具有一体的加热/冷却核心部件的车辆加热/冷却系统的制作方法

本发明涉及车辆加热/冷却系统。更特别地，本发明涉及适用于车辆加热/冷却系统的热交换器。甚至更特别地，本发明涉及适用于这种热交换器的一体的加热/冷却核心部件。

背景技术：

车辆加热/冷却系一般使用适用于加热回路和冷却回路的单独的热交换器。设置单独的热交换器需要额外的空间和管道，包括用于将流动引导到系统内的单独的热交换器的额外的阀和导管。

这对于诸如使用电池驱动车辆的混合动力车辆之类的车辆来说特别成问题。必须将这些电池维持在狭窄的温度范围内以保持所述电池在峰值效率处且没有损坏地运行。

本发明的目标是提供改进的车辆加热/冷却系统，在所述改进的车辆加热/冷却系统中使用具有一体的加热/冷却核心部件的热交换器以减小空间并将温度维持在合适的水平。

提供适用于车辆加热/冷却系统的一体的加热/冷却核心部件也是本发明的目标之一。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，提供一种适用于车辆的车辆加热/冷却系统，所述车辆加热/冷却系统包括：内燃发动机，所述内燃发动机连接到发动机冷却剂闭合回路以使发动机冷却剂再循环通过发动机冷却剂闭合回路；制冷剂压缩机，所述制冷剂压缩机连接到制冷剂闭合回路以使制冷剂再循环通过制冷剂闭合回路，其中制冷剂压缩机连接到内燃发动机以因此被驱动；热调节流体闭合回路，所述热调节流体闭合回路用于使热调节流体再循环通过该热调节流体闭合回路；和一体的加热/冷却核心部件，所述一体的加热/冷却核心部件连接到发动机冷却剂闭合回路、制冷剂闭合回路和热调节流体闭合回路。

一体的加热/冷却核心部件可以限定第一闭合回路，第一闭合回路用于引导发动机冷却剂通过该第一闭合回路，一体的加热/冷却核心部件可以限定第二闭合回路，第二闭合回路用于引导制冷剂通过该第二闭合回路，并且一体的加热/冷却核心部件可以限定第三闭合回路，第三闭合回路用于引导热调节流体通过该第三闭合回路。

第一闭合回路、第二闭合回路和第三闭合回路可以由多筒限定。

所述多个筒可以包括第一筒、第二筒和第三筒，所述多个筒中的每个筒具有内表面和外表面，第一筒由第二筒围绕，第二筒由第三筒围绕。

第一闭合回路和第二闭合回路中的至少一个可以由第一筒的内表面限定，第一闭合回路和第二闭合回路中的至少另一个可以由第二筒的外表面和第三筒的内表面之间的空间限定，并且第三闭合回路可以由第一筒的外表面和第二筒的内表面之间的空间限定。

所述多个筒可以包括第一筒、第二筒和第三筒，所述多个筒中的每个筒具有内表面和外表面，第一筒由第二筒围绕且第三筒由第二筒围绕。

第一闭合回路可以由第一筒的内表面限定，第二闭合回路可以由第三筒的内表面限定，并且第三闭合回路可以由第一筒的外表面和第二筒的内表面之间的空间限定，并且第三条闭合回路可以由第三筒的外表面和第二筒的内表面之间的空间限定。

所述多筒可以是同心的。

所述多筒中的每筒被嵌套在所述多筒中的至少另一筒内。

热调节流体闭合回路可以通过热调节负载，并且热调节负载可以包括电池。

热调节流体闭合回路可以通过热调节负载，并且其中热调节负载包括换流器。

一体的加热/冷却核心部件可以是刚性单体。

通过第一闭合回路、第二闭合回路和第三闭合回路中的一个的流体流动方向与通过第一闭合回路、第二闭合回路和第三闭合回路中的其他两个的流体流动方向相反。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于车辆的车辆加热/冷却系统的一体的加热/冷却核心部件，车辆加热/冷却系统包括适用于引导发动机冷却剂从中通过的发动机冷却剂闭合回路、适用于引导制冷剂从中通过的制冷剂闭合回路、和适用于引导热调节流体从中通过的热调节流体闭合回路，所述一体的加热/冷却核心部件包括：第一闭合回路，所述第一闭合回路适用于引导发动机冷却剂通过该第一闭合回路；第二闭合回路，所述第二闭合回路适用于引导制冷剂通过该第二闭合回路；和第三闭合回路，所述第三闭合回路适用于引导热调节流体通过该第三闭合回路。

