CN117716198A - 用于机动车辆的热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车辆的热交换器，该热交换器具有带有冷凝器部段(36)和过冷部段(40)的芯部(12)。芯部(12)具有液体冷却剂管线(16)和与液体冷却剂管线(16)分开的制冷剂管线(18)。热交换器还具有带有液体冷却剂入口(20)的盖板(14)，该盖板邻接过冷部段(40)的端板(48)。盖板(14)具有凹陷部(50)，该凹陷部被端板(48)封闭以形成室(52)。在这方面，液体冷却剂管线(16)从液体冷却剂入口(20)经由过冷管线(62)穿过过冷部段(40)并且与该过冷管线平行地经由通过室(52)形成的旁路管线(72)、经过过冷部段(40)延伸至芯部(12)的收集部段(66)，并且还从收集部段(66)经由冷凝器部段(36)延伸至液体冷却剂出口(22)。这里，过冷管线(62)和旁路管线(72)通向收集部段(66)的公共收集管线(64)。

Description

用于机动车辆的热交换器
本发明涉及一种用于机动车辆的热交换器，该热交换器包括具有冷凝器部段和过冷部段的芯部。在这方面，芯部具有液体冷却剂管线和制冷剂管线，该制冷剂管线与液体冷却剂管线分开并且从制冷剂入口经由冷凝器部段并穿过过冷部段延伸到制冷剂出口。
用于机动车辆的热交换器是已知的。
例如用于机动车辆中的空气调节系统的这种类型的热交换器通常包括芯部，该芯部在其内部限定液体冷却剂管线和单独的制冷剂管线。在操作期间，液体冷却剂回路的液体冷却剂(例如冷却水)流过液体冷却剂管线，并且制冷剂回路的制冷剂流过制冷剂管线，以便在制冷剂与液体冷却剂之间交换热量。
为了增加热交换效率并延长制冷剂和液体冷却剂可以彼此交换热量的时间，通常将芯部细分为多个流动部段，结果是液体冷却剂管线和制冷剂管线加长。
在这方面不利的是，这种构型导致制冷剂和液体冷却剂的压力的下降相对较大或者导致热交换器的体积和质量的增加。
本发明的目的是提供一种用于机动车辆的热交换器，该热交换器具有紧凑的结构并且引起压力较小的下降。
该目的通过一种用于机动车辆的热交换器来实现，该热交换器包括具有冷凝器部段和过冷部段的芯部。该芯部还具有液体冷却剂管线和制冷剂管线，该制冷剂管线与液体冷却剂管线分开并且从制冷剂入口经由冷凝器部段并穿过过冷部段延伸到制冷剂出口。热交换器具有带有液体冷却剂入口的盖板。在这方面，盖板邻接过冷部段的端板并且在面向端板的侧面上具有凹陷部，该凹陷部被端板封闭以形成室。液体冷却剂管线从液体冷却剂入口经由过冷管线穿过过冷部段并且与该过冷管线平行地经由由室形成的旁路管线、经过过冷部段延伸至芯部的收集部段，并且还从收集部段经由冷凝器部段延伸至液体冷却剂出口。在这方面，过冷管线和旁路管线通向收集部段的公共收集管线。
由于该构型，在操作期间，流经过冷管线的液体冷却剂和流经旁路管线的液体冷却剂在收集部段中混合并且一起流过收集管线。本发明已经发现，这样可以减小液体冷却剂管线中压力的下降。此外，热交换器藉由特殊配置的盖板而具有特别紧凑的设计。特别地，不需要用于旁路管线的管子。
该热交换器特别地设置用于机动车辆的空气调节系统并且相应地进行设计。
在一个实施例中，盖板在过冷部段的端板的端面的表面积的至少90％上延伸，并且因此可以形成芯部的封闭板或端板。这进一步使得能够以低的费用使盖板的设计适应于具有不同成形的过冷部段和/或收集部段的多种芯部，因为基本上仅需要相应地适应盖板中的凹陷部。
另外或作为替代方案，凹陷部可以在盖板的端面和/或端板的端面的表面积的至少50％上延伸。这使得由室形成的旁路管线能够具有特别大的截面，并且因此确保该部段中的压力的下降较小。
在进一步的实施例中，收集部段设置在热交换器的底部区域中，并且液体冷却剂入口设置在热交换器的顶部区域中。换句话说，收集部段和液体冷却剂入口布置在芯部或热交换器的相反端部处。这具有以下优点：过冷部段和旁路管线可以直接布置在液体冷却剂入口与收集部段之间，由此不需要附加的管线并且热交换器可以具有特别紧凑的构型。
