CN100457487C - 用于调节冷暖的车载空调机 - Google Patents

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Abstract

本发明的用于调节冷暖的车载空调机设有：在制冷和取暖时均能使用的制冷回路，冷却水回路以及空气流入量调节用开关式通气管，其中，所述制冷回路设有用以与车外空气进行热交换的制冷剂车外交换器，所述冷却水回路设有与车辆外部空气进行热交换并使发动机的冷却水循环的冷却水车外热交换器，至少一根所述空气流入量调节用开关式通气管设置在所述冷却水车外热交换器的前方车体外侧和/或后方车体内侧，因此，通过根据状况适当地控制所述管的开闭，在以电和汽油为能源的混合式车辆或可怠速停车式车辆等汽车中，即使在使用例如CO2制冷剂的情况下，也能够有效地充分进行车内制冷、取暖以及除霜。

Description

用于调节冷暖的车载空调机
发明领域
本发明涉及用于调节冷暖的车载空调机，其用于以电和汽油为能源的混合式车辆或可怠速停车式车辆等汽车中。
背景技术
一般的汽车从以汽油为燃料的内燃机获得动力而行驶，在这种车辆中，装载有制冷回路，该制冷回路设有通过所述内燃机驱动的压缩机，在进行制冷时通过蒸发器蒸发制冷剂，通过产生的冷热来冷却车内的空气，从而进行制冷。
另外，取暖是通过将用于冷却发动机的冷却水热量加热车内的空气进行的。
然而，由于这种车辆要燃烧汽油等燃料来获得驱动力，因此，迫切希望对其排放气体中所含的有害物质加以限制或控制。
以往，作为冷气制冷装置的制冷剂，例如采用的是氯化二氟甲烷(R22，沸点为140.8℃)等材料。但是，R22等材料具有较高的破坏臭氧的潜在可能性，若排放至空气中并到达地球上空的臭氧层，则存在破坏地球臭氧层的问题，因此其成为氟限制的对象。
臭氧层的破坏是由制冷剂中的氯元素(Cl)引起的。因此，虽然建议采用不含氯元素的制冷剂，例如二氟甲烷(HFC-32、R32、沸点为-52℃)等替代制冷剂，但是由于其地球变暖系数(GWP)为1300～1900，因此在1997年的防止地球变暖京都会议中被列为需限制的对象，因此难以使用。
在目前重视环境的潮流中，由于丙烷、丁烷、i-丁烷、戊烷、i-戊烷等碳氢类制冷剂或存在于自然界的无环境负担的CO2等自然制冷剂不存在破坏臭氧层的效果或可燃性、毒性，且因其地球变暖系数(GWP)为1而非常有利于环境，并且具有经济性，因此备受重视。
因此，在以电和汽油为能源的混合式车辆或可怠速停车式车辆等中，建议使用碳氢类制冷剂或CO2作为制冷剂，在装载设置了以电力驱动的压缩机的制冷回路进行制冷及取暖的同时，可利用冷却发动机的冷却水的热量进行取暖。
图6显示了以往用于调节冷暖的车载空调机的结构，其以制冷回路10、冷却水回路20以及控制车内空气流动的气流调节器30等部件为必要结构。
冷却水回路20设有用于冷却内燃机等图中未示出的发动机的被称为所谓散热器的冷却水车外热交换器21，设置在车辆内侧并进行车内空气和冷却水热交换的冷却水车内热交换器22以及使冷却水在它们之间循环的泵23。
制冷回路10设有由设置在图中未示出的密闭容器中的电动马达驱动的压缩机11，使由压缩机11压至高压的制冷剂冷却的气体冷却器(有时被称为制冷剂车外热交换器)12，使冷却的制冷剂膨胀的膨胀阀13，使制冷剂气化而产生冷热的蒸发器14，沿图中实线表示的制冷剂流动方向流动、通过转换以虚线所示方向流动的四通阀15等。
