专利名称：具有蓄冷器的热交换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别是用于汽车空调设备的、具有蓄冷器的热交换器。
背景技术：
汽车制造商的一个目标是减少汽车燃料的消耗。减少燃料消耗的一项措 施是临时停车如在交通信号灯前停车时关闭发动机。这种发动机的临时关闭 又被称为怠速-停止模式。现在的低消耗汽车如所谓的三升汽车中已经采用这
项措施。在具有怠速-停止方式的汽车中，在市内交通的情况下，大约25-30 %的行驶时间内发动机是关闭的。
这就是这种汽车常常不配备空调设备的原因，因为当发动机关闭时，空 调设备所需的压縮机也无法运行，因而在怠速-停止状态下空调设备无法达到 应有的制冷能力。虽然这个问题也可以通过以下方式得到部分地解决，即在 停止的状态下，空调设备开动时发动机继续运转，但这会导致消耗较多的燃 料。
DE 101 56 944 A1公开了一种用于汽车的空调设备，它包括布置在制冷 剂回路中的压縮机和蒸发器，用于冷却车舱内待调节空气，所述空调设备具 有一个用于冷却空气的第二蒸发器，它包括一种蓄冷介质，而待调节的空气 可选地逐个通过每个蒸发器或一起通过两个蒸发器。按照一个备选的实施形 式，这个蒸发器以下面的方式取代第二个蒸发器，即蒸发器形成为具有两个 部分，其中一个部分包含蓄冷介质，而待调节的空气可选地逐个通过每个蒸 发器或一起通过两个蒸发器。在这里，制冷剂穿过蒸发器时所流经的管是多 通道管，其中， 一个或多个通道充满蓄冷介质。
发明内容
从上述现有技术出发，本发明的目的是提供一种改进的热交换器。这个 目的由具有下述特征的热交换器实现。
按照本发明， 一种在汽车空调设备中使用的、用于冷却车舱内待调节空 气的热交换器、特别是蒸发器，包括多个并排布置的输送制冷剂的管子，并 包括至少一个其中设有蓄冷介质的蓄冷器。在这里，蒸发器具有两个相互平 行且覆盖整个宽度的区域，其中，第一区域在结构上相当于一个传统的蒸发 器，蓄冷器布置在独立的第二区域，这个区域可被至少一部分制冷剂穿流， 所述制冷剂也穿流至少一部分第一区域，并且第一和第二区域通过至少一个 溢流孔相互连接。至少一部分制冷剂通过溢流孔从一个区域流到另一个区域， 即制冷剂流到两个区域中。在热交换器的第一和/或第二区域的管子之间可以 布置波纹翅片或其它增大换热面积的元件。由于第一区域基本上相当于一个 传统的热交换器，所以现有的工具可继续使用，而只需为第二区域和溢流孔 的加工配备新工具。在第一区域按照现有的结构方式配置的情况下，第二区 域可相对容易地与现有的空间和冷却需求配合。此外仅需要一个膨胀元件。 这样形成的蒸发器根据模块式的结构也可被称为"附加式"蓄能蒸发器，即 在原则上基本为传统蒸发器的基本形式上添加一个相应形成的冷却模块。
优选的是设有两个溢流孔，但也可一在一个单独的制冷剂输入管路上一 只设有一个溢流孔。同样也可设有多个溢流孔，制冷剂可通过这些溢流孔从 第一区域流向第二区域，并可反向流动。
在至少一个蓄冷元件中优选地布置着至少一个输送制冷剂的管子。在这 里，蓄冷元件可相互连接，特别是通过至少一个集流器。
当输送制冷剂的管子布置在蓄冷元件中时，它可以插入到被蓄冷介质充 满的蓄冷元件中，或者直接在其中形成，同时蓄冷介质优选地被制冷剂从四 周包围，在这里，特别是设为管中套管的布置。
蓄冷元件同样可由横断面为U形、特别是包括多个室的管形成。在这里， 蓄冷元件的内部尺寸在相应区域优选地等于输送制冷剂的管的外部尺寸，从 而使管子平整地紧贴在一起。也可采用一体式的结构例如通过相应地挤压成 型的、包括至少两个通道的管。
在一个完全在蓄冷元件之内的布置中，输送制冷剂且包含蓄冷介质的管 优选为一种双层壁的扁平管，其中，制冷剂位于中央区域，蓄冷介质位于外
