CN1302263A - 车辆用热泵式空调器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种车辆用热泵式空调器,其中除霜操作的需要被减至最少,在车内空间内的空气被加热时,可以改进车内空间内的舒适度。为此,本发明提供一种车辆用热泵式空调器,其中通过选择制冷剂的流动方向进行制冷操作或制热操作,其包括:用于在制冷剂和车内空间内的空气之间进行热交换的内部热交换器;多个用于在制冷剂和外部的空气之间进行热交换的外部热交换器;包括压缩机、节流器、四通阀的压缩机单元;以及连接内部热交换器,外部热交换器,以及压缩机单元的制冷剂通路;其中所述外部热交换器的布置方式是平行地将热源夹在中间。

Description

车辆用热泵式空调器

技术领域

本发明涉及车辆用热泵式空调器，特别涉及在车内空间被加热时可以改善舒适度的车辆用热泵式空调器。

背景技术

近来，对于改善的环境空气质量的需求有所增加，并且普遍存在对全球环境问题的关注。因而，增加了对于低污染车辆和替代能源车辆的需求。当车辆的能源改为天然气时，车辆上设置的传统的内燃机可以使用天然气来开动；因而，无需更改车辆上设置的空调器。

当传统的车辆怠转时，空调器的制冷压缩机由作为驱动源的车辆发动机带动。相反，当替代能源的车辆，如电动车，混合动力车辆(使用电力驱动的电动机和发动机一起作为驱动源)，等怠转时，制冷压缩机的驱动源，即车辆的发动机，处于停转状态。因而，当传统的车辆空调器用于替代能源车辆时，需要为制冷压缩机提供一种新的驱动源。此外，车内空间(the cabin of thevehicle)被加热时，传统的车辆使用发动机冷却水作为加热源。然而，电动车辆的问题是它没有发动机冷却水。混合式车辆所存在的问题是混合式车辆不能够从发动机冷却水中获得足够的热，因为混合式车辆的发动机经常停车，发动机冷却水的温度上升的不够。

由于这些问题，已经建议使用热泵式空调器作为电动车辆和混合式车辆上使用的空调器。图2表示传统的车辆用热泵式空调器的结构示意图。在图2中，附图标记1表示内部热交换器，2表示压缩机单元，3表示散热器，4表示外部热交换器。在图2所示的车辆用热泵式空调器中，为了与由车辆运动所产生的风接触，外部热交换器4相对于车辆的运动方向设置在散热器3的前面。此外，散热器3可以是电动车辆或是混合式车辆的电动机的散热片和冷却混合式车辆的发动机的散热器。

在图2所示的传统的车辆用热泵式空调器中，制冷剂如下所述地循环，冷却或加热车内空间。

当车内空间被加热时，制冷剂如虚线箭头所示反时针循环，压缩机单元2中的压缩机所产生的高温高压的气态制冷剂被送到内部热交换器1，与车内空间内的空气交换热量。结果，车内空间内的空气从高温高压的气态制冷剂中吸取热量，变成暖空气。同时，由于高温高压的气态制冷剂中的热量被车内空间中的空气吸收，气态制冷剂冷凝液化，变成高温高压的液态制冷剂。

高温高压的液态制冷剂流过压缩机单元2，变成低温低压的液态制冷剂，送到外部热交换器4中。在外部热交换器4中，低温低压的液态制冷剂从车厢外的空气(外部空气)中吸取热量蒸发，变成低温低压的气态制冷剂。低温低压的气态制冷剂被再次送到压缩机单元2，被压缩后，变成高温高压的气态制冷剂。制冷剂在如上所述的过程中循环。当车内空间内的空气被加热时，外部热交换器4作为蒸发器，内部热交换器1作为冷凝器。

与此相反，当车辆的内部被冷却时，制冷剂如实线箭头所示顺时针循环，压缩机单元2中的压缩机所产生的高温高压的气态制冷剂被送到外部热交换器4，与外部空气交换热量。结果，高温高压的气态制冷剂向外部空气放出热量冷凝液化，变成高温高压的液态制冷剂。高温高压的液态制冷剂流过压缩机单元2中的节流器，变成低温低压的液态制冷剂，被送到内部热交换器1。

低温低压的液态制冷剂从车内空间内的空气中吸收热量。从而车内空间内的空气被冷却。同时，低温低压的液态制冷剂蒸发，变成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂被再次送到压缩机单元2中的压缩机中，冷凝，并变成高温高压的气态制冷剂。制冷剂在如上所述的过程中循环。当车内空间中的空气被冷却时，内部热交换器1作为蒸发器工作，外部热交换器4作为冷凝器工作。

