CN110461632A - 车用空调 - Google Patents

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Abstract

公开了一种车用空调，其中，一体式热泵系统的结构能够通过构造电子组件废热回收设备来额外地改善加热功能，并且能够在冷却模式期间通过使用制冷剂来冷却电动车辆电池。车用空调具有用于通过使制冷剂循环来冷却或加热车辆内部的制冷剂循环系统，并具有用于与车辆的电池系统进行热交换的第一冷却剂管，并且制冷剂循环系统的制冷剂和第一冷却剂管的冷却剂进行选择性的热交换。

Description

车用空调
技术领域
本发明涉及一种车用空调，更具体地，涉及这样一种车用空调，其包括一体式热泵系统，该一体式热泵系统具有分别安装在第一空气通道和第二空气通道中的蒸发器和冷凝器，以执行冷却和加热。
背景技术
通常，车用空调是通过将室外空气引入车辆内部或使车辆的室内空气循环的过程来冷却或加热而用于冷却或加热车辆内部的设备。这样的车用空调包括：蒸发器，用于冷却空调壳体的内部；加热器芯，用于加热空调壳体的内部；以及模式转换门，用于朝向车辆内部的部分选择性地吹送被蒸发器冷却或被加热器芯加热的空气。
这样的空调包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，并且空调的冷却循环被构造为使得压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器经由制冷剂管而彼此连接，压缩机用于压缩并排放制冷剂，冷凝器用于使从压缩机排放的高压制冷剂冷凝，膨胀阀用于使在冷凝器中冷凝并液化的制冷剂节流，蒸发器用于在由膨胀阀节流的低压液化制冷剂与吹送到车辆内部的空气之间进行热交换，并使制冷剂蒸发以因蒸发潜热而吸热来冷却排放到车辆内部的空气。
近来，已经开发了仅使用冷却循环来执行加热和冷却的热泵系统。图1是示出传统的车用热泵系统的冷却模式的示图，并且图2是示出传统的车用热泵系统的加热模式的示图。如图1和图2所示，车用热泵系统包括：空调壳体10，冷空气通道11和热空气通道12在空调壳体10中彼此隔开；蒸发器4，设置在冷空气通道11上，用于冷却；以及冷凝器2，设置在热空气通道12上，用于加热。
用于向车辆内部供应空气的空气流出口15和用于将空气排放到外部的空气排放口16形成在空调壳体10的出口处。鼓风机20分别设置在冷空气通道11的入口和热空气通道12的入口处，以单独致动。
压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3和蒸发器4顺序地设置在制冷剂线路5中。水冷线路7在压缩机1与冷凝器2之间从制冷剂线路5分支，水冷式冷凝器32设置在水冷线路7中。使制冷剂选择性地经过或绕过水冷式冷凝器32的三通阀31设置在制冷剂线路5与水冷线路7之间的分支点处。用于防止制冷剂线路5的制冷剂回流到水冷式冷凝器32的止回阀37设置在水冷线路7中。
低温散热器(LTR)34设置在车辆中，并且鼓风机35可安装在低温散热器34的一侧处。电力模块36设置在电动车辆中，电力模块36是用于驱动逆变器、驱动马达等的装置。从电力模块36产生的热与经过电力模块36的冷却剂线路8的冷却剂进行热交换，然后该冷却剂在经过低温散热器34的同时散热。冷却剂线路8经过水冷式冷凝器32，并且冷却剂与水冷线路7的制冷剂进行热交换。水泵33设置在冷却剂线路8中。
参照图1，在加热模式中，在经过热空气通道12的冷凝器2的同时被加热的热空气通过空气流出口15被排放到车辆内部以加热车辆内部，并且与此同时，在经过冷空气通道11的蒸发器4的同时被冷却的冷空气通过空气排放口16被排放到车辆外部。此外，制冷剂线路5的制冷剂顺序地流过压缩机1、冷凝器2、膨胀阀3和蒸发器4，但在水冷式冷凝器32中，制冷剂与冷却剂之间不存在热交换。
