ТЕПЛООБМЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2019 года по МПК B60H1/22 F24D3/18 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к теплообменной установке для транспортного средства.

2. Описание предшествующего уровня техники

Публикация 2014-084060 (JP 2014-084060 A) заявки на выдачу патента Японии раскрывает теплообменную установку, используемую для выполнения кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства. В этой теплообменной установке, кондиционирование воздуха в кабине транспортного средства выполняется посредством использования теплового насоса, который обменивается теплом между внешней стороной и внутренней стороной транспортного средства. Тепловой насос, описанный в JP 2014-084060 A, применяет электрический компрессор для сжатия хладагента и, тем самым, повышения температуры хладагента.

Сущность изобретения

Когда вышеприведенный тепловой насос применяется в транспортном средстве, имеющем электродвигатель в качестве источника тяговой мощности, часть электроэнергии аккумуляторной батареи, которая должна подаваться на электродвигатель, потребляется в электрическом компрессоре во время использования кондиционирования воздуха. Когда тепловой насос используется для кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства, большая рабочая нагрузка требуется от электрического компрессора для удовлетворения потребностей в отоплении. По мере того, как потребление электроэнергии в электрическом компрессоре возрастает, величина электроэнергии, которая может подаваться на электродвигатель, убывает, что может давать в результате меньший запас хода транспортного средства.

Настоящее изобретение предусматривает теплообменную установку для транспортного средства, которая может снижать потребление электроэнергии в электрическом компрессоре, включенном в тепловой насос кондиционирования воздуха, и, тем самым, сберегать электроэнергию аккумуляторной батареи, которая может подаваться на электродвигатель, служащий в качестве источника тяговой мощности.

Первый аспект настоящего изобретения предусматривает теплообменную установку для транспортного средства, включающего в себя аккумуляторную батарею, электродвигатель в качестве источника тяговой мощности и систему трансмиссии. Электродвигатель выполнен с возможностью приводиться в действие электроэнергией, поставляемой из аккумуляторной батареи. Теплообменная установка включает в себя тепловой насос и теплообменник. Тепловой насос используется для кондиционирования воздуха. Тепловой насос включает в себя электрический компрессор, который сжимает хладагент. Электрический компрессор выполнен с возможностью приводиться в действие электроэнергией из аккумуляторной батареи. Теплообменник выполнен с возможностью обмениваться теплом между хладагентом и смазочным маслом, которое смазывает систему трансмиссии.

Эта конфигурация дает возможность переносить тепло из смазочного масла системы трансмиссии в хладагент теплового насоса. Таким образом, во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства, рабочая нагрузка электрического компрессора при удовлетворении потребностей в отоплении может быть уменьшена. Как результат, потребление электроэнергии в электрическом компрессоре может быть понижено, так что может сберегаться электроэнергия аккумуляторной батареи, которая может подаваться на электродвигатель, а запас хода транспортного средства может быть увеличен.

Транспортное средство дополнительно может включать в себя блок управления электропитанием, выполненный с возможностью преобразовывать электроэнергию из аккумуляторной батареи в переменный ток и подавать переменный ток в электродвигатель, и контур охлаждения, через который циркулирует охлаждающая жидкость для охлаждения блока управления электропитанием. Теплообменник может быть выполнен с возможностью обмениваться теплом между тремя видами текучих сред, которыми являются охлаждающая жидкость, смазочное масло и хладагент.

Эта конфигурация дает возможность переносить не только тепло смазочного масла системы трансмиссии, но также тепло охлаждающей жидкости, циркулирующей внутри контура охлаждения, в хладагент теплового насоса. Таким образом, рабочая нагрузка электрического компрессора при удовлетворении потребностей в отоплении во время выполнения отопления кабины транспортного средства, может быть уменьшена. Более того, тепло может обмениваться между тремя типами текучих сред, которыми являются смазочное масло, охлаждающая жидкость и хладагент, посредством использования одиночного теплообменника. Таким образом, может достигаться уменьшение веса и снижение стоимости всей системы.

Тепловой насос дополнительно может включать в себя первый конденсатор, второй конденсатор, расширительный клапан отопления, выполненный с возможностью функционировать во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства, и расширительный клапан охлаждения, выполненный с возможностью функционировать во время охлаждения, выполняемого в кабине транспортного средства. После вытекания из электрического компрессора, хладагент может течь через расширительный клапан отопления, второй конденсатор и расширительный клапан охлаждения в этом порядке. Теплообменник может быть расположен на стороне ниже по потоку от расширительного клапана отопления, но на стороне выше по потоку от второго конденсатора.

Эта конфигурация предоставляет возможность, чтобы, в процессе поглощения тепла во время отопления, тепло смазочного масла подавалось в хладагент в теплообменнике до того, как хладагент втекает во второй конденсатор. Таким образом, в хладагент может подаваться тепло смазочного масла в теплообменнике в дополнение к теплу наружного воздуха во втором теплообменнике.

Тепловой насос дополнительно может включать в себя первый конденсатор, второй конденсатор, расширительный клапан отопления, выполненный с возможностью действовать во время выполнения отопления в кабине транспортного средства, и расширительный клапан охлаждения, выполненный с возможностью действовать во время выполнения охлаждения в кабине транспортного средства. После вытекания из электрического компрессора, хладагент может течь через расширительный клапан отопления, второй конденсатор и расширительный клапан охлаждения в этом порядке. Теплообменник может быть расположен на стороне ниже по потоку от второго конденсатора, но на стороне выше по потоку от расширительного клапана охлаждения.

