用于在流体回路中调节通流并分配流体的装置的制作方法

1.本发明涉及用于在流体回路中调节通流并分配流体的装置，流体特别地为制冷剂回路中的制冷剂。该装置具有壳体和至少一个阀元件，壳体具有用于连接至流体管线的端口，流体管线经由相应的贯通开口连接至壳体的设计为阀室的至少一个内部容积，所述至少一个阀元件布置在阀室中、具有用于使阀元件相对于壳体移动的驱动元件。


背景技术：

2.对于现有技术中已知的机动车辆，通过具有用于制冷剂和冷却剂的不同回路的空气调节系统对车辆内部的乘客的舒适性的高要求是利用相应不同操作的热交换器来满足的。具有电动马达驱动器的简称为电动车辆的传统机动车辆、或者具有电动马达和内燃发动机的混合动力驱动器的简称为混合动力车辆的机动车辆在大多数情况下也比具有纯燃烧发动机驱动器的机动车辆具有更高的冷却或加热供应需求，这是因为它们设计有电动传动系的附加部件，比如高电压电池、内部充电器、变压器、逆变器和电动马达。除了实际的空气调节系统的制冷剂回路之外，已知的机动车辆被设计为具有带有冷却剂回路的电动混合动力驱动器或纯电动驱动器，在冷却剂回路中，用于排放由驱动部件放出的热量的循环冷却剂被导引通过冷却剂-制冷剂热交换器，以便将热从冷却剂传递至在制冷剂回路中循环的制冷剂。
3.由于所需的对能量的需求，电驱动机动车辆的热系统对机动车辆的范围有很大的影响。这意味着，在具有不同子系统的机动车辆中，基于需求的热流分布能够例如更快地调节需要最佳操作温度的部件。在由电池操作的机动车辆和具有混合动力驱动器的机动车辆中，除了车辆内部的调节之外，例如对电动传动系的高电压部件的调节也是特别感兴趣的，热系统的操作的影响被最小化到机动车辆的范围。
4.从现有技术中还已知，设计处于热泵模式以及冷却系统模式的空气调节系统的制冷剂回路，以便在机动车辆内分配热能。例如，特别是在制冷剂回路在热泵模式下的操作期间，热可以从环境空气或冷却剂回路中接收，该热然后可以被传递至机动车辆的对热有需求的部件或传递至进入车辆内部的空气。在制冷剂回路在冷却系统模式下的操作期间，热可以从车辆内部或从进入车辆内部或其他部件的空气中接收，并且例如被传递至环境。在这样做时，热系统内的热载体回路、比如制冷剂回路和冷却剂回路彼此连接并连接至机动车辆的其他部件。特别是在混合动力驱动的机动车辆的情况下，将用于调节不同部件的热系统布置在可用的安装空间中存在重大挑战。
5.de 10 2013 206 626 a1公开了一种用于车辆的空气调节的制冷剂回路。制冷剂回路具有压缩机以及作为蒸发器或冷凝器操作以用于与制冷剂传递热的若干热交换器。在这样做时，制冷剂回路设计有至少三个蒸发器和两个冷凝器，其中，在每个蒸发器的上游布置有膨胀阀以便释放制冷剂，并且在每个冷凝器的下游布置有回流阀以便避免制冷剂在制冷剂回路内移动。制冷剂回路的部件、特别是大量的阀分别经由制冷剂回路中的连接管线彼此连接。
6.为了提供不同的功能，需要多个阀和连接管线。在这样做时，每个阀都具有致动器并且将连接至驱动单元，这导致了高的系统复杂性。因此，除了高成本之外，这还导致制冷剂回路的高重量。此外，需要大的安装空间。
7.从现有技术中不知道将一个流体回路、特别是制冷剂回路的若干阀设计在内部并且因此以彼此连接的方式设计在共用壳体中。
8.特别地，在以二氧化碳作为制冷剂的制冷剂回路的情况下，在高达100巴的压差的情况下还需要大量的力以便在5功能之间切换阀。
9.de 10 2016 013 492 a1揭示了一种用于以二氧化碳作为制冷剂操作的特别是电驱动的膨胀和截止阀，该膨胀和截止阀具有布置在阀本体室中的阀本体、密封座和密封件，密封座和密封件沿着阀本体的轴向运动方向布置在阀内部。在阀的关闭状态下，设计为针的阀本体在密封座和密封件的位置处的直径对应于相应的密封件直径。此外，在阀的关闭状态下，在介质连接件与阀本体室之间打开压力旁路。
