CN103889750B - 用于控制冷却剂流的装置和包括这样的装置的回路 - Google Patents

用于控制冷却剂流的装置和包括这样的装置的回路 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种装置(1)，用于控制冷却剂在回路(20)中的流动，且能够暴露于在车辆(21)前表面处的外部空气流(26)，包括用于控制冷却剂的流动的器件(2)，其至少一个开口布置在恒温检测器件(7)的控制下，其特征在于，恒温检测器件包括暴露于所述外部空气流(26)的导热表面(9)。本发明还涉及包括所述控制装置(1)的冷却剂回路(20)，且涉及设置有这样的回路的车辆(21)。本发明可用于机动车辆。

Description

用于控制冷却剂流的装置和包括这样的装置的回路
技术领域
本发明涉及意图控制回路中的冷却剂的循环的装置或构件的领域。这样的回路形成空调环路，其与机动车辆的通风、供暖和/或空调设备相互作用。其目的是这样的控制装置，包括该装置的回路以及接收该回路和该控制装置的车辆。
背景技术
油资源稀有性的增加导致汽车构造者开发由新能源操作的车辆。电能推进车辆是一种方案，其具有有令人感兴趣的替代方案，且要求嵌入各种部件，这些部件链接至电牵引链，诸如用于存储该电能的电池、确保车辆推进的电马达和使电信号适于马达的逆变器。
这些电动车辆的车厢内部的热调节保持必须被管理的功能。由此，尽管车辆中没有内燃机，必须找到用于加热和冷却电动车辆的车厢内部的技术方案。
现有技术中已知的一个方案包括使电动车辆装备有冷却剂回路，该冷却剂回路与热传递流体环路组合。在入门级范围的电动车辆的情况下，该方案必须尽可能简单，以便减小其成本。冷却剂回路由此限于压缩机、热传递流体和冷却剂之间的热交换器、膨胀构件、蒸发器和冷却剂存储器件。
取决于车厢内部的需求，该回路用于冷却模式或加热模式。在这两种模式中，冷却剂在同一个方向上循环且通过相同的部件。在加热模式中，当空气流经过蒸发器时，回路从来自车厢内部的空气流吸取热量，且将它们存储至热传递流体环路，用于加热散热器，所述散热器被发送至车厢内部的空气流经过。
在冷却模式中，回路还从发送至车厢内部的空气流(在其通过蒸发器时)吸取热量。这些热量经由热传递流体和冷却剂之间的热交换器传递至热传递流体，热传递流体用于将这些热量传送至安装在车辆前部面上的散热器。该散热器则将这些热量散发至经过车辆前部面的外部空气流。
这样的构造是令人满意的，因为内其操作被简化。例如应该理解，冷却剂没有经历循环方向的逆转，且没有基于当前操作模式从一些部件转移。于是，该回路不包括任何阀、逆变器或容易增加该回路的构造的复杂性的任何其他元件。
尽管该构造实现其简化目的，但其还具有在当前为冷却模式时热效率方面受限的缺点。这是在用于该目的的交换器中的冷却剂和热传递流体之间产生的热交换的结果。
发明内容
本发明的目的因此是解决上述缺点，主要通过当回路用于冷却模式时增加该回路的热效率，而没有增加冷却剂回路的复杂性。
本发明的主题因此是一种装置，用于控制冷却剂在回路中的循环，且能够暴露于在车辆前部面上的外部空气流，该装置包括用于控制冷却剂的循环的器件，其具有至少一个开口，布置在恒温检测器件的控制下，其中，恒温检测器件包括暴露于所述外部空气流的导热表面。这样的装置使得可以允许或防止冷却剂朝向回路的附加部件的循环，这改善当促动车厢内部冷却模式时回路中发生的热动力循环的性能系数。
