Подсистема теплового насоса для автомобиля

Изобретение относится к системе климат контроля для транспортного средства. Система климат-контроля включает в себя компрессор с двумя расположенными ниже по потоку каналами, которые могут быть селективно использованы для работы в различных режимах. При выключении компрессора клапаны, установленные в каждом канале сразу после компрессора, закрываются, в результате чего смесь хладагента и масла остается в компрессоре. Обеспечивается улучшение смазки компрессора при последующем включении. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к системе климат-контроля для транспортного средства.

Уровень техники

В патентной заявке США 2011/0109157 раскрыт терморегулятор для регулировки переноса тепла выхлопных газов из двигателя.

Раскрытие изобретения

Предложена оборудованная компрессором подсистема теплового насоса для использования в системе климат-контроля транспортного средства. Смесь хладагента и масла подается компрессором под давлением в по крайней мере два канала, расположенных ниже по потоку. Каждый канал содержит клапан, который может быть переведен в закрытое положение при обнаружении выключенного состояния. Один клапан может представлять собой электрический расширительный клапан. Термин «электрический расширительный клапан» используется для обозначения любого механического расширительного регулирующего клапана, выполненного с возможностью закрываться при получении входного сигнала. В частности, такой клапан может представлять собой двухпозиционный клапан, например электромагнитный клапан с механическим управлением, который по умолчанию закрыт, или другой клапан, закрывающийся при получении соответствующего сигнала.

В иллюстративном варианте осуществления система климат-контроля может включать в себя парокомпрессионную теплонасосную установку для автомобиля, содержащую внешний теплообменник и испаритель, выполненный с возможностью охлаждать или обогревать внутреннее пространство автомобиля. В парокомпрессионной теплонасосной установке содержится смесь хладагента и масла, проходящая через основную линию охлаждения и через по крайней мере одну обводную линию охлаждения ниже по потоку от компрессора. Ниже по потоку от компрессора расположен электрический расширительный клапан или любое другое механическое регулирующее устройство с возможностью отсечки потока смеси хладагента и масла на основании входного электрического сигнала. При выключении компрессора на электрический расширительный клапан поступает управляющий сигнал переключения данного клапана в закрытое положение. Также предусмотрен двухпозиционный клапан в обводной линии теплового насоса. При выключении компрессора двухпозиционный клапан закрывается. Двухпозиционный клапан может представлять собой электромагнитный клапан, который по умолчанию закрывается при выключении компрессора либо может закрываться при поступлении специального сигнала выключения.

Также предложен способ работы системы климат-контроля, содержащей парокомпрессорную систему с подсистемой теплового насоса и подсистемой обогрева. В соответствии с данным способом система охлаждения включает в себя компрессор, выполненный с возможностью нагнетания смеси хладагента и масла в несколько линий охлаждения, расположенных ниже по потоку, включая основную линию для хладагента и обводную линию для хладагента. Основная линия для хладагента содержит по крайней мере один электрический расширительный клапан или клапан аналогичного типа, а обводная линия содержит по крайней мере один двухпозиционный клапан. Способ предусматривает направление управляющего сигнала на компрессор для нагнетания смеси хладагента и масла с целью выполнения по крайней мере одной из функций охлаждения и по крайней мере одной из функций обогрева. При выключении компрессора на электрический расширительный клапан направляют управляющий сигнал выключения, в результате чего электрический регулирующий клапан переключается в закрытое положение.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлено схематическое изображение системы климат-контроля для транспортного средства.

На Фиг. 2 представлена блок-схема способа управления системой климат-контроля при выключенном состоянии компрессора.

Осуществление изобретения

Следует понимать, что описанные далее варианты приведены исключительно в качестве примеров, которые могут быть воплощены в различных формах. Чертежи необязательно выполнены в масштабе. Некоторые элементы могут быть увеличены или уменьшены с целью изображения деталей конкретных компонентов. Конкретные конструкционные и функциональные особенности, изложенные в данном описании, не должны рассматриваться как ограничение, и приведены лишь в качестве иллюстрации для ознакомления специалистов в данной области техники с вариантами реализации изобретения.