10.该阀具有两个介质连接件，其中，连接件的流动横截面可以打开或关闭。在这样做时，连接件的流动横截面可以完全打开或仅部分打开。制冷剂仅沿一个流动方向流动通过阀。当以部分打开的流动横截面操作阀时，制冷剂在流动通过阀时被释放。


技术实现要素：

11.技术问题
12.本发明的目的是提供一种用于在机动车辆的热系统的流体回路、特别是制冷剂回路中调节通流并分配流体的装置。在该装置中，除了系统的复杂性之外，当该组合功能性、特别是阀的功能性，以使成本、重量和安装空间最小。此外，该装置当在以二氧化碳作为循环流体的回路中使用时还应当容易操作，特别是以较少的力操作。
13.问题的解决方案
14.该目的通过具有独立权利要求的特征的主题来解决。在从属权利要求中陈述了进一步的改进方案。
15.该目的通过一种用于在至少一个流体回路中调节通流并分配流体的装置来解决，流体特别地为制冷剂回路中的制冷剂。该装置具有壳体和至少一个阀元件，壳体具有用于连接至流体管线的端口，所述端口经由相应的贯通开口连接至壳体的设计为阀室的至少一个内部容积，所述至少一个阀元件布置在阀室中、具有用于使阀元件相对于壳体移动的驱动元件。
16.根据本发明的构思，所述至少一个阀元件安装成使得其能够在沿着纵向轴线的轴向方向上以线性的方式移位，以使得用于流体的通路在设计为入口的第一端口与设计为第一出口的第二端口之间或者在设计为入口的第一端口与设计为第二出口的第三端口之间打开。阀元件也可以布置成使得入口与第一出口和第二出口之间的相应通路至少部分地打开。
17.此外，根据本发明的阀元件设计为呈沿轴向方向定向的筒、特别是圆形筒的形式，该阀元件具有沿轴向方向以彼此间隔开的方式布置并且经由联接元件彼此连接的第一部段和第二部段。在这样做时，这些部段表示针阀的阀针，这些阀针特别地经由联接元件彼此连接。
18.根据本发明的优选实施方式，布置在部段之间的联接元件具有比阀元件的第一部段和第二部段小的外圆周、特别是小的外径。这些部段优选地设计成特别是在对应于一个长度的轴向方向上具有相同的形式和延伸范围以及外圆周。
19.根据本发明的另一改进方案，阀元件布置成使得其能够沿纵向方向移位，其中，第一部段位于第一阀座元件内并且第二部段位于第二阀座元件内。
20.阀元件的第一部段和第二部段可以优选地经由相应的密封元件相对于壳体和阀座元件以密封方式布置，使得第一出口和第二出口根据第一部段相对于第一密封元件的布置并且根据第二部段相对于第二密封元件的布置而打开或关闭。当阀元件的分配至出口的部段布置在相应的密封元件内并且密封元件完全围绕该部段布置时，相应的出口关闭。当阀元件的分配至出口的部段布置在相应的密封元件的外部并且在密封元件与该部段的5外壁之间形成特别完整的间隙时，相应的出口被打开并且因此形成用于装置的入口到相应出口的流体的通路。
21.本发明的另一优点在于，阀元件的部段分别被设计为呈具有沿纵向方向定向的开口、特别是贯通开口的中空筒的形式。在这样做时，包围开口的壁具有绕组对的设置为内部绕组的相应的第一绕组。
22.此外，设计为外部绕组的相应的第二绕组至少布置在联接元件的端部的区域中，使得联接元件通过相应的端部被旋拧到阀元件的部段中。
23.根据本发明的优选实施方式，该装置至少具有第一压力室和第二压力室，第一压力室和第二压力室分别设计为阀室的在阀元件的沿轴向方向定向的端面处的区域。压力室优选地提供压力平衡，以用于减少移动阀元件所需的20运动能量或力。
24.优选地，压力室中的至少一个压力室流体连接至壳体的第一端口的贯通开口，并且压力室彼此流体连接。
25.根据本发明的第一替代性实施方式，压力室经由相应的连接通道流体连接至壳体的第一端口的贯通开口。在这样做时，连接通道优选地设计在壳体的壁内。