根据本发明的第一特征，恒温检测器件是容纳控制流体的腔室，其一侧通过导热表面界定，另一侧通过可变形膜界定。控制流体例如且优选地为在回路中使用的冷却剂。应从此理解，所谓的“灵敏”表面感测外部空气流的温度，且没有被穿过根据本发明的控制装置的冷却剂的温度影响。
根据本发明的第二特征，导热表面由导热率至少等于30W.m-1.K-1的材料制成。其例如是钢或铝合金。
根据本发明的另一个特征，用于控制冷却剂的循环的器件包括座，其接收通过杆链接至恒温检测器件的止挡塞。
根据本发明的又一特征，装置包括本体，导热表面从其露出。由此确保，导电表面容易地暴露于外部空气流。
根据本发明的又一特征，本体包括至少一个第一入口，其经由第一导管连接至第一出口，冷却剂在导管中的循环布置在控制器件的控制下。
在该结构中，本体包括第二入口，其经由第二导管连接至第二出口，第一入口和第二出口通过用于旁通控制器件的器件连接。这样的结构确保，当控制器件由于外部空气流的温度降到被确定的临界值(例如20℃)之下而关闭时，冷却剂回到回路的其余部分。回路则在加热模式中操作。
根据示例性实施例，用于旁通控制器件的器件包括导管和压头损失装置。
本发明还涵盖一种冷却剂回路，包括压缩机、冷却剂和热传递液体流体之间的第一交换器、适于降低冷却剂压力的膨胀器件以及意图通过与冷却剂热交换而冷却通过其的空气流的蒸发器，其特征在于，其包括第二交换器，设置为产生在车辆前部面上的外部空气流和冷却剂之间的热交换，还包括根据上述特征中的任一项的用于控制冷却剂循环的装置。有利地，冷却剂在第二热交换器中的循环布置在控制装置的控制下。
本发明还设置为保护一种车辆，其包括如上所述的回路和能够被车辆外部的空气流通过的前部面，所述前部面包括第二交换器，所述控制装置设置在前部面上，从而导热表面暴露于外部空气流。
有利地，这样的车辆包括发动机舱，其中安装有车辆的至少一个动力传动系，其特征在于，其包括用于将导热表面相对于发动机舱热绝缘的器件。
根据本发明的主要优点在于，当回路以冷却模式操作时，增加回路的热效率。
另一优点在于添加到回路以改善该效率的部件的简化。
另一不可忽略的优点在于，装置自动地且独立地作用，而不需要电驱动。
附图说明
本发明的其他特征、细节和优势在阅读以下给出的作为表示相对于附图的描述而更加显而易见。
-图1是根据本发明的控制装置的示意图，
-图2是车辆的前部部分的平面视图，示出根据本发明的回路及其控制装置。
具体实施方式
应注意到，附图以详细方式显示本发明，以便实施本发明，所述附图显然能够用于在适当的时候更好地限定本发明。
图1示意性地示出根据本发明的控制装置1的结构。该装置意图安装在冷却剂回路的重要部分，以便管理该流体至少在回路的一部分中的循环。该回路安装在机动车辆上，以便产生或吸取热量，该热量通过由冷却剂(或称为制冷剂)进行的热动力循环而发送至车辆的车厢内部。
从控制装置1在车辆上的位置的观点看，该控制装置1安装为使得，其暴露于将要穿过车辆前部面的外部空气流。
该控制装置1包括控制器件2，控制器件2的功能是允许或防止冷却剂在接收该控制器件2的导管中循环。该控制器件2是双稳态的，因为其可以占据两个极端位置，对应于完全打开的第一位置，和对应于关闭或完全阻挡的第二位置。
作为示例性实施例，控制器件2包括座3，座3接收止挡塞4。座3是控制器件的区域，止挡塞4以密封方式搁置在其上。这样的止挡塞特别地具有球的形式，但其还可以是柱形或锥形阻挡件。根据图1的例子，止挡塞4通过弹簧5保持压靠座3，弹簧在一侧撑靠构成控制装置1的本体6，在另一侧直接或间接地撑靠止挡塞4。
控制装置1还包括恒温检测器件7。恒温检测器件7通过杆8链接至止挡塞4，以便对该止挡塞的移位起作用，由此打开或关闭控制器件2。
