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CN105466270A - 集热器和相关的换热器 - Google Patents

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CN105466270A
CN105466270A CN201510612271.7A CN201510612271A CN105466270A CN 105466270 A CN105466270 A CN 105466270A CN 201510612271 A CN201510612271 A CN 201510612271A CN 105466270 A CN105466270 A CN 105466270A
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heat
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collector
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赫伯特·霍夫曼
马蒂亚斯·塞茨
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Abstract

本发明涉及一种用于换热器(6)扁平管(4)的集热器(1)，特别用于冷却机动车辆的热源，本发明的特征在于-集热器包括基本平的金属条(2)和曲面对应部分(5)，该金属条带有扁平管(4)用贯通孔/边框孔(3)，金属条(2)和对应部分(5)相互正对和紧密的粘合一起。金属条(2)中的贯通孔/边框(3)通过成形工艺，特别是冲压工艺生产。

Description

集热器和相关的换热器
技术领域
根据权利要求1的主题，本发明涉及一种用于容纳换热器的至少两个扁平管(flattubes)的集热器(collector)，其进行如此放置是为了相互平行。本发明还涉及一种具有至少一个所述集热器的换热器。
背景技术
用于制冷的换热器中，运输制冷剂的管线典型地作为扁平管呈现。在每种情况中，纵向端一侧上的后者均各自地容纳在集液管(collectortube)或集热器中。在混合或电动车辆(vehicle)领域中，在此会特别地出现额外的冷却需求，例如用于冷却车辆电池，因此这种类型的电池冷却剂，具体成分转换到R744型(CO2)制冷剂，已经进行了重新设计，考虑到更高的系统压力和同时更低的质量流量。为了能够确保足够的耐压性同时具有长效性，已经实施了蒸发器/冷凝器的现有技术必须进行重新设计至具有更小的横截面。
另外，现有技术还存在用于制冷剂的整体集热器方案，其基于碳氟化合物。所述整体集热器方案通常基于以冷凝器形式的构思，因此其适应了根据蒸发器/冷凝器完成整体集热器实施的概念，该整体集热器具有显著更小的横截面，从而需要极其复杂的冲压工艺方案，这是由于整体联结将会完成的极其困难。由于内部直径非常小，因此在内部模具的情况中难以设计通道。在两个部件的集热器方案的情况中，R123A类型冷凝器的通道到此为止难以生产出所需的更小直径和同时更大的壁厚，这是很不利的，因为这些通道起到扁平管的引入坡道(introductionramps)的作用，另外还起到提高各自部件用于冷却(coffering)的能力。另外，还可以预见到涉及强度和加入集热器中的问题。
发明内容
本发明因此指出了以下目标，即提供一种改进的或至少可替换的实施方式用于集热器，同时用于通用类型的换热器，其具体地可以用于R744类型的新制冷剂使用。
本发明所述目标通过独立权利要求1的主题解决。有利的实施方式为从属权利要求的主题。
本发明基于以下基本构思，即配置一种集热器，用于容纳汽车中换热器的至少两个扁平管，更具体地为电池冷却器中的至少两个扁平管，该两个扁平管进行相互平行放置，来自于两个元件，具体地来自于两个半壳体，其中第一元件作为金属条配置，同时第二元件作为突出部分或者作为成形/弯曲金属片配置，其中冲压的贯通孔(throughopening)优选地提供在第一元件中，该贯通孔特别地配置作为用于接收扁平管的通道。这里贯通孔经过其纵向延伸从而与集热器的纵向轴平行，因此相对于之前已知的方向相互垂直。考虑到贯通孔的该方向，具有宽端和窄端的扁平管也收集在所述集热器中从而进行定位，通过所述扁平管的宽端，与集热器的纵向轴平行。