CN102840710A - 用于车辆的热泵系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的热泵系统，其可以包括：冷却组件，其设置在车辆上，从而通过冷却管线将冷却剂循环至电子设备，其中冷却组件包括散热器和冷却风扇，该散热器设置在车辆的前侧，使用水泵以通过所述冷却管线循环冷却剂，并通过与外部空气的热交换来冷却所供给的冷却剂，而所述冷却风扇使风吹过所述散热器；空调组件，其连接至制冷剂管线，所述制冷剂管线连接至所述冷却组件，从而控制加热和冷却；以及热交换器，其连接至所述冷却管线，从而使所述冷却剂在所述冷却管线中循环，其根据模式而选择性地使用由所述电子设备产生的废热以改变所述冷却剂的温度，并且其连接至所述空调组件的所述制冷剂管线，从而使得流入的制冷剂与所述冷却剂进行热交换。

Description

用于车辆的热泵系统
相关申请的交叉引用 
本申请要求2011年6月20日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2011-0059768号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。 
技术领域
本发明涉及一种热泵系统及其控制方法。更具体地，本发明涉及这样一种热泵系统及其控制方法，该热泵系统使用电子设备产生的废热，提高加热性能和除湿性能，防止在低温下在外部冷凝器上的积霜，并在同时增加行驶距离。 
背景技术
通常，用于车辆的空调系统包括用于加热或冷却车辆舱室的空调模块。 
这种空调模块通过操作压缩机而使热交换介质循环经过冷凝器、贮液干燥器、膨胀阀和蒸发器。然后使热交换介质流回到压缩机。在此过程中，空调模块通过在蒸发器中的热交换而加热车辆舱室，或者通过在加热器中与冷却剂进行热交换而冷却车辆舱室。 
当下，能效和环境污染越来越受到关注，已经研究出环境友好的车辆以替代具有内燃机的车辆。这种环境友好的车辆包括使用燃料电池或电力作为动力源的电动车辆，以及由发动机和电池驱动的混合动力车辆。 
环境友好车辆中的电动车辆使用电加热器，因为电动车辆并不具有作为热源的内燃机。 
但是，电加热器过度地消耗电能，从而降低了电动车辆的行驶距离。引入加热效率改进的热泵送系统来取代电加热器，从而解决该问题。 
根据热泵系统，在夏季，在冷却模式中，在压缩机中压缩的高温/高压气态制冷剂在冷凝器中冷凝，然后经过贮液干燥器和膨胀阀供应到蒸发器。气态制冷剂在蒸发器中蒸发，并降低舱室的温度和湿度。然而，热泵系统具有如下特征：在冬季，在加热模式中，高温/高压气态制冷剂用作加热器介质。 
也就是说，在电动车辆中的加热模式中，高温/高压气态制冷剂并不供给外部冷凝器而是通过阀供给内部冷凝器，并且与空气进行热交换。经热交换的空气通过正温度系数（PTC）加热器。其后，空气流动到车辆舱室中并升高车辆舱室温度。 
流动到内部冷凝器中的高温/高压气态制冷剂经与空气进行热交换而冷凝并以液体制冷剂的状态流出。 
然而，如上所述的常规热泵系统是空气冷却型，其中制冷剂由外部空气冷却。 
并且，在冬季受到极低温或低温的外部空气冷却的制冷剂受到内部冷凝器的冷却，从而在极低温度条件下排放到外部冷凝器，因此在外部冷凝器的表面上形成冰，并且热交换介质的热交换效率以及加热性能和效率恶化，在冷却模式转换为加热模式的情况下，保留在蒸发器上的冷凝物增加了湿度，从而使得潮气形成在车辆玻璃的内部上。 
为解决这样的问题，在外部冷凝器的表面被除霜的除霜模式中，压缩机停止操作并且加热仅通过PTC加热器进行。因此，加热性能可能会严重恶化，加热负荷可能由于动力消耗的增加而增加，并且当在加热的同时行驶时可能会缩短里程。 
此外，由于当液态制冷剂流动到内部冷凝器中时用于将液态制冷剂转化为气态制冷剂的热量不足，因此压缩效率可能会恶化，当空气温度低时加热性能可能会严重恶化，当液态制冷剂流动到压缩机中时系统可能会不稳定并且压缩机的耐久性可能会恶化。 
此外，在从车辆舱室去除潮气的除湿模式中，由于二通阀的频繁开启/闭合操作，可能会出现噪音和振动。 
公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。 
