CN102889653A - 用于车辆的热泵系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于车辆的热泵系统及其控制方法。一种用于控制热泵系统的方法，所述热泵系统设置有空调装置，所述空调装置连接到控制器并包括通过制冷剂管线和旁路管线彼此连接的多个阀和多个膨胀阀、压缩机、存蓄器、蒸发器、外部冷凝器、内部冷凝器和HVAC模块，所述HVAC模块具有PTC加热器和门，所述门根据驾驶员的选择处于加热模式、冷却模式、除湿模式、除湿/除霜模式或极低温度除湿/除霜模式。

Description

用于车辆的热泵系统及其控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年7月21日提交的韩国专利申请No.10-2011-0072363的优先权和权益，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
本发明涉及用于车辆的热泵系统及其控制方法。更具体地，本发明涉及用于车辆的热泵系统及其控制方法，其改进了车辆的加热性能和除湿性能并通过控制制冷剂的流动而防止外部冷凝器的结霜，并且通过最小化正温度系数(PTC)加热器的动力消耗而增加里程。
背景技术
通常，用于车辆的空调系统包括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。其后，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进行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。
同时，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，或者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的空调系统，与典型车辆的空调系统不同，其不使用单独的加热器。施加到电动车辆上的空调系统通常称为热泵系统。
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。
亦即，在电动车辆中，高温/高压气态制冷剂并不供应到外部冷凝器而是通过阀供应到内部冷凝器，并且在加热模式中与空气进行热交换。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。
根据常规热泵系统，在冬季，极低温或低温的空气与制冷剂在内部冷凝器中进行热交换，极低温度的制冷剂从内部冷凝器流动到外部冷凝器。由于外部冷凝器的表面受到冻结，热交换效率和加热性能以及热交换介质的效率可能恶化。此外，在由冷却模式转换为加热模式的情况下，由于冷凝水保持在蒸发器的外部而导致湿度变高，因此水分冷凝在车窗上，且除湿性能会恶化。
为解决这样的问题，压缩机停止操作，且加热仅在外部冷凝器的表面被除霜的除霜模式中通过PTC加热器进行。因此，加热性能可能严重恶化，热负荷可能由于动力消耗的增加而增加，并且在加热时行驶的里程可能缩短。
此外，由于将液体制冷剂转化为气态制冷剂的热量在液体制冷剂流动到内部冷凝器中时不足，因此压缩效率可能恶化，当空气温度低时加热性能可能严重恶化，且当液体制冷剂流动到压缩机中时系统可能不稳定并且压缩机的耐久性可能会恶化。
此外，在从车辆舱室去除水分的除湿模式中，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
本发明的各个方面提供用于车辆的热泵系统及其控制方法，其优点在于改进了加热性能和除湿性能，并且通过控制制冷剂的流动而防止外部冷凝器的结霜。
此外，本发明致力于提供用于车辆的热泵系统及其控制方法，其还具有如下优点：通过降低车辆的正温度系数(PTC)加热器的动力消耗增加了具有相同动力的车辆的里程。
根据本发明的各个方面的用于车辆的热泵系统包括空调装置，所述空调装置用于通过使用循环经过制冷剂管线的制冷剂而冷却或加热车辆舱室。
