CN106152845B - 机动车热传递系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有用于工作介质的封闭回路的机动车热传递系统。机动车热传递系统包括用于传导废气的废气通道3，所述废气从机动车内燃机中排出。蒸发器1接触废气通道3。在蒸发器1中工作介质被蒸发。根据本发明，蒸发器1包括至少一个蒸发器箱4、5，所述蒸发器箱4、5具有壳体和设置在壳体7中的毛细结构8。毛细结构8通过多孔的板体形成、优选由烧结的材料构成。

Description

机动车热传递系统
技术领域
本发明涉及一种机动车热传递系统。
背景技术
在矿物资源越来越紧张和关于机动车的CO2排放的法律规定的背景下，用于提高机动车总效率的措施变得越来越重要。大约三分之二的用于驱动机动车的化学接合能量以燃烧余热和摩擦热量的形式丢失。因此长期以来致力于更好地利用废气余热并且将其用于机动车的效率提升。除了用于直接的能量回收的方案(热电学、郎肯)还提供接合机动车的热管理的措施，例如具有内部空间加热或缩短低温启动阶段的目标、用于废气余热利用的可能性。因此可以通过加速地加热润滑剂如发动机油或变速器油来实现低温启动阶段的缩短，由此能够实现摩擦损耗的减小。
由DE102011103110B4已知一种具有循环热管的用于机动车的内燃机的废气系统。废气系统具有废气管、冷凝器、蒸发器以及连接冷凝器和蒸发器的管路。从废气中提取的热能的热传输经由工作介质进行。蒸发器由废气管、毛细结构和罩管构成。毛细结构构成为在废气管与罩管之间的多孔体，其中，工作介质在穿过毛细结构时从液态转成气态或蒸汽态。
热管的特征还在于可高传递的热流和柔性的几何设置结构。其在没有机械泵抽工作介质的情况下仅通过热输入起作用。这可以通过在蒸发器中使用毛细结构来实现，所述毛细结构通过毛细压力来补偿工作介质的流动压力损失。已知的热管同心地设计有内置的气体引导装置或内置的旁路。这仅允许从内到外的单侧的散热。管状的毛细结构的制造也是昂贵的。
发明内容
从现有技术出发，本发明所基于的目的是：提供一种针对实际改进的机动车热传递系统，所述机动车热传递系统具有在结构空间和应用技术方面改进的、在重量方面减小的以及在生产技术方面有利的蒸发器。
所述目的的解决方案是根据本发明的机动车热传递系统，其具有用于工作介质的封闭回路，其中，所述机动车热传递系统包括用于传导来自所述机动车内燃机的废气的废气通道并且具有接触所述废气通道的用于蒸发所述工作介质的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器包括至少一个蒸发器箱，所述蒸发器箱具有壳体和设置在所述壳体中的毛细结构，所述蒸发器箱具有液态侧和蒸汽侧，所述液态侧和蒸汽侧通过所述毛细结构分开，并且所述蒸发器箱具有用于液态的工作介质的分配腔，并且用于工作介质的补偿容器连接在所述蒸发器上游。
机动车热传递系统具有用于工作介质的封闭的回路。在该回路中集成有蒸发器，所述蒸发器设置在机动车内燃机的废气流中并且以热传递的方式与废气接触。从机动车内燃机排出的废气为此完全地或部分地通过废气通道引导。在蒸发器中，工作介质被蒸发并且从那里流向设置在机动车中的冷凝器。在冷凝器中与消耗器进行热传递，其中，蒸汽态的工作介质被冷凝并且液化。液态的工作介质经由回流管路被引回蒸发器中。
根据本发明，蒸发器包括至少一个蒸发器箱，其中，蒸发器箱具有壳体和设置在壳体中的毛细结构。
通过箱式结构或板状结构能够实现模块化和可缩放性。此外能够在更紧凑的结构空间上实现大的热传递面。有效的热传递面能够在蒸发器箱的大小上发生变化。此外存在的可能性是：并行驱动多个蒸发器或蒸发器箱并且由此经由废气通道的数量除了设计功率还设计特定的运行点中的效率。
