CN105593488B - 阀，用于冷却剂脱气的组件及用于冷却剂脱气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却回路阀，适于定位在用于接收制冷剂——特别是用于热发动机的冷却剂——的脱气罐上，所述阀包括至少一个第一制冷剂供应通道(201)；阀内的第二空气吸入通道；第三制冷剂和/或空气排放通道，特别是用于冷却剂或由所述冷却剂的蒸发形成的气体的排放通道；以及当阀位于脱气罐上时与所述脱气罐的内容积相通的连接容积(V20)。所述阀包括在连接容积(V20)内的压力作用下，为使输入的制冷剂流从第一通道(201)流向连接容积(V20)而选择地打开通路的调节器(100)。

Description

阀，用于冷却剂脱气的组件及用于冷却剂脱气的方法

本发明涉及一种冷却回路阀，适于定位在意图接收制冷剂——特别是用于热发动机的冷却回路的冷却剂——的脱气罐上。本发明还涉及一种用于制冷剂脱气的组件，所述组件包含所述的阀和所述的罐，以及用于制冷剂脱气的方法。

在用于热发动机的冷却系统的领域中，例如水/乙二醇的混合物的冷却剂受其影响的温度条件导致在冷却回路内形成蒸气。为了消除这种沸腾，使用可调节的阀给冷却系统加压。

为了符合当前的环境法规，发动机加热时间趋于减少。为此，在启动时其发动机的热惯性应降低。然而，在某些特定的车辆中，冷却回路可以包括超过5升的液体，这大大增加了发动机的热惯性。

第一种解决方案包括当发动机发动时切断回路中冷却剂的所有循环。这个功能由因变于发动机的温度调节液体循环的恒温器执行。

第二种解决方案包括直接作用负责设置冷却剂在回路内的运动的水泵。水泵被机械地或电气地断开，以便在启动时阻止液体循环，并且一旦达到热平衡，则允许冷却剂在回路中循环。

另一种替代方案是使用受控的门切断冷却剂在回路中的循环。

在热发动机的冷却回路中，为脱气罐直接提供冷却剂而没有比如闸阀或恒温器的切断构件是常见的，例如在发动机头部脱气的情况下。因此，另一种方法是只要内部温度尚未达到接近调节温度的值就切断脱气罐内部的冷却剂的循环。这种切断可以使用通过受罐内部温度，特别是通过恒温元件，或通过罐的内部压力控制的门来完成。此门通常位于脱气罐外。这具有这样的缺点，即冷却剂回路的工厂填充更困难，并需要使用旁路系统。

为了克服这个问题，DE-A-102011078293教导了将切断门装配到脱气罐内。此切断门包括止回阀，其包括相对于阀座可移动的主体。当罐压力超过第一阈值，该主体对抗弹簧的弹力作用地被抬起。其结果是，只要罐压力低于第一阈值，罐内的制冷剂循环被切断。脱气罐还配备有过压口盖和空气吸入口盖。切断门主体是刚性的，从而诱使门的突然打开和开闭。

本发明旨在通过提出用于冷却回路的改进阀来解决上述缺点。

为此，本发明涉及一种冷却回路阀，适于定位在用于接收制冷剂——特别是用于热发动机的冷却剂——的脱气罐上，所述阀包括：至少一个第一制冷剂供应通道；阀内的第二空气吸入通道；第三制冷剂和/或空气排放通道，特别是用于冷却剂或通过该冷却剂的汽化形成的气体的排放通道；连通容积，当阀被定位在脱气罐上时，所述连通容积与所述脱气罐的内部容积相通；口盖，选择性地打开为使空气的输入流从所述第二通道流向连接容积的通路；口盖，选择性地打开为使制冷剂和/或空气的输出流从连接容积流向第三通道的通路；以及调节器，其在连接容积中的压力作用下选择性地打开为使制冷剂输入流从第一通道流向着连接容积的通路。根据本发明，所述调节器包括在连接容积内的压力作用下可弹性变形的隔膜。

