CN107152357B - 用于至少部分地设置在工作液罐内的热交换器和用于这样的热交换器的热交换体 - Google Patents

用于至少部分地设置在工作液罐内的热交换器和用于这样的热交换器的热交换体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于设置在工作液罐(12)内，特别是在机动车工作液罐(12)内的热交换器(10)，其包括：用于收纳液体储备(22)的热交换器蓄液器(14)，电加热装置(20)，该加热装置构造和设置成用于将热量传递到热交换器蓄液器(14)内，和热交换器管道(24)，该热交换器管道至少以热交换器蓄液器(14)为起点和该热交换器管道构造成用于将热量从在热交换器管道(24)内流动的液体传递给该热交换器管道(24)之外的区域(26)，其特征在于：热交换器管道(24)构造成通入热交换器蓄液器(14)内的循环管道。

Description

用于至少部分地设置在工作液罐内的热交换器和用于这样的 热交换器的热交换体
技术领域
本发明涉及一种用于设置在工作液罐内，特别是在机动车工作液罐内的热交换器，其包括：
-一个用于收纳液体储备的热交换器蓄液器，
-一个电加热装置，该加热装置构造和设置成用于将热量传递到热交换器蓄液器内，和
-一个热交换器管道，该热交换器管道至少以热交换器蓄液器为起点和该热交换器管道构造成用于将热量从在热交换器管道内流动的液体传递给该热交换器管道之外的区域。
背景技术
由DE 10 2009 028 113 A1公知了一种这种类型的热交换器。
由这个公开文献公知了利用一个电加热装置对与机动车工作液罐的存储容积隔开的热交换器蓄液器内的液体加温并且通过一个管道运离热交换器蓄液器。更确切地说，在所公知的热交换器中为了常规应用将出自热交换器蓄液器的液体从机动车工作液罐中输出。其中所公知的热交换器的管道穿过机动车工作液罐的存储容积延伸和然后从机动车工作液罐中伸出，其中在流过管道时-该管道原本非主热交换器管道，而是输送管道，该输送管道的输送材料不可避免地在输送期间释放一些热量-，由于热交换器液体在管道内停留仅仅短的时间只有少量的热量能够从这个热交换液体传递给工作液罐的存储容积。
DE 10 2009 029 313 A1也公知了一种具有热交换器的类似的工作液罐。
最后提及的公开文献的工作液罐具有一个附加的热交换器管道。工作液罐的存储容积由热交换器管道穿过，该热交换器管道要么由冷却液要么由机动车的内燃发动机的废气流过，以便将热交换器流体-废气或冷却液-的热量释放给工作液罐的存储容积。由于内燃发动机用作热源，废气或冷却液并不是由电加热装置加温。
为了在内燃发动机还是冷的和由此冷却液未为了工作液加温充分加热或者废气可能还未流动时-因为内燃发动机还未运行-如在这种类型的公开文献中那样然后还能够局部自身使罐内的工作液融化，在工作液罐内附加地具有电加热装置。
在这种类型的热交换器内，工作液罐内本身储存的工作液用作热交换器液体。
在DE 10 2009 029 313 A中使用两种不同的热交换器流体，一种同样如在这种类型的公开文献中那样是储存在罐内的工作液本身和另一种是上面已经阐述的，形式为内燃发动机的要么废气要么冷却液的流体。
发明内容
本发明的目的是提供一种这种类型的热交换器，即一种具有电加热装置的热交换器，该热交换器能够比现有技术的热交换器更有效地将热量传递到工作液罐的内部。
根据本发明，这个目的通过文首述及类型的热交换器得以实现，在该热交换器中热交换器管道作为循环管道通入热交换器蓄液器内。
由此热交换器管道构造成循环管道，该循环管道允许收纳在热交换器蓄液器内的液体在电加热装置与释放热量区域之间循环，因而-与现有技术不同-经加温的液体不是简单地被输送穿过工作液罐并从这个工作液罐中输出，而是能够反复地流经工作液罐并且由此能够承担对收纳在罐内的工作液的持续加温。
电加热装置然后只须补充在热交换器管道的释放热量区域内释放的热量的量，这还降低了本发明的热交换器相对上述这种类型的热交换器的能量消耗。