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统及其控制方法，所述用于车辆的热泵系统所具有的优势在于，利用电子设备中的废热源来加热冷却剂，并在冷却剂与制冷剂之间进行热交换，从而提高加热性能和除湿效率，并且防止在低温下在外部冷凝器上的积霜。 
而且，本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的热泵系统及其控制方法，所述用于车辆的热泵系统所具有的优势在于，降低在车辆的加热模式下的加热负荷，并增加使用相同的动力源的车辆的总行驶距离。 
在本发明的一个方面中，热泵系统可以包括：冷却组件，其设置在车辆上，从而通过冷却管线将冷却剂循环至电子设备，其中所述冷却组件可以包括散热器和冷却风扇，所述散热器设置在所述车辆的前侧，使用水泵以通过所述冷却管线循环冷却剂，并通过与外部空气的热交换来冷却所供给的冷却剂，而所述冷却风扇使风吹过所述散热器；空调组件，其连接至制冷剂管线，所述制冷剂管线连接至所述冷却组件，从而控制加热和冷却；以及热交换器，其连接至所述冷却管线，从而使所述冷却剂在所述冷却管线中循环，其根据模式而选择性地使用由所述电子设备产生的废热以改变所述冷却剂的温度，并且其连接至所述空调组件的所述制冷剂管线，从而使得流入的制冷剂与所述冷却剂进行热交换。 
所述空调组件可以包括：HVAC（加热、通风和空调）模块，其设置有蒸发器和所述蒸发器中的开启/闭合门，其中，所述开启/闭合门根据加热、冷却和除湿模式而选择性地闭合，从而将穿过所述蒸发器的外部空气供给至内部冷凝器和PTC加热器；压缩机，其通过制冷剂管线连接至所述蒸发器，并压缩气态制冷剂；存蓄器（accumulator），其设置在所述压缩机与所述蒸发器之间的制冷剂管线上，并其向所述压缩机供给气态制冷剂；外部冷凝器，其设置于所述车辆的发动机舱内，连接至所述制冷剂管线，并使制冷剂冷凝；第一阀，其根据所述车辆的模式而选择性地向所述内部冷凝器或所述外部冷凝器供给从所述压缩机排出的制冷剂；第一膨胀阀，其接收经过所述内部冷凝器的制冷 剂，从而使该制冷剂膨胀；第二阀，其选择性地向所述外部冷凝器或所述热交换器供给来自所述第一膨胀阀的经膨胀的制冷剂；第三阀，其选择性地向所述蒸发器或所述存蓄器供给经过所述外部冷凝器或所述热交换器的制冷剂；以及第二膨胀阀，其连接所述蒸发器和所述第三阀，并且使通过所述第三阀供给的制冷剂膨胀。 
在连接所述压缩机与所述第一阀的制冷剂管线上设置压力传感器。 
所述第一阀、第二阀和第三阀为三通阀类型。 
所述冷却组件和所述空调组件分别连接至控制器，从而通过所述控制器的控制信号进行操作。 
在本发明的另一个方面中，提供了一种用于车辆的热泵系统的控制方法，所述控制方法用于热泵系统，所述热泵系统可以包括：冷却组件，其连接至控制器，并可包括散热器、水泵和电子设备，所述散热器、水泵和电子设备中的每一个均通过冷却管线连接；空调组件，其通过制冷剂管线连接，并包括可具有多个阀的HVAC（加热、通风和空调）模块、膨胀阀、压缩机、存蓄器、蒸发器、外部冷凝器、内部冷凝器、PTC加热器和开启/闭合门；以及热交换器，其连接至所述冷却管线和所述制冷剂管线，并用于根据使用者的选择来运行加热模式、冷却模式和除湿模式，其中，在所述加热模式的过程中，所述冷却组件通过由所述电子设备产生的废热使供给至所述热交换器的冷却剂的温度升高，并通过与经由所述制冷剂管线而供给至所述热交换器的制冷剂进行热交换而使制冷剂的温度升高；通过开启第三阀，所述空调组件使被所述热交换器加热的制冷剂经由所述制冷剂管线而经过所述存蓄器和所述压缩机，从而通过第一阀的操作向所述HAVC模块的内部冷凝器供给所述制冷剂；通过第二阀的操作将经过所述内部冷凝器的制冷剂通过第一膨胀阀在已膨胀状况下供给至所述热交换器；并且与PTC加热器的操作协同操作，将所述开启/闭合门开启，从而使得经过所述HAVC模块的蒸发器的外部空气经过所述内部冷凝器，并且流入的外部空气经过所述内部冷凝器以加热所述车辆的内部空间。 
