CN104567086A - 具有热电元件的热交换器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有热电元件的热交换器，该热交换器具有在长度方向上延伸的管式流体通道。具体而言，流体通道在中间部弯曲，以在中间部的两侧具有第一部和第二部，并且具有用于使流体进入和排出的入口和出口。还包含热电元件，热电元件具有第一表面，第一表面附着于流体通道的第一部和第二部的平坦部的第一表面的至少第一区段，以及包含分别附着于流体通道的第一部和第二部中的每一个的第一表面和第二表面的热辐射翅片。还公开了用于制造热交换器的方法。

Description

具有热电元件的热交换器及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年10月11日提交的韩国专利申请第10-2013-0121231的权益，其全部内容通过引用的方式合并入本文。

技术领域

本发明涉及具有热电元件的热交换器，其结构紧凑、容易制造、并具有改善的热交换效率，并且本发明涉及用于制造该热交换器的方法。

背景技术

通常而言，具有热电元件的平板式热交换器已经被使用。平板式热交换器具有冷却剂通道形成在平板一侧且空气翅片安装在平板相对侧的热辐射结构。

然而，这种结构配置过重，因而，如果应用到车辆系统，则影响燃料效率。此外，这种结构配置的厚度也不容易降低，这可能造成内部元件（例如热电组件）的过热。

上述平板式热交换器的一种替代为芯体热交换器。在芯体热交换器中，管道布置在板的两侧，且多个管子在管道之间连接。热电元件定位在管子的上方，且空气通道侧中的热辐射翅片位于热电元件的上方。然而，在芯体热交换器的组装过程中，芯体不能组装直至热电元件被完全组装。结果，芯体热交换器的组装较为困难，因此产品质量存在较大差异。

以上仅意在帮助理解本发明的背景，但并不意味着本发明落入本领域技术人员已知的相关领域的范围中。

发明内容

因此，牢记上述在相关技术中出现的问题，做出本发明，并且本发明旨在提出一种具有热电元件的热交换器，其结构紧凑、容易制造并具有改善的热交换效率，以及旨在提出一种其制造方法。

为实现上述目标，根据本发明的一个方面，提供一种具有热电元件的热交换器，热交换器包含：流体通道，其为管式并在长度方向上延伸，在中间部弯曲以具有分别与中间部的各端邻接的第一部和第二部，并分别在第一部和第二部的末端具有用于使工作流体（例如，油、冷冻剂；水等）流入和排出的入口和出口。还包含热电元件，其第一表面附着于流体通道的第一部和第二部的平坦部的第一表面的至少第一区段，以及包含分别附着于流体通道的第一部和第二部中的每一个的第一表面和第二表面的第二区段的热辐射翅片。

在某些示例性实施方式中，流体通道可以在中间部弯曲，从而第一部和第二部可以彼此面对。同样，流体通道的入口和出口可以定位成彼此面对，并彼此对齐。

如上所述，流体通道可以在中间部弯曲。在这样做时，第一部与第二部之间的距离大于热辐射翅片的高度的两倍。因此，这可以是有益的，在流体通道中，仅有中间部是弯曲部，且第一部和第二部是平坦部。

此外，热电元件可以附着于第一部和第二部中的每一个的第一表面和第二表面，和/或附着于流体通道的第二部的末端，出口形成在该末端。

热电元件还可以分别附着于第一部和第二部的第一表面，其中各个第一表面彼此面对，并且绝热构件可以分别附着于第一部和第二部的第二表面，其中各个第二表面与第一表面相对。

在本发明的某些示例性实施方式中，绝热构件可以从流体通道的第一部延伸至中间部，并达到第二部。如此，绝热构件可以布置成环绕流体通道。

在本发明的某些示例性实施方式中，当热电元件的第一表面附着于流体通道时，热辐射翅片可以附着于流体通道并且延伸至热电元件的第二表面并覆盖热电元件的第二表面。

热交换器还可以包含外壳，外壳围绕流体通道的外表面并设置进入孔和出口孔，从而使将要进行热交换的流体经过热辐射翅片。在外壳中，防护部可以沿第一部和第二部的长度方向而设置，以防止流体通道的第一部和第二部裸露，并使将要进行热交换的流体仅经过热辐射翅片。

此外，在某些示例性实施方式中，被弯曲的流体通道的中间部可以经由外壳的开口而暴露，从而中间部不与将要进行热交换的流体接触。

在本发明的另一个示例性实施方式中，为达到上述目的，根据本发明的另一个方面，提供具有热电元件的热交换器，热交换器包含：流体通道，其为管式且在长度方向上延伸，在中间部弯曲以具有分别与中间部的两端邻接的第一部和第二部，并且分别在第一部和第二部的末端具有用于使工作流体流入和排出的入口和出口；以及附着于第一部或第二部的第一表面的热电元件。

