专利名称：空调系统和用于该空调系统的内置式换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有改进的内置式换热器的汽车空调系统，尤其涉及在高压侧和低压侧之间具有被动式旁通阀的内置式换热器，以防止在不工作期间油在整个空调系统中流动。
背景技术：
汽车空调系统通常包括安装在前格栅附近的冷凝器、位于发动机舱内的制冷压缩机和包含在基本位于乘员舱内的HVAC外壳内的蒸发器。诸如在SAE出版物 No. 2007-01-1523中公开的双管内置式换热器(IHX)的内置式换热器和在美国专利申请 No. 12/487，709中公开的内盘管式IHX利用了制冷剂低压侧和制冷剂高压侧之间的温差来改进空调系统的总体冷却能力。压缩机的主要内体积，即所谓的曲轴箱基本上是中空的，但诸如中央驱动轴和相关联的支承轴承、倾斜盘和往复活塞的多个移动部件包含在曲轴箱内或暴露于曲轴箱。在运行过程中，压缩机抽吸制冷剂通过空调系统。制冷剂携带有夹带着的润滑油，该润滑油到达并润滑空调系统内的多个移动部件接触面，包括压缩机内的移动部件。当压缩机在不工作的持续期间不动时，希望的是一大摊润滑油池保持在曲轴箱的底部以在起动时可用这些油来润滑接触面。在本实用新型主题之前所作的观察已发现润滑油在车辆和压缩机不工作期间似乎主动地离开压缩机曲轴箱并沉积在冷凝器和蒸发器内，压缩机起动时润滑油将不立即可用。已发现这种润滑油流动的现象是由压缩机的主曲轴箱体积和空调系统的其它部件之间的压力不平衡造成的。这种不平衡产生一种状态，依据这种状态在制冷剂内易混合的液体冷冻机油(refrigerant oil)经受推和拉液体流出压缩机的内部虹吸和推力的组合作用。美国专利申请No. 10/874，046提供一种对于润滑油不期望流动的部分解决方案， 其包括设置在压缩机内较高位置处、在曲轴箱和歧管内的吸入腔之间的较小的压力均衡通道。这减少液体制冷剂-油混合物被拉和/或推出曲轴箱并进入歧管以及最终到达冷凝器的倾向。然而，这种解决方案并没有适当地引导液体制冷剂-油混合物流入蒸发器。希望的是有一种减少液体制冷剂-油混合物流动到冷凝器和蒸发器的倾向的解决方案。还希望有一种对空调系统现有的部件要求作最少改型的解决方案。
实用新型内容本实用新型的实施例提供一种用于汽车系统空调系统的改进的内置式换热器 (IHX)，其中IHX组件包括用于使低压制冷剂流动(低压侧)的大体圆筒状的空腔以及用于高压制冷剂流动(高压侧)的、设置在圆筒状的长形空腔内的内部管。IHX组件提供内部管和长形空腔之间的压力均衡通路，以提供低压侧和高压侧之间直接的液压连通。压力均衡通路足够大以当空调系统不工作时使压力可以在冷凝器和蒸发器之间均衡，以防止否则会导致冷冻机油从压缩机中损失的压力差，且压力均衡通路足够小以不影响空调系统的运行。换言之，压力均衡通路使冷凝器和蒸发器之间可直接液压连通，当空调系统处于不工作状态时，在压力均衡通路中蒸汽制冷剂可以直接在冷凝器和蒸发器之间流动。在另一实施例中，压力均衡通路可以是旁通阀组件，当空调系统处于不工作状态时，该旁通阀组件提供IHX组件的高压侧和低压侧之间的液压连通。当空调系统运行时，旁通阀组件使低压侧相对于高压侧闭合并密封开，以使空调系统的运行效率最大化。根据本实用新型的一个方面，一种空调系统，该空调系统具有使制冷剂循环通过热膨胀装置、蒸发器和冷凝器的压缩机，其中，空调系统还包括内置式换热器，该内置式换热器包括外壳，该外壳具有第一端、与第一端相对的第二端和第一端与第二端之间的内表面，内表面形成用于将压力为Pi的低压制冷剂从蒸发器输送到压缩机的空腔；内部管，该内部管设置在空腔内以将压力为P2的高压制冷剂从冷凝器输送到热膨胀装置；以及内部管与空腔之间的压力均衡通路，该通路提供蒸发器与冷凝器之间直接的液压连通；其中，压力均衡通路足够大以当空调系统不工作时使压力可以在冷凝器和蒸发器之间均衡，以防止否则将导致制冷剂-油混合物从压缩机中损失的压差，且当空调系统工作时，压力均衡通路足够小以不影响所述空调系统的运行。