專利名稱：用于車輛的熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱泵系統(tǒng)及其控制方法。更具體地，本發(fā)明涉及這樣一種熱泵系統(tǒng)及其控制方法，該熱泵系統(tǒng)使用電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱，提高加熱性能和除濕性能，防止在低溫下在外部冷凝器上的積霜，并在同時(shí)增加行駛距離。
背景技術(shù)：
通常，用于車輛的空調(diào)系統(tǒng)包括用于加熱或冷卻車輛艙室的空調(diào)模塊。
這種空調(diào)模塊通過操作壓縮機(jī)而使熱交換介質(zhì)循環(huán)經(jīng)過冷凝器、貯液干燥器、膨脹閥和蒸發(fā)器。然后使熱交換介質(zhì)流回到壓縮機(jī)。在此過程中，空調(diào)模塊通過在蒸發(fā)器中的熱交換而加熱車輛艙室，或者通過在加熱器中與冷卻劑進(jìn)行熱交換而冷卻車輛艙室。當(dāng)下，能效和環(huán)境污染越來越受到關(guān)注，已經(jīng)研究出環(huán)境友好的車輛以替代具有內(nèi)燃機(jī)的車輛。這種環(huán)境友好的車輛包括使用燃料電池或電力作為動(dòng)力源的電動(dòng)車輛，以及由發(fā)動(dòng)機(jī)和電池驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力車輛。環(huán)境友好車輛中的電動(dòng)車輛使用電加熱器，因?yàn)殡妱?dòng)車輛并不具有作為熱源的內(nèi)燃機(jī)。但是，電加熱器過度地消耗電能，從而降低了電動(dòng)車輛的行駛距離。引入加熱效率改進(jìn)的熱泵送系統(tǒng)來取代電加熱器，從而解決該問題。根據(jù)熱泵系統(tǒng)，在夏季，在冷卻模式中，在壓縮機(jī)中壓縮的高溫/高壓氣態(tài)制冷劑在冷凝器中冷凝，然后經(jīng)過貯液干燥器和膨脹閥供應(yīng)到蒸發(fā)器。氣態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，并降低艙室的溫度和濕度。然而，熱泵系統(tǒng)具有如下特征在冬季，在加熱模式中，高溫/高壓氣態(tài)制冷劑用作加熱器介質(zhì)。也就是說，在電動(dòng)車輛中的加熱模式中，高溫/高壓氣態(tài)制冷劑并不供給外部冷凝器而是通過閥供給內(nèi)部冷凝器，并且與空氣進(jìn)行熱交換。經(jīng)熱交換的空氣通過正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。其后，空氣流動(dòng)到車輛艙室中并升高車輛艙室溫度。流動(dòng)到內(nèi)部冷凝器中的高溫/高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)與空氣進(jìn)行熱交換而冷凝并以液體制冷劑的狀態(tài)流出。然而，如上所述的常規(guī)熱泵系統(tǒng)是空氣冷卻型，其中制冷劑由外部空氣冷卻。并且，在冬季受到極低溫或低溫的外部空氣冷卻的制冷劑受到內(nèi)部冷凝器的冷卻，從而在極低溫度條件下排放到外部冷凝器，因此在外部冷凝器的表面上形成冰，并且熱交換介質(zhì)的熱交換效率以及加熱性能和效率惡化，在冷卻模式轉(zhuǎn)換為加熱模式的情況下，保留在蒸發(fā)器上的冷凝物增加了濕度，從而使得潮氣形成在車輛玻璃的內(nèi)部上。為解決這樣的問題，在外部冷凝器的表面被除霜的除霜模式中，壓縮機(jī)停止操作并且加熱僅通過PTC加熱器進(jìn)行。因此，加熱性能可能會(huì)嚴(yán)重惡化，加熱負(fù)荷可能由于動(dòng)力消耗的增加而增加，并且當(dāng)在加熱的同時(shí)行駛時(shí)可能會(huì)縮短里程。此外，由于當(dāng)液態(tài)制冷劑流動(dòng)到內(nèi)部冷凝器中時(shí)用于將液態(tài)制冷劑轉(zhuǎn)化為氣態(tài)制冷劑的熱量不足，因此壓縮效率可能會(huì)惡化，當(dāng)空氣溫度低時(shí)加熱性能可能會(huì)嚴(yán)重惡化，當(dāng)液態(tài)制冷劑流動(dòng)到壓縮機(jī)中時(shí)系統(tǒng)可能會(huì)不穩(wěn)定并且壓縮機(jī)的耐久性可能會(huì)惡化。此外，在從車輛艙室去除潮氣的除濕模式中，由于二通閥的頻繁開啟/閉合操作，可能會(huì)出現(xiàn)噪音和振動(dòng)。公開于該發(fā)明背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面致力于提供一種用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法，所述用于車輛的熱泵系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢(shì)在于，利用電子設(shè)備中的廢熱源來加熱冷卻劑，并在冷卻劑與制冷劑之間進(jìn)行熱交換，從而提高加熱性能和除濕效率，并且防止在低溫下在外部冷凝器上的積霜。而且，本發(fā)明的各個(gè)方面致力于提供一種用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法，所述用于車輛的熱泵系統(tǒng)所具有的優(yōu)勢(shì)在于，降低在車輛的加熱模式下的加熱負(fù)荷，并增加使用相同的動(dòng)力源的車輛的總行駛距離。