CN103863055A

CN103863055A - 用于车辆的空气调节装置

Info

Publication number: CN103863055A
Application number: CN201310167117.4A
Authority: CN
Inventors: 吴万周; 金才熊; 朴宰佑; 金在勋
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: CN103863055B; DE102013206770A1; US9097446B2; US20140165606A1; DE102013206770B4; KR101371755B1

Abstract

一种用于车辆的空气调节装置，该空气调节装置包括设置在通风通道上的彼此重叠的蒸发器芯和加热器芯，以及具有发热表面和吸热表面的热电设备。包括第一冷却通道和第二冷却通道的冷却管线，其中冷却水通过第一冷却通道在吸热表面和蒸发器芯周围循环，冷却水通过第二冷却通道在吸热表面和发动机周围循环；以及包括第一加热通道和还包括第二加热通道的加热管线，其中冷却水通过第一加热通道在发热表面和加热器芯周围循环，冷却水通过第二加热通道在发动机和加热器芯周围循环。控制器在制热模式下控制通过第二冷却通道和第一加热通道的并行循环或通过第二加热通道的循环。

Description

用于车辆的空气调节装置

相关申请交叉引用

本申请要求2012年12月14日提交的韩国专利申请No.10-2012-0146846的权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的空气调节装置，该空气调节装置利用热电设备而不是制冷剂。

背景技术

传统空气调节系统利用制冷系统中的制冷剂在空气通过制冷系统时来冷却空气。更具体地，该系统通过旋转压缩机对制冷剂进行压缩、液化和蒸发来冷却空气以及通过操作正温度系数（PTC）加热器来加热空气。然而，制冷剂的使用已增加了对全球变暖的影响。利用制冷剂的空气调节系统（包括热气体系统）需要机械动力、将电能转换成机械能、以及执行制热和制冷。因此，需要改善由机械部件和制冷剂的泄漏引起的机械损耗以及质量问题。

在相关技术中已经提出利用热电设备的空气调节装置，以使热电设备的相对的表面之间的温差最小化，从而通过使用热电设备来提高效率。然而，即使基于该技术，利用冷却水和热电设备的空气调节系统仍只在其初步水平。因此，存在与车辆的整体发热控制相关的问题，能够取代现有空气调节系统和现有热辐射系统的新系统尚未提出。

上述仅仅旨在帮助对本发明的背景技术的理解，而非意欲表示本发明落入已为本领域技术人员所公知的相关技术的范围。

发明内容

因此，考虑到现有技术中出现的上述问题而作出本发明，并且本发明提供一种用于车辆的空气调节装置，该空气调节装置能够仅利用冷却水来操作空气调节系统和车辆冷却系统这两种系统，并且从现有的基于制冷剂的空气调节系统中去除了制冷剂。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于车辆的空气调节装置，该空气调节装置包括：以重叠的状态设置在通风通道上的蒸发器芯和加热器芯；具有发热表面和吸热表面的热电设备；由第一冷却通道和第二冷却通道组成的冷却管线，其中冷却水通过第一冷却通道在吸热表面和蒸发器芯周围循环，并且冷却水通过第二冷却通道在吸热表面和发动机周围循环；由第一加热通道和第二加热通道组成的加热管线，其中冷却水通过第一加热通道在发热表面和加热器芯周围循环，并且冷却水通过第二加热通道在发动机和加热器芯周围循环。控制器在制热模式下控制通过第二冷却通道和第一加热通道的并行循环或通过第二加热通道的循环。同样，控制器在制冷模式下可控制通过第一冷却通道的循环。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于车辆的空气调节装置，该空气调节装置包括：以重叠的状态设置在通风通道上的蒸发器芯和加热器芯，具有发热表面和吸热表面的热电设备；由第一冷却通道和第二冷却通道组成的冷却管线，其中冷却水通过第一冷却通道在吸热表面和蒸发器芯周围循环，并且冷却水通过第二冷却通道在吸热表面和发动机周围循环；由第一加热通道和第二加热通道组成的加热管线，其中冷却水通过第一加热通道在发热表面和加热器芯周围循环，并且冷却水通过第二加热通道在发动机和加热器芯周围循环；由第一散热通道和第二散热通道组成的散热管线，其中冷却水通过第一散热通道在发热表面和散热器周围循环，并且冷却水通过第二散热通道在发动机和散热器周围循环。