为达到上述目的，根据本发明的另一方面，提供具有热电元件的热交换器，热交换器包含：流体通道，其为管式并在长度方向上延伸，在中间部弯曲从而使与中间部件的两端邻接的第一部和第二部彼此面对，并具有彼此对齐的入口和出口；以及附着于第一部或第二部的第一表面和第二表面的热电元件。

为达成上述目的，根据本发明的另一方面，提供一种用于制造具有热电元件的热交换器的方法，该方法包括：使热电元件的第一表面附着于板状流体通道；使热辐射翅片附着于第一部和第二部中的每一个的第一表面和第二表面；以及使流体通道的中间部弯曲。

在使中间部弯曲时，中间部可以弯曲成使第一部与第二部之间的距离大于热辐射翅片的高度的两倍。

有利地，根据上述具有热电元件的热交换器以及制造具有热电元件的热交换器的方法，与常规的平板式热交换器相比，管式结构的总厚度可以显著降低，因而在热交换器的冷却剂侧的热阻降低。因此，防止热电元件的过热，并从而改善其耐久性和热交换效率。此外，热交换器的重量可以显著降低。

沿生产线，热电元件和热辐射翅片为分开的部件，从而可以容易组装。这引起提升的产品质量，尤其是结合部的质量，因而，作为制造工序的减少的结果，生产率得以提高。最后，由于仅使用一个管，模具成本和原材料成本也下降。

附图说明

基于以下结合附图的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和其他优点将会使理解更清晰，其中：

图1是示出根据本发明一个示例性实施方式的具有热电元件的热交换器的透视图；

图2至图4是示出根据本发明一个示例性实施方式的用于制造具有热电元件的热交换器的方法的图解；以及

图5至图7是示出根据本发明多个示例性实施方式的具有热电元件的热交换器的截面视图。

具体实施方式

在下文中，根据本发明优选实施方式的具有热电元件的热交换器及其制造方法将参考附图进行详细描述。

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车（SUV）、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其他代用燃料车（例如，来源于石油以外的资源的燃料）。

本文使用的术语仅为说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

图1是示出根据本发明的一个示例性实施方式的具有热电元件的热交换器的透视图；图2至图4是示出根据本发明的一个示例性实施方式的用于制造具有热电元件的热交换器的方法的图解；并且图5至图7是示出根据本发明多个示例性实施方式的具有热电元件的热交换器的截面视图。

图1是示出根据本发明一个示例性实施方式的具有热电元件的热交换器的透视图。根据当前实施方式的具有热电元件的热交换器包含流体通道100，该流体通道为沿长度方向延伸的板状管式结构。流体通道100在中间部120弯曲。流体通道100的第一末端设置有用于使工作流体进入的入口30，且流体通道100的第二末端设置有用于使工作流体排出的出口10。热交换器还包含热电元件300（图2～6）和热辐射翅片500。热电元件300的第一表面附着于流体通道100的第一部160（图2～6）和第二部140（图2～6）的平坦面的第一表面的第一区段。热辐射翅片500分别附着于流体通道100的第一部160和第二部140中的每一个的第一表面和第二表面的至少第二区段。

由于流体通道100仅使用具有至少两个平坦面的平板管式结构形成，制造成本下降。流体通道100在一个位置（即约在中间部120）弯曲，从而入口30与出口10彼此对齐（即，沿同一轴形成）。这使热交换器的布局简化，并降低热交换器占据的空间量。这还促进冷却剂管的设计，从而降低制作成本并改善可销售性。

在热电元件300中，一个表面（例如，第一表面）使用正极执行空气调节，且其他表面（例如，第二表面）作用成驱散或接收热量。换言之，热电元件300的第一表面和第二表面分别起空气调节表面和热辐射表面的作用。电极性之间的切换会改变热电元件300的表面的功能。当使用热电元件300执行冷却时，关键点是经由相对面排出热量。因此，热电元件300的第一表面附着于流体通道100的第一表面，且热辐射翅片500附着于热电元件300的与第一表面相对的第二表面。如此，执行有效的空气调节过程。

流体通道100的第一部和第二部的末端分别设置有用于工作流体的入口30和出口10。热辐射翅片500附着于流体通道100的第一部160和第二部140中的每一个的第一和第二表面。通过这种结构，在加热时，热电元件300不仅通过热辐射翅片500去除冷却剂中的热量，而且生成电阻热，从而通过热辐射翅片500而加热大量的空气并因而加热空间。

