CN113366279A - 热交换器、外壳以及包括这种交换器的空调回路 - Google Patents

热交换器、外壳以及包括这种交换器的空调回路 Download PDF

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Abstract

热交换器、外壳和包括这种交换器的空调回路。一种热交换器，包括：多根管(2)，布置在第一和第二排(3A、3B)中，制冷剂旨在通过该多根管流通；第一和第二集管槽(4、5)，每一所述排的管(2)从该槽内露出；第一集管槽(4)包括制冷剂进液室(17)和制冷剂出液室(18)，第一排(3A)的管进入制冷剂进液室(17)，第二排(3B)的管进入制冷剂出液室(18)，第二集管槽(5)包括至少一个回流室(28)，第一排(3A)的至少一根管和第二排(3B)的一根管进入至少一个回流室(18)，其中出液室(18)的体积小于进液室(17)的体积。

Description

热交换器、外壳以及包括这种交换器的空调回路
技术领域
本发明涉及一种热交换器，例如用作机动车辆内部的加热、通风和/或空调设备中的冷凝器。本发明还涉及一种加热、通风和/或空调设备外壳以及一种包括这种热交换器的空调回路。
背景技术
对热交换器的性能要求越来越高，同时要求尺寸保持在相同水平或减小。同样的标准也适用于制造成本。在制冷剂在歧管间的管中流动、并且穿过热交换器的空气应该在成行布置的所述管道之间发生热交换的热交换器的情况下，另一要求可能与热失衡有关。例如，由管排(tube rows)限定的热交换器的热交换区域可以被分成平行于这些管排的多个测量部分。可能要求所有这些测量部分的热性能都保持在相同或非常相似的水平。这种性能通常与单根管内的制冷剂流率有关。如果各管之间的流率不均匀，可能会出现不可接受的热失衡，即：在各管之间流动后离开热交换器的空气的温度值可能在各测量部分之间相差悬殊。
本发明旨在提供一种热交换器，其减少了热失衡，而不会不利地影响制造成本和外部尺寸。
发明内容
本发明的目的尤其在于一种热交换器，其包括：布置在第一排和第二排中的多根管，制冷剂旨在通过这些管流通；第一集管槽和第二集管槽，每一排的管从该集管槽中露出；第一集管槽包括制冷剂进液室和制冷剂出液室，第一排的管进入制冷剂进液室，第二排的管进入制冷剂出液室，第二集管槽包括至少一个回流室，第一排中的至少一根管和第二排中的一根管进入该回流室，其中出液室的体积小于进液室的体积。
优选地，相同数量的管进入该进液室和该出液室。
优选地，对于第二排的管中的至少一部分管，出液室包括限制装置，该限制装置相对于进液室中第一排的管的相应横截面减小出液室的局部横截面。
优选地，限制装置适于减小第二排的所有管的出液室的横截面。
优选地，当与进液室的相应距离相比时，限制装置是管和面向该管的出液室的壁之间的减小的距离。
优选地，限制装置是抵接出液室内侧的***件。
优选地，***件具有月牙形横截面。
优选地，出液室的体积相对于进液室的体积减少40-60％。
优选地，出液室的体积相对于进液室的体积减少50％。
优选地，热交换器是双程热交换器。
本发明的另一目的是一种加热、通风和/或空调安装外壳，其包括所述的热交换器。
本发明的另一目的是一种包括这种热交换器的空调回路，其包括所述的热交换器。
附图说明
参考附图，本发明的示例将变得显而易见并被详细描述，附图中：
图1以示意性透视图描绘了根据本发明的已被组装的热交换器的一个示例性实施例；
图2以分解透视图示意性示出了图1中的热交换器；
图3是图1和图2中的热交换器的进液室和出液室的局部剖视图；
图4是第一集管槽的变型的透视图；
图5是图4中的第一集箱的形状的近视图；以及
图6是表示对于选定的隔室尺寸值，每根管中制冷剂流率的相对百分比的曲线图。
具体实施方式
图1和2描绘了根据本发明的热交换器1的一个示例性实施例。在本发明的一个特定应用中，热交换器1是结合到至少以热泵模式运行的机动车辆空调回路(图中未示出)中的内部冷凝器，该内部冷凝器放置在车辆的加热、通风和/或空调设备的外壳(均未示出)内。
应当注意的是，作为替代方案，这种热交换器也可以用作车辆前端热交换器，只要对交换器的结构尺寸进行特别的修改。
