CN117739714A - 由两种类型的板材制成的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由两种类型的板材制成的热交换器，优选是用于机动车的热交换器(100)，其具有至少一个第一板材(P1)和至少一个第二板材(P2)。其中，所述至少两个板材(P1、P2)并排布置或上下叠置。所述至少两个板材各自具有至少两个第一开口(O11、O21)。其中，所述至少两个板材(P1、P2)各自还具有至少四个第二开口(O12、O22)。

Description

由两种类型的板材制成的热交换器

技术领域

本发明涉及一种由两种类型的板材制成的热交换器、该热交换器的制造以及该热交换器在机动车中的用途。

背景技术

公开文献DE102004036951A1描述一种热交换器，该热交换器是由并排设置或上下相叠的板材相互连接而成。其中，在板材之间形成向外封闭的空腔，第一介质和第二介质分别通过两个第一开口(入口管路和出口管路)交替流经这些空腔。该热交换器具有一种类型的板材。该板材具有波纹(是异形的)。在一个板材与邻接的板材的波纹(轮廓)之间出现接触点(接触部位)。两块邻接的板材在这些接触点上相互连接。波纹和接触点的设计方式使得第一和第二介质从相应的第一开口到相应的第二个第一开口的流动不是直线的。波纹也增大了板材的表面积。随着板材表面积的增大，热交换器的性能可以提高，因为有更大的表面积可用于热交换。板材具有两个第一开口和两个第二开口(一对分别用于第一和第二介质的入口管路和出口管路的孔)。第二开口具有抬起的区域。板材具有环绕式凸起(截头)边缘。邻接的板材在边缘和抬起的区域上连接在一起。这样，两块邻接板材之间的空腔与相邻的空腔流体分离。板材沿堆叠方向布置在下盖板与上盖板之间。邻接的板材绕堆叠方向旋转0°或180°布置。通过这种方式，可以实现不同的板材布置方式，并且可以形成两种介质的不同流动路径。为了以流体密闭的方式将两个流动路径彼此分开，板材在第二开口的抬起区域处相互连接。为了使热交换器保持尽可能低的压力损失，选择尽可能大的开口直径。板材的强度很大程度上取决于与开口邻接的平面区域。这些区域不具有波纹。板材受力时，这些区域可能会凹陷或隆起。当第二开口的直径增大时，这些平面区域也会变大。介质的压力会使平面区域受力。通常情况下，这两种介质具有不同的压力。这种压力差会使邻接于开口的平面区域额外受力。为了制造具有足够强度的板材，有必要以一种不利的方式增加板材的厚度。板材的厚度表明了所用材料的强度或厚度。此外，可能有必要增加下盖板和上盖板的厚度以提高板材的强度。这就以一种不利的方式增加了材料的使用量。另外，第二介质可能不会通过第二开口完全分布在板材的第二边上。其缺点是，板材并未以其整个表面积参与两种介质之间的热传递。这可能导致热交换器出现不希望的功率损失。

发明内容

相比之下，根据本发明的、具有独立权利要求的特征的装置的优点是，热交换器的板材的强度高，而且在热交换器的压力损失不变的情况下，至少可以不增加甚或可以减小板材的厚度，热交换器的功效可以提升或至少不下降。