本发明的各个方面提供空调装置，所述空调装置包括外部冷凝器，所述外部冷凝器设置在车辆的发动机舱室中，通过与空气进行热交换而冷凝制冷剂，并在所述外部冷凝器的后面设置有冷却风扇；HVAC模块，所述HVAC模块与所述外部冷凝器流体连通，并且所述HVAC模块设置有蒸发器和门，所述门适合于使得经过所述蒸发器的空气根据加热、冷却或除湿模式流动到或不流动到内部冷凝器和PTC加热器中；压缩机，所述压缩机通过制冷剂管线连接到所述蒸发器并适合于压缩气态制冷剂；存蓄器，所述存蓄器设置在所述压缩机和所述蒸发器之间的所述制冷剂管线上并适合于将所述气态制冷剂供给到所述压缩机；第一阀，所述第一阀适合于根据车辆的模式将从所述压缩机流出的所述制冷剂选择性地供给到所述内部冷凝器或所述外部冷凝器；第一膨胀阀，所述第一膨胀阀适合于接收经过所述内部冷凝器的所述制冷剂并使所述制冷剂膨胀；第二阀，所述第二阀适合于将在所述第一膨胀阀处膨胀并经过所述外部冷凝器的制冷剂选择性地供给到蒸发器或所述存蓄器；第二膨胀阀，所述第二膨胀阀设置在所述蒸发器和所述第二阀之间，并适合于使经过所述第二阀的所述制冷剂膨胀；旁路管线，所述旁路管线通过所述第二阀的操作使得经过所述内部冷凝器的所述制冷剂流动进入所述蒸发器或所述存蓄器而不经过所述外部冷凝器；以及第三阀，所述第三阀设置在所述旁路管线中并适合于将所述制冷剂选择性地供给到与所述第二阀连接的所述制冷剂管线。
压力传感器可以安装在连接所述压缩器和所述第一阀的所述制冷剂管线上。
所述第一阀和第二阀中的每一个可以为三通阀。
所述空调装置可以连接到控制器并通过所述控制器的控制信号进行操作。
所公开的本发明的各个方面提供用于控制热泵系统的方法，所述热泵系统设置有空调装置，所述空调装置连接到控制器并包括通过制冷剂管线和旁路管线彼此连接的多个阀和多个膨胀阀、压缩机、存蓄器、蒸发器、外部冷凝器、内部冷凝器和HVAC模块，所述HVAC模块具有PTC加热器和门，所述门根据驾驶员的选择处于加热模式、冷却模式、除湿模式、除湿/除霜模式或极低温度除湿/除霜模式。
在所述加热模式中，将温度在所述外部冷凝器中通过与空气进行热交换而升高的制冷剂在经过所述存蓄器和所述压缩机而压缩为高温/高压的气态制冷剂之后可供给到所述HVAC模块的所述内部冷凝器；经过所述内部冷凝器的所述制冷剂可通过所述膨胀阀膨胀并可供给到所述外部冷凝器；并且经过所述HVAC模块的所述蒸发器的空气的温度可通过所述内部冷凝器和所述PTC加热器的选择性操作而升高，由此车辆舱室得以升温。
在所述冷却模式中，在所述外部冷凝器中通过操作所述冷却风扇并与空气进行热交换而冷却的低温制冷剂可在通过另一膨胀阀膨胀之后供给到所述蒸发器；将在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂可在所述存蓄器和所述压缩机中受到压缩之后供给到所述外部冷凝器；并且可使得在所述蒸发器中通过与所述制冷剂进行热交换而冷却的空气直接流入车辆舱室而不流入所述内部冷凝器，由此车辆舱室得以冷却。
在所述除湿模式中，可使得在所述外部冷凝器中通过与空气进行热交换而冷却的低温制冷剂在另一膨胀阀中膨胀，并将膨胀的制冷剂可供给到所述蒸发器；可将在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂在经过所述存蓄器和所述压缩机受到压缩之后供给到所述内部冷凝器；经过所述内部冷凝器的所述制冷剂可在所述膨胀阀中膨胀之后供给到所述外部冷凝器并进行循环；并且可将在经过所述HVAC模块的所述蒸发器的过程中冷却的空气在经过所述内部冷凝器和所述PTC加热器之后供给到车辆舱室，由此车辆舱室得以除湿。
在所述除湿模式中，控制器可通过控制膨胀阀的开口而控制制冷剂的膨胀量。
在所述除湿/除霜模式中，可使得在所述外部冷凝器中通过与空气进行热交换而冷却的低温制冷剂在另一膨胀阀中膨胀，并将膨胀的制冷剂可供给到所述蒸发器；可将在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂在经过所述存蓄器和所述压缩机而受到压缩之后分别供给到所述外部冷凝器和所述内部冷凝器；可将经过所述内部冷凝器的所述制冷剂供回到另一膨胀阀，并可将在另一膨胀阀中膨胀的所述制冷剂供给到所述蒸发器并进行循环；可将在经过所述HVAC模块的所述蒸发器的过程中冷却的空气在经过所述内部冷凝器和所述PTC加热器之后供给到车辆舱室，从而可以对车辆舱室除湿；并且将压缩的制冷剂可供给到所述外部冷凝器并对表面冻结的所述外部冷凝器进行除霜。
