CN107074071A - 车辆用空调的制冷循环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆用空调的制冷循环，更为具体地涉及一种具有如下构成的车辆用空调的制冷循环，其以同时包含水冷式冷凝器和空冷式冷凝器的方式形成，使通过空冷式冷凝器的冷凝区域之后处于两相状态的制冷剂经过水冷式冷凝器，然后使其通过空冷式冷凝器的过冷区域。

Description

车辆用空调的制冷循环
技术领域
本发明涉及一种车辆用空调的制冷循环，尤其涉及一种如下地构成的车辆用空调的制冷循环，以同时包含水冷式冷凝器和空冷式冷凝器而形成，在通过空冷式冷凝器的冷凝区域之后处于两相状态的制冷剂经过水冷式冷凝器之后，使其通过空冷式冷凝器的过冷区域。
背景技术
在通常的车辆用空调的制冷循环中，借助于液体状态的热交换介质在周边吸收汽化热部分的热量而汽化的蒸发器而产生实际冷却作用。从所述蒸发器流入压缩机的气体状态的热交换介质在压缩机被压缩为高温及高压状态，在所述被压缩的气体状态的热交换介质通过冷凝器而液化的过程中向周边释放液化热，所述液化的热交换介质重新通过膨胀阀而处于低温及低压的湿饱和蒸汽状态之后，重新流入蒸发器而被汽化，从而形成循环。
即，在冷凝器中，流入高温高压的气体状态的制冷剂并通过热交换而释放液化热并冷凝为液体状态后排放，可以形成为作为冷却所述制冷剂的热交换介质而使用空气的气冷、使用液体的水冷。
所述空冷式冷凝器(Condenser)是与通过车辆前面的开口部流入的空气进行热交换的结构，为了与空气进行顺利的热交换，一般固定在形成缓冲梁的车辆前侧。
另外，构成车辆用空调的制冷循环的冷凝器，为了提高热交换效率，有时一起使用空冷式冷凝器12和水冷式冷凝器11。
使用现有空冷式冷凝器的空冷式空调系统中，由于冷凝器位于车辆的前面所以制冷剂管线结构变长而复杂，并且具有冷凝器性能根据外部空气温度而敏感地反应的缺点。
相反，使用水冷式冷凝器的水冷式空调系统中，由于冷却水的温度范围小于空气，所以可以确保稳定的制冷性能，由于删除车辆前部的空冷式冷凝器所以具有可以改善车辆前部封装的优点。
然而，水冷式冷凝器并不使用空气而使用低温散热器的冷却水使制冷剂冷凝，但由于低温散热器的冷却水温度比外部空气温度高，所以单独使用时的效率较低，因此可以在水冷部的后端构成气冷部，再追加内部热交换功能而进行改善。
此时，所述水冷式冷凝器11如图1所示地也会安装在低温散热器(LTR)的出口槽内侧，在这种情况下，低温散热器的冷却水侧压力降会增大，并存在组装复杂，A/S困难的缺点。
作为与此相关的技术，日本公开专利第2005-343221号(公开日2005.12.15，名称为车辆的冷却装置结构，以下称为现有专利)公开了制冷剂经过水冷式冷凝器而通过空冷式冷凝器的冷却结构。
但是，上述现有专利在空冷式冷凝器的出口安装水冷式冷凝器，可能因冷却水热源的不足而导致性能下降，如图2所示，上述现有专利是在热交换效率较高的制冷剂的两相区不将比热较高的冷却水作为热源使用，而在制冷剂的两相区域使用空气热源的系统，因此在热交换性能的提高上受限。
发明内容
技术问题
本发明为了解决上述问题而提出，本发明的目的在于提供一种如下的冷却性能得到提高的车辆用空调的制冷循环，其构成为，以同时包含水冷式冷凝器和空冷式冷凝器的方式形成，使通过空冷式冷凝器的冷凝区域之后处于两相状态的制冷剂经过水冷式冷凝器，然后使其通过空冷式冷凝器的过冷区域。
技术方案
根据本发明的车辆用空调的制冷循环其特征在于，分别用制冷管P连接以下构成：压缩制冷剂的压缩机C；使从低温散热器流入的冷却水和通过所述压缩机C的制冷剂进行热交换的水冷式冷凝器10；使在所述压缩机C压缩并排出的制冷剂通过第一流入口201流入而与空气进行热交换而冷凝，使通过冷凝区域A1的制冷剂通过第一排出口202排出而通过所述水冷式冷凝器10之后，通过第二流入口203流入并经过过冷区域A2而与空气进行热交换的空冷式冷凝器20；使经过所述空冷式冷凝器20的过冷区域A2之后，通过第二排出口204排出的制冷剂膨胀的膨胀阀T；以及使在所述膨胀阀T中膨胀而排出的制冷剂蒸发的蒸发器E。
