蒸气喷射热泵系统和控制的制作方法

本公开总体上涉及用于车辆的暖通空调(“hvac”)系统，并且更具体地涉及用于车辆的热泵系统。

背景技术：

已经开发了用于机动车辆的各种类型的hvac系统。已知的系统可利用已由内燃发动机加热的冷却剂来加热供应到乘客舱的空气。车辆hvac系统还可包括空调系统，以对供应到车辆内部空间的空气进行冷却和/或除湿。

由于在没有由传统内燃发动机提供的热源的情况下可使用热泵来冷却和加热内部乘客舱，因此热泵可用于混合动力机动车辆或完全由电池供电的电动车辆的冷却和加热系统中。在冷却模式下，热泵通常以与传统空调系统相同的方式进行操作。在加热模式下，热泵通常比简单的电阻加热器更高效并且在加热方面可能比使用相同电量的此类电阻加热器更有效。因此，代替电阻加热器或除了电阻加热器之外，可能期望利用热泵来在电动车辆中提供增加的行驶续航里程。

然而，常规热泵系统的一个缺点可能是在极端环境温度下的效率降低。在电动车辆中，这可能与减小的行驶续航里程直接相关。在寒冷气候中，例如，这种效率降低可能导致电阻加热器的使用增加，并且因此导致电动车辆的行驶续航里程减小。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，一种车辆hvac系统包括用于压缩制冷剂的压缩机。所述压缩机包括入口端口、蒸气喷射端口和排放端口。所述车辆hvac系统还包括第一热交换器、第一止回阀组、用于使所述制冷剂的第一部分减压的第一膨胀装置、用于在所述制冷剂的所述第一部分与所述制冷剂的第二部分之间交换热量的第二热交换器。所述制冷剂的所述第一部分被引导到所述蒸气喷射端口。所述车辆hvac系统还包括用于使所述制冷剂的所述第二部分减压的第二膨胀装置、第二止回阀组、用于在所述制冷剂与内部空气之间交换热量的第三热交换器，以及用于在加热模式与冷却模式之间切换的选择阀(selectorvalve)。所述第一止回阀组和所述第二止回阀组一起在所述加热模式与所述冷却模式之间维持通过所述第一膨胀装置、所述第二热交换器和所述第二膨胀装置的恒定流动方向。

本公开的第一方面的实施例可包括以下特征中的任一个或其组合：

·所述车辆hvac系统还包括冷却剂回路。所述冷却剂回路包括所述第三热交换器、冷却剂泵和第四热交换器，其中所述第三热交换器在所述制冷剂与冷却剂之间交换热量，并且所述第四热交换器在所述冷却剂与内部空气之间交换热量；

·所述第一止回阀组包括：第一止回阀，其用于在以所述冷却模式操作时将制冷剂从所述第一热交换器引导到所述第二热交换器和所述第一膨胀装置；以及第二止回阀，其用于在以所述加热模式操作时将制冷剂从所述第二膨胀装置引导到所述第一热交换器；

·所述第二止回阀组包括：第一止回阀，其用于在以所述冷却模式操作时将制冷剂从所述第二膨胀装置引导到所述第三热交换器；以及第二止回阀，其用于在以所述加热模式操作时将所述制冷剂从所述第三热交换器引导到所述第一膨胀装置和所述第二热交换器；

·所述车辆hvac系统还包括蓄积器；

·所述车辆hvac系统还包括电子控制单元，所述电子控制单元被配置为基于从一个或多个传感器接收的输入来控制所述选择阀、所述压缩机以及所述第一膨胀装置和所述第二膨胀装置中的至少一者；

·所述一个或多个传感器包括：第一温度传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂温度；第一压力传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂压力；第二温度传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂温度；第二压力传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂温度；以及第三温度传感器，其用于测量所述第二热交换器近侧处的制冷剂的所述第二部分的制冷剂温度。

根据本公开的另一方面，一种车辆hvac系统包括压缩机。所述压缩机包括低压制冷剂入口端口、高压制冷剂排放端口和中压制冷剂入口端口。所述车辆hvac系统还包括：选择阀，其用于在冷却模式与加热模式之间切换；第一热交换器，其用于在所述制冷剂与外部空气之间交换热量；以及中间热交换器系统。所述中间热交换系统包括第一膨胀装置，所述第一膨胀装置用于将高压制冷剂的第一部分减压成中压制冷剂。所述中间热交换系统还包括第二热交换器，所述第二热交换器用于在所述中压制冷剂与高压制冷剂的第二部分之间交换热量。所述中压制冷剂被引导到所述压缩机的所述中压制冷剂入口端口。所述中间热交换系统还包括：第二膨胀装置，其用于将来自所述第二热交换器的高压制冷剂的第二部分减压成低压制冷剂；以及多个止回阀，其被配置为在所述冷却模式与所述加热模式之间维持通过所述第二热交换器、所述第一膨胀装置和所述第二膨胀装置的一致的流动方向。所述车辆hvac系统还包括第三热交换器，所述第三热交换器被配置为在所述制冷剂与内部空气之间交换热量。当以所述冷却模式操作时，所述制冷剂从所述压缩机流到所述第一热交换器，流到所述中间热交换系统，流到所述第三热交换器并流回到所述压缩机。当以所述加热模式操作时，所述制冷剂从所述压缩机流到所述第三热交换器，流到所述中间热交换系统，流到所述第一热交换器并流回到所述压缩机。

