CN103715471B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

一种热交换器（27，30），其具有壳体，该壳体具有流体入口（33）和流体出口（34），其中该壳体通过流体入口（33）和流体出口（34）与流体回路处于流体连通，在壳体内部具有导流元件（4，23，26，39），其中该壳体由大体平坦的壳体上部（29，32）和大体槽状的壳体下部（1，28，31）构成，其中该壳体下部（1，28，31）具有底部区域（7）和环绕的侧壁（6），其特征在于，壳体下部（1，28，31）具有支撑结构（3，22）和护套（2，21），其中该支撑结构（3，22）至少部分地由护套（2，21）环绕且由金属材料制成，且护套（2，21）由塑料制成，其中壳体上部（29，32）由塑料构成且壳体下部（1，28，31）与壳体上部（29，32）通过塑料‑塑料接触来连接。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，其具有壳体，该壳体具有流体入口和流体出口，其中该壳体通过流体入口和流体出口与流体回路处于流体连通，在壳体内部具有导流元件，其中该壳体由壳体上部和槽状的壳体下部构成，其中该壳体下部具有底部区域和环绕的侧壁。

背景技术

在电动汽车中，为了驱动电机而使用储能器。通常使用基于锂离子的蓄电池或镍金属氢化物蓄电池来作为储能器。可选地也可以使用高功率电容器，即所谓的超级电容器（Super-Caps）。

在所有上述的储能器中，在工作期间，特别是在储能器快速充电和放电期间强烈地放热。

但是约50℃以及更高的温度会损坏储能器且显著减少其寿命。同样太低的温度会持续地损坏储能器。

为了保持储能器的功率，必须主动调节其温度。在此冷却周期明显占主要部分。能够例如通过引入由流体流过的热交换器来实现冷却。在现有技术的解决方案中热交换器通常为流体流过的元件，其在两个平面盖板之间具有一个或多个流体通道，其可由流体流过。

有利地，储能器的所有单元保持在相同的温度水平。同样应避免单元内的强烈温度梯度。

在冷却的情况下热交换器的板能够由冷流体流过，但为了加热其也能够由温液体流过。

为了达到尽可能高的能量效率，特别地在电动汽车中有利地具有尽可能优化重量的构造。

在现有技术的解决方案中描述了，使用由金属材料制成的热交换器。例如在实用新型DE 20 2012 102 349 U1中公开了这样的解决方案。

为了产生流体流过的冷却体，例如已知的是，连接冲压金属板与平面金属板，从而流体能够流过由两个金属板构成的中空空间。为了实现电绝缘，在金属板连接后使其覆盖有塑料薄膜。金属板在此经常由轻质金属，例如铝或铝合金制成。

在根据现有技术的解决方案中特别不利的是，热交换器整体由金属材料，例如铝制成。其与由塑料或由铝和塑料的混合体制成的相比明显更重。且由于金属的导电性，需要对热交换器进行或多或少复杂的绝缘以及电位均衡。此外，由铝制成的热交换器的制造是耗能且高成本的。此外由于使用焊接辅助材料，例如熔剂，后处理步骤通常是必需的。

发明内容

本发明的任务是提出一种热交换器，其具有优化重量的构造且其制造耗能和成本更少。此外，该热交换器无需额外的热绝缘或电绝缘。

通过具有根据权利要求1特征的热交换器来解决本发明的任务。

本发明的实施例涉及一种热交换器，其具有壳体，该壳体具有流体入口和流体出口，其中该壳体通过流体入口和流体出口与流体回路处于流体连通，在壳体内部具有导流元件，其中该壳体由壳体上部和槽状的壳体下部构成，其中该壳体下部具有底部区域和环绕的侧壁，其中该壳体下部具有支撑结构和护套，其中该支撑结构至少部分由护套围绕且由金属材料构成，且护套由塑料构成，其中该壳体上部由塑料构成且该壳体下部与壳体上部通过塑料-塑料接触而连接。

