CN101762132A - 包括组成空调回路的蓄积器和内部热交换器的组合装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括组成空调回路的蓄积器和内部热交换器的组合装置。该组合装置(12)包括容置至少一个内部热交换器(5)和聚积区(18)的腔室(17)，所述聚积区(18)由至少一个下壁(42)限定，其特征在于，下壁(42)处于内部热交换器(5)上方。

Description

包括组成空调回路的蓄积器和内部热交换器的组合装置

技术领域

本发明涉及与机动车供暖、通风和/或空气调节单元配合的空气调节回路领域。其主题是一种组合装置，包括形成这种回路一部分的蓄积器和内部热交换器。本发明的另一主题是包括这种组合装置的空气调节回路

背景技术

机动车通常装备有供暖、通风和/或空气调节单元以调节包含在车辆内的空气的气动热(aerothermal)参数。例如这样的单元与空气调节回路配合以在空气被输送到车辆内部之前冷却该空气流。所述回路包括有制冷剂流体接连循环流过的多个元件，该制冷剂流体例如是超临界流体，特别是已知标号R744的二氧化碳。这些元件包括至少压缩机、气体冷却器、内部热交换器、膨胀构件、蒸发器和蓄积器。

制冷剂流体从压缩机流到气体冷却器，然后通过内部热交换器的“高压”支路，然后到达膨胀构件且然后通过蒸发器并到达蓄积器且最后在返回到压缩机之前通过内部热交换器的“低压”支路。

压缩机接收气态制冷剂流体且将其压缩以将其升到高压。气态冷却器能以相对恒定的压力冷却被压缩的制冷剂流体，将热散发到其周围环境。膨胀构件能降低离开气体冷却器的制冷剂流体的压力，将其至少部分地转变为液态。就蒸发器本身而言，蒸发器能以相对恒定的压力通过从穿过该蒸发器的所述空气流吸热而把来自膨胀构件的液态制冷剂流体转变为气态。蒸发的制冷剂流体然后被压缩机吸走。这些配置使得制冷剂流体在内部热交换器的“高压”支路内处于高压，同时在该内部热交换器的“低压”支路内处于低压。

蓄积器执行的功能是将制冷剂流体的气相与其液相分离。为此，蓄积器包括用于该功能的分离区域。根据空气调节回路的使用条件，该蓄积器还用于储存制冷剂流体的循环负荷(circulating charge)。为此，蓄积器包括蓄积区域，该蓄积器从蒸发器收集的液态制冷剂流体蓄积在该蓄积区域中。概括地，蓄积器包括容纳分离区域和蓄积区域的腔室，该腔室包括下壁，该下壁限定处于腔室下部的蓄积区域。因此，来自蒸发器的液态制冷剂流体分离为气相和液相，后者在重力作用下在蓄积区域内蓄积在下壁上。

内部热交换器被构造为使得循环穿过“高压”支路的制冷剂流体可将热传给在“低压”支路内循环的制冷剂流体。

文献JP 10019421(NIPPON SOKEN；DENSO CORP)提到将内部热交换器和蓄积器关联为组合装置的形式。概括地，后者包括所述腔室，其设置有通过盖体关闭的开口。腔室容纳位于蓄积区域垂直上方的内部热交换器，液态制冷剂流体蓄积在该蓄积区域中，当该组合装置在空气调节回路上处于使用位置中时，热交换器插置在分离区域和蓄积区域之间。

来自气体冷却器的高压制冷剂流体通过形成为穿过该盖体的“高压”入口进入该组合装置，以在内部热交换器内循环，且最后通过同样形成为穿过该盖体的“高压”出口而从组合装置排出。

