热交换器的制作方法

1.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：

2.为了减少对气候变化的影响，并且为了满足用于移动hvac和制冷系统中的车辆制冷剂的co2排放标准，已经引入了诸如r744(二氧化碳或co2)的新制冷剂。
3.先前的制冷系统包括例如具有与r134a相似特性的r1234yf制冷剂。然而，它的全球变暖潜力或gwp只有4，而不是1430。制冷剂r744的gwp值被赋予为1，并用作参考气体。
4.伴随着混合动力车辆(例如phev)和纯电动车辆(例如ev)的发展，对于冷却电子设备和电池的兴趣持续增加。结果，新的装置被开发出来。这种装置的一个例子是水冷却器(water chiller)。
5.水冷却器是一种紧凑的热交换器，利用车辆制冷系统中使用的一种介质(例如r744)来冷却另一种介质(例如水、冷却剂)，该另一种介质用于冷却混合动力或电动车辆中的电池或电子设备。因此，水冷却器必须承受流经制冷回路的制冷剂的高压。为此，制冷剂回路的金属芯部被封装在冷却剂回路的合成外壳内。负责冷却剂流动的回路通常被引导形成至少两个通道，以便在保持热交换器高效率的同时改善封装。为了使冷却剂流体能够多于一次地通过，可以使用挡板。
6.挡板引导冷却剂流体形成u形转弯，从而冲洗制冷剂回路的负责其冷却的元件，例如管、板等。然而，挡板使得冷却剂流体能够利用全部可用容积通过，这可能导致通道之间的不受控制和不平衡的流动。因此，冷却剂流体可能绕过例如制冷剂回路芯部的中间部段。这种现象可导致这些区域中的冷却剂的不平衡流动，这致使降低的冷却器性能。
7.因此，希望提供将冷却剂流体引向制冷剂芯的中间部段的装置，以提供均匀的冷却剂分布，这将得到提高的冷却器热性能。此外，期望限制冷却剂在冲洗制冷剂芯的特定部段中的流动，并促进其在期望部段(例如制冷剂核心的中间部段)中的流动以进一步优化热交换器的热性能。本发明应该便宜、易于制造，并且优选地不需要加工新的工具。


技术实现要素：

8.本发明的目的是一种热交换器，特别是用于机动车辆的热交换器，包括：用于第一流体的第一导管，包括第一歧管、第二歧管、和布置成至少两个平行的堆叠体的多个管，所述多个管具有第一终端管和与第一终端管相对的第二终端管，所述管与第一歧管和第二歧管流体连接以为第一流体提供至少一个u形转弯；用于第二流体的第二导管，包括被布置成至少部分地封装第一导管的外壳主体，其中，第二导管与第一导管流体隔离；以及布置在管的堆叠体和歧管之间的挡板，所述挡板使得第二流体能够在第一歧管附近u形转弯，其特征在于，挡板包括朝向第一歧管突出的第一限制构件，该第一限制构件被配置成在堆叠体的第一终端管道的水平处部分地限制第二流体的u形转弯。
9.优选地，挡板包括朝向第一歧管突出的第二限制构件，该第二限制构件被配置成
在堆叠体的第二终端管的水平处部分地限制第二流体的u形转弯。
10.优选地，限制构件基本上是矩形的。
11.优选地，第一限制构件从第一终端管朝向外壳主体的顶部部分延伸。
12.优选地，第一限制构件使得第二流体能够沿着外壳主体的顶部部分通过。
13.优选地，第二限制构件从第二终端管朝向外壳主体的底部部分延伸。
14.优选地，挡板包括至少一个第三限制构件，该第三限制构件被配置为至少部分地将第二流体的u形转弯限制在第一终端管和第二终端管之间的选定水平处。
15.优选地，第一限制构件使得第二流体能够在其终端和第一歧管之间通过。
16.优选地，第二限制构件使得第二流体能够在其终端和第一歧管之间通过。
17.优选地，限制构件被配置为限制第二流体在终端管和至少一个连续的管的水平处的u形转弯。
18.优选地，限制构件朝着连续的管的方向倾斜，使得第二流体的u形转弯逐渐增加。
19.优选地，限制构件为从终端管的水平朝向管的中心部段的水平倾斜的基本三角形壁的形式。
20.优选地，挡板包括布置在第一终端管和第二终端管之间的弹簧构件，其中弹簧构件与第一歧管相互作用，使得挡板在其纵向方向上固定不动。
21.优选地，挡板包括布置在面向u形转弯的边缘上的至少一个凹进部分。
22.优选地，热交换环路，特别是用于机动车辆电池热管理系统的热交换环路，包括所述热交换器。
附图说明
