CN104334995A

CN104334995A - 用于空气加热器的间隔件和相关空气加热器

Info

Publication number: CN104334995A
Application number: CN201380027132.7A
Authority: CN
Inventors: I.西蒂; C.里奥德特; B.阿洛安尼
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2015-02-04
Also published as: JP2015517646A; EP2856056A1; FR2991034B1; US20150096726A1; WO2013174785A1; FR2991034A1

Abstract

本发明涉及一种用于热交换器的间隔件，所述间隔件(7)包括预限定数量的大致平行的平面壁(13；113)，所述平面壁通过折叠部(15)两两连接，平面壁(13；113)包括多个页板(171；172)，所述页板相对于由平面壁(13；113)限定的总体平面(P)大致倾斜。根据本发明，平面壁(13；113)还包括至少一个带(19；119₁、119₂、119₃、119₄)，所述带具有平行于平面壁(13；113)延伸的纵向侧(21)和借助至少一个连接梁(24)连结至平面壁(13；113)的侧向侧(23)。本发明还涉及一种热交换器，所述热交换器包括热交换束，所述热交换束包括用于流体流通的堆叠平行管(5)，所述管具有管宽度(l₁)，以及热交换束包括多个分别布置在两个管(5)之间的这样的间隔件(7)。

Description

用于空气加热器的间隔件和相关空气加热器

技术领域

本发明属于用于电动或混合动力车辆的通风、供暖和/或空调系统的领域。

本发明的目标是一种与这样的设备相互作用的用于空气加热器的间隔件，以及相关空气加热器。

背景技术

电动或混合动力车辆，其推进至少部分地由电马达提供，所述电动或混合动力车辆通常装配有通风、供暖和/或空调系统，用于通过经调节的空气流运送至车辆乘客舱内部而改变乘客舱内部中的空气的气热参数。

这样的空调系统可例如在夏季期间使用，以满足冷却乘客舱的需要，但也例如可在冬季使用，以满足为乘客舱供暖的需要。

通常，空调系统包括至少一个空气加热器，所述空气加热器能够以冷凝器模式或以蒸发器模式操作，取决于需要。

空气加热器通常包括例如波浪形管的束和间隔件，所述间隔件也称为波浪形翅片，布置在所述束的管之间并常常通过铜焊借助它们的相应折叠部附连至这些管。

管束常常被诸如空气流的气体流掠过，所述气体流与另一流体交换热量，所述另一流体通常是热传递流体，其在管束的管的内部流通。

波浪形间隔件通常由金属条形成，且包括平面壁的组件，所述平面壁通过折叠部两两连接，以形成交替的波浪形部。

在已经熟悉的间隔件中，每一个平面壁装配有多个倾斜页板，所述页板通过切割并形成条而制造。被包括在波浪形部中的页板的主要功能是通过掠过束的空气流的起作用且完全的混合来改进热交换，通过这样做迫使空气流通过页板。

此外，这样的空气加热器可能够以蒸发器或冷凝器模式操作，且例如布置在车辆的前表面的水平处，用于在流体和车辆外部的空气流之间的热交换。

特别地，为了满足供暖的需要，已知的方案是使用热泵模式下的空调系统。

在该情况下，外部空气加热器以蒸发器模式操作。

这样的方案当在冬季条件下实施时的缺点是，当以蒸发器模式操作时，存在外部空气加热器结冰的风险，这是由于空气中水蒸气的冷凝以及其与壁接触时冷却。特别地，空气加热器内部中的间隔件可结冰。

这具有显著减少该空气加热器内的热交换的影响，且因此，显著降低空调系统的输出和效率。

在现有技术中已经熟悉的是这样的方案，其涉及使用处于冷凝器模式下的空气加热器。为了这样做，调节系统通常在空调模式下使用。处于冷凝器模式下的空气加热器由此被热气体穿过，这允许除冰。

但是，该方案在阻止水存留在间隔件的方面无用，从而，在搭扣(buckle)用在热泵模式空气/空气中时的每种情形下，该现象可更频繁地且更快速地发生。

根据现有技术中熟悉的方案已经提出了一种间隔件，其能够比管更宽且其上游部件(也就是说朝向空气流取向的部件)没有页板。相反地，间隔件的下游部件，也就是说相对于空气入口相对的部件，具有页板。这使得可以由于没有页板而限制在间隔件的上游部件上与空气的交换，且因此控制结冰。

