CN1294062A - 用于空调系统的热交换器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于空调系统的热交换器装置,包括中央第一热交换器部件和一对外部第二热交换器部件,它们限定载热流体的一条或多条流动通道。将多个热电装置并排设置并将其夹在各外部第二热交换器部件和中央第一热交换器部件之间,使热从中央第一部件传递到各外部第二部件。流动通道可由插板构成,插板由金属板制成并设置在限定在热交换器部件内的空腔内。各插板的断面可为波纹形,流动通道可沿波纹形的纵向延伸。

Description

用于空调系统的热交换器装置

本发明涉及一种用于冷却较小空间，如车辆驾驶室的空调系统的热交换器装置。

这种热交换器装置公开在WO 97／22486中，它包括用于分别限定一条或多条载热流体流动通道的热交换器部件，以及多个热电装置，如并排设置和夹在热交换器部件之间的用于进行导热接触的珀尔帖(Peltier)部件。

当将这种热交换器部件用于冷却可利用空间非常有限的汽车或其它车辆内的驾驶室时，尽可能减小安装热交换器装置所需的空间则是非常重要的。

利用本发明的热交换器装置可实现上述目的，该装置的特征在于：它包括一个中央第一热交换器部件和一对外部第二热交换器部件，热电装置设置在各外部热交换器部件与中央第一热交换器部件之间，以使热能从中央第一热交换器部件传递到外部第二热交换器部件。这种有两层热电装置的热交换器装置可做得比现有的具有相同容量的类似装置更小型化。

本发明的另一个目的是提高上述类型热交换器装置的效率，以使加热装置的冷却能力相对于动力消耗达到最大。因此，本发明还提供了一种用于空调系统的热交换器装置，所述热交换器装置包括分别限定出多条载热流体的流动通道的第一和第二热交换器部件，以及多个并排设置并夹在第一和第二热交换器部件之间的热电装置，本发明的热交换器装置的特征在于：流动通道是利用由金属板制成并设置在热交换器部件所限定的空腔内的插板形成的。

现已发现，对于所讨论的这种热交换器来说，当分别流过第一和第二热交换器部件的载热流体的温差增大时，其冷却能力急剧降低。这样，如果所述温差为60-70℃，则冷却能力几乎会完全失去。热交换器装置的动力消耗基本上与所述温差无关。所以，为了达到热交换器装置的最佳效率，热传递表面与液体之间的温差应保持在尽可能小的程度。这就意味着，热交换器装置应能在较小的温差(如5-8℃)下消除较高的热负荷(例如每平方米80-100kW)，同时减小压力损失。

利用本发明的热交换器装置也可满足这些需求，它在流过热交换器部件的载热流体与夹在这些部件中的热电装置之间进行非常有效的热传递。

另外当热电装置设置成两层，而每一层都夹在中央第一热交换器部件和外部第二热交换器部件之间时，热交换器部件的流动通道可由插板构成，这种插板是用金属板制成并位于这些部件限定的空腔内。

这些插板可由具有良好导热率的金属板，如不锈钢、紫铜、黄铜、铝、银或它们的合金等金属板通过冲压和／或模压制成。作为一个实例，各插板的断面可以是波纹形并且流动通道可沿这种波纹形的纵向延伸。在一个特定的实施例中，每个波纹外形都被分成沿由其构成的流动通道的纵向延伸的一些波纹段，这些依次相连的波纹段是沿横向偏移的。

现已发现，增加这种波纹插板的波纹外形的高度将有可能降低热交换器装置的效率。然而，当在所述各空腔内将两块或多块插板一块块相互堆叠放置在彼此的顶部，从而限定出两层或多层的流动通道时可使效率得以提高。为了降低由堆叠的插板限定的流动通道的高度，一块波纹插板的一对横向相邻的波峰可与一块相邻波纹插板的波谷的底表面邻接，从而限定一条两层或多层的若干条共同延伸的流动通道。

热交换器部件相对的端部或相对的侧边处可设有一个载热流体的入口和一个载热流体的出口。在这种情况下，流动通道可在分别与入口和出口连通的集流腔之间大体沿直线延伸。但是，对于某些应用，载热流体的入口和出口位于至少一个热交换器部件的同一侧则是较为理想的。因此，该流动通道可包括与入口连通的第一段、基本上与第一段共同延伸的第二段和连接入口和出口段的连接段。

一般说来，热交换器部件可具有任何适宜的形状，例如三角形、四边形、六角形、圆形或椭圆形。在优选实施例中，各热交换器部件的形状为细长形，最好为矩形。因此，各热交换器部件皆为条块状。

作为一个实例，各热交换器部件可包括一个限定出相对的平面密封表面的矩形框架和一对用于密封地与框架部件的密封表面接合以在其间限定一个空间的盖部件。但在优选实施例中，至少一块热交换器部件包括一个具有侧表面的扁平的热交换器体，所述空腔由所述侧表面上的凹陷区或凹槽形成，盖部件覆盖并密封所述凹陷区或凹槽。

