CN116547158A - 具有带附加热交换器的切向流涡轮机的用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块 - Google Patents

具有带附加热交换器的切向流涡轮机的用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块 Download PDF

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CN116547158A CN202180081405.0A CN202180081405A CN116547158A CN 116547158 A CN116547158 A CN 116547158A CN 202180081405 A CN202180081405 A CN 202180081405A CN 116547158 A CN116547158 A CN 116547158A
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K·阿祖兹
G·杜尔贝克
E·艾蒂安
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Abstract

本发明涉及一种用于具有电动或混合动力单元(12)的机动车辆(10)的冷却模块(22)。所述冷却模块(22)包括至少一个热交换器(24、26、28)；至少一个具有旋转轴线(A)的切向涡轮机(30)，该切向涡轮机能够产生在进气口(22a)和排气口(22b)之间流动并穿过该至少一个热交换器(24、26、28)的气流(F)；至少一个壳体(40、41)，其被配置为容纳该至少一个热交换器(24、26、28)和所述至少一个切向涡轮机(30)；该冷却模块(22)的特征在于其包括附加热交换器(31)，气流(F)穿过该附加热交换器(31)，该附加热交换器(31)被放置在该至少一个壳体(40、41)的外部，并且在冷却模块(22)的纵向方向(X)上位于冷却模块(22)的排气口(22b)的下游。

Description

具有带附加热交换器的切向流涡轮机的用于电动或混合动力 机动车辆的冷却模块
技术领域
本发明涉及一种用于电动或混合动力机动车辆的冷却模块，其具有切向流涡轮机。
背景技术
机动车辆的冷却模块(或热交换模块)通常包括至少一个热交换器和通风装置，该通风装置适于产生穿过一个或多个热交换器的气流。因此，当车辆静止或低速行驶时，通风装置使得可以例如产生与热交换器接触的气流。该通风装置例如采取切向流涡轮机的形式。气流经由进气口进入冷却模块的壳体，并经由排气口排出。
通常，热交换器面向形成在机动车辆车身前端的至少两个冷却开口而定位。第一冷却开口位于防护板(fender)上方，而第二开口位于防护板下方。这种配置是优选的，因为内燃机也必须被供给空气，发动机的进气口通常位于穿过上冷却开口的气流的通道中。
然而，电动车辆优选地仅设置有位于防护板下方的冷却开口，甚至更优选地仅设置有位于防护板下方的单个冷却开口。这是因为电动马达不需要空气供给。此外，冷却开口数量的减少允许电动车辆的空气动力学特性得到改善。这也导致机动车辆的更好的行驶里程和更快的最高速度。
然而，这意味着可用于在其中布置冷却模块的空间减少了。因此，专用于热交换器的空间是有限的，相应地，用于热交换的总表面积也减少了。这引起了冷却模块中的热交换能力降低，因此引起了例如空调回路或电池和其他元件的热管理的降低的效率。
因此，需要优先考虑冷却模块的紧凑设计，并优化一个或多个热管理回路(布置在冷却模块内的所述至少一个热交换器在所述热管理回路中运行)的架构。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种用于电动机动车辆的冷却模块，其允许在可用空间内更好地布置各部件。
为此，本发明涉及一种用于具有电动或混合动力马达的机动车辆的冷却模块，该冷却模块包括至少一个热交换器和至少一个具有旋转轴线的切向流涡轮机，该切向流涡轮机能够产生在进气口和排气口之间流通并且穿过该至少一个热交换器的气流；该冷却模块还包括至少一个壳体，该壳体被配置为容纳该至少一个热交换器和所述至少一个切向流涡轮机；该冷却模块还包括附加热交换器，气流旨在穿过该附加热交换器，该附加热交换器布置在所述至少一个壳体的外部，并且在冷却模块的纵向方向上位于冷却模块的排气口的下游。
