CN104321607A - 热交换器,特别是用于车辆的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器，所述热交换器包括管道(2)的束，其允许在所述管道(2)中循环的制冷剂和外部空气流之间的热交换，还包括第一集管器(4)，所述热交换器构造为建立在所述管道(2)的第一部分和所述管道(2)的第二部分之间的制冷剂流体的连续循环，所述第一部分通向所述第一集管器的第一部分(4a)，所述第二部分通向所述第一集管器(4)的第二部分(4b)。根据本发明，所述第一集管器(4)包括间隔件(12)，该间隔件(12)构造为扰动所述管道(2)的第一和第二部分之间的流体的循环。本发明特别地用于电动和/或混合动力机动车辆。

Description

热交换器,特别是用于车辆的热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器，特别地用于车辆，尤其是电动和/混合动力车辆。
背景技术
在具有热机的车辆中，已知利用由发动机释放的热，以加热车辆乘客舱。在具有电马达的车辆中，用于驱动车辆的由电机释放的热太小而不能实现这样的功能。即使这在混合动力车辆(热和电二者驱动)中是较小的程度，也具有相同的问题。
为了解决该问题，已经提出可逆地操作空调环路。它们由此构造为将冷空气或热空气根据用户的请求交替地引入到乘客舱。
它们使用热交换器，其位于车辆的前部面，从而被通过散热器格栅的具有环境温度的空气流所过。当空调环路用于冷却乘客舱时，所述交换器用于将在所述空调环路中循环的制冷剂流体冷凝，在相反情况中，也就是当空调环路用于热泵以加热乘客舱时，其用于蒸发所述流体。
因为用于改善其作为冷凝器的运行的方案与用于改善其作为蒸发器的运行的方案总体相反，这样的热交换器的热性能难以优化。
更准确地，在层间管道类型的蒸发器或冷凝器中，很长时间已知，有利的是使制冷剂流体在包含给定数量的管道的程(pass)中连续地循环。在冷凝器中，很长时间已知使一程到另一程的管道数量减小优化了热交换器，同时限制压力损失。本领域的技术人员还已知，这样的管道的分布另一方面是对蒸发器的运行不利的。
避免该情况的第一方案是使流体在热交换器中循环的方向反向，但这样的方案增加空调环路的复杂性。
对于交替地用作冷凝器和蒸发器的热交换器而没有使制冷剂流体在热交换器中的循环方向反向，本领域的技术人员则自然地想到提出具有一构造的热交换器，该构造尽可能对称，以便避免相对于一个操作模式对另一个操作模式不利。在具有多程的层间管道类型的热交换器的情况下，这导致使用两个程，且每程具有相同数量的管道或至少从一程到另一程保持类似。
这样的话，特别重要的问题是在热泵模式中热交换器结冰的风险。这样的现象的出现倾向于停止所有或一些热交换，因为空气压力损失的增加。由于结冰导致的热交换的劣化倾向于降低蒸发温度和热交换器内的制冷剂流体压力，其相应地增加热交换器结冰的风险。
另一特别重要的问题涉及热交换器内的压力损失。在蒸发器模式中，已知的是，制冷剂流体的密度小于冷凝器模式中的，其具有增加压力损失的作用。因此重要的是，寻求在蒸发器运行时的压力损失减小，以便改善热性能。
为了避免这样的风险，已经考虑第一程中的较小数量的管道的使用，同时将该第一程布置在交换器的底部部分中，交换器定位在大体垂直的平面中，管道大体水平地取向。
但是，本申请人执行的测试已知这样的交换器的一些管道几乎不或完全不参与交换。这些特别是靠近第一程的第二程中的管道。此外，该问题更普通，且也在具有较多程的、每程管道不同分布的和/或管道具有特别是垂直取向的不同取向的热交换器中遇到。
发明内容
本发明意图改善该情形，且为此目的提出一种热交换器，所述热交换器包括管道束，提供在所述管道中循环的制冷剂流体和外部空气流之间的热交换，还包括第一集管器，所述热交换器构造为建立在所述管道的第一部分和所述管道的第二部分之间的制冷剂流体的连续循环，所述第一部分在所述第一集管器的第一部分中露出，所述第二部分在所述第一集管器的第二部分中露出。
根据本发明，所述第一集管器包括间隔件，其构造为扰动所述管道的第一和第二部分之间的流体的循环。
申请人已经发现，间隔件的使用改善制冷剂流体在束的管道内的分布，其具有增加热交换同时控制压力损失的效果，特别是在蒸发器操作模式中。尽管该类型的间隔件看起来必须通过减小流的横截面来加速制冷剂流体而因此不利于提供给下游定位的管道，相反，观察到对所述管道的供给的改善。无需进行解释，这样的现象可源于制冷剂流体从一相变为另一相的两相状态。
