具有改善的温度分布的热交换器的制作方法

本发明涉及具有改善的温度分布的热交换器，以及该热交换器在用于机动车的空调设施中的应用。

背景技术：

1、de102010043000a1描述了一种机动车空调设施，该机动车空调设施具有用于加热要供向车辆内部空间的空气的热交换器。机动车可以具有电驱动装置。所描述的热交换器是热泵运行中制冷回路的一部分。其中，热交换器包括用于输送介质(制冷剂)的管(冷却管)和用于流体连接这些管的两个集流器(集流管)。所描述的热交换器被设计为单行式制冷剂冷凝器。管被定向成基本上彼此平行。其中，管被压制为扁管并且在这些管之间布置有波纹肋片。管彼此并排地布置在一行中。由于所描述的热交换器只有一行管，因此在给定的结构空间中，所描述的热交换器的性能受到限制。在具有电驱动装置的机动车中，可用的结构空间通常非常有限。由于单行的热交换器需要非常大的结构空间，因此所描述的单行的热交换器无法实现更高的热交换器性能。由于无法提高所描述的热交换器的性能，可能需要额外使用电加热器来加热要供向车辆内部空间的空气，但这样做是不利的。在具有电驱动装置的车辆中使用电加热器会大大降低车辆的续航能力。所描述的热交换器的缺点是温度分布很不均匀。为了保证机动车内的人员的舒适度，热交换器必须具有尽可能均匀的温度分布。热交换器可以例如使用二氧化碳(r744)或丙烷(r290)来作为制冷剂。如果热交换器使用二氧化碳或丙烷作为制冷剂，则二氧化碳或丙烷在热交换器处可能会出现高的进气温度。这会导致热交换器不利的温度分布不均匀性进一步加剧，从而以这样的方式进一步降低车内人员的舒适度。

技术实现思路

1、相比之下，根据本发明的、具有独立专利权利要求所述的特征的装置的优点是热交换器具有高性能和均匀的温度分布。

2、在机动车中可使用该热交换器。机动车可以是完全或主要由电驱动的机动车。热交换器可具有竖直方向、横向方向和纵向方向，并可具有用于输送第一介质的管。热交换器可大致呈矩形。热交换器可具有两个集流器。在这两个集流器中可分别将第一介质分配至管中或再次收集第一介质。两个集流器可分别布置在管的相反的端部处。布置在管较低端部处的集流器可被视为下方的集流器。布置在管较高端部处的集流器可被称为上方的集流器。第一介质可通过入口线路被引入热交换器，并且第一介质可通过出口线路从热交换器引出。在根据本发明的热交换器的第一实施方案中，入口线路可被布置在下方的集流器处，并且出口线路可被布置在上方的集流器处。竖直方向可以沿着从下方的集流器去往上方的集流器的管延伸。在根据本发明的热交换器的第二实施方案中，入口线路和出口线路可被布置在下方的集流器处。竖直方向可以沿着从下方的集流器去往上方的集流器的管延伸。在根据本发明的热交换器的第三实施方案中，入口线路和出口线路可被布置在上方的集流器处。竖直方向可以沿着从上方的集流器去往下方的集流器的管延伸。在根据本发明的热交换器的另一实施方案中，入口线路可被布置在上方的集流器处，并且出口线路可被布置在下方的集流器处。竖直方向可以沿着从上方的集流器去往下方的集流器的管延伸。横向方向可沿着热交换器最短的边延伸。其中，纵向方向可以横向于管延伸。热交换器在横向方向上可具有至少三行在纵向方向上布置的管。其中，该至少三行中的管可以分别组成第一介质的至少一条流动路径。第一行可具有至少一条第一流动路径，第一介质可以在竖直方向上流过该至少一条第一流动路径。其中，第一流动路径优选占据热交换器在纵向方向上的长度的至少三分之一。在根据本发明的第一实施方案中，热交换器可具有三行。通过这种方式，就会实现性能高的热交换器。其中，第一流动路径优选占据热交换器在纵向方向上的长度的三分之一。热交换器可以互联以使第一介质首先流过第一行中的第一支路(strang)。第二介质可以绕流热交换器，并由此进行第一介质与第二介质的热交换。例如，第一介质可能很热，并且第二介质可能是冷的。由于第一流动路径优选占据热交换器在纵向方向上的长度的至少三分之一，并且热的第一介质可以首先流过第一流动路径，因此第一介质通过流过第一支路可以被强烈地冷却。由于最大温差可能已经被强烈减小，因此横向方向上后面的各行的温度分布中可能出现的进一步不均匀性也会大大降低。通过使第一行长度的三分之一被占据，可以在纵向方向上实现明显更均匀的温度分布。热交换器的整体温度分布的不均匀性可以明显减小。这可以提高车内人员的舒适度。温度分布可被理解为沿空间范围的温度变化。其中，均匀的温度分布可被理解为恒定的温度分布。单个的流动路径可通过热交换器的多个管来形成。整体温度分布可被理解为纵向方向、竖直方向和横向方向上温度分布的总和。

