專利名稱：用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法，其改進了車輛的加熱性能和除濕性能并通過控制制冷劑的流動而防止外部冷凝器的結(jié)霜，并且通過最小化正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的動力消耗而增加里程。
背景技術(shù)：
通常，用于車輛的空調(diào)系統(tǒng)包括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。其后，使熱交換介質(zhì)流回到壓縮機。在此過程中，空調(diào)模塊通過在蒸發(fā)器中進行熱交換而加熱車輛艙室，或者通過在加熱器中與冷卻劑進行熱交換而冷卻車輛艙室。同時，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力源的電動車輛，或者由發(fā)動機和電池驅(qū)動的混合動力車輛。環(huán)境友好車輛中的電動車輛的空調(diào)系統(tǒng)，與典型車輛的空調(diào)系統(tǒng)不同，其不使用單獨的加熱器。施加到電動車輛上的空調(diào)系統(tǒng)通常稱為熱泵系統(tǒng)。根據(jù)熱泵系統(tǒng)，在夏季，在冷卻模式中，在壓縮機中壓縮的高溫/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)。亦即，在電動車輛中，高溫/高壓氣態(tài)制冷劑并不供應(yīng)到外部冷凝器而是通過閥供應(yīng)到內(nèi)部冷凝器，并且在加熱模式中與空氣進行熱交換。經(jīng)熱交換的空氣通過正溫度系數(shù)(PTC)加熱器。其后，空氣流動到車輛艙室中并升高車輛艙室溫度。流動到內(nèi)部冷凝器中的高溫/高壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)與空氣進行熱交換而冷凝并以液體制冷劑的狀態(tài)流出。根據(jù)常規(guī)熱泵系統(tǒng)，在冬季，極低溫或低溫的空氣與制冷劑在內(nèi)部冷凝器中進行熱交換，極低溫度的制冷劑從內(nèi)部冷凝器流動到外部冷凝器。由于外部冷凝器的表面受到凍結(jié)，熱交換效率和加熱性能以及熱交換介質(zhì)的效率可能惡化。此外，在由冷卻模式轉(zhuǎn)換為加熱模式的情況下，由于冷凝水保持在蒸發(fā)器的外部而導(dǎo)致濕度變高，因此水分冷凝在車窗上，且除濕性能會惡化。為解決這樣的問題，壓縮機停止操作，且加熱僅在外部冷凝器的表面被除霜的除霜模式中通過PTC加熱器進行。因此，加熱性能可能嚴(yán)重惡化，熱負荷可能由于動力消耗的增加而增加，并且在加熱時行駛的里程可能縮短。此外，由于將液體制冷劑轉(zhuǎn)化為氣態(tài)制冷劑的熱量在液體制冷劑流動到內(nèi)部冷凝器中時不足，因此壓縮效率可能惡化，當(dāng)空氣溫度低時加熱性能可能嚴(yán)重惡化，且當(dāng)液體制冷劑流動到壓縮機中時系統(tǒng)可能不穩(wěn)定并且壓縮機的耐久性可能會惡化。此外，在從車輛艙室去除水分的除濕模式中，由于二通閥的頻繁開啟/閉合操作，可能會出現(xiàn)噪音和振動。公開于該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對本發(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)明的各個方面提供用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法，其優(yōu)點在于改進了加熱性能和除濕性能，并且通過控制制冷劑的流動而防止外部冷凝器的結(jié)霜。此外，本發(fā)明致力于提供用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法，其還具有如下優(yōu)點通過降低車輛的正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的動力消耗增加了具有相同動力的車輛的里程。根據(jù)本發(fā)明的各個方面的用于車輛的熱泵系統(tǒng)包括空調(diào)裝置，所述空調(diào)裝置用于通過使用循環(huán)經(jīng)過制冷劑管線的制冷劑而冷卻或加熱車輛艙室。本發(fā)明的各個方面提供空調(diào)裝置，所述空調(diào)裝置包括外部冷凝器，所述外部冷凝器設(shè)置在車輛的發(fā)動機艙室中，通過與空氣進行熱交換而冷凝制冷劑，并在所述外部冷凝器的后面設(shè)置有冷卻風(fēng)扇；HVAC模塊，所述HVAC模塊與所述外部冷凝器流體連通，并且所述HVAC模塊設(shè)置有蒸發(fā)器和門，所述門適合于使得經(jīng)過所述蒸發(fā)器的空氣根據(jù)加熱、冷卻或除濕模式流動到或不流動到內(nèi)部冷凝器和PTC加熱器中；壓縮機，所述壓縮機通過制冷劑管線連接到所述蒸發(fā)器并適合于壓縮氣態(tài)制冷劑；存蓄器，所述存蓄器設(shè)置在所述壓縮機和所述蒸發(fā)器之間的所述制冷劑管線上并適合于將所述氣態(tài)制冷劑供給到所述壓縮機；第一閥，所述第一閥適合于根據(jù)車輛的模式將從所述壓縮機流