由于本发明，多亏了弹性隔隔膜，所述调节器被更顺畅地打开和关闭。T于是气体泄漏被减少并且罐压力被更好地控制。根据本发明的有利但非强制性的方面，该阀可包括下面特征中的一个或多个，考虑在任何技术上容许的组合：

所述调节器包括阀座和壳体，在所述阀座和壳体之间，隔膜由其两个边缘被固定。

所述隔膜包含：横跨第一通道地定位的第一部分，并且当调节器被关闭时，所述第一部分密封第一通道；部分地界定连接容积的第二部分；和连接第一部分和第二部分的第三部分，当调节器被关闭时，所述第三部分抵靠阀座地支承。

在连接容积内的压力作用下，隔膜的第二部分能够朝向壳体地抬起隔膜的第一和第三部分，从而打开位于阀座和隔膜之间的输入制冷剂流的通路。

所述调节器包括用于弹性地向隔膜施加负载的装置，所述装置包括在隔膜的第三部分上的校准弹簧和叶片轴承，弹簧被插入到叶片和壳体之间。

隔膜的第三部分具有与阀座接触的接触表面，所述隔膜的第三部分的所述接触表面平行于输入的制冷剂流。

隔膜的第三部分包括当调节器被关闭时抵靠阀座支承的肋。

所述肋具有相对于所述阀的中心轴线是环形并且是同心的、与阀座接触的接触表面。

本发明还涉及用于制冷剂的脱气组件，包括阀和意图接收制冷剂的脱气罐，阀如前所定义并被固定在脱气罐的上部，在为此而提供的凹槽内。

因此，本发明涉及一种用于对脱气罐内部的制冷剂进行脱气的方法。根据本发明，该方法使用如前所述的阀，并且包括步骤：

a)当连接容积内发生真空时，即，当罐的内部压力低于大气压力时，空气被吸入到所述第二通道并且用于打开空气输入流的通路的口盖打开，

b)当罐内的压力达到大气压力时，用于打开空气输入流的通路的口盖关闭，

c)当罐的压力达到比大气压力更大的一个参考值时，用于打开输入制冷剂流的通路的调节器打开，和

d)当罐中的压力达到比参考值更大的过压值时，用于打开输出流的通路的口盖打开，从而允许制冷剂和/或空气逸出。

本发明及其其它优点在以下对一个根据其原理的阀的实施例描述仅被提供作为非限制性的例子和在参考做附图中，将被更好地理解，其中：

图1是根据本发明的脱气组件的横截面，包括脱气罐和同样根据本发明的阀，

图2是图1的细节II的放大图，

图3是图2中的细节III的放大图，

图4是类似于图2的横截面，显示脱气罐在真空情况下的阀，

图5是图4的细节V的放大图，

图6是类似于图2和图4的横截面，显示在制冷剂的内部循环是开放的配置中的阀，

图7是图6的细节VII的放大图，

图8是类似于图2，4和6的横截面，显示脱气罐内在过压情况下的阀，

图9是图8的细节IX的放大图，

图10是类似于图2,图4，图6和图8的横截面，显示在冷却回路填充情况下或在旁路情况下的阀，即，在制冷剂的循环是独立于内部压力地连续的配置，和

图11是图10的细节IX的放大图。

图1至图11显示了根据本发明的脱气组件2。在此示例中，该脱气组件2旨在被整合入热发动机的冷却回路。

此脱气组件2包括罐30和组装到罐30上的阀20。

罐30包括界定所述罐30的内部容积V30的外主体32。在其上部，外主体32包括界定内孔O30的颈部40，所述颈部包括外螺纹400。孔口O30形成凹口，用于在罐30上部接纳阀20。罐30还包括含有攻丝380的止动件38。止动件38的攻丝380具有与颈部40的螺纹400的螺距互补的螺距。因而，止动件38能被拧入颈部40中，这使得在罐30上部关闭罐成为可能。止动件38因而使得在罐30内，在凹部O30内关闭阀20成为可能。罐30的外主体32还在其上部包括几个制冷剂入口连接器36，并在其下部包括对相同的制冷剂的出口连接器34。在实践中，罐30通常包括一个或两个入口连接器36。图1中仅示出这些连接器中的一个，已规定任何其它连接器位于与该图不同的平面内。