根据可一起或单独使用的各个实施例：
-束的管道在第一程和第二程中分布，其分别对应于所述管道的第一部分和第二部分，
-当热交换器被使用时，束构造为所述程水平地取向，
-第一程中的用于制冷剂流体的流的横截面表示束中的用于制冷剂流体的流的横截面的40％至70％，特别是50％至70％，
-第一程中的用于制冷剂流体的流的横截面严格大于40％，特别是50％，
-间隔件定位在距所述第一集管器的第一部分和第二部分之间的通路区域一距离d处，且间隔件按照以下要求定位：
-在所述第一部分中，距离d小于所述第一集管器的所述第一部分的轴向长度的一半，
-在所述第二部分中，距离d小于所述第一集管器的所述第二部分的轴向长度的一半，
-间隔件位于所述通路区域处，
-间隔件构造为使制冷剂流体优先地朝向靠近位于热交换器的第二集管器的间隔件定位的管道部分取向，所述间隔件称为分隔间隔件，所述束的管道在所述第二集管器中露出，所述分隔间隔件限定所述连续循环，也就是说，在束中的多程中，
-靠近所述分隔间隔件定位的第二管道部分中的所述管道定位为与用于使制冷剂流体离开热交换器的孔相对，
-扰动制冷剂流体的循环的间隔件是扰动器，其取向为将制冷剂流体朝向束引导，
-扰动制冷剂流体的循环的间隔件横向于第一集管器的纵向轴线设置，
-扰动制冷剂流体的循环的间隔件具有用于所述流体的一个或多个通路孔，
-通路孔规则地在扰动制冷剂流体的循环的间隔件的表面上分布，
-通路孔被分配为，沿靠近分隔间隔件定位的第二管道部分的管道的方向引导流体，
-所述通路孔更多和/或在靠近管道定位的、扰动制冷剂流体的循环的间隔件的一半中具有更大的表面面积，
-所述热交换器被构造为定位在机动车辆的前部面处，所述车辆特别地是电动和/或混合动力车辆。
附图说明
通过以下参考示意性附图仅作为示例且为非限制的例子给出的本发明多个实施例的详细解释性描述，将更好地理解本发明，且本发明的其他目标、细节、特征和优势将变得更显而易见。
在这些图中：
图1示意性地示出根据本发明的热交换器的例子的前视图，
图2示出根据本发明的扰动热交换器的制冷剂流体的循环的间隔件的第一实施例的透视图，
图3至9示出所述间隔件的其他实施例的前视图，
图10沿轴向切割平面示意性地示出所述间隔件的附加实施例。
具体实施方式
如图1所示，本发明涉及热交换器1，其构造为以蒸发器模式和冷凝器模式交替地运行。这特别是意图用在车辆乘客舱中的空调环路中的热交换器，该车辆特别是机动车辆，该热交换器能够交替地对乘客舱供暖和空气调节。由此，当来自用户的请求是供暖请求时，环路将用作热泵，热交换器将用作蒸发器。当来自用户的请求是空调请求时，环路将运作冷却环路，热交换器将用作冷凝器。出于上述原因，本发明将特别地在具有电和/或混合动力驱动的车辆中应用。
所述热交换器包括一束管道2，提供在所述管道中循环的制冷剂流体和外部空气流之间的交换。为此目的，其可被设置有插件3，特别是波纹状插件，定位在管道2之间，以便增加管道和外部空气流之间的交换表面区域。
在该情况下，所述热交换器包括第一和第二集管器4、5，其中，管道通过所述管道2的相对端部2A露出。所述管道2例如平行于彼此。它们可以具有大体相同的长度。所述集管器4、5在该情况下平行，且大体垂直于管道2取向。
优选地，管道大体平行于车辆的横向轴线布置，因此集管器与管道成直角。
制冷剂流体在热交换器中至少在两程中循环。交换器由此构造为建立用于制冷剂流体的连续循环，其首先沿标为6的箭头的方向通过所述管道2的第一部分4，其在第一集管器4的第一部分4a中露出，然后沿标为7的箭头方向通过所述第一集管器4，且最后沿标为8的箭头方向通过所述管道2的第二部分，在所述第一集管器4的第二部分4b中露出。制冷剂流体在热交换器中从底部循环到顶部，即从设置在第二程之下的第一程沿与车辆相关的参考点的垂直轴线通过。
为了提供在各程中的循环，第一集管器4和/或第二集管器5设置有间隔件9，称为分隔间隔件，其将所述集管器分为多个腔室5a、5b，且迫使制冷剂流体通过连接到上游腔室(位于一个所述分隔间隔件的一侧)的管道2，然后通过相对的集管器并通过连接至下游腔室(位于所述分隔间隔件的另一侧)的管道。所述分隔间隔件优选地被密封。
