CN104019691B - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器，其具有一第一集流箱和一第二集流箱，具有至少一个设置在所述两个集流箱之间的管，其中设有一个流体入口和一个流体出口，其中所述管的端侧分别容纳在一个集流箱的一个开口中并且与所述集流箱流体连通，其中所述管通过形状配合和/或材料配合连接与集流箱连接，其中开口由一开口边缘环绕，其中至少一个集流箱设计为两部分，并且具有一个上部和一个下部，其中管可插入到开口中，并且在管的其中一个端部区域具有一个第一空隙和/或一个第一突出部，和/或开口边缘具有一个第二空隙和/或一个第二突出部，其中第一空隙和/或第一突出部与第二空隙和/或第二突出部匹配，从而使管与集流箱之间可以建立形状配合连接。

Description

热交换器

技术领域

本发明涉及一种热交换器，其具有一个第一集流箱和一个第二集流箱，具有至少一个设置在所述两个集流箱之间的管，其中设有一个流体入口和一个流体出口，其中所述管的端侧分别容纳在一个集流箱的一个开口中并且与所述集流箱流体连通，其中所述管通过形状配合和/或材料配合与所述集流箱连接，其中所述开口由一开口边缘环绕。

背景技术

在电动车辆中采用了蓄能器以驱动电动机。此处使用的蓄能器通常为基于锂离子的蓄电池组或镍氢蓄电池组。对此，备选地也采用大功率电容器（所谓的超级电容器）。

在上述的所有蓄能器中，在运行期间（特别是在蓄能器的快速充放电期间）将导致强烈的生热。

然而，大约50℃或者更高的温度会损坏蓄能器，并且大大地减少其寿命。同样，太低的温度也会对蓄能器造成永久性损坏。

为了保持蓄能器的有效功率，因此必须主动对其进行调温。为此冷却部分起到重要作用。例如，冷却可以通过引入流体流过的热交换器实现。按照现有技术的解决方案，热交换器通常是指流体流过的部件，其在两个平盖板之间具有一个或多个流体通道，所述流体通道可由流体流过。

有利地，在此将蓄能器的所有电池单元保持在一个稳定的温度水平上。同样应该避免在各电池单元内的强烈的温度梯度。

热交换器的板可以由冷流体流过以实现冷却，然而，为了加热目的，热交换器的板也可以由热流体流过。

为了实现尽可能高的能效，特别是在电动车辆中尽可能重量优化的结构类型是有利的。

在现有技术中已知的解决方案在于，使用完全由铝制造的热交换器。这例如在申请人的申请号为102011079091.8的未公开的申请中就是这样的情况。

按照现有技术的解决方案不利之处特别地在于，热交换器完全由铝构造。这样的热交换器相比于由塑料或者由铝和塑料的混合物构成的实施方案显然更重。此外，特别是在由塑料构成的热交换器中，管与集流箱的连接没有最优地解决。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种热交换器，其具有优化的连接点和粘合点结构设计，其中该热交换器的制造应该是低能耗和低成本的。

本发明的目的通过具有按照权利要求1的特征的热交换器实现。

本发明的一个实施例涉及一种热交换器，其具有一个第一集流箱和一个第二集流箱，具有至少一个设置在所述两个集流箱之间的管，其中设有一个流体入口和一个流体出口，其中所述管的端侧分别容纳在一个集流箱的一个开口中并且与所述集流箱流体连通，其中所述管通过形状配合和/或材料配合与所述集流箱连接，其中所述开口由一开口边缘环绕，其中至少一个集流箱设计为两部分并且具有一个上部和一个下部，其中所述管可插入到所述开口中，并且在所述管的其中一个端部区域具有一个第一空隙和/或一个第一突出部，和/或所述开口边缘具有一个第二空隙和/或一个第二突出部，其中所述第一空隙和/或第一突出部与所述第二空隙和/或第二突出部匹配，从而使所述管与所述集流箱之间可以建立形状配合连接。

