一种液体加热制冷换热的集成芯体及加热制冷换热总成

技术领域

本申请涉及一种电动汽车或新能源汽车加热制冷换热装置，特别涉及一种液体加热制冷换热的集成芯体及加热制冷换热总成。

背景技术

在新能源汽车(特别是电动汽车)领域，成员舱和驱动电池在环境温度较低时都有采暖需求，在内部去温度较高时又有制冷需求，二者的采暖需求都会选用PTC加热(或其他形式的加热器)进行满足，而制冷需求的满足有所不同，乘员舱是通过空调对空气进行冷却达到降温效果，动力电池则是通过制冷剂经chiller(即冷却器)将冷却液进行降温，再通过冷却液与动力电池进行换热，已达到降温目的。目前市面上所有的加热器和chiller都是相对独立的两个总成，根据热管理系统架构通过管路将二者连通起来，此种方式所占用的空间大，管路布置及连通困难。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种液体加热制冷换热的集成芯体及加热制冷换热总成，将加热器与chiller(或其他形式的板式换热器)通过换热板结构进行集成，从而降低布置空间节省连接管路，占用空间小，达到一个总成同时具有加热、制冷换热两种功能的目的。

为此，本发明提供一种液体加热制冷换热的集成芯体，其设有液体流道单元和PTC加热单元，其还设有第一换热区、第二换热区，第一换热区和第二换热区从上到下堆叠连接设置；液体流道单元设有彼此相隔离的制冷剂流道单元、冷却液流道单元，冷却液流道单元设有第一冷却液流道单元、第二冷却液流道单元，第一冷却液流道单元、第二冷却液流道单元相连通；制冷剂流道单元用于流通制冷剂，冷却液流道单元用于流通冷却液；第一换热区设有制冷剂流道单元、第一冷却液流道单元，制冷剂流道单元与第一冷却液流道单元从上到下堆叠连接设置；第二换热区设有PTC加热单元、第二冷却液流道单元，PTC加热单元与第二冷却液流道单元从上到下堆叠连接设置。

优选的，当第一冷却液流道单元、第二冷却液流道单元、制冷剂流道单元和PTC加热单元的数量分别为多个时；在第一换热区内，制冷剂流道单元与第一冷却液流道单元从上到下依次交替堆叠连接设置，相邻的制冷剂流道单元之间并联联通设置，相邻的第一冷却液流道单元之间串联连通设置；在第二换热区内，PTC加热单元与第二冷却液流道单元从上到下依次交替堆叠连接设置，相邻的第二冷却液流道单元之间串联连通设置。

优选的，本发明设有多个金属壳体，金属壳体均为向下敞口的盖状结构；多个金属壳体从上到下堆叠连接设置，且相邻两个金属壳体之间形成相对封闭的空腔；在第一换热区内，从上到下每相隔一个或多个空腔为第一冷却液流道，每个第一冷却液流道与其上下相邻的金属壳体构成第一冷却液流道单元，相邻两个第一冷却液流道之间的空腔为制冷剂流道，制冷剂流道与其上下相邻的金属壳体构成制冷剂流道单元；在第二换热区内，从上到下每相隔一个或多个空腔为第二冷却液流道，每个第二冷却液流道与其上下相邻的金属壳体构成第二冷却液流道单元，相邻两个第二冷却液流道之间的空腔为加热腔，加热腔内安装PTC加热单元；与第一冷却液流道、第二冷却液流道、制冷剂流道相邻的金属壳体分别开设有用于换热介质进出的通道；冷却液流道设有第一冷却液流道和第二冷却液流道，制冷剂流道、冷却液流道、加热腔两两之间相互隔离互不联通。

优选的，每个制冷剂流道分别设有制冷剂入口和制冷剂出口；相邻两个制冷剂流道，其中位于上方的制冷剂流道的制冷剂入口与位于下方的制冷剂流道的制冷剂入口相连通，位于上方的制冷剂流道的制冷剂出口与位于下方的制冷剂流道的制冷剂出口相连通，第一换热区中的制冷剂流道并联联通设置。

优选的，并联联通设置的每个制冷剂流道分别设有入口连通孔和出口连通孔；相邻两个制冷剂流道，其中位于上方的制冷剂流道的制冷剂入口向上凸起，位于下方的制冷剂流道的入口连通孔向下凹陷，二者相连通且边沿密封连接；位于下方的制冷剂流道的制冷剂出口向上凸起，位于上方的制冷剂流道的出口连通孔向下凹陷，二者相连通且边沿密封连接。

