CN104067084B - 特别用于电池冷却器的总管和包括至少一个这样的总管的热交换器 - Google Patents

特别用于电池冷却器的总管和包括至少一个这样的总管的热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于热交换器(1)的总管(10)，包括盖(31)、中间板(41)和集管板(51)，所述总管(10)用于收集和分配流体。根据本发明，中间板(41)与盖(31)一起限定第一流体腔室(11)，与集管板(51)一起限定第二流体腔室(12),所述第二腔室独立于第一腔室(11)。本发明还涉及一种包括这样的总管(1)(10)的热交换器，以及用于制造这样的总管(10)的方法。

Description

特别用于电池冷却器的总管和包括至少一个这样的总管的热交换器
技术领域
本发明应用于热交换器的领域，例如电池冷却器，且特别是具有电动和/或混合马达的车辆中的电池。本发明的目的是该类型的交换器和包括所述交换器的总管。
背景技术
具有电和/或混合马达的车辆的电能由一个或多个电池供应。一个问题在于电池易于发热且因此在操作期间易受损害。因此必要的是使用电池冷却器来将它们保持在可接受的温度。这样的冷却器包括管束，所述管束将至少两个总管彼此连接，管的对应的端部以固定且密闭的方式连接在所述总管中。冷却剂则可流动通过管和总管，以确保与电池的热交换。
需要克服的一个困难是对于所有电池以有效、被调节和一致的方式冷却电池的问题。为此，想法是通过使用多个总管将多个电池冷却器串联而定位所述多个电池冷却器，所述总管被组装且被钎焊至彼此，以便连接各个冷却器。一个缺陷源于被组装的总管并不全相同，且因此需要适于每个总管的不同的制造方法和物流管理系统。取决于要被冷却的电池的数量，一个接一个串联定位的冷却器的数量被改变，其因此意味着必须管理许多不同部件。
电池冷却器经受来自于它们安装所在车辆的不同类型的机械应力。如果冷却器包括具有不同设计的总管组件，则另一问题在于确保在这样的情况下被组装的总管之间的相应连接部的刚度。
另一缺陷是由于管根据它们连接的被组装总管而具有不同长度，因此使得有必要制造和存储不同长度的管。
发明内容
本发明寻求改善该情形。
为此，本发明提出一种热交换器总管，包括盖、中间板、和集管板，所述总管用于收集和分配流体。根据本发明，中间板与盖一起限定第一流体腔室，与集管板一起限定第二流体腔室,所述第二腔室独立于第一腔室。
独立被理解为意味着第二腔室与第一腔室流体隔离。换句话说，流体不能直接从第一腔室穿到第二腔室而不通过热交换器通路。第一和第二腔室因此彼此密封。
本发明因此提供不同的但是集合在单个总管内的两个腔室或流体流动集管器。在该情况下，总管被标准化。本发明消除了与具有不同设计和/或结构的需要被组装在一起的总管的存在相关联的缺陷。另一优势是根据本发明的总管占据的减少的空间，所述总管仅包括三个板。形成总管的板还设计为组装在一起，以确保足够的刚度来承受交换器所经受的机械应力。
另一优势是由于根据本发明的总管的组装，其需要比已知方案更少的操作。实际上，由于本发明，不再需要在将两个不同总管组装在一起之前制造它们。仅需要组装盖、中间板和集管板。
根据本发明的一个方面，中间板具有第一面和对着第一面的第二面，且包括用于准许流体至第一腔室的第一变形部和用于允许流体离开第一腔室的第二变形部。第一和第二变形部位于中间板的相对纵向端部处。
中间板有利地包括第三变形部，第三变形部沿总管的纵向方向位于第一和第二变形部之间。这使得流体能够流动，特别是在第一和第二变形部之间。
根据本发明的一个实施例，第三变形部相对于中间板的第一面突出，中间板的第一和第二变形部相对于中间板的第二面突出。换句话说，第一和第二变形部沿一个第一方向延伸，第三变形部沿与第一方向相反的另一第二方向延伸。
根据本发明的一个方面，盖包括腔体，所述腔体使得流体能够在第一变形部和第二变形部之间流动。第三变形部例如延伸到腔体中。
盖有利地包括边缘，所述边缘位于腔体32的周边上，且布置为接触围绕第一、第二和第三变形部的中间板的边沿。边缘例如钎焊到第一面的边沿。
