CN103836843A - 用于空调系统的内部热交换器 - Google Patents

Abstract

一种用于空调系统的内部热交换器，包括外管和布置在该外管内部的线路结构，该线路结构限定曲折蛇形的第一流动通道，第二流动通道被形成在所述外管和所述线路结构之间。第一流动通道由联接在一起以形成被插入到第二流动通道中的一体结构的挤压部件形成，该一体结构包括限定蛇形通路的面对的通道元件和粘结到该通道元件的两个壳体，两个壳体限定流动通路的侧部，并具有垂直于沿第二流动通道设置的基部延伸的翅片。

Description

用于空调系统的内部热交换器

相关申请的交叉引用

本申请根据美国法典第35篇第119条（e）款要求于2012年11月26日递交的名称为“用于空调系统的内部热交换器”的美国临时专利申请第61/729,875号的优先权，因此其整个说明书和附图如同充分阐述的那样通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种用于空调系统的内部热交换器，包括外管和布置在该外管内部的线路结构（line structure），其中该线路结构包括第一流动通道，并且其中第二流动通道被形成在所述外管和所述线路结构之间。

背景技术

这种内部热交换器从DE102007015186A1中已知。集成在空调系统的冷却剂回路中的内部热交换器使得能够通过将冷却剂的热从其高压侧传递到低压侧而提高空调系统的效率。冷却剂在高压侧是液态，在低压侧是气态，其中在高压侧的冷却剂被传送通过第一流动通道，在低压侧的冷却剂被传送通过第二流动通道。由于低压和气态，被传送通过第二流动通道的冷却剂呈现出相对小的热吸收能力，这限制了内部热交换器的总体传递能力。

通常，形成第二流动通道的外管和形成第一流动通道且布置在外管内部的线路结构均被设计为具有圆形横截面，其中外管和管状线路结构的长度相等。由于内部热交换器被设计为安装在移动空调系统中，例如车辆中，所以存在的问题是内部热交换器的尺寸，特别是长度受限。由于这个原因，总体热传递能力也受限。

发明内容

本公开提供一种内部热交换器，其呈现出高的热传递能力，同时具有紧凑的设计。在这点上，第一流动通道具有曲折的蛇形的构造。其优点在于，可用于热交换目的的有效管长度可在内部热交换器中显著变大。结果，热交换器的热交换能力提高，同时其总体长度同时保持较小。同时，第一流动通道的曲折构造产生了用于内部热交换器的特别紧凑的结构设计，使得内部热交换器特别适于安装在移动空调系统中，例如车辆中。

形成第一流动通道的线路结构的外部包括热传导肋。热传导肋优选从形成位于外管的中部的第一流动通道的结构开始，并且沿朝向外管的内壁的方向延伸。热传导肋垂直于形成第一流动通道的线路结构相对于外管纵向延伸，使得被引导在第二流动通道中的流体沿热传导肋流动，并且吸收由热传导肋发出的热。它们增加第一流动通道的线路结构的外表面，由此提高热传递能力。热传导肋与形成第一流动通道的结构集成在一起，从而热可从由第一流动通道输送的流体被直接传递到热传导肋。

热传导肋可延伸到外管的内壁的区域。然而，为了简化安装，热传导肋被设计为不接触外管的内壁的形式。有利地，在热传导肋和外管的内壁之间存在间隙，其中间隙宽度优选在0.5mm和2.5mm之间，优选1.5mm。在本实施例中特别有利的是，热传导肋几乎完全延伸通过第二流动通道。因此，通道形成在热传导肋之间，并且实现特别有效的热传递。同时，这样的热传导肋以及由此这样的线路结构与外管的内壁以使线路结构能够通过插入到外管中而被容易地安装的方式分隔开。

形成第一流动通道的线路结构由多个部分构成。这改善了线路结构的可制造性，因为第一流动通道由于其曲折的蛇形构造而具有复杂的形状。

线路结构可包括被提供至少具有热传导肋并且通过通道元件相互连接的壳体。为了制造这种线路结构，壳体和通道元件首先例如通过挤压而被制备和制造。热传导肋以材料均匀的方式作为单一件形成在壳体上。壳体的平坦表面逐段形成第一流动通道的内壁。因此，壳体的侧部的成形决定了流动通道的形状。

通道元件优选为具有分隔开的突起的梳形。两个通道元件优选被放置成面对面关系并具有横向壁，这一方面建立了曲折蛇形形状，另一方面还形成第一流动通道的侧向边界壁。通道元件包括形成第一流动通道的侧向边界壁的平坦基部，并且具有位于其上的针状突起。为了制造线路结构和第一流动通道，两个通道元件被布置为彼此相对，其中突起面对彼此。侧向偏移通道元件形成曲折结构。

