專利名稱：具有串聯(lián)/并聯(lián)的輔助蒸發(fā)器以及單個膨脹閥的空調的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種類型的雙蒸發(fā)器空調系統(tǒng)，其可用于運輸車輛和其他應用。
背景技術：
機動車輛空調系統(tǒng)采用安裝在引擎蓋下面的壓縮機(通常由內燃發(fā)動機驅動)以及冷凝器，該兩者流體連接至乘客廂內部的HVAC (暖通空調)箱。HVAC箱包括用于循環(huán)空氣的風機和熱交換器(例如加熱器芯)以及用于調節(jié)循環(huán)空氣的蒸發(fā)器。在轎車和具有兩排以下座位的其他車輛中，單個HVAC箱通常位于車輛的中心線處的前儀表面板的后面。由于HVAC箱的相對較大的尺寸，在儀表面板后面可能留有較少的空間用于其他部件，例如電子附件以及存儲箱(bins)。為了將儀表面板的中心存放(stack)區(qū)域轉換為其他用途，越來越需要將大的HVAC箱分割成兩個較小的HVAC箱以分別在前儀表面板的駕駛員一側和乘客一側獨立地供應調節(jié)的空氣。在具有三排或更多排座位的較大車輛中，單個HVAC箱可能不能夠有效地調節(jié)至車輛的所有區(qū)域的空氣。此外，存在朝著在不同區(qū)域或者座位位置中提供獨立控制的舒適功能的趨勢(例如，給予后排乘客獨立的溫度和風機控制)。這導致使用例如位于后排座位區(qū)域的輔助HVAC箱。每個獨立的HVAC箱包括各自的風機和蒸發(fā)器以根據(jù)獨立的需求獨立地冷卻各自的空氣流?？照{壓縮機供應液化的冷卻劑至熱膨脹閥(TXV)，其測量達到目標蒸發(fā)器溫度的至蒸發(fā)器的冷卻劑量。在雙蒸發(fā)器系統(tǒng)中的獨立的蒸發(fā)器可具有在任何特定時間向其發(fā)出的不同的冷卻需求。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，控制至蒸發(fā)器的測量的冷卻劑量使得所有冷卻劑在離開蒸發(fā)器時達到蒸汽狀態(tài)。換句話說，液化的冷卻劑進入蒸發(fā)器時具有較低的蒸汽質量而當離開蒸發(fā)器以返回壓縮機時具有基本上100%的蒸汽質量。為了在雙蒸發(fā)器系統(tǒng)的每個獨立的蒸發(fā)器中滿足此狀況，來自冷凝器的流體冷卻劑通常分開為獨立控制的兩個路徑。例如，在美國專利6983793中，主HVAC和輔助HVAC單元通過各自的TXV接收獨立的冷卻劑供給。根據(jù)各自蒸發(fā)器的溫度獨立地控制每個TXV。由于TXV的成本，可能希望從單個TXV測量流入兩個蒸發(fā)器的冷卻劑。如美國專利申請公開文本2007/0151287A1所示，兩個蒸發(fā)器從減壓器和控制輸送至每個蒸發(fā)器的冷卻劑的相對比例的分配閥并列地接收冷卻劑流。基于蒸發(fā)器的冷卻負荷而控制分配閥。需要特定的控制算法以及用于測量每個蒸發(fā)器的溫度的獨立的傳感器。因此，可能希望實施具有單個TXV雙蒸發(fā)器系統(tǒng)而不要求額外的閥或對控制系統(tǒng)或算法的修改。

發(fā)明內容
在本發(fā)明的第一方面，空調系統(tǒng)包含用于壓縮冷卻劑的壓縮機。膨脹閥連接至壓縮機用于提供測量的壓縮的冷卻劑流。提供主蒸發(fā)器用于冷卻主空氣流，主蒸發(fā)器具有在主入口和主出口之間的主冷卻劑路徑。主入口連接至膨脹閥用于接收測量的冷卻劑流。冷卻劑的蒸汽質量在主入口處具有初始值并且在主出口處具有結果(resultant)值。主蒸發(fā)器具有在其中冷卻劑的蒸汽質量低于大約結果值的80%的第一位置處連接至主冷卻劑路徑的旁通入口。提供輔助蒸發(fā)器用于冷卻輔助空氣流，其具有輔助入口和輔助出口。該輔助入口接收在第一位置和膨脹閥之間的冷卻劑路徑的第二位置處分開的測量冷卻劑流量的旁通部分。輔助出口連接至旁通入口。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種機動車輛空調系統(tǒng)，包含:主蒸發(fā)器，其具有在主入口和主出口之間的主冷卻劑路徑；以及輔助蒸發(fā)器，其具有輔助入口和輔助出口，輔助入口和輔助出口的每個連接至主蒸發(fā)器以建立旁通冷卻劑路徑，該旁通冷卻劑路徑與主蒸發(fā)器路徑的第一部分并聯(lián)并且與主冷卻劑路徑的第二部分串聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明一個實施例，進一步包含用于選擇性地關閉旁通冷卻劑路徑的關閉閥。


