形成热交换器一部分的板，以及包括至少一个这种板的热交换器

摘要

本发明涉及一种板(105)，其形成热交换器的一部分，并且旨在界定用于流体流通的至少一个通道(111)。板(105)主要沿着纵向延伸轴线(A1)延伸。板(105)包括至少一个底部(106)、内接在与纵向延伸轴线(A1)相交的第一平面(P1)内的至少一个第一侧向凸起边缘(109a)和至少两个开口(110)，开口(110)被构造成使得流体分别进入和离开通道(111)。底部(106)设置有从第一侧向凸起边缘(109a)纵向延伸的肋(113)。肋(113)位于两个开口(110)之间。肋(113)具有正弦曲线构造。

说明书

技术领域

本发明涉及形成热交换器一部分的板。主题涉及这种板，以及具有至少一个这种板的热交换器。

背景技术

在汽车领域，通常必须改变诸如电马达、电池、蓄热和/或蓄冷装置等元件的温度。为此，机动车辆配备有包括制冷剂在其中流通的制冷剂回路和传热液体在其中流通的传热液体回路的设备。制冷剂回路包括用于压缩制冷剂的压缩机、用于在恒定压力下冷却制冷剂的热交换器、允许制冷剂膨胀的膨胀构件以及被布置成允许制冷剂和传热液体之间的热传递的热交换器。

热交换器是由堆叠并连接在一起以便形成界定制冷剂或传热液体的流通通道的管的板形成的交换器。热交换器是U形热交换器，其中制冷剂和传热液体的流通路径布置成U形。为此，所述板设有肋，所述肋界定了U的分支，并且位于U的分支之间。板包括至少两个开口，用于向所述流通通道供应传热液体或制冷剂。流通通道为传热液体或制冷剂提供通道截面，该通道截面是垂直于板延伸的平面并垂直于板的纵向延伸轴线采用的表面。

第一个问题在于制冷剂和/或传热液体在流通通道内的不良分布。这种不良分布降低了制冷剂和传热液体之间的传热效率。

第二个问题在于制冷剂和/或传热液体在流通通道内的流通速度太大，这也使制冷剂和传热液体之间的热传递最小化。

众所周知，在流通通道内形成突起，以扰乱流通通道内制冷剂和/或传热液体的流动。突起由板中的至少一个的变形获得。

然而，制冷剂和/或传热液体在流通通道内的分布仍然很差，并且制冷剂和/或传热液体在流通通道内的流通速度太大，至少在流通通道内的制冷剂和/或传热液体的通道截面的区域内是如此。其中所述流通速度过大的通道截面的区域例如是在板包括的突起和肋之间形成的走廊。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种形成热交换器一部分的板，该板允许优化制冷剂和/或传热液体在由该板部分地界定的流通通道内的分布。

本发明的另一个目的是提供一种形成热交换器一部分的板，该板在流通通道内制冷剂和/或传热液体的流通速度被判断为过高的特定区域中，降低流通通道内制冷剂和/或传热液体的流通速度。

本发明的另一个目的是提供一种形成热交换器一部分的板的特定布置，其中流通路径被布置成U形，特别是对于制冷剂和传热液体之间的热交换器。

本发明的另一个目的是提供一种包括至少一个这样的板的热交换器，该热交换器是制冷剂和传热液体之间的热交换器，例如介于制冷剂回路和传热液体回路之间的热交换器。

本发明的板是形成热交换器的一部分的板，并且旨在界定用于流体流通的至少一个通道。该板主要沿纵向轴线延伸。该板包括至少一个底部、内接在与纵向延伸轴线相交的第一平面内的至少一个第一侧向凸起边缘、以及至少两个开口，所述至少两个开口被构造成使得流体分别进入和离开通道。底部设有从第一侧向凸起边缘纵向延伸的肋。肋位于两个开口之间。