参照图2，在冷却模式中，在经过冷空气通道11的蒸发器4的同时被冷却的冷空气通过空气流出口15被排放到车辆内部以冷却车辆内部，并且与此同时，在经过热空气通道12的冷凝器2的同时被加热的热空气通过空气排放口16被排放到车辆外部。此外，制冷剂线路5的制冷剂顺序地流过压缩机1、水冷式冷凝器32、冷凝器2、膨胀阀3和蒸发器4。冷却剂线路8的冷却剂经过电力模块36和低温散热器34，然后在经过水冷式冷凝器32的同时与水冷线路7的制冷剂进行热交换。
此外，具有安装在电动车辆中的热泵系统结构的传统空调具有这样的结构：利用冷却器将热传递给制冷剂，以回收电子部件的废热，从而提高加热模式的性能。常用的电动车辆配备有用于延长电池寿命的电池热管理系统，并且采用吸入室内冷空气的方法来冷却电池。
传统的具有热泵系统结构的车用空调由于因需要用于吸入室内冷空气以冷却电池的冷却系统而损失冷空气，因此使冷却性能劣化。
发明内容
技术问题
因此，鉴于在现有技术中出现的上述问题而做出本发明，本发明的目的在于提供一种车用空调，其包括具有电子部件废热回收装置的一体式热泵系统，以提高加热性能，并且该车用空调可在冷却模式中使用制冷剂冷却电动车辆的电池。
技术方案
为了实现以上目的，根据本发明，提供一种车用空调，其具有用于通过使制冷剂循环来执行对车辆内部的冷却或加热的制冷剂循环系统，所述车用空调包括第一制冷剂管，所述第一制冷剂管与车辆的电池系统进行热交换，以选择性地在制冷剂循环系统的制冷剂与第一冷却剂管的冷却剂之间进行热交换。
有益效果
如上所述，由于空调不需要用于冷却电池的额外冷却系统并且不使用室内冷空气，因此根据本发明的车用空调可防止冷却性能劣化，还可提高加热性能，并且可有效地冷却电池。
附图说明
图1是示出传统的车用热泵系统的冷却模式的示图。
图2是示出传统的车用热泵系统的加热模式的示图。
图3是示出根据本发明的实施例的车用空调的构造图。
图4是示出根据本发明的实施例的车用空调的冷却模式的示图。
图5是示出根据本发明的实施例的车用空调的加热模式的示图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述根据本发明的示例性实施例的车用空调的技术结构。
图3是示出根据本发明的实施例的车用空调的构造图。
如图3中所示，根据本发明的实施例的车用空调包括用于使制冷剂循环以冷却和加热车辆内部的制冷剂循环系统。
更详细地，在根据本发明的实施例的车用空调中，制冷剂循环系统是一体式热泵系统，其具有单流向的制冷剂循环，并将经过蒸发器150的冷空气和经过冷凝器130的热空气布置在不同的通道中以冷却或加热车辆内部。这样的空调可充当主空调，或者可安装在合适的位置处(诸如，座椅下方或天花板上)作为用于辅助主空调的辅助空调。
车用空调包括空调壳体110、蒸发器150、冷凝器130、压缩机120、膨胀装置、第一鼓风机182和第二鼓风机181。制冷剂循环系统构造为具有顺序地安装在制冷剂管155中的压缩机120、冷凝器130、膨胀装置和蒸发器150。
在空调壳体110中，第一空气通道101和第二空气通道102彼此隔开。室内空气或室外空气选择性地流入通过第一空气通道101，并且室内空气或室外空气还选择性地流入通过第二空气通道102。此外，空调壳体110具有空气流入口和空气流出口。空气通过空气流入口流入空调壳体110中，并且通过空气流出口从空调壳体110排出。
空气流入口包括：室内空气入口和室外空气入口；开闭门，用于选择性地打开和关闭室内空气入口和室外空气入口；以及致动器，用于致动开闭门。
空气流出口包括：热空气流出口113和热空气排放口111，形成在第一空气通道101中；以及冷空气流出口114和冷空气排放口112，形成在第二空气通道102中。热空气流出口113用于向车辆内部供应经过冷凝器130的空气，并且热空气排放口111用于将经过冷凝器130的空气排放到车辆外部。冷空气流出口114用于向车辆内部供应经过蒸发器150的空气，并且冷空气排放口112用于将经过蒸发器150的空气排放到车辆外部。