部区域。按照另一个优选的实施形式，双层壁的扁平管具有连接桥，它连接 位于外部的管与位于内部的管。由于蓄冷器直接与空气接触，所以在热交换 时会出现很好的动态特性，从而在需要时即在怠速-停止的工作状态下有充足 的制冷能力。
包含蓄冷介质的管也可以不完全地包围输送制冷剂的管。在这里准确地 说，输送制冷剂的管的三个侧面被包含蓄冷介质的管包围。包含蓄冷介质的 管的横断面可以为U形，并可将优选为扁平管的、输送制冷剂的管局部地即 将其周长的一部分包围，同时，输送制冷剂的管的绝大部分优选地布置在包 含蓄冷介质的管的内部。
第二区域的输送制冷剂的管的终点位于一个集流器内，所述集流器单独 形成，并只通过一个或多个溢流孔与第一区域的集流器相连。这在必要时可 以增补安装带蓄冷器的热交换器，特别是第一区域一除了溢流孔一可以采用 与传统的热交换器相同的结构，从而可以在产量较大并且大部分部件使用相 同的工具的情况下降低生产成本。此外，这两个区域可单独装配然后再相互 连接。
输送蓄冷介质的管或通道的终点优选在一个蓄冷介质集流器中，输送制 冷剂的管穿过所述集流器并突出，其终点在一个单独的集流器中。这使得各 蓄冷元件可以一同被蓄冷介质充满，从而使得输送蓄冷介质的管或通道能够 方便和迅速地被充满。此外，在输送制冷剂的管和蓄冷元件单独形成的情况 下，优选的蓄冷器一体式结构可以使装配简化。还可以为特别是由于温度造 成的制冷剂体积的变化提供补偿空间。此外，这还可以使第二区域的结构变 得紧凑。
第一区域优选地在其宽度方向上与第二区域相邻的位置具有多个可被制
冷剂沿不同方向穿流的模块(Block)，并且第二区域具有至少一个模块、特
别是多个可被制冷剂沿不同方向穿流的模块。这里，在第一区域和第二区域 中在蒸发器的宽度方向上的各模块的数量和/或宽度优选地不同。第一区域优 选地在直接临近第二区域的地方具有两到四个、特别是三个模块，而第二区 域具有一到六个模块，特别是两到四个模块。
第一区域和第二区域的扁平管列优选地相互对准，但也可以只在第一区
域的每第n个、特别每第二个或第三个扁平管之后布置一个第二区域的扁平 管，这样可以使空气流动阻力变得尽可能地小，但扁平管列也可以不规则或 错开(例如在空隙的中央)布置，或者包括布置在其内部的输送制冷剂的管 的蓄冷元件可以相对于蒸发器其它的扁平管扭转布置。可按照汽车停车时所 期望的热量值选择第二区域的扁平管的数量和形状。
沿着正常的气流方向，蒸发器的第二区域优选地布置在蒸发器的第一区 域之后，特别是直接接着蒸发器，但在第二个、特别是较小的蒸发器部分中 同样可以采用布置在蒸发器之前或与蒸发器相隔一定距离的布置。特别是在 与(主)蒸发器相隔一定距离的布置中，带有蓄冷器的集流器的尺寸可按照 已有的安装空间和/或要求进行调整。特别具有优点的是，己有的蒸发器不必 或只需略微改动，从而使蓄冷器能够相对方便地集成到现有的系统中。现有 的工具也不必(或只需略微)改动。只需为附加的蒸发器的蓄冷器区域提供 新的工具。
被制冷剂穿流的管子优选为焊接的、翻边的、由板片深拉伸或挤压成型 的扁平管，它既可以被倒圆，也可以带有尖角的。但也可以使用椭圆形的管 或圆管。材料可以考虑使用铝和铝合金，但也可以使用其它任何一种适合的、 导热性好的材料。
蓄冷器优选地由铝、特别是内部和/或外部带有涂层的铝(这里铝也可以 指铝合金)，必要时也可由铜、铜锌合金、人造树脂或塑料组成。铝容器的 优点是它可与蒸发器的其它部分毫无问题地钎接。在这里优选为挤压成型的 扁平管，它具有多个通道，其中， 一部分通道包含蓄冷介质，另一部分通道 包含制冷剂。结构上也分为多部分。