控制器可配置成在制冷模式下控制通过第一冷却通道、第一散热通道以及第二散热通道的循环。同样，控制器可配置成在除湿模式下控制通过第二散热通道、第一冷却通道以及第一加热通道的循环。进一步，控制器配置成在制热模式下控制通过第二冷却通道和第一加热通道的并行循环或通过第二加热通道的循环。

而且，第一冷却通道和第二冷却通道可并行连接以共享吸热表面的输入和输出侧，以及三通阀可安装在吸热表面的输出侧的分支点处。进一步，第一冷却通道可包括水泵。

而且，第一加热通道和第一散热通道可并行连接以共享发热表面的输入和输出侧，以及三通阀可安装在发热表面的输出侧的分支点处。水泵可安装在发热表面的输入侧的接合点和发热表面之间。

第二冷却通道和第二散热通道还可并行连接以共享发动机的入口和出口，以及三通阀可安装在发送机的入口侧的接合点处。进一步，第二加热通道可形成在发动机的出口侧，使得第二冷却通道通过三通阀从其分岔。

另外，第一加热通道和第二加热通道可并行连接以共享加热器芯的入口和出口，以及三通阀可安装在加热器芯的出口侧的分支点处。

根据具有上述配置的空气调节装置，可仅利用冷却水来一起操作空气调节系统和车辆冷却系统，并且从现有的基于制冷剂的空气调节装置中去除了制冷剂。因此，采用冷却水来取代制冷剂以产生环境上的效果。此外，提供了用于车辆内部的空气调节系统以及用于发动机的冷却系统，并且通过紧凑系统执行经优化的热控制。由此，可减少废热，并且可防止能量的浪费。

附图说明

通过结合所附附图的以下详细描述，将能够更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征、和优点，其中：

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于车辆的空气调节装置中的制热模式的视图；

图2是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的另一制热模式的视图；

图3是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的制冷模式的视图；以及

图4是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的除湿模式的视图。

具体实施方式

应当理解，在本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆（SUV）、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆（例如源于非石油的能源的燃料）。

本文中所使用的术语仅是用于描述具体实施方式的目的，而并非意在对本发明进行限制。作为在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也意在包括复数形式，除非在文中明确地另外指出。还将理解的是，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”是指存在有所陈述的特征、数值、步骤、操作、要素和/或组分，但是并不排除存在有或额外增加一个或多个其它的特征、数值、步骤、操作、要素、组分和/或其组成的群组。作为在本文中所使用的，术语“和/或”包括列举的相关术语的一个或多个的任何和全部的组合。

此外，应理解以下方法由至少一个控制器来执行。术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储这些模块，且处理器特别配置成执行所述模块以执行下文进一步描述的一个或多个过程。

此外，本发明的控制逻辑可被具体化为计算机可读介质上的非瞬态计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器或类似物执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、高密度光盘（CD）－ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡以及光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络耦合的多个计算机系统中，使得该计算机可读介质按照分布方式例如由远程信息处理服务器或控制器区域网络（CAN）来存储和执行。

在下文中，将参考附图来具体描述根据本发明的示例性实施例的车辆的空气调节装置。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于车辆的空气调节装置中的制热模式的视图。图2是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的另一制热模式的视图。图3是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的制冷模式的视图。图4是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的除湿模式的视图。

