含内部热交换器和蓄积器且带内部多功能部件的组合装置

摘要

本发明涉及一种含内部热交换器和蓄积器且带内部多功能部件的组合装置。该组合装置(12)包括壳体(26)，该壳体具有上壁(27)、下壁(28)和侧壁(29)。所述壳体(26)容纳内部热交换器(5)、分离区域(19)和蓄积区域(20)。壳体(26)容纳内部部件(30)，该内部部件包括：分离区域(19)和蓄积区域(20)的分隔壁(31)、内部热交换器(5)对蓄积区域(20)的限制壁(32)以及在限制壁(32)和分隔壁(31)之间的管道(33)制成。

说明书

技术领域

本发明涉及空调回路领域，其与机动车辆的供暖、通风和/或空调系统协作。本发明涉及一种组合装置，该装置将内部热交换器与包含在这种回路中的蓄积器关联。本发明还涉及包括这种组合装置的空调回路。

背景技术

机动车辆通常配备有供暖、通风和/或空调系统，以便调节车辆内部容纳的空气的气动热(aerothermal)参数。该系统主要包括由塑性材料制造的壳体，该壳体被装在车辆的仪表板下方。该壳体形成使得至少一股空气流在输送到车辆内部之前循环流动的槽道。

这种系统与空调回路协作，以便在空气流从壳体排放到车辆内部之前冷却该空气流。所述回路包括多个元件，诸如超临界流体、特别是称为R744的二氧化碳的冷却剂在其中循环流动。这些元件包括至少一个压缩机、气体冷却器、内部热交换器、膨胀构件、蒸发器和蓄积器。

冷却剂从压缩机循环流动到气体冷却器，然后通过内部热交换器的“高压”分支，然后到达膨胀构件，然后通过蒸发器、然后到达蓄积器，且最终通过内部热交换器的“低压”分支，以便回到压缩机。

压缩机意图接收气态冷却剂并将其压缩，以便使其达到高压。气体冷却器能以相对恒定的压力通过将热传递到环境而将被压缩的冷却剂冷却。膨胀构件能通过使其至少部分地变成液态而降低离开气体冷却器的冷却剂的压力。蒸发器适于以相对恒定的压力、通过从经过蒸发器的所述气流吸热而将来自膨胀构件的冷却剂从气态转换成液态。被蒸发的冷却剂随后被压缩机抽吸。这些布置使得冷却剂在内部热交换器的“高压”分支中处于高压，而在热交换器的“低压”分支内处于低压。

蓄积器执行冷却剂的气相和液相之间的分离功能。为此，蓄积器包括分离区域，在该分离区域中所述相通过重力彼此分开。

蓄积器还执行根据空调回路的使用状态来储存冷却剂的循环负荷(circulating load)的功能。为此，蓄积器包括用于蓄积液态冷却剂的区域，该蓄积区域从分离区域进行收集。

通常，蓄积器包括腔室，该腔室容纳分离区域和蓄积区域，且腔室包括下部隔段，该下部隔段在腔室的底部部分界定出蓄积区域。由此，来自蒸发器的液态冷却剂将分离成气相和液相，在蓄积区域内，该液相通过重力蓄积在下部隔段上方。

内部热交换器被构造为使得在“高压”分支中循环流动的冷却剂将热传递到在“低压”分支中循环流动的冷却剂。

文件JP10019421(NIPPON SOKEN；DENSO CORP)提出将内部热交换器和蓄积器组合为组合装置。通常，该组合装置包括所述腔室，其配备有通过盖封闭的开口。该腔室容纳内部热交换器，在组合装置在空调回路上的使用位置中，该内部热交换器悬在用于液态冷却剂的蓄积区域上方。

这种组合装置具有于结构过度复杂的缺陷，且应该被简化。

更具体地，这种组合装置包括适当数量的单独部件，由此导致制造成本应当被降低。

再次更具体地，这种组合装置笨重且应被制造得更紧凑。

而且，在油被添加到在所述回路中循环流动的冷却剂的通常情况下，这种组合装置的布置不会提供在所述回路中的储存或再整合。

最终，这种组合装置应针对其所执行的多重功能来改善。更具体地，这种组合装置应被优化，特别是优化为：

-有助于或改善来自蒸发器的冷却剂的气相和液相的分离，

-改善冷却剂在“低压”分支中的循环流动，以便优化在“低压”分支中循环流动的冷却剂与在“高压”分支中循环流动的冷却剂之间的热交换，

-容易且快速地制造构成所述组合装置的各种元件，和

-容易且快速地将这些各种元件彼此组装。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种组合装置，其将空调回路包含的内部热交换器和蓄积器关联，其中，所述组合装置布置为：