潜热或储能介质优选为一种PCM材料(phase change material—相变 材料)，它优选地包括完全相同的熔化介质、特别是正癸醇(Decanol)、 十四、十五或十六烷、Li-CI033H20、盐溶液或有机氢氧化物或由它们形成。 在储能介质中也可设有加速晶体形成的籽晶形成剂。
储能介质的相变温度优选为0。C到30QC，特别是1。C到20GC,特别优 选为2°C到15°C，更特别优选为4°C到12°C。
在蓄冷元件的内部一无论它是否将输送制冷剂的管子完全或只是部分地 包围一可设有衬层，例如优选地由铝制成的但可以由其它金属或塑料制成的 肋片板，或者其它的涡流衬层如无纺布或由如塑料或金属制成的编织物，或 者泡沫如泡沫金属或泡沫塑料。衬层用于改善传热以及增大内部表面以加快 储能介质的晶体形成。
这两个区域的穿流优选为串联形式，这样就只要为两个区域设置一个膨 胀元件。在这里，制冷剂进口优选地设在第一区域的集流器上。
热交换器优选地具有以下尺寸(相关尺寸参见图8和图9):
热交换器的总深度T优选为23到200mm，特别优选为35到80mm， 特别优选为60+/-10mm。
结构深度T'优选为20到150mm,特别是25到90mm。在无蓄冷器的 区域中，蒸发器的扁平管的结构深度T1和T2通常相同(这个蒸发器区域 为对称设计)。
在无蓄冷器的区域中，蒸发器的扁平管的宽度b1和b2优选地相同，其 中， 一列中的扁平管分别与另一列中的扁平管优选地对准。宽度b1和b2优 选为0.8到4mm，牛寺别是1.3至ij 3，5mm。
第一扁平管列的横向节距q1优选为4到20mm，特别优选为5到13mm。 它优选地等于蒸发器的第二扁平管列的横向节距。
第一扁平管列的波纹翅片高度优选为3到18 mm，特别是为4到10 mm。它优选地等于蒸发器的第二扁平管列的波纹翅片高度。
蒸发器在蓄冷器区域具有在外部蓄冷介质通道中包含蓄冷介质的扁平 管，宽度b3优选为2.0到10.0 mm，特别为3.0到8.0 mm。布置在其内的、 制冷剂在其制冷剂通道中流动的扁平管的宽度b4优选为0.6到2.5 mm，特 别为0.9到1.5mm。
在带蓄冷器的区域，蒸发器的扁平管的结构深度T3优选为5到70 mm， 特别优选为10到30 mm。
在带蓄冷器的区域，蒸发器的扁平管的横向节距q3优选地相当于q1的 数倍，以使穿流的空气的压降处于较低的水平，但它也可以等于q1。特别优 选的倍数为2和3。
蓄冷介质集流器的高度H1优选为3到25 mm，特别为3到15 mm，但
也可以尽可能地小，以节省空间，并使可被空气穿流的截面尽可能地大。
下面通过一个实施例及其变型与附图一起对本发明进行详细说明。其中，
图1是按照第一个实施例的、带有集流器的热交换器的立体图； 图2是如图1所示的热交换器的侧视图3是如图1所示的热交换器的局部立体图，包括被掀开的集流箱和集 流管；
图4是如图1所示的热交换器的一个区域的立体图，包括从侧面打开的 集流箱和集流管；
图5是如图1所示的热交换器的截面侧视图； 图6是溢流孔的详图7是如图1所示的热交换器在蓄冷器区域的局部截面图； 图8是如图1所示的热交换器的横断面图； 图9是如图1所示的热交换器下部的截面图10是如图1所示的热交换器的立体图，包括制冷剂流动路径的示意
图11是如图1所示的截面示意图，用于说明制冷剂的流动路径； 图12是图1中的带蓄冷器的热交换器区域的侧面示意图，用于说明制 冷剂的流动路径；
图13a、 b是按照第一个变型结构的制冷剂流动路径的示意图； 图14a、 b是按照第二个变型结构的制冷剂流动路径的示意图； 图15a、 b是按照第三个变型结构的制冷剂流动路径的示意图； 图16a、 b是按照第四个变型结构的制冷剂流动路径的示意图； 图17a、 b是按照第五个变型结构的制冷剂流动路径的示意图； 图18a、 b是按照第六个变型结构的制冷剂流动路径的示意具体实施例方式