在冷却过程中，转移至热辐射翅片500的热量通过热电元件300向冷却剂转移，从而排出热量。接着，经过热辐射翅片500的热量被冷却，从而使空间冷却。

具体而言，流体通道100在中间部120仅弯曲一次，从而第一部160和第二部140彼此面对。流体通道100的入口30和出口10彼此对齐（即，沿同一轴）。如此，这种结构可以简化使冷却剂流过的管道的布置，从而降低热交换器的体积（尺寸）。因此，作为本发明示例性实施方式的结果，热交换器可以安装的安装空间不受限制。当在小空间中（例如在车辆的高压电池上）安装空气调节机构时，这种结构是特别有用的。

图2至图4是示出根据本发明一个示例性实施方式的用于制造具有热电元件的热交换器的方法的图解。该方法包括使热电元件300的至少一个表面附着于平板流体通道100，使热辐射翅片500分别附着于流体通道100的第一部160和第二部140的各个表面（或表面的区段），以及使流体通道100的中间部120弯曲（例如，仅一次）直到第一部和第二部彼此基本平行。在使流体通道100的中间部120弯曲的过程中，流体通道100的第一部160与流体通道100的第二部140之间的距离设置为热辐射翅片500的高度的两倍。

首先，如图2所示，热电元件300的至少一个表面（或优选地仅一个表面）附着于未弯曲而具有平板结构的流体通道100。接下来，热辐射翅片500附着于流体通道100的第一部160和第二部140中的每一个的第一和第二表面。在该步骤后的组装状态如图3所示。接下来，流体通道100的中间部120弯曲，从而热交换器的组装完成，如图4所示。

中间部120弯曲成使流体通道100的第一部160与流体通道100的第二部140之间的距离大于热辐射翅片500的高度的两倍。因此，如图4所示，热辐射翅片500布置成使第一部件160的表面上的热辐射翅片500的一部分与第二部140的表面上的热辐射翅片500的另一部分彼此面对，并且布置在第一部160与第二部140之间。

这种结构防止应力集中在附着有热电元件300的结点上，使用于冷却剂的入口和出口安排在相邻位置，并将热辐射翅片500集中安排在使空气经过的位置。这种结构引起简化的布局。

优选地，流体通道100仅在中间部120处弯曲，并且第一部160和第二部140各自具有彼此基本平行的平板形状。如此，热电元件300可以附着于流体通道100的第一部160和第二部140中的每一个的一个表面和另一表面。

此外，如图1所示，热交换器还可以包含包围流体通道100并设置有进入孔740和出口孔的外壳700，其中将要进行热交换的流体通过进入孔和出口孔而引入外壳以及在流经热辐射翅片500后排出外壳。沿第一部160和第二部140的长度方向延伸的防护部720设置在外壳700中，以防止流体通道100的第一部160和第二部140裸露。这使得将要进行热交换的空气仅经过热辐射翅片500。结果，将要进行热交换过程的空气仅经过热辐射翅片500，且空气调节有效执行，而不受热电元件300和流体通道100的表面的影响。

此外，流体通道100的中间部120可以穿过外壳700，从而中间部120可以暴露至外部，并且不与将要进行热交换的流体接触。出于该原因，将要进行热交换的空气不受流体通道100的影响。

图5至图7是示出根据本发明的多个实施方式的具有热电元件的热交换器的截面视图。如图5或图6所示，热电元件可以附着于流体通道的第二部，第二部件的末端形成有用于流体的出口。即使在这种情况下，当热电元件300的第一表面附着于流体通道100时，热辐射翅片500延伸以覆盖热电元件300的第二表面。在这种情况下，当需要减少的冷却量时，热交换器可以被有效使用。

通过单独安装的散热器而冷却的冷却剂使空气在热电元件300未安置的位置进行冷却，并且在热电元件300安置的位置平缓地进行冷却。此外，由于热电元件300定位在第二部140中或定位在使冷却剂排出的流体通道100的第二端部，即使热量最终传递到冷却剂，该热量传递不影响对空气的整体冷却性能。

此外，如图7所示，在流体通道100的表面之中，热电元件300可以附着于第一部160和第二部140的彼此面对的表面（即，内表面），且绝热构件70可以附着于第一部160和第二部140的相对面（即，外表面）。绝热构件70可以从流体通道100的第一部160的末端延伸到中间部120，达到并毗邻流体通道的第二部140的末端，从而围绕流体通道100的外表面。

当空气应当在小空间中循环时，使用这种结构。在这种情况下，热电元件300附着于第一部160和第二部140的彼此面对的表面，且热辐射翅片500附着于热电元件300的剩余表面。因此，部分由于附着于流体通道100的外表面的绝热构件70，可以执行部分空气的冷却或加热而不受外部干扰的影响。由于绝热构件70从流体通道100的第一部160的末端延伸到中间部120，达到并毗邻流体通道100的第二部140的末端，并从而围绕流体通道100的外表面，达到改善的隔热，外部干扰不影响热交换器中的热交换过程。

