用于车辆的空气调节装置

申请号 CN201210487266.4 申请日 2012-11-26 公开(公告)号 CN103538440A 公开(公告)日 2014-01-29
申请人 现代自动车株式会社; 发明人 吴万周; 朴宰佑;
摘要 用于车辆的空气调节装置,可以包括:安装在HVAC(加热通 风 与空气调节)单元内的珀 耳 帖模 块 和冷却芯,所述HVAC单元具有鼓风机、在其中储存液氮的氮箱、穿 过冷 却芯的氮管线,其中氮管线的第一端连接到氮箱,并且氮管线的第二端与外部 流体 连通,设置在氮管线上的氮 蒸发 器 ,所述氮 蒸发器 将液氮蒸发成氮气,以及使 水 依次穿过氮蒸发器、珀耳帖模块和水 泵 循环的主 冷却水 管线。
权利要求

1.一种用于车辆的空气调节装置,包括:
帖模和冷却芯,所述珀耳帖模块和冷却芯安装在加热通和空气调节单元内,所述加热通风和空气调节单元设置有鼓风机;
氮箱,所述氮箱储存液氮于其中;
氮管线,所述氮管线穿过冷却芯,其中所述氮管线的第一端连接到氮箱,并且所述氮管线的第二端与外部流体连通;
蒸发器,所述氮蒸发器设置在氮管线上,所述氮蒸发器将液氮蒸发成氮气;以及主冷却管线,所述主冷却水管线使水依次穿过氮蒸发器,珀耳帖模块和水循环。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的空气调节装置,其中所述液氮依次穿过所述氮蒸发器,然后穿过所述冷却芯。
3.根据权利要求1所述的用于车辆的空气调节装置,其进一步包括:
,所述氮阀设置在所述氮箱和所述氮蒸发器之间的氮管线上,所述氮阀控制供应至所述氮蒸发器的液氮流量。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的空气调节装置,其进一步包括:
辅助冷却水管线,所述辅助冷却水管线连接至定位于所述水泵和所述氮蒸发器之间的主冷却水管线的一部分,所述辅助冷却水管线形成封闭的循环管线;
外部冷却器或电池冷却管线,所述外部冷却器或电池冷却管线连接至所述辅助冷却水管线;以及
冷却水阀,所述冷却水阀设置在所述辅助冷却水管线上,所述冷却水阀控制沿着所述辅助冷却水管线的冷却水的循环。
5.根据权利要求4所述的用于车辆的空气调节装置,其中所述外部冷却器和电池冷却管线并联连接至所述辅助冷却水管线。
6.根据权利要求4所述的用于车辆的空气调节装置,其进一步包括:
控制器,所述控制器控制所述氮阀、所述冷却水阀和所述珀耳帖模块的操作。
7.根据权利要求1所述的用于车辆的空气调节装置,其中:
所述加热通风和空气调节单元包括具有吸入外部空气的进气口,以及排气口,空气穿过所述排气口向车辆的乘坐室排放;
鼓风机,所述鼓风机邻近所述进气口安装;以及
珀耳帖模块和冷却芯,所述珀耳帖模块和冷却芯邻近所述排气口安装。
8.根据权利要求7所述的用于车辆的空气调节装置,其中所述冷却芯设置在所述鼓风机和所述珀耳帖模块之间。

说明书全文

用于车辆的空气调节装置

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2012年7月11日提交的韩国专利申请第10-2012-0075474号的优先权,该申请的全部内容结合于此用于穿过该引用的所有目的。

技术领域

[0003] 本发明一般涉及用于车辆的空气调节装置,更具体地说,涉及能够包含车辆的冷却和加热系统,而不使用制冷剂的用于车辆的空气调节装置。

背景技术

[0004] 一般的用于车辆的空气调节装置是根据周围环境变化适当地控制乘坐室的空气条件,例如温度和湿度,以满足使用者的需求从而向使用者提供宜人的条件的装置。如图1所示,这种常规的空气调节装置包括压缩机1、冷凝器2、膨胀3和蒸发器4。
[0005] 常规的空气调节装置使用制冷剂以冷却在乘坐室内的空气,并使用PTC(正温度系数)加热器以加热在乘坐室内的空气。因此空气调节装置需要压缩机1或类似物,以便产生机械动并将电能转换成机械能并且进行空气的冷却和加热。这样产生了例如机械损失或质量恶化的缺点,所述缺点可以是机械部件的问题或由制冷剂泄漏造成的问题引起的。
[0006] 公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术

