CN104364598A - 制冷剂回路用热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车空调系统制冷剂回路的能双向通过流动的热交换器(1)。空调系统形成得进行冷却装置模式与热泵模式的组合运转，热交换器(1)以多路形成，制冷剂的流动方向因运转模式而异。以多路形成的第1热交换器(1)包括集流管(2、3)、分别分配给通道的流路及把至少一个集流管(2、3)的内部体积空间分割成相互独立的区域的装置。热交换器(1)的第1通道由比最后通道更大的流动横断面及更大的热交换面形成。在第2热交换器(1)中，形成有用于制冷剂管线(27)连接于制冷剂出入口(4)的连接块(28)，在集流管(2)与连接块(28)之间，配置有作为与制冷剂出入口(4)的附加流体连接部而形成的短路管线(29)。另外，本发明涉及分割热交换器(1)的集流管(2、3)的内部体积空间的装置。在集流管(2、3)的内部，配置至少一个能够移动的分离要素(13，13')，能移动的分离要素(13，13')根据差压原理形成，根据其在集流管(2、3)内部的排列及施加于其的压力差，对开口部进行开放或封闭。

Description

制冷剂回路用热交换器
技术领域
本发明涉及汽车空调系统的制冷剂回路的热交换器。这种热交换器包括集流管(header pipe)，形成得能够多路(multi-pass)及双向(bidirectional)通过流动。空调系统配置得进行冷却模式与加热模式组合的运转。制冷剂在热交换器内部的流动方向因运转模式而异。
另外，本发明涉及对热交换器的集流管的内部体积空间进行分割，对流体在热交换器的集流管中的流动进行转向的装置。
背景技术
汽车中的以往的空调系统由组合的冷却装置及热泵系统形成。热交换器配置得在冷却装置模式下，作为冷凝器从制冷剂向周围空气释放热，在热泵模式下，作为蒸发器从周围空气吸收热。
根据现有技术，在作为冷凝器使用的作为多路热交换器(multi-passheatexchanger)的热交换器中，例如形成有过冷段(supercoolingsection)及集成的高压存储器(high-pressure accumulator)。在汽车空调系统的制冷剂回路中，冷凝器通常具有2个或4个通道(pass)。进行热交换的面由在空气侧借助于肋材而连接的扁平管型材(flattubeprofile)形成。在这种热交换器的制造时，扁平管型材在制冷剂侧以两端部插入形成有凹槽的集流管进行焊接。为了使制冷剂质量流动的方向转向，配置有分离要素。在集流管的外侧，在需要转向的位置，例如借助于铣削或冲压而在壁上形成凹槽，利用冲压的小板封闭集流管的流动横断面。其中，该小板便相当于分离要素。通过使用分离要素，热交换器例如分割成2个或4个部分区域，即，所谓通道。通过使用N个分离要素，热交换器在制冷剂侧分割成n+1个通道。
特别是空调系统在冷却装置模式运转时，在作为冷凝器使用的热交换器中，在具备温度式自动膨胀阀(thermostatic expansion valve)的系统的情况下，在最后第二通道与最后通道之间配置有高压存储器，这属于现有技术。这种压缩机配置于冷凝器形成。在压缩机中，几乎完全冷凝的制冷剂的相(phase)相互分离。沉淀的液体制冷剂相继通过冷凝器的最后通道而流动。因此，在最后通道，具有远远高于气体制冷剂的密度，优选接入需要比2相(two-phase)混合物更小流动横断面的液体制冷剂。由于这种理由，在现有技术中，最后通道以具有显著小于以前通道的扁平管的过冷段形成。
附加地，冷凝器可以具备过滤网(filter screen)及干燥装置。
当制冷剂回路以热泵模式的运转时，同一热交换器作为蒸发器使用。此时，制冷剂以相应饱和温度低于周围空气温度的压力级膨胀。同时，制冷剂从周围空气吸收热而蒸发。
膨胀的2相制冷剂通过本来的过冷段流动并蒸发。现在作为蒸发器运转的热交换器的这种段，是根据因原来液体制冷剂的通过流动及较少的扁平管数而导致的更高密度，以及因此而造成的较小流动横断面所设计，在热泵模式下具有很高的压力损失，这是因为随着蒸发的增加，制冷剂的密度减小。
起因于较低压力级，在热泵模式运转时的制冷剂密度在制冷剂回路的低压侧大为降低，因此，附加的流动压力损失对热泵系统性能和效率造成显著不良影响。
另外，在不足0℃的温度下，在借助于制冷剂回路及作为热源的周围空气而以热泵模式运转时，作为蒸发器而运转的热交换器的热交换面有结冰的危险。
因制冷剂的较低吸引密度而引起较高的制冷剂侧压力级的热交换器多路结构，造成热交换器表面温度进一步下降，由此导致结冰危险增大。
有一种公知的制冷剂回路的构成要素组件，使形成得接入外部空气的热交换器向在制冷剂侧交替的流动方向运转。在这种组件中，热交换器接入制冷剂，使制冷剂在冷却装置模式下作为冷凝器运转时，向第1流动方向通过热交换器流动，相反，在热泵模式下作为蒸发器运转时，向与第1方向相反的第2方向通过热交换器流动。因此，特别是热交换器在热泵模式下作为蒸发器运转时，制冷剂的压力级减小。因此，在热泵模式下，不是使几乎完全蒸发或甚至过热的制冷剂，而是使减压后的2相状态的制冷剂以远远更高的密度，通过冷却装置模式的冷凝器过冷段进行流动。但是，在热泵模式下不利的很高的压力损失只是有所减少，但并未减小到最佳。