本发明的出发点是一种由板材制成的热交换器。该热交换器优选可用于机动车。其中，该热交换器可具有至少一个第一板材和至少一个第二板材。这至少两个板材可各自呈具有两种边的矩形形状。可以想象，板材可具有波纹，以增大表面积，并在介质的流动中产生湍流。板材的波纹例如可以形成为沟槽状的凹陷或凸起。作为替代方案，可以想象的是，板材具有凸块或锥体，以增大表面积并在介质的流动中产生湍流。这些波纹可以将相邻板材之间的空腔划分为多个单个的空腔。这些空腔可以理解为被介质流经的或被介质绕流的通道。通过这种方式，可以增大板材的表面积。随着板材表面积的增大，热交换器的性能可以提高，因为有更大的表面积可用于热交换。板材可以在第二开口处具有未设波纹、凸块或锥体的平面区域。其中，至少两个板材可沿堆叠方向并排布置或上下叠置在下盖板与上盖板之间。至少两个板材可各自具有至少两个第一开口。其中，至少两个板材可以各自还具有至少四个第二开口。在根据本发明的第一实施方案中，至少两个板材可各自具有四个第二开口。为了使热交换器的压力损失保持尽可能小，第二开口的水力直径可以选择得尽可能大。压力损失是指例如由于管路或通道中的摩擦而产生的压力差。其中，压力损失随介质体积流量呈指数增长。压力损失与能量损失相对应。这种能量损失必须再次得到补偿。水力直径是一个在直径偏离圆形截面的情况下可以使用的等效计算变量。在此，一个开口可以被分为多个开口。这些多个开口可以用水力直径来描述。例如，在根据本发明的第一实施方案中，每一个第二开口可以被分为两个第二开口。总体来说，至少两个板材此时可各自具有四个第二开口。第二开口的水力直径可以选择得足够大，以便有利地限制压力损失。通过将第二开口分为四个第二开口，可以限制与第二开口邻接的板材平面区域的负荷。有利的是，这可以增加板材的强度。其优点是，可以保持或甚至减小板材的厚度。强度是指板材失效前所具有的机械负载能力。例如，板材的断裂或过度的永久变形会导致这种失效。在根据本发明的第二实施方案中，至少两个板材可各自具有六个第二开口。有利的是，当至少两个板材各自具有六个第二开口时，第二开口的水力直径可以增大。其优点是，在板材厚度不变或板材厚度减小的情况下，可以减少压力损失。另外，介质可以通过六个第二开口被更好地分配到板材上或再次收集。这可以有利地提高热交换器的性能。在根据本发明的另一个实施方案中，至少两个板材可各自具有八个第二开口。在根据本发明的另一个实施方案中，至少两个板材可各自具有十个第二开口。有利的是，压力损失可以因此而减少。其中，板材的厚度可以保持不变，甚至变得更小。这就可以有利地节省材料。

在另一个实施例中，第二板材可具有至少两个邻近至少四个第二开口或位于至少四个第二开口之间的拉锚(Zuganker)。两种介质例如可具有不同的压力。这会使与第一板材的至少四个第二开口邻接的平面区域额外受力。邻接的第一板材的平面区域可以支撑在第二板材的这些至少两个拉锚上。这样，可以有利地提高第一板材的疲劳强度，或者在保持相同的疲劳强度的情况下减小第一板材的厚度。压力是分布在某一区域并垂直作用于某一表面的力所产生的效果。在根据本发明的另一个实施方案中，板材可各自具有六至十个第二开口。在这种情况下，第二板材在第二开口之间可以具有四到八个拉锚。

第一板材的至少四个第二开口可以具有拱状边缘。其中，第二板材的至少两个第一开口可以具有拱状边缘。在这个拱状边缘处，板材可以与邻接的板材连接。这样，两个邻接板材之间的空腔可以与相邻的空腔流体分离。流体分离意味着两种介质只能少量混合或两种介质发生混合的量可忽略不计。

两种介质可以流经热交换器。其中，至少两个第一开口可以被第一介质流经。至少四个第二开口可以被第二介质流经。这两种介质可以有不同的压力。例如，第二介质可以比第一介质具有更大的压力。由于第二介质流经至少四个第二开口，第二介质的压力损失可以被有利地限制。第二介质的压力使邻接于至少四个第二开口的平面区域受力。与至少四个第二开口邻接的平面区域可以支撑在第二板材的拉锚上。这样，板材的疲劳强度至少可以不降低，或者可以有利地提高疲劳强度。

在另一个实施例中，至少两个板材可以各自具有环绕式边缘。其中，至少四个第二开口可以分别邻近至少两个板材的边缘布置。至少四个第二开口可以尽可能地靠近至少两个板材的边缘布置。这样，就有尽可能大的面积可用于两种介质的热交换。这意味着热交换器具有尽可能大的功效。

在根据本发明的另一个实施方案中，至少两个板材可以各自呈具有两种边的矩形形状。其中，第一边可以与第二边同等长度或比第二边长。至少四个第二开口可以各自沿着至少两个板材的第二边布置。如此，第二介质沿第二边的分布可得到有利的改善。有利的是，这可以提高热交换器的功效。在本发明的另一个实施例中，板材可呈方形或近似方形的形状。第一边和第二边的长度可以相等或大致相等。在这种情况下，两种介质沿第一边的流动距离很短，如果第二介质能借助至少四个第二开口沿第二边分布，则特别有利。