基于此，在电池上获得了最优化的热传递，例如，此外，基于扁平管的该方向，换热器在结构上更小了。该集热器用于导入和导出制冷剂，其通过集热器分布在扁平管中。在第一元件中的贯通孔通过成形方法制造，特别的是通过冲压方法，其中通道朝向内侧或外侧冲压，其中这里第一元件可以作为金属条。总体而言，其它生产方法，例如金属切割方法，也是可以想到的。从纯理论的角度考虑，贯通孔/通道当然也能够提供到第二元件中。基于利用成形工艺，当生产出作为通道配置的贯通孔时，集热器第一元件的焊料覆盖端可能与扁平管接触，因而可以获得改进的焊接。可替换地，可以使用较厚(约，1.5-2.5mm)的金属片面板，该金属面板是用于生产通道的。在这种情况下，仅一个凹槽可以用于接收扁平管，所述凹槽无论如何，基于金属片面板的厚度，也能够提供所需的耐压性和用于焊接的区域。
可替换地，还可以提供，在内侧的两个元件具有相同的内部半径/集热器半径。该集热器设计的基本构思为用于设计出约环形的内部横截面，这是由于涉及强度，其能够表现成为最优的方案。完美的环形将会是更好的，但是由于生产工艺限制其是难以实现的。可替换的集热器设计提供了以下优点，即一方面能够生产得到所需的强度，另一方面生产该强度的步骤越少越好。
本发明集热器的实施方式实现了一种配置，其一方面在压力下高度的稳定，另一方面具有相对简单的生产方法，这是由于第一元件中的各自地不再需要额外加固的通道或者贯通孔能够相对简单的生产得到。考虑到两个部件的实施方式，相对小，具有例如内部集热器直径低于12mm同时更具体的低于10毫米的集热器，也可以生产得到，在该直径下，相关的通道或贯通孔各自地，不能以上述方案进行生产。在具有这些横截面的圆形管或者半壳中所述通道的生产仅在特定的条件下是可能的。本发明的集热器，或者本发明的换热器，各自地实现了上述的已知于蒸发器/冷凝器中的构思，因此能够转进更小的横截面，并适用于新的R744型制冷剂，从而能够承受出现在R744使用中的高压的电池冷却器也能够生产出来。
在本发明的一种优选的实施方式中，已装配这种类型集热器的上本发明换热器的至少一个扁平管具有突出部(shoulder)，在插入到相关贯通孔或相关通道期间起到止动块(stop)的作用，各自地，相关贯通孔或相关通道属于第一元件(金属条)。如此，可以得到换热器的特别简单同时高度精密的生产方法，这是由于该突出部以触觉(haptic)的形式指示，已经到达最后的产品位置。因此该生产工艺可以使最优化的。
有利地是第二元件具有凹槽，其中金属条以成形安装的形式导向。这种类型的凹槽因而能够通过将冲压金属条插入到凹槽中，并随后进行材料一体连接来完成集热器的安装，该一体连接例如通过附着粘合，焊接或软焊。因而可以通过凹槽预先限定确定的位置，同样地对于产品质量具有正面影响。这里可以想到的是，对于准备设置到第二元件上的凹槽，或者对于准备最初设置在第二元件上的前端(nose)，其在与第一元件连接后，被配置作为金属条，成形曲面，实际凹槽是在上述基础上成形的。凹槽以及可成形前端的生产可以以相对简单的方式进行，举例来说，具体地在第二元件作为挤压件配置的时候。该第二元件还可以包括用于定位第一元件的步骤。本发明一种有利的实施方式中，第二元件具有基本地Ω-形(欧米伽-形)设计。这种Ω-形设计实现了集热器本身相对圆形的结构，因而能够获得在压力下稳定的实施方式，Ω的腿部接替作为与金属条相连的连接件。考虑到圆形，特别是在流通管道的区域中，可以获得高的抗压性。
金属条(第一元件)有利地以成形安装方式通过夹型(cliptype)连接固定在第二元件上。这种类型的夹型连接可以通过第二元件中的相应凹槽和相关引入坡道完成配置，例如，通过引入坡道实施的金属条与第二元件的实际夹持。可替换地，金属条当然还可以被压进凹槽内。为了集热器或集热器管，各自地进行密封，本文所有实施方式的共同特征是，进行成形安装连接后，在任何情况下必须实施材料整体连接。这种类型的夹型连接应该无论如何简单化了金属条至第二元件的安装，同时以触觉方式各自地通过闩锁(latching)或夹持(clipping)限定了所需的最终位置。
在本发明另一种有利的实施方式中，集热器具有至少一个分隔墙，其将集热器分隔为多个段。在该段式情况下，整个集热器可以分隔为多个单独的集热器，其可以然后例如通过套筒相互连通。然而，在扁平管大间隔的情况下，更经济的是，对于多个单独的集热器以相互同轴方式放置和使用。通过这种类型的分隔墙，进入集热器的流体可以受到影响，尤其是在方向和/或流速上。
本发明其它重要的特征和优点可以根据从属权利要求，附图和相关具体实施方式获得。
