CN113366276A - 易燃制冷剂的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于易燃制冷剂的热交换器，优选用于轨道车辆，所述热交换器具有中空长方体壳体，在中空长方体壳体的内部布置有制冷剂管路，制冷剂管路被设计为管‑翅片组或管中管‑翅片组。中空长方体壳体在封闭侧面的内侧设置有翅片，并且封闭侧面的外侧的至少一部分区域能够与乘客室进行操作连接。本发明解决的问题在于制造这种类型的热交换器，通过该热交换器避免了先前热交换器的现有安全风险，使得可省去二次回路并且可以替代地实现直连***。这个问题得以解决在于，中空长方体壳体被设计为模块，该模块能以气密方式与乘客室间隔开，制冷剂管路仅永久密封部分布置在中空长方体壳体的内部，制冷剂管路的连接点在每种情况下都完全布置在中空长方体壳体的外部，中空长方体壳体设置有至少一个密封框架和/或至少两个密封板，使得在热交换器固定在安装位置时，制冷剂管路的连接布置在与乘客室间隔开并向外通风到周围环境的区域内。

Description

易燃制冷剂的热交换器

技术领域

本发明涉及一种用于易燃制冷剂的热交换器，优选用于轨道车辆，所述热交换器具有中空长方体壳体，制冷剂管路位于所述壳体的内部，所述壳体被设计为管-翅片组(tube-and-fin pack)或管中管-翅片组(tube-in-tube and fin pack)，其中，所述中空长方体壳体在封闭侧面的内侧上设置有翅片，并且所述封闭侧面的外侧的至少一部分可以与乘客室进行操作连接。

背景技术

迄今为止，由于相关风险，特别是***和火灾风险，易燃制冷剂还没有用于轨道车辆的空调。将这些风险降至最低从而使其能够用于轨道车辆中的一种可能性是应用二次回路***(secondary circuit system)。在这种情况下，在已知的压缩制冷回路中使用易燃制冷剂，将所需的制冷(或制热)动力提供在主回路中，所述主回路位于车辆外部并且与车辆内部没有直接连接。所述制冷动力通过热交换器传输至二次回路。此二次回路通常是盐水回路，例如使用水-乙二醇混合物作为制冷剂。

DE 196 25 927 C2描述了一种用于客车的制冷和制热装置，所述客车具有带有主制冷剂回路的空调***。带有主制冷剂回路的制冷机设置在乘客室的地板下方。主制冷剂回路经由中间热交换器与二次制冷剂回路操作连接。此二次制冷剂回路主要位于客车内部，并用于控制乘客室内的温度。

工作车辆的制冷装置从EP 1 520 737 A1可知。主制冷剂回路设置在工作舱外，并经由中间热交换器与二次制冷剂回路操作连接。二次制冷剂回路主要布置在工作舱的内部，并接管其温度控制。

WO 2018/137 908 A1涉及一种轨道车辆，其具有布置在车辆外部并且在结构上与乘客室分离的主制冷剂回路。二次制冷剂回路至少部分地布置在轨道车辆内部。主制冷剂回路和二次制冷剂回路之间的热交换经由中间热交换器进行，中间热交换器优选布置在地板下面。因此，主制冷剂回路完全布置在有轨车辆内部之外。

这样的空调***设计充分利用了可用的空置安装空间。此外，制冷剂可用于乘客室外的回路，出于安全原因，这些回路从未或几乎从未用于乘客室内的空调，以避免在发生故障时制冷剂不受控制的泄漏造成的问题。例如，这适用于丙烷，从功能角度来看，丙烷非常适合用作制冷剂，但由于其易燃性，因此很少使用。

然而，这种设计也具有明显的缺点：

—由于使用二次回路而产生的热损失

—效率更低，并且能耗更高

—重量因额外的内部热交换器和所需的制冷剂而更大

—成本因额外需要的组件而增加

发明内容

本发明的问题在于制造一种用于空调***的热交换器，利用所述热交换器可避免先前热交换器的现有安全风险，使得可省去二次回路并可替代实现直连***(directsystem)。这种热交换器将优选适用于轨道车辆。

所述问题得以解决在于，所述热交换器具有中空长方体壳体，所述中空长方体壳体被设计为能够以气密方式从乘客室间隔开的模块，其中，在所述中空长方体壳体的内部仅布置有制冷剂管路的永久密封部分，其连接点在各种情况下都完全布置在中空长方体壳体的外部，并且中空长方体壳体设置有至少一个密封框架和/或至少两个密封板，当热交换器固定在安装位置时，制冷剂管路的连接被布置在与乘客室紧密间隔开并向外通风的区域内。

