CN103090575A - 具有串联/并联的辅助蒸发器以及单个膨胀阀的空调 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空调系统，其具有提供冷却剂至两个蒸发器的一个膨胀阀。冷却剂的蒸气质量在主蒸发器的主入口处具有初始值，并且在主出口处具有结果值。主蒸发器在其中冷却剂的蒸发质量低于结果值的80%的第一位置处具有旁通入口。辅助蒸发器具有辅助入口，其接收测量的冷却剂流在第一位置和膨胀阀之间的主蒸发器的第二位置处分开的旁通部分。辅助出口连接至旁通入口。因此，仅使用一个膨胀阀能够实现用于两个不同区域的冷却。

Description

具有串联/并联的辅助蒸发器以及单个膨胀阀的空调

技术领域

本发明涉及一种类型的双蒸发器空调系统，其可用于运输车辆和其他应用。

背景技术

机动车辆空调系统采用安装在引擎盖下面的压缩机（通常由内燃发动机驱动）以及冷凝器，该两者流体连接至乘客厢内部的HVAC（暖通空调）箱。HVAC箱包括用于循环空气的风机和热交换器（例如加热器芯）以及用于调节循环空气的蒸发器。在轿车和具有两排以下座位的其他车辆中，单个HVAC箱通常位于车辆的中心线处的前仪表面板的后面。由于HVAC箱的相对较大的尺寸，在仪表面板后面可能留有较少的空间用于其他部件，例如电子附件以及存储箱（bins）。为了将仪表面板的中心存放（stack）区域转换为其他用途，越来越需要将大的HVAC箱分割成两个较小的HVAC箱以分别在前仪表面板的驾驶员一侧和乘客一侧独立地供应调节的空气。

在具有三排或更多排座位的较大车辆中，单个HVAC箱可能不能够有效地调节至车辆的所有区域的空气。此外，存在朝着在不同区域或者座位位置中提供独立控制的舒适功能的趋势（例如，给予后排乘客独立的温度和风机控制）。这导致使用例如位于后排座位区域的辅助HVAC箱。每个独立的HVAC箱包括各自的风机和蒸发器以根据独立的需求独立地冷却各自的空气流。

空调压缩机供应液化的冷却剂至热膨胀阀（TXV），其测量达到目标蒸发器温度的至蒸发器的冷却剂量。在双蒸发器系统中的独立的蒸发器可具有在任何特定时间向其发出的不同的冷却需求。在传统系统中，控制至蒸发器的测量的冷却剂量使得所有冷却剂在离开蒸发器时达到蒸汽状态。换句话说，液化的冷却剂进入蒸发器时具有较低的蒸汽质量而当离开蒸发器以返回压缩机时具有基本上100%的蒸汽质量。为了在双蒸发器系统的每个独立的蒸发器中满足此状况，来自冷凝器的流体冷却剂通常分开为独立控制的两个路径。例如，在美国专利6983793中，主HVAC和辅助HVAC单元通过各自的TXV接收独立的冷却剂供给。根据各自蒸发器的温度独立地控制每个TXV。

由于TXV的成本，可能希望从单个TXV测量流入两个蒸发器的冷却剂。如美国专利申请公开文本2007/0151287A1所示，两个蒸发器从减压器和控制输送至每个蒸发器的冷却剂的相对比例的分配阀并列地接收冷却剂流。基于蒸发器的冷却负荷而控制分配阀。需要特定的控制算法以及用于测量每个蒸发器的温度的独立的传感器。因此，可能希望实施具有单个TXV双蒸发器系统而不要求额外的阀或对控制系统或算法的修改。

发明内容

在本发明的第一方面，空调系统包含用于压缩冷却剂的压缩机。膨胀阀连接至压缩机用于提供测量的压缩的冷却剂流。提供主蒸发器用于冷却主空气流，主蒸发器具有在主入口和主出口之间的主冷却剂路径。主入口连接至膨胀阀用于接收测量的冷却剂流。冷却剂的蒸汽质量在主入口处具有初始值并且在主出口处具有结果（resultant）值。主蒸发器具有在其中冷却剂的蒸汽质量低于大约结果值的80%的第一位置处连接至主冷却剂路径的旁通入口。提供辅助蒸发器用于冷却辅助空气流，其具有辅助入口和辅助出口。该辅助入口接收在第一位置和膨胀阀之间的冷却剂路径的第二位置处分开的测量冷却剂流量的旁通部分。辅助出口连接至旁通入口。

根据本发明另一方面，提供一种机动车辆空调系统，包含：主蒸发器，其具有在主入口和主出口之间的主冷却剂路径；以及辅助蒸发器，其具有辅助入口和辅助出口，辅助入口和辅助出口的每个连接至主蒸发器以建立旁通冷却剂路径，该旁通冷却剂路径与主蒸发器路径的第一部分并联并且与主冷却剂路径的第二部分串联。