-有助于或改善在这种回路中循环流动的冷却剂的气相和液相之间的分离，

-改善冷却剂在内部热交换器的“低压”分支中的循环流动，以便优化在内部热交换器的所述“低压”分支中循环流动的冷却剂和在“高压”分支中循环流动的冷却剂之间的热交换，

-改善组合装置所包括的各个部件之间的密封，

-提供优化的油储存和有助于油在空调回路中的再注入(reinjection)，

-实现构成所述组合装置的各个元件的容易且快速的制造，和

-实现这些各个元件彼此间的容易且快速的组装。

本发明的第二目的是提供一种包括这种组合装置的空调回路，其中，该组合装置的布置有助于其整合在具有一定设计的空调回路中，并改善所述回路的使用系数(COP)。

本发明的装置是组合装置，包括腔室，该腔室包括上隔段、下隔段和至少一个周壁。所述腔室容纳内部热交换器、分离区域和蓄积区域。该腔室还容纳有单件的内部部件，该内部部件包括：

-界定壁，界定分离区域和蓄积区域，

-限制壁，相对于蓄积区域限制内部热交换器，和

-管道，将限制壁连接到界定壁。

该管道有利地包括第一端和第二端，该第一端配备有设置为通过界定壁的第一开口，该第二端配备有设置为通过限制壁的第二开口。

界定壁优选地配备有围绕该第一开口的环圈。

该环圈有利地朝向分离区域向外张开。

界定壁优选地设计为盘状件，该盘状件的中心配备有第一开口，且该盘状件的边缘配备有至少一个凸耳，用于将界定壁抵靠腔室的周壁定位。

限制壁具体地包括内表面，该内表面设置为与分隔壁相对。

当从界定壁看时，内表面例如是凸起的。

内表面例如设置为碟状件的形式，包括曲率中心C，该曲率中心布置在界定壁和限制壁之间或在界定壁上方无关紧要(indifferently)。

该盘状件有利地包括基部，该基部设置为排放部的形式。

限制壁优选地包括内边缘，该内边缘配备有第一凹槽，用于将第一密封件接收在限制壁和构成内部热交换器的中心冠状部之间。

限制壁优选地包括外边缘，该外边缘配备有第二凹槽，用于将第二密封件接收在限制壁和所述周壁之间。

根据替换实施例，至少一个槽道设置在内表面和管道的内部容腔之间。

根据另一替换实施例，至少一个毛细管设置在限制壁的内表面和外表面之间，其中，该外表面与所述内表面相对。

外表面有利地配备有凹部，用于让设置在内部热交换器的“低压”收集器上的上盖通过。

限制壁优选地配备有裙部，用于至少部分围绕内部热交换器。

裙部例如配备有沟槽，用于使裙部抵靠接触所述周壁。

裙部例如还配备有下边缘，用于抵靠接触腔室的下隔段。

裙部特别地配备有至少一个窗口，用于容纳至少一个相应的指状部，该指状部设置在内部热交换器的下板上。

本发明的空调回路主要特征在于所述回路包括这种组合装置。

当超临界冷却剂在空调回路中通过时，所述回路的特征在于：

-分离区域构成了气相冷却剂和液相冷却剂之间的分离区域，和

-蓄积区域构成了来自分离区域的液相冷却剂的储存区域。

优选地，组合装置包括：

-“高压”循环路径，该路径在设置为通过腔室的下隔段的“高压”入口和设置为通过腔室的上隔段设置的“高压”出口之间延伸，其中，“高压”循环路径主要包括内部热交换器的“高压”分支和内部热交换器的“高压”收集器，且“高压”收集器至少部分地容纳在管道的内部容腔中，

-“低压”循环路径，该路径在设置为通过腔室的上隔段的“低压”入口和设置为通过腔室的下隔段的“低压”出口之间延伸，其中“低压”循环路径包括内部热交换器的“低压”分支、管道的内部容腔和分离区域。