如这些图所示，热交换器1在纵向方向x上延伸宽度I，在垂直于纵向方向x的横向方向y上延伸深度p，在垂直于纵向方向x和横向方向y的垂直方向z上延伸高度h，包括由多个纵向管2形成的核心管束，核心管束在垂直方向z上延伸，来自空调回路的制冷剂可以通过该核心管束。
应注意的是，管2可选地可以水平布置或者甚至以任何倾斜角度布置，垂直方向是安装在车辆通风设备的外壳内部的内部交换器的优选方向。元件、特别是管的垂直或水平方向，是参照交换器一旦安装在车辆中就可以采取的位置来确定的，可以评估这样的位置而不必将交换器放置在车辆中。
管2分布在第一排3A和第二排3B之间，第一排3A和第二排3B彼此平行并且在横向方向y上一个接一个地布置。因此，每一排3A、3B包括在纵向方向x上均匀分布的多根管2。管2都具有相同的长度。优选地，两排3A、3B中的所有管2都是相同的。
热交换器1还包括第一和第二集管槽4和5，该集管槽具有在纵向方向x上细长的形状，所述排3A和3B中的每一根管2在该集管槽内露出。因此，管2的两个纵向端分别容纳在第一集管槽4和第二集管槽5中。
第一和第二集水槽4和5各自包括底板6、7和附接到底板上的盖子8、9。
每个集管槽4、5的底板6、7和盖子8、9具有矩形形状，在纵向方向x上纵向延伸，并且在横向方向y上横向延伸。
由金属材料制成的每个底板6、7包括平坦的接触面6A、7A，相应的盖子8、9抵靠该接触面安装，该接触面设有多个贯穿的孔口10，这些孔口10分布在平行并沿纵向方向x延伸的第一排和第二排中。
孔口10的横截面对应于管2的外部横截面，使得每根管2的纵向端部能够至少部分地穿过底板6、7中的相应孔口10。
此外，底板6和7中的每个孔口10的轮廓由外部套环(collar)11覆盖，该外部套环11的内部横截面大致与其延伸的孔口10的横截面相同，使得对应的管2可以牢固地附接。每个套环11在垂直方向z上延伸到相应的集管槽4、5的外部。
此外，每个底板6、7包括沿其侧边均匀分布的多个连接片12，这些连接片折叠到相应的盖子8、9的侧边上。
此外，第一集管槽4的盖子8具有第一和第二纵向凹槽13和14，也称为纵向变形部，它们彼此平行并且在纵向方向x上延伸。在该示例中，两个相邻的凹槽13和14可以具有半圆形的横截面。
纵向凹槽13和14可以通过压制金属板15来制造，金属板15一旦被压制，就形成第一集管槽4的盖子8。
第一纵向凹槽13通过沿方向x延伸的纵向分割隔板16与第二纵向凹槽14分开。特别地，该纵向隔板16由金属板15的一部分形成，该部分例如通过钎焊与相应的底板保持密封接触。换句话说，纵向分割隔板16对应于形成盖子8的金属板15的非受压的纵向部分。
因此，当第一集管槽4的盖子8固定到相应的底板6上时，第一和第二纵向凹槽13和14分别限定制冷剂进液室17和与进液室17相邻的制冷剂出液室18，第一排3A的管2进入制冷剂进液室17，第二排3B的管2进入制冷剂出液室18。换句话说，底板6的第一排的孔口10通向进液室17，而第二排的孔口10通向出液室18。
第一和第二凹槽13和14的其中一个纵向端是敞开的并且通向盖子8的其中一个纵向端，相对的纵向端由横向隔板19封闭，该横向隔板由金属板15的非受压部分形成，与底板6密封接触。
此外，第一集水箱4的底板6包括两个边沟(gutter)，也称为半圆形变形部20，其分别面向进液室17和出液室18的纵向端设置。例如通过压制底板6而产生的每个半圆形变形部20在该板的缩减部分上纵向延伸并且具有半圆形的横截面，其内径与纵向凹槽13和14的内径相同。
因此，当第一集管槽4的底板6和盖子8组装在一起时，纵向凹槽13和14分别面向半圆形变形部20，以便限定具有圆形内部横截面和外部横截面的制冷剂进口导管21或出口导管22。
此外，热交换器1包括制冷剂进口喷嘴23和制冷剂出口喷嘴24，它们分别与进液室17和出液室18流体连通，从而允许热交换器1连接到制冷剂回路。进口喷嘴23和出口喷嘴24各自包括侧裙部23A、24A，该侧裙部在第一集管槽4的一个纵向端部处附接到第一集管槽4的进口导管21和出口导管22的外表面。因此，可以理解，侧裙部23A、23B的内径等于由压靠或向上靠近相关半圆形变形部20的纵向凹槽13、14形成的组件的外径。
此外，第二集管槽5的盖子9具有多个相同的横向凹槽25，这些横向凹槽25彼此平行并且在横向方向y上延伸。横向凹槽25具有基本半圆形的横截面。它们可以通过压制金属板26来实现，金属板26一旦被按压，就形成第二集管槽5的盖子9。
