CN117268137A - 一种轻量化的冷媒-冷却液换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻量化的冷媒‑冷却液换热器，为一体钎焊结构；芯体主体采用涡线状的扁管折弯成型结构，一端为冷媒输入端，另一端为冷媒输出端；翅片整体呈涡线状，并嵌固于芯体主体的扁管层之间；冷媒输入端通过冷媒输入端集液管与冷媒进口压板连接；冷媒输出端通过冷媒输出端集液管与冷媒出口压板连接；冷媒进口压板、冷媒输入端集液管、芯体主体、冷媒输出端集液管及冷媒出口压板依次连通，构成冷媒输送通路；芯体主体和翅片设置于外壳内部，外壳两端分别外连有冷却液进液接管和冷却液出液接管，冷却液进液接管、外壳内腔及冷却液出液接管依次连通，构成冷却液输送通路。本发明质量轻、制造工艺简单、成品率高、满足高压要求。

Description

一种轻量化的冷媒-冷却液换热器

技术领域

本发明属于空调换热器技术领域，具体涉及一种轻量化的冷媒-冷却液换热器。

背景技术

随着新能源汽车的发展，动力电池热管理系统用的冷媒—冷却液换热器(Chiller)需求很大。在传统R134a冷媒的情况下，Chiller对耐压的需求不高，一般用板式换热器的结构形式。而二氧化碳工质(R744)应用于空调热泵系统，可以大幅度提升热泵的制热能力，特别是低温制热能力。随着R744冷媒正在进入新能源汽车，R744冷媒对系统耐压的要求远高于R134a，对应的板式换热器Chiller无法满足耐压要求。

现有一般方案是借鉴微通道冷凝器的结构，用微通道铝扁管与层叠流道板形成的气室实现耐压。冷却液在外侧，对耐压要求不变，用一般外壳实现密封。这种结构翅带高度偏小，造成扁管、气室重量占比非常高，单位体积内重量大，钎焊困难；并且由于翅带高度偏小，芯体组装困难，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构简化、降低重量和制造成本、具有较高的耐压性的轻量化的冷媒-冷却液换热器。

本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

一种轻量化的冷媒-冷却液换热器，其特征在于：所述冷媒-冷却液换热器为一体钎焊成型结构，包括外壳、芯体主体、翅片、冷媒进口压板、冷媒出口压板、冷媒输入端集液管、冷媒输出端集液管；

所述芯体主体采用涡线状的扁管折弯成型结构，扁管的一端为冷媒输入端，扁管的另一端为冷媒输出端；所述翅片整体呈涡线状，所述翅片嵌固于芯体主体的扁管层之间；

所述冷媒输入端通过冷媒输入端集液管与冷媒进口压板连接，在冷媒进口压板上设置有冷媒进口；所述冷媒输出端通过冷媒输出端集液管与冷媒出口压板连接，在冷媒出口压板上设置有冷媒出口；所述冷媒进口压板、冷媒输入端集液管、芯体主体、冷媒输出端集液管及冷媒出口压板依次连通，构成冷媒输送通路；

所述芯体主体和翅片设置于外壳内部，在外壳的一端外连接有冷却液进液接管，在外壳的另一端外连接有冷却液出液接管，所述冷却液进液接管、外壳内腔及冷却液出液接管依次连通，构成冷却液输送通路。

而且，所述芯体主体采用双向涡线状的扁管折弯成型结构，扁管的两端呈对称外伸设置；所述冷媒输入端集液管和冷媒输出端集液管设置于外壳外的两侧位置；所述外壳有两个半外壳组成，两个半外壳的合壳缝在芯体主体的中间部位，在与芯体主体的冷媒输入、输出端相交的位置预留有形状匹配的开口，通过开口与芯体主体形成定位配合；还包括挡板，挡板的形状与芯体主体的中心形状匹配，所述挡板固定于芯体主体靠近壳体的冷却液输入端的一端中部位置。