本公开的第二方面的实施例可包括以下特征中的任一个或其组合：

·所述车辆hvac系统包括蓄积器，所述蓄积器设置在所述压缩机的所述低压制冷剂入口端口近侧处；

·所述车辆hvac系统包括冷却剂回路，所述冷却剂回路包括所述第三热交换器、冷却剂泵和第四热交换器，其中所述第三热交换器在所述制冷剂与冷却剂之间交换热量，并且所述第四热交换器在所述冷却剂与内部空气之间交换热量；

·所述多个止回阀包括冷却模式止回阀组和加热模式止回阀组；

·所述冷却模式止回阀组包括在以所述冷却模式操作时用于将制冷剂从所述第一热交换器引导到所述中间热交换系统的第一冷却模式止回阀和用于将制冷剂从所述中间热交换系统引导到所述第三热交换器的第二冷却模式止回阀，并且所述加热模式止回阀组包括在以所述加热模式操作时用于将制冷剂从所述第三热交换器引导到所述中间热交换系统的第一加热模式止回阀和用于将制冷剂从所述中间热交换系统引导到所述第一热交换器的第二加热模式止回阀；

·所述车辆hvac系统包括电子控制单元，所述电子控制单元被配置为基于从一个或多个传感器接收的输入来控制所述选择阀、所述压缩机以及所述第一膨胀装置和所述第二膨胀装置中的至少一者；以及

·所述一个或多个传感器包括：第一温度传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂温度；第一压力传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂压力；第二温度传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂温度；第二压力传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂温度；以及第三温度传感器，其用于测量所述第二热交换器近侧处的制冷剂的所述第二部分的制冷剂温度。

根据本公开的第三方面，一种车辆hvac系统包括蒸气喷射回路。所述蒸气喷射回路包括压缩机、第一热交换器、第一止回阀组、第一膨胀装置和第二热交换器。所述车辆hvac系统还包括制冷回路。所述制冷回路包括所述压缩机、所述第一热交换器、所述第一止回阀组、所述第二热交换器、第二膨胀装置、第二止回阀组和第三热交换器。

本公开的第三方面的实施例可包括以下特征中的任一个或其组合：

·所述制冷回路还包括蓄积器；

·所述车辆hvac系统包括冷却剂回路，所述冷却剂回路包括所述第三热交换器、冷却剂泵和第四热交换器；

·所述车辆hvac系统包括用于在加热模式与冷却模式之间切换的选择阀；

·在所述冷却模式下，所述选择阀按从所述压缩机到所述第一热交换器、所述第一止回阀组、所述第二热交换器、所述第二膨胀装置、所述第二止回阀组和所述第三热交换器的顺序来在所述制冷回路中引导制冷剂，并且在加热模式下，所述选择阀按从所述压缩机到所述第三热交换器、所述第二止回阀组、所述第二热交换器、所述第二膨胀装置、所述第一止回阀组和所述第一热交换器的顺序来在所述制冷回路中引导制冷剂；以及

·通过所述第一膨胀装置、所述第二热交换器和所述第二膨胀装置的流动方向在所述加热模式与所述冷却模式之间保持不变。

本领域技术人员在研究以下说明书、权利要求和附图之后将理解并了解本公开的这些和其他方面、目的和特征。

附图说明

在附图中：

图1是具有车辆hvac系统的车辆的局部示意性侧视立面图；

图2是车辆hvac系统的示意图；

图3是示例性蒸气喷射热泵系统的压力-焓(p-h)图；

图4是以冷却模式操作的车辆hvac系统的示意图；

图5是以加热模式操作的车辆hvac系统的示意图；

图6是车辆hvac系统的示例性控制系统的示意图；

图7是车辆hvac系统的示意图；以及

图8是包括冷却剂回路的车辆hvac系统的示意图。

具体实施方式

出于本文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“竖直”、“水平”及其派生词应如图1中所取向与本公开相关。然而，应当理解，除了明确规定相反的情况之外，本公开可采取各种替代取向。还应当理解，附图中示出的以及以下说明书中描述的具体装置和过程仅是所附权利要求中限定的创造性概念的示例性实施例。因此，除非权利要求另有明确说明，否则与本文所公开的实施例相关的特定尺寸和其他物理特性不应被视为具有限制性。

在本文件中，关系术语，诸如第一和第二、顶部和底部等，仅用于将一个实体或动作与另一个实体或动作区分开，而不一定要求或暗示此类实体或动作之间的任何实际的此类关系或顺序。术语“包括”、“包含”或其任何其他变型意图涵盖非排他性包括，使得包括一系列要素的过程、方法、制品或设备不仅包括那些要素，而且可包括没有明确列出或此类过程、方法、制品或设备所固有的其他要素。在没有更多约束的情况下，之前加“包括......一个”的要素并不排除在包括所述要素的过程、方法、制品或设备中存在另外的相同要素。