圖1為顯示典型的空調系統(tǒng)的主要部件的框圖。圖2為顯示現(xiàn)有技術雙蒸發(fā)器系統(tǒng)的框圖。圖3為顯示本發(fā)明的串聯(lián)/并聯(lián)雙蒸發(fā)器配置的一個實施例的框圖。圖4為顯示流動穿過蒸發(fā)器的冷卻劑的蒸汽質量的變化的圖。圖5為顯示本發(fā)明的主蒸發(fā)器中的蒸汽質量的變化的示例圖。圖6為主蒸發(fā)器的一個示例的示意說明。
具體實施例方式參考圖1，空調系統(tǒng)10包括壓縮機11(例如，可變排量壓縮機或者離合器驅動的壓縮機)用于壓縮冷卻劑并輸送冷卻劑至冷凝器13。來自冷凝器13的冷凝的(即液化的)冷卻劑可以存儲在接收器/干燥器14中并在其中干燥，隨后其被供應至熱膨脹閥(TXV) 15。通過TXV15測量進入蒸發(fā)器16的液化的冷卻劑，在蒸發(fā)器16中冷卻劑沸騰，并隨后作為蒸汽返回壓縮機13。風機17輸送將調節(jié)的空氣穿過蒸發(fā)器16以提供調節(jié)的空氣流18，其可以通過管道以及風口(registers)引導至占用的空間例如房間或者車輛乘客廂。圖2顯示了位于運輸車輛的前部的儀表面板20，其具有在駕駛員一側的第一端22和位于乘客一側的第二端23之間的中心存放(stack)區(qū)域21。傳統(tǒng)地，單個主HVAC單元已經(jīng)占用了中心存放區(qū)域21。然而，在圖2中，利用了獨立的駕駛員側和乘客側HVAC單元24和25，其具有減小的尺寸以允許它們被安裝在儀表面板端部22和23中。共享的壓縮機26和冷凝器27向HVAC單元24和25并列地提供冷卻劑。駕駛員側單元24通過TXV30測量流向駕駛員側蒸發(fā)器31的冷卻劑。駕駛員側風機32產(chǎn)生駕駛員側空氣流。通過TXV33測量流入在乘客側單元25中的蒸發(fā)器34的冷卻劑。乘客側風機35產(chǎn)生獨立的乘客空氣流使得向駕駛員和乘客提供獨立的冷卻。然而，TXV和獨立反饋控制的成本重復了。如圖3所示的本發(fā)明通過避免在第二蒸發(fā)器上的獨立的TXV而獲得了顯著的成本效益。本發(fā)明的一個主要特征包括在其中冷卻劑從高度濃縮的液體混合物沸騰時的策略點處將冷卻劑從主蒸發(fā)器通過管道輸送(plumbing)至輔助蒸發(fā)器。在分流后，每一股流(flow)繼續(xù)沸騰同時在穿過各自的蒸發(fā)器的主路徑和旁通路徑中來回移動(traverse)。在輔助蒸發(fā)器中的沸騰提供了需要的冷卻，但是冷卻劑在仍包含適中的液體濃度時離開輔助蒸發(fā)器。穿過第二蒸發(fā)器的該并列的旁通流與主蒸發(fā)器中的主流在主蒸發(fā)器主出口略前處或者主出口略上游的位置處匯合。合并的冷卻劑流繼續(xù)在主蒸發(fā)器的其余部分(remainder)中沸騰并且在其離開主蒸發(fā)器時達到完全的蒸汽狀態(tài)。因此，輔助(旁通)蒸發(fā)器流與主蒸發(fā)器的第一部分并聯(lián)而與主蒸發(fā)器的第二部分串聯(lián)。用于旁通的冷卻劑在對應于小于或等于大約35%蒸汽質量的位置處離開主蒸發(fā)器并且在對應于在大約65%到大約80%蒸汽質量之間的位置處從旁通返回至主蒸發(fā)器流。圖3顯示了 TXV40，其提供流入主蒸發(fā)器41的主入口 42的測量的壓縮的冷卻劑流。蒸發(fā)器41具有從主入口 42延伸至主出口 44的冷卻劑路徑43。