CN105270133A - 用于车辆的热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的热泵装置，其可包括：冷凝器、蒸发器、压缩机和吸入口，所述冷凝器位于车辆的前侧，且管道联接于所述冷凝器的后侧，空气通过所述管道到达HVAC系统，所述管道具有内部门，所述内部门打开或关闭；所述蒸发器在HVAC系统的内部的冷却通道中形成，并用于使用由所述冷凝器冷却的制冷剂来冷却空气；所述压缩机用于压缩经过所述蒸发器的高温制冷剂；所述吸入口形成为将外部空气吸入HVAC系统或防止外部空气进入HVAC系统。

Description

用于车辆的热泵装置

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的热泵装置，更特别地涉及一种用于车辆的热泵装置，其可防止电动车辆的行驶距离由于在冬季的加热操作而降低。

背景技术

通常，使用燃料的车辆利用使用发动机的热量的冷却/加热装置。然而，由于电动车辆不使用发动机，因此使用发动机中产生的热量的冷却/加热操作是不可能的。因此，电动车辆使用单独的热泵装置以在冬季行使加热功能。

图1为显示了根据相关技术的用于车辆的热泵装置的视图，将参照所附附图描述在冷却/加热操作过程中制冷剂的流动。

首先，在冷却操作过程中，经过内部冷凝器4，经过第二三通阀6并通过外部冷凝器1辐射热量以被冷却的制冷剂经过第一三通阀11和温度降低膨胀阀7，并吸收蒸发器3中的热量，以将低温空气供给至车辆的内部。在此过程中，电气部件5也被冷却。即，经过蒸发器3以被加热的制冷剂在经过蓄电池8和压缩机2的同时主要辐射热量，并在经过第二三通阀6之后在经过外部冷凝器1的同时其次辐射热量，以将低温空气供给至车辆的内部。

在加热操作过程中，经过第一三通阀11的制冷剂经过冷却器10和蓄电池8，然后经过压缩机2以在内部冷凝器4中辐射热量，并将热空气供给至车辆的内部。在内部冷凝器4中辐射热量的制冷剂经过第二三通阀6，以通过孔口吸收外部冷凝器1中的热量，且外部冷凝器1用作现有HVAC系统的蒸发器以吸收热量。

然而，根据相关技术的用于车辆的热泵装置在冷却操作和加热操作过程中具有不同的制冷剂循环路径，且其结构也复杂。此外，由于使用许多阀门6、7和11，因此热泵装置可能容易地发生故障，制造成本可增加。另外，在外部空气的温度降低至零度以下的冬季，热泵装置的效率降低，车辆的行驶距离由于加热操作而减小。

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

本发明致力于解决如上问题和/或其他问题，并提供了一种用于车辆的热泵装置，所述用于车辆的热泵装置可使用简单结构而增加热泵装置的效率，且即使在进行加热操作时也可防止车辆的行驶距离减少。

在各个方面，本发明提供了一种用于车辆的热泵装置，其包括：冷凝器、蒸发器、压缩机和吸入口，所述冷凝器位于车辆的前侧，且管道联接于所述冷凝器的后侧，空气通过所述管道到达HVAC系统，所述管道具有内部门，所述内部门打开或关闭；所述蒸发器在HVAC系统的内部的冷却通道中形成，并用于使用由所述冷凝器冷却的制冷剂来冷却空气；所述压缩机用于压缩经过所述蒸发器的高温制冷剂；所述吸入口形成为将外部空气吸入HVAC系统或防止外部空气进入HVAC系统。

打开或关闭的外部门可在所述冷凝器的前侧形成，从而将外部空气通过所述外部门引入所述管道或防止外部空气进入所述管道。

加热通道可进一步设置于HVAC系统中，加热器可设置于所述加热通道中，从而将通过所述吸入口引入所述加热通道的空气加热并供给至车辆的内部中。所述加热通道可平行于所述冷却通道形成。

临时门可在所述吸入口的后侧设置于HVAC系统中，从而由所述临时门将通过所述吸入口引入的空气选择性地通过所述冷却通道或所述加热通道中的一者引入，并在被冷却或加热之后引入车辆的内部。排放口可在HVAC系统中形成，从而将在所述冷却通道或所述加热通道中冷却或加热的空气通过所述排放口引入车辆的内部。

