技术领域
背景技术
[0002] 公开号为2011/0109157的美国
专利公开了一种用于控制
发动机余热的余热
控制器。
发明内容
[0003] 在至少一个
实施例中，提供了一种气候控制系统。该气候控制系统可包括冷却剂子系统、
热泵子系统以及中间
热交换器。冷却剂子系统可使冷却剂循环至可设置在车辆的客厢内的加热器芯体。热泵子系统可使制冷剂循环。中间热交换器可将来自制冷剂的
热能传递至冷却剂，从而在气候控制系统处于供热模式下时提高冷却剂的
温度。
[0004] 根据本发明的一个实施例，冷却剂子系统包括加热冷却剂的动
力源。
[0005] 根据本发明的一个实施例，冷却剂子系统包括在接通动力源时使冷却剂循环的冷却剂泵。
[0006] 根据本发明的一个实施例，冷却剂泵使冷却剂从动力源循环至中间热交换器，再至加热器芯体。
[0007] 根据本发明的一个实施例，冷却剂子系统还包括用于加热冷却剂的冷却剂加热器。
[0008] 根据本发明的一个实施例，热泵子系统是
蒸汽压缩热泵子系统。
[0009] 根据本发明的一个实施例，中间热交换器设置在客厢的外部。
[0010] 根据本发明的一个实施例，热泵子系统使高压制冷剂循环穿过中间热交换器以将热量从制冷剂传递至冷却剂。
[0011] 根据本发明的一个实施例，热泵子系统包括外部热交换器和内部热交换器，其中，热泵子系统在供热模式下使制冷剂循环穿过外部热交换器和中间热交换器而不穿过内部热交换器。
[0012] 根据本发明的一个实施例，热泵子系统还包括压缩蒸汽制冷剂的
压缩机，其中，中间热交换器设置在压缩机和外部热交换器之间。
[0013] 根据本发明的一个实施例，还包括在中间热交换器和外部热交换器之间
流体连通用于在供热模式下降低制冷剂压力的第一膨胀装置。
[0014] 根据本发明的一个实施例，还包括在外部热交换器和压缩机之间流体连接的
蓄能器。
[0015] 根据本发明的一个实施例，还包括设置在外部热交换器和内部热交换器之间的第二膨胀装置，其中，第二膨胀装置在供热模式下被关闭以禁止制冷剂循环穿过内部热交换器。
[0016] 根据本发明的一个实施例，还包括沿着旁通回路布置的第一控制
阀，第一
控制阀允许部分制冷剂绕过外部热交换器并通过第二膨胀装置流向内部热交换器，其中，第一控制阀在处于供热模式下时被关闭。
[0017] 根据本发明的一个实施例，还包括设置在外部热交换器和旁通回路之间的第二控制阀，其中，在供热模式下，制冷剂没有通过第二控制阀从外部热交换器流向旁通回路。
[0018] 根据本发明的一个实施例，还包括设置在外部热交换器和蓄能器之间的第三控制阀，其中，第三控制阀在供热模式下被开启以允许制冷剂从外部热交换器循环至蓄能器。
[0019] 在至少一个实施例中，提供了一种控制气候控制系统的方法。该方法可包括使冷却剂在冷却剂子系统中的循环以向可设置在车辆客厢中的加热器芯体提供热量。热泵子系统可使制冷剂循环来使高温高压制冷剂循环穿过中间热交换器来将热能从自制冷剂传递至冷却剂。
[0020] 根据本发明的一个实施例，还包括：当加热冷却剂时，不使制冷剂循环穿过设置在车辆的客厢内的热泵子系统的内部热交换器。
[0021] 根据本发明的一个实施例，使冷却剂在冷却剂子系统中循环包括：运行冷却剂泵以使冷却剂循环穿过旁通回路，以使得冷却剂没有被动力源加热且使得冷却剂随后被循环至中间热交换器和加热器芯体。
[0022] 根据本发明的一个实施例，中间热交换器设置在压缩机和外部热交换器之间并位于客厢的外部。
附图说明
[0023] 图1是具有气候控制系统的车辆的示意图。
具体实施方式
[0024] 本发明的具体实施例按要求在此公开，然而，应当理解，在此公开的实施例仅为本发明的示例，其能够以各种替代方式实施。附图未必按比例绘制；可对一些特征放大或缩小以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应视为限定，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种方式应用本发明的代表性
基础。