根据本发明一个实施例，进一步包含用于选择性地关闭旁通冷却剂路径的关闭阀。

附图说明

图1为显示典型的空调系统的主要部件的框图。

图2为显示现有技术双蒸发器系统的框图。

图3为显示本发明的串联/并联双蒸发器配置的一个实施例的框图。

图4为显示流动穿过蒸发器的冷却剂的蒸汽质量的变化的图。

图5为显示本发明的主蒸发器中的蒸汽质量的变化的示例图。

图6为主蒸发器的一个示例的示意说明。

具体实施方式

参考图1，空调系统10包括压缩机11（例如，可变排量压缩机或者离合器驱动的压缩机）用于压缩冷却剂并输送冷却剂至冷凝器13。来自冷凝器13的冷凝的（即液化的）冷却剂可以存储在接收器/干燥器14中并在其中干燥，随后其被供应至热膨胀阀（TXV）15。通过TXV15测量进入蒸发器16的液化的冷却剂，在蒸发器16中冷却剂沸腾，并随后作为蒸汽返回压缩机13。风机17输送将调节的空气穿过蒸发器16以提供调节的空气流18，其可以通过管道以及风口（registers）引导至占用的空间例如房间或者车辆乘客厢。

图2显示了位于运输车辆的前部的仪表面板20，其具有在驾驶员一侧的第一端22和位于乘客一侧的第二端23之间的中心存放（stack）区域21。传统地，单个主HVAC单元已经占用了中心存放区域21。然而，在图2中，利用了独立的驾驶员侧和乘客侧HVAC单元24和25，其具有减小的尺寸以允许它们被安装在仪表面板端部22和23中。共享的压缩机26和冷凝器27向HVAC单元24和25并列地提供冷却剂。驾驶员侧单元24通过TXV30测量流向驾驶员侧蒸发器31的冷却剂。驾驶员侧风机32产生驾驶员侧空气流。通过TXV33测量流入在乘客侧单元25中的蒸发器34的冷却剂。乘客侧风机35产生独立的乘客空气流使得向驾驶员和乘客提供独立的冷却。然而，TXV和独立反馈控制的成本重复了。

如图3所示的本发明通过避免在第二蒸发器上的独立的TXV而获得了显著的成本效益。本发明的一个主要特征包括在其中冷却剂从高度浓缩的液体混合物沸腾时的策略点处将冷却剂从主蒸发器通过管道输送（plumbing）至辅助蒸发器。在分流后，每一股流（flow）继续沸腾同时在穿过各自的蒸发器的主路径和旁通路径中来回移动（traverse）。在辅助蒸发器中的沸腾提供了需要的冷却，但是冷却剂在仍包含适中的液体浓度时离开辅助蒸发器。穿过第二蒸发器的该并列的旁通流与主蒸发器中的主流在主蒸发器主出口略前处或者主出口略上游的位置处汇合。合并的冷却剂流继续在主蒸发器的其余部分（remainder）中沸腾并且在其离开主蒸发器时达到完全的蒸汽状态。因此，辅助（旁通）蒸发器流与主蒸发器的第一部分并联而与主蒸发器的第二部分串联。用于旁通的冷却剂在对应于小于或等于大约35%蒸汽质量的位置处离开主蒸发器并且在对应于在大约65%到大约80%蒸汽质量之间的位置处从旁通返回至主蒸发器流。

图3显示了TXV40，其提供流入主蒸发器41的主入口42的测量的压缩的冷却剂流。蒸发器41具有从主入口42延伸至主出口44的冷却剂路径43。冷却剂的蒸汽质量在主入口42处具有大约20%或更低的初始值（即，主要为液态）。在主蒸发器41中沸腾以后，冷却剂在主出口处具有等于结果值的蒸汽质量，其中该结果值通常被控制为基本上100%（即全蒸汽）。

主蒸发器41具有连接至辅助蒸发器50的辅助入口51的旁通出口45。冷却剂穿过辅助蒸发器50至辅助出口52，该辅助出口52连接至主蒸发器41上的旁通入口46。旁通入口46位于沿着路径43的位置处，在该位置处其中主蒸发器41中的冷却剂的蒸汽质量小于比结果值低了20%的值（例如小于大约80%的蒸汽质量）。该位置确保从已经旁通穿过辅助蒸发器50的冷却剂在主蒸发器41中具有充分的机会在离开主蒸发器41之前完成沸腾。

旁通出口45可以位于主入口42的下游或者两者可以连接至该流的相同位置处。在任何情形下，旁通流应该在其中主流的蒸汽质量小于或等于35%时的位置处从主流除去（即旁通）。这是为了确保充分的流体含量可用于在辅助蒸发器50中沸腾。

在如图3所示的系统中，在主蒸发器中比在辅助蒸发器中提供更多冷却容量可能是最为方便的。因此，可以优选地在车辆的驾驶员侧布置主蒸发器41，而在乘客侧布置辅助蒸发器50，因为驾驶员侧HVAC将会更为频繁地使用。主风机53产生了穿过蒸发器41的主空气流且辅助风机54产生了穿过辅助蒸发器50的辅助空气流。当辅助蒸发器50没有冷却需求（例如因为乘客座位是空的，没有正在通过风机54产生空气流）时，在蒸发器50中会发生极少的冷却剂沸腾。尽管如此，由于未沸腾的冷却剂返回主蒸发器41并具有在蒸发器41中来回移动的充足的距离以允许完全的沸腾，系统运转保持在可接受的水平。