为了制冷剂与周围空气之间的热交换，在制冷剂回路中插入热交换器，使得能够双向通过流动，就这种热交换器而言，从现有技术已经获知如何能够从控制技术上防止热交换面在热泵模式运转时结冰。在这种现有技术中，例如在不足0℃的周围温度下关闭热泵，从而避免结冰过程，或者为了使热交换器融化而把制冷剂回路从热泵模式转换为冷却装置模式，至少在短时间内以冷却装置模式运转。但提出的方法引起空调系统输出极大下降。
在EP1895255B1中提出一种热交换器组件，具备相互平行地隔开配置的2个分配管，为了能够使制冷剂在分配管之间流动，在2个分配管之间延长有多条流管(flow tube)，实现与分配管的流体联通。在第1分配管中，配置有把分配管的中空空间分割成具有既定比率的第1腔与第2腔的静态分离器(static separator)。本热交换器组件包括配置于分配管的连接部及用于在蒸发器模式与冷凝器模式之间转换的外部控制装置。其中，连接部进行开闭，使得制冷剂在蒸发器模式下以单路、在冷凝器模式下以多路，通过所有流管进行循环。本热交换器组件在蒸发器模式下，例如也可以以2通道实现通过流动，在这种情况下，在冷凝器模式下，制冷剂通过比2个通道更多的通道流动。
发明内容
本发明的课题是提供一种热交换器，不仅在冷却运转模式下运转时，而且在热泵模式下运转时，能够需求最小的空间并交换最大的热输出，从而改善热交换器。此时，为了在热泵模式下运转时使结冰危险最小化，制冷剂侧压力级应优化。热交换器的下级构成要素(sub-component)及制造方法相对于公知的系统应不发生附加的费用。
另外，与此同时，热交换器应能够形成得应用用于防止结冰的控制技术。
这种课题借助于作为汽车空调系统制冷剂回路的构成要素而形成的本发明的热交换器而解决。空调系统配置得进行冷却装置模式与热泵模式组合的运转。
这种热交换器包括第1集流管和第2集流管、用于制冷剂的通过流动的第1制冷剂出入口和第2制冷剂出入口、多个流路(flow path)，以及至少一个把集流管的内部体积空间分割成相互独立的区域的装置。集流管相互平行地隔开排列。流路由在集流管之间相互平行地配置的流体连接部形成，分配到各个通道。热交换器形成得能够多路及双向通过流动，制冷剂在热交换器内部的流动方向因空调系统的运转模式而异。此时，冷却装置模式的制冷剂的流动方向朝向与热泵模式的制冷剂的流动方向相反的方向。
集流管还发挥作为分配器的作用，根据制冷剂的流动方向及集流管内部的相应区域而把制冷剂分配给相异的流路。集流管还与其细分功能相应地指称分配管。
根据本发明的概念，在冷却装置模式下的制冷剂的流动方向上，热交换器的第1通道具有比最后通道更大的流动横断面及更大的热交换面。另外，在冷却装置模式下的制冷剂的流动方向上，用于流入制冷剂的第1制冷剂出入口以比用于排出制冷剂的第2制冷剂出入口更大或相同的流动横断面形成。
优选热交换器由从周围空气向制冷剂供应热，从制冷剂向将供应给乘客空间的空气或周围空气放出热的制冷剂-空气热交换器形成。在作为空调系统第1运转模式的冷却装置模式下，热交换器作为冷凝器/气体冷却器而运转。在把周围空气当作热源的热泵模式下，热交换器作为蒸发器而接入制冷剂。
此时，热交换器没有过冷段地形成，可以没有压缩机地配置于制冷剂回路。制冷剂在冷却装置模式下，可以通过热交换器的至少2个通道进行流动。
根据本发明的一种构成，用于在冷却装置模式运转时流入制冷剂的第1制冷剂出入口具有大于8mm的内径。此时，该内径优选在10mm至14mm的范围。
根据本发明的另一构成，用于在冷却装置模式运转时排出制冷剂的第2制冷剂出入口具有大于6mm的内径。此时，该内径优选在6mm至19mm的范围。
另外，本发明的课题借助于包括集流管、相互平行地配置的流路及至少2个制冷剂出入口的汽车空调系统制冷剂回路的本发明的热交换器而解决。这种热交换器能够双向通过流动，制冷剂在热交换器内部的流动方向因空调系统的运转模式而异。制冷剂沿流动方向依次通过流路、集流管及制冷剂出入口进行流动，或通过制冷剂出入口、集流管及流路进行流动。在制冷剂出入口，在朝向集流管一侧的相反侧形成有用于制冷剂回路的制冷剂管线连接的连接块。
根据本发明的概念，在集流管与连接块之间，作为与制冷剂出入口的附加流体连接部，配置有短路管线。即，这种短路管线是集流管与连接块之间的、与制冷剂出入口并联连接的连接部。
优选本发明的热交换器的集流管竖直并相互水平隔开地配置。流路水平并相互竖直隔开地配置。
在集流管之间作为流体连接部而配置的各个流路优选由扁平管型材形成。此时，扁平管型材具有不足20mm的深度。扁平管型材的长度优选在10mm至18mm的范围。
根据本发明的一种构成，具有与扁平管型材相同深度的肋材在空气侧配置于扁平管型材之间。其中，所谓深度，指在空气的流动方向上，以及流体流动的长度方向上，垂直测量的扁平管型材的尺寸。
集流管一体或由2部分形成，优选具有比扁平管型材的深度更大的直径或宽度。
为了使制冷剂侧的压力损失实现最小化，减小热泵模式运转时的热交换面结冰危险，供制冷剂进行通过流动的通道的相异的个数依存于空调系统的运转模式，因此，依存于制冷剂通过热交换器的流动方向而调整。另外，在冷却装置模式运转时交换的热输出实现优化。
根据本发明的第1替代性构成，热交换器形成得能够以2通道实现通过流动，在冷却装置模式的制冷剂的流动方向上，相对于第2通道的扁平管型材数的第1通道的扁平管型材数之比在3至5的范围。优选这种比在3.5至4.5的范围。
