CN109703324B - 采用二次回路的汽车空调系统 - Google Patents

Abstract

一种采用二次回路的汽车空调系统，包括：依次相连组成环路的冷凝板换热器、压缩机、蒸发板换热器、车前换热器，其中：冷凝板换热器与车前换热器之间设有并联的第一球阀和第一膨胀阀，蒸发板换热器与车前换热器之间设有第二膨胀阀，车前换热器与压缩机之间进一步通过第二球阀相连，冷凝板换热器和蒸发板换热器分别与暖芯和冷芯相连。本发明通过载冷剂回路的切换增大了制冷模式下的换热面积，有效地增强了系统的制冷性能；在空调制冷模式时通过将空调箱中的制冷用的冷芯和制热用的暖芯串联起来，增大冷芯的换热面积以提高制冷效率，并通过载冷剂回路中阀的控制完成制冷、制热以及除霜模式的转换。

Description

采用二次回路的汽车空调系统

技术领域

本发明涉及的是一种汽车空调领域的技术，具体是一种采用二次回路的汽车空调系统。

背景技术

随着温室效应的日益加剧，传统汽车空调系统使用的制冷剂R134a由于其较高全球变暖潜能值在世界各国面临着淘汰与禁用，具有一定可燃性的制冷剂R290、R1234yf是目前替代R134a的主要方向。在应用此类可燃制冷剂的汽车空调系统中，为了保证安全，常使用二次回路结构，即将蒸发板换热器、冷凝板换热器、压缩机以及膨胀阀进行封装，通过载冷剂进行乘客舱内的换热，使得制冷剂回路不进入乘客舱内，以降低制冷剂在乘客舱内泄露造成的燃烧以及爆炸风险。

在二次回路的汽车空调系统中，蒸发器或冷凝器所产生的冷量或热量分别通过载冷剂带给空调箱中的冷芯或暖芯，由于空调箱空间结构限制，现有的汽车空调系统常因冷芯换热面积过小而出现制冷能力不足的情况。

发明内容：

本发明针对现有技术的缺陷和不足，提出一种采用二次回路的汽车空调系统，通过载冷剂回路的切换增大了制冷模式下的换热面积，有效地增强了系统的制冷性能；在空调制冷模式时通过将空调箱中的制冷用的冷芯和制热用的暖芯串联起来，增大冷芯的换热面积以提高制冷效率，并通过载冷剂回路中阀的控制完成制冷、制热与除霜模式的转换。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：依次相连组成环路的冷凝板换热器、压缩机、蒸发板换热器、车前换热器，其中：冷凝板换热器与车前换热器之间设有并联的第一球阀和第一膨胀阀，蒸发板换热器与车前换热器之间设有第二膨胀阀，车前换热器与压缩机之间进一步通过第二球阀相连，冷凝板换热器和蒸发板换热器分别与暖芯和冷芯相连。

所述的车前换热器优选位于发动机舱前部进风口处。

所述的冷凝板换热器的输入端和输出端与暖芯相连且通过第一开关阀和第二开关阀与冷芯相连构成并联连接。

所述的蒸发板换热器的输入端与暖芯相连，输出端通过第一开关阀和第二开关阀与冷芯相连构成串联连接。

所述的冷芯和暖芯分别设置于汽车空调内并通过鼓风机实现制冷或制热。

所述的冷凝板换热器和蒸发板换热器的输出端中进一步设有压缩泵、以提高换热效率。

本发明进一步包括分别与冷凝板换热器、压缩机、蒸发板换热器、车前换热器、第一开关阀、第二开关阀与第三开关阀相连的控制器，通过控制器发出指令进行模式切换。

所述的模式切换包括：在制热模式下控制器发出指令使得第一球阀关闭、第二球阀开启、第一泵开启、第二泵关闭、第一开关阀、第二开关阀与第三开关阀处于关闭状态；在制冷模式下控制器发出指令使得第一球阀开启、第二球阀关闭、第一泵关闭、第二泵开启、第一开关阀和第二开关阀处于开启状态、第三开关阀处于关闭状态；在除霜模式下控制器发出指令使得第一球阀开启、第二球阀关闭、第一泵开启、第二泵开启、第一开关阀和第二开关阀处于关闭状态、第三开关阀处于开启状态。

