專利名稱：熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1、8、9、10或11前序部分的熱交換器，特別是一種用于汽車上采暖或空調(diào)設(shè)備的散熱器。
背景技術(shù)：
歐洲專利EP 0 845 648 A2公開了一種扁管式熱交換器，特別是一種蛇形管式的散熱器，它帶有由一根或數(shù)根扁管組成的一個(gè)扁管芯子，這些扁管以最好是彎曲的末端部分在扁管芯子相對(duì)的一側(cè)或在相同的一側(cè)，在各自的連接區(qū)域構(gòu)件，即總管內(nèi)相連通，因而在扁管芯子的同一側(cè)上布置總管時(shí)，就可以有兩條相鄰并互相平行走向的總管。在這種情況下，就可布置多個(gè)蛇形扁管，其中，相鄰扁管的進(jìn)口端或出口端按總管的縱向方向相鄰排列，這里的蛇形管上有若干個(gè)180°彎曲點(diǎn)。但是這樣的一種布置，并沒有完全實(shí)現(xiàn)防止在熱交換中出現(xiàn)損失的愿望。
根據(jù)歐洲專利EP 0 414 433所公開的一種雙向熱交換器，由兩個(gè)前后排列的扁式熱交換器組成(下文中被稱作“芯子”)，每個(gè)芯子各有兩個(gè)總管，其通過多個(gè)扁管相互連接。通過這種方式，就可使冷卻液以交叉逆流的形式流動(dòng)。這兩個(gè)芯子通過法蘭盤和O型密封圈相互連接，為此它們應(yīng)分別安裝、夾緊和焊接并在焊后相互連接在一起。冷卻液在通過第一個(gè)流經(jīng)的芯子時(shí)，從上部進(jìn)入，而出口則在下部；在冷卻液通過接著流經(jīng)的第二個(gè)芯子時(shí)，進(jìn)口既可在下部又可在上部，而出口則相對(duì)應(yīng)地安排在上部或下部。這樣一種由兩個(gè)芯子段構(gòu)成的雙向熱交換器帶有大量的零部件并且制造費(fèi)用相對(duì)較高，因此生產(chǎn)成本很高。另外，這種熱交換器在熱性能方面并沒有滿足人們的要求。
此外，歐洲專利DE 100 43 439 A1則公開了一種用于超臨界的蒸汽壓縮式冷循環(huán)的散熱器。在這種循環(huán)中，冷卻液出口的位置比冷卻液進(jìn)口的位置高，相當(dāng)于成垂直方向，以便使冷卻液從散熱器的下部流向上部，從而保證改善冷卻液的冷卻效率。但是這種散熱器并沒有完全滿足人們對(duì)冷卻效率的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)就是要對(duì)上述已有的熱交換器進(jìn)行改進(jìn)。
具有權(quán)利要求1、8、9、10或11的特征的熱交換器將完成這項(xiàng)任務(wù)。其從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的形成和進(jìn)一步完善。
本發(fā)明的主要概念是，各芯子段的表面根據(jù)氣溫不同并受結(jié)構(gòu)空間條件限制的區(qū)域的大小而選定，并且應(yīng)讓冷卻液首先流過處于溫度較高并受結(jié)構(gòu)空間條件限制的區(qū)域內(nèi)的芯子段，這種情況下，芯子段最好設(shè)置在溫度最高的區(qū)域內(nèi)。
在一個(gè)優(yōu)選的熱交換器的實(shí)施方式中，首先被冷卻液流過的芯子段的高度至少要與溫度較高區(qū)域的高度相同。
在另一個(gè)優(yōu)選的熱交換器的實(shí)施方式中，一個(gè)芯子段中按水平方向排列的管子的數(shù)量根據(jù)相應(yīng)的芯子段所處的、受結(jié)構(gòu)空間條件限制的溫度區(qū)域而定。
在一個(gè)特別優(yōu)選的本發(fā)明的實(shí)施方式中，在溫度較高區(qū)域內(nèi)的芯子段的管子數(shù)量大于溫度較低區(qū)域內(nèi)的芯子段的管子數(shù)量，兩者之間的比例關(guān)系，可在1∶1到3∶1的范圍內(nèi)選擇。
在一個(gè)特別優(yōu)選的本發(fā)明的實(shí)施方式中，至少有兩個(gè)芯子段是前后排列，至少有兩個(gè)芯子段上下重疊排列，冷卻液依次流過這些芯子段，而流過的順序可借助于結(jié)構(gòu)設(shè)置任意地預(yù)先安排。
最好是，至少有兩個(gè)芯子段為冷卻液按與氣流相反的方向穿流過。
在一個(gè)特別優(yōu)良的實(shí)施方式中，熱交換器分成四個(gè)被依次流過的芯子段。其中，首先被流過的芯子段位于隨后被流過的另一組芯子段的下方，第一和第二個(gè)芯子段以及第三和第四個(gè)芯子段分別以相同的高度設(shè)置。這樣一種熱交換器特別適合于一種內(nèi)置安裝的空間在這個(gè)空間中，受結(jié)構(gòu)空間條件限制，氣溫較高的區(qū)域位于該安裝空間的下部，而不是上部。
