CN101907332A - 车辆hvac系统中的水冷却冷凝器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆HVAC系统中的水冷却冷凝器，具体公开了一种用于车辆中的HVAC系统。所述HVAC系统包括：蒸发器；致冷压缩机，其从所述蒸发器接收致冷剂并且压缩所述致冷剂；冷凝器，其从所述压缩机接收所述致冷剂并且具有散热片，空气流过所述散热片以从流过所述冷凝器的致冷剂带走热量；和膨胀装置，其从所述冷凝器接收所述致冷剂并且将所述致冷剂引导至所述蒸发器。所述HVAC系统还包括：水槽，其接收并存储水；水喷射泵，其从所述水槽接收水；和喷嘴，其从所述水喷射泵接收水并且定位成邻近于所述冷凝器，所述喷嘴选择性地将水喷洒到所述冷凝器的散热片上。

Description

车辆HVAC系统中的水冷却冷凝器
技术领域
本发明总体上涉及用于车辆中的加热、通风和空调(HVAC)系统，更具体地涉及HVAC系统的空调部分。
背景技术
在提高机动车辆的燃料经济性上存在很大的动力。一种降低燃料经济性的车辆操作就是空调，这是因为空调在工作时消耗了大量的能量。典型的HVAC系统具有基于峰值工作条件而确定尺寸的致冷压缩机和冷凝器。通常在热天车辆初始启动后的约头五分钟会用到峰值工作条件。当车辆内部被一定程度的冷却后，就不再需要峰值工作条件，从而HVAC系统在较低的稳态条件下工作，而该稳态条件所需的HVAC系统输出大大减少。结果，即使HVAC系统可以很小比例的时间工作在峰值效能下，但是车辆在HVAC系统方面仍承担了过多的质量、成本和封装损失(packaging penalty)。因此，人们希望提供这样一种用于车辆的空调系统，即该空调系统为车辆乘客提供充足的冷却性能而且根据实际情况尽可能高效地工作，同时最小化空调系统的成本、质量和封装空间。
发明内容
一个实施例构想了一种用于车辆中的HVAC系统。所述HVAC系统可包括：蒸发器；致冷压缩机，其从所述蒸发器接收致冷剂并且压缩所述致冷剂；冷凝器，其从所述压缩机接收所述致冷剂并且具有散热片，空气流过所述散热片以从流过所述冷凝器的致冷剂带走热量；和膨胀装置，其从所述冷凝器接收所述致冷剂并且将所述致冷剂引导至所述蒸发器。所述HVAC系统还包括：水槽，其接收并存储水；水喷射泵，其从所述水槽接收水；和喷嘴，其从所述水喷射泵接收水并且定位成邻近于所述冷凝器，所述喷嘴构造成将水喷洒到所述冷凝器的散热片上。
一个实施例构想了一种在车辆中操作HVAC系统的方法，所述方法包括如下步骤：在将致冷剂引导至蒸发器之前，引导致冷剂通过膨胀装置以降低所述致冷剂的温度；引导空气和所述致冷剂通过所述蒸发器以藉此使得所述致冷剂从所述空气吸收热量；在所述致冷剂从所述蒸发器流出之后以及在所述致冷剂流过冷凝器之前压缩所述致冷剂；引导所述致冷剂通过所述冷凝器同时抽取空气通过所述冷凝器，以藉此使得所述空气从所述致冷剂吸收热量；在水槽中提供水；以及选择性地将水从所述水槽喷洒到所述冷凝器上，以藉此使得所述水从流过所述冷凝器的所述致冷剂吸收热量。
实施例的一个优点在于车辆HVAC系统的空调部分可通过将水喷洒到冷凝器上以提高冷凝器的致冷剂冷却能力而更加高效地工作。通过冷凝器上的水蒸发使得能够在短时间内得到峰值工作效能。而且，在其他情况下可能被排到地面上的已冷却的水可被用于冷却。这可通过提高总的HVAC系统效率而降低峰值HVAC系统功率需求，并且同时保持所期望的车厢冷却性能。可基于更接近稳态工作条件(即使在峰值载荷期间)，压缩机和冷凝器的尺寸被设计成小于常规压缩机和冷凝器。这种HVAC系统也可允许减小某些HVAC系统部件的尺寸，从而有可能导致较低的总质量以及改善的系统封装。较低的总质量可提高车辆的燃料经济性。
根据上述，本发明提供下列技术方案。
技术方案1：一种用于车辆中的HVAC系统，包括：
蒸发器；
致冷压缩机，其构造成从所述蒸发器接收致冷剂并且压缩所述致冷剂；
冷凝器，其构造成从所述压缩机接收所述致冷剂并且具有散热片，所述散热片构造成使空气流过所述散热片以从流过所述冷凝器的致冷剂带走热量；
膨胀装置，其构造成从所述冷凝器接收所述致冷剂并且将所述致冷剂引导至所述蒸发器；
