CN103712508A

CN103712508A - 热交换器

Info

Publication number: CN103712508A
Application number: CN201310450955.2A
Authority: CN
Inventors: 卡罗琳·施密德; 米夏埃尔·莫泽; 尼克劳斯·道比特泽; 霍尔格·施罗特; 海科·内夫; 道米尼奎·莱布; 安东·基尔里格; 托马斯·希伦
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-09-27
Also published as: CN103712508B; DE102012217870A1; US20140090812A1

Abstract

一种热交换器（1），该热交换器具有第一集流箱（2，3，20）和第二集流箱（3，2，20），两个集流箱（2，3，20）之间设置有至少一个管道（6，21），其中，两个集流箱（3，2，20）上分别设置或者在两个集流箱（3，2，20）中的一个集流箱上同时设置有液体入口（4）和液体出口（5），其中，该管道（6，21）的两个末端分别容纳于两个集流箱（2，3，20）的开口（7，23）中，且该管道与集流箱（2，3，20）流体连通，其特征在于，该开口（7，23）被开口边缘（28）环绕，该开口边缘的轮廓对应于管道（6，21）的外轮廓，且该开口的开口截面朝向集流箱（2，3，20）的内部逐渐变细，在周向预紧力作用之下的管道（6，21）被插入开口（7，23）中。

Description

热交换器

技术领域

一种热交换器，具有第一和第二集流箱，两个集流箱之间设置有至少一个管道，其中，两个集流箱上分别设置或者在两个集流箱中的一个集流箱上同时设置有液体入口和液体出口，其中，该管道的两个末端分别容纳于两个集流箱的开口中，且该管道与集流箱流体连通。

背景技术

在电动车中，储能器被用来驱动电机。通常，基于锂离子的蓄电池或镍-混合金属蓄电池常被用来作为储能器。可替换地，也可使用高性能电容器，即所谓的超级电容来替代。

所有上述提及的储能器在工作期间，特别是在储能器快速充放电时，会强烈地放热。

但是，约50℃以及更高的温度就会损坏储能器且显著减少其寿命。同样，太低的温度也会持续地损坏储能器。

为了保持储能器的功率，必须主动调节其温度。迄今为止，需要进行冷却的情况是非常常见的。例如通过引进由液体流过的热交换器可以实现冷却。在现有技术的解决方案中，热交换器通常为液体流过的元件，其在两个平面的盖板之间具有一个或多个液体通道，液体通过该液体通道流动。

有利地，储能器的所有单元保持在相同的温度水平。同样，还应当避免单元内的过大的温度梯级。

热交换器的板可以在需要冷却时由冷液体流过，也可以为了加热而让温热的液体流过热交换器。

为了达到尽可能高的能量效率，特别地在电动车中，具有尽可能优化的重量是非常有利的。

现有技术给出了使用由金属材料构造热交换器的方案。例如在实用新型DE202012102349U1中公开了这样的方案。

现有技术的方案的缺点在于热交换器通常整体由铝制成。该热交换器明显重于由塑料或由铝和塑料的混合体制成的热交换器。此外，整体由铝制成的热交换器的安装成本更高。

发明内容

本发明的主题是提供一种热交换器，该热交换器具有优化重量的构造且制造简单和低成本。

本发明的一个典型实施例涉及一种热交换器，该热交换器具有第一集流箱和第二集流箱，两个集流箱之间设置有至少一个管道，两个集流箱上分别设置或者在两个集流箱中的一个集流箱上同时设置有液体入口和液体出口，其中，该管道的两个末端分别容纳于两个集流箱的开口中，且该管道与集流箱流体连通，其中，该开口被开口边缘环绕，该开口边缘的轮廓对应于管道的外轮廓，且该开口的开口截面朝向集流箱的内部逐渐变细，在周向预紧力作用之下的管道被插入开口中。

在一个典型实施例中，根据本发明的热交换器用于调节储能器的温度。

液体能够流过热交换器，根据液体相对于周围环境的温度，可以通过该液体来进行冷却或加热。为此，管道必须液密地与集流箱连接。由于开口的开口截面小于管道宽度，管道和集流箱之间可以产生压力配合，管道借此液密地固定到集流箱中。

在本发明的一个有利的实施例中，管道可以是扁平管道。

同样优选地，开口的内轮廓可由于插入管道而变形。

通过该由于插入管道而产生的变形，施加力到管道上的力将管道固定在集流箱中。所述力由集流箱材料的受迫变形而产生。经受变形的材料越多，或由插入而变形的材料的量越大，则作用在管道上的力越大。

