CN106871504B - 用于车辆的空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于车辆的空调系统。所述空调系统包括：冷却模块，具有冷却管道和蒸发器芯；以及加热模块，具有加热管道和内冷凝器。此外，外冷凝器布置在加热管道的外部，并且一鼓风机在冷却管道或加热管道中形成气流。内冷凝器、外冷凝器和蒸发器芯通过单个制冷剂通道而连接。

Description

用于车辆的空调系统

技术领域

本发明涉及一种车辆的空调系统的结构，并且更具体地，涉及在特定行驶环境中实现更有效的空气调节操作的空调系统。

背景技术

通常，车辆安装有用于加热和冷却车辆的乘客室的空调系统。空调冷却系统的主要目的是维持合适的室内温度并实现舒适的室内环境。

车辆的空调系统的冷却装置包括压缩机，压缩机被配置为压缩制冷剂；冷凝器，被配置为冷凝并液化被压缩机压缩的制冷剂；膨胀阀，被配置为将被冷凝器压缩并液化的制冷剂变成低温且低压的制冷剂；以及蒸发器芯，被配置为使用制冷剂的蒸发潜热(evaporation latent heat)来冷却空气。所描述的冷却系统降低空气的温度并调节绝对湿度。

当冷却水从发动机吸收热量并具有高温时，加热装置使用冷却水冷却作为热源的车辆的发动机舱。此外，热源包括加热器芯和泵，该泵被配置为循环发动机的冷却水。加热装置升高空气的温度并调节相对湿度。

在上述传统空调系统中，通过冷却装置实现冷却空气供应，并且通过发动机的冷却水实现热空气供应。然而，空调系统的结构需要根据行驶环境进行改变。具体地，当发动机没有冷却水时，可能难以设置传统的空调系统，并且其操作可能是低效的。

在该部分中公开的信息仅用于加深对本发明的一般背景技术的理解，并且不应被视为承认或以任何形式地暗示这些信息构成本领域的技术人员已知的现有技术。

发明内容

因此，本发明提供一种用于车辆的空调系统，其形成用于提供热风的热源并相对于新的热源具有最佳结构和提高的运行效率。

根据本发明的一个方面，可以通过提供的用于车辆的空调系统来实现以上及其他目的，该空调系统可以包括：冷却模块，具有冷却管道；冷却侧入口，形成在冷却管道的第一侧处；冷却侧室内出口和冷却侧室外出口，形成在冷却管道的第二侧处；以及蒸发器芯和热交换器，布置在冷却管道的内部，热交换器布置在气流路径的上游侧；加热模块，具有：加热管道；加热侧入口；形成在加热管道的第一侧处；加热侧室内出口和加热侧室外出口；形成在加热管道的第二侧处；以及内冷凝器，布置在加热管道的内部；外冷凝器，布置在加热管道的外部；以及鼓风机，用于在冷却管道或加热管道中形成气流，内冷凝器、外冷凝器和蒸发器芯经由单个制冷剂通道连接。

内冷凝器可以是制冷剂可以流动通过的气冷式冷凝器，并可以通过在加热管道中的空气流冷却。外冷凝器可以是制冷剂可以流动通过的水冷式冷凝器，并且布置在与热交换器相同的冷却水循环通道中以使用冷却水冷却外冷凝器中的制冷剂。车辆的外冷凝器、热交换器和电子部件可以布置在相同的冷却水循环通道中。空调系统可以进一步包括压缩机和膨胀阀，压缩机和膨胀阀经由制冷剂通道彼此连接。

此外，空调系统可以包括：冷却侧排放调节门，布置在冷却管道的室内出口和室外出口之间以用于调节向外气流的量；以及加热侧排放调节门，布置在加热管道的室内出口和室外出口之间以调节向外气流的量。空调系统可以进一步包括压缩机和膨胀阀，压缩机和膨胀阀经由制冷剂通道彼此连接。制冷剂通道可以包括第一循环通道，以允许制冷剂依次循环通过蒸发器芯、压缩机、第一分支点、第二分支点、内冷凝器和膨胀阀；以及第二循环通道，以允许制冷剂从第一分支点分叉，流动通过外冷凝器，并流入第二分支点。

