CN101564976A - Hvac模块的加热器的冷却剂流量控制 - Google Patents

Hvac模块的加热器的冷却剂流量控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及HVAC模块的加热器的冷却剂流量控制，其包括空气调节系统和加热流经HVAC模块的加热器芯的空气的方法。该方法包括在HVAC的所有运行工况下，使流经蒸发器的所有空气基本流经加热器芯。打开流量控制阀足够长的时间以允许来自发动机的热冷却剂流进入加热器芯。然后关闭该阀以阻止该热冷却剂的流动。当确定热冷却剂的温度已经冷却到预定温度阈值时，再次打开流量控制阀以允许热冷却剂流入加热器芯。

Description

HVAC模块的加热器的冷却剂流量控制
技术领域
[0001]本发明总体上涉及车辆的采暧、通风与空调(HVAC)系统，尤其涉及在该HVAC系统中加热空气。
背景技术
[0002]在传统的HVAC模块中，空气温度门(混合风门)用来在空气流经蒸发器之后引导该空气流经加热器芯或者在加热器芯周围流动，混合室位于加热器芯的下游以允许流经加热器芯的空气与在加热器芯周围流动的空气相混合。通过混合在加热器芯周围流动的低温空气与流经加热器芯的高温空气，使得来自HVAC模块的空气具有一致的温度。然而，采用这些传统的系统，由于混合风门和混合室所需要的空间，HVAC模块可能比期望的更大，并且不论是否需要，高温冷却剂均被不断泵送经过加热器芯。
[0003]有些人增加了阀，以便在不需要的时候阻止冷却剂流经加热器芯。有些人则采用具有脉冲宽度调制或者开/关控制的泵，以便基于HVAC系统当前的加热需求来控制流经加热器芯的最大冷却剂流量的百分比。脉冲宽度调制是对流动的冷却剂的线性流量控制，当需要减小的容量时则具有减小的流量，当需要较高的加热器容量时则具有较高的流量。但是传统系统的这些变化仍然不能克服传统HVAC模块的一些缺陷。
发明内容
[0004]一个实施例构思了一种加热流经HVAC模块的加热器芯的空气的方法。该方法可包括以下步骤：使空气流经HVAC模块的蒸发器；在HVAC的所有运行工况下，使流经蒸发器的所有空气基本流经加热器芯；打开阀以使来自发动机的热冷却剂流入加热器芯，流入时间长得足以使来自发动机的热冷却剂取代加热器芯中的冷却剂；当热冷却剂已经取代了加热器芯中的冷却剂时，关闭阀以阻止热冷却剂流入加热器芯；确定热冷却剂的温度；以及当确定冷却剂的温度已经冷却到预定温度阈值时，给加热器芯重新充满热冷却剂。
[0005]一个实施例构思了一种车辆的HVAC系统。该HVAC系统可包括HVAC模块、加热器芯冷却剂回路以及流量控制阀。该HVAC模块可包括鼓风机、位于来自鼓风机的空气流的下游的蒸发器、定位靠近蒸发器并且位于来自蒸发器的空气流的下游的加热器芯、以及包容蒸发器和加热器芯的HVAC外壳。蒸发器具有迎风面积，并且加热器芯具有的迎风面积与蒸发器的迎风面积基本相等。HVAC外壳配置成总是引导流经蒸发器的所有空气流经过加热器芯。加热器芯冷却剂回路配置成引导来自发动机的冷却剂到达加热器芯然后再返回发动机。流量控制阀位于加热器芯冷却剂回路中并且设置成选择性地阻止加热器芯冷却剂回路中的冷却剂流。
[0006]实施例的优点在于，控制进入加热器芯的冷却剂周期性流动实现了期望的空气温度控制，即使流经蒸发器的所有空气还流经加热器芯也是如此。这允许去掉混合风门。流动的迅速填充和停止也在加热器芯的迎风面产生相对一致的温度，这消除了对加热器芯下游的混合室的需要。去掉混合风门和混合室使得车辆中HVAC模块的尺寸减小且包装简化。这对于具有极小的用于HVAC模块的空间的小型车辆特别有利。
附图说明
[0007]图1是车辆以及该车辆的HVAC系统的示意图。
具体实施方式
[0008]参照图1，其中示出了总体上由10指示的车辆。车辆10包括发动机舱室12和乘客舱室14。在舱室12，14内的是发动机冷却系统16和采暖、通风与空调(HVAC)系统18。
[0009]发动机冷却系统16包括推动水经过发动机22以及发动机冷却系统16的其他部分的水泵20。该水泵20可由发动机22驱动。按照传统方式采用散热器24和风扇26移走发动机冷却剂的热量。按照传统方式采用自动调温器28以便当冷却剂低于期望的运行温度时选择性地阻止冷却剂流经散热器24。