另外，在所述车辆用空调的制冷循环，通过所述空冷式冷凝器20的第一排出口202排出而流入所述水冷式冷凝器10的制冷剂可以是混合气体和液体的两相状态。
另外，所述空冷式冷凝器20可以包括：流入或排出制冷剂且沿高度方向或者长度方向上相隔预定距离而并排配置的第一集水箱210以及第二集水箱220；两端固定在所述第一集水箱210以及第二集水箱220而形成制冷剂的流路的多个管；介于所述管之间的多个翅片；以及与所述第二集水箱220连接，使通过所述水冷式冷凝器10的制冷剂流入主体而实现气液分离的气液分离器230。
另外，在所述空冷式冷凝器20，所述第一流入口201、第一排出口202、第二流入口203以及第二排出口204可以形成于所述第一集水箱210。
另外，在所述空冷式冷凝器20，所述第一流入口201以及第二排出口204可以形成于所述第一集水箱210，而所述第一排出口202以及第二流入口203可以形成于所述第二集水箱220。
另外，在所述空冷式冷凝器20，所述第一流入口201、第一排出口202以及第二排出口204可以形成于所述第一集水箱210或者第二集水箱220，而所述第二流入口203可以形成于所述气液分离器230。
此外，所述水冷式冷凝器10可以包括：形成冷却水流入口111以及冷却水排出口112的壳体部110；以及收纳于所述壳体部110的内部，使通过所述第一排出口202排出的制冷剂流入并循环而与冷却水进行热交换的翅片-管式水冷型热交换部120。
此外，所述水冷式热交换部120可以形成为壳-管(shell-tube)式或者板式中的任意一种形式。
此外，在第三项中，所述车辆用空调的制冷循环中，所述气液分离器230和所述水冷式冷凝器10可以形成为一体。
有益效果
因此，本发明的车辆用空调的制冷循环构成为，以同时包含水冷式冷凝器和空冷式冷凝器的方式形成，在通过空冷式冷凝器的冷凝区域之后处于两相状态的制冷剂经过水冷式冷凝器之后，使其通过空冷式冷凝器的过冷区域，从而具有可以提高冷却性能的优点。
即，本发明在单独使用时冷却效率较低，但为了弥补可以确保稳定的制冷性能的水冷式冷凝器的缺点，可以同时使用水冷式冷凝器和空冷式冷凝器，在热交换效率较高的制冷剂的两相区域配置水冷式冷凝器而可以提高冷却性能。
另外，本发明可以根据系统负载而利用挡板改变空冷式冷凝器的制冷剂通道数量，而且还可适用于横向流(cross flow)型和向下流(down flow)型，水冷式冷凝器也可以不受形状的限制，因此具有在现有的系统中无需较大变更而可以较容易适用的优点。
同时，本发明的空冷式冷凝器的气液分离器和水冷式冷凝器可以一体形成，因此具有可以使封装简单化并提高空间利用率的优点。
附图说明
图1是示出包括现有复合式冷凝器的车辆用空调的制冷循环的示意图。
图2是在PH线图上示出现有复合式冷凝器的配置的图。
图3是示出根据本发明的车辆用空调的制冷循环的示意图。
图4是在PH线图上示出本发明的空冷式冷凝器和水冷式冷凝器的配置的图。
图5至图10是显示根据本发明的空冷式冷凝器以及水冷式冷凝器的各种实施例的示意图。
符号说明
C:压缩机
T:膨胀阀
E:蒸发器
P:制冷剂管
A1:冷凝区域 A2:过冷区域
10:水冷式冷凝器
110:壳体部
111:冷却水流入口 112:冷却水排出口
120:水冷式热交换部
20:空冷式冷凝器
201:第一流入口 202：第一排出口
203:第二流入口 204:第二排出口
210:第一集水箱 220:第二集水箱
230:气液分离器
300:挡板
具体实施方式
以下，参照附图详细说明如上所述的根据本发明的车辆用空调的制冷循环。
