用于混合或电动车的制冷剂分配器及具有其的制冷剂回路

摘要

本发明涉及制冷剂分配器(10)和具有制冷剂分配器的混合动力或电动车辆的制冷剂回路，制冷剂分配器(10)具有进口通路(12)和从进口通路(12)分叉的至少两个出口通路(14，16)，所述进口通路基本沿进口轴线(E)线性延伸并且具有通路横截面(Q

说明书

技术领域

本发明涉及机动车辆的制冷剂分配器，包括进口通路和至少两个出口通 路，所述进口通路基本沿进口轴线线性地延伸并且具有进口横截面，和所述 至少两个出口通路从进口通路分叉，所述出口通路每个基本沿出口轴线线性 地延伸并且具有出口横截面，其中第一出口通路的出口轴线和第二出口通路 的出口轴线在交叉点交叉。

此外，本发明也包括具有制冷剂分配器的混合动力或电动车辆的制冷剂 回路。

背景技术

用于制冷剂回路的制冷剂分配器通常已经从现有技术中得知多年并且 特别用于机动车辆的空调系统中。

因此，例如，US3745787公开了一种普通型的制冷剂分配器，其设置在 车辆空调系统的膨胀阀和蒸发器之间。空调系统的制冷剂作为液态/气态混合 物通常存在于制冷剂分配器的区域中，并且通常通过制冷剂分配器以关于液 相和关于气相均尽可能均匀的方式被分配给蒸发器的单独部分。为了实现 此，在进口通路的进口开口处设置挡板面，所述挡板面确保液相/气相混合物 中的湍流并且相应地确保以尽可能均匀的方式将制冷剂分配给制冷剂分配 器的出口通路。

特别地，至空调系统蒸发器的单独部分的均匀制冷剂分配有利地确保蒸 发器的高冷却能力。然而，一些分配不均匀性，例如由于蒸发器内的热传导 或适当添加新鲜空气造成的，可以得到补偿而不会有较大问题或技术缺点。

相比之下，混合动力或电动车辆中的高性能蓄电池或电池的冷却对于机 动车辆中的制冷剂回路呈现出不相称的大的技术挑战。

相比车辆的内部车厢的气候控制，即使在低环境温度下(降至大约-10 ℃)，驱动电池的冷却也是必需的。在这种类型的低环境温度下，在一些情 况下，在制冷剂分配器的区域中的制冷剂完全处于其液相，并且制冷剂回路 在高压区域和低压区域之间仅具有非常低的大约1巴数量级的压差。

另外，蓄电池或电池的性能和寿命极大地取决于温度，因此特别可靠且 均一地冷却至尽可能恒定的温度是非常重要的。

此外，混合动力或电动车辆的驱动电池频繁地分成在每种情况下被指派 给一个蒸发器多个分立的驱动电池模块。因而，单独的蒸发器在结构上彼此 分开，因此不会发生经由热传导进行的热均衡。

相应地，在混合动力或电动车辆的制冷剂回路中，均匀分配不一定是期 望的和技术上有利的，而是将制冷剂单独可调节地分配给制冷剂回路的并联 连接的部分。

发明内容

本发明的一个目的是提供制冷剂分配器，其中制冷剂的分配可以在低支 出的情况下适应制冷剂回路单独的边界条件，并且提供用于混合动力和电动 车辆的制冷剂回路，其中并联连接的制冷剂回路的制冷剂回路分叉管道具有 能在很少支出的情况下单独适应的制冷剂分配。

根据本发明，该目的通过开始提及的类型的制冷剂分配器实现。其中制 冷剂分配器具有至少一个以下特征：

a)第一出口通路的出口横截面不同于第二出口通路的出口横截面；

b)出口轴线的交叉点设置成从进口轴线侧向地偏移。

制冷剂分配可以仅有具有很少技术支出的制冷剂分配器的简单几何参 数被调节，其中，例如，可在并联连接的单独分叉管道中考虑制冷剂分配器 的安装角度和/或不同的冷却能力需求。

所有出口通路优选地从进口通路的轴向端部径向地分叉。结果，生产非 常紧凑的制冷剂分配器，其对安装空间的需求较低。特别的，设置正好两个 出口通路，因此制冷剂分配器的通路形成Y形形状。

