机动车传热系统的制作方法

本发明涉及一种机动车传热系统。

背景技术：

在化石能源日趋紧张和在机动车CO₂排放方面的法律规定日趋严格的背景下，用于提高机动车总效率的措施具有日渐显著的意义。用于驱动机动车的与化学有关的能量的大约三分之二以燃烧废热和摩擦热的形式流失。因此，人们一直在努力更好地利用废气热量并且将其用于提高机动车效率。除了直接回收热量的理念(热电、朗肯)之外，与例如旨在加热内室或缩短冷启动阶段的机动车热管理相结合的措施提供了用于废气热量利用的可能性。因此，通过加速加热化石燃料、如发动机或变速箱油可以缩短冷启动阶段，从而能够减少摩擦损失。

通过DE102011103110B4已知一种用于机动车内燃机的废气系统，该废气系统具有循环热量管。所述废气系统具有废气管、冷凝器、汽化器以及连接所述冷凝器和汽化器的管路。从废气中获取的热能的热输送经由工作介质实现。汽化器由废气管、毛细结构件和套管形成。所述毛细结构件构成为在废气管和套体之间的多孔体，其中，工作介质在穿过毛细结构件时从液态转变为气态或者说蒸汽态。

另外，热量管的突出之处在于高的可传递的热量流和灵活的几何布置结构。所述热量管仅在没有工作介质的机械泵的情况下通过热量引入起作用。这通过使用汽化器中的毛细结构件也是可行的，该毛细结构件通过毛细压力来补偿工作介质的流动压力损失。该已知的热量管与内置的气体引导管路或内置的旁路同中心地实施。这仅允许从内向外的单侧的热量排出。此外，管状的毛细结构件的制造是耗费的。

技术实现要素：

从所述现有技术出发，本发明的目的在于，提供一种对实践而言改善的机动车传热系统，该机动车传热系统具有在结构空间技术方面和应用技术方面改善的、在重量方面减小的以及在制造技术方面有利的汽化器。

所述机动车传热系统具有用于工作介质的封闭的循环。在该循环中集成有汽化器，该汽化器设置在机动车内燃机的废气流中并且传热地与废气接触。在此，由机动车内燃机排出的废气完全或部分地被引导穿过废气通道。在汽化器中，工作介质被汽化并且从那里流出到设置在机动车中的冷凝器。在冷凝器中实现与消耗器的热传递，其中，蒸汽状的工作介质被冷凝并且液化。经由回流管路将液态的工作介质回引到汽化器中。

按照本发明，汽化器包括至少两个汽化器箱，其中，在所述汽化器箱之间构成有废气通道。每个汽化器箱都具有集成到该汽化器箱中的毛细结构件以及液体侧和蒸汽侧。所述液体侧和蒸汽侧被毛细结构件分开。在液体侧设有用于液态的工作介质的介质入口。每个汽化器箱都配设有蒸汽收集器以用于容纳和引出所产生的蒸汽状的工作介质。

通过箱式构造方式或者说板状的构造方式可以实现模块化并且可以改变大小。此外，可以对于紧凑的结构空间实现大的传热面。有效的传热面可以经由汽化器箱的尺寸来改变。另外可以并行运行多个汽化器或汽化器箱，并且继而可以经由废气通道的数量在一定的运行点中也设计除了功率之外的效率。

废气通道也可以是机动车内燃机的废气流的旁路的组成部分。

废气经由废气进入口进入废气通道中并且经由废气排出口从该废气通道中排出。优选的是，来自机动车内燃机的废气流以在多个废气通道上分配的方式完全或部分地被引导穿过汽化器。在此，汽化器在输入侧配设有废气输送管路并且在输出侧配设有废气引出管路。

在汽化器箱中，液体侧和蒸汽侧被毛细结构件彼此分开。所述毛 细结构件优选通过多孔的板体形成。在此，一个有利的方面规定，毛细结构件由烧结材料制成。特别是毛细结构件在金属基础上实施。