如图3所示，根据本发明的车辆用空调的制冷循环，通过分别用制冷管P连接压缩制冷剂的压缩机C、使在所述压缩机C压缩而排出的制冷剂与冷却水进行热交换而冷凝的水冷式冷凝器10，以及与空气进行热交换而进行冷凝的空冷式冷凝器20、使在所述空冷式冷凝器20中冷凝而排出的制冷剂膨胀的膨胀阀T、以及使通过在所述膨胀阀T膨胀而排出的制冷剂蒸发的蒸发器E而形成。
首先，所述压缩机C(Compressor)从动力供应源(引擎或者马达等)得到动力传输而驱动，并对从蒸发器E排放的低温低压的气体状制冷剂进行吸收和压缩，从而以高温高压的气体状态排放。
在所述空冷式冷凝器20，在所述压缩机C中压缩排出的高温高压的气体制冷剂通过第一流入口201流入，并与空气进行热交换，通过冷凝区域A1的制冷剂通过第一排出口202排出。
接着，制冷剂通过所述水冷式冷凝器，然后通过所述空冷式冷凝器20的第二流入口203流入，并经过过冷区域A2后通过第二排出口204排出。
即，如图4所示，在根据本发明的车辆用空调的制冷循环中，用于冷凝制冷剂的热源以空气、冷却水、空气的顺序而使用空冷式冷凝器20和水冷式冷凝器10，且通过所述空冷式冷凝器20的第一排出口202而排出并流入所述水冷式冷凝器10的制冷剂为气体和液体混合的状态即两相状态，并使水冷式冷凝器10配置在热交换效率较高的制冷剂的两相区域，从而可以提高冷却性能。
所述膨胀阀(Expansion Valve)通过节流过程(wire drawing effect)使从所述空冷式冷凝器20排放的液状制冷剂急速膨胀，从而以低温低压的湿饱和状态输送到蒸发器E。
所述蒸发器(Evaporator)使在所述膨胀阀T内节流的低压液状制冷剂与从空调壳体内吹送到室内侧的空气进行热交换并蒸发，从而通过制冷剂的蒸发潜热产生的吸热作用而冷却排放到室内的空气。
接着，从所述蒸发器E蒸发而排放的低温低压的气态制冷剂重新被吸入压缩机C中而重新循环如上所述的制冷循环。
同时，在如上所述的制冷剂循环过程中，车辆室内的制冷通过以下方式实现，从风机(未图示)吹送的空气流入空调壳体内而通过蒸发器E并被在蒸发器E内部循环的液态制冷剂的蒸发潜热冷却而以变凉的状态排放到车辆室内。
以下，参照图5至图10详细说明根据本发明的车辆用空调的制冷循环所包含的空冷式冷凝器20以及水冷式冷凝器10。
所述空冷式冷凝器20包括：使制冷剂流入或者排出并在高度方向或者长度方向上相隔预定距离而并排配置的第一集水箱210以及第二集水箱220；两端固定在所述第一集水箱210以及第二集水箱220而形成制冷剂的流路的多个管(未图示)；介于所述管之间的多个翅片(未图示)；以及与所述第二集水箱220连接，使通过所述水冷式冷凝器10的制冷剂流入主体而实现气液分离的气液分离器230。
在所述第一集水箱210或者第二集水箱220可以形成有，使制冷剂从压缩机C流入的第一流入口201、使制冷剂经过冷凝区域A1之后排出至所述水冷式冷凝器10的第一排出口202、使循环所述水冷式冷凝器10的制冷剂流入的第二流入口203、以及使制冷剂经过过冷区域A2之后排放至所述膨胀阀T侧的第二排出口204。
此时，所述空冷式冷凝器20可以形成为向下流(down flow)型或者横向流(crossflow)型，但是为向下流型时，所述第一集水箱210以及第二集水箱220在长度方向上间隔预定距离而并排配置，为横向流型时，第一集水箱210以及第二集水箱220在高度方向上间隔预定距离而并排配置。
所述水冷式冷凝器10包括：壳体部110，具有冷却水从低温散热器流入的冷却水流入口和排出冷却水的冷却水排出口，且在内部形成有预定空间。
另外，所述水冷式冷凝器10可以包括：翅片-管式水冷型热交换部120，收纳于所述壳体部110的内部且使通过所述空冷式冷凝器20的第一排出口202排出的制冷剂流入而循环，并使制冷剂与冷却水进行热交换。
除此之外，所述水冷式热交换部120还可以变更实施为双重管形式的壳-管(shell-tube)式或板式中的任意一种形式。
另外，只要所述空冷式冷凝器20以及水冷式冷凝器连接为，使从所述压缩机C排出的制冷剂以空冷式冷凝器20、水冷式冷凝器10、空冷式冷凝器20的顺序通过，则通道数量或者其形状可以任意地多样地变更实施。