在利用制冷回路10进行制冷时，调节四通阀15以使制冷剂按实线箭头所示那样循环。在这种情况下，通过压缩机11将吸入的制冷剂压缩至高压，通过气体冷却器12(制冷剂车外热交换器)冷却被压缩至高压的制冷剂，经膨胀阀13、通过蒸发器14使冷却的制冷剂气化而产生冷热后，经四通阀15再次吸入压缩机11内。通过图中未示出的风扇将车内空气送入蒸发器14内，以便制冷剂与车内空气进行热交换后，蒸发并返回压缩机11。由于制冷剂蒸发时的热量是从车内空气提供的，因此此时车内温度大大下降，从而使车辆内部冷却。
另外，此时，由于如果将与蒸发器14热交换的车内空气输送至冷却水车内热交换器22，则已冷却的车内空气温度上升，因此，气流调节器30移动至实线所示的位置处，以便阻止车内空气被输送至冷却水车内热交换器22。
另一方面，在进行取暖时，调节四通阀15以按虚线所示那样循环制冷剂。在这种情况下，通过压缩机11将吸入的制冷剂压缩至高压，经四通阀15将被压缩至高压的制冷剂输送至所述蒸发器14，以所述蒸发器14作为气体冷却器冷却制冷剂，经膨胀阀13将冷却的制冷剂输送至所述气体冷却器12，利用所述气体冷却器12作为蒸发器(制冷剂车外热交换器)使制冷剂气化并产生冷热后，经四通阀15再次吸入压缩机11。通过图中未示出的风扇将车内空气输送至作为气体冷却器使用的蒸发器14，由此制冷剂与车内空气进行热交换后冷却。由于制冷剂冷却时的热量被供给至车内空气，因此此时车内空气的温度上升，从而加热车体内部。另一方面，在驱动车辆的同时，驱动泵23以使冷却水循环，并且同时通过冷却水回路20进行加热。
通过使气流调节器30处于点划线所示的位置处，车内空气由图中未示出的风扇输送并通过作为气体冷却器使用的蒸发器14加热，被加热的车内空气被输送至冷却水车内热交换器22并被再次加热，以进行取暖。但是，若在装载有这种用于调节冷暖的车载空调机的车辆在冬季等气候条件下行驶中，使用用于取暖的冷却回路，则在所述制冷剂车外热交换器12上会引起凝结，从而会降低所述制冷剂车外热交换器12的性能。因此，所存在的问题是：虽然能够进行除霜操作，但是由于在行驶时低温空气会流入所述制冷剂车外热交换器12内，因此不能容易地除霜。
另外，在装载有所述用于调节冷暖的车载空调机的车辆处于夏季高温交通阻塞等条件下，使用用于制冷的制冷回路时，所存在的问题是：车辆发动机或马达等驱动机构的辐射热量，高温空气的流动或在前车辆的排气热量等均会降低所述制冷剂车外热交换器12的制冷性能而不能充分进行制冷剂的冷却，因此不能充分进行车内制冷。
当装载有所述用于调节冷暖的车载空调机的车辆处于夏季等条件下使用用于制冷的制冷回路时，所存在的问题是：若直射阳光直射到所述制冷剂车外热交换器12上，则会降低所述制冷剂车外热交换器12的制冷性能，不能充分进行制冷剂的冷却，因此不能充分进行车内制冷。
本发明的目的在于解决现有的问题，提供用于调节冷暖的车载空调机，该用于调节冷暖的车载空调机在以电和汽油为能源的混合式车辆或可怠速停车式车辆等汽车中，即使在使用CO2制冷剂的情况下，也能够有效地进行制冷、取暖和除霜等。
发明内容
本发明人等为了解决以往的问题，进行了努力的研究，结果发现：通过在前述制冷剂车外热交换器12前方或后方设置至少一根能够调节空气流入量的开关式通气管，根据状况适当地控制通气管的开闭，即在除霜时使低温空气不会流入前述制冷剂车外热交换器12内，能够进行除霜，并且即使在夏季高温交通阻塞等条件下时，高温空气也不会流入所述制冷剂车外热交换器12内，同时，通过阻挡车辆发动机或马达等驱动机构的辐射热量，高温空气的流动或在前车辆的排气热量，能够充分进行车内制冷，另外，通过避免直射阳光直射到所述制冷剂车外热交换器12上，能够充分地进行车内制冷，从而实现本发明。
