專利名稱：使用空調(diào)設(shè)備制冷劑的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于冷卻裝在機(jī)動車上的單元的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種使用空調(diào)設(shè)備制冷劑作為冷源的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
日本實(shí)用新型申請未審定公開號No.4-116660披露了一種使用空調(diào)設(shè)備制冷劑以抑制燃料溫度升高的燃料冷卻系統(tǒng)。
日本專利申請未審定公開號No.11-337193披露了一種使用空調(diào)設(shè)備制冷劑的用于馬達(dá)或者變換器的冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
利用溫度遠(yuǎn)高于外部氣溫的冷卻劑對機(jī)動車的發(fā)動機(jī)單元(諸如內(nèi)燃機(jī)(ICE))進(jìn)行有效的冷卻。制冷劑從未用于冷卻該單元。
燃料電池也由冷卻劑冷卻，而且燃料電池不適合于用制冷劑直接冷卻。對于一些燃料電池來說，制冷劑管線不能安置于內(nèi)部。
以與ICE動力機(jī)動車中相同的方式使用散熱器去除燃料電池的冷卻劑中的熱量。在高功率操作過程中所要求的散熱器的冷卻能力大致等于ICE散熱器的冷卻能力。對于穩(wěn)定操作來說，要求燃料電池的冷卻劑溫度低于ICE冷卻劑的溫度。由于冷卻劑與外部空氣之間的較小溫差，與ICE散熱器相比，燃料電池的散熱器需要具有更大的與外部空氣之間接觸面積以確保所要求的冷卻能力，這導(dǎo)致散熱器的尺寸超出了安裝于機(jī)動車上的容許限度，否則將犧牲機(jī)動車的輸出功率來抑制熱量的產(chǎn)生。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于裝在機(jī)動車上的單元的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有增強(qiáng)的冷卻能力。
本發(fā)明的一個方面是用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括冷卻劑回路，用于使冷卻劑循環(huán)以便于冷卻裝在機(jī)動車上的單元；制冷劑回路，用于使機(jī)動車的空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)；以及與冷卻劑回路和制冷劑回路相連接的熱交換器，所述熱交換器裝有用于儲存制冷劑的冷能的存儲介質(zhì)，所述熱交換器執(zhí)行冷卻劑與存儲介質(zhì)之間以及冷卻劑與制冷劑之間的熱交換。


下面將參照附圖描述本發(fā)明，在附圖中圖1是示意圖，示出了本發(fā)明第一實(shí)施例所涉及的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。
圖2是示意圖，示出了圖1的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)中的熱交換器，以及制冷劑和冷卻劑的流動。
圖3是流程圖，示出了圖1的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)的操作。
圖4是冷卻水溫度的圖表，示出了冷卻水溫度的增長率。
圖5是每單位時間燃料電池的平均輸出的圖表，示出了燃料電池平均輸出的增長率。
圖6是示意圖，示出了本發(fā)明第二實(shí)施例所涉及的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)中的熱交換器，以及制冷劑和冷卻劑的流動。
圖7是流程圖，示出了圖6的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)的操作。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中相同的元件用相同的附圖標(biāo)記來表示。
如圖1中所示的，作為裝在機(jī)動車上單元的燃料電池1通過管線5和7與散熱器3相連接。管線5具有安置于其中的水泵9，并且從其中排出的作為冷卻劑的冷卻水流向散熱器3。管線7具有安置于其中的冷卻劑管線開關(guān)閥11，所述開關(guān)閥11通過管線13與附圖中熱交換器15的下部相連接。冷卻劑管線開關(guān)閥11與燃料電池1之間的管線7通過管線17與附圖中熱交換器15的上部相連接。
