車用空調(diào)裝置、車輛空調(diào)用加熱器及車輛的空調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車用空調(diào)裝置、車輛空調(diào)用加熱器及車輛的空調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力汽車(Hybrid Electric Vehicle:HEV)及插電式混合動力汽車(Plug-1nHybrid Electric Vehicle:PHEV)除搭載有作為內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)外，還搭載有直流電源、變頻器及由變頻器驅(qū)動的馬達(dá)等各種車輛用設(shè)備。
[0003]這種車輛除需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行冷卻外，還需要對包含功率元件在內(nèi)的車輛用變頻器等進(jìn)行冷卻，該冷卻系統(tǒng)獨立。此外，無需發(fā)動機(jī)的電動汽車(Electric Vehicle:EV)中，變頻器的冷卻和的系統(tǒng)獨立。如果冷卻系統(tǒng)獨立，則零件數(shù)量增加，導(dǎo)致成本上升。
[0004]另外，變頻器冷卻水的溫度上限由構(gòu)成功率元件的半導(dǎo)體(硅:Si)的熱損失、耐熱性及冷卻結(jié)構(gòu)等決定。采用由Si構(gòu)成的普通功率元件時，需要抑制溫度上升，例如將溫度抑制在65°C左右以下。
[0005]專利文獻(xiàn)1已公示一種由SiC功率元件構(gòu)成的變頻器裝置，所述SiC功率元件由HEV用冷卻系統(tǒng)中對冷卻發(fā)動機(jī)時的冷卻水溫度具有耐熱性的碳化硅(Silicon Carbide:SiC)組成。而且，冷卻系統(tǒng)中變頻器裝置與發(fā)動機(jī)串聯(lián)配設(shè)，發(fā)動機(jī)冷卻水被用于冷卻變頻器裝置。如此專利文獻(xiàn)1已公示有如下結(jié)構(gòu)，將由SiC功率元件構(gòu)成的變頻器(以下稱為“SiC變頻器”)和發(fā)動機(jī)的冷卻系統(tǒng)合二為一，用相同的散熱器進(jìn)行冷卻。
[0006]此外，外部空氣溫度較低時，發(fā)動機(jī)內(nèi)油粘度上升，導(dǎo)致起動動力阻力增大，發(fā)動機(jī)起動性變差。專利文獻(xiàn)1已公示有利用SiC變頻器的發(fā)熱提高發(fā)動機(jī)起動性。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本專利特許第4140562號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明要解決的問題
[0011]普通HEV及PHEV為降低油耗而采用怠速時盡量停止發(fā)動機(jī)的控制。但是，發(fā)動機(jī)排熱被用作空調(diào)用制暖熱源，因此在外部空氣溫度較低的情況下使用制暖時無法停止發(fā)動機(jī)。
[0012]專利文獻(xiàn)1雖然已公示有用發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻SiC變頻器，但是未公示有關(guān)于將SiC變頻器產(chǎn)生的熱用于空調(diào)的內(nèi)容。
[0013]本發(fā)明鑒于這些情況開發(fā)而成，其目的在于提供一種車用空調(diào)裝置、車輛空調(diào)用加熱器及車輛的空調(diào)方法，其將車輛冷卻系統(tǒng)和制暖空調(diào)的結(jié)構(gòu)合二為一，可實現(xiàn)更加高效的制暖空調(diào)。
[0014]技術(shù)方案
[0015]為解決上述課題，本發(fā)明的車用空調(diào)裝置、車輛空調(diào)用加熱器及車輛的空調(diào)方法采用以下方法。
[0016]本發(fā)明第一方式所述的車用空調(diào)裝置具備:散熱器，所述散熱器被用于冷卻車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備；加熱器芯，所述加熱器芯對送入車廂內(nèi)的空氣和熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換；流路，所述流路中流動有在所述散熱器和所述加熱器芯之間循環(huán)的所述熱介質(zhì)；以及，加熱器，所述加熱器與由高耐熱性半導(dǎo)體元件構(gòu)成的空調(diào)用功率元件形成一體，通過所述功率元件及發(fā)熱體對流向所述加熱器芯的所述熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
[0017]根據(jù)本結(jié)構(gòu)，通過加熱器芯對送入車廂內(nèi)的空氣和熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換。通過該經(jīng)過熱交換的空氣對車廂內(nèi)進(jìn)行制暖。
[0018]熱介質(zhì)在流路內(nèi)流動，在用于冷卻車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備的散熱器和加熱器芯之間循環(huán)。即，熱介質(zhì)在冷卻車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備后用散熱器散熱，并被引入加熱器芯。如此，本結(jié)構(gòu)將車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備冷卻系統(tǒng)和車用空調(diào)裝置制暖系統(tǒng)合二為一。另外，車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備例如是車輛驅(qū)動用發(fā)動機(jī)、變頻器、馬達(dá)及電池等。
