CN110849171A - 包括热交换器和其上安装有所述交换器的安装件的组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括热交换器(12)和安装件(70)的组件，所述交换器(12)安装在所述安装件上，所述交换器(12)包括第一通道(52)，其用于循环由第一收集器(50)供应的冷却剂，所述第一收集器设置有第一管道(51)，冷却剂能在所述第一管道中循环，所述交换器还包括第二通道(54)，用于循环由第二收集器(55)供应的冷却剂，所述第二收集器设置有第二管道(56)，冷却剂能在所述第二管道中循环，第一和第二通道(52、54)限定沿基本垂直平面延伸的热交换表面(58)。根据本发明，第一管道(51)沿平行于热交换器表面(58)的平面的第一轴线(80)定位在第一收集器(50)的下半部中，第二管道(56)沿第一轴线(80)定位在第一管道(51)上方。本发明还涉及包括上述组件的空调环路。

Description

包括热交换器和其上安装有所述交换器的安装件的组件
本申请是申请号为201380010809.6、申请日为2013年1月29日、发明名称为“包括热交换器和其上安装有所述交换器的安装件的组件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及热交换器的领域，例如适用于通过可逆空调回路操作的热交换器，其特别地用于为车辆的乘客车厢供暖或冷却车辆的乘客车厢。
背景技术
在包括燃烧发动机的车辆中，一方面针对供暖需求通过使用发动机的热量、另一方面针对冷却需求通过空调系统(其通过机械压缩机操作)而确保舒适的热度。
另一方面，对于电动车辆，使用热机释放的热是不可行的，车辆内唯一可用能量源是电能。因此，该电能被使用以满足乘客车厢中的供暖和冷却需求。
由此，已知的是，在电动车辆中，通过传统的空调系统确保热舒适度，所述空调系统针对冷却需求通过电压缩机操作，并针对供暖需求通过电散热器操作。然而，这样的散热器消耗大量的电能，且为了增大电动车辆的自主性，有利的是借助具有较大效率的单个空调系统产生热能，用于供暖或冷却。
为此，已知的是使用可逆空调回路，即，能够冷却车辆乘客车厢和为车辆乘客车厢供暖的回路。事实上，相比于具有相等热性能水平的传统空调系统和散热器，这些可逆空调回路消耗更少的电量。
由此，其中布置有这些热交换器的空调环路被为以两个不同的模式操作，第一、所谓的“冷却”模式使得可以冷却乘客车厢，第二、所谓的“供暖”模式使得可以为乘客车厢供暖。位于车辆前部的空调环路的热交换器则被设为交替地在“冷却”模式中作为冷凝器和在“供暖”模式中作为蒸发器操作。
用在空调环路中的前交换器通常针对单独一个且唯一(unique)的操作模式：“冷却”模式被优化。
然而，这种类型的热交换器不针对“供暖”模式被优化。这种缺少优化的结果是，对于热交换器来说，用于与空气流交换的整个表面被用于在“冷却”模式中的热交换，但是该表面的几乎30％不被用于“供暖”模式中。而且，内部压力损失不适于“供暖”模式中的操作模式，这些压力损失涉及对于压缩机来说过大的机械力。
发明内容
因此本发明试图改进该状况。
为此目的，本发明提出一种包括热交换器和支撑件的组件，所述交换器安装在所述支持件上，所述交换器包括第一通道，其用于循环由第一收集器供应的冷却剂流体，所述第一收集器设置有第一管道，冷却剂流体能通过所述第一管道循环，所述交换器还包括第二通道，用于循环由第二收集器供应的冷却剂流体，所述第二收集器设置有第二管道，冷却剂流体能通过所述第二管道循环，第一和第二通道限定热交换表面，其沿基本垂直平面延伸，其特征在于，第一管道沿平行于热交换表面的平面的轴线(称为第一轴线)位于第一收集器的下半部中，第二管道沿所述第一轴线位于第一管道上方。