按本发明的热交换器在本实施例中用来调节蓄能器的温度。

与完全由金属支撑的热交换器相比，由金属材料和塑料共同构成的热交换器的特征在于特别小的重量。此外，通过由塑料制成的壳体上部实现电绝缘以及额外的热绝缘。通过支撑结构的金属材料保证了壳体特别高的形状稳定性。

在另一个有利实施例中，在壳体内部设置有导流元件。

在壳体内部的导流元件是特别有利地，因为能够通过该元件针对性地影响热交换器内部的流体。这例如能够引起强烈的流体混合，这导致温度均匀分布。

此外有利地，支撑结构包括开口，护套在该开口中或穿过该开口至少部分地接合于该支撑结构之中或之后。

通过金属支撑结构中的一个或多个开口，护套能够至少部分地接合于该支撑结构之后。以此方式能够加强支撑结构和护套之间的连接，因为除了例如喷射在支撑结构上的护套的塑料之间的附着力，还存在形状配合的连接以将支撑结构固定在护套中。

在一个特别优选的实施例中，导流元件通过由支撑结构形成的凸起构成。

该导流元件或多个导流元件能够以简单的方式制成，例如被冲压入支撑结构。通过冲压工艺，支撑结构的部分区域被从支撑结构的主平面压出且位于且因此突出于支撑结构的主平面之上。由支撑结构自身组成的导流元件的形成是特别方便的，因为不需要额外的材料。此外，由平面材料构成的凸起的形成例如通过冲压是已知的低成本技术，其适于大量生产。

同样有利地，导流元件设置在支撑结构中的开口区域中。

特别有利地，在喷射到支撑结构上时护套的塑料的一部分穿过开口且因此至少部分地接合于支撑结构之后。同时塑料充满通过导流元件的形成而产生的中空空间，且因此为支撑结构提供较高的稳定性。

在一个特别有利的实施例中，导流元件在其末端、即在从支撑结构主平面起最远的点处具有开口。这是特别有利的，因为在喷射时穿过开口的塑料构成支撑结构的最高点且因此与壳体下部锁闭的壳体上部直接与塑料在导流元件的末端接触。以此方式，能够在壳体下部和壳体上部之间产生塑料-塑料接触。

根据本发明一个特别便利的构造，导流元件通过护套上的延伸穿过支撑结构中的开口的栓钉状结构形成，和/或通过连接于壳体上部和/或支撑结构的塑料元件形成。

对于不通过由支撑结构的材料形成导流元件的情况，导流元件可通过护套的一部分形成，该部分穿过支撑结构中的开口。在此可尽量自由地选择导流元件的形状。这是特别有利的，因为因此能够针对性地影响流体流且同时使热交换器的整体重量保持较轻。

特别有利地，导流元件由塑料制成且形成在壳体内部位于壳体上部或壳体下部上，因为通过其能够影响壳体内部的流体流。导流元件在此能够喷射在壳体上部或壳体下部。以此方式产生的导流元件在重量方面被优化且能够实施为多种形状。

通过多个以规则或非规则构型设置的导流元件，能够在壳体内产生有利的流体流构型。特别地，这样影响流体流，使得保证流经壳体的总体均匀流动。

此外有效地，支撑结构在侧壁的区域中至少部分地由护套接合于其后。

有利地，护套在多个位置接合于支撑结构之后，从而产生持久的形状配合的连接。除了形成于支撑结构中的开口，护套在侧壁的区域中接合于支撑结构之后同样是特别有利的。此外，护套在其在侧壁上接合于支撑结构之后的位置形成另一个连接位置，支撑结构在该连接位置能够与壳体上部凭借塑料-塑料接触而连接。

