CN102644982A - 冷暖一体式车辆空调装置 - Google Patents

Abstract

一种冷暖一体式车辆空调装置，采用上出下回通风方式，包括安装支架（30）、下壳体（31）、过度风道接口（32）、上壳体（33）、蒸发风机（73）、换热芯体（75）、芯体固定架（72）以及膨胀阀（77）；下壳体（31）上设有冷凝水出管（79）、外部空气接口（78）；上壳体（33）上设有回风过滤网（39）、热水出管接口（35）、热水进管接口（36）、冷媒出管接口（37）以及冷媒进管接口（38）；换热芯体（75）包括多个制冷管路、制热管路以及翅片（89），制冷管路包括多个制冷管，制热管路包括多个制热管；每一所述翅片（89）上至少设有一制冷管和一制热管。本发明优化了管路流程，合理利用单一芯体的综合换热面积，增加换热量，且结构简单，成本低。

Description

冷暖一体式车辆空调装置

技术领域

本发明涉及车辆空调制冷技术领域，具体地说，涉及一种应用于工程车的新型冷暖一体式车辆空调装置。

背景技术

空气调节器（即空调）的具体工作过程为：压缩机正常工作时，把低温低压的制冷剂气体吸进汽缸，通过压缩气体做功，将气体压缩为高温高压的湿蒸汽，通过外机的冷凝器及运行的冷凝风机向外散热（通过管路连接流向冷凝器，在冷凝器内散热，并由冷凝风机强化这种散热过程），冷却成高压的饱和或过冷液体，再经膨胀阀节流后，制冷剂变成低温低压的液体，到蒸发器蒸发，这时的制冷剂就又变成低温低压的气体；整个工作过程制冷剂在冷凝器部分向外散热、在蒸发器时需要吸收周围的热量，被吸收热量的介质输送至被调节空间，对被调节空间进行温度、湿度等空气参数进行调节；随着压缩机的循环运转，实现空气调节的目的。

目前，作为车辆用空调装置，是把加热以及冷却功能集中与一个空调单元内，谋求空调装置全体的紧凑化。在这样的冷暖一体式车辆空调装置中，主要采用上出下回的风向设置，同时兼备制冷、制热功能，符合工作实际需要，目前应用于工程车，主要有吊车，堆高机。

参考附图1，现有技术中一种冷暖一体式工程车空调装置结构的主视图和左视图，包括操作台风道接口1、驾驶室出风口2、回风口上边界3、管片式暖风芯体4、管片式蒸发芯体5、蒸发器端面翅片下边界6、膨胀阀7、蒸发风机8、第一腔体9以及第二腔体10。该装置呈长方体结构，采用水平设置的管片式蒸发芯体5和管片式暖风芯体4。该装置将蒸发风机8的吸风腔分隔成两部分，即第一腔体9以及第二腔体10。也有将蒸发芯体与暖风芯体合并，形成单一腔体，现有中国专利CN200820152891.2即使用这种设计，但因其两芯体独立发挥作用，使得芯体总数较多，芯体总厚度较厚，造成风阻较大。蒸发总风量一部分经过操作台风道接口1输送至操作台（吹面），另一部分经过驾驶室出风口2输送至驾驶室（吹背）。参考附图2，现有技术中另一种冷暖一体式工程车空调装置结构的主视图和左视图，该装置与附图1所示装置的主要不同之处在于，用平行流暖风芯体12代替管片式暖风芯体4，即采用水平设置的管片式蒸发芯体5和平行流暖风芯体12两种芯体通过独立的安装固定架固定在一起的安装设计，仍需要独立安装制冷、制热两种芯体。

现有车辆空调装置同时具备制冷、制热功能，符合工作实际需要，但是其不足有：

    （1）因车辆空间的限制导致制冷量偏低，不能保证工作环境下的车辆制冷负荷。

（2）蒸发芯体上面安装暖风芯体（管片式或平行流），不仅占用较大空间，而且将蒸发风机的吸风腔分隔成两部分，蒸发风机需要克服两个腔体及芯体的风压头做功，导致风阻大，蒸发总风量小，同时，蒸发芯体工作时，暖风芯体闲置，而暖风芯体工作时，蒸发芯体闲置，两芯体独立发挥作用。