即，本发明用于调节冷暖的车载空调机，其包括：其工作时对车内部进行制冷和取暖的制冷回路，所述制冷回路包含在该制冷内流动的制冷剂，在制冷回路的一部分的制冷剂与车内部的空气进行热交换，该制冷回路还包含设置在该车内部的外部的车外的热交换器，在该热交换器内流动的制冷剂与车外空气进行热交换；安装在该热交换器前方的第一通气导管，可打开和关闭以调节流过所述热交换器的车外空气的流入量；安装在该热交换器后方的第二通气导管，可打开和关闭以调节流过所述热交换器的车外空气的流入量；所述第一通气导管和所述第二通气导管中的至少一根通气导管可控制成处于关闭状态，其中所述制冷回路可被操作，当所述第一通气导管和所述第二通气导管中的至少一根通气导管处于关闭状态时，通过将该制冷回路用于取暖来对所述热交换器上的凝结的霜进行除霜；一通过逆转而以低转速工作的风扇，该风扇设置成能对空气进行导向，该空气通过所述热交换器在冷却引擎、马达或马达驱动回路时已被加热；其中，在使用制冷回路用于制冷时，所述第一通气管和所述第二通气管中的至少一根通气管可控制成处于半开状态。
附图说明
图1为说明图，其示意性地说明了装载有本发明用于调节冷暖的车载空调机的汽车的一个实施例。
图2为说明图，其示意性地说明了用于本发明中空气流入量调节用开关式通气管的形状例子和使用例子。
图3为说明图，其示意性地说明了用于图2所示的本发明中空气流入量调节用开关式通气管的其它使用例子。
图4为说明图，其示意性地说明用于图2所示的本发明中空气流入量调节用开关式通气管的其它使用例子。
图5为说明图，其示意性地说明用于图2所示的本发明中空气流入量调节用开关式通气管的其它使用例子。
图6为表示现有的用于调节冷暖的车载空调机结构的说明图。
符号说明
10制冷回路；11压缩机；12气体冷却器(制冷剂车外热交换器)；13膨胀阀；14蒸发器；15四通阀；20冷却水回路；21冷却水车外热交换器；22冷却水车内热交换器；23泵；30风门装置；40汽车；41发动机；42风扇；43第1空气流入量调节用开关式通气管；44第2空气流入量调节用开关式通气管；45基材；46可动式百叶窗；47卷取机；48开度调节线
具体实施方式
下面，利用附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1为说明图，其示意性地说明了装载有本发明用于调节冷暖的车载空调机的汽车的一个实施例。
图2～图5为说明图，其示意性地说明了用于本发明中空气流入量调节用开关式通气管的形状例子和使用例子。
在图1中，40表示装载有本发明冷暖房用车载空调机的汽车，41表示发动机，42表示风扇等。并且，在汽车40前方安装有设置在本发明冷暖房用车载空调机中的制冷剂车外热交换器12，在其后方设有被称为所谓散热器的冷却水车外热交换器21，其能够循环用于冷却发动机41的冷却水。另外，在制冷剂车外热交换器12前方附近安装有第1空气流入量调节用开关式通气管43，在制冷剂车外交换器12后方附近安装有第2空气流入量调节用开关式通气管44。
