CN103900284A

CN103900284A - 具有热电元件的热交换器

Info

Publication number: CN103900284A
Application number: CN201310152674.9A
Authority: CN
Inventors: 吴万周; 金才熊; 朴宰佑; 金在勋
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kbautotech Co Ltd; Kia Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2014-07-02
Also published as: US9175886B2; KR20140083335A; DE102013207304A1; US20140174099A1

Abstract

本发明公开了一种具有热电元件的热交换器。热发生组合件在其内限定了循环空间，并具有在一端的上部中的通道和在相对的一端的下部中的通道。热吸收组合件在其内限定了循环空间，并具有在一端的下部中的通道和在相对的一端的上部中的通道。所述热发生组合件和所述热吸收组合件彼此堆叠。所述热电元件布置在所述热发生组合件和所述热吸收组合件之间，并具有与所述热发生组合件邻接的热发生表面，以及与所述热吸收组合件邻接的热吸收表面。

Description

具有热电元件的热交换器

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年12月26日提交的韩国专利申请第10-2012-0152950号的权益，该申请的全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种具有热电元件的热交换器，所述热交换器能够使用热电元件而将热量从一个流体传递到另一个流体。

背景技术

电动车辆或者混合动力车辆的冷却系统使用制冷剂循环，其中通过循环制冷剂而产生冷空气。因此，该系统需要若干个组件，例如电动压缩机、电容器（capacitor）、蒸发器和制冷剂管路，以及用于这些组件的空间，这导致了过度的重量和成本。

当根据车辆的特性而没有冷却水或者温度较低时，加热装置需要正温度系数（TPC）的加热器用于加热。因此，在这种情况下，需要研发一种不使用受制于氟利昂气体规则的制冷剂的系统，其具有降低的重量，由简单的组件构成，并且既能实现冷却又能实现加热。

作为一种替代，需要一种使用帕尔贴元件（Peltier element）的用于在冷却水水流之间传递热量的系统，该系统执行室内冷却/加热。该系统使用帕尔贴元件同时执行冷却和加热，并且通过使用热泵的特性对冷却水加热或者冷却而将冷却水进给至室内热交换器芯。

例如，相关的热交换器可包括多个壳管、集水管（header）和多个板管。所述壳管具有扁平管的形状，在其中限定了接收第一流体的第一容纳空间，壳管并被布置成使得壳管在热交换器的上下方向中彼此之间被隔开。集水管包括第一集水管节段和第二集水管节段，它们在壳管的纵向方向上被布置在壳管的两端。所述壳管的两端被联接至第一集水管节段和第二集水管，从而使得彼此连通。所述集水管具有流入口和流出口，第一流体从外面通过该流入口而被供给，并通过该流出口被排出。所述板管分别放置在壳管之间，从而使得板管的上下表面邻接壳管的上下表面。所述板管在其中限定了接收第二流体的第二容纳空间，并具有流入口和流出口，第二流体通过该流入口被引入，并通过该流出口被排出。这种热交换器通常比较紧凑，占据空间较小，从而增加了空间的利用。这种热交换器还被构造成使得具有相同的形状的壳管和板管交替堆叠，从而能够获得极佳的热传递效果，即使是较小的尺寸。此外，由于交替堆叠的管的数量能够改变，因此热交换器能够依据设计需要而被容易的修改。

然而，这种结构没有使用热电元件，因此当热电元件被应用至此的时候其必须改变。具体地，当热电元件布置在所述热交换器中的时候，需要确保热量被有效地传递同时有效地实现紧凑的尺寸。此外，需要快速移除或者添加相对的组以便增加热电元件的效率。然而这种热交换器完全没有展现这些特性。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

因此，本发明牢记上面在相关技术中出现的问题，并且本发明旨在提供一种具有热电元件的热交换器，其具有减小的尺寸以便将被包含在具有叠层结构的热交换器中的热电元件的效率最大化。

为了实现上面的目的，根据本方明的一个方面，提供了一种热交换器，所述热交换器包括在其内限定了循环空间的热发生组合件，所述热发生组合件具有在热发生组合件的一端的上部中的通道和在热发生组合件的相对的一端的下部中的通道。还包括在其内限定了循环空间的热吸收组合件，所述热吸收组合件具有在热吸收组合件的一端的下部中的通道和在热吸收组合件的相对的一端的上部中的通道，所述热发生组合件和所述热吸收组合件彼此相互堆叠。此外，热电元件布置在所述热发生组合件和热吸收组合件之间。所述热电元件具有与所述热发生组合件邻接的热发生表面以及与所述热吸收组合件邻接的热吸收表面。