出的所述制冷劑選擇性地供給到所述內(nèi)部冷凝器或所述外部冷凝器；第一膨脹閥，所述第一膨脹閥適合于接收經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑并使所述制冷劑膨脹；第二閥，所述第二閥適合于將在所述第一膨脹閥處膨脹并經(jīng)過所述外部冷凝器的制冷劑選擇性地供給到蒸發(fā)器或所述存蓄器；第二膨脹閥，所述第二膨脹閥設(shè)置在所述蒸發(fā)器和所述第二閥之間，并適合于使經(jīng)過所述第二閥的所述制冷劑膨脹；旁路管線，所述旁路管線通過所述第二閥的操作使得經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑流動進入所述蒸發(fā)器或所述存蓄器而不經(jīng)過所述外部冷凝器；以及第三閥，所述第三閥設(shè)置在所述旁路管線中并適合于將所述制冷劑選擇性地供給到與所述第二閥連接的所述制冷劑管線。壓力傳感器可以安裝在連接所述壓縮器和所述第一閥的所述制冷劑管線上。 所述第一閥和第二閥中的每一個可以為三通閥。所述空調(diào)裝置可以連接到控制器并通過所述控制器的控制信號進行操作。所公開的本發(fā)明的各個方面提供用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，所述熱泵系統(tǒng)設(shè)置有空調(diào)裝置，所述空調(diào)裝置連接到控制器并包括通過制冷劑管線和旁路管線彼此連接的多個閥和多個膨脹閥、壓縮機、存蓄器、蒸發(fā)器、外部冷凝器、內(nèi)部冷凝器和HVAC模塊，所述HVAC模塊具有PTC加熱器和門，所述門根據(jù)駕駛員的選擇處于加熱模式、冷卻模式、除濕模式、除濕/除霜模式或極低溫度除濕/除霜模式。在所述加熱模式中，將溫度在所述外部冷凝器中通過與空氣進行熱交換而升高的制冷劑在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機而壓縮為高溫/高壓的氣態(tài)制冷劑之后可供給到所述HVAC模塊的所述內(nèi)部冷凝器；經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑可通過所述膨脹閥膨脹并可供給到所述外部冷凝器；并且經(jīng)過所述HVAC模塊的所述蒸發(fā)器的空氣的溫度可通過所述內(nèi)部冷凝器和所述PTC加熱器的選擇性操作而升高，由此車輛艙室得以升溫。在所述冷卻模式中，在所述外部冷凝器中通過操作所述冷卻風(fēng)扇并與空氣進行熱交換而冷卻的低溫制冷劑可在通過另一膨脹閥膨脹之后供給到所述蒸發(fā)器；將在所述蒸發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑可在所述存蓄器和所述壓縮機中受到壓縮之后供給到所述外部冷凝器；并且可使得在所述蒸發(fā)器中通過與所述制冷劑進行熱交換而冷卻的空氣直接流入車輛艙室而不流入所述內(nèi)部冷凝器，由此車輛艙室得以冷卻。在所述除濕模式中，可使得在所述外部冷凝器中通過與空氣進行熱交換而冷卻的低溫制冷劑在另一膨脹閥中膨脹，并將膨脹的制冷劑可供給到所述蒸發(fā)器；可將在所述蒸 發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機受到壓縮之后供給到所述內(nèi)部冷凝器；經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑可在所述膨脹閥中膨脹之后供給到所述外部冷凝器并進行循環(huán)；并且可將在經(jīng)過所述HVAC模塊的所述蒸發(fā)器的過程中冷卻的空氣在經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述PTC加熱器之后供給到車輛艙室，由此車輛艙室得以除濕。在所述除濕模式中，控制器可通過控制膨脹閥的開口而控制制冷劑的膨脹量。在所述除濕/除霜模式中，可使得在所述外部冷凝器中通過與空氣進行熱交換而冷卻的低溫制冷劑在另一膨脹閥中膨脹，并將膨脹的制冷劑可供給到所述蒸發(fā)器；可將在所述蒸發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機而受到壓縮之后分別供給到所述外部冷凝器和所述內(nèi)部冷凝器；可將經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑供回到另一膨脹閥，并可將在另一膨脹閥中膨脹的所述制冷劑供給到所述蒸發(fā)器并進行循環(huán)；可將在經(jīng)過所述HVAC模塊的所述蒸發(fā)器的過程中冷卻的空氣在經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述PTC加熱器之后供給到車輛艙室，從而可以對車輛艙室除濕；并且將壓縮的制冷劑可供給到所述外部冷凝器并對表面凍結(jié)的所述外部冷凝器進行除霜。