首先，说明图5的实施例，所述空冷式冷凝器20是所述第一集水箱210以及第二集水箱220在长度方向上相隔预定距离形成的横向流型热交换器，在所述第一集水箱210形成所述第一流入口201、第一排出口202、第二流入口203以及第二排出口204，并通过第一排出口202以及第二流入口203与所述水冷式冷凝器连接。
即，在图5中，在所述空冷式冷凝器20的一侧配置形成有水冷式冷凝器10，在另一侧配置有气液分离器230。
此时，所述水冷式冷凝器10可以与所述空冷式冷凝器20形成为一体。
从所述压缩机C排放而流入所述空冷式冷凝器20的制冷剂，通过在第一集水箱210中间预定区域形成的第一流入口201流入后，经所述管而向所述第二集水箱220流动，然后向上方移动并再次经过管，而通过在所述第一集水箱210的上方区域形成的第一排出口202向所述水冷式冷凝器10一侧流动。
流入所述水冷式冷凝器10的制冷剂从所述低温散热器流入而与所述水冷式冷凝器10的冷却水实现热交换，然后，通过所述第二流入口203向所述空冷式冷凝器20侧流动。
从所述空冷式冷凝器20的第一集水箱210经过所述管而移动至所述第二集水箱220的制冷剂在所述气液分离器230中气液分离后，经过在所述空冷式冷凝器20的最下方区域形成的过冷区域A2而向所述第一集水箱210的第二排出口204排放。
图5的空冷式冷凝器20在第二集水箱220设置两个挡板而在第一集水箱210设置三个挡板，从而实现如上所述的制冷剂流动。
接着，说明图6的实施例，所述空冷式冷凝器20是向下流型的热交换器，所述第一流入口201、第一排出口202以及第二排出口204形成于所述第一集水箱210或者第二集水箱220，尤其，所述第二流入口203形成于所述气液分离器230，而使通过水冷式冷凝器20的制冷剂直接通过过冷区域A2。
此时，所述空冷式冷凝器20，在一侧配置有水冷式冷凝器10而在另一侧配置有气液分离器230，所述水冷式冷凝器20和第二流入口202通过其他配管相连。
从所述压缩机C流入的制冷剂通过在所述第一集水箱210中间预定区域形成的第一流入口201流入后，经所述管而向所述第二集水箱220流动(一通道(path))，然后向上方移动并再次经过管而通过在所述第一集水箱210的上方区域形成的第一排出口202而向所述水冷式冷凝器10侧流动(二通道)。
流入所述水冷式冷凝器10的制冷剂从所述低温散热器流入而与所述水冷式冷凝器10的冷却水实现热交换，然后，通过在所述气液分离器230形成的第二流入口203而直接通过所述气液分离器230，然后经过所述空冷式冷凝器20的过冷区域A2而向所述第二排出口204排出(三通道)。
接着，说明图7的实施例，所述空冷式冷凝器20是向下流型热交换器，所述空冷式冷凝器20在所述第一集水箱210形成所述第一流入口201以及第二排出口204，而所述第一排出口202以及第二流入口203形成于所述第二集水箱220。
此时，如图7所示，所述水冷式冷凝器10并非配置在所述空冷式冷凝器20的形成有第一流入口201的第一集水箱210一侧，而是配置在与其相反的形成所述气液分离器230的一侧。
从所述压缩机C流入的制冷剂通过在所述第一集水箱210形成的第一流入口201流入后，经所述管而向所述第一集水箱210流动(一通道)，然后通过所述第一排出口202向所述水冷式冷凝器10侧流动。
流入所述水冷式冷凝器10的制冷剂从所述低温散热器流入而与所述水冷式冷凝器10的冷却水实现热交换，然后，通过所述第二流入口203流入所述第二集水箱220，然后，经过所述管而向所述第一集水箱210流动(二通道)，然后，向下移动并再次经过管而向所述第二集水箱220流动(三通道)。
接着，制冷剂经过所述气液分离器230之后，通过所述过冷区域A2而向所述第一集水箱210的第二排出口204排出(四通道)。