这种冷却模块使得可以优化可用空间，同时确保通过排气口排出的气流与附加热交换器之间的热交换。将附加热交换器放置在壳体外部使得可以利用面向排气口的潜在存在的闭死容积(dead volume)，这也使得可以限制冷却模块的体积。
此外，这种紧凑的布置可以在冷却模块的架构方面带来更大的自由度。
本发明可以进一步包括单独或组合的一个或多个以下方面:
附加热交换器布置在冷却回路中，沿着意图在该冷却回路内流通的制冷剂的流通方向，该冷却回路包括：压缩机、冷凝器、第一膨胀阀和第一蒸发器，附加热交换器在所述冷却回路中布置在压缩机的下游和冷凝器的上游；
冷却回路的第一蒸发器是热管理界面，其被配置为与机动车辆的电池进行热交换；
冷却回路包括与第一膨胀阀和第一蒸发器并联布置的第二膨胀阀和第二蒸发器，第二蒸发器旨在使内部气流从其穿过；
附加热交换器具有平行六面体形状，包括长度、高度和宽度；
附加热交换器的长度小于或等于冷却模块的宽度；
冷却模块包括至少一个附加壁，该附加壁将排气口的边缘连接至附加热交换器的侧面；
附加壁是附接至排气口的边缘的部分；
附加热交换器的宽度小于或等于冷却模块的下边缘与附加壁之间的间距；
附加热交换器定位在平行于冷却模块的纵向方向的总平面中；以及
附加热交换器定位在平行于排气口的平面的总平面中。
附图说明
通过阅读以下说明书和附图，本发明的进一步的优点和特征将变得更加明显，该说明书是通过示意性和非限制性的示例提供的，其中:
图1示意性地示出了从侧面看到的具有电动或混合动力马达的机动车辆的前部；
图2示出了包括冷却模块的机动车辆前端的局部剖视透视图；
图3示出了图2中冷却模块的剖视图；
图4示出了附加热交换器的透视图；
图5示出了热管理回路的示意图，附加热交换器布置在该热管理回路中；并且
图6示出了图5中热管理回路的变型的示意图。
在这些图中，相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1至图4中，示出了三面体XYZ，以限定各种元件相对于彼此的方位。由X表示的第一方向对应于车辆的纵向方向。该第一方向也对应于与车辆向前运动的方向相反的方向。由Y表示的第二方向是侧向或横向方向。最后，由Z表示的第三方向是垂直方向。方向X、Y、Z成对地正交。
以下实施例是示例。尽管本说明书涉及一个或多个实施例，但这并不一定意味着每个参考涉及相同的实施例，或者意味着各特征仅适用于一个实施例。不同实施例的各个单独的特征也可以组合或互换以提供其他实施例。
在本说明书中，可对某些元件应用顺序编号，比如第一元件或第二元件。在这种情况下，顺序编号只是为了区分和表示相似但不相同的元件。这种顺序编号并不意味着一个元件优先于另一个元件，并且这种编号可以容易地互换而不脱离本说明书的范围。同样，这种顺序编号并不意味着任何时间次序。
在本说明书中，“上”和“下”表示在上文中确定的方向Z上一个元件相对于另一个元件的位置。“上”元件将更靠近车顶，而“下”元件将更靠近地板。
图1示意性地示出了具有电动或混合动力马达12的机动车辆10的前部。车辆10特别地包括由机动车辆10的底盘(未示出)承载的车身14和防护板16。车身14限定了冷却开口18，即：穿过车身14的开口。在这种情况下，只有一个冷却开口18。该冷却开口18位于车身14的前端14a的下部中。在所示的示例中，冷却开口18位于防护板16下方。格栅20可以定位在冷却开口18中，以防止弹射物能够穿过冷却开口18。冷却模块22面向冷却开口18定位。格栅20使得尤其可以保护该冷却模块22。
如图2和图3所示，冷却模块22具有由长度、宽度和高度确定的大致平行六面体形状。长度在X方向上延伸，宽度在Y方向上延伸，高度在Z方向上延伸。
冷却模块22被设计为使气流F平行于方向X穿过该冷却模块，并从车辆10的前部流向后部。该方向X更具体地对应于冷却模块22的纵向轴线。在本申请中，在冷却模块的纵向方向X上，比另一个元件布置得更靠前或更靠后的元件分别被称为是“上游”的或“下游”的。“前”对应于处于组装状态的机动车辆10的前部，或者对应于冷却模块22的一表面，气流F旨在通过该表面进入冷却模块22。同样，“后”对应于机动车辆10的后部，或者对应于冷却模块22的一表面，气流F旨在通过该表面离开冷却模块22。
冷却模块22基本上具有壳体或整流罩40，其在彼此相对的上游端40a和下游端40b之间形成内部通道。更具体地，上游端40a配备有进气口22a。在所述整流罩40内布置有至少一个热交换器24、26、28。该内部通道优选平行于方向X定向，使得上游端40a朝向车辆10的前部定向，面向冷却开口18，并且使得下游端40b朝向车辆10的后部定向。在图2和图3中，冷却模块22包括三个热交换器24、26、28，这三个热交换器被一起归入热交换器组23中。然而，根据所需的配置，可以包括更多或更少的热交换器。