来自蒸发器的“低压”制冷剂流体通过同样形成为穿过该盖体的“低压”入口进入组合装置。液态的低压制冷剂流体在重力的作用下趋于蓄积在腔室下壁的顶部上，而气态的低压制冷剂流体趋于集中在腔室的上部区域中。后者容纳设置为U形的弯管，第一端位于腔室的上部中以允许气态的低压制冷剂流体进入该管且传送其到管的第二端，该第二端与内部热交换器相通。在后者中，高压制冷剂流体将热传给低压制冷剂流体。气态的低压制冷剂流体通过同样形成为穿过盖体的“低压”出口而从内部热交换器和从组合装置排出。

例如这样的组合装置具有结构过度复杂的缺点，这值得简化。

更具体地，诸如这样的组合装置由相当数量的不同部件组成，导致制造成本需要降低。

最后，文献JP 10019421所述的装置没有考虑例如这样的组合装置被并入到机动车的发动机舱内的情况。看起来在空气调节回路的布置方面具有局限，该布置使得用于制冷剂流体的“高压”和“低压”入口和出口都建立在同一侧，也就是说穿过腔室的盖体。

发明内容

本发明的第一目的是提出一种组合装置，包括容纳内部热交换器和蓄积区域的腔室，用于流过该组合装置的液态制冷剂流体，组成所述装置的部件的结构配置尽可能地简单，且这些部件的数目尽可能地低。

本发明的第二目的是提出一种包括这种组合装置的空气调节回路，该组合装置的布置使得其可容易地并入到空气调节回路的特定结构中。本发明考虑用于制冷剂流体的入口或出口，这些入口或出口定位在根据本发明的组合装置的每个端部处。具体地，在发动机舱内输送制冷剂流体的导管所循的回路由其中可用的空间决定。组合装置的每端连接两个导管与现有技术的组合装置相比具有相当大的优点，在现有技术中所有四个导管都一起定位在同一个端部。

本发明的装置是一种组合装置，包括容纳至少一个内部热交换器和蓄积区域的腔室。所述蓄积区域由至少一个下壁限定。下壁在内部热交换器之上。

优选地，该腔室包括彼此相对的上分隔部和下分隔部，上分隔部装备有“低压”入口和“高压”出口，而下分隔部装备有“高压”入口和“低压”出口。“低压”入口通过穿过组合装置的“低压”流动路径连接到“低压”出口，“高压”通过穿过组合装置的“高压”流动路径入口连接到“高压”出口。

