用於冷卻迴路的蒸發器的製作方法

2023-05-21 20:47:31

專利名稱：用於冷卻迴路的蒸發器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的用於冷卻迴路的蒸發器，特別用於機動車，以及一種用於操作該蒸發器的方法。背影技術公知的，冷卻介質流通過冷卻迴路的蒸發器來進行調節，例如藉助於熱力膨脹閥， 從而使在蒸發器的出口側、也就是在冷卻迴路的壓縮器的吸入側確保實現冷卻介質的過熱。由此導致冷卻效率(KUhlleistimg)在整個蒸發器上的分布不均勻。在用於調節空氣的蒸發器上，這一點通常是不希望發生的，而且當需要冷卻熱源至特定的程度時，保持一個優選的溫度範圍是特別重要的。

發明內容
本發明所針對的問題在於提供一種用於冷卻迴路的蒸發器，由此確保具有特別均勻的冷卻效率的限定區域。根據本發明，上述問題的解決是通過具有權利要求1的特定技術特徵的開始所述的蒸發器來實現。由於熱量以限定的方式從入口側的冷卻介質流傳遞到流出的冷卻介質流上，交換器使得從蒸發器區域流出的冷卻介質過熱。這樣可能特別實現了，冷卻介質在沒有過熱、或僅稍微過熱的情況下流經蒸發器區域。由此，冷卻介質還可以存在於作為溼蒸汽階段的整個蒸發器區域中，並因而實現蒸發器區域的完整且均勻的冷卻。根據本發明的冷卻介質可被理解為任何適宜的操作冷卻迴路的介質，特別是除了慣用的諸如為和C02 的冷卻介質之外。根據本發明的第一膨脹設備可被理解為任何適宜的膨脹設備，諸如為固定節流閥、熱力膨脹閥(TXV)或者還有電控膨脹閥。因為第一膨脹設備設置在交換器的上遊，所以交換器還可以看作是冷卻迴路的內部的低壓換熱器。因此，本發明的蒸發器包括主要與外部空間進行熱交換的蒸發器區域以及主要產生內部熱交換的交換器。在本發明的一個優選實施例中，在交換器和蒸發器區域之間的入口側設有第二膨脹設備。由此，設置在換熱器區域上遊的交換器的入口側部分能夠特別有效地將熱焓量傳遞到出口側的冷卻介質流上。為了簡化設計，該第二膨脹設備優選指的是固定節流閥，該固定節流閥的尺寸據此選定。根據實際需要，或者作為第一膨脹設備的可調節設計的一種選擇，或者除了該第一膨脹設備的可調節設計之外，該第二膨脹設備還可以設計成是可調節的。在一個特別優選的實施例中，第一膨脹設備形成為蒸發器和交換器通到其餘冷卻迴路的唯一接口，其中該第一膨脹設備特別是熱力膨脹閥。在通常優選的實施例中，在正常工作狀態下的第一冷卻介質在蒸發器區域中基本上沒有產生過熱，其中，在蒸發器區域的出口側的交換器中產生過熱。由此，使整個蒸發器區域實現基本上均勻的冷卻效率，並且特別在該蒸發器區域中不存在由於膨脹過程中出現的載荷而造成的過熱區域。優選地以簡單的方式，使交換器形成為特別是由平行通道組成的區段，其中，至少一個流入通道與至少一個返回通道經由間隔管壁而形成熱交換。在此，通道的數量和長度根據所要求的交換器的效率以及所提供的安裝空間來確定。在特別優選的具體實施例中， 流入通道和返回通道大體上呈螺旋形延伸。由此可以實現一個結構緊湊的交換器。根據本發明，螺旋形結構可以被理解為呈圓形、橢圓形、多邊形或其他螺旋形式的結構。為了集成化組件和最小化安裝空間，在一個優選的實施例中，至少使蒸發器區域和交換器形成為結構集成單元。根據實際需要，蒸發器區域和交換器當然還可以形成為結構分立單元，但是這些單元不一定安裝在不同的位置上，特別的，並且這些單元經由冷卻介質通道而彼此連接。在本發明的一個可行的實施例中，蒸發器區域形成為有空氣流通的、用以調節氣流的空調蒸發器，特別形成為扁管蒸發器。