参考图1，车辆10被示出为包括乘客舱12，所述乘客舱12被配置为容纳车辆10的一个或多个乘客。在一些情况下，可能期望对乘客舱12进行加热或冷却以确保乘客舒适。因此，hvac系统14可包括一个或多个风道16以向乘客舱12提供经调节的空气。在一些实施例中，hvac系统14可包括热泵系统14。如本文所使用，术语“热泵”是指为被优化为在热能传递的两个方向上都具有高效率的蒸气压缩制冷装置。此类热泵系统采用制冷剂作为至少在压缩机、冷凝器、减压装置与蒸发器之间循环的工作流体。在一些实施例中，热泵系统14的操作可为可逆的使得热泵系统14可适于在两个方向中的任一方向上工作(例如以冷却模式和加热模式两者操作，以通过一个或多个风道16向内部乘客舱12提供冷却或加热)。

参考图2，根据一个实施例提供了示例性热泵系统14。热泵系统14可包括但不限于压缩机18、选择阀20、第一热交换器22、多个配件24、28、30、38和44、止回阀26、40、42和46、第一膨胀装置32、第二热交换器34、第二膨胀装置36、第三热交换器48和蓄积器50。

压缩机18可为包括低压入口端口、中压入口端口(蒸气喷射端口)和高压排放端口的蒸气喷射压缩机18。压缩机18压缩来自入口端口和蒸气喷射端口的低压制冷剂，并从排放端口输出高压制冷剂。在一些实施例中，压缩机18可为涡旋式压缩机，其中蒸气喷射端口被配置为通过形成在涡旋板中的一个中的一个或多个孔口引入中压制冷剂，以通过压缩循环与低压制冷剂在半途中混合。然而，可使用任何类型的合适的压缩机18(例如，旋转叶片式压缩机、斜板式压缩机、螺杆式压缩机)。另外，可预期，可在压缩循环中的任何点处喷射蒸气。

如图所示，选择阀20是具有高压制冷剂流动路径和低压制冷剂流动路径的二位四通选择阀。在当前示出的实施例中，选择阀20可选择性地确定冷却模式和加热模式。在冷却模式下，高压制冷剂流动路径将制冷剂从压缩机18的排放端口引导到第一热交换器22，并且低压制冷剂流动路径将制冷剂从第三热交换器48引导到蓄积器50。在加热模式下，高压制冷剂流动路径将制冷剂从压缩机18的排放端口引导到第三热交换器48，并且低压制冷剂流动路径将制冷剂从第一热交换器22引导到蓄积器50。可预期，选择阀20可包括多个选择阀。还可预期，选择阀20可包括任何数量的路径或输入端。例如，在一些实施例中，选择阀20可包括用于将制冷剂从压缩机18引导到第一热交换器22和第三热交换器48中的一个的第一三通阀和用于将制冷剂从第一热交换器22和第三热交换器48中的一个引导到蓄积器50的第二三通阀。

第一热交换器22可与车辆10的乘客舱12外部的空气交换热量。在一些实施例中，第一热交换器22是用于与外部空气直接交换热量的制冷剂-空气热交换器。在一些实施例中，在第一热交换器22是制冷剂-空气热交换器的情况下，第一热交换器22可定位在车辆上的某个位置(例如，在车辆10的前部)中，在该位置处很可能将外部空气引导到第一热交换器22的外表面上方。车辆10可另外包括一个或多个空气引导件以将空气引导到第一热交换器的外表面上方。例如，在一些实施例中，第一热交换器22可为定位在车辆10的前格栅后面的管翅式热交换器，并且车辆可包括一个或多个空气引导件，所述一个或多个空气引导件围绕格栅的边缘设置并且设置在格栅与第一热交换器22之间以用于在车辆10运动时引导外部空气通过第一热交换器22的一个或多个翅片。在一些实施例中，第一热交换器22可为制冷剂-冷却剂热交换器(例如，水冷冷凝器)，以通过一种或多种液体热交换介质(例如，乙二醇和水的混合物)与外部空气交换热量。在此类示例中，第一热交换器22可为用于在两种包含的流体之间交换热量的任何合适的结构(例如，板式热交换器或壳管式热交换器)。在一些示例中，第一热交换器22可为用于与车辆10的一个或多个部件交换热量的另外的热交换循环或回路的一部分。

可包括配件24、28、30、38和44以引导制冷剂流过热泵系统14。如一个实施例中所示，配件24、28、30、38和44是t形配件。在当前示出的实施例中，取决于配件在热泵系统14中的位置，并且根据操作模式，配件可具有单个入口和单个出口或具有单个入口与两个出口。然而，可预期，在不脱离本公开的范围的情况下，配件的数量、配件的类型、配件在热泵系统14中的定位以及配件的入口-出口配置在不同的实施例中可变化。

可包括止回阀以维持通过热泵系统14的一个或多个部件的一致的制冷剂流动方向。所述止回阀可为用于允许制冷剂仅在单个方向上流过止回阀的任何合适的止回阀类型(例如，旋启式止回阀、升降式止回阀、双板式止回阀、截止式止回阀或磁性止回阀)。