一种用于调节汽车车厢内部温度的汽车空调设备，包括制冷剂回路(在
这里使用的是R134a，但也可以使用例如C02或另一种制冷剂)，在图中 只显示了包括喷射管2和进气管3的蒸发器1，而为了在发动机停机时至少 在一个短时间内提供足够的冷却能力，所述空调设备具有蓄冷器4，它由多 个蓄冷元件5组成一这里为二十二个，它们被一种蓄冷介质充满。专门由铝 制成的扁平管6所在的区域形成蓄冷元件5，下面还会对其进行详细说明。 蓄冷介质这里为正癸醇。也可用例如十四、十五或十六垸替代。
正常的空气流动方向在图1和2中由箭头表示。蒸发器1在较大的、空 气流入侧具有区域1',它具有与传统的蒸发器相同的结构，包括两列扁平管 7和布置在其间的波纹翅片8。扁平管7的端部在集流器9中。如图1和2 所示，制冷剂在上部集流器9的窄侧从空气流出侧进入到蒸发器1中，并在 同一窄侧从集流器9的空气流入侧区域离开蒸发器。
蒸发器1的另一个区域，即蓄冷器区域1"，原则上单独作为蒸发器1的 独立区域，在其中设有蓄冷元件5，所述区域由蒸发器1的较小的、空气流 出侧的区域形成。
如图8所示，蓄冷器区域1"中的蓄冷器扁平管6和区域1'中的传统扁平 管7按以下方式布置，即对于第一个、第三个、第五个等扁平管7，分别有 一个蓄冷器扁平管6与之沿空气流动方向对准。
因为蓄冷器扁平管6在沿着空气流动方向时比扁平管7窄，而在垂直于 这个方向时则比扁平管7宽，而根据上述布置，在这里蓄冷器扁平管6之间 的间隙相对较宽，所以在蒸发器1中穿流的空气的流动阻力与蒸发器1的第 一区域1'的流动阻力相比几乎可以忽略不计，因此在设计蒸发器1时对空气 流动的流动阻力基本可以不予考虑，这样，相对于不带蓄冷器区域1"的蒸发 器的基本变型，对于空气流动就不必重新计算或只需进行无关紧要的计算。 扁平管6和7也可以采用其它任一方式布置，如对准或交错。
蓄冷器扁平管6具有一个双壁结构，包括多个制冷剂通道6'和蓄冷介质 通道6"，其中，制冷剂通道6'布置在内部(见图8)。在这里，在蓄冷器扁
平管6的布置中，作为蓄冷元件5的蓄冷介质通道6"的终点分别位于两个蓄 冷介质集流器10中的一个之内，这样，蓄冷介质5只具有一个唯一的空腔， 它一除了补偿空间一被蓄冷介质完全充满。蓄冷介质通过蓄冷介质集流器10 上的一个开口在一个单一的工序中充满。在充满后这个开口被牢固地封住， 以防止开口在未经允许的情况下被打开。
按照一个图未示的变型，在贯通的空腔的内部设有元件，这里例如为塑 料无纺布，用于改善传热并增大内部表面，以加速潜热介质的晶体形成。
制冷剂通道6'的端部分别穿过相应的蓄冷介质集流器10，并且其终点在 一个与集流器9分开的、这里以管的形式形成的集流器12中，这个集流器 在下文中被称为集流管。
每个集流管分别通过一个长孔形的溢流孔(图未示)与集流器9上布置 在相应位置的、长孔形的溢流孔13连接(见图5)。
当蒸发器1在其传统的区域1'被穿流时，制冷剂在深度上沿与空气流动 相反的方向折流之前，在蒸发器的宽度上两次折流。在进气流侧的区域，它 同样也在宽度上两次折流。这里涉及的是一个具有六个模块B1到B6的蒸 发器，其中，每三个模块成一列沿蒸发器1的宽度方向设置(即在首先穿流 的一列中是模块B1到B3，在最后穿流的一列中是模块B4到B6)，并且 两个模块列中的各模块B1到B6被以交叉逆流的方式穿流。这种制冷剂流 动过程在图10中由带箭头的实线表示。