这里，进口通路的进口横截面优选地具有进口直径d_E，其中4mm≤d_E≤8mm。

此外，每个出口通路从分叉点延伸至出口端口并且优选地具有基本恒定 的通路横截面。

在制冷剂分配器的一个实施例中，第一出口通路的通路横截面Q_A1不同 于第二出口通路的通路横截面Q_A2。经由出口通路的所述不同横截面Q_A1、 Q_A2，连接的分叉管道的不同冷却能力需求可以与低技术支出一起考虑。

在该实施例中，特别地，第一出口通路可以指定给第一冷却能力P_K1， 并且第二出口通路可以指定给不同于第一冷却能力P_K1的第二冷却能力P_K2， 其中本质上适用于下式：P_K1/P_K2＝Q_A1/Q_A2。只要单个分叉管道中的冷却能力 需求是已知的，该比例关系允许出口通路的简单的横截面尺寸设置。

在制冷剂分配器的另一个实施例中，出口轴线的交叉点与进口轴线间隔 开，即侧向地偏移。该侧向偏移导致出口通路的不对称的制冷剂入射流。以 该方式，产生不需要的重力效应，例如，当进口轴线在制冷剂分配器的安装 状态下没有基本垂直地延伸，该重力相应可被简单地补偿。由于受约束的安 装空间条件，有些环境下，以制冷剂分配器相对于垂直或重力方向枢转的方 式进行的制冷剂分配器的该类型的改装是必要的。

在制冷剂分配器的该实施例中，出口轴线的交叉点优选地距进口轴线具 有距离x，其中0mm＜x≤2mm。

此外，进口通路可以具有邻接进口端口的连接部分和邻接出口通路的分 叉部分，其中连接部分限定具有端口轴线的端口横截面，并且分叉部分限定 与具有进口轴线的端口横截面相比变窄的通路横截面。具有进口轴线(出口 轴线的交叉点相对于该进口轴线侧向偏移地设置)的变窄的通路横截面因此 不在整个进口通路上延伸，而是仅在进口通路的分叉部分上延伸。因此，在 进口通路中存在一定的“文丘里效应”，其进一步增强交叉点距进口轴线的 侧向距离对制冷剂分配的影响。

这里，连接部分的端口轴线可延伸通过出口轴线的交叉点。制冷剂分配 器的通路则对称地取向，除了分叉部分。为了补偿不期望的重力效应，仅离 心地设置进口通路的分叉部分，因此出口轴线的交叉点与分叉部分的进口轴 线间隔开。

这里，分叉部分具有轴向长度L_V和液力直径(d_hydr，V)，优选地：1mm ≤L_V≤3d_hydr，V。如果分叉部分的轴向长度在上述范围中，那么通过以相对于 垂直方向枢转的方式安装制冷剂分配器来补偿重力效应，可以通过出口轴线 的交叉点从进口轴线的侧向偏移而特别有效地执行。

在制冷剂分配器的另一个实施例中，进口通路从进口端口延伸至分叉点 并且具有基本恒定的通路横截面。

在该实施例中，进口通路具有轴向长度L_E和液力直径d_hydr，E，优选地 d_hydr，E≤L_E≤10d_hydr，E。由于制冷剂回路的膨胀阀特别优选地直接设置在制冷 剂分配器的进口通路的前面，轴向长度L_E也大约对应于膨胀阀和进口通路 的分叉点之间的距离。

根据本发明，一开始设定的目标也通过混合动力或电动车辆的制冷剂回 路实现，该回路包括用于冷却车辆的驱动电池模块的至少两个并联连接的蒸 发器，所述蒸发器每一个包括制冷剂进口和制冷剂出口；制冷剂分配器，通 过进口通路和至少两个出口通路形成分叉点；制冷剂收集器，通过收集器出 口和至少两个收集器进口形成分叉点；和至少两个并联连接的分叉管道，所 述分叉管道每一个从制冷剂分配器的出口通路延伸至制冷剂收集器的收集 器进口，其中，蒸发器每个都连接至相关联的分叉管道，并且其中，在至少 一个蒸发器的进口和/或出口处，设置有流阻器，特别是孔板或节流阀，用于 调节相关联分叉管道中的压降。单独分叉管道中的不同压降，例如由于不同 分叉管道长度引起，可以简单地借助该类型的流阻器被补偿，因此在所有分 叉管道中均设定期望的冷却。

