專(zhuān)利名稱(chēng):使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,該空調(diào)器安裝在諸如汽車(chē)一類(lèi)的車(chē)輛上。
背景技術(shù):
近來(lái),隨著要求改善空氣環(huán)境與環(huán)境問(wèn)題的需要,對(duì)于引入一低污染和代用能量的車(chē)輛的需求越來(lái)越高。當(dāng)用天然氣來(lái)作為代替能源時(shí),這基本上只是燃料的改變,并不需要改變空調(diào)裝置(下稱(chēng)空調(diào)器)的基本結(jié)構(gòu),因?yàn)槠渲腥匀痪哂袃?nèi)燃機(jī)(下稱(chēng)發(fā)動(dòng)機(jī))。
然而,如果在電動(dòng)車(chē)輛或混合動(dòng)力車(chē)輛(同時(shí)使用電動(dòng)馬達(dá)和發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源)內(nèi)使用傳統(tǒng)的空調(diào)器時(shí),則需要重新考慮在供暖運(yùn)行過(guò)程中的熱源,以及在制冷運(yùn)行過(guò)程中的壓縮機(jī)動(dòng)力源,其中混合動(dòng)力車(chē)輛是代用能量車(chē)輛中的一種主要的候選車(chē)。
也就是說(shuō),在供暖運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一問(wèn)題,因?yàn)殡妱?dòng)車(chē)輛沒(méi)有如傳統(tǒng)的車(chē)輛中那樣用發(fā)動(dòng)機(jī)制冷水作為熱源,而在混合動(dòng)力車(chē)輛中具有一種馬達(dá)行駛模式,在該模式下發(fā)動(dòng)機(jī)停止,車(chē)輛僅由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),從而不能獲得足夠的熱水。
此外,在制冷運(yùn)行過(guò)程中,壓縮機(jī)的動(dòng)力源不能如傳統(tǒng)的車(chē)輛那樣僅依靠發(fā)動(dòng)機(jī),而是必須提供另一動(dòng)力源。例如,在混合動(dòng)力車(chē)輛中,具有一種馬達(dá)行駛模式,在該模式下車(chē)輛僅由電動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng),或者即使車(chē)輛由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),則在停車(chē)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)也是停止的而不進(jìn)行怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此,當(dāng)僅將發(fā)動(dòng)機(jī)用作壓縮機(jī)的動(dòng)力源時(shí),空調(diào)器不可能穩(wěn)定運(yùn)行。
基于此,家用制冷/供暖空調(diào)器中所使用的熱泵型空調(diào)器已經(jīng)被用作安裝在諸如電動(dòng)車(chē)輛與混合動(dòng)力車(chē)輛一類(lèi)車(chē)輛的空調(diào)器中。
圖4表示的是一種使用熱泵的傳統(tǒng)車(chē)輛空調(diào)器的結(jié)構(gòu)示意圖。在該圖中,標(biāo)記1表示一車(chē)內(nèi)熱交換器,2表示一壓縮機(jī)單元,3表示一車(chē)外熱交換器,4表示一抽入外部空氣的風(fēng)扇。在該情形中,車(chē)外熱交換器3與壓縮機(jī)單元2等一起被安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室的內(nèi)部。通過(guò)啟動(dòng)用于抽入外部空氣的風(fēng)扇4,外部空氣可以被抽入發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)。
對(duì)于上述傳統(tǒng)的構(gòu)造,制冷劑如下所述進(jìn)行循環(huán),以對(duì)車(chē)廂進(jìn)行制冷和供暖。
在供暖運(yùn)行過(guò)程中,制冷劑沿順時(shí)針?lè)较蜓h(huán),如圖中的實(shí)線箭頭所示。制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)單元2內(nèi)的壓縮機(jī)被轉(zhuǎn)換成高溫高壓氣體,然后被輸送到車(chē)內(nèi)熱交換器1,以與車(chē)輛外的空氣(外部空氣)或與車(chē)輛內(nèi)的空氣(內(nèi)部空氣)進(jìn)行熱交換。結(jié)果是,外部空氣或內(nèi)部空氣(下稱(chēng)吸入空氣)通過(guò)從高溫高壓氣體制冷劑中吸收熱量而變成熱空氣,并且與此同時(shí),高溫高壓氣體制冷劑損失熱量而變成冷凝液,并且變成高溫高壓液體制冷劑。
接著,高溫高壓液體制冷劑通過(guò)壓縮機(jī)單元2,在此膨脹變成低溫低壓液體制冷劑,并且被輸送給車(chē)外熱交換器3。在車(chē)外熱交換器3中,低溫低壓液體制冷劑從外部空氣吸收熱量,并且蒸發(fā)和氣化,變成低溫低壓氣體制冷劑。該低溫低壓氣體制冷劑被再次輸送給壓縮機(jī)單元2并且被壓縮,變成高溫高壓氣體。此后,重復(fù)上述過(guò)程。
也就是說(shuō),在供暖運(yùn)行過(guò)程中,車(chē)外熱交換器3用作蒸發(fā)器,而車(chē)內(nèi)熱交換器1則用作冷凝器。