而且，所述外壳采用两端设置有端盖的筒状壳体；所述芯体主体由一组或多组沿轴向按间接设置的芯体模块构成，每个芯体模块均采用单向涡线状的扁管折弯成型结构；冷媒输入端集液管和冷媒输出端集液管均采用一端封闭、另一端开口并在管壁上沿轴向设置有与芯体模块数量对应的扁管插孔的管体结构；冷媒输入端集液管通过管壁上的多个扁管插孔与多组芯体模块的一端插装配合，冷媒输出集液管通过管壁上的多个扁管插孔与多组芯体模块的另一端插装配合，通过冷媒输入集液管和冷媒输出集液管将多个芯体模块组装在一起构成整体芯体结构；所述冷媒输入端集液管的开口端和冷媒输出端集液管的开口端均从设置于外壳端部对应的通孔中伸出，并分别与冷媒进口压板、冷媒出口压板连接。

而且，所述冷媒输入集液管的开口端和冷媒输出集液管的开口端位于同一端；所述冷媒进口压板和冷媒出口压板采用一体块结构。

本发明具有的优点和积极效果为：

1、本发明的芯体主体和翅片均采用涡线状的结构形式，翅片嵌装于芯体主体的扁管层之间，通过缠绕法实现了扁管和翅片的层叠结构；相比于现有的多跟扁管与翅片平行层叠设置的方式，可在减小扁管和翅片数量的情况下，保证同等的换热面积，从而达到了结构简化、可靠性提升、降低重量和制造成本的目的。

2、本发明芯体采用涡线状的扁管用于输送冷媒，因扁管具有较高的耐压性，保证了本轻量化的冷媒-冷却液换热器的耐高压性能，能够满足R744高压的需求。

附图说明

图1是本发明实施例一的整体外观示意图；(双向涡线状芯体结构)

图2是本发明实施例一的立体分解图；(双向涡线状芯体结构，图中的翅片为示意图，仅表示翅片的整体形状)

图3是本发明实施例一的冷媒与冷却液的流动示意图；(双向涡线状芯体结构)

图4是本发明实施例二的整体外观示意图；(单向涡线状芯体结构)

图5是本发明实施例二的立体分解图；(单向涡线状芯体结构)；

图6是本发明实施例二去掉外壳后的组装图；(单向涡线状芯体结构)

图7是本发明实施例二的冷媒与冷却液的流动示意图(单向涡线状芯体结构)。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

实施例一：

一种轻量化的冷媒-冷却液换热器，请参见图1-图3，其发明点为：所述冷媒-冷却液换热器为整体钎焊成型结构，包括外壳3、芯体主体9、两翅片8、冷媒进口压板1、冷媒输入端集液管2、冷媒出口压板5、冷媒输出端集液管6、挡板10。

所述芯体主体用于在内部实现冷媒的流通，其采用由一根铝扁管折弯成形的双向涡线状芯体结构，扁管的两端呈对称外伸设置，一端为冷媒输入端，另一端为冷媒输出端。为保证足够的流通面积，扁管截面宽度一般为20～40mm。为便于折弯，降低折弯难度，扁管截面厚度一般为1～2mm。扁管内部有很多微通道小孔，扁管的壁厚一般0.25mm左右。芯体主体采用铝扁管的折弯成型结构，因铝扁管具有较好的耐压性，满足了R744冷媒的耐高压要求。所述芯体置于外壳内。芯体主体的冷媒输入端和出口端分别从外壳两侧预留的开口处伸出。

所述外壳采用带复合层的铝板冲压而成，由两个半外壳3.1和3.2组成，两个半外壳的合壳缝在芯体主体的中间部位，在与芯体主体的冷媒进、出口相交的位置预留有形状匹配的开口3.3，钎焊后形成一个整体外壳。在外壳的一端外连接有冷却液进液接管7，在外壳的另一端外连接有冷却液出液接管4，实现将冷却液由冷却液进液接管输入到外壳内腔中，冷却液在芯体主体的外部流动，与芯体主体内部流过的冷媒进行换热，最后通过冷却液出液接管排出。

上述芯体主体采用铝扁管折弯成型结构，由于铝材延伸率的限制，在芯体主体中心位置会形成面积较大的两个孔，为防止水流短路，在芯体主体靠近冷却液输入的一端位置对应于该两个孔的位置卡装一挡板，挡板的形状与两个孔位置的形状匹配，挡板采用带复合层的铝板冲压成型。

所述两翅片整体均呈涡线状，两涡线状翅片按照相反的旋向嵌装于芯体主体的扁管层之间，起到加强换热的作用。两翅片的宽度大于芯体主体的宽度，使两翅片的两端分别从芯体主体的两端伸出，避免芯体主体的两端与外壳的内壁接触。翅片采用波纹形翅片，附图中仅显示出翅片整体弯折形状。