根据本发明的第2替代性构成，热交换器形成得能够以4通道通过流动，在冷却装置模式的制冷剂的流动方向上，制冷剂依次通过流动的通道的扁平管型材数之比为19:13:10:6。此时，扁平管型材优选具有15mm至17mm范围的深度与1.0mm至1.6mm范围的高度。其中，所谓高度，指垂直于空气流动方向且垂直于流体流动的长度方向测量的扁平管型材的尺寸。
另外，本发明的课题借助于对热交换器的集流管的内部体积空间进行分割，对流体在热交换器的集流管中的流动进行转向的装置而解决。
根据本发明的概念，在集流管的内部配置有至少一个能移动的分离要素。此时，分离要素的移动根据差压原理及分离要素在集流管内部的排列。根据施加于相异侧的压力差及分离要素的排列，作为流体出入口的开口部借助于分离要素而开放或封闭。
能移动的分离要素包括能直线移动的封闭要素及静止要素。在封闭状态下，封闭要素接触静止要素。封闭要素及基于其的分离要素沿着垂直的集流管方向配置，这种方向以下也称为长度方向。
静止要素与封闭要素优选以多重部分形成于分离要素。优选静止要素具有与集流管的内部轮廓一致的外部轮廓，使得在集流管的内部轮廓与静止要素的外部轮廓之间留下具有+/-0.1mm，优选具有+/-0.05mm公允误差的较窄的焊接用间隙。
根据本发明的一种优选构成，静止要素具有内部轮廓，内部轮廓形成作为流体流动横断面的开口部。这种开口部在分离要素的封闭状态下被封闭要素所封闭。
封闭要素最好形成得能沿长度方向(L)直线移动。
根据本发明的附加构成，分离要素包括对能够相对于静止要素进行移动的封闭要素的移动进行引导的装置。
根据第1替代性构成，在静止要素的内部轮廓形成有凸起线条部分，在封闭要素上形成有引导要素。此时，优选引导要素具有销的形态，销垂直于借助封闭要素而展开的平面，沿长度方向(L)延长，配置于封闭要素。引导要素接触凸起线条部分，保持得能够沿长度方向(L)移动。从而，静止要素的凸起线条部分与引导要素形成用于能移动的封闭要素的引导装置。
根据第2替代性构成，对能移动的封闭要素进行引导的引导要素形成于分离要素。此时，引导要素沿着静止要素的内部轮廓外周均匀地配置于静止要素，由具有阶梯部的圆弓形(circular segment)形成。优选静止要素的内部轮廓由圆形开口部形成。优选朝向圆的中心点并搁置于静止要素上，阶梯部的圆弧形态的面对能移动的封闭要素进行引导，与封闭要素的侧面一致。另外，优选引导要素由相对于封闭要素对第2静止要素进行支撑及固定的部分形成。
优选第2静止要素与第1静止要素隔开地配置于引导要素的阶梯部的高度。此时，优选封闭要素能沿长度方向移动地保持于静止要素之间，以圆形形成。在封闭要素的外周上，带有向长度方向的开口部，该开口部最好形成得在封闭要素接触静止要素时，开口部的至少一部分打开用于流体的出入口。
根据本发明的又一构成，引导封闭要素相对于静止要素移动的装置形成得防止封闭要素扭转、翻转。
根据本发明的概念，对集流管的内部体积空间进行分割，对流体的流动进行转向的本发明的装置，在集流管的内部形成于本发明的热交换器。通过如此配置本发明的装置，使得热交换器的流动横断面及/或热交换面能够动态地变更，能够根据运转模式及需要相应进行调整。
优选流体为诸如二氧化碳(R744)、R134a、HFO1234yf的作为相变传热介质(phase-change heat transfer medium)的制冷剂或制冷剂混合物。
本发明的热交换器或对热交换器的集流管内部体积空间进行分割的装置，与现有技术相比所具有的更优秀的优点可摘要如下：
作为热交换器下级构成要素的扁平管型材、集流管及肋材结构物和热交换器的制造方法，不产生附加的制造费用，
冷却装置模式与热泵模式下的热交换面的分布针对热交换及压力损失实现优化，
热泵模式下的结冰危险实现最小化，
在解冻期间以热泵模式运转时，防止空调系统的输出损失，
向制冷剂传递最大输出，
在加热(辅助加热)系统运转时，在增加效率的同时减少燃料消耗，增加电动车辆的行驶距离。
附图说明
从以附图为参照的以后实施例的说明中，本发明的其它明细、特征及优点将明确展露。在附图中，
图1是显示冷却装置模式下的作为冷凝器/气体冷却器的2通道热交换器的图，
图2是以多类型的附图显示用于配置于集流管内部的静态分离要素的图，
图3a是显示在集流管中包括分离要素的3通道热交换器的图，
图3b是显示分离要素的能直线移动的封闭要素封闭的图，
图3c是显示分离要素的能直线移动的封闭要素开放的图，
图4a是显示第1实施形态的能移动的分离要素配置于集流管内部的图，
图4b是以主视图显示开放的图4a的分离要素的图，
图4c是以后视图显示开放的图4a的分离要素的图，
图5a是显示处于可直接加装状态的第2实施形态的能移动的分离要素的图，
图5b是以分解图显示图5a的分离要素的图，
图5c是以剖面图显示处于开放状态的图5a的分离要素的图，
图5d是以剖面图显示处于封闭状态的图5a的分离要素的图，
图5e是显示图5a的分离要素的结构概要的图，
图6是显示处于第1集流管制冷剂出入口的、具备短路管线的连接块的图。
具体实施方式
在图1中，图示了处于冷却装置模式的作为现有技术冷凝器/气体冷却器的2通道构成的热交换器(1)。但是，热交换器(1)优选是省略图示的汽车空调系统制冷剂回路的构成要素。