上分隔部优选地设置为上盖，以关闭腔室包括的上开口，而下分隔部设置为下盖，以关闭同样是腔室包括的下开口。

上盖有利地装备有所述“低压”入口和所述“高压”出口，而下盖装备有所述“高压”入口和所述“低压”出口。

根据第一替换形式的实施例，腔室包括容纳划分分隔部的管，该划分分隔部把所述蓄积区域与所述内部热交换器分开，该划分分隔部构成所述下壁。

根据第二替换形式的实施例，腔室包括上容器和下容器，它们通过各自的端壁头对尾连接在一起，该端壁一起构成所述下壁。

优选地，腔室还容纳靠近上盖的分离区域。

蓄积区域优选地插置在分离区域和下壁之间。

板优选地插置在分离区域和蓄积区域之间。

有利地，在板的边缘和限定蓄积区域的至少一个侧壁之间形成有空间。

“高压”入口和“低压”出口优选地相对于组合装置的纵向延伸轴线Δ彼此径向地相对，该轴线是腔室的纵向轴线。

优选地，“高压”入口、“低压”出口、“低压”入口和“高压”出口包含在组合装置的同一个总的延伸平面P中。

内部热交换器优选地包括在其自身上缠绕的至少一个扁管。

本发明的空气调节回路主要特征在于所述回路包括这种组合装置。

当组合装置处于空气调节回路上的使用位置中时，蓄积区域有利地位于内部热交换器之上。

下壁优选地构成用于接收来自所述回路包括的蒸发器的液态制冷剂流体的壁。

优选地，所述“低压”流动路径构成空气调节回路的“低压”线路BP，而所述“高压”流动路径构成空气调节回路的“高压”线路HP。

附图说明

通过研究结合参考附图给出的各种替换形式的实施例的说明，可更好地理解本发明，并明白其相关细节。在附图中：

图1是包括根据本发明的组合装置的空气调节回路的示意图；

图2和3是前述附图中示出的组合装置的各种替换形式的实施例的纵向截面示意图。

具体实施方式

在图1中，机动车装备的供暖、通风和/或空气调节单元与空气调节回路1配合以在空气流2输送到车辆内之前将其冷却。空气调节回路1包括压缩机3、气体冷却器4、内部热交换器5、膨胀构件6、蒸发器7和蓄积器8，诸如超临界流体(supercritical fluid)、特别是称为R744的二氧化碳这样的制冷剂流体在该调节回路中循环流动。更具体地，制冷剂流体从压缩机3流动到气体冷却器4然后通过内部热交换器5的“高压”支路9，然后到达膨胀构件6，且然后通过蒸发器7，到达蓄积器8且最后在返回到压缩机3之前穿过内部热交换器5的“低压”支路10。这些配置是用于允许在所述“高压”支路9内流动的高压高温制冷剂流体和在所述“低压”支路10内流动的低压低温制冷剂流体之间的热交换，该作用改善了空气调节回路1的使用系数“COP(coefficient of performance)”。

空气调节回路1包括“高压”管线HP，沿制冷剂流体在空气调节回路1内的流动方向11，该“高压”管线从压缩机3的出口处开始且结束于膨胀构件6的入口处，气体冷却器4和内部热交换器5的“高压”支路9插置在这两点之间。

空气调节回路1还包括“低压”管线BP，沿制冷剂流体在空气调节回路1内的流动方向11，该“低压”管线从膨胀构件6的出口开始且结束于压缩机3的入口处，蒸发器7、蓄积器8和内部热交换器5的“低压”支路10插置在这两点之间。

沿制冷剂流体在空气调节回路1内的流动方向11位于蒸发器7下游的蓄积器8允许离开蒸发器7的任何剩余的液态制冷剂流体被回收。蓄积器8还允许离开蒸发器7的制冷剂流体的气相与其液相分离。

内部热交换器5和蓄积器8被联合为组合装置12，一起形成单件组件，其共同执行内部热交换器5和蓄积器8的功能。所述装置12的组合特性允许内部热交换器5和蓄积器8被同时安装在空气调节回路1上，这些实体形成整合组件。还具有的作用是能省掉安装在发动机舱中的位于蓄积器8的出口和内部热交换器5的“低压”支路10的入口之间的管。

组合装置12包括“高压”入口13，来自气体冷却器4的制冷剂流体通过该入口被允许进入组合装置12。组合装置12还包括“高压”出口14，高压制冷剂流体通过该出口从组合装置12排到膨胀构件6。“高压”入口13和“高压”出口14通过“高压”支路9彼此连接。

组合装置12还包括“低压”入口15，来自蒸发器7的制冷剂流体通过该入口被允许进入组合装置12。组合装置12最后包括“低压”出口16，低压制冷剂流体通过该出口从组合装置12排到达压缩机3。显然，“低压”入口15和“低压”出口16通过“低压”支路10以及通过组合装置12包括的分离区域41和蓄积区域18而彼此连接。

在图2和3中，组合装置12包括流体密封(fluidtight)腔室17，其容纳内部热交换器5、分离区域41和蓄积区域18，该分离区域使离开蒸发器7的制冷剂流体的气相和液相分离，来自蒸发器7的液态制冷剂流体且更特别地是来自分离区域41的液态制冷剂流体蓄积在蓄积区域18。

所述分离区域41优选地具有气旋型结构，因为“低压”入口15从组合装置12的纵向延伸轴线Δ偏移以允许来自蒸发器7的制冷剂流体切向地进入所述分离区域41。这些配置目的在于促进气相和液相之间的分离。