空调壳体110具有设置在空调壳体110中的冷空气模式门116和热空气模式门115。冷空气模式门116设置在第二空气通道102中，并且热空气模式门115设置在第一空气通道101中。冷空气模式门116可旋转地设置在冷空气流出口114与冷空气排放口112之间，以将空气选择性地排放到冷空气流出口114和冷空气排放口112。热空气模式门115可旋转地设置在热空气流出口113与热空气排放口111之间，以将空气选择性地排放到热空气流出口113和热空气排放口111。
蒸发器150设置在第二空气通道102上。蒸发器150在从膨胀装置(稍后将描述)排放的低压液相制冷剂与空调壳体110的内部空气之间进行热交换，以因制冷剂的蒸发潜热而吸热来冷却空气。
冷凝器130设置在第一空气通道101上。冷凝器130在从压缩机120(稍后将描述)排放的高温高压的气相制冷剂与空调壳体110的内部空气之间进行热交换。在这个过程中，制冷剂被冷凝并且空气被加热。
压缩机120是由电能致动的电动压缩机。压缩机120吸入并压缩经过蒸发器150的低温低压的气相制冷剂，然后向冷凝器130排放高温高压的气相制冷剂。
膨胀装置通过节流作用使从冷凝器130排放的液相制冷剂快速膨胀，并向蒸发器150发送低温低压的湿饱和状态的制冷剂。膨胀阀140可采用EXV、TXV和孔结构中的一种。
第一鼓风机182布置在第一空气通道101中。此外，第二鼓风机181布置在第二空气通道102中。第一鼓风机182和第二鼓风机181中的每个包括风扇、用于驱动风扇的马达等。
车用空调被构造为选择性地向蒸发器150和冷凝器130供应室内空气和室外空气。在冷却模式中，室内空气与蒸发器150进行热交换并被供应到车辆的内部，并且室外空气与冷凝器130进行热交换并被排放到车辆的外部。在加热模式中，室内空气与冷凝器130进行热交换并被供应到车辆的内部，并且室外空气与蒸发器150进行热交换并被排放到车辆的外部。
根据本发明的实施例的车用空调包括第一冷却剂管173、第二冷却剂管174和第三冷却剂管195。冷却剂在第一冷却剂管173、第二冷却剂管174和第三冷却剂管195中流动，并且冷却剂可以是水。然而，冷却剂不限于冷却水。
根据本发明的实施例的车用空调包括用于电动车辆的热管理系统。电池系统162可与术语“电池”互换使用，并且在本实施例中，电池系统162表示可充电和放电的电能存储系统(诸如，电池、电池组、电容器或超级电容器)。此外，根据本发明的实施例的车用空调可应用于电动车辆(EV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、混合动力电动车辆(HEV)以及使用包括电力系统的多个推进源的其他混合动力电动车辆。
第一冷却剂管173与车辆的电池系统162进行热交换。制冷剂循环系统的制冷剂和第一冷却剂管173的冷却剂选择性地进行热交换。在该实施例中，制冷剂循环系统的制冷剂和第一冷却剂管173的冷却剂总是进行热交换，但制冷剂和冷却剂通过设置在位于制冷剂管155与制冷剂分支管165(稍后将描述)之间的分支点处的开闭装置而选择性地进行热交换也是可能的。
第二冷却剂管174与至少一个传动系部件166进行热交换。传动系部件166可以是例如电动马达、电子组件、逆变器或电动车辆的其他部件。车用空调包括阀系统。阀系统选择性地连接第一冷却剂管173和第二冷却剂管174，以使冷却剂循环到电池系统162和传动系部件166中的至少一个。用于使冷却剂循环的第一循环泵163设置在第一冷却剂管173中。
更详细地，阀系统包括第一三通阀172和第二三通阀171。第一三通阀172设置在沿冷却剂流动方向位于电池系统162的上游的第一冷却剂管173与第二冷却剂管174之间的连接部处。第二三通阀设置在沿冷却剂流动方向位于电池系统162的下游的第一冷却剂管173和第二冷却剂管174之间的连接部处。
制冷剂分支管165在冷凝器130和蒸发器150之间从制冷剂管155分支。制冷剂分支管165是绕过蒸发器150的制冷剂通道。作为热交换器中的一种的冷却器161设置在制冷剂分支管165处。制冷剂分支管165和第一冷却剂管163经过冷却器161。冷却器161在制冷剂分支管165的制冷剂与第一冷却剂管173的冷却剂之间进行热交换。
