CN101035688A - 空气调节 - Google Patents

Abstract

一种车辆驾驶员用的空气供应系统(10)，该系统(10)包括空气调节单元和风扇，空气调节单元包括以闭合回路连接来循环制冷剂的蒸发器(20)、冷凝器(40)和压缩机(30)，风扇与蒸发器(20)相邻设置，以通过蒸发器(20)抽取新鲜空气源，并使空气进入设置成直接与驾驶员相连的空气管道中，压缩机(30)和风扇由低压直流电动马达驱动。

Description

空气调节

技术领域

本发明涉及空气调节，具体来说用于机动车辆的空气调节。

背景技术

机动车辆在很多种情况下都需要使用到空气调节单元。在汽车运动中，安全方面的要求决定了驾驶员必须身着防火服和防撞头盔。从机动车辆的设计和工作条件上来看，驾驶员将经常在超过50摄氏度的高温下长时间驾驶车辆。在如此高温和高速度下驾驶汽车对驾驶员体力要求很大，已经提出了数种装置降低驾驶员的温度。其中的一种建议是提供冷气源，当工作温度过高时将冷气注入驾驶员的头盔或驾驶员的防护服中以降低驾驶员的温度。

传统的车辆用空气调节单元包括由车辆发动机驱动的压缩机。这种压缩机的体积很大并且要使用很大部分车辆发动机所产生的动力。对于高性能赛车，既没有空间也没有多余的动力让发动机驱动空气调节单元。

对于机动车辆和飞机来说，还有其它情形需要小而紧凑且不依靠发动机运作的低功率空气调节单元。这种情况包括飞机、货车休息室、诸如旅行蓬车和露营车的消闲车。包括坦克在内的一部份军用车辆也需要即使车辆发动机不运转仍可以运行的空气调节单元。

本发明要解决的是上述问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种反向循环空气调节单元，包括以闭合回路连接以循环制冷剂的蒸发器、冷凝器和压缩机，压缩机由低压直流电动马达驱动，并且回路中包括使制冷剂的流动方向反向的阀。

优选地，蒸发器和冷凝器与由低压直流电动马达驱动的风扇相邻设置。电压优选为12V或24伏。

优选地，阀包括四通阀，其可由螺线管操作以使制冷剂的流动方向反向。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于车辆驾驶员的空气供应系统。该系统包括空气调节单元和风扇，该空气调节单元包括以闭合回路连接以循环制冷剂的蒸发器、冷凝器和压缩机，压缩机由12V直流电动马达驱动。由12V直流电动马达驱动的风扇与蒸发器相邻设置，以通过蒸发器抽取新鲜空气源，并使空气进入直接与驾驶员相连的空气管道中。

优选地，驾驶员穿着驾驶服和/或头盔，空气管道与驾驶服和/或头盔相连。

空气管道优选具有过滤器，以控制流量并过滤诸如一氧化碳的有害气体。流量优选控制在大约每秒2L。

此系统可以和监视车内相对湿度和温度的数据采录器相连。

附图说明

结合以下附图，仅以示例的方式对本发明的具体实施例进行说明：

图1A所示是空气供应系统的空气调节回路的侧视图。

图1B所示是系统将管道去除后的空气供应管路的侧视图。

图2所示是图1A所示回路的平面图。

图3A、3B、3C所示是系统的压缩机形成部的部件的侧面正视图。

图4是驱动系统压缩机的电动马达的透视图。

图5所示为根据第二实施例的空气调节单元的外壳的透视图。

图6所示为单元在大部分外壳去掉后的侧视图。

图7所示为单元在大部分外壳去掉后的相对的侧视图。

图8所示是冷凝器或蒸发器和风扇组件的侧视图。

图9A、9B、9C是蒸发器的正视图和平面图。

图10A、10B、10C是冷凝器的正视图和平面图。

图11是反向循环单元的管路图。

图12A、12B是两种工作模式下的四通回动阀的视图。

具体实施方式

附图中图1到4所示的空气调节系统10设计安装在V8超级跑车(V8 Super Car)的地板上。V8超级跑车是改装成场地赛车的V8普通轿车。空气调节单元特别设计得较小，使其可以装配在380mm×290mm的底盘11上，其向上延伸的高度大约有250mm。

如图1和图2所示，空气调节系统10包括隔开在底盘11相反两端的蒸发器20和冷凝器40。压缩机30使适当的制冷剂从压缩机的高压端72送出，传送到冷凝器40的上端43。冷凝器40的下端41通过线路与蒸发器20连接，该线路包括串联的干燥器42、过滤器76和TX阀31。蒸发器的出口77与压缩机30的低压侧73连接。