第一闭合回路、第二闭合回路和第三闭合回路可以由多个筒限定。

所述多个筒可以包括第一筒、第二筒和第三筒，所述多个筒中的每个筒可以具有内表面和外表面，第一筒由第二筒围绕，第二筒由第三筒围绕。

第一闭合回路和第二闭合回路中的至少一个可以由第一筒的内表面限定，第一闭合回路和第二闭合回路中的至少另一个可以由第二筒的外表面和第三筒的内表面之间的空间限定，并且第三闭合回路可以由第一筒的外表面和第二筒的内表面之间的空间限定。

所述多个筒可以包括第一筒、第二筒和第三筒，所述多个筒中的每个筒可以具有内表面和外表面，第一筒由第二筒围绕并且第三筒由第二筒围绕。

第一闭合回路可以由第一筒的内表面限定，第二闭合回路可以由第三筒的内表面限定，并且第三闭合回路可以由第一筒的外表面和第二筒的内表面之间的空间限定，并且第三闭合回路可以由第三筒的外表面和第二筒的内表面之间的空间限定。

所述多个筒中的每个筒与所述多个筒中的另一个筒可以是同心的。

附图说明

图1是根据本发明的使用一体的加热/冷却核心部件的车辆加热/冷却系统的示意图。

图2是沿一体的加热/冷却核心部件的纵向中心线获得的适用于图1的车辆加热/冷却系统的一体的加热/冷却核心部件的第一实施例的剖视图。

图3是在图2中的截面线3-3处获得的图2的实施例的剖视图。

图4是沿一体的加热/冷却核心部件的纵向中心线获得的适用于图1的车辆加热/冷却系统的一体的加热/冷却核心部件的第二实施例的剖视图。

图5是在图4中的截面线5-5处获得的图4的实施例的剖视图。

具体实施方式

图1中，示出了车辆加热/冷却系统100，所述车辆加热/冷却系统100包括内燃发动机或内燃机102、一体的加热/冷却核心部件104、制冷剂压缩机106、制冷剂冷凝器108、换流器110、电池112、缓冲箱114、泵116、电子控制器(ECU)118、第一温度传感器120、第二温度传感器122、和电磁阀124。

发动机102是内燃发动机。所述发动机102可以是柴油发动机或汽油发动机。发动机102连接到制冷剂压缩机106并驱动制冷剂压缩机106。制冷剂压缩机106是制冷压缩机。发动机102通过将发动机102和压缩机106两者连接到一起的皮带和皮带轮结构126驱动压缩机106。在发动机上的皮带轮128连接到驱动地接合到制冷剂压缩机106的皮带轮130。皮带轮128和皮带轮130通过皮带132连接到一起。电致动式离合器134连接到制冷剂压缩机106和皮带轮130并处于所述制冷剂压缩机106和所述皮带轮130之间。每当电致动式离合器134被接合时，皮带轮130驱动制冷剂压缩机106。当电致动式离合器134未被接合时，制冷剂压缩机106不工作并且未被驱动，并且皮带轮130自由地旋转。

通过发动机102内部的泵将发动机冷却剂传送通过发动机冷却剂闭合回路136以引导热的发动机冷却剂通过发动机冷却剂闭合回路136。

电磁阀124被配置在发动机冷却剂闭合回路136中以调节通过发动机冷却剂闭合回路136的发动机冷却剂的流量。当关闭电磁阀124时，热的发动机冷却剂不被引导通过发动机冷却剂闭合回路136。当打开电磁阀124时，热的发动机冷却剂被引导通过发动机冷却剂闭合回路136。

一体的加热/冷却核心部件104也被配置在发动机冷却剂闭合回路136中以引导来自热的发动机冷却剂的热能到达通过一体的加热/冷却核心部件104的其他流体介质中的一种。如图2和图4中最大程度上所示，一体的加热/冷却核心部件104是刚性单体。

一体的加热/冷却核心部件104引导热的发动机冷却剂通过第一闭合回路138。认为第一条闭合回路138是闭合的，因为第一闭合回路138防止热的发动机冷却剂与通过一体的加热/冷却核心部件104的其他流体介质混合，同时允许包含在热的发动机冷却剂中的热能传递至通过一体的加热/冷却核心部件104的热调节流体。在已经通过一体的加热/冷却核心部件104之后，现在较冷的发动机冷却剂然后被引导通过发动机冷却剂闭合回路136的剩余部分并返回到发动机102，因此完成发动机冷却剂闭合回路136。

