CN106494188A - 用于加热和冷却车辆内部的具有组合热交换器的车辆暖通空调*** - Google Patents
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Abstract
提供一种具有用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)***的车辆。该车辆可以被描述为包括定位在发动机舱内的CO2回路、至少部分地定位在乘客舱内的冷却剂回路、定位在发动机舱内以用于将热量从冷却剂回路内的冷却剂传递到CO2回路内的CO2的第一热交换器、用于移动冷却剂回路内的冷却剂的泵、冷却剂回路内用于加热或冷却乘客舱内的空气温度的第二热交换器、和用于控制冷却剂通过第二热交换器和加热的冷却剂回路的移动的第一和第二阀。
Description
技术领域
本文献总体上涉及车辆加热/冷却***，并且更具体地涉及一种用于加热和冷却车辆内部的具有组合热交换器的车辆暖通空调***。
背景技术
在车辆中使用辅助暖通空调(HVAC)***是众所周知的。这种***可以包括在高压下操作的在其中的CO2回路。当即使部分地定位在车辆的乘客舱内时，必须采取额外措施保护车辆乘员不受与高压***相关的故障损害。乘客舱中所产生的CO2的释放可能导致短时间段内氧气的置换。因此，存在消除对与这种***相关联的额外措施和关注的需要。
这可以通过将CO2回路完全移出车辆的乘客舱来完成。较低压力冷却剂回路可以在乘客舱内使用。冷却剂回路内的组合热交换器可以与热源联合使用以提供乘客舱内的冷却和加热。
发明内容
根据本文所描述的目的和益处，提供一种具有用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)***的车辆。车辆可以被概括地描述为包括定位在发动机舱内的CO2回路、至少部分地定位在乘客舱内的冷却剂回路、定位在发动机舱内用于将热量从冷却剂回路内的冷却剂传递到CO2回路内的CO2的第一热交换器、用于移动冷却剂回路内的冷却剂的泵、冷却剂回路内用于加热或冷却乘客舱内的空气温度的第二热交换器、和用于控制冷却剂通过第二热交换器和加热的冷却剂回路的移动的第一和第二阀。
在另一个可行的实施例，加热的冷却剂回路包括用于加温冷却剂储液器内的冷却剂的热源。
在又一可行的实施例中，第二热交换器是冷却剂对空气热交换器。在又一可行的实施例中，第二热交换器在加热模式下被用以加温乘客舱内的空气温度。在另一个可行的实施例中，第二热交换器在冷却模式下被用以冷却乘客舱内的空气温度。
在又一可行的实施例中，加热的冷却剂回路包括用于加温冷却剂储液器内的冷却剂的热源。
在另一个可行的实施例中，通过第一阀控制的、从第一热交换器移动通过第二热交换器的第一量的冷却剂和通过第二阀控制的、从加热的冷却剂回路移动通过第二热交换器的第二量的冷却剂至少部分地决定乘客舱内的空气温度。
在又一可行的实施例中，电动膨胀装置用来控制进入第一热交换器的CO2的量和温度。
在另一个可行的实施例中，在冷却模式下，第一阀引导从第一热交换器流出的冷却剂的第一部分通过第二热交换器和从第一热交换器流出的冷却剂的第二部分通过冷却剂储液器，并且第二阀允许冷却剂的第一和第二部分从第二热交换器和冷却剂储液器流动回到第一热交换器。
在另一个可行的实施例中，在加热模式下，第一阀引导从第一热交换器流出的冷却剂通过冷却剂储液器，并且第二阀允许冷却剂的第一部分从冷却剂储液器流动回到第一热交换器且允许冷却剂的第二部分流过第二热交换器回到第一阀。
在又一可行的实施例中，第一阀引导从第一热交换器流出的冷却剂的第一部分通过第二热交换器和从第一热交换器流出的冷却剂的第二部分通过冷却剂储液器，并且第二阀允许冷却剂的第一部分从第二热交换器流动回到第一热交换器且允许冷却剂的第二部分中的至少第三部分从冷却剂储液器流过第二热交换器。