[0019]而且，流向加熱器芯的熱介質(zhì)通過加熱器進(jìn)行加熱。加熱器與由高耐熱性半導(dǎo)體元件構(gòu)成的空調(diào)用功率元件形成一體，通過功率元件及發(fā)熱體對熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
[0020]另外，高耐熱性半導(dǎo)體元件例如是SiC。通過由高耐熱性半導(dǎo)體元件構(gòu)成功率元件，從而功率元件對冷卻發(fā)動機(jī)后變成高溫的熱介質(zhì)也具有耐性，且可以利用高耐熱性半導(dǎo)體元件本身產(chǎn)生的熱對熱介質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步加熱。而且，隨著對熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，高耐熱性半導(dǎo)體元件即功率元件通過熱介質(zhì)被冷卻。因此，本結(jié)構(gòu)用車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備冷卻系統(tǒng)冷卻空調(diào)用功率元件，且將該熱用于制暖空調(diào)。
[0021]此外，空調(diào)用功率元件和發(fā)熱體形成一體后構(gòu)成加熱器。因此，對熱介質(zhì)進(jìn)行加熱所需的發(fā)熱體電力與過去相比可以較少，且發(fā)熱體負(fù)載減小，所以加熱器的可靠性有所提高。另一方面，發(fā)熱體彌補僅空調(diào)用功率元件尚不充分的加熱量，因此對熱介質(zhì)進(jìn)行的加熱不會不充分。如此，本結(jié)構(gòu)的加熱器的空調(diào)用功率元件和發(fā)熱體相互彌補，因此可更加高效地對熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
[0022]如此，本結(jié)構(gòu)將車輛冷卻系統(tǒng)和制暖空調(diào)的結(jié)構(gòu)合二為一，可實現(xiàn)更加高效的制暖空調(diào)。
[0023]上述第一方式中，所述流路優(yōu)選具有旁通流路，所述旁通流路繞過車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備及所述散熱器，使所述熱介質(zhì)流向所述加熱器。
[0024]根據(jù)本結(jié)構(gòu)，通過繞過車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備及散熱器，可以使通過加熱器加熱的熱介質(zhì)優(yōu)先流向加熱器芯。如此，熱介質(zhì)在短時間內(nèi)上升，制暖的啟動性能提高。
[0025]上述第一方式中，所述加熱器優(yōu)選通過所述散熱器散熱，對流向所述加熱器芯前的所述熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
[0026]根據(jù)本結(jié)構(gòu)，便于控制熱介質(zhì)溫度，因此制暖的溫度控制變得容易。
[0027]上述第一方式中，所述加熱器優(yōu)選可通過車輛外部電源的電力運行。
[0028]根據(jù)本結(jié)構(gòu)，口在人員搭乘車輛前事先使加熱器運行后對車廂內(nèi)進(jìn)行制暖，可提高乘客的舒適性。
[0029]本發(fā)明第二方式所述的車輛空調(diào)用加熱器具備:發(fā)熱體；以及，空調(diào)用功率元件，所述空調(diào)用功率元件由高耐熱性半導(dǎo)體元件構(gòu)成，所述發(fā)熱體和所述功率元件對置且在與流動制暖空調(diào)用熱介質(zhì)的流路接觸后對所述熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
[0030]本發(fā)明第三方式所述的車輛的空調(diào)方法具備:散熱器，所述散熱器被用于冷卻車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備；加熱器芯，所述加熱器芯對送入車廂內(nèi)的空氣和熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換；以及，流路，所述流路中流動有在所述散熱器和所述加熱器芯之間循環(huán)的所述熱介質(zhì)，其中，通過由高耐熱性半導(dǎo)體元件構(gòu)成的空調(diào)用功率元件及發(fā)熱體對流向所述加熱器芯的所述熱介質(zhì)進(jìn)行加熱。
[0031]發(fā)明效果
[0032]根據(jù)本發(fā)明，具有如下的優(yōu)異效果，即將車輛冷卻系統(tǒng)和制暖空調(diào)的結(jié)構(gòu)合二為一，可實現(xiàn)更加高效的制暖空調(diào)。
【附圖說明】
[0033]圖1是本發(fā)明實施方式所述車用空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0034]圖2是本發(fā)明實施方式所述溫水加熱器的剖面圖。
[0035]圖3是本發(fā)明實施方式所述多層化溫水加熱器的剖面圖。
[0036]圖4是表示本發(fā)明實施方式所述車用空調(diào)裝置正常制暖運行的冷卻劑流向的圖。
[0037]圖5是表示本發(fā)明實施方式所述車用空調(diào)裝置旁通制暖運行的冷卻劑流向的圖。