根据本发明的示例性实施例的用于车辆的空气调节装置包括：设置在通风通道上以彼此重叠的蒸发器芯100和加热器芯200；具有发热表面310和吸热表面320的热电设备300；由第一冷却通道A和第二冷却通道B组成的冷却管线，冷却水通过第一冷却通道A在吸热表面320和蒸发器芯100周围循环，所述冷却水通过第二冷却通道B在吸热表面320和发动机400周围循环；由第一加热通道C和第二加热通道D组成的加热管线，冷却水通过第一加热通道C在发热表面310和加热器芯200周围循环，冷却水通过第二加热通道D在发动机400和加热器芯200周围循环；以及控制器800，控制器800在制热模式下控制通过第二冷却通道B和第一加热通道C并行循环或通过第二加热通道D的循环。

本发明的空气调节装置绝大部分不使用如现有技术中的制冷剂、压缩机、冷凝器等等。然而，由于使用冷却水，需要散热器来冷却发动机或发热部件（诸如电机、电池等等），并且尽可能不妨碍车辆布局。此外，还使用安装在现有的空气调节装置上的加热器芯和蒸发器芯（即制冷芯）。

在现有的空气调节装置（例如加热、通风和空气调节装置（HVAC））中，设置有加热器芯和蒸发器芯二者，并且加热器芯和蒸发器芯被安装在通道上以给车辆的内部提供空气。该空气通过温控门被调节温度，然后被排放至内部。该构造等同于现有技术中广泛知晓的空气调节装置的构造，因此将省略其详细描述。

同时，为了仅使用冷却水来调节空气，必须冷却或加热冷却水。为此，使用了热电装置来代替压缩机。热电装置的示例包括帕尔贴(Peltier)装置。可以理解，热电装置具有利用电能的发热表面和吸热表面，并且通过操作以将热从吸热表面泵送到发热表面。因此，吸热表面越冷，越难将热泵送至发热表面。反之，吸热表面越热，越容易将热泵送至发热表面。

在本发明的情况下，蒸发器芯100和加热器芯200以重叠状态设置在现有HVAC的通风通道上。该配置等于相关技术的配置。然而，提供具有发热表面310和吸热表面320的热电设备300。热电设备的发热表面310和吸热表面320与冷却水的各自通道连接。

具体地，提供了冷却管线和加热管线。冷却管线由第一冷却通道A和第二冷却通道B组成，冷却水通过第一冷却通道A在吸热表面320和蒸发器芯100周围循环，并且冷却水通过第二冷却通道B在吸热表面320和发动机400周围循环。

加热管线由第一加热通道C和第二加热通道D组成，冷却水通过第一加热通道C在发热表面310和加热器芯200周围循环，并且冷却水通过第二加热通道D在发动机400和加热器芯200周围循环。

同时，控制器配置成控制阀和水泵。从而，在制热模式下，控制器控制同时通过第二冷却通道B和第一加热通道C的循环或通过第二加热通道D的循环。在制冷模式下，控制器800可配置成控制通过第一冷却通道A的循环。从而，蒸发器芯或加热器芯仅通过热电设备和冷却水冷却或加热。因此，有效地且以环境友好的方式执行车辆内部的空气调节。

此外，还考虑用于冷却车辆部件（诸如，发动机、电机或电池）的散热器。在这方面，根据本发明的示例性实施例的用于车辆的空气调节装置包括：以重叠的状态设置在通风通道上的蒸发器芯100和加热器芯200；具有发热表面310和吸热表面320的热电设备300；由第一冷却通道A和第二冷却通道B组成的冷却管线，冷却水通过第一冷却通道A在吸热表面320和蒸发器芯100周围循环，并且冷却水通过第二冷却通道B在吸热表面320和发动机400周围循环；由第一加热通道C和第二加热通道D组成的加热管线，冷却水通过第一加热通道C在发热表面310和加热器芯200周围循环，并且冷却水通过第二加热通道D在发动机400和加热器芯200周围循环。此外，提供散热管线，该散热管线由第一散热通道E和第二散热通道F组成，冷却水通过第一散热通道E在发热表面310和散热器500周围循环，冷却水通过第二散热通道F在发动机400和散热器500周围循环。而且，控制器800配置成在制冷模式下控制通过第一冷却通道A、第一散热通道E，以及第二散热通道F的循环。在这种情况下，通过增加使用散热器500的散热管线，使发动机也适应于由冷却水散热。

