CN101995116B - 蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于机动车辆的蒸发器。该蒸发器包括：多个在垂直方向上彼此平行层叠的板，所述板带有彼此对齐成一线的开口，用于第一流体和第二流体的供给和回流，所述第一流体是制冷剂；以及一个成型于两个相邻的板之间的用于传输第一流体的第一类流道，和交替布置的用于传输第二流体的第二类流道；其中所述板的热交换区域具有制冷剂流动方向的长度和垂直于制冷剂流动方向的宽度，其中所述长度和宽度的比值不大于1.3，并且所述制冷剂流过包括一个或多个第一类流道的第一集流箱，并且制冷剂在流过第一集流箱之后反向流过至少一个包括一个或多个的第一类流道的第二集流箱。

Description

蒸发器

技术领域

本发明大体上涉及一种蒸发器，特别是用于机动车辆的蒸发器。本发明还涉及一种用于冷却机动车辆热源的装置。

背景技术

DE102004036951A1，相应的美国专利申请公开号No.20070107890,该申请的全部内容参考引用在本申请中，提出采用由多个连接在一起的平行板件构成的热交换器，该设计也是公知的层叠板式热交换器，作为机动车辆的冷却环路的蒸发器。在此设计中，热量可在制冷剂的蒸发过程中从流过热交换器的冷却剂中被吸收。

在现有的用作蒸发器的热交换器中，需要使板元件的长度在制冷剂流动方向足够长以确保充分的蒸发，特别是，确保蒸发的制冷剂的充分过热，因此板元件的长度一般明显大于垂直于制冷剂流动方向的板元件的宽度。这会导致在可用的安装空间运行的蒸发器尺寸的限制。

图1所示的是现有的蒸发器的截面视图。多个板1在垂直方向h彼此平行的层叠，在每两个板之间交替的形成第一类流道2和第二类流道3。板1具有彼此对齐成一线的开口1a,1b，由两开口组成管状的、垂直延伸的蒸发器的制冷剂或第一和第二流体的进口和出口。为分隔开第一类流道2和第二类流道3，众所周知的，开口1a,1b具有交替的凸起的边缘（图未示），其可通过焊接与邻近的板密封连接。出于经济和实用的考虑，所述板通常由铝合金制成。

层叠的板1在其两端以公知的方式由封闭的板9限定边界，该封闭的板与制冷剂的进给线路和回流线路相连接。

按照现有技术，制冷剂流过蒸发器只发生在一个集流箱,如箭头所示，以L流热交换器的方式从进口1a流到出口1b。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸发器，具有特别紧凑的结构形式和尺寸，并具有很好的热交换性能及可靠的制冷剂的过热度。

为实现上述目的，本发明通过限制热交换区域的长度和宽度的比值小于或等于1.3，以实现在制冷剂流动方向的显著短的板式蒸发器。为了保证在如此短的设计条件下，整个运行过程中制冷剂在蒸发器出口的充分过热，因而有效的防止由于吸入液态制冷剂引起制冷环路的压缩机的损害，同时，按照本发明所述制冷剂流经至少一个第一集流箱和第二集流箱。其中集流箱可理解为流过蒸发器整个长度的制冷剂的流动路径，在此连续的集流箱大体上彼此平行且相反的走向，以使制冷剂在两个连续的集流箱之间经历一次方向反转。通过反向以及流经连续的集流箱,即使是在很短的结构下，蒸发器中制冷剂的流动路径被延展，因此可保证充分的过热。

本发明的一个实施方式中，蒸发器的长度和宽度的比值L/B不小于大约0.5，优选的，不小于大约0.7。选择这个范围的长度和宽度的比值，可使本发明的蒸发器在任一空间方向上具有相对短的设计，因此可实现相对紧凑的结构，特别是通过各热交换板粗略的接近方形外轮廓。

本发明的一个实施方式中，所述第二集流箱中流道的数目n2与第一集流箱中流道的数目n1的比值范围是1≤≤n2/n1≤3。这意味着第二集流箱中流道的数目至少和第一集流箱中流道的数目一样多，也可以达到是其的200%。从第一集流箱至第二集流箱的转换处的流道数目的增加可保证蒸发的制冷剂以非常可靠的方式充分过热。

