CN104842752B - 车辆冷却回路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用在冷却剂回路中传输的冷却剂冷却温度升高的装置,尤其是蓄电池的车辆冷却回路,所述冷却剂回路具有配置为蒸发器的热交换器,所述冷却剂回路通过该热交换器与冷却介质回路连接。根据本发明,沿冷却剂在冷却剂回路中的流动方向,所述制冷机布置在热交换器的下游。此外,冷却剂管路中设有一旁通阀,使得冷却剂能够全部或部分越过所述制冷机传输。

Description

车辆冷却回路
技术领域
[0001] 本发明涉及一种用于冷却车辆中温度升高的装置的车辆冷却回路。
背景技术
[0002] 在新一代汽车的开发中存在一个问题,其中使用的温度升高的装置例如蓄电池或 燃料电池必须在工作中被降温。在这方面,与传统的使用内燃机的汽车相比,相当大的热负 荷需要被耗散掉。因为热负荷的耗散需要很大的热交换器和很大量的冷却空气气流量,从 例如美国专利文献us 4,415,847 A中可以知道,其提供了一种与冷却介质回路结合的冷却 剂回路,用于通过冷却剂回路中传输的冷却剂冷却温度升高的装置。US 4,415,847 A中相 应的车辆冷却回路的设计可以示意性地从图1中看到。这里,冷却剂回路10通过配置为蒸发 器的热交换器14与冷却介质回路12连接。该冷却剂回路1〇具有传输冷却剂的冷却剂管路 16。通过冷却剂冷却的蓄电池采用18表示。冷却剂自身采用泵20从储液器17中抽出。冷却剂 采用制冷回路12中冷却的冷却介质在配置为蒸发器的热交换器14中冷却。冷却介质回路具 有冷却介质管路22、压缩机、冷凝器26和减压阀28。经过风扇30的冷却空气可以作用在该冷 凝器26上。一旁通阀32设置在冷却剂管路16上,冷却剂管路16中的冷却剂可以通过旁通阀 32全部或部分地越过蒸发器14传输。这种冷却剂回路线路存在这样的缺点:流过制冷回路 的蒸发器的大量冷却液体不能根据需要减少。最低制冷性能必须依赖于操作点引入冷却回 路。这导致必须在与冷却回路连接的冷却介质回路中配置复杂和/或昂贵的部分负荷调节 (part-load regulation)(这里没有详细显示)。
[0003] 专利文献EP1 266 779 B1公开了一种车辆冷却回路,其原理显示在图2中。这里, 冷却回路10同样通过配置为蒸发器的热交换器14与冷却介质回路12连接。冷却介质回路12 具有传统的结构,并且具有冷却介质管路22、压缩机24、冷凝器26、减压阀28和风扇30。冷却 剂回路冷却例如蓄电池18,其中冷却剂流过冷却剂管路I6并通过泉20循环。与EP 1 266 779 B1相同,冷却剂回路中还设有制冷机M,可以与冷却介质回路的冷凝器26一起由冷却 空气冷却。沿所述冷却剂由栗20循环的流动方向看,制冷剂M布置在热交换器14的上游而 在温度升高的装置(例如蓄电池18)的下游。为此,当制冷功率可能很大程度由蒸发器引入 冷却剂回路时,制冷机不能用来在部分负荷操作中向外界输出制冷功率。
发明内容
[0004]本发明的目的是进一步开发通过在冷却剂回路中传输的冷却剂冷却温度升高的 装置,尤其是蓄电池的车辆冷却回路的种类,使得制冷回路中复杂的部分负荷调节能够被 省去,进而简化整个系统架构。
[0005]因此,本发明提供了一种采用在冷却剂回路中传输的冷却剂冷却温度升高的装 置,尤其是蓄电池的车辆冷却回路,所述冷却剂回路具有冷却剂管路、制冷机、冷却剂泵和 配置为蒸发器的热交换器,所述冷却剂回路通过该热交换器与冷却介质回路连接,所述冷 却介质回路另外具有冷却介质管路、压缩机、冷凝器和减压阀。根据本发明,沿冷却剂在冷 却剂回路中的流动方向,所述制冷机布置在热交换器的下游。在这方面,冷却剂管路中设有 一旁通阀,使得冷却剂能够全部或部分越过所述制冷机传输。