空调系统可以进一步包括冷却水循环通道。冷却水循环通道可以包括：第一冷却水循环通道，以允许冷却水依次流动通过第三分支点、外冷凝器及第四分支点，并冷却外冷凝器；以及第二冷却水循环通道，以允许冷却水从第三分支点分叉，流动通过热交换器，并流动进入第四分支点。空调系统可以进一步包括分别布置在第一分支点至第四分支点的第一三通阀至第四三通阀。

此外，空调系统可以包括被配置为操作第一三通阀至第四三通阀的控制器。当空调系统在冷却模式下运行时，控制器可被配置为操作第一三通阀和第二三通阀以允许制冷剂的沿着第一循环通道循环的部分从第一三通阀分叉，沿着第二循环通道循环，并流动进入第二三通阀，并且控制器可被配置为操作第三三通阀和第四三通阀以允许冷却水沿着第一冷却水循环通道循环。

控制器可以进一步被配置为用于操作冷却侧排放调节门和加热侧排放调节门。其中，当空调系统在冷却模式下运行时，控制器可被配置为操作加热侧排放调节门以关闭加热侧室内出口，并且操作冷却侧排放调节门以关闭冷却侧室外出口。

此外，控制器可被配置为操作第一三通至第四三通阀。当空调系统在加热模式下运行时，控制器可被配置为操作第一三通阀和第二三通阀以允许制冷剂沿着第一循环通道循环，并且操作第三三通阀和第四三通阀以允许冷却水从第三三通阀沿着第二冷却水循环通道循环分叉，并且流动进入第四三通阀。

控制器可以进一步被配置为操作冷却侧排放调节门和加热侧排放调节门。当空调系统在加热模式下运行时，控制器可被配置为操作加热侧排放调节门以关闭加热侧室外出口，并且操作冷却侧排放调节门以关闭冷却侧室内出口。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，将更明确地理解本发明的以上和其他目标、特征和其他优点，在附图中：

图1是根据本发明示例性实施方式的用于车辆的空调系统的视图；

图2是示出了根据本发明示例性实施方式的用于车辆的空调系统的循环通道的视图；

图3是示出了根据本发明示例性实施方式的用于车辆的空调系统的冷却模式下的循环通道的视图；

图4是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的加热模式中的循环通道的视图；

图5是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的冷却模式的运行状态的视图；以及

图6是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的加热模式的运行状态的视图。

具体实施方式

应当理解，本文所使用的术语“车辆(vehicle)”或者“车辆的(vehicular)”或者其他的类似术语包括广义的机动交通工具，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、大巴车、卡车、各种商用车辆的载客车辆，包括各种船只(boat)和船舶(ship)的水上交通工具(watercraft)，航天器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃机、插入式(plug-in，外接充电式)混合动力电动车辆、氢动力车辆、以及其他可替代的燃料车辆(例如，燃料从除石油以外的资源获得)。

尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而，可以理解的是，也可通过一个或多个模块来执行示例性过程。此外，应该理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置成存储模块，并且处理器具体地配置成使所述模块执行一个或多个过程，这在下文中进一步描述。

本文所使用的术语仅是用于描述具体实施方式的目的，而非旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则如本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也旨在包括复数形式。应该进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”规定了阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除存在或附加有一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出的术语的任意及全部组合。

现在将详细地参考本发明的示例性实施方式，在附图中示出本发明的实例。只要有可能，贯穿附图将使用相同的参考标号指代相同或相似的部件。

图1是根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的视图，图2是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的循环通道的视图，图3是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的冷却模式下的循环通道的视图，图4是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的加热模式中的循环通道的视图，图5是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的冷却模式的运行状态的视图，以及图6是示出了根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统的加热模式的运行状态的视图。

根据本发明示例性实施方式的车辆的空调系统可以包括：冷却模块，具有冷却管道101，冷却侧入口103形成在冷却管道101的第一侧处，冷却侧室内出口105和冷却侧室外出口107形成在冷却管道101的第二侧处，以及蒸发器芯109和热交换器115，布置在冷却管道101内部，热交换器115放置在气流路径的上游侧；加热模块，具有加热管道201，加热侧入口203形成在加热管道201的第一侧处，加热侧室内出口205和加热侧室外出口207形成在加热管道201的第二侧处，以及内冷凝器209，布置在加热管道201的内部；外冷凝器215，布置在加热管道201的外部；以及鼓风机111和211，用于在冷却管道101和加热管道201中形成气流。内冷凝器209、外冷凝器215和蒸发器芯109可以经由单个制冷剂通道彼此连接。压缩机301和膨胀阀303还可以经由制冷剂通道连接在一起。

