CN110549816B - 暖通空调模块、车辆用的热泵系统及操作热泵系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及暖通空调模块、车辆用的热泵系统及操作热泵系统的方法，热泵系统包括暖通空调模块以及制冷剂回路，制冷剂回路包括压缩机、内部冷凝器和外部冷凝器。模块包括：暖空气路径，其包括内部冷凝器；冷空气路径，其独立于暖空气路径形成；清除流动路径，其从暖空气路径分支并且位于内部冷凝器的相对于穿过模块的空气流的下游的位置处；以及清除控制门，其能够在第一位置与第二位置之间调节，第一位置阻止暖空气路径与清除流动路径之间的流体连通，第二位置允许暖空气路径与清除流动路径之间的流体连通。清除流动路径提供暖空气路径与周围环境之间的流体连通。

Description

暖通空调模块、车辆用的热泵系统及操作热泵系统的方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2018年5月31日提交的美国临时专利申请No.62/678,661的优先权，该美国临时专利申请的全部公开内容在此通过参引并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及热泵系统，并且更具体地，涉及用于车辆的热泵系统，该用于车辆的热泵系统包括外部冷凝器和内部冷凝器，外部冷凝器和内部冷凝器两者都提供从通过热泵系统循环的制冷剂的排热。

背景技术

热泵是加热和冷却系统，该加热和冷却系统使用制冷剂将热从系统的一侧传递至系统的另一侧，以能够操作成在热的时候提供冷却空气且在冷的时候提供供暖。已知的汽车热泵系统通常利用HVAC(暖通空调)模块内的内部热泵热交换器(HP-HEX)——本文中替代性地被称为内部冷凝器——作为用于舱室供暖的主要热源。这种热泵系统另外利用位于车辆的前部处的外部冷凝器以用于将热从制冷剂直接排出至周围环境，其中，内部冷凝器仅在热泵系统的加热模式期间用于加热目的。在空调(空气冷却)模式期间，内部冷凝器仅操作为用于制冷剂的穿过通道而没有被利用，因为空气基于形成HVAC模块的部件的配置而未被使得越过内部冷凝器。例如，一种已知的热泵系统在空调模式期间仅依靠外部冷凝器以用于将热从制冷剂直接排出至周围环境，其中，空气通过用于对HVAC模块内的空气的分配进行控制的门被转离内部冷凝器。

当外部冷凝器的物理尺寸受到车辆封装空间的限制并且因此外部冷凝器的容量受到车辆封装空间的限制时，在极高的负载条件下，必须排出比外部冷凝器的容量允许的热更多的热。未能排出这些额外的热会导致系统性能下降、系统不稳定或系统关闭。

因此，利用内部冷凝器以将额外的热从制冷剂排出将是有益的。然而，内部冷凝器在HVAC模块内的安置存在下述问题：与内部冷凝器交换热的任何空气都会对热泵系统的根据车辆的乘客的需要来对进入车辆舱室的空气进行冷却和调节的能力产生负面影响。

因此，理想的是制造一种下述热泵系统：该热泵系统能够同时利用内部冷凝器和外部冷凝器两者，以用于将热从热泵系统的制冷剂排出而不会对热泵系统的对待递送至车辆的舱室的空气进行调节的能力产生负面影响。

发明内容

与本发明兼容且协调的是，已经出人意料地发现了一种热泵系统，该热泵系统利用内部冷凝器和外部冷凝器两者以用于从热泵系统的制冷剂排出热。更具体地，以下讨论描述了一种用于车辆的热泵系统，该热泵系统采用了清除控制门，该清除控制门在HVAC模块中并且位于内部冷凝器下游，其中，清除控制门可以打开成形成穿过HVAC模块并出来到达周围环境的清除流动路径。HVAC模块被如下配置：其中，清除流动路径是独立的并且不影响HVAC模块同时向舱室提供冷却的且被调节的空气的能力。根据结合附图进行的以下描述和所附权利要求，本公开的附加特征将变得明显。

在本发明的一个实施方式中，一种用于热泵系统的暖通空调(HVAC)模块包括：暖空气路径，该暖空气路径包括内部冷凝器；冷空气路径，该冷空气路径独立于暖空气路径形成；清除流动路径，该清除流动路径从暖空气路径分支并且位于内部冷凝器的相对于穿过该模块的空气流的下游的位置处；以及清除控制门，该清除控制门能够在第一位置与第二位置之间调节，该第一位置阻止暖空气路径与清除流动路径之间的流体连通，该第二位置允许暖空气路径与清除流动路径之间的流体连通。清除流动路径提供暖空气路径与周围环境之间的流体连通。

在本发明的另一实施方式中，一种用于车辆的热泵系统包括制冷剂回路和用于暖通空调系统的模块，该制冷剂回路包括压缩机、内部冷凝器和外部冷凝器。该模块包括：暖空气路径，该暖空气路径包括内部冷凝器；冷空气路径，该冷空气路径独立于暖空气路径形成；清除流动路径，该清除流动路径从暖空气路径分支并且位于内部冷凝器的相对于穿过该模块的空气流的下游的位置处；以及清除控制门，该清除控制门能够在第一位置与第二位置之间调节，该第一位置阻止暖空气路径与清除流动路径之间的流体连通，该第二位置允许暖空气路径与清除流动路径之间的流体连通。清除流动路径提供暖空气路径与周围环境之间的流体连通。