在所述冷却模式下，在所述散热器通过冷却风扇的操作而使流入的冷却剂冷却的状况下，通过冷却组件开启水泵，从而向所述热交换 器供给冷却剂并冷却所述电子设备，并通过根据预定的条件与低温冷却剂进行热交换来冷却制冷剂；通过空调组件操作第三阀，从而将经膨胀的制冷剂供给至所述蒸发器，从而使得经过所述外部冷凝器而冷却的所述低温制冷剂供给至所述第二膨胀阀，所述第二膨胀阀连接至所述HAVC模块的所述蒸发器，其中，通过在所述蒸发器中与外部空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂经过所述存蓄器和所述压缩机，从而被压缩；操作第一阀开启连接至所述外部冷凝器的制冷剂管线，从而使得经压缩的制冷剂供给至所述外部冷凝器；和将所述开启/闭合门闭合，从而使得所述外部空气经过所述蒸发器，从而被供给至所述蒸发器的制冷剂冷却，并将所述外部空气直接供给至车辆的内部空间，并使得所述经冷却的外部空气并不供给至所述内部冷凝器。 
在所述除湿模式下，通过所述冷却组件的冷却风扇的操作，将供给至所述散热器的冷却剂冷却，通过所述水泵的操作使所述电子设备冷却，将冷却剂供给至所述热交换器，并通过与供给至所述热交换器的冷却剂进行热交换而使制冷剂冷却；通过所述空调组件开启所述第三阀，从而使得在经过所述热交换器时被冷却的冷却剂供给至连接至所述HAVC的蒸发器的第二膨胀阀，从而使得经膨胀的制冷剂供给至所述蒸发器，其中，通过在所述蒸发器中与外部空气进行热交换而蒸发的制冷剂经过所述存蓄器和所述压缩机，从而被压缩；操作所述第一阀以开启连接至所述内部冷凝器的制冷剂管线，从而使得经压缩的制冷剂供给至所述内部冷凝器；操作所述第二阀，从而将经过所述内部冷凝器的制冷剂通过所述第一膨胀阀在已膨胀条件下供给至所述热交换器；将所述开启/闭合门开启，从而使得经过所述HAVC模块的蒸发器的外部空气经过所述内部冷凝器，并且流入的外部空气经过所述内部冷凝器和所述PTC加热器，从而使车辆的内部空间除湿。 
在所述除湿模式下，所述控制器对所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀的开度进行控制，从而控制制冷剂的膨胀率。 
在所述加热模式、冷却模式和除湿模式下，所述控制器根据由所述电子设备产生的废热的温度以及所述冷却剂和所述制冷剂的温度来控制所述冷却风扇的操作动力和所述水泵的流量。 
所述热泵系统的控制方法可进一步包括第四阀，所述第四阀设置 成根据加热模式和除湿模式而使冷却剂绕过所述散热器。 
在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统及其控制方法中，应用作为热交换组件的使用冷却剂的热交换器，并使用来自电子设备的废热源，从而与制冷剂进行热交换，以提高加热性能、加热效率和除湿性能，并防止在寒冷天气中在外部冷凝器上的积霜。 
并且，在所述加热模式中，在极寒冷天气中的怠速条件下和行驶条件下，整个系统同时地随着所述PTC加热器的操作而进行操作，以防止动力使用量的增加，从而使加热负荷降低，以增加使用相同动力时的车辆的行驶距离。 
另外，在车辆的冷却模式下，所述系统维持通过外部冷凝器的空气冷却型的空调条件，从而提高冷却性能，并且所述第一阀、第二阀和第三阀均为三通阀，以减少频繁的开启/闭合操作，从而使得噪音和振动可得以降低。 
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。 
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统的方框图。 
图2显示了根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统的操作状态。 
图3显示了根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统的冷却模式状态。 
图4显示了根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统的除湿模式状态。 
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。 
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同 样的或等同的部分。 
具体实施方式
现在将对本发明的各个实施方式详细地作出引用，这些实施方式的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方式，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方式。。 
