專利名稱：空氣除濕單元和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)的空氣除濕單元，所述HVAC系統(tǒng)用于組合的 制冷系統(tǒng)和加熱泵操作。另外，本發(fā)明涉及一種用于在作為加熱泵操作的機(jī)動(dòng)車輛HVAC系 統(tǒng)中使用該空氣除濕單元對乘客艙的待調(diào)節(jié)空氣進(jìn)行除濕的方法。
背景技術(shù)：
到目前為止，HVAC系統(tǒng)通常在0°C以上的環(huán)境溫度下使用。在混合驅(qū)動(dòng)和/或完 全電驅(qū)動(dòng)的車輛中，有效加熱是必要的。為此，研究和開發(fā)了加熱泵系統(tǒng)。為了效率的原 因，該系統(tǒng)的制冷劑回路以空氣再循環(huán)模式或部分空氣再循環(huán)模式且還在冷的環(huán)境溫度下 運(yùn)轉(zhuǎn)，由此要求在對空氣再加熱之前對空氣除濕，尤其是在季節(jié)之間的過渡時(shí)期。
根據(jù)DE 10163607A1，已知一種用于機(jī)動(dòng)車輛的HVAC系統(tǒng)，其設(shè)有集成的用于冷 卻和加熱的加熱泵，其中制冷劑在回路中循環(huán)并且允許將熱傳遞到用于車輛內(nèi)部的供給空 氣。通過使用集成的加熱泵，熱直接進(jìn)入用于乘客艙的氣流。
根據(jù)DE 102006026359A1,已知與加熱泵系統(tǒng)有關(guān)的問題，其中將其動(dòng)力傳遞到空 氣的加熱泵系統(tǒng)經(jīng)常不能對要供給到乘客艙的空氣同時(shí)進(jìn)行除濕和加熱。這使得車輛的 HVAC系統(tǒng)不能分別地使用再循環(huán)空氣或來自乘客艙的再循環(huán)空氣操作。由于缺少除濕功 能，發(fā)生窗玻璃的不希望的生霧。在DE 102006026359A1中，描述了一種用于車輛的組合的 制冷系統(tǒng)和加熱泵操作且具有主要回路和輔助通路的HVAC系統(tǒng)。主要回路包括從傳統(tǒng)的 壓縮制冷機(jī)已知的部件即壓縮機(jī)、用于將熱從制冷劑傳遞至環(huán)境的第一氣體冷卻器、節(jié)流 構(gòu)件和用于冷卻待供給到乘客艙的空氣的蒸發(fā)器。輔助通路具有兩個(gè)部分，其中第一部分 始自設(shè)置在壓縮機(jī)和第一氣體冷卻器之間的分支點(diǎn)并且延伸直到設(shè)置在第一氣體冷卻器 和壓縮機(jī)之間的進(jìn)入點(diǎn)。在第一部分中，設(shè)置有用于將熱從制冷劑傳遞至乘客艙的待被加 熱的空氣的第二氣體冷卻器和相繼的第二節(jié)流構(gòu)件。輔助通路的第二部分從設(shè)置在第二氣 體冷卻器和壓縮機(jī)之間的另一個(gè)分支點(diǎn)開始，延伸直到設(shè)置在第二氣體冷卻器和壓縮機(jī)之 間的另一個(gè)進(jìn)入點(diǎn)。在加熱泵操作中，制冷劑通過HVAC系統(tǒng)的主要回路以及輔助通路的兩 個(gè)部分。首先，為加熱供給到乘客艙的空氣，制冷劑在壓縮機(jī)中被壓縮，然后在輔助通路的 第一部分上方借助于有源開關(guān)閥傳送到第二氣體冷卻器。在第二氣體冷卻器中，與第一氣 體冷卻器相反，熱不消散到環(huán)境中，而是用于加熱乘客艙的空氣。在第二節(jié)流構(gòu)件中，在第 二氣體冷卻器之后，制冷劑從壓縮壓力水平膨脹到平均壓力水平，通常使得形成兩相混合 物。通過平均壓力水平，控制了蒸發(fā)器中的制冷劑側(cè)溫度水平。一方面，蒸發(fā)器中的溫度水 平不必降低到0°C以下，以防止蒸發(fā)器在蒸發(fā)器之前的氣溫在0°C以上的情況下結(jié)冰。另一 方面，蒸發(fā)器中的溫度水平不必在0°C以上，以避免窗玻璃在蒸發(fā)器之前的氣溫在0°C以下 的情況中突然生霧。在蒸發(fā)器中，制冷劑的一部分被蒸發(fā)，由此供給到乘客艙的空氣被冷卻 和除濕。在除濕時(shí)，在供給的空氣中作為空氣濕度包含的水在蒸發(fā)器處凝結(jié)?？諝獬凉竦?冷凝水在所有的溫度條件下必須被從HVAC系統(tǒng)清除，尤其是在(TC以下的溫度。但是，在提 供用以清除冷凝水的冷凝水排放通道中的水由此可能結(jié)冰，從而妨礙冷凝水的流出。