还公开了一种操作热泵系统的方法。该方法包括提供用于暖通空调系统的模块的步骤。该模块包括：暖空气路径，该暖空气路径包括内部冷凝器；冷空气路径，该冷空气路径独立于暖空气路径形成；清除流动路径，该清除流动路径从暖空气路径分支并且位于内部冷凝器的相对于穿过该模块的空气流的下游的位置处；以及清除控制门，该清除控制门布置在清除流动路径的入口处，其中，清除流动路径提供暖空气路径与周围环境之间的流体连通。该方法还包括调节清除控制门以选择性地提供暖空气路径与清除流动路径之间的流体连通的步骤。

附图说明

通过在参照附图考虑的情况下阅读本发明的优选实施方式的以下详细描述，本发明的上述以及其它目的和优点对于本领域技术人员而言将变得明显：

图1是根据本发明的实施方式的热泵系统的示意图，该热泵系统包括布置在HVAC模块内的内部冷凝器和布置在HVAC模块外部的外部冷凝器；

图2是图1的HVAC模块的横截面图，该HVAC模块配置成用于其第一操作模式，其中，HVAC模块的清除流动路径关闭；

图3是图1的HVAC模块的横截面图，该HVAC模块配置成用于其第二操作模式，其中，HVAC模块的清除流动路径打开以促进车辆的舱室的最大化冷却；

图4是图1的HVAC模块的横截面图，该HVAC模块配置成用于其第三操作模式，其中，该第三操作模式是空调或冷却模式，其中，HVAC模块的清除流动路径打开以促进热泵系统的生热部件的最大化冷却；

图5是根据本发明的第二实施方式的HVAC模块的横截面图；以及

图6是根据本发明的第三实施方式的HVAC模块的横截面图。

具体实施方式

以下详细描述和附图描述并说明了本发明的各种实施方式。说明书和附图用于使本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且并非旨在以任何方式限制本发明的范围。关于所公开的方法，所呈现的步骤本质上是示例性的，并且因此，步骤的顺序不是必需的或关键的。

以下对涉及包括用于提供排热的外部冷凝器和内部冷凝器的热泵系统的本公开的实施方式的讨论本质上仅是示例性的，并且决不旨在限制本公开或本公开的应用或用途。本公开提出：在极高的负载条件期间，以及另外在车辆的电池在不需要冷却舱室的时间段内的充电期间，在汽车热泵系统中使用位于车辆的前部处的外部冷凝器作为用于将热从制冷剂直接排出至周围环境的主要元件，并且还使用内部冷凝器作为增强器以提供从制冷剂直接至周围环境的额外排热。

图1示出了根据本发明的实施方式的示例性热泵系统10。热泵系统10可以适于用作电动车辆的暖通空调(HVAC)系统的一部分，以提供舱室供暖和冷却，其中，热泵系统10使用制冷剂作为通过热泵系统循环的热交换介质。然而，在不背离本发明的范围的情况下，所公开的热泵系统10可以根据需要替代性地配置成用在用于任何应用的任何类型的机动车辆中。热泵系统10在图1中示出为包括制冷剂回路20、冷却剂回路40和HVAC模块60。

制冷剂回路20通常包括压缩机22、内部冷凝器24、外部冷凝器26、蒸发器膨胀元件28和蒸发器30。压缩机22配置成接收低温低压的气态制冷剂并输出相对高温高压的气态制冷剂。然后，高温高压的气态制冷剂流动穿过布置在HVAC模块60内的内部冷凝器24。内部冷凝器24配置成将热从穿过内部冷凝器24的高温高压的制冷剂传递至穿过HVAC模块60并越过内部冷凝器24的空气供给。如下文中更详细说明的，越过内部冷凝器24的空气的流速和流量可以根据热泵系统10的所选择的操作模式——并且更具体地，根据制冷剂与空气流之间的所期望的热交换程度——来调节，以用于在机动车辆的舱室内实现期望的条件。

从制冷剂至穿过HVAC模块60的空气的热传递可以使气态制冷剂的至少一部分冷凝在内部冷凝器24内，这取决于热泵系统10的操作条件。在其他情形下，内部冷凝器24可以仅对穿过其中的气态制冷剂进行冷却而不存在制冷剂冷凝，因此，内部冷凝器24可以替代性地被称为“气体冷却器”。因此，应当理解的是，本文中对“冷凝器”的每次引用都可以是指下述任何热交换器：所述任何热交换器布置在压缩机22下游，并且配置成用于对相对高温和高压的气态制冷剂供给进行冷却，而不管制冷剂在所述任何热交换器中冷凝的程度如何。

外部冷凝器26布置在内部冷凝器24下游，并且外部冷凝器26配置成将热从制冷剂传递至越过外部冷凝器26的空气供给，越过外部冷凝器26的空气供给可以是源自周围环境的空气。因此，外部冷凝器26配置成在制冷剂在上游布置的内部冷凝器24内进行(可选的)冷却和/或冷凝之后使制冷剂进一步冷却和/或冷凝。在外部冷凝器26附近可以布置有鼓风机单元21，以用于对进入外部冷凝器26的周围空气流进行控制。外部冷凝器26和鼓风机单元21可以根据需要布置在车辆的前部部分附近。

制冷剂从外部冷凝器26流动至三通阀27，三通阀27形成制冷剂回路20的分支点从而将制冷剂回路20分成冷却剂回路通道35和蒸发器通道36。然后，冷却剂回路通道35和蒸发器通道36在节点43处重新组合，以使通道35、36相对于制冷剂回路20平行地布置。

