专利名称：蓄热器,尤其是潜热贮蓄器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一蓄热器，特别是一潜热贮蓄器，它具有一隔热装置，至少一用于载热媒体的入口、出口和收集室，后者与由外壳包围的蓄热器芯流体连接，在芯中设置流动路径(管子)并具有流动路径之间的空间，在所述空间中有相变换材料。
从一系列文件例如从WO89/09376中已经知道这种蓄热器。该已知的蓄热器有入口收集室和出口收集室，流动路径(单个的扁平管)与这些收集室接通。如同从所述文件的图5所表明的那样，所述收集室占据相当大的空间。
根据所要求的通过更好地贮存所消耗的热能，以节约能量的观点，已经多次提到的问题越来越强烈地被强调，这就是，可供使用的用于蓄热器的结构空间越来越小，但是对蓄热器同时又要求有同样的甚至更高的热容量，因此工业界面临不断加大的挑战。针对机动车辆的结构空间，通过DE 19530378 C1知道的蓄热器对此问题的解决作了贡献，但是它不是潜热贮蓄器，而是一个热水贮蓄器。在此文件中示出，其空间不仅是体积上变小了，而且还分成很多很多岔，由此，几乎可以说完全使结构空间没有(扩展的)吸引力。
根据此限制性观点，从最先提到的文件知道的潜热贮蓄器由于它的被收集室占据的空间，因此即使从制造技术上的原因，也不再能认为是特别合适的。例如，这种结构方式有许多常常出现危险的钎焊连接，和许多对制造过程产生不良影响的个别部分，以及在流动空间和其中装有相变换材料的空间之间有需要改进的比例关系。
还推荐了一种热交换器(DE 2942147A1)，它具有按回纹形走向的流动路径。此热交换器虽然具有贮蓄性能，但是并不适用，因为相变换材料放置在壳体中，使得制造上花费很高并且功率也是不利的。流动路径由各自两个扁平板组成，它们拼在一起，并在其间通过膨胀形成流动路径。流动路径之间的板减少了用于相变换材料的空间并因此导致贮蓄容量减少。从DE 3227322A1知道的潜热贮蓄器由上下叠置的模块组成，并用一隔热装置包围。在用一外壳封闭的模块的内部，设置按螺旋形走向的空心体，后者在中心处连通。在外壳的内部有一空间，潜热贮蓄剂可在熔化时在其中膨胀。所述潜热贮蓄器是为安装在建筑物中的贮蓄箱设置的，此时，它不适用于在狭窄的空间中使用具有大的加载动力和卸载动力的贮蓄器的场合，而是应当做到尽可能完全熔化潜热贮蓄剂，由此，要设置昂贵而又复杂的空心体的流通和载热媒体的调节(装置)。
本发明的目的为使在前言中所描述的蓄热器在保持高的贮蓄容量、高的加载动力和卸载动力和经济制造费用的情况下更好地与小的和弯曲的结构空间相配合。按照本发明的方案由权利要求书中得出。要求书规定，流动路径波浪形地或螺旋形地穿过蓄热器芯，在流动路径内和/或多个流动路径之间的波高和/或波长或螺旋的几何形状可以都是不规则的。流动路径最好是扁平管，它可以例如具有内插件。不过，特别有利的是，当扁平管如同在冷凝器或蒸发器中所用的那样是所谓的多腔管时，是比较有利的。这种管子易于按各自的形状做成，而不会在弯曲时折断，并且在扁平管中提供载热媒体所需要的紊流和较大的热交换面积。
流动路径的波纹或螺纹的几何形状可以是不规则的。流动路径的波高变动的地方也就是变小或变大的地方或螺旋的几何形状不规则的地方，也就是蓄热器和整个蓄热器的外壳相应地吸扰或扩大的地方。按这种方式，蓄热器可以有利地与弯曲的结构空间相配，而不会引起很高的制造费用，因为用于这种波形或螺旋形流动路径的制造技术在热交换技术的制造中是现成的，而不规则的波高仅仅是一个机器调整的问题。与设置单个扁平管的现有技术水平相比，必须将其截成不同长度，并在复杂的条件下插入管底的孔中并连接。总体上这点是比较费钱的。按照本发明的结构方式，常常只在流动路径进入蓄热器芯并又从该处出来的地方需要小的作为收集室标出的空间。在流动路径的波之间或螺旋之间的空间以及围绕流动路径的空间都用作放置相变换材料的空间，由此，空间尺寸的比例改变成有利于较大的用于相变换材料的空间。这就预期，即使在蓄热器的结构尺寸小的情况下，也至少有同样大的贮蓄容量，这样就以最好的方式满足了要求。