26.根据本发明的第二替代性实施方式，压力室经由设计在阀元件内的连接通道彼此流体连接。在这样做时，连接通道的区域分别设置为在阀元件的部段内并且分别在部段与联接元件之间的开口。连接通道的在阀元件的部段与联接元件之间延伸的通路可以分别设计为绕组对的在部段与联接元件之间的区域中的平坦部。
27.根据本发明的另一改进方案，端口的贯通开口布置在由x方向和y方向5跨越的公共平面中，在该公共平面中，该装置的纵向轴线定向成沿x方向延伸。在这样做时，第一端口设计成从纵向轴线的第一侧合并到阀室中，并且第二端口和第三端口被设计成从纵向轴线的第二侧合并到阀室中。纵向轴线的第二侧布置成与第一侧相反。
28.端口的贯通开口的对称轴优选地彼此平行定向。壳体的端口的贯通开口的流动横截面优选地具有圆形形式。贯通开口的流动横截面优选地设计成具有相等的直径，所述直径在相应的长度上可以是恒定的。
29.根据本发明的另一优选实施方式，阀元件设计成在部段的分别朝向联接元件定向的端面上具有弯曲轮廓，使得流体在弯曲轮廓与密封元件之间流动时可以根据阀元件的部段相对于密封元件的布置20而被释放。
30.因此，该装置有利地表示分别具有膨胀功能的两个阀的组合，特别是两个截止阀
的组合，并且因此是两个截止阀和两个膨胀阀的组合。在这样做时，流体、特别是制冷剂从入口被导引至第一或主要出口以及/或者第二或次要出口，并且可以膨胀到打开的流动路径。
31.根据本发明的有利实施方式，至少一个阀元件经由连接元件连接至布置在壳体的外部的驱动元件。
32.连接元件优选地设计为轴。在这样做时，连接元件特别地布置成使得其在第一端部处紧密地连接至驱动元件并且在第二端部处穿过侧部突出到壳体中，该第二端部设计成在第一端部的远端并且紧密地连接至阀元件。
33.驱动元件可以设计为具有传输装置、特别是绕组的线性马达或旋转马达。传输装置用于将连接元件绕其5纵向轴线的旋转运动转换成阀元件的平移冲程运动，其中，平移冲程运动对应于线性运动。
34.设置为旋转马达的驱动元件优选地设计为电动致动器、特别是步进马达或伺服马达，这有利地允许例如角度位置的控制。马达可以设计成具有用于确定位置的传感器。由传感器检测到的连接元件的旋转位置可以连续地传输至调节电子器件，所述调节电子器件根据电路中的可设定的设定值比如连接元件的设定角度位置来调节马达的运动。
35.根据本发明的装置设计为高度集成的部件、特别是制冷剂阀，以用于执行若干功能。在该装置中，各个阀的功能被组合在一起。
36.发明的有益效果
37.本发明的有利实施方式允许使用用于在机动车辆的热系统、特别是热管理系统的制冷剂回路中调节通流并分配流体的装置，例如以用于调节待供应至车辆内部或传动系部件的空气质量流。该装置还用作用于车辆的空气调节的自适应多路径制冷剂阀。
38.在其中使用装置的制冷剂回路可以用任何制冷剂特别是r1234yf、r1234a、r134a、r744、r404a、r600或r600a、r290、r152a、r32及其混合物来操作。
39.根据本发明的优选地设计为电动操作的3-2通针阀、尤其是设计为针滑阀且具有用于制冷剂二氧化碳的膨胀功能的装置总体上特别是作为具有用于制冷剂的多个可能的通流路径的高度可变的制冷剂阀具有多种优点：
[0040]-在3-2通阀中组合不同的阀功能，特别是两个阀、尤其是具有膨胀功能的截止阀的阀功能，
[0041]-降低组装期间的复杂性导致简单的控制和较小的错误和故障可能性，这降低了预期的保修成本，
[0042]-通过减少为了5移动阀元件所需的致动力也使得容易操作，
[0043]-还由于只需要一个致动器并且不存在连接管线的事实而使重量最小，
[0044]-由于不存在连接管线和密封10点而使制冷剂的泄漏最小，由此降低了终端客户在维修时的成本，
[0045]-最小的生产、维护和操作成本以及最小的所需安装空间。
附图说明
[0046]
参照相关联的附图从以下对示例实施方式的描述得到本发明的实施方式的进一步的细节、特征和优点。