发明内容

[0007] 本发明的各个方面致力于提供一种用于车辆的空气调节装置,所述空气调节装置能在不使用制冷剂的情况下,包含车辆的冷却和加热系统,从而减轻使用制冷剂造成的质量恶化和环境污染的问题,并且当冷却或加热时能够使能源损失最小化,从而改善车辆的能耗里程(gas mileage)。
[0008] 在本发明的一个方面,用于车辆的空气调节装置可以包括:安装在HVAC(加热通与空气调节)单元内的珀帖(Peltier)模和冷却芯,具有鼓风机的HVAC单元,在其中储存液氮的氮箱,穿过冷却芯的氮管线,其中氮管线的第一端连接到氮箱,并且氮管线的第二端与外部流体连通,设置在氮管线上的氮蒸发器,所述氮蒸发器将液氮蒸发成氮气,以及使依次穿过氮蒸发器、珀耳帖模块和水循环的主冷却水管线。
[0009] 液氮依次穿过氮蒸发器,然后穿过冷却芯。
[0010] 空气调节装置可以进一步地包括设置在氮箱和氮蒸发器之间的氮管线上的氮阀,所述氮阀控制供应至氮蒸发器的液氮流量。
[0011] 空气调节装置还可以包括辅助冷却水管线、外部冷却器或电池冷却管线和冷却水阀。所述辅助冷却水管线连接至定位于水泵和氮蒸发器之间的主冷却水管线的一部分,所述辅助冷却水管线形成封闭的循环管线,所述外部冷却器或电池冷却管线连接至辅助冷却水管线,所述冷却水阀设置在辅助冷却水管线上,所述冷却水阀控制沿着辅助冷却水管线的冷却水的循环。
[0012] 外部冷却器和电池冷却管线并联连接至辅助冷却水管线。
[0013] 空气调节装置还可以包括控制氮阀、冷却水阀和珀耳帖模块的操作的控制器
[0014] HVAC单元可以包括进气口、排气口、鼓风机、珀耳帖模块和冷却芯。所述进气口吸入外部空气至其中,所述排气口将穿过其中的空气排放至车辆的乘坐室,所述鼓风机安装在进气口的附近,所述珀耳帖模块和冷却芯安装在排气口的附近。
[0015] 冷却芯设置在鼓风机和珀耳帖模块之间。
[0016] 根据本发明配置的空气调节装置,使制冷剂并不成为必需品,从而减轻与使用制冷剂有关的质量恶化和环境污染的问题。此外,当冷却或加热时的电能消耗和电能损失能够最小化,从而改进车辆的能耗里程。
[0017] 通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式,本发明的方法和装置所具有的其他特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

[0018] 图1为示出用于车辆的常规空气调节装置的视图。
[0019] 图2为说明根据本发明的示例性实施方案的用于车辆的空气调节装置的冷却模式的视图。
[0020] 图3和图4是分别示出根据本发明的示例性实施方案的空气调节装置的加热模式和除湿模式的视图。
[0021] 应当了解,所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
[0022] 在这些图形中,贯穿附图的多幅图形,附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