冷却剂回路通道35包括冷却器膨胀元件38和冷却器39。冷却器膨胀元件38配置成在液体制冷剂穿过冷却器膨胀元件38时使液体制冷剂收缩并且然后使液体制冷剂膨胀，以降低液体制冷剂的温度和压力。穿过冷却器膨胀元件38的流动区域能够调节，以经由对穿过冷却器膨胀元件38的制冷剂的温度和压力进行控制来控制冷却器39的热交换能力。

冷却器39是与冷却剂回路40成热交换关系的热交换器，更特别地是蒸发器。冷却剂回路40包括冷却器39和至少一个生热部件42。冷却剂回路40还可以包括用于使冷却剂循环穿过冷却剂回路40的至少一个泵(未示出)。至少一个生热部件42可以是需要冷却的任何生热部件，作为非限制性示例，包括作为车辆的动力源的电池、与电气部件相关联的逆变器比如压缩机22、或与机动车辆的驱动机构相关联的部件。在不背离本发明的范围的情况下，能够产生废热的任何部件都可以用作所述至少一个生热部件42。

冷却器39和生热部件42被示出为单独形成并且经由在冷却器39与生热部件42之间传送冷却剂的流体管线连接。然而，应当理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，在不存在冷却剂的情况下，冷却器39可以与至少一个生热部件42成直接传热关系。还应当理解的是，除了这里示出和描述的那些部件之外，冷却剂回路40可以包括用于实现热泵系统10的另外目的的另外的部件、阀和流体管线。例如，冷却剂回路40可以与布置在HVAC模块60内的热交换器成热交换关系，该热交换器用于向递送至车辆舱室的空气提供补充加热。因此，在保持在本发明的范围内的同时，冷却剂回路40可以具有用于在穿过冷却剂回路通道35的制冷剂与至少一个生热部件42之间传递热量的任何适合的配置。

冷却器39配置成将热从冷却剂和/或至少一个生热部件42传递至低温低压的液体制冷剂，以使制冷剂的温度升高，从而使冷却器39内的液体制冷剂中的至少一部分液体制冷剂蒸发。当热泵系统10操作成处于空调模式或部件冷却模式时，冷却器39可以这种方式操作，如下文中更详细地说明的。

然而，在其他情形下，冷却器39可以替代性地配置成将热从制冷剂传递至冷却剂和/或至少一个生热部件42。这可以在至少一个生热部件42是电气部件并且车辆暴露于特别低的周围温度时发生。当电气部件的效率取决于电气部件以最低温度值操作时，可以根据需要执行电气部件的加热。冷却器39还可以配置成在热泵系统10的供暖模式期间将由至少一个生热部件42产生的废热传递至制冷剂，其中，为简单起见，在此省去了对供暖模式的描述。

蒸发器通道36包括蒸发器膨胀元件28和蒸发器30。蒸发器膨胀元件28配置成使穿过其中的液体制冷剂收缩并且然后使穿过其中的液体制冷膨胀，以降低液体制冷剂的温度和压力。因此，穿过蒸发器膨胀元件28的流动区域是可调节的，以对蒸发器30的热交换能力进行控制。蒸发器30布置在HVAC模块60内并且配置成将热从穿过HVAC模块的空气传递至低温和低压的制冷剂，从而使制冷剂中的至少一部分制冷剂蒸发。

三通阀27可以配置成用于将制冷剂分配至冷却剂回路通道35和蒸发器通道36中的一者或两者，这取决于热泵系统10的各个方面，比如取决于至少一个生热部件42所需的期望冷却量或者穿过HVAC模块60的用于递送至车辆的舱室的空气所需的期望冷却量。

制冷剂在穿过节点43之后流动至收集器45。收集器45配置成对在冷却器39或蒸发器30内尚未蒸发的任何液体制冷剂进行收集，以防止液体制冷剂不期望地进入压缩机22中。其余的气态制冷剂被返回至压缩机22的低压侧以重复上述过程。

现在参照孤立地示出了HVAC模块60的图2，HVAC模块60形成壳体或外壳，该壳体或外壳限定了用于与蒸发器30和内部冷凝器24中的每一者交换热的空气供给的流动路径。HVAC模块60的入口端包括再循环流动路径62和新鲜空气流动路径64。再循环流动路径62提供源自车辆的舱室的再循环空气，而新鲜空气流动路径64提供源自周围环境的新鲜空气。空气源控制门66构造成对从再循环流动路径62和新鲜空气流动路径64中的每一者进入HVAC模块60的空气的分配进行控制。空气源控制门66在图2中示出为具有大致扇形的横截面形状并且包括从空气源控制门66的旋转轴线移位的弧形表面，但是应当理解的是，在必然不背离本发明的范围的情况下，可以使用空气源控制门66的任何适合的构型。作为非限制的替代性示例，空气源控制门66可以替代性地形成为大致平面的挡板或者滑动门，该平面的挡板具有邻近再循环流动路径62与新鲜空气流动路径64的交叉部的旋转轴线，该滑动门构造成以可变的方式阻挡流动路径62、64中的一者或两者。在必然不背离本发明的范围的情况下，HVAC模块60可以替代性地仅设置有将空气递送至HVAC模块60的内部的单个流动路径。

