[发明专利]热交换系统、以及用于操作热交换系统的方法

说明书

本发明涉及一种根据独立权利要求1的前序部分所述的热交换系统以及根据独立权利要求11的前序部分所述的、用于操作热交换系统和测定热交换系统的污染程度的方法。

在绝大多数的应用中从现有技术中已知热交换系统的应用。热交换器在冷却设备中、例如在通常的家用冰箱中、在用于建筑物的空调设备中或者在所有类型的车辆中、首先在机动车、飞机和轮船中用作在内燃机中的水冷却器或油冷却器，在冷却介质循环中、例如在热泵中用作冷凝器或汽化器，并且应用在本领域技术人员所有已知的其它大量不同的应用中。

在此，由完全不同的应用以不同的可能性适合地对热交换器进行分类。一种实验在于，根据不同类型的热交换器的构造或制造进行区分。

从而一方面可以根据所谓的“薄板制成的热交换器”进行分类，其还称为“管道热交换器”，并且另一方面根据“迷你通道（Minnichannel）热交换器”、“微型通道热交换器”或“微通道热交换器”进行分类。

自从很长时间以来熟知的、薄板制成的管道热交换器、例如所有类型的热交换器用于在两种介质之间进行热量传递，例如但是不仅仅地用于从冷却介质传递至空气，或者相反地进行，例如由传统的家用冰箱已知，其中通过用于在冰箱内部产生冷却功效的热交换器将热量发送给周围空气。

在此，在热交换器外部的周围介质，即例如水、油或最为常见简单的周围空气相应地被冷却或者被加热，其例如吸收热量或者由其将热量传递至热交换器。第二种介质例如可以是液态的冷却载体或热量载体或者是蒸发的或冷凝的热传输介质。在此，在本申请的范围内，术语“热传输介质”理解成每种能有利地应用在热交换器中的流体。因此，术语“热传输介质”不仅包括在技术中已知的常规的冷却介质，而且还包括每种其它适合的热传输介质或冷却剂。如果在确定的应用中，热交换器例如是单一的冷却器、例如在内燃机中的冷却器，则该热传输介质尤其当然还可以是单纯的水或油，其作为冷却剂通过热交换器进行循环。

在每种情况下，周围介质、例如空气与在热交换系统中进行循环的第二种介质、例如冷却剂相比，具有明显较低的热传递系数。这通过用于所述两个介质的非常不同的热传递面来进行补偿：具有高的热传递系数的介质、即热传输介质在管中流动，所述管在外侧面上由于薄板（肋、薄层）具有强烈扩大的表面，在该表面上热传递例如通过空气来实现。

图2示出了根据本发明的具有本身已知的由薄板制成的管道热交换器的热交换系统。在实践中，热交换系统在此通过多个这种元件形成。

在此，外部表面与内部表面的比例与薄层几何情况（= 管直径，管布置结构和管间距）相关，以及与薄层间距相关。薄层间距对于不同的应用来说以不同的方式来选择。然而仅在热力学方面，该薄层间距应尽可能小，然而不应如此小，使得空气侧的压力损失过大。经济的最佳值为约2 mm，这是对于液化器和重冷却器来说典型的值。

这种所谓的薄板制成的管道热交换器的制造根据自从很长时间以来已知的下述标准化的工艺来实现：薄层利用压力机和专门的工具来冲裁，并且彼此地置于包中。然后，将管插入，并且以机械的方式或者以液压的方式将管展开，从而在管和薄层之间形成非常好的接触并且由此形成良好的热传递。然后，各个管通过弯曲和收集-及分配管彼此连接、通常彼此焊接。

在此，所述效率地明显通过下述实际情况来确定，即在层表面和空气之间进行传递的热量必须经由热管线通过薄层传递至管。薄层的传导能力越强或厚度越厚，但是在管之间的距离越小，这种热传递就越有效。在此谈论薄层效率。所以目前大多用铝作为薄层材料，其在经济的条件下具有高的热传导性（约220 W/mK）。管间距应尽可能小，然而这会导致下述问题，即需要很多管。很多的管意味着高成本，因为该管（通常由铜制成）明显比薄的铝薄层更昂贵。这种材料成本可以通过下述方式降低，即减小管直径和壁厚度，这就是说，用大量的小管代替少量的大管来构造热交换器。这种解决方案在热力学方面是最佳的：非常多的管具有狭窄的间距并且具有小的直径。然而，重要的成本因素还是用于展开和焊接所述管的工作时间。其在这种几何结构中会极度升高。

由此，在几年前已经研发新种类的热交换器、所谓的迷你通道热交换器或微型通道热交换器或微通道热交换器，所述热交换器根据完全不同的方法来制造，并且几乎与薄板制成的管道热交换器的理想（Idealbild）相应：多个小管具有小的间距。