用于相变换材料的上述空间几乎全部用波形板包住。在流动路径弯曲的范围内，也可以设置这种板。由于相变换材料是不良的热导体，因此它不容易完全熔化，由此，不容易总是达到它的最大的蓄热能力，所以将空间尽可能包围以波形板，就能对提高蓄贮容量作出重大贡献。此外，板对蓄热器的稳定性起着不可忽略的贡献。
本发明的蓄热器的主要优点为，能更好地经受与管子的拉伸载荷和压缩载荷同时进行的温度变化，这是因为，波浪形或螺旋形的流动路径比较长因而比较柔顺，同时因为它是一侧夹紧的，而在现有技术水平中，它是在管底上在相对的两侧夹紧的。与现有技术水平相比，流动路径与蓄热器芯的金属连接上的载荷要少得多，因而断裂的危险性明显下降。因此，由之可以得出，本发明的蓄热器有较高的疲劳强度，这是与较少的由钎焊连接断裂引起的失效相关的。其它可能是重要的特色和有利的作用可从实施例的下列描述中得到，这些实施例在附图中给出。但是本发明并不限于这些实施例，因为它们只用于更好的理解并作为设计的帮助。
在各个图中
图1示意地示出了一潜热贮蓄器的主体总图，前面和上部敞开；图2用剖视图示意地示出了大致为梯形的蓄热器；图3示出了图2的变型；图4示出了具有缩颈的蓄热器；图5示出了图4的A向视图；图6示出了具有设置在内部的收集室的蓄热器；图7和图8示出了示有不同流动路径和形状的蓄热器的示例性示意图；图9示出了图7的B剖视图10示出了螺旋形流动路径；图11示出了具有这种流动路径的蓄热器。
潜热贮蓄器1专门用于安装在机动车辆的发动机室中。在此实施例中，发动机的冷却水是载热媒体，它用冷却水泵送入回路(未示出)，在回路中，潜热贮蓄器1与其入口2和出口3连接在一起。隔热装置4可以是一种高效的真空隔热装置，它能使熔化的并在此时吸收热量的相变换材料经过约50小时，即使在冬天的条件下，也能保持处于此蓄热状态。如果发动机启动，则冷却水泵输送冷的冷却水，使其经过位于潜热贮蓄器的蓄热器芯6中的流动路径5。此时，冷却水与相变换材料进行热交换，其中，后者开始结晶化并将其所贮蓄的热量传给冷却水。此迅速变热的冷却水缩短发动机的启动阶段，因而降低了燃料消耗，而且另外还可用于温暖旅客车厢。在继续进行的工作状态，热的冷却水将其热量给予相变换材料，由此，后者重新熔化并在此时贮蓄热量。此交换动作不断重复，因而整个蓄热器，尤其是此处由平的多腔管7形成的流动路径5及其连接受到极大的负载。但是，由于流动路径5比较长并且比较柔顺，而且波形板8并不十分刚劲，故热应力的极大部分被抵消。通常可以消除钎焊连接或焊接的断裂。
波形板8设置在规定用于相变换材料的空间9中。此空间9位于流动路径5的波形10之间，也位于各个流动路径5之间。波形板8的布置将进一步在下面描述。
不管入口2还是出口3，都各自转入到做成热虹吸状的管子，后者放置在隔热装置4的内部，由此，在静止状态，在管子内部如此形成一冷却液体层，以致高温冷却水由于其密度小而留在隔热装置的上部或内部，并且不与隔热装置4的外面的管子中的冷却水混合，后者较冷而且有较大的密度。从热虹吸管的拱朝下布置的管端是收集室12，其中，在按照图1的实施例中，这些管端与四个流动路径的管端接通并在该处连接，对此，此处不打算详细讨论。当这些管端与收集室12接通时，它们穿过蓄热器芯6的壳体11。