这样的方案的缺点是由于在间隔件的较大宽度上没有页板而减少热交换，导致效率的降低。

根据另一已知方案，间隔件同样比管宽，且在间隔件的上游和下游部件上在间隔件的整个高度上具有多个小叶片的组件而不是单个完整页板。

主要缺点是，在第一次除冰期间形成的水可造间隔件的上游部件中的两个折叠部之间留滞，并增加交换器上游的冰聚积的风险。

发明内容

本发明的目标因此是通过提出一种间隔件来至少部分地克服现有技术的这些缺点，所述间隔件使得更容易控制冰的形成且更容易有助于在除冰期间冷凝液的流动。

为此，本发明的目标是一种用于空气加热器的间隔件，所述间隔件包括预限定数量的平面壁，所述平面壁大致平行且通过折叠部两两连接，平面壁包括多个页板，所述页板相对于由平面壁限定的总平面大致倾斜，其特征在于，平面壁还包括至少一个带，所述带具有平行于平面壁延伸的纵向侧和借助至少一个连接梁连结至平面壁的侧向侧。

通过这样的带，水的存留被减少，且在除冰期间，冷凝液更自由地流动。

所述间隔件可进一步包括一个或多个以下特征，分别采用或结合采用：

一个平面壁具有大致矩形总体形式，且一个带的纵向侧沿平面壁的高度的方向延伸，

一个带延伸平面壁的高度的至少大约75％的距离，

一个带具有大致条形总体形式，其限定的平面大致平行于由平面壁限定的平面，

至少一个带布置在平面壁的意图面朝空气加热器中的气体流的入口取向的一个端部处，

一个平面壁包括至少两个面向两个相反方向的带，

一个平面壁包括至少两个以对称方式布置在平面壁的两个相对端部上的带，

所述页板布置在平面壁的大致中央部分上，

所述间隔件由金属材料形成，且一个带通过金属材料的切割和折叠制造，

平面壁分别包括具有各自取向的至少两组页板，一个组的页板大致相同，

所述间隔件具有大致波浪形总体形式，平面壁通过折叠部两两连接，以形成交替的波浪形部。

本发明同样涉及一种空气加热器，其中流通有用于与气体流进行热交换的流体，所述加热器包括热交换束，所述热交换束具有大致平行六面体的总体形式并包括：

用于流体连通的堆叠平行管，所述管具有管宽度，和

多个间隔件，分别布置在两个管之间以被气体流穿过，使得所述间隔件具有的间隔件宽度大于管宽度，以延伸超过管，以及所述间隔件分别包括预限定数量的平面壁，所述平面壁通过折叠部两两连接，平面壁包括多个页板，所述页板相对于由平面壁限定的平面大致倾斜，

其特征在于，平面壁还包括至少一个带，所述带具有平行于平面壁延伸的纵向侧和借助至少一个连接梁连结至平面壁的侧向侧，且布置在平面壁的面朝气体流的入口的上游端部上。

附图说明

本发明的其它特征和优势将从熟读以下通过说明性和非限制性示例给出的描述时和附图中显而易见，在附图中：

图1是加热器的前视图，所述加热器特别地用于机动车；

图2a是根据第一变化例的图1中的空气加热器的两个相邻管的和间隔件的一部分的透视图；

图2b是图2a中的两个相邻管的和间隔件的局部侧视图；

图2c是图2a和2b中的间隔件的截面图；

图3描绘了一曲线图，该曲线图示出在具有带和不具有带的间隔件上的测试结果，显示了在间隔件的样本浸入水中的第一阶段A期间水随时间的存留，和在样本从水移出的第二阶段B期间水流的发展；