空气调节单元10定义了一个闭合的回路来循环适当的制冷剂，制冷剂在压缩机30中被压缩，在冷凝器40中冷却为液体，在蒸发器20中膨胀，吸收大气中的热量，以提供通过鼓风机和吹风管道从蒸发器20后部抽出的冷气输出。新鲜空气源提供应蒸发器20，蒸发器20的后部由遮罩25封闭，该遮罩25又与驱动鼓风机22的电动马达(未示出)连接。鼓风机管道21的后部包括碳颗粒过滤器(未示出)，并且可提供冷气源输出，接着将冷气送入V8超级跑车驾驶员的头盔或驾驶服中。鼓风机22、压缩机30和冷凝器风扇(未示出)都由12V直流电动马达驱动，这些马达的动力可以来自于交流发电机产生的车辆电力，而该交流发电机又由发动机驱动。

为了让压缩机30能够被12V直流电动马达带动，它必须较小和高效。压缩机30的细节如图3A、3B和3C所示，包括由曲轴61驱动的单个的往复活塞60。曲轴61通过柔性连接与图4中所示的电动马达70连接。活塞头62通过活塞销64固定到活塞杆63，而且活塞头62上具有适当的活塞环65。活塞的直径为0.9英寸，活塞的长度大约为65mm。曲轴61通过轴承67定位在曲轴箱66中，活塞60在由顶盖69覆盖的不锈钢筒体68中往复运动。顶盖69包括两个不锈钢簧片阀(未示出)，分别固定在入口(未示出)和出口72。当簧片阀关闭时，压缩机从TX阀吸入冷却剂，当簧片阀打开时，被压缩的冷却剂排出到冷凝器40中。

可以理解的是，活塞冲程和孔径可以变化。压缩机很小，但在高达150psi的高压下工作。它是全封闭的单元，在1500到4000rpm之间运行。压缩机30的曲轴箱66通过来自TX阀31的支路管线79被低压的制冷剂加压，以降低活塞头62相反侧的压力差。

图4中示出用以驱动压缩机30的曲轴61的电动马达70，用以驱动蒸发器20的风扇和鼓风机22的马达为稀土马达，其上安装有变速控制器。可选地，稀土马达可用电脑风扇类型的马达来代替，其电流很小，运行寿命超过60,000小时。

前述的空气调节单元10被设计为将气温降低15摄氏度左右，并可在这个范围调整运行。12V直流马达以大约9amps运行，也就是说空气调节单元10大约消耗108W的功率。可以理解的是，将使用电流降低至4.5amps可以降低一半的能耗。

尽管在空气调节单元10的优选实施例中，蒸发器20与冷凝器40安装在板11的相反两端，电动马达70和压缩机30安装其间。可以理解的是，部件可分散在车辆或飞机中，并用适合的软管连接。这样设计的单元可以占用最小的空间。从冷凝器40通到TX阀31的高压管线通过观察镜75以及组合的过滤器和干燥器76。与鼓风机22相邻的过滤器可将气流限制在每秒2L的期望速率。

还可以理解的是，空气调节单元可以和数据采录器连接，该数据采录器是监视V8旅行车中的数据以测量温度、湿度和其他相关参数的系统。

可以预见的是，该单元可直接和V8旅行车的头盔或驾驶服相连接。过滤器的作用是过滤掉类似于CO的危险气体，使驾驶员能够以新鲜的空气和清醒的头脑保证最佳的驾驶表现。同时也为V8超级跑车设计了空气供应系统，可以理解的是，该系统可以使用在驾驶员需要冷却过滤空气源的多种车辆上。这些车辆包括赛车、采矿车和军用车辆。

在图5到图12示出的第二实施例中，空气调节单元100被改成特别用作诸如货车休息舱、旅行篷车、露营车的生活空间的冷却装置，单元100被设计成紧凑且轻便，可使用12或24V电池有效工作，使得可在货车、休息舱、旅行篷车、露营车中提供空气调节，而不需要启动车辆发动机。

在这一实施例中，部件，即冷凝器140、蒸发器120和压缩机130设置在矩形箱体110中(图5)，这个箱体包括底盘111、侧壁112和113、端壁114和115以及顶部116。在端壁上设置有适当的格栅，在一个侧壁上具有空气入口格栅119。底盘111支撑很小但有效的压缩机130，该压缩机的高压侧与冷凝器顶部的入口143相连接。冷凝器的输出141通过毛细阀131被送至蒸发器的输入，毛细阀基本上包括四米长的缠绕成线圈的较小直径的铜质毛细管。毛细管的长度和直径确定流量，并控制液体冷却剂向蒸发器120的输送。蒸发器的输出与压缩机的低压侧相连而完成冷却剂的循环。电动马达驱动位于冷凝器140和蒸发器120两者内侧的风扇。电动马达优选是12V的电脑风扇直流马达，其使用电流很小，寿命很长。