В настоящем документе раскрыта конфигурация для выключенного состояния системы климат-контроля. Выключенное состояние системы может быть обнаружено системой климат-контроля, после чего по крайней мере на один электрический расширительный клапан отправляется сигнал о выключении компрессора, чтобы переключить данный клапан в закрытое положение и удерживать смесь хладагента и масла внутри компрессора, соединенного с системой климат-контроля, а не оставлять клапаны в том же положении после выключения системы. Наличие смеси хладагента и масла в компрессоре после его выключения обеспечит лучшую смазку компрессора после его повторного включения. В иллюстративном варианте осуществления ниже по потоку относительно компрессора предусмотрен электрический расширительный клапан. Система также может включать в себя обводную линию для смеси хладагента и масла, содержащую двухпозиционный клапан. Двухпозиционный клапан может представлять собой электромагнитный клапан, который по умолчанию закрывается при выключенной системе. В качестве альтернативы для переключения в закрытое положение на двухпозиционный клапан посылается соответствующий сигнал.

На чертежах одни и те же компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями, при этом на них представлено схематическое изображение системы климат-контроля, используемой для транспортного средства, которое в иллюстративном варианте осуществления представляет собой автомобиль. Транспортное средство содержит любой подходящий силовой агрегат и может включать в себя один или несколько источников энергии 12. Источник энергии 12 может представлять собой двигатель внутреннего сгорания, гибридный источник энергии, электрический или неэлектрический источник. Источник энергии 12 может быть снабжен радиатором 14. В иллюстративном варианте осуществления система климат-контроля 10 может включать в себя подсистему 50 теплового насоса и подсистему 20 обогрева, что позволяет ей работать в различных режимах работы.

В иллюстративном варианте осуществления тепловая энергия может передаваться между подсистемой 20 обогрева и подсистемой 50 теплового насоса с помощью смеси хладагента и масла, проходящей через теплообменник 40 для хладагента. Смесь хладагента и масла включает в себя и хладагент, и масло, причем хладагент может быть использован для охлаждения и обогрева внутри подсистемы 50 теплового насоса, а масло обеспечивает смазку компрессора.

Подсистема 20 обогрева включает в себя основную линию 24 и насос 22 охлаждающей жидкости, который обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости через подсистему 20 обогрева и основную линию 24. В иллюстративном варианте осуществления подсистема 20 обогрева включает в себя обводную линию 26, которая вместе с клапаном 30 обеспечивает прохождение охлаждающей жидкости в подсистеме 20 обогрева в обход источника энергии 12.

Радиатор 28 отопителя, соответствующий подсистеме 20 обогрева, может передавать тепловую энергию воздуху в пассажирском салоне транспортного средства. Радиатор 28 отопителя может быть расположен в пассажирском салоне транспортного средства и может включать в себя соответствующую вентиляционную подсистему.

Система 10 климат-контроля также может включать в себя подсистему 50 теплового насоса, которая может обеспечивать перенос тепловой энергии между пассажирским салоном и подсистемой охлаждения. Подсистема 50 может включать в себя внешний теплообменник 52 и испаритель 54. Для переноса тепловой энергии компрессор 68 обеспечивает циркуляцию смеси хладагента и масла через подсистему охлаждения. Подсистема 50 теплового насоса включает в себя основную линию 56 для смеси хладагента и масла, линию 58 рециркуляции для смеси хладагента и масла и обводную линию 60 для смеси хладагента и масла. Основная линия 56 для смеси хладагента и масла соединяет испаритель 54 с внешним теплообменником 52 и обеспечивает основной путь прохождения потока между ними. Поток смеси хладагента и масла из испарителя 54 проходит через регулятор 62 давления, первый узел 64, накопительный бак 66 и поступает в компрессор 68. Первый узел 64 соединяет основную линию для хладагента с расположенным ниже по потоку участком 59 линии 58 рециркуляции хладагента.

Смесь хладагента и масла на участке ниже по потоку от компрессора 68 проходит через теплообменник 40, первый узел разветвления 70, электрический расширительный клапан 74 и попадает далее во внешний теплообменник 52. Первый узел разветвления 70 соединяет основную линию 56 для смеси хладагента и масла с ответвляющейся обводной линией 60 для смеси хладагента и масла. Обводная линия 60 для смеси хладагента и масла содержит двухпозиционный клапан 72, который контролирует возможность прохождения потока хладагента в перепускную линию 60 для смеси хладагента и масла. Двухпозиционный клапан 72 может представлять собой электромагнитный клапан или клапан с регулируемым переключением между открытым и закрытым положениями по управляющему сигналу. Если двухпозиционный клапан 72 представляет собой электромагнитный клапан, то при выключении системы климат-контроля он должен переходить в закрытое положение.

