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CN115176120A - 热交换器 - Google Patents

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CN115176120A
CN115176120A CN202180016817.6A CN202180016817A CN115176120A CN 115176120 A CN115176120 A CN 115176120A CN 202180016817 A CN202180016817 A CN 202180016817A CN 115176120 A CN115176120 A CN 115176120A
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CN
China
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manifold
stack
heat exchanger
tubes
fluid
Prior art date
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Pending
Application number
CN202180016817.6A
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English (en)
Inventor
M.奥古斯丁
M.贝尔佐夫斯基
T.斯特拉梅基
D.索斯特克
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Valeo Autosystemy Sp zoo
Original Assignee
Valeo Autosystemy Sp zoo
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Publication date
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Abstract

一种热交换器(1)，特别地用于机动车辆，包括：包括第一罐(2a)和第一集管(2b)的第一歧管(2)；包括第二罐(3a)和第二集管(3b)的第二歧管(3)；包括用于流体的入口Rin和出口Rout的连接块(7)，其中，连接块(7)与第一歧管(2)流体连接；形成在第一歧管(2)和第二歧管(3)之间布置的至少一个堆叠体的多个管(4)，管(4)包括接收在歧管(2、3)中的开口端，其中，第一歧管(2)和第二歧管(3)彼此流体连接，形成用于流体的初级通路(10)和次级通路(20)，其特征在于，初级通路(10)由位于堆叠体的末端的至少两个管(4)限定，次级通路(20)位于形成初级通路(10)的管(4)之间。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器，特别是用于机动车辆的热交换器。
背景技术
工业中通常使用的热交换器可以包括用于使芯部内的流体重新定向的装置，以便增加流体行进的距离，从而提高热交换器的整体性能。有时，流体在相邻区部之间传输，以避免复杂的解决方案。由于增加的压降和受限的包装，在热交换器的芯部内部形成多个通路经常是有问题的。由于压缩造成的机功耗增加，过大的压降也会以间接的方式影响性能。在热交换器具有由热交换管连接的两个歧管的情况下，会出现所谓的“死区”，其中热交换流体的流动受到限制。因此，在包括歧管的热交换器中提供均匀的流体分布是有问题的。
促进流通通过热交换器的流体的优化和均匀分布的已知解决方案之一是通过阻塞或限制歧管内的流体流动将热交换器分成多个区部。然而，目前已知的解决方案没有建议提供流体分布的均匀性，这通常对整个热交换器的效率有负面影响。有时，流体没有被均匀地输送到管中，这可能提示均匀性问题，尤其是在该区域。这尤其涉及从第一通路到第二通路传导流体的横截面小得多的情形，这可能导致显著的压降。