被制冷剂压缩机压缩的气态(gaseous)制冷剂因高温而通过第1制冷剂出入口(4)流入热交换器(1)的第1集流管(2)。第1集流管(2)包括把该集流管(2)分割成相互独立、相互密闭的区域的静态分离要素(7)。这种静态分离要素(7)例如由金属片形成。
在上部区域，导入第1集流管(2)的气态制冷剂均匀地分配给第1通道的多条流路。流路用实线箭头标识。制冷剂通过相互平行地配置的流路，沿流动方向(6')，从第1集流管(2)向第2集流管(3)流动。分配的质量流量向相同方向相互平行地通过并流动的流动渠道或制冷剂的部分质量流量称为通道(pass)。此时，制冷剂的部分质量流量具有大体相同的状态参数。
通过多条流路而移送到第2集流管(3)的制冷剂在第2集流管(3)中重新混合，接着均匀地分配给第2通道的多条流路。制冷剂也通过相互平行地配置的流路，从第2集流管(3)流回第1集流管(2)。通过多条流路而移送的制冷剂在第1集流管(2)的下部区域重新混合。全体的制冷剂质量流量通过配置于第1集流管(2)下部区域的第2制冷剂出入口(5)，从热交换器(1)排出。现在，释放热并被冷却、至少部分实现液化的制冷剂以液态或2相存在。另外，完全液化的制冷剂可以进一步过冷。即，可以具有比冷凝温度更低的温度。
就2个通道的面积关系而言，在热交换面积与流路的横断面面积中，因在冷却及冷凝时变化的制冷剂密度而异。
图2图示了用于配置于集流管(2、3)内部的现有技术的静态分离要素(7)。利用金属片借助于冲压而制作的一体形成的静态分离要素(7)具有被外缘(9)完全包围的封闭地形成的平坦的面(8)。这种封闭的面(8)以比外缘(9)更小的板厚度形成，因而外缘(9)向封闭的面(8)的两侧凸出。另外，静态分离要素(7)相对于对称面对称地形成。
鉴于允许误差，外缘(9)具有复制集流管(2、3)内部轮廓的外部轮廓。另外，在外缘(9)上形成有锁定要素(11)和维持要素(12)，锁定要素(11)与维持要素(12)形成于外缘(9)的外部轮廓，配置于对称面(10)。此时，锁定要素(11)排列于维持要素(12)的对面。
静态分离要素(7)在制作热交换器(1)时维持于维持要素(12)中，与形成集流管(2、3)之间的制冷剂流路的扁平管型材一起，插入形成有凹槽的集流管(2、3)。锁定要素(11)在制作中发挥把分离要素(7)固定于集流管(2、3)内部的作用。把分离要素(7)与扁平管型材放入集流管(2、3)后，对各个构成要素进行焊接。此时，已经形成的分离要素(7)的外缘(9)使得能够实现简单焊接。静态分离要素(7)封闭集流管(2、3)的流动横断面。
在图3a中，图示了在2个集流管(2、3)中包括分离要素(13)的3通道热交换器(1)以冷却装置模式运转的情形和以热泵模式运转的情形。不同于图1的构成，分离要素(13)能够移动，相反，图1的分离要素(7)为静态。冷却装置模式下的制冷剂的流动方向(6')用实线箭头标识，热泵模式下的制冷剂的流动方向(6")用虚线箭头标识。
集流管(2、3)在其末端，分别形成用于相对于周围实现密闭的塞子。
分离要素(13)进行开闭，使制冷剂与图1类似地通过第1制冷剂出入口(4)接入第1集流管(2)，通过第1通道的平行排列的流路，向第2集流管(3)流动。第1集流管(2)中的分离要素(13)封闭集流管(2)，使集流管(2)具有相互分离的2个区域。制冷剂在第2集流管(3)的上部区域混合，转向第2通道。
通过第2通道，制冷剂向与第1通道相反的方向流动。制冷剂在第1集流管(2)的下部区域混合，转向第3通道。
接着，通过第3通道，制冷剂向第1通道平行的方向流动，在第2集流管(3)的下部区域混合，作为制冷剂质量流量，通过第2制冷剂出入口(5)，从热交换器(1)排出。
在冷却装置模式下，制冷剂通过以3通道运转的热交换器(1)，大致自上而下流动。通道的面积关系，即，热交换面积与流路的横断面面积，根据通过热交换器(1)流动时变化的制冷剂密度行为进行调整。
与冷却装置模式相对比，在热泵模式下，制冷剂大致以自下而上的流动方向(6")，以1通道通过热交换器(1)进行流动。热泵模式下的制冷剂的流动方向(6")用虚线箭头标识。
热泵模式下的制冷剂的流动方向也可以自上而下，相反，在这种情况下，在冷却装置模式下，制冷剂自下而上流动。
制冷剂通过第2制冷剂出入口(5)，流入热交换器(1)的第2集流管(3)。第2集流管(3)中的分离要素(13)开放。即，在集流管(3)中形成的2个区域在流体技术上相互连接。制冷剂分配给连接集流管(2、3)的热交换器(1)的所有流路，因此，制冷剂以1通道通过热交换器(1)进行流动。
分离要素(13)也开放，2个形成的区域在流体技术上相互连接，在这种第1集流管(2)中，制冷剂的部分质量流量相互混合。接着，制冷剂通过第2制冷剂出入口(5)，从热交换器(1)排出。
借助于这种分离要素(13)的构成，制冷剂依次通过并进行流动的通道数，例如与热泵模式相比，在冷却装置模式下可变。制冷剂的热交换面及流动横断面可以动态地变更，可以根据各自运转状态及外部条件调整。
形成集流管(2、3)之间的制冷剂流路的扁平管型材具有不足20mm的侧面深度，优选16mm±2mm或12mm±2mm的侧面深度。在空气侧，借助于其间配置有肋材的扁平管型材面形成热交换面。此时，肋材具有与扁平管相同的侧面深度。