根据本发明的一个实施例，盖定位为对着中间板的第一面，在覆盖第一、第二和第三变形部的位置。
根据本发明的一个实施例，集管板定位为对着中间板的第二面，在覆盖第三变形部的位置。
集管板有利地包括凹部，凹部用于允许流体进入和离开第二腔室。
根据本发明的一个实施例，集管板包括周边面，所述周边面围绕凹部并定位为接触围绕中间板的第三变形部的边沿。周边面特别地钎焊到第二面的边沿。
根据本发明的一个方面，第一变形部、第二变形部和凹部每一个包括至少一个槽，所述槽能够接收流体流动管。
盖、中间板和集管板有利地大致为矩形形状，所述槽沿大致平行于盖、中间板和集管板的纵向轴线延伸的方向具有细长形状。
根据本发明的一个实施例，凹部和第一变形部、第二变形部中的槽包括至所述总管外部的开口，这些大致位于相同平面内。因此，由于本发明，可以将具有相同长度的管连接至第一和第二腔室。
本发明还涉及一种热交换器，特别是电池冷却器，包括至少一个如上所述的总管。
根据本发明的一个方面，所述交换器包括一束流体流动管，所述管为相同长度，且具有穿过所述总管的第一纵向端。在该情况下，假设管为制造容差值内的相同长度。由于本发明，管仅需要制造为一个长度，这简化了管的物流管理。管有利地被挤压成型且包括多个通道。
根据本发明的实施例，管为大致椭圆形形状，由两个称为第一和第二较大面的较大面和两个较小面限定，管布置为使得第一较大面在相同平面中延伸。因此，可以将电池直接定位在管的在表面面积方面最大的部分上，换句话说，在第一较大面上。
根据本发明的方面，其中第一和第二腔室每个接收四个管。
交换器有利地布置为使得流体沿第一方向流动到第一腔室中，且沿与第一方向相反的第二方向流动到第二腔室中。由于两个腔室的该布置，流体可在交换器的相同侧上进入和离开。
根据本发明的实施例，交换器包括具有流体入口的入口包围部、具有流体出口的出口包围部和中间包围部，使得所述交换器限定四个流通通路：在入口包围部和第一腔室之间的第一通路，在第一腔室和中间包围部之间的第二通路，在中间包围部和第二腔室之间的第三通路，和在第二腔室和出口包围部之间的第四通路。以该方式，可以通过将两个较小的交换器互连而产生单个交换器。以类似的方式，因此可以将多个交换器串联连接，以产生仅一个单个交换器，其包括根据本发明的多个总管。
本发明还涉及用于热交换器总管的制造方法，所述总管包括盖、中间板、和集管板。根据本发明，盖、中间板和集管板被窝锻(dished)，且可断开机械连接器件在相同成型阶段中形成在盖、中间板和集管板之间。
根据本发明，除了仅具有一个总管而不是两个，总管的构成部件在单一制造阶段中获得。另外，它们在制造期间同时连接至彼此，使得它们可被一起存储和运输。
根据本发明的一个方面，机械连接器件在将盖组装在中间板上以及在将集管板组装在中间板上之前断开，用于形成所述总管。该连接器件被断开，以便将盖、中间板和集管板定位在彼此上，使得它们能够被钎焊在一起。
附图说明
附图清楚地示出如何实现本发明。在这些图中，相同的附图标记指向相似的元件。
图1是包括根据本发明的总管的热交换器的实施例的示意性平面图。
图2是根据本发明的总管的分解图。
图3是图1中所示的交换器的替换实施例的透视图。
图4示出根据本发明的总管以及可断开连接装置的分解图，所述可断开连接装置连接盖、中间板和总管的集管板。
具体实施方式
本发明可应用在如图1所示的热交换器1中。这可例如是用于冷却机动车辆中的电池的散热器，特别是在包含已知的冷却剂、制冷剂或制冷流体的回路中操作，所述制冷流体譬如简称为R134a或R744(二氧化碳)的那些。其包括一束并行管2。管2具有相同长度，且每个具有第一纵向端2A，所述第一纵向端以固定且密闭的方式连接至根据本发明且位于图1的顶部处的总管10，称为第一总管10。管2例如钎焊到第一总管10。所述总管用于收集从管2到达的流体，换句话说，其包括一区域，在该区域中，流体被迫进入第一总管。所述总管还用于分配流体通过管2，换句话说，其包括一区域，在该区域中，流体被迫离开第一总管10。管2例如被挤压成型，且包括多个通道，以特别地改善管2的抗压性和热效率。在该情况下，交换器1因此通过将电池直接定位在管2上而冷却电池。