在熱交換器的另一個(gè)實(shí)施方式中，首先被冷卻液流過的芯子段位于被冷卻液隨后流過的另一組芯子段的上方，第一和第二個(gè)芯子段以及第三和第四個(gè)芯子段分別處于相同的高度。這種熱交換器的實(shí)施方式特別適合于一種內(nèi)置安裝的空間在這個(gè)空間中，由于受結(jié)構(gòu)空間條件限制，氣溫較高的區(qū)域位于該安裝空間的上部，而不是下部。
在溫度不同的區(qū)域內(nèi)，不同芯子段內(nèi)的冷卻液的溫度也不同。因此，在熱交換器的一個(gè)實(shí)施方式中，如果安裝空間下部區(qū)域的溫度高于上部區(qū)域的溫度，位處下部的芯子段內(nèi)冷卻液的溫度則高于位處上部的芯子段內(nèi)冷卻液的溫度，同時(shí)，一個(gè)或兩個(gè)位于后部的芯子段的溫度高于相應(yīng)地位于前部的芯子段的溫度。在熱交換器的另一個(gè)實(shí)施方式中，如果安裝空間上部區(qū)域的溫度高于下部區(qū)域的溫度，位處上部的芯子段內(nèi)冷卻液的溫度則高于位處下部的芯子段內(nèi)冷卻液的溫度，同時(shí)，一個(gè)或兩個(gè)位于后部的芯子段的溫度高于相應(yīng)地位于前部的芯子段的溫度。
在所有上述情況中，可采用如R134a和二氧化碳作為冷卻液。特別是，當(dāng)在熱交換器中為純氣流時(shí)，超臨界二氧化碳特別適合于本發(fā)明所涉及的熱交換器。
冷卻液最好以與氣流成交叉逆流方式流過四個(gè)芯子段中的至少兩個(gè)。通過交叉逆流方式可實(shí)現(xiàn)更有效的熱交換。
特別是在第二個(gè)芯子段和第三個(gè)芯子段之間為斜流換向，這樣在所有的芯子段中都發(fā)生了交叉逆流。
最好通過一個(gè)單構(gòu)件的過渡法蘭盤實(shí)現(xiàn)斜流換向，該法蘭盤與第二和第三個(gè)芯子歸入的總管相連接。
在斜流換向區(qū)域內(nèi)最好設(shè)有一根管子，主要是一根扁形管，冷卻液不流過或以極小的量流過此管，這樣就隔斷了熱交換。
與總管連接并在其區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱交換的管子最好采用扁形管，在這種情況下，扁形管在靠近總管處，以及位于熱交換器上與總管相對(duì)的一側(cè)，在180°彎曲段之前和之后的地方出現(xiàn)大約90°彎曲。
在另一個(gè)實(shí)施例中，各芯子段的兩側(cè)由總管封閉，在這種情況下，至少有兩個(gè)芯子段至少在一側(cè)由一根共同的總管封閉。
最好是，穿過熱交換器的空氣將同兩個(gè)或更多的溫度不同的部位接觸，其中進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間的最大溫差將小于冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口之間溫差的一半，在這種情況下，采用超臨界二氧化碳作為冷卻液。這時(shí)，冷卻液進(jìn)口處的溫度大約為150℃，冷卻液出口處的溫度大約為50℃。
最好是，基本上按水平方向排列的管子之間，在熱關(guān)系上相互隔熱，例如通過一個(gè)間隙。
最好是，各單獨(dú)芯子段之間在熱關(guān)系上相互隔熱。
最好是，總管之間在熱關(guān)系上也基本相互隔熱。只有在斜流換向區(qū)內(nèi)，以及按實(shí)施方式在連接法蘭上，還存在熱接觸。
最好是，設(shè)于各管子之間的散熱片之間同樣也隔斷熱接觸。例如，可以使每個(gè)芯子段擁有自己的散熱片來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。


圖1為一個(gè)符合實(shí)施例的扁形管熱交換器的主視2為圖1中扁形管熱交換器沿圖1中II-II線的剖面圖；圖3到圖6為一個(gè)過渡法蘭的不同視圖；圖7到圖9為一個(gè)連接件的不同視圖。
其中1散熱器2進(jìn)口3出口4溫度較高的區(qū)域5，5’扁形管6斜流換向7過渡法蘭9連接件S1、S2、S3、S4 總管T1、T2、T3、T4 芯子段H溫度較高的區(qū)域的高度h芯子段高度具體實(shí)施方式