管線13和17構(gòu)成了冷卻劑旁路19。管線5和7以及冷卻劑旁路19構(gòu)成了燃料電池1的冷卻系統(tǒng)的冷卻劑回路21。通過操縱冷卻劑管線開關(guān)閥11，從散熱器3中排出的冷卻水在通過冷卻劑旁路19和熱交換器15流向燃料電池1的狀態(tài)和不通過冷卻劑旁路19而是直接從冷卻劑管線開關(guān)閥11流向燃料電池1的狀態(tài)之間切換。這可根據(jù)燃料電池1的溫度情況控制冷卻水的溫度，從而使得冷卻水的溫度穩(wěn)定。
如圖2中所示的，熱交換器15包括與管線13和17相連接的冷卻劑區(qū)域23。存儲介質(zhì)25被布置于附圖中冷卻劑區(qū)域23的左側(cè)，而在其右側(cè)布置有第一制冷劑區(qū)域27，如稍后描述的作為冷源的用于機(jī)動車空調(diào)設(shè)備的制冷劑流入到所述第一制冷劑區(qū)域27中。第二制冷劑區(qū)域29被布置于存儲介質(zhì)25中與冷卻劑區(qū)域23相對的一側(cè)上。在熱交換器15處，可在冷卻劑區(qū)域23的冷卻水與第一制冷劑區(qū)域27的制冷劑之間、在第二制冷劑區(qū)域29的制冷劑與存儲介質(zhì)25之間，以及在冷卻劑區(qū)域23的冷卻水與存儲介質(zhì)25之間執(zhí)行熱交換。因此，燃料電池1的冷卻水可被空調(diào)設(shè)備的制冷劑以及儲存制冷劑冷能的存儲介質(zhì)25有效地冷卻，從而增強(qiáng)了燃料電池1的冷卻系統(tǒng)的冷卻能力。
如圖1中所示的，機(jī)動車空調(diào)設(shè)備，即安置于機(jī)動車中的空調(diào)設(shè)備單元包括電動空氣壓縮機(jī)31、用于冷凝從電動空氣壓縮機(jī)31中排出的流入制冷劑的冷凝器33、儲液容器35，以及管道37中的與車室內(nèi)部相連接以便于蒸發(fā)液態(tài)制冷劑的蒸發(fā)器39，這些都連接在一起構(gòu)成了制冷劑回路41。電動空氣壓縮機(jī)31由電動空氣壓縮機(jī)變換器43控制。
蒸發(fā)器39與儲液容器35之間的管線45具有安置于其中的制冷劑管線開關(guān)閥47。該制冷劑管線開關(guān)閥47通過管線51與圖中熱交換器15的第一制冷劑區(qū)域27的上側(cè)相連接，并且通過管線53與熱交換器15的第二制冷劑區(qū)域29的上側(cè)相連接。圖中第一和第二制冷劑區(qū)域27和29的下側(cè)通過管線55相互連接。電動空氣壓縮機(jī)31與蒸發(fā)器39之間的管線55和管線57通過管線59相互連接。管線51、53、55和59構(gòu)成了制冷劑旁路61。通過操縱制冷劑管線開關(guān)閥47，使來自于儲液容器35的制冷劑被切換為通過管線45a流向蒸發(fā)器39的狀態(tài)、流向管線51的狀態(tài)、流向管線45a和管線51的狀態(tài)或者流向管線45a和管線53的狀態(tài)。根據(jù)燃料電池1的溫度情況或根據(jù)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行情況控制制冷劑向制冷劑旁路61中的流動。在對空調(diào)設(shè)備性能方面的影響最小的情況下降低冷卻水的溫度。
在燃料電池1之前的管線7中，設(shè)有用于檢測冷卻水溫度的水溫傳感器63，并且存儲介質(zhì)25裝有用于檢測其溫度的溫度傳感器64。每個水溫傳感器63和64的測定值都被發(fā)送到作為控制單元的機(jī)動車控制單元(VCU)65中。收到來自于燃料電池1的輸出值和來自于水溫傳感器63和64的測定值后，VCU65向冷卻劑管線開關(guān)閥11和制冷劑管線開關(guān)閥47輸出操作信號。
電動空氣壓縮機(jī)變換器43從空調(diào)設(shè)備控制單元(ACCU)67接收操作信號以控制電動空氣壓縮機(jī)31。位于蒸發(fā)器39下面的大氣溫度傳感器69的檢測值被送到ACCU67。
接下來，將根據(jù)圖3中所示的流程圖來描述前述機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)的操作。當(dāng)機(jī)動車的點(diǎn)火開關(guān)(IGN)轉(zhuǎn)為ON時，冷卻劑管線開關(guān)閥11被切換為這樣的狀態(tài)，即，冷卻劑可在不流過冷卻劑旁路19的情況下直接從冷卻劑管線開關(guān)閥11流向管線7。制冷劑管線開關(guān)閥47被切換為這樣的狀態(tài)，即，制冷劑可在不流過制冷劑旁路61的情況下直接通過管線45a從制冷劑管線開關(guān)閥47流向蒸發(fā)器39(步驟301)。