蓄积区域18由下壁42限定，来自蒸发器7的液态制冷剂流体在重力作用下蓄积在该下壁上。由于当组合装置12在空气调节回路1上处于使用位置时和/或由于当组合装置12单独处于其操作位置时，“低压”入口15位于下壁42之上，液态制冷剂流体在重力作用下从“低压”入口15朝向下壁42自然地滴落，以最终停留在下壁上。

下壁42优选地垂直于组合装置12的纵向延伸轴线Δ。下壁42与至少一个侧壁43接触并被其延伸，该侧壁平行于组合装置12的纵向延伸轴线Δ延伸。侧壁43例如成形为圆柱形，其对称轴线Δ’与组合装置12的纵向延伸轴线Δ重合。侧壁43限定了由上盖25关闭的上开口26。这意味着下壁42、侧壁43和上盖25包围蓄积区域18和分离区域41。换句话说，蓄积区域18和分离区域41一起容纳在下壁42、侧壁43和上盖25之间。

分离区域41与所述上盖25相邻并直接定位在该上盖下方。由此，蓄积区域18定位在分离区域41和下壁42之间。板44插置在分离区域41和蓄积区域18之间，在板44的边缘46和侧向地限定蓄积区域18的侧壁43之间形成空间45。

根据本发明，在下部限定蓄积区域18的下壁42被定位在内部热交换器5之上。与现有技术的惯常做法相反，本发明的发明人选择把蓄积区域18的下壁42且更加由此蓄积区域18自身定位在内部热交换器5的垂直上方，但是由于来自蒸发器7的液态制冷剂流体在重力的作用下集中在蓄积区域18内，根据现有技术的组合装置将其蓄积区域定位在内部热交换器之下。术语“之上”、“之下”、“垂直上方”、“下”和“上”应被理解为是针对处于使用位置中的组合装置12而言。该使用位置从根据本发明的组合装置12如何安装在车辆的空气调节回路1中而可被容易地确定。但是该使用位置可单独利用组合装置12而容易地确定，也就是说独立于其在空气调节回路1中的安装，只要其操作可行。在这种情况下，且根据蓄积区域18的下壁42的识别的容易性，本发明的特点在于，内部热交换器5定位在所述下壁42之下，当组合装置12处于使用位置和/或操作位置中时，该下壁被液态制冷剂流体覆盖且浸在其中。

由于本领域技术人员不仅能识别组合装置12的蓄积区域18，而且能识别上盖25，该上盖限定蓄积区域18且设置有用于制冷剂流体的“低压”入口15，本领域技术人员也能容易地辨认出与上盖25相对的下壁42，且将注意到，根据本发明，下壁42相对于表示重力的垂直轴线g覆盖内部热交换器，该垂直轴线g基本上平行于所述纵向延伸轴线Δ和所述对称轴线Δ’。

内部热交换器5垂直上方的或位于其顶部上的蓄积区域18被设计为沿对应于重力的垂直轴线g高于内部热交换器5。

有利地，蓄积区域18高于内部热交换器5的这种配置倾向于直接位于内部热交换器5的顶部上，也就是说，容纳在由根据本发明的组合装置12的侧壁43限定的体积内且在该热交换器之上。

这些配置使得限定“低压”流动路径36和“高压”流动路径35的内部部件，特别是用于传输制冷剂流体的管道系统，被尽可能地减少，以避免过度的额外重量和额外体积。这种管道系统还是直的，因此降低了根据本发明的组合装置12内的压降。更具体地，所述路径35、36没有对制冷剂流体的一致和均匀流动极其不利的弯管。例如，“高压”流动路径35平行于组合装置的纵向延伸轴线Δ从组合装置12的一端穿到另一端(不包括内部热交换器5的“高压”支路9)。最后，在制冷剂流体中包含油以改善压缩机寿命的通常情况下，蓄积区域18位于内部热交换器5垂直上方使得油能在重力的作用下更加容易地重新整合到内部热交换器5的“低压”支路10中。