根据需求，本发明的蒸发器的构造精确的具有两个用于制冷剂的集流箱。关于制冷剂在这种带有精确的两个集流箱的实施例中，有利于将热交换器设计成U型热交换器。

在本发明另一个实施方式中，制冷剂流经至少第三集流箱，该第三集流箱包括一个或多个第一类流道,该第三集流箱的流向在经过第二集流箱之后再次反向。优选的，所述第二集流箱中流道的数目n2与第一集流箱中流道的数目n1的比值范围是1≤n2/n1≤1.5。可替换的或另外的，对于具有三个集流箱的实施方式，所述第三集流箱中流道的数目n3与第二集流箱中流道的数目n2的比值范围是1≤n3/n2≤3，前述所采用的两个比例关系是非常优选的。因此第二集流箱中具有至少和第一集流箱中同样多的流道，可达到超过第一集流箱中流道数目的50%。第三集流箱中具有至少和第二集流箱中同样多的流道，可达到超过第二集流箱中流道数目的200%。通过这个方式，制冷剂流经蒸发器的流动路径的总长进一步延长，并且通过增加流道数目，保证了制冷剂在蒸发器的出口获得非常可靠的过热。基于此原理，在蒸发器中配置额外的第四或更多的集流箱也不排除在本发明的保护范围之内。

可替换的，为便于简单的组装蒸发器，第一集流箱中流道的数目(n1)和第二集流箱中流道的数目(n2)以及第三集流箱中流道的数目(n3)几乎相同或完全一致。

由于三个集流箱具有相同数目的流道，用于成型三个集流箱的辅助板的数目也相同。因此，无需根据每个辅助板最终的安装位置而区分所述辅助板。这样的蒸发器的设计方案相对的简化了生产的后备管理。

在本发明的上下文中“几乎相同”意味着每个集流箱中流道的数目与另两个集流箱中轻微的不同。例如，第一和第三集流箱中具有六个流道，而第二集流箱中具有七个流道。

为提高两种流体之间的热交换，本发明的蒸发器还可构置成使第二流体流过所述蒸发器的至少两个集流箱,其中每一个集流箱都包括一个或多个第二类流道。在蒸发器具有精确的两个集流箱的情况下，对于第二流体，将蒸发器设计成使第二流体也相对U型流动的U型热交换器是有利的。然而，可替换的，其也可以设计成对于第二流体只在一个集流箱内以简单的方式L型流动的热交换器。根据需求，第二流体也可采用超过两个集流箱。所述第二流体通常是冷却剂，特别是液态的冷却剂。在本发明的保护范围内，第二流体也可以是在介于两种物理状态之间变换的流体，尤其是在蒸发器内。

本发明的低成本和简单配置中，连续的集流箱的分隔结构可采用一个不同于其他板的特殊板的形式,所述特殊板具有一个挡板，而不带有一个或多个的开口。通过适合的布置带有挡板的特殊板，多个集流箱的蒸发器在板式热交换器的设计中实现。优选的有利的细节设计是，所述特殊板具有一个用于分隔所述制冷剂的挡板和一个用于分隔所述第二流体的集流箱的挡板。这样，热交换器中用到只是明显很小数量的特殊板，且用到显著大量的基本上可设计成同样的零件的其他板。

在本发明的该实施例蒸发器中，两个板之间不具有紊流插片。而紊流除了增加成本和劳动密集度之外，还会由于紊流薄片或其他制造残留物对制冷剂产生污染，其表现为损坏的危险，尤其是连接到带有压缩机和膨胀元件的制冷环路的情况下。为提高热交换性能，所述板可用凸起代替单独的紊流插片，该凸起的结构可增加热交换面积并且使流体形成紊流。

关于蒸发器的空间导向，最后一个集流箱的流动方向可基本上沿重力方向运行。这样，可防止制冷剂积聚在蒸发器中。所谓“基本上沿重力方向”应该理解为精确的重力方向的一定的偏离，只要该方向仍满足重力作用对于制冷剂的流动有足够大的影响。

按本发明的一个实施方式，所述蒸发器尤其适用于安装在制冷环路或机动车辆的空调***，以实现通过冷却环路冷却机动车辆的热源。紧凑的蒸发器的结构使其可匹配现代机动车辆相对更为紧迫的安装空间。

在该实施方式中，热源可以是机动车辆的动力电池，尤其是锂电池。所述电池不仅用于纯电驱动车辆中，还用于具有内燃机和发电机的混合动力的车辆中，因此这种电池对冷却的要求很高，以保证其使用寿命和运行的可靠性。按照本发明的具有高热交换性能的紧凑的蒸发器，其非常适于设置在冷却环路和尤其是用于调节车辆温度的制冷环路（也称作“冷却器”）之间。

由于按照本发明的蒸发器能保证制冷剂在其出口区域具有非常可靠的过热，制冷环路的压缩机可有效的紧接在第二个蒸发器之后。特别的，这可理解为在蒸发器和压缩机之间既不需要设置蓄电池（accumulator），出于空间的考虑也不需要在蒸发器内部提供总成的蓄电池。

