TWI605960B

TWI605960B - 使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統

Info

Publication number: TWI605960B
Application number: TW104130385A
Authority: TW
Inventors: 張烔堡; 黃中衛
Original assignee: 國立嘉義大學
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2017-11-21
Also published as: TW201710108A

Description

使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統

本發明係關於一種使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統；特別關於一種利用第一、二及三熱交換器產生多種製冷與加熱方式，使電動車輛之空調系統可提供冷氣、微暖氣加熱除溼、中暖氣加熱除溼、强暖氣加熱除溼、超强暖氣加熱除溼及暖氣加熱不除溼...等多種作用功能，俾以因應各種不同天候切換使用。

按，電動馬達作為車輛之動力係為未來趨勢，其優點在於電動馬達能改善傳統燃油車輛排放大量廢氣污染環境之問題。現有燃油車輛之空調系統壓縮機的動力源係來自燃油引擎，但電動車輛無燃油引擎設置，其空調系統之壓縮機無法藉由引擎驅動。是以，電動車輛需要一組兼具冷暖氣及除溼功能的電動空調系統，俾以符合使用需求。

現階段，國、內外電動車輛冷暖空調系統之暖氣係由熱泵提供，請參閱第1圖，上述習用冷暖空調系統Z設有一四通閥Z1、一膨脹閥Z2與數個單向閥Z3，其藉由變換冷媒流向以產生製冷與產熱，但該習用冷暖空調系統並無針對車廂內之空氣進行除溼及車前擋風玻璃除霧及除霜之功能，當乘車人員排放之水氣在車廂內部無法除溼時，該水氣會凝結在車窗玻璃內側形成一層白霧，進而影響駕駛之視線及行車安全。

本發明為解決電動車輛前擋玻璃因温、溼度差異而產生結霜或起霧之問題，特以現有空調系統基本設置為基礎，並改善傳統壓縮機，改採用能依負荷調整輸出之變頻式壓縮機將熱交換器之面積作適當調整，並增設四通閥、熱交換器、圈狀電熱式加熱器、膨脹閥及單向閥...等，使空調系統之冷、暖氣切換能因應駕駛者及乘客需求操作，且空調系統之熱交換器具有蒸發器及冷凝器功能，而能利用熱交換器產生多種製冷與加熱方式，使電動車輛之空調系統具備冷氣、正常微加熱、中加熱、强加熱及超强加熱...等作用功能，俾以因應各種不同天候切換使用。

本發明使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統，包含：一具有A作用端及B作用端之變頻式壓縮機、一與變頻式壓縮機之B作用端連結之四通閥、三與四通閥連結之第一、二及三熱交換器、二與第一、二及三熱交換器連結之甲、乙三通閥、二分別與變頻式壓縮機及第二熱交換器連結之第一、二圈狀電熱式加熱器、二與第二、三熱交換器連結之第一、二膨脹閥以及四與第一、二及三熱交換器連結之第一、二、三及四單向閥。該變頻式壓縮機用以加壓輸送冷媒，使冷媒於系統內循環；該四通閥用以調整冷媒之流向；該第一、二及三熱交換器用以吸收及排除車輛內、外部之熱能；該甲、乙三通閥用以調整冷媒之流向；該第一、二圈狀電熱式加熱器用以透過加熱使冷媒氣化；該第一、二膨脹閥用以調整冷媒之流量；該第一、二、三及四單向閥用以輸送冷媒，並避免冷媒反向流動。

上述第一熱交換器具有C作用端及D作用端，該C作用端藉以連結第一熱交換器與四通閥，該第二熱交換器具有E作用端及F作用端，該F作用端藉以連結第二熱交換器與四通閥，該第三熱交換器具有G作用端及H作用端。

上述甲三通閥分別連結乙三通閥、第三熱交換器之G作用端及H作用端，該乙三通閥分別連結甲三通閥、第一熱交換器之C作用端及D作用端。上述第一膨脹閥組設於甲三通閥與第二熱交換器之E作用端之間，該第二膨脹閥組設於第一熱交換器之D作用端與第二熱交換器之E作用端之間。