管道有利地构成在管道的内部容腔内循环流动的低压冷却剂和在“高压”收集器中循环流动的高压冷却剂之间的补充热交换区域。

附图说明

参见所附附图，阅读各种实施例的以下说明，可以清楚地理解本发明和有关细节，其中：

图1是包括根据本发明的组合装置的空调回路的示意图。

图2和3分别显示了在前一附图所示组合装置的替换实施例的纵向截面示意图。

图4是图3所示组合装置的横截面视图。

图5是构成所述组合装置的内部热交换器的分解透视图。

图6是包含在前一附图所示的组合装置中的内部部件的分解透视图。

图7是所述组合装置的底部部分的分解透视图。

图8是所述组合装置的部分剖切透视图。

图9是构成所述组合装置的内部部件的第一替换实施例的透视图。

图10是构成所述组合装置的内部部件的第二替换实施例的透视图。

具体实施方式

图1中，机动车辆的供暖、通风和/或空调系统与空调回路1协作，以便将气流2在被输送到车辆内部之前冷却。空调回路1包括压缩机3、气体冷却器4、内部热交换器5、膨胀构件6、蒸发器7和蓄积器(accumulator)8，诸如超临界流体(supercritical fluid)、特别是称为R744的二氧化碳这样的冷却剂在该回路中循环流动。诸如润滑油这样的添加剂与冷却剂混合，以便维护压缩机3中的运行，其中，润滑油具有大于冷却剂密度的密度。

冷却剂从压缩机3循环流动到气体冷却器4，然后通过内部热交换器5的“高压”分支9，然后流向膨胀构件6，然后通过蒸发器7、然后到达蓄积器8，最后通过内部热交换器5的“低压”分支10，以便回到压缩机3。这些构造能实现在所述“高压”分支9中以高压和高温循环流动的冷却剂与在所述“低压”分支10中以低压和低温循环流动的冷却剂之间的热交换。这导致空调回路1的使用系数(“COP”：coefficient of performance)的改善。

空调回路1包括“高压”管线17，根据冷却剂在空调回路1中的循环流动方向11，该高压管线在压缩机3的出口处开始并在膨胀构件6的入口处结束，其中，气体冷却器4和内部热交换器5的“高压”分支9被插置在这两点之间。

空调回路1还包括“低压”管线18，根据冷却剂在空调回路1中的循环流动方向11，该低压管线在膨胀构件6的出口处开始并在压缩机3的入口处结束，其中，蒸发器7、蓄积器8和内部热交换器5的“低压”分支10插置在这两点之间。

根据冷却剂在空调回路1中的循环流动方向11而布置在蒸发器7下游的蓄积器8实现来自蒸发器7的冷却剂的气相和液相的分离，并随后实现液相的润滑油和冷却剂的回收。为此，蓄积器8包括用于将所述相分离的分离区域19和用于收集液相的蓄积区域20。

内部热交换器5和蓄积器8在组合装置12中关联，共同形成单件组件，执行内部热交换器5和蓄积器8的功能。所述装置12的组合和单件的特点使得内部热交换器5和蓄积器8能被同时安装在空调回路1上，其中内部热交换器5和蓄积器8形成整合的组件。这使得可以不需要安装在车辆发动机舱中并在蓄积器8的出口22和内部热交换器5的“低压”分支10的入口23之间的管道。

组合装置12包括“高压”入口13，来自气体冷却器4的冷却剂通过该入口进入到组合装置12中。组合装置12还包括“高压”出口14，高压冷却剂通过该出口从该组合装置12朝向膨胀构件6排放。“高压”入口13和“高压”出口14通过“高压”循环路径24而彼此连接，该路径包括“高压”分支9。

组合装置12还包括“低压”入口15，来自蒸发器7的冷却剂通过该入口进入到组合装置12中。该组合装置12最后包括“低压”出口16，低压冷却剂通过该出口从组合装置12朝向压缩机3排放。“低压”入口15和“低压”出口16通过“低压”循环路径25彼此而连接，该路径包括内部热交换器5的“低压”分支10和分离区域19。

在图2和3中，组合装置12包括腔室26，该腔室包括上隔段27、下隔段28和至少一个周壁29。该周壁被具体设计为细长管，该管的端部被形成上隔段27的上盖和形成下隔段28的下盖关闭。腔室26容纳内部热交换器5，分离区域19和蓄积区域20。

为了最好地确保特定目的，具体说也就是所述相的分离、冷却剂和/或所述油的储存、和油在压缩机3的上游的再整合(reintegration)，所述分离区域19和蓄积区域20、内部热交换器5的相互配置以及组合装置12的通常设计会引起一般的问题。

根据本发明，腔室26容纳有内部单件部件30，该内部单件部件通过界定壁31、限制壁32和管道33形成，该界定壁界定了分离区域19和蓄积区域20，该限制壁用于相对于蓄积区域20限制内部热交换器5，该管道将限制壁32和界定壁31连接。

本发明的发明人选择让单个的内部单件部件30有效参与组合装置的前述功能中的所有或一个。这种选择使得所述组合装置12的组装操作受到辅助，减小了该装置的体积和重量，且所述内部单件部件30可以以低成本容易地制造。

