CN101799232B - 包括内部热交换器和蓄积器的组合装置 - Google Patents

包括内部热交换器和蓄积器的组合装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种包括内部热交换器和蓄积器的组合装置。本发明涉及组合装置1，包括容纳至少一个热交换器9和蓄积区域11的腔室2，其中所述腔室2根据主中心轴线A延伸并且所述热交换器9根据次中心轴线B延伸，其中，主中心轴线A相对于次中心轴线B偏置。

Description

包括内部热交换器和蓄积器的组合装置
技术领域
本发明涉及与机动车辆的供暖、通风和/或空调系统协作的空调回路的领域。其涉及包含在这样的回路中使内部热交换器与蓄积器相结合的组合装置。还涉及包含这样的组合装置的空调回路。
背景技术
为了调节包含在车辆内部的空气的气动热参数，机动车辆通常设置有供暖、通风和/或空调系统。这样的系统与空调回路协作，以便在气流从外壳排放到车辆内部之前将其冷却。所述回路包括多个元件，冷却剂在其中循环，该冷却剂例如超临界流体，特别是已知为R744的二氧化碳。这些元件包括至少一个压缩机、气体冷却器、内部热交换器、膨胀构件、蒸发器和蓄积器。
冷却剂的循环从压缩机到气体冷却器，然后通过内部热交换器的“高压”分支，然后到达膨胀构件，然后通过蒸发器，然后到达蓄积器，并且最后通过内部热交换器的“低压”分支，以便返回到压缩机。
压缩机设置为接收气态冷却剂并且将其压缩以便使其成为高压。气体冷却器能够在相对恒压下通过将热传递到外界而冷却被压缩的冷却剂。膨胀构件能够通过使离开气体冷却器的冷却剂至少部分地成为液态而降低该冷却剂的压力。蒸发器适于在相对恒压下通过在经过蒸发器的所述气流中吸热而将来自膨胀构件的冷却剂从气态转换为液态。之后，蒸发的冷却剂被吸入压缩机。这些布置使得冷却剂在内部热交换器的“高压分支”内为高压，而在内部热交换器的“低压分支”内为低压。
根据冷却剂在空调回路中的循环方向，空调回路包括从压缩机的出口处开始到膨胀构件的入口处结束的“高压”管路，其中，气体冷却器和热交换器的“高压”分支插置在这两点之间。
根据冷却剂在空调回路中的循环方向，空调回路还包括从膨胀构件的出口处开始到压缩机的入口处结束的“低压”管路，其中，蒸发器、蓄积器和热交换器的“低压”分支插置在这两点之间。
蓄积器在冷却剂的气相和液相之间执行分离功能。为此，蓄积器包括用于此功能的分离区域。蓄积器还执行根据空调回路的使用状态储存冷却剂的循环负荷的功能。为此，蓄积器包括用于蓄积液态冷却剂的区域，该蓄积区域从蒸发器收集。总体上，蓄积器由容纳分离区域和蓄积区域的腔室构成，该腔室包括将蓄积区域限定在腔室底部的下壁。由此，来自蒸发器的液态冷却剂分离成气相和液相，后者在蓄积区域内由于重力蓄积在下分隔部上方。
热交换器称为内部或交换器或内部热交换器，因为它设置为使得在“高压”分支内循环的冷却剂能够向在“低压”分支内循环的冷却剂传热。因此应理解，交换发生于在空调回路的不同位置中循环的同一流体之间，例如没有与空气交换。
文献JP10019421(NIPPON SOKEN；DENSO CORP)公开了将内部热交换器和蓄积器组合为组合装置。通常，后者包括所述腔室，其配置了被盖子关闭的开口。腔室容纳了内部热交换器，在组合装置在空调回路上的使用位置中，该内部热交换器悬在用于液态冷却剂的蓄积区域上方。
来自气体冷却器的高压冷却剂通过设置为穿过腔室的“高压”入口进入组合装置的内部，使得在内部热交换器内部循环并且最终通过也是设置为穿过腔室的“高压”出口从组合装置排放。
来自蒸发器的低压冷却剂通过也设置为穿过腔室的“低压”入口进入组合装置的内部。液态的低压冷却剂由于重力蓄积在腔室的下壁上方，同时气态的低压冷却剂集中在腔室的上部区域。后者容纳弯曲的U形管道，其第一端设置在腔室的上部内以便允许气态的低压冷却剂进入管道，并将其运送到与内部热交换器连通的管道第二端。在内部热交换器内部，高压冷却剂向低压冷却剂传热。气态的低压冷却剂通过也设置为穿过腔室壁的“低压”出口从内部热交换器和组合装置排出。