如果繼續(xù)這一運(yùn)行,在車(chē)外熱交換器3上就會(huì)結(jié)霜,并且不能進(jìn)行充分的熱交換。因此,如果滿足預(yù)定的除霜條件,就通過(guò)轉(zhuǎn)換制冷劑的流動(dòng)方向,即通過(guò)使制冷劑如在后面將描述的制冷運(yùn)行中那樣地流動(dòng)來(lái)進(jìn)行除霜運(yùn)行,以使霜溶化。采用這種除霜運(yùn)行,在供暖運(yùn)行過(guò)程中作為蒸發(fā)器的車(chē)外熱交換器3就用作了冷凝器,這樣就可以通過(guò)從制冷劑接收熱量而將霜溶化。
在制冷/除濕運(yùn)行過(guò)程中,制冷劑沿逆時(shí)針?lè)较蜓h(huán),如圖中的虛線箭頭所示。通過(guò)壓縮機(jī)單元2中的壓縮機(jī)而轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w的制冷劑被輸送給車(chē)外熱交換器3,以與外部空氣進(jìn)行熱交換。結(jié)果是,制冷劑向外部空氣釋放熱量,并且被轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠?,變成高溫高壓液體制冷劑。如上所述變成高溫高壓液體制冷劑的制冷劑通過(guò)在壓縮機(jī)單元2內(nèi)的節(jié)流阻力閥變成低溫低壓液體制冷劑,并且然后被輸送給車(chē)內(nèi)熱交換器1。
接著,低溫低壓液體制冷劑從車(chē)內(nèi)熱交換器1的吸入空氣中吸收熱量,以冷卻空氣。因此,可以向車(chē)廂輸送冷卻空氣,并且與此同時(shí),制冷劑本身被蒸發(fā)和氣化,變成低溫低壓氣體制冷劑,再次被輸送給壓縮機(jī)單元2內(nèi)的壓縮機(jī)。此后,重復(fù)上述過(guò)程??傊谥评溥\(yùn)行過(guò)程中,車(chē)內(nèi)熱交換器1用作蒸發(fā)器,而車(chē)外熱交換器3則用作冷凝器。
對(duì)于上述傳統(tǒng)的采用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,希望在供暖運(yùn)行過(guò)程中有效地利用來(lái)自動(dòng)力源(發(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)馬達(dá)等)的余熱。
也就是說(shuō),當(dāng)外部空氣溫度較低時(shí),使用熱泵可能難以從外部空氣抽入足夠的熱量,從而會(huì)引起空調(diào)器的供暖能力不足的問(wèn)題。例如,溫度不能如希望的那樣上升,或者需要一段較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)達(dá)到所希望的溫度。因此,渴望通過(guò)使用熱泵從傳統(tǒng)上被廢棄了的發(fā)動(dòng)機(jī)余熱等中吸入熱量來(lái)改善供暖能力,并且在空調(diào)器的供暖運(yùn)行過(guò)程中有效地利用該熱量,從而提高車(chē)輛空調(diào)器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
此外,在需要供暖運(yùn)行的情況下上述除霜運(yùn)行執(zhí)行制冷運(yùn)行過(guò)程。因此,從給乘客提供舒適的車(chē)廂環(huán)境的觀點(diǎn)出發(fā),最好是除霜運(yùn)行的頻率應(yīng)當(dāng)最小,并且應(yīng)當(dāng)在短的時(shí)間段內(nèi)結(jié)束這些除霜運(yùn)行。此外,當(dāng)啟動(dòng)或停止除霜運(yùn)行時(shí),運(yùn)行一個(gè)四通閥來(lái)改變制冷劑的流動(dòng)方向。此時(shí),由于高壓側(cè)與低壓側(cè)調(diào)換了,就會(huì)產(chǎn)生異常的聲音。該異常聲音的出現(xiàn)對(duì)于車(chē)輛空調(diào)器來(lái)說(shuō)是不希望的,因此希望采取措施來(lái)克服這一問(wèn)題。在除霜運(yùn)行過(guò)程中解決這一問(wèn)題是提高車(chē)輛空調(diào)器市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。
基于上述情況,本發(fā)明的目的是通過(guò)在供暖運(yùn)行過(guò)程中有效地利用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱來(lái)改善車(chē)輛空調(diào)器的供暖能力,以及解決在除霜運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題,從而提供具有較高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明采用下述措施。
根據(jù)本發(fā)明的第一種情況的一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器是這樣一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,該熱泵具有一套包括一臺(tái)壓縮機(jī)、一個(gè)節(jié)流阻力閥和一個(gè)四通閥的壓縮機(jī)單元,該單元通過(guò)一制冷劑通路連接到一個(gè)用于在制冷劑與吸入空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)內(nèi)熱交換器上,以及一安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的用于在制冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)外熱交換器;該空調(diào)器還裝備有一用于抽入外部空氣的風(fēng)扇,并且通過(guò)轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動(dòng)方向來(lái)執(zhí)行制冷運(yùn)行與供暖運(yùn)行,其中在供暖運(yùn)行的過(guò)程中,如果發(fā)動(dòng)機(jī)室的溫度高于一預(yù)定值,則將用于抽入外部空氣的風(fēng)扇逆轉(zhuǎn),從而高溫空氣被從發(fā)動(dòng)機(jī)室排出到外部。
