CN111315601A - 用于车辆的超低型廓hvac设备 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的HVAC设备(10)，其具有：风扇单元(14)，其具有至少一个通过电机(18)驱动的叶轮(16)；热交换器单元(20)，其形成从风扇单元(14)接收空气的空气管道(24)，其中，所述热交换器单元(20)包括热交换器(22)，所述热交换器具有至少两个具有不同的工作温度的不同冷却区(26、28、30)，所接收的空气连续地流经所述不同冷却区；并且其中，所述不同的工作温度通过温度控制单元(32)控制；和位于车辆的车顶上的板状壳体，其容纳风扇单元(14)和热交换器单元(20)。

Description

用于车辆的超低型廓HVAC设备

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的超低型廓HVAC设备。

背景技术

具有大型廓高度的HVAC设备通常比具有低型廓高度的HVAC设备提供更大的冷却功率和/或更高的能量效率。然而，使用具有大型廓高度的HVAC设备会显著降低有价值的头部高度、头部空间和从舱内的能见度。为了避免建筑/结构间隙问题，提高顶高度也是不期望的并且增大了车辆的气动阻力。另一方面，需要足够的冷却功率和足够的风扇容量来冷却车辆的整个驾驶舱并处理车辆中的长空气管道。这是一种与超低型廓设计背道而驰的需求。因此，用于移动应用、特别是用于冷却车辆驾驶舱的普通HVAC设备具有大约120至180mm的最小型廓高度。

因此，强烈期望提供一种具有较低型廓高度同时提供高效率以及足够的冷却功率的HVAC设备，用于冷却车辆的驾驶舱。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有足够的冷却功率的用于冷却车辆驾驶舱的HVAC设备，该HVAC设备具有高效率和超低型廓高度。这些目的通过根据本申请的特征来解决。有利实施例源于根据本申请的其他方面。

所描述的用于车辆的HVAC设备具有风扇单元、热交换器单元和容纳风扇单元和热交换器单元的板状壳体。风扇单元具有至少一个通过电机驱动的叶轮。风扇单元的外壳、例如用于固定至少一个叶轮的支撑构造，可以被视为板状壳体的一部分。热交换器单元形成从风扇单元接收空气的空气管道，其中，热交换器单元包括热交换器，所述热交换器具有至少两个具有不同的工作温度的不同冷却区，所接收的空气连续流经所述不同冷却区，并且其中，不同的工作温度通过温度控制单元控制。温度控制单元可以包括用于操作HVAC设备所必需的控制逻辑以及常见冷却回路的部件。术语“控制逻辑”可以指基于物理值、例如压力和/或温度执行反馈控制的机械对象。温度控制单元可以容纳在板状壳体中。温度控制单元可以单独地控制不同的工作温度。在这点上，术语“单独地”可以意味着每个冷却区的工作温度可以由于(自动)调节周期而改变，以独立于其它冷却区中的工作温度而保持传热过程的效率。叶轮可以具有平行、垂直或倾斜于风扇单元的吸入方向的旋转轴线。吸入空气可以是新鲜空气、舱空气或两者的混合物。在板状壳体的内部，吸入空气可以垂直于其吸入方向从风扇单元吹出。这种机械配置可以允许低型廓高度布局，因为HVAC设备的所有相关部件可以并排布置，并且由于环形叶轮的定向，风扇单元的型廓高度也很低。提供具有至少两个具有不同的工作温度的不同冷却区的热交换器，所接收的空气连续流向所述不同冷却区，在热交换器内部的空气流与热交换器的传热表面之间提供了优化的平衡温度梯度。在给定的冷却功率下，优化的平衡温度梯度提高了所提供的能量效率。在所有冷却区内，优化的平衡温度梯度可以是恒定值。因此，所提供的HVAC设备的总体尺寸可以减小，同时保持所提供的冷却功率和高效率。不同工作区的工作温度是平衡温度梯度的量度。例如，特定冷却区的工作温度可以是该冷却区中特定表面点处的传热表面的平衡温度。不同的工作温度从冷却区到冷却区减小，其中，最初与空气流接触的冷却区具有最高的工作温度。所提供的对整个热交换器的平衡温度梯度的优化允许热交换器布局具有大约40mm的超薄型廓高度，同时以高效率保持输送的冷却功率。此外，HVAC设备可以集成在车辆的顶结构中而无需加厚顶结构。

