CN107636403A - 具有集成膨胀箱的跨临界空调回路 - Google Patents

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Abstract

一种具有跨临界操作循环的空调装置(1)，该装置包括传送制冷剂(5)的回路(4)，其相继地连接：‑压缩机(7)的出口(6)；‑气体冷却器(8)；‑中间冷却器(10)的冷回路(9)；‑膨胀阀(11)；‑第二交换器(12)，具有空间(31、71)，用于与制冷剂(5)形成热交换关系的冷却剂(21)的循环；‑中间冷却器(10)的热回路(14)的入口(13)；空调装置(1)的特征在于，该类型的第二交换器(12)包括用于冷却剂(21)的膨胀空间。

Description

具有集成膨胀箱的跨临界空调回路
技术领域
本发明涉及空调的领域，且更特别地涉及具有跨临界操作循环的空调回路。
背景技术
不管是何种车辆的传动系，用于车辆乘客舱的空调装置都被广泛使用。以传统的方式，空调装置根据利用流体的蒸气压缩亚临界操作循环来操作，该流体诸如R134a(四氟化碳-1,1,1,2)。当在流体的临界温度以下，热动循环称为是亚临界的。流体的临界温度是其在液态时的最大温度，而不管其压力，即，在其临界点时的温度。
诸如R134a这样的而流体的使用将很快被禁止，因为其具有高的温室效应。作为替代，二氧化碳(CO2)——也标记为R744——似乎是未来空调回路最具前景的替代品。但是，由于CO2的低的临界温度(31摄氏度)，利用CO2的空调回路必须利用跨临界操作循环，即，利用大于流体临界温度/压力的温度/压力的操作循环。具有亚临界操作循环的回路通常利用的硬件不适于跨临界操作循环且因此必须被重新设计。
以传统方式，具有跨临界操作循环的空调回路包括旋转压缩机，其通过离合器被车辆发动机的旋转元件驱动。参考图1，该压缩机60压缩制冷剂，且将其引导至风扇后面的气体冷却器61。风扇迫使空气流通过气体冷却器61，以便从被压缩的流体排空最大热量。制冷剂则朝向内部交换器62的冷回路引导，在内部交换器中，制冷剂将其更多的热释放至回路的与内部交换器62的热回路相对应的部分。以此方式冷却的制冷剂则被朝向膨胀阀63引导，在该膨胀阀中，制冷剂膨胀，且该膨胀阀将其朝向“冷水机(chiller)”(或水冷却器)类型的交换器64引导。“冷水机”类型的交换器64连接至冷却回路65，与制冷剂热交换的冷却剂在其中循环。冷却回路还包括膨胀箱，其功能是提供膨胀容积，用于吸收冷却剂体积的变化。
因为机动车辆制造商希望以最低可能的价格提供紧凑的车辆，存在对紧凑且经济的具有跨临界操作循环的空调回路的需求。
发明内容
本发明的目的是减小具有跨临界操作循环的空调回路的总体尺寸以及制造和组装成本。
为此，提供一种具有跨临界操作循环的空调装置，该装置包括传送制冷剂的回路，其相继地连接：
-压缩机的出口；
-气体冷却器；
-中间冷却器的冷回路；
-膨胀阀；
-空调装置的第二交换器，其具有空间，用于与制冷剂形成热交换关系的冷却剂的循环；
-中间冷却器的热回路的入口。中间冷却器的热回路的出口连接至压缩机的入口。
根据本发明，第二交换器包括用于冷却剂的膨胀空间。
通过合并第二交换器和膨胀箱这两个部件，这减小包括第二交换器和膨胀箱的组件的总体尺寸。流体泄露的风险也通过管道数量减小而被减小。最后，制造和组装操作被简化，以上所有导致比之前方案更可靠、更紧凑和更便宜的装置。
本发明还包括用于具有跨临界操作循环的空调装置的第二交换器，包括用于使制冷剂循环的管道的管束，所述管道在空间中延伸用于制冷剂流体循环。第二交换器包括用于冷却剂的膨胀空间。
上述类型的交换器的冷却剂的循环空间有利地为大体平行六面体形状，且通过本体界定，该本体包括第一模制元件和夹持到第一模制元件的第二元件。该组装方法特别地是经济且可靠的。
根据一个特定实施例，第一元件具有大体平行六面体形状，且第二元件是大体平的。
替换地，第一元件和第二元件为大体平行六面体形状。
由此，可以提出用于具有跨临界操作循环的空调回路的交换器，其具有两个不同的冷却剂循环空间和大量共用部件，其有助于减小每个交换器的单位成本。
最后，至少一个元件包括至少一个沟槽，其接收用于制冷剂循环的管束的歧管的侧板。
这使得可以有助于在组装期间第二交换器的各个部件的相对定位，且因此减小其制造成本。
本发明的其他特征和优势将由阅读本发明的非限制性实施例时描述显现。
附图说明
将参考附图，其中：
图1是具有跨临界操作循环的现有技术空调回路的示意图；
图2是根据本发明的具有跨临界操作循环的空调回路的示意图；
图3是根据本发明的第二交换器的第一实施例的透视图；
图4是交换器的从图3旋转90°的透视图；
图5是图4的交换器的分解透视图；
图6是沿线VI-VI的图4的交换器的截面；
图7是根据本发明的第二交换器的第二实施例的透视图；
图8是交换器的从图7旋转90°的透视图；
图9是图8的交换器的分解透视图。
具体实施方式
参考图2，具有跨临界操作循环的空调回路1安装在内燃机车辆3(未示出)的发动机舱2中。
装置1包括沿箭头所示的方向传送制冷剂5(在此为CO2)的回路4。回路4相继地连接：
-压缩机7的出口6；
-气体冷却器8；
-中间冷却器10的冷回路9；
-膨胀阀11；
-空调装置的第二交换器12；和
-中间冷却器10的热回路14的入口13。
就中间冷却器10的热回路14的出口15而言，其连接至压缩机7的入口16。
冷却回路20通过循环泵22传送冷却剂21(在此为包含乙二醇的水)。回路20包括流体/空气热交换器23，风扇24迫使意图用于车辆2的乘客舱的空气流通过该流体/空气热交换器23。冷却剂21进入第二交换器12，以便失去通过第二交换器12中的制冷剂5的状态变化而吸收的热量。