在另一个可行实施例中，一种具有用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)***的车辆，包括定位在发动机舱内的CO2回路、包括用于循环冷却剂回路内的冷却剂的泵的冷却剂回路、用于将热量从冷却剂传递到在CO2回路内移动的CO2以使冷却剂过度冷却的第一热交换器、冷却剂回路内用于改变乘客舱内的空气温度的第二热交换器、冷却剂回路内用于控制过度冷却的冷却剂从第一热交换器通过第二热交换器和加热的冷却剂回路的流动的第一阀、和冷却剂回路内用于控制冷却剂从加热的冷却剂回路通过第二热交换器和第一热交换器的流动的第二阀。
在又一可行的实施例中，加热的冷却剂回路包括储液器和用于加热流过储液器的冷却剂的热源。
在又一可行的实施例中，第二热交换器是冷却剂对空气热交换器。
在另一个可行的实施例中，在冷却模式下第一阀引导来自第一热交换器的所有的过度冷却的冷却剂流通过第二热交换器以冷却乘客舱内的空气温度。
在另一个可行的实施例中，在加热模式下第一阀引导来自第一热交换器的过度冷却的冷却剂流的至少一部分通过加热的冷却剂回路，并且第二阀引导来自加热的冷却剂回路的冷却剂流的至少一部分通过第二热交换器，以加热乘客舱内的空气温度。在另一个可行的实施例中，第二热交换器和储液器是并联的。
根据本文描述的目的和益处，提供一种控制车辆的乘客舱内的空气温度的方法，该车辆具有定位在乘客舱内的冷却剂对空气热交换器。该方法可以被概括地描述为包含以下步骤：(a)将冷却剂泵送通过具有与冷却剂对空气热交换器并联的加热的冷却剂储液器的冷却剂回路；(b)将热量从在冷却剂回路内流动的冷却剂传递到在CO2回路内流动的CO2，CO2回路定位在车辆的发动机舱内，以用于过度冷却冷却剂的一部分；(c)控制包括冷却剂的过度冷却部分的冷却剂通过加热的冷却剂储液器和冷却剂对空气热交换器的流动；以及(d)将空气移动通过冷却剂对空气热交换器以便改变进入乘客舱的空气的温度。
在一个可行的实施例中，控制步骤包括在冷却模式下将冷却剂的过度冷却部分引导通过冷却剂对空气热交换器。在另一个可行的实施例中，控制步骤包括在加热模式下将冷却剂的过度冷却部分中的至少一部分引导通过加热的冷却剂储液器并且然后通过冷却剂对空气热交换器。
在下面的描述中，示出且描述了具有用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)***的车辆和控制具有定位在乘客舱内的冷却剂对空气热交换器的车辆的乘客舱内的空气温度的相关方法的几个实施例。如应当认识到的是，车辆和相关方法能够是其它、不同的实施例并且它们的若干细节能够在各种、明显的方面修改，而所有不脱离下面权利要求书中所阐述和所描述的方法和总成。因此，附图和说明书应被视为本质上是说明性的而不是限制性的。
附图说明
并入本文并且形成说明书的一部分的附图示出了车辆和方法的几个方面，并与说明书一起用来解释它们的某些原理。在附图中：
图1是包括定位在发动机舱内的CO2回路和至少部分地定位在乘客舱内的冷却剂回路的车辆冷却和加热***的示意图。
现在将详细地参照具有用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)***的车辆和控制乘客舱内的空气温度的相关方法的目前优选的实施例，其示例在附图中被图示，其中相同的附图标记用来表示相同的元件。
具体实施方式
现在参照图1，图1示出了车辆暖通空调(HVAC)***10的示意图，该车辆暖通空调(HVAC)***包括定位在车辆的发动机舱14内的高压CO2回路12和至少部分地定位在乘客舱18内用于通过定位在其中的通风装置(未示出)加热和冷却乘客舱的冷却剂回路16。CO2回路完全包含在发动机舱内。
在所描述的实施例中，CO2回路12包括压缩机22。在***10的操作的A/C(空气调节)模式下，压缩机22压缩流体(其在所描述的实施例中是二氧化碳(CO2)气体)，从而提高CO2气体的压力和温度。高温、高压CO2气体离开压缩机22，如通过动作箭头24所示，并且流入冷凝器26。