下面，將根據(jù)一個(gè)實(shí)施例并參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1和2所示的是一種扁管熱交換器，它被用作一輛汽車上的采暖或空調(diào)設(shè)備的散熱器1，它是圖中未示的冷卻液循環(huán)中的一部分，并借助于流過散熱器1的空氣使冷卻液，尤其是二氧化碳，冷卻下來。在圖2中，通過一個(gè)從左面指向散熱器1的箭頭來顯示空氣流。通常，超臨界二氧化碳以純氣流形式存在，這時(shí)，在散熱器1的進(jìn)口2處的溫度大約為150℃。在散熱器1中，冷卻液被冷卻，以使出口3的溫度處于大約50℃。
為了使穿過散熱器1的氣流能得到充分利用，散熱器1被分成2×2個(gè)芯子段，以下被分別稱為T1、T2、T3和T4。這里T1和T2以內(nèi)置的方式被安裝在氣溫較高的區(qū)域4，并位于T3和T4之下。位于溫度較高的區(qū)域4內(nèi)的芯子段T1和T2的高度h要大于溫度較高的區(qū)域4的高度H，而區(qū)域4內(nèi)的氣溫要高于散熱器1的安裝空間內(nèi)其它區(qū)域的溫度。每個(gè)芯子段均分別與一個(gè)總管S1、S2、S3和S4相連接，每?jī)蓚€(gè)總管S1、S2和S3、S4分別與對(duì)應(yīng)的芯子段T1、T2和T3、T4的高度一致。在總管S1和S2之間以及S3和S4之間排列著多個(gè)扁形管5，通過扁形管，冷卻液可從總管S1或S3流到相鄰的總管S2或S4中。所以扁形管5呈U形曲線形狀。它們?cè)诟骺偣躍1、S2、S3和S4附近均分別彎曲90°。在扁形管5之間為散熱片(圖未示)，它們用來協(xié)助熱交換。這些散熱片分成兩部分，也就是說，前后排列的芯子段T1和T2以及T3和T4分別擁有各自的散熱片。這里也可以通過間隙來隔斷芯子段上散熱片之間的熱交換。
為了使冷卻液能夠按與氣流成交叉逆流方向流過散熱器1，從芯子段T2到芯子段T3有一個(gè)斜流換向6，如在圖2中散熱器1內(nèi)的一個(gè)箭頭所示。在總管S2和S3之間有一個(gè)過渡法蘭7，見圖3到圖6；通過兩根總管S2和S3上的、在橫向距離上錯(cuò)開排列的間壁，使芯子段T2、T3交界處的一根扁形管5’發(fā)揮作用。由于在過渡法蘭7中的節(jié)流效應(yīng)很小，在兩根總管S2和S3之間的壓差很小，從而使中間的扁形管5’出現(xiàn)“短路”，并且使冷卻液基本上不流過該管。沒有冷卻液流過或只有極少量的冷卻液流過的扁形管5’，還具有使芯子段T1和T3以及T2和T4之間不產(chǎn)生熱連接的作用。通常，過渡法蘭7和兩個(gè)間壁作為一個(gè)部件，其焊接與散熱器1的焊接同步進(jìn)行。
總管S1和S2在進(jìn)口2處，或總管S3和S4在出口3處，分別通過一個(gè)連接件9(見圖7到圖9)相互連接在一起，這樣冷卻液就可直接進(jìn)入總管S2或直接從總管S3流出。
為了達(dá)到隔斷熱連接的目的，冷卻液在流過芯子段T1和T2以及T3和T4之后，在各自分開的總管S1、S3或S2、S4中匯集。芯子段T1和T2以及T3和T4在采用同一片散熱片時(shí)會(huì)發(fā)生熱連接，為減少熱連接，可以在散熱片上開槽或采取任何其它適當(dāng)?shù)拇胧?br> 根據(jù)這里所描述的實(shí)施例，芯子段T1、T2與芯子段T3、T4的分配關(guān)系為50:50。但是，因?yàn)榕c冷凝器上一樣與進(jìn)口相比，出口密度較高，因而出口流量較低，所以，分配關(guān)系最好呈下降趨勢(shì)，即例如60:40或70:30。此外，在亞臨界工作狀態(tài)下，氣體散熱器同樣可充當(dāng)冷凝器。
權(quán)利要求
1.一種熱交換器，特別是一種用于汽車采暖或空調(diào)設(shè)備的、使冷卻液冷卻的散熱器，該熱交換器(1)被空氣穿流過，它擁有總管(S1、S2、S3、S4)和若干基本上按水平方向排列的管子(5)，并被分成若干芯子段(T1、T2、T3、T4)，其特征在于，芯子段的表面根據(jù)熱交換器裝配空間內(nèi)氣溫不同并受結(jié)構(gòu)空間限制的區(qū)域的大小而選定，首先被冷卻液流過的芯子段放置在氣溫較高并受結(jié)構(gòu)空間限制的區(qū)域內(nèi)，最好設(shè)置在氣溫最高的區(qū)域內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換器，其特征在于，首先被冷卻液流過的芯子段的高度至少要同氣溫較高的區(qū)域的高度一樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換器，其特征在于，在一個(gè)芯子段中按水平方向排列的管子數(shù)量根據(jù)該芯子段所處的并受結(jié)構(gòu)空間限制的氣溫區(qū)域而定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱交換器，其特征在于，在溫度較高區(qū)域內(nèi)的第一個(gè)芯子段中的管子數(shù)量大于溫度較低區(qū)域內(nèi)的第二個(gè)芯子段中的管子數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的熱交換器，其特征在于，第一個(gè)芯子段中的管子數(shù)量與第二個(gè)芯子段中的管子數(shù)量的比例關(guān)系在1∶1到3∶1的范圍內(nèi)選擇。