CN117870413A - 由两种类型的板材制成的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由两种类型的板材制成的热交换器，特别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，至少两个板材(P1、P2)各自具有至少一个第一开口(O11、O21)。至少两个板材(P1、P2)各自具有至少一个与至少一个第一开口(O11、O21)邻接的平面区域(EB1、EB2)。其中，至少两个板材(P1、P2)沿堆叠方向(SR)并排布置或上下叠置。第二板材(P2)的至少一个第二平面区域(EB2)与在堆叠方向(SR)上邻接的第一板材(P1)的至少一个第一平面区域(EB1)连接。

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DE 10 2004 036 951 A1描述一种热交换器，该热交换器是由并排设置或上下叠置的板材连接而成。其中，在板材之间形成向外封闭的空腔，这些空腔各自通过两个第一开口(入口管路和出口管路)被第一介质和第二介质交替流经。布置在盖板之间的板材采用相同设计。板材具有结构(波纹轮廓)。这些结构由沟槽状的隆起和凹陷形成。在结构(波纹轮廓)处，两个邻接板材之间出现接触点(接触部位)。其中，接触点出现在邻接板材的底平面上。邻接的板材在接触点上相互连接。这些结构被设计成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型的。这样，在第一和第二介质的流动中产生湍流。这些结构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，为两种介质形成两条分开的流动路径。板材的强度很大程度上取决于与开口邻接的平面区域。这些区域不具有结构。板材受力时，这些区域可能会凹陷或隆起。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厚度。板材的厚度也可以理解为所用材料的厚度。此外，可能有必要增加下盖板和上盖板的厚度，以提高位于二者之间的板材的强度。这就以一种不利的方式增加了材料的使用量。
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，而且板材的厚度各自至少不会增大，两种介质中的一种可具有明显高于目前批量使用的介质的压力。
本发明的出发点是一种由板材制成的热交换器。该热交换器可特别用于机动车。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。其中，至少两个板材可以各自具有至少一个第一开口。至少两个板材可各自具有至少一个与至少一个第一开口邻接的平面区域。其中，至少两个板材可沿堆叠方向并排布置或上下叠置。这些板材可以沿堆叠方向并排布置或上下叠置在下盖板与上盖板之间。沿堆叠方向的意思是，板材从下盖板向上盖板相互堆叠或并排布置在一起。在叠置的或并排布置的板材之间可以形成空腔。第二板材的至少一个第二平面区域可与在堆叠方向上邻接的第一板材的至少一个第一平面区域连接。两种介质可以流经热交换器。其中，这两种介质可以各自具有不同的压力。该热交换器可用于机动车的冷却剂回路。压力被理解为分布在某一区域并垂直作用于某一平坦面的力所产生的效果。正在讨论的是，在欧洲指南中规定在机动车的冷却剂回路中使用二氧化碳。二氧化碳的压力可能是目前批量使用的介质的三到四倍。这种三到四倍的压力会给板材的平面区域带来很大负荷，并大大降低板材平面区域的强度。强度是指板材失效之前所具有的机械负载能力。例如，板材断裂或过度的永久变形会导致这种失效。由于第二平面区域和第一平面区域可以连接在一起，这就可以有利地增大平面区域内的材料厚度。如果第一和第二板材的厚度相同，那么板材的厚度可以增加一倍。这样也能有利地提高两个板材的强度，并且板材可以有利地承受由于在使用热交换器的冷却剂回路中使用二氧化碳作为介质而产生的三至四倍的负荷。平面区域也有可能被用作介质的二氧化碳接触到。因此，至少一个第一平面区域以及至少一个第二平面区域都会受到二氧化碳的压力的作用。这就可以有利地避免邻接板材的平面区域之间出现压力差。通过这种方式，可以有利地避免由于压力差而对平面区域造成的负荷。另外，也可以有利地避免为了提高热交换器的强度而增加盖板厚度的做法。