根據(jù)JP 08040052A已知對冷凝水排放軟管除冰的可能性。通常，HVAC系統(tǒng)被記 載為設(shè)有排放軟管，該排放軟管具有安裝到機(jī)動(dòng)車輛主體且與冷卻單元相連的末端部分以 及被敞開使得來自冷卻單元的凝結(jié)水能夠流出到外部的另一末端部分。具體地，冷卻單元 的排放軟管結(jié)構(gòu)被描述為設(shè)有排放軟管和在軟管的內(nèi)壁上設(shè)置的加熱元件。當(dāng)凝結(jié)水達(dá)到 凍結(jié)溫度時(shí)，排放軟管能夠通過該附加的加熱元件從內(nèi)部被加熱。該排放軟管結(jié)構(gòu)的缺陷 在于，由于加熱裝置，產(chǎn)生了變窄的軟管直徑和減小的軟管內(nèi)部容積。而且，加熱裝置僅僅 覆蓋軟管內(nèi)壁的一部分，使得軟管內(nèi)壁被不均勻地加熱。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種構(gòu)造用于組合的制冷系統(tǒng)和加熱泵操作的機(jī)動(dòng)車輛 HVAC系統(tǒng)，用于被供給到乘客艙的空氣的空氣除濕單元在所有的溫度條件以及所有的通風(fēng) 模式下確保供給的空氣的充分除濕。具體地，該空氣除濕單元確定為適于相應(yīng)的機(jī)動(dòng)車輛 HVAC系統(tǒng)其允許在加熱泵操作中，在高的再循環(huán)空氣部分處在-10°C以下的環(huán)境溫度下 加熱用于乘客艙的空氣，而不會發(fā)生窗玻璃生霧。
本發(fā)明的問題通過一種機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)的空氣除濕單元得以解決，所述HVAC 系統(tǒng)用于組合的制冷系統(tǒng)和加熱泵操作，其中機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)包括具有基于制冷劑加 熱的熱交換器的加熱泵系統(tǒng)和用于對從機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)部的待調(diào)節(jié)空氣到在回路中通過的冷 凍劑供熱的蒸發(fā)器，其中空氣除濕單元包括以下部件
-氣流通道，蒸發(fā)器位于該氣流通道中，用于將待調(diào)節(jié)的空氣傳送過蒸發(fā)器上方；
-豎直定向的冷凝水排放通道，所述冷凝水排放通道在氣流通道的底部側(cè)分支，用 于從待調(diào)節(jié)的空氣去除在蒸發(fā)器處凝結(jié)的水；
-加熱裝置，所述加熱裝置被整合在冷凝水排放通道的壁內(nèi)或者在冷凝水排放通 道附近被設(shè)置在冷凝水排放通道的外側(cè)，使得加熱裝置能夠從外部加熱冷凝水排放通道的 內(nèi)部容積。
在本發(fā)明的實(shí)施方式中，加熱裝置被構(gòu)造為整合在冷凝水排放通道的壁內(nèi)的具有 正溫度系數(shù)(PTC)的電熱絲。
具體地，加熱裝置能夠以電阻式加熱的形式形成，加熱裝置被整合到冷凝水排放 通道的通道壁中，具有一個(gè)或若干加熱電阻。優(yōu)選地，使用具有正溫度系數(shù)(PTC)的加熱電 阻。
有利地，加熱裝置以被整合到冷凝水排放通道的壁中的具有正溫度系數(shù)(PTC)的 電纖維元件的形式構(gòu)成。這里，冷凝水排放通道優(yōu)選地是由塑性材料制成的軟管，其中電纖 維元件被編織到軟管中或通過模制整合在軟管中。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，加熱裝置被連接到控制或調(diào)節(jié)裝置，所述控制或調(diào) 節(jié)裝置允許依賴于環(huán)境溫度以恒定加熱模式或通過外部信號控制的模式操作加熱裝置。