在這種狀態(tài)下，VCU65接收由水溫傳感器63所檢測的冷卻水溫度Tw以便于將該溫度Tw與預(yù)定值Tmax進(jìn)行比較，并且判斷Tw≥Tmax是否成立(步驟303)。這里，如果Tw≥Tmax，就意味著形成燃料電池1的高驅(qū)動負(fù)荷并且散熱器3放熱不充分而造成冷卻水溫度升高，這樣就要在熱交換器15處在冷卻水與制冷劑之間執(zhí)行熱交換以降低冷卻水的溫度。將預(yù)定值Tmax設(shè)為例如低于在最大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下的燃料電池1的溫度。
此時，將冷卻劑管線開關(guān)閥11切換為這樣一種狀態(tài)，即冷卻水流過冷卻劑旁路19(管線13)。將制冷劑管線開關(guān)閥47切換為這樣的狀態(tài)，即，制冷劑通過管線51流向第一制冷劑區(qū)域27。ACCU67向電動空氣壓縮機(jī)變換器43輸出一個信號，以便于使得冷卻功率以及熱交換器15處的冷卻劑與制冷劑之間的熱交換量最大化(步驟305)。
通過每個開關(guān)閥11和47的切換，冷卻水從管線13流向熱交換器15的冷卻劑區(qū)域23，然后流向管線17并返回到管線7。制冷劑從管線51流向第一制冷劑區(qū)域27，然后流向管線55和59，并且返回到管線57。接著制冷劑被吸進(jìn)電動空氣壓縮機(jī)31中。因此，在熱交換器15處，冷卻劑區(qū)域23中的冷卻水從第一制冷劑區(qū)域27的制冷劑中吸收冷能。此時，被最大化冷卻功率下的制冷劑有效地冷卻的冷卻水使得燃料電池1被充分地冷卻。
如果冷卻水溫度Tw低于預(yù)定值Tmax，就將該冷卻水溫度Tw與低于預(yù)定值Tmax的第二預(yù)定值T1相比較，并作出以下判斷冷卻水溫度Tw是否低于預(yù)定值Tmax并等于或高于第二預(yù)定值T1，也就是，Tmax＞Tw≥T1是否成立(步驟307)。這里，如果Tmax＞Tw≥T1是成立的，VCU65分別用溫度增長率計(jì)算單元和輸出增長率計(jì)算單元計(jì)算冷卻水的水溫增長率Tp＝ΔTw(℃)/ΔS(s)，以及每單位時間燃料電池1的平均輸出的增長率Pp＝ΔPwave(kW)/ΔS(s)，并確定增長率Tp和Pp是否分別等于或高于各自的設(shè)定值α和β(步驟309和311)。
這樣，如圖4中所示的，用橫坐標(biāo)軸表示時間[sec.]，用縱軸表示冷卻水溫度[℃]，水溫增長率Tp由{Tw(n)-Tw(n-1)}/{S(n)-S(n-1)}表示。如圖5中所示的，用橫坐標(biāo)軸表示時間[sec.]，用縱軸表示平均輸出[kW]，平均輸出的增長率Pp由{Pwave(n)-Pwave(n-1)}/{S(n)-S(n-1)}表示。在圖5中，折線Pa表示燃料電池1的實(shí)際輸出，而曲線Pb表示每單位時間的實(shí)際輸出平均值。
在燃料電池1的輸出以及冷卻水的溫度大幅度波動的情況下，如果判斷增長率Tp和Pp分別等于或高于各自的設(shè)定值α和β，那么將冷卻劑管線開關(guān)閥11切換為這樣一種狀態(tài)，即，使冷卻水流過冷卻劑旁路19(管線13)(步驟313)。此時，將制冷劑管線開關(guān)閥47保持在初始狀態(tài)下，即，制冷劑在不流過制冷劑旁路61的情況下只流向空調(diào)設(shè)備管線45a。
這樣，冷卻水流入到熱交換器15的冷卻劑區(qū)域23中，并且該冷卻劑區(qū)域23中的冷卻水被與存儲介質(zhì)25之間的熱交換所冷卻，所述存儲介質(zhì)25包含預(yù)先儲存的來自于制冷劑的冷能。通過將制冷劑管線開關(guān)閥47切換為使得制冷劑流過管線53到達(dá)第二制冷劑區(qū)域29以執(zhí)行與存儲介質(zhì)25之間的熱交換，從而執(zhí)行在存儲介質(zhì)25儲存冷能的操作。
如上所述的，當(dāng)燃料電池1的輸出大幅度波動從而使冷卻水的溫度也大幅度波動時，與存儲介質(zhì)25之間的熱交換使得冷卻水的溫度穩(wěn)定并且抑制了其變化。
接著，作出以下判斷由溫度傳感器64所檢測的存儲介質(zhì)的溫度Ts是否等于或高于作為規(guī)定值的存儲介質(zhì)的熔點(diǎn)Tsmelt，也就是，Ts≥Tsmelt是否成立(步驟315)。這里，如果Ts≥Tsmelt是成立的，ACCU67確定冷卻信號是否為ON，當(dāng)與空調(diào)設(shè)備的設(shè)定溫度相比較車室溫度高于給定范圍時冷卻信號為ON(步驟317)。