在实施例中，制冷剂是一种冷却剂，特别是水/乙二醇混合物。另选地，制冷剂可以是适合于本申请的任何类型制冷剂。

为了便于组件2不同部分的空间识别，定义轴线Z2，当配备有组件2的车辆的车轮搁置在水平地面时，所述轴线是垂直的。此后，术语“底部”和“下部”对应朝向地面的方向，而术语“顶部”和“上部”对应与地面相反的方向。冷却剂通常沿着所述垂直轴线Z2从阀20流向罐30内。在连接器34平行于垂直轴线Z2延伸，而连接器36在轴线Z2的径向上延伸。通过入口连接器36的阀20内的冷却剂输入流F1和通过出口连接器34朝向罐30外的冷却剂的输出流F2同时被定义。冷却剂通过简单的重力作用向下流动。

图2至11显示了根据本发明更详细的阀20。

阀20包括被定位在颈部40内的壳体204和阀座202，并且它们是由合成材料制成和转轴线Z2旋转对称的中空部件。阀座202被定位在壳体204的下方，并限定了下表面S202。

在本说明书中，术语“通道”指用于流体的通路容积；而“连接器”指围绕所述容积的结构。

在阀20的中心，即，壳体204的内部，包含主体2082和盖2080的单件式构件208被定位。所述构件208是居中在轴线Z2上旋转的部件。盖2080包括向上弯曲的边缘2084，具有居中在轴线Z2上的基本上环形的轮廓。边缘2084在图5中更好地看到。属于壳体204的部件2040被定位在构件208的下方。围绕轴线Z2的螺旋弹簧216被插入到该部件2040和构件208之间。在图2的构造中，盖2080的边缘2084向上抵靠围绕构件208的主体2082的密封件218地支承。密封件218是空心的，设置在壳体204内，并绕轴线Z2转绕对称。弹簧216对构件208施加向上的弹性力，由此逆着密封件218推动构件208。

抵接部件200被定位在构件208上方。螺旋弹簧210围绕轴线Z2并被插入在抵接部件200和密封件218之间。更具体地，弹簧210被插入在抵接部件200和密封件218上的弹簧210的轴承叶片219之间。因此，弹簧210构成用于向下(即抵靠着壳体204)向密封件218施加弹性负载的装置，。

阀20包括若干用于给阀供应冷却剂的通道201，只有其中一个显示于图中。通道201延长罐30的外主体32的连接器36；它们代表阀20内的连接器36的出口。每一通道201出现在包括于阀20内的调节器100上。

密封装置2200被安置在阀座202和罐30的颈部40之间，由此可以防止冷却剂在通道201外通过。

调节器100包括可弹性变形的隔膜206、轴承叶片212和校准弹簧214。所述隔膜206是绕轴线Z2旋转的部件，其在包含轴线Z2的平面内考虑的截面大致为L形。因此所述隔膜206包括上边缘206D和下边缘206E。边缘206D和206E被固定在壳体204和阀座202之间。

如在图1和3所示，平面XY 2与轴线Z2垂直地定义并界定阀20。所述平面XY2位于阀20的下方。因此，它与阀座202的表面S202相切。据认为，位于平面XY2下方的容积形成罐30的内容积V30，并且位于平面XY2上方的容积形成连接阀20与罐30的内容积V30的连接容积V20。更具体地，所述容积V20显示于图3中。其包括在隔膜206和平面XY2之间界定的第一容积V201以及在构件208和阀座202和壳体204内的平面XY2之间限定的第二容积V202。平面XY2标出阀20与罐30之间的分离，并因此可以从其推断出容积V20在阀20和罐30之间形成连接。