在蒸发器箱中通过毛细结构将液态侧和蒸汽侧相互分开。毛细结构优选通过多孔的板体构成。在此，一个有利的方面设定：毛细结构由烧结的材料构成。特别地，毛细结构构成在金属基座上。
在运行中，工作介质从液态侧穿过毛细结构并且在这里被蒸发。在液体和蒸汽之间的相界在蒸发器运行期间在毛细结构中延伸，由此构建毛细压力，所述毛细压力引起或确保工作介质的循环。在蒸汽侧上，工作介质以气态或蒸汽态从毛细结构中流出。蒸汽态的工作介质从这里在回路中导出或继续传输。
优选规定，在所述毛细结构中构成有蒸汽通道。优选规定，所述蒸汽通道设置在所述毛细结构的指向所述废气通道的表面上。优选所述蒸发器箱配置有蒸汽收集室。优选所述蒸发器包括多个蒸发器箱。优选所述废气通道构成在两个蒸发器箱之间。在所述废气通道中设有用于增大传热面的机构。所述壳体具有壳层体和盖。所述壳体具有凹槽和/或向内压印部或向外压印部。所述毛细结构在加入密封件的情况下设置在所述壳体中。设有用于压力补偿的机构。蒸汽沟纹通过在所述蒸发器箱的所述壳体中的所述凹槽形成。
毛细结构的制造是特别有利的。毛细结构能够单独地制成。特别有利的是：毛细结构由松散的金属粉末填料烧结而成。这允许毛细结构的不同的几何造型。此外，蒸汽通道可以直接集成到烧结模具中。优选地，蒸汽引导装置必需的蒸汽通道材料相同地一件式地构造在毛细结构中。
但是原则上也可能的是：毛细结构构成为金属的无定向纤维网。
壳体优选由耐腐蚀的材料和/或良好导热的材料制成、尤其是金属、优选钢、尤其是不锈钢。
在毛细结构中构成有蒸汽通道。特别有利的是：蒸汽通道在蒸汽侧设置在毛细结构的指向废气通道的表面上。
有利的是：蒸发器或每个蒸发器箱配置有一个蒸汽收集室，在所述蒸汽收集室中收集从蒸发器或蒸发器箱流出的蒸汽并且从该处将蒸汽导向冷凝器。
一种特别有利的机动车热传递系统设定：蒸发器包括多个蒸发器箱。蒸发器箱优选模块式地联接和相互接合，从而在相邻的蒸发器箱之间分别构成用于废气的通路，所述废气来自机动车内燃机。与此相应地，一个废气通道或多个废气通道分别构成在两个相邻地相互接合的蒸发器箱之间。
在这里此外有利的是：在一个或多个废气通道中设有用于增大传热面的机构。由此能够实现热的废气到工作介质的热传递效率的提升。优选的是：用于增大热传递面的机构构成为肋条、接条或薄片。在实际中，不锈钢薄板被视为用于增大热传递面的特别好的机构。这样的机构有助于废气侧的从废气流到工作介质的传热。
蒸发器箱优选矩形板状地设计。在简单的结构中，蒸发器箱的壳体包括壳体壳层或壳体底壳，其通过盖封闭。在盖中或者在盖上集成有既用于工作介质也用于压力补偿的必要的接口。在蒸发器箱的内部空间中加入毛细结构，所述毛细结构同样矩形板状地设计。所述设计方案在生产技术方面是有利的。同样的内容适用于所需的结构空间以及适用于蒸发器的重量。
在此在制造和生产技术方面有利的是：壳体、尤其是壳体壳层和盖以及端壁或端侧挡板可以设计成板成型件和/或冲压件。因此，它们能够大批量低成本地制造。
如已经述及的那样，壳体优选由不锈钢制成。在壳体或壳体的组成部分、尤其是盖或壳体壳层中可以设有凹槽和/或向内压印部或者向外压印部。这样的材料变形如凹槽、向内压印部或向外压印部可以设置为用于加强或提高壳体的刚性。同样地，这样的凹槽、向内压印部或向外压印部可以设计成连接面或流动通道。
凹槽也可以在壳体中、尤其在壳体壳层的底部中形成蒸汽沟纹。这些蒸汽沟纹起蒸汽在蒸发器箱的蒸汽侧上的排出或导出。
在此，一种有利的方案设定：在盖中设有环绕地指向壳层体内部的向内压印部或凹槽。凹槽在液态侧上在必要时加入耐高温的密封件的情况下贴靠在毛细结构上。在盖、密封件与毛细结构之间的中间空间用作用于所输送的液态的工作介质的分配腔。