（3）蒸发总风量输送至操作台的风量与驾驶室的风量分配不合理，到达操作台的风量小，风压小，温差大，制冷效果差。

（4）蒸发芯体设置于蒸发器中部位置，由于回风口上边界不能高于蒸发器端面翅片下边界（否则会使翅片易损，蒸发效果差等），回风面尺寸及面积都被限定在回风口上边界之下区域，无法灵活设置回风口。

（5）水平设置的芯体产生冷凝水，风向向上，水重力朝下，两种方向相反的受力造成冷凝水滞留于翅片上，不能及时排除，既影响换热量，又减少风道截面积，造成风阻大，蒸发风量小，制冷量不足。

（6）设计结构系统复杂、成本相对高、工艺比较复杂，COP(Coefficient Of Performance，简称能效比，即机组制冷量与机组耗电量的比值)低， 其中附图1所示装置结构维修时需要逐一拆卸，增加维护时间和难度。

发明内容

本发明的目的是，要解决上述的技术问题，提供一种蒸发风量大，制冷量大，体形小的冷暖一体式车辆空调装置，弥补国内外工程车空调风量不足，风量分配不合理，冷量不足及能耗高的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是，一种冷暖一体式车辆空调装置，采用上出下回通风方式，包括安装支架、下壳体、过度风道接口、上壳体、蒸发风机、换热芯体、芯体固定架以及膨胀阀；其中下壳体上设有冷凝水出管、外部空气接口；上壳体上设有回风过滤网、热水出管接口、热水进管接口、冷媒出管接口以及冷媒进管接口，其特征在于：所述换热芯体包括多个制冷管路、制热管路以及翅片，所述制冷管路包括多个制冷管，所述制热管路包括多个制热管；每一所述翅片上至少设有一制冷管和一制热管。

进一步，所述换热芯体采用倾斜方式安装于下壳体上。

进一步，所述安装支架焊接于下壳体上；下壳体、过度风道接口、上壳体、蒸发风机、换热芯体以及芯体固定架之间采用螺栓及螺母连接固定。

所述换热芯体进一步包括与热水出管接口相连的热水出管、与热水进管接口相连的热水进管、与冷媒出管接口相连的冷媒出管、与冷媒进管接口相连的冷媒进管、与冷媒进管相连的分液器、以及与分液器相连的分液细管，其中热水出管、热水进管、冷媒出管以及冷媒进管设置于换热芯体的同一侧。进一步，热水进管的水流分流位置位于热水出管的水流回流汇聚位置上方，且热水出管的出水管口倾斜朝下。

所述换热芯体进一步包括一第一端板、一第二端板、多个U形管以及多个小弯头，其中所有所述U形管穿插在第一端板、翅片以及第二端板中，再由胀管机胀管固定；所有所述U形管与小弯头以及冷媒进管、热水进管、热水出管、冷媒出管、分液器、分液细管之间采用焊接固定。

进一步，所述蒸发风机的多个出风口之间设有分隔板，实现蒸发风机的左右叶轮的出风分隔。

本发明的积极效果是：

（1）本发明的换热芯体采用集成了制冷和制热功能冷暖同芯的换热芯体，并采用倾斜的新型设计，减少了换热芯体数量与厚度，但功能保持不变，降低了风阻，有更大空间设置回风面积，从源头上解决回风小的难题，增加翅片迎风面，提高蒸发风量，且巧妙引导冷凝水，提高换热效率。

（2）采用制冷、制热管成交错布置的新型布管设计思路，优化管路流程，合理利用单一芯体的综合换热面积，强化换热效果，增加换热量，从而提高了压缩机吸气温度，吸气压力同比增加，利于压缩机压缩比降低，COP在标准工况下比目前常见工程车空调系统高，实现低碳节能目的。

（3）蒸发风机左右叶轮出风口分隔，提高输送至操作台的风压头，合理分配操作台和驾驶室的风量。

（4）结构简单，易于装配，维修性好，降低产品成本，简化生产、工艺流程，降低故障率，方便维护。

（5）实现了国内工程车空调的小型化、轻量化、灵活化、高效化，成本较低，制冷覆盖面广，产品具有较大的制冷量，具有较强的适用性，适用于安装空间小、需要冷暖一体式的车辆空调，能够满足不同条件下车辆的冷量要求。

（6）本发明高效冷暖一体式空调装置将对工程车行业，甚至车辆空调行业具有重大的指导作用，对整个车辆空调行业有很大的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是现有技术中一种冷暖一体式工程车空调装置结构的主视图和左视图；