在制冷剂回路的一个优选实施例中，在进口和/或出口处，至少一个蒸发 器经由中间凸缘连接至相关联的分叉管道，其中，流阻器整合到中间凸缘中。 以该方式，制冷剂回路中的单独部件的数量可以保持较低。

用于冷却驱动电池模块的并联连接的蒸发器优选地是在构造上彼此分 开并且特别地热隔绝的分立的蒸发器。由于在蒸发器处使用上述制冷剂分配 器和/或至少一个流阻器，制冷剂回路中的制冷剂分配可以被设定为使得，单 个电池模块被非常精确地冷却至期望的温度水平，即使例如当单独的蒸发器 之间的充分热传导不可行时。

附图说明

参照附图，本发明的进一步特征和优点来自于以下优选实施例的描述， 其中：

图1示出通过根据本发明的制冷剂分配器的第一实施例的示意性纵向截 面图，处于其安装位置中；

图2示出通过根据本发明的制冷剂分配器的第二实施例的示意性纵向截 面图，处于其安装位置中；

图3示出通过根据本发明的制冷剂分配器的第三实施例的示意性纵向截 面图，处于其安装位置中；

图4示出包括制冷剂分配器的根据本发明的制冷剂回路的示意性细节 图。

具体实施方式

图1至3每一个均示出了机动车辆的制冷剂分配器10的示意性纵向截 面图，所述机动车辆特别是混合动力或电动车辆，其包括基本沿进口轴线E 线性地延伸并且具有通路横截面Q_E的进口通路12，以及从进口通路12分叉 的两个出口通路14、16，每个出口通路基本沿出口轴线A₁、A₂线性地延伸 并且具有通路横截面Q_A1、Q_A2，其中第一出口通路14的出口轴线A₁和第二 出口通路16的出口轴线A₂在交叉点S交叉。

在示出的示例性实施例中，正好设置了两个出口通路14、16，因此制冷 剂分配器10的通路12、14、16形成Y形形状，其中出口通路14、16基本 关于进口通路12对称设置并且围成角度α，其中30°≤α≤100°，特别地 α≈60°。在出口通路14、16之间设置基本关于进口轴线E垂直的阻挡面 17，从而出口通路14、16不会以角度α朝向彼此尖锐地延伸。首先就制造 技术而言，阻挡面17带来优势，其次还能确保在分叉点18的区域中制冷剂 的旋流(swirling)，且因此确保能以改进的方式控制至出口通路14、16的制 冷剂分配。

不用说，在替代设计变化形式中还可以设想设置多于两个的出口通路 14、16，例如三个出口通路，其中，出口通路则设置成关于进口轴线E在周 向方向上基本均匀地分配。

至少两个，优选所有出口通路14、16从进口通路12的轴向端部径向地 分叉，其导致制冷剂分配器10的非常紧凑的几何结构。进口通路12的轴向 端部限定分叉点18，其中，每个出口通路14、16从分叉点18延伸至出口端 口20、22并且具有基本恒定的通路横截面Q_A1、Q_A2。

具有4mm≤d_E≤8mm的进口直径d_E的进口通路12的圆形通路横截面 Q_E已经证明对于冷却混合动力或电动车辆的驱动电池模块24(见图4)是特 别有利的。

图1示出根据第一实施例的制冷剂分配器10，其中第一出口通路14的 通路横截面Q_A1不同于第二出口通路16的通路横截面Q_A2。连接至出口通路 14、16的蒸发器26、28(见图4)的冷却能力P_K1、P_K2可能被经由通路横 截面Q_A1、Q_A2的小支出影响，特别是经由所述通路横截面Q_A1、Q_A2的比值 影响。

例如，第一冷却能力P_K1被指定给第一出口通路14，以及不同于第一冷 却能力P_K1的第二冷却能力P_K2被指定给第二出口通路16，其中，实质上适 用于下式：P_K1/P_K2＝Q_A1/Q_A2。

图2示出根据第二实施例的制冷剂分配器10，其中，出口轴线A₁、A₂的交叉点S与进口轴线E间隔开地设置，特别是侧向地偏移。这里，交叉点 S自进口轴线E的侧向偏移量x处于范围0mm＜x≤2mm内，特别地x≈ 1mm。

在制冷剂分配器10的安装状态下，当进口轴线E以相对于重力或垂直 方向30的安装角度β枢转时产生的重力影响可以通过所述侧向偏移以简单 的方式被补偿。制冷剂分配器10优选地仅在安装角度β大于10°的情况下 配置有侧向距离x，这是由于在安装角β＜10°时对制冷剂分配的重力影响 通常可忽略。