至少两个板材可以各自具有结构。第一板材的第一结构可以顺着堆叠方向形成。其中，第二板材的第二结构可以逆着堆叠方向形成。通过这种方式，平面区域可以相互连接。至少两个板材的结构可以由沟槽状的隆起或凹陷形成。作为替代方案，可以想象的是，这些结构由凸块或锥体形成。这些结构可以增大板材的表面积。这意味着有更大的表面积可用于热交换。也可以在介质的流动中产生湍流。
第二板材的第二结构可以与在堆叠方向上邻接的第一板材的第一结构连接。这些结构之间可以出现接触点。通过这种方式，邻接板材之间的空腔可以被划分为各个通道。通过这种方式，可以改善介质在板材上的分布，从而改善两种介质之间的热交换。
至少两个板材可以各自具有底平面。其中，出现在结构之间的接触点可以与底平面有一定距离。其中，两个邻接板材的结构之间的接触点不仅可以出现在底平面上。接触点可以出现在结构的所有区域内，例如出现在沟槽状隆起处。这样一来，板材之间的介质流动可以在流动方向上或在与流动方向相反的方向上具有可自由选择的分量。有利的是，借此可以加大或调整流动中出现的湍流。
在根据本发明的第一实施方案中，至少两个板材可以各自具有至少一个第二开口。其中，至少一个第二开口可以各自具有拱状边缘。第一板材的第一拱状边缘可以顺着堆叠方向形成。其中，第二板材的第二拱状边缘可以逆着堆叠方向形成。拱状边缘可以相互连接。通过这种方式，板材之间的相邻空腔可以彼此流体分离。流体分离意味着没有介质或只有可忽略不计的量的介质可以通过连接部。可以想象的是，板材是用铝合金以深拉方式制成。如果拱状边缘以及板材的结构各自在同一方向(顺着或逆着堆叠方向)造出，则能有利地简化板材的制造。
在根据本发明的第二实施方案中，至少一个第一板材可以具有至少一个第二开口。其中，至少一个第二开口可以具有第一拱状边缘。该第一拱状边缘可以顺着或逆着堆叠方向形成。可以想象，第一拱状边缘顺着堆叠方向造出。第一结构可以顺着堆叠方向造出。有利的是，第一板材的制造可以因此而简化。作为替代方案，可以想象的是，第一拱状边缘逆着堆叠方向造出。其中，第一拱状边缘可以与邻接的第二板材连接。第二板材可以具有至少一个第二开口。第二板材的至少一个第二开口可以没有拱状边缘。有利的是，第二板材的制造可以因此得到简化。通过这种方式，板材之间的相邻空腔可以被流体分离。
在根据本发明的另一个实施方案中，至少一个第二板材可以具有至少一个第二开口。其中，该至少一个第二开口可具有第二拱状边缘。其中，该第二拱状边缘可顺着或逆着堆叠方向形成。由于第二结构可以逆着堆叠方向造出。可以设想，第二拱状边缘逆着堆叠方向造出，以简化第二板材的制造。作为替代方案，第二拱状边缘可以顺着堆叠方向造出。第二拱状边缘可与邻接的第一板材连接。第一板材可以具有至少一个第二开口。第一板材的至少一个第二开口可以不具有拱状边缘。有利的是，第一板材的制造可以因此得到简化。通过这种方式，板材之间的相邻空腔可以被流体分离。
板材可以具有环绕式凸起边缘。其中，板材的该边缘可以各自顺着堆叠方向形成。两个邻接的板材可以在边缘处连接，以便将热交换器与环境进行流体分离。
两种介质可以流经热交换器。其中，至少一个第一平面区域以及至少一个第二平面区域可以被第一介质接触到。至少一个第一平面区域和至少一个第二平面区域可以被第二介质以接近于零的量接触到。可以想象的是，二氧化碳用作第一介质。在这种情况下，至少一个第一平面区域和至少一个第二平面区域都与二氧化碳接触。有利的是，通过这种方式，在平面区域的区域内不会产生压力差，并且可以避免平面区域受力。
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，可以设想使用不锈钢来制造板材。板材可以一体式地实施。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、结构、第一开口、第二开口和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，在根据本发明的另一个实施方案中，板材可以两件式地制造。例如，结构可以作为一个单独的部件插入板材中，然后与板材连接。
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、第二开口的拱状边缘和结构处。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，以使各个板材之间能够紧密焊接在一起。然而，也可以设想通过熔焊工艺，如激光熔焊，将板材连接在一起。但是，也可以设想通过粘合剂将板材连接在一起。为此，在板材上涂布一层粘合剂层，然后将板材相互连接起来。