恒温检测器件7的功能是将由该器件检测的温度差转换为机械运动，例如旋转，或甚至平移，如在图1所示的方案的情况下，特别地通过杆8转换。
恒温检测器件7包括导热表面9，其在外部空气流穿过车辆的前部面的时刻暴露于外部空气流。该导热表面9形成本体6的外壁的一个。作为例子，导热表面9从本体露出或延伸，这使得可以确保导热表面在足够宽的区域上延伸，以检测温度。
恒温检测器件7例如通过包含控制流体的腔室10形成。该流体特别地与在回路中循环的冷却剂相同，从而其热性能引起控制器件2的促动，其与回路的操作相符。不用说，该控制流体可还从以下的已知首字母缩写为R134a或HFO1234yf的流体选择。
腔室10通过两个部件界定。第一部件是导热表面9。该表面对撞击到其的空气流的温度有反应，并将该温度直接传送至腔室10中存在的控制流体。作为例子，该导热表面由金属材料制成，诸如钢或铝合金。在任何情况下，且为了允许控制装置1的快速反应，导热表面由导热率至少等于30W.m-1.K-1的材料制成。
界定腔室10的第二部件是可变形膜11。由此将理解，控制流体被包封在由可变形膜11和导热表面9封闭的体积内。该膜11在控制流体的膨胀的作用下变形，以便导致杆8的移位。由此，车辆外部的空气流将其热量传送至导热表面9，其由此对控制流体有热作用，控制流体的膨胀导致可变形膜移位，以便打开或关闭控制器件2。
控制装置的本体6是块体，例如为金属的，在其中，在控制器件2所位于的路径上形成第一导管12。该第一导管12包括第一入口13和第一出口14，来自回路的冷却剂可通过它们进入或离开。
在控制装置1的增强版本中，本体6还包括第二入口15，其经由第二导管17连接至第二出口16。应指出，第一入口13和第二出口16通过旁通器件彼此连接，旁通器件的功能是当控制器件2关闭时允许冷却剂通过，以及当控制器件2打开时防止其通过。
该旁通器件特别地包括在压头损失装置19所在的路径上的导管18。这样的结构确保，当控制器件2打开时，冷却剂从第一入口13被引导到第一出口14。相关地，该导管18和该压头损失装置19允许，当外界温度条件需要控制器件2关闭时，根据本发明的控制装置1的旁通，使冷却剂能够返回到回路中。作为例子，压头损失装置是设定至被确定压力的阀。根据另外的例子，压头损失装置是具有固定截面的孔，其内直径特别地等于4mm。导管18和压头损失装置19构成用于旁通第二交换器的器件，其将关于图2详细描述。在另外的替换例中，旁通器件可与控制器件1分立，这使得可以简化控制器件的结构。在任何情况下，旁通器件具有的压头损失比包括控制器件2和第二交换器的回路的部分的压头损失大。
图2示出根据本发明的冷却剂回路20。该图还示出车辆21的前部部分。该车辆在平面图中示出，且具有发动机舱22、车厢内部23和车辆的两个前轮27，该车厢内部仅部分地示出，且通过挡板与发动机舱分开。它是具有电推进的车辆，因为驱动其运动的发动机是电马达。
车辆的前部面包括两个车头灯24，和例如横向地设置在两个车头灯之间的引擎罩25。前部面是当车辆运动时车辆的被外部空气流26通过的区域。
冷却剂回路20包括压缩机28，特别地是电的，其功能是将冷却剂在回路内循环。压缩机的出口连接至第一交换器29的入口，第一交换器的功能是产生通过其的冷却剂和热传递流体之间的热交换，该热传递流体特别是液体，在热传递流体环路30中循环。第一交换器29由此是流体/流体热交换器，而没有与任何空气流交换的区域。
第一交换器29的出口连接至根据本发明的控制装置1的第一入口13。该装置的第一出口14连接至第二热交换器31的入口。第二热交换器31的功能是产生通过其的外部空气流26和在第二交换器31中循环的冷却剂之间的热交换。该冷却剂的冷却由此被确保。