图2所示的实施例包括第一止回阀组和第二止回阀组。第一止回阀组和第二止回阀组中的每一者可包括一对反向流动止回阀，也就是说，第一止回阀和第二止回阀相对于彼此具有相反的流动方向，定位在第一热交换器22和/或第三热交换器48的近侧。根据各种实施例，所述第一止回阀组包括：第一冷却模式止回阀26，其定位在第一热交换器22的近侧，从而在以冷却模式操作时允许制冷剂从第一热交换器22流出；以及第二加热模式止回阀40，其定位在第一热交换器22的近侧，从而在以加热模式操作时允许制冷剂流入第一热交换器22。所述第二止回阀组包括：第二冷却模式止回阀42，其定位在第三热交换器48的近侧，从而在以冷却模式操作时允许制冷剂流入第三热交换器48；以及第一加热模式止回阀46，其定位在第三热交换器48的近侧，从而在以加热模式操作时允许制冷剂从第三热交换器48流出。

根据各个方面，所述第一止回阀组和所述第二止回阀组中的每一者中的止回阀中的仅一个在以选定模式操作时打开。例如，当以冷却模式操作时，第一冷却模式止回阀26可允许制冷剂从第一热交换器22流到第一膨胀装置32和第二热交换器34，同时第二加热模式止回阀40保持关闭，并且第二冷却模式止回阀42允许制冷剂从第二膨胀装置36流到第三热交换器48，同时第一加热模式止回阀46保持关闭。相比之下，当以加热模式操作时，第一加热模式止回阀46允许制冷剂从第三热交换器48流到第一膨胀装置32和第二热交换器34，同时第二冷却模式止回阀42保持关闭，并且第二加热模式止回阀40允许制冷剂从第二膨胀装置36流到第一热交换器22，同时第一冷却模式止回阀26保持关闭。

第一膨胀装置32可用于在进入第二热交换器34的中压制冷剂入口之前将高压制冷剂的压力降低成中压制冷剂。合适的膨胀装置可包括但不限于热膨胀阀、手动膨胀阀、毛细管、自动阀、电子膨胀阀、低压浮阀和高压浮阀。在当前示出的实施例中，第一膨胀装置32可为用于将高压制冷剂的压力降低到中压制冷剂的热膨胀装置。在第一膨胀装置32是热膨胀阀的实施例中，其可包括设置在第二热交换器34的中压出口与压缩机18之间的感温包(sensingbulb)。所述感温包可包含相变材料，并且经由毛细管与热膨胀装置的内膜流体连通，以调整通过热膨胀阀的制冷剂流，以维持通过第二热交换器34的期望的过热水平。在一些实施例中，第一膨胀装置32可为电子膨胀阀，其中温度传感器设置在第二热交换器34的中压出口与压缩机18之间以维持期望的过热。

第二膨胀装置36可用于在冷却模式下在进入第三热交换器48之前或在加热模式下在进入第一热交换器22之前将来自第二热交换器34的高压出口的高压制冷剂的压力降低到低压制冷剂。合适的膨胀装置可包括但不限于热膨胀阀、手动膨胀阀、毛细管、自动阀、电子膨胀阀、低压浮阀和高压浮阀。在优选实施例中，第二膨胀装置36是电子膨胀阀。如图6所示，可在冷却模式下根据第一热交换器22近侧的第一压力传感器60和第二热交换器34近侧的第三温度传感器66，或者在加热模式下根据第三热交换器48近侧的第二压力传感器64和第三温度传感器66来控制第二膨胀装置36，以维持期望的过冷度。在一些实施例中，第二膨胀装置可为热膨胀阀，其具有设置在蓄积器50上游的感温包，以用于根据操作模式通过第一热交换器22和第三热交换器48中的一个维持期望过热。

根据一些示例，第二热交换器34可为制冷剂-制冷剂热交换器。在所示实施例中，第二热交换器34具有高压制冷剂流动路径和中压制冷剂流动路径，并且在两个流动路径之间交换热量。在当前示出的实施例中，第二热交换器可为板式热交换器，但是可预期其他合适的热交换器(例如，壳管式热交换器)。

第三热交换器48可与车辆10的乘客舱12内部的空气交换热量。在一些实施例中，第三热交换器48是用于与内部空气直接交换热量的制冷剂-空气热交换器。在第三热交换器48是制冷剂-空气热交换器的实施例中，第三热交换器48可设置在被定位在车辆10的乘客舱12的近侧的hvac壳体(图7)的混合室68内。车辆10可另外包括hvac鼓风机，所述hvac鼓风机用于将来自车辆10的车颈的空气72(图7和图8)引导在第三热交换器48上方并通过一个或多个风道16。在一些实施例中，第三热交换器48可为定位在混合室68外部以通过冷却剂回路76和第四热交换器74(图8)与内部空气交换热量的制冷剂-冷却剂热交换器。冷却剂回路76可包括用于使冷却剂循环通过冷却剂回路76的泵。