在运行中，工作介质从液体侧穿过毛细结构件并且在此被汽化。在汽化器运行期间在液体和蒸汽之间的相界在毛细结构件中延伸，从而产生毛细压力，该毛细压力引起或确保工作介质的循环。在蒸汽侧，气态或者说蒸汽态的工作介质从毛细结构件中排出。从这里出来，蒸汽状的工作介质在循环中被引出或进一步引导。

毛细结构件的制造是特别有利的。毛细结构件可以分开制造。特别有利的是，毛细结构件由松散的金属散装粉末烧结而成。这允许毛细结构件的不同的几何构造。另外，蒸汽通道可以直接集成到烧结形状中。优选的是，对于蒸汽引导所需的蒸汽通道被材料一致地一件式地构造在毛细结构件中。

但是原则上也可以将毛细结构件实施为金属的混杂纤维无纺布。

在毛细结构件中构成有蒸汽通道。特别有利的是，在蒸汽侧的蒸汽通道设置在毛细结构件的朝向废气通道指向的面上。

此外，可以在蒸汽侧在汽化器箱的箱壳体中构成有蒸汽沟槽。此类蒸汽沟槽例如可以通过在汽化器箱的底部中的凹槽实施。

有利的是，所述汽化器或每个汽化器箱配设有蒸汽收集腔，从汽化器或汽化器箱流出的蒸汽被收集在该蒸汽收集腔中并且从那里引向冷凝器。

所述机动车传热系统规定，所述汽化器包括多个汽化器箱。所述汽化器箱优选模块状地如此联接并且彼此接合，使得在相邻的汽化器箱之间相应构成有用于来自机动车内燃机的废气的通路。与此相应，一个或多个废气通道相应构成在两个相邻的彼此接合的汽化器箱之间。

在本文中另外有利的是，在废气通道中设有用于增大传热面的传热元件。由此可以增加热废气向工作介质进行热传递的效率。优选的是，传热元件构成为肋片、板条或薄片。在实践中，不锈钢金属板薄片被视为特别好的用于增大热传递面的传热元件。此类传热元件有利 于在废气侧废气流向工作介质进行热传递。

汽化器箱优选矩形板状地配置。在简单的构造方式中，一个汽化器箱具有两个互相接合的罩体。所述罩体形成一个箱壳体。毛细结构件被装入汽化器箱的内部空间中，该毛细结构件以适配于箱壳体的方式被矩形板状地配置。该设计方案在制造技术方面是有利的。同样的情况适用于所需的结构空间以及汽化器的重量。

汽化器箱或罩体优选由耐腐蚀的和/或导热良好的材料、特别是金属(优选钢、特别是不锈钢)制成。

本发明的一个有利的方面规定，至少一个罩体具有至少一个凹槽。在此可以是在罩体的面中的模压部或者铸造部。此类凹槽可以设置用于加强或提高箱壳体的刚性。此类凹槽同样可以构造为连接面或流动通道。

一种有利的设计方案规定，凹槽构成为密封凹槽。在此是在罩体(第一罩体)中的环绕的凹槽，该凹槽向内朝向毛细结构件方向指向并且接触毛细结构件。凹槽在液体侧贴靠在毛细结构件上、必要时在装入耐温的密封件的情况下贴靠在毛细结构件上。通过这种方式，密封凹槽界定汽化器箱的液体侧。在液体侧上的汽化器箱具有用于液态的工作介质的分配空间。在罩体和毛细结构件之间的中间空间用作用于输送的液态的工作介质的分配空间。

在一种另外有利的设计方案中规定，所述汽化器箱集成到壳体中。

在一种另外有利的设计方案中规定，凹槽形成用于液态的工作介质的介质入口的组成部分。此外，介质入口可以通过各两个凹槽形成，所述各两个凹槽互相如此配设，使得在它们之间形成用于介质输送的通道。

