[发明专利]热交换装置和热管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于汽车的热管理系统技术领域。更具体地说，本发明旨在提供一种包括用于通风、加热和/或空气调节设备的空气调节回路的热管理系统。

背景技术

如所周知，汽车配备有通风、加热和/或空气调节设备，以便对车厢的空气进行热处理。

这种设备包括空气调节回路，保证通过通风、加热和/或空气调节设备的空气在被引入车厢之前对其进行冷却和除湿。这个冷却和除湿是用被连接到汽车热力发动机的压缩机使致冷流体穿过蒸发器循环而实现的。它还包括加热回路，保证穿过通风、加热和/或空气调节设备的空气在被引入车厢之前对其进行加热。这个加热是用被载热流体穿过的散热器实现的，后者把汽车热力发动机排放的热量送往热交换器。

于是，可以理解为，车厢空气的热处理是直接与汽车中热力发动机的存在相联系的。

由于环境的原因，热力发动机趋向于被电动机或者混合动力装置代替。电动机或混合动力装置，一方面，意味着废除该加热回路，因为诸如马达等不能释放足够的热量来适当地加热车厢的空气，而另一方面，意味着为空气调节回路使用电动压缩机。

在这样一种情况下，电动压缩机消耗由电池组提供的电能，而电池组本身向马达供电以使其运行。不过，把电动汽车或者混合动力装置的电池组的电能用于马达以外的汽车组件，直接冲击汽车运行的自主性。

至于车厢空气的加热，则利用把电池组的电能转换为热能的电散热器实现。但是，这样一种散热器消耗电池组的电能，于是，降低汽车运行的自主性。

因而，力求最大限度地降低电池组的电能消耗。

为此，已知利用热泵的空气调节回路。按照这个解决方案，装在通风、加热和/或空气调节设备内部并通常用来冷却车厢空气的空气调节回路蒸发器，用来加热车厢的空气。这样一个实施例在文献FR2808245中有所说明。这种类型空气调节回路体系结构的缺陷如下。在加热模式下，就是说当蒸发器用来加热穿过其中的空气(和使在内部循环流动的流体冷凝)时，属于同一空气调节回路并位于汽车前脸的热交换器，允许蒸发在内部循环流动的流体，以完成该热动力学周期。于是，穿过前脸热交换器的空气流被冷却。因而，该加热模式意味着，位于前脸的热交换器有结霜的危险。当在热交换器内部循环流动的流体温度低于零摄氏度，而且该空气流中所含的水分冷凝在热交换器上或者若水滴落在热交换器上时，这种结霜现象就会出现。此结霜现象会部分或完全地封闭所述交换器，使得该空气流不再能够从中穿过。因此，在加热模式下空气调节回路失效。这时，要求除霜操作，这需要一个适当设计的消耗电能的设备，而且该操作在汽车行驶时特别困难。

在电动汽车或者混合动力汽车中，已知利用与其他一个或几个回路彼此结合的空气调节回路。文献EP0800940是这样一种实施例。该环路(boucle)和回路(circuit)系统允许保证回收电动汽车一个或几个部件排放的热能，所述部件诸如是汽车电池组、汽车电动机或者所有会排放热量的电气和/或电子组件等。但是，该系统较大的缺陷是没有提供储热器，就是说没有设置储存所有时刻可用的冷量或热量的装置。事实上，文献EP0800940的系统只允许回收汽车部件瞬间的热损失。因而，不可能将其存储以备后用。

有可能利用装入具有相变化的材料的热量储存装置。在这种情况下，存储容器含有具有相变化的材料，允许以潜热(chaleur latente)和/或显热(chaleur sensible)的形式提供热能，用以加热车厢空气，而不必吸取汽车电池组可用的电能。

所谓“潜热”是指材料发生相变化而不改变温度所释放的热量，就是说，从液态过渡到固态或气态，反之亦然。所谓“显热”是指材料在非相变阶段因温度改变所释放的热量。

当用于加热车厢空气的热能来自材料的相变潜热时，这隐含着下列缺点：

·为了使热能在车厢中有效分配，需要存储大量热能。换句话说，材料温度需要非常高，以便能够存储潜热。

·储存容器应该有极好的隔热性，以便在冬季的气候条件下保存热能。

·一旦该容器中可用的热能用尽，便需要重新存储高热能。因而，该电池组排放的热量或者外部来源的空气热量等这样的热源严重不足以达到最大的储存水平。

·利用潜热来加热意味着相变化温度高，这妨碍了用储存的热能来冷却车厢的空气。

当所利用的热能来源于具有相变化的材料的显热时，有可能利用这种能量来加热或者致冷，但隐含下列缺点：

·显热的利用显著地降低热能储存能力。

·该储存容器应该有极好的隔热性，以便在冬季和夏季的气候条件下保存热能。