温度控制单元可以包括至少两个在给定条件下具有不同制冷剂流率的热膨胀阀。术语“给定条件”可以指用于以自调节方式控制热膨胀阀的开启/关闭的感测温度。这样，可以以简单的方式控制和优化热交换器的不同冷却区中的不同的工作温度。与连接到提供较低制冷剂流率的另一个热膨胀阀的热交换器的另一个冷却区相比，通过热膨胀阀提供的较高制冷剂流率使得连接到该热膨胀阀的热交换器的冷却区中的工作温度降低。热膨胀阀执行自动温度驱动调节周期。调节周期可以通过机械地调整阀的特性来改变。例如，当在具有不同环境温度的气候区域中使用HVAC设备时，这可能是有利的。

温度控制单元可以包括至少一个热膨胀阀，所述至少一个热膨胀阀具有一公共制冷剂入口和至少两个制冷剂出口，以向至少两个不同的冷却区提供不同制冷剂流率。类似于前面所述的在给定条件下具有不同制冷剂流率的至少两个热膨胀阀的使用，这些热膨胀阀中的至少一些可以统一以简化HVAC设备的机械设置。

此外，温度控制单元可以包括至少两个具有不同蒸发点的热管，其中，至少两个热管连接到热交换器的不同冷却区。热管替代性地可以单独地调节不同冷却区的工作温度，以在热交换器表面与空气流之间提供优化的平衡温度梯度。不同的蒸发点与热膨胀阀的不同流率完成相同的任务。然而，不可能为了调整HVAC设备而修改蒸发点。

在这点上，所述至少两个热管可以连接到公共冷贮器。所述冷贮器可以通过HVAC设备的可以至少部分地集成在温度控制单元中的单个简单冷却回路提供。

所述至少两个冷却区可以彼此热隔离。至少两个冷却区之间的热隔离可以稳定热交换器内的平衡温度梯度分布，因为不同的冷却区不直接相互作用。这减少了所需的控制逻辑并简化了HVAC设备的不同冷却输出的实现，同时保持了期望的高效率。

另一方面，可以将至少两个冷却区彼此热连接，这提供了更紧凑的HVAC设备，因为热交换器的尺寸可以进一步减小。

至少一个叶轮可以是环形叶轮，其中，电机可以安装在环形叶轮的中心，并且其中，环形叶轮的旋转轴线限定了随后垂直于叶轮的旋转轴线径向向外吹出的空气的吸入方向。风扇单元的这种布局允许超薄型廓高度与强劲的均匀空气流。

热交换器单元可以具有用于容纳风扇单元的中央凹部，使得热交换器单元在板形壳体的平面中至少部分地围绕风扇单元。通过使热交换器单元被提供中央凹部并且在板形壳体的平面中至少部分地围绕风扇单元，提供了紧凑的HVAC设备，其具有由风扇单元引起的穿过热交换器单元的均匀的空气流。

风扇单元可以具有多个轴向叶轮，所述多个轴向叶轮通过安装在其中心的电机驱动，并且其中，轴向叶轮的旋转轴线垂直于或倾斜于风扇单元的吸入方向。风扇单元从舱的内部吸入空气，使得风扇单元的吸入方向基本上垂直于轴向叶轮的旋转轴线。此外，风扇单元的外壳、例如用于固定轴向叶轮的支撑构造，可以被视为板状壳体的一部分。因此，风扇单元的吸入方向可以通过板状壳体的法线方向来限定。轴向叶轮的使用允许基本上在传热单元的方向上直接产生强连续空气流。

多个轴向叶轮中的每一个可以分配给出口引导叶片。随每个轴向叶轮使用出口引导叶片可以改善所提供的空气流的均匀性，并且还可以允许HVAC设备中的更大的压降。

HVAC设备的总体型廓高度可以小于或等于80mm、优选小于或等于60mm、特别是小于或等于50mm。HVAC设备的总体型廓高度基本上通过板状壳体的型廓高度限定。较小的总体型廓高度简化了HVAC设备在车辆的顶构造中的集成，而无需加厚车顶。

附图说明

将参考附图更详细地解释本发明。在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。图中所描绘的连接和不同冷却区的实际数量可以自由调整，并且所描述的实施例旨在用于理解本发明的基本原理，而不将冷却区的数量限制为具体描绘的情况。