图4a是根据第二变化例的空气加热器的两个相邻管的和间隔件的一部分的局部侧视图；

图4b是图4a中的相邻间隔件的截面图；

图5a是根据第三变化例的空气加热器的两个相邻管的和间隔件的一部分的局部侧视图；和

图5b是图5a中的相邻间隔件的截面图。

在这些附图中，基本相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

空气加热器1，特别是用于车辆的空气加热器，在图1中以示意性的方式被描绘。特别地，这样的加热器可意图用在混合动力和/或电动车辆中。

例如，这可以是用于为车辆乘客舱供暖或冷却车辆乘客舱的空调系统的外部空气加热器。

这样的外部空气加热器能够允许流体(特别是热传递介质)和气体流(如外部空气流)之间的卡路里的交换。

热传递流体例如是制冷剂，诸如四氟乙烷(tetrafluoroethane)，称为R134a，二氧化碳CO₂，或甚至四氟丙烯(tetrafluoropropene)，称为HFO-1234yf。

通常，外部空气加热器安装在车辆的前部面上，以使得当车辆运动时得益于动态空气流，所述动态空气流为外部空气流动的形式。

根据空调系统的各种操作模式，外部空气加热器能够作为冷凝器或作为蒸发器工作。

特别地，外部空气加热器在空调模式下可用作冷凝器，以便冷却车辆的乘客舱，在热泵模式下用作蒸发器，以便为乘客舱供暖。在蒸发器模式下，外部空气加热器使得可以从外部空气流抽取热量形式的卡路里。在冷凝器模式下，流体释放热量至穿过外部空气加热器的外部空气流。

还可以设置为，在空调模式下以冷凝器模式操作外部空气加热器，以便允许该外部空气加热器的除冰。

实际上，当外部空气加热器具有的温度低于户外空气的温度时，或甚至为负时，户外空气的湿气冷凝并在该外部空气加热器上冻结。这特别是在空调系统以热泵模式操作时外部空气加热器用作蒸发器时的情况。

空气加热器1包括热交换束3。

束3具有大致平行六面体总体形式，具有长度L，高度h。和在图1中沿垂直方向的宽度。

所述束3包括：

-堆叠平行管5和布置在两个管5之间的间隔件7，和

-用于流体的两个集管箱9、11，即一个入口箱9和一个出口箱11。

管5分别具有至少一个用于流体流通的通道。

管5例如为大致纵向的扁平管，其长度平行于束3的长度L延伸(参见图1)。

此外，管5经由它们相反的纵向末端分别排放至集管箱9和11。这允许经由入口箱9将流体引入到束3中和经由出口箱11移除流体。这些入口集管箱9和出口集管箱11与用于流体的回路相关，加热器1安装在所述回路中。