[0023] 下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用,这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述,但是应当意识到,本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反,本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案,而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
[0024] 接下来,将参考所附附图详细描述的根据本发明的优选实施方案的用于车辆的空气调节装置。
[0025] 如图2所示,根据本发明的示例性实施方案的空气调节装置包括珀耳帖模块13、冷却芯14、氮箱15、氮管线16、氮蒸发器17和主冷却水管线19。珀耳帖模块13和冷却芯14安装在HVAC单元12(加热通风和空气调节单元)内,所述HVAC单元具有鼓风机11。液氮储存在氮箱15中。配置氮管线16使得其第一端连接到氮箱15,并且其第二端在穿过冷却芯14后与外部连通。氮蒸发器17设置在氮管线16上并将液氮蒸发成氮气。主冷却水管线19穿过氮蒸发器17、珀耳帖模块13和水泵18循环。
[0026] 珀耳帖模块13为热电偶,其中一旦其上被提供电能,则热电偶的一端被冷却同时另一端被加热。该热电偶被称为珀耳帖元件
[0027] 冷却芯14是辅助蒸发器,所述辅助蒸发器二次冷却已由氮蒸发器17最初地冷却的氮气。
[0028] HVAC单元12具有吸入外部空气的进气口12a,以及向车辆的乘坐室排出空气的排气口12b。鼓风机11、冷却芯14和珀耳帖模块13安装在HVAC单元12中,使得它们从进气口12a到排气口12b以或者鼓风机11、冷却芯14和珀耳帖模块13,或者鼓风机11、珀耳帖模块13和冷却芯14的顺序布置。
[0029] 主冷却水管线19是封闭回路管线,所述封闭回路管线穿过氮蒸发器17、珀耳帖模块13和水泵18循环。氮蒸发器17设置在珀耳帖模块13的前面,并且水泵18设置在珀耳帖模块13的后面。
[0030] 从氮箱15输送到氮蒸发器17中的液氮经受到最初的吸热过程的同时穿过氮蒸发器17从而发生相变成为氮气。此时,正在穿过氮蒸发器17的主冷却水管线19的冷却水被冷却。
[0031] 在氮管线16中已穿过氮蒸发器17的氮气经受第二吸热过程的同时穿过冷却芯14。在这个过程中,已穿过鼓风机11的外部空气被最初地冷却。
[0032] 已被氮蒸发器17冷却的主冷却水管线19的冷却水在穿过珀耳帖模块13的同时被加热。同时,通过穿过冷却芯14而已被最初地冷却的外部空气,在穿过珀耳帖模块13的同时被二次冷却,然后经排气口12b排放到乘坐室。
[0033] 当穿过珀耳帖模块13时已被加热的主冷却水管线19的冷却水沿着封闭回路路径循环,其中所述冷却水在穿过氮蒸发器17时被冷却。
[0034] 根据本发明的示例性实施方案的空气调节装置,还包括氮阀21、辅助冷却水管线22、外部冷却器23或电池冷却管线24、冷却水阀25和控制器26。氮阀21设置在氮箱15和氮蒸发器17之间的氮管线16上,以控制供应至氮蒸发器17的氮的流量。辅助冷却水管线22是封闭回路管线并被连接到在水泵18和氮蒸发器17之间的主冷却水管线19。外部冷却器23或电池冷却管线24连接到辅助冷却水管线22。冷却水阀25设置在辅助冷却水管线22上以控制沿着辅助冷却水管线22的冷却水的循环。控制器26控制氮阀21、冷却水阀25和珀耳帖模块13的操作。
[0035] 在加热模式下,珀耳帖模块13冷却冷却水并同时加热空气。因此,已穿过珀耳帖模块13的主冷却水管线19的冷却水处于冷却状态。
[0036] 已在冷却状态下的冷却水供应至辅助冷却水管线22中,而不是直接地穿过主冷却水管线19循环。然后,冷却水供应至散热器,所述散热器为外部冷却器23并且用来冷却供应至发动机的水套的冷却水。在EV(电动汽车)或HEV(混合动力汽车)的情况下,辅助冷却水管线22的冷却水可以供应到电池冷却管线24并且用于冷却电池模块,所述电池模块的热量已升至高温。
[0037] 在穿过外部冷却器23或电池冷却管线24的同时被加热的冷却水经由辅助冷却水管线22和主冷却水管线19供应到珀耳帖模块13。在穿过珀尔帖模块13的同时被再冷却的冷却水沿着封闭路径重新循环。
[0038] 在本发明的示例性实施方案中,外部冷却器23和电池冷却管线24可以并联连接到辅助冷却水管线22。
[0039] 在下文中,将对本发明的空气调节装置的操作和效果进行说明。