[0047]
下面分别示出了一种用于在至少一个流体回路中调节通流并分配流体的装置、特别是用于机动车辆的热系统的制冷剂回路的阀，该装置分别具有带有入口和两个出口的壳体以及布置在阀室中的阀元件：
[0048]
图1a和图1b：以截面图示出了压力室和从入口到第一出口的开放通路以及流体流，压力室设计成使得它们经由连接通道彼此流体连接，流体流通过入口进入到装置中、通过装置并从装置的第一出口流出，
[0049]
图1c：以截面图示出了压力室和从入口到第二出口的开放通路以及流体流，压力室设计成使得它们经由连接通道彼此流体连接，流体流通过入口进入到装置中、通过装置并从装置的第二出口流出，以及
[0050]
图2：以截面图示出了压力室和从入口到第一出口的开放通路，压力室设计成使得它们经由连接通道和阀室彼此流体连接。
具体实施方式
[0051]
图1a至图1c分别以截面图示出了用于在流体回路中调节通流并分配流体的装置1-1、特别是用于机动车辆的热系统的制冷剂回路的阀。装置1-1被设计为集成的制冷剂阀，以便特别地代替两个阀并且将两个阀的数目5减少至一个部件。
[0052]
装置1-1具有壳体2，壳体2具有作为制冷剂的入口的第一端口3、作为制冷剂的主要或第一出口的第二端口4以及作为制冷剂的次要或第二出口的第三端口5。用于作为到制冷剂回路的其他部件的连接管线的制冷剂管线的端口3、4、5经由相应的贯通开口连接至壳体2的内部容积。端口3、4、5的贯通开口分别合并到阀室6中。在阀室6内布置有阀元件7。
[0053]
第一端口3布置在壳体2的第一侧部处，而第二端口4和第三端口5设置在壳体2的布置成与第一侧部相反的公共第二侧部处。端口3、4、5的贯通开口的对称轴布置在由x方向和y方向跨越的公共平面中，并且彼此平行定向。在这样做时，第一端口3的贯通开口在20x方向上居中地设计在第二端口4与第三端口5的贯通开口之间。壳体2的端口3、4、5的贯通开口的流动横截面的直径分别是恒定的。
[0054]
壳体2除了端口3、4、5的区域之外是封闭的。壳体2的外形被设计成使得保证功能、例如系统内的特定布置，并且可以以最小的部件重量进行成本有效的批量生产。
[0055]
基本上设计有三个部段的阀元件7具有筒形形式，特别地具有圆形横截面。在这样做时，以彼此间隔开的方式沿对称轴方向并由此沿阀元件7的纵向方向布置的两个外部段7a、7b经由联接元件7c彼此紧密连接。第一部段7a和第二部段7b也称为第一阀针和第二阀针。圆筒形、特别是中空圆筒形的外部段7a、7b被设计成具有相同的尺寸，特别是外径和长度。沿阀元件7的纵向方向设置在外部段7a、7b之间的也称为阀针连接件的联接元件7c具有比部段7a、7b小的外径。部段7a、7b和联接元件5 7c定向在公共对称轴或纵向轴线上。
[0056]
外部段7a、7b设计为具有沿纵向方向定向的开口、特别是贯通开口的中空筒。在开口内，可以设置绕组对的相应的第一绕组、特别是内部绕组。设计为外部绕组的相应第二绕组至少布置在联接元件7c的端部区域中，使得联接元件7c的端部被旋拧到阀元件7的设计为阀针的相应部段7a、7b中。
[0057]
阀元件7在第一部段7a的区域以及第二部段7b的区域中布置在相应的阀座元件8a、8b中，使得该阀元件7能够沿纵向方向滑动。经由密封元件以密封方式布置到壳体2和阀
元件7的阀座元件8a、8b使得阀元件7能够在纵向轴线的方向上线性运动。
[0058]
阀元件7经由连接元件10连接至驱动元件9，驱动元件9也称为致动器或致动元件并且布置在壳体2的外部。阀元件7和连接元件10的纵向轴线沿x方向定向并且彼此同轴。例如25设计为轴或伺服轴的连接元件在第一端部处紧密连接至驱动元件9。连接元件10以密封方式布置在壳体2上，其中，第二端部设计成在第一端部的远端并且穿过壳体2的壁和端面突出到壳体2中。驱动元件9例如设计为用于驱动连接元件10的伺服马达。作为电动驱动器的30伺服马达可以具有带有线圈组的定子和带有至少一个永磁体的封装转子。因此，驱动元件9可以设计为封装马达、或直接驱动马达、或旋转马达、或线性马达。
