TWI544191B - Air Conditioning System - Google Patents

Description

空調系統

本發明係關於一種空調系統。

習知空調系統若具有冷暖氣功能時，通常係切換空調系統之冷媒迴路，以達到冷暖氣切換功能，但因冷媒係工作於高壓且封閉的管路，冷媒流向切換裝置的成本較高，若有外洩可能造成人員危險。另外，習知內燃機引擎的汽車，多是使用引擎的熱源作為暖氣；但對於電動汽車，電力機械產生的廢熱不足以供應冬天的暖氣。

參考美國專利第5,386,704號，其揭示用於電動車之空調系統，其雖然包含冷、暖氣切換；但車艙的空調合併考量電池及壓縮機的散熱，可能會污染車艙甚至造成危險。參考美國專利第6,655,164號，其揭示加熱及冷卻系統，應用於引擎車之冷暖空調，且應用熱泵取代引擎冷卻液的熱量作為暖氣，但其係針對引擎車之空調系統，無法應用於電動車。

參考美國專利第6,675,873號，其揭示具電熱器之車用空調系統，使用電熱器將水加熱，熱水流到風道將空氣加熱，作為電動車或油電混合車的暖氣來源。然而，該習知專利利用電熱方式產生暖氣的耗功較高。其他相關先前技術請參考美國專利第6,574,977及6,748,757號。

因此，有必要提供一種創新且具進步性的空調系統，以解決上述問題。

本發明提供一種空調系統，包括：一冷卻器、至少一冷氣流道、至少一冷氣控制閥、一加熱器、至少一暖氣流道及至少一暖氣控制閥。該冷卻器用以將空氣降溫。冷氣流道連接該冷卻器及一艙室，用以使空氣流經該冷卻器及該艙室。冷氣控制閥設置於該冷卻器與該冷氣流道之間，用以控制該冷卻器與該冷氣流道之導通與否。該加熱器用以將空氣加熱。暖氣流道連接該加熱器及該艙室，用以使空氣流經該加熱器及該艙室。暖氣控制閥設置於該加熱器與該暖氣流道之間，用以控制該加熱器與該暖氣流道之導通與否。

本發明之空調系統不需切換或變動冷媒迴路，藉由改變控制閥之切換，使空氣行進路徑改變，以達到冷氣、暖氣、除濕、循環、換氣等功能，使本發明之空調系統具安全性及節省能源，並可降低整體成本。本發明之空調系統可應用於電動車之空調。

參考圖1，其顯示本發明空調系統之冷媒迴路之示意圖。關於冷媒迴路，本發明空調系統10包括：一冷卻器11、一冷媒液氣分離器12、一冷媒中間熱交換器13、一冷媒壓縮機14、一加熱器15及一冷媒膨脹裝置16。該冷卻器11用以將空氣降溫，低壓冷媒在壓力較低之冷卻器11中吸收空氣中的熱能，部分液態冷媒因而氣化。

該冷媒液氣分離器12用以接收來自該冷卻器11之液態及氣態低壓冷媒，並將液態及氣態低壓冷媒分離為液態低壓冷媒及氣態低壓冷媒。該冷媒中間熱交換器13接收氣態低壓冷媒，氣態低壓冷媒在該冷媒中間熱交換器13與高壓冷媒進行熱交換，使冷媒溫度上升，並進入該冷媒壓縮機14，加壓至超臨界狀態，加壓後之冷媒進入該加熱器15降溫，降溫溫度不低於外界溫度。為進一步降溫以便達到較高的冷卻能力及效率，離開加熱器15之降溫後冷媒，進入該冷媒中間熱交換器13與低壓低溫之冷媒進行熱交換。降溫後之冷媒進入該冷媒膨脹裝置16降壓降溫，再進入該冷卻器11吸熱完成整個循環。

參考圖2，其顯示本發明空調系統之空氣迴路之示意圖。關於空氣迴路，本發明之空調系統20包括：一冷卻器11、至少一冷氣流道23、29、至少一冷氣控制閥31、32、一加熱器15、至少一暖氣流道26、28及至少一暖氣控制閥33、34。本發明之空調系統20可應用於車內空調，並可應用於電動車之空調，或其他需要空調之環境。該冷卻器11及該加熱器15與圖1所述之冷卻器11及加熱器15相同。該冷卻器11用以將空氣降溫。該加熱器15用以將空氣加熱。

