專利名稱：冷凍劑/水熱交換器及其向車載動力裝置供氣的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種使用水來加熱和/或蒸發(fā)處于非常低的溫度的冷凍液體的冷凍劑/水熱交換器，該類型的熱交換器包括具有一個入口和一個出口的水回路和具有一個入口和一個出口的冷凍劑回路，這些回路具有被隔板隔開的平行的交換部。
背景技術：
使用水來加熱冷凍液體在經濟上是有利的，但在小型交換器中會導致問題，其問題在于，由于冷凍液體的溫度非常低，水即使混有防凍劑成分仍有形成冰的很大危險，而任何冰的阻塞都會在交換器和下游的用戶設備中立即造成嚴重的故障。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種有效的和小型的熱交換器結構，該結構沒有因在水回路中結冰或者形成冰而導致故障的危險。
為此，根據本發(fā)明的一個特征，冷凍劑回路的每個交換部均包括一個具有減小截面的入口通道，該入口通道通向一個具有擴大截面的區(qū)域，水回路的交換部具有大體恒定的截面，該截面與冷凍劑回路的交換部的所述擴大截面對應。
根據本發(fā)明的其它特征-入口通道具有至少一個帶有擴口輪廓的下游部分；-入口通道大致定中心在交換部的縱向軸線上；-冷凍劑回路的交換部的入口通道的最小截面與擴大截面的比率介于10％和50％之間，通常介于20％和30％之間；-交換部由鄰接的板片限定，該板片由厚度很小的不銹鋼制成，該厚度通常小于2.50mm，有利地小于2mm；-入口通道通向在水分配箱內延伸的一個冷凍劑輸送管，該水分配箱封閉交換器的這一側。
本發(fā)明的主題還包括將這種交換器用于向機動車的動力裝置提供氣態(tài)氫的應用，該動力裝置例如為內燃機和/或質子交換薄膜燃料電池。


從下面對實施例的說明中，可以清楚看到本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，該實施例通過決不包含任何限制性的示例并結合附圖給出，在附圖中-圖1是根據本發(fā)明的熱交換器的縱向截面示意圖；-圖2是圖1的換熱器的板片的分解透視圖，示出冷凍劑回路和水回路的交換部的構造；-圖3是在圖1的截面3/3的平面內的橫截面視圖。
具體實施例方式
圖1示意性地示出，根據本發(fā)明的熱交換器包括一個總體由參考標號1表示的交換組件，該交換組件由緊固在一起的一組板片構成，稍后可以看出，該板片為冷凍劑入口集管2和加熱后的冷凍劑出口集管3之間以及加熱用水入口集管4和出水集管5之間的同向平行交換限定了回路部分。
從圖2和3可以更好地看出，根據本發(fā)明的一個方面，在兩個實心板片6之間通過帶孔板片或半板片限定各個交換回路部分，其中7c用于限定冷凍劑回路，7e用于限定水回路。
根據本發(fā)明的一個方面，水回路的板片7e限定具有大體恒定的寬度l的通道，而板片7c限定具有變化的輪廓的通道9，該通道9包括具有減小截面的入口通道9a，該入口通道9a擴口形成具有與水通道8相等的寬度l的主通道。該入口通道9a定中心在通道9的縱向軸線上(通道8和9的縱向軸線有利地共面)。
通過圖2所示的這種設置，由入口通道區(qū)域9a形成的冷凍劑交換回路部分的極冷區(qū)域具有減小的寬度，該寬度通常小于額定寬度l的50％，有利地大于該額定寬度的10％，且優(yōu)選地介于該額定寬度的20％與30％之間，以便同向進入通道8的入口部分的水在一中心部分內析出最大量的熱，該中心部分本身定中心在入口通道9a上，卻在側向上并不過多延伸，這是因為板片的表面區(qū)域確保在此(入口通道)區(qū)域的兩側上有很高的溫度梯度。在最不利的情況下，至多有一小塊冰10從而形成，該冰只占據通道8的寬度的中心部分，而決不會阻礙由圖2中的兩個箭頭示出的水流在各側上的流動，僅僅是造成水回路中很小的壓降。
板片6和7通常由沖壓件316L或304L不銹鋼板材制成，其厚度較小，在用于水回路時不超過2mm，在用于冷凍劑回路時不超過1mm。