上述第一圈狀電熱式加熱器組設於變頻式壓縮機之A作用端與四通閥之間，該第二圈狀電熱式加熱器組設於第二熱交換器旁側。

上述第一單向閥組設於第一熱交換器之D作用端與第二膨脹閥之間，該第二單向閥組設於第二熱交換器之E作用端與第一、二膨脹閥之間，該第三單向閥組設於乙三通閥、第一熱交換器之C作用端與四通閥之間，該第四單向閥組設於乙三通閥與第一熱交換器之D作用端之間。

上述第一熱交換器位於電動車輛外部，而第二及第三熱交換器位於電動車輛室內。

本發明使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統，其冷暖除溼切換能因應駕駛者及乘客需求操作，該第一、二及三熱交換器具有蒸發器及冷凝器功能，利用第一、二及三熱交換器具有多種製冷與加熱方式，使電動車輛之空調系統可提供冷氣、微暖氣加熱除溼、中暖氣加熱除溼、强暖氣加熱除溼、超强暖氣加熱除溼及暖氣加熱不除溼等...多種作用功能，俾以因應各種不同天候切換使用。

(習用)

Z‧‧‧冷暖空調系統

Z1‧‧‧四通閥

Z2‧‧‧膨脹閥

Z3‧‧‧單向閥

(本發明)

1‧‧‧一體式冷暖除溼空調系統

10‧‧‧鼓風機

11‧‧‧變頻式壓縮機

12‧‧‧四通閥

13‧‧‧第一熱交換器

14‧‧‧第二熱交換器

15‧‧‧第三熱交換器

16‧‧‧甲三通閥

17‧‧‧乙三通閥

18‧‧‧第一圈狀電熱式加熱器

19‧‧‧第二圈狀電熱式加熱器

1a‧‧‧第一膨脹閥

1b‧‧‧第二膨脹閥

1c‧‧‧第一單向閥

1d‧‧‧第二單向閥

1e‧‧‧第三單向閥

1f‧‧‧第四單向閥

A~H‧‧‧作用端

第1圖係習用冷暖空調系統之電路圖。

第2圖係本發明冷暖除溼冷暖空調系統之電路圖。

第3圖係本發明冷暖除溼空調系統提供冷氣之流程圖。

第4圖係本發明冷暖除溼空調系統提供微暖氣加熱同時除溼之流程圖。

第5圖係本發明冷暖除溼空調系統提供中暖氣加熱同時除溼之流程圖。

第6圖係本發明冷暖除溼空調系統提供强暖氣加熱同時除溼之流程圖。

第7圖係本發明冷暖除溼空調系統提供超强暖氣加熱同時除溼之流程圖。

第8圖係本發明冷暖除溼空調系統只提供加熱不除溼之流程圖。

有關於本發明之相關申請專利特色與技術內容，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱第2圖，本發明使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統1，包含：

一具有A作用端及B作用端之變頻式壓縮機11。

一與變頻式壓縮機之B作用端連結之四通閥12。

至少三個第一、二及三熱交換器13、14、15，該第一熱交換器13具有C作用端及D作用端，且C作用端藉以連結第一熱交換器13與四通閥12，該第二熱交換器14具有E作用端及F作用端，且F作用端藉以連結第二熱交換器14與四通閥12連結，該第三熱交換器15具有G作用端及H作用端，並使第一熱交換器13位於電動車輛外部，第二及第三熱交換器14、15位於電動車輛室內。

至少二個甲、乙三通閥16、17，該甲三通閥16分別連結乙三通閥17、第三熱交換器15之G作用端及H作用端，該乙三通閥17分別連結甲三通閥16、第一熱交換器13之C作用端及D作用端。

至少二個第一、二圈狀電熱式加熱器18、19，該第一圈狀電熱式加熱器18組設於變頻式壓縮機11之A作用端與四通閥12之間，該第二圈狀電熱式加熱器19組設於第二熱交換器14旁側。

