CN104515323A - 用于车辆的热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的热泵系统，其包括多个空调设备，其根据电动车辆的加热模式和冷却模式通过循环制冷剂来调节车辆内部的冷却和加热操作；该用于车辆的热泵系统包括室外冷凝器，其构造为冷凝制冷剂；膨胀阀，其构造为将通过室外冷凝器冷凝的制冷剂膨胀；蒸发器，其构造为将通过膨胀阀膨胀的制冷剂蒸发；压缩机，其构造将通过蒸发器蒸发的制冷剂压缩；以及室内冷凝器，其构造为主要冷凝由所述压缩机压缩的制冷剂，并连接至室外冷凝器。所述用于车辆的热泵系统可进一步包括连接至电子设备的散热器；冷却器，其构造为与所述散热器整体构成；连接所述制冷剂管道和所述冷却器的第一连接管道；以及第二连接管道，其将来自冷却器的制冷剂连接至制冷剂管道。

Description

用于车辆的热泵系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年9月27日提交的韩国专利申请第10-2013-0115597号的优先权，该申请的全部内容合并于此通过引用而用作所有目的。

技术领域

本发明涉及用于车辆的热泵系统，更特别地，涉及这样一种用于车辆的热泵系统，其中水冷型冷却器与散热器整体构成，而制冷剂根据车辆的加热模式或者冷却模式而选择性地通过冷却器，从而改善系统的整体效率，缩短管道长度，并简化构成元件。

背景技术

通常，用于车辆的空调器包括用于对车辆内部冷却和加热的空调模块。

在通过压缩机的操作而排出的热交换介质通过冷凝器、储液干燥器、膨胀阀和蒸发器，然后循环回到压缩机的过程中，空调模块构造为通过由蒸发器的热交换而对车辆内部冷却，或者通过允许冷却剂流入加热器中用以与加热器进行热交换从而对车辆内部进行加热。

同时，近来由于对能效和环境污染问题的关注逐渐增加，因而需要发展能够基本上取代具有内燃机发动机的车辆的环境友好型车辆，而环境友好型车辆通常分为电动车辆和混合动力车辆，所述电动车辆通常使用燃料电池或者电力作为动力源来驱动；所述混合动力车辆使用发动机和电池来驱动。

在环境友好型车辆之中，在电动车辆中，不像常规车辆的空调器那样使用单独的加热器，应用于电动车辆的空调器通常被称为热泵系统。

在热泵系统中，当在夏季执行冷却模式时，典型地应用了相同的基本原理：其中在通过压缩机压缩的高温和高压状态下的气态制冷剂由冷凝器冷凝，通过储液干燥器和膨胀阀，然后在蒸发器中蒸发，从而降低室内温度和湿度。然而，相比较而言，热泵系统具有如下特征：当在冬季执行加热模式时，高温和高压状态下的气态制冷剂被用作热媒。

也就是说，在电动车辆的加热模式中，高温和高压状态下的气态制冷剂不会流入到室外冷凝器中，而是通过阀流入到室内冷凝器中，并与从外部吸入的空气进行热交换。此外，已与制冷剂热交换的外部空气流入到车辆内部中，同时通过正温度系数（PTC）加热器，因而增加了车辆室内温度。

此外，流入到室内冷凝器中的高温和高压状态下的气态制冷剂通过与吸入的外部空气热交换而被冷凝，然后作为液态制冷剂被再次排出。

然而，由于前述相关技术的热泵系统采用气冷型（其中外部空气被用作与制冷剂进行热交换的热交换介质），因而包括有压缩机的热交换器的结构和各自的构成元件的结构较为复杂，连接各自的构成元件的管道的长度增加，从而存在整体系统封装较为复杂的问题。

由于当液态制冷剂被从室外冷凝器吸入到压缩机中时热源不足以将液态制冷剂转化为气态制冷剂，因而存在如下问题：压缩效率劣化，当外部空气温度较低时加热性能显著退化，系统不稳定，并且当液态制冷剂流入到压缩机中的时候压缩机的耐用度劣化。

此外，由于加热操作需要仅通过PTC加热器来执行，因而还存在如下问题：加热性能严重劣化，由于动力消耗量增加而使热负载增加，从而缩短行驶距离，并且在热交换器或者阀损坏时由于整体系统故障而使行驶性能劣化。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，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一种用于车辆的热泵系统，其中水冷型冷却器与冷却剂在其中循环的散热器整体构成，并且制冷剂根据车辆的加热模式或者冷却模式而选择性地通过冷却器，从而可去除冷却器与散热器之间的管道和阀，从而缩短整体管道长度，并简化构成元件，因而降低成本，改善封装性能，并通过使用废热源而提升系统的整体效率。