此外设定：也在壳体壳层中、尤其在壳体壳层的底部中设有凹槽状的向内压印部或向外压印部。在两个相邻的蒸发器箱中，箱沿着凹槽彼此贴靠并且对废气通道限界。通过几何造型、尤其是凹槽的深度或高度来限定在蒸发器箱之间的间距进而限定废气通道的大小。
本发明的另一方案设定：毛细结构在加入密封件的情况下设置在壳体中。在此，尤其使用耐高温的密封件、尤其是石墨基的密封件。密封件设计用于高于200℃的高温。
毛细结构和一个或多个密封件松散地置入壳体中并且经由盖和壳体壳层力锁合地保持。壳体壳层和盖材料配合地相互接合，同样地还有换热器的其余构件如连接管路以及前端底壳和后端底壳或者前端板或后端板。由此确保换热器箱以及废气通道的密封性。为了材料锁合的连接，例如在真空下使用钎焊例如炉中钎焊。借助于炉中钎焊工艺能够同时制成多个接合部位。此外借助焊接来接合盖、壳体壳层和端壁。
另一有利的方案设定：用于工作介质的补偿容器连接在蒸发器上游。特别地，补偿容器集成到回流管路中。
一种有利的设计方案设定：在系统中、特别是在蒸发器中设有用于压力补偿的机构。由此能够进一步提升根据本发明的机动车热传递系统的效率。为了该目的，特别地，蒸发器与补偿容器经由压力补偿管路相互连接。以这种方式确保在回路中的较低的压力水平。通过在蒸发器与补偿容器之间的压力补偿能够尤其在启动特性方面影响回路的工作方向。此外，由此可以稳定在启动阶段中的温度。也能够支持在蒸汽管路与泠凝器功率之间的系统有利的高的温差。
毛细结构的制造工艺与柱形结构相比相对简单。毛细结构由于其板状造型也是非常牢固的。特别有利地，蒸汽通道能够在烧结工艺中直接引入毛细结构中。另一主要优点是，在蒸发器的或蒸发器箱的液态侧与蒸汽侧之间的密封不需要昂贵的配合。根据本发明的蒸发器箱和特别是毛细结构的设计方案因此关于形状和位置偏差是容错的。
附图说明
下面借助于在附图中示出的实施例详细描述本发明。附图中：
图1示出根据本发明的机动车热传递系统的换热器的透视图；
图2示出根据图1的换热器的横剖视图；
图3示出根据图1的换热器的另一透视图、部分剖视图；
图4示出根据本发明的换热器的另一实施方式的透视图；
图5示出根据图4的换热器的剖视图；
图6示出根据图3的换热器的另一透视图、部分剖视图；
图7示出用于制造毛细结构的烧结模具的下部部件；
图8示出蒸发器箱的毛细结构的透视图。
具体实施方式
图1至3以及4至6分别示出根据本发明的机动车热传递系统的蒸发器1、2。蒸发器1、2相同构造，因而彼此相应的构件或者构件组件设有相同的附图标记。
机动车热传递系统具有用于工作介质的封闭的回路。工作介质尤其为乙醇。属于机动车热传递系统的有：未示出的冷凝器包括在蒸发器1、2与冷凝器之间的必要的连接管路以及用于工作介质的补偿容器。补偿容器连接在蒸发器1、2上游。
来自机动车内燃机的废气AG通过废气通道3引导并且与蒸发器1、2以热传递的方式接触。在这里示出的实施例中，蒸发器1、2包括两个蒸发器箱4、5。在模块化接合的蒸发器箱4、5之间构造有废气通道3。废气AG因此通过废气通道3被居中地引导穿过这两个蒸发器箱4、5之间。
图1至3示出的蒸发器1与根据图4至6的蒸发器2的区别在于，在废气通道3中设有用于增大传热面的机构6。用于增大传热面的机构6是沿蒸发器2的纵向定向的薄片。
每个蒸发器箱4、5都具有一个壳体7。在壳体7中设置有毛细结构8。