[0006]各个部件按照本发明的车辆冷却回路的布置相互连接,从而在部分负荷方案不必 要的情况下,关于制冷回路的使用,将改变制冷性能,冷却剂可以被冷却至将要被冷却的温 度升高的装置所需的冷却剂入口温度。在这种理想情况下,甚至是用于制冷回路的部分负 荷调节的额外需要的部件也能被省掉,从而整个车辆冷却回路的系统架构被大大简化。
[0007] 所述冷却剂回路的制冷剂和所述冷却介质回路的冷凝器可以与一个共用的冷却 空气流结合。
[0008] 冷却空气流有利地由风扇产生。取而代之或附加地,可以使用车辆移动过程中气 流的冷却空气流。
[0009] 根据本发明的一个特别的实施例,所述制冷机在所述冷却空气流中布置在所述冷 凝器前面。
[0010]本发明的另一优选实施例中,也可以是所述制冷机在所述冷却空气流中布置在所 述冷凝器后面。
[0011]最后,优选可以在冷却剂管路中设置另外的旁通阀,使得冷却剂能够全部或部分 越过所述热交换器传输。
附图说明
[0012]本发明的其他特征、细节和优点可以从图所示实施例中得到,图中:
[0013] 图1显示了US 4,415,847 A提供的一种现有的车辆冷却回路;
[0014]图2显示了EP 1 266 779 B1提供的一种现有的车辆冷却回路;
[0015]图3显示了本发明第一实施例的车辆冷却回路;
[0016]图4显示了本发明第二实施例的车辆冷却回路;和 [0017]图5显示了本发明第三实施例的车辆冷却回路。
具体实施方式
[0018]如图3所示,本发明第一实施例的冷却剂回路10通过配置为蒸发器的热交换器14 与冷却介质回路12连接。冷却剂回路具有冷却剂管路16,所述冷却剂通过栗20在所述冷却 剂管路16中沿图3所示的箭头方向输送。温度升高的装置18例如电动汽车的汽车蓄电池通 过所述冷却剂冷却。此外,冷却剂回路还设有制冷剂34,该制冷剂34通过冷却空气流冷却, 该冷却空气流通过汽车的气流和/或通过风扇30冷却。冷却剂回路的另一冷却通过与所述 冷却剂回路连接的冷却介质回路中的配置为蒸发器的热交换器14进行。按照己知的方式, 除了蒸发器12,冷却介质回路12还包括冷却介质管路22、压缩机24、冷凝器26和减压阀28。 前述“蒸发器”一词以超出该词的实际含义的方式在所示连接中使用。例如,如果二氧化碳 被用作冷却剂,则冷却介质回路12的“冷凝器” 26作为“气体制冷机” 26。
[0019]从图3可以看到,沿冷却剂回路中的冷却剂的流动方向(即箭头所示方向),制冷机 24布置在热交换机14的下游。此外,一旁通阀36布置在冷却剂管路16上,使得冷却剂能够全 部或部分地越过制冷机24传输。
[0020] 在图3所示的实施例中,在例如由风扇30产生的空气流中,液化器26设置在制冷机 34前。由此,可能在制冷机处产生较大的温差。这增加了工作的制冷回路12在制冷机34处的 “冷耗散(cold dissipation)”的可能能力。
[0021]图4所示的实施例很大部分与图3所示实施例相同。这里,不同之处仅在于在空气 流中,液化器26设置在制冷机34后。由此,工作中的制冷回路12在制冷机处产生较小的“冷 耗散”能力。另一方面,存在这样一种可能,在外界温度非常高时,使用制冷机34对经过液化 器的空气流有效冷却,以降低冷凝温度,进而确保车辆冷却回路的功能在外界环境温度高 时能工作相对较长的时间。图中所示的系统架构提供了调节制冷回路12中的冷凝温度的可 能性。 t〇〇22] 最后,本发明第三实施例的车辆冷却回路显示在图5中。该设计基本上与图3相同。 但是,一个另外的旁通阀38设置在冷却剂管路16上,使得冷却剂能够全部或部分地越过热 交换器14传输。部分负荷调节的另一种可能通过该另外的旁通阀38提供,通过该旁通阀38 可以越过配置为蒸发器的热交换器14。