在本發明的一個特別優選的實施例中，蒸發器形成為散熱體，用於冷卻與該散熱體導熱連接的元件。在該蒸發器區域中滿足了對於所有元件的均勻冷卻的通常特別高的要求。文獻EP 1 835 251 Al公開了這種蒸發器區域的空間結構的一個示例，其中，散熱體具有平面式板式結構，該板式結構在其上設有耙狀的固定部，用以固定圓柱形儲能電池。本發明所包括的形成為散熱體的蒸發器區域的結構形式並不局限於該示例。例如，散熱體還可以被設計為用於冷卻平板電池(「咖啡袋(Coffee-Bags)」)或稜柱電池，或者設計為摺疊的散熱體或類似結構。因此，在一個優選的具體實施例中，所述元件為電能存儲器、特別為鋰離子儲能電池。鋰離子儲能電池由於其大功率密度而需要較高的散熱效率，使得必須遵守給定的溫度範圍的較高需求來確保其功能性，操作可靠性和使用壽命。在一個可行的具體實施例中，在交換器上熱連接至少一個其他熱源，特別熱連接有工業電能(Leistungselektronik)。在一個這樣的實施例中，交換器僅部分視為冷卻迴路的內部換熱器，並且還實現了與外部區域的熱傳遞，其中，引進的熱量額外確保實現了交換器中的冷卻介質的過熱。可替換地，交換器還可以設計成與外部區沒有熱交換，或者使交換器僅作為內部換熱器。在一個優選的、成本低廉的且簡單的實施例中，散熱體至少在蒸發器區域中以板式三明治式的構造方式構成。例如，文獻DE 195 28 116 B4提供了板式蒸發器的這樣一種構造方式，其中，將多層具有貫穿孔的、特別經焊接噴漆的板材呈三明治結構相互疊置在一起，從而構成用於冷卻介質的通道。在此，還特別優選地，交換器也以板式三明治式的構造方式構成，特別與蒸發器區域共同作為結構單元。對此，本發明所針對的問題的解決還通過具有權利要求15的技術特徵的根據本發明的蒸發器的操作方法來實現。通過調節來避免在蒸發器區域中產生過熱，從而確保實現特別均勻的冷卻。本發明的其他優點和技術特徵在以下的實施例中以及從屬權利要求中給出。


接下來，對廢氣循環冷卻器的多個優選實施例進行說明，並且結合附圖進行詳細闡述。圖1示出了本發明的第一實施例的示意圖2示出了具有本發明的蒸發器的冷卻迴路的壓力-熱焓曲線圖；圖3示出了交換器的可行構造形式的多個截面圖A-E ；圖4示出了本發明的第二實施例的示意圖；圖5示出了本發明的第三實施例的示意圖；圖6示出了交換器的可行構造形式的示意圖。
具體實施例方式圖1所示的蒸發器包括蒸發器區域1和與該蒸發器區域連接的交換器2。蒸發器 1形成為扁管蒸發器，用於對車廂的空氣L進行調節。為了優化效率以及改善均勻性，在此將蒸發器區域分成六塊，冷卻介質K依次流經這六塊區域。因此，蒸發器區域形成為與外界區域熱連接的換熱器，其中，交換器主要形成為內部的換熱器。熱力膨脹閥3作為第一膨脹設備設置在交換器2上遊，其中，冷卻介質流的流入受到熱力膨脹閥3的調節。由蒸發器流出的冷卻介質流同樣流經該膨脹閥，並根據流出的介質流的壓力和溫度進行調節。以這種方式，持續確保流出的介質流的過熱，該介質流接下來從吸入側流進到冷卻迴路的壓縮器中。在交換器2和蒸發器區域1之間的蒸發器區域1的入口側，設有一個第二膨脹設備4，該第二膨脹設備為固定節流閥。由此實現了，流入的冷卻介質流在交換器的區域內僅部分膨脹，其中，在該區域中，將足夠用於過熱的熱量傳遞到流出的介質流上。在此，在整個蒸發器區域1中，於對應的調節過程中，可以不具有過熱的冷卻介質，也就是沒有溼蒸汽。在一個簡單的實施例中，交換器可以採用平行的流入和返回通道加、213，這種通道經由管壁2c而形成熱接觸。