[0025] 参照图1，示出了车辆10的示意图。车辆10可以是诸如轿车或
卡车的机动车。
[0026] 车辆10可具有任何合适的
动力传动系统并且可包括一个或多个可用于推动车辆10和/或车辆动力部件的动力源12。在图1中，车辆10示出具有可被配置为
内燃机的单动力源12，该内燃机可适合于燃烧诸如
汽油、柴油或氢气的任何合适种类的
燃料。作为另一种选择，车辆10可被配置为混合动力车辆，其可具有诸如电
气动力源和类似发动机的非电气动力源的多个动力源。
[0027] 车辆10可包括客厢20、发动
机舱22和气候控制系统24。
[0028] 客厢20可设置在车辆10的内部并且可容纳一名或多名乘客。气候控制系统24的一部分可设置在客厢20中。
[0029]
发动机舱22可靠近客厢10布置。一个或多个动力源12以及气候控制系统24的一部分可设置在发动机舱22之内。舱壁26将发动机舱22与客厢20分隔开。
[0030] 气候控制系统24可使空气循环和/或控制或调整在客厢20中循环的空气的温度。气候控制系统24可包括冷却剂子系统30、热泵子系统32和通
风子系统34。
[0031] 也可被称为
冷却剂回路的冷却剂子系统30可使诸如冷却剂的流体循环以冷却动力源12。例如，当动力源运转或运作时，由动力源12生成的余热可被传递至冷却剂，然后可循环至一个或多个热交换器，以便传递来自冷却剂的热能。在至少一个实施例中，冷却剂子系统30可包括冷却剂泵40、中间热交换器42、加热器芯体44、可选冷却剂加热器46以及旁通回路48，上述各部件可通过诸如管、软管或管道等的
导管实现流体互连。冷却剂子系统30也可包括
散热器(未示出)，其可设置在发动机舱22内用于将热能传递至车辆10周围的空气中。
[0032] 冷却剂泵40可使冷却剂循环穿
过冷却剂子系统30。冷却剂泵40可由电气或非电气动力源供电。例如，冷却剂泵40可通过传送带可操作地连接至被配置为内燃机的动力源12或可由电动
马达驱动。冷却剂泵40可接收来自动力源12的冷却剂并使其在闭合环路中循环。例如，当气候控制系统24处于供热模式时，如图中带有箭头的线所示，冷却剂可被从冷却剂泵40引导至中间热交换器42，然后在返回到动力源12之前被引导至加热器芯体44。
[0033] 中间热交换器42可促进冷却剂子系统30和热泵子系统32之间的热能传递。中间热交换器42可为冷却剂子系统30和热泵子系统32的一部分。中间热交换器42可具有任何合适的配置。例如，中间热交换器42可具有板翅式、管翅式或管壳式配置，上述配置可促进热能传递而未使冷却剂子系统30和热泵子系统32中的
传热流体混合。当气候控制系统24处于供热模式时，可将来自热泵子系统32的热量通过中间热交换器42传递给冷却剂，这将在下文给出更为详细的讨论。
[0034] 加热器芯体44可将热能从冷却剂传递到客厢20内的空气。加热器芯体44可设置在客厢20的
通风子系统34中并可具有任何合适的配置。例如，在一个或多个实施例中，加热器芯体44可具有板翅式或管翅式结构。
[0035] 冷却剂子系统30可选地包括加热冷却剂的冷却剂加热器46。在至少一个实施例中，冷却剂加热器46可为诸如高压冷却剂加热器或低压冷却剂加热器的电动冷却剂加热器，其可设置在加热器芯体44的上游并可使用
电能来加热冷却剂。电动冷却剂加热器可从车辆10上的电气动力源接收
能量和/或诸如通过插座从远离车辆10的电气动力源接收能量。可选地或另外地，冷却剂加热器46可为非电动冷却剂加热器，诸如燃料运转或燃料驱动的加热器。
[0036] 旁通回路48可引导冷却剂，使得冷却剂不会被动力源12或发动机加热。旁通回路控制阀50可控制穿过旁通回路48的冷却剂的流动。更具体地，当旁通回路控制阀50处于第一
位置时，其可准许冷却剂流过旁通线路52而禁止冷却剂从动力源12流动至中间热交换器42。在该位置时，第二冷却剂泵54可使冷却剂循环穿过从中间热交换器42至加热器芯体44、至旁通线路52、然后返回到第二冷却剂泵54的旁通回路48。由此，在一些运转模式中，冷却剂子系统30中的冷却剂可通过中间热交换器42由热泵子系统32单独加热。当旁通回路控制阀50处于第二位置时，其还可禁止冷却剂流过旁通线路52。当冷却剂并未流过旁通线路52时，第二冷却剂泵54可能或可能不使冷却剂循环。