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，熱泵系統(tǒng)可以包括冷卻組件，其設(shè)置在車輛上，從而通過冷卻管線將冷卻劑循環(huán)至電子設(shè)備，其中所述冷卻組件可以包括散熱器和冷卻風(fēng)扇，所述散熱器設(shè)置在所述車輛的前側(cè)，使用水泵以通過所述冷卻管線循環(huán)冷卻劑，并通過與外部空氣的熱交換來冷卻所供給的冷卻劑，而所述冷卻風(fēng)扇使風(fēng)吹過所述散熱器；空調(diào)組件，其連接至制冷劑管線，所述制冷劑管線連接至所述冷卻組件，從而控制加熱和冷卻；以及熱交換器，其連接至所述冷卻管線，從而使所述冷卻劑在所述冷卻管線中循環(huán)，其根據(jù)模式而選擇性地使用由所述電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱以改變所述冷卻劑的溫度，并且其連接至所述空調(diào)組件的所述制冷劑管線，從而使得流入的制冷劑與所述冷卻劑進(jìn)行熱交換。所述空調(diào)組件可以包括HVAC (加熱、通風(fēng)和空調(diào))模塊，其設(shè)置有蒸發(fā)器和所述蒸發(fā)器中的開啟/閉合門，其中，所述開啟/閉合門根據(jù)加熱、冷卻和除濕模式而選擇性地閉合，從而將穿過所述蒸發(fā)器的外部空氣供給至內(nèi)部冷凝器和PTC加熱器；壓縮機(jī)，其通過制冷劑管線連接至所述蒸發(fā)器，并壓縮氣態(tài)制冷劑；存蓄器(accumulator)，其設(shè)置在所述壓縮機(jī)與所述蒸發(fā)器之間的制冷劑管線上，并其向所述壓縮機(jī)供給氣態(tài)制冷劑；外部冷凝器，其設(shè)置于所述車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，連接至所述制冷劑管線，并使制冷劑冷凝；第一閥，其根據(jù)所述車輛的模式而選擇性地向所述內(nèi)部冷凝器或所述外部冷凝器供給從所述壓縮機(jī)排出的制冷劑；第一膨脹閥，其接收經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑，從而使該制冷劑膨脹；第二閥，其選擇性地向所述外部冷凝器或所述熱交換器供給來自所述第一膨脹閥的經(jīng)膨脹的制冷劑；第三閥，其選擇性地向所述蒸發(fā)器或所述存蓄器供給經(jīng)過所述外部冷凝器或所述熱交換器的制冷劑；以及第二膨脹閥，其連接所述蒸發(fā)器和所述第三閥，并且使通過所述第三閥供給的制冷劑膨脹。
在連接所述壓縮機(jī)與所述第一閥的制冷劑管線上設(shè)置壓力傳感器。所述第一閥、第二閥和第三閥為三通閥類型。所述冷卻組件和所述空調(diào)組件分別連接至控制器，從而通過所述控制器的控制信號(hào)進(jìn)行操作。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，提供了一種用于車輛的熱泵系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法用于熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)可以包括冷卻組件，其連接至控制器，并可包括散熱器、水泵和電子設(shè)備，所述散熱器、水泵和電子設(shè)備中的每一個(gè)均通過冷卻管線連接；空調(diào)組件，其通過制冷劑管線連接，并包括可具有多個(gè)閥的HVAC (加熱、通風(fēng)和空調(diào))模塊、膨脹閥、壓縮機(jī)、存蓄器、蒸發(fā)器、外部冷凝器、內(nèi)部冷凝器、PTC加熱器和開啟/閉合門；以及熱交換器，其連接至所述冷卻管線和所述制冷劑管線，并用于根據(jù)使用者的選擇來運(yùn)行加熱模式、冷卻模式和除濕模式，其中，在所述加熱模式的過程中，所述冷卻組件通過由所述
電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱使供給至所述熱交換器的冷卻劑的溫度升高，并通過與經(jīng)由所述制冷劑管線而供給至所述熱交換器的制冷劑進(jìn)行熱交換而使制冷劑的溫度升高；通過開啟第三閥，所述空調(diào)組件使被所述熱交換器加熱的制冷劑經(jīng)由所述制冷劑管線而經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機(jī)，從而通過第一閥的操作向所述HAVC模塊的內(nèi)部冷凝器供給所述制冷劑；通過第二閥的操作將經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑通過第一膨脹閥在已膨脹狀況下供給至所述熱交換器；并且與PTC加熱器的操作協(xié)同操作，將所述開啟/閉合門開啟，從而使得經(jīng)過所述HAVC模塊的蒸發(fā)器的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器，并且流入的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器以加熱所述車輛的內(nèi)部空間。在所述冷卻模式下，在所述散熱器通過冷卻風(fēng)扇的操作而使流入的冷卻劑冷卻的狀況下，通過冷卻組件開啟水泵，從而向所述熱交換器供給冷卻劑并冷卻所述電子設(shè)備，并通過根據(jù)預(yù)定的條件與低溫冷卻劑進(jìn)行熱交換來冷卻制冷劑；通過空調(diào)組件操作第三閥，從而將經(jīng)膨脹的制冷劑供給至所述蒸發(fā)器，從而使得經(jīng)過所述外部冷凝器而冷卻的所述低溫制冷劑供給至所述第二膨脹閥，所述第二膨脹閥連接至所述HAVC模塊的所述蒸發(fā)器，其中，通過在所述蒸發(fā)器中與外部空氣進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機(jī)，從而被壓縮；操作第一閥開啟連接至所述外部冷凝器的制冷劑管線，從而使得經(jīng)壓縮的制冷劑供給至所述外部冷凝器；和將所述開啟/閉合門閉合，從而使得所述外部空氣經(jīng)過所述蒸發(fā)器，從而被供給至所述蒸發(fā)器的制冷劑冷卻，并將所述外部空氣直接供給至車輛的內(nèi)部空間，并使得所述經(jīng)冷卻的外部空氣并不供給至所述內(nèi)部冷凝器。