概括地说，在所描述的实施例中，冷凝器26被定位在发动机舱的前部并且起冷却CO2气体的作用。在冷凝器26内，高温、高压CO2气体主要由于热量向外部空气的消散而被冷凝，并且被液化。尽管未示出，但是风扇可以用来创造且调节冷凝器上的空气流。
高压、液化的CO2然后流到膨胀或计量装置28，如通过动作箭头30所示。通过膨胀装置28对高压、液化的CO2流的调节或节流用来控制进入第一热交换器32——其是CO2对冷却剂热交换器——的CO2的温度。增加CO2的流量必然降低进入第一热交换器32的CO2的温度。
在所描述的实施例中，膨胀装置28是用来控制进入第一热交换器32的CO2的量和温度的电动膨胀装置。电动膨胀装置28电力地连接到响应于来自至少车辆乘员的输入而控制该装置的车辆的控制模块(未示出)。在供选择的实施例中，膨胀装置28可以是具有相关联的旁路装置的固定节流管(orifice tube)。在旁路模式下，例如在加热模式下，控制模块确定膨胀装置允许高压、液化的CO2通过该装置而没有压力下降。换句话说，膨胀装置在旁路模式下对CO2大体上没有影响。
在非旁路模式下，例如在冷却模式下，流过CO2回路12的液体CO2在电动膨胀装置28中膨胀并且成为低温、低压液体和蒸汽CO2混合物。这种低温、低压液体和蒸汽CO2混合物被供应给第一热交换器32。当在冷却模式下流过第一热交换器32时，低温、低压液体和蒸汽CO2混合物吸收来自冷却剂的热量，该冷却剂通过泵38泵送通过冷却剂回路36，如通过动作箭头34所示。
尽管CO2回路被定位在发动机舱内，但是CO2回路与在乘客舱内循环冷却剂的冷却剂回路36热连通。更具体地，第一热交换器32是板对板CO2对冷却剂铝热交换器，该热交换器主要通过传导来在交替的CO2和冷却剂板之间传递热量。换句话说，热量从冷却剂回路16吸取进入CO2回路12。
由于热量从第一热交换器32内的冷却剂被吸收，所以低温、低压液体和蒸汽CO2混合物在重新进入压缩机22之前通过沸腾成中间温度、中间压力蒸汽而经历相变，在压缩机22中CO2再次压缩且通过CO2回路12循环。同时，在所描述的实施例中，流过第一热交换器32的冷却剂被过度冷却到-20和-30℃摄氏度之间的温度。冷却剂的过度冷却的部分，通过动作箭头40所示，从第一热交换器32流到第一阀42。
在冷却模式下，在所描述的实施例中，第一阀42将所有过度冷却的冷却剂引导到第二热交换器44，如通过动作箭头46所示。在供选择的实施例中，第一阀42可以引导从第一热交换器32流出的冷却剂的第一部分通过第二热交换器44和从第一热交换器32流出的冷却剂的第二部分通过加热的冷却剂回路54。更多地，第二阀52可以允许冷却剂的第一和第二部分从第二热交换器44和加热的冷却剂回路54流动回到第一热交换器32。在该供选择的实施例中，用于加热冷却剂储液器58内的冷却剂的热源60将处于“关闭(OFF)”状态，并且将循环冷却剂通过冷却剂储液器58而不影响乘客舱18内的空气的温度。这可以为了使冷却剂脱气或其他的目的来完成。
在所描述的实施例中，第二热交换器44是冷却剂对空气换热器。当流过第二热交换器44时，过度冷却的冷却剂吸收来自空气的潜热，该空气被循环通过乘客舱18，如通过箭头48所示。副产品是降低温度的空气和来自从第二热交换器44发送到车辆的外部的空气的冷凝水。鼓风机(未示出)吹动空气穿过第二热交换器44并且通过一个或多个通风装置(未示出)进入到乘客舱18。这个过程导致乘客舱18具有在其中较冷的、较干燥的空气。
由于来自空气的热量的吸收，所以过度冷却的冷却剂在返回第一热交换器32之前加温。第二阀52引导加温的冷却剂从第二热交换器44，如通过动作箭头50所示，回到第一热交换器32，如通过动作箭头34所示。换句话说，在冷却模式下第一阀42引导冷却剂从第一热交换器32流过第二热交换器44并且第二阀52允许冷却剂从第二热交换器44流动回到第一热交换器。