下面将参考附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。 
图1为根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统的方框图。 
参考附图，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统100及其控制方法使用电子设备产生的废热，改进加热性能和除湿性能，防止在低温下在外部冷凝器上的积霜，并在同时增加行驶距离。 
而且，降低了在车辆的加热模式下可能产生的加热负荷，从而增加了使用相同燃料量的车辆的总行驶距离。 
为了该目的，如图1所示，根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统100包括冷却组件110和空调组件150，所述冷却组件110设置于车辆中，从而通过冷却管线（下文中记为“C.L”）将冷却剂供给并循环至混合动力车辆中的电子设备111和发动机，而所述空调组件150连接至制冷剂管线（下文中记为“R.L”），从而控制车辆的内部舱室的加热和冷却。 
在这个示例性实施方式中，冷却组件110包括散热器115和冷却风扇117，所述散热器115设置于车辆前部，从而通过水泵113沿着冷却管线（C.L）循环冷却剂，并通过与外部空气进行热交换而使冷却剂冷却，而所述冷却风扇117设置于散热器115的后面。 
同时，热泵系统100包括热交换器130，所述热交换器130设置于电子设备111和散热器115之间，分别连接至冷却管线（C.L）和制冷剂管线（R.L）。 
热交换器130连接至冷却管线（C.L）从而循环冷却剂，并根据加 热模式、冷却模式和除湿模式而选择性地使用由电子设备产生的废热源以改变冷却剂的温度，从而使得通过制冷剂管线（R.L）供给的制冷剂与冷却剂进行热交换。 
也就是说，热交换器130可以是水冷却型的，其使用冷却剂从而与制冷剂进行热交换。 
热交换器130包括温度传感器，所述温度传感器设置于所述热交换器130内，并且该温度传感器能够检测冷却剂和制冷剂的温度。 
在这个示例性实施方式中，空调组件150包括HVAC模块（加热、通风和空调，151），压缩机161、存蓄器（accumulator）163、外部冷凝器164、第一阀165、第二阀167和第三阀169，以及第一膨胀阀171和第二膨胀阀173，并且对它们的描述如下。 
首先，HVAC模块151包括蒸发器157和内部冷凝器153，所述蒸发器157将空气冷却，而所述内部冷凝器153将经过蒸发器157的空气加热，并且在HVAC模块151中设置开启/闭合门159，其中对开启/闭合门159进行控制，从而使得经过蒸发器157的外部空气根据冷却、加热和除湿模式而选择性地供给至内部冷凝器153和PTC加热器155。 
也就是说，在车辆的加热模式下，将开启/闭合门159开启，从而使得经过蒸发器157的外部空气供给至内部冷凝器153和PTC加热器155，并将门159闭合从而使得经过蒸发器157的外部空气供给至车辆的内部空间。 
在本示例性实施方式中，压缩机161通过制冷剂管线（R.L）连接至蒸发器157，从而压缩气态制冷剂。 
同时，存蓄器163设置于压缩机161与蒸发器157之间的制冷剂管线（R.L）上，在其中存储液态制冷剂，并向压缩机161供给气态制冷剂，从而提高压缩机161的效率和耐久性。 
外部冷凝器164设置于车辆的散热器的前侧，以便连接至制冷剂管线（R.L），并且接收从压缩机161排出的制冷剂，从而使制冷剂冷凝。 
在这个示例性实施方式中，第一阀165根据所述车辆的模式而选择性地向内部冷凝器153或外部冷凝器供给从压缩机161排出的制冷剂。 
第一膨胀阀171通过制冷剂管线（R.L）接收经过内部冷凝器153的制冷剂，并使所述制冷剂膨胀。 
在此，压力传感器175设置于压缩机161与第一阀165之间的制冷剂管线（R.L）上，并且压力传感器175检测从压缩机161排出的经压缩的制冷剂的压力。 
第二阀167选择性地向外部冷凝器164和热交换器130供给通过第一膨胀阀171而膨胀的制冷剂。 