尽管如此，根据现有技术的这样的组合装置具有重大缺陷。
确实，所述文献JP10019421没有考虑这样的组合装置在车辆发动机舱中的整合。关于空调回路的布置，将“高压”和“低压”冷却剂入口和出口全部设置在同一侧，即，穿过腔室的顶部，似乎是限制性的。此外，装置在车辆中的整合要求找到技术方案以便最小化所讨论的部件占用的空间。
发明内容
因此本发明的目的是主要通过将热交换器创造性地安置在蓄积器的腔室内来解决上面提到的缺陷。为此，热交换器相对于腔室偏心布置，使得组合装置的外尺寸最小化。这样的布置相对于交换器在侧部形成排放腔室，没有必要增加腔室的直径或延伸腔室以便在热交换器下方形成排放腔室。
因此，本发明涉及包括腔室的组合装置，该腔室容纳至少一个热交换器和蓄积区域，其中所述腔室根据主中心轴线延伸并且所述热交换器根据次中心轴线延伸，其特征在于，主中心轴线相对于次中心轴线偏移。
根据本发明的第一特征，主中心轴线和次中心轴线之间的偏移量在一毫米和二十五毫米之间。
根据本发明的第二特征，腔室和热交换器具有圆柱形形状。
根据本发明的另一特征，热交换器包括至少一个第一扁平管，所述第一扁平管绕次中心轴线在自身上缠绕。
根据本发明的另一特征，第一扁平管包括多个通道。
根据本发明的另一特征，热交换器包括进入腔室，该进入腔室延伸到在自身上缠绕的第一扁平管的中心。
有利地，组合装置包括排放腔室，该排放腔室至少部分地围绕热交换器定位，其中，所述排放腔室被热交换器的外壁和腔室的内壁限定。
同样有利地，热交换器包括由第一扁平管的多个通道限定的第一循环路径，其中，所述第一循环路径经由扁平管的第一端与进入腔室连通，并且通过第一扁平管的第二端与排放腔室连通。
根据本发明的有利特征，第一循环路径由与第一扁平管缠绕的第二扁平管限定。
热交换器包括由与第一扁平管缠绕的第三扁平管的多个通道限定的第二循环路径。
根据本发明的另一特征，第二循环路径一方面与位于热交换器周边处的第一通道连通，并且另一方面与第二通道连通，该第二通道的轴线与次中心轴线对齐。
此外，第一扁平管和第二扁平管、第三扁平管、第一通道和第二通道形成一体的组件。
此外，腔室被上分隔部和下分隔部关闭，并且蓄积区域包括设置在热交换器和所述蓄积区域之间的边界处的下壁。
根据本发明的装置包括第一管道，该第一管道穿过上分隔部并引入到位于腔室内且在蓄积区域上方的分离区域。
最后，组合装置包括第二导管，该第二导管穿过下分隔部并引入到排放腔室。
本发明还涉及并入包括至少一个上述特征的组合装置的空调回路。
本发明的最首要的优势在于其能够使部件保持低的外部体积而没有增加内部的压头损失，特别是在第一循环路径上。根据本发明，这使得部件更易于并入在发动机室内，其中空间更加缩小。
附图说明
本发明的其它特征、细节和优势将通过结合附图以阐释目的进行的描述而变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明的组合装置的纵向截面图，
图2是根据本发明的组合装置在热交换器高度处的横向截面图。
上述附图用于描述本发明的实施，并且能够根据情况更好地描述。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的组合装置1，包括腔室2，该腔室被也称为上盖的上分隔部3和也称为下盖的下分隔部4关闭。
腔室2根据主中心轴线A沿纵向方向延伸。腔室2具有圆柱形截面，但还可以是平行六面体(正方体，长方体等)。腔室2沿主中心轴线A的方向测量的长度比垂直于主中心轴线A测量的外直径长。
