CN112856860A - 换热器组件和热管理*** - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种换热器组件，包括第一换热器和换向节流阀，第一换热器和换向节流阀连接为一体结构。所述第一换热器包括第一集流管、第二集流管以及连接于第一集流管、第二集流管之间的多根并列排列的换热管，所述换热管连通所述第一集流管和所述第二集流管。第一集流管和第二集流管均具有至少一个腔室，其中一个腔室的管壁设有第一接口，另外一个腔室的管壁设有第二接口，所述换向节流阀具有与第二接口对接的第一端口、与***管路连接的第二端口以及与第二换热器连接的第三端口。本申请还提供了一种包括上述换热器组件的热管理***。本申请简化了热管理***的结构。

Description

换热器组件和热管理***

技术领域

本申请涉及换热器技术领域，尤其是一种换热器组件和热管理***。

背景技术

热泵***中的换热器为适应不同的工作模式，既要做冷凝器、又要做蒸发器，具有重要的作用。相关的换热器在制热模式下作为蒸发器，结霜后换热性能下降，为实现热泵***蒸发器的高效性，需要在当前换热器结霜后切换到其他换热器上使用，该其他换热器仍能实现蒸发器的功能，从而实现有效制热。

在发明人所了解的技术中，热管理***需要通过较为复杂的多种阀件、管路等实现上述换热器的连接以及换热器的切换，使得***结构复杂。

发明内容

本申请一方面提供一种换热器组件，结构紧凑，有利于简化热管理***的结构。

为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种换热器组件，包括第一换热器和换向节流阀，第一换热器和换向节流阀连接为一体结构，所述第一换热器包括第一集流管、第二集流管以及连接于第一集流管、第二集流管之间的多根并列排列的换热管，所述换热管连通所述第一集流管和所述第二集流管，第一集流管和第二集流管均具有至少一个腔室，其中一个腔室的管壁设有第一接口，另外一个腔室的管壁设有第二接口，管壁设有第一接口的腔室与管壁设有第二接口的腔室通过换热管的内腔连通，所述换向节流阀具有第一端口、第二端口以及第三端口，其中，第一端口用于与第二接口对接，第二端口以及第三端口分别用于与外部元件对接；在第一工作状态下，所述换向节流阀的第三端口关闭，所述换向节流阀的第一端口与第二端口之间具有阀口开度最大形成的第一阀体通道，第一接口、换热管、第二接口、第一端口、所述第一阀体通道以及第二端口连通；在第二工作状态下，所述换向节流阀的第三端口关闭，所述换向节流阀的第二端口和第一端口之间具有第二阀体通道，所述第二阀体通道的流通量小于第一阀体通道的流通量，第二端口、所述第二阀体通道、第一端口、第二接口、换热管、第一接口连通；在第三工作状态下，所述换向节流阀的第一端口关闭，所述换向节流阀的第二端口和第三端口之间具有第三阀体通道，所述第三阀体通道的流通量小于所述第一阀体通道的流通量，第二端口、第三阀体通道以及第三端口连通。

本申请另一方面还提供了一种热管理***，包括上述的换热器组件、第二换热器、压缩机、室内冷凝器、室内蒸发器、第一节流元件，以及连接于上述至少两个部件之间的***管路，所述热管理***包括第一换热模式、第二换热模式以及结霜处理模式；

在所述第一换热模式下，所述换热器组件运行第一工作状态，第一接口作为冷媒进口，第二端口作为冷媒出口，其中，压缩机、换热器组件、第一节流元件、室内蒸发器连通形成回路，所述换热器组件在热管理***中充当冷凝器；

在所述第二换热模式下，所述换热器组件运行第二工作状态，所述第二端口作为冷媒进口，所述第一接口作为冷媒出口，其中，压缩机、室内冷凝器、换热器组件连通形成回路，所述换热器组件在热管理***中充当第二节流元件和蒸发器；

在所述结霜处理模式下，所述换热器组件运行第三工作状态，所述第二端口作为冷媒进口，所述第三端口作为冷媒出口，其中，压缩机、室内冷凝器、换热器组件、第二换热器连通形成回路，所述换热器组件在热管理***中充当第三节流元件。