Эта конфигурация предоставляет возможность, чтобы, в процессе поглощения тепла во время отопления, тепло смазочного масла подавалось в хладагент в теплообменнике после того, как хладагент вытекает из второго конденсатора. Таким образом, в хладагент может подаваться тепло смазочного масла в теплообменнике в дополнение к теплу наружного воздуха во втором теплообменнике.

Первый конденсатор может быть выполнен с возможностью обмениваться теплом между воздухом внутри транспортного средства и хладагентом теплового насоса во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства. Второй конденсатор может быть выполнен с возможностью обмениваться теплом между воздухом снаружи транспортного средства и хладагентом во время функционирования теплового насоса.

Тепловой насос дополнительно может включать в себя перепускной канал, который обходит теплообменник, и переключающий клапан, который открывает и закрывает перепускной канал.

Эта конфигурация дает возможность переключать путь циркуляции хладагента между путем, который проходит через теплообменник, и путем, который обходит теплообменник.

Переключающий клапан может переключаться между открытым состоянием и закрытым состоянием согласно тому, должен ли быть перепускной канал закрытым или открытым, во время охлаждения, выполняемого в кабине транспортного средства.

Эта конфигурация дает возможность закрывать перепускной канал переключающим клапаном во время охлаждения и, тем самым, не допускать прием тепла хладагентом теплового насоса из охлаждающего масла в теплообменнике. Таким образом, может избегаться ухудшение эффективности охлаждения.

Электродвигатель может быть размещен внутри картера, который вмещает систему трансмиссии, и смазочное масло может охлаждать электродвигатель внутри картера.

Эта конфигурация предоставляет теплу смазочного масла, нагретого электродвигателем, отдаваться в хладагент теплового насоса в теплообменнике. Таким образом, большее количество тепла может отдаваться в хладагент в теплообменнике.

Второй аспект настоящего изобретения предусматривает теплообменную установку для транспортного средства, включающего в себя аккумуляторную батарею, блок управления электропитанием и электродвигатель в качестве источника тяговой мощности. Электродвигатель выполнен с возможностью приводиться в действие электроэнергией, подаваемой из аккумуляторной батареи. Блок управления электропитанием выполнен с возможностью преобразовывать электроэнергию из аккумуляторной батареи в переменный ток и подавать переменный ток на электродвигатель. Теплообменная установка включает в себя тепловой насос, контур охлаждения и теплообменник. Тепловой насос используется для кондиционирования воздуха. Тепловой насос включает в себя электрический компрессор, который сжимает хладагент. Электрический компрессор выполнен с возможностью приводиться в действие электроэнергией из аккумуляторной батареи. Теплообменник выполнен с возможностью обмениваться теплом между охлаждающей жидкостью и хладагентом.

Эта конфигурация дает возможность переносить тепло из охлаждающей жидкости блока управления электропитанием в хладагент теплового насоса. Таким образом, во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства, рабочая нагрузка электрического компрессора при удовлетворении потребностей в отоплении может быть уменьшена. Как результат, потребление электроэнергии в электрическом компрессоре может быть уменьшено, так что запас хода транспортного средства может быть увеличен.

Настоящее изобретение дает возможность нагревать хладагент, циркулирующий через тепловой насос кондиционирования воздуха, теплом смазочного масла, которое смазывает систему трансмиссии, и теплом охлаждающей жидкости для охлаждения блока управления электропитанием. Таким образом, во время отопления, тепло смазочного масла и охлаждающей жидкости может подаваться в хладагент в процессе поглощения тепла, что может снижать рабочую нагрузку электрического компрессора и потребление электроэнергии на электрическом компрессоре. Как результат, может сберегаться электроэнергия, которая может подаваться в электродвигатель, так что запас хода транспортного средства может быть увеличен.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые номера обозначают идентичные элементы, и на которых:

фиг. 1 - структурная схема, схематически показывающая транспортное средство, оборудованное теплообменной установкой по первому варианту осуществления;

фиг. 2 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по первому варианту осуществления;

фиг. 3 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по модифицированному примеру первого варианта осуществления;

фиг. 4 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по второму варианту осуществления;

фиг. 5 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по модифицированному примеру второго варианта осуществления;

фиг. 6 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по третьему варианту осуществления;

фиг. 7 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по модифицированному примеру третьего варианта осуществления;

фиг. 8 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по четвертому варианту осуществления; и

фиг. 9 - вид, схематически показывающий теплообменную установку по модифицированному примеру четвертого варианта осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Теплообменные установки транспортного средства по вариантам осуществления согласно настоящему изобретению будут конкретно описаны ниже со ссылкой на чертежи.