在本发明中，虽然安装了如所述实施例那样的第1空气流入量调节用开关式通气管43和第2空气流入量调节用开关式通气管44，但是第1空气流入量调节用开关式通气管43和第2空气流入量调节用开关式通气管44均可以单独使用，且可以适当选择安装。
在图2所示的空气流入量调节用开关式通气管43(空气流入量调节用开关式通气管44也可以具有与43相同的结构)中，设有基材45，安装在基材45上的多个可动式百叶窗46，设置在基材45一端上的卷取机47以及与卷取机47相连的开度调节线48等。可以自动或手动驱动卷取机47以卷绕开度调节线48，相反，在放松开度调节线48后，可以转动可动式百叶窗46来调节空气的流入量。
不应特别限定基材45或可动式百叶窗46的材质和形状，或可动式百叶窗46的运动方式等。
作为基材45或可动式百叶窗46的材质，不仅可采用如铝这样的金属，也可以采用例如重量轻以及强度、耐热性、绝热性等均较高的工程塑料。
如图2所示，通常，较理想的是通过使空气流入量调节用开关式通气管43和空气流入量调节用开关式通气管44的可动式百叶窗46相对于基材45呈大约直角设置，能够增大空气的流入量。
并且，当车辆40在冬季等气候中行驶而使用用于采暖的制冷回路时，在制冷剂车外交换器12上会引起凝结。所以，为了防止行驶时大量低温空气流入制冷剂车外交换器12中，如图3所示，通过使第1空气流入量调节用开关式通气管43的可动式百叶窗46位于完全关闭的状态来减小空气流入量。
如果采用这种方式，由于低温空气不会流入制冷剂车外交换器12，因此易于除霜，所以不存在降低制冷剂车外交换器12性能的问题。
虽然在图中未示出，但是第2空气流入量调节用开关式通气管44不应受到特别的限制，例如使可动式百叶窗46处于完全关闭、半打开或完全打开的状态均是较理想的。
接着，对在上述制冷剂车外交换器12上凝结的霜进行除霜的其它方法进行说明。
在对在上述制冷剂车外交换器12上凝结的霜进行除霜时，在控制关闭第1空气流入量调节用开关式通气管43的可动式百叶窗46的同时，第2空气流入量调节用开关式通气管44的可动式百叶窗46处于完全打开的状态使风扇42逆转，降低转速以便输送用于冷却发动机41而温度上升的空气通过制冷剂车外交换器12。
虽然在图中未示出，但对于以电和汽油为能源的混合式车辆或可怠速停车式车辆等而言，输送用于冷却驱动马达或马达驱动回路而温度上升的空气通过制冷剂车外交换器12。
如果采用这种方式，通过温度上升的空气能够更容易地进行除霜，因此不存在降低制冷剂车外交换器12性能的问题。接着，对在上述制冷剂车外交换器12上凝结的霜进行除霜的其它方法进行说明。
在对制冷剂车外交换器12上凝结的霜进行除霜时，在控制关闭第1空气流入量调节用开关式通气管43的可动式百叶窗46的同时，应停止风扇42。第2空气流入量调节用开关式通气管44的可动式百叶窗46不应受到特别的限制，例如可以使可动式百叶窗46处于完全关闭、半打开或完全打开的状态。
如果采用这种方式，由于低温空气不会流入制冷剂车外交换器12中，因此，能够容易地除霜，并且不会出现降低制冷剂车外交换器12性能的问题。
另外，当在夏季高温交通阻塞时等情况下使用用于制冷的制冷回路使车辆40行驶时，如图4所示，第1空气流入量调节用开关式通气管43的可动式百叶窗46处于半开状态，空气流入量达到中等程度。通过使空气流入量达到中等程度，能够抑制因由沥青或水泥等路面发出的热或由在前车辆的排气热等加热而达到高温的空气流入制冷剂车外交换器12内，从而能够抑制、防止降低制冷剂车外交换器12的冷却性能。通过也使第2空气流入量调节用开关式通气管44的可动式百叶窗46处于如半开状态，能够隔断从发动机41(或图中未示出的马达等驱动机)发出的大部分辐射热量，从而能够抑制、防止降低制冷剂车外交换器12的冷却性能。