此外，横向凹槽25通过在方向y上延伸的横向分割隔板27彼此分开。特别地，每个横向隔板27由金属板26的与相应底板7保持密封接触的部分形成。换句话说，横向分割分隔隔板27各自对应于形成盖子9的金属板26的未受压的纵向部分。
一旦第二集管槽5的盖子9已经固定到相关的底板7上，横向凹槽25就限定制冷剂回流室28，第一排3A的两根管2和第二排3B的两根管2进入该回流室。不言而喻，进入每个回流室28的第一排3A和第二排3B的管2的数量可以少于或多于两根。
每个回流室28与相邻的一个或多个回流室28没有流体连通。
因此，每个回流室28将第一排3A的两根管2放置成与属于第二排3B的与它们相对的两根管2流体连通。有利地确定回流室28的横截面，使得经过热交换器1的流体承受的压降最小。
此外，热交换器1还包括由多个热交换器翼片形成的波纹分离器29。每个波纹分离器29插在第一排3A的两根相邻管2之间，并在属于第二排3B的、相对的两根相邻管2之间延伸。在波纹分离器29和与其侧面相接的相应管2之间保持钎焊接触，以便于热交换。
作为例外，插在核心管束2端部的分离器29可以仅与第一排3A和第二排3B的一根管2接触，并且与为热交换器1的结构提供更大刚度的端板接触。
根据本发明，流通通过热交换器1的制冷剂通过进液室17而均匀地分配并经过第一排3A的管2，其中该制冷剂已经通过进口喷嘴23被引入进液室，如箭头F1象征性地描绘的。
一旦制冷剂结束通过第一排3A的管2，该制冷剂就被相应的回流室28引导到第二排3B的管2中。
然后，制冷剂通过第二排3B的管2到达出液室18，经由该出液室18，制冷剂通过出口喷嘴24最终从热交换器1排出，如箭头F2所示。
换句话说，根据本发明，制冷剂通过热交换器1的流通是双程流通，第一程对应于通过第一排管3A，第二程对应于通过第二排3B。这样，与四程热交换器相比，内部压降明显受到限制，同时保持了热交换器前表面上的温度均匀性，使得该热交换器可与车辆通风设备的外壳中的设置兼容并可在其中使用。
有利的是，热交换器1包括固定装置(图中未示出)，一旦热交换器安装在加热、通风和/或空调设备的外壳中，该固定装置允许其管保持垂直。
如图2和图3所示，出液室18包括限制装置，该限制装置相对于进液室17中第一排3A的管2的相应横截面减小其局部横截面。直接结果是，出液室18的体积小于进液室17。当相同数量的管2进入进液室17和出液室18中时，制冷剂的分配效率提高，将对这做进一步解释。在图2和3所示的例子中，限制装置是抵接出液室18内侧的***件40。优选地，***件40具有月牙形横截面。它沿着轴线x、遵循出液室18的内部轮廓的至少一部分。在这种情况下，***件40的长度基本上等于出液室18的长度。
图3示出了图1和图2的热交换器的进液室17和出液室18的局部横截面。***件40紧密地跟随(抵接)出液室18的内壁。限制装置的存在有效地减小了可用于制冷剂流动的出液室18的横截面。呈现了三种示例性形状。在变型A中，横截面积减少了40％。在变型B中，横截面积减少了50％。在变型C中，横截面积减少了60％。应用***件40作为限制装置的优点是，横截面/体积的减小可以容易地适应于热交换器或***的需要。这可能涉及沿X轴的持续减少，或涉及针对特定管组的区域性局部适应。应该理解的是，任何可预见的减少总是可设想到制冷剂在出液室18内从其一端流向另一端的可能性，即：减少的从来不是横截面积的100％。
图4是第一集管槽4的变型的透视图。与用于进液室17的相应距离相比，这里的限制装置以管2和出液室18的面向管2的壁之间的减小的距离的形式应用。换句话说，第一集管槽4的盖子8成形为使得出液室18的高度小于进液室17的高度。下部出液室18有效地具有减小的横截面积，这转化为出液室18中制冷剂的体积减小。在所示的例子中，金属板15对于进液室17和出液室18的形状不同。金属板15包括两个部分——进口部分15a和出口部分15b，它们分别形成进液室17和出液室18。与进口部分15a相比，出口部分15b有效地平坦化。进口部分15a保持其半圆形，而出口部分15b呈梯形。通过影响形成盖子的板的形状来提供该限制装置的优点在于，简化了热交换器的制造，同时保持了成本效益。