在一个实施例中，根据本发明的热交换器用于调节蓄能器的温度。

通过一个至少两部分的集流箱可以更简单地实现管与集流箱之间的形状配合连接。特别是在突出部和空隙相互啮合的情况下。例如，通过突出部和空隙实现的管与集流箱的后啮合（engaging-behind）可以防止管从开口中退出。）

而且，通过使管上的和集流箱上的突出部和空隙对准，可以简单地实现管相对于集流箱的准确定位。此外，通过可形成的形状配合连接可以有助于实现材料配合连接，该材料配合连接例如通过粘合实现。

在本发明的一个有利的设计方案中，可以在所述集流箱的所述上部与所述下部之间设置一分离线，该分离线这样延伸：使得所述开口可以通过所述上部与所述下部的分离而分开。

通过将集流箱分为至少两部分，可以简单将管插入到集流箱中。有利地，所述集流箱的上部与集流箱的下部之间的分离线在此穿过所述开口自身延伸，从而使开口通过上部与下部的分离而分开。因此，所述管可以特别简单地插入到位于上部和下部中的部分开口中。

根据另一按照本发明的实施例，可以设定所述管在其其中一个端部区域的两个相对侧面上分别具有一个空隙，其中所述开口边缘具有两个对置的突出部，通过将所述管插入到所述开口中可以使所述突出部啮合到所述管的所述空隙中。

通过管的其中一个端部区域上的两个空隙以及与之匹配的位于集流箱的开口的开口边缘中的突出部，可以实现管与集流箱之间的形状配合连接。

通过将开口边缘的突出部啮合到管上的空隙中可以形成后啮合结构。该后啮合结构防止了管沿着其主延伸方向从集流箱滑出。通过上部或者下部的放置使得管通过后啮合牢固地固定在开口中。

本发明的一个优选的实施例的特征在于，所述下部和/或所述上部在所述上部与所述下部之间的碰撞点处具有至少部分环绕的边缘，所述边缘与各集流箱的另一部分中的空隙匹配。

形成在集流箱的所述两部分的至少一个上的至少部分环绕的边缘主要用于实现所述两部分相互之间的更简单的定位。此外，所述边缘产生了密封作用。

在一个有利的实施方案中，在所述边缘上也可以设有一个附加的密封件。该密封件可以是例如弹性体密封件，其设置在上部与下部之间并且附加地在碰撞点处密封集流箱。

对于这样的情况，即，例如两个基本上相互平行延伸的边缘设置在集流箱的其中一个部分上，可以有利地在两个边缘之间引入一个密封件。可能的密封件在此例如是弹性体密封件或粘合剂。

按照一个特别有利的实施例，可以设定所述上部和/或所述下部的开口的开口边缘具有至少部分环绕的槽。

在开口边缘上或者开口边缘内延伸的槽可以有利地用作例如粘合剂的容器。也可设定的是，所述管相应地设有突出部，所述突出部与在开口边缘内延伸的槽一致。通过这种方式可以在管与槽之间形成形状配合连接。

此外可以有利的是，如果在插入所述管之前，粘合剂可涂覆到开口边缘上，和/或可引入到所述上部和/或所述下部的槽中。

除了管与集流箱的形状配合连接之外，在槽中或在开口边缘上的粘合剂可以形成材料配合连接。因此，所述连接总的来说被改善。此外，可以特别是由粘合剂产生附加的密封作用。

按照一个优选的实施形式，有利的是，如果所述上部和/或所述下部具有一个孔，在所述热交换器的总装配状态下，粘合剂通过所述孔提供至该单独的槽中。

在将下部与上部集成在一起之后，再通过上部或下部中的孔引入粘合剂也是可能的。这例如对于大批量生产过程中的制造是有利的。

另一优选的实施例的特征在于，所述管在总装配的状态下至少部分地与所述开口边缘后啮合。

通过在管与开口边缘之间的后啮合可以确保：管不可以从集流箱中滑出。此外，通过后啮合结构可以导出力，否则所述力将导致连接处的附加负荷。在附加的粘合连接的情况下，例如可以对后啮合更优化地设计，因为其不必吸收所有的力。