当热交换器部件为矩形或类似形状时，流动通道的连接段可以大致呈直角地延伸到第一和第二段。此外，液体入口和出口可通过连接通道分别连接到第一和第二段，该连接通道横向地延伸到大体沿与流动通道的入口和出口段相同的方向延伸的入口和出口。

插板可包括分别对应于第一段、第二段、连接流动通道段的插件，而且对应于入口和／或出口流动通道段的插件的邻接缘和对应于连接流动通道段的插件的邻接缘可构成一个锐角，同时流动通道的方向由各自的流动通道段限定。因此，通过适当地斜切插件可在其间确定具有所需角度(如90°)的流动通道段。这样，所述邻接缘可与各流动通道的方向互为余角，从而可将流动通道的方向改变约90°角。

现在将参照附图进一步解释本发明，其中：

图1为本发明热交换器的第一实施例的平面图，其中上盖部分被去除；

图2为图1所示实施例的侧视图；

图3为与图1所示的实施例相一致的本发明热交换器装置的第二

实施例的平面图；

图4为图3所示实施例的侧视图；

图5和6为本发明热交换器装置的第三实施例的平面图，其中盖部件已被去除；

图7为表示出设置在热交换器装置的一个热交换器部件内的一块插板形状的局部放大断面图；

图8为图7所示那种插板相互堆叠在彼此顶部时的局部断面图；以及

图9为表示具有本发明热交换器装置的空调系统的方框图。

图1和图2示意地表示出热交换器装置10，它可应用于汽车或其它车辆的空调系统，如在WO 97／22486中公开的那种空调系统，这种空调系统也示意地表示在图9中。热交换器装置10包括一对用金属如铝制成的板状部件11和12。在各部件11和12的侧表面上形成一个U形的浅凹陷区或凹槽13。该凹陷区，由盖板覆盖(图中未示出)，以在各热交换器部件11和12内形成一个空腔。各热交换器部件11、12都具有载热流体的一个入口14和一个出口15，载热流体可以是含有抗冷冻剂的水或另一种具有适当低冰点的含水液。各入口14和出口15与热交换器部件内形成的U型凹陷区13或空腔的各自由端连通。

在图1和2所示的实施例中，利用螺栓16或其它可折卸的紧固装置将一对这种热交换器部件夹持在一起。将多个板式珀尔帖元件17按WO 97／22486中描述的相同的方式夹在热交换器部件11和12的盖板之间。因此，图1和2所示的热交换器装置与在WO 97／22486中公开的热交换器装置大致相同，请参照该现有的国际申请的图2-6，不同之处在于，液体流动通道是以限定在热交换器装置10的各热交换器部件11和12内的方式构成的。

在本发明的热交换器装置中，多条从液体入口14延伸到出口15的共同延伸的流动通道18被限定在U型凹陷区13内，参见图7和8。共同延伸的流动通道18是由具有良好热导性的金属板(如铜板或铜的合金板)制成的独立的插件19、20所限定的。在图7和8中可明显看出，插件的断面可以是具有波峰21和波谷22的波纹形。如图7和8所示，各插件19、20的波峰21可分成横向偏移的顺次相连并具有间隔“d”的段，这样，可提高热交换器装置的效率。另外，也可采用其它种类的插件，如所谓的百叶窗式翅片板插件。

如图1所示，插件20的形状可以是直角三角形。在邻接的斜边23处，流动通道的方向转折两次90°，因此使流动方向反转。

在图1和2所示的实施例中，热交换器部件11可以是“热的热交换器”，其入口14和出口15可连接到汽车的散热器上(参照图9所示的方框图)。因而，热交换器部件12可以是“冷的热交换器”，它具有与驾驶室的空气冷却器相连的入口和出口，如图9所示。

在下面描述的本发明热交换器装置的另一个实施例中，与图1和2所示相同的零件和部件采用相同的标号。

图3和4表示一种改进的热交换器装置10，它比图1和2所示的装置更紧凑。图3和4所示的热交换器装置包括一个设置在中央部位的“冷”热交换器部件12和两个外部“热”热交换器部件11，将珀尔帖元件17夹在中央热交换器部件12和各外部热交换器部件11之间。热交换器部件11和12都分别具有一个空腔，同时插件的设置方式与图1和2中描述的方式基本相同，如图3所示。在各种布置中，珀尔帖元件17的冷侧与中央热交换器部件11接触，同时珀尔帖元件17的热侧与外部热交换器部件11接触。中央热交换器部件12的入口和出口连接到驾驶室空气冷却器上(图9)，两个热交换器部件11可与汽车散热器并联连接，但最好与汽车散热器串联连接。

在图4所示的实施例中，入口14和出口15沿相反的方向延伸。出于安装上的原因，最好使入口和出口只沿一个方向延伸。这可通过使中央热交换器部件12反向和稍微向外弯曲外部热交换器部件11的入口14和出口15来实现。另外，可通过用图6所示的热交换器部件来替换图4中所示的热交换器装置中的热交换器部件12来实现。外部热交换器部件11可以是图3中所示的类型，也可以是图5中所示的类型。如图6所示，增大液体入口14和15的横向间隔，以使入口和出口与热交换器部件11相反侧的流动通道连通。这可按上述方式将流动方向转折90 °来实现。