在此情形中,最好是將用于抽入外部空氣的風(fēng)扇安裝在車(chē)體內(nèi),從而從車(chē)體側(cè)面抽入外部空氣外部空氣。
此外,當(dāng)用于抽入外部空氣的風(fēng)扇被安裝成從車(chē)體前側(cè)抽入外部空氣時(shí),就僅需在停車(chē)時(shí)將用于抽入外部空氣的風(fēng)扇逆轉(zhuǎn)。
對(duì)于這種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)室的溫度高于一預(yù)定值時(shí),就將用于抽入外部空氣的風(fēng)扇逆轉(zhuǎn),從而使發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的高溫空氣經(jīng)車(chē)外熱交換器流向發(fā)動(dòng)機(jī)室的外部。因此,車(chē)外熱交換器可以使用該熱泵從高溫空氣吸收熱量,所述高溫空氣是通過(guò)動(dòng)力源余熱,例如發(fā)動(dòng)機(jī)余熱而變熱的。
如果用于抽入外部空氣的風(fēng)扇被安裝成從車(chē)體側(cè)面抽入外部空氣,則可以在車(chē)輛行駛時(shí)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的逆轉(zhuǎn)運(yùn)行而不會(huì)受到?jīng)_壓(ram pressure)的影響。
根據(jù)本發(fā)明的第四種情況的一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器是這樣一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,該熱泵具有一套包括一臺(tái)壓縮機(jī)、一個(gè)節(jié)流阻力閥和一個(gè)四通閥的壓縮機(jī)單元,該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)內(nèi)熱交換器,以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)外熱交換器,并且通過(guò)轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動(dòng)方向來(lái)執(zhí)行制冷運(yùn)行與供暖運(yùn)行,其中,在供暖運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)啟動(dòng)或結(jié)束除霜運(yùn)行時(shí),在所述壓縮機(jī)的功能皙時(shí)被停止的條件下,轉(zhuǎn)換所述四通閥。
在此情形中,通過(guò)斷開(kāi)(分離)設(shè)置在一動(dòng)力源與該壓縮機(jī)之間的一離合器,可以暫停所述壓縮機(jī)的功能。
對(duì)于這種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,由于在轉(zhuǎn)換四通閥時(shí)暫停壓縮機(jī)的功能,因此沒(méi)有壓力差,可以防止出現(xiàn)異常聲音。
根據(jù)本發(fā)明的第六種情況的一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器是這樣一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,該熱泵具有一套包括一臺(tái)壓縮機(jī)、一個(gè)節(jié)流阻力(閥)和一個(gè)四通閥的壓縮機(jī)單元,該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)內(nèi)熱交換器上,以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)外熱交換器,并且通過(guò)轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動(dòng)方向來(lái)執(zhí)行制冷運(yùn)行與供暖運(yùn)行,其中,在執(zhí)行供暖運(yùn)行后,如果車(chē)輛停放或停車(chē),就執(zhí)行除霜運(yùn)行。
對(duì)于這種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,由于在停放或停車(chē)的同時(shí)可以執(zhí)行除霜運(yùn)行,因此可以減小在車(chē)輛行駛時(shí)除霜運(yùn)行的頻率與時(shí)間。
下面將結(jié)合附圖對(duì)安裝有作為本發(fā)明的一實(shí)施例的一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器的混合動(dòng)力車(chē)輛進(jìn)行描述,附圖中圖1是一種根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器的構(gòu)造示意圖。
圖2是安裝有一種圖1所示的使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器的混合動(dòng)力車(chē)輛的布置平面圖。
圖3是在除霜運(yùn)行過(guò)程中每一構(gòu)成元件的運(yùn)行時(shí)序圖。
圖4是一種傳統(tǒng)的使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器的例子的構(gòu)造示意圖。