第三阀169选择性地向蒸发器157或存蓄器163供给经过热交换器130或外部冷凝器164的制冷剂。 
同时，第二膨胀阀173设置于蒸发器157和第三阀169之间，从而使流入的制冷剂膨胀，并通过第三阀169向蒸发器157供给经膨胀的制冷剂。 
在此，第一阀165用于将制冷剂导向至内部冷凝器153或热交换器130，第二阀167用于将制冷剂导向至热交换器130或外部冷凝器164，而第三阀169用于将制冷剂导向至存蓄器163或第二膨胀阀173，其中阀165、167和169均可为选择性地连接制冷剂管线（R.L）的三通阀。 
具有上述构造的冷却组件110和空调组件150分别与控制器180连接，从而通过控制器180的控制信号进行操作。 
也就是说，控制器180根据加热模式、冷却模式和除湿模式以及从热交换器130的温度传感器输出的信号来控制冷却风扇117和冷却组件110的水泵113。 
而且，控制器180根据车辆的模式来控制空调组件150中的HVAC模块151的开启/闭合门159，并同时控制第一阀165、第二阀167和第三阀169，并且控制第一膨胀阀171和第二膨胀阀173，从而控制制冷剂的膨胀量。 
在下文中，参照图2至图4，将讨论根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统的操作以及控制方法。 
图2至图4显示了根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统的加热模式、冷却模式和除湿模式的操作状态。 
在此，可通过使用者的选择或自动控制来操作热泵系统100的加 热模式、冷却模式和除湿模式。
首先，参照图2，将说明热泵系统100的加热模式。 
参照图2，在加热模式中，冷却组件110通过利用电子设备111的废热源来加热冷却剂，并向连接至冷却管线（C.L）的热交换器130供给经加热的冷却剂。 
在此情况下，冷却风扇117可以停止或者在低速下操作，从而延迟或防止供给至散热器117的冷却剂冷却。 
在这样的条件下，热交换器130通过与经由制冷剂管线（R.L）供给的冷却剂进行热交换，而升高冷却剂的温度。 
在此，控制器180通过设置在热交换器130中的温度传感器检测冷却剂和制冷剂的温度，并根据来自电子设备111的废热的温度、冷却剂的温度和制冷剂的温度来控制水泵113和冷却风扇117的操作水平。 
同时，空调组件150控制第三阀169，从而通过制冷剂管线（R.L）向存蓄器163和压缩机161供给冷却剂，该冷却剂在热交换器中被冷却剂加热。 
相应地，制冷剂经过压缩机161，从而被压缩成具有高温高压的气体状态，通过开启连接至内部冷凝器153的制冷剂管线（R.L）上的第一阀165，将所述制冷剂供给至内部冷凝器153。 
在此，设置在压缩机161与第一阀165之间的制冷剂管线（R.L）上的压力传感器175测量从压缩机161排出的冷却剂的压力，从而将测得的值传输至控制器180。 
控制器180根据由压力传感器175测得的值来检测冷却剂的压力，从而根据所要求的车辆条件来控制第一阀165的开度。 
经过内部冷凝器153的冷却剂通过第一膨胀阀171而膨胀，从而沿着制冷剂管线（R.L）流动，通过第二阀167的操作而供给至热交换器130，并且通过如上所述的操作而在制冷剂管线（R.L）中循环。 
也就是说，如果在加热模式下将高温高压的气态制冷剂供给至内部冷凝器153，则控制器180使开启/闭合门159开启，从而使得经过HVAC模块151的蒸发器157的外部空气供给至内部冷凝器153。 
由此，当流入的外部空气经过并未向其中供给制冷剂的蒸发器时， 外部空气不会被蒸发器157冷却，而是被供给至内部冷凝器153，从而被内部冷凝器153加热，并在PTC加热器155的选择操作的同时而将经加热的外部空气供给至车辆的内部空间。 
参照图3，将在这个示例性实施方式中说明热泵系统100的冷却模式的操作及其控制方法。 
首先，如图3所示，在冷却模式中，冷却组件110通过控制器180来操作冷却风扇117，从而使在散热器115中循环的冷却剂冷却。 
在此过程中，冷却风扇117在最大速度下操作，从而使在散热器115中循环的冷却剂有效地冷却。 
在这样的条件下，用水泵115使经冷却的冷却剂通过冷却管线（C.L）循环，从而冷却电子设备111。 