在此，“接合于…之后”是指将护套的塑料从邻近侧壁的侧面区域引导直至侧壁的上部区域之上且因此护套的塑料构成壳体下部的最高点。

在本发明的一个特别便利的构造中，在已装配状态下将护套与壳体上部在导流元件开口区域中和/或在侧壁区域中连接。

特别地，在上述区域中，壳体上部和壳体下部之间的塑料-塑料接触是有利的。这导致了两个部分能够特别简单地彼此连接。理想地，壳体上部和壳体下部之间的塑料-塑料接触实施为整体环绕，从而使壳体上部和壳体下部能够在工作过程中流体密封地彼此连接。

此外有利地，支撑结构和护套形状配合地和/或材料配合地彼此连接。

形状配合的连接和/或材料配合的连接是有利的，能够实现热交换器尽可能长的使用寿命。在此例如可设想地，护套已经制成为分开的部分且将支撑结构压入护套中。护套的制造例如通过注塑成型实现。在这种情况下占主要部分地连接形式为形状配合的连接，其通过护套接合于支撑结构之中或之后形成。

可选地，护套也可以直接喷射到支撑结构上。在这种情况下，除了形状配合的连接也可以出现材料配合的连接。

同样合适地，热交换器具有在壳体上部或在壳体下部上的流体入口和流体出口。

为了连接到流体回路，热交换器有利地具有流体入口和流体出口。根据可使用的安装空间，流体入口和流体出口的设置能够有利地位于壳体上部或壳体下部上。

此外优选地，热交换器具有壳体上部上的流体入口以及壳体下部上的流体出口，或者，热交换器具有壳体上部上的流体出口以及壳体下部上的流体入口。

如果热交换器例如与一个或多个其他热交换器串联连接使用，则有利的是，流体入口或流体出口设置在壳体上部，其他的流体入口或流体出口分别设置在热交换器的壳体下部。

此外有利地，壳体的内部体积至少划分为第一腔和第二腔，它们在至少一个位置处彼此流体连通。

通过这样划分热交换器的内部体积，能够实现穿过热交换器的流通，其中流体整体大体上一次性地在其主流动方向偏转约180°。流过热交换器的流体比单一直流构型更长，在单一直流构型中该流体在热交换器的一个末端流入且从相对末端重新流出，借此能够增强总体的热传递。额外地，以这种方式能够在热交换器中达到更均匀的温度分布。

在本发明一个特别优选的实施例中，壳体下部具有U形基本形状，其由两个侧边和连接区域构成，其中流体入口和流体出口分别设置在侧边的背离连接区域的一个末端区域上。

通过热交换器的该构造，流体在给定方向流过热交换器。在此流体通过流体入口流入到热交换器中且沿着侧边中的一个流动到连接区域，该连接区域在一个末端区域中与侧边连接。流体从那里流动到第二侧边且大体偏转约180°以相对第一侧边的反向流动方式流到流体出口。

在从属权利要求以及以下的附图说明中进一步描述本发明有利的改进方案。

附图说明

以下将参考附图基于实施例详细描述本发明。其中：

图1 壳体下部的透视图，其具有包括底部区域和侧壁的金属支撑结构，侧壁由护套部分围绕且接合于其后；

图2 根据图1的金属支撑结构的透视图；

图3 根据图1的护套的透视图；

图4 穿过壳体上部和壳体下部的截面，其中壳体下部具有额外的导流元件；

图5 具有壳体的热交换器的透视图，该壳体由根据图1至4的壳体下部以及壳体上部组成，其中热交换器具有U形基本形状，其通过两个侧边和连接两个侧边的连接区域构成；以及

图6 根据图5的热交换器的另一个透视图。

具体实施方式

图1示出壳体下部1的部分透视图。壳体下部1大体上通过支撑结构3构成，其部分由护套2围绕。支撑结构3由金属材料构成且大体上通过平坦的平面构成，其具有在侧面环绕且翻边的侧壁6。