在當(dāng)環(huán)境溫度為極低溫度情況下的所述除濕/除霜模式中，所述制冷劑可在另一膨脹閥中膨脹之后供給到所述蒸發(fā)器；在所述蒸發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑可在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機的過程中受到壓縮之后供給到所述內(nèi)部冷凝器；經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑可沿著所述旁路管線供回到所述膨脹閥，在所述膨脹閥中膨脹的所述制冷劑可供給到所述蒸發(fā)器并進行循環(huán)；將在經(jīng)過所述HVAC模塊的所述蒸發(fā)器的過程中冷卻的空氣可在經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述PTC加熱器之后供給到車輛艙室，由此車輛艙室得以除濕；并且壓縮的制冷劑不供給到所述外部冷凝器使得所述外部冷凝器得以除霜。在所述加熱模式、所述冷卻模式、所述除濕模式或所述除濕/除霜模式中，所述控制器可適合于根據(jù)車輛的溫度和所述制冷劑的溫度控制所述冷卻風(fēng)扇的操作。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)點將更為具體地變得清楚或得以闡明。
圖I為根據(jù)本發(fā)明的示例性的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的示例性的用于車輛的熱泵系統(tǒng)在加熱模式中的操作圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的示例性的用于車輛的熱泵系統(tǒng)在冷卻模式中的操作圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的示例性的用于車輛的熱泵系統(tǒng)在除濕模式中的操作圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的示例性的用于車輛的熱泵系統(tǒng)在除濕/除霜模式中的操作圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的示例性的用于車輛的熱泵系統(tǒng)在環(huán)境溫度為極低溫度的情 況下在除濕/除霜模式中的操作圖。
具體實施例方式下面將對本發(fā)明的各個實施方案詳細地作出引用，這些實施方案的實例被顯示在附圖中并描述如下。盡管本發(fā)明將與示例性實施方案相結(jié)合進行描述，但是應(yīng)當(dāng)意識到，本說明書并非旨在將本發(fā)明限制為那些示例性實施方案。相反，本發(fā)明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，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、等價形式及其它實施方案。圖I為根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的示意圖。參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的用于車輛的熱泵系統(tǒng)I及其控制方法改進了加熱性能和除濕性能，并且通過控制制冷劑的流動防止外部冷凝器的結(jié)霜。此外，在車輛的加熱模式和除濕模式中，通過降低正溫度系數(shù)(PTC)加熱器的動力消耗，可使得在相同的燃料消耗下車輛的里程增加。為此目的，如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的用于車輛的熱泵系統(tǒng)I包括空調(diào)裝置100，該空調(diào)裝置100通過使用循環(huán)經(jīng)過設(shè)置在車輛中的制冷劑管線R. L的制冷劑來控制車輛艙室的加熱或冷卻?？照{(diào)裝置100包括外部冷凝器101、加熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)模塊103、壓縮機113、存蓄器115、第一閥117、第二閥121和第三閥127、第一膨脹閥119和第二膨脹閥123以及旁路管線125，空調(diào)裝置100的構(gòu)成元件將在下文詳細描述。外部冷凝器101設(shè)置在車輛的發(fā)動機艙室中，并通過與空氣進行熱交換而冷凝制冷劑。冷卻風(fēng)扇102將風(fēng)吹至外部冷凝器101，并安裝在外部冷凝器101的后面。如果制冷劑流入外部冷凝器101，則外部冷凝器101通過使用流入外部冷凝器101的空氣和自冷卻風(fēng)扇102吹來的風(fēng)而選擇性地冷卻和冷凝制冷劑。根據(jù)各個實施方案，HVAC模塊103通過制冷劑管線R. L連接到外部冷凝器101，并且包括在其中形成的門111。門111根據(jù)加熱、冷卻、除濕和除濕/除霜模式控制經(jīng)過蒸發(fā)器105的空氣選擇性地流入內(nèi)部冷凝器107和PTC加熱器109。亦即，在車輛的加熱模式中，開啟門111以使得經(jīng)過蒸發(fā)器105的空氣流入內(nèi)部蒸發(fā)器107和PTC加熱器109，并且閉合門111從而當(dāng)空氣經(jīng)過蒸發(fā)器105時冷卻空氣，此時空氣不流入內(nèi)部蒸發(fā)器107和PTC加熱器109，而是直接供給到車輛。