在2通道热交换器(1)的构成中，使用例如具有16mm±2mm或12mm±2mm侧面深度的扁平管型材。在冷却装置模式运转时，在制冷剂的流动方向上，相对于第2通道扁平管数的第1通道扁平管数之比为3至5。其中，优选该比为3.5至4.5。
在4通道热交换器的构成中，使用例如具有16mm±1mm侧面深度的扁平管型材。在冷却装置模式运转时，在制冷剂的流动方向上，第1通道至第4通道扁平管数之比为19:13:10:6。
第1制冷剂出入口(4)与由省略图示的制冷剂管线形成的管连接。这种管具有大于10mm的内径，优选具有16mm±1mm的内径。
第2制冷剂出入口(5)也与由省略图示的制冷剂管线形成的管连接。这种管具有大于6mm的内径，优选具有10mm±1mm或13mm±1mm或16mm±1mm的内径。
集流管(2、3)一体或由2部分形成，具有大于扁平管的侧面深度的宽度或直径。各个集流管(2、3)包括至少一个分离要素(13)，其对集流管(2，3)的流动横断面进行封闭，在可能的情况下，把集流管(2、3)分割成分离的体积空间，此外，还包括相对于周围对集流管(2、3)进行密闭的省略图示的4个塞子。
在图3b及图3c中，图示了图3a的分离要素(13)包含各自能够直线移动的封闭要素(14)的详细图。
通道的分离是在集流管(2、3)中，借助于因差压而机械性地控制并能移动的分离要素(13)而实现，这种分离要素(13)在热交换器(1)运转时，作为阀门，在冷却装置模式下封闭，在热泵模式下开放。与此相关，能移动的分离要素(13)与止回阀类似地形成。
能移动的分离要素(13)发挥的作用是，为了冷却装置模式的运转，把集流管(2，3)分割成具有相互分离的体积空间的2个区域，或在热泵模式下，将该区域在液体技术上相互连接，形成共同的体积空间。
图3b分别图示了在集流管(2、3)具有相互分离的2个体积空间的状态下的，即，在封闭状态下的分离要素(13)，相反，在图3c中图示了处于开放状态的分离要素(13)。
各个分离要素(13)包括能直线移动的封闭要素(14)和静止要素(15)。在分离要素(13)的封闭状态下，封闭要素(14)接触静止要素(15)。
在热交换器(1)以冷却装置模式运转时，如图3b所示，由附带有静止要素(15)的能直线移动的封闭要素(14)形成的分离要素(13)封闭。高压压缩后，通过热交换器(1)的第1制冷剂出入口(4)流入第1集流管(2)上部区域的气态高温制冷剂，对能直线移动的封闭要素(14)向下加压，分配给第1通道的流路。由于通过第1通道流路的流动、第2集流管(3)中的混合、转向及向第2通道流路分配期间发生的压力损失，第1集流管(2)中的分离要素(13)在两侧面因相异的压力而接入制冷剂，该压力差把封闭要素(14)压于静止要素(15)，封闭分离要素(13)。第2集流管(3)中的分离要素(13)的状态也一样。因此，通过热交换器(1)实现3通道流动。制冷剂在释放热后，通过第2制冷剂出入口(5)，以液体状态或液体/蒸汽状态从热交换器(1)排出。
在热交换器(1)以热泵模式运转时，分离要素(13)借助于能直线移动的封闭要素(14)而开放。通过第2制冷剂出入口(5)流入热交换器(1)的第2集流管(3)下部区域的2相制冷剂，对能直线移动的封闭要素(14)向上加压，分配给3个通道的流路。制冷剂通过第2集流管(3)的全体分配给热交换器(1)流路，通过所有流路平行地流动。由于流入的制冷剂的压力，封闭要素(14)从静止要素(15)掉落并被推动。分离要素(13)开放。由于从通过第2制冷剂出入口(5)流入时直到通过第1制冷剂出入口(4)排出时发生的压力损失，在封闭要素(14)的上部侧面的压力始终比下部侧面的压力低，因此，在热泵模式下，根据该压力差，封闭要素(13)保持开放状态。因此，通过热交换器(1)实现1通道流动。制冷剂在吸收热后，通过第1制冷剂出入口(4)，以气体状态从热交换器(1)排出。
在此方面，能直线移动的封闭要素(14)设计成利用重力与流动力(flow forces)和压力的合成力进行开闭。
图4a图示了在热交换器(1)的组装状态下，能移动的封闭要素(13)配置于集流管(2、3)内部。集流管(2、3)的图示的部分包括制冷剂出入口(4，5)及形成有凹槽的外壁。
通过在外壁上的凹槽形开口部(16)，插入放置有形成通道的流路的扁平管型材(17)。此时，扁平管型材(17)至少以10mm的插入深度，优选以8mm的插入深度插入集流管(2、3)。能移动的分离要素(13)也通过凹槽形开口部，插入于集流管(2、3)，不过，该凹槽形开口部未图示。
形成扁平管型材(17)及静止要素(15)的分离要素(13)的折流板(baffle plate)焊接于集流管(2、3)的外壁。折流板(15)借助锁定要素(11)而锁定于外壁。此时，锁定要素(11)从用于把分离要素(13)插入集流管(2、3)的凹槽形开口部(16)的对面插入于外壁。由冲击板(strike plate)形成的能直线移动的封闭要素(14)如果不接触后面也称为折流板的静止要素(15)，那么，能移动的分离要素(13)开放。
在分离要素(13)的开放状态下，能移动的封闭要素(14)接触插入于集流管(2，3)的扁平管型材(17)。因此，扁平管型材(17)作为在分离要素(13)开放状态下的对封闭要素(14)的限位器而同时形成。