具體實(shí)施例方式
在圖2中,標(biāo)記10表示一混合動(dòng)力車(chē)輛,在該車(chē)輛車(chē)體前部裝備有一驅(qū)動(dòng)單元12,并且在車(chē)體后部的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)裝備有一發(fā)動(dòng)機(jī)13,其中所述驅(qū)動(dòng)單元12具有封裝于其內(nèi)以驅(qū)動(dòng)前輪的一馬達(dá)11,所述發(fā)動(dòng)機(jī)13則用于驅(qū)動(dòng)后輪。該混合動(dòng)力車(chē)輛10在低速驅(qū)動(dòng)時(shí)作為一前輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛,而在超過(guò)一定速度的高速驅(qū)動(dòng)時(shí),通過(guò)將動(dòng)力源轉(zhuǎn)換到發(fā)動(dòng)機(jī)13,就作為一后輪驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。由于馬達(dá)11設(shè)置在車(chē)體的前部,考慮到安裝空間的自由度和減小空氣阻力(Cd值),發(fā)動(dòng)機(jī)13被布置在車(chē)體的后部。
另外,在發(fā)動(dòng)機(jī)13和馬達(dá)11同時(shí)作為動(dòng)力源啟動(dòng)的情況下,就可以作為一輛四輪驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛了。
在圖2中,標(biāo)記14表示一蓄電池,它是馬達(dá)11的電源;標(biāo)記15表示一馬達(dá)發(fā)電機(jī)單元,用于將發(fā)動(dòng)機(jī)13的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為電能并將電能儲(chǔ)存在蓄電池14內(nèi)。一發(fā)電馬達(dá)(未示出)安裝在馬達(dá)發(fā)電機(jī)單元15內(nèi),并且通過(guò)將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)13的驅(qū)動(dòng)力傳輸給發(fā)電馬達(dá)而產(chǎn)生電能。此外,馬達(dá)發(fā)電機(jī)單元15具有通過(guò)驅(qū)動(dòng)帶有電能的發(fā)電馬達(dá)而將儲(chǔ)存在蓄電池14內(nèi)的電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)力的功能。
標(biāo)記50表示設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)13內(nèi)的一個(gè)I/C(中間制冷器)EGR(廢氣再循環(huán))系統(tǒng)。
標(biāo)記16表示用于制冷發(fā)動(dòng)機(jī)13的一散熱器,而標(biāo)記17表示用于動(dòng)力元件的一散熱器,其與用于制冷發(fā)動(dòng)機(jī)13的散熱器16設(shè)置在一起。用于動(dòng)力元件的散熱器17用于制冷驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11、馬達(dá)發(fā)電機(jī)單元15和I/C EGR系統(tǒng)50。用于制冷發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱器16和用于動(dòng)力元件的散熱器17裝備有一散熱器制冷風(fēng)扇18,該風(fēng)扇18使從車(chē)體側(cè)面抽入的外部空氣通過(guò)散熱器來(lái)制冷,并且由此將熱量釋放給發(fā)動(dòng)機(jī)艙(發(fā)動(dòng)機(jī)室)內(nèi)的空氣。
此外,還設(shè)置有一蓄電池?zé)峤粨Q器19,用于將熱量從發(fā)動(dòng)機(jī)13輸送給蓄電池14。
接著描述安裝在混合動(dòng)力車(chē)輛10內(nèi)的空調(diào)器。
在圖1和2中,標(biāo)記20表示一套壓縮機(jī)單元,用于壓縮制冷劑;21表示一車(chē)外熱交換器;22表示一風(fēng)扇,用于抽入外部空氣;而23表示被稱(chēng)為HPVM(熱泵通風(fēng)組件)的一組件,其內(nèi)部設(shè)有一風(fēng)機(jī)24、一車(chē)內(nèi)熱交換器25和一加熱器芯26。
車(chē)外熱交換器21被布置在設(shè)于車(chē)體后部的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi),即在發(fā)動(dòng)機(jī)室的右側(cè)面,以便與從車(chē)體側(cè)面的一開(kāi)口抽入的外部空氣進(jìn)行強(qiáng)制性熱交換,其中外部空氣是通過(guò)運(yùn)行風(fēng)扇22來(lái)抽入的。HPVM 23被布置在車(chē)體后部的中間,其前面被連接到一導(dǎo)管27上,該導(dǎo)管27沿著車(chē)體的下部中央向車(chē)體前部延伸。導(dǎo)管27為圓管形,并且分別在導(dǎo)管27的中央部分和前端設(shè)有空氣輸出區(qū)28和29。在此情形中,空氣輸出區(qū)28用于后座,而空氣輸出區(qū)29則用于前座,但這些輸出區(qū)可根據(jù)需要進(jìn)行增減。
HPVM 23是用于進(jìn)行制冷、供暖和除濕以實(shí)現(xiàn)空氣調(diào)節(jié)的一組件,其方式是使由風(fēng)機(jī)24從車(chē)體外部抽入的外部空氣或者從車(chē)廂抽入的內(nèi)部空氣流過(guò)車(chē)內(nèi)熱交換器25與加熱器芯26。