Первый вариант осуществления

Фиг. 1 - структурная схема, схематически показывающая транспортное средство, оборудованное теплообменной установкой 100 по первому варианту осуществления. Теплообменная установка 100 применяется в транспортном средстве Ve, оборудованном двигатель-генератором 1 (MG) в качестве источника тяговой мощности. В транспортном средстве Ve, мощность, выдаваемая из двигатель-генератора 1, передается на ведущие колеса 3 через систему 2 трансмиссии (T/M). Двигатель-генератор 1 функционирует не только в качестве электродвигателя, который выдает мощность, потребляя электроэнергию из аккумуляторной батареи 4, но также в качестве генератора мощности, который преобразует внешнюю силу с ведущего колеса 3 в электроэнергию. Аккумуляторная батарея 4, которая аккумулирует электроэнергию, электрически присоединена к двигатель-генератору 1 через блок 5 управления электропитанием (PCU), который преобразует электроэнергию из аккумуляторной батареи 4 в переменный ток и подает этот переменный ток на двигатель-генератор 1. Аккумуляторная батарея 4 заряжена электроэнергией, которая должна подаваться в компрессор 11 теплового насоса 10 (будет описано позже), а также на двигатель-генератор 1, и когда электроэнергия подается в компрессор 11 и двигатель-генератор 1, состояние заряда (SOC) снижается. Система 2 трансмиссии включает в себя трансмиссию и дифференциал, сформированный зубчатыми механизмами. В примере, показанном на фиг. 1, двигатель-генератор 1 размещен внутри картера 2a трансмиссии (в дальнейшем указываемом ссылкой просто как «картер»), который вмещает систему 2 трансмиссии. Смазочное масло, которое смазывает систему 2 трансмиссии, содержится в картере 2a. Таким образом, двигатель-генератор 1 внутри картера 2a может охлаждаться смазочным маслом системы 2 трансмиссии. Транспортное средство Ve в первом варианте осуществления не ограничено транспортным средством, имеющим только двигатель-генератор 1 в качестве источника тяговой мощности, например, транспортным средством с электрическим приводом или транспортным средством с электрическим приводом на топливных элементах, но также может быть транспортным средством с гибридным электрическим приводом, имеющим двигатель-генератор 1 и двигатель (не показан) в качестве источника тяговой мощности. PCU 5 включает в себя блок стабилизации напряжения в виде вольтодобавочного устройства, которое повышает напряжения.

Теплообменная установка 100 включает в себя тепловой насос 10, который используется для выполнения кондиционирования воздуха в кабине транспортного средства, и теплообменник 20, который обменивается теплом между смазочным маслом системы 2 трансмиссии и хладагентом теплового насоса 10. Тепловой насос 10 нагревает или охлаждает воздух в кабине транспортного средства посредством использования перепада температуры между воздухом снаружи транспортного средства Ve и хладагентом кондиционирования воздуха. Теплообменник 20 является масляным радиатором (O/C), имеющим конструкцию, которая предоставляет возможность циркуляции хладагента теплового насоса 10, а также циркуляции смазочного масла системы 2 трансмиссии.

Фиг. 2 - вид, схематически показывающий теплообменную установку 100 по первому варианту осуществления. Как показано на фиг. 2, теплообменная установка 100 включает в себя тепловой насос 10, сконфигурированный так, чтобы хладагент, который циркулирует внутри контура хладагента, проходил через теплообменник 20. Тепловой насос 10 имеет компрессор 11, первый конденсатор 12, расширительный клапан 13 отопления, второй конденсатор 14, теплообменник 20, расширительный клапан 14 охлаждения, испаритель 16 и бачок 17. Компоненты, включенные в тепловой насос 10, сообщаются друг с другом через трубопровод хладагента (каналы хладагента). На фиг. 2, каналы хладагента указаны точечными стрелками. Хладагент, который циркулирует во время действия теплового насоса 10, течет через компрессор 11, первый конденсатор 12, расширительный клапан 13 отопления, второй конденсатор 14, теплообменник 20, расширительный клапан 15 охлаждения, испаритель 16 и бачок 17 в этом порядке.

Компрессор 11 является электрическим компрессором, который сжимает хладагент, потребляя электроэнергию из аккумуляторной батареи 4. Сжатие хладагента компрессором 11 может повышать температуру хладагента. Хладагент, сжатый в компрессоре 11, подается в первый конденсатор 12.

Первый конденсатор 12 является теплообменником, который обменивается теплом между воздухом внутри транспортного средства и хладагентом теплового насоса 10 во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства. Во время отопления, тепло хладагента, текущего внутри первого конденсатора 12, отдается в воздух внутри кабины транспортного средства.

Во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства, расширительный клапан 13 отопления понижает температуру хладагента, вытекающего из первого конденсатора 12, расширяя хладагент (вызывая понижение давления). В контуре хладагента теплового насоса 10, расширительный клапан 13 отопления расположен между первым конденсатором 12 и вторым конденсатором 14. Во время отопления, хладагент, расширенный на расширительном клапане 13 отопления, подается во второй конденсатор 14.

Второй конденсатор 14 является теплообменником, который обменивается теплом между воздухом вне транспортного средства Ve и хладагентом во время действия теплового насоса 10. Во время отопления, тепло наружного воздуха переносится в хладагент, текущий внутри второго конденсатора 14, с тем чтобы накапливать тепло наружного воздуха во втором конденсаторе 14. Во время охлаждения, тепло хладагента, текущего внутри второго конденсатора 14, переносится в наружный воздух, с тем чтобы сбрасывать тепло, находящееся внутри кабины транспортного средства, через второй конденсатор 14. Хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, подается в теплообменник 20.

Теплообменник 20 расположен между вторым конденсатором 14 и расширительным клапаном 15 охлаждения и обменивается теплом между хладагентом, текущим на стороне ниже по потоку от второго конденсатора 14, и смазочным маслом системы 2 трансмиссии. Температура смазочного масла выше температуры хладагента. Во время отопления, хладагент, принявший тепло из наружного воздуха во втором конденсаторе 14, течет внутри теплообменника 20 и, тем самым, принимает тепло из смазочного масла и подвергается повышению температуры. Другими словами, смазочное масло системы 2 трансмиссии охлаждается хладагентом теплового насоса 10. Таким образом, с теплообменником 20, предусмотренным на пути, ведущем из второго конденсатора 14 в компрессор 11, во время отопления тепло смазочного масла может отдаваться в хладагент, принявший тепло во втором конденсаторе 14.