第二交换器12可以用作“冷水机”或水冷却器类型的交换器。在这样的使用中，该类型的交换器用作能够产生冷量的交换器，该冷量用于与机动车辆的另一回路中的冷却剂交换，特别是当机动车辆包括电池时。
第二热交换器可还用作冷凝器类型的交换器，或用作气体冷却器类型的交换器，其通过冷却剂(例如包含乙二醇的水)冷却。
第二交换器12的第一实施例现在将参考图3至5描述。
第二交换器12包括具有大体平行六面体形状的本体30，其界定容纳管束50的内部空间31。本体30包括大体平行六面体形状的第一模制元件32，大体平的第二元件33安装在其上。元件32和33通过与第二元件33一体的多个夹持件34紧固至彼此。第一元件32包括敞开面35且设置有多个外部肋36，所述外部肋增加其对压力的抗力。第一元件32包括第一内部周边沟槽37和相同的第二沟槽38。沟槽37和38分别在第一元件32的上端部39和下端部40处。第一元件32还包括第一和第二管状连接器41和42，其分别通向内部空间31的上部部分和下部部分。如附图可见，连接器41和42在第一元件32的两个相对面上突出，一个在上端部39附近，另一个在下端部40附近。大体平行六面体形状的部分43通过其基部连接至第一元件32的上端部39。该部分43与空间31流体连通，因为其基部是敞开的。位于与部分43的基部相对的面上的插塞44允许到部分43的内部空间43.1的通路。
第二元件33包括第一管状连接器45和第二管状连接器46，它们通向空间31且分别面向沟槽37和38。
在此，管束50包括七个平行的管道51，所述管道具有矩形截面。管道51包括锯齿状件(crenellation)51.1，其增加管道的交换面积，介质围绕管道。管道51在空间31中从入口歧管52延伸至出口歧管53。歧管52和53每个具有大体平行六面体形状和各自的密封元件54和55，所述密封元件分别嵌套在连接器46和45的管状部件中。
在第二交换器12的制造期间，管束50的歧管53和54的侧板布置在第一元件32的相应沟槽38和37中。然后提供第二元件33，从而密封元件54和55分别接合在连接器46和45的管状部件中。第二元件33则与第一元件32接触，且元件32和33通过夹持件34紧固在一起。以此方式构造的第二交换器12因此包括管束50，其在两个歧管52和53之间在内部空间31中延伸。第二交换器12还包括与空间31流体连通的部分43的内部空间43.1。
第二交换器12连接至空调装置1，从而在膨胀阀11出口处的制冷剂5经由连接器46进入入口歧管52，且经由连接器45离开出口歧管53。交换器23的入口连接至连接器42，交换器23的出口连接至连接器41。在操作中，膨胀的制冷剂5在管束50的管道51中蒸发，且冷却通过循环泵22在内部空间31中循环的冷却剂21。在由环境压力变化导致的冷却剂21的体积变化或大量热要被排放的情况下，空间43.1允许冷却剂21的膨胀。实际上，空间43.1位于用于冷却剂21的出口的连接器41上方，该空间43.1几乎不被冷却剂21占据，且形成用于后者的膨胀空间。
与上述相同或相似的元件在本发明第二实施例的参考图7至9的以下描述中具有与之相同的附图标记。
第二交换器12的本体30具有大体平行六面体形状，且包括模制的第一元件32，其具有大体平行六年体形状，在其面的一个上敞开。也为大体平行六面体的第二元件70包括敞开面，元件32的敞开面安装在其上。本体32和70由此限定用于冷却剂21循环的内部空间71。元件32和70通过多个夹持件34紧固至彼此。两个元件32和70之间的连接可通过夹持件、螺钉、感应焊接或振动焊接实现。第二元件70设置有增加其对压力的抗力的多个外部肋36，以及第一内部周边沟槽72和与沟槽72相同的第二内部周边沟槽73。沟槽72和73分别位于第二元件70的上端部74和下端部75处。第二元件70包括第一管状连接器45和第二管状连接器46，它们通向空间71且分别面向沟槽72和73。
在此，管束80包括十四个管道51，所述管道51在空间71中从入口歧管52延伸至出口歧管53。
在第二交换器12的制造期间，管束80的歧管53和54的侧板布置在第一元件32的相应沟槽38和37中。然后提供第二元件70，从而沟槽73和72面向歧管53和54的侧板。在该位置中，密封元件54和55分别接合在连接器46和45的管状部件中。第二元件70则与第一元件32接触，且元件夹持在一起。以此方式构造的第二交换器12因此包括管束80，其提供十四个管道51的交换面积。根据该第二实施例的第二交换器的制造利用与第一实施例共用或相同的许多元件，导致减小的制造和加工成本。
当然，本发明不限于所述实施例，但涵盖落入权利要求所限定的本发明范围的任何变体。
特别地，
-尽管在此的回路直接连接空调装置的各个部件，本发明等同地应用于经由其他部件连接至彼此的部件，所述其他部件诸如干燥器、控制或调节构件、阀等；
-尽管在此制冷剂为CO2，本发明等同地应用于其他类型的制冷剂，其能够通过跨临界操作循环操作；
-尽管在此的冷却剂是包含乙二醇的水，本发明等同地应用于其他类型的冷却剂，诸如乙醇、盐水、氨气或氯化铵；
-尽管在此构成第二交换器的本体的元件通过模制工艺制造，本发明等同地应用于制造元件的其他方法，例如压制、成形、焊接或机加工；
-尽管在此本发明的元件夹持至彼此，本发明等同地应用于通过其他组装方式连接至彼此的元件，所述组装方式例如焊接、螺纹连接、胶合；
-尽管在此安装在第二交换器的本体上的连接器是管状的，本发明等同地应用于其他类型的连接器，诸如卡口连接器或盒式连接器；
-尽管在此管束的管道是锯齿形的，且数量为七个或十四个，本发明等同地应用于不同数量的任何形状的管道，诸如光滑管道。