参考图1，冷却管道101可以布置在冷却模块中。冷却侧入口103可以形成在冷却管道101的第一侧处，并且冷却侧室内出口105和冷却侧室外出口107可以形成在冷却管道101的第二侧。蒸发器芯109和热交换器115可以布置在冷却管道101的内部。热交换器115可以放置在气流路径的上游侧。加热管道201可以布置在加热模块中。加热侧入口203可以形成在加热管道201的第一侧处，并且加热侧室内出口205和加热侧室外出口207可以形成在加热管道201的第二侧处。内冷凝器209可以布置在加热管道201内部，并且外冷凝器215可以布置在加热管道201的外部。鼓风机111和211可以在冷却管道101和加热管道201中形成气流。内冷凝器209、外冷凝器215和蒸发器芯109可以经由单个制冷剂通道彼此连接。

由于冷却管道101和加热管道201可以形成为分开的独立的空间，冷却空气和加热空气之间的干扰会减少。换言之，可以防止冷却空气重新加热并且可以防止加热的空气被重新冷却。因此，可以提高空调系统的效率。此外，由于冷却管道101和加热管道201的出口可以分成分别设置的室内出口和室外出口，本发明的空调系统的优势在于，可以根据需要，将温度控制的空气可以供应至室内空间并且将温度控制的空气排放至室外空间。

参考图2，由于膨胀阀303、膨胀阀109、压缩机301，以及冷凝器可以布置在单个制冷剂通道中，因此已经过压缩机301的高温且高压的制冷剂可以用作热源。换言之，可以仅使用车辆的传统空调系统的冷却系统同时实现冷却操作和加热操作。当不可能确保诸如发动机的冷却水的热源时这可能是有用的。此外，由于可以省去加热操作的加热线路和水泵，本发明的车辆的空调系统具有简单的结构。

内冷凝器209可以体现为制冷剂可以流动通过的气冷式冷凝器，并且该内冷凝器可以通过加热管道201中的气流被冷却。外冷凝器215可以体现为制冷剂可以流动通过的水冷式冷凝器，并该外冷凝器可布置在与热交换器115相同的冷却水循环通道中，以使用冷却水冷却外冷凝器215中的制冷剂。车辆的外冷凝器215、热交换器115和电子部件可以布置在相同的冷却水循环通道中。

此外，压缩机301和膨胀阀303可以经由制冷剂通道彼此连接。制冷剂通道可以包括第一循环通道501，制冷剂可以沿着第一循环通道按顺序循环通过蒸发器芯109、压缩机301、第一分支点601、第二分支点603、内冷凝器209以及膨胀阀303；以及第二循环通道503，制冷剂可以沿着第二冷却剂通道从第一分支点601分叉，穿过外冷凝器215，并且流动进入第二分支点603。

冷却水循环通道可以包括第一冷却水循环通道505，冷却水可以沿着第一冷却水循环通道依次循环通过第三分支点605、水冷式冷凝器和第四分支点607，以冷却水冷式冷凝器；以及第二冷却水循环通道507，冷却水可以沿着第二冷却水循环通道从第三分支点605分叉，通过热交换器115，并且流动进入第四分支点607。

本发明的空调系统可以进一步包括被配置为操作第一三通阀至第四三通阀的控制器400。当空调系统在冷却模式下运行时，控制器400可以被配置为操作第一三通阀和第二三通阀以允许制冷剂的沿着第一循环通道501循环的部分从第一三通阀分叉，沿着第二循环通道503循环，并流动进入第二三通阀，并且该控制器可被配置为操作第三三通阀和第四三通阀以允许冷却水沿着第一冷却水循环通道505循环。

当空调系统在加热模式下运行时，控制器400可被配置为操作第一三通阀和第二三通阀，以允许制冷剂沿着第一循环通道501循环，并且控制器可被配置为操作第三三通阀和第四三通阀，以允许冷却水从第三三通阀分叉，沿着第二冷却水循环通道507循环，并且流动进入第四三通阀。第一三通阀至第四三通阀可以分别布置在第一分支点601至第四分支点607。