冷卻劑的蒸汽質量在主入口 42處具有大約20%或更低的初始值(B卩，主要為液態(tài))。在主蒸發(fā)器41中沸騰以后，冷卻劑在主出口處具有等于結果值的蒸汽質量，其中該結果值通常被控制為基本上100% (即全蒸汽)。主蒸發(fā)器41具有連接至輔助蒸發(fā)器50的輔助入口 51的旁通出口 45。冷卻劑穿過輔助蒸發(fā)器50至輔助出口 52，該輔助出口 52連接至主蒸發(fā)器41上的旁通入口 46。旁通入口 46位于沿著路徑43的位置處，在該位置處其中主蒸發(fā)器41中的冷卻劑的蒸汽質量小于比結果值低了 20%的值(例如小于大約80%的蒸汽質量)。該位置確保從已經(jīng)旁通穿過輔助蒸發(fā)器50的冷卻劑在主蒸發(fā)器41中具有充分的機會在離開主蒸發(fā)器41之前完成沸騰。旁通出口 45可以位于主入口 42的下游或者兩者可以連接至該流的相同位置處。在任何情形下，旁通流應該在其中主流的蒸汽質量小于或等于35%時的位置處從主流除去(即旁通)。這是為了確保充分的流體含量可用于在輔助蒸發(fā)器50中沸騰。在如圖3所示的系統(tǒng)中，在主蒸發(fā)器中比在輔助蒸發(fā)器中提供更多冷卻容量可能是最為方便的。因此，可以優(yōu)選地在車輛的駕駛員側布置主蒸發(fā)器41，而在乘客側布置輔助蒸發(fā)器50，因為駕駛員側HVAC將會更為頻繁地使用。主風機53產(chǎn)生了穿過蒸發(fā)器41的主空氣流且輔助風機54產(chǎn)生了穿過輔助蒸發(fā)器50的輔助空氣流。當輔助蒸發(fā)器50沒有冷卻需求(例如因為乘客座位是空的，沒有正在通過風機54產(chǎn)生空氣流)時，在蒸發(fā)器50中會發(fā)生極少的冷卻劑沸騰。盡管如此，由于未沸騰的冷卻劑返回主蒸發(fā)器41并具有在蒸發(fā)器41中來回移動的充足的距離以允許完全的沸騰，系統(tǒng)運轉保持在可接受的水平。在可替代的實施例中，可以在主蒸發(fā)器41和輔助蒸發(fā)器50之間的旁通路線中提供關閉閥55以當輔助HVAC箱上沒有需求時將實際冷卻劑流限制為僅處于主蒸發(fā)器41中。圖4描繪了線條60，其顯示隨著冷卻劑在主蒸發(fā)器中的冷卻劑路徑中來回移動而增加的蒸汽質量。隨著冷卻劑在冷卻劑路徑的初始部分來回移動，在蒸汽質量的初始范圍內，移除或轉移旁通流。該轉移可優(yōu)選發(fā)生在冷卻劑已經(jīng)在主蒸發(fā)器中流過一定距離之后，但是其也可以在進入主蒸發(fā)器之前被轉移(例如在主入口配件處)。如圖4所示，旁通流在其中蒸汽質量處于大約65%到80%之間的范圍時重新進入主冷卻劑路徑。如圖5所示，線61顯示了當較高液體濃度的旁通流返回主蒸發(fā)器時實際蒸汽質量的變形。當來自第二蒸發(fā)器的冷卻劑的旁通部分與主流合并時，在旁通入口處發(fā)生下降62。在冷卻劑已經(jīng)來回移動完成了冷卻劑路徑的全部距離而流動至主出口處時，仍然獲得了 100%的蒸汽質量。圖6顯示了主蒸發(fā)器70，在機頭73和74之間布置了多個熱交換管道71。在機頭73中的主入口 75以傳統(tǒng)方式接收穿過管道71流動至出口 76處的冷卻劑。機頭74中的旁通出口 77包括用于接收流體線路的配件以將旁通流連接至輔助蒸發(fā)器。旁通入口 78類似地包括用于接收來自輔助蒸發(fā)器的冷卻劑的回流的配件。由于增加的冷卻劑的量和潛在地增加的流體濃度，與在旁通入口 78處的冷卻劑流的回流對應的管道71的橫截面尺寸可以大于運送來自入口 78的直接上游的流的管道。
權利要求