具体地，提供具有发热表面310和吸热表面320的热电设备300。吸热表面320以及蒸发器芯100通过冷却水循环形成第一冷却通道A。从而，车辆内部的冷却被执行。

吸热表面320构成第二冷却通道B，该第二冷却通道B与发动机400连接，并且冷却水通过该第二冷却通道B循环。因此，如果有必要，则冷却发动机400，并且同时将废热从发动机400泵送到发热表面310。

此外，热电设备的发热表面310和加热器芯200构成第一加热通道C。因此，通过从热电设备产生的热量加热车辆内部。

发动机400以及加热器200构成第二加热通道D。因此，通过发动机400的水的热量执行车辆内部的加热。热电设备的发热表面310和散热器500构成第一散热通道E。由此，吸热表面320的热量被泵送并排出到外部，从而提高了冷却效率。发动机400以及散热器500构成第二散热通道F。从而，来自发动机的废热可被排出。

首先，图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于车辆的空气调节装置中的制热模式的视图。在制热模式下，控制器800通过第二加热通道D控制循环。从而，通过发动机400的废热加热加热器芯200以执行制热。这对应于操作传统内燃发动机或混合动力车辆的发动机以产生热量的情况。可替代地，在混合动力车辆的情况下，也可使用来自除发动机之外的电子部件（例如，电机或电池）的废热。

图2是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的另一制热模式的视图。在这种情况下，在制热模式下，控制器800控制通过第二制冷通道B和第一加热通道C的并行循环，因此，可执行车辆内部的制热。在该情况下，经由热电设备300执行制热。具体而言，为了最大限度利用其中热电设备的特征，当吸热表面320的温度变得处于更高温度时，发热表面310的温度也变高，并执行通过第二冷却通道B和发动机的400的循环。从而，进一步提高了制热效率。

图3是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的制冷模式的视图。在该情况下，在制冷模式下，控制器800控制通过第一制冷通道A的循环。为了将热电设备300的效率提高到最高，有必要降低发热表面310的温度。为此，在控制器800的控制下，发热表面310通过第一散热通道E与散热器500连接，从而执行散热。同时，为了冷却发动机400，还执行通过第二散热通道F的循环，因此，可通过散热器500执行散热。

图4是示出图1中所示用于车辆的空气调节装置中的除湿模式。在该情况下，应当操作蒸发器芯100和加热器芯200两者。因此，为此目的，在除湿模式下，控制器800控制通过第二散热通道F、第一冷却通道A以及第一加热通道C的循环。即，制冷通过热电设备300的吸热表面320执行，以及制热通过发热表面310执行。相应地，在该情况下，甚至当热量不单独循环时，热电设备的效率也被保持在非常高的状态。因此，热电设备的电能消耗更少。为了冷却发动机400，可单独操作第二散热通道F。

上述所有的冷却通道、加热通道和散热通道可通过在控制器控制下的阀和水泵控制。为了通过简化系统的结构设计紧凑通道，以下通道的设计将是有用的。然而，该结构仅为了示例性的目的。

具体地，第一冷却通道A和第二冷却通道B可并行连接以共享吸热表面320的输入和输出侧。三通阀740可安装在吸热表面320的输出侧的分支点。第一水泵620可被设置在第一冷却通道A中。因此，通过水泵620提供用于制冷的冷却水的循环力。

第一加热通道C和第一散热通道E可并行连接以共享发热表面310的输入和输出侧。三通阀730可安装在发热表面310的输出侧的分支点处。第二水泵610还可安装在发热表面310的输入侧的结合点和发热表面310之间，因此用于冷却水的循环力可被提供至发热表面。在发动机的情况下，可利用现有车辆的发动机侧的水泵施加冷却水的循环。

进一步，第二冷却通道B和第二散热通道F可并行连接以共享发动机400的入口和出口。三通阀710安装在发动机400的入口侧的结合点处。第二加热通道D形成在发动机400的出口侧，使得第二冷却通道B通过三通阀720从其分岔。第一加热通道C和第二加热通道D并行连接以共享加热器芯200的入口和出口。三通阀750安装在加热器芯200的出口侧的分支点处。