显然，本发明的保护范围不局限于上述给出的具体描述。然而，应该理解本发明的说明书的详细描述和特定的实施例，仅仅是优选的实施例，在此仅做为示例，本领域的普通技术人员将很容易对本发明上述实施例进行各种改变和修改，仍属于本发明的范围。

附图说明

下面结合附图以及详细说明优选的实施例和最佳实施方式，本发明的各个方面、特征以及优点将更清楚的揭示。

图1是现有的蒸发器的图示；

图2是本发明的蒸发器第一个实施例的剖视图；

图3是本发明的蒸发器第二个实施例的剖视图；

图4所示的是带有本发明的蒸发器的用于冷却热源的装置的第一个实施例；

图5所示的是带有本发明的蒸发器的用于冷却热源的装置的第一个实施例。

具体实施方式

图2所示的本发明的蒸发器的第一个实施例，在此，蒸发器被分成总共包括三个关于制冷剂的集流箱4,5,6。流道1被分隔成独立的集流箱4，5，6是由特殊的板7实现的，其中开口1a和1b中的至少一个由挡板7a代替。所述挡板7a可阻止制冷剂全部流过垂直方向的进口和出口。由于挡板7在垂直偏移的设置，因而在第一集流箱的末端和第二集流箱的末端形成反向8，因此制冷剂首先平行于长度方向在第一集流箱中从进口1a流至出口1b侧，然后180度转向，接着在第二集流箱中平行于长度方向以与第一集流箱中相反的方向流过蒸发器，然后再次反转，在第三集流箱中平行于长度方向流经蒸发器，最后从出口1b流出。因此，蒸发器中的制冷剂总体来说是以S型流动。

蒸发器的宽度方向沿垂直于图2的示图的平面延伸，因而也即垂直于长度方向和垂直方向h。在进口1a和出口1b之间，板1具有在长度方向长度为L且在宽度方向宽度为B的热交换区域。在该实施例中，L约为4cm,而B约为5.5cm。因此，L/B的比值约为0.73。层叠板1的高度H约为4cm。因此该具体实施例的蒸发器的外部尺寸是总长8.8cm，总宽是6.2cm，高度是4cm。

本实施例中第一集流箱4包括以数字n1代表的两个第一类的流道2；第二集流箱5包括数字n2代表的三个第一类流道2，第三集流箱5包括数字n3代表的四个流道2。因此，流动条件要求流道数目的比值是：

1≤n2/n1=1.5≤1.5和

1≤n3/n2=1.33≤3.

由于在连续的集流箱集流箱4,5,6中的流道2的特定的数目的增加，需要考虑制冷剂的扩散，尤其是，要确保在蒸发器出口处制冷剂的充分过热。

在各个板1之间，至少是制冷的这一侧，没有紊流插片。根据其要求，板1可以具有凸起和增大面积以及使流动的制冷剂形成紊流的结构。

在本实施例中，第二类的流道3由虚线表示，液态的冷却剂的冷却环流作为第二流体流过第二类的流道。附图中未示出第二流道的进口和出口。

图3示意出本发明的蒸发器的另一个实施例。对比图2所示的实施例，这里的制冷剂只流过两个集流箱，因此制冷剂的整个流动路径是U型的（U流热交换器）。板1的尺寸与第一个实施例中相同。

在本实施例中，第一集流箱4中流道的数目n1=3,第二集流箱5中流道的数目n2=4,因而，流道的数目应符合下列条件：

1≤n2/n1=1.33≤3

在本发明的另一个实施例中，冷却剂流过第二类的流道3的路径也被分流入几个集流箱。特别是，图3示出了一个代表性的第二流体或冷却剂的集流箱,而图2所示的是同一蒸发器的制冷剂的箱。当两种液体分流至多个集流箱时，其构造是由一个或多个特定板7形成的，所述板7既具有用于第一类流体的挡板，又具有用于第二类的流体的挡板。通过这种方式，所需的特定板的数目可以减少，而蒸发器中相同零件的总数也将增加。

图4所示的用于冷却机动车辆的热源10的装置，在本发明中，该热源是混合动力车辆的锂电池。电池10被液态的冷却剂环路冷却，所述冷却剂通过一环流泵11流动。电池10具有的热量通过热交换器12转移，该热交换器即为按照本发明的任一个前述实施例中的创造性的蒸发器。

蒸发器12与制冷环路13结合在一起，所述制冷环路13同时还用于机动车辆的温度控制。在此端，制冷剂被压缩机14压缩，然后被冷凝器或气体冷却器15冷却。在冷凝器或气体冷却器15之后是并联的空调蒸发器16和本发明的蒸发器12，其中每个蒸发器12，16的前面分别设有膨胀元件12a,16a。风扇17将空气吹过空调蒸发器16用于调节温度。