图2是现有技术中另一种冷暖一体式工程车空调装置结构的主视图和左视图。

图中的标号分别为：

1、操作台风道接口；2、驾驶室出风口；3、回风口上边界；

4、管片式暖风芯体；5、管片式换热芯体；

6、蒸发器端面翅片下边界；7、膨胀阀；8、蒸发风机；

9、第一腔体；10、第二腔体；12、平行流暖风芯体。

图3是本发明冷暖一体式车辆空调装置的结构示意图；

图4是图3中A部分的放大示意图；

图5是本发明冷暖一体式车辆空调装置的俯视图；

图6是本发明冷暖一体式车辆空调装置的主视图；

图7是图6中沿A-A线的剖视图；

图8是换热芯体的结构示意图；

图9是换热芯体的主视图；

图10是换热芯体的右视图。

图中的标号分别为：

30、安装支架；31、下壳体；32、过度风道接口；33、上壳体；

34、橡胶圈；35、热水出管接口；36、热水进管接口；

37、冷媒出管接口；38、冷媒进管接口；39、回风过滤网；

 401、分隔板；402、螺栓；403、螺母；

51、蒸发风机右叶轮出风口；61、蒸发器回风口上边界；

71、保温层；72、芯体固定架；73、蒸发风机；75、换热芯体；

76、线束；77、膨胀阀；78、外部空气接口；79、冷凝水出管；

80、换热芯体端面翅片下边界；81、分液器；82、冷媒进管；

83、热水进管；84、热水出管；85、冷媒出管；86、U形管；

87、分液细管；88、小弯头；89、翅片；

91、第一端板、92、第二端板；

101、制热的管程；102、制热的管程；100、制冷管程。

具体实施方式

以下结合附图介绍本发明冷暖一体式车辆空调装置的具体实施方式。

参见附图3、4以及图5，图3是本发明冷暖一体式车辆空调装置的结构示意图，图4是图3中A部分的放大示意图，图5是本发明冷暖一体式车辆空调装置的俯视图。本发明冷暖一体式车辆空调装置采用上出下回通风方式，包括：安装支架30、下壳体31、过度风道接口32、上壳体33、蒸发风机73、换热芯体75、芯体固定架72、膨胀阀77、橡胶圈34、以及设置在上壳体33上的冷凝水出管79（参照附图7所示）、外部空气接口78（参照附图7所示）、回风过滤网39、热水出管接口35、热水进管接口36、冷媒出管接口37以及冷媒进管接口38。其中蒸发风机73、换热芯体75、芯体固定架72、以及膨胀阀77在附图7中示出。安装支架（30）焊接于下壳体（31）上；下壳体31、过度风道接口32、换热芯体75、芯体固定架72以及上壳体33之间的连接固定采用螺栓及螺母（如图4所示402、403）。如附图4所示，蒸发风机73的多个出风口之间设有分隔板401，实现蒸发风机73的出风口分隔，即蒸发风机73的左右两风机叶轮出风后不再共享同一静压腔，而直接分离接入不同的出风口。继续参考附图3，蒸发风机左叶轮出风口的出风1，经过过度风道接口32输送至操作台（吹面），蒸发风机右叶轮出风口51（参照附图5所示）的出风2输送至驾驶室（吹背）。分隔板401的设计从源头上分离不同风道的压头，提高了输送至操作台的风压头，改善了因输送到操作台的风道过长、风阻较大而引起风量小的状况，提高了送风量，合理分配了操作台和驾驶室的风量，解决工程车风量不足、冷量不足的问题，使控制空间内的温度场分布合理，极大程度满足驾驶员人体舒适度要求。

参考附图6，本发明冷暖一体式车辆空调装置的主视图，以及附图7，是图6中本发明冷暖一体式车辆空调装置沿A-A线的剖视图。其中冷凝水出管79与外部空气接口78设置于下壳体31上，下壳体31上还设有保温层71、芯体固定架72、换热芯体75、蒸发风机73以及膨胀阀77。

外部空气接口78用于将外部的新空气引入车辆空调装置。

保温层71设置于装置内部靠近冷凝水出管79的位置，保温层采用XPE即化学交联聚乙烯发泡材料，是用低密度聚乙烯树脂加交联剂和发泡剂经过高温连续发泡而成，与EPE（物理发泡聚乙烯，俗称珍珠棉）相比，抗拉强度更高，泡孔更细。