根据本发明，肋具有正弦曲线的构造。

该板有利地包括单独地或组合地采用的以下技术特征中的至少一个：

-肋总体上具有正弦曲线形状，

-肋具有一系列隆起和凹陷，这些隆起和凹陷在与底部内接于其中的底部平面平行的平面中可见，该平面与肋相交。肋在所述平面内具有波纹，

-第一侧向凸起边缘在第一平面中延伸，该第一平面横向于底部延伸的底部平面，

-第一侧向凸起边缘在第一平面中延伸，该第一平面与底部平面相交，并且与板的纵向延伸轴线相交，

-第一平面与底部平面形成91°至140°之间的第一角度，优选地在91°至95°之间的第一角度，

-该板包括底部，该底部由凸起边缘界定，该凸起边缘包括彼此相对形成的至少两个纵向凸起边缘和彼此相对形成的至少两个侧向凸起边缘，两个纵向凸起边缘和两个侧向凸起边缘一起形成底部的周边，

-肋布置成使得通道具有U形轮廓，

-通道被成形为U形，其分支平行于板的纵向凸起边缘，并且其基部位于第二侧向凸起边缘附近，该第二侧向凸起边缘与第一侧向凸起边缘纵向相对地形成，

-肋形成在距板的两个纵向凸起边缘相同的距离(±5％)处，该距离是在肋的中心和板的纵向边缘中的一个之间测量的，

-肋相对于板的中间平面偏移非零距离，中间平面正交于底部平面并平行于板的纵向延伸轴线，

-该板由能够被冲压的金属材料制成，以便通过冲压该板来特别形成肋和突起，该金属材料选自导热金属材料，特别是铝或铝合金，

-肋包括两个纵向端，其中第一纵向端与第一侧向凸起边缘接触，第二纵向端设置在距第二侧向凸起边缘的非零距离处，

-肋的第一纵向端和肋的第二纵向端沿着平行于板的纵向延伸轴线的第一方向对齐，

-肋具有位于两个肋边缘之间的顶点，

-顶点内接在平行于底部平面的平面内，

-至少一个肋边缘包括交替相继的凸部和凹部，

-肋边缘每个具有波纹片的形状，

-在两个肋边缘之间并平行于底部内接于其中的底部平面采用的肋宽度，从肋的一个纵向端到另一个纵向端是恒定的，

-板的底部设有多个突起，

-在肋的凸部的冠部和侧向最靠近冠部的突起之间采用的第一距离在第二距离的200％至300％之间，第二距离在肋的凹部的凹陷和侧向最靠近凹陷的突起之间采用的。由此，侧向最靠近凹陷的突起设置走廊中，该走廊形成在肋的一个肋边缘和最靠近冠部的突起的纵向列之间，

-突起被组织成多个直线突起行，直线突起行沿着平行于板的侧向延伸轴线的第二方向形成，

-两个连续的直线行分别与凹槽的凹部分和凸部相交，

-突起被组织成多个倾斜突起行，倾斜突起行沿着基本上正交于第二方向的第三方向形成，

-两个连续的倾斜行分别与凹槽的凹部和凸部相交，

-该板具有四个开口，其中一个开口形成在肋和第一纵向边缘之间，一个开口形成在肋和第二纵向边缘之间，两个开口形成在第一纵向边缘和第二纵向边缘之间，

-开口是圆形的。

本发明还涉及包括至少一个这样的板的热交换器。

热交换器有利地包括单独地或组合地采用的以下技术特征中的至少一个：

-两个板一个接合在另一个内，并且在两个板之间提供形成用于流体的流通通道的空间，

-根据一种设计变型，至少三个板在接合彼此内部，并且成对地界定第一通道和第二通道，第一通道被构造为由传热液体使用，而第二通道被构造为由制冷剂使用，

-该热交换器包括参与制冷剂在其中流通的制冷剂回路的第一流通路径和传热液体在其中流通的第二流通路径，第一流通路径和第二流通路径被布置成允许制冷剂和传热液体之间的热交换。为此，底部包括邻接第一流通路径的第一面和邻接第二流通路径的第二面，