車(chē)內(nèi)熱交換器25通過(guò)一制冷劑通路30連接到壓縮機(jī)單元20和車(chē)外熱交換器21上,以構(gòu)成使用熱泵的空調(diào)器。壓縮機(jī)單元20包括一壓縮機(jī)31、一蓄液器32、一四通閥33和諸如膨脹閥之類(lèi)的一節(jié)流阻力閥34,并且通過(guò)運(yùn)行壓縮機(jī)31以使制冷劑循環(huán),從而使熱泵運(yùn)行。
下面對(duì)使用熱泵的空調(diào)器的空氣調(diào)節(jié)運(yùn)行進(jìn)行描述,分別考慮制冷/除濕運(yùn)行和供暖運(yùn)行。
首先描述供暖運(yùn)行。此時(shí)制冷劑沿圖1中的順時(shí)針?lè)较?由實(shí)線箭頭表示)流動(dòng)。
壓縮機(jī)31抽入低溫低壓氣體制冷劑并對(duì)其壓縮,并且將其作為高溫高壓氣體制冷劑輸出給四通閥33。此時(shí),由于四通閥33被設(shè)置成向車(chē)內(nèi)熱交換器25輸送制冷劑,因此高溫高壓氣體制冷劑就經(jīng)制冷劑通路30被輸送給車(chē)內(nèi)熱交換器25,并且熱量與車(chē)內(nèi)空氣或由風(fēng)機(jī)24抽入的車(chē)外空氣(下稱(chēng)吸入空氣)進(jìn)行熱交換,以加熱空氣。也就是說(shuō),高溫高壓氣體制冷劑的熱量被吸入空氣吸收,并且高溫高壓氣體制冷劑被轉(zhuǎn)換成冷凝液并且變成高溫高壓液體制冷劑。與此同時(shí),通過(guò)車(chē)內(nèi)熱交換器25的吸入空氣被該熱量加熱并且作為暖空氣被輸送給車(chē)廂。在此情形中車(chē)內(nèi)熱交換器25作為一冷凝器。
從車(chē)內(nèi)熱交換器25輸出的作為高溫高壓液體制冷劑的制冷劑通過(guò)在壓縮機(jī)單元20內(nèi)的節(jié)流阻力閥34被減壓并且膨脹,變成低溫低壓液體制冷劑,然后被輸送給沿車(chē)體側(cè)面安裝的車(chē)外熱交換器21。由用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22抽入的外部空氣通過(guò)車(chē)外熱交換器21,并且車(chē)外熱交換器21與外部空氣進(jìn)行熱交換,以吸入熱量。因此,低溫低壓液體制冷劑被溫度相對(duì)較高的外部空氣加熱,并且被蒸發(fā)和氣化,變成低溫低壓氣體制冷劑。在此情形中車(chē)外熱交換器21用作一蒸發(fā)器。
已變成低溫低壓氣體的制冷劑然后被輸送給四通閥33并且被引向蓄液器32,在此處液體成分被去除,此后氣體再次被抽入壓縮機(jī)21內(nèi)并被壓縮。隨后重復(fù)同樣的制冷循環(huán),以對(duì)車(chē)廂進(jìn)行供暖。
下面描述制冷運(yùn)行。此時(shí)制冷劑沿圖1中的逆時(shí)針?lè)较?由虛線箭頭表示)流動(dòng)。
壓縮機(jī)31抽入低溫低壓氣體制冷劑并對(duì)其壓縮,并且將其作為高溫高壓氣體制冷劑輸出給四通閥33。此時(shí),由于四通閥33被設(shè)置成向車(chē)外熱交換器21輸送制冷劑,因此高溫高壓氣體制冷劑就經(jīng)制冷劑通路30被輸送給車(chē)外熱交換器21,并且熱量與由用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22抽入的外部空氣進(jìn)行熱交換。其結(jié)果是,高溫高壓氣體制冷劑的熱量被溫度相對(duì)較低的外部空氣吸收,并且高溫高壓氣體制冷劑被轉(zhuǎn)換成冷凝液并且變成高溫高壓液體制冷劑。在此情形中車(chē)外熱交換器21作為一冷凝器。
然后,高溫高壓液體制冷劑被輸送給節(jié)流阻力閥34,并且在通過(guò)節(jié)流阻力閥34時(shí)被減壓并且膨脹,變成低溫低壓液體制冷劑。然后低溫低壓液體制冷劑被輸送給車(chē)內(nèi)熱交換器25,并且與由風(fēng)機(jī)24抽入的吸入空氣進(jìn)行熱交換,并從吸入空氣吸收熱量,以實(shí)現(xiàn)制冷。其結(jié)果是,低溫低壓液體制冷劑被蒸發(fā)和氣化,變成低溫低壓氣體制冷劑。與此同時(shí),吸入空氣變成制冷空氣并且被輸送給車(chē)廂。在此情形中車(chē)內(nèi)熱交換器25用作一蒸發(fā)器。
此外,從車(chē)內(nèi)熱交換器25輸出的低溫低壓氣體制冷劑經(jīng)四通閥33被輸送給蓄液器32,并且制冷劑中的液體成分被去除。然后低溫低壓氣體制冷劑從蓄液器32再次被吸入壓縮機(jī)31內(nèi)并且被壓縮,此后重復(fù)同樣的制冷循環(huán),以實(shí)現(xiàn)車(chē)廂的制冷。
此外,圖1中所示的HPVM 23裝備有一加熱器芯26。該加熱器芯26具有從安裝在混合動(dòng)力車(chē)輛10內(nèi)的發(fā)動(dòng)機(jī)13中引入高溫發(fā)動(dòng)機(jī)制冷水的功能,以加熱通過(guò)的吸入空氣。也就是說(shuō),當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)制冷水溫度超過(guò)一預(yù)定值時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)制冷水可用作進(jìn)行供暖的補(bǔ)充熱源。
對(duì)于沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)13因此不能供給熱水的電動(dòng)車(chē)輛,在使用熱泵的空調(diào)器內(nèi)不安裝加熱器芯26。
