CN113173051B - 车用热泵空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车用热泵空调系统及其控制方法，车用热泵空调系统，包括制冷回路和送风模块；制冷回路包括：压缩机、车外换热器、车内换热器、除雾换热器、节流装置和四通阀，四通阀配置有H口、I口、J口和K口，压缩机的排气口与H口连接，车外换热器与I口连接，除雾换热器与J口连接，车内换热器与K口连接，节流装置连接在车外换热器和车内换热器之间，除雾换热器通过气液分离器与压缩机的吸气口连接；送风模块包括：风道和车内风机，风道配置有进风口、空调出风口和除雾出风口。实现了在制冷和制热情况下都可以同时实现除雾功能，避免了湿冷天气下除雾时冰冷的冷风吹到人身上，提高用户体验性。

Description

车用热泵空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种车用热泵空调系统及其控制方法。

背景技术

汽车是人们日常出行常用的交通工具，被广泛的应用于人们日常生活中。汽车上通常配置有空调来满足用户在不同环境下制冷或制热的要求，而常规汽车上配置的空调通常包括压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，压缩机、冷凝器和蒸发器通过四通阀连接，并通过控制四通阀来实现制冷和制热。但是，在实际使用过程中，当外界环境温度较低且湿度较大时，车内人员呼出的高湿空气容易在车内起雾，进而需要进行除雾操作。而此时，空调一般转为制冷模式，将车内湿空气在车内换热器上冷凝成水排出，同时产生干燥的冷空气对玻璃上的雾气进行汽化消除处理。但是，由于车内温度本身就很低，空调制冷吹出冷风，一方面导致车内温度下降而影响用户体验性，另一方面空调由制热转为制冷除雾后再进行制热，将消耗大量的能量，导致能耗较高。如何设计一种用户体验性好并降低汽车能耗的技术是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种车用热泵空调系统及其控制方法，实现了在制冷和制热情况下都可以同时实现除雾功能，避免了湿冷天气下除雾时冰冷的冷风吹到人身上，提高用户体验性，同时在制热时除雾实现了热回收功能，并降低汽车能耗。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种车用热泵空调系统，包括：制冷回路；

所述制冷回路包括压缩机、车外换热器、车内换热器、除雾换热器、节流装置和四通阀，所述四通阀配置有H口、I口、J口和K口，其中，所述H口选择性的与所述I口和所述K口导通，所述J口选择性的与所述I口和所述K口导通，所述压缩机的排气口与所述H口连接，所述车外换热器与所述I口连接，所述除雾换热器与所述J口连接，所述车内换热器与所述K口连接，所述节流装置连接在所述车外换热器和所述车内换热器之间，所述除雾换热器通过气液分离器与所述压缩机的吸气口连接。

进一步的，还包括送风模块；

所述送风模块包括：风道和车内风机，所述风道配置有进风口、空调出风口和除雾出风口，所述风道内部形成主通道、第一子通道和第二子通道，所述主通道与所述进风口连通，所述第一子通道连通所述空调出风口，所述第二子通道连通所述除雾出风口，所述车内风机设置在所述进风口处主通道内，所述车内换热器设置在所述第一子通道内，所述除雾换热器设置在所述第二子通道内。

进一步的，所述主通道中设置第一风门，所述第一风门用于选择性的开关所述第二子通道和/或所述第一子通道。

进一步的，所述第一子通道与所述第二子通道之间还设置有可开关的通风口。

进一步的，所述第一子通道和第二子通道之间设置有第二风门，所述第二风门用于选择性的打开所述通风口。

进一步的，所述第二风门用于选择性的打开所述通风口并关闭所述空调出风口。

进一步的，沿空气流动方向，所述通风口位于所述车内换热器和所述除雾换热器的前方。

本发明还提供一种上述车用热泵空调系统的控制方法，包括：

在执行制冷模式时进行除雾操作，四通阀控制除雾换热器与车内换热器串联；在执行制热模式时进行除雾操作，四通阀控制除雾换热器与车外换热器串联。

进一步的，在执行制冷模式时进行除雾操作，具体为：第一风门打开第一子通道和第二子通道，第二风门关闭通风口并打开空调出风口，空调出风口输出冷气调节车内温度，除雾出风口输出干燥的冷气对车玻璃进行除雾；并在车内温度达到设定温度的情况下，第二风门打开通风口并关闭空调出风口；