然后，在图8的实施例中，所述空冷式冷凝器20，与图7的空冷式冷凝器20相同地，所述第一流入口201以及第二排出口204形成于所述第一集水箱210，而所述第一排出口202以及第二流入口203形成于所述第二集水箱220。
此时，所述水冷式冷凝器10，与图7的实施例相同得，并非配置在形成有所述空冷式冷凝器20的第一流入口201的第一集水箱210侧，而配置在作为相反侧的形成有所述气液分离器230的一侧。
然而，图8的空冷式冷凝器20，在所述第一集水箱210以及第二集水箱220分别具有各三个挡板，因此具有6个通道的流路。
在图9的实施例中，所述空冷式冷凝器20与水冷式冷凝器具有与图5相同的流路，但区别在于是向下流型热交换器。图9的空冷式冷凝器20与图5相同地，在所述第一集水箱210形成所述第一流入口201、第一排出口202、第二流入口203以及第二排出口204，并通过所述第一排出口202以及第二流入口203而与所述水冷式冷凝器10连接。
另外，图10所示的车辆用空调的制冷循环，是所述空冷式冷凝器20的气液分离器230和所述水冷式冷凝器10形成为一体的例，在所述水冷式冷凝器10形成为双重管形式的壳-管形式时，在外管内部配备两个内管，其中一个发挥水冷式冷凝器10的热交换部的作用，而另一个可以形成为发挥气液分离器230的作用。
另外，所述水冷式冷凝器10，可以在一个管内使上方被用作水冷式热交换部，而使下方被用作气液分离器。
除此之外，气液分离器230和水冷式冷凝器10形成为一体的例可以根据水冷式冷凝器10的形状表现为各种各样。
因此，本发明的车辆用空调的制冷循环以同时包含水冷式冷凝器10和空冷式冷凝器20的方式形成，在通过空冷式冷凝器20的冷凝区域A1之后处于两相状态的制冷剂经过水冷式冷凝器10之后，通过空冷式冷凝器20的过冷区域A2，从而可以提高冷却性能。
即，本发明在单独使用时冷却效率较低，但为了弥补可以确保稳定的制冷性能的水冷式冷凝器10的缺点，而同时使用水冷式冷凝器10和空冷式冷凝器20，并在热交换效率较高的制冷剂的两相区域配置水冷式冷凝器10而可以提高冷却性能。
本发明并不限定于上述实施例，当然，适用范围多样，在不脱离权利要求书要求保护的本发明的宗旨的情况下，本发明所属领域中具有基本知识的人员理所当然地可以进行各种变形并实施。

Claims (15)

1.一种车辆用空调的制冷循环，分别用制冷剂管(P)连接而构成，其特征在于，
压缩机(C)，压缩制冷剂；
水冷式冷凝器(10)，使从低温散热器流入的冷却水和通过所述压缩机(C)的制冷剂进行热交换；
空冷式冷凝器(20)，从所述压缩机(C)被压缩后排出的制冷剂通过第一流入口(201)流入并与空气进行热交换而冷凝，通过冷凝区域(A1)的制冷剂通过第一排出口(202)排出并通过所述水冷式冷凝器(10)之后，通过第二流入口(203)流入，然后经过过冷区域(A2)而与空气进行热交换；
膨胀阀(T)，使经过所述空冷式冷凝器(20)的过冷区域(A2)之后通过第二排出口(204)排出的制冷剂膨胀；以及
蒸发器(E)，使在所述膨胀阀(T)膨胀后排出的制冷剂蒸发。
2.根据权利要求1所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，通过所述空冷式冷凝器(20)的第一排出口(202)排出而流入所述水冷式冷凝器(10)的制冷剂为气体和液体混合的两相状态。
3.根据权利要求2所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述空冷式冷凝器(20)，包括：
第一集水箱(210)以及第二集水箱(220)，沿高度方向或长度方向相隔预定距离而并排配置，以使制冷剂流入或排出；
多个管，两端固定于所述第一集水箱(210)以及第二集水箱(220)而形成制冷剂的流路；
多个翅片，介于所述管之间；以及
气液分离器(230)，与所述第二集水箱(220)连接，使通过所述水冷式冷凝器(10)的制冷剂流入主体而实现气液分离。