在当环境温度为极低温度情况下的所述除湿/除霜模式中，所述制冷剂可在另一膨胀阀中膨胀之后供给到所述蒸发器；在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂可在经过所述存蓄器和所述压缩机的过程中受到压缩之后供给到所述内部冷凝器；经过所述内部冷凝器的所述制冷剂可沿着所述旁路管线供回到所述膨胀阀，在所述膨胀阀中膨胀的所述制冷剂可供给到所述蒸发器并进行循环；将在经过所述HVAC模块的所述蒸发器的过程中冷却的空气可在经过所述内部冷凝器和所述PTC加热器之后供给到车辆舱室，由此车辆舱室得以除湿；并且压缩的制冷剂不供给到所述外部冷凝器使得所述外部冷凝器得以除霜。
在所述加热模式、所述冷却模式、所述除湿模式或所述除湿/除霜模式中，所述控制器可适合于根据车辆的温度和所述制冷剂的温度控制所述冷却风扇的操作。
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更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统的示意图。
图2为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在加热模式中的操作图。
图3为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在冷却模式中的操作图。
图4为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在除湿模式中的操作图。
图5为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在除湿/除霜模式中的操作图。
图6为根据本发明的示例性的用于车辆的热泵系统在环境温度为极低温度的情况下在除湿/除霜模式中的操作图。
具体实施方式
下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案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案相结合进行描述，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案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，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案。
图1为根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统的示意图。
参照附图，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统1及其控制方法改进了加热性能和除湿性能，并且通过控制制冷剂的流动防止外部冷凝器的结霜。
此外，在车辆的加热模式和除湿模式中，通过降低正温度系数(PTC)加热器的动力消耗，可使得在相同的燃料消耗下车辆的里程增加。
为此目的，如图1所示，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统1包括空调装置100，该空调装置100通过使用循环经过设置在车辆中的制冷剂管线R.L的制冷剂来控制车辆舱室的加热或冷却。
空调装置100包括外部冷凝器101、加热、通风和空调(HVAC)模块103、压缩机113、存蓄器115、第一阀117、第二阀121和第三阀127、第一膨胀阀119和第二膨胀阀123以及旁路管线125，空调装置100的构成元件将在下文详细描述。