可提供蓄积器50以存储过量的制冷剂并避免过量的液体制冷剂进入压缩机18，以防止损坏压缩机18。蓄积器50可包括用于接收低压制冷剂的制冷剂入口、用于存储过量制冷剂的存储舱以及被配置为向压缩机18提供基本上为蒸气的制冷剂的排放端口。

现在参考图3和图4，提供了由选择阀20的第一位置确定的冷却模式。高压高温的蒸气制冷剂52a离开压缩机18的排放端口，在压缩机18的排放端口处，所述高压高温的蒸气制冷剂52a被引导通过选择阀20的高压制冷剂流动路径并且被引导到第一热交换器22的输入端口。

当制冷剂通过第一热交换器22时，高压高温的蒸气制冷剂52a与外部空气交换热量，并且变成高压高温的液体制冷剂52b。然后，高压高温的液体制冷剂52b被引导通过配件24和止回阀26到达配件28，在配件28处，高压高温的液体制冷剂52b分流进入蒸气喷射流动路径和制冷流动路径。

制冷流动路径继续到达第二热交换器34的高压制冷剂流动路径。蒸气喷射流动路径继续通过配件30到达第一膨胀装置32。当高压高温的液体制冷剂52b通过第一膨胀装置32时，高压高温的液体制冷剂52b的压力降低以变成中压中温的液体-蒸气混合物54c。然后将中压中温的液体-蒸气混合物54c引导到第二热交换器34的中压制冷剂流动路径。当高压高温的液体制冷剂52b流过第二热交换器34时，制冷剂与中压中温的液体-蒸气混合物54c交换热量，以变成高压过冷的制冷剂52c。当中压中温的液体-蒸气混合物54c与高压高温的液体制冷剂52b交换热量时，制冷剂变为中压中温的蒸气制冷剂54d并被引导到压缩机18的蒸气喷射端口。

高压过冷的制冷剂52c从第二热交换器34的高压排放端口继续到达第二膨胀装置36。当高压过冷的制冷剂52c通过第二膨胀装置36时，高压过冷的制冷剂52c的压力降低以变成低压低温的液体-蒸气混合物52d。然后，低压低温的液体-蒸气混合物52d被引导通过配件38、止回阀42和配件44到达第三热交换器48的入口。低压低温的液体-蒸气混合物52d被阻止流过止回阀40，因为那些阀通过沿相反方向推动的高压高温的液体制冷剂52b保持关闭。

当低压低温的液体-蒸气混合物52d流过第三热交换器48时，低压低温的液体-蒸气混合物52d与乘客舱12的内部空气交换热量，并且变成低压低温的主要是蒸气的制冷剂52e。然后，低压低温的主要是蒸气的制冷剂52e通过选择阀20的低压制冷剂流动路径被引导到蓄积器50，在蓄积器50处，制冷剂的压力略微下降，并且仅制冷剂52f的蒸气部分返回到压缩机18的低压入口端口。

然后，制冷剂52f的蒸气部分由压缩机18压缩成中压中温的过热蒸气52g，并且与来自蒸气喷射入口的中压中温的蒸气制冷剂54d组合以形成组合的制冷剂52h。然后，组合的制冷剂52h被进一步压缩并作为高压高温的蒸气制冷剂52a离开压缩机18的高压排放端口。

现在参考图3和图5，提供了由选择阀20的第二位置确定的加热模式。高压高温的蒸气制冷剂52a离开压缩机18的排放端口，在压缩机18的排放端口处，所述高压高温的蒸气制冷剂52a被引导通过选择阀20的高压制冷剂流动路径并且被引导到第三热交换器48的输入端口。

当高压高温的蒸气制冷剂52a通过第三热交换器48时，高压高温的蒸气制冷剂52a与车辆10的乘客舱12的内部空气交换热量，并且变成高压高温的液体制冷剂52b。然后，高压高温的液体制冷剂52b被引导通过配件44和止回阀46到达配件30，在配件30处，高压高温的液体制冷剂52b分流进入蒸气喷射流动路径和制冷流动路径。

制冷流动路径继续穿过配件28到达第二热交换器34的高压制冷剂流动路径。蒸气喷射流动路径继续到达第一膨胀装置32。当高压高温的液体制冷剂52b通过第一膨胀装置32时，高压高温的液体制冷剂52b的压力降低以变成中压中温的液体-蒸气混合物54c。然后将中压中温的液体-蒸气混合物54c引导到第二热交换器34的中压制冷剂流动路径。当高压高温的液体制冷剂52b流过第二热交换器34时，制冷剂与中压中温的液体-蒸气混合物54c交换热量，以变成高压过冷的制冷剂52c。当中压中温的液体-蒸气混合物54c与高压高温的液体制冷剂52b交换热量时，中压中温的液体-蒸气混合物54c变为中压中温的蒸气制冷剂54d并被引导到压缩机18的蒸气喷射端口。