可以做出的安排是，制冷剂出口布置在盖板的端面上，结果是芯部上不需要单独的制冷剂出口。
另外或作为替代方案，液体冷却剂入口可以布置在盖板的端面上。这具有的优点是盖板可以以低费用生产。
根据进一步的实施例，液体冷却剂入口被布置成其方式使得过冷管线或多条过冷管线以及旁路管线彼此匹配，使得从液体冷却剂入口经由液体冷却剂管线流动到液体冷却剂出口的液体冷却剂的40％与60％之间的液体冷却剂经由旁路管线流入收集部段中。
根据替代性实施例，液体冷却剂入口被布置成其方式使得过冷管线(多条)和旁路管线彼此匹配，使得从液体冷却剂入口经由液体冷却剂管线流动到液体冷却剂出口的液体冷却剂的至多20％或至少80％经由旁路管线流入收集部段中。
芯部还可以被配置成其方式使得从液体冷却剂入口经由液体冷却剂管线流动到液体冷却剂出口的液体冷却剂在过冷部段中和在冷凝器部段中沿相对于从制冷剂入口经由制冷剂管线流动到制冷剂出口的制冷剂的逆流方向流动。这种构型使得热交换器能够确保特别高效的热传递和特别高的性能系数或COP。
此外还可以做出的安排是，芯部被配置成其方式使得从液体冷却剂入口经由液体冷却剂管线流动到液体冷却剂出口的液体冷却剂在过冷部段中相对于冷凝器部段沿逆流方向流动，和/或从制冷剂入口经由制冷剂管线流动到制冷剂出口的制冷剂在过冷部段中相对于冷凝器部段沿逆流方向流动。由于这种流体或管线引导(也称为“U流动”)，热交换器特别紧凑，并确保了高效的热传递。
在一个实施例中，盖板是被成形以形成凹陷部的金属片部分，并且因此可以以特别低的费用来生产。
可以进一步做出的安排是，盖板形成芯部的封闭板，由此热交换器具有特别紧凑的构型。
作为替代方案，端板可以形成芯部的封闭板。也就是说，盖板是布置在芯部的封闭板上的附加板。
在进一步的实施例中，在过冷部段中，旁路管线与过冷管线之间的距离小于旁路管线与制冷剂管线之间的距离。换句话说，过冷管线或过冷管线的下一部段分别比制冷剂管线或制冷剂管线的下一部段更靠近旁路管线。这确保在过冷部段中，流过旁路管线的液体冷却剂在旁路管线中与流过制冷剂管线的制冷剂交换尽可能少的热量。
另外的优点和特征将从以下描述和附图中变得显而易见，在附图中：
-图1示出了根据本发明的具有芯部和盖板的热交换器的立体图，
-图2示出了图1中的热交换器的液体冷却剂管线和制冷剂管线的示意图示，
-图3示出了图1中的热交换器的芯部的不同板和盖板的分解图示，
-图4示出了图1中的热交换器的盖板的示意平面图，
-图5示出了根据本发明的另外的实施例中的热交换器的液体冷却剂管线和制冷剂管线的示意图示，以及
-图6示出了图5中的热交换器的盖板的示意平面图。
图1示出了用于机动车辆的热交换器10，该热交换器具有芯部12和盖板14。
热交换器10是水冷式冷凝器(WCC)。
热交换器10的至少在某些部段中由芯部12界定和限定的液体冷却剂管线16(参见图2)和制冷剂管线18(在图2中以虚线展示)延伸穿过芯部12和盖板14。
在这方面，液体冷却剂管线16从热交换器10的液体冷却剂入口20延伸至液体冷却剂出口22，而制冷剂管线18从热交换器10的制冷剂入口24延伸至制冷剂出口26。
热交换器10还具有液体冷却剂端口28和制冷剂端口30，热交换器10可以通过这些端口连接至机动车辆的液体冷却剂回路和制冷剂回路，以便在流动方面将液体冷却剂管线16经由液体冷却剂入口20和液体冷却剂出口22连接至液体冷却剂回路，并且还在流动方面将制冷剂管线18经由制冷剂入口24和制冷剂出口26连接至制冷剂回路。
热交换器10还具有接收容器32，该接收容器连接到制冷剂管线18并且被设置为以已知的方式接收制冷剂，以便提高热交换器10的性能。
芯部12具有形成冷凝器部段36的多个冷凝板34(参见图3)和形成过冷部段40的多个过冷板38。
此外，芯部12具有分隔板42和基板44，该分隔板将冷凝器部段36与过冷部段40分开，该基板与分隔板42相对地界定冷凝器部段36并形成芯部12的封闭板46。