本申请的换热组件将换向节流阀与第一换热器进行集成，集成后的换热器组件具有多种工作状态，可以适应热管理***的多种工作模式，换热器组件的结构紧凑，有利于简化***结构。

附图说明

图1为本申请换热器组件实施方式一的立体组合图。

图2为本申请换热器组件实施方式一第一角度的立体分解图。

图3为本申请换热器组件实施方式一第二角度的立体分解图。

图4为图3的部分放大图。

图5为本申请换热器组件实施方式一第三角度的立体分解图。

图6为图5的部分放大图。

图7为本申请换热器组件实施方式二的立体组合图。

图8为本申请换热器组件实施方式二的立体分解图。

图9为本申请换热器组件实施方式二另一角度的立体分解图。

图10为第一工作状态下制冷剂在本申请换热器组件里的流向示意图。

图11为第一换热模式下制冷剂在本申请应用的***中的流向示意图。

图12为第二工作状态下制冷剂在本申请换热器组件里的流向示意图。

图13为第二换热模式下制冷剂在本申请应用的***中的流向示意图。

图14为第三工作状态下制冷剂在本申请换热器组件里的流向示意图。

图15为结霜处理模式下制冷剂在本申请应用的***中的流向示意图。

具体实施方式

请参考图1至图9，一种换热器组件100，包括第一换热器1和换向节流阀2，第一换热器1和换向节流阀2连接为一体结构。第一换热器1包括第一集流管11、第二集流管12以及连接于第一集流管11、第二集流管12之间的多根并列排列的换热管13。换热管13连通所述第一集流管11和所述第二集流管12。第一集流管11和第二集流管12均具有至少一个腔室，第一集流管11的一个腔室的管壁设有第一接口15，另外一个腔室的管壁设有第二接口16，从而第一集流管11与第二集流管12之间形成制冷剂的至少一个流程。所述换向节流阀2具有与第二接口16对接的第一端口211、与***管路3连接的第二端口212以及与第二换热器4连接的第三端口213。

请参考图1至图9以及图10和图11，换热器组件100处于第一工作状态，所述换向节流阀2的第三端口213关闭，所述换向节流阀2的第一端口211与第二端口212之间具有阀口开度最大形成的第一阀体通道。第一接口15经由第一换热器1的上述至少一个流程、第二接口16、第一端口211、第一阀体通道并与第二端口212连通，该工作状态对应的一种实施方向下制冷剂的回路为：自第一接口15流进第一换热器1，经过上述至少一个流程后到达第二接口16、经由第一端口211进入换向节流阀2、经所述第一阀体通道向第二端口212流出至***管路3。

请参考图1至图9以及图12和图13，换热器组件100处于第二工作状态，所述换向节流阀2的第三端口213关闭，所述换向节流阀2的第二端口212和第一端口211之间具有第二阀体通道，第二阀体通道的流通量小于第一阀体通道的流通量。第二端口212经第二阀体通道、第一端口211、第二接口16、第一换热器1的上述至少一个流程并与第一接口15连通，该工作状态对应的一种实施方向下制冷剂的回路为：从第二端口212流进换向节流阀2、经所述第二阀体通道向第一端口211流出、由第二接口16进入第一换热器1，经过上述至少一个流程后从第一接口15流出。

请参考图1至图9以及图14和图15，换热器组件100处于第三工作状态，所述换向节流阀2的第一端口211关闭，所述换向节流阀2的第二端口212和第三端口213之间具有第三阀体通道，第三阀体通道的流通量小于第一阀体通道的流通量。第二端口212不经过所述第一换热器1，而是经第三阀体通道与第三端口213连通，该工作状态对应的一种实施方向下制冷剂的回路为：从第二端口212流进且不经过第一换热器1而是经由第三端口213流向第二换热器4。

