CN102124260A - 用于空调回路的接头和供给组件 - Google Patents

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罗伯托·德菲利皮
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SumiRiko Italy SpA
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    • F16L2011/047—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with a diffusion barrier layer

Abstract

一种用于制冷剂导引回路的接头，其限定有适合于容置O形圈的座(14)，并包括限定朝向座(14)逐渐变细的第一斜面(21)的第一环形凸台(15)，限定朝向座(14)逐渐变细的第二斜面的第二环形凸台(16)，其中第一环形凸台(15)沿轴向位于座(14)与第二环形凸台(16)之间。

Description

用于空调回路的接头和供给组件
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的空调回路的接头和导引组件。
背景技术
机动车的空调系统是制冷剂流经的回路。所述空调系统由多个部件构成，所述部件包括压缩机、冷凝器、干燥箱、膨胀系统和蒸发器。所有这些部件借助管形元件连接到一起，该管形元件的两端具有紧固元件和确保水密性的连接装置。
空调系统的构成部件被容置在车辆的发动机舱内，其中压缩机由机动车的驱动轴带动，而其他部件固定到主体部分。在空调系统中具有低压元件和高压元件。在使用中，高压元件承受到30bar数量级的制冷剂压力。
长期用于机动车的制冷剂的是被称为“R-134”的氟利昂气体。为了克服这种气体的污染性，极其重要的是用于导引(adduction)这种气体的管基本上为不可渗透的。此外，也期望具有低渗透性，由此即使经过一定的时间系统仍可保持其功能和效率。
然而，国际环境规程规定寻找具有较低全球变暖可能性(GWP)的氟利昂R-134的替代方案。其中，可从Honeywell和Dupont得到的1234 YS气体已被证明是有效的。然而，即便通过使用较低GWP气体作为制冷剂，极度重要的仍然是元件(即用于导引的管和接头)具有尽可能最小的渗透性，以及特别是在机动车的长期磨损和基本上全部寿命后仍具有令人满意的高压机械特性。
具体地，汽车制造商规定，由管和接头构成的、旨在用于空调系统中导引制冷剂的线路需克服多个实验测试，例如验证其机械特性的热膨胀测试(heat burst test)、周期性耐压力变化测试、对于待运送的流体的渗透性的测试以及耐化学试剂的测试。
通常，为了导引制冷剂，汽车制造领域中的空调系统通过使用铝管，或者使用这种金属结合多层橡胶管来满足这些需求，在该铝管的端部设有钎焊的凸缘和中间橡胶管，该中间橡胶管带有安装在橡胶自身上的球形罩万向节(bell joint)或搭扣配合件。
然而，汽车制造领域的主要趋势是，如果可能，通过塑料制成的等同结构来代替金属管或橡胶管，以便降低制造成本以及降低由此获得的空调系统的总重量，并且由于较低的消耗对于发动机的CO2排放也具有相应的益处。
由于空调回路使用塑料管，所以对制造压力接头提出要求，需要能够满足当管由铝制成时采用的连接方法的所有要求。
发明内容
因此，本发明的目的是制造一种接头和导引组件，其能够有效替代当前在机动车领域中的空调系统中使用的基于铝的应用的元件。
根据本发明，分别根据权利要求1和权利要求5来制造空调回路的接头和导引组件。
附图说明
为了更好地理解本发明，将参考附图来进一步描述，具体地
图1是空调回路的视图；
图2是图1的回路的制冷剂导引组件的立体图；以及
图3是根据本发明的接头的轴向剖视图。
具体实施例
在图1中，附图标记1整体上表示用于机动车的空调系统，其包括冷凝器2、干燥箱3、膨胀系统4、蒸发器5和压缩机6。低压段BP在图1用点划线表示。而实线表示高压段AP，其实质上在压缩机6与膨胀系统4之间可见。在高压段AP，在约100℃的温度和20bar数量级的压力下使用制冷剂(R-134)。图1所示的空调系统的部件通过多个中空部件，即管7和各个接头8(图2)，连接起来。
接头8(图3)包括插入管中的管形部9、从管轴向延伸出的管形部10以及安插在管形部9和10之间并限定管的轴向邻接的凸缘11。
管形部9按顺序包括：截头圆锥形的导入部12、限定用于O形圈(未示出)的座14的部分13、邻近部分13的环形凸台15和邻近凸缘11的环形凸台16.