在所述除濕模式下，通過所述冷卻組件的冷卻風(fēng)扇的操作，將供給至所述散熱器的冷卻劑冷卻，通過所述水泵的操作使所述電子設(shè)備冷卻，將冷卻劑供給至所述熱交換器，并通過與供給至所述熱交換器的冷卻劑進(jìn)行熱交換而使制冷劑冷卻；通過所述空調(diào)組件開啟所述第三閥，從而使得在經(jīng)過所述熱交換器時(shí)被冷卻的冷卻劑供給至連接至所述HAVC的蒸發(fā)器的第二膨脹閥，從而使得經(jīng)膨脹的制冷劑供給至所述蒸發(fā)器，其中，通過在所述蒸發(fā)器中與外部空氣進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)的制冷劑經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機(jī)，從而被壓縮；操作所述第一閥以開啟連接至所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑管線，從而使得經(jīng)壓縮的制冷劑供給至所述內(nèi)部冷凝器；操作所述第二閥，從而將經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑通過所述第一膨脹閥在已膨脹條件下供給至所述熱交換器；將所述開啟/閉合門開啟，從而使得經(jīng)過所述HAVC模塊的蒸發(fā)器的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器，并且流入的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述PTC加熱器，從而使車輛的內(nèi)部空間除濕。在所述除濕模式下，所述控制器對(duì)所述第一膨脹閥和所述第二膨脹閥的開度進(jìn)行控制，從而控制制冷劑的膨脹率。在所述加熱模式、冷卻模式和除濕模式下，所述控制器根據(jù)由所述電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱的溫度以及所述冷卻劑和所述制冷劑的溫度來控制所述冷卻風(fēng)扇的操作動(dòng)力和所述水泵的流量。所述熱泵系統(tǒng)的控制方法可進(jìn)一步包括第四閥，所述第四閥設(shè)置成根據(jù)加熱模式和除濕模式而使冷卻劑繞過所述散熱器。在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法中，應(yīng)用作為熱交換組件的使用冷卻劑的熱交換器，并使用來自電子設(shè)備的廢熱源，從而與制冷劑進(jìn)行熱交換，以提高加熱性能、加熱效率和除濕性能，并防止在寒冷天氣中在 外部冷凝器上的積霜。并且，在所述加熱模式中，在極寒冷天氣中的怠速條件下和行駛條件下，整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)地隨著所述PTC加熱器的操作而進(jìn)行操作，以防止動(dòng)力使用量的增加，從而使加熱負(fù)荷降低，以增加使用相同動(dòng)力時(shí)的車輛的行駛距離。另外，在車輛的冷卻模式下，所述系統(tǒng)維持通過外部冷凝器的空氣冷卻型的空調(diào)條件，從而提高冷卻性能，并且所述第一閥、第二閥和第三閥均為三通閥，以減少頻繁的開啟/閉合操作，從而使得噪音和振動(dòng)可得以降低。通過納入本文的附圖以及隨后與附圖一起用于說明本發(fā)明的某些原理的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的方法和裝置所具有的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚或更為具體地得以闡明。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的方框圖。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的操作狀態(tài)。圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的冷卻模式狀態(tài)。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的除濕模式狀態(tài)。應(yīng)當(dāng)了解，所附附圖并非按比例地顯示了本發(fā)明的基本原理的圖示性的各種特征的略微簡(jiǎn)化的畫法。本文所公開的本發(fā)明的具體設(shè)計(jì)特征包括例如具體尺寸、方向、位置和外形將部分地由具體所要應(yīng)用和使用的環(huán)境來確定。在這些圖形中，貫穿附圖的多幅圖形，附圖標(biāo)記引用本發(fā)明的同樣的或等同的部分。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方式詳細(xì)地作出引用，這些實(shí)施方式的實(shí)例被顯示在附圖中并描述如下。盡管本發(fā)明將與示例性實(shí)施方式相結(jié)合進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實(shí)施方式。相反，本發(fā)明旨在不但覆蓋這些示例性實(shí)施方式，而且覆蓋可以被包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種選擇形式、修改形式、等價(jià)形式及其它實(shí)施方式。。下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。圖I為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的方框圖。