过冷部段40直接邻接盖板14。在这方面，与盖板14直接相对的过冷板38形成过冷部段40的端板48。
在本实施例中，端板48形成芯部12的另外的封闭板49，该另外的封闭板布置成与第一封闭板46相对。
在替代性实施例中，盖板14本身可以形成芯部12的封闭板49并因此为芯部12的一部分。
冷凝板34和过冷板38可以各自具有不同的构型。
特别地，端板48具有与过冷板38(其布置在端板48与分隔板42之间)不同的构型。
在此背景下，盖板14具有凹陷部50，该凹陷部与端板48相对并且与端板48一起界定室52(参见图2)。
基板44、冷凝板34、分隔板42、包括端板48的过冷板38、以及盖板14是沿轴向方向Z叠置布置的互连成形金属片部分。
在本示例性实施例中，凹陷部50由盖板14的凸出部形成。
然而，原则上，凹陷部50可以以任何期望的方式设计，例如以凹部的形式设计。
这里，盖板14完全在端板48的端面54(参见图3)上延伸。
在替代性实施例中，盖板14可以具有任何期望的大小，但优选地在端板48的端面54的表面积的至少90％上延伸。
如图4所展示，凹陷部50在盖板14的端面56(参见图3)的表面积的75％上延伸。在这方面，图4以沿轴向方向Z观察的平面图示出了盖板14。这意味着可以在图4中看到具有在端面56上形成相应大的凹陷部50的凸出部并且与端面56相反的端面58。
在替代性实施例中，凹陷部50可以在盖板14的端面56的表面积的任何期望的比例上延伸。
特别地，在一个实施例中，凹陷部50在盖板14的端面56的表面积的至少50％上延伸和/或在端板48的端面54的表面的至少50％上延伸。
在所展示的实施例中，液体冷却剂入口20和制冷剂出口26布置在盖板14的端面58上并且沿轴向方向Z延伸穿过盖板14。
当然，在替代性实施例中，液体冷却剂入口20和/或制冷剂出口26可以布置在盖板14上的任何期望点处并且根据需要进行配置。
此外，制冷剂出口26可以直接布置在端板48上，特别是在盖板14不完全在端板48的端面54上延伸的实施例中。
参考图2，下面将解释液体冷却剂管线16和制冷剂管线18的走向。这里，管线16、18的箭头指示在热交换器10的操作期间液体冷却剂流过液体冷却剂管线16的方向和制冷剂流过制冷剂管线18的方向。
液体冷却剂管线16从液体冷却剂入口20延伸穿过端板48中的开口60，经由沿竖直方向Y的过冷管线62穿过过冷部段40。然后过冷管线62通向收集管线64，该收集管线布置在芯部12的收集部段66中。
这里，收集部段66布置在芯部12的底部区域68中，该底部区域布置成与芯部12的顶部区域70相反。
在本实施例中，液体冷却剂入口20、液体冷却剂出口22、制冷剂入口24和制冷剂出口26布置在顶部区域70中。
液体冷却剂管线16的以由室52形成的旁路管线72的形式的一部分平行于过冷管线62延伸，从液体冷却剂入口20经过过冷部段40，沿竖直方向Y穿过旁路部段74进入收集部段66，在该收集部段中旁路管线72通向收集管线64。
液体冷却剂管线16从收集管线64沿竖直方向Y延伸穿过冷凝器部段36至液体冷却剂出口22。
制冷剂管线18从制冷剂入口24沿竖直方向Y延伸穿过冷凝器部段36至底部区域68，并且从那里沿轴向方向Z延伸到过冷部段40中并沿竖直方向Y延伸到制冷剂出口26。
因此，液体冷却剂管线16和制冷剂管线18各自以U形延伸穿过芯部12。
接收容器32例如连接至底部区域68中的制冷剂管线18，即，在操作期间流过制冷剂管线18的制冷剂从冷凝器部段36经由接收容器32流入过冷部段40中。
此时应当指出，图2中仅示意性地展示了液体冷却剂管线16和制冷剂管线18。特别地，将管线16、18展示为管线并不意味着它们必须仅由对应部段中的通道形成。在此背景下，箭头76、78指示了，特别是在冷凝器部段36中和在过冷部段40中，液体冷却剂管线16和制冷剂管线18各自具有多个通道，制冷剂和液体冷却剂分别通过这些通道在操作期间并行流动。