這樣，如果冷卻信號為OFF并且如果車室溫度是低的，將制冷劑管線開關(guān)閥47切換為這樣的狀態(tài)，即，制冷劑流向管線51并通過管線45a流向蒸發(fā)器39(步驟319)。因此，通過管線51流入到第一制冷劑區(qū)域27中的制冷劑經(jīng)歷與冷卻劑區(qū)域23中的冷卻水之間的熱交換而代替與存儲介質(zhì)25之間的熱交換，所述存儲介質(zhì)25已達(dá)到了其熔點(diǎn)Tsmelt或更高溫度，并且冷卻水被連續(xù)冷卻。
此時，通過依照要求增強(qiáng)冷卻功率(步驟319)，可在不影響空氣調(diào)節(jié)性能的情況下增加冷卻水與制冷劑之間的熱交換量。
接著，作出以下判斷冷卻水溫度Tw是否降低到第二預(yù)定值T1以下，也就是，Tw＜T1是否成立(步驟321)。這里，如果Tw＜T1是成立的，就不需要冷卻所述冷卻水了。這樣，程序返回到步驟301，在該步驟停止了由制冷劑對于冷卻水的冷卻。
如果在步驟317中冷卻信號為ON，這是由于必須優(yōu)先冷卻車室的內(nèi)部，因此程序返回到步驟301，在該步驟停止了制冷劑對于冷卻水的冷卻。
根據(jù)上述冷卻水溫度Tw和平均輸出Pwave的增長率Tp和Pp控制冷卻水到冷卻劑旁路19中的流動。因此，根據(jù)更加穩(wěn)定化的燃料電池1的狀態(tài)，可準(zhǔn)確快速地控制冷卻水的溫度，從而使冷卻系統(tǒng)的操作限制在最低需要。這樣，就減少了冷卻水溫度Tw方面的波動量，并且可抑制燃料電池1的溫度變化，從而增強(qiáng)燃料電池1的性能。
如果在步驟307中，Tmax＞Tw≥T1是不成立的并且冷卻水溫度Tw低于第二預(yù)定值T1，那么作出以下判斷，即，溫度傳感器64所測定的存儲介質(zhì)25的溫度Ts是否等于或高于作為規(guī)定值的熔點(diǎn)Tsmelt(步驟323)。這里，如果Ts≥Tsmelt是成立的，那么作出以下判斷，即，冷卻信號是否為ON(步驟325)。如果冷卻信號為OFF，并且如果車室中的溫度是低的，將制冷劑管線開關(guān)閥47切換為這樣的狀態(tài)，即，制冷劑通過管線45a流向管線53和蒸發(fā)器39(步驟327)。因此，通過管線53流入第二制冷劑區(qū)域29中的制冷劑與存儲介質(zhì)25進(jìn)行熱交換，并且冷能被儲存在存儲介質(zhì)25中，所述存儲介質(zhì)25已達(dá)到熔點(diǎn)Tsmelt或更高溫度。
如果在步驟323中存儲介質(zhì)25的溫度Ts低于熔點(diǎn)Tsmelt，并且如果在步驟325中冷卻信號為ON，就無需進(jìn)行在存儲介質(zhì)25中儲存冷能的操作，而需要車室中的冷卻操作。因此，程序返回到步驟301，在該步驟冷卻劑管線開關(guān)閥11和制冷劑管線開關(guān)閥47都返回到初始狀態(tài)。
因此，可在不影響空氣調(diào)節(jié)性能的情況下將用于冷卻所述冷卻水的冷能儲存在存儲介質(zhì)25中。
接著，作出以下判斷，即，冷卻水溫度Tw是否等于或高于上述第二預(yù)定值T1(步驟329)。這里，如果Tw≥T1是成立的并且如果冷卻水的溫度升高了，那么程序返回到步驟301。與之相反，如果冷卻水溫度Tw低于第二預(yù)定值T1，那么程序返回到步驟323，并重復(fù)執(zhí)行其后的操作。
依照圖6中所示的本發(fā)明的第二實(shí)施例，熱交換器71包括制冷劑從中穿過的制冷劑區(qū)域73。存儲介質(zhì)75被布置于圖中制冷劑區(qū)域73的左側(cè)上，并且在其右側(cè)布置有冷卻水流入其中的第一冷卻劑區(qū)域77。第二冷卻劑區(qū)域79被布置于存儲介質(zhì)75對著冷卻劑區(qū)域73的一側(cè)上。具體地，在熱交換器71處，可在第一冷卻劑區(qū)域77的冷卻水與制冷劑區(qū)域73的制冷劑之間、制冷劑區(qū)域73的制冷劑與存儲介質(zhì)75之間、以及在冷卻劑區(qū)域79的冷卻水與與存儲介質(zhì)75之間交換熱量。
通過管線83使得安置于制冷劑回路41中的制冷劑管線開關(guān)閥81與圖中制冷劑區(qū)域73的上側(cè)相連接，并且通過管線85使得圖中制冷劑區(qū)域73的下側(cè)與圖1的電動空氣壓縮機(jī)31與蒸發(fā)器39之間的管線57相連接。管線83和85構(gòu)成一個制冷劑旁路87。制冷劑管線開關(guān)閥81的一個切換操作能夠使得從儲液容器35中流入的制冷劑在以下狀態(tài)之間切換，即，在通過管線45a流向蒸發(fā)器39的狀態(tài)與流向管線83的狀態(tài)之間切換，或甚至切換為流向兩者的狀態(tài)。