4.根据权利要求3所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述空冷式冷凝器(20)中，在所述第一集水箱(210)或者第二集水箱(220)内部配备挡板，制冷剂的流路根据挡板的数量和位置而被调节。
5.根据权利要求4所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
通过所述空冷式冷凝器(20)的冷凝区域(A1)中的一部分区域的制冷剂通过所述水冷式冷凝器(10)之后，通过所述空冷式冷凝器(20)的冷凝区域(A1)中的剩余区域，然后流入所述气液分离器(230)。
6.根据权利要求5所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述空冷式冷凝器(20)中，在所述第一集水箱(210)形成有第一流入口(201)、第一排出口(202)、第二流入口(203)以及第二排出口(204)。
7.根据权利要求6所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述空冷式冷凝器(20)中，在所述第一流入口(201)的上侧配置有所述第一排出口(202)，在所述第一流入口(201)的下侧依次配置有所述第二流入口(203)以及第二排出口(204)。
8.根据权利要求6所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述车辆用空调的制冷循环中，在所述空冷式冷凝器(20)的所述第一集水箱(210)侧配置有所述水冷式冷凝器(10)。
9.根据权利要求5所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述空冷式冷凝器(20)中，在所述第一集水箱(210)形成有所述第一流入口(201)以及第二排出口(204)，在所述第二集水箱(220)形成有所述第一排出口(202)以及第二流入口(203)。
10.根据权利要求9所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述车辆用空调的制冷循环中，在所述空冷式冷凝器(20)的所述第二集水箱侧配置有所述水冷式冷凝器(10)。
11.根据权利要求4所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
通过所述空冷式冷凝器(20)的整个冷凝区域(A1)的制冷剂通过所述水冷式冷凝器(10)之后，流入所述气液分离器(230)。
12.根据权利要求11所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
在所述空冷式冷凝器(20)中，所述第一流入口(201)、第一排出口(202)以及第二排出口(204)形成于所述第一集水箱(210)或者第二集水箱(220)，所述第二流入口(203)形成于所述气液分离器(230)。
13.根据权利要求1所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述水冷式冷凝器(10)，包括：
壳体部(110)，形成有冷却水流入口(111)以及冷却水排出口(112)；以及
翅片管式水冷型热交换部(120)，被收纳于所述壳体部(110)的内部，使通过所述第一排出口(202)排出的制冷剂流入并循环而与冷却水进行热交换。
14.根据权利要求1所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述水冷式热交换部(120)形成为壳管式或者板式中的任意一种形态。
15.根据权利要求3所述的车辆用空调的制冷循环，其特征在于，
所述车辆用空调的制冷循环中，所述气液分离器(230)与所述水冷式冷凝器(10)形成为一体。
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