利用本发明，当热交换器以供暖模式操作时，即作为蒸发器操作时，在行进通过第一通道且随后通过位于第一通道上方的第二通道之前，制冷剂流体能通过位于第二管道下方的第一管道进入交换器，以便最终在第二管道的区域中离开热交换器。在冷却剂流体在热交换器中输送时，所述冷却剂流体被加热和蒸发，且由于气体轻于液体，其趋于相对于液体上升，由此遵循冷却剂流体在交换器中在两个通道之间的循环方向，即在该情况中为从底部向顶部。因此，冷却剂流体的循环在交换器的两个通道中被均匀化，气体有助于更好地在第二通道中分配液体。在冷却模式中，即，当交换器作为冷凝器操作时，冷却剂流体类似地从底部进入。然而，其是气体形式且在第二通道中以两相状态上升，即以液体部分和气体部分。相对于在交换器中以相反方向(即通过交换器的顶部进入且通过其底部离开)循环的已知操作模式，该循环方向引起对冷凝器的效率几乎没有损害或没有损害。当交换器以冷凝器模式操作时，冷却剂流体从底部朝向顶部的循环对冷凝器的效率不具有不利影响。在该操作模式中，冷却剂流体的质量流量高于蒸发器模式中的质量流量，例如为高于两倍至三倍的量级。这导致冷却剂流体的重力对冷凝器的效率具有更小的影响或甚至没有影响。
由此本发明使得可以改善均匀性，即热交换器内流体流的同质性和规则性。通过显著改进蒸发器模式中(即“供暖”模式中)的热性能水平，其使得可以实现良好的折中，同时限制冷凝器模式中(即“冷却”模式中)的热性能水平的退化。
还有利地，第一管道沿垂直轴线位于第一收集器的下四分之一中。
有利地，第一和第二管道在第一轴线上对准。
基本垂直平面在这里将理解为，在垂直平面的一侧或另一侧上相对于垂面限定小于15度角度的平面。热交换器特别地位于机动车辆的前部。换句话说，热交换器位于处于车辆前部的支撑件的部分上。
根据本发明的一个方面，用于循环冷却剂流体的通道的数量具体地等于两个。由此本发明使得可以在冷却剂流体在蒸发器模式中通过交换器期间减小冷却剂流体所承受的压力损失，而不过多地损害冷凝器模式中的热性能水平。
根据本发明的特别实施例，第二管道沿第一轴线位于第二收集器的下半部中。有利地，第二管道沿第一轴线位于第二收集器的下四分之一中。由于第二管道沿第一轴线位于第二收集器的下部部分中，通过重力被朝向第二收集器的下部部分拖动的冷却剂流体能通过第二管道更容易地离开交换器，内部压力损失由此被限制。管道相对于收集器的部分的这种布置使得可以容易地排空冷却剂流体中存在的油。因此，油的重力效应趋于将油朝向收集器的部分的底部移位，这降低油保留在交换器中的任何风险。
根据本发明的一个实施例，第一通道占据小于所述交换表面的50％。有利地，第一通道占据大致所述交换表面的30％。
根据本发明的一个方面，第一收集器和第二收集器限定同一个收集器箱。
在本发明的特别形式中，所述支撑件是机动车辆的底盘或车身。
根据替代形式，所述支撑件是热交换器模块。热交换器模块例如安装在机动车辆的底盘或车身上。
因此本发明的目的是，结合具有优化性能的通道的分配的、入口/出口管道的，和冷却剂流体的方向的布置规则，以便被用作蒸发器和冷凝器。
本发明还涉及一种空调环路，其能够以车辆乘客车厢的第一所谓“冷却”模式和车辆乘客车厢的第二所谓“供暖”模式操作，所述空调环路被冷却剂流体横穿且包括操作为蒸发器的内部热交换器、压缩机、膨胀元件和如前所述的组件。
根据本发明的优选变形形式，在供暖模式和冷却模式二者中，冷却剂流体通过第一管道进入。
替代地，冷却剂流体在供暖模式中通过第一管道进入，在冷却模式中通过第二管道进入。
附图说明
通过阅读以下以与附图相关的说明给出的描述，本发明的其他特征、细节和优势将更加明显，其中：
图1显示了处于冷却模式中的空调环路的示意性平面图，所述空调环路包括根据本发明的交换器；
图2显示了图1中所示空调环路的示意性平面图，但所述空调环路以供暖模式操作；和
图3显示了根据本发明的热交换器的示意性平面视图。
具体实施方式
图1显示了以冷却模式操作的根据本发明的车辆的空调环路1。这样的环路1包括导管10，其限定回路，冷却剂流体(也称为制冷剂流体)在所述回路内循环。环路1包括压缩机2，特别是电压缩机，其功能是将冷却剂流体置入回路内进行循环。压缩机2压缩冷却剂流体并升高其温度，所述冷却剂流体则为气态形式。
