CN102095226A - 一种顶置式车载空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶置式车载空调系统，包括空调机壳、冷凝器、冷凝风机、压缩机、蒸发器、蒸发风机、膨胀阀、制冷剂循环管路、控制电路和制冷剂，所述的制冷剂是R410A制冷剂。R410A单位质量的制冷量比R134a高11.2％，单位制冷量的气体容积比R134a小132％；R410A的压力比R407C的高50％，单位质量制冷量比R407C高6.2％，单位制冷量的气体容积比R407C小60％。因此，使用R410A作为顶置式车载空调系统的制冷剂可以减小系统体积，提高能效比。

Description

一种顶置式车载空调系统

[技术领域]

本发明涉及车用空调，尤其涉及一种顶置式车载空调系统。

[背景技术]

目前汽车空调制冷系统所使用的制冷剂R12，由于其ODP值和GWP值过大，已被国际上列为禁用的CFC物质，R22作为短期替代工质很快也将被禁用。随着近几年混合工质研究的深入，出现了多种适合作为替代制冷剂的混合工质。其中R407C、R410A分别是三种及两种纯HFC工质按一定比例配制而成的ODP为零的混合工质。

R134a作为一种较为理想的长期替代工质，已在很多制冷设备中得到广泛应用。但是R134a的标准沸点仅为-26.7℃，限制了其在低温下的应用。R407C的单位容积制冷量和压力都和R22比较接近。因此，只要简单调整系统设计就能使原R22系统也适用于R407C系统。不过，系统能效比(COP)会较原系统降低约5％。这是由于相对于其他制冷剂，R407C会有高达6℃的温度漂移。因此R407c系统在同样大小的冷凝器和蒸发器时会减少热传递，并影响系统能效比。

R410A是由R32与R125按1∶1的比例混合而成的二元准共沸制冷剂。与R22相比，R410A有着显著优势的热传递与流动特性，但是，在相同温度条件下，R410A的压力约为R22的1.5倍，比R22更容易泄漏，限制了R410A在车载空调上的使用。

传统的车载空调系统的冷凝进风采用的是从冷凝腔两侧进风，经过左右冷凝器后，由中间的冷凝风机吹出，这种结构无法利用车辆行驶的迎面来风，功耗较高，而且结构不够紧凑。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、能效比较高的顶置式车载空调系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种顶置式车载空调系统，包括空调机壳、冷凝器、冷凝风机、压缩机、蒸发器、蒸发风机、膨胀阀、制冷剂循环管路、控制电路和制冷剂，所述的制冷剂是R410A制冷剂。

以上所述的顶置式车载空调系统，包括压缩机供电电路，所述的压缩机布置在机壳内，是电驱动全封闭的卧式压缩机；所述的制冷剂循环管路与同循环管路连接的部件之间的连接结构采用焊接结构，压缩机与冷凝器之间的高压管路、冷凝器与膨胀阀之间的高压管路采用厚壁管。

以上所述的顶置式车载空调系统，所述厚壁管的壁厚不小于1.2毫米。

以上所述的顶置式车载空调系统，在压缩机与冷凝器之间的高压管路上包括高压保护开关，压缩机输出端输出的压力过高时，高压保护开关向控制电路发出保护信号，控制电路切断压缩机的供电电路。

以上所述的顶置式车载空调系统，所述的空调机壳分为前腔、中腔和后腔，前腔与中腔之间、中腔与后腔之间用隔板隔开；所述的冷凝器、冷凝风机、压缩机布置在前腔中，所述的蒸发器和蒸发风机布置在后腔中，所述的控制电路和压缩机供电电路的主体部分布置在中腔中。

以上所述的顶置式车载空调系统，所述的冷凝器布置在空调机壳前腔的前端，所述的冷凝风机为2至4个，横向布置在前腔的中部、冷凝器的后面，所述的压缩机布置在前腔的后部；空调机壳的前端包括冷凝器的进风口，空调机壳的顶部包括冷凝风机的出风口。

以上所述的顶置式车载空调系统，所述的冷凝器为平行流换热器，所述的平行流换热器包括分流管、汇流管和复数根扁管，每根扁管包括复数个平行的微孔通道，所述的扁管连接分流管与汇流管；所述的分流管包括入口和出口，分流管中有隔板将分流管分成第一部分和第二部分，所述的入口与第一部分连通，所述的出口与第二部分连通；与分流管第一部分直接连通的扁管的数量大于与分流管第二部分直接连通的扁管的数量。