Во время охлаждения, выполняемого в кабине транспортного средства, расширительный клапан 15 охлаждения понижает температуру хладагента, вытекающего из второго конденсатора 14, расширяя хладагент (вызывая понижение давления). В контуре хладагента теплового насоса 10, расширительный клапан 15 охлаждения расположен между вторым конденсатором 14 и испарителем 16 на стороне ниже по потоку от теплообменника 20, но на стороне выше по потоку от испарителя 16. Во время охлаждения, хладагент (низкотемпературный хладагент низкого давления), расширенный на расширительном клапане 15 охлаждения, подается в испаритель 16.

Испаритель 16 является теплообменником, который обменивается теплом между воздухом внутри транспортного средства и хладагентом теплового насоса 10 во время охлаждения, выполняемого в кабине транспортного средства. Во время охлаждения, хладагент, текущий внутри испарителя 16, принимает тепло из воздуха внутри кабины транспортного средства.

Бачок 17 расположен между испарителем 16 и компрессором 11 и функционирует в качестве накопителя, который временно хранит хладагент перед достижением компрессора 11. Хладагент, вытекающий из испарителя 16, возвращается в компрессор 11 через бачок 17.

Здесь, изменения температуры и состояния хладагента, циркулирующего внутри теплового насоса 10 во время отопления, и таковые во время охлаждения будут описаны конкретно и подробно. Будучи компонентами, которые функционируют только во время охлаждения, расширительный клапан 14 охлаждения и испаритель 16 не вовлечены в обмен при температуре и в состоянии хладагента во время отопления. Будучи компонентами, которые функционируют только во время отопления, расширительный клапан 14 отопления и первый конденсатор 12 не вовлечены в обмен при температуре и в состоянии хладагента во время охлаждения. Независимо от того, во время отопления или охлаждения, бачок 17 не вовлечен в изменения температуры и состояния хладагента.

В обратном цикле Карно во время отопления, хладагент сжимается в компрессоре 11, сбрасывает тепло в первом конденсаторе 12, расширяется на расширительном клапане 13 отопления и поглощает тепло во втором конденсаторе 14 и теплообменнике 20. Чтобы рассмотреть хладагент в процессе поглощения тепла, хладагент, принявший тепло из наружного воздуха во втором конденсаторе 14, дополнительно принимает тепло из смазочного масла в теплообменнике 20. Таким образом, удельное теплосодержание хладагента во время сжатия в компрессоре 11 включает в себя не только прирост во втором конденсаторе 14, но также прирост в теплообменнике 20. Как результат, рабочая нагрузка компрессора 11 может быть понижена по сравнению с тем, когда хладагент поглощает тепло только во втором конденсаторе 14. Это происходит потому, что разность между удельным теплосодержанием хладагента до сжатия в компрессоре 11 и удельным теплосодержанием хладагента после сжатия в компрессоре 11 уменьшается на прирост удельного теплосодержания в теплообменнике 20. Дело в том, что для снижения рабочей нагрузки компрессора 11 во время отопления, желательно увеличивать количество тепла, которое хладагент может поглощать не только из наружного воздуха, но также и в теплообменнике 20, относительно рабочей нагрузки компрессора 11. В теплообменной установке 100, поэтому, теплообменник 20 предусмотрен на пути циркуляции, ведущем из второго конденсатора 14 в компрессор 11.

Во время охлаждения, хладагент сжимается в компрессоре 11, сбрасывает тепло во втором конденсаторе 14, расширяется на расширительном клапане 15 охлаждения и поглощает тепло в испарителе 16. Хладагент (высокотемпературный хладагент высокого давления), сжатый в компрессоре 11, подается во второй конденсатор 14. Хладагент (среднетемпературный хладагент высокого давления), охлажденный во втором конденсаторе 14, вытекает из второго конденсатора 14, а затем, расширяется на расширительном клапане 15 охлаждения. Таким образом, низкотемпературный хладагент подается в испаритель 16, так чтобы мог охлаждаться воздух в кабине транспортного средства.

Как было описано выше, в первом варианте осуществления, хладагент в процессе поглощения тепла во время отопления может не только поглощать тепло во втором конденсаторе 14, но также принимать тепло смазочного масла системы 2 трансмиссии, что может увеличивать количество тепла, принимаемого хладагентом, и, тем самым, понижать рабочую нагрузку компрессора 11. По мере того, как рабочая нагрузка компрессора 11 снижается, потребление электроэнергии во время отопления может уменьшаться, так что может сберегаться электроэнергия аккумуляторной батареи, которая может подаваться в двигатель-генератор 1, служащий в качестве источника тяговой мощности, а запас хода транспортного средства Ve может быть увеличен. Поскольку смазочное масло охлаждает двигатель-генератор 1 внутри картера 2a, тепло смазочного масла, нагретого двигатель-генератором 1, может отдаваться в хладагент в теплообменнике 20. Таким образом, большее количество тепла может обмениваться на теплообменнике 20. Более того, смазочное масло может охлаждаться хладагентом в теплообменнике 20, чтобы понижать температуру смазочного масла, что может улучшать эффективность охлаждения двигатель-генератора 1, размещенного внутри картера 2a, который вмещает систему 2 трансмиссии.

В теплообменной установке 100, теплообменник 20 может быть расположен на любой из стороны выше по потоку и стороны ниже по потоку от второго конденсатора 14 до тех пор, пока хладагент в процессе поглощения тепла во время отопления может повышать удельное теплосодержание в теплообменнике 20. Однако, поскольку тепловой насос 10 является контуром хладагента, включающим в себя расширительный клапан 13 отопления и расширительный клапан 15 охлаждения, теплообменник 20 расположен на стороне выше по потоку от расширительного клапана 15 охлаждения ввиду охлаждения. В качестве модифицированного примера первого варианта осуществления, контур хладагента, в котором теплообменник 20 расположен на стороне выше по потоку от второго конденсатора 14, показан на фиг. 3.