分別通過管線91和93使得安置于管線7中的冷卻劑管線開關(guān)閥89與圖中第一和第二冷卻劑區(qū)域77和79的下側(cè)相連接。管線95和97分別連接于圖中第一和第二冷卻劑區(qū)域77和79的上側(cè)。通過管線99使得這些管線95和97與管線7相連接。管線91、93、95、97和99構(gòu)成了一個冷卻劑旁路101，并且冷卻劑旁路101與管線5和7構(gòu)成了冷卻劑回路21。
具體地，在圖2的示例中，制冷劑旁路管線具有兩個管線51和53，而冷卻劑旁路管線具有一個管線13。在這樣的結(jié)構(gòu)下，由制冷劑管線開關(guān)閥47執(zhí)行由制冷劑進(jìn)行的冷卻水冷卻與由存儲介質(zhì)25進(jìn)行的冷卻水冷卻之間的切換。另一方面，在圖6的示例中，制冷劑旁路管線具有一個管線83，而冷卻劑旁路管線具有兩個管線91和93。由冷卻劑管線開關(guān)閥89執(zhí)行由制冷劑進(jìn)行的冷卻水冷卻與由存儲介質(zhì)75進(jìn)行的冷卻水冷卻之間的切換。
圖7是流程圖，示出了圖6的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)的一個操作。這里只描述與圖3流程圖中操作程序不同的操作程序。
當(dāng)冷卻水溫度Tw等于或高于Tmax(步驟303)時，將冷卻劑管線開關(guān)閥89切換為這樣的狀態(tài)，即，冷卻水通過管線91流入第一冷卻劑區(qū)域71中的狀態(tài)。將制冷劑管線開關(guān)閥81切換為這樣的狀態(tài)，即，制冷劑通過管線83流入制冷劑區(qū)域73中的狀態(tài)，ACCU67使得冷卻功率最大化，并且在熱交換器71處冷卻水與制冷劑之間的熱交換量達(dá)到最大化(步驟701)。因此，在高冷卻水溫度的狀態(tài)下，降低冷卻水的溫度被放到第一位，并且冷卻水被有效地冷卻。
如果冷卻水溫度Tw低于Tmax并等于或高于T1(步驟307)，并且如果冷卻水溫度的增長率Tp和平均輸出的增長率Pp分別等于或高于各自的設(shè)定值α和β(步驟309和311)，那么將冷卻劑管線開關(guān)閥89切換為這樣的狀態(tài)，即，冷卻水流過管線93的狀態(tài)(步驟703)。將制冷劑管線開關(guān)閥81保持在初始狀態(tài)，即，制冷劑在不流過制冷劑旁路87的情況下只流向空調(diào)設(shè)備管線45a的狀態(tài)。
這樣，冷卻水流入到熱交換器71的第二冷卻劑區(qū)域79中，并且該第二冷卻劑區(qū)域79中的冷卻水被包含有預(yù)先儲存的來自于制冷劑中的冷能的存儲介質(zhì)75所冷卻。
此外，當(dāng)存儲介質(zhì)75的溫度Ts等于或高于熔點(diǎn)Tsmelt時(步驟315)，并且當(dāng)冷卻信號為OFF時(步驟317)，將制冷劑管線開關(guān)閥81切換為這樣的狀態(tài)，即，制冷劑通過管線45a流向管線83和蒸發(fā)器39的狀態(tài)(步驟705)。因此，通過管線83流入到制冷劑區(qū)域73中的制冷劑通過已達(dá)到熔點(diǎn)Tsmelt或更高溫度的存儲介質(zhì)75經(jīng)歷與第二冷卻劑區(qū)域79中的冷卻水之間的熱交換，并且冷卻水被連續(xù)地冷卻。
也是在此時，通過依照指令(步驟709)增加冷卻功率，可在不影響空氣調(diào)節(jié)性能的情況下增加冷卻水與制冷劑之間的熱交換量。
如果冷卻溫度降到T1以下(步驟307)，并且如果存儲介質(zhì)75的溫度Ts等于或高于熔點(diǎn)Tsmelt(步驟323)而且冷卻信號為OFF時(步驟325)，將制冷劑管線開關(guān)閥81切換為這樣的狀態(tài)，即，制冷劑流向管線83和管線45a流向蒸發(fā)器39的狀態(tài)(步驟707)。因此，通過管線83流入到制冷劑區(qū)域73中的制冷劑與存儲介質(zhì)75交換熱量，并且冷能被儲存在存儲介質(zhì)75中，所述存儲介質(zhì)75已達(dá)到熔點(diǎn)Tsmelt或更高溫度。
本發(fā)明所披露的內(nèi)容涉及2001年10月30日所申請的日本專利申請No.2001-332728中所包含的主題，該申請所披露的全部內(nèi)容在這里作為參考。
在不脫離本發(fā)明精神和基本特征的情況下可以其他方式實(shí)踐或?qū)嵤┍景l(fā)明。在前述每個實(shí)施例中，燃料電池都用作裝在機(jī)動車上的單元，然而，只要冷卻劑的溫度是大約80℃，那么該單元可為驅(qū)動馬達(dá)。