在支撑结构3的底部平面7上设置有导流元件4，其在图1中通过栓钉状形状示出。该导流元件4能够通过冲压方法由支撑结构3的底部材料制成。导流元件4能够以规则和不规则构型设置在支撑结构3中。在图1中示出的导流元件4在其背离支撑结构3的末端具有开口5。

通过完全环绕的侧壁6形成支撑结构3的槽状结构。支撑结构3的该结构能够例如通过深冲方法产生。有利地，支撑结构3由良好导热的材料，例如铝或铝合金制成。

在图1的图示中，支撑结构3与有利地由塑料制成的护套2至少部分地接合于其后。护套2为喷射成型的塑料，其从***绕支撑结构3喷射成型。

护套2的塑料完全填满导流元件4，导流元件4由支撑结构3的底部材料形成。当喷射成型时，护套2的塑料同样穿过导流元件4的开口5向上穿过支撑结构3，并且因此至少部分地接合于导流元件4之后。支撑结构3的侧壁6同样由护套2的塑料接合于其后。在图3中描述塑料护套的详细构造。

支撑结构3因此与护套2通过既出现在导流元件4的开口5上的、又出现在侧壁6的上部末端区域上的形状配合的连接而连接。

在一个可选地实施例中，壳体下部也可以包括支撑结构，该支撑结构仅具有多个开口以代替形成的导流元件。在护套喷射时，该开口能够通过由护套的塑料填满且至少部分覆盖，从而在护套和支撑结构之间形成形状配合的连接。可选地，导流元件也可仅通过护套的塑料形成。一个纯由塑料构成的导流元件能够非常自由地构成其形状。

壳体下部1这样构成，使由支撑结构3背离底部平面的侧面完全由护套2接合于其后。以此方式，护套2的塑料成为使支撑结构3向上锁闭的元件。这是特别有利的，因为此后壳体上部放置在壳体下部1上。该壳体上部优选由塑料制成。

通过例如在图1中描述的壳体下部1的构造，可能的是，在壳体下部1和壳体上部之间产生纯塑料-塑料连接。由于该连接，壳体下部1和壳体上部能够凭借相同的材料特别容易地彼此连接。在此例如能够使用焊接法，使两个塑料彼此流体密封地连接。这是特别有利的，因为该方法成本低且在批量生产的范围中可用。此外，不要加入或后续处理金属材料。

图2示出已经在图1中示出的支撑结构3的详细视图。大体上能够看到多个导流元件4，其通过冲压由支撑结构3形成。导流元件4在其最高点具有开口5。同样可以看到侧壁6，其使支撑结构3形成槽状元件。

图3示出已经在图1中示出的护套2的详细视图。特别清楚地看到，护套2大体上为模仿支撑结构3的外轮廓。相应地，护套2同样具有侧壁10，侧壁10匹配于支撑结构3的侧壁6的倾斜角和高度。护套2在侧壁10的上部末端区域具有环绕的唇缘11，其分别接合于支撑结构3的侧壁6的上部区域之后。通过环绕的唇缘11，在护套2与支撑结构3之间形成形状配合的连接。此外，以此方式保证了壳体下部1的最高点通过护套2的塑料构成。

此外可以看到，在护套2中形成有栓钉8，栓钉8在最终装配状态下位于支撑结构3的导流元件4的内部。在图3中特别清楚地看到，盘状凸起9位于栓钉8的末端。盘状凸起9接合于支撑结构3的导流元件4之后且因此在护套2和支撑结构3之间形成另一个形状配合的连接。此外，通过盘状凸起9可进一步使壳体下部1和壳体上部之间产生塑料-塑料连接。

护套2首先用于使支撑结构3电绝缘并且也用于密封壳体。

支撑结构3和护套2因此既通过形状配合的从后接合也通过塑料和支撑结构3之间的天然附着力彼此连接。由于壳体下部1的高塑料成分，示出的实施例实质上比完全由金属材料制成的实施例具有更低的重量。