圖3示出了這種設置的各種適宜的變換方案。特別地，實施例 A、C、D和E可以形成為擠壓型材，該擠壓型材包括兩個通道h、2b。實施例B由兩個同心管道構成，在這兩個同心管的端部上設有對應的冷卻介質的導引件(未示出)。在這種情況下，返回通道的液壓截面大於流入通道的液壓截面，從而計算蒸發器1、2中的膨脹。交換器2例如可以形成為多通道的管道區段，這樣的管道區段與扁管蒸發器3形成為結構集成單元。特別地，還可以在該單元上設置膨脹閥3。膨脹閥3的埠以公知的方式成為蒸發器1、2通到其餘冷卻迴路的唯一接口。圖2所示的冷卻介質的曲線依次經由以下過程-壓縮過程A；-在冷凝器中近等壓的冷卻過程B；-經由膨脹閥3的第一次等焓膨脹C；-在交換器的流入部分中近等壓的熱焓放出過程D；-經由固定節流閥4的第二次近等壓膨脹E；-在蒸發器區域1中近等壓的熱焓吸收過程F；以及-在交換器2的流出部分中過熱過程G。此外，在圖2的狀態曲線圖中還示出了冷卻介質的狀態曲線。區域F和G通過狀態曲線的切割而相互界定。這表明，正好在蒸發器區域1過渡到交換器2上時開始過熱過程。因此，例如對於冷卻介質典型的工作點是
經過第一膨脹設備3之後，也就是由C過渡到D，6bar, 20°C ；經由交換器的流入側，也就是由D過渡到E，6bar，10°C ；經由交換器2的流入側，也就是由D過渡到E，6bar, 10°C ；在蒸發器區域1中，也就是從區域F過渡到Gdbar，0°C ；經由交換器2的流出側，也就是由G過渡到A，3bar, 10°C。圖4的第二實施例與第一實施例的區別僅在於組成結構，特別是指蒸發器區域1 的組成結構，但是它們的功能(參見圖2)都是相同的。在此，蒸發器區域1形成為板式散熱體，在該板式散熱體上導熱地安裝待散熱元件(未示出)，該待散熱元件為鋰離子儲能電池。文獻EP 1 835 251 Al公開了這種形成為散熱體的蒸發器具體結構的一個實施例。對此，在具體的實施例中，散熱體是由焊塗層板或彼此疊置層板組成的三明治式板的構造方式，其中，冷卻介質通道經由在板上預先衝壓的貫穿孔而成型。然後在焊爐中將板坯平面式相互焊接在一起。文獻DE 195 28 116 B4公開了這種蒸發器結構的一個具體實施例。在該實施例中，交換器2與板式散熱體或蒸發器區域1分立設置，並且經由冷卻介質通道而與該板式散熱體或蒸發器區域連接。在圖5示出的第三實施例中，與第二實施例的區別在於，板式散熱體1與交換器2 形成為結構集成單元。圖6示出了交換器2的冷卻介質通道的形狀作為示例，其中，平行延伸的流入和返回通道2a、2b和與其熱連接的間隔管壁2c在一個平面中螺旋展開。在螺旋的中央，對於每個通道都實現了在如此深度上的繞行，該深度例如能夠通過在散熱體中的端孔而實現。交換器2的螺旋形結構在性能上與冷卻迴路的內部換熱器相反。在該結構的實施例中，螺旋形交換器2與圖4、圖5中的蒸發器區域1相似，通過堆疊有鑽孔的板而構成。在圖5的實施例中，對此適宜地全部採用與蒸發器區域相同的板。可替換地，交換器的螺旋形結構還可以通過捲起管道來實現，例如管道具有圖3 所示的橫截面。可替換地，在圖3和圖6的實施例中的流入和返回通道可以交換，由此使通道加形成為返回通道，而通道2b形成為流入通道。可以理解為，不同實施例的各自特徵可以根據實際需要而相互有意義地結合。
權利要求