由于不是如在现有技术中那样将经加温的液体简单地从工作液罐中输出，所以它作为蓄热器并不迅速消失，这在现有技术中在将此外冻结的工作液中包围加热装置的液态水泡排净时是特别不利的。
热交换器可以包括至少两个构件，这些构件相互接合地在它们之间构成热交换器管道的至少一个部段。这样例如两个构件可以是具有分别构造在其内的凹槽的部分壳体(Teilschale)或半壳，其中半壳可以接合成一个热交换器构件，在该热交换器构件中凹槽互补构成热交换器管道的一个部段。也可以只在两个壳构件中的一个内构造有一个凹槽，该凹槽在接合时在构成热交换器管段的情况下由另外的壳构件遮盖。为了提高时间单位内能够穿过热交换器管道传递的热量的量，此外可以规定：热交换器至少局部地，优选至少在一个有助于构成热交换器管道的部段内，由具有塑料母体和置入其内的填充颗粒的填充塑料制成，其中填充颗粒的材料比母体的塑料材料具有更高的导热性。由此提供一种用于构成热交换器的原料，该原料比未填充的塑料材料具有更高的导热性和因此更小的导热阻力。优选塑料母体的塑料材料是可热塑性成形的，因而填充的塑料可以通过注塑或可对比造型法(vergleichbares formgebendes Verfahren)制成所期望的形状。然而为了构成热交换器管道也不应该排除未填充的塑料。
热交换器能够-特别是在上述由至少两个需接合的构件构成的热交换器管段的区域内-具有其他的功能，为了这些功能在其他的情况下不得不设置一个单独的功能构件。这样例如可以规定：热交换器具有一个过滤器支架，过滤材料在热交换器管道之外设置或可以设置，优选能够可更换地设置在该过滤器支架内或上。优选过滤器支架与热交换器构造成整体的。
由此热交换器也可以用于对工作液罐内的工作液在其从罐中取出之前进行过滤。为了保障液态的工作液在需要时也能够流过可以设置在过滤器支架内的过滤材料，热交换器管道的一个部段可以在过滤器支架内伸展。由此热交换器管道可以直接在过滤器支架的区域内将热量传递给工作液或一般地传递给它的外部环境，因而正好在过滤器支架的区域内可以保障足够热的和因此液态的工作液。
此外，在热交换器内可以设置一个与热交换器管道分离的输送管道。利用这个输送管道可以为了工作液的常规使用将工作液从工作液罐中输出。
为了输送尽可能纯净的工作液，输送管道优选从过滤器支架的区域内的一个入口起延伸。过滤器支架可以具有一个将容积区域围住的壁。输送管道的入口然后优选可以位于由该壁围住的容积区域内。热交换器管道的一个部段出于上述原因优选在围住的壁内伸展。为了避免存在于输送管道内的工作液至少局部地凝固或冻结，优选输送管道至少局部与热交换器管道的一个部段平行地，更确切地说尽可能在紧靠热交换器管段的附近，例如只通过一个共同的，将热交换器管道与输送管道分离的隔壁分离地延伸。优选输送管道的入口也由热交换器管道的一个部段包围，出于尽可能直接热传递的原因特别优选只通过一个共同的隔壁相互分离。
通过如下方式可以获得功能特别可靠的输送管道，即输送管道至少局部地在两个热交换器管段之间延伸，再次优选与每个热交换器管段仅仅通过一个隔壁分离，通过该隔壁热量可以从热交换器管道传递到输送管道内。特别优选两个热交换器管段彼此并行。这些热交换器管段可以曲线地或直线地伸展。为了以输送管道在过滤器支架内的优选的入口为起点提供尽可能短的流动路程，优选不仅输送管道，而且至少一个热交换器管段构造成直线的。
为了提供上述功能中的单个或多个，优选热交换器可以具有一个热交换体，热交换器管道的一个部段构造在该热交换体内。特别优选热交换体可以由上述构件，特别是相互接合构成热交换器管道的一个部段的壳构件构成。
作为对热交换器管道的部段的补充，过滤器支架或/和输送管道也可以构造在热交换体内，特别是与这个热交换体构造成整体的。由此一个功能集成的热交换体可以由少数构件，特别优选由仅仅两个壳构件构成。
