[发明专利]单体热泵式空气调节器及板型热交换器

说明书

技术领域

本申请是2012年2月16日提交的国际申请PCT/US2012/025419的部分继续申请，该申请PCT/US2012/025419要求2011年2月17日提交的美国临时专利申请61/443,774的优先权。

本申请也是2012年2月14日提交的美国专利申请13/396,211的部分继续申请，该申请13/396,211要求2011年2月17日提交的美国临时专利申请61/443,774的优先权。

国际申请PCT/US2012/025419、美国专利申请13/396,211以及美国临时专利申请61/443,774的全文都以参见的方式纳入本文。

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热交换器。

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热交换器，该热交换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机舱中的冷凝器。压缩机使两相制冷剂循环通过蒸发器，在此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，蒸气相制冷剂传递至冷凝器，在此高压蒸气通过将热量释放到环境大体中而冷凝成高压液体制冷剂。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体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，因而在热泵模式中操作空调系统的一个缺点是由于需要不得不通过使用较厚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装置和接纳器。在热泵模式中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，由此会降低系统的效率并且甚至会损坏冷凝器。

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，已知在热泵模式中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

本发明涉及一种单体热泵式空气调节器(单体HPAC)，该单体热泵式空气调节器具有板型热交换组件、电力驱动的压缩机以及电力驱动的冷却剂泵。该板型热交换组件包括多个板，该多个板堆叠并且气密地密封在上游端板和下游端板之间。堆叠板限定了冷凝/激冷部分、积存部分以及蒸发/激冷部分，该冷凝/激冷部分邻近于上游端板，该积存部分邻近于下游端板，而蒸发/激冷部分夹在冷凝/激冷部分和积存部分之间。

上游端板包括制冷剂进口、吸热冷却剂进口以及吸热冷却剂出口。下游端板包括制冷剂出口、放热冷却剂进口以及放热冷却剂出口。制冷剂通道延伸穿过板型热交换组件并且与制冷剂进口和制冷剂出口液压连通，吸热冷却剂通道延伸穿过冷凝/激冷部分并且与吸热冷却剂进口和吸热冷却剂出口液压连通，而放热冷却剂通道延伸穿过蒸发/激冷部分并且与放热冷却剂进口和放热冷却剂出口液压连通。放热冷却剂通道和吸热冷却剂通道与制冷剂通道非接触地热连通。

板型热交换组件可包括制冷剂膨胀装置，该制冷剂膨胀装置具有进入端和离开端，该进入端和离开端设置在蒸发/激冷部分的制冷剂膨胀腔室内。制冷剂膨胀装置的进入端与冷凝/激冷部分内的制冷剂通道液压连通，而离开端与制冷剂膨胀腔室液压连通。