具有可插入的通过受压而固定在集流箱上的管道的热交换器能够特别简单地制造。此外，与常规热交换器相比，后续处理步骤的数量显著下降。

在本发明的另一个实施例中，在安装状态下，管道和开口边缘之间构成可从集流箱外部进入的槽。

在管道和集流箱的开口边缘之间形成的槽用于容纳例如胶粘剂。产生的槽向外远离集流箱开口敞开，因此，胶粘剂可以由此置入槽中。槽围绕着管道的整个周向环绕。

以此方式，除了通过压力配合固定之外，该管道还可以通过胶粘剂固定在集流箱中的既定位置内。该胶粘剂与流过热交换器的液体隔离。这是特别有利的，因为该胶粘剂就不必提供为能够抵抗液体的任何腐蚀。

本发明优选实施例的特征在于，管道和集流箱可彼此胶粘和/或焊接和/或压接和/或注塑包封。

由于管道必须通过使用一定的插入力来插入到集流箱的开口中，因此，管道在集流箱中通过压力配合而固定。此外，管道同样能够在集流箱中焊接或者与其胶粘。例如根据双方的材料配对来选择连接剂。

此外合适地，集流箱中的至少一个实施为由多个部分构造而成，且具有可通过盖体密封的箱体开口，且具有包括用于容纳管道的至少一个开口的管道底部，其中箱体开口相对管道底部设置。

相比于具有复杂形状的一体形成的集流箱，由多个部分构造而成的集流箱能够在使用注塑成型工艺时制造时明显更为简单。

在特别合适的实施例中，热交换器具有多个彼此平行且间隔开延伸的管道。通过多个管道，能够显著增大表面面积，热交换器的热量可通过该表面传递。此外，流通可以通过多个管道来实现，其中，液体通过管道的一部分从第一集流箱流到第二集流箱，且在第二集流箱中这样回转，使其通过管道的其他部分重新回流到第一集流箱。这样的流通使得液体在热交换器内与热交换表面接触的时间更长。

此外有利地，管道位于同一平面上和/或在多个平面中交错设置。

例如，相邻的管道可以彼此平行地位于一个平面中，使得管道的沿着流通方向延伸的中心轴位于同一平面上。可替换地，应该理解，管道的一部分的中心轴位于同一平面上而其他部分的中心轴位于另一平面上。有利地，所有的管道彼此平行，而不管它们所属哪个平面。

在一个优选实施例中，管道有利地通过平面的板彼此连接。

在本文中，彼此连接意味着既彼此机械连接，又彼此导热连接。

通过同一平面上的管道结构，各管道可以特别简单地通过平面的板连接，例如通过具有良好导热性能的板（例如铝制成的板）连接。这显著地增大了传递热量的表面面积。

同样地，在不同平面中的管道可以通过相应的平面的板来彼此连接，从而增大热传递面积。

另一个优选实施例的特征在于，液体入口和液体出口设置在同一集流箱中，其中该集流箱具有分隔壁，其将集流箱的内部体积划分为两个室，且液体入口与一个室流体连通而液体出口与另一个室流体连通。

通过液体入口和液体出口仅位于一个集流箱的结构且此外通过分隔壁将集流箱内部体积分为两个室的结构，热交换器以下述方式流通。液体通过液体入口流入第一集流箱的第一室且从那通过管道的一部分流到第二集流箱中。第二集流箱不具有分隔壁且用于使液体回转到管道的其他部分。液体通过其他部分返回到第一集流箱的第二室且通过液体出口从热交换器中流出。

在从属权利要求和以下的附图描述中描述本发明有利的改进方案。

附图说明

以下参考附图根据实施例详细描述本发明。其中：

图1是根据本发明的热交换器的透视图，该集流箱具有两个彼此相对的集流箱以及其间的多个扁平管道，这些扁平管道的两个末端分别容纳于两个集流箱中的一个集流箱中，

图2是集流箱的详细视图，该集流箱具有液体入口和液体出口，其中，集流箱实施为由多个部分构造而成且示出该集流箱的各个单独的组件，以及

图3是在两个集流箱中的一个集流箱的开口的详细视图，扁平管道分别插入到这两个集流箱的开口中。

具体实施方式

图1示出了热交换器1的透视图。热交换器1实质上包括多个扁平管道6以及两个集流箱2，3，这两个集流箱2，3分别具有多个开口7，多个扁平管道6插入到该开口中。扁平管道6与集流箱2，3流体连通。