具体地，座14具有由环形凸台17所限定的第一侧面，环形凸台17则由朝向导入部12逐渐变细的斜面18和以斜面18为基准设置在导入部12相对一侧上的圆柱表面19限定。座14还具有面向第一侧面并由直径与圆柱表面19相同的环形圆柱凸台20限定的第二侧面。
优选地，环形凸台15和环形凸台16相同，并且每个凸台都具有朝向导入部12逐渐变细的斜面21和直径与斜面21的最大直径相同的柱面区段22。
优选地，凸台15、16的最大直径大于圆柱表面19、20的直径。
此外，环形凸台15、16通过直径大于座14的底部直径且轴向长度大于夹具长度的圆柱面23而轴向间隔开。
根据一优选实施例，接头8包括一包含热塑性共聚物的层，该热塑性共聚物包括聚酰胺-6，10。
优选地，包含聚酰胺-6，10的层包括超过60％的聚酰胺-6，10。更优选地，该层包括超过90％的聚酰胺-6，10。甚至更优选地，该层完全由聚酰胺-6，10构成。
优选地，聚酰胺-6，10包括超过60％的、从包含癸二酸单元的第一单体和包含已二胺单元的第二单体所获得的共聚物。更优选地，聚酰胺-6，10包括超过90％的、从包含癸二酸单元第一单体和包含己二胺单元的第二单体获得的共聚物。甚至更优选地，聚酰胺-6，10由从包含癸二酸单元的第一单体和包含己二胺单元的第二单体获得的共聚物组成。
优选地，使用由EMS生产的S系列树脂。例如，使用
Figure BPA00001307394500032
S FR5347树脂。
密度约为1.07g/cm3的这种树脂具有约等于220℃的熔点和约2.3GPa的杨氏模量(Young′s module)。还具有对油(例如PAG2或POE)、对可燃物、对水和对盐水溶液的耐化学性的显著属性，相对于由其他聚酰胺(例如PA6和PA12)制成的管，由这种树脂制成的接头还具有短期耐热性和耐水解的良好属性、较低的吸水趋势以及更好的机械稳定性和耐磨性。
此外，其基础的单体单元之一主要是癸二酸，一种由于可从蓖麻油获得从而能大量天然获取的化合物，它的使用有利地以再生资源的使用形式为主。优选地，接头8包括纤维填充物，更优选地其为玻璃纤维填充物。
优选地，玻璃纤维以相对于聚酰胺重量的10％和60％之间的量添加。用范围在20％和40％之间的重量百分比，例如30％的重量百分比获得了最佳测试结果。
根据本发明的一优选实施例，玻璃纤维的长度的范围在0.05m和1.0m之间，但是甚至更优选地长度的范围在0.1m和0.5m之间。
此外，这些纤维的直径优选范围在5μm和20μm之间，并更优选地直径的范围在6μm和14μm之间。
优选地，接头1至少包括60％的这种被玻璃纤维填充的聚酰胺-6，10。更优选地，接头1至少包括90％的这种被玻璃纤维填充的聚酰胺-6，10。甚至更优选地，其完全是由这种被玻璃纤维填充的聚酰胺-6，10制成。
优选地，可安装在接头8上的管的径向刚度大于25N/mm2，更有利地大于50N/mm2，甚至更有利地范围在100N/mm2和125N/mm2之间，并且这样的值可通过单层材料和多层材料实现。为了能够与具有此刚度的管正确连接，在“D”为柱面区段22的直径而“d”为管7的内径时，柱面区段22的直径有利地满足以下关系式：
1.25d＜D＜1.40d
具体地，通过测试来获得管的径向刚度的值，该测试包括：切割100±1mm的管的长度，并将这个长度的管设置在测力计上，该测力计以25mm/min的速率在两个平面之间压缩管。当两个平面之间的距离等于未变形的管的外径的一半时，测试完成。测力计在此所显示的力除以管壁的横截面积。
根据一实施例，管由包含聚酰胺-6，10而不被根据前文已经公开的玻璃纤维填充的单层构成，并优选具有在1.5mm和3mm之间的厚度。