在执行制热模式时进行除雾操作，具体为：第一风门打开第一子通道和第二子通道，第二风门关闭通风口并打开空调出风口，空调出风口输出热气调节车内温度，除雾出风口输出干燥的冷气对车玻璃进行除雾；并在除雾结束后，第一风门关闭第二子通道；

在关闭除雾模式下，第一风门关闭第二子通道。

进一步的，还包括：在执行单独除雾模式下，四通阀控制除雾换热器与车外换热器串联，第一风门打开第一子通道和第二子通道，第二风门打开通风口并关闭空调出风口。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：通过配置独立的除雾换热器产生干燥的冷空气进行除雾，在实际使用过程中，对于空调处于制冷或制热模式下，通过四通阀切换控制除雾换热器始终处于制冷的状态。在冬季制热模式下，汽车在除雾时，车内换热器能正常制热并向车内输送热空气，而除雾换热器则产生干燥的冷气来对汽车的玻璃进行除雾处理，进而实现在除雾过程中，减小车内温度的波动，同时，也避免因冬季除雾而将车内调整为制冷模式，以有效的降低能耗。更重要的是，在制热模式下进行除雾时，除雾换热器中的制冷剂吸收车内热量，通过压缩机压缩后送到车内换热器，再由车内送风系统重新输送到车内，实现了热量的再回收，更有利于降低能耗。在夏季制冷模式下，汽车在除雾时，除雾换热器和车内换热器同时具有制冷功能，实现了快速除雾和制冷，提高了制冷和除雾效果。在冬季或阴冷潮湿的季节执行单独除雾模式下，经过除雾换热器出来的干燥低温冷空气与经过车内换热器出来的高温空气混合后，变成干燥舒适的空气既可以迅速清除玻璃上的雾汽，又能保证车内保持舒适的温度。

附图说明

图1为本发明车用热泵空调系统的原理图之一；

图2为本发明车用热泵空调系统的原理图之二；

图3为本发明车用热泵空调系统的原理图之三；

图4为本发明车用热泵空调系统的原理图之四；

图5为本发明车用热泵空调系统的原理图之五；

图6为本发明车用热泵空调系统的原理图之六。

附图标记：车外换热器101、车外风机102、四通阀103、压缩机104、节流装置105、气液分离器109、除雾换热器110、车内换热器111、风道201、进风口202、车内风机203、第一风门204、除雾出风口205、空调出风口206、第二风门207。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种车用热泵空调系统，包括制冷回路和送风模块；

所述制冷回路包括压缩机104、车外换热器101、车内换热器111、除雾换热器110、节流装置105和四通阀103，四通阀103配置有H口、I口、J口和K口，其中，所述H口选择性的与所述I口和所述K口导通，所述J口选择性的与所述I口和所述K口导通，压缩机104的排气口与所述H口连接，车外换热器101与所述I口连接，除雾换热器110与所述J口连接，车内换热器111与所述K口连接，所述节流装置连接在车外换热器101和车内换热器111之间，除雾换热器110通过气液分离器109与压缩机104的吸气口连接。

所述送风模块包括：风道201和车内风机203，风道201配置有进风口202、空调出风口206和除雾出风口205，风道201内部形成主通道（未标记）、第一子通道（未标记）和第二子通道（未标记），所述主通道与进风口202连通，所述第一子通道连通空调出风口206，所述第二子通道连通除雾出风口205，车内风机203设置在所述主通道内，车内换热器111设置在所述第一子通道内，除雾换热器110设置在所述第二子通道内。

