[发明专利]用于单体热泵式空气调节器的板型热泵式空气调节器换热器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年2月17日提交的题为“UNITARY HVAC SYSTEM（单体HVAC系统）”的美国临时专利申请序列号61/443,774的权益，该申请的全部内容以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆的供暖和空气调节系统；具体涉及一种热泵式空气调节系统；更具体地涉及一种用于热泵式空气调节系统的换热器。

背景技术

为了使车厢中的乘客感到舒适，机动车辆通常包括专用的空调系统和供暖系统。供暖系统包括加热器芯部，该加热器芯部位于车辆的供暖、通风以及空气调节（HVAC）模块内部。加热器芯部通常是液体对空气的换热器，该换热器将热能供给至车厢以实现舒适地供暖。诸如基于乙二醇的冷却剂之类传热液体将来自内燃机的废热传送至加热器芯部，在此来自传热液体的热能传递至通过加热器芯部流至车厢的周围空气。随着更大效率内燃机、具有较小内燃机的混合车辆以及尤其是电动车辆的出现，可用于为车厢中的乘客提供舒适性的热能会不够。

为了向具有较小内燃机的车辆的车厢提供补充热量，已知在热泵模式操作空调系统。典型的机动车辆空调系统包括位于HVAC模块中的蒸发器和位于暴露于外部环境空气的前部发动机舱中的冷凝器。压缩机使两相制冷剂循环通过蒸发器，在蒸发器中，该制冷剂通过吸收来自车厢的热量而转变成低压蒸气相。在低压蒸气被压缩机压缩成高压蒸气之后，使蒸气相制冷剂传递至冷凝器，在冷凝器中，高压蒸气通过将热量释放到环境空气中而冷凝成高压液相。使液相制冷剂通过膨胀阀返回至蒸发器，该膨胀阀使高压液态制冷剂转化成液态和蒸气态制冷剂的低压混合物，以持续循环。通过在热泵模式操作空调系统，制冷剂流逆流，在该情形中，冷凝器通过蒸发液态制冷剂而吸收来自外部环境空气中的热量，且蒸发器通过冷凝蒸气态制冷剂而将热量释放至车厢。由于空调系统用于空气调节模式时的低压侧会变为用于热泵模式时的高压侧，因而在热泵模式下操作空调系统的一个缺点是由于需要不得不通过使用较大规格的管件和配件来强化整个系统的制冷剂管路而增大系统的复杂度。此外，需要对蒸发器进行强化以承受高压制冷剂，并且连同附加的相关管路一起安装附加的膨胀阀和接纳部。在热泵模式下操作空调系统的另一已知缺点是在较寒冷的气候下，由于冷凝器的表面温度下降到32°F以下，使得冷凝在冷凝器表面上的任何湿气会冻结，由此潜在地降低系统的效率或者甚至会损坏冷凝器。

已知电加热器用于向使用空调系统作为热泵的车辆的车厢提供补充热量。在最寒冷的气候下，已知在热泵模式下操作空调系统是无效的；因此，需要附加的电加热器。然而，对于混合和电动车辆来说，电加热器代表着会增大电流提取，而这会显著地减小电力驱动范围。

综上所述，需要一种向机动车辆的车厢提供补充热量的供暖系统，该供暖系统无需使空调系统的制冷剂循环逆转或者不利地影响电力驱动范围。

发明内容

本发明涉及一种用于单体HPAC系统的单体热泵式空气调节器（单体HPAC）。单体HPAC包括板型HPAC换热器，这种换热器具有带有预定开口的多块板、与开口相邻的多个流动空间和围绕选定的开口的凸台。这些板设置、堆叠和气密地密封在上游端板和下游端板之间，从而限定第一换热器部分、第二换热器部分和夹在两者之间的内部换热器。

第一换热器部分构造成接纳制冷剂流和温度低于制冷剂流温度的吸热侧冷却剂流。制冷剂流与吸热侧冷却剂流非接触地热连通，由此将热能从制冷剂流传递到吸热侧冷却剂流。

第二换热器部分构造成接纳从第一换热器部分离开的制冷剂流和温度高于制冷剂流的放热侧冷却剂流，其中，放热侧冷却剂流与制冷剂流非接触地热连通，由此将热能从放热侧冷却剂流传递到制冷剂流。

内部换热器构造成接纳从第一换热器部分离开、在被第二换热器部分接纳之前的制冷剂流和来自第二换热器部分的制冷剂流。离开第一换热器部分的制冷剂流的温度高于来自第二换热器部分的制冷剂流的温度。来自第一换热器部分的制冷剂流与来自第二换热器部分的制冷剂流非接触地热连通，由此将热能从离开第一换热器部分的制冷剂流传递到在离开第二换热器之前离开第二换热器部分的较低温度的制冷剂流。

单体HPAC还包括电力驱动的压缩机和电力驱动的吸热侧冷却剂泵和放热侧冷却剂泵，该压缩机具有液压连接到第一换热器部分的高压制冷剂入口的高压排放侧以及液压连接到第二换热器部分的低压制冷剂出口的低压进入侧，且吸热侧冷却剂泵和放热侧冷却剂泵分别与吸热侧冷却剂入口和放热侧冷却剂入口液压连通。