为了使热交换体的装配更加容易，这个热交换体可以具有一个连接体端，为了输入到热交换器管道的构造在热交换体内的部段的和为了从所述热交换器管道的构造在热交换体内的部段中输出的管道连接结构设置在该连接体端上。然后，当输送管道至少局部地构造在热交换体内时，优选一个用于将管道连接在输送管道的构造在热交换体内的部段的管道连接结构也构造在热交换体的连接体端上。此外，可以在热交换体内设置一个旁通管道，以便将工作液穿过这个旁通管道输送给一个消耗器，例如一个喷射配置组件。也可以为这个旁通管道设置至少一个管道连接结构，优选两个管道连接结构，一个输入和一个输出。通过将所有管道连接结构构造在连接体端上，这些管道连接结构可以局部集中地接近并且能够在装配时相应地连接。为了利用柔韧的管道将热交换体例如与热交换器蓄液器和诸如此类连接，例如可以构造有用于连接软管的管道连接结构。
优选热交换体是一个硬壳体，即一个形状稳定的壳体，该壳体例如可以通过注塑由热塑性塑料制成。
特别优选热交换体由上述具有提高的导热性的填充的热塑性塑料构成。然而这并不是必须如此。也可以使用未填充的热塑性塑料。
过滤器支架也可以构造在热交换体内，其中然后有益地在连接体端与过滤器支架之间至少热交换器管道具有彼此平行的液流部段，以便能够将位于过滤器支架与连接体端之间的壳体部分尽可能有效地以大的表面用于从热交换器管道到热交换体周围内的热传递。
优选输送管道还在连接体端与过滤器支架之间至少局部地，优选完全地平行于热交换器管道的部段伸展。
本发明还涉及如上所述构成的热交换体作为其自身内容。
热交换器蓄液器可以构造成与热交换体分开的并且与这个热交换体通过管道件传递液流地连接或可以连接，优选可拆开地或能够可拆开地连接。这一点允许与热交换体的安装位置无关地将热交换器蓄液器安装在一个特别适合于此的位置上，例如在一个另外的热源诸如内燃发动机的附近，一个排气弯管上和诸如此类。
作为可选，热交换器蓄液器可以与热交换体构造成整体的并且例如也可以由上述构件，特别是壳构件构成。
此外，本发明涉及一种工作液罐，特别是机动车工作液罐，其具有一个热交换器，如其在上面所说明的和进一步发展的那样。本发明同样涉及一种工作液罐，特别是机动车工作液罐，其具有一个至少部分地收纳在其内的热交换体，如其在上面所说明的和进一步发展的那样。
热交换器蓄液器可以位于工作液罐内，其中它在工作液罐内提供一个完全封闭的和只能通过输入和输出接近的容积。这个容积优选比工作液罐的罐容积小得多，例如该罐容积的5％或更少。然后，当热交换器液体如优选的那样是工作液本身时，热交换器蓄液器可以是相对工作液罐的罐收纳容积开放的。然后热交换器蓄液器例如可以通过一个或多个壁局部地与剩余的罐收纳容积隔开，而无需与工作液罐的罐收纳容积密封地和完全地隔开。这样可以保障只要工作液罐还是充满的，热交换器蓄液器始终是充满的。在热交换器蓄液器在罐内部相对罐容积开放的情况中，热交换器蓄液器有益地在可投入使用的安装位置中向上开放，然而向侧面和向下封闭，其中通向罐容积的开口明显地位于工作液罐的最大液位下方，优选位于最小液位下方。这样液体本身可以在一个仅仅部分地填充的工作液罐内流入热交换器蓄液器内，而液体本身在排空的罐内不能再从热交换器蓄液器中流出。优选用于对存在于蓄液器内的液体储备加温的电加热装置位于热交换器蓄液器内。
作为可选或补充，加热装置也可以在蓄液器之外位于该蓄液器的一个分界壁上。
热交换器蓄液器也可以位于工作液罐之外并且通过管道，特别是柔韧的软管与设置在工作液罐内的热交换器管段连接，例如与热交换体连接。
为了将液体运动限制在热交换体之外的该热交换体的紧邻的周围内，可以在热交换体上构造防晃板。
附图说明
下面借助附图进一步详细地阐述本发明。其示出：
图1为本发明热交换器的粗略示意图；
图2为图1示出的热交换器的热交换体的部分壳体(下壳)的接合面的顶视图；
图3为将图2的部分壳体补充成热交换体的另外的部分壳体(上壳)和
图4为图1的热交换体的管段的横截面图。
具体实施方式
在图1中粗略示意地示出标记为10的本申请的热交换器的本发明实施方式。该热交换器10用于将热量传递给在图1中仅仅在部分轮廓中用点线示出的机动车工作液罐12内的未示出的工作液。
在工作液罐12内例如收纳有水状的尿素溶液，以便将这个尿素溶液输送给携带具有热交换器10的罐12的车辆的排气系统内的废气选择催化还原。