隔膜206由三个部分206A，206B和206C组成。第一部分206A限定上边缘206D，它朝着冷却剂供应通道201取向，并且当调节器100被关闭时，它密封通道201。第二部分206B部分地限定阀20的连接容积V20并且限定下边缘206E。第三部分使第一部分206A和第二部分206B彼此连接。第三部分206C可被描述为隔膜206的中间部分，由部分206A和206B提供构架。当调节器100被关闭时，第三部分206C抵靠阀座202地支承，即，第三部分206C平行于通道201延伸，隔膜206被定位于所述通道中并且因此平行于冷却剂的输入流F1。当调节器100被关闭时，这种布置防止冷却剂从通道201朝向阀20内渗透。此外，隔膜包括两个肋206N1和206N2，当调节器100被关闭时，肋206N1和206N2被定位在第三部分206C且抵靠阀座202地支承。肋206N1和206N2具有居中在轴线Z2上的环形形状并具有外表面，即，朝向阀座202取向的外表面，分别被表示为S206N1和S206N2。表面S206N1和S206N2是相对于轴线Z2的某个点的同心表面，并且两者一起形成隔膜206的与阀座202接触的接触表面S206C。具有双轴承表面使得在隔膜206和阀座202之间的接触点具有双重密封成为可能。

轴承叶片212和校准弹簧214被定位在隔膜206的第三部分206C上方。弹簧214被插入在壳体204和叶片212之间，并且因此提供弹性力，所述弹性力倾向于向下地挤压隔膜206的第三部分206C，使其抵靠阀座202。这种弹性施加负载的弹性力能够将调节器100保持在关闭位置。

如在图4和5中被更好地显示出的那样，阀20还在上部包括空气吸入通道203，即，其中吸入空气的通路。吸入通道203在罐30的颈部40和止动件38之间穿过，并出现在位于构件208上方的容积V203上。

在过压的情况下，阀20必须确保冷却回路。为此，阀20包括用于冷却剂和/或空气的通路，或排放通道205，该冷却剂然后处于液相或气相。换言之，通道205是制冷剂和/或空气排放通道，特别是排放冷却剂或从冷却剂的汽化而产生的气体。该通道205在图8和9中被更好地示出，并且与通道203相似，不同之处在于，流体的循环方向不一样。

冷却剂供应通道201在阀门20内形成第一通道，空气吸入通道203为第二通道并且制冷剂和/或空气排放通道205为第三通道。

图4至9示出了取决于脱气罐30的内压，即，连接容积V20的压力，阀20的不同状态。罐的这种内压取决于发动机的热平衡。

如在图4和5所示，所述方法的第一步骤发生在罐30内真空的情况下，该真空与发动机的热平衡相关。由此，空气被吸入到为此提供的空气吸气通道203。因此，如箭头F3所示，空气在颈部40与止动件38之间穿过，并进入容积V203。容积V203内的空气压力的增加克服弹簧216的作用向下推动构件208。这种运动能够释放在构件208的盖2080和密封件218之间的通路P1。因此，空气沿箭头F4的方向流动，其中通路P1从第二通道203朝向属于连接容积V20的容积V202流动。因此，弹簧216、构件208和密封件218形成用于选择性地打开输入空气流F3的通路P1的第一口盖C1。

在口盖C1的出口，所述空气流沿箭头F5的方向，流入容积V201，然后流入罐30的内容积V30。其结果是，罐30内的压力增加。

当连接容积V20内的压力达到外界压力，或大气压时，由于已经达到压力平衡，因此停止通过第二通道203吸入空气。如果没有压力施加在构件208的上部，弹性弹簧216的作用使构件208向上移动。这种运动意味着盖2080的边缘2084接触到密封件218，由此，关闭空气的通路P1。

当容积V20内的压力达到基准压力时，例如被包括在0.6和0.7相对巴之间，调节器100打开。更具体地，弹性施加负载装置通过校准弹簧214形成，并且调节器100的轴承叶片212相对于容积V201的压力不具足够的抵抗力。在连接容积V20的容积V201内广布的压力然后向上抬起隔膜206的第一部分206A和第三部分206C。这个运动在图7中由箭头方向D1所示。因此，冷却剂可以流入在隔膜206的第三部分206C和阀座202之间的通路P2。通路P2从第一通道201流入到属于连接容积V20的第一容积V201。因此，调节器100是用于选择性地打开输入流F1的通路P2的调节器。如箭头F6所示，冷却剂在调节器100的输出口被注入罐30。