對(duì)于上述使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,當(dāng)在供暖運(yùn)行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)室的溫度高于一預(yù)定值時(shí),這可由安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)適當(dāng)位置處的溫度的檢測(cè)裝置(例如傳感器Te)檢測(cè)到,然后將用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22逆轉(zhuǎn)。也就是說(shuō),用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22的轉(zhuǎn)動(dòng)方向被逆轉(zhuǎn),從而將發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的高溫空氣排出到車(chē)體之外。此時(shí),由于用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22被安裝在車(chē)體側(cè)面,因此發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的高溫空氣即使是在行駛過(guò)程中也可以被排出而不會(huì)受到?jīng)_壓的影響。
由于例如來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體13的輻射熱和來(lái)自散熱器16的輻射熱之類(lèi)的余熱,發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的溫度在夏天當(dāng)外部溫度較高時(shí)可以上升到大約90℃,在冬天當(dāng)外界溫度非常低時(shí)可以上升到40~50℃。
當(dāng)用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22進(jìn)行逆轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí),在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的高溫空氣沿相反的方向通過(guò)用作蒸發(fā)器的車(chē)外熱交換器21,并且被排出到車(chē)體之外。因此,流經(jīng)車(chē)外熱交換器21的低溫低壓制冷劑可以從相對(duì)于外部空氣溫度較高的空氣中吸收熱量,其前提條件是由于外部空氣溫度較低而需要進(jìn)行供暖運(yùn)行。這樣就可以進(jìn)行有效的熱交換,從而改善車(chē)外熱交換器21的吸熱能力,并且提高熱泵的供暖能力。
也就是說(shuō),由于發(fā)動(dòng)機(jī)的余熱而利用發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的空氣的熱函進(jìn)行供暖運(yùn)行是可能的。因此,可以極大地提高供暖運(yùn)行能力,特別是當(dāng)外界溫度低時(shí)。
當(dāng)檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的溫度低于預(yù)定值時(shí),用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22的上述逆轉(zhuǎn)運(yùn)行被停止并且返回到正常的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行??梢栽谟糜谕V鼓孓D(zhuǎn)運(yùn)行的設(shè)定溫度與用于啟動(dòng)逆轉(zhuǎn)運(yùn)行的設(shè)定溫度之間提供合適的溫度差。
上述實(shí)施例被構(gòu)造成使得車(chē)外熱交換器21被橫向地安裝在混合動(dòng)力車(chē)輛10的后側(cè),并且用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22從車(chē)體外側(cè)抽入外部空氣。然而,在另一實(shí)施例中,其構(gòu)造可以使得車(chē)外熱交換器21被安裝在一發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi),該發(fā)動(dòng)機(jī)室設(shè)置在車(chē)體的前部,正如通常的車(chē)輛那樣,從車(chē)體前部抽入外部空氣。也就是說(shuō),在上述混合動(dòng)力車(chē)輛10的情形中,裝備有用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22的車(chē)外熱交換器21可以被安裝在車(chē)體前部的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi),在此處還安裝有其內(nèi)裝有馬達(dá)11的驅(qū)動(dòng)單元12。但是這增大了前部輪廓面積,并且從Cd值的觀點(diǎn)看具有缺陷。在此情形中,由于總體上說(shuō)因行駛而使風(fēng)從前格柵進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)室,從而受到?jīng)_壓的影響,用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22在一種“與(AND)”的條件下進(jìn)行逆轉(zhuǎn)運(yùn)行,從而不但會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)室的溫度超過(guò)預(yù)定值外,而且還必須停車(chē)。
為了檢測(cè)車(chē)輛的停止?fàn)顟B(tài),可以從一種通常使用在車(chē)輛中的車(chē)速傳感器來(lái)接收信號(hào)。