根据图1，制冷剂分配器10安装状态下紧固至车辆，所述安装状态被示 出为使得进口轴线E基本在垂直方向30上延伸，因此出口轴线A₁、A₂的交 叉点S和进口轴线E之间的侧向偏移不是必需的，并且所有出口轴线A₁、 A₂与进口轴线E在交叉点S处交叉。

与根据图1的该优选的垂直安装位置相比，如果制冷剂分配器10必须 枢转到根据图2的安装位置中，由于重力效应，相比第一出口通路14，更大 的制冷剂比例部分会流动通过第二出口通路16，特别是关于液相制冷剂。为 了补偿该重力效应，根据图2，出口轴线A₁、A₂的交叉点S相对于进口轴线 E侧向偏移地设置，其中在相对于垂直方向30的安装角β≈20°时的距离x 处于x≈1mm的数量级。

根据图2，进口通路12从进口端口32延伸至分叉点18，并且具有基本 恒定以及优选为圆形的通路横截面Q_E。另外，进口通路12具有轴向长度L_E和液力直径d_hydr，E，其中：d_hydr，E≤L_E≤10d_hydr，E。

由于混合动力或电动车辆的制冷剂回路36(见图4)中的膨胀阀34优 选地直接设置在进口通路12或制冷剂分配器10的进口端口32处，轴向长 度L_E也基本对应于膨胀阀34和分叉点18之间的距离。

图3示出根据第三实施例的制冷剂分配器10，其与根据图2的第二实施 例的不同之处仅在于，进口通路12具有邻接进口端口32的连接部分区段38 和邻接出口通路14、16的分叉部分40，其中，连接部分38限定具有端口轴 线E*的端口横截面Q_E*，并且分叉部分40限定具有进口轴线E的通路横截 面Q_E，所述通路横截面Q_E相对于端口横截面Q_E*变窄。换句话说，这意味 着进口通路12仅在其轴线长度L_E的一部分上具有变窄的、优选为圆形的通 路横截面Q_E，并且出口轴线A₁、A₂的交叉点S仅在所述分叉部分40的区 域中相对于进口轴线E侧向偏移。在这种情况下，交叉点S和进口轴线E 之间的侧向距离x也优选为0mm＜x≤2mm，特别地x≈1mm。

在根据图3的示例性实施例中，连接部分38的端口轴线E*延伸通过交 叉点S，因此专门地，分叉部分40的进口轴线E相对于交叉点S侧向偏移。

根据图3，分叉部分40具有轴向长度L_V和液力直径d_hydr，V，其中：1mm ≤L_V≤3d_hydr，V。

在分叉点18的直接上游该横截面变窄引起一定的“文丘里效应”，其确 保在分叉点18的区域中制冷剂的附加旋流。相比于根据图2的制冷剂分配 器10的第二实施例，侧向距离x对制冷剂分配的影响以该方式被增强，因 此在制冷剂分配器10的相对较大安装角度β下的重力效应也能得到补偿而 不存在问题。例如，在β≈30°的安装角度下的侧向距离x处于x≈1mm的 数量级。

图4示出混合动力或电动车辆的制冷剂回路36的细节，制冷剂回路36 具有用于冷却车辆的驱动电池模块24的并联连接的两个蒸发器26、28，所 述蒸发器26、28在每种情况下具有一个制冷剂进口42和一个制冷剂出口44； 制冷剂分配器10，特别是根据图1-3中的一个的制冷剂分配器10，所述制 冷剂分配器10通过入口通路12和至少两个出口通路14、16形成分叉点18； 制冷剂收集器46，其通过收集器出口50和至少两个收集器入口52、54形成 分叉点48；以及两个并行的分叉管道56、58，所述管道56、58在每种情况 下从制冷剂分配器10的出口通路14、16延伸至制冷剂收集器46的收集器 入口52、54。

另外，制冷剂回路36可以具有用于控制车辆内部车厢的气氛的另一个 蒸发器(未示出)。在这种情况下，分叉件连接制冷剂分配器10的上游，所 述分叉件将制冷剂从制冷剂主管路分配给用于内部车厢的气氛控制的管路 和用于电池冷却的并行连接的管路，其中，用于电池冷却的管路进一步经由 制冷剂分配器10分叉进入分叉管道56、58。这里，制冷剂主管路中的分叉 件可以是简单的T型件、传统制冷剂分配器或根据图1至3的制冷剂分配器 10。