Claims (8)

1.一种具有跨临界操作循环的空调装置(1)，该装置包括传送制冷剂(5)的回路(4)，所述回路相继地连接：
-压缩机(7)的出口(6)；
-气体冷却器(8)；
-中间冷却器(10)的冷回路(9)；
-膨胀阀(11)；
-第二交换器，具有空间(31、71)，用于与制冷剂(5)形成热交换关系的冷却剂(21)的循环，
-中间冷却器(10)的热回路(14)的入口(13)，中间冷却器(10)的热回路(14)的出口(15)连接至压缩机(7)的入口(16)，
空调装置(1)的特征在于，第二交换器(12)包括用于冷却剂(21)的膨胀空间(43.1)。
2.如权利要求1所述的装置(1)，其中，第二交换器(2)的膨胀空间(43.1)还包括通路插塞(44)。
3.一种用于具有跨临界操作循环的空调装置(1)的交换器(12)，包括用于使制冷剂(5)循环的管道(51)的管束(50)，所述管道在空间(31、71)中延伸用于冷却剂(21)的循环，所述交换器(12)包括用于冷却剂(21)的膨胀空间(43.1)。
4.如权利要求3所述的交换器(12)，包括通向用于冷却剂(21)的膨胀空间(43.1)的通路插塞(44)。
5.如权利要求3所述的交换器(12)，其中，用于冷却剂(21)的循环的空间(31、71)为大体平行六面体形状，且通过本体(30)界定，该本体包括第一元件(32)和夹持到第一元件(32)的第二元件(33、70)。
6.如权利要求5所述的交换器(12)，其中，第一元件(32)具有大体平行六面体形状，且第二元件(33)是大体平的。
7.如权利要求5所述的交换器(12)，其中，第一元件(32)和第二元件(70)为大体平行六面体形状。
8.如权利要求5所述的交换器(12)，其中，至少一个元件(32、70)包括至少一个沟槽(37、38、72、73)，所述至少一个沟槽接收用于制冷剂(5)循环的管道(51)的管束(50)的歧管(52、53)的侧板。
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