布置在空气源控制门66下游的鼓风机单元68将空气抽吸到HVAC模块60中并对空气增压，以将空气递送至与车辆的舱室相关联的各个不同的通风口。在鼓风机单元68上游或下游可以布置有过滤器(未示出)，以用于对待递送至车辆的舱室的空气进行过滤。

蒸发器30布置在鼓风机单元68下游并且延伸横过HVAC模块60的整个流动横截面。这样，穿过HVAC模块60的全部空气在由HVAC模块60的部件比如内部冷凝器24进一步调节之前被使得穿过蒸发器30。

HVAC模块60包括壁61，壁61将HVAC模块60分成暖空气路径72和冷空气路径74，暖空气路径72和冷空气路径74在蒸发器30下游并且在HVAC模块60的混合部分75上游。暖空气路径72通常是指穿过HVAC模块60在混合部分75上游并且包括适于将热传递至穿过HVAC模块60的空气的部件的流动路径，而冷空气路径74通常是指在混合部分75上游并且没有这种热传递部件的流动路径。在示出的实施方式中，蒸发器30布置在冷空气路径74上游，以使空气在进入冷空气路径74之前被冷却，但是在必然不背离本发明的范围的情况下，蒸发器30可以替代性地定位在冷空气路径74内。

暖空气路径72包括内部冷凝器24和辅助加热器78。在示出的实施方式中，辅助加热器78可以是与车辆的动力源比如车辆电池电连通的电动PTC加热器。然而，根据需要，辅助加热器78可以替代性地是与冷却剂回路40的冷却剂流体连通的加热器芯，以进一步利用由至少一个生热部件42产生的废热。在必然不背离本发明的范围的情况下，暖空气路径72也可以不设置辅助加热器78。

温度控制门80构造成对穿过暖空气路径72和冷空气路径74中的每一者的空气的分配进行控制。温度控制门80能够调节至第一位置、第二位置、以及位于第一位置与第二位置之间的多个位置，在该第一位置中，冷空气路径74完全打开而暖空气路径72完全关闭，在该第二位置中，冷空气通道74完全关闭而暖空气路径72完全打开，在所述位于第一位置与第二位置之间的多个位置中，一部分空气流穿过暖空气路径72和冷空气路径74中的每一者。温度控制门80示出为具有旋转轴线的挡板或板，该旋转轴线邻近于形成暖流动路径72与冷流动路径74之间的分隔部的壁61的下游端布置。然而，温度控制门80可以包括适于在暖空气路径72与冷空气路径74之间分配空气的任何结构，包括具有与空气源控制门66类似的大致扇形的外观，其中，该结构的旋转轴线与壁61的下游端间隔开。根据需要，温度控制门80可以替代性地形成为滑动机构，该滑动机构构造成以可变的方式阻挡或打开暖空气路径72和冷空气路径74。

混合部分75布置在壁61(并且因此是暖空气路径72与冷空气路径74之间的分隔部)下游并且通常是指HVAC模块60的一部分，其中，穿过暖空气路径72和冷空气路径74的空气可以根据热泵系统10的所选的操作模式重新组合并混合至期望的温度。

在混合部分75下游形成有多个分配流动路径82a、82b、82c，其中，分配流动路径82a、82b、82c中的每一者与构造成用于将空气递送至车辆的舱室内的特定区域的一个或更多个通风口(未示出)流体连通。例如，第一分配流动路径82a提供了混合部分75与车辆的一个或更多个除霜通风口或侧窗通风口之间的流体连通，第二分配流动路径82b提供了混合部分75与车辆的一个或更多个面板通风口之间的流体连通，并且第三分配流动路径82c提供了混合部分75与车辆的一个或更多个地板通风口之间的流体连通。第一分配流动路径82a包括第一通风口门83a，第二分配流动路径82b包括第二通风口门83b，并且第三分配流动路径82c包括第三通风口门83c。通风口门83a、83b、83c中的每一者能够在完全关闭位置、完全打开位置和多个中间位置之间调节，该完全关闭位置封闭穿过对应的流动路径82a、82b、82c的流动，该完全打开位置允许穿过对应的流动路径82a、82b、82c的最大流动，所述多个中间位置用于以可变的方式控制穿过对应的流动路径82a、82b、82c的流动。通风口门83a、83b、83c示出为具有中心定位的旋转轴线的挡板，但是应当理解的是，在不背离本发明的范围的情况下，通风口门83a、83b、83c可以具有用于改变穿过对应的流动路径82a、82b、82c的流动的任何适合的构型。

清除流动路径85从暖空气路径72分支并且位于内部冷凝器24下游和混合部分75上游的位置处。在图2中所示的实施方式中，清除流动路径85从暖空气路径72分支并且位于温度控制门80上游的位置处。清除流动路径85提供暖空气路径72与周围环境之间的流体连通。因此，穿过清除流动路径85的任何空气随后都不会被传递至车辆的舱室，而是被从车辆中移除。清除流动路径85可以联接至适于将被清除的空气从HVAC模块60传递至车辆外部的任何形式的管道或类似结构。

在清除流动路径85的入口处布置有清除控制门87，并且清除控制门87构造成选择性地允许穿过暖空气路径72的空气从暖空气路径72穿过清除流动路径85排出。清除控制门87示出为具有中心定位的旋转轴线的挡板，但是应当理解的是，可以利用任何门或阀构型来选择性地控制穿过清除流动路径85的被清除的空气的流动。清除控制门87能够在完全打开位置、完全关闭位置和多个中间位置之间调节，该完全打开位置允许穿过清除流动路径85的被清除的空气的最大流动，该完全关闭位置实际上不允许穿过清除流动路径85的被清除的空气的流动，并且所述多个中间位置允许穿过清除流动路径85的被清除的空气的期望流动。