在根据本发明的另一个实施方案中，至少四个第二开口可以分别沿着至少两个板材的第一边布置。有利的是，通过这种方式，第二介质可以更好地沿着第一边分布。

板材可以具有金属材料。可以想象，这些板材由铝材料制成。作为替代方案，也可以设想使用不锈钢来制造板材。第一板材或第二板材可以一体成型。可以想象，通过压印来制造板材。然而，也可以想象通过深拉来制造板材。边缘、波纹、第一开口、第二开口、拉锚和第一或第二开口处的拱状边缘可以在单独一个方法步骤中制成。作为替代方案，波纹也可以作为插入物插入两个邻接的板材之间。这样，板材将是两件式的。

两个邻接的板材可以在接触点上以材料结合的方式连接起来。接触点可以出现在环绕式边缘、第一或第二开口的拱状边缘、拉锚和波纹处。优选可以使用钎焊工艺，特别是硬钎焊。如果使用钎焊工艺，则通常对板材进行焊料镀覆，以便将各个板材紧密地焊接在一起。然而，也可以设想通过熔焊工艺(例如激光熔焊)将板材相互连接在一起。但是，也可以设想通过粘合剂将板材相互连接在一起。为此，在板材上涂布一层粘合剂层，然后将其相互连接在一起。

根据本发明的热交换器可以用以下方式制造。可以对板材进行压印。另一种可想而知的制造板材的方式可以是深拉。可以想象，在一个方法步骤中对环绕式边缘、第一开口、第二开口、拱状边缘、拉锚和波纹进行压印或深拉。板材可以沿着堆叠方向布置在下盖板与上盖板之间。第一板材和第二板材可以总是沿着堆叠方向交替地上下叠置。作为替代方案，也可以是多个第一板材或第二板材沿堆叠方向上下叠置。通过这种方式，可以实现热交换器中板材的不同布置方式，从而可以形成两种介质的不同流动路径。沿着堆叠方向是指板材从下盖板向上盖板堆叠或并排布置在一起。可以设想用以下方法来以材料结合的方式连接板材：钎焊、熔焊和粘合。板材可以在以下接触点处连接起来：环绕式边缘、拱状边缘、波纹和拉锚。

在根据本发明的第一种用途中，热交换器可用于机动车的冷却剂回路。热交换器的冷却剂侧压力损失对冷却剂回路的性能有很大影响。通过使用至少四个第二开口，可以使用于第二流体的开口的水力直径相等或更大。其中，板材的材料厚度也可以得到保持。可以避免热交换器的压力损失上升。在根据本发明的第二种用途中，热交换器可用于机动车的制冷剂回路。在具有电力驱动或主要是电力驱动的车辆中，有必要在短时间内排出大量的热。为此，可能有必要增加热交换器中的体积流量。这会导致热交换器中的压力上升，从而增加板材平面区域的负荷。通过使用六个第二开口和四个拉锚，可以增加板材的强度。这能使板材承受更高的负荷。