图4示出穿过热交换器27的部分区域的截面。壳体下部28与壳体上部29相对设置。

清楚地看到，壳体下部28朝向壳体上部29的区域由护套21的塑料制成。以此方式，产生上述已经描述的位于壳体下部28和壳体上部29之间的塑料-塑料连接。

与上述图1至图3中一样，在图4中的支撑结构22由护套21环绕。支撑结构22具有导流元件23，与图1至图3类似，导流元件23通过冲压法形成。导流元件23完全由护套21的塑料填充。在导流元件23的开口处，塑料接合于支撑结构22之后。在支撑结构22的边缘区域上，护套21凭借唇缘25接合于支撑结构22之后。

额外于图1至图3，在图4中还示出导流元件的另一可选构造。通过设置在支撑结构22中的额外开口形成导流元件26。导流元件26完全由塑料制成，该塑料同样构成护套21。

如果导流元件26通过塑料制成，则该塑料在喷射成型过程中通过开口进入支撑结构22。在喷射成型过程中，导流元件26的形状能够没有特殊引导地实现或者通过设置在支撑结构22内侧的模制件形成，借此将流过开口的塑料设置成特殊形状。

图5示出热交换器30的透视图，如其已在图1至图4中描述的一样，热交换器30由壳体下部31和壳体上部32构成。壳体下部31在其外侧具有流体入口33以及流体出口34。壳体下部31构成为U-形的基础形状。该U-形基础形状大体上通过两个彼此平行地延伸的侧边36，37以及将侧边36与侧边37连接的连接区域38构成。两个侧边36，37在其大部分范围内由间隙35彼此隔开。

壳体上部32大体上模仿壳体下部31的基本形状。壳体上部32由塑料制成。壳体下部31能够凭借壳体上部32精确地流体密封地锁闭。

可替换于图5中示出的实施形式，流体入口33以及流体出口34也可以设置在壳体上部32上。此外可设置为，将流体入口设置在壳体下部31上且将流体出口设置在壳体上部上。同样也可将该结构颠倒设置。

在图5中示出的实施形式中，流体入口33以及流体出口34设置在侧边36，37的一个末端区域。壳体下部31的连接区域38设置在侧边36，37的另一末端。热交换器30通过流体入口33充满流体，流体自身接着沿着侧边36穿过热交换器30流通。流体在连接区域38上从侧边36流到侧边37中且大体上在其主流动方向中偏转180°。接着，流体通过侧边37往回流到流体出口34的方向。以此方式保证了在热交换器30内产生定向的流体流且由流体流过热交换器30的所有区域。

由于两个侧边36，37，在热交换器30内实际形成两个腔，该两个腔通过连接区域38彼此流体连通。该连接区域38允许两个腔之间的流体互流。

可替换于图5中示出的具有用于分隔侧边36，37的间隙35的实施形式，同样可设置为，壳体下部31实施为矩形基本形状且在热交换器内部设置分隔壁，分隔壁将热交换器的内部体积大体上分成第一和第二腔。分隔壁这样构成，使第一腔和第二腔至少在一个位置处彼此流体连通。壳体上部32同样通过大体上矩形的基本形状构成。在图5中示出的间隙是可选择的且也可以省略。

有利地，在图5示出的图示中，在侧边36和侧边37之间形成由间隙35导致的热绝缘。假定侧边36和37中的温度水平彼此不同，由此阻止了在侧边36中流体和侧边37中流体之间产生温度平衡。

图6示出了根据图5的热交换器30的视图。可以看到，补充于图5，在壳体下部31中设置有导流元件39。如已在图1至图4中示出以及描述的，多个导流元件39设置在壳体下部31的支撑结构上。导流元件39首先用于控制热交换器30内部的流体流且同时通过导流元件在热交换器30内部产生尽可能涡流的流体流，从而保证了热交换器30内尽可能均匀的温度水平。