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、结构进行压印或深拉。板材可以沿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堆叠方向交替地上下叠置。沿堆叠方向是指板材从下盖板向上盖板相互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相互连接：环绕式边缘、拱状边缘和结构。
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。可以想象，该热交换器被用作油冷却器。为了防止机动车中的油发生老化，有必要尽可能持续地排出热量。为此，可能有必要增加油的体积流量。这将导致油的压力上升。可以设想将热交换器设计成平面区域与油发生接触。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介质的体积流量。这将导致热交换器中的出现的压力上升，从而板材平面区域的负荷变大。可以将热交换器设计成使得具有较高压力的介质会接触到平面区域。这能使板材承受提高的负荷。
在根据本发明的另一种用途中，该热交换器可用于机动车的制冷剂回路中。目前正在讨论在欧洲指南中规定在机动车的制冷剂回路中使用二氧化碳作为制冷剂。与目前批量使用的制冷剂(如R-1234ylf)相比，这可能意味着回路中的制冷剂(二氧化碳)压力将有三到四倍的提高。热交换器可被设计成可以将二氧化碳用作第一介质。有利的是，板材的平面区域于是被二氧化碳接触到。这就可以有利地避免邻接板材的平面区域之间出现压力差。这样，与目前的批量应用相比，热交换器的板材可以承受明显提高的负荷。
附图说明
图1为根据本发明的第一实施方案中的第一板材
图2为根据本发明的第一实施方案中的第二板材
图3为沿堆叠方向上下叠置的三个第一板材和三个第二板材在结构区域中的剖面
图4为沿堆叠方向上下叠置的三个第一板材和三个第二板材在开口区域中的剖面
图5为由沿堆叠方向上下叠置的板材所组成的热交换器。
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具有环绕式凸起边缘RA。边缘RA顺着堆叠方向SR造出。其中，第一板材P1具有两个第一开口O11和两个第二开口O12。两个第二开口O12各自具有第一拱状边缘DO1。第一拱状边缘DO1顺着堆叠方向SR造出。第一板材P1具有第一结构ST1。其中，第一结构ST1顺着堆叠方向SR造出。第一结构ST1由沟槽状的隆起和凹陷形成。其中，第一结构ST1增大了第一板材P1的用于进行热交换的表面积。第一结构ST1还在未图示的介质的流动中产生湍流。第一板材P1具有各自与第一开口邻接的第一平面区域EB1。第一平面区域EB1各自围绕第一开口O11。在第一平面区域EB1中，第一板材没有沟槽状的隆起和凹陷。第一板材P1具有第一底平面BE1。第一结构ST1的沟槽状隆起与第一底平面BE1间隔开。第一板材P1可以具有金属材料。可以想象，第一板材P1由铝合金制成。作为替代方案，可以想象，第一板材P1由不锈钢制成。第一板材P1是一体的，例如可以通过压印而制成。作为替代方案，该板材也可以通过深拉而制成。
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具有环绕式凸起边缘RA。边缘RA顺着堆叠方向SR造出。其中，第二板材P2具有两个第一开口O21和两个第二开口O22。两个第二开口O22各自具有第二拱状边缘DO2。第二拱状边缘DO2逆着堆叠方向SR造出。第二板材P2具有第二结构ST2。其中，第二结构ST2逆着堆叠方向SR造出。第二结构ST2由沟槽状的隆起和凹陷形成。其中，第二结构ST2增大了第二板材P2的用于进行热交换的表面积。另外，第二结构ST2在未图示的介质的流动中产生湍流。第二板材P2具有各自与第一开口邻接的第二平面区域EB2。第二平面区域EB2各自围绕第一开口O21。在第二平面区域EB2中，第二板材没有沟槽状的隆起和凹陷。第二板材P2具有第二底平面BE2。第二结构ST2的沟槽状隆起与第二底平面BE2间隔开。第二板材P2可以具有金属材料。可以想象的是，第二板材P2由铝合金制成。作为替代方案，可以想象，第二板材P2由不锈钢制成。第二板材P2是一体的，例如可以通过压印而制成。作为替代方案，该板材也可以通过深拉而制成。