此外，有利的是，如果所述开口的开口横截面基本上与所述管的外轮廓匹配。

通过使开口横截面与管的外轮廓尽可能地匹配，可以实现管在开口中的精确配合。这对于必要的流体密封也是有利的。

同样有利的是，如果所述管在其内部具有多个流动通道。

具有多个内部流动通道的管是有利的，所述管因此总地来说具有更高的稳定性。此外，在管内部流动的流体的热量尽可能更多地传递到环境中。

本发明的有利的改进在从属权利要求和随后的附图说明中描述。

附图说明

在下文中根据实施例参照附图对本发明进一步详细阐明，其中：

图1示出了具有多个管的热交换器的透视图，所述管在端侧容纳在两个集流箱中并且与集流箱流体连通，其中所述两个集流箱之一具有流体入口和流体出口；

图2示出了管的端部区域的透视图，其中所述管具有多个内部流动通道并且在两个相对侧面上分别具有一个空隙；

图3示出了集流箱下部的透视图，所述集流箱下部带有一个插入的管和一个通过其中一个开口定位的管；以及

图4示出了在图3中示出的带有所述管的集流箱下部的俯视图。

具体实施方式

图1示出了热交换器1的透视图。热交换器1基本上由多个管6以及两个集流箱2、3组成，所述集流箱2、3分别具有多个开口7，管6可插入到开口7中。管6与集流箱2、3流体连通。

在图1中示出的集流箱3此外还具有一个流体入口4和流体出口5。热交换器1通过该流体入口4和流体出口5与流体回路流体连通。

在图1中示出的热交换器1具有U形流通原理。流体通过流体入口4进入到集流箱3中，流过部分管6然后进入到集流箱2。流体分布在集流箱2的整个宽度上并且通过其他管6流回到集流箱3中，然后通过流体出口5从热交换器1中流出。为了实现该流通原理，集流箱3在其内部具有一个在图1中未示出的隔板，所述隔板将集流箱3分为一个左腔和一个右腔。对于该结构更确切地描述依照另外的附图。

在图1中示出的管6具有两个基本对置的长侧面，它们与两个基本对置的短侧面连接。这些长侧面在图1的情况下朝向上和向下。备选地，在此所示的管6也可以设定为采用常规的具有圆的或者矩形横截面的管。

此外，管6的数量同样是可变的。在U形流通的热交换器1的情况下设有至少两个管6，以便形成至少一个位于集流箱3与集流箱2之间的顺流路径和一个位于集流箱2与集流箱3之间的回流路径。在I形流通的热交换器1的情况下，集流箱2、3之一具有一个流体入口4而另一集流箱具有流体出口5。在这种情况下只要一个管就足够。

热交换器1的管6都设置在一个共同的平面中。也就是说，热交换器1的管的向上指向的长侧面与各自相邻的管6的向上指向的长侧面位于同一平面中，由此，在管6的结构相同的情况下，管6的下方长侧面也位于同一平面中。在备选的实施方案中，将管移动到不同的平面中也是可行的。

集流箱2、3可以由导热良好的材料（例如金属材料或者由塑料或者纤维增强塑料）制造。

管6有利地由导热良好的材料（例如铝）制造。然而管6的实施方案并不限于这种材料。备选地，由塑料构成的管的实施方案也是可行的。

流体入口4和流体出口5如此设置在集流箱3上，即，它们自集流箱3朝上。该视图仅仅是流体入口4和流体出口5的示例性的表示，并不应视为任何形式的限制。流体入口和流体出口4、5在集流箱3的其他侧面上也同样是可行的。而且，流体入口或流体出口可以设置在对置的集流箱2上，或者将流体入口分布到两个集流箱之一上，而将流体出口分布到两个集流箱中的另一个上。