图5和图6中的热交换器30分别以U形通流构型被流通。在可替换的实施方案中也可设置为，热交换器具有壳体下部或壳体上部，例如在附图中描述产生的，其以I形通流构型被流通。为此相应地选择流体入口和流体出口的设置。

基本上，如在图1至图6中示出的壳体下部1，31的结构可以是任意基本形状。在图1至图6中示出的、大体上矩形的壳体下部1，31或壳体上部32的基本形状仅仅是示意性的且不代表限制。同样地，示出的流体入口33或流体出口34仅仅理解为示意性的流体入口或流体出口的图示。除了示出的管状连接件也可以设置为例如带角度的管道或简单的开口，其通过输入和输出管道接触。同样，导流元件4，23，26，39的形状和设置仅仅为示意性的且不具有限制作用。

Claims (9)

1.一种热交换器(27，30)，其具有壳体，该壳体具有流体入口(33)和流体出口(34)，其中该壳体通过流体入口(33)和流体出口(34)与流体回路处于流体连通，在壳体内部具有导流元件(4，23，26，39)，其中该壳体由壳体上部(29，32)和槽状的壳体下部(1，28，31)构成，其中该壳体下部(1，28，31)具有底部区域(7)和环绕的侧壁(6)，其特征在于，壳体下部(1，28，31)具有支撑结构(3，22)和护套(2，21)，其中该支撑结构(3，22)至少部分地由护套(2，21)环绕且由金属材料制成，且护套(2，21)由塑料制成，其中壳体上部(29，32)由塑料构成且壳体下部(1，28，31)与壳体上部(29，32)通过塑料-塑料接触来连接，支撑结构(3，22)形成的凸起构成导流元件(4，23，26，39)，该导流元件(4，23，26，39)为栓钉状形状并具有开口(5)，护套(2，21)在该开口中或穿过该开口至少部分地接合于该支撑结构(3，22)之中或之后，在护套(2，21)中形成有栓钉(8)，栓钉(8)位于支撑结构(3，22)的导流元件(4，23，26，39)的内部，盘状凸起(9)位于栓钉(8)的末端，通过盘状凸起(9)使壳体下部(1，28，31)与壳体上部(29，32)之间产生塑料-塑料连接。

2.根据权利要求1所述的热交换器(27，30)，其特征在于，导流元件(4，23，26，39)通过护套(2，21)上的延伸穿过支撑结构(3，22)中的开口(5)的栓钉状结构形成，和/或通过连接于壳体上部(29，32)和/或支撑结构(3，22)的塑料元件形成。

3.根据权利要求1所述的热交换器(27，30)，其特征在于，支撑结构(3，22)在侧壁(6)区域中至少部分地由护套(2，21)接合于其后。

4.根权利要求1所述的热交换器(27，30)，其特征在于，在已装配状态下将护套(2，21)与壳体上部(29，32)在导流元件(4，23，26，39)的开口(5)区域中和/或在侧壁(6)区域中连接。

5.根据权利要求1所述的热交换器(27，30)，其特征在于，支撑结构(3，22)和护套(2，21)形状配合地和/或材料配合地彼此连接。

6.根据权利要求1所述的热交换器(30)，其特征在于，热交换器(30)在壳体上部(32)或壳体下部(31)上具有流体入口(33)和流体出口(34)。

7.根据权利要求1所述的热交换器(27，30)，其特征在于，热交换器在壳体上部具有流体入口且在壳体下部具有流体出口，或者，热交换器在壳体上部具有流体出口且在壳体下部具有流体入口。

8.根据权利要求1所述的热交换器(27，30)，其特征在于，壳体的内部体积至少划分为第一腔和第二腔，它们在至少一个位置处彼此流体连通。

9.根据权利要求1所述的热交换器(30)，其特征在于，壳体下部(31)具有U形基本形状，该形状由两个侧边(36，37)和连接区域(38)构成，其中流体入口(33)和流体出口(34)分别设置在侧边(36，37)的一个背离连接区域(38)的末端区域上。