具体而言，本实施例车用热泵空调系统安装在汽车上，其中所述送风模块设置在汽车上并用于向汽车内部输送空气，压缩机104和车外换热器101等部件设置在汽车上并位于车外部，车外换热器101配置有车外风机102进行换热。

车用热泵空调系统能够满足常规汽车制冷和制热的要求，具体为：当汽车执行制冷模式下，则四通阀103切换压缩机104的排气口与车外换热器101连接，以使得车内换热器111作为蒸发器使用，在车内风机203的作用下，空气进入到所述第一子通道并与车内换热器111换热后形成冷空气，冷空气将经由空调出风口206输出至车内以对车内环境进行降温处理。

当汽车执行制热模式下，则四通阀103切换压缩机104的排气口与车内换热器111连接，以使得车内换热器111作为冷凝器使用，在车内风机203的作用下，空气进入到所述第一子通道并与车内换热器111换热后形成热空气，热空气将经由空调出风口206输出至车内以对车内环境进行升温处理。

其中，对于汽车内的玻璃出现雾气进而需要进行除雾操作时，则在四通阀103的切换作用下，无论车内处于制冷还是制热模式，对于除雾换热器110而言，除雾换热器110流入的冷媒均为低温冷媒。这样，当进行除雾操作时，潮湿空气进入到所述第二子通道中并与除雾换热器110热交换后潮湿空气中的水蒸气冷凝成水排出，形成干燥的冷空气从除雾出风口中输出，以对车玻璃雾汽进行除雾处理。

由于除雾换热器110连接在四通阀102和压缩机104的吸气口之间，进而在切换制冷和制热模式时，使得除雾换热器110始终流入低温冷媒。在用户实际使用过程中，尤其在冬季环境下，车内需要输送热空气进行制热处理，进而使得车内换热器111作为冷凝器使用来加热空气。而除雾换热器110独立设置在所述第二子通道中并能够对潮湿的空气进行除湿，以满足除雾的要求。这样，在制热的同时，还可以通过除雾换热器110来冷凝潮湿空气中的水蒸气进行除雾，相比于现有技术在车内除雾时需要转为制冷模式，可以有效的减小车内温度的波动幅度，以提高用户体验性；同时，由于能够保持制热模式下，车内换热器111在除雾过程中始终处于制热的状态，进而避免因车内换热器111冷热切换而造成较多的热量损失，进而有效的降低能耗。另外，在制热模式下进行除雾时，除雾换热器中的制冷剂吸收车内热量，通过压缩机压缩后送到车内换热器，再由车内送风系统重新输送到车内，实现了热回收功能，一方面可以满足车内玻璃除雾的需求，另一方面最大限度的减小因除雾时车内温度下降过度，减小车内温度波动幅度，更有利于提高用户体验性，且更有利于降低车辆的能耗。

进一步的，为了有效的控制送风通道的开关以满足不同工况的送风要求，所述第二子通道和第一子通道之间设置第一风门204，第一风门204用于选择性的开关所述第二子通道和/或所述第一子通道；或同时打开所述第一子通道和第二子通道。具体的，第一风门204能够控制所述第二子通道通断，当需要进行除雾操作时，则第一风门204开到特定位置以打开第一子通道和第二子通道，以使得空气能够流入到所述第二子通道中与除雾换热器110换热进行除雾操作。

优选地，所述第一子通道与所述第二子通道之间还设置有可开关的通风口（未标记）。具体的，为了提高除雾效率，尤其在制冷模式下，可以所述第一子通道中的空气经由通风口进入到所述第二子通道中以加大除雾出风口205的出风量，进而提高除雾效率。