现已发现，与波纹插件19和20的几何尺寸相关的一最重要的参数是间隔“d”(如图7所示)，并且该最佳值为0．8-1．2mm，或约1mm。波纹或翅片插件19和20的高度和长度的重要性是很低的。增大高度不仅会导致传热面积的加大，而且会减小压力降。然而，该高度在例如4和12mm之间变化，而整个空调系统的总效率几乎不变。对这种现象的解释是：高度增加导致传热面积增大，这将会降低波纹表面的翅片效率，即使是较小的波纹，其效率值也几乎不会超过0．3，这是由于传热系数非常高(可高达约10000W／m2K)。出于实际上的原因，在热交换器部件内的空腔高度不应小于6-10mm。因此，将两层(图8)或多层插板相互堆叠在彼此的顶部是具有一定优越性的。如图8所示，插板最好以下述方式设置：上插板的波谷或波腹22与下插板的一对相邻波峰21接合，从而构成两层流动通道18。作为一个实例，六个珀尔帖元件可以并排设置，并夹在“冷”中央热交换器部件12和各外部“热”部件11之间。

应理解到，在本发明的保护范围内可对上述实施例进行各种改进和变换。本发明是对申请人在国际专利申请WO 97／22486公开的热交换器装置的一种改进，因此，该专利文献作为本申请的参考文献。

Claims (17)

1．一种用于空调系统的热交换器装置，所述热交换器装置包括一些热交换器部件，它们分别限定一条或多条载热流体通道；若干热电装置，它们并排地设置并夹在热交换器部件之间，以便与这些部件进行导热接触，

其特征在于，它还包括一个中央第一热交换器部件和一对外部第二热交换器部件，热电装置设置在各外部第二热交换器部件和中央第一热交换器部件之间，以使热从中央第一热交换器部件传递到各外部第二部件。

2．一种用于空调系统的热交换器装置，所述热交换器装置包括第一和第二热交换器部件，这些部件分别限定多条载热流体的流动通道；多个并排设置并夹在第一和第二热交换器部件之间的热电装置；

其特征在于，流动通道是利用由金属板制成并设置在热交换器部件所限定的空腔内的插板构成的。

3．按照权利要求2的热交换器装置，并且包括一个中央第一热交换器部件和一对第二热交换器部件，该热电装置设置在各外部第二热交换器部件与中央第一热交换器部件之间，使热能从中央第一热交换器部件传递到各外部第二部件。

4．按照权利要求1的热交换器装置，其中流动通道是利用由金属板制成并设置在热交换器部件所限定的空腔内的插板构成的。

5．按照权利要求2-4中的任何一项的热交换器装置，其中各插板的断面都为波纹形，流动通道沿波纹形的纵向延伸。

6．按照权利要求5的热交换器装置，其中每个波纹外形都被分成沿由其构成的流动通道的纵向延伸的一些波纹段，这些依次相连的波纹段是沿横向偏移的。

7．按照权利要求2-6中的任何一项的热交换器装置，其中在所述各空腔内将两块或多块插板一块块相互堆叠在彼此的顶部，从而限定出两层或多层的流动通道。

8．按照权利要求5-7中的任何一项的热交换器装置，其中一块波纹插板的一对横向相邻的波峰可与一块相邻波纹插板的波谷邻接，从而限定一条两层或多层的多条共同延伸的流动通道。

9．按照权利要求1-8中的任何一项的热交换器装置，其中至少一个热交换器部件包括位于热交换器部件的同一侧的一个载热流体的入口和一个载热流体的出口，该流动通道包括与入口连通的第一段、基本上与第一段共同延伸的第二段和连接该入口段和出口段的连接段。

10．按照权利要求1-9中的任何一项的热交换器装置，其中各热交换器部件的形状为，细长形，最好为矩形。

11．按照权利要求1-10中的任何一项的热交换器装置，其中各热交换器部件的形状为扁平的条形。

12．按照权利要求2-11中的任何一项的热交换器装置，其中至少一块热交换器部件包括一个具有侧表面的扁平的热交换器体，所述空腔由所述侧表面上的凹陷区或凹槽形成，盖部件覆盖并密封所述凹陷区或凹槽。

13．按照权利要求9-12中的任何一项的热交换器装置，其中流动通道的连接段基本呈直角地延伸到第一和第二段。

14．按照权利要求9-13中的任何一项的热交换器装置，其中所述入口和出口通过连接通道分别连接到所述第一和第二段，连接通道横向地延伸到基本沿与流动通道的入口和出口段相同的方向延伸的入口和出口。

15．按照权利要求9-14中的任何一项的热交换器装置，其中插板包括分别对应于第一段、第二段、连接流动通道段的插件，而且对应于入口和／或出口流动通道段的插件的邻接缘和对应于连接流动通道段的插件的邻接缘构成一个锐角，同时流动通道的方向由各自的流动通道段限定。

16．按照权利要求15的热交换器装置，其中所述邻接缘与各流动通道的方向互为余角，从而将流动通道的方向改变约90°角。

17．按照权利要求1-16中的任何一项的热交换器装置，该装置用于车辆驾驶室的空调系统。

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