1.一種空調系統(tǒng)，包含: 用于壓縮冷卻劑的壓縮機； 連接至所述壓縮機用于提供測量的所述壓縮的冷卻劑流的膨脹閥； 主蒸發(fā)器，其用于冷卻主空氣流并且具有在主入口和主出口之間的主冷卻劑路徑，其中所述主入口連接至所述膨脹閥用于接收所述測量的冷卻劑流，其中所述冷卻劑的蒸汽質量在所述主入口處具有初始值并且在所述主出口處具有結果值，且其中所述主蒸發(fā)器具有旁通入口，所述旁通入口在所述冷卻劑的所述蒸汽質量低于大約所述結果值的80%處的第一位置處連接至所述主蒸發(fā)器路徑；以及 輔助蒸發(fā)器，其用于冷卻輔助空氣流并且具有輔助入口和輔助出口，其中所述輔助入口接收所述測量的冷卻劑流在所述第一位置和所述膨脹閥之間的所述冷卻劑路徑的第二位置處分出的旁通部分，其中所述輔助出口連接至所述旁通入口。
2.按權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述結果值為大體100%蒸汽。
3.按權利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二位置對應于低于大約35%的蒸汽質量。
4.按權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包含用于選擇性地關閉所述旁通部分的關閉閥。
5.按權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包含: 用于引導所述主空氣流至主舒適區(qū)域的主風機； 用于引導所述輔助空氣流至輔助舒適區(qū)域的輔助風機； 用于連接所述旁通出口至所述輔助入口以及連接所述輔助出口至所述旁通入口的冷卻劑線路，使得所述主蒸發(fā)器和所述輔助蒸發(fā)器分別接近所述主舒適區(qū)域和所述輔助舒適區(qū)域。
6.一種乘用車輛中的空調系統(tǒng)，所述乘用車輛包括駕駛員舒適區(qū)域和乘客舒適區(qū)域，所述空調系統(tǒng)包含: 用于壓縮冷卻劑的壓縮機； 連接至所述壓縮機用于提供測量的所述壓縮的冷卻劑流的膨脹閥； 用于引導主空氣流至所述駕駛員舒適區(qū)域的主風機； 用于引導輔助空氣流至所述乘客舒適區(qū)域的輔助風機； 主蒸發(fā)器，其用于冷卻所述主空氣流并且具有在主入口和主出口之間的主冷卻劑路徑，其中所述主入口連接至所述膨脹閥用于接收所述測量的冷卻劑流，其中所述冷卻劑的蒸汽質量在所述主入口處具有初始值且在所述主出口處具有結果值，且其中，所述主蒸發(fā)器具有旁通入口，所述旁通入口在其中所述冷卻劑的所述蒸汽質量小于大約所述結果值的80%的第一位置處連接至所述主冷卻劑路徑；以及 輔助蒸發(fā)器，其用于冷卻所述輔助空氣流并且具有輔助入口和輔助出口，其中所述輔助入口接收所述測量的冷卻劑流在所述第一位置和所述膨脹閥之間的所述冷卻劑路徑的第二位置處分開的旁通部分，并且其中所述輔助出口連接至所述旁通入口。
7.按權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述結果值為基本上100%蒸汽。
8.按權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述第二位置對應于低于大約35%的蒸汽質量。
9.按權利要求6所述的系統(tǒng)，進一步包含用于選擇性地關閉所述旁通部分的關閉閥。
全文摘要
本發(fā)明提供一種空調系統(tǒng)，其具有提供冷卻劑至兩個蒸發(fā)器的一個膨脹閥。冷卻劑的蒸氣質量在主蒸發(fā)器的主入口處具有初始值，并且在主出口處具有結果值。主蒸發(fā)器在其中冷卻劑的蒸發(fā)質量低于結果值的80%的第一位置處具有旁通入口。輔助蒸發(fā)器具有輔助入口，其接收測量的冷卻劑流在第一位置和膨脹閥之間的主蒸發(fā)器的第二位置處分開的旁通部分。輔助出口連接至旁通入口。因此，僅使用一個膨脹閥能夠實現(xiàn)用于兩個不同區(qū)域的冷卻。
文檔編號F25B5/00GK103090575SQ201210410550
公開日2013年5月8日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權日2011年10月31日
發(fā)明者史蒂文·L·蘭伯特 申請人:福特全球技術公司