因此，本发明的示例性实施例提供一种空气调节系统，该空气调节系统以简化形式利用冷却水循环系统。有利地，能够执行制热、制冷和除湿的循环结构仅通过阀和水泵控制，并且同时可实现利用适当的散热和来自车辆部件（例如，发动机）的废热提高空气调节的效率。

根据具有上述配置的空气调节装置，可仅利用冷却水来一并操作空气调节系统和车辆冷却系统，并且从现有的基于制冷剂的空气调节装置中去除了制冷剂。

因此，可实现环境上的效果。此外，提供了用于车辆内部的空气调节系统以及用于发动机的冷却系统，并且通过紧凑系统执行经优化的热控制。由此，可减少废热，并且可防止能量的浪费。

虽然已出于说明目的描述了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员应当理解，各种修改、增加和删减是可能的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims

1.一种用于车辆的空气调节装置，包括：

设置在通风通道上的彼此重叠的蒸发器芯和加热器芯；

具有发热表面和吸热表面的热电设备；

包括第一冷却通道和第二冷却通道的冷却管线，其中冷却水通过第一冷却通道在吸热表面和蒸发器芯周围循环，并且所述冷却水通过第二冷却通道在吸热表面和发动机周围循环；

包括第一加热通道和第二加热通道的加热管线，其中所述冷却水通过第一加热通道在发热表面和加热器芯周围循环，并且所述冷却水通过第二加热通道在发动机和加热器芯周围循环；以及

控制器，所述控制器配置成在制热模式下经由一个或多个阀的控制来控制通过第二冷却通道和第一加热通道的并行循环或通过第二加热通道的循环。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述控制器配置成在制冷模式下控制通过第一冷却通道的循环。

3.一种用于车辆的空气调节装置，包括：

以重叠状态设置在通风通道上的蒸发器芯和加热器芯；

具有发热表面和吸热表面的热电设备；

包括第一加热通道和第二加热通道的加热管线，其中所述冷却水通过第一加热通道在发热表面和加热器芯周围循环，并且所述冷却水通过第二加热通道在发动机和加热器芯周围循环；

包括第一散热通道和第二散热通道的散热管线，其中所述冷却水通过第一散热通道在发热表面和散热器周围循环，并且所述冷却水通过第二散热通道在发动机和散热器周围循环；以及

控制器，所述控制器配置成在制冷模式下控制通过第一冷却通道、第一散热通道以及第二散热通道的循环。

4.根据权利要求3的所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述控制器在除湿模式下控制通过第二散热通道、第一冷却通道以及第一加热通道的循环。

5.根据权利要求3所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述控制器配置成在制热模式下控制通过第二冷却通道和第一加热通道的并行循环或通过第二加热通道的循环。

6.根据权利要求3所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述第一冷却通道和第二冷却通道并行连接以共享吸热表面的输入和输出侧，并且三通阀安装在吸热表面的输出侧的分支点处。

7.根据权利要求3所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述第一冷却通道包括第一水泵。

8.根据权利要求3所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述第一加热通道和第一散热通道并行连接以共享发热表面的输入和输出侧，并且三通阀安装在发热表面的输出侧的分支点处。

9.根据权利要求8所述的用于车辆的空气调节装置，其中第二水泵安装在发热表面的输入侧的结合点和发热表面之间。

10.根据权利要求3所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述第二冷却通道和第二散热通道并行连接以共享发动机的入口和出口，并且三通阀安装在发送机的入口侧的接合点处。

11.根据权利要求10所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述第二加热通道形成在发送机的出口侧，其中所述第二冷却通道通过三通阀从其分岔。

12.根据权利要求3所述的用于车辆的空气调节装置，其中所述第一加热通道和第二加热通道并行连接以共享加热器芯的入口和出口，并且三通阀安装在加热器芯的出口侧的分支点处。