阻挡门可在所述吸入口中形成，引入HVAC系统中的空气在被引入之前可由阻挡门分成内部空气和外部空气。所述冷凝器、所述蒸发器和所述压缩机可经由制冷剂管线彼此连接而形成闭合回路，且所述制冷剂管线中的制冷剂可在一个方向上循环。冷却风扇可在所述冷凝器的后表面上形成。

根据本发明的用于车辆的热泵装置，制冷剂在一个方向上连续循环，加热通道在HVAC系统中平行于冷却通道形成，从而相比于相关技术即使通过少的能量也可增加冷却/加热效率。

因此，在冷却操作过程中引入相比于冷凝器后侧的空气较冷的外部空气，使得空气通过在HVAC系统中制冷剂的循环中所用的蒸发器，从而相比于相关技术可迅速简单且容易地冷却空气而不使用大量能量来冷却空气，从而可将冷空气供给至车辆内部。

在加热操作过程中，通过制冷剂的热交换加热的冷凝器前表面上的空气和经加热的内部空气引入HVAC系统的加热通道中，从而可确保热源，从而相比于相关技术可将空气迅速简单且容易地加热至使用者所需的温度而不使用大量热量来加热空气，并将经加热的空气供给至车辆的内部。

通过仅在一个方向上循环制冷剂，可去除或消除相关技术中所用的制冷剂开关阀、内部热交换器和管，使得热泵装置的结构和控制可变得简单，成本降低，车辆可为轻量的。

另外，由于即使在外部空气的温度下降至零度以下的冬季也可在空调中使用温度增加至一定程度的暖空气，可不降低用于车辆的热泵装置的效率，在环境友好的车辆的情况中行驶距离不会由于加热操作而减少，从而可实现低成本/高效率。

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，本发明的方法和设备所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

现在将参照由所附附图显示的本发明的某些示例性实施方案来详细地描述本发明的以上及其他特征，这些附图在下文中仅以说明的方式给出，因而对本发明是非限定性的，在这些附图中：

图1为显示了根据现有技术的用于车辆的热泵装置的视图；

图2为显示了根据本发明的示例性的用于车辆的热泵装置的冷却操作的视图；和

图3为显示了图2的热泵装置的加热操作的视图。

应了解，所附附图不必按比例，从而表明如本文公开的本发明的各种优选特征(包括例如具体尺寸、取向、位置和形状)的略微简化的表示将部分由特定预期应用和使用环境而决定。

在这些图形中，贯穿附图的数个图形，附图标记引用本发明的相同的或等同的部分。

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，这些实施方案的示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。

本文所用的术语仅为了描述特定的实施方案的目的，不旨在限制本发明。如本文所用，单数形式“一种”和“所述”旨在同样包括复数形式，除非上下文明确相反指出。还应了解，当在本说明书中使用时，术语“包括”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一种或多种其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括一种或多种相关的所列项目的任意和全部组合。

应当理解，此处所使用的术语“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、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)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

在下文，将参考所附附图描述根据本发明各个实施方案的用于车辆的热泵装置。

图2为显示了根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵装置的冷却操作的视图。图3为显示了图2的热泵装置的加热操作的视图。

根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵装置包括：冷凝器100、蒸发器610、压缩机300，和吸入口400，所述冷凝器100位于车辆的前侧，且管道110联接于所述冷凝器100的后侧，空气通过所述管道110到达供暖、通风、空气调节系统(HVAC)系统200，所述管道110具有内部门111，所述内部门111可打开或关闭，或为介于打开和关闭之间的位置；所述蒸发器610在HVAC系统200的内部中的冷却通道600中形成，并用于使用由冷凝器100冷凝的制冷剂来冷却空气；所述压缩机300用于压缩经过蒸发器610的高压制冷剂；所述吸入口400形成为将外部空气吸入HVAC系统200或防止外部空气进入HVAC系统200。

冷凝器100通常可为散热器。外部门130在冷凝器100的前侧形成，所述外部门130可打开或关闭，或为介于打开和关闭之间的位置，管道110联接于冷凝器100的后侧，空气通过所述管道110到达HVAC系统200。当外部门130打开时，外部空气可引入冷凝器100的后管道110，相反地，当外部门130部分或完全关闭时，部分或完全防止外部空气被引入管道110中。冷却风扇150在冷凝器100的后表面上形成，从而相比于在冷凝器100通过制冷剂进行冷却操作过程中，可更迅速地冷却制冷剂。