在本實施例中，本發明之空調系統20另包括一第一流體驅動器17，設置於該冷卻器11之一入口，用以將空氣吸入該冷卻器11。本發明之空調系統20另包括一第二流體驅動器18，設置於該加熱器15之一入口，用以將空氣吸入該加熱器15。

冷氣流道23、29連接該冷卻器11及一艙室50，用以使空氣流經該冷卻器11及該艙室50。冷氣控制閥31、32設置於該冷卻器11與冷氣流道23、29之間，用以控制該冷卻器11與冷氣流道23、29之導通與否。

在本實施例中，本發明之空調系統20包括一第一冷氣流道29、一第二冷氣流道23、一第一冷氣控制閥31及一第二冷氣控制閥32。該第一冷氣流道29設置於該冷卻器11之入口，亦即靠近該第一流體驅動器17。該第二冷氣流道23設置於該冷卻器11之一出口。該第一冷氣控制閥31設置於該冷卻器11之該入口與該第一冷氣流道29之間，用以控制該冷卻器11與該第一冷氣流道29之導通與否。該第二冷氣控制閥32設置於該冷卻器11之該出口與該第二冷氣流道23之間，用以控制該冷卻器11與該第二冷氣流道23之導通與否。

本發明之空調系統20另包括一第一空氣入口流道21及一第一空氣出口流道22。該第一空氣入口流道21設置於該冷卻器11之該入口，亦即靠近該第一流體驅動器17。該第一空氣出口流道22設置於該冷卻器11之該出口。該第一冷氣控制閥31設置於該冷卻器11之該入口與該第一冷氣流道29及該第一空氣入口流道21之間，用以控制該冷卻器11與該第一冷氣流道29及該第一空氣入口流道21之導通與否，該第一冷氣控制閥31可為三通球閥。該第二冷氣控制閥32設置於該冷卻器11之該出口與該第二冷氣流道23及該第一空氣出口流道22之間，用以控制該冷卻器11與該第二冷氣流道23及該第一空氣出口流道22之導通與否，該第二冷氣控制閥32可為三通球閥。該第一空氣入口流道21及該第一空氣出口流道22連通至外界。

暖氣流道26、28連接該加熱器15及該艙室50，用以使空氣流經該加熱器15及該艙室50。暖氣控制閥33、34設置於該加熱器15與該暖氣流道26、28之間，用以控制該加熱器15與該暖氣流道26、28之導通與否。

在本實施例中，本發明之空調系統20包括一第一暖氣流道26、一第二暖氣流道28、一第一暖氣控制閥33及一第二暖氣控制閥34。該第一暖氣流道26設置於該加熱器15之一入口，亦即靠近該第二流體驅動器18。該第二暖氣流道28設置於該加熱器15之一出口。該第一暖氣控制閥33設置於該加熱器15之該入口與該第一暖氣流道26之間，用以控制該加熱器15與該第一暖氣流道26之導通與否。該第二暖氣控制閥34設置於該加熱器15之該出口與該第二暖氣流道28之間，用以控制該加熱器15與該第二暖氣流道28之導通與否。

本發明之空調系統20另包括一第二空氣入口流道25及一第二空氣出口流道24，該第二空氣入口流道25設置於該加熱器15之該入口，亦即靠近該第二流體驅動器18。該第二空氣出口流道24設置於該加熱器15之該出口。該第一暖氣控制閥33設置於該加熱器15之該入口與該第一暖氣流道26及該第二空氣入口流道25之間，用以控制該加熱器15與該第一暖氣流道26及該第二空氣入口流道25之導通與否，該第一暖氣控制閥33可為三通球閥。該第二暖氣控制閥34設置於該加熱器15之該出口與該第二暖氣流道28及該第二空氣出口流道24之間，用以控制該加熱器15與該第二暖氣流道28及該第二空氣出口流道24之導通與否，該第二暖氣控制閥34可為三通球閥。該第二空氣入口流道25及該第二空氣出口流道24連通至外界。

本發明之空調系統20另包括一艙室控制閥36，用以控制該第二冷氣流道23與該艙室50之導通與否。該艙室控制閥36亦可用以控制該第一暖氣流道26與該艙室50之導通與否。另外，該艙室控制閥36可用以控制該第一暖氣流道26與該第二冷氣流道23之導通與否。

本發明之空調系統20另包括一艙室出口流道60及一艙室出口控制閥35，該艙室出口控制閥35用以控制該艙室50與該艙室出口流道60之導通與否，該艙室出口流道60連通至外界。