为了将液态的工作介质分配到各个汽化器箱中，汽化器配设有介质分配器。经由该介质分配器将液态的工作介质分配到汽化器箱的各介质入口上。

此外可以规定，在汽化器箱的另外的罩体(第二罩体)中也设有凹槽。在两个相邻的汽化器箱的情况下，所述箱沿着凹槽彼此贴靠并 且界定废气通道。通过该几何构造、特别是凹槽的深度或者说高度，确定汽化器箱之间的距离并且继而限定废气通道的尺寸。

毛细结构件可以在装入有密封件的情况下设置在汽化器箱中。在此使用特别是耐高温的密封件、特别是在石墨基础上的密封件。该密封件为高于200℃的高温而设计。

毛细结构件和密封件松松地置入汽化器箱中并且经由罩体力锁合地保持。所述两个罩体材料结合地彼此接合，热交换器的其余构件、如连接管路以及壳体构件也材料结合地彼此接合。由此确保热交换器箱以及废气通道的密封性。对于材料结合的连接例如使用在真空下的熔焊、激光焊、钎焊(例如炉中钎焊)。借助于炉中钎焊工艺可同时制造多个接合部位。

另一个有利的方面规定，用于工作介质的补偿容器设置在汽化器上游。特别是补偿容器被集成到回流管路中。

一种有利的设计方案规定，在系统中、特别是在汽化器中设有用于平衡压力的机构。由此可进一步提升按照本发明的机动车传热系统的效率。为此目的，特别是汽化器和补偿容器经由压力平衡管路互相连接。通过这种方式确保在循环中的更低的压力水平。通过在汽化器和补偿容器之间的压力平衡可以影响所述循环的(特别是在启动行为中)的工作方向。另外由此可以稳定启动阶段中的温度。此外，在蒸汽管路和冷凝器管路之间支持对系统有利的高的温差。

板状的毛细结构件的制造工艺相比于圆柱形的结构相对简单。此外，毛细结构件基于其板状的构造是非常稳固的。特别有利的是，蒸汽通道可以在烧结工艺中直接引入毛细结构件中。另一个重要的优点在于，在汽化器或汽化器箱的液体侧和蒸汽侧之间的密封不需要耗费的适配。按照本发明的汽化器箱和特别是毛细结构件的设计方案因此关于形位误差是具备容错能力的。

附图说明

接下来借助附图详细阐述本发明。其中：

图1以透视方式示出按照本发明的机动车传热系统的热交换器的纵剖视图，以及

图2示出按照图1的热交换器的横剖视图。

具体实施方式

根据图1和2描述按照本发明的机动车传热系统的汽化器1。

机动车传热系统具有用于工作介质AM的封闭的循环。所述工作介质AM特别是乙醇。机动车传热系统包括未示出的冷凝器以及用于工作介质AM的补偿容器，所述冷凝器包含在汽化器1和冷凝器之间的必要的连接管路。所述补偿容器设置在汽化器1上游。

汽化器1具有多个设置在一个壳体2中的汽化器箱3、4。在此示出的实施例中，一共设有六个汽化器箱3、4。每个汽化器箱3、4具有一个箱壳体5，所述箱壳体包括两个互相接合的不锈钢制罩体6、7。罩体6随后也称为第一罩体，并且罩体7随后称为第二罩体。

在每个汽化器箱3、4中设有一个毛细结构件8，并且该毛细结构件容纳在罩体6、7之间。集成在汽化器箱3、4中的毛细结构件8实施为多孔的板体9，该板体由烧结材料、特别是金属材料制成。

在汽化器箱3、4中，液体侧10和蒸汽侧11相应被毛细结构件8分开。在液体侧10设有介质入口12、12a以用于将液态的工作介质AM输送到汽化器箱3、4中。每个汽化器箱3、4还具有一个蒸汽收集器13。在这些蒸汽收集器13中将在汽化器箱3、4中汽化的工作介质AM收集起来并且经由在图2中可隐约看到的在机动车传热系统的循环中的蒸汽管路14引导至冷凝器。