本發(fā)明的實(shí)施方式的替代例的構(gòu)成在于，加熱泵系統(tǒng)的高壓加熱泵管線被設(shè)置成 緊鄰機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)的冷凝水排放通道附近，使得高壓加熱泵管線用作加熱裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是用于通過根據(jù)上述實(shí)施方式中的一個(gè)所述的空氣除濕單 元在作為加熱泵操作的機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)中對車輛內(nèi)部的待調(diào)節(jié)空氣除濕的方法，其中
-待調(diào)節(jié)的空氣沿著氣流通道穿過蒸發(fā)器；
-待調(diào)節(jié)的空氣由此被冷卻，并且作為空氣濕度包含的水在蒸發(fā)器處凝結(jié)并且流 到冷凝水排放通道中；并且
-當(dāng)環(huán)境溫度下降到0°C以下時(shí)，優(yōu)選地電加熱裝置以恒定加熱模式或通過外部 信號控制的加熱模式操作。
加熱裝置能夠間斷地操作。在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方式的某個(gè)示例中，冷凝 水排放通道被加熱裝置直接加熱。由此，已經(jīng)凍結(jié)的冷凝物被融化。根據(jù)本發(fā)明的空氣除濕 單元的主要優(yōu)點(diǎn)在于冷凝水排放通道直接用加熱裝置在冷凝水排放通道的周圍被加熱。 凍結(jié)的冷凝物在排放通道的壁處且由此從外側(cè)被融化。
替代地，加熱裝置以間接方式使用。加熱裝置的間接使用完成了將冷凝物的溫度 保持在(TC以上的任務(wù)。在間接使用加熱裝置的情況中，能夠?qū)㈦娏ο谋３譃檩^低。在冷 凝水排放管道中不發(fā)生凍結(jié)。
優(yōu)選地，加熱裝置依賴于環(huán)境溫度以恒定加熱模式或通過外部信號控制的加熱模 式操作。
外部信號有利地依賴于環(huán)境溫度測量值和/或再循環(huán)空氣調(diào)節(jié)擋板位置和/或濕 度測定。
根據(jù)隨后的結(jié)合附圖對于示例性實(shí)施方式的描述，本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)、特征和優(yōu) 點(diǎn)將變得清楚。通過下面的附圖示出
圖1 :機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)在蒸發(fā)器區(qū)域中的截面。
具體實(shí)施方式
圖1示出了在蒸發(fā)器2區(qū)域中的具有空氣除濕單元I的機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)的截 面，其用以從車輛內(nèi)部的待調(diào)節(jié)空氣3.1供熱到加熱泵系統(tǒng)的制冷劑。蒸發(fā)器2處于氣流 通道4中，使得流入的新鮮空氣3.1或再循環(huán)空氣3.1必須經(jīng)過蒸發(fā)器2。待調(diào)節(jié)的空氣 3.1例如在15°C的溫度和80%的相對空氣濕度下通過蒸發(fā)器2，在通過蒸發(fā)器2后，除濕空 氣具有例如97%的相對空氣濕度和3°C的溫度。在氣流通道4的在蒸發(fā)器2下游的區(qū)域中， 設(shè)置豎直(垂直)定向的冷凝水排放通道5，從而液體的冷凝水6.1能夠向下流動(dòng)。冷凝水 排放通道5 (排水裝置)被提供用于HVAC系統(tǒng)的排放。關(guān)于圖1中的圖示，冷凝水排放通道 5-在空氣3的流動(dòng)方向上的下游被轉(zhuǎn)換-被設(shè)置在蒸發(fā)器2之后并且與氣流通道4垂直， 由此垂直于供給的空氣3的流動(dòng)方向。從蒸發(fā)器2的底部側(cè)的前緣延伸直到冷凝水排放通 道5的入口并且形成斜面的引導(dǎo)元件7確保了在蒸發(fā)器2處凝結(jié)的水6.1能夠以某一角度 向下流到冷凝水排放通道5中。
在小于0°C的環(huán)境溫度下，從干燥過程移除的冷凝水的部分6. 2能夠凍結(jié)(結(jié)冰)。