发明目的

传统的车辆用热泵式空调器在冷却和加热车内空间内的空气时具有以下问题。

总的来说，当外部空气温度低并且车内空间内部的空气被加热时，需要除去形成在热泵式空调器的外部热交换器4上的霜。换句话说，外部热交换器4需要除霜操作。外部热交换器4的除霜操作通过暂时地停止加热和制冷来进行。因而，冷空气吹入车内空间。这与车辆乘员的意愿相背，并且使乘员丧失舒适感。

因而本发明的目的就是提供一种车辆用热泵式空调器，其除霜操作的需要被减至最少，并且当车内空间被加热时可以改进车内空间内的舒适度。

附图的简要说明

图1是表示本发明的车辆用热泵式空调器的优选实施例的系统图；

图2是表示传统的车辆用热泵式空调器的系统图。

发明的详细描述

为了实现本发明的目的，提供一种车辆用热泵式空调器，其中制冷操作或制热操作通过选择制冷剂的流动方向来实现，所述空调器包括：用于在制冷剂和车内空间中的空气之间交换热量的内部热交换器；多个在制冷剂和外部的空气之间交换热量的外部热交换器；包括压缩机、节流器、四通阀的压缩机单元；连接内部热交换器、外部热交换器以及压缩机单元的制冷剂通路；其中所述外部热交换器的布置方式是平行地将热源夹在中间。

此外，优选的是，用于选择制冷剂流动方向的选择部件设置在多个外部热交换器和压缩机单元之间的制冷剂通路上。此外，优选的是，当制热操作时，选择部件允许制冷剂流到相对于外部空气流动方向设置在热源的后边的外部热交换器中。与此相反，优选的是，当制冷操作时，选择部件允许制冷剂流到相对于外部空气流动方向设置在热源前边的外部热交换器中。

根据车辆用热泵式空调器，所述空调器包括多个外部热交换器，其中至少一个相对于外部空气流动方向设置在热源的后边。从而，可以最大限度地减少在制热过程中霜的形成。具体说，当通过选择部件选定制冷剂流动的制冷剂通路以后，就可以根据需要选择最佳的外部热交换器。换句话说，在制热操作中，当选择部件允许制冷剂流到相对于外部空气流动方向设置在热源后边的外部热交换器中时，制冷剂和与热源接触的、具有相对较高温度的外部空气交换热量。从而，霜很难在外部热交换器上形成。与此相反，在制冷操作中，当选择部件允许制冷剂流到相对于外部空气流动方向设置在热源的前边的外部热交换器中时，制冷剂和不与热源接触的、具有相对较低温度的外部空气交换热量。

因此，根据本发明的车辆用热泵式空调器，可以利用温度与制冷剂显著不同的外部空气。从而，可以提高外部热交换器的热交换效率。

特别是，在制热操作中可以最大限度地减少霜的产生，因此可减少除霜操作所需的时段，并获得舒适的空调情况。由此可获得车内的舒适效果。发明的实施方式

下面参照附图介绍根据本发明的车辆用热泵式空调器的优选实施例。在图1中，附图标记10表示内部热交换器，20表示压缩单元，30表示作为热源的散热器，41和42表示外部热交换器，50表示包括选择装置的选择阀，60表示制冷剂通道。

内部热交换器10设置在车内空间中，将调节后的空气供给车内空间。通常，内部热交换器10包括内单元和风扇。制冷剂从压缩机单元20供给到内部热交换器10。然而，当车内空间制冷时制冷剂的流动方向和状况不同于当车内空间制热时制冷剂的流动方向和状况。

特别地，当车内空间制热时，高温高压的气态制冷剂被送到内部热交换器10，并与从车内空间抽出的空气交换热量。高温高压的气态制冷剂的热量被从车内空间中抽出的空气吸收。气态制冷剂冷凝并液化。由于从车内空间中抽出的空气从气态制冷剂吸取热量，空气被加热。

与此相反，当车内空间被制冷时，低温低压的液态制冷剂在内部热交换器10中从车内空间中抽出的空气中吸收热量。从而，从车内空间中抽出的空气被冷却。冷却的空气供给到车内空间中。由于低温低压的液态制冷剂从车内空间中抽出的空气中吸收热量，液态制冷剂蒸发，变成低温低压的气态制冷剂。

总的来说，压缩机单元20设置在车厢以外合适的位置，例如设置在车辆设置作为驱动源的发动机的发动机室内。此外，当车辆是电动车辆时，用于驱动的电动机设置在车身前部的发动机室内的位置。当车辆是混合式车辆时，用于行驶的电动机和发动机设置在车身前部的发动机室内的位置。

压缩机单元20主要包括压缩机21，节流器22，四通阀23，以及收集器24。压缩机单元20，上面谈到的内部热交换器10，以下将要涉及的外部热交换器41和42由制冷剂通路60所连接，形成制冷剂回路。