附图说明

在附图中对本发明进行了图示，在接下来的说明中将对本发明进行详细解释。其中：

图1为根据本发明的第一实施方案中的第一板材P1

图2为根据本发明的第一实施方案中的第二板材P2

图3为一个根据本发明的第一板材P1和两个根据本发明的第二板材P2的分解图

图4为根据本发明的第一板材P1与根据本发明的第二板材P2连接时的部分剖面图

图5为根据本发明的第一实施方案中的热交换器100。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的第一实施方案中的第一板材P1的俯视图。第一板材P1可具有金属材料。可以想象，第一板材P1例如由铝合金制成。作为替代方案，第一板材P1也可以由不锈钢制成。第一板材P1例如可以通过深拉或压印来制造。第一板材P1呈矩形的形状。该矩形形状由第一边S1和第二边S2形成。第一边S1明显长于第二边S2。第一板材P1具有环绕式凸起边缘RA。在环绕式边缘RA处，第一板材P1与未图示的第二板材之间可以出现接触点，在这些接触点处，两个板材可以连接起来。这样，在第一板材P1与未图示的第二板材之间形成间隙。其中，第一板材P1具有两个第一开口O11。第一板材P1具有六个第二开口O12。六个第二开口中各有三个分别沿第二边S2布置。其中，六个第二开口O12各自具有拱状边缘DO1。在这个拱状边缘DO1处，第一板材P1与未示出的第二板材之间可以出现接触点，并且两个板材可以连接起来。这样，第一板材P1与未示出的邻接的第二板材之间的空腔被流体分离。通过两个第一开口O11，未图示的介质被分配到通向未图示的邻接第二板材的空腔上或被收集。板材P1具有波纹WL。这些波纹WL增大了第一板材P1的表面积，并且可以在未图示的介质的流动中产生湍流。

图2显示了根据本发明的第一实施方案中的第二板材P2的俯视图。第二板材P2可以具有金属材料。可以想象，第二板材P2例如由铝合金制成。作为替代方案，第二板材P2也可以由不锈钢制成。第二板材P2例如可以通过深拉或压印来制造。第二板材P2呈矩形的形状。该矩形形状由第一边S1和第二边S2形成。第一边S1明显长于第二边S2。第二板材P2具有环绕式凸起边缘RA。在环绕式边缘RA处，第二板材P2与未图示的第一板材之间可以出现接触点，在这些接触点上，两个邻接的板材可以连接起来。通过这种方式，在第二板材P2与未示出的第一板材之间形成空腔。第二板材P2具有两个第一开口O21。其中，第二板材P2具有六个第二开口O22。六个第二开口中各有三个分别沿第二边S2布置。其中，两个第一开口O21各自具有拱状边缘DO2。在这个拱状边缘DO2处，第二板材P2与未示出的第一板材之间可以出现接触点，并且两个板材可以连接起来。通过这种方式，第二板材P2与未图示的邻接的第一板材之间的空腔被流体分离。通过六个第二开口O22，未图示的介质被分配到通向未图示的邻接板材的空腔上或被收集。第二板材P2具有四个拉锚ZA2。四个拉锚ZA2中的两个分别布置在三个第二开口O22之间。在这四个拉锚处，第二板材P2可以与未示出的第一板材连接。通过这种方式，未示出的第一板材的一些区域可以支撑在第二板材P2上。第二板材P2具有波纹WL。这些波纹WL增大了第二板材P2的表面积，并且可以在未示出的介质的流动中产生湍流。

图3显示了采用根据本发明的第一实施方案的一个第一板材P1和两个第二板材P2的分解图。板材P1、P2沿堆叠方向SR上下叠置。第一板材P1具有两个第一开口O11和六个第二开口O12。其中，六个第二开口O12各自具有拱状边缘DO1。两个第二板材P2各自具有两个第一开口O21和六个第二开口O22。其中，两个第一开口O21各自具有拱状边缘DO2。两个第二板材P2各自具有四个拉锚。在两个第二板材P2的六个第二开口O22中的三个之间各自布置有四个拉锚ZA2中的两个。六个第二开口O22中的三个与两个拉锚ZA2一起分别沿较短的第二边布置。最下面的第二板材P2在四个拉锚ZA2和拱状边缘DO2处与上方的第一板材P1连接。可以想象的是，板材P1、P2通过诸如钎焊、熔焊或粘合等材料结合方法连接起来。第二介质M2通过六个第二开口O22被分配到两个第二板材P2上或再次收集。由于三个第二开口O21、O22分别沿第二边分布，因此第二介质有利地沿第二边分布。这样一来，板材P1、P2的整个表面积都有利地用于热交换。两种介质M1、M2可以有不同的压力。因此，第一板材P1的第二开口O12之间的区域会受力较大。第一板材P1的受力可以通过拉锚ZA2来减小。第一板材P1在拱状边缘DO1处与上方的第二板材P2连接。这样，在第一板材P1与上方的第二板材P2之间形成流体分离的空腔。第一介质M1可以通过两个第一开口O11被分配到这个空腔上或再次收集。