请参考图3至图6，具体实施方式中，所述换向节流阀2是三通球阀，所述三通球阀包括阀座21、位于阀座21内的球体22以及与球体22连接的阀杆23。所述第一、第二、第三端口211、212、213设置于阀座21上，所述球体22具有进口221和出口222，阀杆23带动球体22在阀座21内转动而改变进、出口221、222与所述第一、第二、第三端口211、212、213的重合度，实现了三通球阀在分别对应于上述三种模式的第一、第二、第三工作状态之间的转换。

请参考图1至图6，所述第一工作状态时，阀座21和球体22之间为进口221与第一端口211完全重合且出口222与第二端口212完全重合的初始0°角度，阀杆23带动球体22在阀座21内逆时针偏转第一角度时，所述换向节流阀2切换为第二工作状态，进口221与第一端口211部分重合且出口222与第二端口212部分重合。阀杆23带动球体22在阀座21内沿逆时针继续偏转为第二角度时，所述换向节流阀2切换为第三工作状态，进口221与第二端口212部分重合且出口222与第三端口213部分重合。

具体实施方式中，所述第一角度位于1°～44°之间，所述第二角度位于91°～144°之间。

关于换向节流阀2和第一集流管11的安装方式，实施方式一中，所述换向节流阀2通过焊接的方式与第一集流管11连接为一体结构，具体请参考图1至6。所述第一端口211与所述第二接口16对准设置，所述换向节流阀2与第一集流管11相焊接的侧面为与第一集流管11的管壁适配的弧形面20。实施方式一为没有压板5的一体连接方式，有利于减少加工工序，流程上比较简单。需要将换向节流阀2直接和第一集流管11进炉钎焊。

关于换向节流阀2和第一集流管11的安装方式，实施方式二中，所述第一换热器1还包括压板5，具体请参考图7至图9。所述压板5位于第一集流管11与换向节流阀2之间，压板5具有连通第一端口211与第二接口16的连通通道50，所述换向节流阀2通过该压板5安装至第一集流管11。实施方式二是通过压板5连接的分体式，先将压板5和集流管进炉钎接，钎接后再把换向节流阀2通过螺栓锁至压板5，虽然多了一道工序，但是焊接方便了，有利于降低因换向节流阀2的尺寸增加带来的焊接难度。

可选实施方式中，所述相邻两个换热管13之间设有翅片(未图示)。翅片的作用是加速热交换。

一种实施方式中，所述第一集流管11和第二集流管12的两个管腔中，至少一个管腔内设有隔板14，所述隔板14将所属集流管的管腔分割为相互不连通的多个腔室，所述第一接口15和第二接口16位于其中两个不同腔室的管壁上。通过隔板14将第一集流管11或/和第二集流管12的管腔区分开，可以增加制冷剂的流程。

请参考图1至图9所示，本申请的具体实施方式中，所述第一集流管11的管腔内设有一个隔板14从而第一集流管11为双腔室，隔板14的一侧为第一腔室，隔板14的另一侧为第二腔室，第二集流管12的管腔内无隔板从而为第二集流管12具有唯一的一个腔室，第一接口15和第二接口16都位于第一集流管11上，第一接口15位于第一腔室的管壁上，第二接口16位于第二腔室的管壁上，从而本申请从第一集流管11的第一接口15和第二集流管12之间以及第二集流管12和第二接口16之间组成制冷剂的两个流程。

本申请提供的热管理***可以具体为汽车空调热管理***，请参考图11、图13和图15，本申请提供的热管理***包括上述实施方式中提供的换热器组件100，还包括第二换热器4、压缩机6、室内冷凝器7、室内蒸发器8、第一节流元件9。所述压缩机6的排气口和室内冷凝器7的进口端之间、室内冷凝器7的出口端和第一换热器1的第一接口15之间、换向节流阀2的第二端口212和室内蒸发器8的进口端之间、室内蒸发器8的出口端和压缩机6的进气口之间、换向节流阀2的第三端口213和第二换热器4的进口端之间、第二换热器4的出口端和压缩机6的进气口之间可通过***管路3连接。