图1示出了开放式HVAC设备的示意性顶视图；

图2示出了热交换器和连接的温度控制单元的示意性开放侧视图；

图3示出了热交换器和连接的温度控制单元的第二示意性开放侧视图；

图4示出了热交换器和连接的温度控制单元的第三示意性开放侧视图；

图5示出了使用超低型廓HVAC设备的车辆的示意性图示；

图6示出了开放式HVAC设备的第二示意性顶视图；以及

图7示出了HVAC设备的示意性底视图。

具体实施方式

图1示出了开放式HVAC设备10的示意性开放顶视图。HVAC设备10具有风扇单元14、热交换器单元20和温度控制单元32。风扇单元14、热交换器单元20和温度控制单元32都容纳在板状壳体34内。风扇单元14由环形叶轮16和布置在环形叶轮16中心的电机18组成。环形叶轮具有多个未示出的叶片。热交换器单元20具有安装在板状壳体34的相反边缘附近的两个分离的基本上长方体部分。热交换器单元20的两个分离的基本上长方体部分之间的空间是中央凹部56。风扇单元14安装在中央凹部56中。风扇单元14产生通过位于风扇单元14与热交换器单元20之间的其余间隙中的多个空气挡板68而均衡分布的空气流，为了简单起见，图中仅示出两个空气挡板68。空气流进入热交换器单元20内部的空气管道24。空气管道24例如可以通过基本上限定热交换器单元20的内表面的传热翅片60形成。空气流随后作为经调节的空气流58沿所示方向离开热交换器单元20。

热交换器单元20与温度控制单元32连接，其中，所述连接在热交换器单元20的不同冷却区中提供至少两个不同的工作温度，这将在后面解释。在附图中，热交换器单元20的左侧部分具有两个与温度控制单元32的连接。传热翅片60热连接所得到的两个不同的冷却区。这些不同的冷却区经由连接通过温度控制单元32保持在期望的不同的工作温度。连接可以例如通过蒸发器或热管形成，这将在后面解释。非常类似地，传热单元20的右侧部分与温度控制单元32具有三个连接，并且热交换器单元20的该部分具有三个不同的冷却区，它们经由到温度控制单元32的三个连接保持在三个不同的工作温度。热交换器单元20的右侧部分的这三个不同冷却区中的传热翅片60彼此热隔离，这通过传热翅片60的不同部分之间的间隙表示。

除了热交换器单元20的冷却功能之外，还可以通过添加附加的加热元件来实现加热功能。这样的加热元件可以用于建立所谓的“再加热模式”，以减少经调节的空气中的水蒸气量。

图2示出了热交换器22和连接的温度控制单元32的示意性开放侧视图。热交换器单元20的热交换器22具有提供第一冷却区26、第二冷却区28和第三冷却区30的三个部分。第一冷却区26、第二冷却区28和第三冷却区30连接到温度控制单元32。温度控制单元32尤其包括第一热膨胀阀36、第二热膨胀阀38和第三热膨胀阀40。第一热膨胀阀36控制制冷剂流向热交换器22的第一冷却区26。第二热膨胀阀38控制制冷剂流向热交换器22的第二冷却区28。第三热膨胀阀40控制制冷剂流向热交换器22的第三冷却区30。通过风扇单元14提供的空气流64在右侧进入热交换器22，并且在随后流经第一冷却区26、第二冷却区28和第三冷却区30之后作为经调节的空气58在左侧离开热交换器。因此，空气流64最初进入第一冷却区26。第一冷却区26到温度控制单元32的连接经由第一热膨胀阀36进行，该第一热膨胀阀36控制流向热交换器22的该部分的制冷剂的量。该连接本身是充当流经第一热膨胀阀36的制冷剂的蒸发器的管线。

第一冷却区26中的空气流64与热交换器22的表面之间的温度梯度基本上取决于通过第一热膨胀阀36的制冷剂流率。通常，如热交换器22的对应于第一冷却区26的部分中描绘的温度曲线62所示，空气流64的温度从右向左降低。空气流64与热交换器22的表面之间的温度梯度保持几乎恒定。通过第二热膨胀阀38供给制冷剂的第二冷却区28和通过第三热膨胀阀40供给制冷剂的第三冷却区30的情况非常相似。