Фиг. 3 - вид, схематически показывающий теплообменную установку 100 по модифицированному примеру первого варианта осуществления. В теплообменной установке 100 по модифицированному примеру, теплообменник 20 расположен между расширительным клапаном 13 отопления и вторым конденсатором 14. В тепловом насосе 10, хладагент, расширенный на расширительном клапане 13 отопления, втекает во второй конденсатор 14 после приема тепла в теплообменнике 20. Затем, хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, подается, как есть, на расширительный клапан 15 охлаждения.

В этом модифицированном примере, как и в первом варианте осуществления, в хладагент в процессе поглощения тепла во время отопления может отдаваться тепло не только во втором конденсаторе 14, но также в теплообменнике 20, что может понижать рабочую нагрузку компрессора 11. Во время отопления, низкотемпературный хладагент низкого давления, расширенный на расширительном клапане 13 отопления, подается в теплообменник 20, так что большее количество тепла обменивается между хладагентом и смазочным маслом в теплообменнике 20, благодаря большему перепаду температуры между ними. Таким образом, во время отопления, хладагент может принимать большое количество тепла из смазочного масла.

Второй вариант осуществления

Фиг. 4 - вид, схематически показывающий теплообменную установку 200 по второму варианту осуществления. Теплообменная установка 200 по второму варианту осуществления включает в себя контур 30 охлаждения PCU, по которому циркулирует охлаждающая жидкость для охлаждения PCU 5, и сконфигурирована так, чтобы тепло обменивалось между тремя типами текучих сред, которыми являются хладагент теплового насоса 10, смазочное масло системы 2 трансмиссии и охлаждающая жидкость контура 30 охлаждения PCU, посредством использования одиночного теплообменника 40. Теплообменная установка 200 включает в себя тепловой насос 10, контур 30 охлаждения PCU и теплообменник 40, который обменивается теплом между хладагентом, смазочным маслом и охлаждающей жидкостью. В описании второго варианта осуществления, те же самые компоненты, что и в первом варианте осуществления, будут обозначены прежними ссылочными позициями наряду с тем, что их описание будет опущено.

В контуре хладагента теплового насоса 10, теплообменник 40 расположен между вторым конденсатором 14 и расширительным клапаном 15 охлаждения. Хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, втекает в теплообменник 40.

Теплообменник 40 является трехфазовым теплообменником, имеющим конструкцию, которая предоставляет возможность теплообмена между тремя типами текучих сред, которыми являются хладагент теплового насоса 10, смазочное масло системы 2 трансмиссии и охлаждающая жидкость контура 30 охлаждения PCU. Хладагент, текущий внутри теплообменника 40, обменивается теплом со смазочным маслом, а также с охлаждающей жидкостью.

Контур 30 охлаждения PCU включает в себя водяной насос 31 (W/P) и радиатор 32. Водяной насос 31 является электрическим насосом, который осуществляет циркуляцию охлаждающей жидкости внутри контура 30 охлаждения PCU. Охлаждающая жидкость, выпущенная из водяного насоса 31, втекает в радиатор 32 через теплообменник 40. Затем, охлаждающая жидкость, охлажденная в радиаторе 32, подается в PCU 5. Таким образом, PCU 5 может охлаждаться низкотемпературной охлаждающей жидкостью.

Чтобы рассмотреть хладагент в процессе поглощения тепла во втором варианте осуществления, хладагент, принявший тепло из наружного воздуха во втором конденсаторе 14, принимает тепло не только из смазочного масла, но также из охлаждающей жидкости в теплообменнике 40. Таким образом, прирост удельного теплосодержания в теплообменнике 40, является суммой тепла смазочного масла и тепла охлаждающей жидкости. Когда температура охлаждающей жидкости ниже температуры смазочного масла, смазочное масло охлаждается охлаждающей жидкостью в теплообменнике 40. Таким образом, во втором варианте осуществления, охлаждение смазочного масла охлаждающей жидкостью, перенос тепла при передаче тепла смазочного масла в хладагент и перенос тепла при передаче тепла охлаждающей жидкости в хладагент, все могут выполняться посредством использования одиночного теплообменника 40.

Как было описано выше, во втором варианте осуществления, рабочая нагрузка компрессора 11 может быть снижена, как в первом варианте осуществления, и тепло может обмениваться между тремя типами текучих сред, которыми являются хладагент, смазочное масло и охлаждающая жидкость, посредством использования одиночного теплообменника 40, так что могут достигаться уменьшение веса и снижение стоимости теплообменной установки 200. Более того, также может достигаться уменьшение габаритов теплообменной установки 200, что улучшает возможности монтажа теплообменной установки 200.

Подобно теплообменнику 20 по первому варианту осуществления, теплообменник 40 по второму варианту осуществления может быть расположен на любой из стороны выше по потоку и стороны ниже по потоку от второго конденсатора 14. В качестве модифицированного примера второго варианта осуществления, контур хладагента, в котором теплообменник 40 расположен на стороне выше по потоку от второго конденсатора 14, показан на фиг. 5.

Как показано на фиг. 5, в теплообменной установке 200 по модифицированному примеру второго варианта осуществления, теплообменник 40 расположен между расширительным клапаном 13 отопления и вторым конденсатором 14. В тепловом насосе 10, хладагент (низкотемпературный хладагент низкого давления), расширенный на расширительном клапане 13 отопления, втекает во второй конденсатор 14 после приема тепла смазочного масла и тепла охлаждающей жидкости в теплообменнике 40. Затем, хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, подается, как есть, на расширительный клапан 15 охлаждения.