[0037] 热泵子系统32可与客厢20互传热能并可与冷却剂子系统30互传热能。在至少一个实施例中，热泵子系统32可被配置为
蒸汽压缩热泵子系统，在该子系统中，流体循环穿
过热泵子系统32与客厢20互传热能。热泵子系统32可在包括但不限于制冷模式和供热模式的多种模式下运行。在制冷模式时，热泵子系统32可使被称为制冷剂的传热流体循环，以将热能从客厢20的内部传递到客厢20的外部。如下更为详细讨论的，在供热模式中，热泵子系统32可在无需使制冷剂穿过客厢20内的热交换器的情况下通过中间热交换器42将热能从制冷剂传递至冷却剂。为了简洁明了，下文对热泵子系统32的简短讨论集中于可在供热模式中使用的压缩循环。在这样的配置中，热泵子系统32可包括泵60、第一控制阀62、第一膨胀装置64、外部热交换器66、第二控制阀68、第三控制阀70、蓄能器72、第二膨胀装置74、内部热交换器76以及可选的内部热交换器78。热泵子系统32的部件可通过诸如管、软管、管道等的一个或多个导管在闭合环路中流体互连。在图1中，当处于供热模式时，带箭头的线表示制冷剂循环路径。
[0038] 也可被称为压缩机的泵60可对制冷剂加压并使其循环穿过热泵子系统32。泵60可由电气或非电气动力源驱动。例如，泵60可通过传送带可操作地连接至被配置为内燃机的动力源12上或可由电动马达驱动。在供热模式中，泵60可向中间热交换器42提供高压制冷剂，中间热交换器42转而可将热量从高压制冷剂传递至流过中间热交换器42的冷却剂，以加热冷却剂。
[0039] 沿着可设置在中间热交换器42和第一膨胀装置64之间的旁通回路80可设置第一控制阀62。当第一控制阀62打开时，旁通回路80可允许一些制冷剂绕过第一膨胀装置64和外部热交换器66并流向内部热交换器78(如果已提供)、第二膨胀装置74以及内部热交换器76。在处于供热模式时，可关闭第一控制阀62以禁止制冷剂穿过旁通回路80向内部热交换器76的流动。
[0040] 第一膨胀装置64可设置在中间热交换器42和外部热交换器66之间并可与两者流体连通。第一膨胀装置64可配置成改变制冷剂的压力。例如，第一膨胀装置64可为
热膨胀阀(TXV)或者是可能或可能不受外部控制的固定或可变位置阀。第一膨胀装置64可降低从中间热交换器42流经第一膨胀装置64到达外部热交换器66的制冷剂的压力。由此，在供热模式下，从中间热交换器42接收的高压制冷剂能够以低压液体蒸汽混合物的形式从第一膨胀装置64排出。
[0041] 外部热交换器66可设置在客厢20的外部。在制冷模式或空气调节情形下，外部热交换器66可用作
冷凝器并可将热量传递到周围环境以将制冷剂从蒸汽冷凝为液体。在供热模式下，外部热交换器66可用作
蒸发器并可将周围环境的热量传递给制冷剂，从而引起制冷剂的
汽化。
[0042] 第二控制阀68可设置在外部热交换器66和旁通回路80之间。第二控制阀68可配置为止回阀并可抑制制冷剂从旁通回路80流向外部热交换器66。由此，当气候控制系统24处于供热模式时，从外部热交换器66排出的制冷剂可被引导至第三控制阀70。
[0043] 第三控制阀70可设置在外部热交换器66和蓄能器72之间。第三控制阀70有助于控制从外部热交换器66排出的制冷剂的流动。在供热模式下，可打开第三控制阀70以允许制冷剂从外部热交换器66流向蓄能器72。在诸如制冷模式的其他模式中，第三控制阀70可被关闭，而第二膨胀装置74可被打开。
[0044] 蓄能器72可用作存储任何残余液体制冷剂的储蓄池，以便可将蒸汽制冷剂而非液体制冷剂供应给泵60。蓄能器72可包括从制冷剂吸收少量
水分的干燥剂。
[0045] 第二膨胀装置74可设置在外部热交换器66和内部热交换器76之间并可与两者流体连通。第二膨胀装置74可具有与第一膨胀装置64相似的配置并可与第一膨胀装置64相似地配置成改变制冷剂的压力。另外，第二膨胀装置74可被关闭以禁止制冷剂的流动。更具体地，在供热模式下，第二膨胀装置74可被关闭以禁止制冷剂从外部热交换器66向内部热交换器76的流动。由此，关闭第二膨胀装置74可禁止制冷剂穿过第二控制阀68向内部热交换器76的流动以及穿过内部热交换器78(如果已提供)的流动。