在该变型中，出液室包括倾斜部分50，该倾斜部分使得出口喷嘴24和侧裙部24之间能够进行配合，如图1和2所示。
图6是表示对于选定的隔室尺寸值、每根管中制冷剂流率的相对百分比的曲线图。更详细地说，水平X轴显示了从1到28的管的数量。在垂直的Y轴上，显示了每根管中制冷剂流率的相对百分比。理想的情况是，对于所有管都是0％，这意味着每根管都有相同的制冷剂流率。该曲线图是计算流体动力学(CFD)模拟的结果，由于制冷剂的两相流动，必须做出一些假设。模拟了四条曲线，参考曲线(D01，0-调整尺寸)代表原始集管槽，其进液室和出液室的容积相同。其他曲线是出液室尺寸调整的结果，横截面积减少了-X％。因此，存在出液室的横截面积减少40％、减少50％和减少60％的曲线。在这种情况下，该减少涉及出液室18的基本整个长度。模拟得出的结论是，50％水平的减少是最佳的，因为所有管的流率相当平衡。应当理解，在所示的示例中，由于出液室18的横截面沿其整个长度保持基本恒定，横截面积的减小在相同程度上影响了制冷剂的体积。端部截面和前部横截面的变化保持为最小，基本上不会影响性能。
鉴于以上所述，出液室18的体积优选相对于进液室17的体积减少40-60％。
在一个变型中，出液室18的体积相对于进液室17的体积减少了50％。
通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (12)

1.一种热交换器，包括：
布置在第一和第二排(3A、3B)中的多根管(2)，制冷剂旨在通过这些管流通；
第一和第二集管槽(4、5),每一所述排的管(2)从槽内露出；所述第一集管槽(4)包括制冷剂进液室(17)和制冷剂出液室(18)，第一排(3A)的管进入所述制冷剂进液室(17)，第二排(3B)的管进入所述制冷剂出液室(18)，所述第二集管槽(5)包括至少一个回流室(28)，第一排(3A)的至少一根管和第二排(3B)的一根管进入所述至少一个回流室(28)，其特征在于，出液室(18)的体积小于进液室(17)的体积。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，相同数量的管(2)进入所述进液室(17)和所述出液室(18)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，对于第二排(3B)的管(2)中的至少一部分管，所述出液室(18)包括限制装置，所述限制装置相对于所述进液室(17)中的第一排(3A)的管(2)的相应横截面而减小所述出液室(18)的局部横截面。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其中，所述限制装置适于针对第二排(3B)的所有管(2)而减小所述出液室(18)的横截面。
5.根据权利要求3-4中任一项所述的热交换器，其中，当与所述进液室(17)的相应距离相比时，所述限制装置是所述管(2)和面向所述管(2)的出液室(18)的壁之间的减小的距离。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的热交换器，其中，所述限制装置是抵接所述出液室(18)的内侧的***件(40)。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，所述***件(40)具有月牙形横截面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，所述出液室(18)的体积相对于所述进液室(17)的体积减小40-60％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，所述出液室(18)的体积相对于所述进液室(17)的体积减少50％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其中，所述热交换器是双程热交换器。
11.一种加热、通风和/或空调安装外壳，包括根据前述权利要求中任一项所述的热交换器。
12.一种包括这种热交换器的空调回路，包括根据权利要求1-10中任一项所述的热交换器。
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