分离要素(13)在热交换器(1)制作时，保持于维持要素(12)中，插入于形成有凹槽的集流管(2、3)。锁定要素(11)象图2所示的静态分离要素(7)一样，在制作中发挥把分离要素(13)固定于集流管(2、3)内部的作用。分离要素(13)插入于集流管(2、3)后，集流管(2、3)的构成要素、扁平管型材(17)及静止要素(15)相互焊接。
在图4b及图4c中，图4a的能移动的分离要素(13)以详细图进行了图示，图4b图示了分离要素(13)的主视图，图4c图示了分离要素(13)的后视图。
能移动的分离要素(13)包括借助于冲击板(14)和折流板(15)而相互分离形成的2个要素，这2个要素由金属片借助于冲压而制作，优选相对于对称面对称地形成。折流板(15)以具有涂层的材料制作，优选地，以具有由AA44045构成的具有涂层的可焊接材料制作，优选以AA3003制作成至少0.2mm的材料厚度。此时，折流板的厚度可以在0.2mm至2.5mm范围内变化，优选地，可以在0.4mm至2.3mm的范围内变化。与此相对比，冲击板(14)以不能焊接的材料制作，优选以特种钢制造，例如以AlSi 304(DIN 1.4301)制造成0.2mm的材料厚度，优选制造成0.3mm至0.5mm范围的材料厚度。
鉴于允许误差，折流板(15)在边缘侧具备复制集流管(2、3)内部轮廓的、环绕外周的外部轮廓。另外，折流板(15)的外部轮廓具备配置于对称面的锁定要素(11)与维持要素(12)。此时，锁定要素(11)排列于维持要素(12)的对面。
除外部轮廓之外，折流板(15)具备内部轮廓(18)，内部轮廓(18)作为通过折流板(15)的贯通开口部，呈打开流动横断面的四叶苜蓿叶形态。此时，贯通开口部垂直于借助折流板(15)而展开的平面。
鉴于允许误差，冲击板(14)也在边缘侧具备复制折流板(15)内部轮廓(18)的四叶苜蓿叶形态的、环绕外周的外部轮廓(19)。其中，冲击板(14)的外部轮廓(19)具有大于折流板(15)的内部轮廓(18)的尺寸，因此，在分离要素(13)的封闭状态下，使冲击板(14)接触折流板(15)。此时，折流板(15)的整个内部轮廓(18)被冲击板(14)的外部轮廓(19)覆盖。
冲击板(14)的外部轮廓(19)与折流板(15)的内部轮廓(18)的尺寸的允许误差为约0.1mm，因此，集流管(2、3)与冲击板(14)之间的间隙允许冲击板(14)的移动。
折流板(15)的内部轮廓(18)与冲击板(14)的外部轮廓(19)大致为圆形，具备在一侧的凸起线条部分(20)和在另一侧的缺口(21)。
冲击板(14)在外部轮廓(19)上具备4个缺口(21)，该缺口(21)相互均匀地隔开，从外侧边缘出发，向冲击板(14)的中心点延长。此时，缺口(21)以经过冲击板(14)底面直径大致1/3后结束，因此，借助于缺口(21)而生成的冲击板(14)的部分区域在朝向中心点的区域相互连接形成。此时，从冲击板(14)的原来大致圆形的外形，借助于缺口(21)而要去除的面的面积比没有缺口地具有相同直径的冲击板总体面积小。
冲击板(14)如图4c所示，具备引导要素(22)。其中，引导要素(22)垂直于借助冲击板(14)而展开的平面进行排列，从冲击板(14)的中心点沿长度方向(L)延长配置。具有销形态的引导要素(22)以超出圆形横断面的横断面，例如以可以为多边形或椭圆形的横断面形成。
折流板(15)在内部轮廓(18)上具备4个凸起线条部分(20)，该凸起线条部分(20)相互均匀地隔开，从外侧向折流板(15)的中心点延长。此时，凸起线条部分(20)在经过各个折流板(15)的内部轮廓(18)的直径大约1/3后结束。为了分离要素(13)的封闭，折流板(15)的凸起线条部分(20)的尺寸与包括允许误差的冲击板(14)的缺口(21)尺寸一致，使得轮廓(18，19)重叠。
折流板(15)的内部轮廓(18)的凸起线条部分与冲击板(14)的引导要素(22)分别形成得使引导要素(22)接触凸起线条部分(20)的端部面，从而在移动时进行引导。此时，冲击板(14)保持相对于折流板(15)不扭转、翻转，这是因为引导要素(22)具有从圆形横断面超出的横断面，如图4c所示，具有正方形横断面。折流板(15)内部轮廓(18)的凸起线条部分(20)的直线端部面接触引导要素(22)的正方形弧截面的侧面边，因而引导要素(22)只能沿长度方向(L)滑动移动。
在图5a、图5b、图5c、图5d及图5e中，图示了又一种实施形态的能移动的分离要素(13')，图5a图示了处于能直接安装的状态的分离要素(13')，图5b图示了用于显示个别构成要素的分解图，图5c及图5d分别图示了剖面图，图5e以俯视图图示了结构概要。图5c图示了处于开放状态的分离要素(13')，图5d图示了处于封闭状态的分离要素(13')。
静止要素(15')包括具有外缘(9)的面(8)，外缘(9)也形成有锁定要素(11)和维持要素(12)。这种面(8)在中央具备圆形开口部形态的内部轮廓(18')。圆形开口部作为出入口，延长经过面(8)的大部分。
这种面(8)在向外缘(9)过渡的部分，具备经外周均匀地分配、配置的引导要素(23)。以阶梯形态形成的4个引导要素(23)由分别具有阶梯部的圆弓形形成。搁置于在面(8)上并朝向圆的中心点的阶梯部的圆弧形第1面，发挥对能直线移动的封闭要素(14')进行引导的作用。与外缘连接在一起并朝向长度方向(L)的阶梯部的面及朝向圆的中心点的阶梯部的面，由第2静止要素(24)的支撑及固定部分形成。