本发明的各个方面提供一种用于车辆的热泵系统，其包括空调装置，所述空调装置通过制冷剂管道而彼此连接，通过根据电动车辆的加热模式和冷却模式而循环制冷剂，从而调节车辆内部的冷却操作和加热操作，并且所述用于车辆的热泵系统包括室外冷凝器，其构造为对制冷剂进行冷凝；膨胀阀，其构造为将通过所述室外冷凝器冷凝过的制冷剂膨胀；蒸发器，其构造为将通过膨胀阀膨胀过的制冷剂蒸发；压缩机，其构造将通过所述蒸发器蒸发过的制冷剂压缩；以及室内冷凝器，其构造为主要冷凝由压缩机压缩过的制冷剂，并连接至室外冷凝器，所述热泵系统进一步包括：散热器，其通过冷却剂管道而连接至电子设备，并构造为利用与外部空气的热交换对通过冷却电子设备而升温的冷却剂进行冷却；冷却器，其与散热器整体构成，连接至制冷剂管道，并构造为在冷却剂与制冷剂之间进行热交换；第一连接管道，其构造为将制冷剂管道与冷却器在室外冷凝器与膨胀阀之间彼此连接；以及第二连接管道，其构造为将从冷却器排出的制冷剂连接至设在蒸发器与压缩机之间的制冷剂管道。

所述第一连接管道可通过阀而连接至制冷剂管道，该制冷剂管道将室外冷凝器与膨胀阀彼此连接。

所述阀可为三通阀。

所述第二连接管道可连接至设置在蒸发器与压缩机之间的储存器。

所述制冷器管道可进一步包括设置在室外冷凝器与室内冷凝器之间的孔。

在加热模式下，在冷却电子设备时通过废热源升温的冷却剂可通过冷却器而流入到散热器中，并且通过第一连接管道从室外冷凝器流入到冷却器中并且通过与升温的冷却剂进行热交换而升温的制冷剂可流入到在蒸发器与压缩机之间的制冷剂管道中。

在冷却模式下，第一连接管道可被关闭从而防止制冷剂流入到冷却器中，并且从室外冷凝器排出的制冷剂可流入到膨胀阀中。

水冷型冷却器可与冷却剂在其中循环的散热器整体构成，并且制冷剂根据车辆的加热模式或冷却模式而选择性地通过冷却器，从而可去除在冷却器与散热器之间的管道和阀，从而缩短管道的整体长度，并简化构成元件，因而降低成本，并提升封装性能。

此外，通过缩短管道长度和去除用于调节冷却剂的流动的阀来防止压力损失，从而提升冷却性能。此外，在阀操作时防止产生噪声，并且通过使用废热源而改善了加热性能，从而提升了系统的整体效率。

此外，散热器与冷却器整体构成，从而简化了在狭窄的发动机室中管道布局，并改善了空间利用率。

此外，通过提升系统的整体效率而防止了不必要的电力消耗，因而增加了行驶距离。

在纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方式中，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得以更为具体地阐明。

附图说明

图1为根据本发明示例性的用于车辆的热泵系统的模块构造图。

图2为示出了根据本发明示例性的用于车辆的热泵系统的加热模式的操作状态的视图。

图3为示出了根据本发明示例性的用于车辆的热泵系统的冷却模式的操作状态的视图。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的各个实施例，这些实施例的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明与示例性实施例相结合进行描述，但是应当理解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施例。而是相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施例，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等同形式及其它实施方案中。

在整个说明书和权利要求中，除非明确进行了相反描述，术语“包含”及其变体，诸如“包括”或“包含有”将被理解为暗示包括所指出的元件，但并不排除任何其他元件。

此外，在说明书中描述的“单元”，“装置”，“部件”，“构件”等表示执行至少一个功能或操作的综合构造的单元。

图1为根据本发明各个实施方案的用于车辆的热泵系统的模块构造图，图2为示出了根据本发明各个实施方案的用于车辆的热泵系统的加热模式的操作状态的视图，而图3为示出了根据本发明各个实施方案的用于车辆的热泵系统的冷却模式的操作状态的视图。