图1中示出的集流箱3进一步包括液体入口4和液体出口5。热交换器1通过液体入口4和液体出口5与液体循环流体连通。

在图1中示出的热交换器1具有U-形流通规则。液体通过液体入口4进入集流箱3中，流过扁平管道6的一部分且进入集流箱2中。流体在集流箱2的整个宽度上进行分配且通过其余的扁平管道6返回到集流箱3，然后通过液体出口5从热交换器1中流出。为了实现这种流通规则，集流箱3在其内部具有在图1中未示出的分隔壁，该分隔壁将集流箱3分成左室和右室。此结构的更多细节可参考其他附图。

图1中示出的扁平管道6实质上具有两个彼此相对的主表面。在图1中，该两个主表面是向上的表面和向下的表面。扁平管道6的这两个主表面分别通过窄表面互相连接。可选地，扁平管道6也可设置为常规的具有圆形或矩形截面的管道。

此外，扁平管道6的数量还可以变化。U-形流通的热交换器1设置有至少两个扁平管道6，从而在集流箱3和2之间形成去流，且在集流箱2和3之间形成回流。在I-形流通的热交换器1中，一个集流箱2，3上具有液体入口，而另一个集流箱3，2上具有液体出口。在这种情况下，单个扁平管道就足够了。

热交换器1的扁平管道6均设置在同一平面上。即，热交换器1的扁平管道的向上的主表面与相邻的扁平管道6的向上的主表面位于同一平面上，借此，在相同的扁平管道6中，扁平管道6的向下的主表面也位于同一平面上。在可选的实施例中，也可将扁平管道设置在不同平面上。

热交换器1的位于一个平面上的扁平管道6具有板8，其设置在扁平管道6上且使相邻的扁平管道6彼此连接。板8实质上用于提供平面的封闭接触面，从而能够使被冷却或被加热的组件更好地连接到热交换器1。

各扁平管道6越宽，且各扁平管道6之间的间隔越小，对这样的板8的需求就越少。为了尽可能不阻碍热传递，板8尽可能由具有良好导热的材料，例如由铝或铝合金制成。同样有利地，板8尽可能与扁平管道6胶粘连接，从而不用在扁平管道6和板8之间生成不必要的构成为绝缘层的气垫。

集流器2，3可以由具有良好导热性能的材料制成，例如金属材料，或由塑料或纤维强化的塑料制成。

扁平管道6有利地由导热良好的材料，例如铝制成。但扁平导管6的实施并不限于该材料。可替换地，扁平导管的实施也可以由塑料制成。

液体入口4和液体出口5设置于集流箱3上，该液体入口和液体出口远离集流箱3向上延伸。该图示仅仅为液体入口4和液体出口5的示例性的图示，被视为不以任何方式作为限制。液体入口或液体出口4，5的结构还可设置在集流箱3的另一个侧面上。液体入口或液体出口的结构还可设置在相对的集流箱2上，或者液体入口设置在两个集流箱中的一个集流箱上，而液体出口设置在两个集流箱中的另一个集流箱上。

通过液体入口或液体出口这种结构，热交换器可具有多次回转流通的I-形流通，在这种情况下，集流箱内设置有多个分隔壁。

图2示出已经在图1中示出的热交换器1的集流箱3的详细视图。特别清楚地看出，集流箱3由多个部分构造而成，且由主体14组成，该主体14由盖体10在侧面封闭。主体14既包括液体入口4又包括液体出口5。主体14的内部体积15由分隔壁13划分成两个室11，12。室11在图2示出的实施例中与液体入口4流体连通。第二室12与液体出口5流体连通。

主体14实质上由五面封闭、一面开放的箱体构成。可通过盖体10封闭的开放侧与具有开口7的一侧相对，扁平管道6插入开口中。

由多个部分构造而成的集流箱3在此是特别有利的，因为通过例如注塑成型工艺来制造单独的组件是非常容易地。主体14和盖体10可以通过焊接工艺进行连接。因为理想情况下的主体14和盖体10由相同的材料制成，因此使用焊接工艺是特别有利的。

在可替换的实施例中，正如对图1的说明中所指出的那样，应该理解该集流箱可被划分为多于两个室。通过将集流箱划分为多于两个室，可实现液体在热交换器1内多次回转。这将导致液体在热交换器内流过更长的整体流动路径。这对于促进热交换是特别有利的。

图1和图2中示出的板8用于提供封闭的平面接触面，从而用于将被冷却或被加热的组件连接到热交换器1。板8的另一个优点在于：在安装过程之前，该板8可例如设置有电绝缘层或薄膜，从而防止被冷却或被加热的组件与热交换器1之间出现短路。

在安装过程之前实现的板8的涂层显著地简化了热交换器1的安装且因此有助于制造过程的成本降低。

图1和2中示出的热交换器1的一个特别的优点在于：通过相应地改变扁平管道6的长度，热交换器1的整体结构长度可相应地随之改变。因此确保能够通过热交换器的基础设计来冷却或加热不同大小的组件，而不会改变热交换器1的基础结构。