根据本实用新型的另一个方面，一种空调系统具有使制冷剂循环通过热膨胀装置、蒸发器和冷凝器的压缩机，该空调系统还包括内置式换热器，内置式换热器包括外壳， 外壳具有第一端、与第一端相对的第二端和第一端与第二端之间的内表面，内表面形成用于将压力为Pl的低压的制冷剂从蒸发器输送到压缩机的空腔；内部管，内部管设置在空腔内以将压力为P2的高压的制冷剂从冷凝器输送到热膨胀装置，其中，内部管形成孔以使高压和低压制冷剂之间有直接的液压连通；以及旁通阀组件，该旁通阀组件适于在超过预定的P2-P1压差时密封孔并在低于预定的P2-P1压差时使孔解除密封。较佳地，上述旁通阀组件包括具有簧片部分的套管，当高压制冷剂与低压制冷剂之间的所述P2-P1压差大于10磅/平方英寸时，簧片部分被偏置向孔并气密密封该孔。当高压制冷剂与低压制冷剂之间的压差P2-P1等于或小于10磅/平方英寸时，簧片部分被偏置离开孔并使该孔解除密封。较佳地，上述套管包括纵向狭缝并向第一直径偏置，纵向狭缝使套管可被压缩到较小的第二直径以被插入内部管。较佳地，内部管包括具有形成预定形状的突起部的内壁，且套管在一端形成切口， 该切口包括与突起部的预定形状互补的形状。切口可以形成于套管的紧邻突起部的一端处。较佳地，突起部位于内部管的内壁上的预定位置处，以使套管的行进相对于内部管对准并对行进限制，这样该簧片部分紧邻孔而定位。根据本实用新型的另一个方面，一种用于空调系统的内置式换热器，包括外壳， 该外壳具有第一端、与第一端相对的第二端和第一端与第二端之间的内表面，内表面形成用于输送具有第一压力Pi的制冷剂的空腔；以及内部管，该内部管设置在空腔内以输送具有第二压力P2的制冷剂，并且形成孔以使Pl和P2之间有直接的液压连通，以及其中，内部管包括旁通阀组件，旁通阀组件在低于预定压差P2-P1时使孔解除密封，由此使第一压力 Pl与第二压力P2均衡。较佳地，旁通阀组件包括具有簧片部分的套管，当高压制冷剂与低压制冷剂之间的压差P2-P1大于10磅/平方英寸时，簧片部分被偏置向孔并气密密封该孔。高压制冷剂与低压制冷剂之间的压差P2-P1等于或小于10磅/平方英寸时，簧片部分被偏置离开孔并使孔解除密封。较佳地，套管包括纵向狭缝并向第一直径偏置，纵向狭缝使套管被压缩到较小的
第二直径。通过阅读本实用新型的实施例的以下具体说明，本实用新型的另一些特征和优点将变得更加清楚，参照附图并以非限制性实例方式给出该说明。
将参考附图来进一步描述本实用新型，其中图1示出具有IHX组件的典型的汽车空调系统。图2示出具有旁通阀组件的改进IHX组件的局部剖视图。图3示出处于打开位置的图2的旁通阀组件的剖视图。图4示出处于闭合位置的图2的旁通阀组件的剖视图。图5示出具有改进的IHX组件的汽车空调系统，该IHX组件包括处于打开位置的旁通阀组件以减缓被动的冷冻机油的流动。
具体实施方式