轻微冷却的空气流64在离开第一冷却区26之后进入第二冷却区28。与连接到热交换器22的第一冷却区26的第一热膨胀阀36相比，第二热膨胀阀38提供不同制冷剂流率。第二冷却区28中的热交换器22的表面保持比第一冷却区26中的热交换器22的表面更冷。然而，第二冷却区28中的空气流64与热交换器22的表面之间的温度梯度与第一冷却区26中的相应温度梯度一样大，因为空气流64的温度已经通过第一冷却区26降低。换句话说，工作温度不同，但温度梯度是恒定的。非常类似地，由于通过第三热膨胀阀40提供的不同制冷剂流率，在第三冷却区30中，热交换器表面的温度甚至进一步降低。这导致整个热交换器22的温度梯度恒定。这是空气流64总体高效冷却的指示，因为优化的温度分布类似于经典逆流热交换器的期望温度分布。

温度控制单元32尤其包括冷却回路的公共部件。当然，经由热膨胀阀36、38、40提供给热交换器20的不同冷却区26、28、30的制冷剂蒸发并被供给回温度控制单元32中以闭合冷却回路。然而，这在附图中未示出。

图3示出了热交换器22和连接的温度控制单元32的示意性侧视图。图3的大部分与图2相同。然而，第一冷却区26、第二冷却区28和第三冷却区30经由具有一公共制冷剂入口42和三个单独的制冷剂出口44、46、66的单个热膨胀阀36与温度控制单元32的冷却回路连接。三个制冷剂出口44、46、66中的每一个都可以将不同量的制冷剂引导到热交换器22的不同冷却区26、28、30。在图3所示的特定实施例中，第一冷却区26的工作温度比第二冷却区28的工作温度高。此外，第二冷却区28的工作温度比第三冷却区30的工作温度高。使用具有多个制冷剂出口44、46、66的单个热膨胀阀36可以帮助简化冷却回路。

图4示出了连接到温度控制单元32的热交换器22的第三侧视图。图4的大部分与前面所述的图2和3相同。然而，温度控制单元32包括作为冷却回路的一部分的公共冷贮器54。热交换器22的第一冷却区26经由第一热管52连接到该公共冷贮器54。热交换器22的第二冷却区28经由第二热管50连接到公共冷贮器54。热交换器22的第三冷却区30经由第三热管48连接到公共冷贮器54。第一热管52、第二热管50和第三热管48具有不同的蒸发点。这样，第一冷却区26、第二冷却区28和第三冷却区30保持在不同的工作温度。因此，三个热管48、50、52的效果与前面结合图2和图3中的热膨胀阀的使用所描述的效果非常相似。空气流64与热交换器22的表面之间的温度梯度保持几乎恒定。公共冷贮器54是冷却公共冷贮器54的普通冷却回路的一部分。

图5示出了使用安装在舱顶上的低型廓HVAC设备10的车辆12的示意性侧视图。HVAC设备10使用本文所述的技术原理，并且具有非常低、例如大约40mm的型廓高度70。超薄型廓高度70可以允许HVAC设备10集成在车辆的驾驶舱的顶结构中，而无需加厚顶结构。

图6示出了开放式HVAC设备10的第二示意性顶视图。所示的HVAC设备10具有位于中央的热交换器单元20。风扇单元14具有彼此分离的两个部分。风扇单元14的两个部分都由多个轴向叶轮16组成。风扇单元的上部部分具有十七个轴向叶轮，下部部分具有七个轴向叶轮。然而，轴向叶轮16的确切数量是取决于所需的空气流64的设计选择。所示的传热单元具有将传热单元划分成两个空气回路的内壁72。两个空气回路可以通过操作传热单元20和风扇单元的相关部分彼此独立地操作。传热单元20的内部设置可以类似于图1至图5中所述的设置。因此，没有必要对限定传热单元20和不同冷却区内部的空气流的途径的内部空气管道进行附加说明。例如，多个轴向叶轮16中的每一个可以具有40×40mm的尺寸。因此，可以将HVAC设备的相关总体型廓高度降低到大约40mm。多个轴向叶轮16中的每一个可以相应地分配给出口引导叶片。出口引导叶片可以是轴向叶轮的壳体的一部分。出口引导叶片可以改善所提供的空气流64的均匀性。空气流64通过风扇单元14产生，并作为经调节的空气58离开热交换器单元20。为了简化图片，图6中未示出结合图1所述的温度控制单元。