在图2和图3的示例中，第二热交换器26布置在第一热交换器24的下游，而第三热交换器28布置在第二热交换器26的下游。然而，可以设想出其他配置，例如第二热交换器26和第三热交换器28都布置在第一热交换器24的上游或者在第一热交换器24的两侧。
在这些相同的图中，每个热交换器24、26、28具有由长度、厚度和高度确定的大致平行六面体形状。长度沿Y方向延伸，厚度沿X方向延伸，高度沿Z方向延伸。因此，热交换器24、26、28在平行于垂直方向Z和横向方向Y的总平面中延伸。该总平面优选垂直于穿过所述热交换器24、26、28的气流F的流通方向，从而最大化热交换。
冷却模块22还包括第二壳体41，在本说明书的其余部分中称为“集气壳体”。该集气壳体41在冷却模块22的纵向方向X上布置在整流罩40和热交换器组23的下游。更具体地，集气壳体41布置在整流罩40的下游端40b处。因此，该集气壳体41使得可以回收穿过该热交换器组23的气流F，并将该气流F导向排气口22b。集气壳体41可以与整流罩40一体，或者可以是固定至所述整流罩40的下游端的附加部件。
冷却模块22、更具体地说是集气壳体41，还包括至少一个切向风扇，也称为切向流涡轮机30，其被配置为产生气流F，该气流F旨在从进气口22a穿过该热交换器组23到达排气口22b。切向流涡轮机30包括转子或涡轮32(或切向推进器)，其显著地具有大致圆柱形的形状。涡轮32有利地具有若干级叶片(或轮叶)，这在图3中可见。涡轮32围绕旋转轴线A可旋转地安装。有利地，该旋转轴线A基本平行于横向方向Y定向。涡轮32的直径例如为35mm至200mm，以便限制其尺寸。因此，切向流涡轮机30是紧凑的。
切向流涡轮机30布置在集气壳体41中，使得集气壳体41的侧壁43基本上垂直于涡轮32的旋转轴线A，如图2中更具体示出的。切向流涡轮机30被配置为吸入空气，从而产生穿过该热交换器组23的气流F。更具体地，切向流涡轮机30包括由第一集气壳体41形成的鼓风机壳体44，涡轮32布置在该鼓风机壳体的中心。排气口22b对应于由第一集气壳体41形成的该鼓风机壳体44的自由端，如图3中更具体示出的。
在图2和图3所示的示例中，切向流涡轮机30处于上部位置，特别是在集气壳体41的上三分之一处，优选在集气壳体41的上四分之一处。这使得尤其可以在浸没的情况下保护切向流涡轮机30，和/或可以限制冷却模块22下部的体积。在这种情况下，用于气流F的排气口22b优选朝向冷却模块22的下部定向。
为了将离开该热交换器组23的空气导向排气口22b，集气壳体41包括面向所述热交换器组23的导向壁46。更具体地，该导向壁46形成与排气口22b的上游边缘47的接合。在这种情况下，上游边缘47意指排气口22b的最靠近整流罩40的下游端40b的边缘。
导向壁46与垂直于冷却模块22的纵向方向X的第一平面P1成角度α；这在图3中更具体地示出。导向壁46形成0°至25°的角度α的这一事实允许气流F在集气壳体41内更好地流通，并限制压力损失。优选地，导向壁46相对于第一平面P1倾斜，并且角度α为5°至25°，优选为23°。更一般地，该角度α在0°和最大25°之间。如果角度α为0°，那么导向壁46与第一平面P1重合。最大角度25°对应于具有最大倾斜的第二平面P2(在图3中可见)相对于第一平面P1的角度α’。
更具体地，具有最大倾斜的该第二平面P2连接排气口22b的上游边缘47和所述至少一个热交换器24、26、28的下游端边缘25。在这种情况下，下游端边缘25意指热交换器24、26、28的最靠近整流罩40的下游端40b的边缘。当整流罩40包括多个热交换器24、26、28时，所考虑的下游端边缘25是最下游的热交换器(在这种情况下是第三热交换器28)的下游端边缘25。下游端边缘25面向排气口22b定位。这意味着，如图3所示，如果排气口22b朝向冷却模块22的下部定向，则该下游端边缘25是热交换器28的下端边缘。相反，如果排气口22b朝向冷却模块22的上部定向，则下游端边缘25将是热交换器28的上端边缘。
如图2和图3所示，冷却模块22还包括附加热交换器31，该热交换器31旨在使气流F从其通过。该附加热交换器31布置在整流罩40和集气壳体41的外部，并且位于冷却模块22的排气口22b的下游。更具体地，附加热交换器31特别地面向排气口22b定位并与导向壁46相对。该附加热交换器31因此布置在冷却模块22的闭死容积(dead volume)中。有利地，附加热交换器31的添加不会增加冷却模块22在机动车辆10内占据的体积。