因此文中所描述的優(yōu)選實(shí)施例為解釋性和非限制性的，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由權(quán)利要求和所有落入權(quán)利要求所要包含的意義內(nèi)的變型限定的。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，依照本發(fā)明的機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)，用于冷卻裝載在機(jī)動車上單元的冷卻劑與空調(diào)設(shè)備制冷劑以及其中儲存有制冷劑的冷能的存儲介質(zhì)在與冷卻劑回路和制冷劑回路相連接的熱交換器處進(jìn)行熱交換。這樣，冷卻劑充分且穩(wěn)定地被冷卻，從而提高了系統(tǒng)的冷卻能力。
此外，分別設(shè)在冷卻劑回路和制冷劑回路中的管線開關(guān)閥被控制，以便于形成制冷劑和冷卻劑之間、冷卻劑和存儲介質(zhì)之間、以及存儲介質(zhì)和制冷劑之間熱交換的最佳組合。這樣，可實(shí)現(xiàn)單元的冷卻，靈活快速地處理冷卻劑溫度、冷卻劑溫度增長率、單元輸出增長率、存儲介質(zhì)的溫度、車室中的溫度等等方面的變化。因此，該系統(tǒng)可用作機(jī)動車?yán)鋮s系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于使冷卻劑循環(huán)以便于冷卻裝在機(jī)動車上的單元的冷卻劑回路；用于使機(jī)動車空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)的制冷劑回路；以及與冷卻劑回路和制冷劑回路相連接的熱交換器，所述熱交換器裝有用于儲存制冷劑的冷能的存儲介質(zhì)，所述熱交換器執(zhí)行冷卻劑與存儲介質(zhì)之間以及冷卻劑與制冷劑之間的熱交換。
2.依照權(quán)利要求1中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器包括冷卻劑區(qū)域，所述冷卻劑區(qū)域被布置于存儲介質(zhì)的一側(cè)上，與冷卻劑回路相連接；第一制冷劑區(qū)域，所述第一制冷劑區(qū)域被布置于冷卻劑區(qū)域中與存儲介質(zhì)相對的一側(cè)上，與制冷劑回路相連接；以及第二制冷劑區(qū)域，所述第二制冷劑區(qū)域被布置于存儲介質(zhì)的另一側(cè)上，與制冷劑回路相連接，并且其特征在于，所述熱交換器執(zhí)行冷卻劑與存儲介質(zhì)之間、冷卻劑與制冷劑之間以及存儲介質(zhì)與制冷劑之間的熱交換。
3.依照權(quán)利要求1中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器包括制冷劑區(qū)域，所述制冷劑區(qū)域被布置于存儲介質(zhì)的一側(cè)上，與制冷劑回路相連接；第一冷卻劑區(qū)域，所述第一冷卻劑區(qū)域被布置于制冷劑區(qū)域中與存儲介質(zhì)相對的一側(cè)上，與冷卻劑回路相連接；以及第二冷卻劑區(qū)域，所述第二冷卻劑區(qū)域被布置于存儲介質(zhì)的另一側(cè)上，與冷卻劑回路相連接，并且其特征在于，所述熱交換器執(zhí)行制冷劑與存儲介質(zhì)之間、制冷劑與冷卻劑之間、以及存儲介質(zhì)與冷卻劑之間的熱交換。
4.依照權(quán)利要求1中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，還包括冷卻劑旁路，所述冷卻劑旁路被設(shè)在冷卻劑回路中，與熱交換器相連接；以及冷卻劑管線開關(guān)閥，所述冷卻劑管線開關(guān)閥用于接通和切斷冷卻劑到冷卻劑旁路中的流動。
5.依照權(quán)利要求4中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，還包括溫度增長率計(jì)算單元，用于計(jì)算冷卻劑溫度的增長率；輸出增長率計(jì)算單元，用于計(jì)算單元輸出的增長率；以及控制單元，用于根據(jù)所計(jì)算的冷卻劑溫度增長率和單元輸出增長率控制冷卻劑管線開關(guān)閥的切換。
6.依照權(quán)利要求5中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所計(jì)算的冷卻劑溫度增長率和單元輸出增長率分別等于或高于其各自的設(shè)定值時，冷卻劑管線開關(guān)閥被如此控制，即，接通冷卻劑到冷卻劑旁路中的流動以執(zhí)行冷卻劑與存儲介質(zhì)之間的熱交換。