根据本发明的可选实施例，管还包括第二层，该第二层包含聚酰胺树脂，该聚酰胺树脂优选选自从二羧酸单元(超过60％为对笨二甲酸或间苯二甲酸)获得的聚酰胺-12和共聚酰胺。
优选地，第二层至少包括60％的所述聚酰胺树脂。更优选地，第二层至少包括90％的所述聚酰胺树脂。甚至更优选地，第二层全部由所述聚酰胺树脂制成。
根据本发明的一实施例，所述聚酰胺树脂是改良为耐低温冲击的聚酰胺-12。
优选地，所选的聚酰胺-12具有范围在170℃和176℃之间的熔点、范围在25MPa和35MPa之间的抗拉强度、范围在20MPa和30MPa之间的弯曲强度、范围在400MPa和600MPa之间的弯曲模量、23℃下范围在100KJ/m2和120KJ/m2之间的冲击强度以及-40℃下在10KJ/m2和20KJ/m2之间的冲击强度。
优选地，管包括包含聚酰胺-6，10的第一层和包含聚酰胺-12的第二层，第一层在第二层内侧。
根据本发明的另一实施例，这种共缩聚酰胺是聚邻苯二甲酰胺(PPA)。
优选地，这种共缩聚酰胺是从二羧酸单元(超过60％为对苯二甲酸)和从二胺单元(超过60％为1，9-壬二胺或2甲基-1，8-辛二胺)获得的共聚物。
更优选地，超过90％的二羧酸单元是对苯二甲酸。甚至更优选地，对苯二甲酸构成100％的二羧酸单元。
优选地，超过60％的二胺单元是1，9-壬二胺或2甲基-1，8-辛二胺。更优选地，超过90％的二胺单元是1，9-壬二胺或2甲基-1，8-辛二胺。甚至更优选地，1，9-壬二胺或2甲基-1，8-辛二胺构成100％的二胺单元。
除对苯二甲酸之外，二羧酸单元的示例还包括脂肪族二羧酸，例如丙二酸、二甲基丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、2-甲基己二酸、三甲基己二酸、庚二酸，2，2-二甲基戊二酸、3，3-二乙基丁二酸、壬二酸、癸二酸和辛二酸；脂环族二羧酸，例如1，3-环戊烷二甲酸和1，4-环己烷二甲酸(1，4-cycloesandicarboxylic)；芳香族二羧酸，例如间苯二甲酸、2，6-萘二羧酸、2，7-萘二羧酸、1，3-苯基二氧二乙酸、联苯甲酸、4，4′-二苯醚二甲酸、二苯甲烷-4，4′-二羧酸、二苯砜-4，4′-二羧酸和4，4′-联苯二羧酸；或它们的混合物。
其中，优选芳香族二羧酸。
除了以上提到的1，9-壬二胺和2-甲基-1，8-辛二胺之外，二胺单元的示例还包括脂肪族二胺，例如乙二胺、丙二胺、1，4-丁二胺、1，6-己二胺、1，8-辛二胺、1，10-癸二胺、3-甲基-1，5-戊烷二胺；脂肪族二胺，例如环己二胺、甲基环己二胺和异佛尔酮二胺；芳香族二胺，例如p-苯二胺、m-苯二胺、p-二甲苯二胺、m-二甲苯二胺、4，4′-二氨基二苯甲烷、4，4′-二氨基二苯砜、4，4′-二氨基二苯醚；及它们的混合物。
这种聚酰胺优选US专利6989198中公开的P9T类型。更优选地，聚酰胺树脂是Kuraray开发的
Figure BPA00001307394500061
树脂。甚至更优选地，是由Kuraray开发的
Figure BPA00001307394500062
树脂，例如Genestar 1001U03、U83或者H31。
根据上文包括接头8和管的导引组件可满足汽车制造商对于空调系统的使用的要求。具体地，由PA6，10制成的层甚至在老化后也能满足渗透性和耐压力波动的要求。此外，PA6，10制成的层与PA12、PPA或P9T制成的外层的连接使得可以克服与对于化学侵蚀的抗性相关的问题从而避免在焊缝处的落屑和断裂，或者使得可以实现螺接的有限阻力。