因此，希望提供一种提高效率并降低压降的热交换器。
发明内容
本发明的目的是一种特别用于机动车辆的热交换器，包括：
-第一歧管，包括第一罐和第一集管，
-第二歧管，包括第二罐和第二集管，
-连接块，包括用于流体的入口Rin和出口Rout，其中连接块与第一歧管流体连接，
-形成布置在第一歧管和第二歧管之间的至少一个堆叠体的多个管，这些管包括容纳在歧管中的开口端，
其中，第一歧管和第二歧管彼此流体连接，形成用于流体的初级通路和次级通路，其特征在于，初级通路由位于堆叠体的末端上的至少两个管限定，次级通路位于形成初级通路的管之间。
优选地，管被布置在包括第一堆叠方向的第一堆叠体中，第二堆叠体包括平行于第一堆叠方向的第二堆叠方向，其中，第二堆叠体在垂直于第一堆叠方向和第二堆叠方向的第三方向上与第一堆叠体间隔开。
优选地，位于第一堆叠体的末端的至少两个管与位于第二堆叠体的末端的至少两个管处于相同的高度。
优选地，第一堆叠体和第二堆叠体与第一歧管流体连接，以为流体提供至少一个U形转弯，其中U形转弯形成在第一堆叠体的至少一个管和第二堆叠体的相应管之间。
优选地，第一堆叠体包括管部分P1、P2和S1，其中管部分P1和管部分P2形成第一堆叠体内的初级通路，而管部分S1形成第一堆叠体的次级通路。
优选地，第二堆叠体包括次级管部分P3、P4和S2，其中管部分P3和管部分P4形成第二堆叠体的初级通路，管部分S2形成第二堆叠体的次级通路，其中管部分S2位于形成初级通路的管部分P3、P4之间。
优选地，第一歧管被分成入口通道和出口通道，其中入口通道与连接块的入口Rin和管的第一堆叠体的初级通路流体连接，出口通道与连接块的出口Rout和管的第二堆叠体的初级通路流体连接。
优选地，第一罐包括至少一个分隔部分，该分隔部分被构造成阻挡次级通路、入口通道和出口通道之间的流体连通。
优选地，管部分和管部分通过入口通道与入口Rin流体连接。
优选地，管部分P3和管部分P4通过出口通道与出口Rout流体连接。
优选地，管部分P1和管部分P2与第二歧管内的管部分P3和P4流体隔离。
优选地，管部分S1与管部分S2流体连接，以在第一歧管内形成至少一个U形转弯。
优选地，管部分S1适于在第二歧管内收集来自管部分P1和P2的流体。
优选地，管部分S2适于在第二歧管内在管部分P3和P4之间分配流体。
优选地，第一歧管包括至少一个隆起，所述隆起被配置成形成用于第一罐内部的流体的至少一个通道。
附图说明
参照附图，本发明的例子将会变得显而易见，并且被详细描述，在附图中：
图1示出了通过第一示例中的热交换器的流动布置，
图2示出了热交换器中流动布置的示意图，
图3示出了第二示例中的热交换器的分解图，
图4示出了第二示例中的第一歧管组件和第二歧管组件。
具体实施方式
本发明涉及热交换器，其中至少两种介质被引导通过预定路径以在彼此之间交换热量。本发明的主题具体涉及一种热交换器1，该热交换器1可以应用在机动车辆中，该机动车辆包括例如内燃机、电马达或这两种类型的组合。
热交换器可以用作例如空气冷却冷凝器(air cooled condenser，ACDS)、水冷却冷凝器(water cooled condenser，WCDS)、空气气体冷却器或冷却器(chiller)——用于冷却在冷却电动车辆中的电池时已经被加热的水和/或冷却流体的装置。
图1示出了可用于机动车辆的热交换器1。这种热交换器通常包括若干个关键元件，尤其是第一歧管2和第二歧管3。歧管2、3可以具有不同的形状和形式，但是最普通的歧管通常具有管状或矩形形状。根据热交换器1的类型，歧管2、3可以包括其他元件，例如入口Rin、出口Rout、集成连接块7、安装支架、所谓的跨接线、用于封闭歧管的盖、挡板等。此外，第一歧管2不必以与第二歧管3相同的方式构建，因为它们可以被优化以提高热交换器1的整体性能。可以具有不同类型的歧管2、3，其在本发明的以下实施例中公开，因此本发明不仅限于形成热交换器1的一种特定类型的子部件。