有利地，根据上述具有热电元件的热交换器以及制造具有热电元件的热交换器的方法，与常规的平板式热交换器相比，管式结构的总体厚度可以显著降低，因此，在热交换器的冷却剂侧的热阻被降低。因此，防止热电元件的过热，从而改善其耐久性和热交换效率。此外，热交换器的重量可以显著降低。

沿生产线，热电元件和热辐射翅片是单独部件，从而可以容易组装。这引起提升的产品质量，尤其是结合部的质量，并且作为这种制造过程的减少的结果，使生产率得以提高。最后，由于仅使用一个管，模具成本和原材料成本也下降。

尽管本发明的优选实施方式仅用于示例说明的目的，本领域技术人员应当明白，可以做出多种修改、添加和替换，而不偏离在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神。

Claims (17)

1.一种具有热电元件的热交换器，其包含：

管式流体通道，在长度方向上延伸，在中间部弯曲以分别在所述中间部的两侧具有第一部和第二部，并分别在所述第一部和所述第二部的末端具有使流体进入和排出的入口和出口；

热电元件，其第一表面附着于所述流体通道的第一部和第二部的平坦面的第一表面的第一区段；以及

热辐射翅片，附着于所述流体通道的第一部和第二部中的每一个的第一表面和第二表面的至少第二区段。

2.根据权利要求1所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述流体通道在所述流体通道的中间部弯曲，从而所述第一部和所述第二部的各表面彼此面对。

3.根据权利要求2所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述流体通道的入口和出口彼此面对并彼此对齐。

4.根据权利要求2所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述流体通道在所述中间部弯曲，并且所述第一部与所述第二部之间的距离大于所述热辐射翅片的高度的两倍。

5.根据权利要求1所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述流体通道在所述流体通道的中间部仅弯曲一次，并且所述第一部件和所述第二部件具有平板形状。

6.根据权利要求1所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述热电元件附着于所述流体通道的第一部和第二部中的每一个的各表面。

7.根据权利要求1所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述热电元件附着于所述流体通道的第二部，在所述第二部的末端形成有所述出口。

8.根据权利要求1所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述热电元件附着于所述第一部和所述第二部的第一表面，所述第一表面彼此面对，并且所述绝热构件附着于所述第一部和所述第二部的第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对。

9.根据权利要求8所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述绝热构件从所述流体通道的第一部延伸到所述中间部，并以围绕所述流体通道的方式到达所述第二部。

10.根据权利要求1所述的具有热电元件的热交换器，其中，

在所述热电元件的第一表面附着于所述流体通道的状态下，所述热辐射翅片附着于所述流体通道，并且延伸到所述热电元件的第二表面并覆盖所述热电元件的第二表面。

11.根据权利要求1所述的具有热电元件的热交换器，还包含：

外壳，围绕所述流体通道的外表面，并设置有进入孔和出口孔以使将要进行热交换的流体经过所述热辐射翅片。

12.根据权利要求11所述的具有热电元件的热交换器，其中，

在所述外壳中沿所述第一部和所述第二部的长度方向设置有防护部，以防止所述流体通道的第一部和第二部暴露，并使将要进行热交换的流体仅经过所述热辐射翅片。

13.根据权利要求11所述的具有热电元件的热交换器，其中，

所述流体通道的中间部经所述外壳而暴露，从而所述中间部不与流体接触。

14.一种具有热电元件的热交换器，其包含：

流体通道，具有在长度方向上延伸的管状，在其中间部弯曲，并分别在其第一末端和第二末端具有用于使工作流体流入和排出的入口和出口；

热电元件，其第一表面附着于所述流体通道的第一部和第二部中的平坦部的第一表面；以及

热辐射翅片，附着于所述流体通道的第一部或第二部的一个表面。

15.一种具有热电元件的热交换器，其包含：

管式板状流体通道，在长度方向上延伸，所述流体通道包含分别具有用于使流体进入和排出的入口和出口的第一部和第二部，其中所述流体通道在中间部弯曲，使得所述第一部和所述第二部彼此面对，且所述入口和所述出口在所述热交换器的一端彼此对齐；

热电元件，其第一表面分别附着于所述流体通道的第一部和第二部的平坦面的第一表面的第一区段；以及

热辐射翅片，附着于所述流体通道的第一部和第二部中的每一个的第一表面和第二表面。

16.一种用于制造权利要求1所述的热交换器的方法，包括：

使热电元件的第一表面附着于包含第一部和第二部的板状流体通道；

使热辐射翅片附着于所述第一部和所述第二部中的每一个的第一表面和第二表面；以及

使所述流体通道的中间部弯曲，直到所述第一部和所述第二部彼此基本平行。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，

在所述中间部的弯曲中，所述第一部与所述第二部之间的距离大于所述热辐射翅片的高度的两倍。