本文中描述为能够在各种不同位置之间调节的部件中的每个部件可以与车辆的控制系统(未示出)进行信号通信。控制系统可以配置成既接收来自车辆乘客的输入(比如温度设定、鼓风机设定和模式设定)，又对车辆的各种不同感测状况作出反应。例如，控制系统可以对周围环境的温度或至少一个生热部件42的温度进行监测，以确定何时启动HVAC模块60的如下所述的清除特征。

图2至图4示出了关于热泵系统10的各种不同操作模式的HVAC模块60。图2示出了处于完全关闭位置的清除控制门87封闭了通向清除流动路径85的流动。这样，被允许穿过暖空气路径72或冷空气路径74的所有空气在经由分配流动路径82a、82b、82c被分配至车辆的舱室之前流动穿过HVAC模块60的混合部分75。因此，具有封闭的清除流动路径85的HVAC模块60以如下文所述的大致常规方式操作。

鼓风机单元68根据空气源控制门66的位置而形成穿过再循环流动路径62和新鲜空气流动路径64中的一者或两者被抽吸到HVAC模块60中的空气供给。然后，空气穿过蒸发器30以在空气基于温度控制门80的位置被分配在暖空气路径72与冷空气路径74之间之前使空气冷却。如上所述，空气可以被仅递送至暖空气路径72或冷空气路径74中的一者，或者空气可以被部分地分配至两个空气路径72、74中的每一者。穿过暖空气路径72的任何空气都由内部冷凝器24加热，并且可以由辅助加热器78进一步选择性地加热。然后，空气在基于通风口控制门83a、83b、83c中的每一者的位置被分配至分配流动路径82a、82b、82c之前流动穿过混合部分75。

作为一个非限制性示例，HVAC模块60在图2中示出为仅接收源自车辆的舱室的再循环空气，所述再循环空气然后经由第一分配流动路径82a和第三分配流动路径82c被再递送至舱室。温度控制门80也被示出为定位成产生相对暖的空气以分配至车辆舱室，其中，穿过蒸发器30的大部分空气随后被使得流动穿过暖空气路径72。然而，本领域技术人员应当理解的是，可以利用空气源控制门66、温度控制门80和通风口控制门83a、83b、83c中的每一者的位置的各种不同组合来将空气以期望的温度和湿度递送至舱室的期望区域。对于本领域技术人员而言，应当明显的是，热泵系统10的关于其给定操作模式的供暖能力或冷却能力还可以通过对热泵系统10的各个方面进行控制来改变，作为非限制性示例，热泵系统10的各个方面比如是制冷剂在制冷剂回路20的三通阀27处的分配、所公开的膨胀元件28、38中的每一者的调节、至少一个生热元件42在与制冷剂回路20成热传递关系时的温度、每个公开的鼓风机单元21、68的旋转速度、辅助加热器78的激活或非激活、或者压缩机22的压缩能力。

与图2相比，图3和图4示出了在热泵系统10的两个独立的操作模式期间的HVAC模块60，其中，清除流动路径85打开以允许穿过暖空气路径72的空气被排出至周围环境。在其中期望在制冷剂穿过冷凝器24、26时从制冷剂中排出最大量的热的情形下，可以利用清除流动路径85，以提高制冷剂在穿过蒸发器30或冷却器39中的任何一者时的热交换能力。

当在特别高的周围空气温度出现的情况下期望最大量的冷却能力以用于冷却进入车辆舱室的空气或用于冷却相关联的生热部件时，可能发生这种情形，从而在热泵系统上产生更大的负载以实现期望的冷却程度。在传统的HVAC系统中，相关联的暖空气路径可以在HVAC系统配置成用于将最大冷却的空气递送至车辆舱室时通常封闭，从而表示空气流将不会越过相关联的内部冷凝器以有效地冷却穿过相关联的内部冷凝器的相对高温的气态制冷剂。这样，在制冷剂在相关联的膨胀元件中膨胀之前，仅外部冷凝器用于从制冷剂排出热。因此，制冷剂在进入对应的蒸发器或冷却器时处于升高的温度，这进而使制冷剂在意在提供冷却效果时的热交换能力降低。

图3示出了当处于适合于热泵系统10的舱室冷却模式(空调模式)的配置时的HVAC模块60。舱室冷却模式可以包括将三通阀27调节成在制冷剂循环穿过制冷剂回路20时使制冷剂仅穿过蒸发器通道36并且因此穿过蒸发器30。蒸发器膨胀元件28也可以调节成使穿过其中的制冷剂的压力和温度最大程度地降低，以提高蒸发器30的冷却能力。鼓风机单元21和鼓风机单元68可以各自被控制成以最大旋转速度旋转，以使最大体积的空气穿过内部冷凝器24和外部冷凝器26中的每一者。空气源门66也可以被调节成完全或至少部分地打开新鲜空气流动路径64，以避免发生下述情况：布置在车辆舱室内的空气在流动穿过再循环流动路径62时被移除并排出至周围环境。