3、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可具有占据热交换器在纵向方向上的长度的第一流动路径。第一流动路径可占据热交换器的第一行。例如，第一介质可能非常热。由于第一流动路径占据热交换器的长度，因此第一介质可被强烈冷却。因此，横向方向上后面的各行的温度分布中可能出现的不均匀性就会进一步有利地减少。由于第一流动路径可占据热交换器在纵向方向上的长度，因此纵向方向上的温度分布可以有利地更加均匀。通过这种方式，换交热器就能获得更加均匀的整体温度分布，从而进一步提高车内人员的舒适度。

4、热交换器可具有至少两行另外的管。该至少两行另外的管在横向方向上布置在第一行之后，并分别具有在纵向方向上布置的至少两条流动路径。其中，第一介质可顺着竖直方向或逆着竖直方向流过该至少两条流动路径。在横向方向上处于第二行之后的那一行的至少两条流动路径所具有的第一介质的流动方向分别与之前在横向方向上布置的流动路径的第一介质的流动方向相反地指向。通过对热交换器的第一行之后的至少两行进行划分，可以提高第一介质的流速，从而有利地提高热交换器的性能。第一介质可以在竖直方向上流过热交换器第一行长度的至少三分之一。因此，第一介质已经可被显著冷却。出于这个原因，将在横向方向上位于第一行之后的至少两行划分成至少两条流动路径对热交换器的整体温度分布所带来的负面影响可被降低。通过这种方式，就可以提高热交换器的性能，并由此减少甚至避免对热交换器整体温度分布的负面影响。流速应被理解为介质在容积(此处为管)内定向运动的平均速度。

5、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可具有五条流动路径。这五条流动路径可被布置在三行中。第一行可形成第一流动路径。第一介质可在竖直方向上流过第一流动路径。其中，第二行可具有两条流动路径，因此可以形成第二流动路径和第三流动路径。第三行可具有两条流动路径，因此可以形成第四流动路径和第五流动路径。其中，第一介质可逆着竖直方向流过第二行的第二流动路径，并且第一介质可在竖直方向上流过第三流动路径。第一介质可在竖直方向上流过第四流动路径，并且第一介质可逆着竖直方向流过第五流动路径。通过将第二行和第三行分别划分为两条流动路径，可以提高第一介质的流速，从而提高热交换器的性能。使第一介质首先流过第一流动路径，可以避免对整体温度分布产生负面影响。通过这种方式，可以以有利的方式实现性能高且整体温度分布均匀的热交换器。