通过流体入口或流体出口的这样的设置，热交换器或者以I形流通的方式流过，或者是这样的情况：即多个隔板设置在集流箱内，以多重转向的形式流动。

如在图1中所示，热交换器1的特别的优点在于，通过对管6的长度的相应改变，使得热交换器1的总长度随时都可简单地调节。因此确保了通过热交换器1的基本结构形状可以冷却或加热不同大小的构件，而无需从根本上改变热交换器1的结构。

图2示出了管6的透视图。在图2中示出的管6由扁管形成。管6的内部具有多个流动通道8，各流动通道8相互相邻地且平行地沿着管6的主延伸方向延伸。

管6在此具有两个相互对置的长侧面10a、10b和两个短侧面11a、11b，所述短侧面11a、11b使得所述长侧面10a、10b相互连接，并且基本上同样相互对置。

两个短侧面11a、11b分别具有一个凸起，所述凸起沿着管6的主延伸方向延伸。

对短侧面11a、11b上的凸起的描述在下文中限于对短侧面11a上的凸起的描述。对于短侧面11b，所述描述类似地适用。

凸起通过空隙9a分隔为两个区域12a、12b。凸起的部段12b在此朝向管6的端部区域。第二凸起区域12a紧随空隙9a之后沿剩余的管6延伸直至对置的端部区域。根据管6的设计方案，在图2中未示出的端部区域也可以具有一个或多个类似于在图2中示出的空隙9a或9b那样的空隙。

有利的是，管6由导热良好的材料制成，从而使得管内部流动的流体的热量尽可能更多地传递至环境中。特别有利的是采用塑料，因为塑料特别轻，由此可以减轻热交换器的总重量。对于塑料（特别是很难或者根本不可以焊接或钎焊的塑料）来说，与集流箱的形状配合连接是有利的。

在图2中示出的管6的视图是示例性的并且不具有限制的特征。在备选的实施形式中，例如可以采用不同的管形状，或者例如管的短侧面的结构可以不同。除了凸起外，也可以通过提高第二壁的材料厚度，以使其可以具有空隙。

图3示出了集流箱的上部或下部20的透视图。在图3中示出的集流箱在此至少为两部分设计，其中在图3中仅仅示出了集流箱的这两部分中的一个。对于图3和4的进一步描述，以附图标记20标示的部件总是表示集流箱的下部20。所属的上部在图3和4中未示出。该实施方案也可以类似地适用于集流箱的上部。

下部20在其向上指向的碰撞点25（在该碰撞点25处，下部20与上部在总装配状态下相接触）具有一个至少部分环绕的第一边缘26a以及一个至少部分环绕的第二边缘26b。边缘26a、26b伸出碰撞点25的向上的面。它们用于使上部相对于下部20定位，或反之亦然。各集流箱的另一部分为了容纳边缘26a、26b具有相应的容纳部，所述容纳部实现了两部分相互之间的可靠定位。

在边缘26a、26b之间形成一个凹槽。例如，在该凹槽中可以插入密封件（例如弹性体密封件）。该密封件有助于下部20与上部之间的密封。上部可以有利地具有一个容纳部，该容纳部不仅可以容纳边缘26a、26b而且可以容纳插入的弹性体密封件。

下部20和上部均可以具有与所示数量不同的多个边缘。有利地，各集流箱的另一部分具有相应的容纳部，该容纳部可以精确匹配地容纳各集流箱的另一部分上设置的边缘。

在图3中，一第一管21插入到集流箱的下部20中的一个开口30中。一第二管21通过另一开口30被定位，并且示出了在将管21插入到开口30中不久之前的状态。

管21在此在其一个短侧面23上具有一个空隙22。该空隙22将各管的短侧面分隔为第一区域23a和第二区域23b。类似于图2中的凸起12a、12b，图3中短侧面23的区域23a形成朝向管21的端部区域的区域。区域23b表示管21的剩余的短侧面23，其沿管21的主延伸方向延伸。