蒸发风机73设置于装置内部顶端位置，通过线束76与外部电源相连，线束76引出下壳体31时采用橡胶圈34保护。

换热芯体75通过螺栓及螺母固定在芯体固定架72上，并采用倾斜方式安装于下壳体31上。换热芯体75采用将制冷、制热功能的两种芯体集成到一个换热芯体中实现的冷暖同芯新型设置，包括多个制冷管路、制热管路以及翅片89（参照附图8所示），制冷管路包括多个制冷管、制热管路包括多个制热管，且每一所述翅片上至少设有一制冷管和一制热管，即换热芯体75同时具备制冷、制热功能，冷源来自于制冷系统，热源来自于发动机冷却水。制冷、制热两个芯体集成为一个换热芯体的设置，优化减少了换热芯体数量。由于换热芯体75倾斜设置且优化减少换热芯体数量，使得换热芯体端面翅片下边界80（参照附图8所示）位置上升，在同样的装置高度下（例如同为180mm高度的装置情况下），本实施方式装置的翅片下边界位置比附图1及附图2所示装置的翅片下边界提升了55mm，这使得蒸发器回风口上边界61（参照附图6所示）的可用空间增加，可根据回风量灵活设计回风口大小，空间设置合理。蒸发器回风口尺寸变大，使得翅片迎风面更大，蒸发风阻减小，蒸发风量同比提高了21％左右。且由于换热芯体75倾斜安装的设计，巧妙引导冷凝水，该装置运行时产生的冷凝水将沿重力、风力与黏力的合力方向运动，这个运动过程必然在翅片上进行。水的热容为空气比热容的4倍多，冷凝水的运动将促使其与翅片充分进行热交换，强化了换热效果，经实验倾斜设置的换热效率比水平设置的提升了10％左右。冷凝水最后到达设备内壁的保温层71，由保温层吸收并经冷凝水出管79排走，从结构上既解决了冷凝水排除难的问题，又巧妙加以利用，达到增强换热的目的。

工程车因其运动激烈、震动频繁、空间有限而使管片式芯体成为首选，冷暖同芯的新型设置，使得单风机蒸发器的制冷量可以覆盖4-7.5KW范围（需要更高冷量的设备可通过增加蒸发风机数量及增加换热面积来实现），对于其他冷暖一体功能的车辆空调也极具推广应用价值，冷暖同芯设置的设计实现了国内工程车空调的小型化、轻量化、灵活化、高效化，成本较低，制冷覆盖面广，适用于安装空间小的车型，主机厂可以根据车型自由地选择，合理利用车身的空间。随着各种工程机械移动设备增加空调装配，冷暖同芯结构空调装置将得到极大的推广和应用。

参考附图8，换热芯体的结构示意图，以及附图9，换热芯体的主视图。所述换热芯体75还包括第一端板91、第二端板92、U形管86、翅片89、小弯头88、分液细管87、与热水出管接口35相连的热水出管84、与热水进管接口36相连的热水进管83、与冷媒出管接口37相连的冷媒出管85、与冷媒进管接口38相连的冷媒进管82、与冷媒进管82相连的分液器81、以及与分液器81相连的分液细管87。其中各进出管（冷媒进管82、热水进管83、热水出管84、冷媒出管85）设置于换热芯体75的同一侧，使得在有限空间内有利于第一端板91与第二端板92之间的长度增加，即增加了换热面积。热水进管83的水流分流的位置设置的比热水出管84的水流回流汇聚位置高，且热水出管84的出水管口倾斜朝下，有利于该空调装置运行后管内残余水分的自动排出，减少冬季管路冻裂的机率。U形管86采用长U形管，U形管采用胀管机胀管固定在翅片89以及第一端板91、第二端板92上之后，再将U形管86、小弯头88与各管路（冷媒进管82、热水进管83、热水出管84、冷媒出管85、分液器81、分液细管87）之间采用焊接固定。

参考附图10，换热芯体的右视图；换热芯体75采用将制冷、制热功能的两种芯体集成到一个换热芯体中实现的新型冷暖同芯设置，换热芯体75包括多个制热管程与制冷管程，制热管程设置于制冷管程之间，制热管程包括多个制热管，制冷管程包括多个制冷管。本实施方式中，制热的两路管程（如图10中所示101、102）与制冷的管程（除101与102外的所有管程，如图10中所示100）交错排布，当系统运行制冷功能时，制冷管程能有效利用制热管程所包络的翅片面积，相当于增加制热管程的散热面积，反之亦然。本实施方式中有效散热面积相比与附图1及附图2所示制冷、制热分开设置的有效散热面积增加了26.6％，综合利用了换热芯体空间，实现了换热芯体热交换量最大化，对于冷暖一体式的车辆空调装置，有广大应用价值。