另外，在夏季高温时等条件下使用用于制冷的制冷回路使车辆40行驶时，在强烈的直射日光照射并加热对制冷剂车外交换器12的热交换产生不良影响的情况下，如图5所示，通过使第1空气流入量调节用开关式通气管43的可动式百叶窗46处于半开状态，能够减少日光照射的影响。
另外，通过使第2空气流入量调节用开关式通气管44的可动式百叶窗46也处于例如半开状态，能够阻断从发动机41发出的大部分辐射热量，从而能够抑制、防止降低制冷剂车外交换器12的冷却性能的降低。
特别在使用CO2作为制冷剂的情况下，由于沥青或水泥等路面发出的热或在前车辆的排气热等或发动机发出的辐射热量、强烈的直射阳光等会导致降低制冷剂车外交换器12的冷却性能，因此虽然存在当制冷剂温度上升时会降低制冷能力而不能充分进行车内冷却的情况，但是通过使用本发明的用于调节冷暖的车载空调机，即使在使用CO2作为制冷剂的情况下，也能够进行充分的车内冷却。
对上述实施例的说明仅用于说明本发明，但是不应限制权利要求书中记载的本发明，或缩小其范围。另外，本发明的各种结构不应局限于上述实施例，在权利要求书范围内记载的技术范围内可作出各种变形。
由于本发明权利要求1中记载的用于调节冷暖的车载空调机包括：在制冷和取暖时均能使用的制冷回路，其中，所述制冷回路设有用以与车外空气进行热交换的制冷剂车外交换器；在所述制冷剂车外交换器前方和/或后方至少设置一根的空气流入量调节用开关式通气管，因此，通过根据状况适当地控制所述空气流入量调节用开关式通气管的开闭，能够解决以往的问题，在以电和汽油为能源的混合式车辆或可怠速停车式车辆等汽车中，即使在例如使用CO2制冷剂或碳氢类制冷剂的情况下，也能够产生显著的效果，即有效地进行制冷、取暖、除霜等。
本发明权利要求2中记载的用于调节冷暖的车载空调机在冬季等气候条件下行驶中，在取暖中使用制冷回路以对所述制冷剂车外交换器上凝结的霜进行除霜时，由于能够控制关闭设置在所述制冷剂车外交换器前方和/或后方的至少一根所述通气管，因此能够起到显著的效果，即在除霜时低温空气不会流入所述制冷剂车外交换器，从而能够容易地进行除霜。
本发明权利要求3中记载的用于调节冷暖的车载空调机在冬季等气候条件下行驶中，在取暖中使用制冷回路以对所述制冷剂车外交换器上凝结的霜进行除霜时，由于在控制关闭设置在所述制冷剂车外交换器前方和/或后方的至少一根所述通气管的同时，使风扇逆转、降低旋转速度以使用于冷却发动机或马达或马达驱动回路而温度上升的空气通过所述制冷剂车外交换器，因此能够起到更容易除霜的显著效果。
本发明权利要求4中记载的用于调节冷暖的车载空调机在冬季等气候条件下行驶中，在取暖中使用制冷回路以对所述制冷剂车外交换器上凝结的霜进行除霜时，由于在控制关闭设置在所述制冷剂车外交换器前方和/或后方的至少一根所述通气管的同时，使风扇停止，因此在除霜时低温空气不会流入所述制冷剂车外交换器，因此能够起到更容易除霜的显著效果。
本发明权利要求5中记载的用于调节冷暖的车载空调机在夏季高温交通阻塞等条件下，在制冷中使用制冷回路时，由于能够控制使设置在所述制冷剂车外交换器前方和/或后方的至少一根所述通气管处于半开状态，因此，高温空气不会过多流入所述制冷剂车外交换器内，并且能够阻挡如发动机或马达这样的驱动机等的辐射热量，抑制并防止由发动机的辐射热量、在前车辆的排气热等所造成的不良影响，从而能起到充分使车内制冷的显著效果。