在可替代的实施例中，可以在主蒸发器41和辅助蒸发器50之间的旁通路线中提供关闭阀55以当辅助HVAC箱上没有需求时将实际冷却剂流限制为仅处于主蒸发器41中。

图4描绘了线条60，其显示随着冷却剂在主蒸发器中的冷却剂路径中来回移动而增加的蒸汽质量。随着冷却剂在冷却剂路径的初始部分来回移动，在蒸汽质量的初始范围内，移除或转移旁通流。该转移可优选发生在冷却剂已经在主蒸发器中流过一定距离之后，但是其也可以在进入主蒸发器之前被转移（例如在主入口配件处）。如图4所示，旁通流在其中蒸汽质量处于大约65%到80%之间的范围时重新进入主冷却剂路径。

如图5所示，线61显示了当较高液体浓度的旁通流返回主蒸发器时实际蒸汽质量的变形。当来自第二蒸发器的冷却剂的旁通部分与主流合并时，在旁通入口处发生下降62。在冷却剂已经来回移动完成了冷却剂路径的全部距离而流动至主出口处时，仍然获得了100%的蒸汽质量。

图6显示了主蒸发器70，在机头73和74之间布置了多个热交换管道71。在机头73中的主入口75以传统方式接收穿过管道71流动至出口76处的冷却剂。机头74中的旁通出口77包括用于接收流体线路的配件以将旁通流连接至辅助蒸发器。旁通入口78类似地包括用于接收来自辅助蒸发器的冷却剂的回流的配件。由于增加的冷却剂的量和潜在地增加的流体浓度，与在旁通入口78处的冷却剂流的回流对应的管道71的横截面尺寸可以大于运送来自入口78的直接上游的流的管道。

Claims (9)

1.一种空调系统，包含：

用于压缩冷却剂的压缩机；

连接至所述压缩机用于提供测量的所述压缩的冷却剂流的膨胀阀；

主蒸发器，其用于冷却主空气流并且具有在主入口和主出口之间的主冷却剂路径，其中所述主入口连接至所述膨胀阀用于接收所述测量的冷却剂流，其中所述冷却剂的蒸汽质量在所述主入口处具有初始值并且在所述主出口处具有结果值，且其中所述主蒸发器具有旁通入口，所述旁通入口在所述冷却剂的所述蒸汽质量低于大约所述结果值的80%处的第一位置处连接至所述主蒸发器路径；以及

辅助蒸发器，其用于冷却辅助空气流并且具有辅助入口和辅助出口，其中所述辅助入口接收所述测量的冷却剂流在所述第一位置和所述膨胀阀之间的所述冷却剂路径的第二位置处分出的旁通部分，其中所述辅助出口连接至所述旁通入口。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述结果值为大体100%蒸汽。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述第二位置对应于低于大约35%的蒸汽质量。

4.如权利要求1所述的系统，进一步包含用于选择性地关闭所述旁通部分的关闭阀。

5.如权利要求1所述的系统，进一步包含：

用于引导所述主空气流至主舒适区域的主风机；

用于引导所述辅助空气流至辅助舒适区域的辅助风机；

用于连接所述旁通出口至所述辅助入口以及连接所述辅助出口至所述旁通入口的冷却剂线路，使得所述主蒸发器和所述辅助蒸发器分别接近所述主舒适区域和所述辅助舒适区域。

6.一种乘用车辆中的空调系统，所述乘用车辆包括驾驶员舒适区域和乘客舒适区域，所述空调系统包含：

用于压缩冷却剂的压缩机；

连接至所述压缩机用于提供测量的所述压缩的冷却剂流的膨胀阀；

用于引导主空气流至所述驾驶员舒适区域的主风机；

用于引导辅助空气流至所述乘客舒适区域的辅助风机；

主蒸发器，其用于冷却所述主空气流并且具有在主入口和主出口之间的主冷却剂路径，其中所述主入口连接至所述膨胀阀用于接收所述测量的冷却剂流，其中所述冷却剂的蒸汽质量在所述主入口处具有初始值且在所述主出口处具有结果值，且其中，所述主蒸发器具有旁通入口，所述旁通入口在其中所述冷却剂的所述蒸汽质量小于大约所述结果值的80%的第一位置处连接至所述主冷却剂路径；以及

辅助蒸发器，其用于冷却所述辅助空气流并且具有辅助入口和辅助出口，其中所述辅助入口接收所述测量的冷却剂流在所述第一位置和所述膨胀阀之间的所述冷却剂路径的第二位置处分开的旁通部分，并且其中所述辅助出口连接至所述旁通入口。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述结果值为基本上100%蒸汽。

8.如权利要求6所述的系统，其中所述第二位置对应于低于大约35%的蒸汽质量。

9.如权利要求6所述的系统，进一步包含用于选择性地关闭所述旁通部分的关闭阀。

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