[发明专利]单体热泵式空气调节器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2011年2月17日提交的题为“UNITARY HVACSYSTEM（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、特别是涉及一种热泵式空气调节系统。

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膨胀成低压蒸气制冷剂。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态制冷剂。使液相制冷剂通过膨胀装置返回至蒸发器，该膨胀装置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，还需要加强蒸发器以承受高压制冷剂，并且连同附加的相关管路一起安装附加的膨胀装置和接纳部。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可包括制冷剂回路，该制冷剂回路包括用于冷凝高压蒸汽制冷剂的冷凝器、制冷剂膨胀装置、位于冷凝器下游并用于蒸发低压液态制冷剂的蒸发器以及电力驱动的压缩机，该压缩机用于接纳来自蒸发器的低压蒸汽制冷剂并将高压蒸汽制冷剂排放到冷凝器。单体HPAC还包括放热侧激冷器，该放热侧激冷器构造成液压连接到放热侧冷却剂回路，其中，放热侧激冷器与蒸发器热连通；吸热侧激冷器，该吸热侧激冷器构造成液压连接到吸热侧冷却剂回路，其中，吸热侧激冷器与冷凝器热连通；以及可设有电力驱动的吸热冷却剂流和放热冷却剂流泵，以分别使吸热侧冷却剂流循环通过吸热侧激冷器并使放热侧冷却剂流循环通过放热侧激冷器。放热侧激冷器、吸热侧激冷器、电力驱动的冷却剂泵以及制冷剂回路的包括压缩机在内的各部件安装在共同的平台上以提供紧凑的单体HPAC。

单体HPAC的另一实施例可包括板型一体冷凝器/吸热侧激冷器组件，该板型一体冷凝器/吸热侧激冷器组件具有非接触地热连通的吸热冷却剂通道和冷凝器制冷剂通道。单体HPAC还包括板型再冷器组件，该板型再冷器组件具有与冷凝器制冷剂通道液压连通的再冷器制冷剂通道；板型一体蒸发器/放热侧激冷器组件，该板型一体蒸发器/放热侧激冷器组件具有与再冷器制冷剂通道液压连通的蒸发器制冷剂通道以及放热冷却剂通道；以及电力驱动的压缩机，该压缩机具有与蒸发器制冷剂通道液压连通的入口和与冷凝器制冷剂通道液压连通的出口。