热管理***包括第一换热模式、第二换热模式以及结霜处理模式。

在第一换热模式下(制冷模式)，换热器组件100运行第一工作状态，第一接口15作为冷媒进口，第二端口212作为冷媒出口，其中，压缩机6、换热器组件100、第一节流元件9、室内蒸发器8通过***管路3连通形成回路，换热器组件100在热管理***中充当冷凝器。

一种具体的实施方式中，参考图11，在该热管理***中，还可以包括四通换向阀、风门、气液分离器、电池冷却循环回路、电机冷却循环回路等相关，具体的，在图11中，热管理***处于制冷模式，压缩机6将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒，高温高压的气态冷媒从压缩机6的排气口流出到达室内冷凝器7，但是由于此时室内的风门关闭，室内冷凝器7无法有效和空气换热，不能起到冷凝器的作用，冷媒离开室内冷凝器7后经四通换向阀的导向作用进入换热器组件100(室外换热器/汽车空调前端模块)中，第一接口15作为冷媒进口，高温高压的气态冷媒经过第一换热器1与室外空气流换热，高温高压的气态冷媒进行冷凝放热变成低温冷媒释放热量，释放的热量被空气流带到室外环境空气中，冷媒则发生相变而冷凝成液态或气液两相冷媒、再经工作于全通状态的换向节流阀2并最终从第二端口212离开换热器组件100，再进入第一节流元件9膨胀，降温降压变成低温低压的冷媒，经节流作用后的低温低压冷媒进入室内蒸发器8蒸发吸收室内蒸发器8周围的空气的热量，使室内蒸发器8周围的空气温度降低，在空气流的作用下，冷空气进入空调箱的通道并被送入室内，降低乘室内温度。此时，设置第一节流元件9的目的在于将节流后的冷媒快速到达室内蒸发器8进行吸热，当然，如能将室内蒸发器8的入口靠近换向节流阀2的第二端口212，则也可以省去第一节流元件9，即让换热器组件100即充当冷凝器的功能，又充当节流元件的功能，冷媒最终回到压缩机6中，完成一次循环。

在第二换热模式(制热模式)下，换热器组件100运行第二工作状态，第二端口212作为冷媒进口，第一接口15作为冷媒出口，其中，压缩机6、室内冷凝器7、换热器组件100通过***管路3连通形成回路，换热器组件100在热管理***中充当第二节流元件和蒸发器。

一种具体的实施方式中，参考图13，在该热管理***中，还可以包括四通换向阀、风门、气液分离器、电池冷却循环回路、电机冷却回路相关组件等元件，具体的，在图13中，压缩机6将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒，高温高压的气态冷媒由压缩机6的排气口离开到达室内冷凝器7，高温高压的气态冷媒在室内冷凝器7中与空气流换热，冷媒在室内冷凝器7中冷凝放热，热空气进入空调箱的通道并被送入室内，提高室内温度，冷媒离开室内冷凝器7后经四通换向阀的导向作用进入换热器组件100(室外换热器/汽车空调前端模块)中，第二端口212作为冷媒进口，冷媒先进入换向节流阀2进行节流膨胀，降温降压变成低温低压的冷媒，然后低温低压的冷媒流入第一换热器1吸收第一换热器1周围的空气的热量，进行蒸发吸热、最终从第一接口15离开换热器组件100，再经四通换向阀的导向作用进入第二换热器4，由于此时电池冷却循环回路/电机冷却回路不工作，没有冷却液经过第二换热器4，第二换热器4不发挥换热作用，冷媒在第二换热器4中换热作用可忽略，冷媒从第二换热器4离开后回到压缩机6中，完成一次循环。