此外，壓縮機113通過制冷劑管線R. L連接到蒸發(fā)器105并壓縮氣態(tài)的制冷劑。在各個實施方案中，存蓄器115設(shè)置在壓縮機113和蒸發(fā)器105之間的制冷劑管線R. L上，并適合于僅將氣態(tài)制冷劑供給到壓縮機113。亦即，在存蓄器115在其中存儲液體制冷劑之后，存儲的液體制冷劑氣化，然后供給到壓縮機113。由此，壓縮機113的效率和耐久性可得以改進。第一閥117根據(jù)車輛的模式將從壓縮機113流出的制冷劑選擇性地供給到內(nèi)部冷凝器107或外部冷凝器101。在本文中，壓力傳感器129安裝在連接壓縮機113和第一閥117的制冷劑管線R. L上，并檢測從壓縮機113流出來的制冷劑的壓力。此外，第一膨脹閥119接收經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107的制冷劑并使制冷劑膨脹。
在各個實施方案中，第二閥121將在第一膨脹閥119中膨脹的并經(jīng)過外部冷凝器101的制冷劑選擇性地供給到蒸發(fā)器105或存蓄器115。亦即，第一閥117將制冷劑供給到外部冷凝器101或內(nèi)部冷凝器105，第二閥121將制冷劑供給到存蓄器115或第二膨脹閥123。第一閥117和第二閥121中的每一個為選擇性地開啟或閉合制冷劑管線R. L的三通閥。第二膨脹閥123設(shè)置在蒸發(fā)器105與第二閥121之間，并使得從第二閥121接收的制冷劑膨脹。此外，通過操作第二閥121，旁路管線125使得經(jīng)過內(nèi)部冷凝器105的制冷劑選擇性地流入蒸發(fā)器105或者存蓄器115而不經(jīng)過外部冷凝器101。第三閥127安裝在旁路管線125上，并將制冷劑選擇性地供給到連接到第二閥121的制冷劑管線R. L0空調(diào)裝置100連接到控制器150并通過控制器150的控制信號進行操作。亦即，控制器150根據(jù)駕駛員所選擇的車輛的加熱模式、冷卻模式、除濕模式和除濕/除霜模式通過控制第一膨脹閥119和第二膨脹閥123來控制冷卻風(fēng)扇102的操作、HVAC模塊103的門111的開啟/閉合操作、第一閥117、第二閥121和第三閥127的開啟/閉合操作以及制冷劑的膨脹量。根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的用于車輛的熱泵系統(tǒng)的操作和控制方法將在下文中參照附圖2至6進行詳細描述。圖2至圖6為個根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的用于車輛的熱泵系統(tǒng)在加熱模式、冷卻模式、除濕模式、除濕/除霜模式和在當(dāng)環(huán)境溫度為極低溫度情況下的除濕/除霜模式中的操作圖。在本文中，熱泵系統(tǒng)I的每一個模式可由駕駛員選擇或自動進行控制。參照圖2，將描述在加熱模式中熱泵系統(tǒng)I的操作和控制方法。參照圖2，在加熱模式中，制冷劑的溫度在外部冷凝器101中通過與空氣進行熱交換而升高。此時，通過停止冷卻風(fēng)扇102或降低冷卻風(fēng)扇102的速度來延遲或阻止流入外部冷凝器101的制冷劑的冷卻。在該狀態(tài)中，通過制冷劑管線R. L流入的制冷劑與空氣進行熱交換，其溫度升高。制冷劑通過第二閥121的操作而沿著制冷劑管線R. L經(jīng)過存蓄器115和壓縮機113，并壓縮成高溫/高壓氣態(tài)制冷劑。此后，通過操作第一閥117而將氣態(tài)制冷劑供給到HVAC模塊103的內(nèi)部冷凝器107。在本文中，控制器150根據(jù)從壓縮機113流出的制冷劑的壓力來控制冷卻風(fēng)扇102的旋轉(zhuǎn)以及第一閥117的開口。亦即，制冷劑在經(jīng)過壓縮機113的過程中壓縮成高溫/高壓氣態(tài)制冷劑，通過操作第一閥117而開啟連接到內(nèi)部冷凝器107的制冷劑管線R. L使得壓縮的氣態(tài)制冷劑流入內(nèi)部冷凝器107。此時，壓力傳感器129檢測從壓縮機113流出的制冷劑的壓力，并將檢測的值輸出到控制器150。此外，控制器150根據(jù)由壓力傳感器129檢測的值確定制冷劑的壓力，并根據(jù)所要求的車輛性能控制第一閥117的開口。 經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107的制冷劑在第一膨脹閥119中膨脹。制冷劑沿著制冷劑管線R. L供給到外部冷凝器101。最后，制冷劑循環(huán)經(jīng)過制冷劑管線R. L0亦即，在加熱模式中，當(dāng)將高溫/高壓氣態(tài)制冷劑供給到內(nèi)部冷凝器107時，控制器150開啟門111使得經(jīng)過HVAC模塊103的蒸發(fā)器105的空氣經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107。由此，流入的具有室溫的空氣經(jīng)過蒸發(fā)器105 (未向其供給制冷劑)，并在經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107的過程中轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷?。此外，在空氣溫度由于PTC加熱器109的選擇性操作而進一步升高后，將空氣供給到車輛艙室。