[0038]圖6是本發(fā)明第1改進(jìn)例所述車用空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0039]圖7是本發(fā)明第2改進(jìn)例所述車用空調(diào)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0040]以下參照附圖，對本發(fā)明所述車用空調(diào)裝置、車輛空調(diào)用加熱器及車輛的空調(diào)方法的一個實施方式進(jìn)行說明。
[0041]圖1是本實施方式所述車用空調(diào)裝置10的結(jié)構(gòu)圖。
[0042]本實施方式所述車用空調(diào)裝置10搭載在混合動力汽車(Hybrid ElectricVehicle:HEV)及插電式混合動力汽車(Plug-1n Hybrid Electric Vehicle:PHEV)中。
[0043]而且，車用空調(diào)裝置10的詳情如后述所示，HVAC單元(Heating Ventilat1n andAir Condit1ning Unit) 12和車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備14的冷卻系統(tǒng)16合二為一。車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備14例如除了是車輛驅(qū)動用發(fā)動機(jī)18 (內(nèi)燃機(jī))、變頻器20外，還可以是馬達(dá)及電池等。
[0044]HVAC單元12具備:鼓風(fēng)機(jī)24，所述鼓風(fēng)機(jī)24通過內(nèi)外氣體切換風(fēng)門22將來自車廂內(nèi)的內(nèi)部空氣或來自車廂外的外部空氣切換引入，壓送到下游側(cè)；以及，車廂內(nèi)蒸發(fā)器28及加熱器芯30，所述車廂內(nèi)蒸發(fā)器28及加熱器芯30在與鼓風(fēng)機(jī)24相連的空氣流路26中從上游側(cè)到下游側(cè)依次配設(shè)。該車用空調(diào)裝置10設(shè)置在車廂側(cè)儀表盤內(nèi)，將經(jīng)由車廂內(nèi)蒸發(fā)器28及加熱器芯30調(diào)溫的空氣，從面向車廂內(nèi)開口的多個除霜出風(fēng)口 32、面部出風(fēng)口34、腳部出風(fēng)口 36的任意一個出風(fēng)。而且，根據(jù)通過出風(fēng)模式切換風(fēng)門38、40、42選擇性切換的出風(fēng)模式向車廂內(nèi)出風(fēng)，將車廂內(nèi)調(diào)節(jié)到設(shè)定溫度。
[0045]車廂內(nèi)蒸發(fā)器28對送入車廂內(nèi)的空氣和制冷劑進(jìn)行熱交換。經(jīng)熱交換冷卻的空氣根據(jù)通過出風(fēng)模式切換風(fēng)門38、40、42切換的出風(fēng)模式，從除霜出風(fēng)口 32、面部出風(fēng)口34、腳部出風(fēng)口 36的任意一個向車廂內(nèi)出風(fēng)，對車廂內(nèi)進(jìn)行制冷。另外，圖1中與車廂內(nèi)蒸發(fā)器28連接的制冷劑回路被省略。
[0046]加熱器芯30對送入車廂內(nèi)的空氣和熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換。經(jīng)熱交換加熱的空氣根據(jù)通過出風(fēng)模式切換風(fēng)門38、40、42切換的出風(fēng)模式，從除霜出風(fēng)口 32、面部出風(fēng)口 34、腳部出風(fēng)口 36的任意一個向車廂內(nèi)出風(fēng)，對車廂內(nèi)進(jìn)行制暖。以下說明中將熱介質(zhì)稱為冷卻劑。
[0047]加熱器芯30連接有流路(以下稱為“冷卻劑流路”)46，所述流路46中流動有在用于冷卻車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備14的散熱器44和加熱器芯30之間循環(huán)的熱介質(zhì)。
[0048]散熱器44通過車廂外風(fēng)扇48與外部空氣換氣，將冷卻車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備14后的冷卻劑熱散出。
[0049]此外，冷卻劑流路46具備加熱器(以下稱為“溫水加熱器”)50，所述加熱器50與由高耐熱性半導(dǎo)體元件構(gòu)成的空調(diào)用功率元件形成一體，通過功率元件及發(fā)熱體對冷卻劑進(jìn)行加熱。
[0050]S卩，流向加熱器芯30的冷卻劑通過溫水加熱器50進(jìn)行加熱。如此，車輛側(cè)發(fā)熱設(shè)備14的冷卻系統(tǒng)16和車用空調(diào)裝置10的制暖系統(tǒng)合二為一。
[0051]另外，例如空調(diào)用變頻器等具備空調(diào)用功率元件。
[0052]構(gòu)成功率元件的高耐熱性半導(dǎo)體元件是與傳統(tǒng)Si等半導(dǎo)體元件相比耐熱性較高的半導(dǎo)體元件。此外，高耐熱性半導(dǎo)體元件的詳情如后述所示，只要可承受冷卻劑流路46中流動的冷卻劑的溫度上升即可。
[0053]高耐熱性半導(dǎo)體元件的一例是SiC，但是并不限定于此，還可以是氮化鎵類或金剛石類的半導(dǎo)體。
[0054]另外，車輛驅(qū)動用變頻器20使用的半導(dǎo)體元件還優(yōu)選SiC等高耐熱性半導(dǎo)體元件。
[0055]圖2是本實施方式所述溫水加熱器50的剖面圖。另外，圖2所示溫水加熱器50的結(jié)構(gòu)為一例，并不限定于此。
[0056]溫水加熱器50如上述所示，具備由SiC構(gòu)成的空調(diào)用功率元件70和發(fā)熱體。而且，配置溫水加熱器50的部位的冷