Обводная линия 60 соединена с основной линией 56 для смеси хладагента и масла через узел разветвления/рециркуляции 76. Когда смесь хладагента и масла проходит через обводную линию 60 в основную линию 56 для смеси хладагента и масла, контрольный клапан 78 исключает вероятность обратного потока во внешний теплообменник 52. Линия 58 для рециркуляции смеси хладагента и масла подсистемы 50 теплового насоса обеспечивает прохождение смеси хладагента и масла в обход испарителя 54. В линии 58 для рециркуляции смеси хладагента и масла предусмотрен двухпозиционный клапан 80. Двухпозиционный клапан 80 может выборочно открывать линию 58 для рециркуляции смеси хладагента и масла.

Как показано в иллюстративном варианте осуществления, предусмотрен также внутренний теплообменник 82, предназначенный для переноса тепловой энергии между участком выше по потоку от основной линии 56 для смеси хладагента и масла и участком ниже по потоку от основной линии для смеси хладагента и масла. Перед тем как основная линия для смеси хладагента и масла соединяется с испарителем 54, она проходит через второй электрический расширительный клапан 84.

В заявке США №14/010,057, также находящейся на рассмотрении патентного ведомства и полностью включенной в настоящий документ посредством ссылки, раскрыта система климат-контроля, аналогичная системе 10 климат-контроля, и которая может иметь несколько различных путей прохождения потока, создаваемых за счет использования первого и второго электрических расширительных клапанов и двухпозиционных клапанов для включения различных режимов, включая, но не ограничиваясь этим, режим обогрева, режим охлаждения, различные режимы осушения и режим оттаивания внешнего теплообменника.

На Фиг. 2 показан пример способа использования определения выключенного состояния системы климат-контроля. В частности, это происходит на этапе 100, когда система климат-контроля определяет, находится ли компрессор в выключенном состоянии. Если на этапе 100 обнаружено, что компрессор не находится в выключенном состоянии, процессор (не показан) использует соответствующий алгоритм управления, например, описанный в заявке США №14/010,057, для обеспечения нормальной работы на этапе 104. Когда на этапе 100 система переключается в выключенное состояние, на этапе 102 процессор выдает сигнал для перевода первого электрического расширительного клапана 74, расположенного ниже по потоку от компрессора 68, в закрытое положение. Если двухпозиционный клапан 72 выполнен с возможностью приема управляющего сигнала выключения, то на этапе 102 он также примет сигнал и переключится в закрытое положение. В альтернативном иллюстративном варианте осуществления, в котором двухпозиционный клапан 72 представляет собой электромагнитный клапан, его настраивают таким образом, чтобы он автоматически переключался в закрытое положение при выключении компрессора, а команду переключения в закрытое положение направляют только электрическому регулирующему клапану 74.

Определение выключенного состояния и выдача сигналов для закрытия расположенного ниже по потоку электрического регулирующего клапана 74 и двухпозиционного клапана в обводной линии 60 позволяют смеси хладагента и масла оставаться в компрессоре 68 после выключения компрессора. Поток смеси хладагента и масла из компрессора 68 может возникать под действием разности давлений, вызванной, например, разностью температур. Использование механизма, который выдает сигналы переключения в закрытое положение для клапанов, расположенных непосредственно ниже по потоку от компрессора в системе климат-контроля, позволит снизить количество контрольных клапанов, которые нужно использовать в системе климат-контроля. Отсутствие контрольных клапанов может увеличить производительность компрессора за счет снижения потерь давления, связанных с работой таких клапанов.

Следует понимать, что хотя настоящий иллюстративный вариант осуществления включает в себя два расположенных ниже по потоку клапана (электрический регулирующий клапан 74 и двухпозиционный клапан 72), другие системы климат-контроля могут включать в себя меньшее или большее количество клапанов. В варианте, в котором система включает в себя более двух клапанов для удержания хладагента в компрессоре, сигнал на переключение в закрытое положение получает каждый клапан.

Таким образом, следует понимать, что описание приведено в целях наглядности, а не ограничения. Многие дополнительные варианты реализации и применения, отличные от показанных примеров, станут очевидны при ознакомлении с вышеприведенным описанием. Объем не должен быть определен на основании приведенного выше описания, но, напротив, должен быть определен на основании прилагаемой формулы изобретения наряду с полным объемом эквивалентов, для которых данная формула является основанием. Предполагается и имеется в виду, что описываемые технологии могут быть развиты и усовершенствованы в будущем, причем раскрытые системы и способы будут включены в подобные будущие варианты реализации. Таким образом, следует понимать, что применение изобретения может быть изменено и модифицировано.

Все термины, применяемые в формуле изобретения, следует понимать в их наиболее широких разумных толкованиях и их обычных значениях, как это понимают специалисты в данной области техники, если иное явно не указано в описании изобретения. В частности, использование слов «какой-либо», «данный», «вышеуказанный» и т.д. надо понимать как один или несколько указанных элементов, если в формуле не указано иное.