舱室冷却模式还包括将温度控制门80调节成封闭从暖空气路径72至HVAC模块60的混合部分75的空气流。这样，进入混合部分75的空气在穿过蒸发器30时被冷却之后仅流动穿过冷空气路径74。然后，冷却的空气能够根据乘客提供的设定或选择通过分配流动路径82a、82b、82c的任何期望的组合被分配至车辆舱室。在示出的实施方式中，第二通风口控制门83b和第三通风口控制门83c被安置成处于打开位置，以允许穿过第二分配流动路径82b和第三分配流动路径82c的流动，同时第一通风口控制门83a被安置成处于关闭位置，以封闭穿过第一分配流动路径82a的流动。

热泵系统10的舱室冷却模式另外包括将清除控制门87调节至完全打开位置，以允许穿过暖空气路径72的任何空气通过清除流动路径85离开HVAC模块60。穿过暖空气路径72的空气首先流动穿过内部冷凝器24，在内部冷凝器24处空气被刚刚离开压缩机22的相对高温的气态制冷剂加热。对穿过内部冷凝器24的空气的加热进而降低了离开内部冷凝器24的制冷剂的温度。然后，加热的空气被从暖空气路径72排出且通过清除流动路径85排出至周围环境。

清除流动路径85和清除控制门87相对于HVAC模块60的其余部件的定位为实现热泵系统10的舱室冷却模式提供了许多益处。首先，将内部冷凝器24定位在蒸发器30下游实现了穿过暖空气路径72的空气在穿过蒸发器30期间首先被冷却，这进而增加了冷却的空气从穿过内部冷凝器24的制冷剂排出热的能力。第二，将由内部冷凝器24加热的空气在混合部分75上游的位置处排出至周围环境实现了热被从内部冷凝器24内的制冷剂移除，而不会稍后将该热重新引入至被正被递送至车辆舱室的空气。因此，热泵系统10能够从内部冷凝器24和外部冷凝器26中的每一者内的制冷剂排出热，以增加蒸发器30内的制冷剂的冷却能力。第三，将内部冷凝器24定位在HVAC模块60内实现了使用单个鼓风机单元68以用于将空气递送至车辆舱室以及用于通过清除流动路径85将空气排出至周围环境，因此，可以在不需要为另一相关联的鼓风机或类似部件提供动力的情况下实现清除流动路径85的使用。

图4示出了当处于适合于热泵系统10的部件冷却模式的配置时的HVAC模块60。当不需要对进入车辆舱室的空气进行调节时，可能发生部件冷却模式。例如，部件冷却模式可以涉及车辆电池的快速充电时段，其中，电池需要最大化冷却，而除此以外车辆是不活动的并且因此不需要车辆舱室的供暖或冷却。部件冷却模式可以包括将三通阀27调节成在制冷剂循环穿过制冷剂回路20时使制冷剂仅穿过冷却剂回路通道35和冷却器39。冷却器膨胀元件38也可以调节成使穿过其中的制冷剂的压力和温度最大程度地降低，以增加冷却器39的冷却能力。鼓风机单元21和鼓风机单元68可以各自被控制成以最大旋转速度旋转，以使最大体积的空气穿过内部冷凝器24和外部冷凝器26中的每一者。空气源控制门66可以被调节至其中仅新鲜周围空气流动穿过HVAC模块60的位置。

部件冷却模式还包括将温度门控制器80调节成封闭从冷空气路径74至HVAC模块60的混合部分75的空气流，同时清除控制门87处于完全打开位置以打开穿过清除流动路径85的流动。另外，布置在混合部分75下游的分配流动路径82a、82b、82c中的每一者可以被封闭，以防止在部件冷却模式的操作期间被调节的空气不期望地流动到车辆舱室中。这样，进入HVAC模块60的所有空气在流向清除流动路径85时仅流动穿过暖空气路径72，并且因此，穿过HVAC模块60的所有空气在离开HVAC模块60之前都穿过内部冷凝器24。因此，穿过HVAC模块60的全部空气能够与穿过内部冷凝器的制冷剂交换热，这进而从制冷剂排出热以在制冷剂到达冷却器39时提供制冷剂额外的冷却能力。因此，部件冷却模式包括从内部冷凝器24和外部冷凝器26中的每一者内的制冷剂最大程度地排出热，而不影响进入车辆舱室的空气调节。

舱室冷却模式和部件冷却模式各自被描述为包括制冷剂仅流动穿过冷却剂回路流动路径35和蒸发器流动路径36中的一者或另一者，但是本领域技术人员应当理解的是，无论制冷剂在所公开的流动路径35、36之间的分配如何，都可以理解本发明的优点。例如，在必然不背离本发明的范围的情况下，清除流动路径85的打开可以在同时对穿过HVAC模块60的空气和穿过至少一个生热部件42的空气中的每一者进行冷却期间发生。在保持在本发明的范围内的情况下，制冷剂由于穿过两个不同的冷凝器的额外冷却能力的益处可以用于任何有利的目的。另外，尽管清除流动路径85被描述为在遇到特别大的负载时——比如在需要最大化冷却时——使用，但是还应当理解的是，无论施加在热泵系统10上的负载如何都可以利用清除特征。

如全文所述，HVAC模块60可以包括用于调节空气同时仍保持本文中所述的清除特征的多种不同的适合配置中的一种配置。例如，图5和图6公开了HVAC模块60的两种修改，所述两种修改尽管在形成HVAC模块60的部件的结构和定位方面存在略微不同但都保持执行本文中所公开的操作模式的能力。