23.参考附图，本发明的示例将变得显而易见并被详细描述，在附图中：
24.图1示出了热交换器组件的透视图。
25.图2示出了第一导管的部分横截面的透视图。
26.图3示出了热交换器组件的横截面。
27.图4示出了一个实施例中的第一示例性挡板。
28.图5示出了一个实施例中的第二示例性挡板。
29.图6示出了一个实施例中的第三示例性挡板。
30.图7示出了一个实施例中的第四示例性挡板。
具体实施方式
31.本发明涉及一种热交换器，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应用在机动车辆中的热交换器1，该机动车辆包括例如内燃机、电马达或这两种类型的组合。
32.本发明包括热交换器1，该热交换器1可以用于例如冷却已经在冷却电动车辆中的电池时被加热的水和/或冷却剂流体。适于冷却冷却剂流体的介质可以是例如r744制冷剂。本发明的主题将在后续段落中详细描述。
33.图1示出了热交换器1的透视图，该热交换器1可以被构造成在包括第一流体的第一导管10和包括第二流体的第二导管20之间传递热量，其中第一流体可以具有与第二流体
不同的特性，例如第一流体的压力高于第二流体。
34.第二导管20尤其包括外壳主体21，外壳主体21包括用于第二流体的至少一个入口22和至少一个出口23，其中入口22被配置为将第二流体引入第二导管20，出口23被配置为从第二导管20收集第二流体。用于第二流体的入口22和出口23通常包括从外壳主体21突出的通道，以实现从外壳主体21的顶部部分到底部部分的均匀第二流体分布。如图1所示，入口22和出口22相对于通道平行布置，并且它们共用公共主轴线，然而，也可以设想入口22和/或出口23的其他位置。例如，入口22可以替代地位于外壳主体21的侧面。换句话说，入口22的主轴线可以相对于通道的主轴线垂直地布置，其中，通道仍然被配置实现从外壳主体21的顶部部分到底部部分的均匀第二流体分布。替代地，入口22的主轴线可以相对于通道的主轴线成角度地布置，其中，通道仍然被配置成实现从外壳主体21的顶部到底部的均匀第二流体分布。
35.此外，外壳主体21可以由两个元件组装而成，即外壳罐21a和外壳板21b。
36.外壳罐21a可以是基本矩形容器的形式，但是也可以设想类似的形状，例如立方形。术语“基本上为矩形”意味着可以区分外壳罐21a的两个长侧和两个短侧，它们不一定是平的，即它们可以包括加强部分、开口、空腔等。外壳罐21a可以包括开口24，该开口24被配置成使得第一导管10的子部件(例如连接块11)能够从外壳主体21突出。外壳罐21a可以包括至少一个圆形壁，该圆形壁通常是较短的壁之一。外壳罐21a还可以包括一个用于接收外壳板21b的开口端。加强突起可以从外壳罐21a向外突出，形成例如如图1所示的立方体镶嵌。这允许使用合成材料，例如塑料，来制造外壳主体21。因此，有利于减轻重量和控制生产成本。然而，外壳罐21a可以由金属材料制成，比如轻质金属合金，例如铝。
37.外壳罐21a通常与外壳板21b组装在一起。外壳板21b的形状通常对应于位于外壳罐21a上的开口端的形状。外壳板21b通常包括位于其内部面上的加强元件，以在其外部面上提供适于将热交换器1固定到例如车身上的平坦表面。外壳板21b还可以包括固定点，用于将热交换器1固定在期望的位置，使用例如螺栓或螺钉进行固定。外壳板21b还包括垂直地朝向外壳罐21a延伸的凸缘，其中凸缘的形状对应于外壳罐21a的开口端的形状，从而便于固定外壳主体21。
38.图2示出了第一导管10组件的透视图。第一导管10可以包括连接块11、第一歧管13a、第二歧管13b和多个管12。组装在第一导管10中的子部件可以适于传输第一流体。
39.连接块11可以由单一材料块制成，例如轻质金属合金，如铝。连接块11的形状通常对应于位于外壳主体21上的开口24的形状，使得连接块11可以部分地从外壳主体11突出。优选地，连接块11基本上为矩形。此外，连接块11包括至少一个入口11a和至少一个出口11b，其中，入口11a被配置为将第一流体引入第一导管10，出口11b被配置为接收来自第一导管10的第一流体。图2示出了入口11a和出口11b，它们通常从连接块11的顶部部分朝向第一导管10的其余子部件穿过连接块11的主体。入口11a和出口11b可以具有圆形横截面。连接块11还可以包括凹口14，凹口14可以用于将连接块11紧密地连接到第一流体环路。根据所需的连接类型，凹口14可以具有不同的形状。图2中所示的凹口14基本上是连接块11材料中的切口，然而也可以设想适于将连接块11紧密连接到环路的其余部分的其它形状。凹口14不排除将连接块11连接到制冷剂环路的其他子部件的其它器件的存在，例如螺栓、螺钉等。