而为了控制所述通风口开关，则可以在所述第一子通道和第二子通道之间设置有第二风门207，第二风门207用于选择性的打开所述通风口。其中，第二风门207还可以用于选择性的打开所述通风口并关闭空调出风口206。具体的，通过第二风门207可以选择性的开关所述通风口和空调出风口206，当空调出风口206处于打开状态，则通风口处于关闭装，反之，当空调出风口206处于关闭状态，则通风口处于打开状态。而对于所述通风口的布置位置，则沿空气流动方向，所述通风口位于车内换热器111和除雾换热器110的前方。

本发明还提供一种上述车用热泵空调系统的控制方法，包括：

在执行制冷模式时进行除雾操作，四通阀103控制除雾换热器110与车内换热器111串联；在执行制热模式时进行除雾操作，四通阀103控制除雾换热器110与车外换热器101串联。

具体的，在制热和制冷模式下，通过四通阀103将除雾换热器110与车内换热器111或所述车外换热器101串联连接，进而确保除雾换热器110中流入低温的冷媒，以满足除雾的要求。

在制冷模式下进行除雾的具体控制过程为：第一风门204打开第一子通道和第二子通道，第二风门207关闭通风口并打开空调出风口206，空调出风口206输出冷气调节车内温度，除雾出风口205输出干燥的冷气对车玻璃进行除雾；并在车内温度达到设定温度的情况下，第二风门207打开通风口并关闭空调出风口206。具体的，如图2所示，车用热泵空调系统处于制冷模式，此时，四通阀103的H口和I口导通，K口和J口导通，系统开始制冷。如图3所示，当制冷过程中启动除雾后，第一风门204打开、第二风门207打开空调出风口206并关闭通风口。车内温度达到设定温度而除雾仍然开启时，第二风门207关闭空调出风口206并打开通风口。

在制热模式下进行除雾的具体控制过程为：第一风门204打开第一子通道和第二子通道，第二风门207关闭通风口并打开空调出风口206，空调出风口206输出热气调节车内温度，除雾出风口205输出干燥的冷气对车玻璃进行除雾；并在除雾结束后，第一风门204关闭第二子通道并保持第一子通道处于打开状态。

具体的，如图4所示，车用热泵空调系统处于制热模式，此时，四通阀103的H和K导通，系统开始制热。如图5所示，当制热过程中启动除雾后，第一风门204打开第一子通道和第二子通道，以同时开启除雾出风口205，第二风门207关闭通风口并打开空调出风口206。空调出风口206吹出热风，除雾出风口205吹出干燥的冷风。制热过程中车内温度达到设定温度而除雾仍然开启时：第二风门207打开通风口并关闭空调出风口206。其中，在制热模式进行除雾过程中，除雾换热器110吸收车内的热量来提高除雾换热器110的蒸发压力，进而提高内换热器111的冷凝压力，最终通过车内换热器111将除雾换热器110吸收的热量在返回至车内，以最大限度的减小因除雾时车内温度下降过度，并降低能耗。

