CN114041035A - Ccf加热器芯组件 - Google Patents

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赫曼舒
K·班赛尔
R·H·科恩
N·瓦希施特
A·库玛
V·艾斯
D·戈文达拉杰
K·斯里尼瓦斯
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Abstract

本申请公开了一种加热器芯组件(10)，其包括：芯(12)，该芯包括多个微管(13A、13B)，通过将各微管(13A、13B)的端部插入设置于集管(18)中的狭槽(42A、42B)中，多个微管(13A、13B)堆叠成在至少两个集管(18)之间的水平排(15)；隔板(30)，该隔板竖直布置在各集管(18)中，以便确定两个竖直腔室(18A、18B)；其中，各水平排(15)包括插入第一腔室(18A)中的至少一个第一微管(13A)和插入第二腔室(18B)中的至少一个第二微管(13B)，以使得冷却剂能够在芯组件(10)中流动。

Description

CCF加热器芯组件
技术领域
本发明主题通常涉及一种用于汽车的HVAC系统的加热器芯组件，特别是涉及一种用于电动车辆热管理或HVAC系统的、基于两排单挤出微槽道的加热器芯组件。
背景技术
一般来说，加热器芯组件的主要功能是使用电池的热冷却剂作为热源，通常将电动汽车电池的剩余热量提供给乘客舱。电池将热量传递给冷却剂，该冷却剂再通过HVAC回路中的换热器，并在压缩机和冷凝器之间吸收额外的制冷剂热量。这种热冷却剂通过加热器芯组件而将该热量传递至乘客舱。冷却后的冷却剂流回电池，以便持续保持它的温度。在电动汽车热管理或HVAC系统中，由于较小的冷却剂质量流量以及在空气和冷却剂之间的较小温度差，在冷却剂侧有较低的传热系数。目前，电加热器/PTC加热器用于车厢加热，因为传统的I型和U型加热器芯用于在具有较小ITD(水进口温度-空气进口温度)的情况下产生这样的较高温度差和较高热性能将变得尺寸过大。不过，当使用电动汽车热管理系统或HVAC回路时，电加热器/PTC加热器将迅速消耗电池电力，并导致电动汽车在冬季条件下的里程/充电降低。而且，总的趋势是在传统的加热器芯I或U流中使用椭圆管，因此需要的两件式集水箱组件，如图5b中所示，因此钎焊/焊接接头的数量增加和发生泄漏。
因为用于电动汽车HVAC系统的紧凑、轻便、耐用、高热性能和坚固的加热器芯组件至关重要，因此对于具有可变芯尺寸的高效和轻重量加热器芯的需求不断增长，该加热器芯能够在给定限制下产生电池冷却剂在它的进口和出口之间的、大约25℃至40℃的较高温度差，并克服了上述和其它难题。这种类型的加热器能够称为交叉逆流加热器芯，它在本发明中将称为CCF加热器芯。
发明内容
本发明主题的目的是提供在电动车辆的热管理系统或HVAC中使用的加热器芯组件。
本发明主题的目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件能够替代在电动车辆热管理系统的HVAC系统中使用的常规加热器芯PTC加热器。
本发明主题的另一目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件设置成使用电池冷却剂热量以及在压缩机和冷凝器之间的制冷剂热量，以便加热乘客舱。
本发明主题的另一目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件具有减少数量的元件，这导致更少数量的焊接/钎焊接头，从而减少泄漏的发生。
本发明主题的另一目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件有高强度和承受高爆破压力的能力。
本发明主题的还一目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件与传统的加热器芯相比能够选择具有优越性能的柔性芯。
本发明主题的还一目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件能够有优异的热性能。
本发明主题的还一目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件能够冷却电池冷却剂和降低电池功率消耗，从而提高在冬季条件下的电动车辆里程/充电。
本发明主题的还一目的是提供一种加热器芯组件，该加热器芯组件具有经济设计、灵活制造和低成本。
附图说明
当参考附图阅读下面的详细说明时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，在附图中，相同符号在全部附图中表示相同部件，附图中：
图1表示了CCF加热器芯组件的等距视图；
图2表示了CCF加热器芯组件的分解图，分别显示了它的所有部件；
图3a表示了CCF加热器芯组件的正视图，显示了冷却剂流动方向；
图3b表示了CCF加热器芯组件的后视图，显示了冷却剂流动方向；
图4a表示了双排单片挤出微槽道的等距视图；
图4b表示了双排单片挤出微槽道的正视图；
图5a表示了具有集管和椭圆管的CCF加热器芯；
图5b表示了具有两件式集管和椭圆管的传统加热器芯，显示了两件式集管的钎焊接头；
图6表示了冷却剂在加热器芯组件中作为多次通过、多流体流的流程图；
图7a表示了左侧隔板，显示了用于冷却剂从加热器芯的前侧向后侧传送的孔；
图7b表示了加热器芯组件的右侧隔板；
图8表示了加热器芯组件的左侧集管；
图9表示了用于不同热性能要求的两种加热器芯设计。
具体实施方式
下面将参考附图详细介绍本发明主题的实施例。不过，本发明主题并不局限于这些实施例，这些实施例只是提供为向本发明领域的普通技术人员更清楚地解释本发明主题。在附图中，相同参考标号用于表示相同的部件。