因此，車輛艙室得以加熱。在各個實施方案中，在冷卻模式中，熱泵系統(tǒng)I的操作和控制方法將參照附圖3進行詳細描述。如圖3所示，在車輛的冷卻模式中，將通過冷卻風(fēng)扇102的操作以及與空氣進行熱交換而冷卻和冷凝的低溫制冷劑由外部冷凝器101通過第二閥121供給到第二膨脹閥123。其后，將制冷劑供給到蒸發(fā)器105。此時，由于外部冷凝器101設(shè)置在車輛的前部，因此在行駛過程中制冷劑通過控制器150的控制信號和流入的空氣以最大速度操作的冷卻風(fēng)扇102而得以最大化地冷卻和冷凝。在該狀態(tài)中，控制器150操作第二閥121并開啟制冷劑管線R. L使得在經(jīng)過外部冷凝器101的過程中冷卻和冷凝的制冷劑流入連接到HVAC模塊103的蒸發(fā)器105的第二膨脹閥123。使得流入第二膨脹閥123的低溫制冷劑膨脹，然后沿著制冷劑管線R. L將其供給到蒸發(fā)器105。其后，制冷劑在蒸發(fā)器105中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)，并在沿著制冷劑管線R. L經(jīng)過存蓄器115和壓縮機113的過程中受到壓縮。在壓縮機113中壓縮的制冷劑通過第一閥117的操作而流回到外部冷凝器101。最后，制冷劑沿著制冷劑管線R. L循環(huán)。流入HVAC模塊103的空氣在蒸發(fā)器105中通過流入蒸發(fā)器105的低溫制冷劑冷卻。此時，門111構(gòu)造成使得冷卻的空氣不經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107和PTC加熱器109。因
此，冷卻的空氣直接供給到車輛艙室，車輛艙室得以冷卻。
在除濕模式中熱泵系統(tǒng)I的操作和控制方法將參照圖4詳細進行描述。如圖4所示，在除濕模式中，控制器150開啟第二閥121使得在外部冷凝器101中通過空氣和操作冷卻風(fēng)扇102而冷卻的低溫制冷劑流入第二膨脹閥123。使得流入第二膨脹閥123的低溫制冷劑膨脹，然后沿著制冷劑管線R. L將其供給到蒸發(fā)器105。
其后，制冷劑在蒸發(fā)器105中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)，并在沿著制冷劑管線R. L經(jīng)過存蓄器115和壓縮機113的過程中壓縮成高溫/高壓氣態(tài)制冷劑。此外，通過第一閥117的操作來開啟連接到內(nèi)部冷凝器107的制冷劑管線R. L，將壓縮的氣態(tài)制冷劑供給到內(nèi)部冷凝器107。安裝在壓縮機113和第一閥117之間的制冷劑管線R. L上的壓力傳感器129檢測從壓縮機113流出的制冷劑的壓力并將檢測的值輸出到控制器150。控制器150由壓力傳感器129檢測的值確定制冷劑的壓力，并根據(jù)所要求的車輛性能控制第一閥117的開口。此外，經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107的制冷劑在第一膨脹閥119中膨脹，然后流入外部冷凝器101。最后，制冷劑沿著制冷劑管線R. L循環(huán)。在這種情況下，控制器150通過控制第一膨脹閥119和第二膨脹閥123的開口來控制制冷劑的膨脹量。流入HVAC模塊103的空氣在蒸發(fā)器105中通過流入蒸發(fā)器105的低溫制冷劑冷卻。此時，流入的空氣在經(jīng)過蒸發(fā)器105的過程中得以除濕，調(diào)節(jié)門111使得冷卻的空氣經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107。其后，空氣在內(nèi)部冷凝器107中加熱，然后流入車輛艙室。因此，車輛艙室得以除濕。在各個實施方案中，熱泵系統(tǒng)I進一步具有除濕/除霜模式，在除霜模式中外部冷凝器101的表面得以除霜。參照圖5，在除濕/除霜模式中根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的熱泵系統(tǒng)I的操作和控制方法將在下文詳細描述。如圖5所示，在除濕/除霜模式中，控制器150開啟第二閥121使得在外部冷凝器101中通過空氣和操作冷卻風(fēng)扇102而冷卻的低溫制冷劑流入第二膨脹閥123。使得流入第二膨脹閥123的低溫制冷劑膨脹，然后沿著制冷劑管線R. L將其供給到蒸發(fā)器105。其后，制冷劑在蒸發(fā)器105中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)，并在沿著制冷劑管線R. L經(jīng)過存蓄器115和壓縮機113的過程中壓縮成高溫/高壓氣態(tài)制冷劑。如上所述，通過第一閥117的操作，將經(jīng)壓縮的高溫/高壓的制冷劑沿著制冷劑管線R. L同時供給到外部冷凝器101和內(nèi)部冷凝器107。安裝在壓縮機113和第一閥117之間的制冷劑管線R. L上的壓力傳感器129檢測從壓縮機113流出的制冷劑的壓力并將檢測的值輸出到控制器150。控制器150由壓力傳感器129檢測的值確定制冷劑的壓力，并根據(jù)所要求的車輛性能控制第一閥117的開口。此外，經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107的制冷劑通過第三閥127的操作沿著旁路管線125流動，并通過第二閥121的操作匯入經(jīng)過外部冷凝器101的制冷劑。