專利名稱：車輛hvac系統中的水冷卻冷凝器的制作方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于車輛中的加熱、通風和空調(HVAC)系統，更具體地涉及 HVAC系統的空調部分。
背景技術：
在提高機動車輛的燃料經濟性上存在很大的動力。一種降低燃料經濟性的車輛操 作就是空調，這是因為空調在工作時消耗了大量的能量。典型的HVAC系統具有基于峰值工 作條件而確定尺寸的致冷壓縮機和冷凝器。通常在熱天車輛初始啟動后的約頭五分鐘會用 到峰值工作條件。當車輛內部被一定程度的冷卻后，就不再需要峰值工作條件，從而HVAC 系統在較低的穩態條件下工作，而該穩態條件所需的HVAC系統輸出大大減少。結果，即使 HVAC系統可以很小比例的時間工作在峰值效能下，但是車輛在HVAC系統方面仍承擔了過 多的質量、成本和封裝損失(packaging penalty) 0因此，人們希望提供這樣一種用于車輛 的空調系統，即該空調系統為車輛乘客提供充足的冷卻性能而且根據實際情況盡可能高效 地工作，同時最小化空調系統的成本、質量和封裝空間。
發明內容
一個實施例構想了一種用于車輛中的HVAC系統。所述HVAC系統可包括蒸發器； 致冷壓縮機，其從所述蒸發器接收致冷劑并且壓縮所述致冷劑；冷凝器，其從所述壓縮機接 收所述致冷劑并且具有散熱片，空氣流過所述散熱片以從流過所述冷凝器的致冷劑帶走熱 量；和膨脹裝置，其從所述冷凝器接收所述致冷劑并且將所述致冷劑引導至所述蒸發器。所 述HVAC系統還包括水槽，其接收并存儲水；水噴射泵，其從所述水槽接收水；和噴嘴，其從 所述水噴射泵接收水并且定位成鄰近于所述冷凝器，所述噴嘴構造成將水噴灑到所述冷凝 器的散熱片上。一個實施例構想了一種在車輛中操作HVAC系統的方法，所述方法包括如下步驟 在將致冷劑引導至蒸發器之前，弓丨導致冷劑通過膨脹裝置以降低所述致冷劑的溫度；引導 空氣和所述致冷劑通過所述蒸發器以藉此使得所述致冷劑從所述空氣吸收熱量；在所述致 冷劑從所述蒸發器流出之后以及在所述致冷劑流過冷凝器之前壓縮所述致冷劑；引導所述 致冷劑通過所述冷凝器同時抽取空氣通過所述冷凝器，以藉此使得所述空氣從所述致冷劑 吸收熱量；在水槽中提供水；以及選擇性地將水從所述水槽噴灑到所述冷凝器上，以藉此 使得所述水從流過所述冷凝器的所述致冷劑吸收熱量。實施例的一個優點在于車輛HVAC系統的空調部分可通過將水噴灑到冷凝器上以 提高冷凝器的致冷劑冷卻能力而更加高效地工作。通過冷凝器上的水蒸發使得能夠在短時 間內得到峰值工作效能。而且，在其他情況下可能被排到地面上的已冷卻的水可被用于冷 卻。這可通過提高總的HVAC系統效率而降低峰值HVAC系統功率需求，并且同時保持所期 望的車廂冷卻性能。可基于更接近穩態工作條件(即使在峰值載荷期間)，壓縮機和冷凝器 的尺寸被設計成小于常規壓縮機和冷凝器。這種HVAC系統也可允許減小某些HVAC系統部件的尺寸，從而有可能導致較低的總質量以及改善的系統封裝。較低的總質量可提高車輛 的燃料經濟性。根據上述，本發明提供下列技術方案。技術方案1 一種用于車輛中的HVAC系統，包括蒸發器；致冷壓縮機，其構造成從所述蒸發器接收致冷劑并且壓縮所述致冷劑；冷凝器，其構造成從所述壓縮機接收所述致冷劑并且具有散熱片，所述散熱片構 造成使空氣流過所述散熱片以從流過所述冷凝器的致冷劑帶走熱量；膨脹裝置，其構造成從所述冷凝器接收所述致冷劑并且將所述致冷劑引導至所述 蒸發器；水槽，其構造成在其內接收并存儲水；水噴射泵，其構造成從所述水槽接收水；和噴嘴，其構造成從所述水噴射泵接收水，所述噴嘴定位成鄰近于所述冷凝器并且 被設置取向以將水噴灑到所述冷凝器的散熱片上。技術方案2 如技術方案1所述的HVAC系統，其特征在于，所述蒸發器包括排放部 和冷凝物排放管線，所述排放部構造成接收從所述蒸發器滴落的冷凝物，所述冷凝物排放 管線構造成將冷凝物從所述排放部引導到所述水槽內。技術方案3 如技術方案1所述的HVAC系統，其特征在于，所述水槽具有充填頸部 和罩蓋，所述充填頸部和罩蓋構造成允許操作者將水倒入所述水槽內。