热交换器和冷却系统技术方案

本发明专利技术涉及一种热交换器，特别是用于车辆冷却回路中的热交换器，它至少包括一个导热网，该导热网至少包括一个管道装置，所述冷却回路与其在此相连。按照本发明专利技术，该管道装置有一小于或者等于２．０毫米的特征液压直径。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种特别用于车辆的热交换器和冷却系统。虽然本专利技术的以下描述主要针对车辆的使用，但需要指出的是，本专利技术的热交换器和冷却系统也可在其它的冷却过程中使用。
技术介绍
从传统技术层面上讲，热交换器和冷却系统主要用于将内燃发动机的热量释放到环境中去。一般情况下可选用添加如防冻剂的水做为冷却剂。在冷却剂冷却器的冷却循环中，通过流经冷却器表面的空气流将发动机产生的热量释放到环境中。在此规定，冷却剂指的是冷却循环内的介质，而冷却介质则为冷却循环的(外部)介质。如在内燃发动机的冷却循环中，发动机的热量被循环中的冷却剂吸收。随后，冷却剂的热量会传导给流经冷却剂冷却器的冷却介质，其在传统的冷却循环中为冷却空气。为了提高散热流量，冷却剂冷却器的表面设计得较大。冷却剂气流被分割到许多平行的冷却剂管道中，边上装有肋状散热片，可以做到能够有效的向环境中散热。在实际情况中，一般车辆的生产商或者冷却系统的制造商会提供相应的技术条件，其中必须包含冷却系统的热交换器。所给出的热动力数据有在冷却剂给定工作温度和外部环境下的热功率，以及给定冷却剂流量工作状态下的最大压力损耗。由于所使用冷却剂泵功率和尺寸的不同，压力损耗有所限制。普通的做法是，冷却循环的单个部件根据车辆的所谓关键工作状态来设计，这种关键状态是指比如一定承载条件下的上坡过程，或者当外部温度较高时要在不超出允许温度条件下释放一定量热的过程等。为了达到先前所述的标准，车辆中用于冷却剂循环热交换器的设计要做到在导热功率最大时，相比之下流动阻力微不足道。热交换器及热交换网中的冷却剂侧有最大的规定流量损耗，这一数值是不能被超过的。虽然冷却剂冷却器中的最大压力损耗较小，但从整个循环来看还是比较大的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是设计一种在同等热传导特性条件下可以降低冷却循环泵功率需求的热交换器。此外，本专利技术的另外一个显著特征还在于设计一种克服冷却剂循环过程中的流动阻力以达到总泵功率较小的冷却系统。本专利技术的热交换器涉及权利要求1的内容。本专利技术的冷却系统涉及权利要求9的内容。所建议的改进请参见从属权利要求的内容。本专利技术涉及的热交换器特别适合，同时也不局限于车辆中的使用。在热交换器的冷却剂入口和冷却剂出口之间至少要有一导热网。这个网至少包括一套管道装置或管道系统，可以让冷却剂在热交换器中从入口运送到出口，实现热量的传导。本专利技术热交换器的特征液压直径小于或者等于2.0毫米。在此，液压直径Dhydr被定义为横截面积四倍除以内周长，如德国汽车工业协会热手册中标识多腔管道的方法。在该手册中，液压直径Dhydr表示的是所有平行穿流腔的液压直径。以下所指的横截面积是冷却剂流经的内横截面积，内周长则是指管道内部环绕流经通道系统的周长。也就是说，对于理想圆形结构的管道，液压直径Dhydr等于管道直径；而对于正方形内孔的管道，液压直径Dhydr则为管道的内边长。本专利技术涉及的热交换器有许多优点。目前技术上已明确了的车辆热交换器冷却剂循环所采用的液压直径Dhydr可达到2.8毫米或者更大。选择这种液压直径的目的是减少热交换器的流动损耗。如果本专利技术的液压直径更小的话，在冷却介质流动速度不变的情况下，会产生较大的压力损耗，这在相等流量时会造成更大的热交换器压力损失。故专业领域也就没有考虑研究用于车辆冷却剂循环的较小液压直径的热交换器，因为这已超出车辆生产厂家制定的标准之外了。出乎意料之外的是，采用小液压直径不仅会带来较高流动阻力而引起压力损耗，同时在外送相同热量前提下，会以较小总冷却剂流量需求的方式改善冷却介质内壁的热传导。因此可以使用本专利技术涉及的热交换器来减少车辆冷却循环中的冷却剂流量。