内部部件30的单件特点在于内部部件30通过整体的组件31、32、33形成，这些组件构成所述界定壁31、所述限制壁32和所述管道33，其中整体组件31、32、33能在一个组装操作中被共同地安装在腔室26中。根据第一实施例，整体组件31、32、33由单件制品构成，该单件制品例如通过塑性材料注射制成。根据其他实施例，整体组件31、32、33由两个零件构成，这两个零件通过嵌套、连结等组装，且例如分别包括构成单件组件的界定壁31和管道33以及限制壁32，或者再例如包括界定壁31以及构成单件组件的管道33和限制壁32。

界定壁31将分离区域19和蓄积区域20彼此部分地隔开。界定壁31插置在分离区域19和蓄积区域20之间。

限制壁32将蓄积区域20和热交换器5彼此隔开。热交换器5插置在限制壁32和下隔段28之间。清楚的是蓄积区域20本身插置在界定壁31和限制壁32之间。

管道33通过在蓄积区域20内延伸而插置在界定壁31和限制壁之间。管道33包括第一端34和第二端36，该第一端配备有设置为通过界定壁31的第一开口35，该第二端配备有设置为通过限制壁32的第二开口37。管道33界定了内部容腔38，该容腔通过第一开口35与分离区域19有空气力学(aeraulic)连通并通过第二开口37与内部热交换器5有空气力学连通。这些结构使得管道33的内部容腔38构成了用于气态冷却剂从分离区域19到内部热交换器5的“低压”分支10的入口23的通道。

界定壁31配备有环圈39，该环圈通过从界定壁31朝向分离区域19向外张开而设置为围绕第一开口35。配备这些结构的意图是有助于气态冷却剂进入到管道33的内部容腔38中并防止液态冷却剂进入到所述内部容腔38中。最终结果是，来自蒸发器7的冷却剂在通过设置在组合装置12的“低压”入口15处的喷嘴40进入到分离区域19中之后被气旋效果分离成气体和液体。喷嘴40例如被设计成配备有切向孔口41的柱体，以便有助于在液态冷却剂和气态冷却剂之间的所述分离。液态冷却剂趋于在重力下从喷嘴40掉落到界定壁31，而气态冷却剂在分离区域19中分散直到其进入所述内部容腔38的内部。

界定壁31被设计成盘状物，该盘状物的中心42配备有第一开口35，且该盘状物的边缘43配备有凸耳44用于将界定壁31定位为抵靠腔室26的周壁29。

更具体地，在图3中，限制壁32配备有裙部45，用于至少部分地围绕内部热交换器5。裙部45覆盖内部热交换器5并将其与腔室26的周壁29隔开。裙部45例如配备有沟槽46，用于让裙部45抵靠接触所述周壁29。裙部45包括下部边缘47，用于抵靠接触腔室26的下隔段28。

这些结构使得“高压”循环路径24从组合装置12的一侧穿到另一侧，大致平行于所述组合装置12的纵向延伸轴线Δ，从图2和3的底部到顶部，即沿与重力g相反的方向，其中该“高压”循环路径在设置为通过腔室26的下隔段28的“高压”入口13和设置为通过腔室26的上隔段27的“高压”出口14之间延伸。

这些结构还使得“低压”循环路径25从组合装置12的一侧穿到另一侧，大致平行于所述组合装置12的纵向延伸轴线Δ，从图2和3的顶部到底部，即沿重力g的方向，其中“低压”循环路径在设置为通过腔室26的上隔段27的“低压”入口15和设置为通过腔室26的下隔段28的“低压”出口16之间延伸。

“高压”循环路径24和“低压”循环路径25的该延伸的例外在于发生在内部热交换器5中的交换，如参考图5所述的。

最后，这导致本发明的特点在于上隔段27配备有喷嘴40。换句话说，喷嘴40在组合装置12中的特点(identification)决定了作为所谓上隔段的隔段27、28在组合装置12的使用位置中或在其实际操作位置中的特点。

根据本发明的优选实施例，上隔段27被设计为是可收回的上盖并配备有“低压”入口15和“高压”出口14，而下隔段28被设计为是可收回的下盖并配备有“高压”入口13和“低压”出口16。

在图4中，显示了根据图3的组合装置12在内部热交换器5的高度处的横截面，“高压”入口13与周边“高压”收集器51连通，该收集器与扁管21的周边端52关联。该扁管绕纵向延伸轴线Δ在其自身上缠绕到所述扁管21的中心端49。所述中心端49配备有中心“高压”收集器48，该收集器至少部分地容纳在管道33内。管道33由此构成了在管道33的内部容腔38内以低压循环流动的冷却剂和在中心“高压”收集器48内以高压循环流动的冷却剂之间热交换的补充区域。相对于未配备有容纳在管道33的内部容腔38内的中心“高压”收集器48(如内部单件部件30)的热交换器5，这导致能提高3％到7％的热交换效率。