[0046] 内部热交换器76可液体连通至第二膨胀装置74。内部热交换器76可设置在客厢20的内部。在制冷模式或空气调节情形下，内部热交换器76可用作
蒸发器并可从客厢20的空气中吸收热量以汽化制冷剂。从内部热交换器76排出的制冷剂可被引导至蓄能器72。
在供热模式下，由于关闭了第二膨胀装置74，制冷剂可能不会被引导至内部热交换器76。
[0047] 内部热交换器78(如果提供)可在流经热泵子系统32的各个区域中的制冷剂之间传递热能。内部热交换器78可设置在客厢20的外部。在制冷模式或空气调节情形下，被从外部热交换器66引导至内部热交换器76的制冷剂的热量可传递至从蓄能器72被引导至泵60的制冷剂。在供热模式下，由于第二膨胀装置74被关闭从而禁止了制冷剂穿过内部热交换器78的一部分的流动，内部热交换器78不会在这种制冷剂流径之间传递热能。
[0048] 通风子系统34可使空气在车辆10的客厢20中循环。通风子系统34可包括外罩90、鼓风机92和温度活
门94。
[0049] 外罩90可容纳通风子系统34的部件。在图1中，为清楚起见，外罩90示出为使得内部组件可见而非被隐藏。另外，用带箭头的线表示流经外罩90和内部组件的气流。外罩90可至少部分地设置在客厢20中。例如，外罩90或其一部分可设置在车辆10的仪表板之下。外罩90可具有进气口部分100，其可接收来自车辆10外部的空气和/或客厢20内部的空气。例如，进气口部分100可通过可位于诸如邻近通风罩、轮拱室或其他
车身面板的任何合适位置内的进气通道、导管或开口接收来自车辆10外部的环境空气。进气口部分100也可接收来自客厢20内部的空气并使这些空气再循环穿过通风子系统34。可提供一个或多个入口或
百叶窗来允许或禁止空气再循环。
[0050] 鼓风机92可设置在外罩90内。也可被称为鼓风扇的鼓风机92可邻近进气口部分100设置并可被配置为可使空气循环穿过通风子系统34的离心式风扇。
[0051] 温度活门94可设置在内部热交换器76和加热器芯体44之间。在所示实施例中，温度活门94设置在内部热交换器76的下游和加热器芯体44的上游。温度活门94可阻止或允许气流通过加热器芯体44，以辅助控制客厢20中空气的温度。例如，温度活门94可在供热模式下允许气流穿过加热器芯体44，使得热量可被从冷却剂传递至流经加热器芯体44的空气。然后，可将被加热的空气供给至集气室，用于分配到位于客厢20中的通风管道和通风孔或排气口。温度活门94可在多个位置间移动以提供具有所需温度的空气。在图
1中，所示的温度活门94处于完全供热位置，在该位置，气流被引导穿过加热器芯体44。
[0052] 可选地，补充加热器或补充热源(未示出)可配置有通风子系统34。例如，像
电阻丝加热器、
正温度系数(PTC)加热器或热电装置的带电或电动加热器。
[0053] 上述气候控制系统可通过补充由发动机或车辆动力源提供的热量辅助减少所提供的热能成本。更具体地，热泵子系统可产生并提供额外的热量至可用于为车辆的客厢加热的冷却剂。此外，气候控制系统可促进气候控制系统部件的通用化，例如，加热器芯体和/或
通风系统设计。由此，普通的加热器芯体和/或通风子系统可配置于具有不同动力系统配置的车辆，诸如具有内燃机和混合动力传动系统选项的车型。通过在配置有多种动力系统配置的整个车型中和/或在车辆平台之间提供通用部件设计，这种通用化可大幅降低相关加工和制造成本。
[0054] 尽管上文描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了所公开装置和方法的所有可能形式。相反，本
说明书里的词语仅仅是描述性词语而非限制性词语，并且应当理解，可进行多种变化而不背离所要求保护的本发明的精神和范围。此外，可将不同可执行实施例的特征组合在一起来形成所公开概念的其他实施例。