所述冷媒进口压板与冷媒输入端集液管连接，构成冷媒输入接口组件。所述冷媒进口压板通过冷媒输入端集液管与芯体主体的冷媒输入端连接。在冷媒进口压板上设置有冷媒进口1.1及连接冷媒进口与冷媒输入端集液管内腔的冷媒输入通道，所述冷媒输入端集液管的内腔与芯体主体的冷媒输入端连通，实现将冷媒依次通过冷媒进口压板上的冷媒进口、冷媒输入通道及冷媒输入端集液管内腔、芯体主体上的冷媒输入端输送至芯体主体内。

所述冷媒出口压板与冷媒输出端集液管连接，构成冷媒输出接口组件。所述冷媒出口压板通过冷媒输出端集液管与芯体主体的冷媒输出端连接。在冷媒出口压板上设置有冷媒出口5.1及连接冷媒出口与冷媒输出端集液管内腔的冷媒输出通道，所述冷媒输出端集液管的内腔与芯体主体的冷媒输出端连通，实现将冷媒依次通芯体主体的冷媒输出端、冷媒输出端集液管内腔、冷媒输出通道及冷媒出口压板上的冷媒出口输出至芯体主体内外部。

所述冷媒输入端集液管和冷媒输入端集液管可采用但不限于附图中所示的具有内腔的圆柱结构。

本实施例通过外壳上两侧的开口与芯体主体的冷媒输入端和出口端嵌装配合，实现外壳的两半壳部分及外壳与芯体主体的安装定位。具体的，先将挡板卡固在芯体主体一端的中心部位，然后将两翅片插入到芯体主体的扁管层之间；然后将两半外壳以开口对正的方式对插，使两半壳上两侧开口分别与芯体主体上的冷媒输入端和冷媒输出端对正，当两侧的开口宽度与冷媒输入端和冷媒输出端宽度一致后，外壳安装到位，然后通过工装，将冷媒输入端集液管和冷媒进口压板安装设计位置对正，并将芯体主体的冷媒输入端插入到冷媒输入端集液管侧壁上设置的对应插孔2.1位置；将冷媒输出端集液管和冷媒出口压板按照设计位置对正，并将芯体主体的冷媒输出端插入到冷媒输出端集液管侧壁上设置的对应插孔位置，最后通过工装将所有的构成件按照设计要求固定在一起，然后送入到钎焊炉中，通过钎焊称为一体结构。

实施例二：

一种轻量化的冷媒-冷却液换热器，请参见图4-图7，所述冷媒-冷却液换热器为整体钎焊成型结构，包括外壳14、芯体主体16、翅片17、冷媒进口压板11、冷媒出口压板12、冷媒输入端集液管18和冷媒输出端集液管19。

外壳采用两端设置有端盖的筒状壳体，外壳的一端连接有冷却液进液接管13、外壳的另一段连接有冷却液出液接管15，实现将冷却液通过进液接管输入到外壳内，在外壳内换热后，通过出液接管排出。

所述芯体主体由一组或多组沿轴向按间接设置的芯体模块构成，每个芯体模块采用由一根铝扁管折弯成形的单向涡线状芯体结构。

冷媒输入端集液管和冷媒输出端集液管均采用在一端封闭，另一端开口，并在管壁上沿轴向设置有与芯体模块数量对应的扁管插孔的管体结构。冷媒输入端集液管通过管壁上的多个扁管插孔与多组芯体模块的一端插装配合，冷媒输出集液管通过管壁上的多个扁管插孔与多组芯体模块的另一端插装配合，通过冷媒输入集液管和冷媒输出集液管将多个芯体模块组装在一起构成整体芯体结构。所述芯体主体置于外壳的内腔中。所述冷媒输入端集液管的开口端和冷媒输出端集液管的开口端均从设置于外壳端部对应的通孔中伸出，并分别与冷媒进口压板、冷媒出口压板连接。在冷媒进口压板和冷媒出口压板上分别设置有冷媒进口11.1和冷媒出口12.1，分别实现将冷媒输送至冷媒输入端集液管中和将进入到冷媒输出端集液管中的冷媒排出。