热交换器1还包括多个管4，这些管4形成部署在第一歧管2和第二歧管3之间的至少一个堆叠体。尽管根据热交换器1的类型，管4可以具有不同的形式和形状，但是所有类型的管4通常包括接收在歧管2、3中的开口端。第一歧管2通常包括多个槽，这些槽被构造成接收管4的一端，并且第二歧管3也包括多个槽，这些槽被构造成接收相应管4的另一开口端。这使得歧管2、3和管4之间能够流体连接。管4可以是挤出管、折叠管、包括微通道和由冲压板形成的流体通道的板的形式。
优化热交换器1效率的方法之一是迫使流体流经有组织的预定路径。流过热交换器的流体的路径可以被认为是在热交换器1的操作模式期间热交换器1的入口Rin和出口Rout之间的通路的总和。术语“通路”应被理解为表示一组或一个子组的管4，在这些管中流体在同一流向上遵循同一方向。在同一个通路的管4中，管4的开口端尤其位于两个相对的歧管2、3中。当从一个通路移动到另一个通路时，流体流通的流向可以颠倒。因此，可以延长流体通过热交换器1的路径。
热交换器1可以包括至少两个通路，其中初级通路10由位于特定堆叠体的末端的至少两个管4限定。换句话说，如果至少一个管4是特定堆叠体的顶部第一管，而另一个管4是同一堆叠体的底部管，并且在这些管4中，流体在同一流向上遵循同一方向，则这些管4形成初级通路10。至少一个次级通路20位于形成初级通路10的管4之间。
如图1所示，初级区部10的一部分位于入口Rin附近，其中箭头表示流动方向。在该示例中，初级通路10和次级通路20在一侧共享相同的第一歧管2，在另一侧共享第二歧管3。通过入口Rin进入热交换器1的流体通过第一歧管2分布在位于堆叠体顶部和底部的初级通路10上。第一歧管2的顶部部分可以通过例如跨接线与第一歧管2的底部部分流体连接，如图1所示。这允许流体在第一歧管2上均匀分布，并因此在初级通路10上均匀分布。流体沿着初级通路10行进，直到它到达第二歧管3，在第二歧管3中，其从其顶部部分和底部部分被收集，并且它进一步反向以流入次级通路20。热交换器1可以仅包括一个次级通路20，但是在本发明的其他实施例中，它可以包括两个或更多个次级通路20。接下来，流体被收集并被导向热交换器1的出口Rout。
图2示出了热交换器1中制冷剂流动布置的示意图，该热交换器1包括管4的第一堆叠体和第二堆叠体。
第一堆叠体由管部分P1、P2和S1形成，其中管部分P1和管部分P2形成第一堆叠体内的初级通路10，管部分S1形成第一堆叠体的次级通路20。类似地，第二堆叠体由次级管部分P3、P4和S2形成，其中管部分P3和管部分P4形成第二堆叠体的初级通路10，管部分S2形成第二堆叠体的次级通路20。
流体通过入口Rin进入热交换器1，然后同时通过管部分P1和管部分P2进入初级通路10。接下来，流体进入位于管部分P1和管部分P2之间的管部分S1，其中P1、P2和S1布置在第一堆叠体中。流体在第一堆叠体内、在管部分P1和管部分S1之间、以及在管部分P2和管部分S1之间进行U形转弯。接下来，流体流过第一堆叠体的管部分S1。流体在管部分S1和管部分S2之间进行U形转弯。要注意的是，U形转弯在第一堆叠体和第二堆叠体之间进行，但是在形成次级通路20的管4内进行。流体进一步流过管区部S2，并被分成两股流，其中一股流相对于管部分S2进行U形转弯，并流入管部分P3，另一股流也相对于管部分S2进行U形转弯，但它进入管部分P4。应当注意，U形转弯在第二区部20和第一区部10之间、在第二歧管3内进行。最后，流体被导向出口Rout，以便离开热交换器1。
图3示出了热交换器1的分解图，该热交换器1适于使用一种介质(例如R744制冷剂)冷却另一种介质(例如冷却剂)，其中两种介质都封装在一个装置中。这种类型的热交换器1涉及封装在一个壳体30内的两个流体回路。在这种类型的热交换器1中，由塑料壳体30界定的冷却剂流体通常流过并围绕封装在所述壳体30内的用于制冷剂的金属芯部。
热交换器1的制冷剂回路可以包括连接块7、第一歧管2、第二歧管3和多个位于其间的管4。