图5中所示的HVAC模块160包括图2至图4中所示的HVAC模块60的两个主要修改，但是，除此以外以基本相同的方式操作。第一修改包括使用布置在由HVAC模块160限定的暖空气路径172与冷空气路径174之间的分隔部的上游端处的温度控制门180，而不是使用下游温度控制门。温度控制门180构造成根据需要定位成将穿过HVAC模块160的空气仅分配至暖空气路径172、仅分配至冷空气路径174、或分配至暖空气路径172和冷空气路径174中的每一者。暖空气路径172包括位于从暖空气路径172分支的清除流动路径185上游的位置处的内部冷凝器24。第二修改包括使用清除控制门187，清除控制门187选择性地定位成完全阻挡穿过两个不同流动路径而不是穿过通向周围环境的单个清除流动路径的流动。特别地，清除控制门187能够旋转至第一位置和第二位置(如图5中所示)，在该第一位置中，清除控制门187完全封闭穿过清除流动路径185的流动，同时允许暖空气路径172与HVAC模块160的混合部分175之间的流动，在该第二位置中，清除控制门187阻挡暖空气路径172与混合部分175之间的流动，同时将穿过暖空气路径172的空气转向清除流动路径185。

HVAC模块160以与HVAC模块60类似的方式操作，同时能够实现本文中公开的操作模式中的每一种操作模式。当不需要清除特征时，清除控制门187被安置成处于第一位置以封闭穿过清除流动路径185的流动，而HVAC模块160的其余部分以常规方式操作以用于加热/冷却空气并将空气分配至车辆舱室。舱室冷却模式(如图5中所示)包括将温度控制门180定位成允许穿过暖空气路径172和冷空气路径174中的每一者的流动，同时清除控制门187定位至第二位置以用于使穿过暖空气路径172的空气仅流动至清除流动路径185并流出至周围环境。相反，部件冷却模式包括将温度控制门180定位成阻挡穿过冷空气路径174的流动，同时清除控制门187被再次安置成处于第二位置以用于允许从暖空气路径172离开并穿过清除流动路径185的流动。因此，HVAC模块160能够实现先前描述的操作模式中的每种操作模式，同时仍然需要对呈温度控制门180和清除控制门187形式的仅有的两个不同的门/阀进行控制。

图6示出了另一HVAC模块260，HVAC模块260以与HVAC模块60大致相同的方式操作，同时为车辆舱室的两个不同区域提供温度控制。HVAC模块260包括中央定位的暖空气路径272、形成至暖空气路径272的第一侧的第一冷空气路径273、和形成至暖空气路径272的第二侧的第二冷空气路径274。暖空气路径272包括布置在从暖空气路径272分支的清除流动路径285上游的内部冷凝器24。清除流动路径285可以根据需要延伸到从图6的视图来看的页面内或从该页面延伸出来以将被清除的空气输送至周围环境。清除控制门287构造成在阻止穿过清除流动路径285的流动的第一位置与允许穿过清除流动路径285的流动的第二位置之间调节。

在第一冷空气路径273和暖空气路径272的下游布置有第一温度控制门280，以用于对第一冷空气路径273与暖空气路径272之间的空气分配进行控制，同时还允许朝向分配流动路径的第一组282a的选择性流动，第一组282a与将空气递送至车辆的第一区域比如舱室的前座区域相关联。在第二冷空气路径274和暖空气路径272的下游布置有第二温度控制门281，以用于对第二冷空气路径274与暖空气路径272之间的空气分配进行控制，同时还允许朝向分配流动路径的第二组282b的选择性流动，第二组282b与将空气递送至车辆的第二区域比如舱室的后座区域相关联。因此，HVAC模块260配置成允许车辆舱室的两个不同区域的独立温度控制。

HVAC模块260以与HVAC模块60类似的方式操作，同时保持能够实现本文中公开的操作模式中的每一种操作模式。当不需要清除特征时，清除控制门287定位成封闭穿过清除流动路径285的流动，而HVAC模块260的其余部分以常规方式操作以用于加热或冷却空气并将空气分配至车辆舱室。舱室冷却模式(如图6中所示)包括将第一温度控制门280定位成阻挡暖空气路径272与分配流动路径的第一组282a之间的流动、将第二温度控制门281定位成阻挡暖空气路径272与分配流动路径的第二组282b之间的流动、以及将清除控制门287打开成允许穿过暖空气路径272的流动通过清除流动路径285从HVAC模块260流出。部件冷却模式包括将第一温度控制门280定位成阻挡第一冷空气路径273与分配流动路径的第一组282a之间的流动、将第二温度控制门281定位成阻挡第二冷空气路径274与分配流动路径的第二组282b之间的流动、将清除控制门287打开成允许穿过暖空气路径272的流动以通过清除流动路径285从HVAC模块260流出、以及关闭分配流动路径的两个组282a、282b中的每一者以防止被调节的空气不期望地流动到车辆舱室中。

根据前面的描述，本领域普通技术人员可以容易地确定本发明的本质特征，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改以使本发明适于各种用法和条件。

Claims (15)

1.一种用于热泵系统的暖通空调(HVAC)模块，所述模块包括：

暖空气路径，所述暖空气路径包括内部冷凝器；

冷空气路径，所述冷空气路径独立于所述暖空气路径形成；

清除流动路径，所述清除流动路径从所述暖空气路径分支并且位于所述内部冷凝器的相对于穿过所述模块的空气流的下游的位置处，所述清除流动路径提供所述暖空气路径与周围环境之间的流体连通；