图3示出了扁平管道21和集流箱20之间的连接位置的详细视图。在图3中示出的扁平管道21在其内部被划分成多个室22。扁平管道21同样包括两个实质上彼此相对的主表面，它们在侧面上通过两个窄表面彼此连接。扁平管道21的两个主表面平行于集流箱20的顶部和底部。

集流箱20对于每个扁平管道21分别包括开口23。该开口23包括锥形延伸的开口边缘28。开口23的开口截面从集流箱20的外边缘27到集流箱20的内部体积26逐渐变细。开口23的尺寸这样确定，使开口23的开口截面的净宽度小于管道21的外轮廓的宽度。

这使得扁平管道21被用力插入集流箱20的开口23中。由于开口23的开口截面小于扁平管道21的截面，因此该集流箱20在插入开口23中时发生变形。通过这样的变形产生作用在扁平管道21的外表面上且将其固定到集流箱20的开口23中的力。

在图3中通过附图标记25示出两个区域，这两个区域均由于扁平管道21的插入而变形。通过附图标记25示出的区域构成开口23的最小开口截面的位置。其同时示出开口23的净宽度。其由于扁平管道21而变形和移动。

该变形区域25，如在图3中示出位于扁平管道21的顶部以及底部，理想地围绕开口23的整个周边延伸，从而在扁平管道21和集流箱之间产生整体液密连接。

通过开口边缘28的锥形构造，在扁平管道21和集流箱20之间产生槽29，其在图3中呈现为三角形的基本形状。该槽29从集流箱向外开放。

围绕整个扁平管道21产生的槽29例如用于容纳胶粘剂24。除了通过压接的方式，扁平管道21还能够通过开口23中的胶粘剂24而固定到集流箱20。特别有利地，胶粘剂24有效地隔离，并不与扁平管道21和集流箱20内流动的液体接触。以此方式，胶粘剂24不需要将其设置成能够抵抗液体可能的腐蚀作用或抵抗液体对胶粘剂24的其他的有害影响。

Claims

1.一种热交换器（1），该热交换器具有第一集流箱（2，3，20）和第二集流箱（3，2，20），两个集流箱（2，3，20）之间设置有至少一个管道（6，21），两个集流箱（3，2，20）上分别设置或者在两个集流箱（3，2，20）中的一个集流箱上同时设置有液体入口（4）和液体出口（5），其中，该管道（6，21）的两个末端分别容纳于两个集流箱（2，3，20）的开口（7，23）中，且该管道与集流箱（2，3，20）流体连通，其特征在于，该开口（7，23）被开口边缘（28）环绕，该开口边缘的轮廓对应于管道（6，21）的外轮廓，且该开口的开口截面朝向集流箱（2，3，20）的内部逐渐变细，在周向预紧力作用之下的管道（6，21）被插入开口（7，23）中。

2.根据权利要求1所述的热交换器（1），其特征在于，该管道为扁平管道。

3.根据前述任一项权利要求所述的热交换器（1），其特征在于，该开口（7，23）的内部轮廓由于插入管道（6，21）而变形。

4.根据前述任一项权利要求所述的热交换器（1），其特征在于，在安装状态下，在管道（6，21）和开口边缘（28）之间形成槽（29），该槽易于从集流箱（2，3，20）外部进入。

5.根据前述任一项权利要求所述的热交换器（1），其特征在于，管道（6，21）和集流箱（2，3，20）彼此胶粘和/或焊接和/或压接和/或注塑包封。

6.根据前述任一项权利要求所述的热交换器（1），其特征在于，集流箱（3，20）中的至少一个由多个部分构造而成，且具有可通过盖体（10）密封的箱体开口，且具有包括用于容纳管道（6，21）的至少一个开口的管道底部，其中箱体开口相对于管道底部设置。

7.根据前述任一项权利要求所述的热交换器（1），其特征在于，热交换器（1）具有多个彼此平行的间隔开延伸的管道（6，21）。

8.根据权利要求7所述的热交换器（1），其特征在于，管道（6，21）位于同一平面和/或彼此交错地位于多个平面。

9.根据权利要求7或8所述的热交换器（1），其特征在于，管道（6，21）上设置有平面的板（8），管道通过该板彼此连接。

10.根据前述任一项权利要求所述的热交换器（1），其特征在于，液体入口（4）和液体出口（5）设置在同一集流箱（3）中，其中该集流箱（3）具有分隔壁（13），其将集流箱（3）的内部体积（15）划分为两个室（11，12），且液体入口（4）与一个室（11）流体连通而液体出口（5）与另一个室（12）流体连通。