在结霜处理模式下室内制热，例如当前环境温度在-5℃～5℃时，第一换热器1(室外换热器)表面容易结霜，结霜后第一换热器1不能继续充当蒸发器的功能。此时需要***中的另一个换热器继续充当蒸发器实现制热功能。这种工作模式下，换热器组件100运行第三工作状态，第二端口212作为冷媒进口，第三端口213作为冷媒出口，其中，压缩机6、室内冷凝器7、换热器组件100、第二换热器4通过***管路3连通形成回路，换热器组件100在热管理***中充当第三节流元件。如图15所示，压缩机6将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒，高温高压的气态冷媒由压缩机6的排气口离开到达室内冷凝器7，高温高压的气态冷媒在室内冷凝器7中与空气流换热，冷媒在室内冷凝器7中冷凝放热，热空气进入空调箱的通道并被送入室内，提高室内温度，冷媒离开室内冷凝器7后经四通换向阀的导向作用进入换热器组件100中，第二端口212作为冷媒进口，冷媒先进入换向节流阀2进行节流膨胀，降温降压变成低温低压的冷媒，第三端口213作为冷媒出口，然后低温低压的冷媒流入第二换热器4吸收第二换热器4中冷却液的热量，进行蒸发吸热后回到压缩机6中，完成一次循环。第二换热器4为板式换热器或者管壳式换热器(微通道换热器外包裹外壳)，由于第二换热器4与电池/电机循环回路连接，第二换热器4与第三端口213连接的流路流通冷媒，而与电池/电机循环回路连接的回路流通冷却液，电池/电机在运行过程中产生的热量通过第二换热器4将冷却液交换至冷媒中，实现低温冷媒的蒸发。因此，第二换热器4在此模式下作为蒸发器，换向节流阀2实现换向和节流作用。

本申请提供的换热器组件100通过将换向节流阀2与室外的第一换热器1集成在一起，有利于简化热管理***结构。

以上实施例仅用于说明本申请而并非限制本申请所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的描述，尽管本说明书参照上述的实施例对本申请已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本申请进行修改或者等同替换，而一切不脱离本申请的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种换热器组件(100)，其特征在于：包括第一换热器(1)和换向节流阀(2)，第一换热器(1)和换向节流阀(2)连接为一体结构，所述第一换热器(1)包括第一集流管(11)、第二集流管(12)以及连接于第一集流管(11)、第二集流管(12)之间的多根并列排列的换热管(13)，所述换热管(13)连通所述第一集流管(11)和所述第二集流管(12)，第一集流管(11)和第二集流管(12)均具有至少一个腔室，其中一个腔室的管壁设有第一接口(15)，另外一个腔室的管壁设有第二接口(16)，管壁设有第一接口(15)的腔室与管壁设有第二接口(16)的腔室通过换热管(13)的内腔连通，所述换向节流阀(2)具有第一端口(211)、第二端口(212)以及第三端口(213)，其中，第一端口(211)用于与第二接口(16)对接，第二端口(212)以及第三端口(213)分别用于与外部元件对接；

在第一工作状态下，所述换向节流阀(2)的第三端口(213)关闭，所述换向节流阀(2)的第一端口(211)与第二端口(212)之间具有阀口开度最大形成的第一阀体通道，第一接口(15)、换热管(13)、第二接口(16)、第一端口(211)、所述第一阀体通道以及第二端口(212)连通；

在第二工作状态下，所述换向节流阀(2)的第三端口(213)关闭，所述换向节流阀(2)的第二端口(212)和第一端口(211)之间具有第二阀体通道，所述第二阀体通道的流通量小于第一阀体通道的流通量，第二端口(212)、所述第二阀体通道、第一端口(211)、第二接口(16)、换热管(13)、第一接口(15)连通；

在第三工作状态下，所述换向节流阀(2)的第一端口(211)关闭，所述换向节流阀(2)的第二端口(212)和第三端口(213)之间具有第三阀体通道，所述第三阀体通道的流通量小于所述第一阀体通道的流通量，第二端口(212)、第三阀体通道以及第三端口(213)连通。

2.根据权利要求1所述的换热器组件(100)，其特征在于：所述换向节流阀(2)是三通球阀，所述三通球阀包括阀座(21)、位于阀座(21)内的球体(22)以及与球体(22)连接的阀杆(23)，所述第一、第二、第三端口(211、212、213)设置于阀座(21)，所述球体(22)具有进口(221)和出口(222)，阀杆(23)带动球体(22)在阀座(21)内转动而改变进、出口(221、222)与所述第一、第二、第三端口(211、212、213)的重合度，从而实现三通球阀在上述第一、第二、第三工作状态之间的转换。