管5具有与束3的宽度方向平行的管宽度或初始宽度l1(参见图2a、2b)。

例如，管5和间隔件7是金属的。作为例子，可设置为管5和间隔件7由铝合金制成。

特别地，间隔件7可由金属条形成，例如由铝合金形成。

管5和间隔件7可铜焊在一起。

间隔件7插置在用于流体流通的管5之间，以便改进气体流F(参见图2b)和流体之间的热交换，所述气体流诸如外部空气流。

实际上，这些间隔件扰乱气体流F的流动，并增加流体和气体流F之间的热交换表面。

间隔件7具有平行于束3的长度L延伸的长度。

间隔件7还具有平行于管5的宽度l₁和平行于束3的宽度的间隔件宽度或第二宽度l₂。该第二宽度l₂大于第一宽度l₁，从而间隔件7延伸超过管5。

另外，间隔件7具有高度h'，该高度h'定义了两个相邻管5之间的距离。

间隔件7具有例如大致波浪形总体形式。这些还称为以风琴形式折叠的间隔件7。

参考图1和2a，间隔件7包括预限定数量的平面壁13。

平面壁13为大致矩形，其高度h'对应于间隔件7的高度h'。

这些平面壁13大致平行且通过折叠部15两两连接。

在波浪形间隔件7的情况下，如这里所示的例子中的，折叠部15为大致圆滑的，平面壁13通过折叠部15两两连接，以使得形成交替的波浪形部。

间隔件7可通过它们的相应折叠部固定至管5，例如通过铜焊。

另外，平面壁13包括多个页板17₁、17₂，所述页板相对于由平面壁13限定的总平面P大致倾斜(参见图2a和2b)。

这些页板17₁、17₂分别具有大致叶片形状的总形式。

页板17₁、17₂可通过切割和折叠间隔件7的金属材料制造。

这些页板17₁、17₂例如布置在平面壁13的大致中央部分上。页板17₁、17₂可还布置为相对于管5成直角。

可设置两组页板：第一组页板17₁和第二组页板17₂。同一组页板可大致相同。

每一组页板17₁、17₂可具有其本身各自的取向。根据这里示出的例子，第一组的页板17₁例如朝向平面壁13的上游部件取向，而第二组的页板17₂朝向平面壁13的下游部件取向。

根据这里描述的实施例，一旦间隔件7已经被组装在空气加热器1中，平面13的上游部件面朝用于气体流F的入口取向，且平面壁13的下游部件因此相反于用于气体流F的入口。

此外，这些页板17₁、17₂可针对平面壁13的整个高度h'延伸。

页板17₁、17₂因此根据给定开度角限定开口，气体流F穿过所述开口，其增加了热交换表面。

此外，除了这些页板17₁、17₂，平面壁13进一步包括至少一个带19。

这样的带19例如可通过切割和折叠间隔件7的金属材料制造。

一旦形成，例如，带19相对于由平面壁13限定的平面P偏置。

这样的偏置d，或英语中的“偏置”，在图2c中更清楚可见。实际上，可注意到形成带19的材料相对于由平面壁13限定的总体平面P的凹陷。根据这里所示的例子，该凹陷以垂直于由平面壁13限定的总体平面P的方式发生。

该偏置d可至少为大约0.1mm。作为例子，可设置偏置d为大约0.4至0.5mm。

该带19例如布置在平面壁13的至少一个端部上。根据这里所示的例子，平面壁13为大致矩形，且带19制造在平面壁13的一个纵向端部上。

更精确地，带19制造在平面壁13的意图在空气加热器1的组装期间面朝用于气体流F的入口取向的一个上游端部上。

带19在用于进入空气加热器1的气体流F的入口的水平处的该布置是特别有利的，因为在结冰的情况下(例如由于使用处于蒸发器模式下的空气加热器造成的结冰)，冰的聚积初始地发生在空气加热器1的上游。如将在之后描述的，带19还使得可以减少冰的形成，因为带19较少倾向于水的存留，例如相对于页板17₁、17₂。带19因此有助于捕获上游湿气。

作为变化例或另外，可设置间隔件7在下游端部上具有至少一个带19，具体地意图对着空气加热器1中用于气体流的入口。

此外，带19具有例如大致条形总体形式。该条限定大致平行于由平面壁13限定的总体平面P的平面。为此，包括这样的带19的平面壁13因此具有大致矩形的中空形式。

作为例子，该带19的宽度可以为至少大约0.5mm。可设置例如宽度为大约2mm。

带19具有平行且相对的纵向侧21、和平行且相对的侧向侧2323，使得带19具有大致矩形形式。

纵向侧21沿平面壁13的高度h'的方向平行于平面壁13延伸。该带19可纵向地延伸平面壁13的高度h'的至少75％的距离，或延伸对应于平面壁13的全部高度h'的距离。

带19的至少一个纵向侧21意图相对于气体流F大致成直角地延伸。

侧向侧23就其本身而言借助至少一个连接梁24连结至平面壁13。

该带19因此大致平行于气体流F的流，诸如空气流；这使得可以减少充气损失。

这样的带19的存在使得可以更有效地控制冰的形成，尤其是在冬季条件下当空气加热器1在热泵模式下作为蒸发器操作时。冰量的减少允许气体流和制冷剂之间的交换表面增加，这使得可以改进空气加热器1的性能。另外，带19是平面的，冷凝液将在除冰期间更自由地流动。

这在图3中以示意性方式示出，图3示出了在装配有带19的间隔件7的样本和没有带19的间隔件的样本的帮助下的测试结果。

在图3中的曲线图上，借助于菱形识别的第一曲线C1对应于装配有带19的间隔件7，借助于三角形识别的第二曲线C2对应于没有带19的情况下的间隔件；该没有带19的间隔件仅具有页板17₁、17₂。