这样的交换器1还包括入口包围部4，入口包围部4包括入口4'，流体被准许经由该入口4'进入交换器1；出口包围部5，出口包围部5包括出口5'，流体经由该出口5'排出交换器1；和中间包围部6。在该情况下，入口包围部4和出口包围部5形成单个包围部，但也可彼此分开。
根据本发明，第一总管10限定流体可在其中循环的第一腔室11和第二腔室12，第一腔室11和第二腔室12独立于彼此。换句话说，第一总管10限定第一流体流动集管器和第二流体流动集管器，所述集管器不直接连接至彼此。
因此，在该实施例中，流体在入口包围部4的入口4'附近进入交换器1，且随后穿过第一通路21，所述第一通路21这里由将入口包围部连接至第一腔室11的两个管2限定。其随后流入第一腔室11中，在所述腔室内循环，并再次离开以穿过第二通路22，所述第二通路例如由将第一腔室11连接至中间包围部6的两个管2限定。流体于是在离开所述包围部以穿过第三通道23之前在中间包围部6内流动，所述第三通路23特别地由将中间包围部6连接至第二腔室12的两个管限定。其随后在第二腔室内流动并离开以穿过第四通路24，第四通路24将其从第二腔室带到出口包围部5及其出口5'。
交换器1因此布置为使得流体沿由标记为13的箭头表示的第一方向流动到第一腔室11中，且沿由标记为14的箭头表示的第二方向流动到第二腔室12中，该第二方向沿与第一方向相反的方向。该布置因此允许多个交换器串联定位，在该情况下为两个，以具体地冷却多个电池，同时提出从交换器的相同侧的用于流体的入口4'和出口5'，所述入口4'和出口5'特别是相邻的。入口4'和出口5'的该布置使得更容易管理将交换器1并入在车辆中所需的空间，且特别地将入口和出口元件连接至交换器1所需的空间。这样的元件(未示出)可例如是喷嘴，且可因此连接在交换器1的同一侧上，以限定被这些元件占据的空间。
图2示出根据本发明的第一总管10的更详细视图。其包括盖31、中间板41、和集管板51。根据本发明，中间板41与盖31一起限定第一流体腔室11，与集管板51一起限定第二流体腔室12。
中间板41具有第一面42和对着第一面42的第二面43。中间板41包括用于准许流体至第一腔室11的第一变形部44和布置为允许流体离开第一腔室11的第二变形部45。第一和第二变形部44、45例如通过一过程获得，该过程涉及中间板41的窝锻(dishing)，其因此形成经窝锻区域。在该情况下，第一和第二变形部44、45相对于中间板41的第二面43突出，换句话说，它们定位在中间板41的第二面43的侧部上。它们可例如包括基部65，基部65平行于第二面42延伸且通过周边壁66连接至所述面，所述周边壁66垂直于第二面42延伸。
第一和第二变形部44、45可例如包括槽46，槽46用于接收管2的第一纵向端。这些槽46可例如是椭圆形的，换句话说，它们沿盖31、中间板41和集管板51的纵向延伸方向具有细长形状。盖31、中间板41和集管板51实际上为大致矩形形状，使得它们具有根据图2中称为A的方向的纵向延伸尺寸和垂直于方向A的侧向延伸方向。注意到，在该情况下，第一和第二变形部44、45每一个包括两个槽，但在替换实施例中，它们可包含更多或更少的槽46。
中间板41还包括第三变形部47，第三变形部沿板的纵向延伸方向A位于第一和第二变形部44、45之间。该第三变形部47可例如通过窝锻工艺获得，以形成经窝锻区域。其相对于中间板41的第一面42突出，换句话说，其定位在中间板的第一面42的侧部上。第三变形部47继而在第一腔室11内延伸。流体可因此在第一腔室11中在第一和第二变形部44、45之间流动，穿过第三变形部47。
变形部47有利地优化腔室11和12的容积。这样的变形部47占据腔室11和12中的流体通路横截面的剩余部分。其还使得可以通过改变变形部47的深度来获得优化的压力损失值。还有利的是，通过腔室11和12的流体通道横截面基本上彼此相同。
