热交换器、机动车、以及应用和制造该热交换器的方法技术

一种用于机动车的热交换器，其包括：至少一个用于第一介质（１）经过的热传导导管（３），以及热传导的多孔结构（４）的覆盖件（４），其借助该导管（３）的外侧连接到该导管（３）上，以便包围该导管（３）的第二介质（２）经过。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于机动车的热交换器，其包括至少一个用于第一介质经过的热传导导管，热传导多孔结构的覆盖件，其连接到该导管的外侧上以便包围该导管的第二介质经过。本专利技术还涉及设置有这种热交换器的机动车。本专利技术还涉及一种应用布置在机动车上的热交换器的方法。此外，本专利技术还涉及用于制造这种热交换器的方法。
技术介绍
为了在两种介质之间获得可能的最大程度的传热，已知的是，在导管的外侧上设置翅片，第二介质围绕翅片流动，(即翅片管式热交换器)。这种热交换器在工业、机动车、和家用场合中大量地应用。这些结构的特征在于围绕这些翅片的流动是层流，并且这些翅片的尺寸和翅片之间相互距离是第二介质中的边界层的厚度的许多倍。已知的是，边界层的厚度沿流动方向增大，其中这种流动在特定点的位置处变为紊流(雷诺数＞300,000)。例如在空气在大气压下并且气流速度为例如10m/s的数量级的情况下，由此所需的距离大约为0.5米。当用于第一介质的导管的直径和翅片长度小于该周边长度时，该流动是层流，其中在第二介质中的边界层具有数量级为0.1-0.4毫米的厚度。已知的是，第二介质在该边界层之外的部分与导管和流动围绕的翅片不相互影响，并且由此对于传热而言没有贡献。这显著地限制与围绕导管或沿翅片的层流的热量传递。除了上述的热交换器之外，与前序部分所述类型对应的热交换器在现有技术中也是已知的。这种热交换器在法国专利FR 2414081(UOPInc.)中进行了描述，其中多孔结构由石墨泡沫材料制成。这种多孔的三维结构可理解成立方体的或六边形的格栅，其中节点通过热传导丝相互连接。由于在这种结构中具有大量的丝，因此总的热交换区域整体上明显增大。然而，从UOP的该专利获知的热交换器具有多个缺点。该已知的热交换器的明显缺点在于，热量从第一介质传递到第二介质(和反向的传递)是相对低效的。因为孔隙的尺寸相对较小，所以第二介质的主要部分沿覆盖件流动，而不是流经覆盖件，这在总体上明显地使得传热降低。特别是在第二介质的流速较低的情况下，即在机动车中的情况下通常达到大约20m/s，该传热的效率与上述的常规翅片的传热效率大致相当。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改进的用于机动车的热交换器，使用该热交换器可实现马达的更高效冷却。因此本专利技术提供了一种前序部分所述类型的热交换器，该热交换器具有以下的特征，该多孔结构的每英寸的孔隙数(ppi)大致在20-50之间，并且该多孔结构的厚度大致在2-8毫米之间。该每英寸的孔隙数优选为在25-30ppi之间。与现有技术相比，每英寸的孔隙数明显地降低，这实现更好地流经该覆盖件，因此在第一介质与第二介质之间实现更高效的传热。因为设置在机动车内的热交换器容易发生气流以较低的流速自由地流入(达到每秒大约20米)，所以围绕该导管的最佳边界层厚度在大约0.4-0.5毫米之间。如果孔隙直径大于该边界层厚度的两倍，则第二介质与多孔结构之间的相互影响通常将不进一步增加。因此，该孔隙优选为限定为1.0毫米，这相当于大约25ppi，并且所制成的孔隙直径优选为不小于0.8毫米，这相当于30ppi。在每英寸的孔隙数小于20或小于至少25的情况下，则热交换器对应于常规的翅片结构。如UOP专利所述的那样大于50ppi，则流动阻力将增加，如上所述，从而使得第二介质的主要部分围绕多孔结构流动，而不是流经该多孔结构。通过使用厚度大致在2-8毫米之间的多孔结构，可实现热交换器的最佳构形，其中多孔结构由多个叠置的孔隙层构造成。该热传导的结构由金属泡沫材料制成。金属泡沫材料具有导热性非常好的优点，由此可使得第一介质与第二介质之间的热交换达到最大。在特别优选的实施例中，由以下金属即铜、镍、和铝中的至少一种制成。此外，可构想到由合金来制造金属泡沫材料。