參考圖3，其顯示本發明空調系統應用於冷氣及循環狀態之示意圖。在冷氣及循環狀態，控制該第一冷氣控制閥31，使該冷卻器11與該第一冷氣流道29導通，該冷卻器11與該第一空氣入口流道21不導通；控制該第二冷氣控制閥32，使該冷卻器11與該第二冷氣流道23導通，該冷卻器11與該第一空氣出口流道22不導通。且控制該艙室控制閥36，使該第二冷氣流道23與該艙室50導通，該第一暖氣流道26與該艙室50不導通；控制該艙室出口控制閥35，使該艙室50與該艙室出口流道60不導通。因此，本發明空調系統20可冷卻該艙室50之空氣且進行循環。

另外，控制該第一暖氣控制閥33，使該加熱器15與該第一暖氣流道26不導通，該加熱器15與該第二空氣入口流道25導通；控制該第二暖氣控制閥34，使該加熱器15與該第二暖氣流道28不導通，該加熱器15與該第二空氣出口流道24導通，使外界空氣流經該加熱器15。

參考圖4，其顯示本發明空調系統應用於冷氣及換氣狀態之示意圖。在冷氣及換氣狀態，與圖3之冷氣及循環狀態不同之處在於，控制該第一冷氣控制閥31，使該冷卻器11與該第一冷氣流道29不導通，該冷卻器11與該第一空氣入口流道21導通，使外界空氣進入該冷卻器11；且控制該艙室出口控制閥35，使該艙室50與該艙室出口流道60導通，使該艙室50內空氣可排出至外界。因此，本發明空調系統20可冷卻該艙室50之空氣且進行換氣。

參考圖5，其顯示本發明空調系統應用於冷氣及部分換氣狀態之示意圖。在冷氣及部分換氣狀態，與圖4之冷氣及換氣狀態不同之處在於，控制該第一冷氣控制閥31，使該冷卻器11與該第一冷氣流道29部分導通，該冷卻器11與該第一空氣入口流道21部分導通，使外界空氣進入該冷卻器11，且該艙室50之部分空氣經由該第一冷氣流道29，再進入該冷卻器11循環。因此，本發明空調系統20可冷卻該艙室50之空氣且進行部分換氣。

參考圖6，其顯示本發明空調系統應用於暖氣及循環狀態之示意圖。在暖氣及循環狀態，控制該第一暖氣控制閥33，使該加熱器15與該第一暖氣流道26導通，該加熱器15與該第二空氣入口流道25不導通；控制該第二暖氣控制閥34，使該加熱器15與該第二暖氣流道28導通，該加熱器15與該第二空氣出口流道24不導通。且控制該艙室控制閥36，使該第二冷氣流道23與該艙室50不導通，該第一暖氣流道26與該艙室50導通；控制該艙室出口控制閥35，使該艙室50與該艙室出口流道60不導通。因此，本發明空調系統20可暖化該艙室50之空氣且進行循環。

另外，控制該第一冷氣控制閥31，使該冷卻器11與該第一冷氣流道29不導通，該冷卻器11與該第一空氣入口流道21導通；控制該第二冷氣控制閥32，使該冷卻器11與該第二冷氣流道23不導通，該冷卻器11與該第一空氣出口流道22導通，使外界空氣流經該冷卻器11。

參考圖7，其顯示本發明空調系統應用於暖氣及換氣狀態之示意圖。在暖氣及換氣狀態，與圖6之暖氣及循環狀態不同之處在於，控制該第一暖氣控制閥33，使該加熱器15與該第一暖氣流道26不導通，該加熱器15與該第二空氣入口流道25導通，使外界空氣進入該加熱器15；且控制該艙室出口控制閥35，使該艙室50與該艙室出口流道60導通，使該艙室50內空氣可排出至外界。因此，本發明空調系統20可暖化該艙室50之空氣且進行換氣。

參考圖8，其顯示本發明空調系統應用於除濕及循環狀態之示意圖。在除濕及循環狀態，控制該第一冷氣控制閥31，使該冷卻器11與該第一冷氣流道29導通，該冷卻器11與該第一空氣入口流道21不導通；控制該第二冷氣控制閥32，使該冷卻器11與該第二冷氣流道23導通，該冷卻器11與該第一空氣出口流道22不導通。且控制該艙室控制閥36，使該第二冷氣流道23與該艙室50及該第一暖氣流道26導通；控制該艙室出口控制閥35，使該艙室50與該艙室出口流道60不導通。