3.根据权利要求2所述的换热器组件(100)，其特征在于：所述第一工作状态时，阀座(21)和球体(22)之间为进口(221)与第一端口(211)完全重合且出口(222)与第二端口(212)完全重合的初始0°角度，阀杆(23)带动球体(22)在阀座(21)内偏转第一角度时，所述换向节流阀(2)切换为第二工作状态，进口(221)与第一端口(211)部分重合且出口(222)与第二端口(212)部分重合；阀杆(23)带动球体(22)在阀座(21)内继续偏转为第二角度时，所述换向节流阀(2)切换为第三工作状态，进口(221)与第二端口(212)部分重合且出口(222)与第三端口(213)部分重合。

4.根据权利要求3所述的换热器组件(100)，其特征在于：所述第一角度位于1°～44°之间，所述第二角度位于91°～144°之间。

5.根据权利要求1至4任一所述的换热器组件(100)，其特征在于：所述换向节流阀(2)通过焊接的方式与第一集流管(11)连接为一体，所述第一端口(211)与所述第二接口(16)对准设置，所述换向节流阀(2)与第一集流管(11)相焊接的侧面为与第一集流管(11)的管壁适配的弧形面(20)。

6.根据权利要求1至4任一所述的换热器组件(100)，其特征在于：所述第一换热器(1)还包括压板(5)，所述压板(5)位于第一集流管(11)与换向节流阀(2)之间，压板(5)具有连通第一端口(211)与第二接口(16)的连通通道(50)，所述换向节流阀(2)通过该压板(5)安装至第一集流管(11)。

7.根据权利要求1所述的换热器组件(100)，其特征在于：相邻两个所述换热管(13)之间设有翅片。

8.根据权利要求1所述的换热器组件(100)，其特征在于：所述第一集流管(11)和第二集流管(12)的两个管腔中，至少一个管腔内设有隔板(14)，所述隔板(14)将所述集流管的管腔分割为相互隔离的多个腔室，所述第一接口(15)和第二接口(16)位于其中两个不同腔室的管壁上。

9.根据权利要求8所述的换热器组件(100)，其特征在于：所述第一集流管(11)的管腔内设有一个隔板(14)从而第一集流管(11)为双腔室，隔板(14)的一侧为第一腔室，隔板(14)的另一侧为第二腔室，所述第二集流管(12)的管腔具有一个腔室，第一接口(15)和第二接口(16)都位于第一集流管(11)上，第一接口(15)位于第一腔室的管壁上，第二接口(16)位于第二腔室的管壁上。

10.一种热管理***，其特征在于：所述热管理***包括如权利要求1至9中任一所述的换热器组件(100)、第二换热器(4)、压缩机(6)、室内冷凝器(7)、室内蒸发器(8)、第一节流元件(9)以及连接于上述至少两个部件之间的***管路(3)；所述热管理***包括第一换热模式、第二换热模式以及结霜处理模式；

在所述第一换热模式下，所述换热器组件(100)运行第一工作状态，第一接口(15)作为冷媒进口，第二端口(212)作为冷媒出口，其中，压缩机(6)、换热器组件(100)、第一节流元件(9)、室内蒸发器(8)连通形成回路，所述换热器组件(100)在热管理***中充当冷凝器；

在所述第二换热模式下，所述换热器组件(100)运行第二工作状态，所述第二端口(212)作为冷媒进口，所述第一接口(15)作为冷媒出口，其中，压缩机(6)、室内冷凝器(7)、换热器组件(100)连通形成回路，所述换热器组件(100)在热管理***中充当第二节流元件和蒸发器；

在所述结霜处理模式下，所述换热器组件(100)运行第三工作状态，所述第二端口(212)作为冷媒进口，所述第三端口(213)作为冷媒出口，其中，压缩机(6)、室内冷凝器(7)、换热器组件(100)、第二换热器(4)连通形成回路，所述换热器组件(100)在热管理***中充当第三节流元件。

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