以上所述的顶置式车载空调系统，空调机壳的前端面为后倾的斜面，所述的冷凝器后倾布置，后倾角为70°至78°。

以上所述的顶置式车载空调系统，所述的扁管横剖面长轴的轴线与空调机壳下平面的夹角为15°至25°。

以上至9中任一权利要求所述的顶置式车载空调系统，冷凝器换热面积与蒸发器换热面积之比为0.31至0.35。

本发明顶置式车载空调系统采用R410A作为制冷剂，R410A单位质量的制冷量比R134a高11.2％，单位制冷量的气体容积比R134a小132％；R410A的压力比R407C的高50％，但单位质量制冷量比R407C高6.2％，单位制冷量的气体容积比R407C小60％。因此，使用R410A作为制冷剂可以减小系统体积，提高能效比。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明顶置式车载空调系统实施例的外形图。

图2是本实用新型顶置式车载空调结构实施例内部结构的俯视图。

图3是图2的A向剖视图。

图4是图3中B部位的局部放大图。

图5是本发明顶置式车载空调系统实施例冷凝器的结构原理图

[具体实施方式]

在图1至图5所示的顶置式车载空调系统实施例中，顶置式车载空调系统包括空调机壳10、冷凝器1、冷凝风机2、压缩机3、蒸发器4、蒸发风机5、膨胀阀6、制冷剂循环管路、控制电路和压缩机供电电路。系统所用的制冷剂是R410A制冷剂。

空调机壳10分为前腔、中腔和后腔，前腔为冷凝腔，中腔为电气布置腔，后腔为蒸发腔。冷凝腔与电气布置腔之间、电气布置腔与蒸发腔之间都有隔板1001将相邻的两个腔隔开。冷凝器1、冷凝风机2、压缩机3布置在冷凝腔中，蒸发器和蒸发风机布置在蒸发腔中。电气布置腔中主要布置控制电路的主体部分和压缩机3供电电路的主体部分，如变频器，PLC可编程控制器、温度模块、快速熔断器、热继电器等。将大部分电气零部件布置在该中腔，既有利于防水和电气绝缘，也便于日后的维修。

压缩机3是电驱动全封闭的卧式压缩机，由机车提供的电力驱动，布置在空调机壳10的冷凝腔中，可以有效地减小制冷剂循环管路的长度；制冷剂循环管路与同循环管路连接的部件之间的连接结构全部采用焊接结构；压缩机3与冷凝器1之间的高压管路、冷凝器1与膨胀阀之间的高压管路都采用壁厚不小于1.2毫米厚壁管。以上措施，可以使系统适应R410A制冷剂较高的压力，减少R410A制冷剂泄漏的隐患

在压缩机3与冷凝器1之间的高压管路上装有高压保护开关。在压缩机3与冷凝器1之间的高压管路上装有高压保护开关。压缩机输出端输出的压力过高时，高压保护开关断开，向控制电路中的控制器发出压缩机排气压力过高的保护信号，控制器切断压缩机的供电电路，有效消除系统冷凝高压带来的隐患，保证了系统使用R410A制冷剂的安全性。

空调机壳10的前端面1002为后倾的斜面，冷凝器1布置在冷凝腔的前端，冷凝器1后倾布置，后倾角为76°。冷凝风机2共3个，3个冷凝风机2横向布置在冷凝腔的中部、冷凝器1的后面。压缩机3布置在前腔的后部。空调机壳10的前端面1002有冷凝器的进风口1003，空调机壳10的顶部1004有冷凝风机2的出风口。

如图5所示，冷凝器1为平行流换热器，有利于改善冷凝器的耐压水平。平行流换热器包括分流管11、汇流管12和复数根扁管13，每根扁管13有多个平行的微孔通道1301，扁管13连接分流管与汇流管；分流管11上部有与压缩机3连接的入口1101，下部有与膨胀阀6连接的出口1102，分流管11中有隔板将分流管分成第一部分和第二部分，入口1101与第一部分连通，出口1102与第二部分连通；制冷剂在冷凝器中逐渐冷却，体积流量减小，与分流管第一部分直接连通的扁管多于与分流管第二部分直接连通的扁管。

如图4所示，为了减小进风阻力，扁管13横剖面长轴的轴线并不与冷凝器3的主平面垂直，而是倾斜一个角度，这样，本实施例中，扁管13横剖面长轴的轴线与空调机壳10下平面的夹角为19°。

相比其他的换热器，本实施例中的平行流换热器具有的优点如下：空气侧迎风面积小，增加了空气侧的传热面积；内部体积小，冷媒充注量小；重量轻；传热系数高；风阻小，从而噪音低。

通过换热器的风量越大，则换热器所获得的换热量就越大。但是想要获得越大的风量，就必须消耗越多的风机功率，从而不利于节能。本实施例冷凝器1布置在空调机壳10的前端、冷凝器1后倾布置，主要考虑到车辆高速向前行驶，环境中的空气相对的形成迎向车辆的风，利用迎面风的和风机叶片导向，在消耗相同风机功率的情况下，冷凝器1可获得较大的风量。在一定程度上获得了节能的效果，同时风机也可获得较好的性能曲线，从而实现空调系统的高效节能。