制冷剂流在从喷射管2进入到集流器9后不久， 一部分制冷剂通过集流 器9中的溢流孔13在第一个模块B1中分流，并通过溢流孔进入到集流管中， 然后通过集流管分配到扁平管6的制冷剂通道6'中，所述扁平管在这里被沿 着一个方向穿流，即在蒸发器1的整个宽度上在蓄冷器区域r只有一个蓄冷 元件模块。制冷剂的分流部分通过设在第二集流管中的第二溢流孔以及其它 集流器9上的相应的第二溢流孔13再回到主制冷剂流中，所述分流部分模 块B3的区域中在深度上折流到模块B4中。制冷剂的分流部分的流动过程在 图10中由带箭头的虚线表示。
集流器也可以采用其它的构造方式，特别是板式结构，来取代前面所述 的结构。
在其它的图中描述了穿过蒸发器1的蓄冷器区域1"的制冷剂管路的不同 变型，这些变型应确保所有蓄冷介质通道6"中的蓄冷介质的相变尽可能地均
匀。为此，必须保证制冷剂的分流部分被尽可能均匀地分配到扁平管6的制 冷剂通道6'中。
图13a和13b中是蓄冷元件中具有3-模块-连接的连接变型。在这里， 制冷剂从蒸发器1的传统区域1'的第一组模块B1到B3分配到所属的蓄冷 元件模块(也就是说有三个蓄冷元件模块)中，并再返回。与前面所述的实 施例相比，通过减少每个蓄冷元件模块的并联的扁平管的数量，可以改善制 冷剂的分配。
按照上述变型的一个图未示的进一步改型，蒸发器的传统区域的每个模 块设有不止一个出口和进口，这样，就要设置例如六个蓄冷元件模块。
按照第二个如图14a和14b所示的变型，蓄冷元件中的制冷剂的流动与 串联蒸发器中的制冷剂流动相同(即在宽度上两次折流)。在这个回路中， 在蒸发器1的传统区域1'的一次性溢流的情况下，只有三分之一的蓄冷元件 扁平管被平行加载制冷剂。在蓄冷器区域1"同样可以采用其它的回路，例如 可以设置五个蓄冷元件模块。
如图15a和15b中所示，制冷剂直接进入到蓄冷器区域1"，而不是进 入到蒸发器1的传统区域1'。在这个变型中，如果能够通过溢流孔从蒸发器 1的传统区域1'中排出的制冷剂太少，将保证在以下情况中对蓄冷元件模块 的优先供应。
在图16a和16b所示第四个变型中，为蒸发器1的传统区域1'和蓄冷器 区域1"设置了一个分割式制冷剂进口，在制冷剂进入到蒸发器1之前，在喷
射管的区域中，进入到蓄冷器区域r的部分制冷剂就被分流。在这里，制冷
剂在两个进口中的分配在必要时通过喷射管直径和蒸发器1的传统区域1'和 蓄冷器区域1"中的压力损失优化。
图17a和17b中是一个回路变型，包括蓄冷器区域1"和之后的蒸发器 1的传统区域1'的串联布置。在这个变型中，在制冷剂以通常的流动方式经
过蒸发器1的传统区域1'之前，蓄冷器区域r中的蓄冷介质首先通过制冷剂
流而结冰(在这里从下面进入)。因为整个制冷剂流完全穿过蓄冷器区域1"， 所以在该变型例中蓄冷介质结冰的速度最快。
在图18a和18b中是另一个连接回路变型，按照这个变型，分流还是在 第一模块B1中进行。在这里，蓄冷器区域1"具有两个模块，它们被沿着不 同方向穿流。来自蓄冷器区域1"的制冷剂在这里一起进入到第三个模块B3 的集流器中并穿过它，即第三个模块B3被整个制冷剂穿流，而最初的两个 模块B1和B2只被一个(较大的)制冷剂分流穿流。按照图示的变型，蓄冷 器区域1"的这两个模块具有不同的宽度，其中，首先被穿流的模块比被之后 穿流的模块窄。
这些连接变型使得加载和卸载过程的动态性能得到优化，并使得汽车停 车时的蒸发器出口的温度曲线变得均匀。
所有变型不受制冷剂(R134a、 R744)、集流器结构(弯曲的集流器、 板式结构)和串联蒸发器的模块连接回路(例如2或4-模块连接回路)的影响。
权利要求
1. 用于汽车空调设备的包括蒸发器(1)的热交换器，具有多个并排布置的输送制冷剂的管子，并包括至少一个其中设有蓄冷介质的蓄冷器(4)，其特征在于，蒸发器(1)具有两个相互平行且覆盖整个宽度的区域(1’和1”)，其中，第一区域(1’)在结构上相当于一个传统的蒸发器，蓄冷器(4)布置在独立的第二区域(1＂)，这个区域可被至少一部分制冷剂穿流，所述制冷剂也穿流至少一部分第一区域(1’)，并且第一和第二区域通过至少一个溢流孔(13)相互连接。