參考附圖，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)100及其控制方法使用電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱，改進(jìn)加熱性能和除濕性能，防止在低溫下在外部冷凝器上的積霜，并在同時(shí)增加行駛距離。而且，降低了在車輛的加熱模式下可能產(chǎn)生的加熱負(fù)荷，從而增加了使用相同燃料量的車輛的總行駛距離。為了該目的，如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)100包括冷卻組件110和空調(diào)組件150，所述冷卻組件110設(shè)置于車輛中，從而通過冷卻管 線(下文中記為“C. L”)將冷卻劑供給并循環(huán)至混合動(dòng)力車輛中的電子設(shè)備111和發(fā)動(dòng)機(jī)，而所述空調(diào)組件150連接至制冷劑管線(下文中記為“R. L”)，從而控制車輛的內(nèi)部艙室的加熱和冷卻。在這個(gè)示例性實(shí)施方式中，冷卻組件110包括散熱器115和冷卻風(fēng)扇117，所述散熱器115設(shè)置于車輛前部，從而通過水泵113沿著冷卻管線(C. L)循環(huán)冷卻劑，并通過與外部空氣進(jìn)行熱交換而使冷卻劑冷卻，而所述冷卻風(fēng)扇117設(shè)置于散熱器115的后面。同時(shí)，熱泵系統(tǒng)100包括熱交換器130，所述熱交換器130設(shè)置于電子設(shè)備111和散熱器115之間，分別連接至冷卻管線(C. L)和制冷劑管線(R. L)。熱交換器130連接至冷卻管線(C. L)從而循環(huán)冷卻劑，并根據(jù)加熱模式、冷卻模式和除濕模式而選擇性地使用由電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱源以改變冷卻劑的溫度，從而使得通過制冷劑管線(R. L)供給的制冷劑與冷卻劑進(jìn)行熱交換。也就是說，熱交換器130可以是水冷卻型的，其使用冷卻劑從而與制冷劑進(jìn)行熱交換。 熱交換器130包括溫度傳感器，所述溫度傳感器設(shè)置于所述熱交換器130內(nèi)，并且該溫度傳感器能夠檢測(cè)冷卻劑和制冷劑的溫度。在這個(gè)示例性實(shí)施方式中，空調(diào)組件150包括HVAC模塊(加熱、通風(fēng)和空調(diào)，151)，壓縮機(jī)161、存蓄器(accumulator) 163、外部冷凝器164、第一閥165、第二閥167和第三閥169，以及第一膨脹閥171和第二膨脹閥173，并且對(duì)它們的描述如下。首先，HVAC模塊151包括蒸發(fā)器157和內(nèi)部冷凝器153，所述蒸發(fā)器157將空氣冷卻，而所述內(nèi)部冷凝器153將經(jīng)過蒸發(fā)器157的空氣加熱，并且在HVAC模塊151中設(shè)置開啟/閉合門159，其中對(duì)開啟/閉合門159進(jìn)行控制，從而使得經(jīng)過蒸發(fā)器157的外部空氣根據(jù)冷卻、加熱和除濕模式而選擇性地供給至內(nèi)部冷凝器153和PTC加熱器155。也就是說，在車輛的加熱模式下，將開啟/閉合門159開啟，從而使得經(jīng)過蒸發(fā)器157的外部空氣供給至內(nèi)部冷凝器153和PTC加熱器155，并將門159閉合從而使得經(jīng)過蒸發(fā)器157的外部空氣供給至車輛的內(nèi)部空間。在本示例性實(shí)施方式中，壓縮機(jī)161通過制冷劑管線(R. L)連接至蒸發(fā)器157，從而壓縮氣態(tài)制冷劑。同時(shí)，存蓄器163設(shè)置于壓縮機(jī)161與蒸發(fā)器157之間的制冷劑管線(R. L)上，在其中存儲(chǔ)液態(tài)制冷劑，并向壓縮機(jī)161供給氣態(tài)制冷劑，從而提高壓縮機(jī)161的效率和耐久性。外部冷凝器164設(shè)置于車輛的散熱器的前側(cè)，以便連接至制冷劑管線(R. L)，并且接收從壓縮機(jī)161排出的制冷劑，從而使制冷劑冷凝。在這個(gè)示例性實(shí)施方式中，第一閥165根據(jù)所述車輛的模式而選擇性地向內(nèi)部冷凝器153或外部冷凝器供給從壓縮機(jī)161排出的制冷劑。第一膨脹閥171通過制冷劑管線(R. L)接收經(jīng)過內(nèi)部冷凝器153的制冷劑，并使所述制冷劑膨脹。在此，壓力傳感器175設(shè)置于壓縮機(jī)161與第一閥165之間的制冷劑管線(R. L)上，并且壓力傳感器175檢測(cè)從壓縮機(jī)161排出的經(jīng)壓縮的制冷劑的壓力。
第二閥167選擇性地向外部冷凝器164和熱交換器130供給通過第一膨脹閥171而膨脹的制冷劑。第三閥169選擇性地向蒸發(fā)器157或存蓄器163供給經(jīng)過熱交換器130或外部冷凝器164的制冷劑。同時(shí)，第二膨脹閥173設(shè)置于蒸發(fā)器157和第三閥169之間，從而使流入的制冷劑膨脹，并通過第三閥169向蒸發(fā)器157供給經(jīng)膨脹的制冷劑。在此，第一閥165用于將制冷劑導(dǎo)向至內(nèi)部冷凝器153或熱交換器130，第二閥167用于將制冷劑導(dǎo)向至熱交換器130或外部冷凝器164，而第三閥169用于將制冷劑導(dǎo)向至存蓄器163或第二膨脹閥173，其中閥165、167和169均可為選擇性地連接制冷劑管線(R. L)的三通閥。具有上述構(gòu)造的冷卻組件110和空調(diào)組件150分別與控制器180連接，從而通過控制器180的控制信號(hào)進(jìn)行操作。也就是說，控制器180根據(jù)加熱模式、冷卻模式和除濕模式以及從熱交換器130的溫度傳感器輸出的信號(hào)來控制冷卻風(fēng)扇117和冷卻組件110的水泵113。而且，控制器180根據(jù)車輛的模式來控制空調(diào)組件150中的HVAC模塊151的開啟/閉合門159，并同時(shí)控制第一閥165、第二閥167和第三閥169，并且控制第一膨脹閥171和第二膨脹閥173，從而控制制冷劑的膨脹量。