扁管21以两个次级扁管50为边界，在次级扁管的内部，冷却剂以低压循环流动。根据另一替换实施例，扁管21以单个次级扁管50为边界，该次级扁管在内部或在外部无关紧要。根据又一替换实施例，扁管21只流淌低压冷却剂，该冷却剂在扁管21本身上的卷绕结构的两相继圈(turn)之间设置的空隙空间内流动。

在图5中，中心“高压”收集器48布置在配备有下帽53的中心管中，且周边“高压”收集器51布置在配备有上帽54的周边管中。内部热交换器5包括上板55和下板56，该上板用于覆盖扁管21和可选的次级扁管(一个或多个)50的卷绕结构，该下板用于覆盖扁管21和可选的次级扁管(一个或多个)50的卷绕结构。上板55和下板56分别与扁管21的以及可选的次级扁管(一个或多个)50的上部57和下部58接触。

所述上板55配备有孔口59，该孔口用于让上帽54穿过，该上帽超出上板55。上板55还配备有中心冠状部60，该冠状部设置在上板55的外表面61上，其中，所述外表面61不与扁管及可选的次级扁管(一个或多个)50接触。中心冠状部60配备有沟槽62，用于接收第一密封件，该第一密封件可在图8中看到。中心冠状部60包括用于让中心“高压”收集器48穿过的通道63。最后，上板66包括长圆孔100，该孔的功能是，当内部单件部件如图9或10那样使用时，允许在限制壁32的外表面77和上板55之间蓄积的油通过，以便将其引导到“低压”出口16。

所述下板56配备有孔64，该孔与所述“低压”出口16相对，用于将冷却剂从组合装置12释放到压缩机3。所述下板56还配备有指状部65，该指状部设置在所述下板56的一部分上，用于将其嵌套在相应窗口66中，该窗口设置在裙部45上。所述窗口可在图6中看到。

在图6中，裙部45设置有凹口67，用于让位于裙部45任一侧上的低压冷却剂通过，且由此实现在裙部45和腔室26的周壁29之间流动的冷却剂的回收。

在图7中，所述下板56包括两个基板68、69，包括上基板68和下基板69。油储存部设置在上基板68和下基板69之间。下基板69设置有径向凹口71，用于接收油过滤器72。

图8到10中，限制壁32包括内表面73，该内表面设置为与界定壁31相对，其中限制壁32和界定壁31彼此大致平行同时基本正交于所述组合装置12的所述纵向延长轴线Δ且正交于管道33的对称轴线Δ’。

更具体地，图8中，内表面73在从界定壁31看时是凸起的，以使得伴随液态冷却剂的润滑油能容易地沿内表面73流动，以便在周壁29和裙部45之间扩散，并通过所述径向凹口71到达所述“低压”出口16。

限制壁32包括内边缘74，该内边缘设置有第一凹槽75，用于将所述第一密封件76容纳在限制壁32和构成内部热交换器5的中心冠状部60之间。

限制壁32包括与内表面73相对的外表面77，该外表面设置有凹部78，用于让设置在内部热交换器5的“高压”收集器51上的上帽54穿过。

图9和10中，内表面73被设计为具有曲率中心C的碟状件，该碟状件插置在界定壁31和限制壁32之间。根据另一实施例，曲率中心C位于界定壁31上方。碟状件73包括基部79，该基部设置为排放部的形式，以便收集与冷却剂一起循环流动的油。此外，限制壁32包括外边缘80，该外边缘配备有第二凹槽81，用于将第二密封件82接收在限制壁32和所述周壁29之间。

在图9中，槽道83设置在限制壁32的内表面73和外表面77之间。从限制壁32的内表面73延伸到外表面77的这种槽道83实现了润滑油在组合装置12的所述“低压”出口16高度处、即根据冷却剂在空调回路1中的循环流动方向11而位于内部热交换器5的下游的再整合。这些设置限制了内部热交换器5由于油的存在而具有的压头损失(head loss)，这是有利的。最后应提及的是，在外表面77和内边缘74之间形成有倒角101。

在图10中，孔84设置在内表面73和管道33的内部容腔38之间。这种孔84实现了润滑油在内部热交换器5的“低压”分支10的所述入口23的高度处、即根据冷却剂在空调回路1中的循环流动方向11位于内部热交换器5的上游的再整合。