优选的，每个第一冷却液流道分别设有第一冷却液入口和第一冷却液出口；相邻两个第一冷却液流道，其中位于上方的第一冷却液流道的第一冷却液入口与位于下方的第一冷却液流道的第一冷却液出口相连通；每个第二冷却液流道分别设有第二冷却液入口和第二冷却液出口，相邻两个第二冷却液流道，其中位于上方的第二冷却液流道的第二冷却液入口与位于下方的第二冷却液流道的第二冷却液出口相连通；位于第一换热区最底部的第一冷却液流道的第一冷却液入口与位于第二换热区最顶部的第二冷却液流道的第二冷却液出口相连通；第一冷却液流道与第二冷却液流道形成的冷却液流道为弓字形曲折设置。

优选的，相邻两个第一冷却液流道，其中位于上方的第一冷却液流道的第一冷却液入口向下凹陷，位于下方的第一冷却液流道的第一冷却液出口向上凸起，二者的边沿密封连接；相邻两个第二冷却液流道，其中位于上方的第二冷却液流道的第二冷却液入口向下凹陷，位于下方的第二冷却液流道的第二冷却液出口向上凸起，二者的边沿密封连接。

优选的，本发明还设有冷却液进液管、冷却液出液管、制冷剂进液管、制冷剂出液管；冷却液进液管设置在位于最底层金属壳体的下方，冷却液出液管、制冷剂进液管、制冷剂出液管设置在位于最顶层金属壳体的上方；冷却液进液管的其中一端与位于最底层的第二冷却液流道的第二冷却液入口相连通，冷却液出液管的其中一端与位于最顶层的第一冷却液流道的第一冷却液出口相连通；制冷剂进液管的其中一端与位于最顶层的制冷剂流道的制冷剂入口相连通，制冷剂进液管的其中一端与位于最顶层的制冷剂流道的制冷剂出口相连通。

优选的，金属壳体的材料为铝，采用冲压工艺制成。

一种液体加热制冷换热总成，其设有盒状壳体、及设置在盒状壳体内的如上述任一项的一种液体加热制冷换热的集成芯体。

本发明的有益效果为：本发明提供一种液体加热制冷换热的集成芯体及加热制冷换热总成，其设有第一换热区、第二换热区，第一换热区和第二换热区从上到下堆叠连接设置，其中第一换热区由制冷剂流道单元与第一冷却液流道单元从上到下堆叠连接，第二换热区由第二冷却液流道单元与PTC加热单元从上到下堆叠连接。制冷剂流道单元用于流通制冷剂，第一、第二冷却液流道单元用于流通冷却液。PTC加热单元为其相邻的第二冷却液流道单元提供热量，制冷剂流道单元从其相邻的第一冷却液流道单元吸收或释放热量。本发明一体多用，降低现有布置空间节省连接管路数量，占用空间小，达到一个总成同时具有加热、制冷两种功能的目的。主要有以下三种方式：

(1)PTC加热单元工作时，第二冷却液流道单元内的冷却液吸热温度升高，经过第一冷却液流道单元，向外界提供热量，达到外界加热目的；

(2)在上述PTC加热单元工作的基础上，再启用制冷剂流道单元，制冷剂流道单元内的制冷剂进一步吸收来自第一冷却液流道单元的热量，作为另外一条通路向外提供热量，提高了PTC加热单元的换热效率；充分利用制冷剂流道单元，双通道向外界提供热量，达到显著提高外界加热效果的目的；

(3)PTC加热单元停止工作，启用制冷剂流道单元，从第一冷却液流道单元吸收热量，降低第一冷却液流道单元内冷却液温度，达到外界制冷目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明液体加热制冷换热的集成芯体的立体图的结构示意图；

图2为图1所示的一个视角的剖视图的立体图的结构示意图(从冷却液进液管和冷却液出液管向下剖切)；

图3为图1所示的另一个视角的剖视图的立体图的结构示意图(从制冷剂进液管和制冷剂出液管向下剖切)；

图4为图1所示的爆炸图的结构示意图。

附图标记：1.PTC加热单元；2.第一换热区；3.第二换热区；4.制冷剂流道单元；5.第一冷却液流道单元；6.第二冷却液流道单元；7.金属壳体；8.第一冷却液流道；9.制冷剂流道；10.第二冷却液流道；11.加热腔；12.制冷剂入口；13.制冷剂出口；14.入口连通孔；15.出口连通孔；16.第一冷却液入口；17.第一冷却液出口；18.第二冷却液入口；19.第二冷却液出口；20.冷却液进液管；21.冷却液出液管；22.制冷剂进液管；23.制冷剂出液管。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。