空氣除濕單元I設(shè)有加熱裝置8，如圖1所示，加熱裝置8被整合在冷凝水排放通 道5的通道壁9中，或者在冷凝水排放通道5附近被設(shè)置在冷凝水排放通道5外側(cè)。因此， 加熱裝置8能夠從外側(cè)加熱冷凝水排放通道5的內(nèi)部容積10。
圖1中所示的加熱裝置8能夠以電加熱絲8的形式構(gòu)成，具有整合在冷凝水排放 通道5的通道壁9中的正溫度系數(shù)(PTC)。另一示例由以具有一個(gè)或若干加熱電阻且被整合在通道壁9中的電阻式加熱器的形式形成的加熱裝置8實(shí)現(xiàn)。此外，加熱裝置8能夠以整 合在冷凝水排放通道5的通道壁9中的具有正溫度系數(shù)(PTC)的電纖維元件的形式構(gòu)成。 優(yōu)選地，冷凝水排放通道5是由塑性材料制成的軟管5，其中電纖維元件8被編織到軟管中 或通過模制整合在軟管中。
附圖標(biāo)記列表
I除濕單元
2蒸發(fā)器
3 空氣
3.1待調(diào)節(jié)空氣、流入的新鮮空氣/再循環(huán)空氣
3. 2除濕空氣
4氣流通道
5冷凝水排放通道，軟管
6.1水，凝結(jié)水，冷凝水
6. 2冷凝水的部分(已凍結(jié))
7引導(dǎo)元件
8加熱裝置，電纖維元件，電熱絲，電阻加熱
9通道壁
IO冷凝水排放通道5的內(nèi)部容積
權(quán)利要求
1.一種機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)的空氣除濕單元(I)，所述HVAC系統(tǒng)用于組合的制冷系統(tǒng)和加熱泵操作，其中所述機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)包括具有基于制冷劑加熱的熱交換器的加熱泵系統(tǒng)和用于對從機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)部的待調(diào)節(jié)空氣(3.1)到在回路中通過的冷凍劑供熱的蒸發(fā)器(2)，其中所述空氣除濕單元(I)包括以下部件 布置有所述蒸發(fā)器(2)的氣流通道(4)，用于將待調(diào)節(jié)的空氣(3.1)引導(dǎo)過所述蒸發(fā)器(2)； 豎直定向的冷凝水排放通道(5)，所述冷凝水排放通道(5)在所述氣流通道(4)的底部側(cè)分支，用于從待調(diào)節(jié)的空氣(3.1)去除在所述蒸發(fā)器(2)處凝結(jié)的水(6.1)； 加熱裝置(8)，所述加熱裝置被整合在所述冷凝水排放通道(5)的通道壁(9)內(nèi)或者在所述冷凝水排放通道(5)的附近被設(shè)置在所述冷凝水排放通道(5)的外側(cè)，使得所述加熱裝置⑶能夠從外部加熱所述冷凝水排放通道(5)的內(nèi)部容積(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣除濕單元(I)，其特征在于，所述加熱裝置⑶以被整合在所述冷凝水排放通道(5)的所述通道壁(9)內(nèi)的具有正溫度系數(shù)(PTC)的電加熱絲(8)的形式形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣除濕單元(I)，其特征在于，所述加熱裝置(8)以電阻式加熱(8)的形式形成，加熱裝置(8)被整合在所述冷凝水排放通道(5)的所述通道壁(9)內(nèi)，具有一個(gè)或若干個(gè)加熱電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空氣除濕單元(I)，其特征在于，所述加熱裝置⑶以被整合在所述冷凝水排放通道(5)的所述通道壁(9)內(nèi)的具有正溫度系數(shù)(PTC)的電纖維元件(8)的形式形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣除濕單元(I)，其特征在于，所述冷凝水排放通道(5)是由塑性材料制成的軟管(5)，其中所述電纖維元件(8)被編織到所述軟管內(nèi)或通過模制被整合在所述軟管內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中一項(xiàng)所述的空氣除濕單元(I)，其特征在于，所述加熱裝置(8)被連接到控制或調(diào)節(jié)裝置，所述控制或調(diào)節(jié)裝置允許依賴于環(huán)境溫度以恒定加熱模式或采用通過外部信號控制的模式來操作所述加熱裝置(8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣除濕單元(I)，其特征在于，存在以所述加熱泵系統(tǒng)的高壓加熱泵管線形式的加熱裝置(8)，使得所述高壓加熱泵管線沿著所述冷凝水排放通道(5)安裝在所述冷凝水排放通道(5)的附近。