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，至少有兩個(gè)芯子段前后排列，并且至少有兩個(gè)芯子段上下重疊排列，冷卻液依次流過上述芯子段，借助于結(jié)構(gòu)安排任意設(shè)置流過的順序。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱交換器，其特征在于，冷卻液按與氣流相反的方向逆流經(jīng)過至少兩個(gè)芯子段。
8.一種熱交換器，特別是一種用于汽車采暖或空調(diào)設(shè)備的、使冷卻液冷卻的散熱器，該熱交換器(1)被空氣穿過，擁有總管(S1、S2、S3、S4)和若干基本上按水平方向排列的管子(5)，并被分成4個(gè)被依次流過的芯子段(T1、T2、T3、T4)，其特征在于，首先被流過的芯子段(T1、T2)位于被隨后流過的另一批芯子段(T3、T4)的下方，而第一和第二個(gè)芯子段(T1和T2)以及第三和第四個(gè)芯子段(T3和T4)分別處于相同高度。
9.一種熱交換器，特別是一種用于汽車采暖或空調(diào)設(shè)備的、使冷卻液冷卻的散熱器，該熱交換器(1)被空氣穿過，擁有總管(S1、S2、S3、S4)和若干基本上按水平方向排列的管子(5)，并被分成4個(gè)被依次流過的芯子段(T1、T2、T3、T4)，其特征在于，首先被流過的芯子段(T3、T4)位于隨后被流過的另一批芯子段(T1、T2)的上方，而第一和第二個(gè)芯子段(T1和T2)以及第三和第四個(gè)芯子段(T3和T4)分別處于相同高度。
10.一種熱交換器，特別是一種用于汽車采暖或空調(diào)設(shè)備的、使冷卻液冷卻的散熱器，該熱交換器(1)被空氣穿過，擁有總管(S1、S2、S3、S4)和若干基本上按水平方向排列的管子(5)，并被分成4個(gè)被依次流過的芯子段(T1、T2、T3、T4)，其特征在于，位處下部的芯子段(T1、T2)內(nèi)冷卻液溫度高于位處上部的芯子段(T3、T4)內(nèi)冷卻液溫度，同時(shí)，一個(gè)或兩個(gè)位于后部的芯子段(T1、T3)的溫度高于相應(yīng)地位于前部的芯子段(T2、T4)的溫度。
11.一種熱交換器，特別是一種用于汽車采暖或空調(diào)設(shè)備的、使冷卻液冷卻的散熱器，該熱交換器(1)被空氣穿過，擁有總管(S1、S2、S3、S4)和若干基本上按水平方向排列的管子(5)，并被分成4個(gè)被依次流過的芯子段(T1、T2、T3、T4)，其特征在于，位處上部的芯子段(T3、T4)內(nèi)冷卻液溫度高于位處下部的芯子段(T1、T2)內(nèi)冷卻液溫度，同時(shí)，一個(gè)或兩個(gè)位于后部的芯子段(T1、T3)的溫度高于相應(yīng)地位于前部的芯子段(T2、T4)的溫度。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，冷卻液以與氣流成交叉逆流方式流過四個(gè)芯子段(T1、T2、T3、T4)中的至少兩個(gè)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，在兩個(gè)芯子段(T2、T3)之間采用斜流換向(6)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的熱交換器，其特征在于，用一個(gè)單構(gòu)件的、并與兩個(gè)總管(S1、S2)相連的過渡法蘭(7)進(jìn)行斜流換向(6)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的熱交換器，其特征在于，過渡法蘭(7)中有總管(S2、S3)的間壁。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的熱交換器，其特征在于，過渡法蘭(7)中有兩個(gè)相互平行、相互間隔開的圓筒形凹座。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的熱交換器，其特征在于，過渡法蘭(7)中有一個(gè)將兩根總管(S2、S3)連接起來的通道。