作為一種具體應用，(該交換器)適用于蒸發(fā)機動車輛車載的液態(tài)氮以供應車輛的動力裝置，H2L冷凍劑以大約-250℃的溫度、通常介于1到10bar的絕對壓力，以及小于5g/秒的流量進入集管2。在這些情況下，板片7c的厚度大約為0.5mm，板片7e的厚度大約為2mm，板片6的厚度大約為0.6mm。通過集合多個板片6、7c和7e并焊接其外部側向邊緣進行組裝而制成交換組件1。
在此類應用中，來自車輛的內燃機的散熱器的水，以低于110℃并且通常介于60℃和80℃之間的溫度進入入口集管4，并以略低于集管5的溫度排出，氣態(tài)氫以略低于水的溫度(大約50℃到60℃)離開集管3。為了甚至在非常寒冷的大氣條件下將氣態(tài)氫的溫度保持在此范圍內，集管3內有利地裝有電熱器11。
在圖3所示的一個特定實施例中，在板片7c之間也具有氫回路的交換部9，在此例中，該交換部9包括一具有V形漸變截面的入口通道9a，該入口通道9a直接通向通道9的具有擴大截面的主要部分。
這里，冷凍劑入口集管2由焊接到板片6和7的下部邊緣的溝槽組成。類似地，氣態(tài)冷凍劑在通道9的出口處在溝槽12內被回收，該溝槽12焊接到板片的上部邊緣并沿著上部母線焊接到出口集管3上，所述溝槽12通過在接觸區(qū)域內形成的正對的開口13與出口集管3相連通。
板片6和7的焊接在一起的側面覆蓋有一防護層14。形成水集管4的箱15封閉交換組件1的底部，而形成出水集管5的箱16封閉交換組件的頂部。
盡管通過具體實施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此，對于本領域技術人員，顯然可以在所附的權利要求書的范圍內進行修改和變型。
權利要求
1.一種冷凍劑/水熱交換器，包括具有一入口和一出口的水回路和具有一入口和一出口的冷凍劑回路，所述回路具有被隔板隔開的平行的交換部，其特征在于，冷凍劑回路的每個交換部(9)包括一具有減小截面的入口通道(9a)，該入口通道通向一具有擴大截面(l)的區(qū)域，水回路的交換部(8)具有與所述擴大截面對應的大致恒定的截面(l)。
2.根據權利要求1所述的交換器，其特征在于，入口通道(9a)具有至少一個帶有擴口輪廓的下游部分。
3.根據上述任一項權利要求所述的交換器，其特征在于，入口通道(9a)大致定中心在該交換部的縱向軸線上。
4.根據上述任一項權利要求所述的交換器，其特征在于，入口通道(9a)的最小截面與擴大截面(l)的比率介于10％到50％之間。
5.根據權利要求4所述的交換器，其特征在于，所述比率介于20％和30％之間。
6.根據上述任一項權利要求所述的交換器，其特征在于，交換部(8，9)由板片(7c，7e)限定。
7.根據權利要求6所述的交換器，其特征在于，板片(7c，7e)的厚度不超過2.5mm。
8.根據權利要求7所述的交換器，其特征在于，用于在側向限定冷凍劑回路的交換部(9)的板片(7c)的厚度小于1mm。
9.根據權利要求6到8中任一項所述的交換器，其特征在于，板片(7c，7e)通過其外部邊緣互相焊接在一起。
10.根據上述任一項權利要求所述的交換器，其特征在于，入口通道(9a)通向在水流循環(huán)箱(4)內延伸的一冷凍劑輸送管(2)，，該水循環(huán)箱封閉交換器的這一側。
11.根據上述任一項權利要求所述的交換器用于向車載動力裝置供應氣體的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種交換器，有利地為板式交換器，該交換器包括逆流的平行交換部(8，9)。根據本發(fā)明，用于水的交換部(8)具有基本恒定的截面，而用于冷凍劑的交換部(9)具有一個減小的入口區(qū)域(9a)，該區(qū)域使得在水通道(8)中形成冰(10)的可能性集中在一個很小的體積內，而不會阻塞所述的水通道。本發(fā)明可以專門應用于向車輛中的車載動力產生裝置供應以液態(tài)形式存儲的氣態(tài)氫。
文檔編號F28F19/00GK1795360SQ200480014515
公開日2006年6月28日 申請日期2004年5月18日 優(yōu)先權日2003年5月27日
發(fā)明者R·模拉基奧利, P·布里安, V·格拉比耶, J·夏巴納 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會的有限公司