组合装置1还包括“高压”入口5，通过该入口5来自气体冷却器的冷却剂16被允许进入组合装置1。该“高压”入口5由穿过下分隔部4的第一管状通道12组成，以便连接到热交换器9。组合装置1还包括“高压”出口6，通过该出口6高压冷却剂从组合装置1排放到膨胀构件。该“高压”出口6为第二管状通道13的形式，其在热交换器9的高度处开始以便穿过腔室2的内部空间并且导向穿过上分隔部3。
组合装置1还包括“低压”入口7，来自蒸发器的冷却剂通过该入口7被允许进入组合装置1。“低压”入口7为穿过上分隔部3的第一管道14的形式。组合装置1最后包括“低压”出口8，低压冷却剂通过该出口8从组合装置1排放到压缩机中。在该情况下，该“低压”出口8也为穿过下分隔部4的第二管道15的形式。
组合装置1包括相对于外界密封的腔室2，该腔室容纳热交换器9、离开蒸发器的冷却剂的气相16a和液相16b之间的分离区域10以及蓄积区域11，该蓄积区域用于来自蒸发器或特别是来自分离区域10的液态冷却剂。
所述分离区域10优选具有旋流结构，在一定意义上说，第一管道14相对于组合装置1的腔室2的主中心轴线A偏移，以便能够使来自蒸发器的冷却剂切向进入到所述分离区域10内。切向进入通过设置为穿过第一管道14的圆柱形壁的孔17实现。这些布置能够促进所述气相16a和所述液相16b的相互分离。位于腔室2的内部空间的第一管道14的一端被板18关闭。该板垂直于腔室2的主中心轴线A延伸。在所述板18的周边和腔室2的内壁19之间保留小空隙以便允许冷却剂16的液相16b由于重力朝向蓄积区域11下沉。
蓄积区域11开始于板18的下方。该蓄积区域被下壁20限定，来自蒸发器的液态冷却剂由于重力抵靠该下壁蓄积。空调回路上的组合装置1在空调回路上的使用位置和/或单独地组合装置1的操作位置，由于“低压”入口7被置于下壁20上方，液态冷却剂16由于重力从“低压”入口7朝向下壁20自然落下以致最终停留在后者上。下壁20抵靠腔室2的内壁19紧紧地安装。
蓄积区域11被第二通道13穿过，但是它还被中间管道21穿过，该中间管道的第一端21a导入到分离区域10，在被板19限定的平面上方几毫米处。这样的布置使得能保证冷却剂的液相16b不会返回到中间管道21，这样仅有冷却剂16的气相16a能够穿过它。中间管道21穿过下壁20并具有与热交换器9连通的第二端21b。图1中示出的第一构造中，中间管道21具有比第二通道6大的直径并且相对于后者同轴安装。因此应注意，中间管道21的轴线和第二通道6的轴线二者相对于腔室2的主中心轴线A偏移。在未示出的第二构造中，中间管道21还是具有比第二通道6大的直径。但是，中间管道21的中心轴线与主中心轴线A重合或同轴。因此应理解，中间管道位于腔室2形成的圆柱体的中心。但是在这种构造中，热交换器9还是根据本发明的要求偏移。由此，第二通道6在中间管道21内偏移；也就是说第二通道6的中心轴线没有与中间管道21的中心轴线同轴或重合，因为后者与主中心轴线A重合。
应注意的是，气态冷却剂16朝向内部交换器9下降，同时第二管道6内输送的冷却剂沿上分隔部3的方向上升。在组合装置的这部分中的循环叫做“逆流(counter-current)”。
下壁20优选地垂直于组合装置1的腔室2的主中心轴线A。
分离区域10通过直接位于上分隔部下方而邻近所述上分隔部3。由此蓄积区域11位于分离区域10和下壁20之间，并且板18插置在分离区域10和蓄积区域11之间。
在底部限定蓄积区域11的下壁20设置在热交换器9上方。应该注意的是，根据重力轴线，蓄积区域11设置在热交换器9上方。
腔室2的截面和热交换器9的截面二者都是圆柱形的，由此提供完美的形状配合。
按照腔室2的主中心轴线A，悬于或位于热交换器9之上的蓄积区域11高于热交换器9。
热交换器9包括在自身上缠绕的第一扁平管22，优选地绕热交换器的次中心轴线B，其中，所述次中心轴线B不同于、即不同轴于组合装置1的腔室2的主中心轴线A。应注意的是，由使主中心轴线A和次中心轴线B分开的距离形成的偏移量d使得下分隔部4的一区域空出，则使得第二通道15容易地引入到该区域中，而不增加腔室2的外直径，并且因此不增加作为整体的组合装置的外直径。应注意的是，主中心轴线A和次中心轴线B是平行的。