图2与3的区别在于，它们的波形板8和收集室12有不同的布置。此外，图2的蓄热器示出了蓄热器1的外壳14和在外壳14与蓄热器芯6的壳体11之间形成的隔热空间4，在后者中设置用非导热材料做的支撑13。隔热空间4是一真空隔热装置，而支承13则用于使内壳11与外壳14不接触，以便将隔热作用保持在一高的水准上。隔热装置4的厚度只有几个毫米，由此有助于使潜热贮蓄器1的外形尺寸为最小。在图3中采用了长的波形板8，以使构件的数目为最少，该波形板围绕流动路径5的弯曲部分放置。与之相反，可以在图2中看出，在流动路径5的每个波10之间放置单个的波形板8。为了进一步使蓄热器1的尺寸为最小，图3的收集室12只做成半壳形的。与之相连的热虹吸入口2和出口3在此处及在后面的图中均未示出。
图4和6示出了通过一蓄热器1的大致为梯形的横截面，其中，图4有一预先规定的缩颈15，因为结构空间有此要求。流动路径5的波10与此不规则的形状相配，即通过它的一个与缩颈15相配的轮廓形状。因此，几乎可以简单地而且尽可能全部连同流动路径5和空间9，将蓄热器1或蓄热器芯6的这种(作为不规则的形状表示的)形状用于相变换材料。一种有利的变型可从图6得出，它在于，收集室12设置在蓄热器芯6中。采用这种方式，一方面可以将蓄热器芯6的不特别适合于用波形板8包住的内部空间用作收集室12，另一方面可以进一步减小此处未示出的隔热空间4。
图5只是蓄热器1的按照图4的箭头A的原理性视图。不过将收集室12剖开，以便能看到与收集室12接通的多腔管7。多腔管7形成波形的流动路径5，在其间有波形板8。图5表明，波形板8有一大于多腔管7的大直径的宽度。由此，波形板8有一超出多腔管7或流动路径5的突出部分16，这样就可使用于相变换材料的空间9和单个流动路径5之间的空间用波形板8包住。波形板8固定地钎焊在流动路径5上，而位于外面的板8也固定地钎焊在内壳11上。
在图5中的上方，绘出了用于热虹吸管的接头以及流动箭头，后者指明，冷却水从入口2进入并又从出口3流出。
图7、8和9用特殊的方式示出了关于蓄热器1的构形的各种可能性和流动路径5的与各自的形状相配的结构，该流动路径在此实施例中也是做成形波的。图7表明，单个流动路径5的波10有完全不同的波高，以便与具有缩颈15和膨出部分17的蓄热器1的形状相配。通过图7的剖面B所示出的图9清楚地说明，其构形在所有三维中都是做成可变的。此处也采用了多腔管7，以便形成流动路径5。流动路径5大体彼此平行地布置。收集室12在此图中未示出。
图10和11的原理图示出了具有螺旋形流动路径5的蓄热器1。波形板8的布置只在图10中看出。如图所示，波形板位于螺旋18之间，也位于外螺旋18与壳体11之间，后一情况未示出。一个收集室12位于蓄热器1的中心，而另一收集室12则布置在蓄热器芯6的周边上。其中，收集室12的布置同样可做成可变的。因此，另一未示出的实施例在蓄热器芯6的周边上有两个收集室12，即使将流动路径5做成螺旋形地通过蓄热器芯6引导(参看例如DE 4141556中的图3)。
从图11可清楚地看出，流动路径5也可就其高度H、h而言做成可变的，以便由此满足对蓄热器1的各种各样的构形的要求。它们的流动路径5也最好用多腔管7做成。此处，流动路径5之间的螺旋18的几何形状做成不同的，但是在流动路径5的内部却是相同的，即具有同样的曲率。另一未示出具有螺旋形的流动路径5的实施例可例如仿照图4也如此构成，即在流动路径5的内部将螺旋18的形状做成具有不同曲率的，以便与缩颈15相配。
代号表1.蓄热器 2.入口3.出 4.隔热装置5.流动路径 6.蓄热器芯7.多腔管 8.导热元件(波形板)9.用于相变换材料的空间10.波11.蓄热器芯6的壳体12.收集室13.支撑 14.外壳
15.缩颈16.突出部分17.膨出部分18.螺旋H.流动路径5或多腔管7的高度h.小于H的高度