壳体7包括壳层体9，所述壳层体在开口侧通过盖10封闭。壳体7分别在端侧通过前挡板11和后挡板12封闭。图1和3以及4和6分别从废气AG的流出侧13的视角示出蒸发器1或2。在前挡板11中设有用于废气AG的长形孔形式的流入开口。后挡板12设有用于排出废气AG的流出开口14。流出开口14也构成为长形孔(参见图3或6)。在附图中不可见的流入开口类似于流出开口14构造。此外，在前挡板11和后挡板12中集成有安装开口15。壳体7的组成部分即尤其壳层体9、盖10以及前挡板11和后挡板12由不锈钢制成。
壳层体9沿着其侧边缘16具有向外转向的法兰区段17。盖10在边缘侧置于法兰区段17上并且与壳层体9密封接合。在盖10中集成有用于将液态工作介质引入到蒸发器箱4、5中的输入口18。此外，盖10具有带蒸汽管路20的蒸汽出口19以及用于连接蒸汽补偿管路22的补偿接口21。蒸汽补偿管路22与在此未示出的补偿容器以压力补偿的方式连接。
此外还可见盖10中的凹槽23，所述凹槽具有稳定功能。
毛细结构8容纳在壳层体9中并且在该处通过盖10进行位置定向。在盖10中设有在边缘侧环绕的、向内指向的向内压印部24。向内压印部24形成压力区，经由所述压力区将盖10压向毛细结构。在向内压印部24与毛细结构8之间加入耐高温的密封件25。密封件25构成为扁平密封件。
在壳层体9的底部26中设有在两个纵向侧上沿壳体7的纵向延伸的向外压印的凹槽27。两个相邻的蒸发器箱4、5沿着凹槽27接触并且相互接合。在蒸发器箱4、5之间构成有废气通道3。经由凹槽27的尺寸能够确定在相邻的蒸发器箱4、5的底部26之间的间距进而能够确定废气通道3的大小。废气通道3在侧边通过相互接合的凹槽27限界。凹槽27这样构成废气通道3的侧壁。
集成在蒸发器箱4、5中的毛细结构8构成为由烧结材料、尤其是金属原料制成的多孔的板体28。
在图7中示出烧结模具的下部部件29。金属粉末作为松散的粉末填料被填入到烧结模具中并且随后在封闭的烧结模具中在温度影响下烧结板体28。
尤其在图8中可见，毛细结构8板状地并且矩形地构造。图8示出毛细结构8的蒸汽侧30的透视图。蒸汽侧30是毛细结构8的与壳层体9的底部26以及废气通道3相邻设置的那侧。在毛细结构8中集成有沿板体28的纵向LR延伸的蒸汽通道31。此外构造有横向指向的蒸汽通道31。
液态的工作介质经由输入口18输送给蒸发器箱4、5并且到达蒸发器箱4、5的液态侧32。在此在盖10与毛细结构8或板体28之间构成在边缘侧通过向内压印部24和密封件25限定的分配腔33。液态的工作介质在液态侧32在分配腔33中分布到毛细结构8的表面上。通过流过废气通道3的热的废气AG的热传递，工作介质在蒸发器箱4、5中被蒸发。工作介质从液态侧32穿过毛细结构8并且从液态转为蒸汽态。在液体和蒸汽之间的相界在蒸发器1、2运行期间在毛细结构8中延伸，由此构建毛细压力，所述毛细压力引起或确保工作介质的循环。在蒸汽侧30上蒸汽态的工作介质流过蒸汽通道31直至其分别到达蒸汽收集室34中。每个蒸发器箱4、5具有一个蒸汽收集室34。蒸汽态的工作介质从蒸汽收集室34出来分别经由蒸汽出口19和蒸汽管路20排出并且被引向冷凝器。
在冷凝器中蒸汽态的工作介质的热量被输出给消耗器。特别地，冷凝器可以是机动车的加热装置的组成部分，例如内部空间加热装置。冷凝器也可以是机动车的空调模块的组成部分。由于热量输出，蒸汽态的工作介质在冷凝器中被液化并且优选重力驱动地经由连接在输入口18上的输入管路35回流到蒸发器1、2或蒸发器箱4、5中，在那里液态的工作介质经由输入口18再次流入。
附图标记列表：
1.蒸发器
2.蒸发器
3.废气通道
4.蒸发器箱
5.蒸发器箱
6.用于增大传热面的机构
7.壳体
8.毛细结构
9.壳层体
10.盖
11.前挡板
12.后挡板
13.流出侧
14.流出开口
15.安装开口
16.侧边缘