在下文中，參照?qǐng)D2至圖4，將討論根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的操作以及控制方法。圖2至圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的加熱模式、冷卻模式和除濕模式的操作狀態(tài)。在此，可通過使用者的選擇或自動(dòng)控制來操作熱泵系統(tǒng)100的加熱模式、冷卻模式和除濕模式。首先，參照?qǐng)D2，將說明熱泵系統(tǒng)100的加熱模式。參照?qǐng)D2，在加熱模式中，冷卻組件110通過利用電子設(shè)備111的廢熱源來加熱冷卻劑，并向連接至冷卻管線(C. L)的熱交換器130供給經(jīng)加熱的冷卻劑。在此情況下，冷卻風(fēng)扇117可以停止或者在低速下操作，從而延遲或防止供給至散熱器117的冷卻劑冷卻。在這樣的條件下，熱交換器130通過與經(jīng)由制冷劑管線(R. L)供給的冷卻劑進(jìn)行熱交換，而升高冷卻劑的溫度。在此，控制器180通過設(shè)置在熱交換器130中的溫度傳感器檢測(cè)冷卻劑和制冷劑的溫度，并根據(jù)來自電子設(shè)備111的廢熱的溫度、冷卻劑的溫度和制冷劑的溫度來控制水泵113和冷卻風(fēng)扇117的操作水平。同時(shí)，空調(diào)組件150控制第三閥169，從而通過制冷劑管線(R. L)向存蓄器163和壓縮機(jī)161供給冷卻劑，該冷卻劑在熱交換器中被冷卻劑加熱。相應(yīng)地，制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)161，從而被壓縮成具有高溫高壓的氣體狀態(tài)，通過開啟連接至內(nèi)部冷凝器153的制冷劑管線(R. L)上的第一閥165，將所述制冷劑供給至內(nèi)部冷凝器153。在此，設(shè)置在壓縮機(jī)161與第一閥165之間的制冷劑管線(R. L)上的壓力傳感器175測(cè)量從壓縮機(jī)161排出的冷卻劑的壓力，從而將測(cè)得的值傳輸至控制器180。
控制器180根據(jù)由壓力傳感器175測(cè)得的值來檢測(cè)冷卻劑的壓力，從而根據(jù)所要求的車輛條件來控制第一閥165的開度。經(jīng)過內(nèi)部冷凝器153的冷卻劑通過第一膨脹閥171而膨脹，從而沿著制冷劑管線(R. L)流動(dòng)，通過第二閥167的操作而供給至熱交換器130，并且通過如上所述的操作而在制冷劑管線(R.L)中循環(huán)。也就是說，如果在加熱模式下將高溫高壓的氣態(tài)制冷劑供給至內(nèi)部冷凝器153，則控制器180使開啟/閉合門159開啟，從而使得經(jīng)過HVAC模塊151的蒸發(fā)器157的外部空氣供給至內(nèi)部冷凝器153。由此，當(dāng)流入的外部空氣經(jīng)過并未向其中供給制冷劑的蒸發(fā)器時(shí)，外部空氣不會(huì)被蒸發(fā)器157冷卻，而是被供給至內(nèi)部冷凝器153，從而被內(nèi)部冷凝器153加熱，并在PTC加熱器155的選擇操作的同時(shí)而將經(jīng)加熱的外部空氣供給至車輛的內(nèi)部空間。參照?qǐng)D3，將在這個(gè)示例性實(shí)施方式中說明熱泵系統(tǒng)100的冷卻模式的操作及其控制方法。首先，如圖3所示，在冷卻模式中，冷卻組件110通過控制器180來操作冷卻風(fēng)扇117，從而使在散熱器115中循環(huán)的冷卻劑冷卻。在此過程中，冷卻風(fēng)扇117在最大速度下操作，從而使在散熱器115中循環(huán)的冷卻劑有效地冷卻。在這樣的條件下，用水泵115使經(jīng)冷卻的冷卻劑通過冷卻管線(C. L)循環(huán)，從而冷卻電子設(shè)備111。在此，控制器180通過設(shè)置于熱交換器130中的溫度傳感器來檢測(cè)冷卻劑的溫度，根據(jù)電子設(shè)備111的廢熱源的溫度以及冷卻劑的溫度來控制水泵113的流量或者控制冷卻風(fēng)扇117的流量。同時(shí)，空調(diào)組件150控制第一閥165開啟連接至外部冷凝器164的制冷劑管線(R. L)，從而使得從壓縮機(jī)161排出的制冷劑供給至外部冷凝器164，從而被冷凝。在此過程中，外部冷凝器164設(shè)置于散熱器115的前側(cè)，所述散熱器115設(shè)置于車輛的前側(cè)，因此，吹入車輛前側(cè)的風(fēng)使在冷凝器164中循環(huán)的冷卻劑冷卻并冷凝，而該風(fēng)由冷卻風(fēng)扇117形成。其后，控制器180控制第三閥169開啟制冷劑管線(R. L)，從而使得經(jīng)過外部冷凝器164的制冷劑供給至第二膨脹閥173，所述第二膨脹閥173連接至HAVC模塊151的蒸發(fā)器。流動(dòng)至第二膨脹閥175的低溫冷卻劑膨脹，從而通過制冷劑管線(R. L)供給至蒸發(fā)器157。接著，制冷劑通過與外部空氣進(jìn)行熱交換而在蒸發(fā)器157中蒸發(fā)，并沿著制冷劑管線(R. L)經(jīng)過存蓄器163和壓縮機(jī)161，從而被壓縮。將第一閥165開啟，從而開啟連接至外部冷凝器164的制冷劑管線(R. L)，從而使得通過上述過程被壓縮的冷卻劑流入外部冷凝器164中，并在重復(fù)如上所述的操作時(shí)在制冷劑管線(R.L)中循環(huán)。在此，流入HVAC模塊151的外部空氣經(jīng)過蒸發(fā)器157，從而被流入蒸發(fā)器157的 低溫制冷劑冷卻。開啟/閉合門159閉合連接至內(nèi)部冷凝器153的通道，而經(jīng)冷卻的外部空氣不經(jīng)過內(nèi)部冷凝器153和PTC加熱器155，從而使得經(jīng)冷卻的外部空氣直接供給至車輛的內(nèi)部空間。