在所描述的实施例中，第二热交换器针对冷却剂设置尺寸并且设计有大的、92毫米芯厚度。低压冷却剂而不是制冷剂的使用允许更薄规格的金属使用，其以较低的总重量提供最佳热传递。第二热交换器的芯厚度大于通常是38毫米的标准蒸发器芯厚度。尽管第二热交换器的尺寸显著大于标准蒸发器，但是第二热交换器仍然能够被封装在标准HVAC壳体中。这是可能的，因为第二热交换器提供消除***内的加热器芯的需要的冷却和加热功能。因此，在标准HVAC壳体内存在可用的空间。
在加热模式下，在供选择的实施例中，压缩机22被转向到“OFF(关)”状态或者可以被置于旁路模式下。在这种压缩机“OFF”的情况下，CO2停止在CO2回路12内流动并且流过第一热交换器32的冷却剂未通过将其热量传递到CO2过度冷却。然而，泵38操作为将冷却剂泵送贯穿冷却剂回路36。更具体地，冷却剂被泵送通过第一热交换器32，尽管对通过其中的冷却剂的温度没有显著的影响。如通过动作箭头40所示，冷却剂离开第一热交换器32并且通过第一阀42引导通过第二热交换器44(通过动作箭头46所示)且通过加热的冷却剂回路54(通过动作箭头56所示)。
加热的冷却剂回路54在低压下提供热量给冷却剂。在所描述的实施例中，加热的冷却剂回路54包括冷却剂储液器58和用于加温或加热冷却剂储液器内的冷却剂的热源60。冷却剂储液器58与第二热交换器44并联。在供选择的实施例中，加热的冷却剂回路54可以进一步包括脱气器(未示出)。
加热的冷却剂通过泵38从冷却剂储液器58泵送到第二阀52。在加热模式下，在所描述的实施例中，第二阀52将加热的冷却剂的至少一部分引导到第二热交换器44中，如通过动作箭头62所示。当流过第二热交换器44时，加热的冷却剂将热量消散到空气，通过箭头48所示，该空气被循环通过乘客舱18。结果是乘客舱18中升高温度的空气。
由于热量的消散，冷却剂在其通过第二热交换器44时被冷却。第一阀42再次通过加热的冷却剂回路54将冷却的冷却剂引导返回到第二阀52。此外，第二阀52将加热的冷却剂的至少一部分引导回到第二热交换器44并且剩余部分回到第一热交换器32，如通过动作箭头34所示。换句话说，在加热模式下，第一阀42引导从第一热交换器32流出的冷却剂通过第二热交换器44和加热的冷却剂回路54，并且第二阀52允许冷却剂通过第二热交换器44流回到第一热交换器且将从冷却剂回路54泵送出的加热的冷却剂的至少一部分引导通过第二换热器。第一阀42进一步将引导返回通过第二热交换器44的加热的冷却剂的一部分引导返回通过冷却剂回路54。
在供选择的实施例中，在加热模式下，第一阀42可以引导从第一热交换器32流出的全部冷却剂通过冷却剂储液器58，并且第二阀52可以允许流过冷却剂储液器的冷却剂的第一部分从冷却剂储液器流动回到第一热交换器且允许流过冷却剂储液器的冷却剂的第二部分流过第二热交换器44回到第一阀。
在供选择的实施例中，第一阀42可以引导从第一热交换器32流出的冷却剂的第一部分通过第二热交换器44和从第一热交换器流出的冷却剂的第二部分通过冷却剂储液器58。在加热模式下，第二阀52可以引导从第二热交换器流出的冷却剂的第一部分回到第一热交换器和从冷却剂储液器流出的冷却剂的第二部分的至少一些通过第二热交换器。
在又一供选择的实施例中，通过第一阀42控制、从第一热交换器32移动通过第二热交换器44的第一量的冷却剂和通过第二阀控制、从加热的冷却剂回路54移动通过第二热交换器的第二量的冷却剂在第二热交换器内共同作用以至少部分地决定乘客舱18内的空气温度。换句话说，通过压缩机22、冷凝器26和膨胀装置28的操作在第一热交换器32内可能被过度冷却的一部分冷却剂可以移动通过第二热交换器32，同时在冷却剂储液器58内加温的一部分冷却剂移动通过第二热交换器。冷却的和加温的冷却剂在第二热交换器32内移动，通过其中的空气的温度可以根据需要加温或冷却。第一和第二阀操作为控制通过确定乘客舱中的空气的温度的第二热交换器32的过度冷却的冷却剂和加温的冷却剂的量。