束的管道2在此在第一程和第二程中分布，其分别对应于所述管道2的第一部分和第二部分。在图1中，所述程通过点和划线分开。在这样的情况下，使用单个分隔间隔件9，其定位在第二集管器5中，在程之间的分隔处。其在此以点线示出，因为其位于所述第二集管器5内。
所述热交换器可还包括例如用于制冷剂流体的入口10和/或出口11，在此位于相同的集管器上，在该情况下为第二集管器5。
根据本发明，所述第一集管器4包括间隔件12，该间隔件构造为扰动所述管道2的第一部分和第二部分之间的流体的循环，即在该情况下，第一程和第二程。
一经发现，用于在两程之间扰动流体循环的所述间隔件12促进束中所有管道中的制冷剂流体的流的更好分配，更准确地，当该流从底部到顶部发生时。热交换由此被改善同时控制压力损失。
将注意到，扰动制冷剂流体的循环的一个或多个间隔件是不同于分隔间隔件的功能。分隔间隔件用于限定束中多个程中的循环，程中的所述循环被建立，扰动制冷剂流体的循环的间隔件用于在流体流从一程至另一程时使流体流被扰动。扰动制冷剂流体的循环的一个或多个间隔件还位于一个或多个集管器内；图1所示的那个以点线示出。
第一程中的制冷剂流体表示束中的用于制冷剂流体的流的横截面的例如50％至70％。根据第一变体，用于制冷剂流体的流的横截面在每程中相同。换句话说，如果在束中的管道2全都相同，则每程具有相同数量的管道2。
在这种情况中，根据另一变体，可发现由于利用第一程中的横截面的严格大于50％且特别是大约60％用于制冷剂流体的流而获得优异的结果。通过扰动流体流的所述间隔件，即使冷凝器形式的操作有利，蒸发器形式的操作也保持令人满意。换句话说，根据该其他变体，如果在束中的管道2全部相同，第一程包括管道的50％至70％，特别是管道2的60％。
所述扰动间隔件12在此位于第一集管器4的第一部分4a和第二部分4b之间的通路区域13处。尽管如此，在变体中，其可以略微在一距离处。更精确地，其可位于距所述通路区域3一距离d处，同时定位在所述第一部分4a或所述第二部分4b中，在所述第一部分4a中时，距离d小于第一集管器4的所述第一部分4a的轴向长度的一半，在所述第二部分4b中时，距离d小于第一集管器4的所述第二部分4b的轴向长度的一半。
扰动制冷剂流体的循环的间隔件12可构造为使制冷剂流体优先地朝向靠近位于第二集管器5中的分隔间隔件9定位的第二管道部分的管道2取向。可见，所述管道2在此与用于制冷剂流体的出口11相对，且设置在扰动间隔件12上方。
根据第一实施例，扰动制冷剂流体的循环的间隔件12例如横向(特别是垂直)于第一集管器纵向轴线设置，且具有用于制冷剂流体的一个或多个通路孔。这意味着，所述扰动制冷剂流体的循环的间隔件12具有与第一集管器4接触的周边，同时沿着其内部轮廓。所述通路孔特别地具有圆形或矩形横截面。它们是通孔，且允许所述制冷剂流体从第一集管器4的所述第一部分4a通过到所述第二部分4b。图2至9所示的间隔件对应于该实施例。
根据图2、4和5所示的变体，通路孔14规则地分布这在间隔件的表面上。
根据图3所示的变体，设置单个通路孔14，特别地在间隔件的中心处。
根据图6至9所示的变体，通路孔14被分配为，沿管道的方向在靠近第二集管器5的分隔间隔件9的第二管道部分2中引导制冷剂流体。所述通路孔14由此更多和/或在靠近管道2定位的间隔件的一半中具有更大的表面面积。
根据图6所示的变体，通路孔14沿平行排分配，每个具有相同数量的孔，通路孔的横截面从一排到下一排增加。
根据图7所示的变体，通路孔14具有相同的横截面，且沿具有数量增加的孔的平行排分布。
根据图8所示的变体，通路孔14沿相同横向方向延伸，且沿所述横向方向具有相同尺寸，同时，沿垂直于所述横向方向的方向的尺寸从一个通路孔14到下一个增加。
根据图9所示的变体，通路孔14沿相同横向方向延伸，且沿该方向的尺寸从一个通路孔14下一个增加，它们垂直于所述横向方向的方向的尺寸保持恒定。
在另一未示出的变体中，扰动制冷剂流体的循环的间隔件12可包括横向地设置在第一集管器4中的过滤器类型的元件。
根据图10所示的实施例，扰动制冷剂流体的循环的间隔件12是扰动器15，其取向为将制冷剂流体朝向束引导。所述扰动器15仅在第一集管器4的一部分上延伸，且具有朝向所述集管器4的第二部分4b的自由边缘16。