制冷剂由制冷剂压缩机106压缩并且被传送通过制冷剂闭合回路140。制冷剂闭合回路140引导现在被压缩的制冷剂进入制冷剂冷凝器108，在所述制冷剂冷凝器108中，包含在制冷剂中的热能被移除并且制冷剂冷凝成液体。

现在冷凝的液体制冷剂然后被进一步引导通过制冷剂闭合回路140并进入一体的加热/冷却核心部件104。液体制冷剂从通过一体的加热/冷却核心部件104的热调节流体中吸收热量而在一体的加热/冷却核心部件104中蒸发。一旦制冷剂已经吸收足够的热量并已经蒸发，所述制冷剂被进一步引导通过制冷剂闭合回路140返回到制冷剂压缩机106的入口，因此完成制冷剂闭合回路140。

一体的加热/冷却核心部件104引导液体制冷剂通过第二闭合回路142。第二条闭合回路142是闭合的，因为第二闭合回路142防止液体制冷剂与通过一体的加热/冷却核心部件104的其他流体介质混合，同时允许包含在通过一体的加热/冷却核心部件104的热调节流体中的热能被传送到液体制冷剂，因此使所述液体制冷剂蒸发。

一体的加热/冷却核心部件104包括第三闭合回路144，热调节流体通过所述第三闭合回路144。第三闭合回路144防止热调节流体与通过一体的加热/冷却核心部件104的其他流体介质混合，允许包含在热调节流体中的热能被传送到液体制冷剂，并允许包含在发动机冷却剂中的热能在第三闭合回路144的长度范围内被传送到热调节流体。

第三闭合回路144是热调节流体闭合回路146的一部分。热调节流体闭合回路146包括泵116，所述泵116连接到一体的加热/冷却核心部件104以从一体的加热/冷却核心部件104接收热调节流体，并将热调节流体传送到热调节负载148。在这种情况下，热调节负载148包括电池112和换流器110。电池112和换流器110包括内部热交换器，以允许在必要时将电池112和换流器110中产生的热能从热调节流体中传送，从而将电池112和换流器110维持在所调节的温度。内部热交换器也允许在必要时将热调节流体中的热能传送到电池112和换流器110以将电池112和换流器110维持在所调节的温度。

缓冲箱114连接到热调节流体闭合回路146以容纳热调节流体闭合回路146中的热调节流体的流体流量和流体压力的突然波动。

如果电池112和换流器110中的温度高于热调节流体的温度，那么热能将被引导进入来自电池112和换流器110中的热调节流体，并且电池112和换流器110的温度将被相应地降低。

如果电池112和换流器110的温度低于热调节流体的温度，那么热能将被引导出热调节流体并进入电池112和换流器110，并且电池112和换流器110的温度将被相应地增加。

因此热调节负载148的温度可以通过改变热调节流体的温度而被调节。

ECU118被构造成检测并控制热调节负载148的温度以将热调节负载148的温度维持在预定的温度范围内。

ECU118是具有常规配置的基于微处理器的电子控制器，所述电子控制器包括数字微处理器、适用于存储根据预定的程序控制ECU118的操作的数字指令的非易失性存储器(例如，只读存储器)、提供由微处理器在执行它的数字指令中用到的工作变量的暂时存储的易失性存储器(例如，随机存储器)、适用于产生具有足以接合或分离电致动式离合器134的功率的信号的驱动器电路、和连接到第一温度传感器120和第二温度传感器122以接收并调节分别指示换流器110和电池112以及温度传感器120的温度的信号的信号调节电路。

温度传感器120热连接或热耦合(thermally couple)到换流器110以产生指示换流器110的温度的电信号。

温度传感器122热连接或热耦合到电池112以产生指示电池112的温度的电信号。

温度传感器120和温度传感器122电连接到ECU118的信号调节电路，因此允许ECU118接收指示换流器110的温度和电池112的温度的信号。

电致动式离合器134连接到ECU118的驱动器电路以允许驱动器电路在ECU118的命令下选择性接合或分离电致动式离合器134。

电磁阀124类似地连接到ECU118的驱动器电路以由此在ECU118的命令下打开和关闭。

ECU118由数字指令编程以定期地并周期性地监测由温度传感器120和温度传感器122产生的信号。ECU118被数字指令配置成将由这些信号指示的温度与第一预定阈值温度和高于第一预定阈值温度的第二预定阈值温度进行比较。