所述热发生组合件和所述热吸收组合件的每个可具有平板形状的上表面和下表面，所述上表面和下表面的外周围彼此邻接并彼此联接。所述热发生组合件和所述热吸收组合件可以彼此堆叠从而使得在所述热发生组合件的一端和相对的一端的通道与在所述热吸收组合件的一端和相对的一端的通道彼此没有重叠。

所述热交换器可包括彼此交替并在彼此的顶部堆叠的多个热发生组合件和多个热吸收组合件，以及分别被插入所述热发生组合件和热吸收组合件之间的多个热电元件。所述热发生组合件和热吸收组合件可交替堆叠，从而使得在所述热发生组合件的每个的一端中的通道彼此连接，并且在所述热吸收组合件的每个的相对的一端中的通道彼此连接。

所述热发生组合件可分别具有在通道的前部和后部上的突出管。在所述热发生组合件的每个的一端中的通道上的突出部可彼此连接，在所述热发生组合件的每个的相对的一端中的通道上的突出部可彼此连接。突出管之中相对的突出管被连接的每个部分的厚度等于所述热电元件的每个的厚度，从而使得所述热电元件在所述热发生组合件和所述热吸收组合件之间紧密接触。

所述热发生组合件和所述热吸收组合件可交替堆叠，从而使得在所述热吸收组合件的每个的一端中的通道彼此连接，并且在所述热吸收组合件的每个的相对的一端中的通道彼此连接。同样地，所述热吸收组合件可分别具有在通道的前部和后部的突出管，在所述热吸收组合件的每个的一端中的通道上的突出部可彼此连接，在所述热吸收组合件的每个的相对的一端中的通道上的突出部彼此连接。突出管之中相对的突出管被连接的每个部分的厚度可等于所述热电元件的每个的厚度，从而使得所述热电元件在所述热发生组合件和所述热吸收组合件之间紧密接触。

所述热交换器可进一步包括热传导鳍片结构，所述热传导鳍片结构位于所述热发生组合件或者所述热吸收组合件的循环空间内。所述热传导鳍片结构可从热交换器的一端至相对的一端在任意方向延伸。热传导鳍片结构的两端可与所述热发生组合件或者所述热吸收组合件的内表面紧密接触。

根据所述热交换器的上述结构，其可以具有减小的尺寸以便将包含在具有叠层结构的热交换器内的热电元件的效率最大化。此外，由于形成所述多个通道，可以不仅在目标侧而且还可以与热电元件的相对侧中执行加热/冷却。因此可以实现热电元件的最大化的效率，所述热电元件使用例如车辆的废热或发散的热。

附图说明

通过与附图结合的随后的具体描述，本发明的上面的和其它的目的、特征和优点将变得更加清楚，其中：

图1是示出了根据本发明示例性实施方案的具有热电元件的热交换器的立体图。

图2是在图1中示出的具有热电元件的热交换器的分解立体图。以及

图3是沿着图1中线A-A获得的所述热交换器的横截面图。

具体实施方式

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多功能车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、燃烧、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆（例如衍生于非石油能源的燃料）。

这里所用的术语仅是为了描述特定实施方案的目的，并不旨在对本发明进行限制。如这里所使用的单数形式“一个”、“所述”和“该”都旨在还包含复数形式，除非文中另有清楚的说明。应进一步理解，当术语“包含”和/或“包括”用在说明书中时，列举了存在所叙述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件。如这里所使用的术语“和/或”包括一个或多个所列出的相关项目的任意和所有组合。

现在将更具体的参考根据本发明的具有热电元件的热交换器，其示例性实施方案在附图中示出。

图1是示出了根据本发明示例性实施方案的具有热电元件的热交换器的立体图，图2是在图1中示出的具有热电元件的热交换器的分解立体图，以及图3是沿着图1中线A-A获得的所述热交换器的横截面图。

根据示例性实施方案的具有热电元件的热交换器包括热发生组合件100，热吸收组合件200和热电元件500。热发生组合件100的每个具有限定在其中的循环空间150，并具有在热发生组合件的一端的上部中和在其相对的一端的下部中的通道120和140。热吸收组合件200的每个具有在其中限定的循环空间250，并具有在热吸收组合件的一端的下部中和在其相对的一端的上部中的通道220和240。热发生组合件100和热吸收组合件200交替堆叠。热电元件500的每个布置在一个热发生组合件100和一个热吸收组合件200之间，热电元件500的热发生表面520与热发生组合件100邻接，热电元件的热吸收表面540与热吸收组合件200邻接。