在这一实施例中，所使用的压缩机130是由德国Danfoss公司出售的非定制的压缩机(型号BD50F)。它在12到24伏之间使用R134A冷却剂。这种压缩机使用油进行冷却和润滑，其重量大约为3.4公斤。压缩机的尺寸大约为：高度小于140mm，宽度约为200mm，深度约为130mm。电动马达是变速马达，压缩机的排量为2立方厘米，最大冷却剂注入量为300g，自由气体容积为870立方厘米。该压缩机具有电池保护设置，可使用可变电阻进行调节，以保证当电压低于特定值时切断压缩机。这样，在12伏的电压条件下，在10.4伏时切断电压，并在11.7伏时恢复。在24伏的电压条件下，在22.8伏时切断电压，在24.2伏时恢复。这种切断保证过度使用空气调节系统不会使车辆电池损坏。

经过对空气调节单元的测试，发现通过蒸发器抽气是比通过蒸发器吹气更有效的操作该单元的方式。同时也发现在蒸发器的线圈121与风叶片片122之间留有35毫米的气隙可以提高效率。气流的流动速度优选设定在每秒大约40L。风扇122的叶片直径大约为120毫米，这一设置适用于图8所示的蒸发器和冷凝器二者。

图5到图12所示的实施例的空气调节单元还可以结合其它特征，包括反向循环流动的功能，通过改变制冷剂的流动方向，互换了冷凝器140和蒸发器120的功能，使得蒸发器变热，这样，通过对热线圈抽气或吸气，加热安装该单元的区域。反向循环回路的设置如图11所示。为改变制冷剂的流动方向，在压缩机130与蒸发器120之间设置如图12A和12B所示的四通回动阀150。该阀上包括与三个出口152、153、154相通的入口或排出口151。可启动螺线管155以将流动从一个出口换至另一个。在如图12A所示的打开状态，右侧的出口153、154互连但不与排出口151相连。在如图12B所示的关闭状态，左侧的出口152、153互连但不与入口151相连。该阀保证在打开位置流动是从压缩机流到冷凝器(冷却模式)，在打开位置流进蒸发器(加热模式)。反向循环运行时也要安装并联TX阀或如图11所示的毛细阀156、157。

该装置也可包括定时操作的恒温控制开关，以所需顺序操作和控制阀，并周期性地给线圈除霜以除去线圈的冷凝，防止线圈结冰。使用电子计时器和温度控制可用来提供气候控制装置，使得装置自动在空气调节或制冷单元和加热单元之间运行。

第二实施例的冷凝器140由图10A、10B、10C详细示出。它包括5mm厚45mm宽的板状铝制挤压件，其包括4mm的平行长管，绕成单个的盘旋形状141，并在模具上弯曲形成十一个水平路径。冷却翅片142以大致垂直的阵列连接在挤压件上以改善空气流动。如图10B所示，通向冷凝器140的输入143被定位在单元的顶部，通过盘旋设置的流动折返十次，制冷剂才离开底部的冷凝器出口145。冷凝器140垂直安装在单元的一端。

蒸发器120包括类似设计的盘旋线圈121，这在图9A、9B、9C中示出。蒸发器的入口124和出口125都位于单元的顶部，单独的线圈由5mm厚的85mm铝板制成，其绕成单个的盘旋形状，并在模具上弯曲形成十个垂直路径。一系列冷却翅片146水平延伸，与上述路径相连，该装置如图9所示竖直安装。适当的8mm接头可用于冷凝器或蒸发器以确保压缩机的简单连接。

Claims (9)

1.一种车辆驾驶员用的空气供应系统，所述系统包括空气调节单元和风扇，所述空气调节单元包括以闭合回路连接来循环制冷剂的蒸发器、冷凝器和压缩机，所述风扇与所述蒸发器相邻设置，以通过所述蒸发器抽取新鲜空气源，并使空气进入设置成直接与驾驶员相连的空气管道中，所述压缩机和所述风扇由低压直流电动马达驱动。

2.如权利要求1所述的空气供应系统，其中所述空气管道具有过滤器，以控制流量并过滤诸如一氧化碳的危险气体。

3.如权利要求2所述的空气供应系统，其中所述流量被控制在大约每秒2L。

4.如前述权利要求中任一项所述的空气供应系统，其中所述系统与监视车辆内相对湿度和温度的数据采录器相连。

5.如前述权利要求中任一项所述的空气供应系统，其中所述驾驶员穿着服装和/或头盔，所述空气管道与所述服装和/或头盔相连。

6.一种反向循环空气调节单元，包括以闭合回路连接来循环制冷剂的蒸发器、冷凝器和压缩机，所述压缩机由低压直流电动马达驱动，并且所述回路中包括使所述制冷剂的流动方向反向的阀。

7.如权利要求6所述的反向循环空气调节单元，其中所述蒸发器和冷凝器与由低压直流电动马达驱动的风扇相邻设置。

8.如权利要求6或权利要求7所述的反向循环空气调节单元，其中所述电压为12或24伏。

9.如权利要求6至8中任一项所述的反向循环空气调节单元，其中所述阀包括可由螺线管操作以使制冷剂的流动方向反向的四通阀。

Images