压缩机的出口3被连接到第一热交换器5的入口6。从第一热交换器5改变被发送进入车辆乘客车厢的空气流31的温度的角度来讲，这样的热交换器5是内部交换器。在冷却模式中，第一交换器5不与其他流体交换热量，且仅用作导管，用于循环冷却剂流体。由此，其借助两个挡板90和91与空气流31隔离，所述挡板阻止该空气流横渡该第一交换器的交换本体。仍然在冷却模式中，第一交换器的出口7连接到第一阀8，特别是双通阀，其使得所述出口能够直接地连接到第二热交换器12的入口11。该第二交换器12布置在车辆上，例如在其前部区域中。本发明特别涉及第二交换器12。第二交换器12在这里作为冷凝器12'操作。所述交换器的功能是产生通过其的外部空气流30与冷却剂流体之间的热交换，所述冷却剂流体在冷凝器12'中循环。由此，冷却剂流体的冷凝和第一冷却被确保。
仍然在乘客车厢冷却模式中，第二热交换器12的出口13连接到第一膨胀器件18的入口17。膨胀器件18具有在实施发生在回路中的热力学循环期间降低冷却剂流体压力的功能。该膨胀器件18例如是具有固定横截面的孔、温度调节控制的膨胀阀、或电力控制的膨胀阀。
膨胀器件18的出口19连接到第三热交换器22的入口21，所述第三热交换器在该情况中是蒸发器，意图用于通过与冷却剂流体热交换而冷却通过其的内部空气流31。内部空气流31是被发送进入乘客车厢32以便冷却所述车厢的空气流。第三热交换器22安装在由参考标记35符号化表示的通风、供暖和/或空调设备中。在经过该第三交换器22时，冷却剂流体获取存在于内部空气流31中的热量并因此由其被加热。应注意，第一热交换器5同样安装在通风、供暖和/或空调设备35内，特别是沿内部空气流31运动方向在第三热交换器22的下游。
第三热交换器22的出口23被连接到存储装置25的入口24。这是储存器，其将冷却剂流体的液体和气体部分分开，以便通过仅以气体状态的冷却剂流体供应压缩机而保护压缩机。存储装置25的出口26连接到压缩机3的入口4，且空调环路返回至其起始点。
图2描述了与图1中描述的空调回路相同的空调环路，但其以供暖模式操作。根据该操作模式，冷却剂流体流出压缩机3并进入安装在通风、供暖和/或空调设备35中的第一交换器5。冷却剂流体随后与内部空气流31交换热量。在该情况中，第一交换器5的功能是将存在于冷却剂流体中的热量耗散在内部空气流31中，所述内部空气流可因此被加热并能够为车辆的乘客车厢32供暖。在该步骤的过程中，冷却剂流体因此被冷却。
在供暖模式中，第一阀8关闭且第一交换器的出口7直接连接到第二膨胀器件42的入口41，所述第二膨胀器件例如与第一膨胀器件18相同且实现与所述第一膨胀器件相同的功能。第二膨胀器件42因此降低冷却剂流体的压力，且第二膨胀器件42的出口43连接到第二交换器12的入口11。经过第二交换器12的外部空气流30加热经过第二交换器内部的冷却剂流体。在该情况中，第二交换器12是蒸发器12”。
冷却剂流体随后经由第二阀9，特别是双通阀，被直接朝向存储器件25的入口24引导。因此，在该情况中，冷却剂流体不通过第三交换器22。
冷却剂流体接下来在通过压缩机的入口4进入压缩机2之前离开存储器件25，如前述可见。
由此，通风、供暖和/空调设备以至少供暖模式和/或冷却模式操作。另一方面，在这两个模式的执行期间，冷却剂流体在回路中沿同一方向循环。
图3显示了根据本发明的热交换器，其特别地位于车辆的前部，即图1和2的第二交换器12。该第二热交换器12特别地安装在支撑件70上，第二交换器12和支撑件70形成根据本发明的组件。
这样的第二交换器12包括入口收集器，称为第一收集器50，其意图收集在第二交换器12的入口处的冷却剂流体并将其分配到形成根据本发明的热交换器的一部分的管束中。该第一收集器50设置有第一管道51，所述第一管道将第二交换器12连接到用于循环冷却剂流体的回路，特别是连接到在图1上设有参考标记10的导管。冷却剂流体因此通过第一管道51进入第二交换器12，随后其渗入第一收集器50，所述第一收集器将其分配在第一管道52中，用于循环被包括在第二交换器12中的冷却剂流体。