-第一流通路径和第二流通路径布置成U形，

-传热液体回路包括热交换器，该热交换器能够与待冷却和/或加热的元件交换热能，所述元件例如电马达、电池、蓄热和/或蓄冷装置等。

附图说明

参考附图，通过阅读以举例说明的方式提供的下面的描述，本发明的其它特征、细节和优点将变得更加清楚，其中：

图1是包括至少一个根据本发明的热交换器的设备的示意图；

图2是参与图1所示设备的热交换器的示意图；

图3是形成图2所示热交换器一部分的板的示意前视图；

图4是图3所示板的透视示意图；

图5是图3和4所示板的透视截面示意图；

图6是图3至图5所示板所配备的肋的截面示意图。

具体实施方式

首先应该注意的是，附图详细阐述了本发明以用于实现本发明，如果必要的话，所述附图当然可以用来更好地限定本发明。

在图1中，机动车辆装备有必须被冷却或加热的元件1，例如为了优化其功能。这种元件1尤其是用于至少部分推进机动车辆的电马达或内燃发动机、用于存储电能的电池、用于存储热和/或冷能的装置等。为此，机动车辆装备有设备2，该设备2包括制冷剂回路3和传热液体回路5，制冷剂4、例如二氧化碳等在制冷剂回路3中流通，传热液体6、尤其是乙二醇水等在传热液体回路5中流通。设备2包括至少一个根据本发明的热交换器11。为了更好地理解本发明，下面描述设备2，但是所描述的设备2的特征并不限制本发明的热交换器11。换句话说，设备2能够具有不同于所述的区别结构特征和/或操作模式，而热交换器11不脱离本发明的规则。

制冷剂回路3包括用于压缩制冷剂4的压缩机7、用于以恒定压力冷却制冷剂4的制冷剂/外部空气交换器8(例如放置在机动车辆的前部)、允许制冷剂4膨胀的膨胀构件9、以及被布置成允许制冷剂4和传热液体6之间的热传递的热交换器11。

元件1与热交换器14连通，热交换器14能够改变元件1的温度，特别是通过元件1和热交换器14之间的直接接触，热交换器14是传热液体回路5的一部分。

传热液体回路5包括泵15，用于使传热液体6在传热液体回路5内流通。传热液体回路5包括热交换器11，其也是制冷剂回路3的一部分。热交换器11包括用于制冷剂4的至少一个第一流通路径21和用于传热液体6的至少一个第二流通路径22，第一流通路径21和第二流通路径22被布置成允许存在于第一流通路径21内部的制冷剂4和存在于第二流通路径22内部的传热液体6之间的热交换。优选地，热交换器11具有几个第一流通路径21和几个第二流通路径22。第一流通路径21介于两个第二流通路径22之间，第二流通路径22介于两个第一流通路径21之间。因此，热交换器11具有第一流通路径21和第二流通路径22的交替布置。

在传热液体回路5内，传热液体6从泵15流到热交换器11，然后在热交换器11内流动，使用第二流通路径22与存在于第一流通路径21内的制冷剂4交换热能，然后在热交换器14内流动，然后返回到泵15。

在制冷剂回路3内，制冷剂4从压缩机7流向制冷剂/外部空气交换器8，然后流向膨胀构件9。然后，制冷剂4利用第一流通路径21在热交换器11内流动，在第一流通路径21内的制冷剂4与存在于第二流通路径22内的传热液体6交换热能，然后返回压缩机7。

在图2中，热交换器11总体上是平行六面体，并且包括端板100，该端板100设置有传热液体进入点101，传热液体6通过该传热液体进入点101进入热交换器11的内部。端板100还设有传热液体排出点102，传热液体6通过该传热液体排出点102从热交换器11中排出。第二流通路径22在传热液体进入点101和传热液体排出点102之间延伸。端板100还具有制冷剂进入点103和制冷剂排出点104，制冷剂4通过制冷剂进入点103进入热交换器11的内部，制冷剂4通过制冷剂排出点104从热交换器11排出。第一流通路径21在制冷剂进入点103和制冷剂排出点104之间延伸。

热交换器11是板式交换器，其包括多个板105，例如图3所示的板105。板105一个在接合另一个内部，以便共同界定管道123，管道123引导制冷剂4或传热液体6的流通。换句话说，形成管123的两个板105共同界定了专用于制冷剂4或传热液体6的流通的通道111。更具体地说，板105的一侧与用于传热流体4流通的通道111邻接，而同一板105的另一侧与用于传热液体6流通的通道111邻接。因此，板105以交替构造用于制冷剂4和传热液体6的流通的通道11的方式相互布置。