上述情況是作為優(yōu)選實(shí)施例描述的。上述發(fā)明不限于安裝在混合動(dòng)力車(chē)輛內(nèi)的使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,顯然也可應(yīng)用于使用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力源的車(chē)輛和使用電動(dòng)馬達(dá)作為動(dòng)力源的電動(dòng)車(chē)輛中。
在電動(dòng)車(chē)輛的情形中,由于電動(dòng)馬達(dá)或蓄電池變成熱源,在此情形中的發(fā)動(dòng)機(jī)室可以是安裝電動(dòng)馬達(dá)或蓄電池的空間。即,用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22的逆轉(zhuǎn)運(yùn)行可以由安裝在馬達(dá)車(chē)內(nèi)的車(chē)外熱交換器21來(lái)執(zhí)行。
此外,對(duì)于上述使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,在連續(xù)供暖運(yùn)行后需要除霜運(yùn)行。除霜運(yùn)行是溶化和去除附結(jié)在作為蒸發(fā)器的車(chē)外熱交換器21上的霜的運(yùn)行。該運(yùn)行所執(zhí)行的熱泵運(yùn)行類(lèi)似于制冷運(yùn)行,在該制冷運(yùn)行中制冷劑沿與供暖運(yùn)行相反的方向流動(dòng),這樣車(chē)外熱交換器21就用作冷凝器了。
當(dāng)供暖運(yùn)行連續(xù)進(jìn)行并且滿足一預(yù)定的除霜條件時(shí),就從供暖運(yùn)行自動(dòng)地轉(zhuǎn)換成上述除霜運(yùn)行。圖3表示除霜運(yùn)行的時(shí)序圖。在供暖運(yùn)行過(guò)程中,四通閥33處于供暖位置,風(fēng)機(jī)24和用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22處于ON(打開(kāi))的位置,安裝在壓縮機(jī)31與動(dòng)力源35之間的壓縮機(jī)離合器36處于連接(ON)狀態(tài),并且節(jié)流阻力閥34處于正常的打開(kāi)狀態(tài)。
這里示出的是除霜條件的一具體例子,其設(shè)置是,當(dāng)被連結(jié)到車(chē)外熱交換器21上的車(chē)外熱交換器散熱片傳感器(下稱(chēng)散熱片傳感器)Tf檢測(cè)到低于一設(shè)定溫度(例如-2℃)的低溫時(shí),并且供暖運(yùn)行的連續(xù)周期達(dá)到一設(shè)定時(shí)間(例如50分鐘或更長(zhǎng))時(shí),就啟動(dòng)除霜運(yùn)行(在一“與(AND)”條件下)。該除霜條件僅僅是一具體例子,并且可以適當(dāng)?shù)馗淖儭?br>
當(dāng)滿足除霜條件,并且啟動(dòng)除霜運(yùn)行時(shí),風(fēng)機(jī)24和用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22就被關(guān)閉,并且節(jié)流阻力閥34被轉(zhuǎn)換到完全打開(kāi)的位置。與此同時(shí),壓縮機(jī)離合器36被斷開(kāi),從而壓縮機(jī)31與動(dòng)力源35暫時(shí)分離并且停止作為壓縮機(jī)的運(yùn)行。在此情形中,使用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22停止運(yùn)轉(zhuǎn)可以有效地減小除霜運(yùn)行周期。另一方面,使風(fēng)機(jī)24停止運(yùn)轉(zhuǎn)可以防止輸出到車(chē)廂的溫度在除霜運(yùn)行過(guò)程中下降。
因此,在被連接到四通閥33的制冷劑通路30之間沒(méi)有壓力差。因此,在該狀態(tài)下通過(guò)將四通閥33從供暖位置轉(zhuǎn)換到制冷位置,可以防止氣態(tài)制冷劑從高壓側(cè)突然流向低壓側(cè)。其結(jié)果是,氣態(tài)制冷劑高速流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的氣流聲音消失,可以安靜地進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)行而沒(méi)有任何異常的聲音。在已完成四通閥33的轉(zhuǎn)換運(yùn)行后,壓縮機(jī)離合器36被再次接合,以恢復(fù)壓縮機(jī)31的運(yùn)行。
通過(guò)恢復(fù)壓縮機(jī)31的運(yùn)行,制冷劑就如在制冷運(yùn)行中一樣沿逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng),以執(zhí)行除霜運(yùn)行。因此,熱量被供給車(chē)外熱交換器21,以溶化在車(chē)外熱交換器21周?chē)浇Y(jié)的霜。當(dāng)滿足除霜結(jié)束條件時(shí)就結(jié)束這一除霜運(yùn)行。作為除霜結(jié)束條件的一具體例子,只需滿足兩個(gè)條件之一,即由散熱片傳感器Tf檢測(cè)到的溫度超過(guò)一設(shè)定溫度(例如10℃),或除霜運(yùn)行的連續(xù)周期超過(guò)一設(shè)定時(shí)間(例如9分鐘)。在此情形中,具有除霜運(yùn)行的連續(xù)周期的“或(OR)”的條件的原因是如果在散熱片傳感器Tf內(nèi)具有故障,就防止除霜運(yùn)行繼續(xù)進(jìn)行。
當(dāng)滿足除霜結(jié)束條件時(shí),首先斷開(kāi)壓縮機(jī)離合器36,以停止壓縮機(jī)31的運(yùn)行。其結(jié)果是,在連接到四通閥33的制冷劑通路30之間沒(méi)有壓力差。因此在此條件下,如果四通閥33被從制冷位置轉(zhuǎn)換為供暖位置,就不會(huì)產(chǎn)生異常聲音。