[0023] 另外,可以设置一个冷却剂容器40,通过电阻加热42能够在该冷却剂容器40中将 冷却剂的温度控制到期望的温度水平。
[0024]本发明的车辆冷却回路能够以不同的操作模式运行。根据第一操作模式,环境温 度高于需要的进入蓄电池18的冷却剂入口温度,制冷回路12工作。这意味着压缩机24被打 开,在图5所示的实施例中,蒸发器旁通阀38导通通过配置为蒸发器的热交换器14的路径, 而蒸发器旁路关闭。制冷机旁通阀36打开制冷机旁路且关闭到制冷机36的路径。
[0025]如果冷却介质回路12具有比所述蒸发器14的出口处所需的温度低的冷却剂入口 温度,那么所述冷却剂的温度能够通过部分打开蒸发器旁通阀38来升高。旁通阀38最大允 许打开的程度取决于冷却介质回路的操作点和使用的压缩机24。如果所需的冷却剂入口温 度仍然比设定的冷却剂温度高,进入制冷机34的通路可以通过逐步打开制冷机旁通阀36打 开,而旁通线路同时逐渐关闭。部分通过制冷机34的冷却剂的温度能够被进一步升高到需 要的冷却剂入口温度。
[0026]如果冷却剂回路输送的冷却剂入口温度高于所需温度,冷却剂温度能够采用上述 步骤的相反步骤再次降低至最小的可能温度,即压缩机24打开,冷却剂完全通过蒸发器14 传输,大部分冷却后的冷却剂不通过制冷机34传输,从而达到最小温度。
[0027]在环境温度低于需要的进入蓄电池18的冷却剂入口温度的情况下,制冷机的转换 能力在一定条件下可能足以将冷却剂的温度降低至低于所需的冷却剂入口温度。在这种情 况下,冷却介质回路12可以不用启动。压缩机24可以保持关闭,而蒸发器旁通阀将冷却剂越 过配置为蒸发器的热交换器14传输。制冷机旁通阀36导通,使得全部冷却介质流传输经过 制冷机34。如果冷却回路输送的冷却剂入口温度低于蓄电池18所需温度,冷却剂的温度可 以通过逐步打开制冷机旁通阀36来进一步升高到所需的冷却剂入口温度。
[0028]如果环境温度明显低于进入蓄电池所需的冷却剂入口温度,但是制冷机44处的冷 却能力不足以将冷却剂降低至蓄电池的入口处所需的冷却剂入口温度时,冷却介质回路12 启动,压缩机24打开。同时蒸发器旁通阀38导通,使得冷却剂经过配置为蒸发器的热交换器 14传输。那么,部分负荷调节可以按照前述操作模式进行。
[0029]在另一操作模式中,使用图4所示实施例的车辆冷却回路能够确保高外界温度下 的功能性。在该实施例中,冷凝器22在空气流中布置在制冷机34后。与EP 1 266 779 B1中 的回路不同,这将能够有效冷却经过冷凝器22的空气流。
[0030]必须说明的是,从规定的外界温度起(例如45。0,所需的冷却剂入口温度将不再 能被达到。另一方面,需要冷却介质回路在高达最大外界温度(例如55°C)时能够正常工作。 [0031]如果没有任何形式的可能的事物被用来减小冷却介质回路的功率,那么冷却介质 回路必须被这样配置,使得其在规定的最高温度时能够全负荷工作。这意味着需要较大的 冷凝器26或需要增大讲过冷凝器26的空气流。
[0032]然而,图4所示系统架构可以降低冷凝压力,冷凝压力是车辆冷却回路在高外界环 境下正常工作的限制参数。为此,在蒸发器14处被引入制冷回路的制冷功率(chilling power),被用来在制冷机处降低冷凝器入口的空气流的温度,进而降低冷凝温度(相当于冷 凝压力),从而散热。制冷机旁通阀36逐步打开到制冷机34的通路,并关闭旁通线路。