根据图3所示的实施例，附加热交换器31布置在平行于排气口22b的平面的总平面中，使得该附加热交换器31垂直于通过排气口22b排出的气流F而布置。参考X、Y、Z轴线系统，气流F旨在在沿着方向Z定向的方向上排出，并且附加热交换器31的用于热交换的表面在平行于冷却模块22的纵向方向X的平面中延伸。
在轴线Z与垂直方向重合的特定情况下，应该说明的是，旨在通过排气口22b排出的气流F垂直地流动。附加热交换器31因此是水平定位的。因此，面向集气壳体41的排气口22b定位的该附加热交换器31的方位不同于布置在冷却模块22的壳体40内的所述多个热交换器24、26、28的方位。
根据附加热交换器31的一个实施例，该附加热交换器31包括成束的扁平管310，所述扁平管310彼此上下堆叠并由翅片311隔开，如图3中更具体示出的。附加热交换器31的扁平管310和翅片311可以彼此平行。扁平管310和翅片311垂直于附加热交换器31的总平面而布置。因此，扁平管310和翅片311在冷却模块22的纵向方向X上堆叠。在图3所示实施例的情况下，扁平管310是垂直定向的，这可使得气流F与附加热交换器31之间的热交换最大化。
为了限制损失，冷却模块22可以包括至少一个附加壁50，该附加壁50将排气口22b的边缘55连接至附加热交换器31的侧面，如图2和图3所示。
附加壁50例如是平坦且刚性的板，其使得可以将通过排气口22b排出的气流F导向附加热交换器31。附加壁尤其可以布置在集气壳体41的边缘55上，以形成排气口22b的延伸部。因此，附加壁50面向导向壁46布置。根据图中未示出的另一实施例，附加壁50可以包括两个侧向延伸部，这两个侧向延伸部延伸至导向壁46，从而形成用于排气口22b的延伸导管。通过限制气流F的发散以使得整个气流F都穿过附加热交换器31，这种延伸导管尤其使得可将通过排气口22b排出的气流F导向附加热交换器31。附加壁50的这个特定实施例还使得可以限制由切向流涡轮机30的操作产生的任何振动。
特别地，附加壁50可以采取附接至排气口22b的边缘55的部分的形式，这使得在必要时可以更容易地更换该附加壁50。在一个变型中，附加壁50可以与集气壳体41制成为一件，该变型使得可以省去冷却模块22的附加壁50与集气壳体41之间的连接装置。
附加热交换器31的尺寸本质上与冷却模块22的宽度、集气壳体41的排气口22b的形状以及附加壁50的范围相关联。根据附加热交换器31的一种制造模式，该附加热交换器31具有平行六面体形状，包括长度L1、高度H和宽度L2，更具体地如图4所示。附加热交换器31的体积可以小于单独使用的其中一个热交换器24、26或28的体积，例如如图2和图3所示。
特别地，附加热交换器31的长度L1尤其小于或等于冷却模块22的宽度。在这种情况下，更具体地，冷却模块22的宽度可指集气壳体41的宽度。特别地，该宽度可指集气壳体41的两个侧壁43之间的间距e1。该间距e1在图2中更具体地示出。附加热交换器31的宽度L2小于或等于冷却模块22的下边缘27与附加壁50之间的间距e2。这在图3中更具体地示出。在图2和图3中，附加壁50置于附加热交换器31的上边缘35上。这种尺寸使得可以最大化通过排气口22b排出的气流F与附加热交换器31之间的热交换。
附加热交换器31例如布置在冷却回路C中，如图5中示意性示出的。参照旨在在该冷却回路C内流通的制冷剂的流通方向，该冷却回路C包括：压缩机60、附加热交换器31、冷凝器70、第一膨胀阀81和第一蒸发器91。
在本说明书的其余部分中，“定位在上游”意指，相对于制冷剂流通的方向，一个元件定位在另一个元件之前。相比之下，“放置在下游”意指，相对于制冷剂流通的方向，一个元件被放置在另一个元件之后。
因此，附加热交换器31位于压缩机60的下游和冷凝器70的上游。如此定位时，附加热交换器31用作减温器(desuperheater)，也就是说，在来自压缩机60的制冷剂进入冷凝器70之前降低制冷剂的温度。因此，附加热交换器31可以通过向冷凝器70供应温度非常接近饱和的制冷剂来优化冷凝器70的效率。附加热交换器31可以例如连接至空调回路。
根据冷却回路C的第一实施例，第一蒸发器91是热管理界面，其被配置为与机动车辆10的电池交换热量。具体地，为了使这些电池尽可能高效，它们需要保持在最佳工作温度。因此，有必要在使用过程中冷却这些电池，以确保它们不会过度地超过最佳工作温度。同样，可能还需要加热这些电池，例如在寒冷的天气，以使它们在尽可能短的时间内达到最佳工作温度。