另外，控制該第一暖氣控制閥33，使該加熱器15與該第一暖氣流道26導通，該加熱器15與該第二空氣入口流道25不導通；控制該第二暖氣控制閥34，使該加熱器15與該第二暖氣流道28導通，該加熱器15與該第二空氣出口流道24不導通，使來自該該第二冷氣流道23之空氣經該第一暖氣流道26至該加熱器15。因此，本發明空調系統20對該艙室50之空氣除濕且進行循環。

參考圖9，其顯示本發明空調系統應用於除濕及換氣狀態之示意圖。在除濕及換氣狀態，與圖8之除濕及循環狀態不同之處在於，控制該第一冷氣控制閥31，使該冷卻器11與該第一冷氣流道29不導通，該冷卻器11與該第一空氣入口流道21導通，使外界空氣進入該冷卻器11；且控制該艙室出口控制閥35，使該艙室50與該艙室出口流道60導通，使該艙室50內空氣可排出至外界。因此，本發明空調系統20可對該艙室50之空氣除濕且進行換氣。

因此，本發明之空調系統不需切換或變動冷媒迴路，僅藉由改變控制閥之切換，使空氣行進路徑改變，以達到冷氣、暖氣、除濕、循環、換氣等功能，使本發明之空調系統具安全性及節省能源，並可降低整體成本。本發明之空調系統可應用於電動車之空調。

惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

10．．．本發明之空調系統(冷媒迴路)

11．．．冷卻器

12．．．冷媒液氣分離器

13．．．冷媒中間熱交換器

14．．．冷媒壓縮機

15．．．加熱器

16．．．冷媒膨脹裝置

17．．．第一流體驅動器

18．．．第二流體驅動器

20．．．本發明之空調系統(空氣迴路)

21．．．第一空氣入口流道

22．．．第一空氣出口流道

23．．．第二冷氣流道

24．．．第二空氣出口流道

25．．．第二空氣入口流道

26．．．第一暖氣流道

28．．．第二暖氣流道

29．．．第一冷氣流道

31．．．第一冷氣控制閥

32．．．第二冷氣控制閥

33．．．第一暖氣控制閥

34．．．第二暖氣控制閥

35．．．艙室出口控制閥

36．．．艙室控制閥

50．．．艙室

60．．．艙室出口流道

圖1顯示本發明空調系統之冷媒迴路之示意圖圖；

圖2顯示本發明空調系統之空氣迴路之示意圖；

圖3顯示本發明空調系統應用於冷氣及循環狀態之示意圖；

圖4顯示本發明空調系統應用於冷氣及換氣狀態之示意圖；

圖5顯示本發明空調系統應用於冷氣及部分換氣狀態之示意圖；

圖6顯示本發明空調系統應用於暖氣及循環狀態之示意圖；

圖7顯示本發明空調系統應用於暖氣及換氣狀態之示意圖；

圖8顯示本發明空調系統應用於除濕及循環狀態之示意圖；及

圖9顯示本發明空調系統應用於除濕及換氣狀態之示意圖。

11．．．冷卻器

15．．．加熱器

17．．．第一流體驅動器

18．．．第二流體驅動器

20．．．本發明之空調系統(空氣迴路)

21．．．第一空氣入口流道

22．．．第一空氣出口流道

23．．．第二冷氣流道

24．．．第二空氣出口流道

25．．．第二空氣入口流道

26．．．第一暖氣流道

28．．．第二暖氣流道

29．．．第一冷氣流道

31．．．第一冷氣控制閥

32．．．第二冷氣控制閥

33．．．第一暖氣控制閥

34．．．第二暖氣控制閥

35．．．艙室出口控制閥

36．．．艙室控制閥

50．．．艙室

60．．．艙室出口流道

Claims (10)