6、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可被构造成使第二流动路径可占据热交换器在纵向方向上的长度的三分之一到三分之二。沿热交换器剩余的纵向长度可以布置第三流动路径。其中，热交换器可以具有三行。在第一行中可布置第一流动路径。在第二行中可布置第二流动路径和第三流动路径。其中，第四流动路径可占据热交换器在纵向方向上的长度的三分之一到三分之二。沿热交换器剩余的纵向长度可布置第五流动路径。第四流动路径和第五流动路径可以布置在第三行中。

7、在根据本发明的热交换器的另一设计方案中，第二行的两条流动路径分别占据热交换器在纵向方向上的长度的一半。其中，第三行的两条流动路径可分别占据热交换器在纵向方向上的长度的一半。热交换器可具有三行。在第一行中可布置第一流动路径。第一介质可在竖直方向上流过第一流动路径。在第二行中可布置第二流动路径和第三流动路径。第一介质可逆着竖直方向流过第二流动路径，并且第一介质可在竖直方向上流过第三流动路径。在第三行中可布置第四流动路径和第五流动路径。第一介质可逆着竖直方向流过第四流动路径，并且第一介质可在竖直方向上流过第五流动路径。其中，第四流动路径被布置得可使之前在横向方向上布置的流动路径(此处为第三流动路径)与该第四流动路径的第一介质的流动方向相反。通过这种方式，可以实现性能高且整体温度分布均匀的热交换器。

8、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可具有五条流动路径并具有三行。这五条流动路径可被布置成在这三行中依次相接。这样，热交换器的整体温度分布就会更加均匀。

9、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可具有三行并具有五条流动路径。第二行和第三行的四条流动路径可被分别划分成具有至少两个区段，其中，流动路径的区段可在横向方向上相应交替地布置。第一流动路径可布置在第一行中，并且第一介质在竖直方向上流过该第一流动路径。在第二行中可布置第二流动路径和第三流动路径。第一介质可逆着竖直方向流过第二流动路径，并且第一介质可在竖直方向上流过第三流动路径。第二流动路径和第三流动路径可被划分为各两个区段。在热交换器的纵向方向上，第三流动路径的第一区段可跟随第二流动路径的第一区段。在纵向方向上，第二流动路径的第二区段可跟随第三流动路径的第一区段。在第三行中，第四流动路径的第一区段可被布置得使该区段的第一介质的流动方向与之前在横向方向上布置的区段的流动方向相反。第四流动路径和第五流动路径可被划分为各两个区段。在与热交换器的纵向方向相反的方向上，在第四流动路径的第一区段之后可布置第五流动路径的第一区段。在与热交换器的纵向方向相反的方向上，第四流动路径的第二区段可跟随在第五流动路径的第一区段之后。在与纵向方向相反的方向上，第五流动路径的第二区段可被布置成紧跟在第四流动路径的第二区段之后。通过将第二流动路径至第四流动路径划分为多个区段，可以进一步降低横向方向上温度分布中出现的不均匀性，从而使热交换器的整体温度分布更加均匀。在这里，两条大的流动路径的温度分布不均会在每个区段管数目少的情况下产生波纹。有利的是：这种波纹会很快地均匀消失在热交换器中。

10、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器具有三行并具有五条流动路径。第一流动路径可包括第一行。在第二行中可布置有第二流动路径和第三流动路径，并且在第三行中可布置有第四流动路径和第五流动路径。其中，第一介质可在竖直方向上流过第一、第三和第五流动路径。与此相反，第二流动路径和第四流动路径中的第一介质的流动方向与竖直方向相反。第二行中的第二流动路径可被划分为四个区段，并且第三流动路径可被划分为三个区段。其中，第二流动路径和第三流动路径的区段可以始终交替。第二流动路径中的两个区段可被布置在第二行的最外侧。第三行中的第五流动路径可具有四个区段。第五流动路径中的两个区段可被布置在第三行的最外侧。第三行中的第四流动路径可以具有三个区段。第四流动路径和第五流动路径的区段可始终交替布置。通过这样的分段布置，在第三行中布置的每个分段中的第一介质的流动方向都可被定向成与之前在横向方向上布置的第二行中的相应分段的流动方向相反。通过将第二流动路径至第四流动路径划分成多个区段，可进一步减小横向方向上温度分布中出现的不均匀性，从而实现性能高且整体温度分布均匀的热交换器。