本发明的换热芯体采用集成了制冷和制热功能的冷暖同芯芯体，并采用倾斜的新型设计，减少了换热芯体数量与厚度，但功能保持不变，降低了风阻，有更大空间设置回风面积，从源头上解决回风小的难题，增加翅片迎风面，提高蒸发风量，且巧妙引导冷凝水，提高换热效率；采用制冷、制热管成交错布置的新型布管设计思路，优化管路流程，合理利用单一芯体的综合换热面积，强化换热效果，增加换热量，从而提高了压缩机吸气温度，吸气压力同比增加，利于压缩机压缩比降低，COP在标准工况下比目前常见工程车空调系统高，实现低碳节能目的；蒸发风机左右叶轮出风口分隔，提高输送至操作台的风压头，合理分配操作台和驾驶室的风量；结构简单，易于装配，维修性好，降低产品成本，简化生产、工艺流程，降低故障率，方便维护；产品具有较大的制冷量，具有较强的适用性，适用于需要冷暖一体式的车辆空调，能够满足不同条件下车辆的冷量要求。综上所述，本发明高效冷暖一体式空调装置将对工程车行业，甚至车辆空调行业具有重大的指导作用，对整个车辆空调行业有很大的社会效益和经济效益。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种冷暖一体式车辆空调装置，采用上出下回通风方式，包括安装支架（30）、下壳体（31）、过度风道接口（32）、上壳体（33）、蒸发风机（73）、换热芯体（75）、芯体固定架（72）以及膨胀阀（77）；其中下壳体（31）上设有冷凝水出管（79）、外部空气接口（78）；上壳体（33）上设有回风过滤网（39）、热水出管接口（35）、热水进管接口（36）、冷媒出管接口（37）以及冷媒进管接口（38），其特征在于：所述换热芯体（75）包括多个制冷管路、制热管路以及翅片（89），所述制冷管路包括多个制冷管，所述制热管路包括多个制热管；每一所述翅片（89）上至少设有一制冷管和一制热管。

2.根据权利要求1所述的冷暖一体式车辆空调装置，其特征在于：所述换热芯体（75）采用倾斜方式安装于下壳体（31）上。

3.根据权利要求1所述的冷暖一体式车辆空调装置，其特征在于：所述安装支架（30）焊接于下壳体（31）上；下壳体（31）、过度风道接口（32）、上壳体（33）、蒸发风机（73）、换热芯体（75）以及芯体固定架（72）之间采用螺栓及螺母连接固定。

4.根据权利要求2所述的冷暖一体式车辆空调装置，其特征在于：所述换热芯体（75）进一步包括与热水出管接口（35）相连的热水出管（84）、与热水进管接口（36）相连的热水进管（83）、与冷媒出管接口（37）相连的冷媒出管（85）、与冷媒进管接口（38）相连的冷媒进管（82）、与冷媒进管（82）相连的分液器（81）、以及与分液器（81）相连的分液细管（87），其中热水出管（84）、热水进管（83）、冷媒出管（85）以及冷媒进管（82）设置于换热芯体（75）的同一侧。

5.根据权利要求4所述的冷暖一体式车辆空调装置，其特征在于：热水进管（83）的水流分流位置位于热水出管（84）的水流回流汇聚位置上方，且热水出管（84）的出水管口倾斜朝下。

6.根据权利要求1所述的冷暖一体式车辆空调装置，其特征在于：所述换热芯体（75）进一步包括一第一端板（91）、一第二端板（92）、多个U形管（86）以及多个小弯头（88），其中所有所述U形管（86）穿插在第一端板（91）、翅片（89）以及第二端板（92）中，再由胀管机胀管固定；所有所述U形管（86）与小弯头（88）以及冷媒进管（82）、热水进管（83）、热水出管（84）、冷媒出管（85）、分液器（81）、分液细管（87）之间采用焊接固定。

7.根据权利要求1所述的冷暖一体式车辆空调装置，其特征在于：所述蒸发风机（73）的多个出风口之间设有分隔板（401），实现蒸发风机（73）的左右叶轮的出风分隔。

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