2. 根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，设有两个溢流孔 (13)。
3. 根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，在至少一个蓄冷 元件(5)中布置着至少一个输送制冷剂的管子。
4. 根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，输送制 冷剂和/或包含蓄冷介质的管为一种双层壁的扁平管(6)，其中，制冷剂位于中 央区域，蓄冷介质位于外部区域。
5. 根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，第二区 域(1")的输送制冷剂的管的终点位于一个集流器(12)内，所述集流器单独形 成，并只通过一个或多个溢流孔(13)与第一区域(1')的集流器(9)相连。
6. 根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，输送蓄 冷介质的管或通道的终点在一个蓄冷介质集流器(10)中，输送制冷剂的管或 通道穿过所述集流器并突出，其终点在一个单独的集流器(12)中。
7. 根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，第一区 域(1')在其宽度方向上与第二区域相邻的位置具有多个可被制冷剂沿不同方 向穿流的模块(B1到B3)，并且第二区域(2")具有至少一个模块、特别是多个可被制冷剂沿不同方向穿流的模块，并且在第一区域(r)和第二区域(r)中在蒸发器(1)的宽度方向上的各模块的数量和/或宽度不同。
8. 根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，第一区域(1')在直接 临近第二区域(r)的地方具有两到四个、优选为三个模块(B1到B3)，而第二 区域(1")具有一到六个模i央，优选为两到四个模块。
9. 根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，蓄冷介 质的相变温度范围为0°C到30°C，优选为1°C到20°C，更好为2°C到15°C， 最好为4。C到12°C。
10. 根据前面的权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，在蓄 冷器(4)中设有至少一个衬层。
11. 带有蓄冷器(4)的、用于汽车的空调设备，包括一个制冷剂回路，其 特征在于具有根据权利要求1到10中任一项所述的蒸发器(1)。
全文摘要
本发明涉及用于汽车空调设备的热交换器、特别是蒸发器(1)，具有多个紧靠布置的制冷剂管子和至少一个其中设有蓄冷介质的蓄冷器(4)。该蒸发器(1)具有两个相互平行且覆盖整个宽度的区域(1’和1”)，其中，第一区域(1’)在结构上相当于一个传统的蒸发器，蓄冷器(4)布置在独立的第二区域(1”)，这个区域可被至少一部分制冷剂穿流，所述制冷剂也穿流至少一部分第一区域(1’)，并且第一和第二区域通过至少一个溢流孔(13)相互连接。
文档编号F28D20/02GK101384444SQ200780005138
公开日2009年3月11日 申请日期2007年2月6日 优先权日2006年2月10日
发明者克里斯托夫·瓦尔特, 托马斯·施特劳斯, 拉尔夫·曼斯基, 米夏埃尔·科尔, 鲍里斯·克勒 申请人:贝洱两合公司