该第二热交换器31设置在车辆上，例如在其前部面处。
该第二热交换器31的出口连接至控制装置1的第二入口15。就其而言，控制装置的第二出口16与膨胀器件32连接。
控制装置1关于车辆的设置将特别指出。实际上，控制装置1安装在前部面处，从而导热表面9暴露于外部空气流26。
膨胀器件的功能是在发生在回路中的热动力循环的应用期间降低冷却剂的压力。该膨胀器件例如是具有固定截面的孔、恒温控制膨胀阀或甚至电子控制膨胀阀。
膨胀器件32的出口连接至蒸发器33，蒸发器33意图通过与冷却剂热交换而冷却穿过其的内部空气流34。内部空气流34被发送到车厢内部23，以便加热或冷却车厢内部。蒸发器33安装在通风、供暖和/或空调设备(通过附图标记35表示)中。
蒸发器33的出口可直接连接到压缩机28的入口。但是，图2显示出冷却剂存储装置的存在，其插入在蒸发器33的出口和压缩机28的入口之间。在该构造中，其是蓄积器26。
根据变化实施例，存储装置布置在控制装置1的第一入口13和第一交换器29的出口之间的回路上。在该构造中，其是柱体，其提供将液相冷却剂供应给控制装置1的优点。由此，第二交换器31被液态冷却剂通过，其在该状态下的冷却有助于改善制冷剂回路的效率系数。
车辆21还装备有热传递流体环路30，其与回路20相互作用，用于车厢内部的热调节。
该热传递流体环路30包括泵37，该泵确保热传递流体在环路30中的循环。该泵37的出口连接至单元加热器38的入口，单元加热器38的功能是加热内部空气流34。为此，该单元加热器38安装在通风、供暖和/或空调装备35中，特别是沿内部空气流34的移动方向在蒸发器33的下游。
该单元加热器38的出口连接至分叉构件39，分叉构件39例如具有三通阀的形式。该分叉构件39的一个孔连接至安装在车辆21的前部面上的散热器40，而三通阀的另一孔连接至第一热交换器29，经由热传递流体入口孔。
散热器40的功能是将热传递流体中存在的热量散发到通过其的外部空气流26中。根据示例性实施例，散热器40和第二交换器31布置为紧邻彼此。有利地，散热器40的前部面沿与第二交换器31的前部面相同的平面延伸。根据一个实施例，散热器40和第二交换器31形成为整体组件。
散热器40的出口连接至连接点41，连接点41连接至泵37的入口和第一交换器29的热传递流体出口孔。
接下来是回路20的操作和其与热传递流体环路30的相互作用的描述。
通风、供暖和/或空调装备根据加热模式和/或冷却模式操作。在另一方面，回路在这两个模式中以相同的方式操作，除了根据本发明的控制装置。换句话说，冷却剂在这两个模式的应用期间沿相同方向在回路中循环。
在冷却模式中，外部空气流的温度大于或等于确定临界值，例如20℃。压缩机28压缩冷却剂和提高冷却剂的温度。冷却剂通过与第一交换器29中的热传递流体热交换而经历第一冷却步骤。控制装置1检测外部空气流的温度并考虑被确定的临界值是否被达到或超过，该控制装置1允许冷却剂在第二交换器31中的循环，在那里，冷却剂(特别是液相)的第二冷却步骤提高回路的热效率。
膨胀器件32则降低冷却剂的压力，蒸发器33吸取内部空气流34中存在的热量。
在加热模式中，外部空气流的温度小于被确定的临界值。回路的操作除了以下之外是相同的。
控制装置1阻挡第二交换器31的进入，因为由导热表面检测到的外部空气流的温度小于被确定的临界值。冷却剂则被迫旁通该第二交换器，特别地通过穿过旁通器件。在旁通器件的变化实施例中，旁通器件包括导管和压头损失装置，这些元件能够并入在根据本发明的控制装置1中。根据另外的变体，这些元件与控制装置1分开。重要的是，在所有情况下，这些元件形成用于旁通控制器件和相关地旁通第二交换器31的器件，其输出沿冷却剂循环的方向在膨胀器件32的上游。