液体冷却剂管线16和制冷剂管线18还被配置成使得在过冷部段40中，旁路管线72与过冷管线62之间的最小距离小于旁路管线72与制冷剂管线18之间的最小距离。
热交换器10被设置成以逆流布置来引导液体冷却剂和制冷剂通过芯部12。这意味着，在操作期间，液体冷却剂从液体冷却剂入口20经由液体冷却剂管线16流动至液体冷却剂出口22，并且在此过程中在过冷部段40和在冷凝器部段36中沿与从制冷剂入口24经由制冷剂管线18流动至制冷剂出口26的制冷剂相反的方向流动。
热交换器10还被设置用于在热交换器10的操作期间在冷凝器部段36中冷凝制冷剂并且在过冷部段40中过冷或进一步冷却制冷剂的目的。
由于旁路管线72，在操作期间，流过液体冷却剂入口20的液体冷却剂中仅一部分经由过冷部段40流动，而另一部分经由旁路管线72流过该过冷部段40。这样，过冷部段40中的制冷剂仅被液体冷却剂的流经过冷管线62的那部分有效地冷却，而在冷凝器部段36中，制冷剂被在冷凝器部段36中由经由旁路管线72流动的液体冷却剂部分和经由过冷管线62流动的液体冷却剂部分的混合物组成的所有液体冷却剂有效地冷却。
在图1至图4所展示的实施例中，液体冷却剂入口20布置在竖直方向Y上的高度H处并且还在轴向方向Z上与开口60直接相对。液体冷却剂入口20的这种布置与过冷管线62和旁路管线72的构型相结合，引起在操作期间流过液体冷却剂入口20的液体冷却剂的80％经由过冷管线62以及20％经由旁路管线72流动至收集管线64。
图5和图6展示了替代性实施例。对于从先前实施例已知的部件，使用相同的附图标记，并且在这方面，参考上面的解释。
与图1至图4所展示的实施例相比，液体冷却剂入口20布置在竖直方向Y上的高度h处，并且也不直接与开口60相对。
液体冷却剂入口20的这种布置与过冷管线62和旁路管线72的构型相结合，引起在操作期间流过液体冷却剂入口20的液体冷却剂的50％经由过冷管线62以及50％经由旁路管线72流动至收集管线64。
当然，盖板14与过冷管线62和旁路管线72的结合可以被配置并彼此匹配，使得任何期望的比例经由旁路管线72流动，特别是流经液体冷却剂入口20的液体冷却剂的至多20％、40％至60％、或至少80％。
这样，提供了具有特别高的功率系数或COP的热交换器10。
由于盖板14，热交换器10也特别紧凑。
旁路管线72的构型、以及过冷管线62和旁路管线72在收集管线64中的合并确保了特别有利的流动剖面。结果，热交换器10在液体冷却剂管线16中具有特别小的压力下降。
测试表明，藉由热交换器10的特殊构型，液体冷却剂管线16中的压力的下降可以比现有技术的可比较的热交换器减少超过4％。
进一步的优点在于，热交换器10的特性可以仅藉由盖板14的构型而以低费用适应多种要求。
本发明不限于所示的实施例。特别地，一个实施例的各个特征可以根据需要与其他实施例的特征组合，特别是独立于对应实施例的其他特征。

Claims (12)

1.一种用于机动车辆的热交换器(10)，所述热交换器包括具有冷凝器部段(36)和过冷部段(40)的芯部(12)，其中，所述芯部(12)具有液体冷却剂管线(16)和与所述液体冷却剂管线(16)分开的制冷剂管线(18)，并且所述制冷剂管线(18)从制冷剂入口(24)经由所述冷凝器部段(36)并穿过所述过冷部段(40)延伸至制冷剂出口(26)，
其特征在于，所述热交换器(10)具有带有液体冷却剂入口(20)的盖板(14)，其中，所述盖板(14)邻接所述过冷部段(40)的端板(48)，并且所述盖板(14)在面向所述端板(48)的侧面(56)上具有凹陷部(50)，所述凹陷部被所述端板(48)封闭以形成室(52)，
其中，所述液体冷却剂管线(16)从所述液体冷却剂入口(20)经由过冷管线(62)穿过所述过冷部段(40)并且与所述过冷管线平行地经由由所述室(52)形成的旁路管线(72)、经过所述过冷部段(40)延伸至所述芯部(12)的收集部段(66)，并且还从所述收集部段(66)经由所述冷凝器部段(36)延伸至液体冷却剂出口(22)，并且