熱泵系統(tǒng)100的除濕模式將參照?qǐng)D4進(jìn)行描述。首先，如圖4所示，在除濕模式中，冷卻組件110通過控制器180來控制冷卻風(fēng)扇117的操作，并控制冷卻風(fēng)扇117來冷卻流入散熱器115的冷卻劑。在此這樣的件下，經(jīng)冷卻的冷卻劑通過水泵115的操作而在冷卻管線(C. L)中循環(huán)，從而冷卻電子設(shè)備111，并供給至熱交換器130，而流入熱交換器130的冷卻劑通過熱交換使制冷劑冷卻。在此，控制器180通過設(shè)置于熱交換器130中的溫度傳感器來檢測(cè)冷卻劑的溫度，根據(jù)電子設(shè)備111的廢熱源的溫度、冷卻劑的溫度以及冷卻劑的壓力來控制水泵113的流量或者控制冷卻風(fēng)扇117的流量?？照{(diào)組件150操作第三閥169開啟制冷劑管線(R. L)，從而使得被熱交換器130的低溫冷卻劑冷卻的低溫制冷劑供給至第二膨脹閥173，所述第二膨脹閥173連接至HAVC模塊151的蒸發(fā)器157。由此，流入第二膨脹閥173的低溫制冷劑膨脹，從而通過制冷劑管線(R. L)供給至蒸發(fā)器157。其后，制冷劑通過在蒸發(fā)器157中與外部空氣進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)，并且通過制冷劑管線(R. L)而經(jīng)過存蓄器163和壓縮機(jī)161，從而被壓縮成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑。通過第一閥165來開啟連接至內(nèi)部冷凝器153的制冷劑管線(R. L)，從而使得經(jīng)壓縮的氣態(tài)制冷劑供給至內(nèi)部冷凝器153。在此，設(shè)置在壓縮機(jī)161與第一閥165之間的制冷劑管線(R. L)上的壓力傳感器175檢測(cè)從壓縮機(jī)161排出的制冷劑的壓力，從而將該值輸出至控制器180。控制器180使用通過壓力傳感器175測(cè)得的值來檢測(cè)制冷劑壓力，并根據(jù)所要求的車輛條件來控制第一閥165的開度。經(jīng)過內(nèi)部冷凝器153的制冷劑通過第一膨脹閥171而膨脹，從而通過開啟第二閥167而通過連接至熱交換器130的制冷劑管線(R. L)供給至熱交換器130，并且在重復(fù)上述過程時(shí)在制冷劑管線(R. L)中循環(huán)。
在此情況下，控制器180對(duì)第一膨脹閥171和第二膨脹閥173的開度進(jìn)行控制，從而控制制冷劑的膨脹率。在此，流入HVAC模塊151的外部空氣經(jīng)過蒸發(fā)器157，從而被流入蒸發(fā)器157的低溫制冷劑冷卻。在此情況下，開啟/閉合門159將連接至內(nèi)部冷凝器153的部分開啟，從而使得經(jīng)冷卻的外部空氣經(jīng)過內(nèi)部冷凝器153，流入的外部空氣經(jīng)過蒸發(fā)器157從而被除濕并通過內(nèi)部冷凝器153而被加熱，而經(jīng)除濕的外部空氣流入車輛，以使其內(nèi)部空間除濕。同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法中，以在加熱模式中用外部空氣來操作PTC加熱器155作為示例性實(shí)施方式而進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不限于此，并且PTC加熱器155可選擇性地根據(jù)使用者的加熱溫度設(shè)置而進(jìn)行操作。
相應(yīng)地，在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)100及控制方法中，應(yīng)用了作為熱交換組件的使用冷卻劑的熱交換器，并使用來自電子設(shè)備111的廢熱源，從而與所述制冷劑進(jìn)行熱交換，進(jìn)而提高加熱性能、加熱效率和除濕性能，并防止在寒冷天氣中在外部冷凝器上的積霜。并且，在所述加熱模式中，在極寒冷天氣中的怠速條件下和行駛條件下，整個(gè)系統(tǒng)同時(shí)地隨著所述PTC加熱器155的操作而進(jìn)行操作，以防止動(dòng)力使用量的增加，從而使加熱負(fù)荷降低，以增加使用相同動(dòng)力時(shí)的車輛的行駛距離。另外，在車輛的冷卻模式下，通過低溫制冷劑來使冷卻劑冷卻，從而能夠提高冷卻性能，并且所述第一閥、第二閥和第三閥(165、167和169)均為三通閥，以減少頻繁的開啟/閉合操作，從而使得噪音和振動(dòng)可得以降低。并且，使用冷卻劑作為熱交換器130中的熱交換組件，從而簡(jiǎn)化了相應(yīng)地組成元件的結(jié)構(gòu)，并在同時(shí)使用一個(gè)散熱器115來冷卻電子設(shè)備，從而使得整個(gè)系統(tǒng)縮小了，并且散熱器115的效率得以提高。參照?qǐng)D4，熱泵系統(tǒng)的控制方法包括第四閥190，所述第四閥設(shè)置成根據(jù)加熱模式和除濕模式而使冷卻劑繞過所述散熱器。同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的用于車輛的熱泵系統(tǒng)及控制方法中，提供了第一閥、第二閥和第三閥作為示例性實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于此，并且可在冷卻管線和制冷劑管線上應(yīng)用單獨(dú)的二通閥，從而控制流量或者使操作流體、冷卻劑或制冷劑繞流。為了便于在所附權(quán)利要求中解釋和精確定義，術(shù)語“上”、“下”、“內(nèi)”和“外”用于