参考图2，沿着第一循环通道501流动的制冷剂可以依次循环通过蒸发器芯109、压缩机301、第一三通阀、第二三通阀、内冷凝器209和膨胀阀303。这样沿第二循环通道503流动的制冷剂可以从第一三通阀分叉，流动通过外冷凝器215，并且流动进入第二三通阀。

如在图2中示出的，沿着第一冷却水循环通道505流动的冷却水可以循环通过电子部件，并且依次循环通过第三三通阀、水冷式冷凝器以及第四三通阀。沿着第二冷却水循环通道507流动的冷却水可以从第三三通阀分叉，流动通过热交换器115，并且流动进入第四三通阀。

当空调系统在冷却模式下运行时，为了增大空调系统的效率，通过冷凝器的制冷剂的温度可以通过增大冷凝器消散的热量而迅速降低。具体地，当已通过膨胀阀303的制冷剂流动通过蒸发器芯109时，制冷剂的温度可以降低，从而从空气吸收显著热量并且通过冷却管道101。

此外，如在图3中示出的，由于制冷剂可以沿着第一循环通道501和第二循环通道503循环，通过制冷剂分散的热量可以通过气冷式内冷凝器209和水冷式外冷凝器215增加，从而提高空调系统的效率。

此外，当空调系统在加热模式下运行时，如在图4中所示，流动通过冷凝器的制冷剂的温度显著高(例如，大于预定温度)，供应至流动通过加热管道201的空气的热量可以增大。因此，可以控制制冷剂以仅沿着第一循环通道501循环，并且可以防止流动通过水冷式外冷凝器215。

此外，可以控制已冷却电子部件并从电子部件吸收热能的冷却水循环通过布置在蒸发器芯109的上游侧的热交换器115，以将冷却水从电子部件吸收的热能传递至蒸发器芯109。因此，制冷剂的温度可以增大，并且因而，可以提高空调系统的效率。

本发明的空调系统可以进一步包括布置在冷却管道101的室内出口105与室外出口107之间的冷却侧排放调节门113，以调节向外气流量，以及布置在加热管道201的室内出口205与室外出口207之间的加热侧排放调节门213，以调节向外气流量。

参照图5和图6，可以调节本发明的空调系统可以调节成用于确定是否通过冷却侧排放调节门113和加热侧排放调节门213将温度被控制的空气供应至室内空间或将温度被控制的空气排放到室外空间。可以通过冷却模块或加热模块使用冷却侧排放调节门113和加热侧排放调节门213而调节冷却或加热的空气的混合比例，从而更准确地控制室内温度。

控制器400可被配置为操作冷却侧排放调节门113和加热侧排放调节门213。当空调系统在冷却模式下操作时，控制器400可被配置为操作加热侧排放调节门213以关闭加热侧室内出口205，并且操作冷却侧排放调节门113以关闭冷却侧室外出口107。如在图5中示出的，在最大冷却模式中，冷却侧排放调节门113可被配置为关闭冷却侧室外出口107，以将冷却空气供应至室内空间，并且加热侧排放调节门213可被配置为用于关闭加热侧室内出口205，以将加热的空气排出至室外空间。

此外，当空调系统在加热模式下运行时，控制器400可被配置为操作加热侧排放调节门213以关闭加热侧室外出口207，并且操作冷却侧排放调节门113以关闭冷却侧室内出口105。如在图6中示出的，在最大加热模式中，加热侧排放调节门213可被配置为关闭加热侧室外出口207以将加热的空气供应至室内空间，并且冷却侧排放调节门113可被配置为关闭冷却侧室内出口105以将冷却空气排放至室外空间。

如从以上描述明显可见的，本发明提供用于车辆的空调系统，其可在不提供来自发动机的冷却水的环境中提高能量效率和运行效率。

尽管已经为了说明的目的公开了本发明的示例性实施方式，本领域技术人员应当理解的是，在不偏离在随附权利要求书中公开的本发明的范围和精神下，能够进行各种修改、添加和替代。

Claims (12)

1.一种用于车辆的空调系统，包括：

冷却模块，包括：冷却管道；冷却侧入口，形成在所述冷却管道的第一侧处；冷却侧室内出口和冷却侧室外出口，形成在所述冷却管道的第二侧处；以及蒸发器芯和热交换器，布置在所述冷却管道的内部，所述热交换器布置在气流路径的上游侧；

加热模块，包括：加热管道；加热侧入口，形成在所述加热管道的第一侧处；加热侧室内出口和加热侧室外出口，形成在所述加热管道的第二侧处；以及内冷凝器，布置在所述加热管道的内部；