如果由温度传感器120或温度传感器122指示的温度中的任意一个低于第一预定阈值温度，ECU118被数字指令编程以打开电磁阀124，因此允许内燃发动机102(通过所述内燃发动机的内部冷却剂泵)引导热的发动机冷却剂通过发动机冷却剂闭合回路136。发动机冷却剂闭合回路136包括第一闭合回路138。通过第一闭合回路138的热的发动机冷却剂将热能传递至通过直接热连接到第一闭合回路138的第三闭合回路144热调节流体。这种热传递加热热调节流体。现在被加热的热调节流体然后通过泵116被传送通过热调节流体闭合回路146并进入电池112和换流器110。这促使电池112和换流器110接收来自热调节流体的热能并因此升高电池112和换流器110的温度。电池112和换流器110的增加的温度分别被传送到温度传感器122和温度传感器120。温度传感器122和温度传感器120将这种升高的温度传送到ECU118。最后，ECU118检测到电池112和换流器110的温度高于第一预定阈值温度，并且ECU118被响应地编程以关闭电磁阀124。

如果ECU118确定来自温度传感器120或温度传感器122的温度高于第二预定阈值温度，ECU118被所述ECU118的数字指令编程以接合电致动式离合器134，因此压缩气态制冷剂并引导所述制冷剂进入制冷剂冷凝器108，在所述制冷剂冷凝器108中所述制冷剂的热能被移除并且制冷剂冷凝成液体制冷剂。液体制冷剂然后被传送进入第二闭合回路142，在所述第二闭合回路142中，来自通过第三闭合回路144的热调节流体的热能被引导进入液体制冷剂，促使所述液体制冷剂吸收热能并蒸发。这又冷却通过第三闭合回路144的热调节流体。泵116循环这种现在冷却的热调节流体进一步通过热调节流体闭合回路146并通过电池112和换流器110，因此冷却电池112和换流器110。现在较冷的电池112和换流器110将这种降低的温度分别传送到温度传感器122和温度传感器120。温度传感器122和温度传感器120将这种降低的温度传送到ECU118。最后地，ECU118检测到电池112和换流器110的温度低于第二预定阈值温度，并且ECU118被所述ECU118的数字指令编程以响应地分离电致动式离合器134。

车辆加热/冷却系统100因此被配置成使用用于调节热调节流体的温度的一体的加热/冷却核心部件104调节热调节负载148的温度(即电池112和换流器110的温度)。

图2是一体的加热/冷却核心部件104的第一实施例的示意图。在这种实施例中，第一闭合回路138、第二闭合回路142和第三闭合回路144引导它们各自的流体并行通过一体的加热/冷却核心部件104。在这种布置中，第一闭合回路138、第二闭合回路142和第三闭合回路144由多个嵌套的筒限定。

一体的加热/冷却核心部件104的第一筒200限定第一闭合回路138，并且具有流体流动入口202和流体流动出口204。

第一筒200嵌套在一体的加热/冷却核心部件104的第二筒206内部并由第二筒206围绕。第二筒206和第三筒212之间的空间限定第三闭合回路144并具有流体流动入口208和流体流动出口210。

通过这种布置，热能被从发动机冷却剂引导通过第一筒200的壁到达通过第二筒206的热调节流体。

第二筒206嵌套在一体的加热/冷却核心部件104的第三筒212内部并由第三筒212围绕。第二筒206和第三筒212之间的空间限定第二闭合回路142并具有流体流动入口214和流体流动出口216。

通过这种布置，热能被从通过第二筒206的热调节流体引导通过第二筒206的壁到达通过第三筒212的制冷剂。

第一筒200、第二筒206和第三筒212纵向延伸，大致平行于一体的加热/冷却核心部件104的纵向轴线218。如果所有的第一筒200、第二筒206，和第三筒212是适当的圆筒(如图3中所示)，优选的布置是第一筒200、第二筒206和第三筒212被布置成围绕纵向轴线218同心。

在图2的布置中，第一闭合回路138和第二闭合回路142被彼此隔离，使得移动通过第一闭合回路138的液体和移动通过第二闭合回路142的液体不能发生直接的热传递(或者仅发生有限量的热传递)。