參考在圖中所示的示例性實(shí)施方式的特征的位置來對(duì)這些特征進(jìn)行描述。前面對(duì)本發(fā)明具體示例性實(shí)施方式所呈現(xiàn)的描述是出于說明和描述的目的。前面的描述并不想要成為毫無遺漏的，也不是想要把本發(fā)明限制為所公開的精確形式，顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)很多改變和變化都是可能的。選擇示例性實(shí)施方式并進(jìn)行描述是為了解釋本發(fā)明的特定原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使得本領(lǐng)域的其它技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)并利用本發(fā)明的各種示例性實(shí)施方式及其各種選擇形式和修改形式。本發(fā)明的范圍意在由所附權(quán)利要求書及其等效形式所限定。
權(quán)利要求
1.一種熱泵系統(tǒng)，其包括 冷卻組件，其設(shè)置在車輛上，從而通過冷卻管線將冷卻劑循環(huán)至電子設(shè)備，其中所述冷卻組件包括散熱器和冷卻風(fēng)扇，所述散熱器設(shè)置在所述車輛的前側(cè)，使用水泵以通過所述冷卻管線循環(huán)冷卻劑，并通過與外部空氣的熱交換來冷卻所供給的冷卻劑，而所述冷卻風(fēng)扇使風(fēng)吹過所述散熱器； 空調(diào)組件，其連接至制冷劑管線，所述制冷劑管線連接至所述冷卻組件，從而控制加熱和冷卻；以及 熱交換器，其連接至所述冷卻管線，從而使所述冷卻劑在所述冷卻管線中循環(huán)，其根據(jù)模式而選擇性地使用由所述電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱以改變所述冷卻劑的溫度，并且其連接至所述空調(diào)組件的所述制冷劑管線，從而使得流入的制冷劑與所述冷卻劑進(jìn)行熱交換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵系統(tǒng)，其中所述空調(diào)組件包括 HVAC (加熱、通風(fēng)和空調(diào))模塊，其設(shè)置有蒸發(fā)器和所述蒸發(fā)器中的開啟/閉合門，其中，所述開啟/閉合門根據(jù)加熱、冷卻和除濕模式而選擇性地閉合，從而將穿過所述蒸發(fā)器的外部空氣供給至內(nèi)部冷凝器和PTC加熱器； 壓縮機(jī)，其通過制冷劑管線連接至所述蒸發(fā)器，并壓縮氣態(tài)制冷劑； 存蓄器，其設(shè)置在所述壓縮機(jī)與所述蒸發(fā)器之間的制冷劑管線上，并其向所述壓縮機(jī)供給氣態(tài)制冷劑； 外部冷凝器，其設(shè)置于所述車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，連接至所述制冷劑管線，并使制冷劑冷凝; 第一閥，其根據(jù)所述車輛的模式而選擇性地向所述內(nèi)部冷凝器或所述外部冷凝器供給從所述壓縮機(jī)排出的制冷劑； 第一膨脹閥，其接收經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑，從而使該制冷劑膨脹； 第二閥，其選擇性地向所述外部冷凝器或所述熱交換器供給來自所述第一膨脹閥的經(jīng)膨脹的制冷劑； 第三閥，其選擇性地向所述蒸發(fā)器或所述存蓄器供給經(jīng)過所述外部冷凝器或所述熱交換器的制冷劑；以及 第二膨脹閥，其連接所述蒸發(fā)器和所述第三閥，并且使通過所述第三閥供給的制冷劑膨脹。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵系統(tǒng)，其中在連接所述壓縮機(jī)與所述第一閥的制冷劑管線上設(shè)置壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱泵系統(tǒng)，其中所述第一閥、第二閥和第三閥為三通閥類型。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵系統(tǒng)，其中所述冷卻組件和所述空調(diào)組件分別連接至控制器，從而通過所述控制器的控制信號(hào)進(jìn)行操作。
6.一種用于車輛的熱泵系統(tǒng)的控制方法，所述控制方法用于熱泵系統(tǒng)，所述熱泵系統(tǒng)包括 冷卻組件，其連接至控制器，并包括散熱器、水泵和電子設(shè)備，所述散熱器、水泵和電子設(shè)備中的每一個(gè)均通過冷卻管線連接； 空調(diào)組件，其通過制冷劑管線連接，并包括具有多個(gè)閥的HVAC (加熱、通風(fēng)和空調(diào))模塊、膨脹閥、壓縮機(jī)、存蓄器、蒸發(fā)器、外部冷凝器、內(nèi)部冷凝器、PTC加熱器和開啟/閉合門；以及 熱交換器，其連接至所述冷卻管線和所述制冷劑管線，并用于根據(jù)使用者的選擇來運(yùn)行加熱模式、冷卻模式和除濕模式， 其中，在所述加熱模式的過程中， 所述冷卻組件通過由所述電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱使供給至所述熱交換器的冷卻劑的溫度升高，并通過與經(jīng)由所述制冷劑管線而供給至所述熱交換器的制冷劑進(jìn)行熱交換而使制冷劑的溫度升高； 通過開啟第三閥，所述空調(diào)組件使被所述熱交換器加熱的制冷劑經(jīng)由所述制冷劑管線而經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機(jī)，從而通過第一閥的操作向所述HAVC模塊的內(nèi)部冷凝器供給所述制冷劑； 通過第二閥的操作將經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑通過第一膨脹閥在已膨脹條件下供給至所述熱交換器；并且 