水槽，其构造成在其内接收并存储水；
水喷射泵，其构造成从所述水槽接收水；和
喷嘴，其构造成从所述水喷射泵接收水，所述喷嘴定位成邻近于所述冷凝器并且被设置取向以将水喷洒到所述冷凝器的散热片上。
技术方案2：如技术方案1所述的HVAC系统，其特征在于，所述蒸发器包括排放部和冷凝物排放管线，所述排放部构造成接收从所述蒸发器滴落的冷凝物，所述冷凝物排放管线构造成将冷凝物从所述排放部引导到所述水槽内。
技术方案3：如技术方案1所述的HVAC系统，其特征在于，所述水槽具有充填颈部和罩盖，所述充填颈部和罩盖构造成允许操作者将水倒入所述水槽内。
技术方案4：如技术方案1所述的HVAC系统，其特征在于，包括HVAC控制器，其中所述水喷射泵是电驱动的并且由所述HVAC控制器激活和去激活。
技术方案5：如技术方案1所述的HVAC系统，其特征在于，包括发动机冷却风扇，所述发动机冷却风扇定位成邻近于所述冷凝器并且构造成推动空气通过所述冷凝器的所述散热片。
技术方案6：如技术方案1所述的HVAC系统，其特征在于，包括水出口和冷凝物排放管线，所述水出口来自燃料电池，所述冷凝物排放管线构造成将所述燃料电池中产生的水从所述水出口引导到所述水槽内。
技术方案7：如技术方案6所述的HVAC系统，其特征在于，包括旁通阀，所述旁通阀构造成选择性地将水从所述水出口引导到所述水槽内以及将水从所述水出口绕过所述水槽引导至大气。
技术方案8：一种在车辆中操作HVAC系统的方法，所述方法包括如下步骤：
(a)在将致冷剂引导至蒸发器之前，引导致冷剂通过膨胀装置以降低所述致冷剂的温度；
(b)引导空气和所述致冷剂通过所述蒸发器以藉此使得所述致冷剂从所述空气吸收热量；
(c)在所述致冷剂从所述蒸发器流出之后以及在所述致冷剂流过冷凝器之前压缩所述致冷剂；
(d)引导所述致冷剂通过所述冷凝器同时抽取空气通过所述冷凝器，以藉此使得所述空气从所述致冷剂吸收热量；
(e)在水槽中提供水；以及
(f)选择性地将水从所述水槽喷洒到所述冷凝器上，以藉此使得所述水从流过所述冷凝器的所述致冷剂吸收热量。
技术方案9：如技术方案8所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)通过下述被进一步限定：收集形成在所述蒸发器上的冷凝物并且将所述冷凝物引导到所述水槽内。
技术方案10：如技术方案8所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)通过下述被进一步限定：将燃料电池工作期间产生的水引导到所述水槽内。
技术方案11：如技术方案10所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)通过下述被进一步限定：在水出口和所述水槽之间提供旁通阀并且选择性地切换所述旁通阀以将水引导到所述水槽内以及切换所述旁通阀以将所述水绕过所述水槽引导至大气。
技术方案12：如技术方案8所述的方法，其特征在于，所述步骤(f)通过下述被进一步限定：激活水喷射泵以从所述水槽抽取水并且引导所述水通过喷嘴，所述喷嘴将所述水喷洒到所述冷凝器上。
技术方案13：如技术方案12所述的方法，其特征在于，所述步骤(f)通过下述被进一步限定：当车辆乘客舱所需的冷却量在预定阈值之上时激活所述水喷射泵并且当所述所需的冷却量在所述预定阈值之下时去激活所述水喷射泵。
技术方案14：如技术方案8所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)通过下述被进一步限定：操作发动机风扇以抽取空气通过所述冷凝器。
技术方案15：如技术方案8所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)通过下述被进一步限定：使用者将水倒入所述水槽。
附图说明
图1是用于车辆中的HVAC系统的一部分以及该车辆的示意图；
图2是图1的HVAC系统一部分的示意性透视图；
图3是类似于图1的示意图，不过示出了第二实施例。
具体实施方式