技術方案4 如技術方案1所述的HVAC系統，其特征在于，包括HVAC控制器，其中 所述水噴射泵是電驅動的并且由所述HVAC控制器激活和去激活。技術方案5 如技術方案1所述的HVAC系統，其特征在于，包括發動機冷卻風扇， 所述發動機冷卻風扇定位成鄰近于所述冷凝器并且構造成推動空氣通過所述冷凝器的所 述散熱片。技術方案6 如技術方案1所述的HVAC系統，其特征在于，包括水出口和冷凝物排 放管線，所述水出口來自燃料電池，所述冷凝物排放管線構造成將所述燃料電池中產生的 水從所述水出口引導到所述水槽內。技術方案7 如技術方案6所述的HVAC系統，其特征在于，包括旁通閥，所述旁通 閥構造成選擇性地將水從所述水出口引導到所述水槽內以及將水從所述水出口繞過所述 水槽引導至大氣。技術方案8 —種在車輛中操作HVAC系統的方法，所述方法包括如下步驟(a)在將致冷劑引導至蒸發器之前，引導致冷劑通過膨脹裝置以降低所述致冷劑 的溫度；(b)引導空氣和所述致冷劑通過所述蒸發器以藉此使得所述致冷劑從所述空氣吸 收熱量；(c)在所述致冷劑從所述蒸發器流出之后以及在所述致冷劑流過冷凝器之前壓縮 所述致冷劑；(d)引導所述致冷劑通過所述冷凝器同時抽取空氣通過所述冷凝器，以藉此使得 所述空氣從所述致冷劑吸收熱量；
(e)在水槽中提供水；以及(f)選擇性地將水從所述水槽噴灑到所述冷凝器上，以藉此使得所述水從流過所 述冷凝器的所述致冷劑吸收熱量。技術方案9 如技術方案8所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)通過下述被進 一步限定收集形成在所述蒸發器上的冷凝物并且將所述冷凝物引導到所述水槽內。技術方案10 如技術方案8所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)通過下述被進 一步限定將燃料電池工作期間產生的水引導到所述水槽內。技術方案11 如技術方案10所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)通過下述被 進一步限定在水出口和所述水槽之間提供旁通閥并且選擇性地切換所述旁通閥以將水引 導到所述水槽內以及切換所述旁通閥以將所述水繞過所述水槽引導至大氣。技術方案12 如技術方案8所述的方法，其特征在于，所述步驟(f)通過下述被進 一步限定激活水噴射泵以從所述水槽抽取水并且引導所述水通過噴嘴，所述噴嘴將所述 水噴灑到所述冷凝器上。技術方案13 如技術方案12所述的方法，其特征在于，所述步驟(f)通過下述被 進一步限定當車輛乘客艙所需的冷卻量在預定閾值之上時激活所述水噴射泵并且當所述 所需的冷卻量在所述預定閾值之下時去激活所述水噴射泵。技術方案14 如技術方案8所述的方法，其特征在于，所述步驟(d)通過下述被進 一步限定操作發動機風扇以抽取空氣通過所述冷凝器。技術方案15 如技術方案8所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)通過下述被進 一步限定使用者將水倒入所述水槽。
圖1是用于車輛中的HVAC系統的一部分以及該車輛的示意圖；圖2是圖1的HVAC系統一部分的示意性透視圖；圖3是類似于圖1的示意圖，不過示出了第二實施例。
具體實施例方式圖1和圖2示出了車輛16和HVAC系統22的部分。車輛16可包括發動機艙18和 乘客艙20。發動機艙20可包含動力裝置19(例如內燃發動機)和發動機冷卻風扇21。發 動機冷卻風扇21可被用于抽取空氣(由大箭頭23表示)通過冷凝器40 (下面將介紹)。HVAC系統22可包括HVAC模塊26 (示出了其一部分)，該HVAC模塊26可包括用 于迫使空氣(由圖1中的大箭頭24表示)通過HVAC模塊26的鼓風機28以及蒸發器30， 該蒸發器30從HVAC系統22的致冷部分32接收被冷卻的致冷劑。HVAC系統22的致冷部分32還包括壓縮機36、將致冷劑從蒸發器30引導至壓縮 機36的致冷劑管線34、冷凝器40和將致冷劑從壓縮機36引導至冷凝器40的致冷劑管線 38。致冷部分32還包括膨脹裝置46、將致冷劑從冷凝器40引導至膨脹裝置46的致冷劑管 線42和將致冷劑從膨脹裝置46引導至蒸發器30的致冷劑管線50，從而完成致冷劑回路。 膨脹裝置46例如可以是恒溫膨脹閥、節流管或壓力調節器。圖1中管線末端具有箭頭的實 線表示通過致冷劑管線的致冷劑流動，而箭頭表示流動方向。