8.一種用于通過根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項(xiàng)所述的空氣除濕單元(I)在作為加熱泵操作的機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)中對車輛內(nèi)部的待調(diào)節(jié)空氣(3.1)除濕的方法，其中 待調(diào)節(jié)的空氣(3.1)沿著氣流通道(4)通過蒸發(fā)器(2); 由此被冷卻，并且作為空氣濕度包含的水(6.1)在所述蒸發(fā)器(2)處凝結(jié)并且流到所述冷凝水排放通道(5)中；和 當(dāng)環(huán)境溫度下降到0°C以下時(shí)，所述加熱裝置(8)以恒定加熱模式或通過外部信號控制的加熱模式操作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在冷凝水的一部分￠.2)已經(jīng)冰凍時(shí)，執(zhí)行對所述冷凝水排放通道(5)的直接加熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，由于耗費(fèi)了大量電力或者大量熱被傳遞到所述冷凝水排放通道(5)，如將所述冷凝水排放通道(5)中的冷凝水(6.1)的溫度保持在0°C以上所需的，所以執(zhí)行對所述冷凝水排放通道(5)的間接加熱，使得不發(fā)生冷凝水(6.1)的凍結(jié)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，依賴于環(huán)境溫度以恒定加熱模式或通過外部信號控制的模式來操作所述加熱裝置(8)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述外部信號依賴于環(huán)境溫度的測量值和/或再循環(huán)空氣調(diào)節(jié)擋板位置和/或濕度測定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空氣除濕單元和方法，尤其是一種機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)的空氣除濕單元，所述HVAC系統(tǒng)用于組合的制冷系統(tǒng)和加熱泵操作，機(jī)動(dòng)車輛HVAC系統(tǒng)包括具有基于制冷劑加熱的熱交換器的加熱泵系統(tǒng)和用于對從機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)部的待調(diào)節(jié)空氣到在回路中通過的冷凍劑供熱的蒸發(fā)器，其中空氣除濕單元包括以下部件布置有蒸發(fā)器的氣流通道，用于將待調(diào)節(jié)的空氣引導(dǎo)過蒸發(fā)器；豎直定向的冷凝水排放通道，冷凝水排放通道在氣流通道的底部側(cè)分支，用于從待調(diào)節(jié)的空氣去除在蒸發(fā)器處凝結(jié)的水；加熱裝置，加熱裝置被整合在冷凝水排放通道的通道壁內(nèi)或者在冷凝水排放通道附近被設(shè)置在冷凝水排放通道的外側(cè)，使得加熱裝置能夠從外部加熱冷凝水排放通道的內(nèi)部容積。
文檔編號F24F1/00GK103017260SQ20121035223
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者M·格拉夫, T·哈斯, U·福克 申請人:威斯通全球技術(shù)公司