40.连接块11还可以包括适于接收密封器件(例如合成垫圈)的密封区域。密封区域可以是沿着连接块11周边的切口形式。密封区域应该布置在位于外壳主体11上的开口24附近，以提供第二导管20和环境之间的流体密封连接。
41.连接器块11通常与第一歧管13a流体连接，其中第一歧管13a参与第一流体的分配和收集。在其最简单的形式中，第一歧管13a通常可以包括第一罐和第一集管，它们被配置成确定通过第一导管10的流动路径。第一罐通常可以是包括用于流体的开口的单一材料块的形式，其中第一罐在顶部具有至少两个开口，以实现连接块11和第一歧管13a之间的流体连通。自然地，第一罐在底部由例如端板封闭。第一罐与包括多个子部件的第一集管流体连接。第一集管通常包括第一板，该第一板包括用于接收至少一半数量的管12的槽，即第一板的单个槽可以接收一对管12。替代地，槽被配置为仅接收一个管12，使得布置在第一板上的槽的数量等于管12的数量。第一集管与第一罐紧密连接，例如压接，以确保第一集管相对于第一罐的正确定位，并有利于在例如将第一集管和第一罐中的一个钎焊到另一个之后形成流体密封连接。此外，第一集管包括布置在第一板和第一歧管之间的至少一个第二板。第二板可以包括开口，所述开口被配置为建立第一流体的通道并引导其流动。根据第一罐和第一集管的形状，第一导管10可以包括简单的u形流动路径，然而，阻塞第一罐中的部分通道并打开第一集管中的相应通道可以实现用于第一流体的更先进的流动路径。
42.第二歧管13b包括第二罐和第二集管，其中第二歧管13b起到第一流体分配器的作用，并且不参与引入和/或收集第一流体。换句话说，第二歧管接收来自管12的第一部分的第一流体，并将其传送到管12的另一部分。然而，也可以设想第二歧管的不同构造。第二集管通常包括第三板，该第三板包括用于接收至少一半数量的管12的槽，即第二板的单个槽可以接收一对管12。替代地，槽被配置为仅接收一个管12，使得布置在第二板上的槽的数量等于接收在其中的管12的数量。第二罐尤其包括盖板和至少一个第四板，该盖板基本平坦并提供对第二歧管13b的封闭，该第四板被配置为将第一流体从第二歧管13b的顶部部分输送到底部部分。产生第四板的方法之一可以是形成具有多个平行开口的板，这些平行开口提供与第二集管的子部件的流体连通。此外，第二集管还可以包括布置在第四板和第二集管之间的至少一个第五板。第五板可以包括开口，所述开口被配置为建立第一流体的通道，该通道使得第二集管和第二罐之间能够流体连通。第二集管与第二罐紧密连接，例如压接，以确保第一集管相对于第一罐的正确定位，并且有助于在例如将第二集管和第二罐中的一个钎焊到另一个之后形成流体密封连接。
43.第一导管10还包括多个管12。管12通常布置在第一歧管13a和第二歧管13b之间，以提供它们的流体连通。管12可以是包括两个长边和两个短边的板的形式，其中短边通常包括被引入相应集管的槽中的开口端。基于管12的形式，可以容易地区分其总平面。管12可以布置成至少两个平行的堆叠体，每个堆叠体包括第一终端管12a和与第一终端管12a相对的第二终端管12b。术语“平行的堆叠体”应该被认为是平行对齐的至少两个堆叠体，其中形成一个堆叠体的管12的长边面对形成相邻堆叠体的管12的长边。此外，每个堆叠体可以与耗散部分12c交错，耗散部分12c例如翅片、湍流器翅片等，其中堆叠体不共享同一组耗散部分12c。这允许相邻的堆叠体在材料上分离，使得在堆叠体之间产生间隙。耗散部分12c可以交错在形成堆叠体的所有管12之间。此外，管12可以包括弯曲的端部，所述弯曲的端部允许形成可以被引入到相应的槽中的成对的管12。这使得能够减少管12和歧管13a、13b之间的
