CN103712510A

CN103712510A - 热交换器

Info

Publication number: CN103712510A
Application number: CN201310450951.4A
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 Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2014-04-09
Also published as: DE102012217868A1; US20140090813A1; US9677823B2

Abstract

本发明涉及一种具有壳体（9）、第一流体接口（6、7）和第二流体接口（7、6）的热交换器（1），其中，所述壳体（9）通过所述流体接口（6、7）与流体源处于流体连通，其中，所述壳体（9）能够被流体流过，其特征在于，所述壳体（9）被实施为多件式并且具有壳体上部件（3）和壳体下部件（2），其中，所述壳体上部件（3）和/或所述壳体下部件（2）具有底部区域和至少部分环绕的竖立的边缘区域，其中，两个壳体部件由塑料或者纤维复合材料构成。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种具有壳体、第一流体接口和第二流体接口的热交换器，其中，壳体通过流体接口与流体源处于流体连通，其中，壳体能够被流体流过。

背景技术

在电动汽车中使用蓄能器来驱动电动机。在这里，锂离子蓄电池或者镍氢蓄电池常常用作蓄能器。作为对此的替代，也可使用高功率电容器，即所谓的超级电容器。

在所有提到的蓄能器中，在工作期间，特别是在蓄能器的快速充电和放电时产生很大的热量。

但是大约50℃及更高的温度会损坏蓄能器并且大大缩短它们的使用寿命。同样，过低的温度持续地使蓄能器受损。

为了保持蓄能器的功率，因此必须主动地对这些蓄能器进行调温。在这里，冷却部分明显占主要部分。例如可以通过引入被流体流过的热交换器来进行冷却。根据在现有技术中的解决方案，热交换器常常是被流体流过的元件，这些元件在两个平盖板之间具有一个或多个流体通道，这些流体通道能够被流体流过。

在这里，有利地将蓄能器的所有单元保持在相同的温度水平上。同样，应当避免在这些单元内产生很大的温度梯度。

热交换器的板在冷却的情况下可以被冷流体流过，但是为了加热目的，它们也可以被热流体流过。

为了实现尽可能高的能量效率，特别是在电动汽车中，重量尽可能优化的结构方式是有利的。

在现有技术中描述了使用由金属材料制成的热交换器的解决方案。例如，实用新型DE202012102349U1公开了这种解决方案。

根据现有技术的解决方案的缺点特别是热交换器全部由铝构成。这些热交换器与由塑料构成或由铝和塑料混合构成的实施方式相比明显更重。由于铝的导电性，热交换器的电绝缘、以及电位平衡也是必要的。另外，用铝制造热交换器是高能耗的且高成本的。由于使用钎焊辅助材料，比如熔剂，修整步骤也常常是必要的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种热交换器，该热交换器具有重量优化的结构并且它的制造的能耗较低且成本较低。此外，该热交换器被实施为不具有附加的电绝缘装置。

本发明的目的通过一种具有根据权利要求1的特征的热交换器得以解决。

本发明的一种实施例涉及一种具有壳体、第一流体接口和第二流体接口的热交换器，其中，壳体通过流体接口与流体源处于流体连通，其中，壳体能够被流体流过，其中，壳体被实施为多件式并且具有壳体上部件和壳体下部件，其中，壳体上部件和/或壳体下部件具有底部区域和至少部分环绕的竖立的边缘区域，其中，两个壳体部件由塑料或者纤维复合材料构成。

根据本发明的热交换器在一种实施例中用作对蓄能器进行调温。

热交换器的壳体由塑料元件构成在热交换器的重量方面是特别有利的。通过使用塑料，与全部或部分由金属材料制成的热交换器相比，可以减轻重量。此外，两个由塑料构成的壳体部件可以以简单的方式进行制造。通过简单的、成本低廉的工艺可以使塑料具有几乎不受限制的形状。

此外，塑料例如与金属材料相比，特别是与铝或铝合金之类的轻量材料相比明显成本更低廉。

将壳体下部件设计成带有至少部分竖立的边缘区域的底部区域是特别有利的，因为通过竖立的边缘区域实现了稳定作用。同时，壳体下部件在壳体内部形成空腔，流体可以通过该空腔。利用壳体上部件，可以向上封闭壳体下部件。因此，产生完全流体密封地封闭的空间，该空间可以被流体流过。