示例1
对由Grilamid S FE 5347 7x11制成、刚度约为112N/mm2且安装在具有40％玻璃纤维的由Grilamid S FE 5347 7x11构成的接头8上的单层管进行一系列的实验室测试，其中柱面区段22具有9.5mm的直径和小于0.1mm的长度，且将其性能和属性与在本领域中已知的不同结构制成的那些管的性能和属性进行比较。
热膨胀测试
在120℃的温度下，并在测试温度下稳定1小时后进行测试。将以5bar/秒(或1.66bar/秒)增加的液压施加在之前公开的管上直到管破裂。由此比较发生破裂的压力和例如由汽车制造商推荐使用的值。
已经记录对于根据本发明的管而言施加的是明显大于推荐的30bar的、在75bar和85bar之间的压力。也在脉冲压力测试(在以下公开)之后重复测试，结果为所记录的67bar至68bar的值仍然明显大于推荐的30bar。
渗透性测试
这些测试的目的是通过重量损失来测量经过管壁流出的流体的量。为了获得统计上显著的结果，同时在4个管上执行测试。
首先在大气压力下测量除接头之外的测试管的长度(L1、L2...L4)。在管的端部安装两个闭合装置，其中之一设有注入阀。
计算前3个管的内部理论容积，将约等于测试管的内部容积的50％量的0.55g/cm3的HFC134引入其中。使用卤素探测器来检验闭合装置没有发生泄漏。
4个管(3个满的，1个空的试样)在温度100℃的环境室内放置1小时，并使用卤素探测器进行重复测试。在此时，将4个管在100℃的环境室的状态下保持24小时。
当完成这个保持步骤时，对管称重，并记录值P1、P2、...P4。
然后，再次将管在100℃下保持72小时，此后对这些管称重并确定单独的重量损失ΔPi。因此，为了估计充满制冷剂的管的重量损失用三个管的平均值减去探测到的“空的”管的值。所得的差是单位为g/m2/72h的渗透性指数。
对于根据本发明的管所记录的是范围在1.82g/m2/72h和2.73g/m2/72h之间的值。
耐脉冲压力测试
测试管安装在设有能够输送压力脉冲的装置的测试工作台上。安装为类似U形的管的内部充满硅油或者为压缩机设置的润滑剂，该U形的曲率半径等于为测试管设置的最小值；执行测试的环境包含空气。内部流体和空气被加热到100℃-120℃的温度，并受到测试压力等于0±3.5MPa(或取决于管的种类在0MPa和1MPa之间)的循环，测试频率为每分钟15次循环。至少执行150000次循环，当在150000次循环之内没有发生断裂时，继续执行直至断裂。
最后执行检验循环，为此，从测试工作台移走管，将其浸入水中，并输送3.5MPa的气压30秒来核实没有泄漏。假使形成气泡，维持压力5分钟，以便检验是否确实有泄漏而不是例如困在管的层之间的空气(在多层管的情况下)。
当完成分析时，管试样在端部接头区域被剖开，并目视检查，以检验在内部管道上没有裂开。出现这种缺陷是测试失败的一种原因。
根据本发明的管在150000次循环后不会发生断裂。
破坏测试(ERADICATION TESTS)
在以上说明的耐脉冲压力测试之后在室温下以25mm/min的应变速率在没有夹具的情况下进行测试。在所有情况下导致管破裂的破坏载荷的平均值为3111N。
仅根据本发明的导引组件通过了根据汽车制造商的需要确保管的足够长的寿命所需的所有测试。
根据本发明的接头和导引组件能够实现的优点如下：
一对径向凸台15、16与用于O形圈的座14的组合可实现对于高压应用的适当的紧密性。具体地，O形圈用于防止由于接头相对于管的相对旋转而导致的泄漏，而径向凸台15、16确保能够通过破坏测试和膨胀测试的夹紧。