进一步的，控制方法还包括：在执行单独除雾模式下，四通阀103控制除雾换热器110与车外换热器101串联，第一风门204打开第一子通道和第二子通道，第二风门207打开通风口并关闭空调出风口206。具体的，如图6所示，在需要单独除雾时：四通阀103的H口和K口导通，I口和J口导通，第一风门204打开第一子通道和第二子通道，以实现打开除雾出风口205，第二风门207打开通风口并关闭空调出风口206。系统开始除雾，进风口202的风一部分通过除雾换热器110后变成低温干燥空气，另一部分通过车内换热器111后变成高温低湿度空气，二者在第二子通道内混合成舒适干燥的空气，吹到汽车挡风玻璃后，将汽车玻璃上的雾珠汽化，实现除雾。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：通过配置独立的除雾换热器并在风道中设置独立的风道用于除雾送风，在实际使用过程中，对于空调处于制冷或制热模式下，通过四通阀切换控制除雾换热器始终处于制冷的状态，进而实现在冬季或阴冷季节制热模式下，汽车在除雾时，车内换热器能正常制热并向车内输送热空气，而除雾换热器则将空气中的水蒸气冷凝成水排出，形成干燥的空气将玻璃上的雾珠汽化除雾，进而实现在除雾过程中，减小车内温度的波动，同时，也避免因冬季除雾而将车内调整为制冷模式，以有效的降低能耗，在除雾过程中，除雾换热器吸收的车内热量，通过空调系统重新输送到车内侧，实现了热回收。在夏季制冷模式下，汽车在除雾时，除雾换热器和车内换热器同时具有制冷功能，实现了快速除雾和制冷，提高了制冷和除雾效果。在冬季或阴冷潮湿的季节执行单独除雾模式下，经过除雾换热器出来的干燥低温冷空气与经过车内换热器出来的高温空气混合后，变成干燥舒适的空气既可以迅速清除玻璃上的雾汽，又能保证车内保持舒适的温度。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种车用热泵空调系统，其特征在于，包括：制冷回路；

所述制冷回路包括：压缩机、车外换热器、车内换热器、除雾换热器、节流装置和四通阀，所述四通阀配置有H口、I口、J口和K口，其中，所述H口选择性的与所述I口和所述K口导通，所述J口选择性的与所述I口和所述K口导通，所述压缩机的排气口与所述H口连接，所述车外换热器与所述I口连接，所述除雾换热器与所述J口连接，所述车内换热器与所述K口连接，所述节流装置连接在所述车外换热器和所述车内换热器之间，所述除雾换热器通过气液分离器与所述压缩机的吸气口连接；

所述车用热泵空调系统还包括送风模块；所述送风模块包括：风道和车内风机，所述风道配置有进风口、空调出风口和除雾出风口，所述风道内部形成主通道、第一子通道和第二子通道，所述主通道与所述进风口连通，所述第一子通道连通所述空调出风口，所述第二子通道连通所述除雾出风口，所述车内风机设置在所述进风口处主通道内，所述车内换热器设置在所述第一子通道内，所述除雾换热器设置在所述第二子通道内；

所述主通道中设置第一风门，所述第一风门用于选择性的开关所述第二子通道和/或所述第一子通道；所述第一子通道与所述第二子通道之间还设置有可开关的通风口；所述第一子通道和第二子通道之间设置有第二风门，所述第二风门用于选择性的打开所述通风口；

其中，所述车用热泵空调系统的控制方法包括：

在执行制冷模式时进行除雾操作，四通阀控制除雾换热器与车内换热器串联；在执行制热模式时进行除雾操作，四通阀控制除雾换热器与车外换热器串联；

在执行制冷模式时进行除雾操作，具体为：第一风门打开第一子通道和第二子通道，第二风门关闭通风口并打开空调出风口，空调出风口输出冷气调节车内温度，除雾出风口输出干燥的冷气对车玻璃进行除雾；并在车内温度达到设定温度的情况下，第二风门打开通风口并关闭空调出风口；

在执行制热模式时进行除雾操作，具体为：第一风门打开第一子通道和第二子通道，第二风门关闭通风口并打开空调出风口，空调出风口输出热气调节车内温度，除雾出风口输出干燥的冷气对车玻璃进行除雾；并在除雾结束后，第一风门关闭第二子通道；

在关闭除雾模式下，第一风门关闭第二子通道。

2.根据权利要求1所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述第二风门用于选择性的打开所述通风口并关闭所述空调出风口。

3.根据权利要求1所述的车用热泵空调系统，其特征在于，沿空气流动方向，所述通风口位于所述车内换热器和所述除雾换热器的前方。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的车用热泵空调系统的控制方法，其特征在于，还包括：

在执行单独除雾模式下，四通阀控制除雾换热器与车内换热器串联，第一风门打开第一子通道和第二子通道，第二风门打开通风口并关闭空调出风口。

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