用于冷却回路的蒸发器 |
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| 申请号 | CN200980148250.7 | 申请日 | 2009-11-25 | 公开(公告)号 | CN102239374B | 公开(公告)日 | 2014-04-23 |
| 申请人 | 贝洱两合公司; | 发明人 | 戈特弗里德·杜尔; 冈瑟·弗里希科; 斯特凡·赫希; 托比亚斯·伊斯梅尔; 加罗林·施密德; 克里斯托弗·沃尔特; 阿希姆·威贝特; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于冷却回路的 蒸发 器 ，特别用于机动车，包括： 蒸发器 区域(1)，其中，流经该蒸发器区域(1)的冷却介质吸收外部区域的热量；其中，沿着冷却介质的流动方向，所述蒸发器区域(1)在入口侧被设置在第一膨胀设备(3)的下游；其中，在蒸发器区域(1)和第一膨胀设备(3)之间设有交换器(2)，其中，蒸发器区域(1)的上游的冷却介质的热量被传递到蒸发器区域(1)的下游的冷却介质上。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于冷却回路的蒸发器的操作方法，包括： |
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| 说明书全文 | 用于冷却回路的蒸发器技术领域[0002] 背景技术 [0003] 公知的，冷却介质流通过冷却回路的蒸发器来进行调节，例如借助于热力膨胀阀，从而使在蒸发器的出口侧、也就是在冷却回路的压缩器的吸入侧确保实现冷却介质的过热。由此导致冷却效率(Kühlleistung)在整个蒸发器上的分布不均匀。在用于调节空气的蒸发器上，这一点通常是不希望发生的，而且当需要冷却热源至特定的程度时，保持一个优选的温度范围是特别重要的。 发明内容[0004] 本发明所针对的问题在于提供一种用于冷却回路的蒸发器，由此确保具有特别均匀的冷却效率的限定区域。 [0005] 根据本发明，上述问题的解决是通过具有权利要求1的特定技术特征的开始所述的蒸发器来实现。由于热量以限定的方式从入口侧的冷却介质流传递到流出的冷却介质流上，交换器使得从蒸发器区域流出的冷却介质过热。这样可能特别实现了，冷却介质在没有过热、或仅稍微过热的情况下流经蒸发器区域。由此，冷却介质还可以存在于作为湿蒸汽阶段的整个蒸发器区域中，并因而实现蒸发器区域的完整且均匀的冷却。根据本发明的冷却介质可被理解为任何适宜的操作冷却回路的介质，特别是除了惯用的诸如为R134a和CO2的冷却介质之外。根据本发明的第一膨胀设备可被理解为任何适宜的膨胀设备，诸如为固定节流阀、热力膨胀阀(TXV)或者还有电控膨胀阀。因为第一膨胀设备设置在交换器的上游，所以交换器还可以看作是冷却回路的内部的低压换热器。因此，本发明的蒸发器包括主要与外部空间进行热交换的蒸发器区域以及主要产生内部热交换的交换器。 [0006] 在本发明的一个优选实施例中，在交换器和蒸发器区域之间的入口侧设有第二膨胀设备。由此，设置在换热器区域上游的交换器的入口侧部分能够特别有效地将热焓量传递到出口侧的冷却介质流上。为了简化设计，该第二膨胀设备优选指的是固定节流阀，该固定节流阀的尺寸据此选定。根据实际需要，或者作为第一膨胀设备的可调节设计的一种选择，或者除了该第一膨胀设备的可调节设计之外，该第二膨胀设备还可以设计成是可调节的。 [0008] 在通常优选的实施例中，在正常工作状态下的第一冷却介质在蒸发器区域中基本上没有产生过热，其中，在蒸发器区域的出口侧的交换器中产生过热。由此，使整个蒸发器区域实现基本上均匀的冷却效率，并且特别在该蒸发器区域中不存在由于膨胀过程中出现的载荷而造成的过热区域。 [0009] 优选地以简单的方式，使交换器形成为特别是由平行通道组成的区段，其中，至少一个流入通道与至少一个返回通道经由间隔管壁而形成热交换。在此，通道的数量和长度根据所要求的交换器的效率以及所提供的安装空间来确定。