1.一種用於冷卻迴路的蒸發器，特別用於機動車，包括蒸發器區域(1)，其中，流經該蒸發器區域(1)的冷卻介質在該蒸發器區域(1)內吸收外部區域的熱量；其中，沿著冷卻介質的流動方向，所述蒸發器區域(1)在入口側被設置在第一膨脹設備⑶的下遊；其特徵在於，在所述蒸發器區域(1)和所述第一膨脹設備C3)之間設有交換器O)，其中，所述蒸發器區域(1)的上遊的冷卻介質的熱量被傳遞到所述蒸發器區域(1)的下遊的冷卻介質上。
2.根據權利要求1所述的蒸發器，其特徵在於，在所述交換器( 和蒸發器區域(1)之間的入口側設有第二膨脹設備G)。
3.根據權利要求1或2所述的蒸發器，其特徵在於，所述第一膨脹設備C3)形成為蒸發器區域(1)和交換器( 通到其餘冷卻迴路的唯一接口，其中所述第一膨脹設備特別是熱力膨脹閥。
4.根據前述任意一項權利要求所述的蒸發器，其特徵在於，在正常工作狀態下第一冷卻介質在蒸發器區域(1)中基本上沒有產生過熱，其中，在蒸發器區域(1)的出口側的交換器⑵中產生過熱。
5.根據前述任意一項權利要求所述的蒸發器，其特徵在於，所述交換器( 形成為特別是由平行的通道(h、2b)組成的區段，其中，至少一個流入通道Oa)與至少一個返回通道Ob)經由間隔管壁Qc)而形成熱交換。
6.根據權利要求5所述的蒸發器，其特徵在於，所述流入通道Qa)和返回通道(2b)呈螺旋形延伸。
7.根據前述任意一項權利要求所述的蒸發器，其特徵在於，至少所述蒸發器區域(1) 和所述交換器(2)形成為結構集成單元。
8.根據權利要求1至6中任意一項所述的蒸發器，其特徵在於，所述蒸發器區域(1)和所述交換器(2)形成為結構分立單元。
9.根據前述任意一項權利要求所述的蒸發器，其特徵在於，所述蒸發器區域(1)形成為有空氣流通的、用以調節氣流的空調蒸發器，特別形成為扁管蒸發器。
10.根據權利要求1至8中任意一項所述的蒸發器，其特徵在於，所述蒸發器(1)形成為散熱體，用於冷卻與該散熱體導熱連接的元件。
11.根據權利要求10所述的蒸發器，其特徵在於，所述元件為電能存儲器、特別為鋰離子儲能電池。
12.根據權利要求10或11所述的蒸發器，其特徵在於，在所述交換器( 上熱連接與所述元件不同的熱源，特別熱連接有工業電能。
13.根據權利要求10至12中任意一項所述的蒸發器，其特徵在於，所述散熱體至少在所述蒸發器區域(1)中以板式三明治式的構造方式構成。
14.根據權利要求13所述的蒸發器，其特徵在於，所述交換器也以板式三明治式的構造方式構成，特別與所述蒸發器區域(1)共同在結構單元中構成。
15.一種用於操作根據前述任意一項權利要求所述的蒸發器的方法，包括以下步驟-至少調節第一膨脹設備(3)，其中，通過調節避免冷卻介質在蒸發器區域(1)的出口處產生過熱；並且其中，確保冷卻介質在接下來的交換器O)的出口處產生過熱。
全文摘要
本發明涉及一種用於冷卻迴路的蒸發器，特別用於機動車，包括蒸發器區域(1)，其中，流經該蒸發器區域(1)的冷卻介質吸收外部區域的熱量；其中，沿著冷卻介質的流動方向，所述蒸發器區域(1)在入口側被設置在第一膨脹設備(3)的下遊；其中，在蒸發器區域(1)和第一膨脹設備(3)之間設有交換器(2)，其中，蒸發器區域(1)的上遊的冷卻介質的熱量被傳遞到蒸發器區域(1)的下遊的冷卻介質上。
文檔編號F25B40/00GK102239374SQ200980148250
公開日2011年11月9日 申請日期2009年11月25日 優先權日2008年12月8日
發明者克里斯多福·沃爾特, 岡瑟·弗裡希科, 加羅林·施密德, 戈特弗裡德·杜爾, 託比亞斯·伊斯梅爾, 斯特凡·赫希, 阿希姆·威貝特 申請人:貝洱兩合公司