该覆盖件优选为设置有耐腐蚀的金属或金属氧化物，以便通过防止或至少减缓热交换器的性能降低从而增加该热交换器的耐用性。在优选实施例中，该多孔结构的丝厚度至少大致在15-90微米之间，特别在20-70微米之间，更特别的是在30-60微米之间。这种丝厚度可进一步增加第一介质与第二第二之间的传热的效率。在另一优选实施例中，该导管的水力外直径相当于最大10毫米。由于由水力直径来描述，因此该导管可采取各种几何形状。除了柱形导管之外，可使用翅片状的导管或其它方式形成的导管，其中该水力直径不超过10毫米的限制。该覆盖件的面对该导管的侧面至少大致地与该导管全部热接触。由此可使得在导管与多孔结构之间的传热或第一介质与第二介质之间的传热最优化。在优选实施例中，该覆盖件借助热传导装置连接到该导管上。该热传导装置例如可由热传导的胶、热传导的糊剂、(软焊)焊膏、或热传导的金属层等形成。可以通过各种方式例如借助蒸气沉积或电镀沉积过程来设置该热传导装置。在另一优选实施例中，该覆盖件由至少一个围绕该导管螺旋缠绕的材料带构造成。因此可以以相对简单的方式充分地使用围绕导管布置的相对窄的金属带。该热交换器优选为包括多个相互联接的导管，以便增加总体传热。在特别的优选实施例中，该导管定位成彼此间隔一距离，其中导向件布置在该导管之间，以便将该第二介质引导到该覆盖件。在此的导向件可具有各种形式的结构。本专利技术还涉及一种设置有这样的热交换器的机动车。本专利技术还涉及一种应用布置在机动车中的这种热交换器的方法，其包括以下步骤A)输送相对暖的第一介质经过该导管；和B)输送相对冷的第二介质经过该覆盖件，以便冷却该第一介质。在优选实施例中，该相对冷的第二介质至少大致地由气流特别是空气流形成。在特别的优选实施例中，依据步骤B)的输送相对冷的气流经过该覆盖件是在流速至少大致在0-20米/秒时进行的。此外，本专利技术还涉及一种制造这种热交换器的方法，其包括以下步骤A)在导管的外侧上布置焊料；B)在封装该焊料时围绕该导管布置覆盖件；C)使得该焊料液化；和D)使得该焊料固化。在依据步骤D)的使得熔化的焊料固化的过程中，导管与多孔结构之间形成实际的粘接，其中可使得导管与多孔结构的面对该导管的侧面之间的接触程度最大化。在优选实施例中，通过加热该焊料来进行依据步骤C)的使该焊料液化。可间接地例如通过瞬时和持续非常短的时间地施加电压来加热该焊料，但是还可以直接地通过增加该焊料的周围温度加热该焊料。然而还可构想出应用其它的方法例如感应焊接或化学焊接从而实现导管与多孔结构的相互粘接。本专利技术还涉及一种制造这种热交换器的方法，其包括以下步骤A)使得导管与多孔结构接触；和B)借助电和/或化学沉积过程使得该导管和该多孔结构相互粘接。附图说明参照非限定性的实施例的下列描述并结合附图，可以更好地理解本专利技术，在附图中图1示意性地示出了依据本专利技术的热交换器的导管，该导管由金属泡沫材料覆盖；图2a和2b分别示出了常规热交换器和本专利技术的热交换器中的第二介质的边界层；图3示出了本专利技术的热交换器的另一变型；和图4是常规翅片结构与本专利技术的热交换器之间传热的比较的曲线图。具体实施例方式图1示出了作为示例的导管3的一部分，第一介质例如水流经该导管3。导管3由热传导的三维结构4覆盖，该三维结构4例如是本领域已知的金属泡沫材料(metal foam)，例如空气的第二介质2围绕该导管3流动。该金属泡沫材料在此采取带8的形式，该带螺旋地围绕该导管缠绕。金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于机动车的热交换器，其包括：　　　　至少一个用于第一介质（１）经过的热传导导管（３），以及　　　　热传导的多孔结构（４）的覆盖件（４），其借助该导管（３）的外侧连接到该导管（３）上，以便包围该导管（３）的第二介质（２）经过，　　　　其特征在于，该多孔结构（４）的每英寸的孔隙数大致在２０－５０之间，并且该多孔结构的厚度大致在２－８毫米之间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈斯穆泽拉尔，
申请(专利权)人：安德烈斯穆泽拉尔，
类型：发明
国别省市：BE[比利时]