本发明权利要求6中记载的用于调节冷暖的车载空调机在使用用于制冷的制冷回路时，在直射阳光对所述制冷剂车外交换器的热交换造成不良影响的情况下，由于能够控制使设置在所述制冷剂车外交换器前方和/或后方的至少一根所述通气管处于半开状态，因此，能够减少日光直射的影响，并且能够阻止发动机或马达等驱动机的热辐射，从而能够起到充分使车内制冷的显著效果。
本发明权利要求7中记载的用于调节冷暖的车载空调机由于采用了CO2作为制冷剂，因此起到的显著效果是：减小了环境负担，不会产生破坏臭氧层的效果且不具可燃性和毒性，其地球变暖系数(GWP)为1，非常有利于环境，且具有经济性。另外，还能够起到的显著效果是：即使在夏季高温等时使用用于制冷的制冷回路时，也能够抑制制冷剂温度的上升，充分使车辆内部冷却。
本发明权利要求8中记载的用于调节冷暖的车载空调机由于采用的制冷剂为碳氢类制冷剂，因此，起到的显著效果是：减小了环境负担，不会产生破坏臭氧层的效果且不具毒性，其地球变暖系数(GWP)小有利于环境，且具有经济性。另外，还能够起到的显著效果是：即使在夏季高温等时使用用于制冷的制冷回路时，也能充分使车辆内部冷却。
工业上利用的可能性
由于本发明的用于调节冷暖的车载空调机包括：在制冷和取暖时均能使用的制冷回路，其中，所述制冷回路设有用以与车外空气进行热交换的制冷剂车外交换器；在所述制冷剂车外交换器前方和/或后方至少设置一根空气流入量调节用开关式通气管，因此，通过根据状况适当地控制其空气流入量调节用开关式通气管的开闭，从而解决以往的问题，由于在以电和汽油为能源的混合式车辆或可怠速停车式车辆等汽车中，即使在例如使用CO2制冷剂或碳氢类制冷剂的情况下，也能够产生显著的效果，即有效地进行制冷、取暖、除霜等，因此工业利用价值非常大。

Claims (3)

1.用于调节冷暖的车载空调机，其包括：
其工作时对车内部进行制冷和取暖的制冷回路，所述制冷回路包含在该制冷回路内流动的制冷剂，在制冷回路的一部分的制冷剂与车内部的空气进行热交换，该制冷回路还包含设置在该车内部的外侧的车外的热交换器，在该热交换器内流动的制冷剂与车外空气进行热交换；
安装在该热交换器前方的第一通气导管，可打开和关闭以调节流过所述热交换器的车外空气的流入量；
安装在该热交换器后方的第二通气导管，可打开和关闭以调节流过所述热交换器的车外空气的流入量；
所述第一通气导管和所述第二通气导管中的至少一根通气导管可控制成处于关闭状态，其中所述制冷回路可被操作，当所述第一通气导管和所述第二通气导管中的至少一根通气导管处于关闭状态时，通过将该制冷回路用于取暖来对所述热交换器上的凝结的霜进行除霜；
一通过逆转而以低转速工作的风扇，该风扇设置成能对空气进行导向，该空气通过所述热交换器在冷却引擎、马达或马达驱动回路时已被加热；
其中，在使用制冷回路用于制冷时，所述第一通气管和所述第二通气管中的至少一根通气管可控制成处于半开状态。
2.根据权利要求1所述的用于调节冷暖的车载空调机，其特征在于：所述制冷剂为CO2。
3.根据权利要求1所述的用于调节冷暖的车载空调机，其特征在于：所述制冷剂为碳氢类制冷剂。
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