参考附图，根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统100应用于电动车辆，并具有如下结构：其中水冷型冷却器120与散热器102整体构成，用于冷却电动车辆中的电子设备101的冷却剂在散热器中循环，制冷剂根据车辆的加热模式或者冷却模式而选择性地通过冷却器120，因而可以去除在冷却器120与散热器102之间的管道和阀，从而缩短整个管道的长度并简化构成元件，因此降低成本，提升封装性能，并通过废热源而提升系统的整体效率。

为此，如图1中所示，根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的热泵系统100包括空调设备或者其他通过制冷剂管道105而彼此连接的合适的装置，从而通过根据电动车辆的加热模式和冷却模式来循环制冷剂，以便调节对车辆内部冷却和加热的操作，并且所述用于车辆的热泵系统100包括室外冷凝器107、膨胀阀109、蒸发器111，压缩机113，以及室内冷凝器115。

在所述空调装置中，室外冷凝器107设置在车辆的前侧，并通过与外部空气的热交换而冷凝制冷剂，膨胀阀109被供应通过室外冷凝器107冷凝的制冷剂并将该制冷剂膨胀。

此外，蒸发器111被供应通过膨胀阀109膨胀的制冷剂并将该制冷剂蒸发，压缩机113被供应通过蒸发器109蒸发的制冷剂并将该制冷剂压缩，并且室内冷凝器115主要冷凝通过压缩机113压缩的制冷剂并连接至室外冷凝器107。

根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统100包括散热器102、冷却器120、第一连接管道130以及第二连接管道140。

首先，散热器102设置在车辆的前侧和室外冷凝器107的后侧处，其通过冷却剂管道连接至电子设备101，并通过与外部空气热交换来对通过冷却电子设备101而升温的冷却剂进行冷却。

冷却风扇F将与外部空气一起的空气吹至散热器102和室外冷凝器107，该冷却风扇F可安装在散热器102的后侧处。

在各个实施方案中，冷却器120与散热器102整体构成，并连接至制冷剂管道105，从而在冷却剂与制冷剂之间进行热交换。

也就是说，冷却器120可构造为水冷型热交换器，其中冷却剂用作热交换介质，用以与制冷剂热交换。

在各个实施方案中，第一连接管道130将制冷剂管道105与冷却器120在室外冷凝器107与膨胀阀109之间彼此连接。

这里，第一连接管道130可连接至制冷剂管道105，所述制冷剂管道105通过阀150将室外冷凝器107与膨胀阀109彼此连接。

每个阀150可为三向阀，因此，在通过室外冷凝器107时受到冷凝的制冷剂通过第一连接管道130流入冷却器120中，或者通过制冷剂管道105流入膨胀阀109中而不通过冷却器120。

此外，第二连接管道140将从冷却器120排出的制冷剂连接至设置在蒸发器111与压缩机113之间的制冷剂管道105。

这里，第二连接管道140可连接至储存器117，所述储存器117设置在蒸发器111与压缩机113之间，并仅将气态制冷剂供应至压缩机113。

因此，储存器117将包含在通过冷却器120的制冷剂中的或包含在通过蒸发器111之后流入到压缩机113中的气态制冷剂中的液态制冷剂进行分离，将气态制冷剂供应至压缩机113，将液态制冷剂存储在存储器117中，蒸发液态制冷剂，然后仅将气态制冷剂再次供应至压缩机113，从而防止压缩机113故障或者失效，并提升效率和耐用度。

同时，在各个实施方案中，制冷剂管道105可进一步包括孔119，该孔119设置在室外冷凝器与室内冷凝器之间。

下文中将具体描述依据如上述构造的根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统100的加热模式和冷却模式的操作和运行。

首先，如图2中所示，在车辆的加热模式中，由在对电子设备101进行冷却时的废热源进行升温的冷却剂在热泵系统100中循环，同时通过冷却器120流入到散热器102中，然后在通过与外部空气热交换而被冷却之后被再次供回到电子设备101。

这里，阀150打开第一连接管道130，从而在通过室外冷凝器107同时而受到冷凝的制冷剂供应至冷却器120，并且阀150将连接至膨胀阀109的制冷剂管道105保持为封闭状态。

之后，制冷剂在通过室外冷凝器107的同时与外部空气进行热交换，从而处于低温和低压状态，然后通过第一连接管道130流入到冷却器120中。

因此，流入到冷却器120中并通过与升温过的冷却剂热交换而升温的制冷剂经由储存器117通过第二连接管道140而流入压缩机113中。

之后，压缩机113被供应升温过的制冷剂，将该制冷剂压缩以产生高温和高压状态的气态制冷剂，然后将该气态制冷剂供应至室内冷凝器115。在这种情况下，由于室内冷凝器115设在未示出的HVAC（加热、通风和空调）模块中，因而通过室内冷凝器115升温过的温暖的外部空气与未示出的PTC加热器的选择性操作结合而被供应至车辆内部，从而对车辆内部进行加热。