[0010]发动机22的加热器芯出口30将冷却剂引至电动流量控制泵34的入口33。流量控制泵34是可选的，这取决于在使用HVAC系统18的特定车辆。例如，如果发动机驱动的水泵20不能产生足够的流量来足够快地用热冷却剂充满加热器芯38，那么可能需要流量控制泵34作为补充泵(在下文讨论)。流量控制泵34的出口37将流体引至电子控制的流量控制阀32。控制器36连接流量控制泵34和流量控制阀32并且控制它们的运行。该控制器36可以是单独的或者可以结合到其他控制器中，例如HVAC控制器。阀是开-关(打开-关闭)阀，其选择性地允许冷却剂流入位于HVAC模块40内的加热器芯38。冷却剂管路42将来自加热器芯38的冷却剂引入水泵20的入口，完成加热器芯冷却剂回路50。图1所示的虚线代表了发动机冷却剂流经的冷却剂管路。
[0011]HVAC系统18包括HVAC模块40，在其中设置有用于通过空气入口46吸入空气并且引导空气经过蒸发器48的鼓风机44。蒸发器48的下游是加热器芯38。加热器芯38具有与蒸发器48的迎风面积基本相等的迎风面积，加热器芯38优选位于蒸发器48的下游很近的地方。HVAC外壳41具有的形状引导流经蒸发器48的所有空气经过加热器芯38而没有加热器芯旁路流。可采用这种布置是因为不需要温度混合风门。并且，可以去掉加热器芯38下游的混合室，因为流经蒸发器48的所有空气也流经加热器芯38。去掉混合风门和混合室所需要的空间允许HVAC模块40更小，因而使得包装空间最小化。HVAC模块40还可包括除霜出口和门52，地板出口和门54，以及面板出口和门56，这些出口和门引导空气进入乘客舱室14的不同部分。
[0012]HVAC系统18的制冷部分58可包括按照传统方式通过制冷剂管路66连接在一起的蒸发器48、热膨胀阀60、制冷剂压缩机62、以及冷凝器64。压缩机62可按照传统方式由发动机22驱动或者如果需要的话由电动机驱动。图1所示的点划线代表了制冷剂流经的制冷剂管路。
[0013]在制冷部分58中填充制冷剂以及在发动机冷却系统16中填充冷却剂可按照传统方式完成。
[0014]现在讨论HVAC系统18的运行。在HVAC模块40中，流经蒸发器48的所有空气还基本流经加热器芯38，因此加热器芯38的周期性流动控制(即控制进入加热器芯38的热冷却剂的周期性流动)是控制HVAC模块出口空气温度的主要因素。
[0015]在高热量需求情形中，在冷却剂已经被发动机22加热之后，控制器36会打开流量控制阀32。控制器36控制流量控制阀32以调节冷却剂的流量，较大的总流量用于从加热器芯获得更多的热传递，较小的总流量用于减小加热器芯的热传递。同时运行鼓风机44以吹动空气经过加热器芯38。如果需要额外的冷却剂流量来满足高热量需求，如果安装了流量控制泵34的话，则打开流量控制泵34，从而使得进入乘客舱室14的热传递最大化。
[0016]在低加热器负荷时，例如乘客舱室14已经被加热之后或者在空调模式中，当压缩机62正在运行并且来自蒸发器48的冷却的空气需要略微加热时，控制器36会打开流量控制阀32，迅速使热冷却剂充满加热器芯38。一旦产生足够的流量将加热器芯38中的冷却剂替换为热冷却剂，则控制器36会停止流量控制泵34(如果正在运行)并且关闭流量控制阀32以使冷却剂停止流入加热器芯38。运行鼓风机44以吹动空气经过蒸发器48并随后经过加热器芯38，空气在从通风口52，54，56中的一个或多个被推出之前在这里吸收热量。一旦降低到预定温度，该预定温度可能是加热器芯的翅片温度，加热器芯38本身中的冷却剂的测量温度，或者是加热器芯38中冷却剂温度的一些其他指示(例如，基于鼓风机速度，周围环境空气温度以及时间的估计温度)，则控制器36将会再次打开阀32并启动泵34，并且使得加热器芯38充满来自发动机22的另一批次的热冷却剂。在此之后，泵34将会再次停止并且阀32将会关闭。随后，重复该过程从而提供车辆乘客舱室14所需要的热量。当新的批次被运送给加热器芯38时，可以调整鼓风机速度或HVAC模块40的其他参数以适应冷却剂较高的初始温度。
[0017]冷却剂流的迅速填充以及停止可在加热器芯38的迎风面产生相对均匀的温度，加热器芯38整个迎风面上的温度因为热量被传递给空气而发生相对一致地变化。因此能够排除加热器芯38下游的任何混合室的需求。
[0018]虽然本发明的特定实施例已经被详细描述，但是本领域技术人员可以认识到不同的选择设计和实施例用于实现由所附权利要求限定的本发明。