與PTC加熱器的操作協(xié)同操作，將所述開啟/閉合門開啟，從而使得經(jīng)過所述HAVC模塊的蒸發(fā)器的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器，并且流入的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器以加熱所述車輛的內(nèi)部空間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的控制方法，其中在所述冷卻模式下， 在所述散熱器通過冷卻風(fēng)扇的操作而使流入的冷卻劑冷卻的條件下，通過冷卻組件操作所述水泵，從而向所述熱交換器供給冷卻劑并冷卻所述電子設(shè)備，并且通過根據(jù)預(yù)定的條件與低溫冷卻劑進(jìn)行熱交換來冷卻制冷劑； 通過所述空調(diào)組件操作所述第三閥，以便將經(jīng)膨脹的制冷劑供給至所述蒸發(fā)器，從而使得經(jīng)過所述外部冷凝器而冷卻的低溫制冷劑供給至第二膨脹閥，所述第二膨脹閥連接至所述HAVC模塊的蒸發(fā)器，其中，通過在所述蒸發(fā)器中與外部空氣進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)的制冷劑經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機(jī)，從而被壓縮； 操作所述第一閥以開啟連接至所述外部冷凝器的制冷劑管線，從而使得經(jīng)壓縮的制冷劑供給至所述外部冷凝器；并且 將所述開啟/閉合門閉合，從而使得外部空氣經(jīng)過所述蒸發(fā)器，以被供給至所述蒸發(fā)器的制冷劑冷卻，并將外部空氣直接供給至車輛的內(nèi)部空間，并使得經(jīng)冷卻的外部空氣并不供給至所述內(nèi)部冷凝器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的控制方法，其中在所述除濕模式下， 通過所述冷卻組件的冷卻風(fēng)扇的操作，將供給至所述散熱器的冷卻劑冷卻，通過所述水泵的操作使所述電子設(shè)備冷卻，將冷卻劑供給至所述熱交換器，并通過與供給至所述熱交換器的冷卻劑進(jìn)行熱交換而使制冷劑冷卻； 通過所述空調(diào)組件開啟所述第三閥，從而使得在經(jīng)過所述熱交換器時(shí)被冷卻的冷卻劑供給至連接至所述HAVC的蒸發(fā)器的第二膨脹閥，從而使得經(jīng)膨脹的制冷劑供給至所述蒸發(fā)器，其中，通過在所述蒸發(fā)器中與外部空氣進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)的制冷劑經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機(jī)，從而被壓縮； 操作所述第一閥以開啟連接至所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑管線，從而使得經(jīng)壓縮的制冷劑供給至所述內(nèi)部冷凝器；和操作所述第二閥，從而將經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的制冷劑通過所述第一膨脹閥在已膨脹條件下供給至所述熱交換器， 將所述開啟/閉合門開啟，從而使得經(jīng)過所述HAVC模塊的蒸發(fā)器的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器，并且流入的外部空氣經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述PTC加熱器，從而使車輛的內(nèi)部空間除濕。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的控制方法，其中在所述除濕模式下，所述控制器對(duì)所述第一膨脹閥和所述第二膨脹閥的開度進(jìn)行控制，從而控制制冷劑的膨脹率。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的控制方法，其中在所述加熱模式、冷卻模式和除濕模式下，所述控制器根據(jù)由所述電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱的溫度以及所述冷卻劑和所述制冷劑的溫度來控制所述冷卻風(fēng)扇的操作動(dòng)力和所述水泵的流量。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱泵系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括第四閥，所述第四閥設(shè)置成根據(jù)加熱模式和除濕模式而使冷卻劑繞過所述散熱器。
全文摘要
一種用于車輛的熱泵系統(tǒng)，其可以包括冷卻組件，其設(shè)置在車輛上，從而通過冷卻管線將冷卻劑循環(huán)至電子設(shè)備，其中冷卻組件包括散熱器和冷卻風(fēng)扇，該散熱器設(shè)置在車輛的前側(cè)，使用水泵以通過所述冷卻管線循環(huán)冷卻劑，并通過與外部空氣的熱交換來冷卻所供給的冷卻劑，而所述冷卻風(fēng)扇使風(fēng)吹過所述散熱器；空調(diào)組件，其連接至制冷劑管線，所述制冷劑管線連接至所述冷卻組件，從而控制加熱和冷卻；以及熱交換器，其連接至所述冷卻管線，從而使所述冷卻劑在所述冷卻管線中循環(huán)，其根據(jù)模式而選擇性地使用由所述電子設(shè)備產(chǎn)生的廢熱以改變所述冷卻劑的溫度，并且其連接至所述空調(diào)組件的所述制冷劑管線，從而使得流入的制冷劑與所述冷卻劑進(jìn)行熱交換。
文檔編號(hào)B60H1/00GK102840710SQ201210208829
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者崔龍鉉, 金載然, 車龍雄, 趙完濟(jì), 樸重夏, 金在山, 樸萬熙 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社, 起亞自動(dòng)車株式會(huì)社