外部冷凝器101设置在车辆的发动机舱室中，并通过与空气进行热交换而冷凝制冷剂。冷却风扇102将风吹至外部冷凝器101，并安装在外部冷凝器101的后面。
如果制冷剂流入外部冷凝器101，则外部冷凝器101通过使用流入外部冷凝器101的空气和自冷却风扇102吹来的风而选择性地冷却和冷凝制冷剂。
根据各个实施方案，HVAC模块103通过制冷剂管线R.L连接到外部冷凝器101，并且包括在其中形成的门111。门111根据加热、冷却、除湿和除湿/除霜模式控制经过蒸发器105的空气选择性地流入内部冷凝器107和PTC加热器109。
亦即，在车辆的加热模式中，开启门111以使得经过蒸发器105的空气流入内部蒸发器107和PTC加热器109，并且闭合门111从而当空气经过蒸发器105时冷却空气，此时空气不流入内部蒸发器107和PTC加热器109，而是直接供给到车辆。
此外，压缩机113通过制冷剂管线R.L连接到蒸发器105并压缩气态的制冷剂。
在各个实施方案中，存蓄器115设置在压缩机113和蒸发器105之间的制冷剂管线R.L上，并适合于仅将气态制冷剂供给到压缩机113。
亦即，在存蓄器115在其中存储液体制冷剂之后，存储的液体制冷剂气化，然后供给到压缩机113。由此，压缩机113的效率和耐久性可得以改进。
第一阀117根据车辆的模式将从压缩机113流出的制冷剂选择性地供给到内部冷凝器107或外部冷凝器101。
在本文中，压力传感器129安装在连接压缩机113和第一阀117的制冷剂管线R.L上，并检测从压缩机113流出来的制冷剂的压力。
此外，第一膨胀阀119接收经过内部冷凝器107的制冷剂并使制冷剂膨胀。
在各个实施方案中，第二阀121将在第一膨胀阀119中膨胀的并经过外部冷凝器101的制冷剂选择性地供给到蒸发器105或存蓄器115。
亦即，第一阀117将制冷剂供给到外部冷凝器101或内部冷凝器105，第二阀121将制冷剂供给到存蓄器115或第二膨胀阀123。第一阀117和第二阀121中的每一个为选择性地开启或闭合制冷剂管线R.L的三通阀。
第二膨胀阀123设置在蒸发器105与第二阀121之间，并使得从第二阀121接收的制冷剂膨胀。
此外，通过操作第二阀121，旁路管线125使得经过内部冷凝器105的制冷剂选择性地流入蒸发器105或者存蓄器115而不经过外部冷凝器101。
第三阀127安装在旁路管线125上，并将制冷剂选择性地供给到连接到第二阀121的制冷剂管线R.L。
空调装置100连接到控制器150并通过控制器150的控制信号进行操作。
亦即，控制器150根据驾驶员所选择的车辆的加热模式、冷却模式、除湿模式和除湿/除霜模式通过控制第一膨胀阀119和第二膨胀阀123来控制冷却风扇102的操作、HVAC模块103的门111的开启/闭合操作、第一阀117、第二阀121和第三阀127的开启/闭合操作以及制冷剂的膨胀量。
根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统的操作和控制方法将在下文中参照附图2至6进行详细描述。
图2至图6为个根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统在加热模式、冷却模式、除湿模式、除湿/除霜模式和在当环境温度为极低温度情况下的除湿/除霜模式中的操作图。
在本文中，热泵系统1的每一个模式可由驾驶员选择或自动进行控制。
参照图2，将描述在加热模式中热泵系统1的操作和控制方法。
参照图2，在加热模式中，制冷剂的温度在外部冷凝器101中通过与空气进行热交换而升高。此时，通过停止冷却风扇102或降低冷却风扇102的速度来延迟或阻止流入外部冷凝器101的制冷剂的冷却。在该状态中，通过制冷剂管线R.L流入的制冷剂与空气进行热交换，其温度升高。
制冷剂通过第二阀121的操作而沿着制冷剂管线R.L经过存蓄器115和压缩机113，并压缩成高温/高压气态制冷剂。此后，通过操作第一阀117而将气态制冷剂供给到HVAC模块103的内部冷凝器107。
在本文中，控制器150根据从压缩机113流出的制冷剂的压力来控制冷却风扇102的旋转以及第一阀117的开口。