其中，所述过冷管线(62)和所述旁路管线(72)通向所述收集部段(66)的公共收集管线(64)。
2.根据权利要求1所述的热交换器(10)，其特征在于，所述盖板(14)在所述端板(48)的端面(54)的表面积的至少90％上延伸。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器(10)，其特征在于，所述凹陷部(50)在所述盖板(14)的端面(56)和/或所述端板(48)的端面(54)的表面积的至少50％上延伸。
4.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述收集部段(66)设置在所述热交换器(10)的底部区域(68)中，并且所述液体冷却剂入口(20)设置在所述热交换器(10)的顶部区域(70)中。
5.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述制冷剂出口(26)和/或所述液体冷却剂入口(20)布置在所述盖板(14)的端面(58)上。
6.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述液体冷却剂入口(20)被布置成其方式使得所述过冷管线(62)和所述旁路管线(72)彼此匹配，使得从所述液体冷却剂入口(20)经由所述液体冷却剂管线(16)流动到所述液体冷却剂出口(22)的液体冷却剂的40％与60％之间的液体冷却剂经由所述旁路管线(72)流入所述收集部段(66)中。
7.根据权利要求1至5之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述液体冷却剂入口(20)被布置成其方式使得所述过冷管线(62)和所述旁路管线(72)彼此匹配，使得从所述液体冷却剂入口(20)经由所述液体冷却剂管线(16)流动到所述液体冷却剂出口(22)的液体冷却剂的至多20％或至少80％经由所述旁路管线(72)流入所述收集部段(66)中。
8.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述芯部(12)被配置成其方式使得从所述液体冷却剂入口(20)经由所述液体冷却剂管线(16)流动到所述液体冷却剂出口(22)的液体冷却剂在所述过冷部段(40)中和在所述冷凝器部段(36)中沿相对于从所述制冷剂入口(24)经由所述制冷剂管线(18)流动到所述制冷剂出口(26)的制冷剂的逆流方向流动。
9.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述芯部被配置成其方式使得从所述液体冷却剂入口(20)经由所述液体冷却剂管线(16)流动到所述液体冷却剂出口(22)的液体冷却剂在所述过冷部段(40)中相对于所述冷凝器部段(36)沿逆流方向流动，和/或从所述制冷剂入口(24)经由所述制冷剂管线(18)流动到所述制冷剂出口(26)的制冷剂在所述过冷部段(40)中相对于所述冷凝器部段(36)沿逆流方向流动。
10.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述盖板(14)是被成形以形成所述凹陷部(50)的金属片部分。
11.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，所述盖板(14)或所述端板(48)形成所述芯部(12)的封闭板(49)。
12.根据前述权利要求之一所述的热交换器(10)，其特征在于，在所述过冷部段(40)中，所述旁路管线(72)与所述过冷管线(62)之间的距离小于所述旁路管线(72)与所述制冷剂管线(18)之间的距离。
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