在该模式下，热量由于内部空气流34全部从车厢内部带走而在蒸发器33中被吸取。这些热量经由发生在第一交换器29中的热传递流体和冷却剂之间的热交换而分配到热传递流体。分叉构件39放置在其强制热传递流体在单元加热器38中的循环的位置处，由此阻挡散热器40中的任何循环。内部空气流34的温度的增加由此产生，以便确保车辆21的车厢内部的供暖功能。
关于回路20，将更特别指出，通过导热表面9检测外部空气流26的温度而单独管理从加热模式到冷却模式的过渡。
在本发明的增强版本中，控制装置1与发动机舱22热绝缘。实际上，在此存在的空气温度与外部空气流26的温度不同，其自然地影响控制装置1的操作。本发明由此提供将导热表面9相对于发动机舱22的热绝缘的器件42。作为示例性实施例，该绝缘器件是暖气流42，其由插入在控制装置1和发动机舱22之间的热屏形成。

Claims (10)

1.一种控制装置(1)，用于控制冷却剂在回路(20)中的循环，且能够暴露于在车辆(21)前部面的外部空气流(26)，该控制装置包括用于控制冷却剂的循环的器件(2)，该器件(2)具有至少一个开口，布置在恒温检测器件(7)的控制下，其中，恒温检测器件(7)包括暴露于所述外部空气流(26)的导热表面(9)；
其中，恒温检测器件(7)是容纳控制流体的腔室(10)，该腔室一侧通过导热表面(9)界定，另一侧通过可变形膜(11)界定。
2.如权利要求1所述的控制装置，其中，导热表面(9)由导热率至少等于30W.m-1.K-1的材料制成。
3.如权利要求1或2所述的控制装置，其中，用于控制冷却剂的循环的器件(2)包括座(3)，所述座接收通过杆(8)链接至恒温检测器件(7)的止挡塞(4)。
4.如前述权利要求1或2所述的控制装置，包括本体(6)，导热表面(9)从所述本体露出。
5.如权利要求4所述的控制装置，其中，本体(6)包括至少一个第一入口(13)，该第一入口经由第一导管(12)连接至第一出口(14)，冷却剂在导管中的循环受控制器件(2)的控制。
6.如权利要求5所述的控制装置，其中，本体(6)包括第二入口(15)，该第二入口经由第二导管(17)连接至第二出口(16)，第一入口(13)和第二出口(16)通过用于旁通控制器件(2)的器件连接。
7.如权利要求6所述的控制装置，其中，用于旁通控制器件(2)的器件包括导管(18)和压头损失装置(19)。
8.一种冷却剂回路(20)，包括压缩机(28)、冷却剂和热传递液体之间的第一交换器(29)、膨胀器件(32)和蒸发器(33)，该蒸发器意图通过与冷却剂热交换而冷却通过其的内部空气流(34)，其特征在于，其包括第二交换器(31)，设置为产生在车辆(21)前部面上的外部空气流(26)和冷却剂之间的热交换，还包括如前述权利要求中任一项所述的控制装置(1)。
9.一种车辆，其包括如权利要求8所述的回路和能够被车辆(21)外部的空气流(26)通过的前部面，所述前部面包括第二交换器(31)，所述控制装置(1)设置在前部面上，从而导热表面(9)暴露于外部空气流(26)。
10.如权利要求9所述的车辆，包括发动机舱(22)，所述发动机舱中安装有车辆的至少一个动力传动系，其特征在于，其包括用于将导热表面(9)相对于发动机舱(22)热绝缘的器件(42)。
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