首先，热发生组合件100和热吸收组合件200的每个通过将上表面110或者210的外周围与下表面130或者230的外周围彼此紧靠联接而形成。也就是说，每个具有平板形状的上表面和下表面在外周围处彼此联接，从而形成热发生组合件和热吸收组合件。所述上表面和所述下表面的主要区域被以预定距离彼此隔开，从而在其中形成循环空间。

此外，热发生组合件100具有在一端的上部和在相对的一端的下部的通道120和140，其中所述通道与循环空间150在所述组合件内部连通，从而流体通过通道中的一个进入，通过循环空间流动，然后通过通道中的另一个流出。同样地，热吸收组合件200的每个具有在一端的上部和在相对的一端的下部的通道220和240。

特别地，热发生组合件100的通道在相同的位置处形成，从而使得它们没有重叠热吸收组合件200的通道。具体地，热发生组合件100的通道120形成在一端的上部，并且热吸收组合件200的通道220形成在该一端的下部，从而使得通道120没有重叠通道220。用这种方式，被引入热发生组合件100并被从热发生组合件100排出的流体与被引入热吸收组合件200并被从热吸收组合件200排出的流体彼此隔开，从而使得热发生功能和热吸收功能能够被独立的执行。

热发生组合件100与热吸收组合件200堆叠从而使得在一端的通道120和220与在相对的一端的通道140和240彼此没有重叠。多个热发生组合件100与多个热吸收组合件200彼此交替，热电元件500分别在单个组合件之间插入。

热电元件500的每个对于大部分来说具有热发生表面520和热吸收表面540，作为代表性实例可采用帕尔贴元件。当将电流施加至此时，所述帕尔贴元件用作热泵，其中热吸收表面540从热发生表面520吸收热量和发散热量。因此，优选热电元件500的热吸收表面540与热吸收组合件200紧密接触，并且热电元件500的热发生表面520与热发生组合件200紧密接触。

与此同时，多个热发生组合件100被构造成在热发生组合件100与热吸收组合件200交替堆叠的状态下，使得在热发生组合件100的一端的通道120彼此连接，并且在热发生组合件100的相对的一端的通道140彼此连接。为此，突出管122和142分别形成在热发生组合件100的通道120和140的前部和后部上。在热发生组合件100的每个的一端中的通道120上的突出管122彼此连接，在热发生组合件100的每个的相对的一端中的通道140上的突出管142彼此连接。因此，在热发生组合件100的每个的一端中的通道120彼此连通，从而流体通过通道120被同时供应至热发生组合件100或者从热发生组合件100排出，所述热发生组合件100被连续布置以便与热吸收组合件200交替。这与在热发生组合件100的相对的一端中的通道140的情况相同。

相对的突出管122或者142彼此连接的部分的厚度被设定为与热电元件500的厚度相同，从而使得热电元件500能够在热发生组合件100与热吸收组合件200之间紧密接触。

在多个热吸收组合件200与热发生组合件100交替堆叠的状态下，在热吸收组合件200的每个的一端中的通道220彼此连接，在热吸收组合件200的每个的相对的一端中的通道240彼此连接。突出管222和242被连接至热吸收组合件200的通道220和240的前部和后部，其中在热吸收组合件200的每个的一端中的通道220的突出管222彼此连接，在热吸收组合件200的每个的相对的一端中的通道240的突出管242彼此连接。因此，与在热发生组合件100中相同，在热吸收组合件200的每个的一端中的通道220彼此连通，从而流体通过通道220被同时供应至热吸收组合件200或者从热吸收组合件200排出。这与在热吸收组合件200的每个的相对的一端中的通道240的情况相同。

此外，相对的突出管222或者242彼此连接的部分的厚度被设定为与热电元件500的厚度相同，从而使得热电元件500能够在热发生组合件100与热吸收组合件200之间紧密接触。

另外，热传导鳍片结构300布置在热发生组合件100和热吸收组合件200的循环空间150和250内部。每个热传导鳍片结构300从一端朝着相对的一端在任意方向延伸。热传导鳍片300的两端与热发生组合件100和热吸收组合件200的内表面紧密接触。

由于上述构造，流体通过在热发生组合件100的每个的一端中的各个通道120被同时引入到单个的热发生组合件100中，并且热发生组合件100分别与热电元件500的热发生表面520处于面接触。因此，所述流体被热发生组合件100的上下表面和位于热发生组合件100内部的热传导鳍片300加热，所述热传导鳍片300与所述上下表面接触。然后，被加热的流体通过在热发生组合件100的相对的一端的通道140而被同时排出。同样地，对于热吸收组合件200，流体通过在热吸收组合件200的每个的一端中的通道220被供应，采用以上面的相似方式被冷却下来，然后通过在热吸收组合件200的每个的相对的一端中的通道240被排出。