制冷剂管155具有第一膨胀装置140，第一膨胀装置140在制冷剂流动方向上设置在蒸发器150的上游侧。制冷剂分支管165在冷凝器130与第一膨胀装置140之间分支，并在蒸发器150与压缩机120之间汇流。另外，第二膨胀装置164设置在制冷剂分支管165处。
第一膨胀装置140是膨胀阀，并且第二膨胀装置164是膨胀阀或孔。因此，第一膨胀装置140和第二膨胀装置164可在冷却模式或加热模式中控制蒸发器150与冷却器161之间的流量分配。
第三冷却剂管195与电动车辆的电力模块192进行热交换。电力模块192是用于驱动逆变器、驱动马达等的装置。第三冷却剂管195具有用于使冷却剂循环的第二循环泵。水冷式冷凝器191在压缩机120与冷凝器130之间设置在制冷剂管155中。水冷式冷凝器191在制冷剂循环系统的制冷剂与第三冷却剂管195的冷却剂之间进行热交换。
旁通管122在压缩机120与冷凝器130之间从制冷剂管155分支，并且第三三通阀121设置在位于制冷剂管155与旁通管122之间的分支点处，使得制冷剂选择性地经过或绕过水冷式冷凝器191。止回阀123可设置在制冷剂管155中，以防止制冷剂回流。
低温散热器(LTR)193设置在车辆中，并且鼓风机194可安装在低温散热器193的一侧处。冷却剂通过第二水泵顺序地流过电力模块192、低温散热器193和水冷式冷凝器191。电力模块192产生的热与经过电力模块192的第三冷却剂管195的冷却剂进行热交换，然后该冷却剂在经过低温散热器193的同时散热。第三冷却剂管195经过水冷式冷凝器191，并且冷却剂与制冷剂管155的制冷剂进行热交换。
图4是示出根据本发明的实施例的车用空调的冷却模式的示图。
参照图4，在冷却模式中，在经过第二空气通道102的蒸发器150的同时被冷却的冷空气通过冷空气流出口114被排放到车辆内部以冷却车辆内部，并且与此同时，在经过第一空气通道101的冷凝器130的同时被加热的热空气通过热空气排放口111被排放到车辆外部。
第三冷却剂管195的冷却剂经过电力模块192和低温散热器193，然后在经过水冷式冷凝器191的同时与制冷剂管155的制冷剂进行热交换。
制冷剂管155的制冷剂从压缩机120排放，并且在通过第三三通阀121的致动而经过水冷式冷凝器191的同时与第三冷却剂管195的冷却剂进行热交换。在此之后，制冷剂经过冷凝器130，然后，制冷剂中的一些在经过第一膨胀装置140和蒸发器150之后返回到压缩机120，并且其余的制冷剂在沿着制冷剂分支管165经过第二膨胀装置164和冷却器161之后返回到压缩机120。经过冷却器161的制冷剂与第一冷却剂管173的冷却剂进行热交换。
在第一冷却剂管173中流动的冷却剂经过电池系统162，通过第二三通阀171的致动而经过冷却器161，然后通过第一三通阀172的致动而返回到电池系统162。与冷却器161中冷却的制冷剂进行热交换的冷却剂的温度降低，以冷却电池系统162。
图5是示出根据本发明的实施例的车用空调的加热模式的示图。
参照图5，在加热模式中，在经过第一空气通道101的冷凝器130的同时被加热的热空气通过热空气流出口113被排放到车辆内部以加热车辆内部，并且与此同时，在经过第二空气通道102的蒸发器150的同时被冷却的冷空气通过冷空气排放口112被排放到车辆外部。在水冷式冷凝器191中，制冷剂和冷却剂不进行热交换。
制冷剂管155的制冷剂从压缩机120排放，通过第三三通阀121的致动而绕过水冷式冷凝器191，并且经过冷凝器130。制冷剂中的一些在经过第一膨胀装置140和蒸发器150之后返回到压缩机120，并且其余的制冷剂在沿着制冷剂分支管165经过第二膨胀装置164和冷却器161之后返回到压缩机120。经过冷却器161的制冷剂与第一冷却剂管173的冷却剂进行热交换。