亦即，制冷剂在经过压缩机113的过程中压缩成高温/高压气态制冷剂，通过操作第一阀117而开启连接到内部冷凝器107的制冷剂管线R.L使得压缩的气态制冷剂流入内部冷凝器107。
此时，压力传感器129检测从压缩机113流出的制冷剂的压力，并将检测的值输出到控制器150。
此外，控制器150根据由压力传感器129检测的值确定制冷剂的压力，并根据所要求的车辆性能控制第一阀117的开口。
经过内部冷凝器107的制冷剂在第一膨胀阀119中膨胀。制冷剂沿着制冷剂管线R.L供给到外部冷凝器101。
最后，制冷剂循环经过制冷剂管线R.L。
亦即，在加热模式中，当将高温/高压气态制冷剂供给到内部冷凝器107时，控制器150开启门111使得经过HVAC模块103的蒸发器105的空气经过内部冷凝器107。
由此，流入的具有室温的空气经过蒸发器105(未向其供给制冷剂)，并在经过内部冷凝器107的过程中转变为高温。此外，在空气温度由于PTC加热器109的选择性操作而进一步升高后，将空气供给到车辆舱室。因此，车辆舱室得以加热。
在各个实施方案中，在冷却模式中，热泵系统1的操作和控制方法将参照附图3进行详细描述。
如图3所示，在车辆的冷却模式中，将通过冷却风扇102的操作以及与空气进行热交换而冷却和冷凝的低温制冷剂由外部冷凝器101通过第二阀121供给到第二膨胀阀123。其后，将制冷剂供给到蒸发器105。
此时，由于外部冷凝器101设置在车辆的前部，因此在行驶过程中制冷剂通过控制器150的控制信号和流入的空气以最大速度操作的冷却风扇102而得以最大化地冷却和冷凝。
在该状态中，控制器150操作第二阀121并开启制冷剂管线R.L使得在经过外部冷凝器101的过程中冷却和冷凝的制冷剂流入连接到HVAC模块103的蒸发器105的第二膨胀阀123。
使得流入第二膨胀阀123的低温制冷剂膨胀，然后沿着制冷剂管线R.L将其供给到蒸发器105。
其后，制冷剂在蒸发器105中通过与空气进行热交换而蒸发，并在沿着制冷剂管线R.L经过存蓄器115和压缩机113的过程中受到压缩。
在压缩机113中压缩的制冷剂通过第一阀117的操作而流回到外部冷凝器101。最后，制冷剂沿着制冷剂管线R.L循环。
流入HVAC模块103的空气在蒸发器105中通过流入蒸发器105的低温制冷剂冷却。
此时，门111构造成使得冷却的空气不经过内部冷凝器107和PTC加热器109。因此，冷却的空气直接供给到车辆舱室，车辆舱室得以冷却。
在除湿模式中热泵系统1的操作和控制方法将参照图4详细进行描述。
如图4所示，在除湿模式中，控制器150开启第二阀121使得在外部冷凝器101中通过空气和操作冷却风扇102而冷却的低温制冷剂流入第二膨胀阀123。
使得流入第二膨胀阀123的低温制冷剂膨胀，然后沿着制冷剂管线R.L将其供给到蒸发器105。
其后，制冷剂在蒸发器105中通过与空气进行热交换而蒸发，并在沿着制冷剂管线R.L经过存蓄器115和压缩机113的过程中压缩成高温/高压气态制冷剂。
此外，通过第一阀117的操作来开启连接到内部冷凝器107的制冷剂管线R.L，将压缩的气态制冷剂供给到内部冷凝器107。
安装在压缩机113和第一阀117之间的制冷剂管线R.L上的压力传感器129检测从压缩机113流出的制冷剂的压力并将检测的值输出到控制器150。
控制器150由压力传感器129检测的值确定制冷剂的压力，并根据所要求的车辆性能控制第一阀117的开口。
此外，经过内部冷凝器107的制冷剂在第一膨胀阀119中膨胀，然后流入外部冷凝器101。最后，制冷剂沿着制冷剂管线R.L循环。
在这种情况下，控制器150通过控制第一膨胀阀119和第二膨胀阀123的开口来控制制冷剂的膨胀量。
流入HVAC模块103的空气在蒸发器105中通过流入蒸发器105的低温制冷剂冷却。
此时，流入的空气在经过蒸发器105的过程中得以除湿，调节门111使得冷却的空气经过内部冷凝器107。其后，空气在内部冷凝器107中加热，然后流入车辆舱室。因此，车辆舱室得以除湿。
在各个实施方案中，热泵系统1进一步具有除湿/除霜模式，在除霜模式中外部冷凝器101的表面得以除霜。