В этом модифицированном примере, как и во втором варианте осуществления, в хладагент в процессе поглощения тепла во время отопления может не только отдаваться тепло во втором конденсаторе, но также отдаваться тепло смазочного масла и тепло охлаждающей жидкости в теплообменнике 40, что может снижать рабочую нагрузку компрессора 11. Во время отопления, низкотемпературный хладагент низкого давления, расширенный на расширительном клапане 13 отопления, подается в теплообменник 40, так что большее количество тепла обменивается между хладагентом и смазочным маслом в теплообменнике 40, благодаря большему перепаду температуры между ними. Во время отопления, хладагент может принимать большое количество тепла из смазочного масла и охлаждающей жидкости.

Третий вариант осуществления

Фиг. 6 - вид, схематически показывающий теплообменную установку 300 по третьему варианту осуществления. В теплообменной установке 300 по третьему варианту осуществления, переключающий клапан 18, который переключается между состоянием, где хладагент проходит через теплообменник 40, и состоянием, где хладагент обходит теплообменник 40, предусмотрен в контуре хладагента теплового насоса 10 по второму варианту осуществления. В описании третьего варианта осуществления, те же самые компоненты, что и во втором варианте осуществления, будут обозначены прежними ссылочными позициями наряду с тем, что их описание будет опущено.

Теплообменная установка 300 включает в себя тепловой насос 10, контур 30 охлаждения PCU и теплообменник 40. Контур хладагента теплового насоса 10 включает в себя путь теплообмена (первый путь), по которому хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, достигает расширительного клапана 15 охлаждения через теплообменник 40, и обходной путь (второй путь), по которому хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, достигает расширительного клапана 15 охлаждения, не проходя через теплообменник 40. Переключающий клапан 18 расположен между вторым конденсатором 14 и расширительным клапаном 15 охлаждения и функционирует, с тем чтобы переключаться между первым путем и вторым путем.

Например, переключающий клапан 18 имеет приточное отверстие, присоединенное к каналу хладагента, который сообщается со вторым конденсатором 14, первое сточное отверстие, присоединенное к впускному каналу, который сообщается с теплообменником 40, и второе сточное отверстие, присоединенное к перепускному каналу 41, который обходит теплообменник 40. Во время действия теплового насоса 10, открыто одно из первого сточного отверстия и второго сточного отверстия переключающего клапана 18. Когда одно сточное отверстие переключающего клапана 18 открыто, другое сточное отверстие закрыто. Например, когда второе сточное отверстие открыто, и перепускной канал 41 открыт, впускной канал на стороне теплообменника 40 закрыт. Таким образом, переключающий клапан 18 переключается между открыванием и закрыванием перепускного канала 41.

Во время отопления, переключающий клапан 18 закрывает перепускной канал 41 для создания пути теплообмена (первого пути), по которому хладагент проходит через теплообменник 40. Таким образом, во время отопления, хладагент в процессе поглощения тепла может принимать тепло из смазочного масла и охлаждающей жидкости в теплообменнике 40.

Во время охлаждения, переключающий клапан 18 переключается между открытым состоянием и закрытым состоянием согласно тому, открывает или закрывает переключающий клапан 18 перепускной канал 41. Когда хладагент проходит через теплообменник 40 во время охлаждения, тепло хладагента может переноситься в смазочное масло и охлаждающую жидкость в теплообменнике 40. Когда тепло хладагента может сбрасываться таким образом в теплообменнике 40 во время охлаждения, большее количества тепла сбрасывается в процессе сброса тепла, чем когда тепло сбрасывается только во втором конденсаторе 14, что может понижать рабочую нагрузку, требуемую от компрессора 11. Когда хладагент обходит теплообменник 40 и течет через перепускной канал 41 во время охлаждения, может предотвращаться перенос тепла смазочного масла и тепла охлаждающей жидкости в хладагент в теплообменнике 40. Таким образом, может не допускаться нагревание хладагента в теплообменнике 40 во время охлаждения, так чтобы мог сдерживаться подъем температуры хладагента, втекающего в испаритель 16, и, тем самым, может избегаться ухудшение эффективности охлаждения.

Как было описано выше, в третьем варианте осуществления, могут достигаться результаты, аналогичные таковым во втором варианте осуществления. Более того, так как переключающий клапан 18 открывает перепускной канал 41 во время охлаждения, хладагент может втекать в испаритель 16, не принимая тепло из смазочного масла и охлаждающей жидкости, так чтобы могло избегаться ухудшение эффективности охлаждения. Более того, компоненты, которые предоставляют возможность сброса тепла в процессе сброса тепла во время охлаждения, включают в себя теплообменник 40 в дополнение ко второму конденсатору 14, так что большее количество тепла сбрасывается в процессе сброса тепла во время охлаждения, что может понижать рабочую нагрузку, требуемую от компрессора 11.

Подобно теплообменнику 40 по второму варианту осуществления, теплообменник 40 по третьему варианту осуществления может быть расположен на любой из стороны выше по потоку и стороны ниже по потоку от второго конденсатора 14. В качестве модифицированного примера третьего варианта осуществления, контур хладагента, в котором теплообменник 40 расположен на стороне выше по потоку от второго конденсатора 14, показан на фиг. 7.