在第一变型中，密封框架由彼此相对布置的两个封闭侧壁以及垂直于所述侧壁且在中空长方体壳体的开口面上彼此相对布置的端壁形成。在这种情况下，中空长方体壳体在两个端壁表面上都具有密封涂层。

在第二变型中，密封框架由布置在封闭侧面上的分离段形成，所述分离段设计有周向凸缘。

这制造了一种用于空调***的热交换器，所述热交换器能够使易燃制冷剂在直接蒸发***中使用，优选轨道车辆的热交换器。通往乘客室的整个风道被设计为对制冷剂携带区域进行加压和气密，从而确保乘客室和易燃制冷剂之间的可靠密封。

一个实施例提供了制冷剂管路分别安装并密封在中空长方体壳体的相对开口端壁上。

管-翅片组被认为是永久密封的。在具有管-翅片组的热交换器的实施例中，只有该管-翅片组位于流至乘客室的气流中并因此通过直接路径连接到乘客室。制冷回路的所有其他部件(管、接头和其他部件)位于通向乘客室的空气通道外部并以气密方式与之分离。

在一个实施例中，制冷剂管路被设计为管中管布置，使得内管被设计为具有多个周向线圈的管，并且中空长方体壳体中的每个管线圈部分由相应的外管封闭。每个外管的两侧都是开口的，并确保在发生故障时泄漏排放到外部周围区域。在从内管泄漏时，外管中逸出的气态制冷剂将被引导到以气密方式与乘客室隔离的区域外，从而防止其进入通向乘客室的风道。

此外，所述管中管布置可被设计成使得内管具有肋部，所述肋部优选为直的或圆柱形扭曲的。这种肋部允许在扩展后与外管进行机械和热接触，其中，保持空置空气空间。

根据上述技术特征，热交换器可被设计为三种基本变型：

在第一变型中，两种不同的设计可用于管的密封和固定。例如，可在金属板的内侧设置橡胶，或可选地设置塑料壁，或者可设置塑料衬套来引导/密封金属板中的管。这对于简单的管设计和管中管设计都是可行的。

在第二变型中，金属板被布置在外侧用以固定，而橡胶或塑料被布置在内侧。这样，在两种变型中，管都可实现为简单的管或管中管设计。在第二变型中，无需内部涂层或塑料衬套来将管密封在外部固定板上。在这种设计中，密封功能是由内部的橡胶来实现的。

在第三变型中，使用两个金属板部件，而不是金属板和橡胶或塑料元件的组合。作为密封框架的替代或补充，此处提供的密封板分别布置在中空长方体壳体的开口面上的相对的端壁上。这些密封板布置在固定板(retaining plate)的相对于中空长方体壳体的内部而言的内侧，所述固定板形成端壁的支撑结构，并通过柔性密封缝形式的周向弹性连接件固定至中空长方体壳体。

每个密封板都有开口，用于制冷剂管路的馈通。密封板上的开口是通过冲孔、激光切割或钻孔形成的，并被设计为使扩展的制冷剂管路可以***这些开口中。类似地，密封板中的开口可设计有拉通(pull-through)，作为容纳扩展的制冷剂管路的套环(collar)。

附图说明

下文中，参照附图更详细地说明本发明的实施例示例。其中：

图1从侧视图示出热交换器的第一实施例；

图2从透视图示出了根据图1的热交换器；

图3从侧视图示出热交换器的第二实施例；

图4从透视图示出了根据图3的热交换器；

图5从侧视图示出热交换器的第三实施例；

图6在两个可选实施例的放大视图中示出了根据图5的热交换器的细节；

图7从透视图示出热交换器的第四实施例。

具体实施方式

图中所示的热交换器适用于带有直连制冷剂回路的空调***，并且主要用于轨道车辆。这样的设计原理是众所周知的。但在目前的情况下，基本思路的具体实施方式才是根本。因此，热交换器包括气密性可密封模块，所述模块在功能上被设计为将空气输送到乘客室的元件。所述模块具有带密封件的中空长方体壳体。

根据图1和图2，具有管-翅片组的热交换器中的密封框架由彼此相对布置的两个封闭侧壁1和2以及垂直于这些壁1和2布置并且在中空长方体壳体的端面处彼此相对的两个端壁3和4形成。壁表面均设置有密封涂层。为此，根据图1，端壁3具有密封涂层5，并且端壁4具有密封涂层6。

制冷剂管路的仅永久气密的部分被布置在中空长方体壳体的内部。这些可以可选地设计为管-翅片组(图1至图4)或管中管布置(图5和图6)。相应的管组由附图标记7表示。制冷剂管路的连接均完全布置在中空长方体壳体的外部。