其后，制冷劑在第二膨脹閥123中膨脹并供給到蒸發(fā)器105。最后，制冷劑沿著制冷劑管線R. L循環(huán)。在這種情況下，控制器150通過控制第二膨脹閥123的開口而控制制冷劑的膨脹量。流入HVAC模塊103 的空氣在蒸發(fā)器105中通過流入蒸發(fā)器105的低溫制冷劑冷卻。此時，流入的空氣在經(jīng)過蒸發(fā)器105的過程中得以除濕，調(diào)節(jié)門111使得冷卻的空氣經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107。其后，空氣在內(nèi)部冷凝器107中被加熱，然后流入車輛艙室。因此，車輛艙室得以除濕。此外，通過為三通閥的第一閥117的操作而將在壓縮機113中壓縮的制冷劑供給到外部冷凝器101，從而使得外部冷凝器101的表面得以除霜。在各個實施方案中，在車輛的環(huán)境溫度極低的情況下，熱泵系統(tǒng)I在除濕/除霜模式中操作。參照圖6，將詳細描述在除濕/除霜模式中熱泵系統(tǒng)I的操作和控制方法。如圖6所示，在車輛的環(huán)境溫度為極低情況下的除濕/除霜模式中，控制器150開啟第二閥121使得制冷劑流入第二膨脹閥123。接著，使得流入第二膨脹閥123的低溫制冷劑膨脹，然后將其沿著制冷劑管線R. L供給到蒸發(fā)器105。其后，制冷劑在蒸發(fā)器105中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)，并在沿著制冷劑管線R. L經(jīng)過存蓄器115和壓縮機113的過程中壓縮成高溫/高壓氣態(tài)制冷劑?？刂破?50開啟第一閥117從而將經(jīng)過壓縮機113的制冷劑供給到內(nèi)部冷凝器107，且控制器150開啟連接到內(nèi)部冷凝器107的制冷劑管線R. L。安裝在壓縮機113和第一閥117之間的制冷劑管線R. L上的壓力傳感器129檢測從壓縮機113流出的制冷劑的壓力并將檢測的值輸出到控制器150?？刂破?50由壓力傳感器129檢測的值確定制冷劑的壓力，并根據(jù)所要求的車輛性能控制第一閥117的開口和第二膨脹閥123的開口。通過第一閥117的操作而供給到內(nèi)部冷凝器107的制冷劑經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107，然后通過第三閥127的操作而沿著旁路管線125流動。制冷劑通過第二閥121的操作而供回到第二膨脹閥123，并在第二膨脹閥123中膨脹。其后，將制冷劑供給到蒸發(fā)器105。最后，制冷劑沿著制冷劑管線R. L和旁路管線125循環(huán)。流入HVAC模塊103的空氣在蒸發(fā)器105中通過流入蒸發(fā)器105的低溫制冷劑冷卻。此時，流入的空氣在經(jīng)過蒸發(fā)器105的過程中得以除濕，調(diào)節(jié)門111使得冷卻的空氣經(jīng)過內(nèi)部冷凝器107。其后，空氣在內(nèi)部冷凝器107中被加熱，然后流入車輛艙室。因此，車輛艙室得以除濕。此時，熱泵系統(tǒng)I停止將制冷劑供給到在極低溫度下表面受到嚴(yán)重凍結(jié)的外部冷凝器101。因此，外部冷凝器101得以高效地除霜。同時，示例了根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案在加熱模式中操作PTC加熱器109以及空氣。然而，本發(fā)明的范圍不限于此。亦即，如果操作PTC加熱器109，則其可以根據(jù)由駕駛員設(shè)定的加熱溫度加以確定。根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案的用于車輛的熱泵系統(tǒng)I及其控制方法通過控制制冷劑的流動而改進車輛的加熱性能、除濕性能和除霜性能。此外，外部冷凝器101的除霜通過防止制冷劑在極低溫度下流入外部冷凝器101而高效地進行。此外，由于在加熱模式中在極低溫度下操作熱泵系統(tǒng)以及PTC加熱器109，因而防止了動力消耗的增加，并通過降低加熱負荷增加了車輛的里程。由于第一閥117和第二閥121中的每一個均為三通閥，在每種模式中防止了第一閥117和第二閥121被頻繁地開啟或閉合，從而降低了由于第一閥117和第二閥121的頻繁操作而引起的噪聲和振動。此外，由于使用了設(shè)置有第三閥127的旁路管線125，除濕和除霜可同時進行而不 需要另外的裝置用于對外部冷凝器101除霜。因此，布置可得以簡化，系統(tǒng)包裝可得以縮小。為了方便解釋和精確限定所附權(quán)利要求，術(shù)語前或后等被用于參考附圖中所顯示的這些特征的位置來描述示例性實施方式的特征。前面對本發(fā)明具體示例性實施方案所呈現(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。選擇示例性實施方案并進行描述是為了解釋本發(fā)明的特定原理及其實際應(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)明的各種示例性實施方案及其不同選擇形式和修改形式。