由图1-图4所示，本发明提供一种液体加热制冷换热的集成芯体，其设有液体流道单元和PTC加热单元1，其还设有第一换热区2、第二换热区3，第一换热区2和第二换热区3从上到下堆叠连接设置；液体流道单元设有彼此相隔离的制冷剂流道单元4、冷却液流道单元，冷却液流道单元设有第一冷却液流道单元5、第二冷却液流道单元6，第一冷却液流道单元5、第二冷却液流道单元6相连通；制冷剂流道单元4用于流通制冷剂，冷却液流道单元用于流通冷却液；制冷剂和冷却液均为换热介质。第一换热区2设有制冷剂流道单元4、第一冷却液流道单元5，制冷剂流道单元4与第一冷却液流道单元5从上到下堆叠连接设置；第二换热区3设有PTC加热单元1、第二冷却液流道单元6，PTC加热单元1与第二冷却液流道单元6从上到下堆叠连接设置；PTC加热单元1为其相邻的第二冷却液流道单元6提供热量，制冷剂流道单元4可以从其相邻的第一冷却液流道单元5吸收热量。

本发明设有第一换热区2、第二换热区3，将制冷剂流道单元4、冷却液流道单元和PTC加热单元1进行集成，从而减少现有布置空间节省连接管路数量，占用空间小，达到一个总成同时具有加热、制冷两种功能的目的，避免了目前市面上所有的加热器和chiller都是相对独立的两个总成，根据热管理系统架构通过管路将二者连通起来，所占用的空间大，管路布置及连通困难的弊端。用户可根据整车端实际需要，首先开启冷却液流道单元，然后选择开启PTC加热单元1或者制冷剂流道单元4，开启方式主要有三种：

(1)开启PTC加热单元1，关闭制冷剂流道单元4，第二冷却液流道单元6内的冷却液吸热温度升高，经过第一冷却液流道单元5，向外界提供热量，向外输出冷却液达到整车端加热目的；

(2)同时开启PTC加热单元1和制冷剂流道单元4，此时制冷剂流道单元4与外界需要加热的系统管路相连通。一方面输入的冷却液吸收PTC加热单元1热量后向外界输出；另一方面，设置输入的制冷剂温度低于输入的冷却液温度，使得制冷剂流道单元4内的制冷剂进一步吸收来自第一冷却液流道单元5的热量，向外输出制冷剂，以此作为另外一条通路向外提供热量，进一步提高了PTC加热单元1的换热效率，达到显著提高整车端加热效果的目的；

(3)开启制冷剂流道单元4，关闭PTC加热单元1，此时制冷剂流道单元4与外界制冷系统相连接。设置输入的制冷剂温度低于输入的冷却液温度，使得制冷剂流道单元4从第一冷却液流道单元5吸收热量，从而降低第一冷却液流道单元5内冷却液温度，通过输出冷却液达到整车端制冷目的。

冷却液流道单元设有冷却液流道，其内流通有冷却液，冷却液流道单元冷却液流道通常与外界冷却液回路进行连接，例如外界冷却液回路为整车冷却液回路，外界冷却液回路的冷却液进入冷却液流道内完成吸热升温后，又回到外界冷却液回路中。PTC加热单元1设有PTC加热装置，PTC加热装置设有PTC加热包，通过电加热使PTC加热包发热，为其相邻的第二冷却液流道单元6提供热量，提升第二冷却液流道单元6内流道循环的冷却液的温度。制冷剂流道单元4设有制冷剂流道9，制冷剂流道单元4的制冷剂流道9通常与外界需要加热的系统或者外界制冷系统相连通，其中，外界需要加热的系统包括换热器等，外界制冷系统包括压缩机等。用户根据实际需要，选择加热或制冷。当需要加热时，同时开启PTC加热单元1和制冷剂流道单元4，将制冷剂流道单元4的制冷剂流道9与外界需要加热的系统相连通，制冷剂从外界需要加热的系统管路进入制冷剂流道9，完成吸热升温后，又回到外界需要加热的系统中，达到外界加热目的，该方式通常要加大PTC加热单元1的功率；当需要制冷时，开启制冷剂流道单元4，关闭PTC加热单元1，将制冷剂流道单元4的制冷剂流道9与外界制冷系统相连通，制冷剂从外界制冷系统进入制冷剂流道9，进入制冷剂流道9完成吸热，使制冷剂流道9内的制冷剂从其相邻的第一冷却液流道单元5吸收热量，降低第一冷却液流道单元5内流道循环的冷却液的温度，达到外界制冷目的。以上过程，冷却液流道单元始终处于开启状态。