上述冷媒输入集液管的开口端和冷媒输出集液管的开口端可位于同一端，在位于同一端的情况下，冷媒进口压板和冷媒出口压板可采用一体板结构，参见附图4-7。上述冷媒输入集液管的开口端和冷媒输出集液管的开口端可位于两端。

所述翅片采用涡线状翅片，翅片嵌装于芯体主体的扁管层之间，起到加强换热的作用。

综上，本轻量化的冷媒-冷却液换热器，主要包括壳体与芯体结构。其中芯体采用涡线状的管翅式装配结构，外部采用铝合金壳体包裹芯体，该芯体结构散热管部分流通冷媒，壳体与芯体翅片之间流通冷却液，从而达到换热的目的。

冷媒流道：

冷媒通过冷媒进口压板进入到冷媒输入端集液管，经涡线状的扁管与流经翅片的水换热后，汇入到冷媒输入端集液管内，最终从冷媒进口压板流出。

冷却液流道：

冷却液通过进液接管进入到壳体内，在芯体翅片内流通，冷却液与流经扁管的冷媒进行充分换热，最终冷却液从进液接管排出。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (4)

1.一种轻量化的冷媒-冷却液换热器，其特征在于：所述冷媒-冷却液换热器为一体钎焊成型结构，包括外壳、芯体主体、翅片、冷媒进口压板、冷媒出口压板、冷媒输入端集液管、冷媒输出端集液管；

所述芯体主体采用涡线状的扁管折弯成型结构，扁管的一端为冷媒输入端，扁管的另一端为冷媒输出端；所述翅片为涡线状翅片，所述翅片嵌固于芯体主体的扁管层之间；

所述冷媒输入端通过冷媒输入端集液管与冷媒进口压板连接，在冷媒进口压板上设置有冷媒进口；所述冷媒输出端通过冷媒输出端集液管与冷媒出口压板连接，在冷媒出口压板上设置有冷媒出口；所述冷媒进口压板、冷媒输入端集液管、芯体主体、冷媒输出端集液管及冷媒出口压板依次连通，构成冷媒输送通路；

所述芯体主体和翅片设置于外壳内部，在外壳的一端外连接有冷却液进液接管，在外壳的另一端外连接有冷却液出液接管，所述冷却液进液接管、外壳内腔及冷却液出液接管依次连通，构成冷却液输送通路。

2.根据权利要求1所述的轻量化的冷媒-冷却液换热器，其特征在于：所述芯体主体采用双向涡线状的扁管折弯成型结构，扁管的两端呈对称外伸设置；所述冷媒输入端集液管和冷媒输出端集液管设置于外壳外的两侧位置；所述外壳有两个半外壳组成，两个半外壳的合壳缝在芯体主体的中间部位，在与芯体主体的冷媒进、出口端相交的位置预留有形状匹配的开口，通过开口与芯体主体形成定位配合；还包括挡板，挡板的形状与芯体主体的中心形状匹配，所述挡板固定于芯体主体靠近壳体的冷却液输入端的一端中部位置。

3.根据权利要求1所述的轻量化的冷媒-冷却液换热器，其特征在于：所述外壳采用两端设置有端盖的筒状壳体；所述芯体主体由一组或多组沿轴向按间接设置的芯体模块构成，每个芯体模块均采用单向涡线状的扁管折弯成型结构；冷媒输入端集液管和冷媒输出端集液管均采用在一端封闭，另一端开口，并在管壁上沿轴向设置有与芯体模块数量对应的扁管插孔的管体结构；冷媒输入端集液管通过管壁上的多个扁管插孔与多组芯体模块的一端插装配合，冷媒输出集液管通过管壁上的多个扁管插孔与多组芯体模块的另一端插装配合，通过冷媒输入集液管和冷媒输出集液管将多个芯体模块组装在一起构成整体芯体结构；所述冷媒输入端集液管的开口端和冷媒输出端集液管的开口端均从设置于外壳端部对应的通孔中伸出，并分别与冷媒进口压板、冷媒出口压板连接。

4.根据权利要求3所述的轻量化的冷媒-冷却液换热器，其特征在于：所述冷媒输入集液管的开口端和冷媒输出集液管的开口端位于同一端；所述冷媒进口压板和冷媒出口压板采用一体板结构。