中空长方体壳体在侧面8的内侧设置有翅片，侧面8垂直于两个封闭的侧壁1和2，并且也是封闭的。相应的翅片组由附图标记9表示。封闭侧面8的外部的至少一部分与乘客室进行操作连接(未详细显示)，使得在固定在中空长方体壳体的安装位置时，制冷剂管路的连接以气密方式布置在与乘客室间隔开的区域中。

制冷剂管路分别安装在中空长方体壳体相对的开口端壁上，并单独密封。这可以通过多种方式实现。例如，可以提供布置在端面上的金属板以支撑制冷剂管路。例如，可以通过密封涂层、密封件或塑料元件来实现密封。无论具体的设计如何，通过单独密封和保持功能来实现必要的功能可靠性。

图3和图4示出了带有中空长方体壳体的热交换器的稍微改进的设计。制冷剂管路也设计为管-翅片组。然而，密封框架在此由分离段10形成，分离段10布置在封闭侧面8上并且设计有周向凸缘。该分离段10优选由硬橡胶材料制成，并且具有部分加强的凸缘连接。

在根据图3和图4的这种设计中，两个端壁3和4具有密封功能。因此，密封框架是以附图标记10标识的橡胶部件的向外(空气方向)可见区域。端板在这里承担支撑功能，并且每个端板在右侧和左侧构成壁。

图5示出采用管中管-翅片组设计的带有制冷剂管路的热交换器。基本结构基本上与图1和图2所示的设计相对应。因此，密封框架由彼此相对布置的两个封闭侧壁1和2以及垂直于这些侧壁1和2并在中空长方体壳体的开口表面上彼此相对布置的两个端壁3和4构成。热交换器还包括中空长方体壳体内部的管组7和布置在封闭侧面8内侧的翅片组9。

在这种管中管-翅片组中，内管13被设计为具有多个周向线圈的管。每个管-线圈部分由外管14封闭在中空长方体壳体中，外管14的端面是开口的。

图6示出了用于密封管馈通的有效连接的细节，这里使用内管13和外管14的设计示例进行了说明。管馈通的密封也可以以同样的方式对单管实施。在右图中密封件被设计为区域密封11，而在左图中密封件被设计为环形密封12。

此外，内管13具有肋部(图中未示出)，用于与外管14热接触。例如，该肋部可以是直的，也可以是圆柱形的。外管14的开口端面能够在发生故障时进行泄漏排放，这代表了与已知设计相比的显著安全优势，特别是在使用易燃制冷剂(例如，丙烷)时。

图7示出了具有中空长方体外壳的热交换器的进一步设计，其在功能上设计为用于将空气输送至乘客室的元件。在此处示出的变型中，制冷剂管路也设计为管-翅片组。然而，代替密封框架，使用两个密封板15和16来形成气密可密封模块。密封板15和16分别布置在翅片组的末端，并且与热交换器的支撑结构没有刚性连接。因此，保持和密封的功能是相互独立的，并且使用不同的组件来完成。

为确保足够的粘合剂基座(以接触密封剂)，密封板15和16设计有突出部，该突出部围绕相对于翅片的***尺寸的圆周延伸至边缘区域和管区域。密封板15和16被设计为其尺寸至少与翅片尺寸相同。只要设计成高度更大，翅片组的密封就可以通过调整热交换器的上侧壁1和/或下侧壁2之间的密封来实现。如果热交换器的侧壁1和/或2设计为可拆卸的，则密封板15和16的后续密封可以简单地进行。

密封板15和16具有开口17，用于管组7的制冷剂管路的馈通。开口17被设计为应确保扩展的制冷剂管路可以***其中。这可确保两个密封板15和16牢固地且紧密地固定在制冷剂管路上。这可以通过在密封板15和16中形成冲压开口17、激光切割开口17或钻孔开口17来实现，作为管的馈通。

类似地，密封板15和16可设计为具有管内的转动翅片部分，其结合扩展的制冷剂管路馈通。对于转动翅片，通过使翅片管开口的拉通孔套环与相应的密封板15或16对齐，可为制冷剂管路馈通实现更好的轴承支撑。

此外，带有拉通的开口17可设计为用于容纳扩展的制冷剂管路的套环。这为制冷剂管路提供了更好的圆柱形支撑，从而实现降低的切口效应和更好的密封效果。

在根据图7的实施例中，端壁均设计为挡板18和19形式的独立组件。这些挡板18和19在功能上形成相应端壁的支撑结构。

两个密封板15和16中的一个设置在中空长方体壳体的每个相对开口表上，这些密封板15和16相对于中空长方体壳体的内部布置在固定板18和19内部。因此，外部布置的固定板18和19具有开口，通过这些开口可以与外部环境通风和压力均衡。