参照图5，在除湿/除霜模式中根据本发明的各个实施方案的热泵系统1的操作和控制方法将在下文详细描述。
如图5所示，在除湿/除霜模式中，控制器150开启第二阀121使得在外部冷凝器101中通过空气和操作冷却风扇102而冷却的低温制冷剂流入第二膨胀阀123。
使得流入第二膨胀阀123的低温制冷剂膨胀，然后沿着制冷剂管线R.L将其供给到蒸发器105。
其后，制冷剂在蒸发器105中通过与空气进行热交换而蒸发，并在沿着制冷剂管线R.L经过存蓄器115和压缩机113的过程中压缩成高温/高压气态制冷剂。
如上所述，通过第一阀117的操作，将经压缩的高温/高压的制冷剂沿着制冷剂管线R.L同时供给到外部冷凝器101和内部冷凝器107。
安装在压缩机113和第一阀117之间的制冷剂管线R.L上的压力传感器129检测从压缩机113流出的制冷剂的压力并将检测的值输出到控制器150。
控制器150由压力传感器129检测的值确定制冷剂的压力，并根据所要求的车辆性能控制第一阀117的开口。
此外，经过内部冷凝器107的制冷剂通过第三阀127的操作沿着旁路管线125流动，并通过第二阀121的操作汇入经过外部冷凝器101的制冷剂。其后，制冷剂在第二膨胀阀123中膨胀并供给到蒸发器105。最后，制冷剂沿着制冷剂管线R.L循环。
在这种情况下，控制器150通过控制第二膨胀阀123的开口而控制制冷剂的膨胀量。
流入HVAC模块103的空气在蒸发器105中通过流入蒸发器105的低温制冷剂冷却。
此时，流入的空气在经过蒸发器105的过程中得以除湿，调节门111使得冷却的空气经过内部冷凝器107。其后，空气在内部冷凝器107中被加热，然后流入车辆舱室。因此，车辆舱室得以除湿。此外，通过为三通阀的第一阀117的操作而将在压缩机113中压缩的制冷剂供给到外部冷凝器101，从而使得外部冷凝器101的表面得以除霜。
在各个实施方案中，在车辆的环境温度极低的情况下，热泵系统1在除湿/除霜模式中操作。参照图6，将详细描述在除湿/除霜模式中热泵系统1的操作和控制方法。
如图6所示，在车辆的环境温度为极低情况下的除湿/除霜模式中，控制器150开启第二阀121使得制冷剂流入第二膨胀阀123。
接着，使得流入第二膨胀阀123的低温制冷剂膨胀，然后将其沿着制冷剂管线R.L供给到蒸发器105。
其后，制冷剂在蒸发器105中通过与空气进行热交换而蒸发，并在沿着制冷剂管线R.L经过存蓄器115和压缩机113的过程中压缩成高温/高压气态制冷剂。
控制器150开启第一阀117从而将经过压缩机113的制冷剂供给到内部冷凝器107，且控制器150开启连接到内部冷凝器107的制冷剂管线R.L。
安装在压缩机113和第一阀117之间的制冷剂管线R.L上的压力传感器129检测从压缩机113流出的制冷剂的压力并将检测的值输出到控制器150。
控制器150由压力传感器129检测的值确定制冷剂的压力，并根据所要求的车辆性能控制第一阀117的开口和第二膨胀阀123的开口。
通过第一阀117的操作而供给到内部冷凝器107的制冷剂经过内部冷凝器107，然后通过第三阀127的操作而沿着旁路管线125流动。
制冷剂通过第二阀121的操作而供回到第二膨胀阀123，并在第二膨胀阀123中膨胀。其后，将制冷剂供给到蒸发器105。最后，制冷剂沿着制冷剂管线R.L和旁路管线125循环。
流入HVAC模块103的空气在蒸发器105中通过流入蒸发器105的低温制冷剂冷却。
此时，流入的空气在经过蒸发器105的过程中得以除湿，调节门111使得冷却的空气经过内部冷凝器107。
其后，空气在内部冷凝器107中被加热，然后流入车辆舱室。因此，车辆舱室得以除湿。
此时，热泵系统1停止将制冷剂供给到在极低温度下表面受到严重冻结的外部冷凝器101。因此，外部冷凝器101得以高效地除霜。
同时，示例了根据本发明的各个实施方案在加热模式中操作PTC加热器109以及空气。然而，本发明的范围不限于此。亦即，如果操作PTC加热器109，则其可以根据由驾驶员设定的加热温度加以确定。