连接块7可以由一体材料块制成，例如轻质金属合金，如铝。连接块7的形状通常对应于位于壳体30上的开口31的形状，使得连接块7可以部分地从壳体30突出。优选地，连接块7基本上为矩形。此外，连接块7包括至少一个入口Rin和至少一个出口Rout，其中入口Rin被配置为将第一流体引入第一歧管2，出口Rout被配置为从第一歧管2收集第一流体。入口Rin和出口Rout，它们通常从连接块7的主体的顶部朝向第一歧管2穿过连接块7的主体。入口Rin和出口Rout可以具有圆形横截面。连接块7还可以包括凹口8，凹口8可以用于将连接块7紧密地连接到制冷剂回路。根据所需的连接类型，凹口8可以具有不同的形状。图2中所示的凹口8是连接块7材料中的切口，然而也可以设想适于将连接块7紧密连接到环路的其余部分的其他形状。
连接块7还可以包括适于接收密封装置(例如合成垫圈)的密封区域。密封区域可以是沿着连接块7的周边的切口形式。密封区域应该布置在位于壳体7上的开口31的附近，以提供流体密封连接。
如图3所示，管4在第一歧管2和第二歧管3之间布置。管4可以是板的形式，并且可以包括引入相应集管2b、3b的槽中的开口端。管4可以包括顶侧和底侧以及两个侧向侧，其中顶侧和底侧具有比侧向侧更大的表面。管4还可以包括平行于其顶侧和底侧的总体平面。管4可以布置成至少两个平行的堆叠体，每个堆叠体包括顶部末端管和底部末端管，其中顶部末端管和底部末端管布置在同一堆叠体的末端上以形成初级通路10。术语“平行堆叠体”应该被认为是并排平行布置的至少两个管4堆叠体的，使得顶侧和底侧彼此平行。
形成每个堆叠体的管4的开口端在一侧连接到第一歧管2，在另一侧连接到第二歧管。此外，每个堆叠体的管可以与散热部分9交错，散热部分9例如翅片、湍流器翅片等，其中堆叠体不共享同一组散热部分9。这允许相邻的堆叠体在材料上分离，从而在堆叠体之间产生间隙。散热部分9可以交错在形成堆叠体的所有管4之间。此外，管4可以包括允许形成成对的管4的弯曲端，其可以被引入相应的槽中。这使得能够减少管4和歧管2、3之间的连接区的量，这些连接区最容易泄漏。此外，它促进了管4和第一歧管2之间的冷却剂流体流动。替代地，管4可以是直的；然而，第一歧管2和第二歧管3中的槽的数量应该相应地增加。
第一歧管2和第二歧管3可以彼此流体配合，以便在热交换器1中提供初级通路10和次级通路20。
在本发明的基本实施例中，形成初级通路10的管4的总数等于形成次级通路20的管4的总数。这在通道10、20之间提供了适度均匀的流体分布。然而，形成初级通路10的管4的总数可以不同于形成次级通路20的管4的总数。例如，形成初级通路10的管4的数量可以大于形成至少一个次级通路20的管的数量。它使得能够在一些应用中进一步优化热交换器1的性能。
如前面段落所述，热交换器1可以包括不同类型的管4，这取决于其类型。如图2和3所示，歧管2、3在一个槽中接收一对管4，特别是两个都具有特定形状的管4。这有利于生产过程，提高了热交换器的效率，并且最重要的是，它降低了从最脆弱的区域、即管4和歧管2、3的槽之间的连接处泄漏的风险。
图4详细示出了形成歧管2、3的子部件。连接块7可以与第一歧管2流体连接，其中第一歧管2参与第一流体的分配和收集。流体由对应于连接器7中的入口Rin的入口通道21分配，并且由对应于连接器7的出口Rout的出口通道22收集。第一歧管2可以包括第一罐2a和第一集管2b，它们被配置成确定通向管4的流动路径。第一罐2a可以是包括用于流体的开口的整体材料块的形式，这使得连接块7和第一歧管2之间能够流体连通。自然地，第一罐2a在底部由例如端板2c封闭。第一罐2a与包括若干个子部件的第一集管2b流体连接。第一集管2b可以包括第一板，该第一板包括用于接收管4的槽，例如第一板的单个槽可以接收一对管4。替代地，槽被配置为仅接收一个管4，使得布置在第一板上的槽的数量等于管4的数量。第一集管2b与第一罐2a紧密连接，例如压接，以确保第一集管2b相对于第一罐2a的正确定位，并有利于在例如将一者焊接到另一者之后形成流体密封连接。此外，第一集管2b包括布置在第一板和第一罐2a之间的至少一个第二板。第二板可以包括至少一个开口，该开口构造成使得管4的相邻堆叠体之间能够流体连通。这使得第一歧管2内的次级通路20之间能够流体连通。