内部热交换器5例如包括在自身上缠绕的扁管，优选地绕组合装置12的纵向延伸轴线Δ，扁管容纳供高压制冷剂流体通过的微通道，在缠绕的扁管的圈(turn)之间形成有间隙空间，以允许低压制冷剂流体在这些圈之间穿过。

再例如，内部热交换器5包括两个扁管，这两个扁管绕组合装置12的纵向延伸轴线Δ缠绕使得由所述管形成的各圈彼此嵌套。在另一替换形式的实施例中，内部热交换器5包括螺旋缠绕的三个扁管，位于另两个管之间或夹在这两个管之间的第一管是形成高压通路一部分的管，而另两个管具有穿过其流动的低压制冷剂流体。

上盖25构成腔室17的上分隔部19的优选形式的实施例。同样，下盖27是腔室17的下分隔部20的优选形式的实施例，所述下盖27被装配到腔室17的下开口28。

上分隔部19和下分隔部20彼此相对，也就是说，设置在腔室17的两个相对端部处，腔室优选为圆柱形和细长形状。上分隔部19装备有“低压”入口15和“高压”出口14，该“低压”入口使得制冷剂流体进入组合装置12，该“高压”出口使得制冷剂流体离开组合装置12。下分隔部20装备有“高压”入口13和“低压”出口16，该“高压”入口允许制冷剂流体进入组合装置12，该“低压”出口使得制冷剂流体离开组合装置12。

根据上述的优选形式的实施例，上盖25装备有“低压”入口15和“高压”出口14，该“低压”入口使得制冷剂流体进入组合装置12，该“高压”出口使得制冷剂流体离开组合装置12，而下盖27装备有“高压”入口13和“低压”出口16，该“高压”入口使得制冷剂流体进入组合装置12，该“低压”出口使得制冷剂流体离开组合装置12。

这些配置使得，组合装置12可经由上分隔部19和下分隔部20、且根据上述优选形式的实施例通过上盖25和下盖27，而被流体地连接到空气调节回路1。这意味着组合装置12一方面和压缩机3及另一方面和气体冷却器4之间的连接通过连接到下盖27的管实现，而组合装置12一方面和蒸发器7及另一方面和膨胀构件6之间的连接通过连接到上盖25的管实现。这种配置使得组合装置12容易并入到空气调节回路1中且由此容易并入到机动车的发动机舱中。

“高压”入口13和“低压”出口16被构造为相对于组合装置12的纵向延伸轴线Δ彼此径向地相对。更特别地，“高压”入口13、“低压”出口16、“低压”入口15和“高压”出口14被容纳在组合装置12的同一个的纵向延伸平面P中，例如图2和3的平面。径向地相对的配置留出最大量的空间用于容纳空气调节回路的管的连接器。

根据图2所示的第一替换形式的实施例，腔室17采用圆柱管29的形式，该圆柱管还沿纵向延伸轴线Δ是细长的，也就是说，其长度大于其直径。管29容纳划分分隔部30，把蓄积区域18与内部热交换器5隔开。在这种情况下，划分分隔部30构成下壁42，也就是说是一端壁，该端壁接收在其上蓄积的液态制冷剂流体。该划分分隔部30流体密封地安装在管29内，以防止制冷剂流体在重力作用下从蓄积区域18朝向内部热交换器5的任何流动。

根据图3所示的第二替换形式的实施例，腔室17包括上容器31和下容器32，它们通过它们各自的端壁33、34彼此头对尾地组合在一起。在这种情况下，上容器31的端壁33构成下壁42，该下壁接收蓄积在其上的液态制冷剂流体。上容器31的端壁33位于内部热交换器6的垂直上方。这种方案的优点在于容易制造上容器31和下容器32，它们是相同的，以使得用在根据本发明的组合装置12中的部件可被标准化。