11、根据本发明的热交换器中的管可被实施为扁管。第一介质可流过这些管，并且第二介质可绕流这些管。因此，这些管可被定向成在几何上基本相互平行。管可竖直或水平布置。其中，管之间可布置有波纹肋片。通过这种方式，可增大供在两种介质之间进行热交换的表面积。

12、根据本发明的热交换器可具有用于流体连接管的两个集流器。两个集流器可分别布置在管的相反的端部处。其中，在两个集流器中中可在至少一个通道中收集或分配第一介质。可以想到：两个集流器分别包括用于收集或分配第一介质的三条通道。替代地，也可以想到：两个集流器具有收集或分配第一介质的腔室。

13、在根据本发明的第一实施方案中，热交换器可具有用于将第一介质分配到流动路径中的至少两个第一分配板。该至少两个第一分配板可分别布置在集流器与管的相应的端部之间。借助于这两个第一分配板，热交换器可被划分为五条流动路径。这样，第一介质就可以被分配到五条流动路径中以及被再次收集起来。其中，热交换器可具有用于将第一介质分配到管中的至少两个第二分配板。该至少两个第二分配板可分别布置在该至少两个第一分配板与管的相应端部之间。单条流动路径可具有一根管或多根管。两个第二分配板可将流动路径划分为组成流动路径的管。第一介质可通过两个第二分配板分配到管中以及被再次收集起来。

14、第一介质可在两个集流器和该至少两个第一分配板中在横向方向上偏转。通过这种方式，就可以实现在竖直方向上或逆着竖直方向流过流动路径。在根据本发明的第二实施方案中，热交换器可具有两个集流器和两个第一分配板，集流器和第一分配板被分别布置在管的相反端部处。其中，整个第一行可由第一流动路径组成。第二行可具有第二流动路径和第三流动路径，并且第三行可具有第四流动路径和第五流动路径。第一流动路径可在竖直方向上被流过。在上方的集流管和第一分配板中，第一介质可在横向方向上偏转。通过这种方式，第二流动路径和第四流动路径就可以逆着竖直方向被流过。

15、在第一种变型方案中，热交换器的管、波纹肋片、至少两个第一分配板、至少两个第二分配板和两个集流器可由金属材料制成。可以设想：管、波纹肋片、至少两个第一分配板、至少两个第二分配板和两个集流器由铝合金制成。其中，可以将管、波纹肋片、至少两个第一分配板、至少两个第二分配板和两个集流器通过材料锁合方式连接起来。可以想到：使用硬钎焊作为材料锁合工艺。在另一变型方案中可能的是：用塑料材料而不是金属材料来制成两个集流器。这样，这两个集流器就可以通过力锁合和/或材料锁合方式连接到其它构件上。

16、根据本发明的用于机动车的空调设施可包括：壳体、热泵、至少一个用于输送第二介质的通道、至少一个风扇、作为制冷回路的一部分的根据本发明的热交换器，该热交换器用于加热要供向车辆内部空间的第二介质。其中，热交换器可以是冷凝器。在驾驶完全或主要由电驱动的机动车时，不会产生或仅产生少量废热，这些废热可用于加热车辆内部空间。驱动机动车所需的电能可由电池提供。如果使用电加热装置来加热车辆内部空间，则需要从电池中获取大量电能。这会导致机动车的续航能力大幅下降。出于这个原因，在根据本发明的空调设施中，制冷回路不仅可用于冷却第二介质，还可用于在热泵驱动中加热第二介质。在此，可以借助蒸发器从机动车的环境空气中提取热量，并可以利用根据本发明的热交换器用这些热量加热第二介质。在此，根据本发明的热交换器可用作冷凝器。可能的是：使用空气作为第二介质。制冷回路可由蒸发器、膨胀机构、作为冷凝器的根据本发明的热交换器以及连接线路组成。其中，制冷回路可被作为制冷剂的第一介质流过。优选地，作为第一介质的制冷剂是二氧化碳(r744)或丙烷(r290)。替代地可以想到：使用r1234yf或r1234a作为制冷剂。