至少二個第一、二膨脹閥1a、1b，該第一膨脹閥1a組設於甲三通閥16與第二熱交換器14之E作用端之間，該第二膨脹閥1b組設於第一熱交換器13之D作用端與第二熱交換器14之E作用端之間。

至少四個第一、二、三及四單向閥1c、1d、1e、1f，該第一單向閥1c組設於第一熱交換器13之D作用端與第二膨脹閥1b之間，該第二單向閥1d組設於第二熱交換器14之E作用端與第一、二膨脹閥1a、1b之間，該第三單向閥1e組設於乙三通閥17、第一熱交換器13之C作用端與四通閥12之間，該第四單向閥1f組設於乙三通閥17與第一熱交換器13之D作用端之間。

參閱第3圖，為本發明冷暖除溼空調系統提供冷氣之實施例，本發明變頻式壓縮機11使用於提供冷氣時，需以車廂內、外温度、負載及車速為參考依據，並能精準地控制變頻式壓縮機11輸出，進而達到强冷至微冷...等多種變化，配合車廂內、外之變頻風扇與鼓風機10能將風扇轉速由最大風量調整至最微小風量，而系統運轉製冷之情況如下，此時四通閥12在冷氣位置，變頻式壓縮機11開始運轉並壓送出冷媒至第一熱交換器13，排除熱能後之冷媒經第一單向閥1c及第二膨脹閥1b調整流量後，進入第二熱交換器14以吸收車廂內之熱量，再經四通閥12回到變頻式壓縮機11，進而完成循環。

參閱第4圖，其為本發明冷暖除溼空調系統提供微暖氣加熱同時除溼之實施例，首先四通閥12切換至暖氣模式，變頻式壓縮機11開始運轉，並壓送冷媒經四通閥12送至第二熱交換器14，將熱能與車廂內空氣作交換以達到對車廂內微暖氣加熱，此作法將冷媒由氣態變成液態，在流經第一膨脹閥1a後，經甲三通閥16進入第三熱交換器15，經調整冷媒量之冷媒因壓力差而汽化吸收第三熱交換器15之熱量後，回流至變頻式壓縮機11，而氣體吹送部分車內之鼓風機10吸入車廂內潮濕且低温空氣至第三熱交換器15以進行除溼，並將多餘水氣凝結排出，並進入第二熱交換器14針對經水分去除之空氣進行加熱送入車廂內，此可解決駕駛與乘客因低温高濕而產生身體不適、車內濕氣過多而造成車窗玻璃水分凝結與因人體呼出之水分造成前擋玻璃與車窗起霧等問題。

參閱第5圖，其為本發明冷暖除溼空調系統提供中暖氣加熱同時除溼之實施例，首先四通閥12仍切換在暖氣模式，變頻式壓縮機11方可開始運轉，並將壓送冷媒經四通閥12送至第二熱交換器14將熱能與車廂內空氣作交換以達到對車廂內中加熱，此作法將冷媒由氣態變成液態，在流經第一膨脹閥1a後，經甲三通閥16進入第三熱交換器15，經調整冷媒量之冷媒因壓力差而汽化吸收第三熱交換器15熱量後，再流至車外之第一熱交換器13以再一次吸收車外之熱能後回流至變頻式壓縮機11，而氣體吹送部分車內之鼓風機10吸入車廂內潮濕且低温空氣至第三熱交換器15以進行除溼與將多餘水氣凝結排出之動作，並進入第二熱交換器14針對經水分去除之空氣進行加熱送入車廂內，其除可解決駕駛者因低温高濕而產生身體不適、車內濕氣過多而造成車窗玻璃凝結與因人體呼出之水分造成前擋玻璃與車窗起霧等問題，另外，亦可針對車內人員多寡進行高效率又多階段之除溼功能。