高压过冷的制冷剂52c从第二热交换器34的高压排放端口继续到达第二膨胀装置36。当高压过冷的制冷剂52c通过第二膨胀装置36时，高压过冷的制冷剂52c的压力降低以变成低压低温的液体-蒸气混合物52d。然后，低压低温的液体-蒸气混合物52d被引导通过配件38、止回阀40和配件24到达第一热交换器22的入口。低压低温的液体-蒸气混合物52d被阻止流过止回阀42和止回阀26，因为那些阀通过沿相反方向推动的高压高温的液体制冷剂52b保持关闭。

当低压低温的液体-蒸气混合物52d流过第一热交换器22时，低压低温的液体-蒸气混合物52d与外部空气交换热量，并且变成低压低温的主要是蒸气的制冷剂52e。然后，低压低温的主要是蒸气的制冷剂52e通过选择阀20的低压制冷剂流动路径被引导到蓄积器50，在蓄积器50处，制冷剂的压力略微下降，并且仅制冷剂52f的蒸气部分返回到压缩机18的低压入口端口。

然后，制冷剂52f的蒸气部分由压缩机18压缩成中压中温的过热蒸气52g，并且与来自蒸气喷射入口的中压中温的蒸气制冷剂54d组合以形成组合的制冷剂52h。然后，组合的制冷剂52h被进一步压缩并作为高压高温的蒸气制冷剂52a离开压缩机18的高压排放端口。

现在参考图3至图5，在加热模式和冷却模式两者下，热泵系统14包括高压侧、中压侧和低压侧。在冷却模式下，高压侧包括制冷剂52a-52c并且具有10巴至27巴的示例性压力范围，中压侧包括制冷剂54c和54d并且具有4巴至8巴的示例性压力范围，并且低压侧包括制冷剂52d-52f并且具有3.3巴至5巴的示例性压力范围。在温度方面，从压缩机18排出的制冷剂52a表示具有50摄氏度至105摄氏度的示例性范围的最高温度，在第一膨胀装置32之后的制冷剂54c和54d表示具有25摄氏度至45摄氏度的示例性范围的中间温度，并且第二膨胀装置36之后的制冷剂52d-52f表示具有2摄氏度至15摄氏度的示例性范围的低温。在加热模式下，高压侧包括制冷剂52a-52c并且具有10巴至25巴的示例性压力范围，中压侧包括制冷剂54c和54d并且具有2.4巴至6.7巴的示例性压力范围，并且低压侧包括制冷剂52d-52f并且具有1.1巴至3.7巴的示例性压力范围。在温度方面，从压缩机18排出的制冷剂52a表示具有60摄氏度至130摄氏度的示例性范围的最高温度，在第一膨胀装置32之后的制冷剂54c和54d表示具有-8摄氏度至20摄氏度的示例性范围的中间温度，并且第二膨胀装置36之后的制冷剂52d-52f表示具有-27摄氏度至6摄氏度的示例性范围的低温。前述压力和温度涉及示例性条件下的r1234yf制冷剂。虽然给出了示例性压力和温度，但是它们仅用于示例。本领域技术人员将了解，温度范围可根据许多因素而变化很大，所述因素包括但不限于环境空气温度、制冷剂类型和系统设计。在不脱离本公开的范围的情况下，实际温度可能超过或低于给定范围。

现在参考图6，可提供热泵电子控制(ecu)单元56以响应于从一个或多个传感器接收的数据来控制热泵系统14的一个或多个部件，所述控制单元可包括微处理器或其他模拟和/或数字控制电路。在所示实施例中，第一温度传感器58和第一压力传感器60设置在第一热交换器22的近侧，第二温度传感器62和第二压力传感器64设置在第三热交换器48的近侧，并且第三温度传感器66设置在第二热交换器34的近侧。热泵控制单元56可基于从传感器58、60、62、64和66接收的数据来控制第二膨胀装置36和压缩机18，以通过第一热交换器22、第二热交换器34和第三热交换器48来维持制冷剂的期望的过冷和/或过热。例如，在冷却模式下，设置在第一热交换器22的入口处的第一压力传感器60可提供第一热交换器22的饱和温度的指示。第三温度传感器66可提供第一热交换器22的出口处的制冷剂温度的指示。然后，热泵控制单元56可基于所接收的数据来计算通过第一热交换器22的制冷剂的过冷。如果需要不同的过冷，则热泵控制单元56可进一步打开或关闭第二膨胀装置36以达到期望的过冷。在加热模式下，可使用从第二压力传感器64和第三温度传感器66接收的数据以类似的方式经由打开或关闭第二膨胀装置36以达到期望的过冷来维持第三热交换器48的过冷。在替代实施例中，第一膨胀装置32可包括由热泵控制单元56控制的电子膨胀阀，并且第四温度传感器可设置在第二热交换器34的中压制冷剂流动路径的出口处以控制流过所述中压制冷剂流动路径的制冷剂的所述过热。

现在参考图7，在一些实施例中，第三热交换器48可设置在hvac壳体的混合室68内。hvac鼓风机可从车辆10的外部并且在第三热交换器48的外表面上方引导空气72。空气72可由第三热交换器48加热/或冷却，并且行进通过一个或多个风道16(图1)以加热或冷却车辆10的乘客舱12。在一些实施例中，可提供辅助加热装置70以根据需要补充热泵系统14以维持乘客舒适性。辅助加热装置70可为电阻加热器。