盖31定位为对着中间板41的第一面42。其覆盖第一、第二和第三变形部44、45、47。盖31包括腔体32，腔体32使得流体能够在中间板41的第一变形部44和第二变形部45之间流动。腔体32可特别地通过窝锻工艺获得，以形成经窝锻区域。特别地，这应用于定位为对着第一变形部44、第二变形部45和第三变形部47的腔体32。腔体32的侧部34，或换句话说，腔体32的定位为对着第二变形部44、45的部分为张开形状。腔体32的侧部34朝向腔体32的内部张开，换句话说，朝向盖的与纵向延伸方向A垂直的对称轴线张开。腔体32的中央部分35，或换句话说，定位为对着第三变形部47的部分，比腔体32的侧部更深。腔体32的中央部分布置在侧部34之间。由于盖31且特别地由于其腔体32，流体可从第一变形部44(流体经由其进入)流动至第一腔室11中，且特别地，在腔体32内部，至第二变形部45，流体经由第二变形部45离开第一腔室11。
盖32包括边缘33，边缘33位于腔体32的周边周围，且接触围绕第一、第二和第三变形部44、45、47的中间板41的第一面42的边沿49。特别地，盖31和中间板41钎焊在盖31的边缘33和中间板41的第一面42的边沿49处。特别地，边缘33的形状例如补充第一面41的边沿49的形状，且它们是平的。
集管板51对着中间板41的第二面43，特别是在第三变形部47附近。集管板51和第三变形部47一起形成第二腔室12的一部分，流体可在其中流动。
集管板51包括凹部52，凹部52用于允许流体进入和离开第二腔室12。凹部52，特别地，类似于中间板41的第一和第二变形部44、45。第一变形部44、第二变形部45和凹部52因此从相对于中间板41的相同侧延伸，换句话说，从第一面42的侧部延伸，且与中间板41有大致相同的深度。
在该情况下，集管板51包括周边面53，周边面53围绕凹部52并接触中间板41的第二面43的边沿48。特别地，集管板51和中间板41钎焊在一起，特别地在集管板51的周边面53和中间板41的第二面43的边沿48处。特别地，周边面53的形状例如补充第二面43的边沿48的形状，且它们是平的。
凹部52可例如包括基部67，基部67平行于周边面53且在与第一和第二变形部44、45的基部65延伸所在的平面相同的平面中延伸。凹部52的基部67通过周边壁68连接至周边面53，所述周边壁68与第一和第二变形部44、45的周边壁66相同。
凹部52还包括用于接收管的端部的第四槽46。特别地，凹部52包括位于图2中左侧的两个槽，流体经由其离开第二腔室12，凹部52还包括定位在图2中右侧的两个槽，流体经由其进入第二腔室12。换句话说，凹部52包括用于接收将流体带入第二腔室12的管的两个槽46和用于接收将流体排出第二腔室12的管的两个槽46。
在第一变形部44、第二变形部45和凹部52中的槽46包括至所述总管外部的开口54，所述开口54位于第一变形部44、第二变形部45和凹部52的相应基部65、67附近。换句话说，开口54大致定位在相同平面中，例如平行于第一面42的边沿49延伸所在的平面，且特别是平行于盖31、中间板41或集管板51的延伸平面。管经由开口54插入在槽46中。槽46沿垂直于板的延伸平面的方向在相同深度上延伸，且在第二开口附近暴露在第一腔室11和第二腔室12的内侧上，所述第二开口不可见且也沿相同平面延伸。这因此建立管接收环，以有助于所述管钎焊到第一总管10上。
根据本发明的交换器1的替换实施例在图3中示出。这样的交换器1包括第二总管10'，其与第一总管10相同。该替换例使得可以从流体的视角串联连接附加的交换器，以放大用于与电池的热交换的可用区域。
在该情况下，交换器1限定用于流体的六个通路，所述通路的每个特别地由两个管2限定：
-第一通路81，在第一总管10的入口包围部4和第一腔室之间，
-第二通路82，在第一总管10的第一腔室11和第二总管10'的第二腔室12'之间，
-第三通路83，在第二总管10'的第二腔室12'和中间包围部6之间，
-第四通路84，在中间包围部和第二总管10'的第一腔室11'之间，
-第五通路85，在第二总管10'的第一腔室11'和第一总管10的第二腔室之间，和