壳体下部件和壳体上部件都可简单且成本低廉地进行制造并且可以通过多种连接方法相互连接。除了使用热接合工艺之外，两个元件也可以通过机械或化学连接手段相互连接。

同样优选的是，在壳体内部设有导流元件。通过导流元件，可以有针对性地影响在壳体内部的流体流动。

同样有利的是，壳体在其内部具有多个导流元件。通过多个导流元件，可以更有效地影响流体流动。这在热交换器内产生更加有利的流动图形。

在另一种有利的实施方式中，可以规定：热交换器具有多个导流元件，这些导流元件被设计成肋板或者壁部或者栓钉并且在它们之间形成至少一个流体流场，特别是至少一个流动通道。

通过多个导流元件，可以在壳体内部限定多个流动通道或者限定流场。沿着这些流动通道可以有针对性地将流体引导通过壳体。

这些导流元件在这里可以例如由笔直的壁部，或者由单个的栓钉状凸起构成。此外，导流元件的其它设计方案也是可设想的。

除了导流之外，这些元件也可以用于将层流转变成紊流，以实现流体的更大程度的充分混合并且因此改善热传递。

同样优选的是，通过肋板和/或栓钉的可预设的几何设置，可实现可预设的流场。

通过位于流场上游的肋板和/或栓钉，可以有针对性地影响流体流，例如以在流场中实现紊流或层流。也可以通过栓钉和/或肋板实现流体的分布功能。

在本发明的另一种改进方案中可以规定，通过栓钉和/或肋板的几何设置在流场中预设紊流区域。

紊流区域是有利的，因为通过它们可以增强流体的混合，并且借此可以实现更加均匀的温度分布。

在本发明的一种特别有利的设计方案中，此外还可以规定，在最终装配好的状态下，导流元件与壳体上部件和/或与壳体下部件接触。

通过导流元件与壳体上部件和壳体下部分都接触，可以实现导流元件仅仅被流体绕流而没有被淹没，因为它们在其顶面或底面上分别与壳体下部件和壳体上部件直接接触。对于至少一部分导流元件被设计成壁部的情况下，可以通过与壳体上部件和壳体下部件都接触形成流动通道，这些流动通道可以被流体流过。

根据本发明的一种特别有利的改进方案，可以规定，导流元件与壳体下部件的竖立的边缘区域之一平行地延伸。

通过按照上面所述的导流元件或多个导流元件的设计方案，可以产生多个流动通道，这些流动通道基本上与其外边缘之一平行地延伸贯穿壳体。这对于流体分布可以是有利的。通过导流元件的这种设计方案，例如可以有针对性将流体从流体入口引导至流体出口。

通过产生流动通道，还可以影响在壳体内的流体分布。

此外，在一种有利的改进方案中可以规定，壳体上部件或者壳体下部件具有第一流体接口和第二流体接口，或者壳体上部件和壳体下部件分别具有两个流体接口之一。

同样适宜的是，第一流体接口和/或第二流体接口通过在壳体下部件的竖立的边缘区域之一上的开口形成。

通过将一个流体接口或者两个流体接口设置在竖立的边缘区域之一上，可以实现流体的侧面供给和排出。这是特别有利的，因为这样壳体上部件和壳体下部件的基本上平坦的主表面可以全部用作热传递面。即使在只提供非常小的安装空间的情况下，该解决方案也是有利的。

根据另一种优选的实施例，可以规定，壳体在其内部具有隔壁，该隔壁将内部容积划分成第一腔室和第二腔室，这两个腔室通过隔壁的至少一个中断部处于相互流体连通。

内部容积划分成第一和第二腔室是特别有利的，因为因此可以在壳体内部产生有序的流体流动。

一种优选的实施例的特征可以是一个流体接口与第一腔室处于流体连通并且相应的另一个流体接口与第二腔室处于流体连通。

通过流体接口分别与腔室之一的这种对应关系，为流体预设流动路径。在这里，流体通过一个流体接口流入腔室之一中并且沿着在隔壁中的中断部过渡到第二腔室中。在那里，流体沿着第二腔室流向第二流体接口并从壳体流出。此外，通过这种被导向的流动也可以避免产生可能导致局部温度过高的滞流位置。

在从属权利要求和下面的附图描述中对本发明的有利改进方案进行了描述。

附图说明

下面借助于实施例参照附图对本发明进行详细说明。在附图中：

图1示出了一种根据本发明的热交换器的立体俯视图，其中，壳体上部件与壳体下部件脱开，

图2示出了根据图1的热交换器的另一立体视图，

图3示出了一种根据本发明的热交换器的立体视图，该热交换器具有被实施为多件式的壳体，该壳体由壳体下部件和壳体上部件组成，以及

图4示出了热交换器的细部图，其中，在壳体下部件的内部示出了多个导流元件，一部分导流元件被设计成笔直的壁部并且一部分导流元件被设计成圆柱形栓钉。

具体实施方式

图1示出了热交换器1的立体视图。热交换器1主要包括壳体9，该壳体由壳体下部件2和壳体上部件3构成。热交换器1具有第一流体接口6以及第二流体接口7。两个流体接口6、7可以选择性地被设计成流体入口或者流体出口。