在组装状态下，密封板15和16优选经由设计为柔性密封缝的周向弹性连接件20而接合到中空长方体壳体上，因此与热交换器的支撑结构没有直接的固定连接。

无论密封件的具体设计如何，环向密封缝应永久固定并密封，以防压力波动或压力波至少达到+/-10kPa。

两侧布置的密封板15和16与热交换器的支撑外侧壁之间的空置区域可采用多种方式设计，例如，通过在空腔中***的密封垫，或通过周向弹性注入粘合剂，或通过用弹性密封剂填充整个空腔，或在一侧粘上密封件。此外，可以进行额外的密封，例如，在密封板15和16以及固定板18和19之间使用耐温羊毛(temperature-resistant fleece)。当热交换器处于相对于壳体的固定安装位置时，通过固定板18和19进行实际密封以形成可密封区域。

附图标记列表

1 侧壁

2 侧壁

3 端壁

4 端壁

5 密封涂层

6 密封涂层

7 管组

8 侧面

9 翅片组

10 分离段

11 密封件/区域密封

12 密封件/环形密封

13 内管

14 外管

15 密封板

16 密封板

17 密封板上的开口

18 固定板

19 固定板

20 周向弹性连接件

Claims (15)

1.一种用于易燃制冷剂的热交换器，优选用于轨道车辆，其中，所述热交换器具有中空长方体壳体，在所述中空长方体壳体的内部布置有制冷剂管路，所述制冷剂管路被设计为管-翅片组或管中管-翅片组，所述中空长方体壳体在封闭侧面的内侧设置有翅片，并且所述封闭侧面的外侧的至少部分区域能够与乘客室进行操作连接，其特征在于：

所述中空长方体壳体被设计为模块，所述模块能够以气密方式与所述乘客室间隔开，所述制冷剂管路仅永久密封部分布置在所述中空长方体壳体的内部，所述制冷剂管路的连接点在每种情况下都完全布置在所述中空长方体壳体的外部，所述中空长方体壳体设置有至少一个密封框架和/或至少两个密封板，使得在所述热交换器固定在安装位置时，所述制冷剂管路的连接被布置在与所述乘客室间隔开并向外通风到周围环境的区域内。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于

所述密封框架是由被布置为彼此相对的两个封闭侧壁(1，2)以及被布置为垂直于所述侧壁(1，2)并在所述中空长方体壳体的开口面上彼此相对的两个端壁(3，4)形成的。

3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于

所述密封框架是由分离段(10)形成的，所述分离段被布置在所述封闭侧面(8)上并且具有周向凸缘，所述周向凸缘由硬橡胶或塑料材料构成并具有部分加强的凸缘连接。

4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于

在所述制冷剂管路被设计成管-翅片组时，所述中空长方体壳体在所述两个端壁(3，4)中的每一个端壁上都设置有密封涂层(5，6)。

5.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于

所述制冷剂管路各自被单独安装并单独密封在所述中空长方体壳体的相对开口端壁(3、4)上，其中，所述密封件被设计为区域密封(11)或单个环形密封(12)。

6.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于

所述制冷剂管路被设计为管中管-翅片组，使得内管(13)被设计为具有多个圆周线圈的管，其中，所述管线圈的每个管线圈部被相应的外管(14)包围，并且每个外管(14)具有在所述中空长方体壳体外部的开口端面。

7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于

所述制冷剂管路被设计为管中管-翅片组结构，使得内管(13)具有用于与外管(14)热接触的肋部。

8.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于

在所述中空长方体壳体的开口面上，在相对的端壁中的每个端壁上布置有密封板(15、16)，所述密封板(15、16)具有用于所述制冷剂管路的馈通的开口(17)，其中，所述密封板(15、16)布置在固定板(18，19)的相对于所述中空长方体壳体的内部而言的内侧，所述固定板(18，19)形成所述端壁的支撑结构，并且所述密封板(15、16)通过弹性连接件(20)固定至所述中空长方体壳体。

9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于

所述密封板(15、16)通过周向柔性密封缝(20)固定至所述中空长方体壳体。

10.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于

所述密封板(15，16)与所述热交换器的支撑侧壁之间的空置区域由***空腔中的密封垫、或通过周向弹性注入的粘合剂、或通过弹性密封剂填充整个空腔或在一侧粘上密封件形成。

11.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于

在所述密封板(15、16)与所述固定板(18、19)之间布置有耐温羊毛，由所述耐温羊毛形成附加密封。

12.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于

所述密封板(15、16)上的开口(17)通过冲孔、激光切割或钻孔的方式提供，使得扩展的制冷剂管路能够被引入所述开口(17)中。

13.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于

所述密封板(15、16)上的开口(17)设置有拉通，作为用于容纳扩展的制冷剂管路的套环。

14.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于

在所述密封板(15、16)的开口(17)中布置有转动翅片的部分。

15.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于

在所述固定板(18、19)中有用于通风和压力补偿的开口。

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