第一通道52经由位于图3的右侧的第一纵向端部敞开到第一收集器50，且经由位于图3的左侧的第二纵向端部敞开到第二收集器箱53。冷却剂流体可随后通过第二收集器箱53被收集且可还通过第二收集器箱53被到第二通道54，用于循环冷却剂流体。第二通道54在基本垂直平面中位于第一通道52的上方。
有利地，这样的平面可以是绝对垂直的。
第一通道52和第二通道54在同一平面中延伸，所述平面称为基本垂直平面。它们共同地限定用于与外部空气流热交换的表面58，该交换表面在基本垂直平面中延伸。第二通道54经由位于图3左侧的第二纵向端部敞开到第二收集器箱53，且经由位于图3右侧的第一纵向端部敞开到流体出口收集器，其称为第二收集器55。
第二收集器55收集来自第二通道54的冷却剂流体。以与第一收集器50相同的方式，第二收集器配备有出口管道，称为第二管道56。这次，第二管道56使得冷却剂流体能够离开第二交换器12并继续其在空调环路中的流通，如前所述。可理解的是，该情况中的第二交换器12包括仅两个用于循环冷却剂流体的通道：第一和第二通道，其分别设有参考标记52、54。
第二收集器55根据平行于基本垂直平面的轴线位于第一收集器50上方，所述轴线称为第一轴线80。当平面是垂直的时，轴线也是垂直的。
第一轴线有利地被包括在基本垂直平面中。第一和第二收集器50、55位于第一轴线80上。由此，第一和第二收集器形成同一个收集器箱，称为第一收集器箱57，即一个单个的收集器箱。冷却剂流体不可渗透的分隔件60将第一收集器50与第二收集器55分开。
第一和第二通道52、54包括例如，平行管子(未示出)的管束，所述管子的端部以固定且密封的方式一方面在第一通道52的情况中被连接到第一收集器50，且在第二管道54的情况中被连接到第二收集器，另一方面被连接到第二收集器箱53。特别地，冷却剂流体在其中循环的管子具有矩圆形横截面，且它们之间布置有隔板，所述隔板增大在第二交换器12中循环的冷却剂流体与沿基本垂直于基本垂直平面的方向通过所述交换器的外部空气流之间的热交换的效率。由此，第一和第二通道52、54限定交换表面58，其沿基本垂直平面延伸。管子的外部还可包括扰流器(disturber)，所述扰流器，类似于隔板，增大管子的机械稳定性和热交换的效率。它们还可以是挤出的管子。在该情况中，每个管子限定例如多个平行的内部通道用于流体的循环。
根据本发明，第一管道51沿第一轴线80位于第一收集器50的下半部中，且特别地沿第一轴线80在第一收集器50的下四分之一中。由此，冷却剂流体根据沿第一轴线80通过第一收集器50的下部部分进入第二交换器12。
根据本发明，第二管道56沿第一轴线80位于第二收集器55的下半部中，且特别地沿第一轴线在第二收集器的下四分之一中。由此，冷却剂流体沿第一轴线80通过第二收集器55的下部部分离开第二交换器12。由此该构造特别有利于，在冷却模式或供暖模式中，实现液体相冷却剂流体的排空的优化。在每个收集器50或55的底部处具有管道51和56使得可以容易地排空油，因为其将由于重力而趋于在收集器的底部处循环，由此降低保留在交换器中的任何风险。
第一通道52的高度称为H1，第二通道58的高度称为H2，且交换表面58的高度称为H，在该情况中H等于H1和H2的和。第一通道52的高度H1、第二通道54的高度H2和交换表面58的高度H平行于基本垂直平面测量。第一和第二通道52、54具有相同宽度I，其垂直于高度H1、H2和H且在基本垂直平面中测量。交换表面58因此等于交换表面58的高度H与宽度I的乘积。第一通道52限定第一交换表面，其等于第一通道52的高度H1与宽度I的乘积。第二通道54限定第二交换表面，其等于第二通道52的高度H2与宽度I的乘积。