该曲线图示出：

间隔件7的样本浸入在水中的第一阶段A，以以示意性方式示出水在间隔件7中的存留，和

间隔件7的样本从水移出的第二阶段B，以示意性地示出随时间保留的水流。

作为例子，根据实施的测试，浸入的第一阶段A持续大约120s的时间段。第二阶段B在120s处开始。

曲线图3以秒(s)在水平轴上示出时间，以克(g)在垂直轴上示出水的重量。

在第一阶段A期间，可注意到，水的存留在装配有页板17₁、17₂但没有带19的间隔件中较大。这通过第二曲线C2示出，第二曲线C2在该第一阶段A更快地增长。

相反地，第一曲线C1比第二曲线C2更慢地增长。水的存留因此在装配有带19的间隔件7中不如在没有带19的间隔件中显著。

因此，相比较附着至页板17₁、17₂，冰更少地附着至带19。

此外，申请人已经注意到，带19相对于由平面壁13限定的总体平面P的偏置越大，冰附着得越少。

之后，当样本从水移出后，流在装配有带19的间隔件7中更强(参见曲线C1)，这是由于水相对于没有带19的间隔件的较低存留(曲线C2)。

因此，应意识到，带19使得可以减少间隔件7上游冰的形成，且通过以冷凝器模式操作空气加热器1来改进在除冰阶段期间冷凝液的排放。实际上，带19大致平行于穿过空气加热器1的气体流F的流，这有助于冷凝液的流动。

之前描述了在平面壁13的上游端部上具有一个带19的间隔件7。

作为变化例，可设置多于一个带在平面壁113的端部上，如图4a和4b中所示的。

例如可设置两个带119₁和119₂在平面壁113的一个上游端部上。

带119₁和119₂例如大致与之前参考图2a至2c描述的带19形式相同，具有纵向侧21和借助至少一个连接梁24连结至平面壁113的侧向侧23。

这两个带119₁和119₂可例如以相反的方式制造。两个带119₁和119₂的该相反在图4b中更清楚可见。为了这样做，可设置一个带119₁，其通过沿由图4b中箭头S₁示意地指示的方向凹陷制造，另一个带119₂通过沿与第一方向S₁相反的第二方向S₂凹陷制造。因此，两个带119₁和119₂的凹陷可沿垂直于由平面壁13限定的总体平面P的方向发生，但沿两个相反的方向S₁和S₂。由此形成的两个带119₁和119₂因此沿两个相反的方向S₁和S₂取向。

两个带119₁和119₂相对于由平面壁113限定的总体平面P的偏置d或“偏置”可大致相同。

最后，可同样设置一个平面壁113，其在平面壁的两个相对端部上包括至少一个带119₁、119₂、119₃、119₄(参见图5a和5b)。该设计使间隔件7的制造工艺更加简单。

特别地，可设置至少两个带119₁、119₂、119₃、119₄以相对于间隔件的宽度l₂对称的方式布置。

如之前所述的，平面壁113例如具有大致矩形的总体形式，两个带119₁、119₂、119₃、119₄例如被平面壁113的两个相对纵向端部支撑。

特别地，平面壁113可具有分别布置在平面壁113的意图面朝被组装空气加热器1中的用于气体流F的入口的上游端部上以及布置在平面壁113的意图对着用于气体流F的该入口的下游端部上的至少两个带119₁、119₂、119₃、119₄。

可设置带119₁、119₂、119₃、119₄两两相对。更精确地，在平面壁113的上游端部上的两个带119₁和119₂分别沿两个相反的方向S₁和S₂取向。同样，在下游端部上的两个带119₄和119₃分别沿两个相反的方向S₁和S₂取向。

因此，作为例子，当带119₁、119₂、119₃、119₄以对称方式制造时，平面壁113的两个端部带119₁和119₄分别沿第一方向S₁取向，而两个中间带119₂和119₃分别沿第二方向S₂取向。