所述交换器例如由铝或铝合金制成。其例如通过钎焊制造。管道2可以是扁平类型的和/或具有多个用于制冷剂流体的循环通道。它们例如是挤出管道，或设置有限定所述通道的内部干扰构件的管道。集管器4、5特别地具有大体矩形的横截面。它们可通过集管板和盖形成，在集管板中，所述管道2被通过相应的孔插入，所述盖与两个端部间隔件组合关闭所述集管器。
所述热交换器特别地构造为定位在机动车辆的前部面上，以大体垂直地取向，制冷剂流体的循环从底部到顶部发生。换句话说，第一程例如是底部程。

Claims (15)

1.一种热交换器，所述热交换器包括管道(2)束，提供在所述管道(2)中循环的制冷剂流体和外部空气流之间的热交换，所述热交换器还包括第一集管器(4)，所述热交换器构造为建立在所述管道(2)的第一部分和所述管道(2)的第二部分之间的制冷剂流体的连续循环，所述第一部分在所述第一集管器的第一部分(4a)中露出，所述第二部分在所述第一集管器(4)的第二部分(4b)中露出，所述第一集管器(4)包括间隔件(12)，所述间隔件(12)构造为扰动所述管道(2)的第一和第二部分之间的流体的循环。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，所述束中的管道(2)在第一程和第二程中分布，其分别对应于所述管道(2)的第一部分和第二部分。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其中，第一程中的用于制冷剂流体的流的横截面占据所述束中的用于制冷剂流体的流的横截面的40％至70％。
4.根据权利要求2所述的热交换器，其中，第一程中的用于制冷剂流体的流的横截面严格大于40％。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的热交换器，其中，间隔件(12)定位在距所述第一集管器(4)的第一部分和第二部分之间的通路区域一距离d处，且间隔件(12)按照以下要求定位：
-在所述第一部分(4a)中，距离d小于所述第一集管器(4)的所述第一部分(4a)的轴向长度的一半，
-在所述第二部分(4b)中，距离d小于所述第二集管器(4)的所述第二部分(4b)的轴向长度的一半。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其中，所述间隔件(12)位于所述通路区域处。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述间隔件(12)构造为使制冷剂流体优先地朝向靠近热交换器的第二集管器(5)的分隔间隔件(9)定位的第二管道部分(2)中的管道取向，其中，所述束的管道(2)在所述第二集管器(5)中露出，所述分隔间隔件(9)限定所述连续循环。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其中，靠近所述分隔间隔件(9)定位的第二管道部分(2)中的所述管道定位为与用于使制冷剂流体离开热交换器的孔(11)相对。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，扰动制冷剂流体的循环的间隔件(12)具有用于所述流体的一个或多个通路孔(14)。
10.根据权利要求9所述的热交换器，其中，制冷剂流体通路孔(14)规则地在扰动制冷剂流体的循环的间隔件(12)的表面上分布。
11.根据权利要求9所述的热交换器，其中，通路孔(14)被分配为，沿靠近分隔间隔件(9)定位的第二管道部分(2)中的管道的方向引导流体。
12.根据权利要求9或11所述的热交换器，其中，所述通路孔(14)更多和/或在靠近管道(2)定位的扰动制冷剂流体的循环的间隔件(12)的一半中具有更大的表面面积。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的热交换器，其中，扰动制冷剂流体的循环的间隔件(12)横向于第一集管器的纵向轴线设置。
14.根据权利要求1至12中的任一项所述的热交换器，其中，扰动制冷剂流体的循环的间隔件(12)是扰动器(15)，该扰动器(15)取向为将制冷剂流体朝向束引导。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器，其中，所述热交换器被构造为定位在机动车辆的前部面上。
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