由线路结构形成的第一流动通道至少在一些部分中可呈现出矩形的横截面。这种通道易于制造，并且具有比圆形通道大的表面积。

线路结构的元件可由金属材料构成。特别地，考虑易于加工并具有高的热传导性的材料。具有这种优点的材料包括铝合金，其一方面呈现出高的热传导性，另一方面可进行挤压加工，使得线路结构简单并节省制造成本。

线路结构的元件可在材料上彼此联结。以此方式，能够通过粘合剂联结或焊接来联接元件。材料联结使得元件能够实现密封和耐用的连接，以便防止泄漏。另外，该方法简单并且节省成本。

线路结构可被插入到外管中。这使得内部热交换器的制造特别简单。

线路结构的相对的端面可具有连接第一流动通道的管套，从而能够将流动物输送通过第一流动通道。在空调系统的高压侧的管道可被连接在这些管套上。

外管可在其每个端面上由盖密封，其中每个盖包括用于连接在系统管道和第二流动通道之间的管接头。在空调系统的低压侧上的管道可被连接到这些管套。盖还优选具有用于连接到与第一流动通道连接的管套的管道的通孔。通孔在这里以防止泄漏的方式被设计。结果，管套形成用于将内部热交换器集成到空调系统中的连接元件。

外管的内径优选在25mm和35mm之间。第一流动通道的宽度优选在3.5mm和5.5mm之间。这些尺寸产生了特别紧凑的内部热交换器，这特别适于集成在车辆的移动空调系统中。然而，同时，对热交换器而言，从大约500mm的长度开始，热传递能力高约600W（瓦特）。

根据本发明的内部热交换器优选用在移动空调系统中，特别是车辆空调系统中。紧凑的结构设计、管状形状和高的热传递能力使得根据本发明的内部热交换器特别适于集成在车辆的移动空调系统中。

下面将参照示意性描绘的附图更详细地描述根据本发明的内部热交换器的几个实施例。

附图说明

图1为具有内部热交换器的移动空调系统的空气调节回路；

图2为内部热交换器的横截面；

图3为内部热交换器的第一分解透视图；

图4为内部热交换器的第二分解透视图；

图5为内部热交换器的第三分解透视图；

图6为内部热交换器的第四分解透视图；

图7为内部热交换器的组装透视图。

具体实施方式

图1示出移动空调系统2特别是车辆的空调系统的空气调节回路的示意图。空调系统由系统部件之间的闭路管道装置构成，冷却剂在闭路管道装置中循环。冷却剂被压缩机17压缩，并流到冷却剂在其中被液化的冷凝器18。在离开冷凝器之后，冷却剂为液态，并且在7巴至15巴压力（大气压力）下呈现出30℃至50℃（摄氏度）的温度。液化的冷却剂现在被供应到根据本发明的内部热交换器1的第一流动通道5，在第一流动通道5中，离开冷凝器18的冷却剂将热释放给离开蒸发器20通过第二流动通道6的气态冷却剂。液体冷却剂随后流入膨胀阀19中，在膨胀阀19中，冷却剂压力减小。冷却剂在蒸发器20中吸收热，其中冷却剂被蒸发，并且随后变成气态。被加热的气态冷却剂在2.5巴至4巴的压力下具有-1℃至15℃的温度。气态冷却剂流动通过内部热交换器1的第二流动通道6，并且吸收来自沿第一流动通道5传送的液态冷却剂的热。

图2示出用于空调系统2特别是用于在车辆中使用的移动空调系统的内部热交换器1的剖视图。内部热交换器1为管状设计，并且包含外管3和布置在外管3内部的线路结构4。线路结构4被示出为插入到外管3中。

线路结构4形成第一流动通道5。第二流动通道6被形成在外管3和线路结构4之间。线路结构4在这里被构造为使第一流动通道5的矩形横截面具有曲折蛇形设计的方式。外管3的内径为30mm，第一流动通道5的宽度为4.5mm。

图3至图6均示出根据本发明的内部热交换器1处于组装的各个阶段的分解透视图。从图中看出，线路结构4的外部呈现为热传导肋7，其从线路结构4的形成第一流动通道5的部分延伸到外管3的内壁表面的区域。热传导肋7沿第二流动通道的流动方向纵向延伸，使得传送通过第二流动通道6的冷却剂沿热传导肋7流动并且吸收热。

热传导肋7的外边缘与外管3的内壁8之间的距离在这里被选择为使得线路结构4能够通过插入而被容易地安装的方式。本实施例中的距离为1.5mm。

如图3至图5中所示，线路结构4由多个部分构成，并且包括被提供有垂直于基部延伸的热传导肋7和通过两个通道元件10联接在一起的两个壳体9。因为肋7垂直于基部，所以肋具有依照外管3的内部圆柱形壁表面的形状的变化的长度。