在第一冷却剂管173中流动的冷却剂经过冷却器161，通过第一三通阀172的致动而流向第二冷却剂管174，然后在经过传动系部件166之后通过第二三通阀171的致动而返回到冷却器161。在经过传动系部件166的同时进行热交换的冷却剂被传动系部件166的废热加热，然后经过冷却器161。在经过冷却器161的同时与冷却剂进行热交换的制冷剂回收传动系部件166的废热，以使返回到压缩机120的制冷剂的温度升高。因此，根据本发明的车用空调器提高了加热性能。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域普通技术人员应理解的是，在不偏离本发明的精神或范围的情况下，可做出各种修改和等同物。因此，应该理解的是，本发明的技术和保护范围将由所附权利要求和等同物限定的技术思想来限定。

Claims (13)

1.一种车用空调，所述车用空调包括制冷剂循环系统，所述制冷剂循环系统具有压缩机(120)、冷凝器(130)、膨胀装置和蒸发器(150)，所述车用空调包括：
第一冷却剂管(173)，与车辆的电池系统(162)或传动系部件(166)进行热交换，
其中，制冷剂循环系统的制冷剂和第一冷却剂管(173)的冷却剂选择性地进行热交换。
2.根据权利要求1所述的车用空调，所述车用空调还包括：
制冷剂分支管(165)，在制冷剂分支管(165)处，制冷剂中的一些在冷凝器(130)的后端处和在蒸发器(150)的前端处分支，以绕过蒸发器(150)。
3.根据权利要求2所述的车用空调，所述车用空调还包括：
冷却器(161)，设置在制冷剂分支管(165)处，以在制冷剂分支管(165)的制冷剂与第一冷却剂管(173)的冷却剂之间进行热交换。
4.根据权利要求1所述的车用空调，所述车用空调还包括：
空调壳体(110)，具有第一空气通道(101)和第二空气通道(102)；
蒸发器(150)，设置在第一空气通道(101)和第二空气通道(102)中的任意一个空气通道中；以及
冷凝器(130)，设置在第一空气通道(101)和第二空气通道(102)中的另一个空气通道中。
5.根据权利要求1所述的车用空调，所述车用空调还包括：
第二冷却剂管(174)，与至少一个传动系部件(166)进行热交换。
6.根据权利要求5所述的车用空调，其中，第一冷却剂管(173)具有用于使冷却剂循环的第一循环泵(163)，并且
其中，阀系统选择性地连接第一冷却剂管(173)和第二冷却剂管(174)，以使冷却剂循环到电池系统(162)和传动系部件(166)中的至少一个。
7.根据权利要求6所述的车用空调，其中，阀系统包括第一三通阀(172)和第二三通阀(171)，第一三通阀(172)设置在沿冷却剂流动方向位于电池系统(162)的上游的第一冷却剂管(173)与第二冷却剂管(174)之间的连接部处，第二三通阀(171)设置在沿冷却剂流动方向位于电池系统(162)的下游的第一冷却剂管(173)与第二冷却剂管(174)之间的连接部处。
8.根据权利要求3所述的车用空调，其中，将压缩机(120)、冷凝器(130)、膨胀装置和蒸发器(150)连接的制冷剂管(155)具有第一膨胀装置(140)，第一膨胀装置(140)在制冷剂流动方向上设置在蒸发器(150)的上游侧，并且
其中，制冷剂分支管(165)在冷凝器(130)与第一膨胀装置(140)之间分支，并在蒸发器(150)与压缩机(120)之间汇流。
9.根据权利要求8所述的车用空调，其中，制冷剂分支管(165)具有第二膨胀装置(164)，并且
其中，第一膨胀装置(140)是膨胀阀，第二膨胀装置(164)是膨胀阀或孔。
10.根据权利要求1所述的车用空调，所述车用空调还包括：
第三冷却剂管(195)，与电动车辆的电力模块(192)进行热交换。
11.根据权利要求10所述的车用空调，所述车用空调还包括：
水冷式冷凝器(191)，用于在制冷剂循环系统的制冷剂与第三冷却剂管(195)的冷却剂之间进行热交换，
其中，第三冷却剂管(195)具有用于使冷却剂循环的第二循环泵。
12.根据权利要求11所述的车用空调，其中，制冷剂在冷却模式中经过水冷式冷凝器(191)，并且在加热模式中绕过水冷式冷凝器(191)。
13.根据权利要求1所述的车用空调，其中，冷却剂在冷却模式中与电池系统(162)进行热交换，并且在加热模式中与传动系部件(166)进行热交换。
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