在此，控制器180通过设置于热交换器130中的温度传感器来检测冷却剂的温度，根据电子设备111的废热源的温度以及冷却剂的温度来控制水泵113的流量或者控制冷却风扇117的流量。 
同时，空调组件150控制第一阀165开启连接至外部冷凝器164的制冷剂管线（R.L），从而使得从压缩机161排出的制冷剂供给至外部冷凝器164，从而被冷凝。 
在此过程中，外部冷凝器164设置于散热器115的前侧，所述散热器115设置于车辆的前侧，因此，吹入车辆前侧的风使在冷凝器164中循环的冷却剂冷却并冷凝，而该风由冷却风扇117形成。 
其后，控制器180控制第三阀169开启制冷剂管线（R.L），从而使得经过外部冷凝器164的制冷剂供给至第二膨胀阀173，所述第二膨胀阀173连接至HAVC模块151的蒸发器。 
流动至第二膨胀阀175的低温冷却剂膨胀，从而通过制冷剂管线（R.L）供给至蒸发器157。 
接着，制冷剂通过与外部空气进行热交换而在蒸发器157中蒸发，并沿着制冷剂管线（R.L）经过存蓄器163和压缩机161，从而被压缩。 
将第一阀165开启，从而开启连接至外部冷凝器164的制冷剂管线（R.L），从而使得通过上述过程被压缩的冷却剂流入外部冷凝器164中，并在重复如上所述的操作时在制冷剂管线（R.L）中循环。 
在此，流入HVAC模块151的外部空气经过蒸发器157，从而被 流入蒸发器157的低温制冷剂冷却。 
开启/闭合门159闭合连接至内部冷凝器153的通道，而经冷却的外部空气不经过内部冷凝器153和PTC加热器155，从而使得经冷却的外部空气直接供给至车辆的内部空间。 
热泵系统100的除湿模式将参照图4进行描述。 
首先，如图4所示，在除湿模式中，冷却组件110通过控制器180来控制冷却风扇117的操作，并控制冷却风扇117来冷却流入散热器115的冷却剂。 
在此这样的件下，经冷却的冷却剂通过水泵115的操作而在冷却管线（C.L）中循环，从而冷却电子设备111，并供给至热交换器130，而流入热交换器130的冷却剂通过热交换使制冷剂冷却。 
在此，控制器180通过设置于热交换器130中的温度传感器来检测冷却剂的温度，根据电子设备111的废热源的温度、冷却剂的温度以及冷却剂的压力来控制水泵113的流量或者控制冷却风扇117的流量。 
空调组件150操作第三阀169开启制冷剂管线（R.L），从而使得被热交换器130的低温冷却剂冷却的低温制冷剂供给至第二膨胀阀173，所述第二膨胀阀173连接至HAVC模块151的蒸发器157。 
由此，流入第二膨胀阀173的低温制冷剂膨胀，从而通过制冷剂管线（R.L）供给至蒸发器157。 
其后，制冷剂通过在蒸发器157中与外部空气进行热交换而蒸发，并且通过制冷剂管线（R.L）而经过存蓄器163和压缩机161，从而被压缩成高温高压的气态制冷剂。 
通过第一阀165来开启连接至内部冷凝器153的制冷剂管线（R.L），从而使得经压缩的气态制冷剂供给至内部冷凝器153。 
在此，设置在压缩机161与第一阀165之间的制冷剂管线（R.L）上的压力传感器175检测从压缩机161排出的制冷剂的压力，从而将该值输出至控制器180。 
控制器180使用通过压力传感器175测得的值来检测制冷剂压力，并根据所要求的车辆条件来控制第一阀165的开度。 
经过内部冷凝器153的制冷剂通过第一膨胀阀171而膨胀，从而 通过开启第二阀167而通过连接至热交换器130的制冷剂管线（R.L）供给至热交换器130，并且在重复上述过程时在制冷剂管线（R.L）中循环。 
在此情况下，控制器180对第一膨胀阀171和第二膨胀阀173的开度进行控制，从而控制制冷剂的膨胀率。 
在此，流入HVAC模块151的外部空气经过蒸发器157，从而被流入蒸发器157的低温制冷剂冷却。 
在此情况下，开启/闭合门159将连接至内部冷凝器153的部分开启，从而使得经冷却的外部空气经过内部冷凝器153，流入的外部空气经过蒸发器157从而被除湿并通过内部冷凝器153而被加热，而经除湿的外部空气流入车辆，以使其内部空间除湿。 
同时，在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统及其控制方法中，以在加热模式中用外部空气来操作PTC加热器155作为示例性实施方式而进行了描述，但是本发明并不限于此，并且PTC加热器155可选择性地根据使用者的加热温度设置而进行操作。 