应该理解的是，上述的特征和下文即将公开的特征并不仅在所述每种情况的组合中使用，而是能够在其它组合中或者单独使用，而不会超出本发明的范围。
本发明优选的示例性实施方式在附图中进行了说明，同时将在具体实施方式中进行详细说明，相同的附图标记代表相同或类似或功能相同的构件。
附图说明
在附图中，每种情况中均为示意性地：
图1图示了本发明的集热器，具有插入其中的扁平管；
图2图示了本发明集热器第一实施方式的截面示意图；
图3图示了如图2中所示的示意图，但是以可替换的实施方式；
图4图示了如图2中所示的示意图，但是具有额外的分隔墙；
图5图示了作为电池冷却器的换热器，具有两个集热器；
图6图示了本发明集热器另一种实施方式的截面示意图；
图7图示了本发明的集热器，具有插入其中的扁平管和与之相连的导热板。
具体实施方式
根据图1至4和7，本发明集热器1具有第一元件2，其基本被配置为平金属条，具有对应的扁平管4用贯通孔/通道3，和第二元件5。本文中金属条(第一元件2)和第二元件5互通连接，以成型安装方式以及以整体材料方式，例如通过附着粘合，软焊，或焊接。扁平管4具有宽端b和窄端s，同时通过其上的宽端b进行定向从而与集热器1的纵向轴15平行。基于此，例如可以在电池12上获得优化的热传递。另外，由于扁平管4的这种定向，换热器1的结构尺寸变得更小了。本文中贯通孔3优选地放置在第一元件2中，然而，其可以可替换地同样放置在第二元件5中，如图6中所示。另外，贯通孔/通道3通过冲压或金属切割方法生产。
本文能可替换地使两个元件2，5在其内侧具有相同的内径/集热器半径R。这种集热器设计的基本构思是设计约环形的内截面，这是由于能够对于强度提供优化的方案。理想的环形将会是更好的，但是由于生产技术限制难以实现。该可替换地集热器设计提供了以下优点，即一方面提供了可生产得到所需的强度，另一方面获得该强度的步骤越少越好。
由于本发明集热器的结构，根据已知的蒸发器/冷凝器所知的构思可以继续实施至相对小的集热器1，其同时具有高抗压性，由此，可以使用R744作为制冷剂。本发明的集热器1可以具体地为换热器6的构件部件，例如，该换热器配置作为平冷却器。集热器1的作用为流入和流出制冷剂同时分配制冷剂至各自地扁平管4。本文中，至少一个扁平管4具有至少两个平行的流动管，其简单地通过挤压方法生产。扁平管4沿集热器的纵向方向5通过其中的通道/贯通孔3垂直插入。为了能够获得良好的可焊性，因而获得优化的密封效果，争取做到的是不仅贯通孔同时事实上通道也具有扩大的接触面。给定了第一元件2的相应金属板厚度，凹槽也将是足够的。
第一元件2和/或第二元件5的壁厚可以在周向上变化，可变壁厚的优点在于能够满足涉及强度的制冷剂特定和客户特定的需求，以能够最优化重量/安装空间的方式。
本文扁平管4具有下述尺寸，例如：宽端b在10-40mm之间，窄端s在1-3mm之间，同时壁厚在0.3-0.7mm之间。为了能够尽量简单的生产通道/贯通孔3，所述通道/贯通孔通过成形工艺生产，在当前情况下纯理论地以冲压方式生产，不证自明的是，其他生产工艺，例如金属切割方法也是可以想到的。在R744型制冷剂所需尺寸的情况下，也就是说集热器的内部直径低于12mm，更特殊地低于10mm，通道/贯通孔3难以通过上述方案生产。通过成形工艺进行的通道3的生产，例如以圆管或半壳(half-shell)，因此难以实现，这就是为什么本发明金属条2为平面的或扁平的原因。
根据图1的扁平管4，可以看出扁平管4具有突出部7，在插入到相关贯通孔/通道3期间，其起到止动块的作用，通过这种方式，以触觉方式指示了到达最终位置。
根据图2，可以看出在该实施方式中，第二元件5具有基本地Ω-形设计，同样地凹槽8其中的金属条2，也就是说第一元件2，以成形安装方式固定。无论是放置还是插入第一元件2进入凹槽8中，可以通过沿凹槽8引入模子(former)或者通过压下模子来完成，在此期间，第二元件5的两个Ω-腿向外重新成形并在周向侧包围金属条2，如果当金属条2已经夹入到凹槽8内时。金属条2因而保持在第二元件5上通过夹型连接以成形安装方式。
这种类型的夹型连接简化了安装，其中金属条2额外的可以通过强化稳定。就此而言，金属条2上的波纹或者轻微弯曲的金属条2是特别适合的。用于建立与第二元件5连接所需的夹持力，各自地主要由第二元件5的底切(undercut)或者凹槽8影响。底切的几何结构必须根据容许安装强度来设计。由此，例如可以应用引入坡道11。可替换地，当然还可以想到对于待放置的金属条2，然而突出前端需要弯曲。
