开流体泵10，可以提高在热交换器1的右边部分中的流动速度并且稍微降低在热交换器1的左边部分中的流动速度。
在第二冷却回路13中，设有用于废热利用的冷凝器作为待冷却元件9。通过打开流体泵10，可以增强热交换器1的通流。
图3示出了热交换器1的视图。该热交换器的结构与图1和2的热交换器1的结构相一致。
此外，在图3中在第二冷却回路13中设有恒温阀20，该恒温阀紧挨设置在第二流体出口7之后。根据恒温阀20的位置，从第二流体出口7流出的流体或者经过流体泵10流入元件9中或者通过旁路21直接流向第二流体入口8。以这种方式，可以通过对恒温器20的主动控制来影响在第二冷却回路13中的流体流。
恒温器20的控制在这里特别是与热交换器1内的流体温度以及对元件9和/或与第一冷却回路相连的元件的普遍冷却要求有关。
图1至3的各个特征可以任意地相互组合。附图不具有限制性并且用于说明发明构思。

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的热交换器(1)，所述热交换器具有由相互平行设置的管(16)和设置在这些管(16)之间的翅片(17)构成的组件(2)，其中，所述管(16)形成多个第一流动通道，所述第一流动通道能够被第一流体流过，其中，在所述管(16)之间的区域形成多个第二流动通道，通过所述第二流动通道，所述管(16)能够被第二流体绕流；所述热交换器还具有第一集流箱(3)和第二集流箱(4)，在所述第一集流箱上设有第一流体入口(5)，在所述第二集流箱上设有第一流体出口(6)，其中，所述第一流动通道通过所述第一流体入口(5)、所述第一流体出口(6)及所述集流箱(3、4)与第一冷却回路处于流体连通，其特征在于，所述第一集流箱(3)或者所述第二集流箱(4)具有第二流体入口(8)和第二流体出口(7)，其中，所述第二流体入口(8)、相应的集流箱(3、4)和所述第二流体出口(7)与第二冷却回路处于流体连通，所述第一流体通过所述第二流体出口(7)流入第二冷却回路中并且从那里通过第二流体入口(8)回流到相应的集流箱(3、4)。
2.如权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，所述第一流体入口(5)设置在所述第一集流箱(3)的两个端部区域之一上以及所述第一流体出口(6)设置在所述第二集流箱(4)的中间区域中。
3.如权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，所述第二流体出口(7)和所述第二流体入口(8)设置在所述第二集流箱(4)的与所述第一流体出口(6)相同的一侧上和/或设置在相对侧上。
4.如权利要求2或3所述的热交换器(1)，其特征在于，所述第一流体入口(5)、所述第一流体出口(6)、所述第二流体出口(7)以及所述第二流体入口(8)沿着与所述第一流动通道的平面垂直的方向设置。
5.如权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，所述热交换器(1)具有用于减小和/或阻止从所述第二流体入口(8)到所述第二流体出口(7)的流体流的装置，该装置设置在所述第一或者第二集流箱(3、4)中。
6.如权利要求5所述的热交换器(1)，其特征在于，所述用于减小和/或阻止从所述第二流体入口(8)到所述第二流体出口(7)的流体流的装置是翻板或者阀或者隔壁。
7.如权利要求5或6所述的热交换器(1)，其特征在于，通过设置在所述第一或第二集流箱中的所述用于减小和/或阻止从所述第二流体入口(8)到所述第二流体出口(7)的流体流的装置，在相应的集流箱(3、4)中的在所述第一流体出口(6)和所述第二流体出口(7)之间的压力损失是能够根据在所述第二流体入口(8)和所述第二流体出口(7)之间的压差或者根据在所述第二冷却回路中的流体温度进行改变的。
8.如权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，所述流体入口(5、8)中的至少一个被设计成流体入口接头和/或所述流体出口(6、7)中的至少一个被设计成流体出口接头。
9.如权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，所述热交换器(1)是冷却剂冷却器。
10.一种如权利要求1所述的热交换器(1)在机动车辆中的布置结构，其特征在于，在所述第二冷却回路中集成有待冷却元件(9)或者集成有待冷却元件(9)和流体泵(10)。
11.如权利要求10所述的热交换器在机动车辆中的布置结构，其特征在于，在所述第二冷却回路中集成有用于对经过所述待冷却元件(9)的流体流进行调节和/或控制的恒温阀。
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