Как показано на фиг. 7, теплообменная установка 300 по модифицированному примеру третьего варианта осуществления имеет теплообменник 40, расположенный между расширительным клапаном 13 отопления и вторым конденсатором 14, и включает в себя переключающий клапан 19, который расположен между теплообменником 40 и расширительным клапаном 13 отопления, и перепускной канал 42, который обходит теплообменник 40. Контур хладагента теплового насоса 10 включает в себя путь теплообмена (первый путь), по которому хладагент, сжатый в компрессоре 11, достигает второго конденсатора 14 через теплообменник 40, и обходной путь (второй путь), по которому хладагент, сжатый в компрессоре 11, достигает второго конденсатора 14, не проходя через теплообменник 40. Переключающий клапан 19 имеет приточное отверстие, присоединенное к каналу хладагента, который сообщается с расширительным клапаном 13 отопления, первое сточное отверстие, присоединенное к впускному каналу, который сообщается с теплообменником 40, и второе сточное отверстие, присоединенное к перепускному каналу 42, который обходит теплообменник 40.

В этом модифицированном примере, хладагент, подаваемый в теплообменник 40 во время охлаждения, является высокотемпературным хладагентом высокого давления в компрессоре 11, а потому, температура хладагента выше температуры смазочного масла и температуры охлаждающей жидкости. Таки образом, подача этого хладагента в теплообменник 40 может переносить тепло хладагента в смазочное масло и охлаждающую жидкость. С другой стороны, поскольку предельная температура смазочного масла установлена в качестве верхнего предельного значения диапазона температур, в пределах которого может нормально работать система 2 трансмиссии, желательно не допускать приема тепла смазочным маслом в теплообменнике 40 больше, чем необходимо. Когда температура смазочного масла выше предопределенной температуры во время охлаждения, переключающий клапан 19 открывает перепускной канал 42, так чтобы хладагент обходил теплообменник 40 и подавался во второй конденсатор 14. Когда температура смазочного масла не выше предопределенной температуры во время охлаждения, переключающий клапан 19 закрывает перепускной канал 42, так чтобы хладагент подавался во второй конденсатор 14 через теплообменник 40.

В этом модифицированном примере, как и в третьем варианте осуществления, рабочая нагрузка компрессора 11 может быть уменьшена наряду с тем, что избегается ухудшение эффективности охлаждения во время охлаждения. Более того, во время охлаждения, хладагент перед охлаждением во втором конденсаторе 14 может подаваться в теплообменник 40, так чтобы большее количество тепла обменивалось (большее количество тепла сбрасывалось из хладагента) в теплообменнике 40, что может уменьшать количество тепла, сбрасываемого во втором конденсаторе 14.

Четвертый вариант осуществления

Фиг. 8 - вид, схематически показывающий теплообменную установку 400 по четвертому варианту осуществления. Теплообменная установка 400 по четвертому варианту осуществления включает в себя теплообменник 50, который обменивается теплом между хладагентом и охлаждающей жидкостью, вместо теплообменника 40 по второму варианту осуществления. Таким образом, тепло обменивается между двумя типами текучих сред, которыми являются хладагент теплового насоса 10 и охлаждающая жидкость контура 30 охлаждения PCU, посредством использования одиночного теплообменника 50. В описании четвертого варианта осуществления, те же самые компоненты, что и во втором варианте осуществления, будут обозначены прежними ссылочными позициями наряду с тем, что их описание будет опущено.

Теплообменная установка 400 включает в себя тепловой насос 10, контур 30 охлаждения PCU и теплообменник 50. В контуре хладагента теплового насоса 10, теплообменник 50 расположен между вторым конденсатором 14 и расширительным клапаном 15 охлаждения. Хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, втекает в теплообменник 50. Хладагент, текущий внутри теплообменника 50, обменивается теплом с охлаждающей жидкостью.

Чтобы рассмотреть хладагент в процессе поглощения тепла в четвертом варианте осуществления, хладагент, принявший тепло из наружного воздуха во втором конденсаторе 14, принимает тепло из охлаждающей жидкости в теплообменнике 50. Соответственно, прирост удельного теплосодержания в теплообменнике 50 является количеством тепла, принятым из охлаждающей жидкости. Таким образом, в четвертом варианте осуществления, может выполняться перенос тепла при передаче тепла охлаждающей жидкости в хладагент.

Как было описано выше, в четвертом варианте осуществления, как и во втором варианте осуществления, тепло охлаждающей жидкости может отдаваться в хладагент в процессе поглощения тепла, что может понижать рабочую нагрузку компрессора 11. По мере того, как рабочая нагрузка компрессора 11 снижается, количество электроэнергии, потребляемой на компрессоре 11 во время отопления уменьшается, так что запас хода транспортного средства Ve может быть увеличен.

Подобно теплообменнику 40 по второму варианту осуществления, теплообменник 50 по четвертому варианту осуществления может быть расположен на любой из стороны выше по потоку и стороны ниже по потоку от второго конденсатора 14. В качестве модифицированного примера четвертого варианта осуществления, контур хладагента, в котором теплообменник 50 расположен на стороне выше по потоку от второго конденсатора 14, показан на фиг. 9.

Как показано на фиг. 9, в теплообменной установке 400 по модифицированному примеру четвертого варианта осуществления, теплообменник 50 расположен между расширительным клапаном 13 отопления и вторым конденсатором 14. В тепловом насосе 10, хладагент (низкотемпературный хладагент низкого давления), расширенный на расширительном клапане 13 отопления, втекает во второй конденсатор 14 после приема тепла охлаждающей жидкости в теплообменнике 50. Затем, хладагент, вытекающий из второго конденсатора 14, подается, как есть, на расширительный клапан 15 охлаждения.