图7示出了HVAC设备10的示意性底视图。所示的HVAC设备10具有将经调节的空气58引导离开热交换器单元20的外部空气管道74。经调节的空气可以在所设置的空气出口76处离开外部空气管道74。如图7所看见的，空气出口76均匀散布。如果将所示的HVAC设备集成到车辆的顶构造中，则可以有效地向整个驾驶舱提供经调节的空气。与图6非常相似，为了简化图片，图7中没有示出结合图1所述的温度控制单元。

上述描述、附图以及权利要求书中公开的本发明的特征对于单独或以任何组合实现本发明都可能是重要的。

附图标记列表

10 HVAC设备

12 车辆

14 风扇单元

16 叶轮

18 电机

20 热交换器单元

22 热交换器

24 空气管道

26 第一冷却区

28 第二冷却区

30 第三冷却区

32 温度控制单元

34 板状壳体

36 第一热膨胀阀

38 第二热膨胀阀

40 第三热膨胀阀

42 公共制冷剂入口

44 制冷剂出口

46 制冷剂出口

48 第三热管

50 第二热管

52 第一热管

54 公共冷贮器

56 中央凹部

58 经调节的空气

60 传热翅片

62 温度曲线

64 空气流

66 制冷剂出口

68 空气挡板

70 型廓高度

72 壁

74 外部空气管道

76 空气出口

Claims (12)

1.一种用于车辆(12)的HVAC设备(10)，其具有

风扇单元(14)，其具有通过电机(18)驱动的至少一个叶轮(16)；

热交换器单元(20)，其形成从风扇单元(14)接收空气的空气管道(24)，其中，所述热交换器单元(20)包括热交换器(22)，所述热交换器(22)具有至少两个不同冷却区(26、28、30)，所述至少两个不同冷却区具有不同的工作温度，所接收的空气连续流经所述至少两个不同冷却区；并且其中，所述不同的工作温度通过温度控制单元(32)控制；和

板状壳体(34)，其容纳风扇单元(14)和热交换器单元(20)。

2.根据权利要求1所述的HVAC设备(10)，其中，所述温度控制单元(32)包括至少两个在给定条件下具有不同制冷剂流率的热膨胀阀(36、38、40)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的HVAC设备(10)，其中，所述温度控制单元(32)包括至少一个具有一公共制冷剂入口(42)和至少两个制冷剂出口(44、46)的热膨胀阀(36、38、40)，以向所述至少两个不同冷却区(26、28、30)提供不同制冷剂流率。

4.根据前述权利要求中任一项所述的HVAC设备(10)，其中，所述温度控制单元(32)包括至少两个热管(48、50、52)，所述至少两个热管(48、50、52)具有不同蒸发点，其中，所述至少两个热管(48、50、52)相应地连接到热交换器(22)的不同冷却区(26、28、30)。

5.根据权利要求4所述的HVAC设备(10)，其中，所述至少两个热管(48、50、52)连接到公共冷贮器(54)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的HVAC设备(10)，其中，所述至少两个冷却区(26、28、30)彼此热隔离。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的HVAC设备(10)，其中，所述至少两个冷却区(26、28、30)彼此热连接。

8.根据前述权利要求中任一项所述的HVAC设备(10)，其中，所述至少一个叶轮(16)是环形叶轮，其中，所述电机(18)安装在所述环形叶轮的中心，并且其中，所述环形叶轮的旋转轴线限定了随后垂直于叶轮的旋转轴线径向向外吹出的空气的吸入方向。

9.根据权利要求8所述的HVAC设备(10)，其中，所述热交换器单元(20)具有用于容纳风扇单元(14)的中央凹部(56)，使得所述热交换器单元(20)在板形壳体的平面中至少部分地围绕所述风扇单元(14)。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的HVAC设备(10)，其中，所述风扇单元(14)具有多个轴向叶轮(16)，所述多个轴向叶轮(16)通过安装在其中心的电机(18)驱动，并且其中，所述轴向叶轮的旋转轴线垂直于或倾斜于风扇单元的吸入方向。

11.根据权利要求10所述的HVAC设备(10)，其中，所述多个轴向叶轮(16)中的每一个相应地分配给出口引导叶片。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的HVAC设备(10)，其中，所述HVAC设备(10)的总体型廓高度小于或等于80mm、优选小于或等于60mm、特别是小于或等于50mm。

Images