图1和图2示出了车辆16和HVAC系统22的部分。车辆16可包括发动机舱18和乘客舱20。发动机舱20可包含动力装置19(例如内燃发动机)和发动机冷却风扇21。发动机冷却风扇21可被用于抽取空气(由大箭头23表示)通过冷凝器40(下面将介绍)。
HVAC系统22可包括HVAC模块26(示出了其一部分)，该HVAC模块26可包括用于迫使空气(由图1中的大箭头24表示)通过HVAC模块26的鼓风机28以及蒸发器30，该蒸发器30从HVAC系统22的致冷部分32接收被冷却的致冷剂。
HVAC系统22的致冷部分32还包括压缩机36、将致冷剂从蒸发器30引导至压缩机36的致冷剂管线34、冷凝器40和将致冷剂从压缩机36引导至冷凝器40的致冷剂管线38。致冷部分32还包括膨胀装置46、将致冷剂从冷凝器40引导至膨胀装置46的致冷剂管线42和将致冷剂从膨胀装置46引导至蒸发器30的致冷剂管线50，从而完成致冷剂回路。膨胀装置46例如可以是恒温膨胀阀、节流管或压力调节器。图1中管线末端具有箭头的实线表示通过致冷剂管线的致冷剂流动，而箭头表示流动方向。
蒸发器30包括排放部52。冷凝物排放管线54将冷凝物从排放部52引导至通向水槽44的入口56。图1中的虚线表示通过水管线的水流，而管线末端处的箭头表示水流的方向。如果希望的话，水槽44可被绝缘以保持冷凝物的低温。水槽44可包括充填颈部/罩盖48，该充填颈部/罩盖48允许向槽44添加使用者供应的水。水排放管线58将冷凝物从水槽44引导至水喷射泵60，该水喷射泵60具有经由水喷射管线64连接到一个或多个水喷嘴66的输出部。控制器62可以是HVAC控制器或车辆中的其他控制器，其控制泵60的工作并且当然也可控制压缩机36以及HVAC系统22的其他部件。泵60从槽44抽取水并将水通过喷嘴66喷出成为水喷雾68，水喷雾68被引导至冷凝器40的散热片70上。水喷雾68由虚线表示。
现在将针对图1和图2讨论HVAC系统22的工作。当在炎热的环境条件下操作车辆时，HVAC系统22的致冷部分32被用于对车辆16的乘客舱20进行冷却。压缩机36被激活，从而压缩致冷剂并且将其推入冷凝器40。随着空气23流过冷凝器40，热量从致冷剂被带走，而致冷剂从气相变成液相。然后，处于高压下的液体致冷剂流过膨胀装置46。膨胀装置46使得致冷剂的压力和温度下降，然后致冷剂被引导通过蒸发器30。
被鼓风机28迫使通过蒸发器30的空气流24在温度和湿度上均得到调节。也就是说，随着空气流过蒸发器30，流过蒸发器的致冷剂从空气吸收热量——空气温度降低到其露点以下，导致空气中的湿气被冷凝出来。由蒸发器30产生的该冷凝物被收集起来并从排放部52通过冷凝物排放管线54被引导到水槽44内。然后，流过蒸发器30的空气被引导进入乘客舱20。
可能存在空调载荷相当高的情况，例如在热天时启动停放在太阳下的车辆时。在这些类型的条件下，在预定阈值之上(在预定阈值处需要用到峰值HVAC系统性能)，随着压缩机36被激活，控制器62也可激活水喷射泵60。然后，槽44中的水将从喷嘴66喷洒到冷凝器散热片70上。随着水喷雾68撞击热的冷凝器散热片70，水喷雾68将从流过冷凝器的致冷剂吸收热量。水喷雾68的大多数可能蒸发，变成蒸汽72(由图2中的波形虚线表示)。该经历了相变的水喷雾68将吸收大量的热量(除了流过冷凝器40的空气流23之外)，因而显著地提高了冷凝器40的热量去除能力。在达到峰值HVAC需求后(即，在乘客舱20已经冷却到一定程度后)，水喷射泵60可被去激活，因为流过冷凝器40的空气流23现在已经足以满足HVAC系统22的冷却需要。
结果，冷凝器40可小于相同车辆中常规HVAC系统在其他情况下所需的冷凝器。而且，由于仅在峰值载荷期间需要用到水喷雾68，从而可在槽44内存储充足的水而无需大得离谱的槽44。
图3示出了根据第二实施例的车辆16和HVAC系统22’的部分。由于该实施例中所描述的系统是第一实施例的改型，因此图中相同的附图标记指代对应部分并且将省略对应部分的细节描述，而作出变化的元件或新的元件将添加有上标。