内部门111可形成于冷凝器100的管道110中，所述内部门111可打开或关闭，或为介于打开和关闭之间的位置。内部门111可在管道110的下侧形成。当内部门111打开时，冷凝器100的后表面上的空气可排放至外部，当内部门111关闭时，空气经由吸入口400通过管道110，并被引入HVAC系统200中。

空气被引入吸入口400中，形成阻挡门410，从而在将内部空气和外部空气引入吸入口400的同时，可取决于HVAC系统200的内部空气模式或外部空气模式选择性地分成内部空气和外部空气。阻挡门410位于管道110的后端的上侧和HVAC系统200中的吸入口400的前侧，从而在阻挡门410打开时可进行外部空气模式，并在阻挡门410关闭时可进行内部空气模式，在所述外部空气模式中，将外部空气引入HVAC系统200中；在所述内部空气模式中，防止空气从外部引入HVAC系统200中，将内部空气引入HVAC系统200中。

蒸发器610在HVAC系统200内部中的冷却通道600中形成，并用于使用由冷凝器100冷却的制冷剂来冷却空气。除了冷却通道600之外，设置有加热器710的加热通道700在HVAC系统200中形成，使得引入冷却通道700的空气被加热器710加热，并供给至车辆的内部。在一些实施方案中，加热通道700可与冷却通道600平行形成。加热器710可为正温度系数(PTC)加热器。

在HVAC系统200中，临时门430设置于吸入口400的后侧。取决于使用者所选择的冷却模式或加热模式而通过吸入口400引入的空气被临时门430选择性地引入通过冷却通道600和加热通道700中的一者，并在吸收车辆的热量或加热车辆之后被引入车辆内部。排放口210在HVAC系统200中形成，从而将在冷却通道600或加热通道700中冷却或加热的空气通过一个排放口210引入车辆内部。

如上所述，冷却通道600和加热通道700在HVAC系统200的内部平行形成，使得蒸发器610和加热器710分别设置于冷却通道600和加热通道700中，从而可取决于使用者对冷却模式或加热模式的选择而将经冷却或经加热的空气通过一个排放口210排放至车辆内部，因此，可使用简单结构更有效地进行冷却/加热操作。

冷凝器100、蒸发器610和压缩机300经由一个制冷剂管线500彼此连接而形成闭合回路，制冷剂管线500的制冷剂在一个方向上连续循环。

将参照所附附图描述在根据本发明的各个实施方案的用于车辆的热泵装置的冷却操作和加热操作过程中空气和制冷剂的流动。

在本发明中，无论是热泵装置的冷却操作或加热操作，制冷剂均在相同方向上连续循环。因此，在图2和3中制冷剂在制冷剂管线500中的循环相同。在制冷剂管线500的制冷剂的描述中，将与HVAC系统200的冷却通道600的蒸发器610中的空气交换热量的高温制冷剂以高温状态沿着制冷剂管线500经由压缩机300引入冷凝器100。将由冷凝器100冷凝至低温状态的制冷剂再次引入HVAC系统200的冷却通道600的蒸发器610中，制冷剂如上所述连续循环。

在冷凝器100中，外部门130打开，从而可将外部空气引入冷凝器100中，以将制冷剂转化为低温状态。外部门130可形成为使得必需量的外部空气可通过分阶段地打开和关闭外部门130而引入。根据情况，可通过驱动冷凝器100下方的冷却风扇150而吸收制冷剂的热量。

图2为显示了用于车辆的热泵装置的冷却操作的视图。在冷却操作中，相比于内部空气的温度，车辆外部的空气的温度较高。然而，相比于外部空气的温度，冷却制冷剂并在冷凝器100的后管道110中聚集的空气的温度更高。因此，通过打开管道110的内部门111而将相对高温的空气排放至外部，通过打开吸入口400的阻挡门410而将相对低温的外部空气通过吸入口400引入HVAC系统200中。然后，HVAC系统200中的临时门430朝向冷却通道600打开，使得外部空气可由冷却通道600的蒸发器610容易地且更迅速地冷却，并通过排放口210排放至车辆的内部。然后不驱动与加热通道600分开形成的加热通道700的加热器710。