1. 一種空調系統，包括：一冷媒迴路，供一冷媒循環，該冷媒迴路包括：一冷卻器，藉由該冷媒與空氣熱交換以降溫空氣；及一加熱器，藉由該冷媒與空氣熱交換以加熱空氣；至少一冷氣流道，連接該冷卻器及一艙室，用以使空氣流經該冷卻器及該艙室，該至少一冷氣流道包括一第一冷氣流道及一第二冷氣流道；至少一冷氣控制閥，設置於該冷卻器與該冷氣流道之間，用以控制該冷卻器與該冷氣流道之導通與否，至少一冷氣控制閥包括一第一冷氣控制閥及一第二冷氣控制閥，該第一冷氣流道設置於該冷卻器之一入口，該第二冷氣流道設置於該冷卻器之一出口，該第一冷氣控制閥設置於該冷卻器之該入口與該第一冷氣流道之間，用以控制該冷卻器與該第一冷氣流道之導通與否，該第二冷氣控制閥設置於該冷卻器之該出口與該第二冷氣流道之間，用以控制該冷卻器與該第二冷氣流道之導通與否；至少一暖氣流道，連接該加熱器及該艙室，用以使空氣流經該加熱器及該艙室，至少一暖氣流道包括一第一暖氣流道及一第二暖氣流道；及至少一暖氣控制閥，設置於該加熱器與該暖氣流道之間，用以控制該加熱器與該暖氣流道之導通與否，至少一暖氣控制閥包括一第一暖氣控制閥及一第二暖氣控制 閥，該第一暖氣流道設置於該加熱器之一入口，該第二暖氣流道設置於該加熱器之一出口，該第一暖氣控制閥設置於該加熱器之該入口與該第一暖氣流道之間，用以控制該加熱器與該第一暖氣流道之導通與否，該第二暖氣控制閥設置於該加熱器之該出口與該第二暖氣流道之間，用以控制該加熱器與該第二暖氣流道之導通與否。
2. 如請求項1之空調系統，另包括一第一流體驅動器，設置於該冷卻器之一入口，用以將空氣吸入該冷卻器。
3. 如請求項2之空調系統，另包括一第二流體驅動器，設置於該加熱器之一入口，用以將空氣吸入該加熱器。
4. 如請求項1之空調系統，另包括一第一空氣入口流道及一第一空氣出口流道，該第一空氣入口流道設置於該冷卻器之該入口，該第一空氣出口流道設置於該冷卻器之該出口，該第一冷氣控制閥設置於該冷卻器之該入口與該第一冷氣流道及該第一空氣入口流道之間，用以控制該冷卻器與該第一冷氣流道及該第一空氣入口流道之導通與否，該第二冷氣控制閥設置於該冷卻器之該出口與該第二冷氣流道及該第一空氣出口流道之間，用以控制該冷卻器與該第二冷氣流道及該第一空氣出口流道之導通與否。
5. 如請求項4之空調系統，另包括一第二空氣入口流道及一第二空氣出口流道，該第二空氣入口流道設置於該加熱器之該入口，該第二空氣出口流道設置於該加熱器之該出口，該第一暖氣控制閥設置於該加熱器之該入口與 該第一暖氣流道及該第二空氣入口流道之間，用以控制該加熱器與該第一暖氣流道及該第二空氣入口流道之導通與否，該第二暖氣控制閥設置於該加熱器之該出口與該第二暖氣流道及該第二空氣出口流道之間，用以控制該加熱器與該第二暖氣流道及該第二空氣出口流道之導通與否。
6. 如請求項5之空調系統，另包括一艙室控制閥，用以控制該第二冷氣流道與該艙室之導通與否。
7. 如請求項6之空調系統，其中該艙室控制閥用以控制該第一暖氣流道與該艙室之導通與否。
8. 如請求項7之空調系統，其中該艙室控制閥用以控制該第一暖氣流道與該第二冷氣流道之導通與否。
9. 如請求項1之空調系統，另包括一艙室出口流道及一艙室出口控制閥，該艙室出口控制閥用以控制該艙室與該艙室出口流道之導通與否。
10. 如請求項1之空調系統，另包括一冷媒液氣分離器、一冷媒中間熱交換器、一冷媒壓縮機及一冷媒膨脹裝置，冷媒液氣分離器用以接收來自該冷卻器之液態及氣態低壓冷媒，並將液態及氣態低壓冷媒分離為液態低壓冷媒及氣態低壓冷媒，該冷媒中間熱交換器接收氣態低壓冷媒，氣態低壓冷媒在該冷媒中間熱交換器與高壓冷媒進行熱交換，使冷媒溫度上升，並進入該冷媒壓縮機，加壓至超臨界狀態，加壓後之冷媒進入該加熱器降溫，降溫後之冷媒進入該冷媒中間熱交換器與低壓低溫之冷媒 進行熱交換，降溫後之冷媒進入該冷媒膨脹裝置降壓降溫，再進入該冷卻器。