本实用新型将进一步参考附图描述，其中，在所有的图中，相同的附图标记标示对应的零部件。图1示出在当空调系统10和车辆处于不工作状态时的持续时期内，冷冻机油在典型的汽车空调系统10内的流动。在几天或更久的不工作期间，自然的日常热循环使空调系统10内的蒸汽制冷剂来回流经压缩机12，从而将少量的制冷剂-油混合物从压缩机12推出并推入冷凝器14和蒸发器18。在清晨，冷凝器14被暴露于较低方向射入的早晨太阳光线，但在白天晚些时候更多地被遮挡，且相对轻质，这样冷凝器冷和热得相对快。蒸发器18通常位于至少部分在车辆舱室内部的HVAC外壳内、易受相同的太阳升温的温室效应，并且也能够相对快速的升温。已发现冷凝器14、蒸发器18以及压缩机12的内部结构的固有特征和相对位置将促使上述的预先不希望的润滑剂流动现象。在白天的早些时候，太阳光线使冷凝器14内的液体制冷剂升温并蒸发。如实心箭头所示，蒸汽压力的增加迫使蒸汽制冷剂通过压缩机12的曲轴箱到达蒸发器18，蒸汽制冷剂携带有来自压缩机的制冷剂-油混合物。在白天的中间时候，当乘客舱由于温室效应而被加热时，蒸发器内的液体制冷剂如不连续的箭头所示蒸发，并将制冷剂-油混合物从曲柄箱推到冷凝器14内。在几天过程中，这种蒸汽制冷剂的来回冲洗效果促使制冷剂-油混合物离开压缩机12并进入冷凝器14和蒸发器18，从而使压缩机12没有冷冻机油。当空调系统处于不工作状态时，热膨胀阀(TXV) 16的限制阻碍了蒸汽或液体制冷剂直接从冷凝器 14流动到蒸发器18或反之。根据本实用新型一较佳实施例，参考图2至5，对于在当空调系统不工作时的持续期间冷冻机油流动的问题是一种良好的低成本解决方案。[0030]图5中示出的是汽车空调系统10，其包括由一系列制冷剂管20液压连接的压缩机12、冷凝器14、TXV16、蒸发器18和改进的IHX组件100。IHX组件100使用离开蒸发器 18的相对较低温度和较低压力的制冷剂来预冷却在TXV16之前离开冷凝器14的相对较高温度和较高压力的制冷剂。来自蒸发器18的低压制冷剂的流动是来自冷凝器14经过IHX 组件100的高压制冷剂的流动的逆向流。另一实施例(未示出)为低压制冷剂的流动与高压制冷剂的流动是同向流。图2中示出一个实施例的局部立体剖视图，其中改进的IHX组件100的外壳102 包括外表面104、内表面106、第一端134和第二端136。内表面106形成围绕轴线A设置的大体圆筒状的空腔130。外壳102的外表面104也具有大体圆筒状的形状；然而，外壳102 的外表面104的形状也可以是任何形状，只要该形状能够容纳较佳是圆筒状的空腔。基本平行于轴线A延伸的内部管108设置在外壳102内。内部管108的尺寸设计成装配在圆筒状的空腔130内，同时留出内部管108和内表面106之间的间隙144。间隙144提供低压制冷剂流经过圆筒状空腔130的基本上畅通无阻的路径。内部管108形成提供内部管108和长形空腔130之间的压力均衡通路110的孔 122。压力均衡通路110足够大以当空调系统不工作时使压力可以在冷凝器14和蒸发器 18之间均衡，以防止否则会导致制冷剂-油混合物从压缩机12中损失的压力差，且压力均衡通路足够小以不影响空调系统的运行。换言之，压力均衡通路提供有意义的压力“慢速泄漏”，而不是无意义的“快速泄漏”。在延长的不工作期间，压力均衡通路110使蒸汽制冷剂可以直接从蒸发器18和冷凝器14中循环，从而完全绕过压缩机12。由于制冷剂蒸汽并不流经压缩机12，制冷剂-油混合物不会被推或拉出压缩机12的曲轴箱。本实用新型的另一实施例提供旁通阀组件200，以当空调系统处于工作时密封压力均衡通路Iio或孔122，且当系统不工作时打开压力均衡通路110或孔122。旁通阀组件 200使孔122能够比没有旁通阀组件200更大；由此，当空调系统不工作时提供更快的压力均衡。如图2中所示，旁通阀组件200可以包括与孔122协配的簧片部分202以提供簧片阀203。簧片阀203通常处于打开位置，当空调系统不工作时压力均衡通路110在此位置是畅通无阻的。当内部管内的高压侧(P2)与长形空腔内的低压侧(Pl)之间的压差小于 10磅/平方英寸时，簧片部分202可以被偏置离开孔122，由此使孔122露出。