板105主要沿着纵向延伸轴线A1延伸。板105包括底部106和围绕底部106的至少一个凸起边缘107。底部106在底部平面P5内延伸。凸起边缘107形成在底部106的外围，并且凸起边缘107围绕底部106。凸起边缘107与底部平面P5相交。应当理解，板105布置在大致矩形的桶中，桶的底部由底部106形成，桶的边缘由凸起边缘107形成。

这种板105旨在以这样的方式堆叠，即板105的底部106彼此平行布置，底部106间隔叠置。一个嵌套在另一个内部的两个板105的凸起边缘107相互接触，并且旨在彼此焊接，以确保由此形成在两个相邻板105之间的通道111的密封性。

更具体地，凸起边缘107包括两个纵向凸起边缘108a、108b，即彼此相对形成的第一纵向凸起边缘108a和第二纵向凸起边缘108b。凸起边缘107还包括两个侧向凸起边缘109a、109b，即彼此相对形成的第一侧向凸起边缘109a和第二侧向凸起边缘109b。

在图4中，第一侧向凸起边缘109a在第一平面P1中延伸，该第一平面与底部平面P5相交并且与纵向延伸轴线A1相交。与第一侧向凸起边缘109a纵向相对设置的是第二侧向凸起边缘109b，其在第二平面P2中延伸，第二平面P2与底平面P5相交并与纵向延伸轴线A1相交。

第一纵向凸起边缘108a在第三平面P3中延伸，该第三平面与底部平面P5相交并且与板105的侧向延伸轴线A2相交，侧向延伸轴线A2正交于纵向延伸轴线A1并且平行于底部平面P5。第二纵向凸起边缘108b在第四平面P4中延伸，该第四平面与底部平面P5相交，并且与板105的纵向延伸轴线A2相交。

举例来说，第一平面P1与底部平面P5形成91°至140°之间的第一角度α，优选为91°至95°。第二平面P2与底部平面P5形成91°至140°之间的第二角度β，优选地在91°至95°之间。第三平面P3与底部平面P5形成91°至140°之间的第三角度γ，优选地在91°至95°之间。第四平面P4与底部平面P5形成91°至140°之间的第四角度δ，优选地在91°至95°之间。根据设计变型，第一角度α、第二角度β、第三角度γ和第四角度δ在制造公差范围内相等。

在图3和4中，板105包括四个开口110，优选为圆形开口，成对分布在板105的每个纵向端，更具体地说，分布在板105的底部106的每个角部处。这些开口110中的两个被构造为与形成在底部106的一侧处的第一流通路径21之一连通，并且另外两个开口110被构造为与形成在底部106的另一侧处的第二流通路径22之一连通。

形成在板105的相同纵向端的开口110中的两个各自被套环120包围，使得被该套环120包围的这些开口110在相对于底部106内接于其中的底部平面P5偏移的平面中延伸。位于板105的另一纵向端的另外两个开口110在底部平面P5中延伸。

底部106包括肋113，肋113布置成使得通道111具有U形轮廓。肋113平行于纵向凸起边缘108a、108b的第一延伸方向D，纵向凸起边缘108a、108b的第一延伸方向D优选平行于板105的纵向延伸轴线A1。肋113在第一纵向端114和第二纵向端115之间延伸，第一纵向端114与凸起边缘107包括的侧向凸起边缘109a接触。第二纵向端115位于距凸起边缘107的非零的第一距离D1处，第一距离D1在第二纵向端115和侧向凸起边缘109b之间、沿着板105的纵向延伸轴线A1测量。肋113的第一纵向端114和肋113的第二纵向端115沿着平行于板105的纵向延伸轴线A1的第一方向D对齐。

这些布置使得通道111被成形为U形，其分支平行于板105的纵向凸起边缘108a、108b，并且被肋113分开，而U形的基部相邻于第二侧向边缘109b，第二侧向边缘109b与第一侧向边缘109a纵向相对地形成。肋113形成在距板105的两个纵向边缘108a、108b相等的第二距离D2处，第二距离D2是在肋113的中心与纵向凸起边缘108a、108b之一之间、垂直于板105的纵向延伸轴线A1测得的。