热交换器10包括一个热交换器蓄液器14，该热交换器蓄液器可以设置在罐12内或该罐之外。在图1中将热交换器蓄液器显示为向上开放的容器，如它优选在蓄液器14设置在工作液罐12的内部的情况中所构造的那样，因而收纳在工作液罐12内的工作液16可以从上穿过热交换器蓄液器14的开口18流入这个热交换器蓄液器内和保障了在罐12的整个按规定的运行中对热交换器蓄液器14的充分填充，就是说在及时补充的情况中。
此外，热交换器10包括一个电加热装置20，在图1中仅仅粗略示意地示出该加热装置。电加热装置可以以本身众所周知的方式包括一个电的电阻加热电路，该电阻加热电路可以设置在两层薄膜之间或者敷设在一个基材上并且用一层薄膜覆盖或者用塑料喷涂。然而也可以只使用简单而经济的加热销或者其他的标准加热件作为电加热装置。
优选电加热装置20设置在热交换器蓄液器14内，以便直接在那里对收纳的工作液16的液体储备22进行加温和保持液态。
此外，热交换器10具有一个热交换器管道24，该热交换器管道从蓄液器14起始并且至少部分地在罐12内延伸，以便在那里将流经它的液体的热量释放给热交换器管道24以外的一个区域26。为了将液体从热交换器蓄液器14中为释放热量而输送给区域26，优选设置有一个泵28，该泵在一个适当的取料位置上将液体从蓄液器14的液体储备22中输送到一个热交换体30。
热交换体30由两个注塑壳，即一个上壳30a和一个下壳30b构成，它们在它们的接合面中相互接合成热交换体30。
热交换器的优选利用注塑法制成的构件30a和30b优选利用一种特别适合热传递的，填充的塑料制成，在该塑料中一种由热塑性塑料构成的母体填充有填充微粒，这些填充微粒比母体材料具有更高的导热性。
热交换体30在一个体端区域(Koerperendbereich)上具有一个连接体端32，在该连接体端上构造有管道连接结构34、36、38、40和42，这些管道连接结构确定用于管道构件的连接。
热交换器管道24具有一个通向热交换体30的管段24a(输入管道)，该管段例如可以由柔韧的软管或者由刚性的管构成。它此外具有一个构造在热交换体30内的管段24b，该管段由于热交换体30通过注塑工艺构成而构造成硬壳管道。
此外，热交换器管道24具有一个回流管道24c，在该回流管道中将在热交换器管道24内循环的液体16运回热交换器蓄液器14。回流管道24c也可以构造成柔韧的软管。
泵28将工作液从收纳在蓄液器14内的液体储备22中经过输入管道24a输送到管道连接结构34，穿过该管道连接结构工作液进入热交换体30内。
在流过热交换体30内的热交换器管段24b之后，通过向环境26释放热量而冷却的液体在管道连接结构36处重新从热交换体30中流出并且经过回流管道24c输送回热交换器蓄液器14内的液体储备16中。
热交换器管段24b具有一个回形的，带有并行直线的管道支路的管段，该管段位于连接体端32与一个过滤器支架50构造在其上的过滤器支架体端48之间。过滤器支架50的至少一部分与热交换体30构造成一体的。
在过滤器支架50上设置有一个由六根牵杆概略示出的过滤器52，其中在热交换体30的两个侧面设置有各一个过滤器52，这些过滤器在它们之间与过滤器支架48共同限定一个空间容积54。
例如既沿着过滤器支架48的厚度方向也沿着该过滤器支架的直径方向在中心优选设置有在热交换器管段24b的并行的管道支路之间优选直线伸展的输送管道58的一个入口56(参见图3)，管道连接结构42配属给该输送管道。
利用输送管道58可以将工作液从容积区域54中输送出来，其中由于过滤器52的原因只有经过过滤的和因此对于其他的制造过程来说充分纯净的工作液可以到达容积区域54内。
可以由一个与管道结构42连接的另外的泵59通过输送管道58输送工作液。利用泵59可以将通过输送管道58取出的工作液引入旁通管道连接结构38内，并且如果工作液是用于选择催化还原的水状的尿素溶液的话，在适当的位置上借助一个刚性的或柔韧的工作液管道61从旁通管道连接结构40中输送给一个消耗器，例如排气系统中的喷射装置。
作为可选，泵28也可以用于从工作液罐12中通过输送管道58输送工作液，特别是当在罐12内储存的工作液与热交换器蓄液器14内含有的，用于热交换的液体相同时。