1. Подсистема теплового насоса для автомобиля, содержащая:

компрессор, имеющий по меньшей мере два расположенных ниже по потоку канала, в каждом из которых предусмотрен клапан, переключаемый между открытым и закрытым положениями, причем клапаны выполнены с возможностью переключений в закрытое положение при выключении компрессора.

2. Подсистема теплового насоса по п. 1, в которой по меньшей мере один из клапанов представляет собой электрический расширительный клапан, переключаемый между множеством положений.

3. Подсистема теплового насоса по п. 2, в которой по меньшей мере один из клапанов представляет собой двухпозиционный клапан.

4. Подсистема теплового насоса по п. 3, в которой двухпозиционный клапан представляет собой электромагнитный клапан, выполненный с возможностью автоматического переключения в закрытое положение при выключении компрессора.

5. Подсистема теплового насоса по п. 3, в которой одним из каналов является основная линия для смеси хладагента и масла, а другим каналом является обводная линия для смеси хладагента и масла.

6. Подсистема теплового насоса по п. 5, в которой двухпозиционный клапан установлен в обводной линии для смеси хладагента и масла.

7. Подсистема теплового насоса по п. 6, дополнительно соединенная с возможностью переноса тепловой энергии с подсистемой обогрева через теплообменник для смеси хладагента с маслом и охлаждающей жидкости для формирования системы климат-контроля.

8. Подсистема теплового насоса по п. 7, дополнительно включающая в себя насос для охлаждающей жидкости.

9. Подсистема теплового насоса по п. 8, выполненная с возможностью обеспечения по меньшей мере одного режима охлаждения и по меньшей мере одного режима обогрева.

10. Система климат-контроля для автомобиля, содержащая:

подсистему обогрева с радиатором отопителя, в которой используется охлаждающая жидкость и которая выполнена с возможностью переноса тепловой энергии во внутреннее пространство транспортного средства;

подсистему теплового насоса, функционально соединенную с подсистемой обогрева посредством теплообменника и содержащую компрессор, выполненный с возможностью создания потока смеси хладагента с маслом по основной линии для смеси хладагента и масла между внешним теплообменником и испарителем, а также по меньшей мере один электрический расширительный клапан, расположенный ниже по потоку от компрессора; и

расположенную ниже по потоку обводную линию для смеси хладагента с маслом, содержащую двухпозиционный клапан, переключаемый в закрытое положение при выключении компрессора,

причем электрический расширительный клапан выполнен с возможностью приема управляющего сигнала, позволяющего системе климат-контроля обеспечивать по меньшей мере два режима работы, при этом электрический расширительный клапан выполнен с возможностью переключения в закрытое положение при поступлении управляющего сигнала, указывающего на то, что компрессор выключен.

11. Система климат-контроля по п. 10, в которой двухпозиционный клапан представляет собой электромагнитный клапан, выполненный с возможностью автоматического переключения в закрытое положение, как по умолчанию, после выключения системы.

12. Система климат-контроля по п. 11, дополнительно содержащая процессор, при выключении компрессора устанавливающий внутренний флаг состояния системы и отправляющий сигнал на электрический расширительный клапан для его переключения в закрытое положение.

13. Система климат-контроля по п. 11, дополнительно содержащая процессор, при выключении компрессора устанавливающий внутренний флаг состояния системы и отправляющий сигнал на двухпозиционный клапан для его переключения в закрытое положение.

14. Способ эксплуатации системы климат-контроля, содержащей парокомпрессорную систему с подсистемой теплового насоса и подсистемой обогрева, причем подсистема теплового насоса содержит компрессор для нагнетания хладагента в основную линию для хладагента, содержащую по меньшей мере один электрический расширительный клапан, расположенный ниже по потоку от компрессора, и расположенную ниже по потоку обводную линию с двухпозиционным клапаном, а парокомпрессорная система выполнена с возможностью обеспечения по меньшей мере одной функции обогрева и по меньшей мере одной функции охлаждения, при котором:

направляют управляющий сигнал на компрессор для нагнетания хладагента для выполнения указанной по меньшей мере одной функции охлаждения,

направляют управляющий сигнал выключения на электрический расширительный клапан для его перемещения в закрытое положение при выключении компрессора, и

двухпозиционный клапан переключается в закрытое положение при выключении компрессора.

15. Способ по п. 14, при котором дополнительно направляют управляющий сигнал на двухпозиционный клапан для его переключения в закрытое положение при выключении компрессора.