相应地，在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统100及控制方法中，应用了作为热交换组件的使用冷却剂的热交换器，并使用来自电子设备111的废热源，从而与所述制冷剂进行热交换，进而提高加热性能、加热效率和除湿性能，并防止在寒冷天气中在外部冷凝器上的积霜。 
并且，在所述加热模式中，在极寒冷天气中的怠速条件下和行驶条件下，整个系统同时地随着所述PTC加热器155的操作而进行操作，以防止动力使用量的增加，从而使加热负荷降低，以增加使用相同动力时的车辆的行驶距离。 
另外，在车辆的冷却模式下，通过低温制冷剂来使冷却剂冷却，从而能够提高冷却性能，并且所述第一阀、第二阀和第三阀（165、167和169）均为三通阀，以减少频繁的开启/闭合操作，从而使得噪音和振动可得以降低。 
并且，使用冷却剂作为热交换器130中的热交换组件，从而简化了相应地组成元件的结构，并在同时使用一个散热器115来冷却电子设备，从而使得整个系统缩小了，并且散热器115的效率得以提高。 
参照图4，热泵系统的控制方法包括第四阀190，所述第四阀设置成根据加热模式和除湿模式而使冷却剂绕过所述散热器。 
同时，在根据本发明的示例性实施方式的用于车辆的热泵系统及控制方法中，提供了第一阀、第二阀和第三阀作为示例性实施方式，但本发明并不限于此，并且可在冷却管线和制冷剂管线上应用单独的二通阀，从而控制流量或者使操作流体、冷却剂或制冷剂绕流。 
为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考在图中所示的示例性实施方式的特征的位置来对这些特征进行描述。 
前面对本发明具体示例性实施方式所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。 

Claims (11)

1.一种热泵系统，其包括：
冷却组件，其设置在车辆上，从而通过冷却管线将冷却剂循环至电子设备，其中所述冷却组件包括散热器和冷却风扇，所述散热器设置在所述车辆的前侧，使用水泵以通过所述冷却管线循环冷却剂，并通过与外部空气的热交换来冷却所供给的冷却剂，而所述冷却风扇使风吹过所述散热器；
空调组件，其连接至制冷剂管线，所述制冷剂管线连接至所述冷却组件，从而控制加热和冷却；以及
热交换器，其连接至所述冷却管线，从而使所述冷却剂在所述冷却管线中循环，其根据模式而选择性地使用由所述电子设备产生的废热以改变所述冷却剂的温度，并且其连接至所述空调组件的所述制冷剂管线，从而使得流入的制冷剂与所述冷却剂进行热交换。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其中所述空调组件包括：
HVAC（加热、通风和空调）模块，其设置有蒸发器和所述蒸发器中的开启/闭合门，其中，所述开启/闭合门根据加热、冷却和除湿模式而选择性地闭合，从而将穿过所述蒸发器的外部空气供给至内部冷凝器和PTC加热器；
压缩机，其通过制冷剂管线连接至所述蒸发器，并压缩气态制冷剂；
存蓄器，其设置在所述压缩机与所述蒸发器之间的制冷剂管线上，并其向所述压缩机供给气态制冷剂；
外部冷凝器，其设置于所述车辆的发动机舱内，连接至所述制冷剂管线，并使制冷剂冷凝；
第一阀，其根据所述车辆的模式而选择性地向所述内部冷凝器或所述外部冷凝器供给从所述压缩机排出的制冷剂；
第一膨胀阀，其接收经过所述内部冷凝器的制冷剂，从而使该制冷剂膨胀；
第二阀，其选择性地向所述外部冷凝器或所述热交换器供给来自所述第一膨胀阀的经膨胀的制冷剂；
第三阀，其选择性地向所述蒸发器或所述存蓄器供给经过所述外部冷凝器或所述热交换器的制冷剂；以及
第二膨胀阀，其连接所述蒸发器和所述第三阀，并且使通过所述第三阀供给的制冷剂膨胀。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其中在连接所述压缩机与所述第一阀的制冷剂管线上设置压力传感器。
4.根据权利要求2所述的热泵系统，其中所述第一阀、第二阀和第三阀为三通阀类型。
5.根据权利要求1所述的热泵系统，其中所述冷却组件和所述空调组件分别连接至控制器，从而通过所述控制器的控制信号进行操作。