根据本发明，第一通道占据小于交换表面58的50％。由于第一和第二通道52、54特征在于相同的宽度I，因此第一通道52的高度H1小于第二通道54的高度H2，即，其小于交换表面58的高度H的一半。
特别地，第一通道52占据大致交换表面58的50％。换句话说，第一通道52的高度H1特别地代表总交换表面58的高度H的大致30％。在该情况中，第二通道54的高度H2代表总交换表面58的高度H的大致70％。
由于管道是相同的且根据总交换表面58的高度H以相同距离彼此间隔开，因此第一通道52包括第二交换器12的管子总数量的小于50％，且特别地为大致30％。
支撑件70例如是机动车辆的底盘或车身，空调环路安装在其中且因此第二交换器12安装在其中。
替代地，支撑件70是热交换器的模块。在该情况中，热交换器的模块安装在车辆的底盘或车身上，且其意图排他地接收本发明的第二交换器12，或包括第二热交换器12的多个热交换器。支撑件70特别地是U形部件，第二交换器12容纳在其内部。这里可理解的是，第一收集器箱57抵靠模块70的第一侧向支路被容纳，即U的第一侧向支路，第二收集器箱53抵靠模块的第二侧向支路被容纳，即U的第二侧向支路，且第二交换器12相对于第一轴线80的下部部分抵靠模块70的中间支路被容纳，即U的中间支路。

Claims (12)

1.一种包括热交换器(12)和支撑件(70)的组件，所述交换器(12)安装在所述支撑件(70)上，所述交换器(12)包括第一通道(52)，所述第一通道用于循环由第一收集器(50)供应的冷却剂流体，所述第一收集器设置有第一管道(51)，冷却剂流体能通过所述第一管道循环，所述交换器还包括第二通道(54)，所述第二通道用于循环由第二收集器(55)供应的冷却剂流体，所述第二收集器设置有第二管道(56)，冷却剂流体能通过所述第二管道循环，第一和第二通道(52、54)限定沿基本垂直平面延伸的热交换表面(58)，其特征在于，第一管道(51)沿平行于热交换表面的平面的第一轴线(80)定位在第一收集器(50)的下半部中，第二管道(56)沿所述第一轴线(80)定位在第一管道(51)上方。
2.根据权利要求1所述的组件，其中用于循环冷却剂流体的通道(52、54)的数量排他地等于两个。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中第一管道(51)沿第一轴线(80)定位在第一收集器(50)的下四分之一中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中第二管道(56)沿第一轴线(80)定位在第二收集器(55)的下半部中。
5.根据权利要求4所述的组件，其中第二管道(56)沿第一轴线(80)定位在第二收集器(55)的下四分之一中。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的组件，其中第一通道(52)占据小于所述交换表面(58)的50％。
7.根据权利要求6所述的组件，其中第一通道(52)占据所述交换表面(58)的大致30％。
8.根据前述权利要求的任一项所述的组件，其中第一收集器(50)和第二收集器(55)限定同一个收集器箱(57)。
9.根据前述权利要求的任一项所述的组件，其中所述支撑件(70)是机动车辆的底盘或车身。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的组件，其中所述支撑件(70)是热交换器的模块。
11.一种空调环路(1)，其能够在车辆的乘客车厢(32)的第一所谓“冷却”模式和车辆的乘客车厢(32)的第二所谓“供暖”模式下操作，冷却剂流体通过所述空调环路(1)，且所述空调环路包括至少一个蒸发器、压缩机、膨胀元件和根据权利要求1至10中的任一项所述的组件。
12.如权利要求11所述的空调环路，其中，在供暖模式和冷却模式二者中，冷却剂流体通过第一管道进入。
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