本發(fā)明的范圍意在由所附權(quán)利要求書及其等價形式所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的熱泵系統(tǒng)，其具有空調(diào)裝置，用于通過利用循環(huán)經(jīng)過制冷劑管線的制冷劑而冷卻或加熱車輛艙室，其中所述空調(diào)裝置包括 外部冷凝器，所述外部冷凝器設(shè)置在車輛的發(fā)動機艙室中，通過與空氣進行熱交換而冷凝制冷劑，并在所述外部冷凝器的后面設(shè)置有冷卻風(fēng)扇； 加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊，所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊與所述外部冷凝器流體連通，并且所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊設(shè)置有蒸發(fā)器和門，所述門使得經(jīng)過所述蒸發(fā)器的空氣根據(jù)加熱、冷卻或除濕模式選擇性地流動到內(nèi)部冷凝器和正溫度系數(shù)加熱器中； 壓縮機，所述壓縮機通過制冷劑管線連接到所述蒸發(fā)器，并適合于壓縮氣態(tài)制冷劑； 存蓄器，所述存蓄器設(shè)置在所述壓縮機和所述蒸發(fā)器之間的所述制冷劑管線上，并適合于將所述氣態(tài)制冷劑供給到所述壓縮機； 第一閥，所述第一閥根據(jù)車輛的模式將從所述壓縮機流出的所述制冷劑選擇性地供給到所述內(nèi)部冷凝器或所述外部冷凝器； 第一膨脹閥，所述第一膨脹閥接收經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑，并適合于使所述制冷劑膨脹； 第二閥，所述第二閥將在所述第一膨脹閥處膨脹的并經(jīng)過所述外部冷凝器的所述制冷劑選擇性地供給到所述蒸發(fā)器或所述存蓄器； 第二膨脹閥，所述第二膨脹閥設(shè)置在所述蒸發(fā)器和所述第二閥之間，并適合于使經(jīng)過所述第二閥的所述制冷劑膨脹； 旁路管線，所述旁路管線通過所述第二閥的操作使得經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑流動進入所述蒸發(fā)器或所述存蓄器而不經(jīng)過所述外部冷凝器；以及 第三閥，所述第三閥設(shè)置在所述旁路管線上并適于將所述制冷劑選擇性地供給到與所述第二閥連接的所述制冷劑管線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于車輛的熱泵系統(tǒng)，其中壓力傳感器安裝在連接所述壓縮機和所述第一閥的所述制冷劑管線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于車輛的熱泵系統(tǒng)，其中所述第一閥和第二閥中的每一個均為三通閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于車輛的熱泵系統(tǒng)，其中所述空調(diào)裝置連接到控制器并通過所述控制器的控制信號進行操作。
5.一種用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，所述熱泵系統(tǒng)設(shè)置有空調(diào)裝置，所述空調(diào)裝置連接到控制器并包括通過制冷劑管線和旁路管線彼此連接的多個閥和多個膨脹閥、壓縮機、存蓄器、蒸發(fā)器、外部冷凝器、內(nèi)部冷凝器和加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊，所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊具有正溫度系數(shù)加熱器和門，所述門根據(jù)駕駛員的選擇處于加熱模式、冷卻模式、除濕模式、除濕/除霜模式或極低溫度除濕/除霜模式，其中在所述加熱模式中 將溫度在所述外部冷凝器中通過與空氣進行熱交換而升高的制冷劑在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機而壓縮為高溫/高壓的氣態(tài)制冷劑之后供給到所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊的所述內(nèi)部冷凝器； 經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑通過所述膨脹閥膨脹并供給到所述外部冷凝器；并且 經(jīng)過所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊的所述蒸發(fā)器的空氣的溫度通過所述內(nèi)部冷凝器和所述正溫度系數(shù)加熱器的選擇性操作而升高，由此車輛艙室得以升溫。