通道元件10为梳形设计，并且在通道元件的上侧面和下侧表面上与每个壳体9的基部联接。通道元件10包括突起16，其中通道元件10通过壳体被联接，而通道元件以产生形成第一流动通道5的蛇形曲折结构的方式相对于彼此偏移。

限定第一流动通道5的线路结构4因此由被联结在一起以形成一体结构的多个部件构成。这些部件包括两个壳体9，每个壳体均包括具有平坦基部表面的基部。肋7垂直于每个基部延伸。线路结构4进一步包括两个通道元件10，通道元件10包括一组分隔开的突起16，该组分隔开的突起16限定通过半圆形弯曲壁联接的一组平行壁。

如图2中最佳示出，通道元件10被设置为一个通道元件10的突起16接合在另一个通道元件10的突起16之间，以形成蛇形的第一流动通道5。也就是说，一个通道元件10的分隔开的突起16的端部被设置为面对另一个通道元件10的半圆柱形弯曲壁表面的中心。

每个壳体9的基部的平坦表面被粘结到面对的通道元件10的侧壁之一，以便形成流体密封的第一流动通道5。

线路结构4、壳体9和通道元件10的元件可由金属材料构成，在该示例性实施例中为由通过挤压工艺成形的铝合金构成。线路结构4的元件9和10通过焊接连接被彼此牢固联结。其它材料和制造工艺也可使用。

线路结构4的相对的端面11包括管套27，以便以流体密封的关系接纳空调系统2的管道12。管套27以流体密封的关系接纳管道12的端部，并且与第一流动通道5连通，从而能够输送通过第一流动通道5的流动物。

外管3的端部由盖14密封，盖14包括与第二流动通道6连通的管套15。每个管套15以流体密封的关系接纳管22的管端部，以便将流动物输送到第二流动通道6和输送来自第二流动通道6的流动物。盖14还包括端口23，系统中连接到第一流动通道5的管道12以流体密封的关系延伸通过端口23。

图7示出内部热交换器1的立体图。内部热交换器1为管状设计，并且在直径为40mm长度为130mm时具有600W的热传递能力。因此，内部热交换器1适于集成在移动空调系统2中。

前述内容的变型和更改在本发明的范围内。要理解的是，在此公开和限定的发明延伸到由文字内容和/或附图提到或看出的两个或更多的单个特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的各种可替代方面。在此描述的实施例解释了用于实施本发明的最佳方式，并且将使得本领域技术人员能够利用本发明。权利要求将被解释为包括在现有技术允许的程度内的可替代实施例。

Claims (18)

1.一种用于空调系统的内部热交换器，包括外管和布置在所述外管内部的线路结构，其中所述线路结构包括第一流动通道，并且其中第二流动通道被形成在所述外管和所述线路结构之间，其特征在于所述第一流动通道具有曲折构造。

2.根据权利要求1所述的内部热交换器，其中所述第一流动通道具有蛇形构造。

3.根据权利要求1所述的内部热交换器，其特征在于所述线路结构的外部包括热传导肋。

4.根据权利要求3所述的内部热交换器，其特征在于所述热传导肋延伸直到所述外管的内壁的区域为止。

5.根据权利要求1所述的内部热交换器，其特征在于所述线路结构由多个部分构成。

6.根据权利要求1所述的内部热交换器，其特征在于通过通道元件相互连接的所述线路结构包括壳体，并被提供有热传导肋。

7.根据权利要求6所述的内部热交换器，其特征在于具有两个通道元件，该两个通道元件为具有突起的梳形，所述突起限定由半圆形弯曲壁联接的一组平行壁。

8.根据权利要求7所述的内部热交换器，其中一个通道元件的所述突起被分隔在另一个通道元件的所述突起之间。

9.根据权利要求8所述的内部热交换器，其特征在于所述线路结构的所述元件由金属材料构成。

10.根据权利要求9所述的内部热交换器，其特征在于所述线路结构的所述元件彼此牢固联结。

11.根据权利要1所述的内部热交换器，其特征在于所述线路结构被插入到所述外管中。

12.根据权利要1所述的内部热交换器，其特征在于所述线路结构的面提供管套，其中所述管套与所述第一流动通道连接，以便能够输送流动物。

13.根据权利要1所述的内部热交换器，其特征在于所述外管的面由相应的盖密封，其中所述盖呈现为与所述第一流动通道和所述第二流动通道连接的管接头。

14.根据权利要1所述的内部热交换器，其特征在于所述外管的内径在25mm和35mm之间。

15.根据权利要1所述的内部热交换器，其特征在于所述第一流动通道的宽度在3.5mm和5.5mm之间。

16.根据权利要1所述的内部热交换器，其特征在于所述第一流动通道至少包括具有矩形的横截面的部分。

17.根据权利要1所述的内部热交换器，其特征在于所述内部热交换器被设计用于移动空调系统。

18.根据权利要8所述的内部热交换器，其中所述第一流动通道具有矩形的横截面。

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