第一歧管2还可以包括至少一个隆起6，该隆起形成流体的入口通道21和出口通道22。隆起6的数量可以等于通道21、22的数量。
通道10、20可以由第一歧管2限定，第一歧管2包括位于第一罐2a上的至少一个分隔部分5。分隔部分5被配置成引导制冷剂流体通过第一集管2b进入形成初级通路10的期望的管4。分隔部分5可以阻挡第一罐2a的入口通道21和形成次级通路20的管4之间的流体连通。此外，初级罐2a被配置成收集流体并将其导向连接块7的出口Rout。初级集管2b不仅可以流体连接第一罐2a和形成初级通路10的管4，还可以流体连接形成管4的相邻堆叠体的次级通路20的管4。因此，第一歧管2为制冷剂流体提供了至少一个U形转弯。
分隔部分5可以是在第一罐2a中形成入口通道21和/或出口通道22的过程中剩余材料的形式。形成歧管的材料被部分去除，以在第一歧管2和通道10、20之一之间提供流体连通。因此，剩余的材料可以形成一个或多个分隔部分5。
第二歧管3可以包括第二罐3a和第二集管3b，其中第二歧管3起到制冷剂流体分配器的作用。换句话说，第二歧管3从管4的一部分接收流体，并将其转移到管4的另一部分。
第二集管3b可以包括至少一个第三板，该第三板包括用于接收管4的槽，例如第三板的单个槽可以接收一对管4。替代地，槽被配置为仅接收一个管4，使得布置在第三板上的槽的数量等于其中接收的管4的数量。如图4所示，第二集管包括两个第三板。
第二罐3a尤其包括盖板和至少一个第四板，该盖板基本上是平的并提供第二歧管3的封闭，该第四板构造成将第一流体从第二歧管3的顶部部分输送到第二歧管3的底部部分。产生第四板的一种方式可以是形成具有从其顶部部分延伸到底部部分的多个平行开口的板，这将提供与第二歧管3的子部件的流体连通。
第二集管3b与第二罐3a紧密连接，例如压接，以确保第二集管3b相对于第二罐3a的正确定位，并有助于在例如将一者焊接到另一者之后形成流体密封连接。
为了在管4和歧管2、3之间提供流体密封和刚性连接，每个管4的端部被引入到它们各自的歧管2、3中，使得它们完全穿透第一板和第三板，并且部分穿透第二板和第四板。
图4还包括初级通路10和次级通路20的示例性位置。特别地，初级通路10将流体连接到每个堆叠体的四个槽，其中两个位于集管2b和3b的顶部部分，另外两个位于集管2b和3b的底部部分。次级通路20由布置在形成初级通路10的槽之间的四个槽形成。
在一个示例中，位于每个堆叠体顶部的两个管4和位于每个堆叠体底部的两个管4可以固定(例如铜焊)有六个散热部分9，这些散热部分9交错在这些管4之间，而顶部和底部管4可以包括固定到堆叠体的周边端部的散热部分9。此外，位于堆叠体的中间的四个管4可以固定到五个内部散热部分9。上述特征确实特别适用于水冷却器(water chiller)热交换器，但是也可以设想其它类型的热交换器，因为它们遵循与水冷却器相同的原理。例如，空气冷却冷凝器和空气气体冷却器包括不参与流体流通的顶部管和底部管4，在水冷却冷凝器中，第一个和最后一个通路传导冷却剂以提高对高压的抵抗力，这意味着(例如)与其他通路相比，位于堆叠体顶部的管4和位于堆叠体底部的管4传导与第二介质具有更大热交换表面的制冷剂。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (15)

1.一种热交换器(1)，特别地用于机动车辆，包括：
-第一歧管(2)，包括第一罐(2a)和第一集管(2b)，
-第二歧管(3)，包括第二罐(3a)和第二集管(3b)，
-连接块(7)，包括用于流体的入口Rin和出口Rout，其中，所述连接块(7)与所述第一歧管(2)流体连接，
-多个管(4)，形成布置在所述第一歧管(2)和所述第二歧管(3)之间的至少一个堆叠体，所述管(4)包括接收在所述歧管(2、3)中的开口端，
其中，所述第一歧管(2)和所述第二歧管(3)彼此流体连接，形成用于流体的初级通路(10)和次级通路(20)，其特征在于，所述初级通路(10)由位于所述堆叠体的末端上的至少两个管(4)限定，所述次级通路(20)位于形成所述初级通路(10)的管(4)之间。