在图6所示的冷却回路C的一个变型中，所述回路C包括第二膨胀阀82和第二蒸发器92，它们例如与第一膨胀阀81和第一蒸发器91并联布置。第二蒸发器92例如旨在使内部气流从其穿过，并且其特别地被配置为冷却旨在用于机动车辆10的乘客车厢的气流。因此，第二蒸发器92尤其可以参与机动车辆10的空气调节。
本发明不限于参考附图描述的示例性实施例，并且进一步的实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。特别地，各种示例可以组合，只要它们不相互矛盾。

Claims (10)

1.一种用于具有电动或混合动力马达(12)的机动车辆(10)的冷却模块(22)，包括:
至少一个热交换器(24、26、28)
至少一个切向流涡轮机(30)，其具有旋转轴线(A)，所述切向流涡轮机(30)能够产生在进气口(22a)和排气口(22b)之间流通并且穿过所述至少一个热交换器(24、26、28)的气流(F)；以及
至少一个壳体(40、41)，配置为容纳所述至少一个热交换器(24、26、28)和所述至少一个切向流涡轮机(30)，
所述冷却模块(22)的特征在于其包括附加热交换器(31)，所述气流(F)旨在穿过所述附加热交换器(31)，所述附加热交换器(31)布置在所述至少一个壳体(40、41)的外部，并且在所述冷却模块(22)的纵向方向(X)上位于所述冷却模块(22)的所述排气口(22b)的下游。
2.根据权利要求1所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述附加热交换器(31)布置在冷却回路(C)中，沿着意图在所述冷却回路(C)内流通的制冷剂的流通方向，所述冷却回路(C)包括：压缩机(60)、冷凝器(70)、第一膨胀阀(81)和第一蒸发器(91)，所述附加热交换器(31)在所述冷却回路(C)中布置在所述压缩机(60)的下游和所述冷凝器(70)的上游。
3.根据权利要求2所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述冷却回路(C)的所述第一蒸发器(91)是热管理界面，所述热管理界面被配置为与所述机动车辆(10)的电池交换热量。
4.根据权利要求2或3所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述冷却回路(C)包括与所述第一膨胀阀(81)和所述第一蒸发器(91)并联布置的第二膨胀阀(82)和第二蒸发器(92)，并且所述第二蒸发器(92)旨在使内部气流从其穿过。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述附加热交换器(31)具有包括长度(L1)、高度(H)和宽度(L2)的平行六面体形状，并且所述附加热交换器(31)的长度(L1)小于或等于所述冷却模块(22)的宽度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述冷却模块包括至少一个附加壁(50)，所述附加壁(50)将所述排气口(22b)的边缘(55)连接至所述附加热交换器(31)的侧面。
7.根据权利要求6所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述附加壁(50)是附接至所述排气口(22b)的边缘(55)的部分。
8.根据权利要求6或7所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述附加热交换器(31)具有包括长度(L1)、高度(H)和宽度(L2)的平行六面体形状，并且所述附加热交换器(31)的宽度(L2)小于或等于所述冷却模块(22)的下边缘(27)与所述附加壁(50)之间的间距(e1)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述附加热交换器(31)定位在平行于所述冷却模块(22)的所述纵向方向(X)的总平面中。
10.根据权利要求9所述的冷却模块(22)，其特征在于，所述附加热交换器(31)定位在平行于所述排气口(22b)的平面的总平面中。
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