图3为显示了用于车辆的热泵装置的加热操作的视图。在加热操作中，相比于车辆的内部空气的温度，车辆的外部空气的温度较低。由于制冷剂的热交换，在冷凝器100的后管道110中聚集的空气的温度高。因此，通过关闭管道110的内部门111而将相对高温的管道110的空气引入HVAC系统200，通过关闭吸入口400的阻挡门410而将相对高温的内部空气通过吸入口400引入HVAC系统200中。然后，HVAC系统200中的临时门430朝向加热通道700打开，使得管道110的暖空气和通过阻挡门410引入的暖内部空气容易地且更迅速地通过加热通道700的加热器710加热，并通过排放口210排放至车辆的内部。

在加热操作过程中，冷凝器100的前侧上的外部门130部分关闭，从而可部分防止冷凝器100暴露于外部空气。因此，可防止通过与制冷剂热交换而在管道110中形成的暖空气的温度被外部空气降低，使得空气可保持在高温。

根据本发明的用于车辆的热泵装置，制冷剂在一个方向上连续循环，加热通道在HVAC系统中平行于冷却通道形成，从而相比于相关技术可增加冷却/加热效率。

因此，在冷却操作过程中引入相比于冷凝器后侧的空气较冷的外部空气，使得空气通过在HVAC系统中制冷剂的循环中所用的蒸发器，从而相比于相关技术可迅速简单且容易地冷却空气而不使用大量能量来冷却空气，从而可将冷空气供给至车辆内部。

在加热操作过程中，通过制冷剂的热交换加热的冷凝器的后表面上的空气和经加热的内部空气引入HVAC系统的加热通道中，从而可确保热源，从而相比于相关技术可将空气迅速简单且容易地加热至使用者所需的温度而不使用大量热量来加热空气，并将经加热的空气供给至车辆的内部。

通过仅在一个方向上循环制冷剂，可去除或消除相关技术中所用的制冷剂开关阀、内部热交换器和管，使得热泵装置的结构和控制可变得简单，成本降低，车辆可为轻量的。

另外，由于即使在外部空气的温度下降至零度以下的冬季也可在空调中使用温度增加至一定程度的暖空气，可不降低用于车辆的热泵装置的效率，在环境友好的车辆的情况中行驶距离不会由于加热操作而减少，从而可实现低成本/高效率。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“内”或“外”、“前”或“后”、“内部”或“外部”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。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (9)

1.一种用于车辆的热泵装置，其包括：

冷凝器，所述冷凝器位于车辆的前侧，且管道联接于所述冷凝器的后侧，空气通过所述管道到达HVAC系统，所述管道具有内部门，所述内部门打开或关闭；

蒸发器，所述蒸发器在HVAC系统的内部的冷却通道中形成，并用于使用由所述冷凝器冷却的制冷剂来冷却空气；

压缩机，所述压缩机用于压缩经过所述蒸发器的高温制冷剂；和

吸入口，所述吸入口形成为将外部空气吸入HVAC系统或防止外部空气进入HVAC系统。

2.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵装置，其中打开或关闭的外部门在所述冷凝器的前侧上形成，从而将外部空气通过所述外部门引入所述管道或防止外部空气进入所述管道。

3.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵装置，其中加热通道进一步设置于HVAC系统中，加热器设置于所述加热通道中，从而将通过所述吸入口引入所述加热通道的空气加热并供给至车辆的内部。

4.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵装置，其中所述加热通道平行于所述冷却通道形成。

5.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵装置，其中临时门在所述吸入口的后侧设置于HVAC系统中，从而由所述临时门将通过所述吸入口引入的空气选择性地通过所述冷却通道或所述加热通道中的一者引入，并在被冷却或加热之后引入车辆的内部。

6.根据权利要求3所述的用于车辆的热泵装置，其中排放口在HVAC系统中形成，从而将在所述冷却通道或所述加热通道中冷却或加热的空气通过所述排放口引入车辆的内部。

7.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵装置，其中阻挡门在所述吸入口中形成，引入HVAC系统中的空气在被引入之前由HVAC系统分成内部空气和外部空气。

8.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵装置，其中所述冷凝器、所述蒸发器和所述压缩机经由制冷剂管线彼此连接而形成闭合回路，且所述制冷剂管线中的制冷剂在一个方向上循环。

9.根据权利要求1所述的用于车辆的热泵装置，其中冷却风扇在所述冷凝器的后表面上形成。