7.依照權(quán)利要求1中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，還包括制冷劑旁路，所述制冷劑旁路被設(shè)在制冷劑回路中，與熱交換器相連接；以及制冷劑管線開關(guān)閥，所述制冷劑管線開關(guān)閥用于接通和切斷制冷劑到制冷劑旁路中的流動。
8.依照權(quán)利要求7中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，可這樣切換所述制冷劑管線開關(guān)閥，即，使其允許制冷劑流向熱交換器或空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器，或者流向熱交換器和蒸發(fā)器。
9.依照權(quán)利要求1中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，還包括冷卻劑旁路，所述冷卻劑旁路被設(shè)在冷卻劑回路中，與熱交換器相連接；冷卻劑管線開關(guān)閥，所述冷卻劑管線開關(guān)閥用于接通和切斷冷卻劑到冷卻劑旁路中的流動；制冷劑旁路，所述制冷劑旁路被設(shè)在制冷劑回路中，與熱交換器相連接；制冷劑管線開關(guān)閥，所述制冷劑管線開關(guān)閥用于接通和切斷制冷劑到制冷劑旁路中的流動；以及控制單元，當(dāng)冷卻劑溫度等于或高于第一預(yù)定值時，所述控制單元用于控制冷卻劑管線開關(guān)閥以允許冷卻劑流入到冷卻劑旁路中，以及控制制冷劑管線開關(guān)閥以允許制冷劑流入到制冷劑旁路中。
10.依照權(quán)利要求9中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)冷卻劑溫度低于第一預(yù)定值并等于或高于第二預(yù)定值時，根據(jù)冷卻劑溫度增長率和單元輸出增長率控制冷卻劑管線開關(guān)閥，根據(jù)存儲介質(zhì)的溫度控制制冷劑管線開關(guān)閥。
11.依照權(quán)利要求10中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)冷卻劑溫度低于第二預(yù)定值、存儲介質(zhì)的溫度等于或高于規(guī)定值，并且車室內(nèi)的溫度高于預(yù)定范圍的設(shè)定值時，控制冷卻劑和制冷劑管線開關(guān)閥以執(zhí)行存儲介質(zhì)與制冷劑之間的熱交換。
12.依照權(quán)利要求11中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，空調(diào)設(shè)備的壓縮機(jī)包括可變冷卻功率的電動空氣壓縮機(jī)，并且當(dāng)執(zhí)行存儲介質(zhì)與制冷劑之間的熱交換以將制冷劑的冷能儲存在存儲介質(zhì)中時，冷卻功率增加。
13.依照權(quán)利要求9中所述的用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，空調(diào)設(shè)備的壓縮機(jī)包括可變冷卻功率的電動空氣壓縮機(jī)，并且當(dāng)執(zhí)行冷卻劑與制冷劑之間的熱交換時，冷卻功率增加。
14.一種用于裝載在機(jī)動車上的單元的冷卻方法，所述方法包括將用于使冷卻劑循環(huán)以冷卻所述單元的冷卻劑回路和用于使機(jī)動車空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)的制冷劑回路與熱交換器相連接，所述熱交換器包括存儲介質(zhì)、連接于冷卻劑回路的冷卻劑區(qū)域以及連接于制冷劑回路的第一和第二制冷劑區(qū)域，熱交換器能夠執(zhí)行冷卻劑區(qū)域的冷卻劑與第一制冷劑區(qū)域的制冷劑之間的第一熱交換、存儲介質(zhì)與第二制冷劑區(qū)域的制冷劑之間的第二熱交換，以及冷卻劑與存儲介質(zhì)之間的第三熱交換；通過使用設(shè)在冷卻劑回路中的冷卻劑管線開關(guān)閥以使得冷卻劑流入到熱交換器的冷卻劑區(qū)域中，以及通過使用設(shè)在制冷劑回路中的制冷劑管線開關(guān)閥以使得制冷劑流入到熱交換器的第一制冷劑區(qū)域中來執(zhí)行第一熱交換；通過使用冷卻劑管線開關(guān)閥以切斷冷卻劑到熱交換器中的流動，以及通過使用制冷劑管線開關(guān)閥以使得制冷劑流入到熱交換器的第二制冷劑區(qū)域中來執(zhí)行第二熱交換；通過使用制冷劑管線開關(guān)閥以切斷制冷劑到熱交換器中的流動，以及通過使用冷卻劑管線開關(guān)閥以使得冷卻劑流入到熱交換器的冷卻劑區(qū)域中來執(zhí)行第三熱交換；以及通過使用制冷劑管線開關(guān)閥以切斷制冷劑到熱交換器中的流動，以及通過使用冷卻劑管線開關(guān)閥以切斷冷卻劑到熱交換器中的流動而停止第一、第二和第三熱交換。