蒸发器12，16的其他线路配置也是可行的，例如，串联，尤其连接有可转接的旁路。同样，两个蒸发器12，16可共用一个膨胀元件。

图5所示的是图4的实施例的装置的一个变体，其中冷却环路除了包括蒸发器16，还包括一个并联的辅助的冷却器18，外部气流环绕冷却器18。通过阀（图未示），冷却剂可选择的流经蒸发器12，或冷却器18或流经两个热交换器12，18，以确保运行状态下的电池10和车辆内部的最优冷却效果。

显而易见的，本领域的普通技术人员将很容易对本发明上述实施例进行各种改变和修改，仍属于本发明的范围。因此，在所附权利要求的保护范围内，本发明可以其他方式实施，而不仅限于上面特定的描述。

Claims (16)

1.一种蒸发器，包括：

多个在垂直方向上彼此平行层叠的板，所述板带有彼此对齐成一线的开口，用于第一流体和第二流体的供给和回流，所述第一流体是制冷剂；以及

一个成型于两个相邻的所述板之间的用于传输第一流体的第一类流道，和交替布置的用于传输第二流体的第二类流道；

其中所述板的热交换区域具有制冷剂流动方向的长度和垂直于制冷剂流动方向的宽度，

其中所述长度和宽度的比值不大于1.3，并且

所述制冷剂流过包括一个或多个第一类流道的第一集流箱，并且制冷剂在流过第一集流箱之后反向流过至少一个包括一个或多个的第一类流道的第二集流箱。

2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述长度和宽度的比值不小于0.5或不小于0.7。

3.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述第二集流箱中第一类流道的数目n2与第一集流箱中第一类流道的数目n1的比值范围是1≤n2/n1≤3。

4.根据权利要求3所述的蒸发器，其特征在于，所述两个集流箱用于制冷剂。

5.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述制冷剂流过第三集流箱,该第三集流箱包括一个或多个第一类流道，且制冷剂在流过第二集流箱之后再次反向流经第三集流箱。

6.根据权利要求5所述的蒸发器，其特征在于，所述第二集流箱中第一类流道的数目n2与第一集流箱中第一类流道的数目n1的比值范围是1≤n2/n1≤3。

7.根据权利要求5所述的蒸发器，其特征在于，所述第三集流箱中第一类流道的数目n3与第二集流箱中第一类流道的数目n2的比值范围是1≤n3/n2≤3。

8.根据权利要求5所述的蒸发器，其特征在于，所述第一集流箱中第一类流道的数目与第二集流箱中第一类流道的数目以及第三集流箱中第一类流道的数目几乎是相同或完全相同的。

9.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，第二流体流过所述蒸发器的至少两个集流箱,其中每一个都包括一个或多个第二类流道。

10.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，一个不同于其他的板的特殊板分隔开连续的集流箱，其中所述特殊板具有一个挡板，而不带有一个或多个的开口。

11.根据权利要求10所述的蒸发器，其特征在于，所述特殊板具有一个用于分隔所述制冷剂的集流箱的挡板和一个用于分隔所述第二流体的集流箱的挡板。

12.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器具有一个空间导向，其中最后一个集流箱中流体流动方向基本上是重力方向。

13.一种用于冷却机动车辆热源的装置，该装置包括：

一个制冷环路，包括压缩机，冷凝器或气体冷却器，用于座舱空调的第一蒸发器以及第二蒸发器，

其中所述第二蒸发器设置为与冷却热源的冷却剂环路热交换，并且所述第二蒸发器包括：

多个在垂直方向上彼此平行层叠的板，所述板带有彼此对齐成一线的开口，用于第一流体和第二流体的供给和回流，所述第一流体是制冷剂；以及

一个成型于两个相邻的所述板之间的用于传输第一流体的第一类流道，和交替布置的用于传输第二流体的第二类流道；

其中所述板的热交换区域具有制冷剂流动方向的长度和垂直于制冷剂流动方向的宽度，

其中所述长度和宽度的比值不大于1.3，并且

所述制冷剂流过包括一个或多个第一类流道的第一集流箱，并且制冷剂在流过第一集流箱之后反向流过至少一个包括一个或多个的第一类流道的第二集流箱。

14.根据权利要求13所述的蒸发器，其特征在于，所述热源是机动车辆的驱动电池或锂电池。

15.根据权利要求13所述的蒸发器，其特征在于，在制冷环路中，所述压缩机设于紧接所述第二蒸发器之后。

16.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器设置成装配在机动车辆内。