Claims (16)

1.一种加热流经HVAC模块的加热器芯的空气的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使空气流经HVAC模块的蒸发器；
(b)在HVAC的所有运行工况下，使流经蒸发器的所有空气基本流经加热器芯；
(c)打开流量控制阀以使来自发动机的热冷却剂流入加热器芯，流入时间长得足以使来自发动机的热冷却剂取代加热器芯中的冷却剂；
(d)在步骤(c)之后，关闭流量控制阀以阻止热冷却剂流入加热器芯，此时热冷却剂已经取代了加热器芯中的冷却剂；
(e)确定热冷却剂的温度；以及
(f)当确定热冷却剂的温度已经冷却到预定温度阈值时，重复步骤(c)到(e)。
2.如权利要求1所述的方法，其中：通过在流量控制阀打开时启动流量控制泵进一步限定步骤(c)，并且通过在流量控制阀关闭时停止流量控制泵进一步限定步骤(d)。
3.如权利要求1所述的方法，其中：通过测量加热器芯上的翅片温度来确定热冷却剂的温度进一步限定步骤(e)。
4.如权利要求1所述的方法，其中：步骤(e)进一步限定如下：通过基于鼓风机的速度、周围环境空气温度和热冷却剂流入加热器芯后的时间量估计热冷却剂的温度的方式，来确定热冷却剂的温度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)和(b)进一步限定如下：加热器芯的迎风面积与蒸发器的迎风面积基本相等。
6.如权利要求1所述的方法，包括运行制冷剂压缩机，使被冷却的制冷剂流经蒸发器。
7.一种加热流经HVAC模块的加热器芯的空气的方法，所述方法包括步骤：
(a)使空气流经HVAC模块的蒸发器；
(b)在HVAC的所有运行工况下，使流经蒸发器的所有空气基本流经加热器芯；
(c)打开流量控制阀和启动流量控制泵以使来自发动机的热冷却剂流入加热器芯，流入时间长得足以使来自发动机的热冷却剂取代加热器芯中的冷却剂；
(d)在步骤(c)之后，关闭流量控制阀并且停止流量控制泵以阻止热冷却剂流入加热器芯，此时热冷却剂已经填充了加热器芯；
(e)确定热冷却剂的温度；以及
(f)当确定热冷却剂的温度已经冷却到预定温度阈值时，重复步骤(c)到(e)。
8.如权利要求7所述的方法，其中：通过测量加热器芯上的翅片温度来确定热冷却剂的温度进一步限定步骤(e)。
9.如权利要求7所述的方法，其中：步骤(e)进一步限定如下：通过基于鼓风机的速度、周围环境空气温度和热冷却剂流入加热器芯后的时间量估计热冷却剂的温度的方式，来确定热冷却剂的温度。
10.如权利要求7所述的方法，其中：步骤(a)和(b)进一步限定如下：加热器芯的迎风面积与蒸发器的迎风面积基本相等。
11.如权利要求7所述的方法，包括运行制冷剂压缩机，使被冷却的制冷剂流经蒸发器。
12.一种车辆的HVAC系统，包括：
HVAC模块，其包括鼓风机、位于来自鼓风机的气流的下游的蒸发器、定位靠近蒸发器并位于来自蒸发器的气流的下游的加热器芯、和包容蒸发器和加热器芯的HVAC外壳，所述蒸发器具有迎风面积，所述加热器芯具有与蒸发器的迎风面积基本相等的迎风面积，以及所述HVAC外壳配置成总是引导流经蒸发器的所有空气流经过加热器芯；
加热器芯冷却剂回路，其被配置成引导冷却剂从发动机到加热器芯再返回发动机；以及
流量控制阀，其定位在加热器芯冷却剂回路上并且被配置成选择性地阻止加热器芯冷却剂回路中的冷却剂流。
13.如权利要求12所述的HVAC系统，其中：流量控制阀在加热器芯冷却剂回路中位于发动机的加热器芯出口与加热器芯之间。
14.如权利要求13所述的HVAC系统，包括流量控制泵，其在加热器芯冷却剂回路中位于发动机的加热器芯出口与加热器芯之间。
15.如权利要求14所述的HVAC系统，包括控制器，其被设置成当流量控制阀打开时启动流量控制泵，而当流量控制阀关闭时停掉流量控制泵。
16.如权利要求12所述的HVAC系统，包括位于加热器芯冷却剂回路中的流量控制泵。
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