在两个汽化器箱3、4之间相应构成一条废气通道15。来自机动车内燃机中的废气AG被完全或部分地分配到各废气通道15中并且引导穿过汽化器1。在此，废气AG流过汽化器箱3、4之间的废气通道15并且与这些汽化器箱传热地接触。汽化器1的输入侧设有在此未示出的废气分配器，经由该废气分配器将废气AG分配到各废气通道15中。废气AG在汽化器1的对置的端部上流出并且被从系统中引出。

在废气通道15中设有传热元件16以用于增大传热面。所述传热元件16是沿汽化器1的纵向方向指向的金属板薄片，所述金属板薄片分别在两个第二罩体7的扁平侧17之间延伸并且与它们接合。

在第一罩体6中设有环绕的、向内指向的密封凹槽18。该密封凹槽18形成压力区，利用该压力区，第一罩体6贴靠到毛细结构件8上。密封凹槽18是环绕的并且在边缘侧界定汽化器箱3、4中的液体侧10。

此外，相应在第一罩体6中构成有多个凹槽19，所述凹槽形成用于液态的工作介质AM的介质入口12、12a的组成部分。在相应外部的、在图2的投影面中上面的汽化器箱3和下面的汽化器箱4中，各一个凹槽19形成介质入口12。在中间的汽化器箱3、4中，各两个彼此镜面对称设置的凹槽19互补成一个圆形构造的介质入口12a。所述凹槽19或介质入口12、12a与介质分配器20相对应，经由该介质分配器输送液态的工作介质AM并且将液态的工作介质分配到汽化器箱3、4中。所述经由介质入口12、12a输送的液态的工作介质AM经由在第一罩体6的扁平侧22中的进入口21相应到达汽化器箱3、4中。

中间的汽化器箱3、4的扁平侧22互相接触并且彼此接合。

液态的工作介质AM经由介质分配器20和介质入口12、12a被输送给汽化器箱3、4并且相应到达汽化器箱3、4的液体侧10。在此，在第一罩体6和毛细结构件8之间构成有分配空间23，该分配空间在边缘侧被密封凹槽18界定。液态的工作介质AM在液体侧10上的分配空间23中在毛细结构件8的面上分配。通过流过废气通道15的热废气AG的热传递，将在汽化器箱3、4中的工作介质AM汽化。工作介质AM从液体侧10穿过毛细结构件8并且从液态转变为蒸汽态。在汽化器1运行期间在液体和蒸汽之间的相界在毛细结构件8中延伸，从而产生毛细压力，该毛细压力引起或确保工作介质AM的循环。在蒸汽侧11，蒸汽状的工作介质AM流过蒸汽通道24直到该工作介质相应到达蒸汽收集器13中。每个汽化器箱3、4具有一个蒸汽收集器13。蒸汽状的工作介质AM从蒸汽收集器13中经由蒸汽排出口和蒸 汽管路14排出并且引导至冷凝器。

蒸汽通道24在图1和2中仅隐约示出。蒸汽通道24在蒸汽侧11上沿毛细结构件8的纵向方向和横向方向延伸。

在冷凝器中，将蒸汽状的工作介质的热量馈送给消耗器。特别是，冷凝器可以是机动车加热装置的、例如内室加热装置的组成部分。冷凝器也可以是机动车空调设备的空调模块的组成部分。由于放热的原因，蒸汽状的工作介质AM在冷凝器中液化并且优选重力驱动地经由输入管路流回汽化器1或汽化器箱3、4中，所述输入管路连接在介质分配器20的入口25上。

附图标记列表：

1-汽化器

2-壳体

3-汽化器箱

4-汽化器箱

5-箱壳体

6-罩体

7-罩体

8-毛细结构件

9-板体

10-液体侧

11-蒸汽侧

12-介质入口

12a-介质入口

13-蒸汽收集器

14-蒸汽管路

15-废气通道

16-传热元件

17-罩体7的扁平侧

18-密封凹槽

19-凹槽

20-介质分配器

21-进入口

22-罩体6的扁平侧

23-分配空间

24-蒸汽通道

25-入口

AG-废气

AM-工作介质。