另外，根据该变化实施例，页板17₁、17₂例如布置在平面壁113的大致中央部分上，带119₁、119₂、119₃、119₄布置在这些页板17₁和17₂的任意侧。

因此，将理解的是，用于空气加热器1的间隔件7，特别是用于外部空气加热器的间隔件7，其易于结冰，例如在冬季条件下使用处于蒸发器模式的空气加热器1期间，且该空气加热器1配备有至少一个带119₁、119₂、119₃、119₄，其使得可以更有效地控制冰的形成，并改进空气加热器1的功能切换至冷凝器模式期间的冷凝液的流动。

这样的空气加热器可包括设置有至少一个带19、119₁、119₂的间隔件的平面壁13的上游端部，所述带突出超过管5。

这样的空气加热器可还包括设置有至少一个带119₃、119₄的间隔件的平面壁13的下游端部，所述带定位于相对于至少一个管5成直角。

Claims

1.一种用于空气加热器的间隔件，所述间隔件(7)包括预限定数量的平面壁(13；113)，所述平面壁大致平行且通过折叠部(15)两两连接，平面壁(13；113)包括多个页板(17₁；17₂)，所述页板相对于由平面壁(13；113)限定的总体平面(P)大致倾斜。

其特征在于，平面壁(13；113)还包括至少一个带(19；119₁、119₂、119₃、119₄)，所述带具有平行于平面壁(13；113)延伸的纵向侧(21)和借助至少一个连接梁(24)连结至平面壁(13；113)的侧向侧(23)。

2.如权利要求1所述的间隔件，其中，一个平面壁(13；113)具有大致矩形总体形式，且一个带(119₁、119₂、119₃、119₄)的纵向侧(21)沿平面壁(13；113)的高度(h')的方向延伸。

3.如权利要求2所述的间隔件，其中，一个带(19；119₁、119₂、119₃、119₄)延伸的距离为平面壁(13；113)的高度(h')的大约至少75％。

4.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，其中，一个带(19；119₁、119₂、119₃、119₄)具有大致条形总体形式，其限定的平面大致平行于由平面壁(13；113)限定的平面(P)。

5.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，其中，至少一个带(19；119₁、119₂、119₃、119₄)布置在平面壁(13；113)的一个端部处，该一个端部意图面朝空气加热器(1)中的气体流(F)的入口取向。

6.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，其中，一个平面壁(113)包括至少两个面向两个相反方向的带(119₁、119₂、119₃、119₄)。

7.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，其中，一个平面壁(113)包括至少两个以对称方式布置在平面壁(113)的两个相对端部上的带(119₁、119₂、119₃、119₄)。

8.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，其中，所述页板(17₁、17₂)布置在平面壁(13；113)的大致中央部分上。

9.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，由金属材料形成，且其中，一个带(19；119₁、119₂、119₃、119₄)_通过金属材料的切割和折叠制造。

10.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，其中，平面壁(13；113)分别包括具有各自取向的至少两组页板(17₁、17₂)，一组中的页板大致相同。

11.如前述权利要求中的任一项所述的间隔件，具有大致波浪形的总体形式，平面壁(13；113)通过折叠部(15)两两连接，以形成交替的波浪形部。

12.一种空气加热器，其中流通有用于与气体流(F)进行热交换的流体，所述加热器(1)包括热交换束(3)，所述热交换束(3)具有大致平行六面体的总体形式并包括：

用于流体连通的堆叠平行管(5)，所述管具有管宽度(l₁)，和

多个间隔件(7)，分别布置在两个管(5)之间以被气体流(F)穿过，使得所述间隔件(7)具有的间隔件宽度(l₂)大于管宽度(l₁)，以延伸超过管，以及所述间隔件(7)分别包括预限定数量的平面壁(13；113)，所述平面壁通过折叠部(15)两两连接，所述平面壁(13；113)包括多个页板(17₁；17₂)，所述页板相对于由平面壁(13；113)限定的平面(P)大致倾斜，

其特征在于，所述平面壁(13；113)进一步包括至少一个带(19；119₁、119₂、119₃、119₄)：

所述带具有平行于平面壁(13；113)延伸的纵向侧(21)和借助至少一个连接梁(24)连结至平面壁(13；113)的侧向侧(23)，且

布置在平面壁(13；113)的面朝气体流(F)的入口取向的上游端部上。