[0033]用于容纳冷却剂的液体容器40的结合以举例的方式显示在图5所示的实施例中。 该实施例变形同样能够配置在图3或图4所示的实施例中。该附加的液体容器40同样能够在 图5所示的实施例中省去。
[0034]液体容器中的电动加热器42的结合同样仅是选择性设置。冷却剂入口温度可以例 如保持在最低温度,并且有需要时也可以通过该加热器再次升高。
[0035]根据另一实施例,风扇30可以设置为可调整冷却空气流的空气量。

Claims (13)

1. 一种采用在冷却剂回路中传输的冷却剂冷却温度升高的装置的车辆冷却回路,所述 冷却剂回路具有冷却剂管路、至少一个制冷机、一个冷却剂泵和至少一个配置为蒸发器的 热交换器,所述冷却剂回路通过该热交换器与冷却介质回路连接,所述冷却介质回路另外 具有冷却介质管路、压缩机、冷凝器和减压阀, 其特征在于, 沿冷却剂在冷却剂回路中的流动方向,所述至少一个制冷机布置在所述至少一个热交 换器的下游;所述冷却剂管路中布置有热交换器旁通阀,使得冷却剂能够全部或部分越过 所述热交换器传输;所述冷却剂管路中设有至少一个制冷机旁通阀,使得冷却剂能够全部 或部分越过所述至少一个制冷机传输;且 如果环境温度高于需要的进入所述温度升高的装置的冷却剂入口温度,则所述至少一 个制冷机旁通阀被打开,且所述热交换器旁通阀被关闭。
2. 根据权利要求1所述的车辆冷却回路,其特征在于,所述制冷机和所述冷凝器与一个 冷却空气流结合,且所述温度升高的装置为蓄电池。
3. 根据权利要求2所述的车辆冷却回路,其特征在于,所述冷却空气流由风扇产生。
4. 根据权利要求2所述的车辆冷却回路,其特征在于,所述制冷机在所述冷却空气流中 布置在所述冷凝器前面。
5. 根据权利要求2所述的车辆冷却回路,其特征在于,所述制冷机在所述冷却空气流中 布置在所述冷凝器后面。
6. 根据权利要求1所述的车辆冷却回路,其特征在于,所述冷却剂管路中结合有用于容 纳冷却剂的液体容器。
7. 根据权利要求6所述的车辆冷却回路,其特征在于,所述液体容器中结合有加热器。
8. 根据权利要求3所述的车辆冷却回路,其特征在于,所述风扇具有用于设定冷却空气 流量的可调节的速度。
9. 根据权利要求1所述的车辆冷却回路,其特征在于,沿冷却剂在冷却剂回路中的流动 方向,所述热交换器旁通阀布置在所述至少一个制冷机旁通阀的上游。
10. —种轨道车辆,其具有采用在冷却剂回路中传输的冷却剂冷却温度升高的装置的 车辆冷却回路,所述温度升高的装置包括蓄电池,所述冷却剂回路具有冷却剂管路、用于容 纳冷却剂的液体容器、至少一个制冷机、一个冷却剂栗、至少一个被配置成使得冷却剂能够 越过所述至少一个制冷机传输的制冷机旁通阀、至少一个被配置为蒸发器的热交换器以及 被配置成使得冷却剂能够越过所述至少一个热交换器传输的热交换器旁通阀;所述冷却剂 回路通过该热交换器与冷却介质回路连接,沿冷却剂在冷却剂回路中的流动方向,所述至 少一个制冷机布置在所述至少一个热交换器的下游; 所述冷却介质回路具有冷却介质管路、压缩机、在冷却空气流中布置在所述至少一个 制冷机前面的冷凝器和减压阀;且 如果环境温度高于需要的进入所述蓄电池的冷却剂入口温度,则所述压缩机被打开, 所述热交换器旁通阀被关闭,且所述至少一个制冷机旁通阀被打开。
11. 根据权利要求10所述的轨道车辆,其特征在于,所述冷却空气流由具有可调节的速 度的风扇产生。
12. 根据权利要求10所述的轨道车辆,其特征在于,所述液体容器中结合有加热器。
13.根据权利要求10所述的轨道车辆,其特征在于,沿冷却剂在冷却剂回路中的流动方 向,所述热交换器旁通阀布置在所述至少一个制冷机旁通阀的上游。
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