第2静止要素(24)在制作或组装时，相对于由圆弓形形成的引导要素(23)的圆的中心点呈同心状，放置于引导要素(23)的阶梯部的段差部分上进行焊接。此时，第2静止要素(24)在阶梯部的高度上，相对于第1静止要素(15')隔开配置。此时，静止要素(15'.24)之间的间隔决定封闭要素(14')移动的大小。
在与折流板(15')相应的第1静止要素(15')的面(8)与第2静止要素(24)之间的插入空间，配置有与冲击板(14')相应的能直线移动的封闭要素(14')。此时，封闭要素(14')能移动地保持于静止要素(15'，24)之间，在朝向圆的中心点的引导要素(23)的阶梯部的圆弧形第1面中进行引导。
引导要素(23)的阶梯部的圆弧形第1面与封闭要素(14')的侧面相互一致，使得保障引导。
以圆形形成的第2静止要素(24)具备配置于外周上的孔或穿孔部形态的开口部(25)。此时，为了静止要素(15'，24)的组装及相互焊接，静止要素(24)的半径与引导要素(23)阶梯部的圆弧形面的包含允许误差的半径一致，其中，引导要素(23)与外缘连接并朝向圆的中心点。
朝向长度方向(L)的开口部(25)分别以满足以下要求的直径形成，即，在封闭要素(14')接触静止要素(24)时，如图5c所示，开口部(25)中的至少一部分或开口部(25)全部不被封闭要素(14')覆盖，而是保持开放状态地配置于静止要素(24)。
封闭要素(14')在2个端部位置之间能够自由移动，在第1端部位置，从图5d可知，接触第1静止要素(15')，封闭由开口部形成的内部轮廓(18')。因此，封闭要素(14')的直径大于开口部的直径。封闭要素(14')放置于面(8)上。分离要素(13')封闭。
在第2端部位置，封闭要素(14')如图5c所示，接触第2静止要素(24)，开放第1静止要素(15')的内部轮廓(18')。同时，第2静止要素(24)的开口部(25)保持至少部分开放的状态，因而开口部(25)的开放的区域使得能够向分离要素(13')的两侧区域之间通过。另外，在静止要素(24)的外周与静止要素(15')的外缘(9)之间形成间隙(26)，该间隙(26)在静止要素(24)的外周方向上，只被引导要素(23)所阻断。这种间隙(26)与开口部(25)一起，成为对流体的附加出入口。流体沿着以箭头标识的流动方向(6)，通过分离要素(13')并流动。分离要素(13')开放。
如在图3a中根据通道的扁平管数之比及在制冷剂出入口(4，5)的制冷剂管线的直径进行的说明，在冷却装置模式运转时，在制冷剂的流动方向上，热交换器(1)中的流动横断面减小，这不仅对热交换面进行分配，使空间要素达到最小的同时实现最大的热输出，而且发挥当通过热交换器(1)流动时，使制冷剂侧的压力损失减小的作用。
在图6中图示了具备短路管线(29)的连接块(28)。除集流管(2、3)中的通过通道的流动、混合、转向及分配时发生的制冷剂的压力损失之外，制冷剂通过把制冷剂管线(27)连接于制冷剂出入口(4)的连接块(28)进行流动时也发生节流。此时，其中特别是在热泵模式下，通过配置于出口侧的连接块(28)进行流动时的压力损失明显更大。为了使这种压力损失最小化，连接块以比以往连接块更大的流动横断面形成，或在以往的连接块(28)中配备短路管线(29)。短路管线(29)也称为“跨接管(junper tube)”，构成从集流管(2)到连接块(28)的旁通管道。从而，即使制冷剂出入口(4)其本身的流动横断面不扩大，集流管(2)与制冷剂管线(27)之间的制冷剂出入口(4)的流动横断面也因短路管线(29)横断面而相应地扩大。从热交换器(1)排出制冷剂时的压力损失减小。
符号说明
1:热交换器2:第1集流管
3:第2集流管4:第1制冷剂出入口
5:第2制冷剂出入口6:制冷剂的流动方向
6':冷却装置模式下的制冷剂的流动方向
6":热泵模式下的制冷剂的流动方向
7:静态分离要素8:面
9:外缘10:对称面
11:锁定要素12:维持要素
13，13':能移动的分离要素
14，14':能直线移动的封闭要素、冲击板
15，15':对封闭要素的静止要素、折流板
16:集流管(2、3)的凹槽形开口部
17:扁平管型材
18，18':折流板(15，15')的内部轮廓
19:冲击板(14)的外部轮廓
20:内部轮廓(18)的凸起线条部分21:外部轮廓(19)的缺口
22，23:引导要素

Claims (16)

1.一种热交换器(1)，作为汽车空调系统制冷剂回路的热交换器(1)，空调系统形成得进行冷却装置模式与热泵模式的组合运转，其特征在于，热交换器(1)包括：
第1集流管(2)与第2集流管(3)，其相互平行地隔开排列配置；
第1制冷剂出入口(4)与第2制冷剂出入口(5)，其用于制冷剂的通过流动；
流路，其由在集流管(2、3)之间平行地配置的流体连接部形成，分配到各个通道；及
把至少一个集流管(2、3)的内部体积空间分割成相互独立的区域的装置；
热交换器(1)形成得能够多路及双向通过流动，制冷剂在热交换器(1)内部的流动方向因运转模式而异，
在冷却装置模式下的制冷剂的流动方向上，