蒸发器26、28在每种情况下连接至相关联的分叉管道56、58，其中， 分叉管道56、58内的每个蒸发器26、28可以包括多个串联连接的蒸发器元 件60。

如图1至3中显示的，用于调节关联分叉管道56、58中压降的流阻器 62设置在蒸发器26、28中的至少一个的进口和/或出口侧上。

这里，流阻器62特别地是具有固定通流横截面的孔板，或作为替代形 式，是具有可变通流横截面的节流阀，优选地能以可变方式被控制。

在不同分叉管道长度的情况下，分叉管道56、58中相关联的、不同的 压降可以被补偿，例如，由于流阻器62设置在较短分叉管道56、58中。

根据图1至3，蒸发器26、28在进口侧经由中间凸缘64连接至相关联 的分叉管道56、58，其中，流阻器62整合到中间凸缘64中。

作为替代形式或者另外，不用说，蒸发器26、28也可以在出口侧经由 中间凸缘66(见图4)连接相关联的分叉管道56、58，其中，流阻器62对 应地整合到中间凸缘66中。由于流阻器62整合在中间凸缘64、66中，制 冷剂回路36中单独部件的数量可以保持较少。

根据图4，用于冷却驱动电池模块24的并联连接的蒸发器26、28是结 构上彼此分离并且热隔绝的分立的蒸发器26、28。

在混合动力或电动车辆中，为了安全和可靠的驱动操作，驱动电池的冷 却是必要的。这里，电池的使用寿命和性能大大依赖于温度，因此尽可能确 切达到期望温度水平的冷却是有利的。

驱动电池的将被冷却的表面通常处于大约3m²的数量级，因此可得到大 约5m数量级的用于制冷剂的管道长度。由此制冷剂管道36非常固定并且能 够不再通过膨胀阀34来充分控制。

因此，设置至少两个管道长度约为2-3m的并行连接的分叉管道56、58 来取代一个长制冷剂管道。这里，单独的分叉管道56、58中的冷却取决于 制冷剂分配器10的安装角度β和分叉管道56、58的长度。此外，冷却能力 P_K1、P_K2将可尽可能确切地调整至分别连接的驱动动电池模块24的数量和/ 或冷却需求，以在每个驱动电池模块24处设定期望的温度。

为了安全性以及安装空间的原因，混合动力或电动车辆的驱动电池通常 分成多个驱动电池模块24，其中，每个驱动电池模块24指派给一个蒸发器 26、28或蒸发器26、28的蒸发器元件60。

在根据图4的制冷剂回路36的细节中，示例性地提供五个蒸发器元件 60用于冷却五个驱动电池模块24。具有蒸发器26的分叉管道56连接至制 冷剂分配器10的第一出口通路14，其中，蒸发器26包括三个蒸发器元件 60。蒸发器28经由分叉管道58连接至制冷剂分配器10的第二出口通路16， 其中，蒸发器28仅包括两个蒸发器元件60。因为每个驱动电池模块24需要 相同的冷却能力，在分叉管道56、58中，不同的冷却能力P_K1、P_K2是必需 的。如已经在上面描述的，所述不同的冷却能力P_K1、P_K2可特别优选地通过 出口通路14、16(见图1)的不同的通路横截面Q_A1、Q_A2实现。

此外，如果分叉管道56、58的分叉管道长度不同，较短分叉管道56、 58的较低管道阻力可以特别优选地通过在所述较短分叉管道56、58中的流 阻器62被补偿(见图1至3)。

此外，如果制冷剂分配器10相对于垂直方向30以β≥10°的安装角度 安装，例如出于安装空间的原因，制冷剂分配器10特别优选地配置为使得， 出口轴线A₁、A₂的分叉点S布置为从进口轴线E侧向地偏移(见图2和3)。

这里，用于补偿分叉管道56、58的不同长度和/或用于补偿安装角度而 设定不同冷却能力P_K1、P_K2的所述措施可以单独地或以任何期望组合的方式 使用，这取决于需求。

因此，即使当并联连接的蒸发器26、28在结构上彼此分开并且热隔绝 时，也可以确保将驱动电池模块24冷却至具有小容差范围的所需温度水平， 因此，例如，经由热传导进行温度补偿是不可行的。