6.一种用于车辆的热泵系统的控制方法，所述控制方法用于热泵系统，所述热泵系统包括：
冷却组件，其连接至控制器，并包括散热器、水泵和电子设备，所述散热器、水泵和电子设备中的每一个均通过冷却管线连接；
空调组件，其通过制冷剂管线连接，并包括具有多个阀的HVAC（加热、通风和空调）模块、膨胀阀、压缩机、存蓄器、蒸发器、外部冷凝器、内部冷凝器、PTC加热器和开启/闭合门；以及
热交换器，其连接至所述冷却管线和所述制冷剂管线，并用于根据使用者的选择来运行加热模式、冷却模式和除湿模式，
其中，在所述加热模式的过程中，
所述冷却组件通过由所述电子设备产生的废热使供给至所述热交换器的冷却剂的温度升高，并通过与经由所述制冷剂管线而供给至所述热交换器的制冷剂进行热交换而使制冷剂的温度升高；
通过开启第三阀，所述空调组件使被所述热交换器加热的制冷剂经由所述制冷剂管线而经过所述存蓄器和所述压缩机，从而通过第一阀的操作向所述HAVC模块的内部冷凝器供给所述制冷剂；
通过第二阀的操作将经过所述内部冷凝器的制冷剂通过第一膨胀阀在已膨胀条件下供给至所述热交换器；并且
与PTC加热器的操作协同操作，将所述开启/闭合门开启，从而使得经过所述HAVC模块的蒸发器的外部空气经过所述内部冷凝器，并且流入的外部空气经过所述内部冷凝器以加热所述车辆的内部空间。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的热泵系统的控制方法，其中在所述冷却模式下，
在所述散热器通过冷却风扇的操作而使流入的冷却剂冷却的条件下，通过冷却组件操作所述水泵，从而向所述热交换器供给冷却剂并冷却所述电子设备，并且通过根据预定的条件与低温冷却剂进行热交换来冷却制冷剂；
通过所述空调组件操作所述第三阀，以便将经膨胀的制冷剂供给至所述蒸发器，从而使得经过所述外部冷凝器而冷却的低温制冷剂供给至第二膨胀阀，所述第二膨胀阀连接至所述HAVC模块的蒸发器，其中，通过在所述蒸发器中与外部空气进行热交换而蒸发的制冷剂经过所述存蓄器和所述压缩机，从而被压缩；
操作所述第一阀以开启连接至所述外部冷凝器的制冷剂管线，从而使得经压缩的制冷剂供给至所述外部冷凝器；并且
将所述开启/闭合门闭合，从而使得外部空气经过所述蒸发器，以被供给至所述蒸发器的制冷剂冷却，并将外部空气直接供给至车辆的内部空间，并使得经冷却的外部空气并不供给至所述内部冷凝器。
8.根据权利要求6所述的用于车辆的热泵系统的控制方法，其中在所述除湿模式下，
通过所述冷却组件的冷却风扇的操作，将供给至所述散热器的冷却剂冷却，通过所述水泵的操作使所述电子设备冷却，将冷却剂供给至所述热交换器，并通过与供给至所述热交换器的冷却剂进行热交换而使制冷剂冷却；
通过所述空调组件开启所述第三阀，从而使得在经过所述热交换器时被冷却的冷却剂供给至连接至所述HAVC的蒸发器的第二膨胀阀，从而使得经膨胀的制冷剂供给至所述蒸发器，其中，通过在所述蒸发器中与外部空气进行热交换而蒸发的制冷剂经过所述存蓄器和所述压缩机，从而被压缩；
操作所述第一阀以开启连接至所述内部冷凝器的制冷剂管线，从而使得经压缩的制冷剂供给至所述内部冷凝器；和
操作所述第二阀，从而将经过所述内部冷凝器的制冷剂通过所述第一膨胀阀在已膨胀条件下供给至所述热交换器，
将所述开启/闭合门开启，从而使得经过所述HAVC模块的蒸发器的外部空气经过所述内部冷凝器，并且流入的外部空气经过所述内部冷凝器和所述PTC加热器，从而使车辆的内部空间除湿。
9.根据权利要求8所述的用于车辆的热泵系统的控制方法，其中在所述除湿模式下，所述控制器对所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀的开度进行控制，从而控制制冷剂的膨胀率。
10.根据权利要求6所述的用于车辆的热泵系统的控制方法，其中在所述加热模式、冷却模式和除湿模式下，所述控制器根据由所述电子设备产生的废热的温度以及所述冷却剂和所述制冷剂的温度来控制所述冷却风扇的操作动力和所述水泵的流量。
11.根据权利要求1所述的热泵系统，其进一步包括第四阀，所述第四阀设置成根据加热模式和除湿模式而使冷却剂绕过所述散热器。
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