需要说明的是，制冷剂是一种沸点较低的一种物质，通常国内汽车使用的有R134a、1234yf等型号，在常温常压下为无色无味气态。如果本发明作为空调系统中蒸发部件使用，通常制冷剂的过热度在5℃较为合适，而PTC加热单元的表面温度通常在230℃左右，远超过制冷剂在同等压力下的饱和挥发温度，容易出现过饱和造成压缩机或冷凝器过热，因此同时开启PTC加热单元1和制冷剂流道单元4时，通过冷却液间接加热制冷剂最为合适，此时冷却液可被加热温度在80℃左右。

作为优选的实施例，当第一冷却液流道单元5、第二冷却液流道单元6、制冷剂流道单元4和PTC加热单元1的数量分别为多个时；在第一换热区2内，制冷剂流道单元4与第一冷却液流道单元5从上到下依次交替堆叠连接设置，相邻的制冷剂流道单元4之间并联联通设置，减小制冷剂阻力，增大流量，提高制冷剂流道单元4的制冷剂的吸热升温效果；相邻的第一冷却液流道单元5之间串联连通设置。在第二换热区3内，PTC加热单元1与第二冷却液流道单元6从上到下依次交替堆叠连接设置，相邻的第二冷却液流道单元6之间串联连通设置。增加第一冷却液流道单元5、第二冷却液流道单元6、制冷剂流道单元4和PTC加热单元1的数量，提升加热或者冷却效果。第一冷却液流道单元5、第二冷却液流道单元6分别采用串联连接，延长换热时间，提高冷却液的升温吸热效果。

作为优选的实施例，由图1-图4所示，本发明设有多个金属壳体7，金属壳体7均为向下敞口的盖状结构，即均具有向下向外延伸的边沿；多个金属壳体7从上到下堆叠连接设置，且相邻两个金属壳体7之间形成相对封闭的空腔；在第一换热区2内，从上到下每相隔一个或多个空腔为第一冷却液流道8，每个第一冷却液流道8与其上下相邻的金属壳体7构成第一冷却液流道单元5，相邻两个第一冷却液流道8之间的空腔为制冷剂流道9，制冷剂流道9与其上下相邻的金属壳体7构成制冷剂流道单元4；在第二换热区3内，从上到下每相隔一个或多个空腔为第二冷却液流道10，每个第二冷却液流道10与其上下相邻的金属壳体7构成第二冷却液流道单元6，相邻两个第二冷却液流道10之间的空腔为加热腔11，加热腔11内安装PTC加热单元1，通常PTC加热包的电极片伸出金属壳体7，用于通过线路板、控制器、导线等电子元器件与电源电连接；与第一冷却液流道8、第二冷却液流道10、制冷剂流道9相邻的金属壳体7分别开设有用于换热介质进出的通道；冷却液流道设有第一冷却液流道8和第二冷却液流道10，制冷剂流道9、冷却液流道、加热腔11两两之间相互隔离互不联通。

每个制冷剂流道9可分别设有制冷剂入口12和制冷剂出口13；相邻两个制冷剂流道9，其中位于上方的制冷剂流道9的制冷剂入口12与位于下方的制冷剂流道9的制冷剂入口12相连通，位于上方的制冷剂流道9的制冷剂出口13与位于下方的制冷剂流道9的制冷剂出口13相连通，第一换热区2中的制冷剂流道9并联联通设置，制冷剂流道9并联联通方式可通过连接管路相连通，也可以通过如下方式：

并联联通设置的每个制冷剂流道9分别设有入口连通孔14和出口连通孔15；相邻两个制冷剂流道9，其中位于上方的制冷剂流道9的制冷剂入口12向上凸起，位于下方的制冷剂流道9的入口连通孔14向下凹陷，二者相连通且边沿密封连接。位于下方的制冷剂流道9的制冷剂出口13向上凸起，位于上方的制冷剂流道9的出口连通孔15向下凹陷，二者相连通且边沿密封连接。上述连通方式节省连接管路数量，占用空间小。