17.法兰区段
18.输入口
19.蒸汽出口
20.蒸汽管路
21.补偿接口
22.蒸汽补偿管路
23.凹槽
24.向内压印部
25.密封件
26.底部
27.凹槽
28.板体
29.下部部件
30.蒸汽侧
31.蒸汽通道
32.液态侧
33.分配腔
34.蒸汽收集室
35.输入管路
AG 废气
LR 纵向

Claims (14)

1.机动车热传递系统，其具有用于工作介质的封闭回路，其中，所述机动车热传递系统包括用于传导来自所述机动车内燃机的废气(AG)的废气通道(3)并且具有接触所述废气通道(3)的用于蒸发所述工作介质的蒸发器(1、2)，其特征在于，所述蒸发器(1、2)包括至少一个蒸发器箱(4、5)，所述蒸发器箱(4、5)具有壳体(7)和设置在所述壳体(7)中的毛细结构(8)，所述蒸发器箱(4、5)具有液态侧(32)和蒸汽侧(30)，所述液态侧和蒸汽侧通过所述毛细结构(8)分开，并且所述蒸发器箱(4、5)具有用于液态的工作介质的分配腔(33)，并且用于工作介质的补偿容器连接在所述蒸发器(1、2)上游。
2.根据权利要求1所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述毛细结构(8)通过多孔的板体(28)构成。
3.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述毛细结构(8)由烧结材料构成。
4.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，在所述毛细结构(8)中构成有蒸汽通道(31)。
5.根据权利要求4所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述蒸汽通道(31)设置在所述毛细结构(8)的指向所述废气通道(3)的表面上。
6.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述蒸发器箱(4、5)配置有蒸汽收集室(34)。
7.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述蒸发器(1、2)包括多个蒸发器箱。
8.根据权利要求7所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述废气通道(3)构成在两个蒸发器箱(4、5)之间。
9.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，在所述废气通道(3)中设有用于增大传热面的机构(6)。
10.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述壳体(7)具有壳层体(9)和盖(10)。
11.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述壳体(7)具有凹槽(23、27)和/或向内压印部或向外压印部(24)。
12.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，所述毛细结构(8)在加入密封件(25)的情况下设置在所述壳体(7)中。
13.根据权利要求1或2所述的机动车热传递系统，其特征在于，设有用于压力补偿的机构。
14.根据权利要求11所述的机动车热传递系统，其特征在于，蒸汽沟纹通过在所述蒸发器箱(4、5)的所述壳体中的所述凹槽形成。
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