图3显示了三个第一板材P1和三个第二板材P2的剖面。所图示的板材P1、P2分别采用根据本发明的第一实施方案。板材P1、P2沿堆叠方向SR上下叠置。其中，最下面的板材是第二板材P2，在其上方布置有第一板材P1。板材P1、P2各自具有结构ST1、ST2。第一板材P1的第一结构ST1顺着堆叠方向SR造出。其中，第二板材P2的第二结构逆着堆叠方向SR造出。结构ST1、ST2由沟槽状的隆起和凹陷形成。板材P1、P2各自具有平面区域EB1、EB2。其中，板材P1、P2各自具有环绕式边缘RA。在平面区域EB1、EB2、边缘RA以及结构处，板材P1、P2以材料结合的方式连接起来。例如，板材可以通过以下材料结合方法进行连接：硬钎焊、熔焊和粘合。板材P1、P2各自具有底平面BE1、BE2。使结构ST1、ST2连接在一起的接触点与第一板材P1的第一底平面BE1有第一距离AB1，与第二板材P2的第二底平面BE2有第二距离AB2。
图4显示了分别采用根据本发明的第一实施方案的三个第一板材P1和三个第二板材P2的剖面。该剖面是沿着第一开口O11、O21和第二开口O12、O22所截取。板材P1、P2沿堆叠方向SR上下叠置在第二板材P2与第一板材P1之间。其中，板材P1、P2各自具有环绕式边缘RA。与第一开口O11、O21邻接的是平面区域EB1、EB2。第二开口O12、O22具有拱状边缘DO1、DO2。其中，板材P1、P2分别具有结构ST1、ST2。第一板材P1的第一拱状边缘DO1和第一结构ST1顺着堆叠方向造出。其中，第二拱状边缘DO2以及第二结构ST2逆着堆叠方向SR造出。在板材P1、P2之间分别造出空腔。第一介质M1或第二介质M2交替地流经这些空腔。第一介质通过第一开口O11、O21被分配或再次收集到两个板材P1、P2之间的空腔中。其中，第二介质M2通过第二开口O12、O22被分配到两个板材P1、P2之间的空腔中。结构ST1、ST2将这些空腔划分为各个通道。这样一来，用于两种介质M1、M2之间的热交换的表面积就增大了。通过这种方式，可以在两种介质M1、M2的流动中产生湍流。板材P1、P2在拱状边缘DO1、DO2处以材料结合的方式连接起来。这样一来，空腔相互流体分离。其中，板材P1、P2在边缘RA和结构ST1、ST2处以材料结合的方式连接起来。平面区域EB1、EB2相互连接。其中，第一介质M1与平面区域EB1、EB2接触。目前正在讨论的是，在欧洲指南中规定在机动车的制冷回路中使用二氧化碳。使用二氧化碳时，与目前机动车制冷回路中批量使用的介质所出现的压力相比，将出现三到四倍的更高的压力。二氧化碳可以作为第一介质M1使用，并且可能具有明显更高的压力。以材料结合方式相互连接的板材P1、P2在平面区域EB1、EB2中具有两倍的材料厚度。这样一来，板材P1、P2的强度就得到了有利的提升。第一介质M1的压力作用于平面区域EB1、EB2。由于平面区域EB1、EB2受到的压力是相同的，因此有利地避免了压力差所产生的负荷。这提升了板材P1、P2的强度。第二介质M2通常比第一介质M1具有明显更低的压力。
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沿堆叠方向SR上下叠置在下盖板UAP与上盖板OAP之间。其中，板材P1、P2总是交替布置。通过这种方式，为未图示的两种介质形成两个流体分离的流动路径。板材P1、P2、下盖板UAP和上盖板OAP以材料结合的方式相互连接。上盖板OAP具有用于未图示的第一介质的第一入口接头ZA1和第一出口接头AA1。其中，上盖板OAP具有用于未图示的第二介质的第二入口接头ZA2和第二出口接头AA2。
附图标记列表
P1 根据本发明的第一板材
P2 根据本发明的第二板材
SR 板材上下叠置或并排布置时的堆叠方向
RA 根据本发明的至少两个板材的环绕式凸起边缘
ST1 根据本发明的第一板材的第一结构
ST2 根据本发明的第二板材的第二结构
O11、O21 根据本发明的至少两个板材的第一开口
O12、O22 根据本发明的至少两个板材的第二开口
EB1 与第一开口邻接的第一平面区域
EB2 与第一开口邻接的第二平面区域
DO1 第二开口的第一拱状边缘
DO2 第二开口的第二拱状边缘
BE1 根据本发明的第一板材的第一底平面
BE2 根据本发明的第二板材的第二底平面
AB1 两个结构的接触点到第一底平面的第一距离
AB2 两个结构的接触点到第二底平面的第二距离
M1 第一介质
M2 第二介质
100 根据本发明的由板材制成的热交换器
OAP 热交换器的上盖板
UAP 热交换器的下盖板
ZA1 热交换器的用于第一介质的第一入口接头
ZA2 热交换器的用于第二介质的第二入口接头
AA1 热交换器的用于第一介质的第一出口接头
AA2 热交换器的用于第二介质的第二出口接头

Claims (14)