17、在另一实施例中，空调设施还可具有用于加热第二介质的电阻加热装置。通过这种方式，电流就可以转化为热量。可以设想：将电阻加热装置实施为ptc加热装置。ptc加热装置是一种电阻随温度变化的电构件，并且可具有陶瓷材料。陶瓷材料的正温度系数使电流在高温情况下比在低温情况下流动得更好。替选地可能的是：设计带有加热电阻的电阻加热装置。加热电阻本质上是一种电阻，这种电阻在很宽的温度范围内具有恒定或接近恒定的温度系数。电阻可由金属材料制成，且金属材料的恒定或接近恒定的温度系数可使电流在高温情况下的流动与在低温情况下的流动相同或几乎相同。电阻的温度系数可用于描述导体的电阻随温度变化而增大或减小的程度。

18、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可以具有纵向方向、横向方向和竖直方向。其中，热交换器可具有用于输送第一介质的管。热交换器在横向方向上可具有两行在纵向方向上布置的管。其中，在两行中布置的管可被布置成交替地发生第一介质可在竖直方向上穿流管以及第一介质可逆着竖直方向穿流在横向方向上处于后面的管。热交换器可具有四条流动路径。单条流动路径可具有一根管或多根管。第一流动路径和第二流动路径可布置在第一行。第一介质在流过第二流动路径后可在横向方向上偏转。其中，第三流动路径和第四流动路径可布置在第二行。这些管在这两行中被布置成使得在第二行中布置的管所具有的第一介质的流动方向可以与之前在横向方向上布置在第一行中的管所具有的第一介质的流动方向相反。通过这种方式，只需很小结构空间的热交换器就可以具有很高的性能。热交换器可以以有利的方式具有均匀的温度分布，从而提高车内人员的舒适度。

19、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可在横向方向上具有两行在纵向方向上布置的管。其中，在两行中布置的管可被布置成交替地发生第一介质可在竖直方向上穿流彼此并排布置的两根管以及第一介质可逆着竖直方向穿流在横向方向上处于后面的两根管。其中，热交换器可具有四条流动路径。第一流动路径和第二流动路径可布置在第一行中。其中，第三流动路径和第四流动路径可布置在第二行中。单条流动路径可具有一根管或多根管。这些管在两行中被布置成使得布置在第二行中的管所具有的第一介质的流动方向可以与之前在横向方向上布置在第一行中的管的第一介质所具有的流动方向相反。通过这种方式，只需很小结构空间的热交换器就可以具有很高的性能。热交换器可以以有利的方式具有均匀的温度分布，从而提高车内人员的舒适度。

20、在根据本发明的另一实施方案中，热交换器可在横向方向上具有两行在纵向方向上布置的管。其中，这些管可被布置成交替地发生第一介质可在竖直方向上穿流彼此并排布置的两根管以及第一介质可逆着竖直方向穿流在横向方向上处于后面的一根管。热交换器可具有六条流动路径。单条流动路径可具有一根管或多根管。第一流动路径、第二流动路径以及第三流动路径可布置在第一行中。其中，第四流动路径、第五流动路径和第六流动路径可布置在第二行中。这些管可以在两行中被布置成使得布置在第二行中的管所具有的第一介质的流动方向可以与之前在横向方向上布置在第一行中的管所具有的第一介质的流动方向相反。通过这种方式，只需很小结构空间的热交换器就可以具有很高的性能。热交换器可以以有利的方式具有均匀的温度分布，从而提高车内人员的舒适度。