总之，许多益处从使用用于加热和冷却车辆内部的具有组合热交换器的暖通空调***的车辆产生。冷却剂回路内的组合热交换器的使用避免与乘客舱内的CO2***的操作相关联的额外的措施和关注的需要。
前述已被呈现用于说明和描述的目的。它并非旨在是穷尽的或将实施例限制为所公开的精确形式。鉴于上述教导，明显的修改和变化是可能的。当根据所附权利要求公平地、合法地和公正地享有的广度解释时，所有这些修改和变化都在所附权利要求的范围内。
Claims (20)
1.一种具有用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)***的车辆，包含：
CO2回路，所述CO2回路定位在发动机舱内；
冷却剂回路，所述冷却剂回路至少部分地定位在所述乘客舱内；
第一热交换器，所述第一热交换器定位在所述发动机舱内以用于将热量从所述冷却剂回路内的冷却剂传递到所述CO2回路内的CO2；
泵，所述泵用于移动所述冷却剂回路内的所述冷却剂；
第二热交换器，所述第二热交换器在所述冷却剂回路内以用于加热或冷却所述乘客舱内的空气温度；以及
第一和第二阀，所述第一和第二阀用于控制所述冷却剂通过所述第二热交换器和加热的冷却剂回路的移动。
2.根据权利要求1所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述加热的冷却剂回路包括用于加温冷却剂储液器内的冷却剂的热源。
3.根据权利要求1所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述第二热交换器是冷却剂对空气热交换器。
4.根据权利要求3所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述第二热交换器在加热模式下被用以加温所述乘客舱内的所述空气温度。
5.根据权利要求4所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述第二热交换器在冷却模式下被用以冷却所述乘客舱内的所述空气温度。
6.根据权利要求5所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述加热的冷却剂回路包括用于加温冷却剂储液器内的冷却剂的热源。
7.根据权利要求1所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中通过所述第一阀控制的、从所述第一热交换器移动通过所述第二热交换器的第一量的冷却剂和通过所述第二阀控制的、从所述加热的冷却剂回路移动通过所述第二热交换器的第二量的冷却剂至少部分地决定所述乘客舱内的所述空气温度。
8.根据权利要求7所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述电动膨胀装置被用来控制进入所述第一热交换器的所述CO2的量和温度。
9.根据权利要求2所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中在冷却模式下，所述第一阀引导从所述第一热交换器流出的所述冷却剂的第一部分通过所述第二热交换器和从所述第一热交换器流出的所述冷却剂的第二部分通过所述冷却剂储液器，并且所述第二阀允许所述冷却剂的所述第一部分和所述第二部分从所述第二热交换器和所述冷却剂储液器流动回到所述第一热交换器。
10.根据权利要求9所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中在加热模式下，所述第一阀引导从所述第一热交换器流出的所述冷却剂通过所述冷却剂储液器，并且所述第二阀允许所述冷却剂的第一部分从所述冷却剂储液器流动回到所述第一热交换器并且允许所述冷却剂的第二部分通过所述第二热交换器流动回到所述第一阀。