为此，热电元件500被分别插入热发生组合件100与热吸收组合件200之间，并且布置成使得热电元件500的热发生表面520和热吸收表面540可交换他们的位置。此外，由于这种构造，当将要进行冷却时，冷的流体能够与在相对的位置中的热发生表面形成接触，从而增加了冷却效果。当然将要进行加热时，热的流体能够与在相对的位置中的热吸收表面形成接触，从而增加了加热效果。

由于根据本发明的示例性实施方案的具有热电元件的热交换器的上述结构，可以减少热交换器的尺寸，以便在热电元件被包含在具有叠层结构的热交换器中的时候使得热电元件的效率最大化。此外，由于形成多个通道，可以不仅在目标侧而且在与热电元件相对侧执行加热或者冷却。因此可以实现热电元件的最大化的效率，所述热电元件使用例如车辆的废热或发散的热。

尽管本发明的示例性实施方案被描述是出于说明的目的，但是本领域技术人员应该清楚在不脱离本发明的范围和精神的各种修改、增加和替换都是可能的，本发明的范围和精神由所附权利要求书所公开。

Claims

1.一种热交换器，其包括：

热发生组合件，在所述热发生组合件内限定了循环空间，所述热发生组合件具有在所述热发生组合件的一端的上部中的通道和在所述热发生组合件的相对的一端的下部中的通道；

热吸收组合件，在所述热吸收组合件内限定了循环空间，所述热吸收组合件具有在所述热吸收组合件的一端的下部中的通道和在所述热吸收组合件的相对的一端的上部中的通道，其中所述热发生组合件和所述热吸收组合件彼此堆叠；以及

热电元件，所述热电元件布置在所述热发生组合件和所述热吸收组合件之间，所述热电元件具有与所述热发生组合件邻接的热发生表面以及与所述热吸收组合件邻接的热吸收表面。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述热发生组合件和所述热吸收组合件的每个包括平板形状的上表面和下表面，所述上表面和下表面的外周围彼此邻接并被联接。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述热发生组合件和所述热吸收组合件在彼此的顶部上堆叠，以使得在所述热发生组合件的一端和相对的一端的通道与在所述热吸收组合件的一端和相对的一端的通道彼此没有重叠。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其包括彼此交替并交替堆叠的多个热发生组合件和多个热吸收组合件，以及分别被插入所述热发生组合件与所述热吸收组合件之间的多个热电元件。

5.根据权利要求4所述的热交换器，其中所述热发生组合件和所述热吸收组合件交替堆叠，以使得在所述热发生组合件的每个的一端中的通道彼此连接，并且在所述热发生组合件的每个的相对的一端中的通道彼此连接。

6.根据权利要求5所述的热交换器，其中所述热发生组合件分别具有在通道的前部和后部的突出管，在所述热发生组合件的每个的一端中的通道上的突出部彼此连接，并且在所述热发生组合件的每个的相对的一端中的通道上的突出部彼此连接。

7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，突出管之中相对的突出管被连接的每个部分的厚度等于所述热电元件的每个的厚度，从而使得所述热电元件在所述热发生组合件与所述热吸收组合件之间紧密接触。

8.根据权利要求4所述的热交换器，其中所述热发生组合件和所述热吸收组合件交替堆叠，以使得在所述热吸收组合件的每个的一端中的通道彼此连接，并且在所述热吸收组合件的每个的相对的一端中的通道彼此连接。

9.根据权利要求8所述的热交换器，其中所述热吸收组合件分别具有在通道的前部和后部的突出管，在所述热吸收组合件的每个的一端中的通道上的突出部彼此连接，在所述热吸收组合件的每个的相对的一端中的通道上的突出部彼此连接。

10.根据权利要求9所述的热交换器，其中，突出管之中的相对的突出管被连接的每个部分的厚度等于所述热电元件的每个的厚度，从而使得所述热电元件在所述热发生组合件与所述热吸收组合件之间紧密接触。

11.根据权利要求1所述的热交换器，其进一步包括热传导鳍片结构，所述热传导鳍片结构位于所述热发生组合件或者所述热吸收组合件的循环空间内，所述热传导鳍片结构从热交换器的一端朝着相对的一端延伸。

12.根据权利要求11所述的热交换器，其中所述热传导鳍片结构的两端与所述热发生组合件或者所述热吸收组合件的内表面紧密接触。