连接面积的量，这些连接面积最容易泄漏。此外，它有利于管12之间和第一歧管13a附近的第二流体流动。替代地，管12可以是直的，然而第一歧管13a和第二歧管13b中的槽的数量应该相应地增加。为了在管12和歧管13a、13b之间提供流体密封和刚性连接，每个管12的端部被引入到它们各自的歧管13a、13b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五板。
44.如图2所示，挡板30可被布置在管12的相邻堆叠体之间并与其垂直。应该考虑到这样的事实，为了清楚起见，已经省略了一些数量的管12和耗散部分12c。这使得能够清楚地显示挡板30的位置。
45.挡板30不直接安排第一流体通过第一导管10的流动，但是它使得第一导管10和第二导管20在热交换方面能够流体协作。换句话说，挡板30引导第二导管20的第二流体，以最大化与第一导管10的第一流体的热交换。挡板30将在接下来的段落中进一步讨论。
46.图3示出了热交换器1组件的横截面图。必须考虑这样的事实，为了清楚起见，管12已经被完全省略，但是它们不应该被认为是不存在的。组件包括第一导管10、第二导管20和挡板30，挡板30使得第一导管10和第二导管20之间在热交换方面能够流体协作。
47.外壳主体11封装第一导管10和挡板30，并且它界定第二导管20中的第二流体的流动。
48.挡板30将通过入口22进入外壳主体21的第二流体导向第一歧管13a，从而形成用于第二流体的第一通路，并且第二流体可以冲洗管12的至少一个堆叠体。换句话说，挡板30可以布置在管12的堆叠体和歧管13a、13b之间，使得第二流体能够在第一歧管13a附近u形转弯。此后，第二流体通过未被挡板30占据的管12的堆叠体之间的区域。这允许第二流体进入第二通路，在本发明的基本实施例中，第二通路将第二流体引向出口23。类似于第一通路，第二流体可以冲洗管12的至少一个堆叠体。挡板30通常包括至少一个靠在第一歧管13a上的弹簧构件33，使得挡板被推向第二歧管13b。这有助于挡板30正确地嵌入第一歧管13a和第二歧管13b之间。
49.第一导管10和第二导管20都可以包括多于两个的用于各自流体的通道。例如，热交换器1可以包括两个挡板30，这两个挡板30将确定用于第二流体的至少三个通道和用于第一流体的管12的至少三个堆叠体的存在。因此，也可以设想热交换器包括奇数或偶数个挡板30的实施例。
50.为了提高热交换器1的整体效率，第二流体通常以与第一流体经过被包括在热交换器1内的所有通道而流过第一导管10相反的方向流过第二导管20。替代地，第二流体可以与第一流体经过被包括在热交换器1内的所有通道而流过第一导管10相同的方向流过第二导管20，然而这可能对其效率产生负面影响。
51.第二导管20通常利用外壳罐21a的内部面和外壳板21b的内部面之间的整个可用空间来执行u形转弯。这促进了第二流体沿着外壳罐21a的上壁和外壳板21b流动。因此，这可导致第二流体在第二导管20的中心部段中的受限流动。
52.图4示出了减轻上述现象的手段。挡板30可以包括朝向第一歧管13a突出的第一限制构件31a，该第一限制构件31a被配置成在堆叠体的第一终端管12a的水平处部分地限制第二流体的u形转弯。理想地，这会将第二流体朝向管12的中心部段引导。管12的中心部段应该被认为是管12的一部分，该部分相对居中地布置在每个堆叠体的第一终端管12a和第
二终端管12b之间。第一限制构件31a没有完全关闭第二流体的通路，它使得第二流体能够沿着外壳主体21的顶部部分通过。
53.第一限制构件31a通常从第一终端管12a朝向外壳主体21的顶部部分延伸，以便在外壳罐21a的内部面或连接块11(如果应用的话)附近形成通路。这使得能够限制第二流体的冲洗第一终端管12a的顶部部分的流动，并将其导向管12的中心部分。第一限制构件31a通常从第一终端管12a朝向外壳主体21的顶部部分延伸至少两个第一终端管12a的高度。
54.此外，第一限制构件31a使得第二流体能够在其终端端部和第一歧管13a之间通过。由于在第一歧管13a的壁和第一限制构件31a的面向第一歧管13a的终端壁之间没有接触，所以第二流体可以在这些元件之间通过，使得第一限制构件31a不会完全阻塞第二流体在第一歧管13a附近的通路。