图1表示了根据本发明主题的实施例的、用于电动车辆的CCF加热器芯组件(10)的透视图，其中，加热器芯组件(10)是交叉逆流(CCF)加热器芯组件。所述CCF加热器芯组件(10)包括芯(12)，该芯包括多个翅片(16)和多个微管(13A、13B)，这些微管堆叠成多个竖直排(15)，其中，多个翅片(16)布置在各排(15)之间。各微管(13A、13B)的端部插入设置于D形集管(18)中的多个狭槽(42A、42B)中，以便将芯(12)保持到位。端板/挡板(20)布置在各D形集管(18)的上边缘和下边缘附近，以便关闭D形集管(18)和支承D形集管(18)以获得结构刚性。而且，至少一个挡板(20)插入在各D形集管(18)的多个位置处形成于隔板(30)上的狭槽中，以便增加冷却剂在各D形集管中的通过次数，或者增加D形集管(18)的强度。隔板(30)为D形集管(18)提供内部强度，以便防止D形集管(18)内的冷却剂爆裂和内部泄漏。还有，隔板(30)竖直地布置在各D形集管中，并将D形集管(18)分成两个不同的腔室(18A、18B)，其中，至少一个微管(13A)插入第一腔室(18A)中，至少一个微管(13B)插入第二腔室(18B)中，这能够实现冷却剂的逆流效果。冷却剂流入第一微槽道(14)内，且空气流过翅片(16)，以便能够实现在热冷却剂和空气之间的交叉流动，因此上述发明称为交叉逆流(CCF)加热器芯。
图1还表示了冷却剂进口(22)和冷却剂出口(24)布置在至少一个D形集管(18)的各侧，分别用于冷却剂流入和流出CCF加热器芯组件(10)。至少一个板(26)布置在微管(13A、13B)的水平堆叠排(15)的顶部和底部，以便支承多个最后翅片(16)和为芯(12)提供刚性。
冷却剂进口(22)和冷却剂出口(24)的位置在图2中表示，其中，冷却剂进口(22)与第一腔室(18A)连接，冷却剂出口(24)与相同或另一D形集管(18)的第二腔室(18B)连接(根据通过次数)。图2还清楚表示了隔板(30)布置在D形集管(18)中，以便在D形集管(18)中产生两个腔室(18A、18B)，用于通过在D形集管(18)中的冷却剂和为D形集管(18)提供内部强度。
在本发明的不同实施例中，D形集管(18)是缝焊D形集管，具有向下锻压的多个微槽道(14)，从而提供用于钎焊的更多接触面积，进而控制插入深度和产生防泄漏加热器芯组件(10)。当本申请需要时，相同的缝焊D形集管(18)能够有肋，用于满足严格的爆破压力要求。本发明实际上能够用于缝焊D形集管和两件式D形集管，缝焊D形集管是本发明的优选实施例。D形集管(18)和集管腔室(18a、18B)可以根据冷却剂在加热器芯(12)中通过的次数而变化。
电动汽车加热器芯需要重量轻和紧凑，用于更好的车辆性能。本发明主题提供了一种用于使得加热器芯组件的重量减小几乎20至30％的合适方案，因为使用包括多个微槽道(14)、多次通过和多流体流结构的芯(12)来代替I和U型常规加热器芯(34)，如图3a和3b中所示。
图4a和4b表示了至少一个微管(13A、13B)，该微管包括多个微槽道(14)，包括在角部处的多个小圆角(28)。双排单片微型管首次用于加热器芯应用。双排单片微管用于更好的冷却剂/空气流动，更高的传热表面面积，更高的芯强度，还能够很容易地满足制造公差。挤出微槽道(14)的轮廓减少了冷却剂侧的限制。微槽道孔(14A)、肋(14B)、壁厚(14D)以及在两个微槽道排之间的挤出连接器(14C)的长度和厚度能够根据客户要求而变化。
使用缝焊D形集管(18)代替两件式D形集管，这消除了图5a和5b中所示的大量钎焊接头(34)。根据本发明主题的实施例的加热器芯组件(10)用于提供芯(12)的多种尺寸选择。管的长度以及芯(12)的高度能够根据需要利用最少的加工来改变。而且，不同类型的翅片(16)能够用于选定的微槽道(14)。这意味着翅片的几何参数能够随相同或不同的微槽道而变化。CCF加热器组件(10)设置成允许沿空气流动方向的深度变化，翅片(16)和微槽道(14)的深度能够根据空间限制而变化。使用具有D形集管(18)的挤出微槽道(14)有利于防漏设计。
图6表示了加热器芯设计的新颖部分，显示了多流体流和多次通过结构。在空气和冷却剂之间存在交叉流动，而在前排和后排冷却剂流之间存在逆流。与传统加热器芯不同，这种多方向和多次通过的流动布置使我们能够在换热流体的进口和出口之间实现高温度差。加热器芯组件中的冷却剂流也在图3a和3b中表示。
图7a和7b表示了左侧和右侧隔板(30)。左侧隔板(30)表示有多个孔，以使得冷却剂能够沿加热器芯(12)的深度从第一D形集管腔室(18a)传递至第二D形集管腔室(18b)或者相反。左侧和右侧隔板(30)有多个狭槽(38)，以便在其中容纳端板/挡板(20)。
图8表示了D形集管(18)的左侧具有分别用于进口(22)和出口管的孔(40)。而且，D形集管(18)包括布置在D形集管(18)的平坦表面上的多个孔(40)，其中，多个狭槽(42A、42B)布置在沿D形集管(18)的纵向方向的第一排和第二排中，以便容纳微槽道(14)。图9表示了具有柔性芯(12、12')选择的加热器芯组件(10、10')，与传统的加热器芯相比，该加热器芯组件(10、10')具有优越的性能。不同的芯尺寸只通过增加堆叠在芯(12)的水平行(15)中的微管的宽度(w、w')和高度(h、h')就能够很容易地制造，而不需要投资新工具.
CCF加热器芯组件(10)能够用于多种应用，而并不局限于电动汽车。本发明主题为用户提供了根据空间限制制造各种芯尺寸的CCF加热器芯组件(10)，也有用于IC发动机的优越性能规格和减轻重量方案。
在实施例中，CCF加热器芯使用电池热量来为车厢提供热量，相应地通过冷却电池冷却剂来增加电池寿命，还降低电池功率消耗。而在目前电动汽车的HVAC回路中，使用的是电加热器/PTC加热器，这快速地消耗电池电力。因此，代替消耗电池电力，本发明将向系统提供热回收。这将提高电动汽车在冬季条件下的里程/充电。
在实施例中，CCF加热器芯组件提供最少10％至15％的提高排热，且在空气侧的限制相对更少和在冷却剂侧的均匀性更好。它还消除了在传统椭圆管设计(36)中存在的大量钎焊接头(34)，从而方便防漏的加热器芯组件。
尽管已经参考特殊实施例介绍了本发明，但是该说明并不解释为限制意义。本领域技术人员通过参考本发明的说明将清楚公开实施例的各种变化形式以及本发明的替代实施例。因此，预计能够在不脱离本发明确定的精神或范围的情况下进行这些变化。