因此，阀20能够对冷却回路进行加压，以防止在正常操作期间冷却剂的任何汽化。

当罐30内的压力达到过压值时，例如等于1.4相对巴时，阀20的连接容积V20的压力导致由构件208和密封件218形成的组件克服弹簧210的弹性力的作用向上移动。这种压力在图9中由箭头D2所示。通路P3因此在密封件218和壳体204之间打开。密封件218，刀片219，弹簧210和壳体204因此形成用于选择性打开通路P3的第二口盖C2。当第二口盖C2打开时，如箭头F7所示，空气和/或冷却剂通过通路P3向上逸出。

气体接着在颈部40与止动件38之间逸出。这种运动在图8中由箭头F8显示。口盖C2因此是为气体和/或冷却剂的输出流F7选择性地打开通路P3的口盖。口盖C2的这种旨在排出废气的打开构造只发生在“热浪”或发动机过热的情况下，这种过热实践中来自于内部异常。

气体的这种排放导致罐30内的压力下降。当压力减小至低于过压值时，例如等于1.4的相对巴时，罐30内广布的压力不足以补偿弹簧210的弹性复位。由此，密封件218回到向下抵靠着壳体204支承的状态。口盖C2被关闭。

并行地，当施加在隔膜206的第二部分206B上的压力不足以补偿弹簧214的弹性复位时，用于为冷却剂的输入流F1选择性开放通路P2的调节器100关闭。隔膜206的第三部分206C因此复位，抵靠住阀座202，由此关闭通路P2。

图10和11显示了用于手动打开冷却剂供应通道201的构造。这种构造通过从颈部40拧松止动件38而获得。这种拧松导致阀20向上移动。结果，阀座200的密封装置2020不再可密封性地抵靠在罐30的外主体32。因此，在阀座202和颈部40之间有冷却剂的通路。这种流动在图11中由箭头F9显示。相阀20对于罐30的运动在图11中由箭头D3所示。由于可以在调节器100出故障的情况下打开通路P2，这种手工打开冷却剂供应通道是特别有利的。

在未示出的替代方案中，根据阀20和它的组成元件的构造，相对于大气压力考虑的基准压力，可以被包括在0.1和1巴之间，而同样相对于大气压力考虑的过压值可以被包括在0.8和3.5巴之间

根据另一个未示出的替代方案，颈部40可包括与相对于在止动件38上形成的抵接部形成互补的抵接部，由此当止动件38被完全拧入到颈部40时允许用户能感觉到。

根据另一个未示出的替代方案，阀20包括单个制冷剂供应通道201。

根据另一个未示出的替代方案，阀20可以被整合入电动发动机的动力电池的冷却回路中。

此外，上述的各种替代方案的技术特征可以全部或部分地彼此结合。因此，脱气组件2和阀20在成本，功能和性能方面可被调整。

Claims (11)

1.一种冷却回路阀(20)，适合被定位在用于接收制冷剂的脱气罐(30)上，所述冷却回路阀包括：

至少一个第一制冷剂供应通道(201)，

所述冷却回路阀内的第二空气吸入通道(203)，

第三制冷剂和/或空气排放通道(205)，和

连接容积(V20),当所述冷却回路阀被定位在所述脱气罐上时，所述连接容积(V20)与所述脱气罐的内容积(V30)相连通，

选择地打开为使空气输入流(F3)从所述第二空气吸入通道流向所述连接容积的通路(P1)的口盖(C1)，

选择地打开为使制冷剂和/或空气的输出流(F8)从所述连接容积流向所述第三制冷剂和/或空气排放通道的通路(P3)的口盖(C2)，和

调节器(100)，在所述连接容积(V20)内的压力作用下，所述调节器(100)选择地打开为使输入的制冷剂流(F1)从所述至少一个第一制冷剂供应通道(201)流向所述连接容积(V20)的通路(P2)，