18.根據(jù)權(quán)利要求13到17中之一所述的熱交換器，其特征在于，在斜流換向(6)的區(qū)域內(nèi)至少有一個(gè)管子(5’)，不為冷卻液流過或只有極少量的冷卻液流過。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，在進(jìn)口(2)處和/或在出口(3)處，設(shè)有一個(gè)連接件(9)，它與兩根總管(S1、S2)或(S3、S4)連接在一起。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱交換器，其特征在于，連接件(9)中有一個(gè)間壁。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的熱交換器，其特征在于，連接件(9)中的兩個(gè)相互平行的圓筒形凹座之間剩余的材料形成間壁。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的熱交換器，其特征在于，連接件(9)上有一個(gè)同間壁相垂直、且部分穿過間壁的圓筒形凹口，它形成進(jìn)口或出口。
23.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，扁形管(5)在靠近總管(S1、S2、S3、S4)處各彎曲90°。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的熱交換器，其特征在于，在熱交換器(1)上面對(duì)總管(S1、S2、S3、S4)的一側(cè)上的扁形管(5)在180°的彎曲段前后處彎曲90°。
25.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，各芯子段(T1、T2、T3、T4)的雙側(cè)面由總管(S1、S2、S3、S4)封閉。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的熱交換器，其特征在于，至少兩個(gè)芯子段(T1、T2、T3、T4)至少在一側(cè)由一根共同的總管(S1、S2、S3、S4)封閉。
27.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，穿過熱交換器(1)的空氣同兩個(gè)或更多的溫度不同的部位接觸，其中進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口之間的最大溫差將小于冷卻液進(jìn)口和冷卻液出口之間溫差的一半，以超臨界二氧化碳作為冷卻液。
28.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，基本按水平方向排列的扁形管(5)之間在熱關(guān)系上相互隔熱。
29.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，各單獨(dú)芯子段之間在熱關(guān)系上相互隔熱。
30.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，總管之間在熱關(guān)系上相互隔熱。
31.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的熱交換器，其特征在于，在基本按水平方向排列的扁形管(5)之間布置著散熱片，散熱片隔斷了各單獨(dú)芯子段之間、特別是前后排列的芯子段之間的熱交換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱交換器，特別是一種用于汽車上采暖或空調(diào)設(shè)備的、使冷卻液冷卻的散熱器。該熱交換器被空氣穿流過，它擁有總管和若干基本上按水平方向排列的管子，并被分成若干芯子段。根據(jù)本發(fā)明，芯子段的表面根據(jù)熱交換器裝配空間內(nèi)氣溫不同并受結(jié)構(gòu)空間條件限制的區(qū)域的大小而選定，這里，首先被冷卻液流過的芯子段應(yīng)放置在氣溫較高并受結(jié)構(gòu)空間條件限制的區(qū)域內(nèi)，最好應(yīng)設(shè)置在氣溫最高的區(qū)域內(nèi)。
文檔編號(hào)F28F27/02GK1592839SQ03801532
公開日2005年3月9日 申請(qǐng)日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月3日
發(fā)明者瓦爾特·德穆特, 梅爾廷·科奇, 卡爾-海因茨·施塔法, 克里斯托夫·瓦爾特 申請(qǐng)人:貝洱兩合公司