55.替代地，挡板30可以包括朝向第一歧管13a突出的第二限制构件31b，该第二限制构件31b被配置成在堆叠体的第二终端管12b的水平处部分地限制第二流体的u形转弯。理想地，这会将第二流体朝向管12的中心部段引导。第二限制构件31b没有完全关闭第二流体的通路，它使得第二流体能够沿着外壳主体21的底部部分通过。
56.第二限制构件31b通常从第二终端管12b朝向外壳主体21的底部部分延伸，从而在外壳板21b的内表面附近形成通路。这使得能够限制第二终端管12b的第二流体的流动。第二限制构件31b通常从第二终端管12b朝向外壳主体21的底部部分延伸至少两个第二终端管12b的高度。
57.此外，第二限制构件31b使得第二流体能够在其终端端部和第一歧管13a之间通过。由于在第一歧管13a的壁和第二限制构件31a的面向第一歧管13a的终端壁之间没有接触，所以第二流体可以在这些元件之间通过，使得第二限制构件31b不会完全阻塞第二流体在第一歧管13a附近的通路。
58.在本发明的优选实施例中，挡板30可以包括第一限制构件31a和第二限制构件31b。成对的限制构件31a、31b具有第一限制构件31a和第二限制构件31b的附加特性，使得它们与第二导管20的第二流体流体协作。换句话说，限制构件31a、31b部分地限制由挡板30形成的u形转弯附近的第二流体的流动，以将更大量的第二流体引向每个堆叠体的管12的中心部段。这使得能够最大化热交换器1的总效率，因为在热交换区域上方和下方绕过管12现在受到限制。因此，可以优化能够与第一流体交换热量的第二流体的量。
59.上述实施例可以被进一步修改以优化第一导管10和第二导管20之间的热交换。这种修改的示例在接下来的段落中描述。
60.图5示出了包括第一限制构件31a的挡板30，该第一限制构件31a形成朝向外壳板21b延伸的基本上矩形的壁，该壁被配置成限制第二流体在第一终端管12a和至少一个连续的管(consecutive tube)12的水平处的u形转弯。
61.类似于前面的段落，挡板30可以进一步包括第二限制构件31b，该第二限制构件31b形成朝向外壳罐21a延伸的基本上矩形的壁，该壁被配置成限制第二流体在第二终端管12b和至少一个连续的管12的水平处的u形转弯。
62.图6示出了挡板30，其包括第一限制构件31a，该第一限制构件31a形成从第一终端管12a的水平朝向管12的中心部段的水平倾斜的基本三角形的壁。
63.类似于前面的段落，挡板30还可以包括第一限制构件31a，该第一限制构件31a形
成从第一终端管12a的水平朝向管12的中心部段的高度倾斜的基本三角形的壁。这使得能够逐渐增加通过u形转弯的第二流体的流动，以进一步优化第二导管20中的流动。
64.图7示出了包括至少一个第三限制构件31c的挡板30，该第三限制构件31c被配置成至少部分地将第二流体的u形转弯限制在第一终端管12a和第二终端管12b之间的选定水平处。第三限制构件31c可以具有与第一限制构件31a或第二限制构件31b类似的形状，然而，它朝向第一歧管13a延伸的程度不需要与例如第一限制构件31a延伸的程度相同。第三限制构件31c可以与第一限制构件31a、第二限制构件31b或与第一和第二限制构件31a、31b两者一起布置在挡板30上。第三限制构件31c使得能够选择性地优化u形转弯中未被第一限制构件31a和/或第二限制构件31b覆盖的区域中的第二流体流。在一个实施例中，挡板30可以包括形成梳状结构的多个第三限制构件31c。
65.挡板30还可以包括至少一个凹进部分34，该凹进部分34布置在面对u形转弯的边缘上、在第一限制构件31a和第二限制构件31b之间。凹进部分可以增加用于第二流体执行u形转弯的可用面积。
66.第一限制构件31a、第二限制构件31b和第三限制构件31c通常在材料上与挡板30成一体。包括本发明所有可能实施例的挡板30可以通过加工材料来实现，例如切割、冲压、激光切割、水喷射等。
67.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引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。