-第六通路86，在第一总管10的第二腔室和外包围部5之间。
在该情况下，第一总管10和中间包围部6接收管2的第一纵向端。第二总管10'、入口包围部4和出口包围部5接收管2的第二纵向端，特别地，这些相对于管2对着第一端。注意到，由于槽46的位置且特别地它们的开口，管2具有相同长度。
管2具有两个较大面，称为第一和第二较大面61、62，以及将较大面61、62连接至彼此的两个较小面63、64。较小和较大面61、62、63、64将管2的纵向端连接至彼此，使得管2大致为椭圆形形状。由于槽46的延伸方向A，构成管束的所述多个管2布置为使得管2的第一较大面61在相同平面中延伸，特别是垂直于盖、中间板和集管板的侧向延伸尺寸。因此可以将电池直接定位在管2的较大面61上，以受益于管2和电池之间的较大接触表面。
图4示出组装前且在如根据本发明的制造方法之后获得的第一总管10。
该方法使得窝锻和切割在相同成型阶段中发生，以一方面获得盖31、中间板41和集管板51，另一方面获得可断开机械连接部71，所述可断开机械连接部将盖31、中间板41和集管板51连接在一起。
通过窝锻盖31、板41和集管板51，可以特别地获得上述腔体32、第一、第二和第三变形部44、45、47、凹部52和槽46。
可断开机械连接器件71这里示出为条的形式，具有与第一总管10相同的材料。在所示例子中，两个条将盖31连接至中间板41，且两个条将中间板连接至集管板51。
本发明还提供连接器件71断开的阶段。在该情况下，条例如通过将它们在与盖31、集管板41和/或中间板51的结合处折叠，换句话说，在盖31的边缘33、中间板41的第一面的边沿49、中间板41的第二面的边沿48和/或集管板51的周边面53的边界处折叠而断开。盖31、中间板41和集管板51于是彼此分开，且可以将它们定位为抵靠彼此，使得它们可钎焊在一起。
这样的方案意味着一组三个部件可作为一件存储，换句话说，盖31、中间板41和集管板51以组装和随后钎焊所述部件为目的。因此没有必要针对每个部件管理特定库存。
根据该方法的替换实施例(未示出)，本发明提供要被建立在盖和中间板之间的集管板，换句话说，集管板在成型操作期间位于盖和中间板之间的板材上。在该情况下，连接器件一方面在集管板和中间板之间延伸，另一方面在集管板和盖之间延伸。因此，由于尺寸小于盖和中间板的集管板的长度，成型操作允许集管板、盖和中间板一起制造。因此可以使用由围绕集管板的板材的部分产生的材料来朝向用于盖和中间板的板材的部分流动。集管板、中间板和盖的这样的布置有利之处在于其使得大致相同的材料厚度能够被保持。
交换器的各部件，以及特别地一个或多个总管，例如由铝或铝合金制成。

Claims (20)

1.一种用于热交换器(1)的总管(10、10')，包括盖(31)、中间板(41)和集管板(51)，所述总管(10)用于收集和分配流体，其特征在于，中间板(41)与盖(31)一起限定第一流体腔室(11)，中间板(41)与集管板(51)一起限定第二流体腔室(12),所述第二腔室独立于第一腔室(11)，所述中间板(41)包括至少两个槽(46)，所述槽每一个用于接收所述热交换器的管(2)的纵向端部。
2.根据权利要求1所述的总管(10、10')，其中，中间板(41)具有第一面(42)和对着第一面(42)的第二面(43)，且包括用于准许流体流至第一腔室(11)的第一变形部(44)和用于允许流体离开第一腔室(11)的第二变形部(45)。
3.根据权利要求2所述的总管(10、10')，其中，中间板41有利地包括第三变形部(47)，第三变形部沿总管(10)的纵向方向(A)位于第一变形部和第二变形部(44、45)之间。
4.根据权利要求3所述的总管(10、10')，其中，第三变形部(47)相对于中间板(41)的第一面(42)突出，中间板(41)的第一和第二变形部(44、45)相对于中间板(41)的第二面(43)突出。
5.根据权利要求3或4所述的总管(10、10')，其中，盖(31)包括腔体(32)，所述腔体(32)使得流体能够在第一变形部(44)和第二变形部(45)之间流动。