11.根据权利要求10所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述第一阀引导从所述第一热交换器流出的所述冷却剂的第一部分通过所述第二热交换器和从所述第一热交换器流出的所述冷却剂的第二部分通过所述冷却剂储液器，并且所述第二阀允许所述冷却剂的所述第一部分从所述第二热交换器流动回到所述第一热交换器并且允许所述冷却剂的所述第二部分中的至少第三部分从所述冷却剂储液器流过所述第二热交换器。
12.一种具有用于加热和冷却乘客舱的暖通空调(HVAC)***的车辆，包含：
CO2回路，所述CO2回路定位在发动机舱内；
冷却剂回路，所述冷却剂回路包括用于循环所述冷却剂回路内的冷却剂的泵；
第一热交换器，所述第一热交换器用于将热量从所述冷却剂传递到在所述CO2回路内移动的CO2，以使所述冷却剂过度冷却；
第二热交换器，所述第二热交换器在所述冷却剂回路内以用于改变所述乘客舱内的空气温度；
第一阀，所述第一阀在所述冷却剂回路内以用于控制所述过度冷却的冷却剂从所述第一热交换器通过所述第二热交换器和加热的冷却剂回路的流动；以及
第二阀，所述第二阀在所述冷却剂回路内以用于控制冷却剂从所述加热的冷却剂回路通过所述第二热交换器和所述第一热交换器的流动。
13.根据权利要求12所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述加热的冷却剂回路包括储液器和用于加热流过所述储液器的冷却剂的热源。
14.根据权利要求13所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述第二热交换器是冷却剂对空气热交换器。
15.根据权利要求14所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中在冷却模式下所述第一阀引导来自所述第一热交换器的所有的所述过度冷却的冷却剂流通过所述第二热交换器，以冷却所述乘客舱内的所述空气温度。
16.根据权利要求14所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中在加热模式下所述第一阀引导来自所述第一热交换器的所述过度冷却的冷却剂流的至少一部分通过所述加热的冷却剂回路，并且所述第二阀引导来自所述加热的冷却剂回路的所述冷却剂流的至少一部分通过所述第二热交换器，以加热所述乘客舱内的所述空气温度。
17.根据权利要求14所述的具有用于加热和冷却乘客舱的HVAC***的车辆，其中所述第二热交换器和所述储液器是并联的。
18.一种控制车辆的乘客舱内的空气温度的方法，所述车辆具有定位在所述乘客舱内的冷却剂对空气热交换器，所述方法包含以下步骤：
将冷却剂泵送通过具有与所述冷却剂对空气热交换器并联的加热的冷却剂储液器的冷却剂回路；
将热量从在所述冷却剂回路内流动的所述冷却剂传递到在CO2回路内流动的CO2，所述CO2回路定位在所述车辆的发动机舱内，以用于过度冷却所述冷却剂的一部分；
控制包括冷却剂的所述过度冷却部分的冷却剂通过所述加热的冷却剂储液器和所述冷却剂对空气热交换器的流动；以及
将空气移动通过所述冷却剂对空气热交换器以便改变进入所述乘客舱的空气的温度。
19.根据权利要求18所述的控制车辆的乘客舱内的空气温度的方法，其中所述控制步骤包括在冷却模式下将所述冷却剂的所述过度冷却部分引导通过所述冷却剂对空气热交换器。
20.根据权利要求18所述的控制车辆的乘客舱内的空气温度的方法，控制步骤包括在加热模式下将所述冷却剂的所述过度冷却部分中的至少一部分引导通过所述加热的冷却剂储液器并且然后通过所述冷却剂对空气热交换器。
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