蒸發器30包括排放部52。冷凝物排放管線54將冷凝物從排放部52引導至通向 水槽44的入口 56。圖1中的虛線表示通過水管線的水流，而管線末端處的箭頭表示水流 的方向。如果希望的話，水槽44可被絕緣以保持冷凝物的低溫。水槽44可包括充填頸部 /罩蓋48，該充填頸部/罩蓋48允許向槽44添加使用者供應的水。水排放管線58將冷凝 物從水槽44引導至水噴射泵60，該水噴射泵60具有經由水噴射管線64連接到一個或多個 水噴嘴66的輸出部。控制器62可以是HVAC控制器或車輛中的其他控制器，其控制泵60 的工作并且當然也可控制壓縮機36以及HVAC系統22的其他部件。泵60從槽44抽取水 并將水通過噴嘴66噴出成為水噴霧68，水噴霧68被引導至冷凝器40的散熱片70上。水 噴霧68由虛線表示。現在將針對圖1和圖2討論HVAC系統22的工作。當在炎熱的環境條件下操作車 輛時，HVAC系統22的致冷部分32被用于對車輛16的乘客艙20進行冷卻。壓縮機36被 激活，從而壓縮致冷劑并且將其推入冷凝器40。隨著空氣23流過冷凝器40，熱量從致冷劑 被帶走，而致冷劑從氣相變成液相。然后，處于高壓下的液體致冷劑流過膨脹裝置46。膨脹 裝置46使得致冷劑的壓力和溫度下降，然后致冷劑被引導通過蒸發器30。被鼓風機28迫使通過蒸發器30的空氣流24在溫度和濕度上均得到調節。也就 是說，隨著空氣流過蒸發器30，流過蒸發器的致冷劑從空氣吸收熱量——空氣溫度降低到 其露點以下，導致空氣中的濕氣被冷凝出來。由蒸發器30產生的該冷凝物被收集起來并從 排放部52通過冷凝物排放管線54被引導到水槽44內。然后，流過蒸發器30的空氣被引 導進入乘客艙20。可能存在空調載荷相當高的情況，例如在熱天時啟動停放在太陽下的車輛時。在 這些類型的條件下，在預定閾值之上(在預定閾值處需要用到峰值HVAC系統性能)，隨著壓 縮機36被激活，控制器62也可激活水噴射泵60。然后，槽44中的水將從噴嘴66噴灑到冷 凝器散熱片70上。隨著水噴霧68撞擊熱的冷凝器散熱片70，水噴霧68將從流過冷凝器的 致冷劑吸收熱量。水噴霧68的大多數可能蒸發，變成蒸汽72 (由圖2中的波形虛線表示)。 該經歷了相變的水噴霧68將吸收大量的熱量(除了流過冷凝器40的空氣流23之外)，因 而顯著地提高了冷凝器40的熱量去除能力。在達到峰值HVAC需求后(即，在乘客艙20已 經冷卻到一定程度后)，水噴射泵60可被去激活，因為流過冷凝器40的空氣流23現在已經 足以滿足HVAC系統22的冷卻需要。結果，冷凝器40可小于相同車輛中常規HVAC系統在其他情況下所需的冷凝器。而 且，由于僅在峰值載荷期間需要用到水噴霧68，從而可在槽44內存儲充足的水而無需大得 離譜的槽44。圖3示出了根據第二實施例的車輛16和HVAC系統22’的部分。由于該實施例中 所描述的系統是第一實施例的改型，因此圖中相同的附圖標記指代對應部分并且將省略對 應部分的細節描述，而作出變化的元件或新的元件將添加有上標。在該實施例中，所采用的動力裝置是燃料電池19’。燃料電池工作時的一種副產物 是水。因此，來自燃料電池19’的排放部52’經由排放管線54’連接到旁通閥74’。旁通 閥74’可具有通向大氣的第一輸出部76’以及第二輸出部78’，該第二輸出部78’將水經 由水管線80’引導至水槽44’。水槽44’又經由水管線58’連到到水噴射泵60。水噴射泵 60仍舊將水引導至噴嘴66，而噴嘴66將噴霧引導到冷凝器40上。因此，現在，槽44，的水源是燃料電池19’而不是蒸發器30。除此之外，系統與第一實施例中的系統基本相同地工作。替代性地，如果希望的話，圖3的HVAC系統22’也可允許冷凝物從蒸發器排入水 槽，并且也可允許該槽具有充填罩蓋。作為另一種替代方式，可取消旁通閥并向水槽添加溢 流閥(未示出)，使得當槽充滿時，額外的水將徑直流到地面上。雖然已經詳細描述了本發明的一些實施例，但本發明所屬領域的技術人員將意識 到用于實施本發明的各種替代性設計和實施例，而本發明由所附權利要求限定。