[0059]
当将驱动元件9设计为旋转马达时，设置为连接元件10的驱动轴被设定成绕纵向轴线进行旋转运动。在设计在沿轴向方向定向的连接元件上的传输装置、特别是绕组、尤其是所谓的运动绕组的帮助下，连接元件10的旋转运动被5转换成阀元件7沿x方向的平移冲程运动。于是，平移冲程运动对应于阀元件7沿轴向运动方向11的线性运动、即在连接元件10或阀元件7的纵向轴线的方向上的线性运动，该纵向轴线穿过壳体2和阀元件7的端面在装置1-1的10纵向轴线的方向上延伸。
[0060]
传输装置的绕组对设置在连接元件10与阀元件7之间。在这样做时，基本上具有筒形杆、特别是圆杆的形式的连接元件10的自由端部被插入到设计在阀元件7中的开口中。连接元件10的自由端部布置在连接至驱动元件9的端部的远端。于是，连接元件10在其自由端部上具有作为绕组对的第一元件的外部绕组，而内部绕组设计为绕组对的在阀元件7的开口内的第二元件。
[0061]
沿轴向运动方向11线性移动的阀元件7由基本上沿轴向方向延伸的筒形阀元件7的外部形式保持，从而防止阀元件7绕轴向方向或纵向轴线的旋转运动。沿轴向方向的线性运动被允许。阀元件7通过驱动元件9的旋转运动来移动，而在沿运动方向11的线性运动中没有阀元件7绕纵向轴线的自身旋转。
[0062]
替代性地，特别设计为绕组的传输装置也可以设置在马达内，使得连接元件10与阀元件7一起在平移冲程运动中移位。
[0063]
通过阀元件7的线性运动，作为制冷剂的入口的第一端口3与作为制冷剂的第一出口的第二端口4流体连接、或者与作为制冷剂的第二出口的第三端口5流体连接。替代性地，该装置设计成使得在阀元件7的特定布置的情况下，第一端口3流体连接至第二端口4以及第三端口5。
[0064]
阀元件7经由两个相应的密封5元件12-1a、12-1b、12-2a、12-2b在第一部段7a的区域和第二部段7b的区域中以密封方式布置，所述密封元件特别是相对于壳体2和阀座元件8a、8b的第一静态密封元件12-1a、12-1b以及相对于壳体2的第二动态密封元件12-2a、12-2b。第一密封元件12-1a、12-1b分别设计为座密封件、特别是阀座密封件，而第二密封元件12-2a、12-2b分别设计为呈轴向密封件或环形密封件的形式的滑动密封件、特别是杆密封件。因此，第一密封元件12-1a、12-1b分别布置在壳体2、阀元件7与阀座元件8a、8b之间。
[0065]
根据图1a和图1b，在作为装置1-1的第一出口4的第二端口4的打开状态下且同时在作为装置1-1的第二出口5的第三端口5的关闭状态下，阀元件7在第二部段7b的区域中抵靠相关联的第一密封元件12-1b的密封区域放置，同时在阀元件7的第一部段7a与相关联的第一密封元件12-1a之间设计了全周向间隙。
[0066]
在图1b中，示出了从入口3到第一出口4的开放通路，其中，流体流沿流动方向13通过入口3进入装置1-1中、通过装置1-1并从装置1-1的第一出口4流出。
[0067]
根据图1c，在阀元件7沿运动方向11移位之后，并且在装置1-1的第三端口5或第二出口5的打开状态下且同时在第二端口4或第一出口4的关闭状态下，阀元件7在第一部段7a的区域中、在密封区域中抵靠相关联的第一密封元件12-1a放置，同时在阀元件7的第二部段7b与相关联的第一密封元件12-1b之间设计了全周向间隙。在图1c中，从入口3到第二出口5的开放通路通过流体流表示，该流体流沿流动方向13通过入口3进入装置1-1中、通过装置1-1并从装置1-1的第二出口5流出。
[0068]