压缩机21压缩气态制冷剂，生成高温高压的气态制冷剂，将气态制冷剂送入四通阀23。四通阀23改变制冷剂在制冷剂管路60中的流动方向。从而，四通阀23选择制热操作或是制冷操作。节流器22使高温高压的液态制冷剂减压膨胀，并且使高温高压的气态制冷剂变成低温低压的液(雾)态制冷剂。例如，毛细管、膨胀阀等等，都可以用作节流器22。此外，设置收集器24，以去除供给压缩机21的气态制冷剂中所含的液态成分。

举例来说，可以将电动车辆中设置的驱动电机的散热片，以及冷却混合式车辆中的发动机的散热器等等用作散热器30。由于其功能，散热器30设置在车辆上易于暴露于外界空气中的位置。当车辆为通常的四门轿车时，散热器30设置在相对车辆行驶前进方向的前端位置，在此处能容易地接触由于车辆运动而产生的风，例如位于如发动机室的空间内。

外部热交换器41和42是一对按如下方式设置的热交换器，即相对于车辆的运动方向这两个热交换器将散热器30加在中间。此外，外部热交换器41和42相对于包括上述内部热交换器10，压缩机单元20等等的制冷剂管路60平行设置。此外，车辆的行驶路线和外部空气的流动路线在同一方向上，并且车辆的行驶方向和外部空气的流动方向相反。也就是说，相对于车辆行驶方向的前侧与相对于外部空气流动方向的后侧相对应。制冷剂从压缩机单元20供给到外部热交换器41和42。然而，当车内空间制冷时制冷剂的状况和流动方向与车内空间制热时制冷剂的状况和流动方向不同。

当车内空间制热时，低温低压的液态制冷剂在外部热交换器41和42中从外部空气吸热、蒸发，变成低温低压的气态制冷剂，并被送入压缩机21。在这种情况下，外部热交换器41和42作为蒸发器工作。

当车内空间制冷时，在外部热交换器41和42中高温高压的气态制冷剂的热量被外部空气吸收。然后，高温高压的气态制冷剂冷凝，液化，变成高温高压的液态制冷剂，并被送入节流器22和内部热交换器10。在这种情况下，外部热交换器41和42作为冷凝器工作。

外部热交换器41和42的设置方式是：将散热器30夹在中间并与本发明的车辆用热泵式空调器的制冷管路60平行设置，正如上文所述。此外，可以选择制冷剂流动方向的选择阀50设置在外部热交换器41、42和压缩机单元20之间的制冷管路60上。可以在外部热交换器41和外部热交换器42之间选择制冷剂流动方向的三通电磁阀可被适当地用作选择阀50。

此外，选择阀50可允许制冷剂根据情况向三个方向流动。换句话说，选择阀50除了允许制冷剂仅流向外部热交换器41或仅流向外部热交换器42之外，还可以根据需要使制冷剂同时流向外部热交换器41和42。

下面，将分别通过制热操作和制冷操作来具体解释本发明的车辆用热泵式空调器的操作。

在车内空间制热时制冷剂的流动方向由图1中的虚线箭头表示。调节选择阀50从而允许制冷剂只流到关于外部空气流动方向设置在散热器30后面的外部热交换器42中。

压缩机21抽取并压缩低温低压的气态制冷剂，将此气态制冷剂转变成高温高压的气态制冷剂，并将高温高压的气态制冷剂送到四通阀23。调节四通阀23使得所述高温高压的气态制冷剂流到内部热交换器10。从而，高温高压的气态制冷剂通过制冷剂通路60被送到内部热交换器10，并在内部热交换器10中与从车内空间内抽出的空气进行热交换。也就是说，高温高压的气态制冷剂中的热量被从车内空间内抽出的空气所吸收。然后，气态制冷剂冷凝，液化，并变成高温高压的液态制冷剂。对应地，由于从车内空间内抽出的空气从气态制冷剂中吸收了热量，空气被加热。然后，加热了的空气被供给到车内空间中。

从内部热交换器10中排出的高温高压的液态制冷剂在压缩机单元20中的节流器22中减压膨胀，变成低温低压的液态制冷剂。然后，此低温低压的液态制冷剂被送到外部热交换器42。外部热交换器42相对于由车辆行驶所产生的风的流动方向设置在散热器30的后面，散热器30发散驱动电机所产生的热量。从而，外部空气，例如由于车辆行驶所产生的风以及由图中未示出的风扇抽入的空气，通过与散热器30相接触而被加热。低温低压的液态制冷剂与被散热器30加热的空气交换热量，也就是说，液态制冷剂从外部空气中吸热，蒸发，变成低温低压的气态制冷剂。换句话说，低温低压的液态制冷剂被具有相对较高的温度的外部空气所加热，蒸发，并变成低温低压的气态制冷剂。从而，制冷剂和外部空气之间的热交换效率得到了提高。此外，在外部热交换器42上不易形成霜。