1.特别是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)各自具有至少一个第一开口(O11、O21)
其中，所述至少两个板材(P1、P2)各自具有至少一个与所述至少一个第一开口(O11、O21)邻接的平面区域(EB1、EB2)
其中，所述至少两个板材(P1、P2)沿堆叠方向(SR)并排布置或上下叠置，
其特征在于，第二板材(P2)的至少一个第二平面区域(EB2)与在堆叠方向(SR)上邻接的第一板材(P1)的至少一个第一平面区域(EB1)连接。
2.根据权利要求1所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少两个板材(P1、P2)各自具有结构(ST1、ST2)，其中，所述第一板材(P1)的第一结构(ST1)顺着堆叠方向(SR)形成，其中，所述第二板材(P2)的第二结构(ST2)逆着所述堆叠方向(SR)形成。
3.根据权利要求1和2所述的热交换器(100)，其特征在于，第二板材(P2)的第二结构(ST2)与在堆叠方向(SR)上邻接的第一板材(P1)的第一结构(ST1)连接。
4.根据权利要求1、2和3所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少两个板材(P1、P2)各自具有底平面(BE1、BE2)，其中，出现在所述结构(ST1、ST2)之间的接触点各自与底平面(BE1、BE2)有一定距离(AB1、AB2)。
5.根据权利要求1、2、3和4所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少两个板材(P1、P2)各自具有至少一个第二开口(O12、O22)，其中，所述至少一个第二开口(O12、O22)各自具有拱状边缘(DO1、DO2)，其中，所述第一板材(P1)的第一拱状边缘(DO1)顺着堆叠方向(SR)形成，其中，所述第二板材(P2)的第二拱状边缘(DO2)逆着所述堆叠方向(SB)形成，其中，所述拱状边缘(DO1、DO2)彼此连接。
6.根据权利要求1、2、3和4所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少一个第一板材(P1)具有至少一个第二开口(O12)，其中，所述至少一个第二开口(O12)具有第一拱状边缘(DO1)，其中，所述第一拱状边缘(DO1)顺着或逆着所述堆叠方向(SR)形成，其中，所述第一拱状边缘(DO1)与邻接的第二板材(P2)连接。
7.根据权利要求1、2、3和4所述的热交换器(100)，其特征在于，所述至少一个第二板材(P2)具有至少一个第二开口(O22)，其中，所述至少一个第二开口(O22)具有第二拱状边缘(DO2)，其中，所述第二拱状边缘(DO2)顺着或逆着所述堆叠方向(SR)形成，其中，所述第二拱状边缘(DO2)与邻接的第一板材(P1)连接。
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)具有环绕式凸起边缘(RA)，其中，所述板材(P1、P2)的边缘(RA)各自顺着堆叠方向(SR)形成。
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，两种介质(M1、M2)流经所述热交换器(100)，其中，第一介质(M1)与所述至少一个第一平面区域(EB1)和所述至少一个第二平面区域(EB2)接触，其中，第二介质(M2)以接近于零的量与所述至少一个第一平面区域(EB1)和所述至少一个第二平面区域(EB2)接触。
10.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)各自具有金属材料，其中，所述板材(P1、P2)一体式地实施。
11.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。
12.用于制造根据前述权利要求1至11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)相互堆叠在一起
以材料结合的方式将所述板材(P1、P2)连接起来。
13.根据前述权利要求1至11中至少一项所述的用于机动车的制冷剂回路或冷却剂回路的热交换器(100)。
14.根据前述权利要求1至11中至少一项所述的用于机动车的冷却剂回路的热交换器(100)，其特征在于，使用二氧化碳作为第一介质(M1)。
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