如图4中所示，当P2比Pl大得多时，P2促使簧片部分202向上抵住并气密密封孔122以确保在高压侧和低压侧之间无泄漏，从而使空调系统有效运行。如图3中所示，当空调系统不工作时， P2相对于Pl大幅降低。当压差小于10磅/平方英寸时(这是系统关闭的良好指标)，簧片部分202抬离孔122 ；由此，使冷凝器14和蒸发器18之间的制冷剂蒸汽均衡并绕开压缩机12。旁通阀组件200还可包括具有纵向狭缝206的套管204，该狭缝使套管204的正常直径(Dl)在套管204被插入内部管108之前被压缩并减小到更小的直径(拟)。一旦被插入，套管204膨胀到其正常直径(Dl)以形成在内部管108内的过盈配合。套管204包括簧片部分202，这样当套管204正确地被定位在内部管内时，簧片部分202紧邻孔122。如图3中所示，当高压制冷剂和低压制冷剂之间的压差(P2-P1)等于或小于10磅/平方英寸时，簧片部分202被偏置离开该孔并解除孔的密封。如图4中所示，当高压制冷剂和低压制冷剂之间的压差(P2-P1)大于10磅/平方英寸时，簧片部分202被偏置向孔122并气密密封该孔。为确保套管204适当地被定位在内部管108内以使簧片部分202紧邻孔122，具有预定形状的突起部1 可以设置在内部管108的内壁126内的预定位置处，且具有与突起部互补形状的切口 208可以设置在套管204的紧邻突起部的一端处，这样切口 208位于并锁定到突起部1 上。如图2中所示，内部管108的内壁1 包括具有半球形状的突起部 124，而套管204包括具有互补的半球形状的切口 208。当套管204在组装操作过程中(从左到右)被插入内部管时，切口 208与突起部IM协配以使套管204在内部管108内的行进对准并对其进行限制，这样簧片部分202可适当地紧邻孔122而定位。提供半球形的突起部IM和对应互补形状的切口 208的说明仅出于示例性目的并不意在进行限制。那些本领域的技术人员应意识到可以使用任何形状，只要形状彼此互补并用于使套管204的行进相对于内部管108对准并对该行进作限制，这样簧片部分202适当地紧邻孔122而定位。在此公开的内置式换热器的优点是其提供一种在不工作的延长期间使冷冻机油流动到空调系统的冷凝器和蒸发器的解决方案。另一优点在于内置式换热器具有一种良好的低成本的解决方案，除了 IHX组件的内部管内的旁通阀以外，无须对空调系统添加其他附加部件。尽管就本实用新型的较佳的实施例对本实用新型进行说明，但其不意在如此作出限制，而是意在下面权利要求书中阐释的范围。
权利要求1.一种空调系统，所述空调系统具有使制冷剂循环通过热膨胀装置、蒸发器和冷凝器的压缩机，其中，所述空调系统还包括内置式换热器，其特征在于，所述内置式换热器包括外壳，所述外壳具有第一端、与所述第一端相对的第二端和所述第一端与所述第二端之间的内表面，所述内表面形成用于将压力为Pi的低压Pi制冷剂从所述蒸发器输送到所述压缩机的空腔；内部管，所述内部管设置在所述空腔内以将压力为P2的高压P2制冷剂从所述冷凝器输送到所述热膨胀装置；以及压力均衡通路，所述内部管与所述空腔之间的所述压力均衡通路提供所述蒸发器与所述冷凝器之间直接的液压连通，其中，所述压力均衡通路足够大以当所述空调系统不工作时使压力可以在所述冷凝器和所述蒸发器之间均衡，以防止否则将导致制冷剂一油混合物从所述压缩机中损失的压差，且当所述空调系统工作时，所述压力均衡通路足够小以不影响所述空调系统的运行。