В этом модифицированном примере, как и в четвертом варианте осуществления, в хладагент в процессе поглощения тепла во время отопления может не только отдаваться тепло во втором конденсаторе 14, но также отдаваться тепло охлаждающей жидкости в теплообменнике 50, что может снижать рабочую нагрузку компрессора 11. Во время отопления, низкотемпературный хладагент низкого давления, расширенный на расширительном клапане 13 отопления, подается в теплообменник 50, так что большее количество тепла обменивается между хладагентом и охлаждающей жидкостью в теплообменнике 50, благодаря большему перепаду температуры между ними. Таким образом, во время отопления, хладагент может принимать большое количество тепла из охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к теплообменным установкам для транспортных средств. Теплообменная установка включает аккумуляторную батарею, электродвигатель и систему трансмиссии, тепловой насос и теплообменник. Тепловой насос используется для кондиционирования воздуха. Тепловой насос включает в себя электрический компрессор, который сжимает хладагент. Электрический компрессор выполнен с возможностью приводиться в действие электроэнергией из аккумуляторной батареи. Теплообменник выполнен с возможностью обмениваться теплом между хладагентом и смазочным маслом, которое смазывает систему трансмиссии. Достигается снижение потребления электроэнергии в электрическом компрессоре. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Теплообменная установка для транспортного средства, включающего в себя аккумуляторную батарею, электродвигатель в качестве источника тяговой мощности и систему трансмиссии, при этом электродвигатель выполнен с возможностью приводиться в действие электрической энергией, подаваемой из аккумуляторной батареи,

при этом теплообменная установка содержит:

тепловой насос, используемый для кондиционирования воздуха, тепловой насос включает в себя электрический компрессор для сжатия хладагента, и электрический компрессор выполнен с возможностью приводиться в действие электроэнергией из аккумуляторной батареи; и

теплообменник, выполненный с возможностью обмениваться теплом между хладагентом и смазочным маслом, которое смазывает систему трансмиссии.

2. Теплообменная установка по п. 1, в которой транспортное средство дополнительно содержит:

блок управления электропитанием, выполненный с возможностью преобразовывать электроэнергию из аккумуляторной батареи в переменный ток и подавать переменный ток на электродвигатель; и

теплообменная установка дополнительно содержит контур охлаждения, через который циркулирует охлаждающая жидкость для охлаждения блока управления электропитанием, при этом

теплообменник выполнен с возможностью обмениваться теплом между тремя видами текучих сред, которыми являются охлаждающая жидкость, смазочное масло и хладагент.

3. Теплообменная установка по п. 2, в которой:

тепловой насос дополнительно включает в себя первый конденсатор, второй конденсатор, расширительный клапан отопления, выполненный с возможностью функционировать во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства, и расширительный клапан охлаждения, выполненный с возможностью функционировать во время охлаждения, выполняемого в кабине транспортного средства;

после вытекания из электрического компрессора, хладагент течет через расширительный клапан отопления, второй конденсатор и расширительный клапан охлаждения в этом порядке; и

теплообменник расположен на стороне ниже по потоку от расширительного клапана отопления, но на стороне выше по потоку от второго конденсатора.

4. Теплообменная установка по п. 2, в которой:

тепловой насос дополнительно включает в себя первый конденсатор, второй конденсатор, расширительный клапан отопления, выполненный с возможностью функционировать во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства, и расширительный клапан охлаждения, выполненный с возможностью функционировать во время охлаждения, выполняемого в кабине транспортного средства;

после вытекания из электрического компрессора, хладагент течет через расширительный клапан отопления, второй конденсатор и расширительный клапан охлаждения в этом порядке; и

теплообменник расположен на стороне ниже по потоку от второго конденсатора, но на стороне выше по потоку от расширительного клапана охлаждения.

5. Теплообменная установка по п. 3 или 4, в которой

первый конденсатор выполнен с возможностью обмениваться теплом между воздухом внутри транспортного средства и хладагентом теплового насоса во время отопления, выполняемого в кабине транспортного средства, и

второй конденсатор выполнен с возможностью обмениваться теплом между воздухом снаружи транспортного средства и хладагентом во время функционирования теплового насоса.

6. Теплообменная установка по любому из пп. 2-4, в которой тепловой насос дополнительно включает в себя перепускной канал, который обходит теплообменник, и переключающий клапан, который открывает и закрывает перепускной канал.

7. Теплообменная установка по п. 6, в которой переключающий клапан выполнен с возможностью переключаться между открытым состоянием и закрытым состоянием согласно тому, должен ли перепускной клапан закрываться или открываться во время охлаждения, выполняемого в кабине транспортного средства.

8. Теплообменная установка по любому из пп. 1-4, в которой:

электродвигатель размещен внутри картера, который вмещает систему трансмиссии; и

смазочное масло охлаждает электродвигатель внутри картера.

9. Теплообменная установка для транспортного средства, включающего в себя аккумуляторную батарею, блок управления электропитанием и электродвигатель в качестве источника тяговой мощности, при этом электродвигатель выполнен с возможностью приводиться в действие электрической энергией, подаваемой из аккумуляторной батареи, блок управления электропитанием выполнен с возможностью преобразовывать электрическую энергию из аккумуляторной батареи в переменный ток и подавать переменный ток в электродвигатель,

при этом теплообменная установка содержит:

тепловой насос, используемый для кондиционирования воздуха, тепловой насос включает в себя электрический компрессор для сжатия хладагента, электрический компрессор выполнен с возможностью приводиться в действие электрической энергией из аккумуляторной батареи;

контур охлаждения, через который циркулирует охлаждающая жидкость для охлаждения блока управления электропитанием; и

теплообменник, выполненный с возможностью обмениваться теплом между охлаждающей жидкостью и хладагентом.