每个第一冷却液流道8还可分别设有第一冷却液入口16和第一冷却液出口17；相邻两个第一冷却液流道8，其中位于上方的第一冷却液流道8的第一冷却液入口16与位于下方的第一冷却液流道8的第一冷却液出口17相连通；每个第二冷却液流道10分别设有第二冷却液入口18和第二冷却液出口19，相邻两个第二冷却液流道10，其中位于上方的第二冷却液流道10的第二冷却液入口18与位于下方的第二冷却液流道10的第二冷却液出口19相连通；位于第一换热区2最底部的第一冷却液流道8的第一冷却液入口16与位于第二换热区3最顶部的第二冷却液流道10的第二冷却液出口19相连通；第一冷却液流道8与第二冷却液流道10形成的冷却液流道为弓字形曲折设置，即第一冷却液流道8、第二冷却液流道10分别进行串联连通，该串联连通方式可通过管路相连通，也可以通过如下方式：

相邻两个第一冷却液流道8，其中位于上方的第一冷却液流道8的第一冷却液入口16向下凹陷，位于下方的第一冷却液流道8的第一冷却液出口17向上凸起，二者的边沿密封连接；相邻两个第二冷却液流道10，其中位于上方的第二冷却液流道10的第二冷却液入口18向下凹陷，位于下方的第二冷却液流道10的第二冷却液出口19向上凸起，二者的边沿密封连接。上述连通方式节省连接管路数量，占用空间小。

本发明还设有冷却液进液管20、冷却液出液管21、制冷剂进液管22、制冷剂出液管23；冷却液进液管20设置在位于最底层金属壳体7的下方，冷却液出液管21、制冷剂进液管22、制冷剂出液管23设置在位于最顶层金属壳体7的上方；冷却液进液管20的其中一端与位于最底层的第二冷却液流道10的第二冷却液入口18相连通，冷却液出液管21的其中一端与位于最顶层的第一冷却液流道8的第一冷却液出口17相连通；分别通过制冷剂进液管22和制冷剂出液管23与外界需要加热的系统或者外界制冷系统相连通。制冷剂进液管22的其中一端与位于最顶层的制冷剂流道9的制冷剂入口12相连通，制冷剂进液管22的其中一端与位于最顶层的制冷剂流道9的制冷剂出口13相连通；分别通过冷却液进液管20和冷却液出液管21与外界冷却液回路进行连接，例如外界冷却液回路为整车冷却液回路。

金属壳体7避免了现有PCT液体加热总成采用传统的压铸件结构复杂，无法避免内部卷气，长时间工作后，冷却液或者制冷剂容易产生泄露而导致的绝缘不良的问题。金属壳体7的材料最好为铝，铝是热的良导体，它的导热能力比铁大3倍，是理想的热交换、散热材料。相邻两个金属壳体7之间最好采用钎焊或激光焊接成相对密封的腔体，提高焊接可靠性。钎焊或激光焊属于常规的焊接方法，其中钎焊具有变形小，接头光滑美观，适合于焊接精密、复杂和由不同材料组成的构件等优点。激光焊的具有不需要真空室，焊接过程不产生X射线等优点。解决了传统的压铸件结构因其内部存在气孔导致零部件壁的强度降低，长时间工作后可能出现冷却液进入加热单元，致使产品带电，整车无法行驶的行业技术难题。金属壳体7采用冲压工艺制成，金属壳体7上向上凸起或向下凹陷的通孔边沿、以及凹槽等通过冲压一次成型，结构简单，制造装配方便，提高生产效率。

一种液体加热制冷换热总成，其设有盒状壳体、及设置在盒状壳体内的如上述任一项的一种液体加热制冷换热的集成芯体。盒状壳体为现有技术，材料通常为耐水解材料，起到密封保温的作用，减少热量损失，提高功率密度。本发明通过液体加热制冷换热的集成芯体独特的堆叠结构设计，并安装在盒状壳体内，有效降低融化泄露风险，提升绝缘可靠性。

需要说明的是，除了以上三种方式，用户还可以根据整车端实际需要，采用如下方式：开启制冷剂流道单元4，关闭PTC加热单元1，此时制冷剂流道单元4与外界空调系统相连接。设置输入的冷却液温度低于输入的制冷剂温度，使得第一冷却液流道单元5从制冷剂流道单元4吸收热量，以此提高第一冷却液流道单元5内冷却液温度，输出冷却液达到整车端外界加热目的。若仍达不到预期加热效果，可打开PTC加热单元1，辅助加热第一冷却液流道单元5，进一步提升冷却液温度，达到整车端外界加热目的。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。