这之后，在通过室内冷凝器115之后，制冷剂的热量通过与流入到车辆内部的外部空气进行热交换而被辐射，制冷剂在穿过孔119的同时变化为处于低温和低压状态的制冷剂，在通过室外冷凝器107的同时从外部空气吸收热量，然后供回到冷却器120。这样，通过反复进行前述操作而进行对车辆内部加热的操作。

因此，在车辆的加热模式下，结合PTC加热器的操作，根据各个实施方案的热泵系统100使得外部空气（其通过室内冷凝器115升温，高温和高压状态下的气态制冷剂流入所述室内冷凝器115中）流入车辆内部，使得车辆内部被加热，因而防止PTC加热器的超负荷，从而防止动力过度消耗。

此外，如图3中所示，在车辆冷却模式下，连接制冷剂管道105和第一连接管道119的阀129将第一连接管道119关闭，并将连接至膨胀阀109的制冷剂管道105保持为打开状态。

因此，制冷剂在通过室外冷凝器107的同时通过与外部空气热交换而被冷凝从而处于低温和低压状态，该制冷剂在通过膨胀阀109的同时被膨胀，然后经由储存器117在通过蒸发器111之后供应至压缩机113。

从压缩机113排出的制冷剂通过室内冷凝器115，沿着制冷剂管道105再次通过孔119，流入室外冷凝器107中，因此在空调装置中循环。

这里，流入车辆内部并在穿过室内冷凝器115的同时通过与制冷剂热交换而降温的外部空气流入到车辆内部中。因此，对车辆内部进行冷却的操作通过反复进行前述过程而进行。

这里，冷却电子设备101的冷却剂持续循环至制冷却器120并同时通过散热器102，但由于第一连接管道130通过阀150的关闭操作而关闭，因此防止了制冷剂通过第二连接管道140流入储存器117中。

也就是说，根据各个实施方案的热泵系统100将通过穿过冷却器120而升温的制冷剂在车辆加热模式下供应至压缩机113，并在车辆冷却模式下防止制冷剂通过冷却器120，因而更有效地对车辆内部行加热或冷却。

因此，当应用如上述构造的根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵系统100时，水冷型冷却器120与冷却剂在其中循环的散热器102整体构成，并且制冷剂根据车辆的加热模式或者冷却模式选择性地通过冷却器120，从而可以去除在冷却器120与散热器102之间的管道和阀，因而缩短整个管道长度，并简化构成元件，因此降低成本并提升封装性能。

此外，通过缩短管道长度并去除用于调节冷却剂流动的阀而防止了压力损失，从而提升了冷却性能。另外，防止了阀操作时产生的噪音，并通过使用废热源而提升了加热性能，从而提升了系统的整体效率。

此外，散热器102与冷却器120整体构成，从而简化了在狭窄的发动机室中的管道布局，并改善了空间利用率。

此外，通过提升系统的整体效率防止了不必要的电力消耗，从而增加了行驶距离。

为了解释的方便和所附权利要求书中的精确限定，术语前和后等等被用于结合示出在附图中的部件位置而描述具体实施例中的这些部件。

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。前面的描述并非意欲穷尽，或者将本发明严格限制为所公开的具体形式，显然，根据上述教导可能进行很多改变和变化。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同形式所限定。

Claims (14)

1.一种用于车辆的热泵系统，其包括：

多个空调设备，所述多个空调设备通过制冷剂管道而彼此连接，以根据电动车辆的加热模式和冷却模式通过循环制冷剂而调节车辆内部的冷却操作和加热操作；

室外冷凝器，其冷凝制冷剂；

膨胀阀，其构造为将通过所述室外冷凝器冷凝过的制冷剂膨胀；

蒸发器，其构造为将通过所述膨胀阀膨胀过的制冷剂蒸发；

压缩机，其构造将通过所述蒸发器蒸发过的制冷剂压缩；

室内冷凝器，其构造为主要冷凝由所述压缩机压缩的制冷剂，并连接至所述室外冷凝器；

散热器，其通过冷却剂管道而连接至电子设备，并构造为利用与外部空气的热交换而对通过冷却所述电子设备而升温的冷却剂进行冷却；

冷却器，其与所述散热器整体构成，连接至所述制冷剂管道，并构造为在冷却剂与制冷剂之间进行热交换；

第一连接管道，其构造为将所述制冷剂管道与所述冷却器在所述室外冷凝器与所述膨胀阀之间彼此连接；以及

第二连接管道，其构造为将从所述冷却器排出的制冷剂连接至设在所述蒸发器与所述压缩机之间的制冷剂管道。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中所述第一连接管道通过阀而连接至所述制冷剂管道，所述制冷剂管道将所述室外冷凝器与所述膨胀阀彼此连接。