根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统1及其控制方法通过控制制冷剂的流动而改进车辆的加热性能、除湿性能和除霜性能。
此外，外部冷凝器101的除霜通过防止制冷剂在极低温度下流入外部冷凝器101而高效地进行。
此外，由于在加热模式中在极低温度下操作热泵系统以及PTC加热器109，因而防止了动力消耗的增加，并通过降低加热负荷增加了车辆的里程。
由于第一阀117和第二阀121中的每一个均为三通阀，在每种模式中防止了第一阀117和第二阀121被频繁地开启或闭合，从而降低了由于第一阀117和第二阀121的频繁操作而引起的噪声和振动。
此外，由于使用了设置有第三阀127的旁路管线125，除湿和除霜可同时进行而不需要另外的装置用于对外部冷凝器101除霜。因此，布置可得以简化，系统包装可得以缩小。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语前或后等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案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。选择示例性实施方案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案及其不同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价形式所限定。

Claims (11)

1.一种用于车辆的热泵系统，其具有空调装置，用于通过利用循环经过制冷剂管线的制冷剂而冷却或加热车辆舱室，其中所述空调装置包括：
外部冷凝器，所述外部冷凝器设置在车辆的发动机舱室中，通过与空气进行热交换而冷凝制冷剂，并在所述外部冷凝器的后面设置有冷却风扇；
加热、通风和空调模块，所述加热、通风和空调模块与所述外部冷凝器流体连通，并且所述加热、通风和空调模块设置有蒸发器和门，所述门使得经过所述蒸发器的空气根据加热、冷却或除湿模式选择性地流动到内部冷凝器和正温度系数加热器中；
压缩机，所述压缩机通过制冷剂管线连接到所述蒸发器，并适合于压缩气态制冷剂；
存蓄器，所述存蓄器设置在所述压缩机和所述蒸发器之间的所述制冷剂管线上，并适合于将所述气态制冷剂供给到所述压缩机；
第一阀，所述第一阀根据车辆的模式将从所述压缩机流出的所述制冷剂选择性地供给到所述内部冷凝器或所述外部冷凝器；
第一膨胀阀，所述第一膨胀阀接收经过所述内部冷凝器的所述制冷剂，并适合于使所述制冷剂膨胀；
第二阀，所述第二阀将在所述第一膨胀阀处膨胀的并经过所述外部冷凝器的所述制冷剂选择性地供给到所述蒸发器或所述存蓄器；
第二膨胀阀，所述第二膨胀阀设置在所述蒸发器和所述第二阀之间，并适合于使经过所述第二阀的所述制冷剂膨胀；
旁路管线，所述旁路管线通过所述第二阀的操作使得经过所述内部冷凝器的所述制冷剂流动进入所述蒸发器或所述存蓄器而不经过所述外部冷凝器；以及
第三阀，所述第三阀设置在所述旁路管线上并适于将所述制冷剂选择性地供给到与所述第二阀连接的所述制冷剂管线。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中压力传感器安装在连接所述压缩机和所述第一阀的所述制冷剂管线上。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中所述第一阀和第二阀中的每一个均为三通阀。
4.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中所述空调装置连接到控制器并通过所述控制器的控制信号进行操作。
5.一种用于控制热泵系统的方法，所述热泵系统设置有空调装置，所述空调装置连接到控制器并包括通过制冷剂管线和旁路管线彼此连接的多个阀和多个膨胀阀、压缩机、存蓄器、蒸发器、外部冷凝器、内部冷凝器和加热、通风和空调模块，所述加热、通风和空调模块具有正温度系数加热器和门，所述门根据驾驶员的选择处于加热模式、冷却模式、除湿模式、除湿/除霜模式或极低温度除湿/除霜模式，其中在所述加热模式中：