6.根据权利要求5所述的总管(10、10')，其中，盖(31)包括边缘(33)，所述边缘(33)位于腔体(32)的周边上，且布置为接触围绕第一、第二和第三变形部(44、45、47)的中间板(41)的边沿(49)。
7.根据权利要求3所述的总管(10、10')，其中，在覆盖第一、第二和第三变形部(44、45、47)的位置，盖(31)定位为对着中间板(41)的第一面(42)。
8.根据权利要求3所述的总管(10、10')，其中，在覆盖第三变形部(47)的位置，集管板(51)定位为对着中间板(41)的第二面(43)。
9.根据权利要求3所述的总管(10、10')，其中，集管板(51)包括凹部(52)，所述凹部(52)用于允许流体进入和离开第二腔室(12)。
10.根据权利要求9所述的总管(10、10')，其中，集管板(51)包括周边面(53)，所述周边面(53)围绕凹部(52)并布置为接触围绕中间板(41)的第三变形部(47)的边沿。
11.根据权利要求9所述的总管(10、10')，其中，第一变形部(44)、第二变形部(45)和凹部(52)每一个包括至少一个槽(46)，所述槽能够接收流体流动管(2)。
12.根据权利要求11所述的总管(10、10')，其中，盖(31)、中间板(41)和集管板(51)大致为矩形形状，所述槽(46)沿大致平行于盖(31)、中间板(41)或集管板(51)的纵向轴线延伸的方向具有细长形状。
13.一种热交换器(1)，其特征在于，其包括至少一个根据前述权利要求中任一项所述的总管(10、10')。
14.根据权利要求13所述的热交换器(1)，其中，所述热交换器包括一束流体流动管(2)，所述管(2)为相同长度，且具有穿过所述总管(10、10')的第一纵向端(2A)。
15.根据权利要求14所述的热交换器(1)，其中，所述管(2)被挤压成型且包括多个通道。
16.根据权利要求14或15所述的热交换器(1)，其中，所述管(2)为大致椭圆形形状，由称为第一和第二较大面(61、62)的两个较大面和两个较小面(63、64)限定，所述管(2)布置为使得第一较大面(61)在相同平面中延伸。
17.根据权利要求13所述的热交换器(1)，其中，所述热交换器(1)布置为使得流体沿第一方向(13)流动到第一腔室(11)中，且沿与第一方向(13)相反的第二方向(14)流动到第二腔室(12)中。
18.根据权利要求13所述的热交换器(1)，其中，所述热交换器(1)包括具有流体入口(4')的入口包围部(4)、具有流体出口(5')的出口包围部(5)和中间包围部(6)，使得所述热交换器(1)限定四个流体通路(21、22、23、24)：在入口包围部(4)和第一腔室(11)之间的第一通路(21)，在第一腔室(11)和中间包围部(6)之间的第二通路(22)，在中间包围部(6)和第二腔室(12)之间的第三通路(23)，以及在第二腔室(12)和出口包围部(5)之间的第四通路(24)。
19.一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的热交换器(1) 的总管(10、10')的方法，所述总管(10、10')包括盖(31)、中间板(41)、和集管板(51)，所述中间板(41)用于与盖(31)一起限定第一流体腔室(11)，且所述中间板(41)用于与集管板(51)一起限定第二流体腔室(12),所述第二腔室独立于第一腔室(11)，其特征在于，盖(31)、中间板(41)和集管板(51)被窝锻，且其中，可断开的机械连接器件(71)在相同成型阶段中形成在盖(31)、中间板(41)和集管板(51)之间。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述机械连接器件(71)在将盖(31)组装在中间板(41)上以及在将集管板(51)组装在中间板(41)上之前断开，用于形成所述总管(10、10')。
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