3.根据权利要求2所述的用于车辆的热泵系统，其中所述阀为三通阀。

4.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中所述第二连接管道连接至设置在所述蒸发器与所述压缩机之间的储存器。

5.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中所述制冷器管道进一步包括设置在所述室外冷凝器与所述室内冷凝器之间的孔。

6.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中在加热模式下，在冷却所述电子设备时通过废热源升温的冷却剂通过所述冷却器流入到所述散热器中，并且通过所述第一连接管道从所述室外冷凝器流入到所述冷却器中并且通过与升温的冷却剂进行热交换而升温的制冷剂流入到在所述蒸发器与所述压缩机之间的所述制冷剂管道中。

7.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵系统，其中在冷却模式下，所述第一连接管道被关闭从而防止制冷剂流入所述冷却器中，并且从所述室外冷凝器排出的制冷剂流入所述膨胀阀中。

8.一种用于车辆的热泵系统，其包括：

元件通过电动车辆中的制冷剂管道而彼此连接，用以根据加热模式和冷却模式通过循环制冷剂来调节车辆内部的冷却和加热操作；

多个空调设备，其通过所述制冷剂管道而彼此连接，制冷剂在其中循环的同时反复进行冷凝、压缩和蒸发制冷剂的操作；

散热器，其通过冷却剂管道而连接至电子设备，并构造为利用与外部空气的热交换而对通过冷却所述电子设备而升温的冷却剂进行冷却；

冷却器，其与所述散热器整体构成，通过所述冷却管道连接至所述电子设备，连接至所述制冷剂管道，并构造为在冷却剂与制冷剂之间进行热交换；

第一连接管道，其构造为将所述多个空调设备与所述冷却器彼此连接，并根据加热模式或冷却模式通过阀的打开和关闭操作使得制冷剂流入所述冷却器中；以及

第二连接管道，其构造为将制冷剂连接至所述多个空调设备，所述制冷剂在通过上述冷却器的同时与冷却剂热交换，然后被排出。

9.根据权利要求8所述的用于车辆的热泵系统，其中：

所述多个空调设备通过上述制冷剂管道而彼此连接，所述多个空调设备包括：

室外冷凝器，所述室外冷凝器构造为对制冷剂进行冷凝；

膨胀阀，其构造为将通过所述室外冷凝器冷凝过的制冷剂膨胀；

蒸发器，其构造为将通过所述膨胀阀膨胀过的制冷剂蒸发；

压缩机，其构造将通过所述蒸发器蒸发过的制冷剂压缩；以及

室内冷凝器，其构造为主要冷凝由所述压缩机压缩过的制冷剂，并连接至所述室外冷凝器。

10.根据权利要求9所述的用于车辆的热泵系统，其中所述第一连接管道连接至在所述室外冷凝器与所述膨胀阀之间的所述制冷剂管道。

11.根据权利要求9所述的用于车辆的热泵系统，其中所述第二连接管道连接至储存器，所述储存器设置在所述蒸发器与所述压缩机之间的制冷剂管道上，使得从所述冷却器排出的制冷剂供应至所述压缩机。

12.根据权利要求9所述的用于车辆的热泵系统，其中在加热模式下，通过在对所述电子设备时进行冷却时的废热源而升温的冷却剂通过所述冷却器流入到散热器中，并且通过所述第一连接管道从所述室外冷凝器流入所述冷却器中并通过与升温的冷却剂热交换而升温的制冷剂流入在所述蒸发器与所述压缩机之间的所述制冷剂管道中。

13.根据权利要求9所述的用于车辆的热泵系统，其中在冷却模式下，所述第一连接管道关闭从而防止制冷剂流入所述冷却器中，并且从所述室外冷凝器排出的制冷剂流入所述膨胀阀中。

14.根据权利要求8所述的用于车辆的热泵系统，其中所述阀为三向阀。