为了保障通过输送管道58的入口56吸入过滤器支架48内的容积区域54中的工作液也确实处于液态，优选构造在热交换体30内的热交换器管道24b的一个部段构造在过滤器支架48的壁内。这个管段标记为60。为了还防止入口56冻结，输送管道58的入口56同样可以由构造在热交换体30内的热交换器管道24b的一个管道支路62包围。
如主要是在图1中示出的那样，热交换器管道24是循环管道，在该循环管道中将液体为了热交换从热交换器蓄液器14中取出后输送穿过热交换器管道24，特别是穿过该热交换器管道24的构造在热交换体30内的部段24b和重新穿过回流管道24c输送回热交换器蓄液器14内。由此电加热装置20在热交换器蓄液器14内只需将在热交换器30上释放给外部环境26的热量的那个量传输给液体储备22。因此可以在工作液罐12内通过经热交换体30的热交换对流地对工作液进行大面积加温并且可以将热交换所需的热量简单而有效地传输给热交换器蓄液器14内的工作液16。
图4示出的是热交换体30的区域的横截面，构造在热交换体30内的热交换器管道24的部段24b的并行的管道支路位于该区域内。仅仅示出不包括位于横截面后面的管道区域的横截面图。可以看出如何在壳构件30a和30b中构造有从它们各自的接合面64或66起不同深度的凹槽，这些凹槽在两个壳构件30a和30b结合成热交换体30时构成热交换体30内的前述引导液体的管道。输送管道58有益地构造在构造在热交换体30内的热交换器管段24b的两个管道支路之间，因而热量能够沿着输送管道58的和热交换器管段24b的共同的延伸直接通过所述管道的共同的隔壁在引导液体的空腔之间传递，使得同样能够将位于输送管道58内的工作液保持液态。

Claims (26)

1.用于设置在工作液罐(12)内的热交换器(10)，其包括：
-用于收纳液体储备(22)的热交换器蓄液器(14)，
-加热装置(20)，该加热装置构造和设置成用于将热量传递到热交换器蓄液器(14)内，和
-热交换器管道(24)，该热交换器管道至少以热交换器蓄液器(14)为起点和该热交换器管道构造成用于将热量从在热交换器管道(24)内流动的液体传递给该热交换器管道(24)之外的区域(26)，其中热交换器管道(24)作为循环管道通入热交换器蓄液器(14)中，
其特征在于：加热装置(20)是电加热装置，其中热交换器(10)具有与该热交换器(10)构成为整体的过滤器支架(50)，过滤材料在热交换器管道(24)之外已经设置或者能够设置在该过滤器支架内或上，其中过滤器支架(50)具有将容积区域(54)围住的壁，其中热交换器管道(24)的部段(60)在将容积区域(54)围住的壁内伸展。
2.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器(10)包括至少两个构件(30a，30b)，这些构件相互接合在它们之间构成热交换器管道(24)的至少一个部段。
3.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器(10)至少局部由具有塑料母体和置入其内的填充颗粒的填充塑料制成，其中填充颗粒的材料比母体的塑料材料具有更高的导热性。
4.根据权利要求3所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器(10)至少在有助于构成热交换器管道(24)的部段中由具有塑料母体和置入其内的填充颗粒的填充塑料制成。
5.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于：过滤材料能够设置在过滤器支架(50)内。
6.根据权利要求5所述的热交换器(10)，其特征在于：过滤材料能够设置为可更换的。
7.根据前述任一项权利要求所述的热交换器(10)，其特征在于：它具有与热交换器管道(24)分离的输送管道(58)，该输送管道以过滤器支架(50)内的入口(56)为起点延伸。