在集流箱的下部20的开口30具有开口边缘28，所述开口边缘又具有槽29。该槽29将开口边缘28分隔为至少两部分。此外，突出部27伸入到开口30中。

突出部27在此如此设计：使得该突出部27与管21的短侧面上的空隙22匹配。管21可以由上插入到开口30中，由此，突出部27与空隙22啮合并且形成管21与集流箱的下部20之间的形状配合连接。

短侧面23的朝向管21的端部区域的区域23a在此在后面与突出部27啮合，并且因此防止管从集流箱的下部20滑出。管21在此以其外面位于在开口边缘28上。在此管21在总装配的状态下也至少部分地覆盖槽29。

在图3中示出的突出部27通过环绕的边缘26a、26b形成，所述边缘在下部20的上碰撞点25上延伸。边缘26a、26b仅仅沿一个部段在开口30的区域中中断，从而管21可以插入到开口30中。

为了进一步提高在管21与下部20之间的连接，可以例如在插入管21之前将例如粘合剂引入到槽29中，所述粘合剂除了形状配合连接还实现了在管21与下部20之间的材料配合连接。通过粘合剂除了材料配合连接也实现了在管21与下部20之间的密封。

同样可以设定，将粘合剂引入到在边缘26a、26b之间的区域中。由此可以改善下部与未示出的上部之间的连接。附加地也可以通过粘合剂产生沿着其碰撞点25集流箱的密封。

槽29在管21的总装配的状态下不仅沿着长侧面而且沿着管21的短侧面23延伸。可引入到槽29中的粘合剂可以由此完全围绕管21。

未示出的上部有利地基本上与下部20的结构一致。这样特别适合用于容纳管21的开口30的设计。因此，该延伸直至碰撞点25的槽29通过未示出的上部继续延伸而不会中断，从而在总装配状态下，槽29完全绕管21延伸。下部20与上部之间重要的区别在于，上部有利地不具有边缘26a、26b，而是具有与该边缘匹配的容纳部。

下部20和上部的连接可以通过多种连接方法实现。除了粘合剂外，还可以使用机械连接，例如螺纹连接或夹紧连接。此外，还可以采用热接合方法，例如钎焊或焊接。所述列举的方式并不作为限定，并且不具有限制的特征。

图4示出了图3所示的下部20以及两根管21的布局的俯视图。在图4示出了碰撞点25的俯视图，特别是可以看到位于边缘26a与26b之间的凹槽。该凹槽仅仅在开口30的区域中中断，以便在那儿可以容纳管21。

同样地，设置在开口30的区域中的槽29在该俯视图中可以看到。特别地，图4示出了槽29在右面和左面伸出开口边缘28，其基本上形成了用于管21的容纳区域。如在图3中所述的那样，通过布置基本上与下部20匹配的上部，形成了可以完全环绕管21延伸并且实现下部20、上部与管21之间的环绕的粘合连接的槽29。

此外，槽29具有孔31，其用于在集流箱的总装配之后将粘合剂注入到槽29中。该孔在此从槽29穿透下部20的外表面。在将管21插入到下部20中并且放置上部之后，可以给槽区域29填充粘合剂。有利地，未示出的上部同样在槽区域具有孔，从而，由粘合剂推挤的空气可以通过这两个孔漏出，或者可以从两侧面同时注入粘合剂。

开口30的通过槽29分隔为两个区域28a、28b的开口边缘28基本上构成了用于支承扁管21的外侧面的支承面。从下部20的内部开始，区域28b基本上仿制了该区域中的管21的外形，在该区域中管21具有两个空隙22。由于突出部27伸入到区域28b中，区域28b变窄。区域28b由此比区域28a或槽29更窄。