第一扁平管22容纳多个通道23，还称为微通道，用于低压冷却剂通过。该多个通道23包括用于低压冷却剂的第一循环路径。该第一循环路径一方面与进入腔室24连通，并且另一方面与排放腔室25连通。进入腔室24由中间管道21的端部21b、在自身上缠绕的第一扁平管22的第一圈(turn)和下分隔部4限定。
排放腔室25由第三扁平管27(下面将详细描述)和/或第一扁平管22的缠绕部的外圈(由此限定热交换器9的外壁)、下壁20、下分隔部4并最后由腔室2的垂直在热交换器9上的内壁19限定。主中心轴线A和次中心轴线之间的偏移量d的结果是排放腔室的截面为卵形。
第一循环路径包括配备多个通道23的第二扁平管26。该第二扁平管26与第一扁平管22缠绕并且它们一起形成用于“低压”冷却剂16的第一循环路径。
热交换器9还包括第三扁平管27，它的多个通道23限定了第二循环路径，其中后者用于“高压”冷却剂。该第三扁平管27一方面与在热交换器周边处与第一通道12连通，并且另一方面与第二通道13连通，该第二通道13的轴线与热交换器9的次中心轴线B对齐或重合。第一通道12紧密连接(例如，焊接、钎焊等等)到第三扁平管27的端部并且多个通道23与第一通道12的内部流体地连通。第三扁平管27的另一端也是如此，其与第二通道13连通。
如果热交换器9不包括第二扁平管26，则它包括共同缠绕的第一扁平管22和第三扁平管27，以便分别形成第一循环路径和第二循环路径。
在一变型中，第一循环路径配备第一和第二扁平管22、26，第三扁平管27则插置或夹在第一和第二扁平管之间。
在这些情况下，三个扁平管(第一，第三和第二)绕热交换器9的次中心轴线B缠绕，使得由所述管形成的各圈一个交插在另一个中。
中间子组件由第一扁平管22和第二扁平管26、第三扁平管27、第一通道12和第二通道13组成，由此形成一体的组件。只要上面提到的元件不可拆除地连接，就构成了该组件，而不破坏该一体的组件。它有利地包括坚固和紧密的连接(例如通过钎焊、焊接等保证)，其能够保证所有所述元件彼此连接。
图2示出了本发明根据垂直于腔室2的主中心轴线A的横截面视图。断续线C-C和断续线F-F之间的交叉点示出了腔室2的主中心轴线A，更特别地，示出了由内壁19限定的空间的中心轴线。腔室2的厚度仅部分地示出使得图2不会变复杂。
断续线E-E和断续线F-F之间的交叉点示出了热交换器9的次中心轴线B。偏移量d是腔室2的主中心轴线A和热交换器9的次中心轴线B分开的距离，其中所述偏移量的最小值是1毫米，在该值以下，热交换器9侧部空间的增加是勉强的(marginal)。偏移量d的最大值为25毫米，因为这是保持热交换器的外直径和腔室2的外直径之间满意折衷的最大值。
在这两个值之间，本发明空出了热交换器9侧部的空间，并且该空间形成了排放腔室25。应注意的是，第二管道15可以更容易地安置，而不要求增加腔室2的直径，热交换器9的直径、腔室2的直径和第二管道15的直径是恒定的。
第三扁平管27通过一端连接至位于热交换器9周边处的第一通道12，而第三扁平管27的另一端连接到第二通道13，该第二通道的轴线与热交换器9的次中心轴线B重合。
第一扁平管22和第二扁平管26经由扁平管的端部在进入腔室中收集“低压”的气态冷却剂。“低压”冷却剂相对于“高压”冷却剂的循环以逆流进入第一和第二扁平管22、26，该“高压”冷却剂进入第三扁平管27。“低压”流体通过第一和第二扁平管22和26的端部离开，以便传播进入到排放腔室26中并且经由第二管道15离开组合装置1。
上述设置使得组合装置1能够通过上分隔部3和下分隔部4流体地连接到空调回路。因此，组合装置1一方面和压缩机，另一方面和气体冷却器之间的连接通过连接在下分隔部4上的管道形成，同时组合装置1一方面和蒸发器，另一方面和膨胀构件之间的连接通过连接在上分隔部3上的管道形成。这样的布置有助于组合装置1在空调回路中的整合并且因此有助于其在机动车辆的发动机舱中的整合。