根据一优选实施例，柱面区段22具有小于0.15mm的轴向长度。由此，凸台15、16可确保对热塑性材料制成的管壁有效的紧密和夹紧，使得破坏载荷可满足所需的要求。这个值其实是在“夹紧”管的热塑性材料而不发生损坏的相反要求之间的折中，以便可以通过膨胀测试和破坏测试。
优选地，柱面23具有大于斜面21的轴向长度的两倍的轴向长度。甚至更优选地，柱面23的长度大于斜面21的长度的3.5倍。例如，柱面23的长度大于7mm。
由此，夹具可用作在管形部9上用于进一步限制管的工具。此外，管的热塑性材料具有在凸台15和凸台16之间径向空闲(relax)的空间，从而增加紧密性并夹紧。
完全由热塑性材料制成的导引组件相对于传统的钢管可降低重量和成本。

Claims (14)

1.一种用于制冷剂导引回路的接头，其特征在于，该接头限定有适合于容置O形圈的座(14)，并包括限定朝向所述座(14)逐渐变细的第一斜面(21)的第一环形凸台(15)，限定朝向所述座(14)逐渐变细的第二斜面(22)的第二环形凸台(16)，所述第二环形凸台(15)以所述第一环形凸台(16)为基准位于与所述座(14)相对的轴侧。
2.根据权利要求1所述的接头，其特征在于，所述第一环形凸台(15)和所述第二环形凸台(16)中的至少一个进一步限定直径等于所述第一环形凸台(15)和所述第二环形凸台(16)的最大直径且轴向长度小于0.15mm的柱面区段(22)。
3.根据权利要求1或2所述的接头，其特征在于，所述第一环形凸台(15)和所述第二环形凸台(16)间隔开至少为所述第一环形凸台(15)与第三圆柱面(23)的轴向尺寸两倍的距离。
4.根据权利要求3所述的接头，其特征在于，所述第一环形凸台(15)和第二环形凸台(16)间隔开至少6mm。
5.一种用于制冷剂的导引组件，其特征在于，所述导引组件包括根据前述权利要求中任一项所述的接头(8)和插在所述接头(8)上的管，其中所述管和接头包含热塑性材料。
6.根据权利要求5所述的组件，其特征在于，所述管的径向刚度大于25N/mm2，所述管的内径“d”的范围在6mm和17mm之间，所述第一环形凸台(15)和所述第二环形凸台(16)中的至少一个的最大直径“D”由以下关系式给出：
1.25d＜D＜1.40d
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述径向刚度大于50N/mm2。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述径向刚度的范围在100N/mm2和125N/mm2之间。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的导引组件，其特征在于，所述热塑性材料是聚酰胺。
10.根据权利要求9所述的导引组件，其特征在于，所述热塑性材料是聚酰胺-6，10。
11.根据权利要求10所述的导引组件，其特征在于，所述管是由聚酰胺-6，10构成的单层组成。
12.根据权利要求11所述的导引组件，其特征在于，所述管具有范围在1.5mm和3mm之间的壁厚。
13.根据权利要求5至12中任一项所述的导引组件，其特征在于，包括将所述管径向限制到所述接头(1)的夹具。
14.一种机动车中的制冷剂导引系统，其特征在于，所述制冷剂导引系统包括根据权利要求1至4中任一项所述的接头和根据权利要求5至13中任一项所述的导引组件。
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