壳体上部件3基本上平坦地延伸。壳体下部件2基本上由平坦的底部区域和竖立的边缘区域构成。壳体上部件3的尺寸使得它配合准确地封闭壳体下部件2。这样可以在壳体上部件3和壳体下部件2之间产生流体密封的连接。在壳体下部件2与壳体上部件3之间形成的内部容积相当于壳体9的能够被流体流过的容积。

壳体下部件2具有多个导流元件4、5。此外，壳体下部件2具有隔壁8，该隔壁在壳体下部件2的内部延伸并且将热交换器的壳体9的内部容积划分成第一腔室和第二腔室。第一腔室与第二腔室在热交换器1内部的至少一个位置上处于流体连通。有利地，该第一腔室与第二腔室进行流体连通的位置位于尽可能远离流体接口6、7的区域中。

在图1中所示的导流元件4主要由壁部构成，这些壁部与隔壁8平行地在壳体下部件2的内部延伸。通过这些导流元件4在热交换器1中形成多个流动通道，流体可以流过这些流动通道。在这里，导流元件4的尺寸使得它们在装配好的状态下不仅与壳体下部件2而且与壳体上部件3接触。以这种方式防止流体会流到导流元件4上面或者下面并且流体可以仅仅在由导流元件4形成的流动通道中流经热交换器1。导流元件4在这里不是在热交换器1的整个长度上延伸。

在热交换器1的还具有流体接口6、7的前部区域中，设有导流元件5而不是导流元件4。导流元件5是单个的栓钉，这些栓钉设置在壳体下部件2的内部。这些导流元件5主要是用作对可以通过流体接口6或者流体接口7流入热交换器1中的流体进行流动控制。单个的栓钉允许流体分布在相应腔室的宽度上，然后流体流入由导流元件4构成的流动通道中。

在热交换器1的与流体接口6、7基本上对置的后部区域中，同样设有导流元件5。在该区域中，流体从在导流元件4之间的流体通道中流出并且在那里从一个腔室溢流到相应的另一个腔室中。导流元件5在这种情况下用于在流体中产生紊流，以产生更加均匀的温度分布。热交换器1的相应的另一个腔室与第一腔室相应地构造。第二腔室同样具有导流元件5以及导流元件4，导流元件5位于从第一腔室中流出的流体过渡区域中，导流元件4被实施为沿着第二腔室的壁部。同样，第二腔室在流体接口7下面也具有栓钉状的导流元件5，这些导流元件允许来自单个的流动通道中的流体被汇集并且导向流体接口7。

不仅导流元件4而且导流元件5在这里都仅是示例性地示出。与此不同的实施方案在替代实施方式中也是可设想的。因此，对于导流元件4来说例如也可以设置按照曲折图形延伸的壁部或者遵循波浪形状延伸的壁部。此外，也可以设置压制成的凸起和凹槽或者例如用于在流动中产生紊流中的球状元件而不是栓钉。

如在图1中所示，流体接口6、7可以设置在壳体上部件3上。但是，在替代实施方案中，它们也可以设置在壳体下部件2上。在另一种替代实施方案中同样可设想的是，流体接口6、7之一设置在壳体上部件3上并且另一个流体接口7、6设置在壳体下部件2上。流体接口的准确位置可根据随后的安装条件和期望的通流构型进行选择。

在图1中所示的热交换器1按照U型通流构型被流过，也就是说，流体流经腔室之一并且在过渡到第二腔室中时基本上以大约180°的角度被转向，然后流体逆着第一主流动方向回流。替代地，按照I型通流构型的通流也是可设想的。对于这种情况可设想的是，在热交换器1内部不需要隔壁并且流体接口设置在热交换器1的相对的端部上。

不仅壳体上部件3而且壳体下部件2都有利地由塑料或者纤维增强塑料制成。用塑料制造壳体9降低了热交换器的重量。此外，与用金属材料制造壳体相比，用塑料构件制造壳体，成本更低廉。

通过壳体9由塑料构成的实施方案，此外还提供了电绝缘，这特别是在诸如电池、蓄电池或者电容器之类的电元件的应用方面是有利的。

此外，塑料构件可以在造型方面以更少的限制进行设计。因此，热交换器1可以更好地与其安装位置的结构空间情况相适应。

图2示出了如图1的热交换器1的另一立体视图。特别示出了壳体上部件3、壳体下部件2以及流体接口6、7。图2的视图示出了与图1类似且处于未装配状态下的热交换器1，也就是说壳体上部件3尚未安装到壳体下部件2上。因此，在壳体上部件3和壳体下部件2之间产生气隙。