现在参考图8，在一些实施例中，第三热交换器48可设置在混合室68的外部，并且可通过冷却剂回路76与乘客舱12交换热量。在此类实施例中，第三热交换器48可为制冷剂-冷却剂热交换器，以在热泵系统14与冷却剂回路76之间交换热量。第四热交换器74可通过冷却剂回路76流体地联接到第三热交换器48。第四热交换器74可设置在混合室68内，以在冷却剂回路76与通过一个或多个风道16进入乘客舱12的空气72之间交换热量。

通过使用本公开可得到各种优点。例如，蒸气喷射的使用增加了热泵系统的可操作环境范围，以提高极端环境温度下的效率。此外，本公开允许在加热模式和冷却模式两者下利用蒸气喷射，以在高环境温度和低环境温度两者下增加益处。本文提供的车辆hvac系统还提供了一种阀系统，所述阀系统用于使制冷剂流反向通过第一热交换器和第三热交换器，同时维持通过第二热交换器以及第一膨胀装置和第二膨胀装置的恒定流动方向。由于自动地维持流动方向，因此也可简化所得的控制系统。

本领域普通技术人员应当理解，所描述的公开内容和其他部件的构造不限于任何特定材料。除非本文另有描述，否则本文所公开的本公开的其他示例性实施例可由多种材料形成。

出于本公开的目的，术语“联接”(以其所有形式：联接、联接的、被联接的等)通常意指两个部件(电气的或机械的)彼此直接或间接地连接。这种连接本质上可为固定的或者本质上为可移动的。这种连接可利用两个部件(电气的或机械的)实现，并且任何额外的中间构件可彼此或与两个部件一体地形成为单个整体。除非另有陈述，否则这种连接可为本质上永久性的，或者可为本质上可移除的或可释放的。

同样重要的是，要注意，如示例性实施例中所示的本公开的元件的构造和布置仅是说明性的。虽然在本公开中已经详细描述了本创新的仅若干实施例，但是审查本公开的本领域技术人员将容易理解，在实质上不脱离所叙述的主题的新颖教导和优点的情况下，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装布置、使用材料、颜色、取向等的变化)。例如，示出为一体地形成的元件可由多个零件构成，或者示出为多个零件的元件可一体地形成，接口的操作可颠倒或以其他方式改变，结构和/或构件的长度或宽度或连接器或者系统的其他元件可改变，可改变元件之间提供的调整位置的性质或数量。应注意，系统的元件和/或总成可以由提供足够强度或耐用性的多种材料中的任何一种以各种颜色、纹理和组合中的任何一种构成。因此，所有此类修改旨在被包括在本创新的范围内。在不脱离本创新的精神的情况下，可在期望的示例性实施例和其他示例性实施例的设计、工况和布置方面进行其他替换、修改、改变和省略。

应当理解，任何所描述的过程或所描述的过程内的步骤可与其他公开的过程或步骤组合以形成本公开范围内的结构。本文公开的示例性结构和过程用于说明性目的，而不应解释为限制性。

还应当理解，在不脱离本公开的概念的情况下，可以对前述结构和方法进行变化和修改，并且还应当理解，此类概念意图由权利要求覆盖，除非这些权利要求以其语言以其他方式明确陈述。

根据本发明，提供了一种车辆hvac系统，所述车辆hvac系统具有：用于压缩制冷剂的压缩机，所述压缩机包括入口端口、蒸气喷射端口和排放端口；第一热交换器；第一止回阀组；第一膨胀装置，其用于使所述制冷剂的第一部分减压；第二热交换器，其用于在所述制冷剂的所述第一部分与所述制冷剂的第二部分之间交换热量，其中所述制冷剂的所述第一部分被引导到所述压缩机的所述蒸气喷射端口；第二膨胀装置，其用于使所述制冷剂的所述第二部分减压；第二止回阀组；第三热交换器；以及选择阀，其用于在加热模式与冷却模式之间切换；其中所述第一止回阀组和所述第二止回阀组一起在所述加热模式与所述冷却模式之间维持通过所述第一膨胀装置、所述第二热交换器和所述第二膨胀装置的恒定流动方向。

根据一个实施例，本发明的特征还在于冷却剂回路，所述冷却剂回路包括所述第三热交换器、冷却剂泵和第四热交换器，其中所述第三热交换器在所述制冷剂与冷却剂之间交换热量，并且所述第四热交换器在所述冷却剂与内部空气之间交换热量。

根据一个实施例，所述第一止回阀组包括：第一止回阀，其用于在以所述冷却模式操作时将制冷剂从所述第一热交换器引导到所述第二热交换器和所述第一膨胀装置；以及第二止回阀，其用于在以所述加热模式操作时将制冷剂从所述第二膨胀装置引导到所述第一热交换器。

根据一个实施例，所述第二止回阀组包括：第一止回阀，其用于在以所述冷却模式操作时将制冷剂从所述第二膨胀装置引导到所述第三热交换器；以及第二止回阀，其在用于以所述加热模式操作时将制冷剂从所述第三热交换器引导到所述第一膨胀装置和所述第二热交换器。