根据一种设计变型，肋113相对于板105的中间平面P6偏移非零距离，中间平面P6正交于底部106并平行于板105的纵向延伸轴线A1，该距离是在肋113的中心和中间平面P6之间垂直于中间平面P6测量的。

在图5和6中，肋113包括两个肋边缘141，其分别在肋113的底部106和顶部140之间延伸。顶部140是肋113离底部106最远的部分。换句话说，肋113的顶部140由肋边缘141纵向界定。顶部140被布置为在平行于底部平面P5的平面中形成的平台。

肋113有利地具有正弦曲线的构造。换句话说，肋113总体上是正弦曲线形状。应当理解，将顶点140与任何一个肋边缘141分开的第一脊142在平行于底部平面P5并包含顶点140的平面中具有正弦曲线形状。还应当理解，将底部106与任何一个肋边缘141分开的第二脊143在平行于底部平面P5并包含底部106的平面中具有正弦曲线形状。

第一脊142和第二脊143不是直线的。同一肋边缘141的第一脊142和第二脊143可彼此叠置。由此可见，每个肋边缘141由交替的隆起和凹陷序列形成。换句话说，每个肋边缘141具有波纹片的形状。也就是说，每个肋边缘141包括交替相继的凸部144和凹部145，如图5所示。

更具体地，在图6中，在正交于底部平面P5和板105的纵向延伸轴线A1的横向平面P7中，每个肋边缘141与底部平面P5形成90°至160°之间的第五角度σ。换句话说，肋113在横向平面P7中具有梯形轮廓。

在两个肋边缘141之间且平行于底部平面P5的肋宽度X从肋113的纵向端114、115中的一个到另一个是恒定的。

再次参照图3、4和5，底部106设置有多个突起112，以扰乱通道111中制冷剂4或传热液体6的流动。这些突起112对通道111中的制冷剂4或传热液体6的层流形成障碍。优选地，突起112在横向平面P7中的截面具有截头圆锥形轮廓。

在图3和5中，突起112被组织成突起112的多个直线行124a，直线行124a沿着平行于板105的侧向延伸轴线A2的第二方向D′形成。相继的直线行124a交替地穿过凹槽113的凸部144或凹部145。突起112的直线行124a的直线特征源于突起112的直线行124a正交于板105的纵向延伸轴线A1的事实。

突起112还被组织成突起112的多个倾斜行124b，倾斜行124b沿着第三方向D″形成，第三方向D″与第二方向D′形成第六角度φ，第六角度φ是在两个方向D′、D″之间形成的锐角，该锐角在制造公差范围内大约为90°。相继的倾斜行124b交替地穿过凹槽113的凸部144或凹部145。突起112的倾斜行124a的倾斜特征源于突起112的倾斜行124b相对于板105的纵向延伸轴线A1倾斜非零角度的事实。

应该注意到，在肋113的凸部144的冠部146和侧向最靠近冠部146的突起112之间的第一距离E1在第二距离E2的200％和300％之间，该第二距离E2是在肋113的凹部145的凹陷147和侧向最靠近凹陷147的突起112之间测得的。换句话说，相比于肋113的凹部145的凹陷147距离侧向最靠近凹部147的突起112的距离，肋113的凸部144的冠部146更远离侧向最靠近冠部146的突起112。

板105由能够冲压的金属材料制成，以便通过冲压板105来特别形成突起112和肋113，金属材料选自导热金属材料，特别是铝或铝合金。

刚刚描述的本发明确实实现了其设定的目标，使得可以沿着板的整个长度的热交换均匀化，从而避免具有较少交换的区域，例如沿着肋113或沿着纵向凸起边缘108a、108b、208a、208b。

然而，本发明并不限于专门描述和说明的装置和配置，而是也适用于所有等效的装置或配置以及这些装置或配置的任何组合。特别地，虽然本发明在这里已经描述了其在涉及制冷剂和传热液体的热交换器中的应用，但是不言而喻，它适用于根据本发明的任何形状和/或尺寸的板或者沿着板流通的任何类型的流体。