在特别优选的具体实施例中，流入通道和返回通道大体上呈螺旋形延伸。由此可以实现一个结构紧凑的交换器。根据本发明，螺旋形结构可以被理解为呈圆形、椭圆形、多边形或其他螺旋形式的结构。 [0010] 为了集成化组件和最小化安装空间，在一个优选的实施例中，至少使蒸发器区域和交换器形成为结构集成单元。根据实际需要，蒸发器区域和交换器当然还可以形成为结构分立单元，但是这些单元不一定安装在不同的位置上，特别的，并且这些单元经由冷却介质通道而彼此连接。 [0012] 在本发明的一个特别优选的实施例中，蒸发器形成为散热体，用于冷却与该散热体导热连接的元件。在该蒸发器区域中满足了对于所有元件的均匀冷却的通常特别高的要求。文献EP 1 835 251 A1公开了这种蒸发器区域的空间结构的一个示例，其中，散热体具有平面式板式结构，该板式结构在其上设有耙状的固定部，用以固定圆柱形储能电池。本发明所包括的形成为散热体的蒸发器区域的结构形式并不局限于该示例。例如，散热体还可以被设计为用于冷却平板电池(“咖啡袋(Coffee-Bags)”)或棱柱电池，或者设计为折叠的散热体或类似结构。 [0013] 因此，在一个优选的具体实施例中，所述元件为电能存储器、特别为锂离子储能电池。锂离子储能电池由于其大功率密度而需要较高的散热效率，使得必须遵守给定的温度范围的较高需求来确保其功能性，操作可靠性和使用寿命。 [0014] 在一个可行的具体实施例中，在交换器上热连接至少一个其他热源，特别热连接有工业电能(Leistungselektronik)。在一个这样的实施例中，交换器仅部分视为冷却回路的内部换热器，并且还实现了与外部区域的热传递，其中，引进的热量额外确保实现了交换器中的冷却介质的过热。可替换地，交换器还可以设计成与外部区没有热交换，或者使交换器仅作为内部换热器。 [0015] 在一个优选的、成本低廉的且简单的实施例中，散热体至少在蒸发器区域中以板式三明治式的构造方式构成。例如，文献DE 195 28 116 B4提供了板式蒸发器的这样一种构造方式，其中，将多层具有贯穿孔的、特别经焊接喷漆的板材呈三明治结构相互叠置在一起，从而构成用于冷却介质的通道。在此，还特别优选地，交换器也以板式三明治式的构造方式构成，特别与蒸发器区域共同作为结构单元。 [0016] 对此，本发明所针对的问题的解决还通过具有权利要求15的技术特征的根据本发明的蒸发器的操作方法来实现。通过调节来避免在蒸发器区域中产生过热，从而确保实现特别均匀的冷却。 [0018] 接下来，对废气循环冷却器的多个优选实施例进行说明，并且结合附图进行详细阐述。 [0019] 图1示出了本发明的第一实施例的示意图； [0020] 图2示出了具有本发明的蒸发器的冷却回路的压力-热焓曲线图； [0021] 图3示出了交换器的可行构造形式的多个截面图A-E； [0022] 图4示出了本发明的第二实施例的示意图； [0023] 图5示出了本发明的第三实施例的示意图； [0024] 图6示出了交换器的可行构造形式的示意图。 具体实施方式[0025] 图1所示的蒸发器包括蒸发器区域1和与该蒸发器区域连接的交换器2。蒸发器1形成为扁管蒸发器，用于对车厢的空气L进行调节。为了优化效率以及改善均匀性，在此将蒸发器区域分成六块，冷却介质K依次流经这六块区域。因此，蒸发器区域形成为与外界区域热连接的换热器，其中，交换器主要形成为内部的换热器。 [0026] 热力膨胀阀3作为第一膨胀设备设置在交换器2上游，其中，冷却介质流的流入受到热力膨胀阀3的调节。由蒸发器流出的冷却介质流同样流经该膨胀阀，并根据流出的介质流的压力和温度进行调节。以这种方式，持续确保流出的介质流的过热，该介质流接下来从吸入侧流进到冷却回路的压缩器中。 [0027] 在交换器2和蒸发器区域1之间的蒸发器区域1的入口侧，设有一个第二膨胀设备4，该第二膨胀设备为固定节流阀。由此实现了，流入的冷却介质流在交换器的区域内仅部分膨胀，其中，在该区域中，将足够用于过热的热量传递到流出的介质流上。