在阀元件7和壳体2的相应的相对布置的第一端面之间设置有第一压力室14a，该第一压力室14a形成作为阀室6的内部容积，并且在壳体2与阀元件7的朝向彼此布置的第二端面之间设置有第二压力室14b，该第二压力室14b形成作为阀室6的内部容积，所述内部容积分别设置为其尺寸可以改变以便接纳制冷剂的自由容积。压力室14a、14b也由阀室6的相应侧面界定。
[0069]
压力室14a、14b的容积之和是恒定的。压力室14a、14b的容积通过阀元件7沿运动方向11的线性运动而改变。压力室14a、14b流体连接至壳体2的第一端口3的贯通开口，并且于是压力室14a、14b也经由相应的连接通道15-1彼此连接，使得在入口3处以压力水平施加至压力室14a、14b的制冷剂根据阀元件7在压力室14a、14b之间的运动方向11通过第一端口3的贯通开口和连接通道15-1溢流或流动到压力室14a、14b中，或者流出压力室14a、14b。在这样做时，连接通道15-1设计在壳体2的壁内。当设计压力室14a、14b时，特别是在装置1-1具有大直径的流动横截面和完全打开的出口4、5并因此具有最大通流直径的情况下，通过驱动元件9经由连接元件10施加至阀元件7以用于使阀元件7移动的压力或拉力减小。
[0070]
图2以截面图揭示了用于在至少一个流体回路中调节通流并分配流体的另一装置1-2、特别是用于机动车辆的热系统的制冷剂回路的阀，该装置1-2具有带有入口3和两个出口4、5的壳体2并且具有布置在阀室6中的阀元件7以及从入口3到第一出口4的开放通路。第二出口5是关闭的。
[0071]
与根据图1a至图1c的装置1-1的主要区别在于压力室14a、14b借助于连接通道15-2而不是根据装置1-1的连接通道15-1的流体连接的设计。装置1-1、1-2的其他相同部件设置有相同的附图标记。关于部件的说明，参照图1a至图1c的描述。
[0072]
连接通道15-2在阀元件7内、特别是分别在联接元件7c与部段7a、7b之间例如设计为在联接元件7c的外部绕组的区域中的平坦部，分别与在压力室14a、14b之间延伸的沿纵向方向定向的开口、特别是贯通开口连接。
[0073]
部段7a、7b可以设计成在分别朝向联接元件7c定向的端面处具有特定的弯曲轮廓，这使得制冷剂能够分别与第一密封元件12-1a、12-1b以及部段7a、7b相对于第一密封元件12-1a、12-1b的相对布置相关地膨胀。可以根据相应的膨胀要求来设计轮廓，以便在制冷剂流出装置1-1、1-2的壳体2时保证释放制冷剂的功能。通过阀元件7在壳体2内的布置、特别是部段7a、7b相对于第一密封元件12-1a、12-1b的相对布置并且因此部段7a、7b的弯曲轮廓与第一密封元件12-1a、12-1b之间的作为贯通开口的流动横截面，设定了释放制冷剂的功能。当使阀元件7沿运动方向11移动时，通过装置1-1、1-2的制冷剂的流动横截面可以扩大或缩小，以便控制膨胀功能。
[0074]
附图标记列表
[0075]
1-1、1-2 装置
[0076]
2 壳体
[0077]
3 第一端口、入口
[0078]
4 第二端口、第一出口
[0079]
5 第三端口、第二出口
[0080]
6 阀室
[0081]
7 阀元件
[0082]
7a 阀元件7的第一部段
[0083]
7b 阀元件7的第二部段
[0084]
7c 联接元件
[0085]
8a 第一阀座元件
[0086]
8b 第二阀座元件
[0087]
9 阀元件7的驱动元件
[0088]
10 驱动元件9的连接元件
[0089]
11 阀元件7的运动方向
[0090]
12-1a、12-1b 第一密封元件
[0091]
12-2a、12-2b 第二密封元件
[0092]
13 流动方向
[0093]
14a 第一压力室
[0094]
14b 第二压力室
[0095]
15-1、15-2 压力室 14a、14b 的连接通道
[0096]
x、y 方向