Claims (10)

1.一种加热器芯组件(10)，包括：
芯(12)，所述芯包括多个微管(13A、13B)，所述多个微管(13A、13B)通过将各微管(13A、13B)的端部插入设置于集管(18)中的狭槽(42A、42B)中而在至少两个集管(18)之间堆叠成水平排(15)；
隔板(30)，所述隔板竖直布置在各集管(18)中，以便确定两个竖直腔室(18A、18B)；
其中，各水平排(15)包括插入第一腔室(18A)中的至少一个第一微管(13A)和插入第二腔室(18B)中的至少一个第二微管(13B)，以使得冷却剂能够在芯组件(10)中流动。
2.根据权利要求1所述的加热器芯组件(10)，其中：第一微管(13A)中的冷却剂流沿与第二微管(13B)中的冷却剂流相反的方向，从而导致冷却剂的逆流效应。
3.根据权利要求1或2所述的加热器芯组件(10)，其中：冷却剂流入微槽道(14)中，空气流过翅片(16)，以便能够在热的冷却剂和空气之间交叉流动。
4.根据权利要求1至3所述的加热器芯组件(10)，其中：冷却剂进口(22)与第一腔室(18A)连接，冷却剂出口(24)与集管(18)的第二腔室(18B)连接。
5.根据权利要求1所述的加热器芯组件(10)，其中：各微管(13A、13B)包括多个微槽道(14)。
6.根据权利要求1至4所述的加热器芯组件(10)，其中：隔板(30)包括多个孔，所述孔使得冷却剂流能够沿加热器的芯(12)的深度从第一微管(13A)传递至第二微管(13B)或者从第二微管传递至第一微管。
7.根据权利要求1至5所述的加热器芯组件(10)，其中：多个挡板(20)插入形成于隔板(30)上的多个狭槽中，所述挡板(20)设置成关闭各集管(18)的两端，并增加冷却剂在各集管(18)中的通过次数。
8.根据权利要求1所述的加热器芯组件(10)，其中：芯(12)包括布置在各水平排(15)的水平微槽道(14)之间的多个翅片(16)。
9.根据权利要求1所述的加热器芯组件(10)，其中：至少一个板(26)布置在微管(13A，13B)的堆叠的水平排(15)的顶部和底部，以便支承多个最后翅片(16)和为芯(12)提供刚性。
10.根据权利要求1所述的加热器芯组件(10)，其中：加热器芯组件(10)的芯(12)具有堆叠成水平排(15)的可变高度(h、h')和可变宽度(w、w')的微管。
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