外冷凝器，布置在所述加热管道的外部；以及

鼓风机，用于在所述冷却管道或所述加热管道中形成气流，

其中，所述内冷凝器、所述外冷凝器和所述蒸发器芯经由单个制冷剂通道连接，

所述空调系统进一步包括冷却水循环通道，所述冷却水循环通道包括：

第一冷却水循环通道，允许冷却水依次流动通过第三分支点、所述外冷凝器及第四分支点，并冷却所述外冷凝器；以及

第二冷却水循环通道，允许所述冷却水从所述第三分支点分叉，流动通过所述热交换器，并流动进入所述第四分支点。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其中，所述内冷凝器是制冷剂流动通过的气冷式冷凝器，并且所述内冷凝器通过在所述加热管道中的空气流冷却。

3.根据权利要求1所述的空调系统，其中，所述外冷凝器是制冷剂流动通过的水冷式冷凝器，并且所述外冷凝器布置在与所述热交换器相同的冷却水循环通道中，以使用冷却水冷却所述外冷凝器中的制冷剂。

4.根据权利要求3所述的空调系统，其中，所述外冷凝器、所述热交换器和车辆的电子部件布置在相同的冷却水循环通道中。

5.根据权利要求1所述的空调系统，进一步包括：

压缩机；以及

膨胀阀，

其中，所述压缩机和所述膨胀阀经由所述制冷剂通道连接。

6.根据权利要求1所述的空调系统，进一步包括：

冷却侧排放调节门，布置在所述冷却管道的冷却侧室内出口和冷却侧室外出口之间，以调节向外气流的量；以及

加热侧排放调节门，布置在所述加热管道的加热侧室内出口和加热侧室外出口之间，以调节向外气流的量。

7.根据权利要求1所述的空调系统，还包括：

压缩机；以及

膨胀阀，

其中，所述压缩机和所述膨胀阀经由所述制冷剂通道连接，并且

其中，所述制冷剂通道包括：

第一循环通道，允许制冷剂依次循环通过所述蒸发器芯、所述压缩机、第一分支点、第二分支点、所述内冷凝器和所述膨胀阀；以及

第二循环通道，允许所述制冷剂从所述第一分支点分叉，流动通过所述外冷凝器，并流入所述第二分支点。

8.根据权利要求7所述的空调系统，还包括：

第一三通阀至第四三通阀，分别布置在所述第一分支点至所述第四分支点处。

9.根据权利要求8所述的空调系统，还包括：

控制器，被配置为操作所述第一三通阀至所述第四三通阀，

其中，当所述空调系统在冷却模式下运行时，所述控制器被配置为操作所述第一三通阀和所述第二三通阀，以允许所述制冷剂的沿着所述第一循环通道循环的部分从所述第一三通阀分叉，沿着所述第二循环通道循环，并流动进入所述第二三通阀，并且所述控制器操作所述第三三通阀和所述第四三通阀，以允许所述冷却水沿着所述第一冷却水循环通道循环。

10.根据权利要求6所述的空调系统，进一步包括：

控制器，被配置为操作所述冷却侧排放调节门和所述加热侧排放调节门，

其中，当所述空调系统在冷却模式下运行时，所述控制器被配置为操作所述加热侧排放调节门，以关闭所述加热侧室内出口，并且所述控制器操作所述冷却侧排放调节门，以关闭所述冷却侧室外出口。

11.根据权利要求8所述的空调系统，进一步包括：

控制器，被配置为操作所述第一三通阀至第四三通阀，

其中，当所述空调系统在加热模式下运行时，所述控制器被配置为操作所述第一三通阀和所述第二三通阀以允许所述制冷剂沿着所述第一循环通道循环，并且操作所述第三三通阀和所述第四三通阀以允许所述冷却水从所述第三三通阀分叉，沿着所述第二冷却水循环通道循环，并且流动进入所述第四三通阀。

12.根据权利要求6所述的空调系统，进一步包括：

控制器，被配置为操作所述冷却侧排放调节门和所述加热侧排放调节门，

其中，当所述空调系统在加热模式下运行时，所述控制器被配置为操作所述加热侧排放调节门以关闭所述加热侧室外出口，并且操作所述冷却侧排放调节门以关闭所述冷却侧室内出口。

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