温度控制门，所述温度控制门用于对穿过所述模块的所述空气流在所述模块的所述暖空气路径与所述冷空气路径之间的分配进行控制；以及

清除控制门，所述清除控制门能够在第一位置与第二位置之间调节，所述第一位置阻止所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通，所述第二位置允许所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通，

其中，所述热泵系统的部件冷却模式向车辆的与穿过所述内部冷凝器的制冷剂成热交换关系的生热部件提供冷却，并且

其中，所述部件冷却模式包括将所述清除控制门调节成允许所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通并且将所述温度控制门调节成防止所述空气流流动穿过所述冷空气路径。

2.根据权利要求1所述的暖通空调模块，其中，所述温度控制门布置在所述清除流动路径的相对于所述空气流的下游。

3.根据权利要求1所述的暖通空调模块，其中，所述温度控制门布置在所述清除流动路径的相对于所述空气流的上游。

4.根据权利要求1所述的暖通空调模块，其中，在所述暖空气路径和所述冷空气路径的相对于所述空气流的上游布置有蒸发器。

5.根据权利要求1所述的暖通空调模块，还包括混合部分和多个分配流动路径，所述混合部分布置在所述暖空气路径和所述冷空气路径的相对于所述空气流的下游，所述多个分配流动路径布置在所述混合部分的相对于所述空气流的下游，所述分配流动路径中的每个分配流动路径提供所述混合部分与所述车辆的乘客舱室之间的流体连通。

6.一种用于车辆的热泵系统，所述热泵系统包括：

制冷剂回路，所述制冷剂回路包括压缩机、内部冷凝器和外部冷凝器；以及

用于暖通空调系统的模块，所述模块包括：暖空气路径，所述暖空气路径包括所述内部冷凝器；冷空气路径，所述冷空气路径独立于所述暖空气路径形成；清除流动路径，所述清除流动路径从所述暖空气路径分支并且位于所述内部冷凝器的相对于穿过所述模块的空气流的下游的位置处，并且所述清除流动路径提供所述暖空气路径与周围环境之间的流体连通；温度控制门，所述温度控制门用于对穿过所述模块的所述空气流在所述模块的所述暖空气路径与所述冷空气路径之间的分配进行控制；以及清除控制门，所述清除控制门能够在第一位置与第二位置之间调节，所述第一位置阻止所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通，所述第二位置允许所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通，

其中，所述制冷剂回路与所述车辆的生热部件成热交换关系，

其中，所述热泵系统的部件冷却模式向所述车辆的与穿过所述内部冷凝器的制冷剂成热交换关系的所述生热部件提供冷却，并且

其中，所述部件冷却模式包括将所述清除控制门调节成允许所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通并且将所述温度控制门调节成防止所述空气流流动穿过所述冷空气路径。

7.根据权利要求6所述的热泵系统，其中，所述制冷剂回路的蒸发器布置在所述模块中并且布置在所述暖空气路径和所述冷空气路径的相对于所述空气流的上游的位置处。

8.根据权利要求6所述的热泵系统，其中，所述外部冷凝器布置在所述模块的外部。

9.根据权利要求6所述的热泵系统，其中，第一鼓风机单元与所述模块流体连通，并且第二鼓风机模块与所述外部冷凝器流体连通。

10.一种对车辆的热泵系统进行操作的方法，所述方法包括下述步骤：

提供暖通空调模块，所述模块包括：暖空气路径，所述暖空气路径包括内部冷凝器；冷空气路径，所述冷空气路径独立于所述暖空气路径形成；清除流动路径，所述清除流动路径从所述暖空气路径分支并且位于所述内部冷凝器的相对于穿过所述模块的空气流的下游的位置处；以及清除控制门，所述清除控制门布置在所述清除流动路径的入口处，其中，所述清除流动路径提供所述暖空气路径与周围环境之间的流体连通；

调节所述清除控制门以选择性地提供所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通；以及

调节温度控制门以对穿过所述模块的所述空气流在所述模块的所述暖空气路径与所述冷空气路径之间的分配进行控制，

其中，所述热泵系统的部件冷却模式向所述车辆的与穿过所述内部冷凝器的制冷剂成热交换关系的生热部件提供冷却，并且

其中，所述部件冷却模式包括将所述清除控制门调节成允许所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通并且将所述温度控制门调节成防止所述空气流流动穿过所述冷空气路径。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述热泵系统的舱室冷却模式向所述车辆的舱室提供冷却空气，其中，所述舱室冷却模式包括将所述清除控制门调节成允许所述暖空气路径与所述清除流动路径之间的流体连通并且将所述温度控制门调节成将所述空气流分配至所述暖空气路径和所述冷空气路径中的每一者。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述舱室冷却模式包括使所述空气流的第一部分穿过所述冷空气路径并被分配至所述车辆的舱室并且使所述空气流的第二部分穿过所述暖空气路径并被清除至所述周围环境。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述部件冷却模式包括使整个所述空气流穿过所述暖空气路径并被清除至所述周围环境。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，所述热泵系统的制冷剂回路包括所述内部冷凝器和布置在所述模块外部的外部冷凝器。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括从所述内部冷凝器和所述外部冷凝器中的每一者中的通过所述制冷剂回路循环的制冷剂排出热以使所述制冷剂回路的冷却能力最大化的步骤。

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