槽29向外邻接到区域28b。槽29比区域28a更宽，而区域28a比区域28b更宽。管21位于槽29之上。槽29在此在左面和右面伸出管21。

邻接的区域28a基本上在该区域中仿制管21的外形，在该区域中管21没有空隙。

开口边缘28和槽29的设计是示例性的。开口边缘28和槽29的不同的设计方案是可行的。例如开口边缘也可以一件式地设计，具有一个邻接到开口边缘的槽。备选地，可以提供没有附加的槽的实施方案。此时，粘合剂将被直接涂覆到开口边缘自身上。

连接区域32示出了突出部27啮合到管21的空隙22中，从该连接区域32可以看出，一方面，槽29在俯视图中在侧面突出管21，而且突出部27精确匹配地啮合到管21的空隙22中。此处，在下部20的内部，短侧面23的朝向管21的端部区域的区域23a在后面啮合突出部27，从而防止管21退出。

在图2至4中示出的管的实施方案以及集流箱的实施方案可以仅仅理解为示例性的。特别是在管以及集流箱上的空隙以及突出部的设计仅仅用于阐明连接原理。在备选的实施形式中，同样可以设定管具有突出部而集流箱具有相应的空隙，其与管的突出部匹配。

同样可以设定，其中一个管在其一个侧面上具有突出部而在对置的侧面上具有空隙，而集流箱具有与管对应的相应突出部和容纳部。重要的是，集流箱中的开口与管的端部区域的几何结构匹配，从而确保管在集流箱的开口中的可靠配合。

除了形状配合连接，也可以通过引入粘合剂形成材料配合连接。为了连接集流箱的下部与上部，可以采用这样的粘合剂，即，其一方面连接下部与上部，并且附加地形成上部与下部之间的密封。

所示的实施形式不具有限制的特征，而仅仅用于阐明发明构思。

Claims (10)

1.一种热交换器，其特征在于，其具有一个第一集流箱和一个第二集流箱，具有至少一个设置在所述两个集流箱之间的管，其中，集流箱上设有一个流体入口和一个流体出口，其中所述管的端侧分别容纳在一个集流箱的一个开口中并且与所述集流箱流体连通，其中所述管通过形状配合和/或材料配合与所述集流箱连接，其中所述开口由一开口边缘环绕，其中至少一个集流箱设计为两部分并且具有一个上部和一个下部，其中所述管插入到所述开口中，并且在所述管的其中一个端部区域上具有一个第一空隙和/或一个第一突出部，所述开口边缘具有一个第二空隙和/或一个第二突出部，其中所述第一空隙和/或第一突出部与所述第二空隙和/或第二突出部匹配，从而使所述管与所述集流箱之间建立形状配合连接。

2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，一分离线在所述集流箱的所述上部与所述下部之间延伸，以使所述开口通过所述上部与所述下部的分离而分开。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述管的其中一个端部区域的两个对置的侧面上分别具有一个空隙，其中所述开口边缘具有两个对置的突出部，通过将所述管插入到所述开口中使得所述突出部啮合到所述管的所述空隙中。

4.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述下部和/或所述上部在所述上部与所述下部之间的碰撞点处具有至少部分环绕的边缘，所述边缘与各集流箱的另一部分中的空隙一致。

5.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述上部和/或所述下部的开口的开口边缘具有至少部分环绕的槽。

6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，在插入所述管之前，粘合剂涂覆到所述开口边缘上，和/或引入到所述上部和/或所述下部的槽中。

7.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，所述上部和/或所述下部具有一个孔，粘合剂在所述热交换器的总装配状态下通过所述孔提供至所述单独的槽中。

8.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述管在总装配状态下至少部分地后啮合所述开口边缘。

9.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述开口的开口横截面基本上与所述管的外轮廓匹配。

10.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述管在其内部具有多个流动通道。