图3示出了热交换器1的壳体9。主要示出了壳体下部件2、壳体上部件3以及在壳体下部件2中的导流元件4、5。壳体9具有矩形的基本形状。在替代实施方式中，与此不同的实施方案也是可设想的。因此，例如具有倒圆边缘、具有非常细长的延伸范围的壳体9可以是可设想的，或者壳体9的圆形的基本形状也可以是可设想的。

图4示出了热交换器1的壳体下部件2以及位于其上的壳体上部件3的细部图。

特别清楚可见的是导流元件4，它们被实施为笔直的与外边缘且与隔壁8平行地延伸的壁部。在前面和后面的边缘区域中设有栓钉状的导流元件5而不是导流元件4的笔直壁部。

导流元件5在一种替代实施方式中也可以省去。导流元件5的功能是形成相对于位于导流元件4之间的流体预设的主流动方向垂直的流体分布。特别是与在图1和2中所示的流体接口6、7相关，必要的是，流体在流入热交换器1之后在相应的腔室内分布在腔室或者热交换器1的宽度上，然后流体流入在导流元件4之间的流动通道中。这同样形成在流体从第一腔室溢流到第二腔室的区域中，以及第二流体接口6、7的区域中。

壳体部件的相互连接可以有利地通过焊接实现。这在壳体上部件3和壳体下部件2由相同材料构成的情况下是特别有利的。

同时，由塑料构成的壳体9的实施方案提供这样的优点，即，通过壳体9本身提供了电绝缘。此外，壳体9可以在简单的工艺，比如注塑工艺中进行制造。因此，在一个工序中，除了壳体9本身之外还可制造导流元件4、5，由此可以节省工艺步骤并且因此实现成本更低廉的制造。

附图标记清单

1热交换器

2壳体下部件

3壳体上部件

4导流元件

5导流元件

6流体接口

7流体接口

8隔壁

9壳体

Claims

1.一种热交换器（1），该热交换器具有壳体（9）、第一流体接口（6、7）和第二流体接口（7、6），其中，所述壳体（9）通过所述流体接口（6、7）与流体源处于流体连通，其中，所述壳体（9）能够被流体流过，其特征在于，所述壳体（9）被实施为多件式并且具有壳体上部件（3）和壳体下部件（2），其中，所述壳体上部件（3）和/或所述壳体下部件（2）具有底部区域和至少部分环绕的竖立的边缘区域，其中，两个壳体部件由塑料或者纤维复合材料构成。

2.如权利要求1所述的热交换器（1），其特征在于，在所述壳体（9）的内部设有导流元件（4、5）。

3.如权利要求2所述的热交换器（1），其特征在于，所述热交换器（1）具有多个导流元件（4、5），所述导流元件被设计成肋板或者壁部或者栓钉并且在它们之间形成至少一个流体流场，特别是至少一个流动通道。

4.如权利要求3所述的热交换器（1），其特征在于，通过肋板和/或栓钉的可预设的几何设置，能实现可预设的流场。

5.如权利要求3或4所述的热交换器（1），其特征在于，通过所述栓钉和/或所述肋板的几何设置，能在流场中预设紊流区域。

6.如权利要求3至5中任一项所述的热交换器（1），其特征在于，在最终装配好的状态下，所述导流元件（4、5）与所述壳体上部件（3）和/或与所述壳体下部件（2）接触。

7.如前述权利要求中任一项所述的热交换器（1），其特征在于，所述导流元件（4）与所述壳体下部件（2）的竖立的边缘区域之一平行地延伸。

8.如前述权利要求中任一项所述的热交换器（1），其特征在于，所述壳体上部件（3）或所述壳体下部件（2）具有所述第一流体接口（6、7）和所述第二流体接口（7、6），或者所述壳体上部件（3）和所述壳体下部件（2）分别具有两个流体接口（6、7）之一。

9.如前述权利要求中任一项所述的热交换器（1），其特征在于，所述第一流体接口（6、7）和/或所述第二流体接口（7、6）通过在所述壳体下部件（2）的竖立的边缘区域之一上的开口形成。

10.如前述权利要求中任一项所述的热交换器（1），其特征在于，所述壳体（9）在其内部具有隔壁（8），所述隔壁将内部容积划分成第一腔室和第二腔室，所述第一腔室和第二腔室通过所述隔壁（8）的中断部处于相互流体连通。

11.如权利要求9所述的热交换器（1），其特征在于，所述流体接口（6、7）之一与所述第一腔室处于流体连通并且相应的另一流体接口（7、6）与所述第二腔室处于流体连通。