术语“上”，“下”，“悬”，“下部”，“上部”应该根据组合装置1的使用位置理解。该使用位置能够通过根据本发明的组合装置1在车辆的空调回路中的安装容易地确定。然而该使用位置还可以单独通过组合装置1容易地确定，即，与其在空调回路中的安装无关，只要其操作实际可行。

Claims (16)

1.一种组合装置(1)，包括容纳至少一个热交换器(9)、蓄积区域(11)和分离区域(10)的腔室(2)，其中，所述腔室(2)根据主中心轴线(A)延伸并且所述热交换器(9)根据次中心轴线(B)延伸，主中心轴线(A)相对于次中心轴线(B)偏移，其中，第一管道(14)相对于主中心轴线(A)偏移，以便能够使冷却剂切向进入到分离区域内，冷却剂的切向进入通过设置为穿过第一管道(14)的圆柱形壁的孔(17)实现。
2.按照权利要求1所述的组合装置，其中，主中心轴线(A)和次中心轴线(B)之间的偏移量(d)在1和25毫米之间。
3.按照权利要求1或2所述的组合装置，其中，腔室(2)和热交换器(9)具有圆柱形形状。
4.按照权利要求1或2所述的组合装置，其中，热交换器(9)包括至少一个第一扁平管(22)，所述第一扁平管绕次中心轴线(B)在自身上缠绕。
5.按照权利要求4所述的组合装置，其中，第一扁平管(22)包括多个通道(23)。
6.按照权利要求4所述的组合装置，其中，热交换器(9)包括进入腔室(24)，该进入腔室延伸到在自身上缠绕的第一扁平管(22)的中心。
7.按照权利要求1或2所述的组合装置，其中，它包括至少部分地围绕热交换器(9)定位的排放腔室(25)，其中，所述排放腔室(25)至少由热交换器(9)的外壁和腔室(2)的内壁(19)限定。
8.按照权利要求6所述的组合装置，其中，它包括至少部分地围绕热交换器(9)定位的排放腔室(25)，其中，所述排放腔室(25)至少由热交换器(9)的外壁和腔室(2)的内壁(19)限定，且其中，热交换器包括由第一扁平管(22)的多个通道(23)限定的第一循环路径，其中，所述第一循环路径经由扁平管(22)的第一端与进入腔室(24)连通，并且通过第一扁平管(22)的第二端与排放腔室(25)连通。
9.按照权利要求8所述的组合装置，其中，第一循环路径由与第一扁平管(22)缠绕的第二扁平管(26)限定。
10.按照权利要求4所述的组合装置，其中，热交换器(9)包括第二循环路径，该第二循环路径由与第一扁平管(22)缠绕的第三扁平管(27)的多个通道(23)限定。
11.按照权利要求10所述的组合装置，其特征在于，第二循环路径一方面与位于热交换器(9)周边处的第一通道(12)连通，并且另一方面与第二通道(13)连通，该第二通道的轴线与次中心轴线(B)对齐。
12.按照权利要求11所述的组合装置，其中，第一扁平管(22)和第二扁平管(26)、第三扁平管(27)、第一通道(12)和第二通道(13)形成一体的组件。
13.按照权利要求1或2所述的组合装置，其中，腔室(2)被上分隔部(3)和下分隔部(4)关闭，并且蓄积区域(11)包括设置在热交换器(9)和所述蓄积区域(11)之间的边界处的下壁(20)。
14.按照权利要求13所述的组合装置，其中，其包括第一管道(14)，该第一管道穿过上分隔部(3)，并引入到位于腔室(2)内且在蓄积区域(11)上方的分离区域(10)中。
15.按照权利要求13所述的组合装置，其中，它包括至少部分地围绕热交换器(9)定位的排放腔室(25)，其中，所述排放腔室(25)至少由热交换器(9)的外壁和腔室(2)的内壁(19)限定，且其中，其包括第二管道(15)，该第二管道穿过下分隔部(4)并引入到排放腔室(25)中。
16.一种空调回路，其并入有按照前述任一项权利要求所述的组合装置。
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