本发明以上实施例采用R410A作为制冷剂，R410A的气体密度和压力高于R22，运行压力高出50％-60％。高压力和高气体密度带来的结果是，不但可以用更小排气量的压缩机，还可以用更小直径的管路和阀门。高压保护开关的使用消除了系统冷凝高压带来的隐患。厚压缩机壳体使系统经受更高的运行压力。压缩机造得厚重一些还有一个好处，即R410A压缩机的运行噪声比R22压缩机明显地低2-4个分贝。

与R22系统相比，R410A系统有个显著的热传递优势一蒸发器的热传递高35％，冷凝器高5％。而R134a和R407c的系统热传递系数均低于R22。同等质量流量下，R410A的压降较小，使其可以使用比R22或其他制冷剂更小的管路和阀门。这将为制造R410A系统降低更多的材料成本，并且在长配管家用机和多联机系统中更有优势。当然，只有重新设计系统，才能充分发挥R410A的热传递和压降小的优势——例如可以考虑采取以下优化技术：使用较小直径的盘管；不同的翅片结构和增加循环回路长度；减少制冷回路的数量等。最终我们可以看到，针对R410A制冷剂重新设计后的系统中，采用较小体积的蒸发器和冷凝器，成本更低，而且最高可达30％的制冷剂充注减小量。制冷剂充注量的减少，除了成本降低外，还能提升整个系统的可靠性。在相同制冷量，相同冷凝温度的系统中，采用R410A的系统能效比可以比R22高出6％。这是由于压缩机在压缩过程中的损耗更低，蒸发器和冷凝器具有更强的热传递性，整个系统内的压降更小。高效的热传递和更小的压降使其在相同运行条件下，冷凝温度更低，蒸发温度更高，这使压缩机在耗电更少，效率比更高的情况下，获得一个更好的运行范围。

冷凝器1换热面积与蒸发器换热面积之比为0.31至0.35。

本发明以上的实施例采用厚壁管和微通道换热器，提高了系统耐压，通过采用全封闭压缩机和焊接管路，解决系统泄漏问题。在将冷凝器1换热面积与蒸发器换热面积之比确定为0.33的条件下，在吸气过热度4.2℃、排气过热度25℃、过冷度11.5℃、蒸发温度7℃、冷凝温度55℃的工况时，可以获得顶置式车载空调系统2.65的能效比，明显高于传统顶置式车载空调系统不足2.5的能效比。

Claims (10)

1.一种顶置式车载空调系统，包括空调机壳、冷凝器、冷凝风机、压缩机、蒸发器、蒸发风机、膨胀阀、制冷剂循环管路、控制电路和制冷剂，其特征在于，所述的制冷剂是R410A制冷剂。

2.根据权利要求1所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，包括压缩机供电电路，所述的压缩机布置在机壳内，是电驱动全封闭的卧式压缩机；所述的制冷剂循环管路与同循环管路连接的部件之间的连接结构采用焊接结构，压缩机与冷凝器之间的高压管路、冷凝器与膨胀阀之间的高压管路采用厚壁管。

3.根据权利要求2所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，所述厚壁管的壁厚不小于1.2毫米。

4.根据权利要求2所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，在压缩机与冷凝器之间的高压管路上包括高压保护开关，压缩机输出端输出的压力过高时，高压保护开关向控制电路发出保护信号，控制电路切断压缩机的供电电路。

5.根据权利要求2所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，所述的空调机壳分为前腔、中腔和后腔，前腔与中腔之间、中腔与后腔之间用隔板隔开；所述的冷凝器、冷凝风机、压缩机布置在前腔中，所述的蒸发器和蒸发风机布置在后腔中，所述的控制电路和压缩机供电电路的主体部分布置在中腔中。

6.根据权利要求5所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，所述的冷凝器布置在空调机壳前腔的前端，所述的冷凝风机为2至4个，横向布置在前腔的中部、冷凝器的后面，所述的压缩机布置在前腔的后部；空调机壳的前端包括冷凝器的进风口，空调机壳的顶部包括冷凝风机的出风口。

7.根据权利要求6所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，所述的冷凝器为平行流换热器，所述的平行流换热器包括分流管、汇流管和复数根扁管，每根扁管包括复数个平行的微孔通道，所述的扁管连接分流管与汇流管；所述的分流管包括入口和出口，分流管中有隔板将分流管分成第一部分和第二部分，所述的入口与第一部分连通，所述的出口与第二部分连通；与分流管第一部分直接连通的扁管的数量大于与分流管第二部分直接连通的扁管的数量。

8.根据权利要求7所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，空调机壳的前端面为后倾的斜面，所述的冷凝器后倾布置，后倾角为70°至78°。

9.根据权利要求8所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，所述的扁管横剖面长轴的轴线与空调机壳下平面的夹角为15°至25°。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的顶置式车载空调系统，其特征在于，冷凝器换热面积与蒸发器换热面积之比为0.31至0.35。

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