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，其中在所述冷卻模式中 在所述外部冷凝器中通過操作所述冷卻風(fēng)扇并與空氣進行熱交換而冷卻的低溫制冷劑在通過另一膨脹閥膨脹之后供給到所述蒸發(fā)器； 將在所述蒸發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑在所述存蓄器和所述壓縮機中受到壓縮之后供給到所述外部冷凝器；并且 使得在所述蒸發(fā)器中通過與所述制冷劑進行熱交換而冷卻的空氣直接流入車輛艙室而不流入所述內(nèi)部冷凝器，由此車輛艙室得以冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，其中在所述除濕模式中 使得在所述外部冷凝器中通過與空氣進行熱交換而冷卻的低溫制冷劑在另一膨脹閥中膨脹，并將膨脹的制冷劑供給到所述蒸發(fā)器； 將在所述蒸發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機受到壓縮之后供給到所述內(nèi)部冷凝器； 經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑在所述膨脹閥中膨脹之后供給到所述外部冷凝器并進行循環(huán)；并且 將在經(jīng)過所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊的所述蒸發(fā)器的過程中冷卻的空氣在經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述正溫度系數(shù)加熱器之后供給到車輛艙室，由此車輛艙室得以除濕。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，其中在所述除濕模式中，所述控制器通過控制所述膨脹閥的開口而控制所述制冷劑的膨脹量。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，其中在所述除濕/除霜模式中 使得在所述外部冷凝器中通過與空氣進行熱交換而冷卻的低溫制冷劑在另一膨脹閥中膨脹，并將膨脹的制冷劑供給到所述蒸發(fā)器； 將在所述蒸發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機受到壓縮之后分別供給到所述外部冷凝器和所述內(nèi)部冷凝器； 將經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑供回到另一膨脹閥，并將在另一膨脹閥中膨脹的所述制冷劑供給到所述蒸發(fā)器并進行循環(huán)； 將在經(jīng)過所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊的所述蒸發(fā)器的過程中冷卻的空氣在經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述正溫度系數(shù)加熱器之后供給到車輛艙室，由此車輛艙室得以除濕；并且將壓縮的制冷劑供給到所述外部冷凝器并對表面凍結(jié)的所述外部冷凝器進行除霜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，其中在當(dāng)環(huán)境溫度為極低溫度情況下的所述除濕/除霜模式中 所述制冷劑在另一膨脹閥中膨脹之后供給到所述蒸發(fā)器； 在所述蒸發(fā)器中通過與空氣進行熱交換而蒸發(fā)的所述制冷劑在經(jīng)過所述存蓄器和所述壓縮機的過程中受到壓縮之后供給到所述內(nèi)部冷凝器； 經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器的所述制冷劑沿著所述旁路管線供回到所述膨脹閥，在所述膨脹閥中膨脹的所述制冷劑供給到所述蒸發(fā)器并進行循環(huán)； 將在經(jīng)過所述加熱、通風(fēng)和空調(diào)模塊的所述蒸發(fā)器的過程中冷卻的空氣在經(jīng)過所述內(nèi)部冷凝器和所述正溫度系數(shù)加熱器之后供給到車輛艙室，由此車輛艙室得以除濕；并且壓縮的制冷劑不供給到所述外部冷凝器使得所述外部冷凝器得以除霜。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，其中在所述加熱模式、所述冷卻模式、所述除濕模式或所述除濕/除霜模式中，所述控制器根據(jù)車輛的溫度和所述制冷劑的溫度控制所述冷卻風(fēng)扇的操 作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于車輛的熱泵系統(tǒng)及其控制方法。一種用于控制熱泵系統(tǒng)的方法，所述熱泵系統(tǒng)設(shè)置有空調(diào)裝置，所述空調(diào)裝置連接到控制器并包括通過制冷劑管線和旁路管線彼此連接的多個閥和多個膨脹閥、壓縮機、存蓄器、蒸發(fā)器、外部冷凝器、內(nèi)部冷凝器和HVAC模塊，所述HVAC模塊具有PTC加熱器和門，所述門根據(jù)駕駛員的選擇處于加熱模式、冷卻模式、除濕模式、除濕/除霜模式或極低溫度除濕/除霜模式。
文檔編號F25B41/04GK102889653SQ20111045457
公開日2013年1月23日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者崔龍鉉, 金載然, 車龍雄, 趙完濟, 樸重夏, 金在山, 樸萬熙 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社, 起亞自動車株式會社