用于回收由制冷剂流体携带的油的装置37被装配到“低压”流动路径36，以使得容易把该油重新整合到内部热交换器5的“低压”支路10的上游。

蓄积区域18还设置有干燥剂38以干燥低压制冷剂流体。蓄积区域例如设置有油过滤器40以拦截由该油携带的任何杂质。

Claims (15)

1.一种组合装置(12)，包括容纳至少一个内部热交换器(5)和蓄积区域(18)的腔室(17)，所述蓄积区域(18)由至少一个下壁(42)限定，其特征在于，下壁(42)位于内部热交换器(5)之上。

2.根据前述权利要求所述的组合装置(12)，其特征在于，所述腔室(17)包括彼此相对的上分隔部(19)和下分隔部(20)，上分隔部(19)装备有“低压”入口(15)和“高压”出口(14)，而下分隔部(20)装备有“高压”入口(13)和“低压”出口(16)，“低压”入口(15)通过穿过组合装置(12)的“低压”流动路径(36)连接到“低压”出口(16)，“高压”入口(13)通过穿过组合装置(12)的“高压”流动路径(37)连接到“高压”出口(14)。

3.根据前述任一权利要求所述的组合装置(12)，其特征在于，上分隔部(19)被设置为上盖(25)以封闭所述腔室(17)包括的上开口(26)，而下分隔部(20)被设置为下盖(27)以封闭同样是所述腔室包括的下开口(28)。

4.根据权利要求2和3所述的组合装置(12)，其特征在于，上盖(25)装备有所述“低压”入口(15)和所述“高压”出口(14)，而下盖(27)装备有所述“高压”入口(13)和所述“低压”出口(16)。

5.根据前述任一权利要求所述的组合装置(12)，其特征在于，所述腔室(17)是容纳划分分隔部(30)的管(29)，该划分分隔部把所述蓄积区域(18)与所述内部热交换器(5)分开，该划分分隔部(30)构成所述下壁(42)。

6.根据权利要求1至4任一项所述的组合装置(12)，其特征在于，所述腔室(17)是通过它们各自的端壁(33，34)头对尾地连结在一起的上容器(31)和下容器(32)，上容器(31)的端壁(33)构成所述下壁(42)。

7.根据权利要求3至6任一项所述的组合装置(12)，其特征在于，所述腔室(17)还容纳靠近上盖(25)的分离区域(41)。

8.根据权利要求7所述的组合装置(12)，其特征在于，蓄积区域(18)插置在分离区域(41)和下壁(42)之间。

9.根据权利要求2至6任一项所述的组合装置(12)，其特征在于，板(44)插置在分离区域(41)和蓄积区域(18)之间。

10.根据权利要求7所述的组合装置(12)，其特征在于，在板(44)的边缘(46)和限定蓄积区域(18)的至少一个侧壁(43)之间形成有空间(45)。

11.根据前述任一权利要求所述的组合装置(12)，其特征在于，内部热交换器(5)包括在其自身上缠绕的至少一个扁管。

12.一种空气调节回路(1)，包括根据前述任一权利要求所述的组合装置(12)。

13.根据权利要求12所述的空气调节回路(1)，其特征在于，当组合装置(12)在空气调节回路(1)上处于使用位置时，蓄积区域(18)位于内部热交换器(5)上方。

14.根据权利要求12或13所述的空气调节回路(1)，其特征在于，下壁(42)构成用于接收来自所述回路(1)所包括的蒸发器(7)的液态制冷剂流体的壁。

15.根据权利要求12至14任一项结合权利要求2所述的空气调节回路(1)，其特征在于，所述“低压”流动路径(36)构成空气调节回路(1)的“低压”线路BP，而所述“高压”流动路径(37)构成空气调节回路(1)的“高压”线路HP。

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