将温度在所述外部冷凝器中通过与空气进行热交换而升高的制冷剂在经过所述存蓄器和所述压缩机而压缩为高温/高压的气态制冷剂之后供给到所述加热、通风和空调模块的所述内部冷凝器；
经过所述内部冷凝器的所述制冷剂通过所述膨胀阀膨胀并供给到所述外部冷凝器；并且
经过所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器的空气的温度通过所述内部冷凝器和所述正温度系数加热器的选择性操作而升高，由此车辆舱室得以升温。
6.根据权利要求5所述的用于控制热泵系统的方法，其中在所述冷却模式中：
在所述外部冷凝器中通过操作所述冷却风扇并与空气进行热交换而冷却的低温制冷剂在通过另一膨胀阀膨胀之后供给到所述蒸发器；
将在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂在所述存蓄器和所述压缩机中受到压缩之后供给到所述外部冷凝器；并且
使得在所述蒸发器中通过与所述制冷剂进行热交换而冷却的空气直接流入车辆舱室而不流入所述内部冷凝器，由此车辆舱室得以冷却。
7.根据权利要求5所述的用于控制热泵系统的方法，其中在所述除湿模式中：
使得在所述外部冷凝器中通过与空气进行热交换而冷却的低温制冷剂在另一膨胀阀中膨胀，并将膨胀的制冷剂供给到所述蒸发器；
将在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂在经过所述存蓄器和所述压缩机受到压缩之后供给到所述内部冷凝器；
经过所述内部冷凝器的所述制冷剂在所述膨胀阀中膨胀之后供给到所述外部冷凝器并进行循环；并且
将在经过所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器的过程中冷却的空气在经过所述内部冷凝器和所述正温度系数加热器之后供给到车辆舱室，由此车辆舱室得以除湿。
8.根据权利要求7所述的用于控制热泵系统的方法，其中在所述除湿模式中，所述控制器通过控制所述膨胀阀的开口而控制所述制冷剂的膨胀量。
9.根据权利要求5所述的用于控制热泵系统的方法，其中在所述除湿/除霜模式中：
使得在所述外部冷凝器中通过与空气进行热交换而冷却的低温制冷剂在另一膨胀阀中膨胀，并将膨胀的制冷剂供给到所述蒸发器；
将在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂在经过所述存蓄器和所述压缩机受到压缩之后分别供给到所述外部冷凝器和所述内部冷凝器；
将经过所述内部冷凝器的所述制冷剂供回到另一膨胀阀，并将在另一膨胀阀中膨胀的所述制冷剂供给到所述蒸发器并进行循环；
将在经过所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器的过程中冷却的空气在经过所述内部冷凝器和所述正温度系数加热器之后供给到车辆舱室，由此车辆舱室得以除湿；并且
将压缩的制冷剂供给到所述外部冷凝器并对表面冻结的所述外部冷凝器进行除霜。
10.根据权利要求9所述的用于控制热泵系统的方法，其中在当环境温度为极低温度情况下的所述除湿/除霜模式中：
所述制冷剂在另一膨胀阀中膨胀之后供给到所述蒸发器；
在所述蒸发器中通过与空气进行热交换而蒸发的所述制冷剂在经过所述存蓄器和所述压缩机的过程中受到压缩之后供给到所述内部冷凝器；
经过所述内部冷凝器的所述制冷剂沿着所述旁路管线供回到所述膨胀阀，在所述膨胀阀中膨胀的所述制冷剂供给到所述蒸发器并进行循环；
将在经过所述加热、通风和空调模块的所述蒸发器的过程中冷却的空气在经过所述内部冷凝器和所述正温度系数加热器之后供给到车辆舱室，由此车辆舱室得以除湿；并且
压缩的制冷剂不供给到所述外部冷凝器使得所述外部冷凝器得以除霜。
11.根据权利要求5所述的用于控制热泵系统的方法，其中在所述加热模式、所述冷却模式、所述除湿模式或所述除湿/除霜模式中，所述控制器根据车辆的温度和所述制冷剂的温度控制所述冷却风扇的操作。
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