其特征在于，所述调节器(100)包括在所述连接容积(V20)内的压力作用下可弹性变形的隔膜(206),以及

其特征在于，所述调节器(100)包括阀座(202)和壳体(204)，所述隔膜(206)通过所述隔膜的两个边缘(206D、206E)被固定在所述阀座(202)和所述壳体(204)之间。

2.如权利要求1所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述制冷剂包括用于热发动机的冷却剂。

3.如权利要求1所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述第三制冷剂和/或空气排放通道(205)包括用于冷却剂或由所述冷却剂的蒸发形成的气体的排放通道。

4.如权利要求1所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述隔膜(206)包括：

第一部分(206A)，其横跨所述至少一个第一制冷剂供应通道(201)地定位，并且当所述调节器(100)关闭时，所述第一部分(206A)密封所述至少一个第一制冷剂供应通道(201)，

第二部分(206B)，其部分地界定所述连接容积(V20)，和

连接所述第一部分(206A)和所述第二部分(206B)的第三部分(206C)，当所述调节器(100)关闭时，所述第三部分(206C)抵靠所述阀座(202)地支承。

5.如权利要求4所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述隔膜(206)的所述第二部分(206B)在所述连接容积(V20)内的压力作用下能够将所述隔膜的所述第一部分(206A)和所述第三部分(206C)朝向所述壳体(204)抬起，从而打开在所述阀座(202)和所述隔膜(206)之间的、用于所述输入的制冷剂流(F1)的所述通路(P2)。

6.如权利要求4和5中的一项所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述调节器(100)包括用于弹性地向所述隔膜(206)施加负载的装置，所述装置包括支承在所述隔膜(206)的所述第三部分(206C)上的校准弹簧(214)和叶片(212)，所述校准弹簧(214)被插入在所述叶片(212)和所述壳体(204)之间。

7.如权利要求4所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述隔膜(206)的所述第三部分(206C)具有与所述阀座(202)接触的接触表面(S206C)，所述隔膜(206)的所述第三部分(206C)的所述接触表面(S206C)与所述输入的制冷剂流(F1)平行。

8.如权利要求4所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述隔膜(206)的所述第三部分(206C)包括肋(206N1,206N2)，当所述调节器关闭时，所述肋(206N1,206N2)抵靠所述阀座(202)地支承。

9.如权利要求8所述的冷却回路阀(20)，其特征在于，所述肋(206N1,206N2)具有与所述阀座(202)接触的接触表面(S206N1，S206N2)，所述肋(206N1,206N2)的所述接触表面(S206N1，S206N2)相对于所述冷却回路阀的中轴线(Z2)是环形的和同心的。

10.一种用于制冷剂的脱气组件(2)，包括阀和用于接收制冷剂的脱气罐(30)，其特征在于，所述阀是如权利要求1至9中的一项所述的冷却回路阀(20)，并且所述阀被固定在所述脱气罐(30)的上部中为此提供的凹部(O30)中。

11.一种用于对脱气罐(30)内部的制冷剂进行脱气的方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1至9中的任一项所述的冷却回路阀(20)，并且其特征在于，所述方法包括步骤：

a)当所述连接容积(V20)内发生真空时，即，当所述脱气罐(30)的内部压力下降到低于大气压力时，空气被吸入所述第二空气吸入通道(203)，并且为所述空气输入流(F3)打开用于所述空气输入流(F3)的所述通路(P1)的所述口盖(C1)打开，

b)当所述脱气罐(30)内的压力达到大气压力时，为所述空气输入流(F3)打开用于所述空气输入流(F3)的所述通路(P1)的所述口盖(C1)关闭，

c)当所述脱气罐内的压力达到大于大气压力的基准值时，打开用于所述输入的制冷剂流(F1)的所述通路(P2)的所述调节器(100)打开，和

d)当所述脱气罐内的压力达到大于所述基准值的过压值时，为所述制冷剂和/或空气的输出流(F8)打开用于所述制冷剂和/或空气的输出流(F8)的所述通路(P3)的所述口盖(C2)打开，从而允许制冷剂和/或空气逸出。