同样可替换地，图3的集热器1不具有凹槽8但是具有间距(9)(clearance)或者台阶，其中金属条2以成形安装方式容纳。同样的本文，随后进行焊接或软焊，各自地，或附着粘合，从而金属条2以成形安装形式与第二元件5相连。
为了多种流动路径能够相互分隔，还可以基于所需的数量/可变性使用分隔墙10，或者对于集热器1进行总体分段。如果当使用了分隔墙10(参见图4)时，其必须引入到集热器1中。由此，外部分隔墙10(在第二元件5安装上金属条2后，由外部安装)和内部分隔墙10(在第二元件5安装了金属条2之前，安装分隔墙10)是合适的。如果当使用了外部分隔墙10时，第二元件5进行配置具有狭缝，因而在内部分隔墙10的情况中，根据分隔墙10所需的位置，在金属条2中必须提供相应地凹槽。通过这种类型的分隔墙，整个集热器1的分段至多个单独集热器也是可能的，该多个单独集热器例如由套筒连通。在扁平管的相对大的间距下，对于多个单独集热器1，更经济的是，以同轴方式一个接一个放置。
最后，参考图5，可以看出配置成电池冷却器并通过扁平管4与各自的电池12热传递接触的换热器6。与电池12接触可以通过另外的构件支撑，例如，弹簧元件13。当然，图中的换热器6可以任选地进行生产以获得盖板。配置为电池冷却器的换热器6可以特别地在机动车辆14中使用。
本文中扁平管4可以以机械或者整体材料方式与一个或多个导热板16相连，如图7中所示，例如。导热板16或者盖板的目的分别是，沿横向方向改善温度分布，其中降低了耐热性。
总体而言，本发明的换热器6或者集热器1，各自地，第一次使得已知蒸发器/冷凝器的所述集热器能够以具有更小的尺寸实施，同时在压力下极其稳定，从而本发明的所述集热器1和甚至于换热器6能够以有效成本的方式建立起来，同时能够使用R744型制冷剂。另外，换热器6可以插入膨胀元件从而形成结构性单元。

Claims (13)

1.一种集热器，其用于容纳换热器的至少两个扁平管(4)，其进行相互平行的放置，其特征在于：
扁平管(4)具有宽端(b)和窄端(s)，同时通过其宽端(b)进行定向从而与集热器(1)的纵向轴(15)平行，
-其中所述集热器(1)装配上两个元件(2，5)，也就是第一元件(2)和第二元件(5)，其中所述第一元件(2)作为金属条配置，所述第二元件(5)作为突出部件或者作为成形薄板金属部件配置，其中冲压贯通孔(3)优选地提供在所述第一元件(2)中，其特别地作为接收所述扁平管(4)的通道配置
或
-其中所述两个元件(2，5)在内侧上具有相同的内径(R)。
2.如权利要求1所述的集热器，其特征在于：
所述两个元件(2，5)通过夹持固定一起。
3.如权利要求1或2所述的集热器，其特征在于：
所述两个元件(2，5)通过软焊，附着粘合，或焊接以整体材料方式相互连通。
4.如权利要求1-3任一项所述的集热器，其特征在于：
所述第一元件(2)和/或所述第二元件(5)沿圆周方向具有恒定的或可变的壁厚。
5.如权利要求1-4任一项所述的集热器，其特征在于：
所述第二元件(5)具有台阶/间隙(9)或凹槽(8)用于定位所述第一元件(2)。
6.如权利要求1-5任一项所述的集热器，其特征在于：
至少一个扁平管(4)具有至少两个平行的流动管，和/或
至少一个扁平管(4)被配置为突出部件，和/或
所述第二元件(5)具有基本Ω-型横截面。
7.如权利要求1-6任一项所述的集热器，其特征在于：
所述集热器(1)具有至少一个分隔墙(10)，其将所述集热器(1)分割为多个段，其中所述分隔墙(10)可以固定在所述集热器(1)的间隙或者狭缝中。
8.具有至少一个权利要求1-7任一项所述集热器(1)的换热器(6)。
9.如权利要求8所述的换热器，其特征在于：
至少一个扁平管(4)具有突出部(7)，在插入到相关贯通孔(3)中期间，其起到止动块的作用。
10.如权利要求8或9所述的换热器，其特征在于：
所述换热器(6)作为电池冷却器配置。
11.如权利要求8-10任一项所述的换热器，其特征在于：
所述扁平管(4)以机械或整体材料方式与一个或多个导热板(16)相连。
12.如权利要求10或11所述的换热器，其特征在于：
所述换热器(6)与膨胀元件一起嵌入从而形成结构单元。
13.机动车辆(14)用电池模块，具有如权利要求8-12任一所述的换热器(1)，其通过扁平管(4)由弹簧元件(13)朝向电池(12)偏置，从而与后者具有换热接触。
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