2.一种空调系统，所述空调系统具有使制冷剂循环通过热膨胀装置、蒸发器和冷凝器的压缩机，其特征在于，所述空调系统还包括内置式换热器，所述内置式换热器包括外壳，所述外壳具有第一端、与所述第一端相对的第二端和所述第一端与所述第二端之间的内表面，所述内表面形成用于将压力为Pl的低压制冷剂从所述蒸发器输送到所述压缩机的空腔；内部管，所述内部管设置在所述空腔内以将压力为P2的高压P2制冷剂从所述冷凝器输送到所述热膨胀装置，其中，所述内部管形成孔以使所述高压和低压制冷剂之间有直接的液压连通；以及旁通阀组件，所述旁通阀组件适于在超过预定的P2-P1压差时密封所述孔并在低于预定的P2-P1压差时使所述孔解除密封。
3.如权利要求2所述的空调系统，其特征在于，所述旁通阀组件包括具有簧片部分的套管，当所述高压制冷剂与所述低压制冷剂之间的所述P2-P1压差大于10磅/平方英寸时，所述簧片部分被偏置向所述孔并气密密封所述孔。
4.如权利要求3所述的空调系统，其特征在于，当所述高压制冷剂与所述低压制冷剂之间的所述P2-P1压差等于或小于10磅/平方英寸时，所述簧片部分被偏置离开所述孔并使所述孔解除密封。
5.如权利要求4所述的空调系统，其特征在于，所述套管包括纵向狭缝并向第一直径偏置，所述纵向狭缝使所述套管可被压缩到较小的第二直径以被插入所述内部管。
6.如权利要求5所述的空调系统，其特征在于，所述内部管包括具有形成预定形状的突起部的内壁，且所述套管在一端形成切口，所述切口包括与所述突起部的所述预定形状互补的形状。
7.如权利要求6所述的空调系统，其特征在于，所述切口形成于所述套管的紧邻所述突起部的一端处。
8.如权利要求7所述的空调系统，其特征在于，所述突起部位于所述内部管的内壁上的预定位置处，以使所述套管的行进相对于所述内部管对准并对所述行进限制，这样所述簧片部分紧邻所述孔而定位。
9.一种用于空调系统的内置式换热器，包括外壳，所述外壳具有第一端、与所述第一端相对的第二端和所述第一端与所述第二端之间的内表面，所述内表面形成用于输送具有第一压力Pi的制冷剂的空腔；以及内部管，所述内部管设置在所述空腔内以输送具有第二压力P2的制冷剂，并且形成孔以使所述Pl和P2之间有直接的液压连通，以及其特征在于，所述内部管包括旁通阀组件，所述旁通阀组件在低于预定压差P2-P1时使所述孔解除密封，由此使所述第一压力Pl与第二压力P2均衡。
10.如权利要求9所述的用于空调系统的内置式换热器，其特征在于，所述旁通阀组件包括具有簧片部分的套管，当所述高压制冷剂与所述低压制冷剂之间的所述压差P2-P1大于10磅/平方英寸时，所述簧片部分被偏置向所述孔并气密密封所述孔。
11.如权利要求10所述的用于空调系统的内置式换热器，其特征在于，当所述高压制冷剂与所述低压制冷剂之间的所述压差P2-P1等于或小于10磅/平方英寸时，所述簧片部分被偏置离开所述孔并使所述孔解除密封。
12.如权利要求11所述的用于空调系统的内置式换热器，其特征在于，所述套管包括纵向狭缝并向第一直径偏置，所述纵向狭缝使所述套管被压缩到较小的第二直径。
专利摘要本实用新型公开了一种空调系统和用于该空调系统的内置式换热器。内置式换热器组件包括用于使低压制冷剂从蒸发器中流出的长形空腔，设置在空腔内、用于使高压制冷剂从冷凝器中流出的内部管以及低压侧与高压侧之间的压力均衡通路。该通路足够大以当空调系统不工作时使压力可以在冷凝器和蒸发器之间均衡，以防止否则会导致制冷剂-油混合物从压缩机中损失的压力差，且该通路足够小以不影响空调系统的运行。压力均衡通路可以是具有簧片部分的旁通阀组件，当空调系统处于不工作状态时，该簧片部分通常是打开的，且当空调系统处于不工作状态时，该簧片部分是闭合的，以使冷却效率最大化。
文档编号F24F13/30GK202188612SQ20112015787
公开日2012年4月11日 申请日期2011年5月9日 优先权日2010年5月27日
发明者E·沃尔夫四世, J·A·布莱特, P·S·卡德尔, 王明玉 申请人:德尔福技术有限公司