图4显示了两个相连的板材P1、P2的部分剖面图。两个板材P1、P2沿堆叠方向SR上下叠置。第二板材P2布置在下面，第一板材P1布置在其上面。两个板材P1、P2具有环绕式边缘RA。图4所示的部分各显示了三个第二开口O12、O22。三个第二开口O12具有拱状边缘DO1。两个拉锚ZA2被布置在图示于下方的第二板材P2的第二开口O22之间。在上方第一板材P1的第二开口O12之间或与之邻接的是平面区域。这些平面区域支撑在下方第二板材P2的拉锚ZA2上。

图5显示了根据本发明的第一实施方案中的热交换器100。板材P1、P2沿着堆叠方向SR上下叠置在下盖板ADU与上盖板ADO之间。其中，上盖板ADO和下盖板ADU可以额外地增大热交换器100的刚度。上盖板ADO具有用于未图示的第一介质的第一入口接头ZLA1和第一出口接头AA1。其中，上盖板ADO具有用于未图示的第二介质的第二入口接头ZLA2和第二出口接头AA2。第一板材P1总是与第二板材P2交替地上下叠置。通过这种方式，实现了两种未图示的介质的两个流动路径。板材P1、P2以及下盖板ADU和上盖板ADO例如以材料结合的方式相互连接。

附图标记说明

P1 根据本发明的第一板材

P2 根据本发明的第二板材

O11 第一板材的第一开口

O12 第一板材的第二开口

O21 第二板材的第一开口

O22 第二板材的第二开口

DO1第一板材的第二开口的拱状边缘

DO2第二板材的第一开口的拱状边缘

RA 两种板材的环绕式边缘

WL 两种板材的波纹

S1 两种板材的第一边

S2 两种板材的第二边

ZA2 第二板材的拉锚

SR 板材的堆叠方向

M1 第一介质

M2 第二介质

ADO 上盖板

ADU 下盖板

100由在下盖板与上盖板之间沿堆叠方向堆叠在一起的板

材所组成的热交换器

ZLA1热交换器的用于介质的第一入口接头

AA1热交换器的用于介质的第一出口接头

ZLA2热交换器的用于介质的第二入口接头

AA2热交换器的用于介质的第二出口接头

Claims (11)

1.优选用于机动车的热交换器(100)，其具有：

至少一个第一板材(P1)，

至少一个第二板材(P2)，

其中，至少两个板材(P1、P2)并排布置或上下叠置，

其特征在于，所述至少两个板材各自具有至少两个第一开口(O11、O21)，其中，所述至少两个板材(P1、P2)各自还具有至少四个第二开口(O12、O22)。

2.根据权利要求1所述的热交换器(100)，其特征在于，所述第二板材(P2)具有至少两个邻近至少四个第二开口(O22)或位于至少四个第二开口(O22)之间的拉锚(ZA2)。

3.根据权利要求1和2所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少四个第二开口(O12)具有拱状边缘(DO1)，其中，所述至少两个第一开口(O21)具有拱状边缘。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(100)，其特征在于，两种介质(M1、M2)流经所述热交换器(100)，其中，所述至少两个第一开口(O11、O21)被第一介质(M1)流经，其中，所述至少四个第二开口(O12、O22)被第二介质(M2)流经。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少两个板材(P1、P2)各自具有环绕式边缘(RA)，其中，所述至少四个第二开口(O12、O22)分别邻近所述至少两个板材(P1、P2)的边缘(RA)布置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少两个板材(P1、P2)分别呈具有两种边(S1、S2)的矩形形状，其中，第一边(S1)的长度等于或大于第二边(S2)的长度，其中，所述至少四个第二开口(O12、O22)各自沿着所述至少两个板材(P1、P2)的第二边(S2)布置。

7.根据前述权利要求1至5中任一项所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少四个第二开口(O12、O22)分别沿着所述至少两个板材(P1、P2)的第一边(S1)布置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(100)，其特征在于，所述板材(P1、P2)具有金属材料。

9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(100)，其特征在于，两个邻接的板材(P1、P2)在接触点上以材料结合的方式连接起来。

10.用于制造根据前述权利要求1至9中至少一项所述的热交换器(100)的方法，其具有以下方法步骤：

对板材(P1、P2)进行压印或深拉，

将所述板材(P1、P2)堆叠在一起，

以材料结合的方式将所述板材(P1、P2)连接起来。

11.用于机动车的制冷剂回路或冷却剂回路的根据前述权利要求1至9中至少一项所述的热交换器(100)。