根据一个实施例，本发明的特征还在于蓄积器。

根据一个实施例，本发明的特征还在于：电子控制单元，其被配置为基于从一个或多个传感器接收的输入来控制所述选择阀、所述压缩机以及所述第一膨胀装置和所述第二膨胀装置中的至少一者。

根据一个实施例，所述一个或多个传感器包括：第一温度传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂温度；第一压力传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂压力；第二温度传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂温度；第二压力传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂压力；以及第三温度传感器，其用于测量所述第二热交换器近侧处的制冷剂的所述第二部分的制冷剂温度。

根据本发明，提供了一种车辆hvac系统，所述车辆hvac系统具有：压缩机，其包括低压制冷剂入口端口、高压制冷剂排放端口和中压制冷剂入口端口；选择阀，其用于在冷却模式与加热模式之间切换；第一热交换器；中间热交换系统，其包括：第一膨胀装置，其用于将高压制冷剂的第一部分减压成中压制冷剂；第二热交换器，其用于在所述中压制冷剂与高压制冷剂的第二部分之间交换热量，其中所述中压制冷剂被引导到所述压缩机的所述中压制冷剂入口端口；第二膨胀装置，其用于将来自所述第二热交换器的高压制冷剂的第二部分减压成低压制冷剂；多个止回阀，其被配置为在所述冷却模式与所述加热模式之间维持通过所述第二热交换器、所述第一膨胀装置和所述第二膨胀装置的一致的流动方向；以及第三热交换器；其中当以所述冷却模式操作时，所述制冷剂从所述压缩机流到所述第一热交换器，流到所述中间热交换系统，流到所述第三热交换器并流回到所述压缩机，并且当以所述加热模式操作时，所述制冷剂从所述压缩机流到所述第三热交换器，流到所述中间热交换系统，流到所述第一热交换器并流回到所述压缩机。

根据一个实施例，本发明的特征还在于蓄积器，其设置在所述压缩机的所述低压制冷剂入口端口的近侧。

根据一个实施例，本发明的特征还在于冷却剂回路，所述冷却剂回路包括所述第三热交换器、冷却剂泵和第四热交换器，其中所述第三热交换器在所述制冷剂与冷却剂之间交换热量，并且所述第四热交换器在所述冷却剂与内部空气之间交换热量。

根据一个实施例，所述多个止回阀包括冷却模式止回阀组和加热模式止回阀组。

根据一个实施例，所述冷却模式止回阀组包括在以所述冷却模式操作时用于将制冷剂从所述第一热交换器引导到所述中间热交换系统的第一冷却模式止回阀和用于将制冷剂从所述中间热交换系统引导到所述第三热交换器的第二冷却模式止回阀，并且所述加热模式止回阀组包括在以所述加热模式操作时用于将制冷剂从所述第三热交换器引导到所述中间热交换系统的第一加热模式止回阀和用于将制冷剂从所述中间热交换系统引导到所述第一热交换器的第二加热模式止回阀。

根据一个实施例，本发明的特征还在于：电子控制单元，其被配置为基于从一个或多个传感器接收的输入来控制所述选择阀、所述压缩机以及所述第一膨胀装置和所述第二膨胀装置中的至少一者。

根据一个实施例，所述一个或多个传感器包括：第一温度传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂温度；第一压力传感器，其用于测量所述第一热交换器近侧处的制冷剂压力；第二温度传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂温度；第二压力传感器，其用于测量所述第三热交换器近侧处的制冷剂压力；第三温度传感器，其用于测量所述第二热交换器近侧处的制冷剂的所述第二部分的制冷剂温度。

根据本发明，提供了一种车辆hvac系统，其具有：蒸气喷射回路，其包括：压缩机；第一热交换器；第一止回阀组；第一膨胀装置；第二热交换器；以及制冷回路，其包括：所述压缩机；所述第一热交换器；所述第一止回阀组；所述第二热交换器；第二膨胀装置；第二止回阀组和第三热交换器。

根据一个实施例，所述制冷回路还包括蓄积器。

根据一个实施例，本发明的特征还在于冷却剂回路，所述冷却剂回路包括所述第三热交换器、冷却剂泵和第四热交换器。

根据一个实施例，本发明的特征还在于选择阀，所述选择阀用于在加热模式与冷却模式之间切换。

根据一个实施例，在所述冷却模式下，所述选择阀按从所述压缩机到所述第一热交换器、所述第一止回阀组、所述第二热交换器、所述第二膨胀装置、所述第二止回阀组和所述第三热交换器的顺序来在所述制冷回路中引导制冷剂，此外，其中在加热模式下，所述选择阀按从所述压缩机到所述第三热交换器、所述第二止回阀组、所述第二热交换器、所述第二膨胀装置、所述第一止回阀组和所述第一热交换器的顺序来在所述制冷回路中引导制冷剂。

根据一个实施例，通过所述第一膨胀装置、所述第二热交换器和所述第二膨胀装置的流动方向在所述加热模式与所述冷却模式之间保持不变。