此外,在壓縮機(jī)離合器36已經(jīng)斷開(kāi)之后,立即打開(kāi)風(fēng)機(jī)24和用于抽入外部空氣的風(fēng)扇22,并且節(jié)流阻力閥34從完全打開(kāi)的位置變成正常位置。然后,通過(guò)再次接通壓縮機(jī)離合器36,恢復(fù)壓縮機(jī)31的運(yùn)行,并且制冷劑沿供暖運(yùn)行的流動(dòng)方向流動(dòng),以啟動(dòng)供暖運(yùn)行。
當(dāng)車(chē)輛停放或停止時(shí),也自動(dòng)地執(zhí)行上述除霜運(yùn)行。此時(shí)的除霜運(yùn)行當(dāng)然也僅在行駛過(guò)程中已經(jīng)執(zhí)行供暖運(yùn)行后才被執(zhí)行。例如,當(dāng)一鑰匙從一發(fā)動(dòng)機(jī)鑰匙運(yùn)行位37拔出時(shí),通過(guò)判斷停放/停車(chē)狀態(tài)來(lái)啟動(dòng)除霜運(yùn)行。也可根據(jù)上述除霜結(jié)束條件來(lái)結(jié)束除霜運(yùn)行。但是,這可以被設(shè)置成在一較短的時(shí)間周期內(nèi)結(jié)束,這是因?yàn)榭紤]到附結(jié)的霜不會(huì)象在行駛過(guò)程中當(dāng)滿足除霜條件時(shí)那么多。此外,當(dāng)由散熱片傳感器Tf檢測(cè)到的溫度超過(guò)一預(yù)定值時(shí),或者當(dāng)供暖運(yùn)行的連續(xù)周期不大于一預(yù)定值時(shí),可以判斷不需要進(jìn)行除霜運(yùn)行,這樣在停放或停車(chē)時(shí)可以不進(jìn)行除霜運(yùn)行。
通過(guò)在停放或停車(chē)時(shí)執(zhí)行除霜運(yùn)行,可以有效地利用車(chē)輛不行駛時(shí)的周期來(lái)除霜。因此可以減小在行駛過(guò)程中除霜運(yùn)行的頻率和周期。即,在需要供暖運(yùn)行的狀態(tài)下執(zhí)行制冷運(yùn)行的除霜運(yùn)行可以保持最小,其中所述的除霜運(yùn)行是車(chē)廂內(nèi)的乘客所不希望的。
如上所述,對(duì)于本發(fā)明的使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,由于當(dāng)在供暖運(yùn)行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的溫度高于一預(yù)定值時(shí),用于抽入外部空氣的風(fēng)扇逆轉(zhuǎn),從而借助熱泵(它有效地利用發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的空氣的熱函)可以非常有效地進(jìn)行熱吸收。因此,特別是在外界溫度較低時(shí)可以提高供暖運(yùn)行能力,從而可以執(zhí)行針對(duì)不同要求的空氣調(diào)節(jié)運(yùn)行,以給車(chē)廂內(nèi)的乘客提供舒適的環(huán)境,從而有效地提高使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
此外,可以防止在啟動(dòng)和結(jié)束除霜運(yùn)行時(shí)制冷劑的氣流聲音。另外,在行駛過(guò)程中的除霜運(yùn)行可以保持最小,從而提高使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
權(quán)利要求
1.一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,該熱泵具有一套包括一臺(tái)壓縮機(jī)、一個(gè)節(jié)流阻力閥和一個(gè)四通閥的壓縮機(jī)單元,該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)內(nèi)熱交換器,以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)外熱交換器,該空調(diào)器通過(guò)轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動(dòng)方向來(lái)執(zhí)行制冷運(yùn)行與供暖運(yùn)行,其特征在于,在執(zhí)行供暖運(yùn)行后,如果車(chē)輛停放或停車(chē),就執(zhí)行除霜運(yùn)行。
全文摘要
一種使用熱泵的車(chē)輛空調(diào)器,該熱泵具有一套包括一臺(tái)壓縮機(jī)、一個(gè)節(jié)流阻力閥和一個(gè)四通閥的壓縮機(jī)單元,該單元被一制冷劑通路連接到一用于在制冷劑與吸入空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)內(nèi)熱交換器,以及一用于在制冷劑與外部空氣之間進(jìn)行熱交換的車(chē)外熱交換器,該空調(diào)器通過(guò)轉(zhuǎn)換所述制冷劑的流動(dòng)方向來(lái)執(zhí)行制冷運(yùn)行與供暖運(yùn)行,在執(zhí)行供暖運(yùn)行后,如果車(chē)輛停放或停車(chē),就執(zhí)行除霜運(yùn)行。
文檔編號(hào)B60H1/00GK1491821SQ0213215
公開(kāi)日2004年4月28日 申請(qǐng)日期2000年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月7日
發(fā)明者平尾豐隆, 藤谷誠(chéng), 格雷戈里·A·梅杰, 曾欣, 里 A 梅杰 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社, 通用汽車(chē)公司