在图2的布置中，通过筒的所有流动在相同的方向上。根据筒的大小和间距以及热调节负载148的冷却和加热要求，一种、两种或全部流动在流动方向上可以被反转，以为了改进的热传递提供逆流模式。在这种布置中，流体流动入口202、流体流动入口208和流体流动入口214中的一个或更多个可以变成流体流动出口，并且流体流动出口204、流体流动出口210和流体流动出口216中的一个或更多个可以变成流体流动入口。

图4是一体的加热/冷却核心部件104的第二实施例的示意图。

在这种实施例中，第一闭合回路138和第三闭合回路144引导它们各自的流体并行通过一体的加热/冷却核心部件104的第一部分400。第二闭合回路142和第三闭合回路144引导它们各自的流体并行通过一体的加热/冷却核心部件104的第二部分402。第一部分400和第二部分402被设置在一体的加热/冷却核心部件104的顺序的纵向部分中。

也在这种实施例中，第二闭合回路142和第三闭合回路144它们各自的流体并且通过一体的加热/冷却核心部件104的第二部分402。在第二部分402中，第二闭合回路142和第三闭合回路144被布置为嵌套的筒。

在第一部分400中，一体的加热/冷却核心部件104的第一筒404限定第一闭合回路138并具有流体流动入口406(图1中的202)和流体流动出口408(图1中的204)。

第一筒404嵌套在一体的加热/冷却核心部件104的第二筒410的内部并被第二筒410围绕。第二筒410和第一筒404之间的空间限定第三闭合回路144并具有流体流动入口412(图1中的208)和流体流动出口414(图1中的210)。

通过这种布置，热能从发动机冷却剂闭合回路136中的发动机冷却剂被引导通过第一筒404的壁到达通过第二筒410的热调节流体。

在第二部分402中，一体的加热/冷却核心部件104的第三筒416限定第二闭合回路142并具有流体流动入口418(图1中的214)和流体流动出口420(图1中的216)。

第一筒404、第二筒410和第三筒416纵向延伸，大致平行于一体的加热/冷却核心部件104的纵向轴线422。如果所有的第一筒200、第二筒206，和第三筒212是适当的圆筒(如图5中所示)，优选的布置是第一筒404、第二筒410和第三筒416被布置成围绕纵向轴线422同心。

在图4的布置中，第一闭合回路138和第二闭合回路142被彼此隔离，使得移动通过第一闭合回路138的液体和移动通过第二闭合回路142的液体不能发生直接的热传递(或仅发生有限量的热传递)。

在图4的布置中，流动通过第一闭合回路138、第二闭合回路142和第三闭合回路144的所有流体在相同的流动方向上。根据筒的大小和间距以及热调节负载148的冷却和加热要求，流体流动中的一种的流动方向可以被反转以为了改进的热传递提供逆流模式。

在这种布置中，流体流动入口406、流体流动入口412和流体流动入口418中的一个或更多个可以变成流体流动出口，并且流体流动出口408、流体流动出口414和流体流动出口420中的一个或更多个可以变成流体流动入口。为了反转如图2中所示的第一闭合回路138、第二闭合回路142和第三闭合回路144中的任一个闭合回路的流动方向，连接到所述任一个闭合回路对应的入口(如图2中所示)的导管可以被移动到所述任一个闭合回路对应的出口(如图2中所示)，并且连接到所述任一个闭合回路对应的出口的导管可以被移动到所述任一个闭合回路对应的入口。

应理解于此所示和所讨论的具体实施例不是本发明可以存在的仅有方式。所述实施例仅为本发明现在优选的实施例。在车辆加热/冷却系统设计和生产领域的本领域技术人员可以容易地看到也将落入随附权利要求的范围内的其他变化。

例如，皮带和皮带轮驱动结构以及电致动式离合器被示出。其他的结果可以包括齿轮、皮带轮、轴、皮带、机械离合器、液压离合器、液压马达和液压离合器。

作为另一个例子，热调节负载148可以包括散热器，所述散热器被设置成冷却和加热车辆的操作员室中的环境空气。

作为另一个布置，不是采用限定第一闭合回路138、第二闭合回路142和第三闭合回路144的单独的同心筒，而是采用管和壳式热交换器结构，在所述管和壳式热交换器结构中，平行延伸的多个第一筒限定第一闭合回路138平行延伸的多个第二筒限定第二闭合回路142，并且在壳内并围绕所述多个第一筒和所述多个第二筒的共用空间限定第三闭合回路144。这种结果具有为热传递提供比可以由图2和图4中所图示的三筒式实施例提供的表面区域大的管状表面区域的额外优势。