參閱第6圖，其為本發明冷暖除溼空調系統提供强暖氣加熱同時除溼之實施例，首先四通閥12仍切換在暖氣模式，冷暖除溼空調系統之變頻式壓縮機11輸出冷媒經管路至第二熱交換器14釋放熱能後，在流經第一膨脹閥1a後，經甲三通閥16進入第三熱交換器15以吸收其車內空氣之熱能並除溼，吸收熱能後之冷媒再流至車外之第一熱交換器13，以再次吸收車外之熱能，最後回流至變頻式壓縮機11，而車內部份需藉由鼓風機10風扇抽入車內空氣，並經第三熱交換器15進行空氣中濕度調節，且經調節之空氣引入第二熱交換器14並進行熱交換，吸收熱能之暖氣再經風扇送入車內以提升車內温度，而在此階段與前者之不同在於變頻式壓縮機11之A作用端設有第一圈狀電熱式加熱器18，而能藉由加熱讓冷媒完全吸收熱能而氣化並且達到加熱之功效。

參閱第7圖，其為本發明冷暖除溼空調系統提供超强暖氣加熱同時除溼之實施例，藉由第一、二及三個熱交換器13、14、15依加熱方式之不同，分別從車廂外與車廂內部擷取熱能與排除熱能等動作，首先針對進入車廂之空氣經第三熱交換器15進行除溼再經第二熱交換器14加熱空氣，假若此時系統供應温度不足以提供所需熱源時，則藉由第二圈狀電熱式加熱器19針對第二熱交換器14產生熱能將車內温度再次提高。

參閱第8圖，其為本發明冷暖除溼空調系統只提供加熱不除溼之實施例，當車內溼度不高不需要除霧時，單純加熱空氣、不作除溼會比較省電，或者車主需要暖氣但並未按除溼鍵時，此時四通閥12切換至暖氣模式，變頻式壓縮機11方可開始運轉，並將壓送冷媒經四通閥12送至第二熱交換器14，將熱能與車廂內空氣作交換以對車廂內進行暖氣加熱，此作法將冷媒由氣態變成液態，在流經第一膨脹閥1a後，經甲三通閥16再直接進入乙三通閥17，再進入第一熱交換器13進行吸熱並回到變頻式壓縮機11，假若進入變頻式壓縮機11前冷媒無法完全汽化，則開啟第一圈狀電熱式加熱器18來加熱管路中冷媒，使冷媒能完全吸收熱能成為完全氣態冷媒後進入變頻式壓縮機11，經壓縮後進入冷凝器以鼓風機10抽入車廂內空氣以提升車內温度，假若車輛所屬位置為極為寒冷之地區時，則能開啟第二圈狀電熱式加熱器19，藉由第二圈狀電熱式加熱器19產生熱能將車內温度再次提高。

經由以上實施例，可知本發明使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統見諸以下功效增進之處：

1.本發明一體式冷暖除溼空調系統，其冷暖氣及除溼切換係因應駕駛者及乘客需求操作，且第一、二及三熱交換器具有蒸發器及冷凝器功能，而能利用第一、二及三熱交換器產生多種製冷與加熱方式，俾以因應各種不同天候切換使用。

2.本發明使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統，可改善習用電動車輛之冷暖空調系統無法針對車廂內進行除溼及車前擋風玻璃除霧及除霜之問題，係一創新具進步性之冷暖除溼空調系統。

3.本發明使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統，可提供電動車輛具有冷氣、微暖氣加熱除溼、中暖氣加熱除溼、强暖氣加熱除溼、超强暖氣加熱除溼及暖氣加熱不除溼等多種空調功能，有鑑於電動車輛是未來的發展趨勢，其空調系統與現行引擎車輛不同，本發明將冷暖除溼空調系統設為一體式有其必要性，且充份符合產業利用性。

綜上所述，本發明使用於電動車輛之一體式冷暖除溼空調系統，其有效改善習用電動車輛之冷暖空調系統，無法針對車廂內之空氣，進行除溼及車前擋風玻璃除霧及除霜之問題，本發明確實符合新穎性、進步性及產業利用性之專利要件。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及新型說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。