15.依照權(quán)利要求14中所述的冷卻方法，其特征在于，還包括計(jì)算冷卻劑的溫度增長率；計(jì)算單元的輸出增長率，其中，當(dāng)冷卻劑的溫度增長率和單元的輸出增長率分別等于或高于設(shè)定值時，執(zhí)行第三熱交換。
16.依照權(quán)利要求15中所述的冷卻方法，其特征在于，當(dāng)冷卻劑的溫度等于或高于第一預(yù)定值時，執(zhí)行第一熱交換。
17.依照權(quán)利要求16中所述的冷卻方法，其特征在于，當(dāng)冷卻劑的溫度低于第一預(yù)定值并等于或高于第二預(yù)定值時，所述第二預(yù)定值低于第一預(yù)定值時，根據(jù)冷卻劑的溫度增長率和單元的輸出增長率執(zhí)行第三熱交換，并且根據(jù)存儲介質(zhì)的溫度執(zhí)行第一熱交換。
18.依照權(quán)利要求17中所述的冷卻方法，其特征在于，當(dāng)冷卻劑的溫度低于第二預(yù)定值、存儲介質(zhì)的溫度等于或高于規(guī)定值、并且車室中的溫度在設(shè)定溫度的給定溫度范圍內(nèi)時，執(zhí)行第二熱交換。
19.一種用于冷卻裝載在機(jī)動車上的單元的方法，所述方法包括將用于使冷卻劑循環(huán)以冷卻所述單元的冷卻劑回路和用于使機(jī)動車空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)的制冷劑回路與熱交換器相連接，所述熱交換器包括存儲介質(zhì)、連接于冷卻劑回路的第一和第二冷卻劑區(qū)域以及連接于制冷劑回路的制冷劑區(qū)域，熱交換器能夠執(zhí)行第一冷卻劑區(qū)域的冷卻劑與制冷劑區(qū)域的制冷劑之間的第一熱交換、存儲介質(zhì)與制冷劑區(qū)域的制冷劑之間的第二熱交換，以及第二冷卻劑區(qū)域的冷卻劑與存儲介質(zhì)之間的第三熱交換；通過使用設(shè)在冷卻劑回路中的冷卻劑管線開關(guān)閥以使得冷卻劑流入到熱交換器的第一冷卻劑區(qū)域中，以及通過使用設(shè)在制冷劑回路中的制冷劑管線開關(guān)閥以使得制冷劑流入到熱交換器的制冷劑區(qū)域中來執(zhí)行第一熱交換；通過使用冷卻劑管線開關(guān)閥以切斷冷卻劑到熱交換器中的流動，以及通過使用制冷劑管線開關(guān)閥以使得制冷劑流入到熱交換器的制冷劑區(qū)域中來執(zhí)行第二熱交換；通過使用制冷劑管線開關(guān)閥以切斷制冷劑到熱交換器中的流動，以及通過使用冷卻劑管線開關(guān)閥以使得冷卻劑流入到熱交換器的第二冷卻劑區(qū)域中來執(zhí)行第三熱交換；通過使用制冷劑管線開關(guān)閥以切斷制冷劑到熱交換器中的流動，以及通過使用冷卻劑管線開關(guān)閥以切斷冷卻劑到熱交換器中的流動而停止第一、第二和第三熱交換；以及通過使用設(shè)在冷卻劑回路中的冷卻劑管線開關(guān)閥以使得冷卻劑流入到熱交換器的第二冷卻劑區(qū)域中，以及通過使用設(shè)在制冷劑回路中的制冷劑管線開關(guān)閥以使得制冷劑流入到熱交換器的制冷劑區(qū)域中來執(zhí)行第一和第二熱交換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動車的冷卻系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于使冷卻劑循環(huán)以便于冷卻裝在機(jī)動車上的單元(1)的冷卻劑回路(21)；用于使機(jī)動車空調(diào)設(shè)備的制冷劑循環(huán)的制冷劑回路(41)；以及與冷卻劑回路和制冷劑回路(21、41)相連接的熱交換器(15)，所述熱交換器(15)裝有用于儲存制冷劑的冷能的存儲介質(zhì)(25)。所述熱交換器(15)執(zhí)行冷卻劑與存儲介質(zhì)之間以及冷卻劑與制冷劑之間的熱交換。
文檔編號F25D16/00GK1489529SQ02804338
公開日2004年4月14日 申請日期2002年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月30日
發(fā)明者花田知之 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社