在此，在整个蒸发器区域1中，于对应的调节过程中，可以不具有过热的冷却介质，也就是没有湿蒸汽。 [0028] 在一个简单的实施例中，交换器可以采用平行的流入和返回通道2a、2b，这种通道经由管壁2c而形成热接触。图3示出了这种设置的各种适宜的变换方案。特别地，实施例A、C、D和E可以形成为挤压型材，该挤压型材包括两个通道2a、2b。实施例B由两个同心管道构成，在这两个同心管的端部上设有对应的冷却介质的导引件(未示出)。在这种情况下，返回通道的液压截面大于流入通道的液压截面，从而计算蒸发器1、2中的膨胀。 [0029] 交换器2例如可以形成为多通道的管道区段，这样的管道区段与扁管蒸发器3形成为结构集成单元。特别地，还可以在该单元上设置膨胀阀3。膨胀阀3的端口以公知的方式成为蒸发器1、2通到其余冷却回路的唯一接口。 [0030] 图2所示的冷却介质的曲线依次经由以下过程： [0031] -压缩过程A； [0033] -经由膨胀阀3的第一次等焓膨胀C； [0034] -在交换器的流入部分中近等压的热焓放出过程D； [0035] -经由固定节流阀4的第二次近等压膨胀E； [0036] -在蒸发器区域1中近等压的热焓吸收过程F；以及 [0037] -在交换器2的流出部分中过热过程G。 [0038] 此外，在图2的状态曲线图中还示出了冷却介质的状态曲线。区域F和G通过状态曲线的切割而相互界定。这表明，正好在蒸发器区域1过渡到交换器2上时开始过热过程。 [0039] 因此，例如对于冷却介质典型的工作点是： [0040] 经过第一膨胀设备3之后，也就是由C过渡到D，6bar，20℃； [0041] 经由交换器的流入侧，也就是由D过渡到E，6bar，10℃； [0042] 经由交换器2的流入侧，也就是由D过渡到E，6bar，10℃； [0043] 在蒸发器区域1中，也就是从区域F过渡到G，3bar，0℃； [0044] 经由交换器2的流出侧，也就是由G过渡到A，3bar，10℃。 [0045] 图4的第二实施例与第一实施例的区别仅在于组成结构，特别是指蒸发器区域1的组成结构，但是它们的功能(参见图2)都是相同的。 [0046] 在此，蒸发器区域1形成为板式散热体，在该板式散热体上导热地安装待散热元件(未示出)，该待散热元件为锂离子储能电池。文献EP 1 835 251 A1公开了这种形成为散热体的蒸发器具体结构的一个实施例。 [0047] 对此，在具体的实施例中，散热体是由焊涂层板或彼此叠置层板组成的三明治式板的构造方式，其中，冷却介质通道经由在板上预先冲压的贯穿孔而成型。然后在焊炉中将板坯平面式相互焊接在一起。文献DE 195 28 116 B4公开了这种蒸发器结构的一个具体实施例。 [0048] 在该实施例中，交换器2与板式散热体或蒸发器区域1分立设置，并且经由冷却介质通道而与该板式散热体或蒸发器区域连接。 [0049] 在图5示出的第三实施例中，与第二实施例的区别在于，板式散热体1与交换器2形成为结构集成单元。 [0050] 图6示出了交换器2的冷却介质通道的形状作为示例，其中，平行延伸的流入和返回通道2a、2b和与其热连接的间隔管壁2c在一个平面中螺旋展开。在螺旋的中央，对于每个通道都实现了在如此深度上的绕行，该深度例如能够通过在散热体中的端孔而实现。交换器2的螺旋形结构在性能上与冷却回路的内部换热器相反。 [0051] 在该结构的实施例中，螺旋形交换器2与图4、图5中的蒸发器区域1相似，通过堆叠有钻孔的板而构成。在图5的实施例中，对此适宜地全部采用与蒸发器区域相同的板。 [0052] 可替换地，交换器的螺旋形结构还可以通过卷起管道来实现，例如管道具有图3所示的横截面。 [0053] 可替换地，在图3和图6的实施例中的流入和返回通道可以交换，由此使通道2a形成为返回通道，而通道2b形成为流入通道。 [0054] 可以理解为，不同实施例的各自特征可以根据实际需要而相互有意义地结合。 |
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