在该实施例中，所采用的动力装置是燃料电池19’。燃料电池工作时的一种副产物是水。因此，来自燃料电池19’的排放部52’经由排放管线54’连接到旁通阀74’。旁通阀74’可具有通向大气的第一输出部76’以及第二输出部78’，该第二输出部78’将水经由水管线80’引导至水槽44’。水槽44’又经由水管线58’连到到水喷射泵60。水喷射泵60仍旧将水引导至喷嘴66，而喷嘴66将喷雾引导到冷凝器40上。因此，现在，槽44’的水源是燃料电池19’而不是蒸发器30。除此之外，系统与第一实施例中的系统基本相同地工作。
替代性地，如果希望的话，图3的HVAC系统22’也可允许冷凝物从蒸发器排入水槽，并且也可允许该槽具有充填罩盖。作为另一种替代方式，可取消旁通阀并向水槽添加溢流阀(未示出)，使得当槽充满时，额外的水将径直流到地面上。
虽然已经详细描述了本发明的一些实施例，但本发明所属领域的技术人员将意识到用于实施本发明的各种替代性设计和实施例，而本发明由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于车辆中的HVAC系统，包括：
蒸发器；
致冷压缩机，其构造成从所述蒸发器接收致冷剂并且压缩所述致冷剂；
冷凝器，其构造成从所述压缩机接收所述致冷剂并且具有散热片，所述散热片构造成使空气流过所述散热片以从流过所述冷凝器的致冷剂带走热量；
膨胀装置，其构造成从所述冷凝器接收所述致冷剂并且将所述致冷剂引导至所述蒸发器；
水槽，其构造成在其内接收并存储水；
水喷射泵，其构造成从所述水槽接收水；和
喷嘴，其构造成从所述水喷射泵接收水，所述喷嘴定位成邻近于所述冷凝器并且被设置取向以将水喷洒到所述冷凝器的散热片上。
2.如权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述蒸发器包括排放部和冷凝物排放管线，所述排放部构造成接收从所述蒸发器滴落的冷凝物，所述冷凝物排放管线构造成将冷凝物从所述排放部引导到所述水槽内。
3.如权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，所述水槽具有充填颈部和罩盖，所述充填颈部和罩盖构造成允许操作者将水倒入所述水槽内。
4.如权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，包括HVAC控制器，其中所述水喷射泵是电驱动的并且由所述HVAC控制器激活和去激活。
5.如权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，包括发动机冷却风扇，所述发动机冷却风扇定位成邻近于所述冷凝器并且构造成推动空气通过所述冷凝器的所述散热片。
6.如权利要求1所述的HVAC系统，其特征在于，包括水出口和冷凝物排放管线，所述水出口来自燃料电池，所述冷凝物排放管线构造成将所述燃料电池中产生的水从所述水出口引导到所述水槽内。
7.如权利要求6所述的HVAC系统，其特征在于，包括旁通阀，所述旁通阀构造成选择性地将水从所述水出口引导到所述水槽内以及将水从所述水出口绕过所述水槽引导至大气。
8.一种在车辆中操作HVAC系统的方法，所述方法包括如下步骤：
(a)在将致冷剂引导至蒸发器之前，引导致冷剂通过膨胀装置以降低所述致冷剂的温度；
(b)引导空气和所述致冷剂通过所述蒸发器以藉此使得所述致冷剂从所述空气吸收热量；
(c)在所述致冷剂从所述蒸发器流出之后以及在所述致冷剂流过冷凝器之前压缩所述致冷剂；
(d)引导所述致冷剂通过所述冷凝器同时抽取空气通过所述冷凝器，以藉此使得所述空气从所述致冷剂吸收热量；
(e)在水槽中提供水；以及
(f)选择性地将水从所述水槽喷洒到所述冷凝器上，以藉此使得所述水从流过所述冷凝器的所述致冷剂吸收热量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)通过下述被进一步限定：收集形成在所述蒸发器上的冷凝物并且将所述冷凝物引导到所述水槽内。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)通过下述被进一步限定：将燃料电池工作期间产生的水引导到所述水槽内。
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