权利要求
1.一种蓄热器，特别是一种潜热贮蓄器，它具有一隔热装置，至少一用于载热媒体的入口、出口和收集室，后者与由外壳包围的蓄热器芯流体连接，在芯中设置流动路径即管子并具有流动路径之间的空间，在后者中有相变换材料，其特征为，流动路径(5)用大体为椭圆的或扁平的管做成，它波浪形地穿过蓄热器芯(6)，以及用于相变换材料的空间(9)在单个的流动路径(5)之间和单个流动路径(5)的波(10)之间形成，并且至少多数用导热元件(8)包住，后者与流动路径(5)用金属连接并且是波形薄板条，薄板条有一大于形成流动路径(5)的管子的大直径的宽度。
2.一种蓄热器，特别是一种潜热蓄热器，它具有一隔热装置，至少一用于载热媒体的入口、出口和收集室，后者与由外壳包围的蓄热器芯用流体连接，在芯中设置流动路径即管子并具有流动路径之间的空间，在空腔中有相变换材料，其特征为，流动路径用大体为椭圆的或扁平的管做成，它螺旋形地穿过蓄热器芯(6)，以及用于相变换材料的空间(9)在单个的流动路径(5)之间和在单个流动路径(5)的螺旋(18)之间形成，并且至少大部用导热元件(8)包住，后者与流动路径(5)金属连接并且是波形薄板条，薄板条有一大于形成流动路径(5)的管子的大直径的宽度。
3.如权利要求1的蓄热器，其特征为，在流动路径(5)内部和/或在多个流动路径(5)之间规定有不规则的波高和/或波长。
4.如权利要求2的蓄热器，其特征为，在流动路径(5)内部和/或在多个流动路径(5)之间，螺旋(18)是不规则的。
5.如前述权利要求的蓄热器，其特征为，波(10)或螺旋(18)在流动路径(5)内部最好在一平面内取向，同时，多个流动路径(5)最好大体彼此平行地设置。
6.如前述权利要求的任一项的蓄热器，其特征为，蓄热器(1)有一均匀的外形，而且流动路径(5)与此形状相配。
7.如前述权利要求1至5的任一项的蓄热器，其特征为，蓄热器(1)有膨出部分(17)或缩颈(15)或者有一与均匀的例如圆柱形或正方形结构不同的形状，以及流动路径(5)(螺旋和/或波)与蓄热器(1)的各自的形状相配。
8.如前述权利要求的蓄热器，其特征为，位于外面的导热元件(8)与蓄热器芯(6)的壳体(11)用金属连接。
9.如前述权利要求的至少一项的蓄热器，其特征为，形成流动路径(5)的扁平管是多腔管(7)。
10.如前述权利要求的任一项的蓄热器，其特征为，收集室(12)大体做成管形。
11.如前述权利要求1至9的任一项的蓄热器，其特征为，收集室(12)大体做成半壳形。
12.如前述权利要求的任一项的蓄热器，其特征为，收集室(12)设置在隔热装置(4)的内部或是在蓄热器芯(6)的内部。
全文摘要
本发明涉及一种蓄热器,特别是一种潜热贮蓄器,它具有一隔热装置。至少一用于载热媒体的入口、出口和收集室,后者与由外壳包围的蓄热器芯用流体连接,在芯中设置流动路径即管子并具有流动路径之间的空间,在其中有相变换材料。这种蓄热器可在保持高的贮蓄容量、高的加载动力和卸载动力和经济的制造费用的情况下更好地与小的和弯弯曲曲的结构空间相配,这时,按照本发明,流动路径(5)由大体为椭圆的或平面的管做成,它波浪形地或螺旋形地穿过蓄热器(1),以及用于相变换材料的空间(9)在单个的流动路径(5)之间和单个流动路径(5)的波(10)或螺旋(18)之间形成,并且至少多数用导热元件(8)包住,后者与流动路径(5)用金属连接并且是波形薄板条,薄板条有一大于形成流动路径(5)的管子的大直径的宽度。
文档编号F28D20/02GK1256751SQ99800202
公开日2000年6月14日 申请日期1999年3月24日 优先权日1998年4月8日
发明者斯蒂芬·霍尔兹, 格雷戈里·G·休斯 申请人:穆丹制造公司