2.根据权利要求1所述的热交换器(1)，其中，所述管(4)布置在包括第一堆叠方向的第一堆叠体中，所述第二堆叠体包括平行于所述第一堆叠方向的第二堆叠方向，其中，所述第二堆叠体在垂直于所述第一堆叠方向和所述第二堆叠方向的第三方向上与所述第一堆叠体间隔开。
3.根据权利要求2所述的热交换器(1)，其中，位于所述第一堆叠体的末端上的至少两个管(4)与位于所述第二堆叠体的末端上的至少两个管(4)处于相同的高度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述第一堆叠体和所述第二堆叠体与所述第一歧管(2)流体连接，以为所述流体提供至少一个U形转弯，其中，所述U形转弯形成在所述第一堆叠体的至少一个管(4)和所述第二堆叠体的相应管(4)之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述第一堆叠体包括管部分(P1)、(P2)和(S1)，其中，管部分(P1)和管部分(P2)形成所述第一堆叠体内的初级通路(10)，管部分(S1)形成所述第一堆叠体的次级通路(20)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述第二堆叠体包括次级管部分(P3)、(P4)和(S2)，其中，管部分(P3)和管部分(P4)形成所述第二堆叠体的初级通路(10)，管部分(S2)形成所述第二堆叠体的次级通路(20)，其中，管部分(S2)位于形成所述初级通路(10)的管部分(P3)、(P4)之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述第一歧管(2)被分成入口通道(21)和出口通道(22)，其中，所述入口通道(21)与所述连接块(7)的入口Rin和所述管(4)的第一堆叠体的初级通路(10)流体连接，所述出口通道(22)与所述连接块(7)的出口Rout和所述管(4)的第二堆叠体的初级通路(10)流体连接。
8.根据权利要求7所述的热交换器(1)，其中，所述第一罐(2a)包括至少一个分隔部分(5)，所述分隔部分(5)被配置成阻挡所述次级通路(20)、入口通道(21)和出口通道(22)之间的流体连通。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，管部分(P1)和管部分(P2)通过所述入口通道(21)与所述入口Rin流体连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，管部分(P3)和管部分(P4)通过所述出口通道(22)与所述出口Rout流体连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，管部分(P1)和管部分(P2)与所述第二歧管(3)内的管部分(P3)和(P4)流体隔离。
12.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，管部分(S1)与管部分(S2)流体连接，以在所述第一歧管(2)内形成至少一个U形转弯。
13.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，管部分(S1)适于在所述第二歧管(2)内收集来自管部分(P1)和(P2)的流体。
14.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，管部分(S2)适于在所述第二歧管(3)内、在管部分(P3)和(P4)之间分配流体。
15.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器(1)，其中，所述第一歧管(2)包括至少一个隆起(6)，所述隆起被配置成形成用于所述第一罐(2a)内部的流体的至少一个通道(21、22)。
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