结果，在制热操作中，需要用于除霜操作的时段和频率显著地减少。而且，在制热操作中吹冷空气会引起车辆乘员不舒适。然而，根据本发明的车辆用热泵式空调器，可以减少吹冷空气的时段和频率。

如上形成的低温低压的气态制冷剂流过选择阀50，被再次送到四通阀23。在由收集器24去除液态成分后，低温低压的气态制冷剂被压缩机21抽取，并在压缩机21中压缩。车内空间的制热操作通过重复这样的制冷循环来进行。

当车内空间被制冷时制冷剂的流动方向由图1中的实线箭头所示。调节选择阀50以允许制冷剂仅流到相对于外部空气的流动方向设置在散热器30前面的外部热交换器41中。

压缩机21抽取并压缩低温低压的气态制冷剂，将低温低压的气态制冷剂转变成高温高压的气态制冷剂，并将高温高压的气态制冷剂送入四通阀23。调节四通阀23从而允许所述制冷剂流到外部热交换器41中。从而，高温高压的气态制冷剂通过制冷剂管路60被送到外部热交换器41，并与外部空气，例如由于车辆运动所产生的风，以及由图中未示出的风扇所抽送的空气进行热交换。此后，所述气态制冷剂冷凝，液化，变成高温高压的液态制冷剂。而且，在外部热交换器41中进行热交换之前外部空气不与散热器30接触，相对的比较冷。高温高压的气态制冷剂中的热被外部空气所吸收。由于外部空气的温度比较低，增加了外部空气和气态制冷剂之间热交换的效率。

此后，高温高压的液态制冷剂被送到节流器22，在通过节流器22时转变成低温低压的液态制冷剂。低温低压的液态制冷剂被送到内部热交换器10，与从车内空间中抽取的空气进行热交换。所述液态制冷剂从车内空间中抽取的空气中吸取热量，蒸发，气化，并变成低温低压的气态制冷剂。同时，由于从车内空间中抽取的空气热量由液态制冷剂吸收，所述空气被冷却，并供给到车内空间中。

低温低压的气态制冷剂从内部热交换器10中排出，再次通过四通阀23，并被送到收集器24。气态制冷剂中的液态成分在收集器24中被去除。所述气态制冷剂被压缩机21再次抽取，并在压缩机21中压缩。通过重复这样的制冷循环进行车内空间的制冷操作。

根据本发明的车辆用热泵式空调器，在制热操作中，具有相对高温度的外部空气可以被送到外部热交换器42，制冷剂吸收外部空气的热量。与此相反，在制冷操作中，具有相对低的温度的外部空气可以被送到外部热交换器41，制冷剂的热量被外部空气吸收。也就是说，在制冷操作和制热操作中，外部热交换器41和42的热交换效率都得到了提高。特另是，在制热操作中，制冷剂吸收具有相对高的温度的外部空气的热量，从而，霜很难在外部热交换器42上形成，需要进行除霜操作的时段和除霜操作的频率都显著地减少。

此外，在上述优选实施例中，只有外部热交换器41被用于制冷操作，并且只有外部热交换器42被用于制热操作。然而，可以临时地同时使用两个外部热交换器41和42和以适当的时间间隔交替使用外部热交换器41和42。再者，根据设计的不同，可以改变所设置的选择阀50的位置，数量以及结构。

Claims (6)

1．一种车辆用热泵式空调器，其中通过选择制冷剂的流动方向进行制冷操作和制热操作，包括：内部热交换器，用于在制冷剂和车内空间内的空气之间交换热量；多个外部热交换器，用于在制冷剂和外部的空气之间交换热量；包括压缩机、节流器、四通阀的压缩机单元；和连接内部热交换器，外部热交换器以及压缩机单元的制冷剂通路；

其中所述外部热交换器的布置方式是平行地将热源夹在中间。

2．根据权利要求l所述的车辆用热泵式空调器，其特征在于所述用于选择制冷剂流动方向的选择部件设置在多个外部热交换器和压缩机单元之间的制冷剂通路中。

3．根据权利要求1或2所述的车辆用热泵式空调器，其特征在于所述热源是散热器。

4．根据权利要求1或2所述的车辆用热泵式空调器，其特征在于所述热源是散热片。

5．根据权利要求2至4中任一项所述的车辆用热泵式空调器，其特征在于在制热操作中，所述选择部件允许制冷剂流到相对于外部空气流动方向设置在热源后面的外部热交换器中。

6．根据权利要求2至4中任一项所述的车辆用热泵式空调器，其特征在于在制冷操作中，所述选择部件允许制冷剂流到相对于外部空气流动方向设置在热源前面的外部热交换器中。

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