8.根据权利要求7所述的热交换器(10)，其特征在于：输送管道(58)至少局部与热交换器管道(24)的部段并行地延伸。
9.根据权利要求7所述的热交换器(10)，其特征在于：输送管道(58)至少局部在两个热交换器管段之间延伸。
10.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于：它具有热交换体(30)，热交换器管道(24)的部段(24b)和过滤器支架(50)构造在该热交换体内，其中该热交换体(30)具有连接体端(32)，在该连接体端上设置有为了输入到热交换器管道(24)的构造在热交换体(30)内的部段(24b)的和为了从所述热交换器管道(24)的构造在热交换体(30)内的部段(24b)中输出的管道连接结构(34，36)。
11.根据权利要求10所述的热交换器(10)，其特征在于：在连接体端(32)上还设置有通到输送管道(58)的构造在热交换体(30)内的部段的管道连接结构(42)或/和至少一个用于旁通管道(46)的管道连接结构(38，40)。
12.根据权利要求10所述的热交换器(10)，其特征在于：输送管道(58)构造在热交换体(30)中。
13.根据权利要求10所述的热交换器(10)，其特征在于：过滤器支架(50)构造在热交换体(30)内，其中在连接体端(32)与过滤器支架(50)之间至少热交换器管道(24)具有彼此并行的液流部段。
14.根据权利要求13所述的热交换器(10)，其特征在于：输送管道(58)也在连接体端(32)与过滤器支架(50)之间至少局部相对热交换器管道(24)平行地伸展。
15.根据权利要求10所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)构造成与热交换体(30)分离的并且与或者能够与这个热交换体通过管道件(24a，24c)传递液流地连接。
16.根据权利要求15所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)与或者能够与热交换体(30)可分开地连接。
17.根据权利要求13所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)构造成与热交换体(30)分离的并且与或者能够与这个热交换体通过管道件(24a，24c)传递液流地连接。
18.根据权利要求17所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)与或者能够与热交换体(30)可分开地连接。
19.根据权利要求10所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)与热交换体(30)构造成整体的。
20.根据权利要求13所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)与热交换体(30)构造成整体的。
21.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于：热交换器(10)构造为用于设置在机动车工作液罐(12)中。
22.工作液罐(12)，其具有根据权利要求1至21中任意一项所述的热交换器(10)。
23.根据权利要求22所述的工作液罐(12)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)位于工作液罐(12)内。
24.根据权利要求22所述的工作液罐(12)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)朝向工作液罐(12)的罐收纳容积开放。
25.根据权利要求22所述的工作液罐(12)，其特征在于：热交换器蓄液器(14)位于工作液罐(12)之外。
26.根据权利要求22所述的工作液罐(12)，其特征在于：工作液罐(12)是机动车工作液罐(12)。
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