權利要求
一種用于車輛中的HVAC系統，包括蒸發器；致冷壓縮機，其構造成從所述蒸發器接收致冷劑并且壓縮所述致冷劑；冷凝器，其構造成從所述壓縮機接收所述致冷劑并且具有散熱片，所述散熱片構造成使空氣流過所述散熱片以從流過所述冷凝器的致冷劑帶走熱量；膨脹裝置，其構造成從所述冷凝器接收所述致冷劑并且將所述致冷劑引導至所述蒸發器；水槽，其構造成在其內接收并存儲水；水噴射泵，其構造成從所述水槽接收水；和噴嘴，其構造成從所述水噴射泵接收水，所述噴嘴定位成鄰近于所述冷凝器并且被設置取向以將水噴灑到所述冷凝器的散熱片上。
2.如權利要求1所述的HVAC系統，其特征在于，所述蒸發器包括排放部和冷凝物排放 管線，所述排放部構造成接收從所述蒸發器滴落的冷凝物，所述冷凝物排放管線構造成將 冷凝物從所述排放部引導到所述水槽內。
3.如權利要求1所述的HVAC系統，其特征在于，所述水槽具有充填頸部和罩蓋，所述充 填頸部和罩蓋構造成允許操作者將水倒入所述水槽內。
4.如權利要求1所述的HVAC系統，其特征在于，包括HVAC控制器，其中所述水噴射泵 是電驅動的并且由所述HVAC控制器激活和去激活。
5.如權利要求1所述的HVAC系統，其特征在于，包括發動機冷卻風扇，所述發動機冷卻 風扇定位成鄰近于所述冷凝器并且構造成推動空氣通過所述冷凝器的所述散熱片。
6.如權利要求1所述的HVAC系統，其特征在于，包括水出口和冷凝物排放管線，所述水 出口來自燃料電池，所述冷凝物排放管線構造成將所述燃料電池中產生的水從所述水出口 引導到所述水槽內。
7.如權利要求6所述的HVAC系統，其特征在于，包括旁通閥，所述旁通閥構造成選擇性 地將水從所述水出口引導到所述水槽內以及將水從所述水出口繞過所述水槽引導至大氣。
8. 一種在車輛中操作HVAC系統的方法，所述方法包括如下步驟(a)在將致冷劑引導至蒸發器之前，引導致冷劑通過膨脹裝置以降低所述致冷劑的溫度；(b)引導空氣和所述致冷劑通過所述蒸發器以藉此使得所述致冷劑從所述空氣吸收熱量；(c)在所述致冷劑從所述蒸發器流出之后以及在所述致冷劑流過冷凝器之前壓縮所述 致冷劑；(d)引導所述致冷劑通過所述冷凝器同時抽取空氣通過所述冷凝器，以藉此使得所述 空氣從所述致冷劑吸收熱量；(e)在水槽中提供水；以及(f)選擇性地將水從所述水槽噴灑到所述冷凝器上，以藉此使得所述水從流過所述冷 凝器的所述致冷劑吸收熱量。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)通過下述被進一步限定收集 形成在所述蒸發器上的冷凝物并且將所述冷凝物引導到所述水槽內。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟(e)通過下述被進一步限定將 燃料電池工作期間產生的水引導到所述水槽內。
全文摘要
本發明涉及車輛HVAC系統中的水冷卻冷凝器，具體公開了一種用于車輛中的HVAC系統。所述HVAC系統包括蒸發器；致冷壓縮機，其從所述蒸發器接收致冷劑并且壓縮所述致冷劑；冷凝器，其從所述壓縮機接收所述致冷劑并且具有散熱片，空氣流過所述散熱片以從流過所述冷凝器的致冷劑帶走熱量；和膨脹裝置，其從所述冷凝器接收所述致冷劑并且將所述致冷劑引導至所述蒸發器。所述HVAC系統還包括水槽，其接收并存儲水；水噴射泵，其從所述水槽接收水；和噴嘴，其從所述水噴射泵接收水并且定位成鄰近于所述冷凝器，所述噴嘴選擇性地將水噴灑到所述冷凝器的散熱片上。
文檔編號F24F13/22GK101907332SQ20101019611
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月3日 優先權日2009年6月3日
發明者B·V·凱斯蒂洛, G·A·梅杰, G·M·克萊波爾, P·R·納拉, R·D·羅杰斯, R·E·澤維克 申請人:通用汽車環球科技運作公司