热交换器(1)的第1通道具有比最后通道更大的流动横断面及更大的热交换面；
用于流入制冷剂的第1制冷剂出入口(4)具有比用于排出制冷剂的第2制冷剂出入口(5)更大或相同的流动横断面。
2.根据权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，用于在冷却装置模式运转时流入制冷剂的制冷剂出入口(4)具有大于8mm的内径。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器(1)，其特征在于，用于在冷却装置模式运转时排出制冷剂的制冷剂出入口(5)具有大于6mm的内径。
4.一种热交换器(1)，作为汽车空调系统制冷剂回路的热交换器(1)，热交换器(1)包括集流管(2)、相互平行地配置的流路及至少2个制冷剂出入口；
热交换器(1)形成得能够双向通过流动，制冷剂在热交换器(1)内部的流动方向因空调系统的运转模式而异；
制冷剂根据流动方向而依次通过流路、集流管(2)及制冷剂出入口(4)进行流动；
在制冷剂出入口(4)形成有用于连接制冷剂管线(27)的连接块(28)，其特征在于，
在集流管(2)与连接块(28)之间，配置有作为与制冷剂出入口(4)的附加流体连接部而形成的短路管线(29)。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的热交换器(1)，其特征在于，在集流管(2、3)之间作为流体连接部而配置的流路由扁平管型材形成，扁平管型材具有不足20mm的长度。
6.根据权利要求5所述的热交换器(1)，其特征在于，热交换器(1)形成得能够以2通道通过流动，在冷却装置模式下的制冷剂的流动方向上，相对于第2通道的扁平管型材数的第1通道的扁平管型材数之比在3至5的范围内。
7.根据权利要求5所述的热交换器(1)，其特征在于，热交换器(1)形成得能够以4通道通过流动，在冷却装置模式的制冷剂的流动方向上，制冷剂依次通过流动的通道的扁平管型材数之比为19:13:10:6。
8.一种装置，分割热交换器(1)的集流管(2、3)的内部体积空间，对流体在热交换器(1)的集流管(2、3)中的流动进行转向，其特征在于，
在集流管(2、3)的内部配置至少一个能移动的分离要素(13，13')，能移动的分离要素(13，13')
根据差压原理形成，根据其在集流管(2、3)内部的排列及施加于其的压力差，对开口部进行开放或封闭，
包括能移动的封闭要素(14，14')及静止要素(15，15')，封闭要素(14，14')在分离要素(13，13')的封闭状态下接触静止要素(15，15')。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，静止要素(15，15')具备内部轮廓(18，18')，内部轮廓(18，18')形成在分离要素(13，13')的封闭状态封闭的、作为对流体的流动横断面的开口部。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，封闭要素(14，14')形成得能够沿长度方向(L)直线移动。
11.根据权利要求8至10中任意一项所述的装置，其特征在于，分离要素(13，13')包括引导能移动的封闭要素(14，14')相对于静止要素(15，15')移动的装置。
12.根据权利11所述的装置，其特征在于，在静止要素(15)的内部轮廓(18)形成有凸起线条部分(20)，在封闭要素(14)上形成有引导要素(22)，引导要素(22)在借助于封闭要素(14)而展开的平面上垂直地沿长度方向(L)延长，具有配置于封闭要素(14)的销的形态，接触凸起线条部分(20)并保持得能够沿长度方向(L)移动，从而凸起线条部分(20)与引导要素(22)形成用于能移动的封闭要素(14)的引导装置。
13.根据权利11所述的装置，其特征在于，对能移动的封闭要素(14')进行引导的引导要素(22)形成于分离要素(13')，引导要素(23)
沿着静止要素(15')的内部轮廓(18')的外周均匀地配置于静止要素(15')；
由具有阶梯部的圆弓形形成，朝向圆的中心点，搁置于静止要素(15')上，阶梯部的圆弧形态的面对能移动的封闭要素(14')进行引导，与封闭要素(14')的侧面一致，
相对于封闭要素(14')对第2静止要素(24)进行支撑及固定。
14.根据权利13所述的装置，其特征在于，第2静止要素(24)
与第1静止要素(15')隔开地配置于阶梯部的高度，封闭要素(14')能够沿长度方向(L)移动地保持于静止要素(15'，24)之间，
以圆形形成，配置于外侧的外周，具备朝向长度方向(L)的开口部(25)，开口部(25)在封闭要素(14')接触静止要素(24)时，使开口部(25)的至少一部分打开出入口。
15.根据权利11至14所述的装置，其特征在于，引导封闭要素(14，14')相对于静止要素(15，15')移动的装置形成得防止封闭要素(14，14')扭转、翻转。
16.根据权利1至7中任意一项所述的热交换器(1)，其特征在于，在集流管(2、3)内部，形成有权利要求8至15中任意一项的装置，流动横断面及/或热交换面能够动态地变更。
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