对于不可压缩的冷却介质，如冷却水，冷却剂流量的下降会直接导致冷却循环中冷却剂的流动速度成比例的下降。因为冷却循环中流动损耗与冷却剂的速度成平方关系，这样的话，当冷却剂流量下降约70％时，整个循环过程的流量将损耗一半，同时液压驱动功率UP乘容积流量将下降到约35％。使用本专利技术的热交换器时，管道的小液压直径会导致流动阻力增大。冷却剂的流动速度可以在相同的传热效率下在冷却器外被降低，这样，外围冷却介质的流动速度将明显比传统热交换器的要低。此处的外围应指所有被冷却剂流经的冷却循环中的部件和部件区域，当然除管道之外。虽然用于克服流动阻力所需泵功率可能要比传统的热交换器大得多(如2个或者4个因子)，但总得来说可以通过热交换器的较高传热效率降低冷却所必需的冷却剂循环量；而通过减少外围的压力损耗可以减少所需的泵装置功率，由此，本专利技术可节省泵运作的总能耗(如1.5或者2个因子)若本专利技术用于有电动泵的循环中，则初级节能效果更加明显，因为此时机械能到电能的转换损耗也较小。本专利技术的另外一个优点是，当使用电动泵装置时能够达到用电能耗明显小，从而节约泵，电池，发电机等装置的费用。对于接纳传导热量的冷却剂，可使用气体，特别建议使用空气。需要指出的是，本专利技术或有益改进后的本专利技术也可以使用在加热循环或者是任意的冷却循环中。同样，本专利技术可以使用于平行的循环或者是多循环体系中。对于本专利技术的进一步改进，建议至少要有一定数量的相同管道装置。也可以保留一定数量的某一类型的管道，再增加一定数量的另外类型的第二(或者第三)批管道。本专利技术最好至少应考虑在一组管子截面形状中为管子选择一种截面形状，其包括所指截面形状的圆形、椭圆形、橄榄形、多角形、直角形、三角形、正方形和与上述截面形式近似的变形。最好至少有一套在沿管道的横切面之上的横截面保持不变的管道系统。建议使用扁平的管道装置，让冷却介质的流经通道相对较窄，深度更大(冷却介质流向的横向)。为了改善压力稳固性，可以考虑在流经通道里安装桥形片，它可以将一个扁平的流经通道分割成直角形、或正方形、或圆形、或圆周形的区域。这样的管道就包含了管段。以下的叙述总是针对管道尺寸的，即使它包含了某些管段。在本专利技术的优选改进结构中可以在管道中配上湍流装置或者是散热片，以增加湍流和导热性。典型的液压直径不受湍流装置或者是散热片影响。在本专利技术的优选改进结构中可以平行排列所有的管道，让冷却介质横向通过平行排列的各管道。在管道边上最好安装带腮结构的散热片，以提高管道外边的导热性。在本专利技术的优选改进结构中，冷却介质流向的管道深度与管道高度之间的横截面之比应在1到100之间，最好是在7到50之间，特别是15到50之间，尤其是20到30之间。也就是说，在冷却介质流向上的管道比垂直流向的延展要来得大。所列举的数据可以是指管道的外尺寸或者内尺寸。在本专利技术的(各种先前描述的)优选改进结构中，应使用水为冷却剂的主要组成部分，可以添加防冻剂或者其它添加剂。同样也可以采用无水冷却剂，或者把水作为很小的组成部分。本专利技术也可用于加热装置。当然，本专利技术也可以用于如车辆的发动机油、减速器油或者燃料油的冷却或者加热。根据使用情况的不同，冷却剂可以选用油或者其它技术参数已经明确的冷却物作为其成分。对于管道装置外边的冷却介质可使用气体，特别建议使用空气。本专利技术涉及的冷却系统至少包括一个泵，一个热源装置(比如发动机)，一个热交换装置，其中热交换装置至少包括一套导热网体系。泵、热交换装置和热源装置要安装在完全封闭的冷却循环中，并且至少要被一种冷却剂流经。热交换器导热网的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换器（２），用于车辆冷却回路系统（１），其特征在于它至少包括一个导热网（３），该导热网至少包括一个管道装置（１１），该管道装置有一小于或者等于２．０毫米的特征液压直径。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼德安布罗斯，沃尔夫冈德雷埃尔，布鲁诺克瑙夫，
申请(专利权)人：贝洱两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]