[0040] 图2示出冷却模式。在此模式下,冷却水阀25是关闭的,以便使主冷却水管线19不连接到辅助冷却水管线22。
[0041] 在冷却模式的初始阶段中,仅使用珀耳帖模块13的冷却操作并不容易在乘坐室内迅速冷却被加热的空气。因此,需要处于低温的冷却水以迅速冷却被排放到乘坐室内的空气。
[0042] 为了实现上述目的,在冷却模式下,打开氮阀21,使得从氮箱15中把液氮供应至氮蒸发器17,并且所述液氮在穿过氮蒸发器17的同时通过最初吸热过程而发生相变成为氮气。穿过氮蒸发器17的主冷却水管线19的冷却水被冷却。
[0043] 已经穿过氮蒸发器17的氮管线16中的氮气穿过的冷却芯14,从而经历二次吸热过程。在此过程中,已穿过鼓风机11的外部空气被最初地冷却。
[0044] 穿过氮蒸发器17的同时已被冷却的主冷却水管线19的冷却水在穿过珀耳帖模块13时被加热。同时,穿过冷却芯14的同时已被最初地冷却的外部空气,在穿过珀耳帖模块
13时被二次冷却,然后经排气口12b排放到乘坐室。
[0045] 因此,被排放到乘坐室中空气在穿过在冷却芯14的同时被最初地冷却,并且在穿过珀耳帖模块13时被二次冷却。结果,乘坐室的温度在短时间内能够降低到期望的水平。
[0046] 如果需要快速冷却,则冷却芯14的性能必须得到加强。为此,控制氮阀21使得供应至氮蒸发器17的氮的流量增加。另一方面,在正常的冷却部分中,控制氮阀21使得氮的流量最小化。
[0047] 通过选择可以使空气调节装置的冷却效率最高的电压对珀耳帖模块13进行控制。根据供应至乘坐室的空气的目标温度通过调节氮的流量控制冷却水的温度。
[0048] 因此,在本发明的示例性实施方案中,在珀耳帖模块13最佳效率部分进行冷却,从而使电能消耗最小化。此外,引起高电能损失(例如压缩机)的机械部件,在本发明的示例性实施方案中没有被使用,以便如果车辆是EV或HEV,则可以显着地改善能耗里程。
[0049] 此外,本发明不使用制冷剂,因而减轻了环境污染的问题。
[0050] 图3示出加热模式。在这种模式下,关闭氮阀21,以便液氮不从氮箱15供应至氮蒸发器17。冷却水阀25打开,从而使主冷却水管线19连接到辅助冷却水管线22。
[0051] 在加热模式下,将电能供应至珀耳帖模块13,以便产生的热量能传送到已穿过鼓风机11的空气中,从而加热空气。同时,主冷却水管线19的冷却水被冷却。因此,已穿过珀耳帖模块13的主冷却水管线19的冷却水处于冷却的状态。
[0052] 通过水泵18的操作,冷却的冷却水被供应至辅助冷却水管线22。将辅助冷却水管线22的冷却水供应至为外部冷却器23的散热器,因此附加地冷却供应至发动机的水套的冷却水。在EV或HEV的情况下,辅助冷却水管线22的冷却水可以供应至电池冷却管线24并被用于冷却已加热到高温的电池模块。
[0053] 在穿过外部冷却器23或电池冷却管线24的同时被加热的冷却水,穿过主冷却水管线19被再次供应至珀耳帖模块13。在穿过珀耳帖模块13的同时被重新冷却的冷却水沿着上述封闭路径重新循环。
[0054] 供应至辅助冷却水管线22的冷却水的流量能够被冷却水阀25以能够提高热效率的方式进行控制。
[0055] 因此,本发明的空气调节装置可以加热乘坐室,而不使用引起高电能损失的PTC加热器,从而显着提高能耗里程。
[0056] 图4示出加湿模式,其中空气先被冷却然后被加热。在这种模式下,氮阀21和冷却水阀25都被打开。
[0057] 因此,将少量的氮气供应至冷却芯14以便冷却空气。此后,空气被珀耳帖模块13加热。在此,空气被冷却芯14加湿。
[0058] 如上所述,根据本发明的示例性实施方案的空气调节装置配置成不需要制冷剂,从而减轻与制冷剂的使用一起产生的质量恶化和环境污染的问题。另外,在冷却或加热时的能源消耗和能源损失可以被最小化,从而提高车辆的能耗里程。
[0059] 为了方便解释和精确限定所附权利要求,术语“上”、“下”、“内”和“外”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
[0060] 前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的,也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式,显然,根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用,从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
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