本发明涉及上述系统的工作模式，包括制冷模式、制热模式和除霜模式，其中：

在制冷模式时，气态制冷剂由压缩机进行压缩，成为高压气态，然后经过冷凝板式换热器，但此模式下不在该板式换热器中进行换热，到达车前换热器，此时车前换热器将作为冷凝器使用，气态制冷剂在冷凝器液化放热成为温度较高的液态制冷剂，然后经过膨胀阀，将高温液态制冷剂转化为低温，然后进入蒸发板换热器，低温液态制冷剂在蒸发板换热器蒸发吸热成为液态，同时吸收蒸发板换热器中另一种工质载冷剂的热量，即将冷量传给载冷剂，由蒸发板换热器出来的气态制冷剂再次进入压缩机完成循环。在二次回路中的载冷剂由蒸发板换热器出来后，经过泵的作用，依次流过暖芯和冷芯，在与鼓风机产生的风的对流换热作用下，将冷量传给外界，由此达到汽车空调制冷的目的。

在制热模式时，气态制冷剂由压缩机进行压缩，成为高压气态，然后经过冷凝板式换热器，气态制冷剂在冷凝板换热器液化放热成为温度较高的液态制冷剂，所释放的热量由冷凝板换热器传给二次回路中的载冷剂，由冷凝板换热器流出的高温液态制冷剂经过膨胀阀，转换为低温制冷剂，然后流入车前换热器，此时车前换热器作为蒸发器使用，将液态制冷剂转换成为气态，然后再流入压缩机内完成循环。在二次回路中的载冷剂由冷凝板换热器出来后，经过泵的作用，流过暖芯，在与鼓风机产生的风的对流换热作用下，将热量传给外界，由此达到汽车空调制热的目的。

在除霜模式时，气态制冷剂由压缩机进行压缩，成为高压气态，然后经过冷凝板式换热器，气态制冷剂在冷凝板换热器液化放热成为温度较高的液态制冷剂，所释放的热量由冷凝板换热器传给二次回路中的载冷剂，制冷剂经过车前换热器后进入膨胀阀，将高温液态制冷剂转化为低温，然后进入蒸发板换热器，低温液态制冷剂在蒸发板换热器蒸发吸热成为液态，同时吸收蒸发板换热器中另一种工质载冷剂的热量，即将冷量传给载冷剂，由蒸发板换热器出来的气态制冷剂再次进入压缩机完成循环。在二次回路中的载冷剂由冷凝器板换、蒸发板换热器出来后，经过两个泵的作用，分别流过暖芯和冷芯，在与鼓风机产生的风的对流换热作用下，将冷量与热量进行混合调整，由此达到汽车空调除霜的目的。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有可调整的载冷剂回路，该结构通过球阀、膨胀阀及开关阀来控制，制冷时所能提供的冷量不足的情况下，通过时冷芯和暖芯串联来增加制冷时换热表面积，以满足用户需要的制冷量，比传统的应用二次回路只单纯的制冷用冷芯，制热用热芯这种情况，在制冷时极大地增加了换热面积，有效地解决了在载冷剂提供的制冷量不足的情况下，制冷量减少的问题。

附图说明：

图1为本发明整体结构图；

图中：1冷凝板换热器、2第一球阀、3第一膨胀阀、4车前换热器、5第二膨胀阀、6第二球阀、7蒸发板换热器、8压缩机、9第一泵、10第二泵、11第一开关阀、12第二开关阀、13暖芯、14冷芯、15鼓风机、16第三开关阀。

具体实施方式：

如图1所示，为本发明涉及的一种采用二次回路的汽车空调系统，包括：依次相连组成环路的冷凝板换热器1、压缩机8、蒸发板换热器7、车前换热器4，其中：冷凝板换热器1与车前换热器4之间设有并联的第一球阀2和第一膨胀阀3，蒸发板换热器7与车前换热器4之间设有第二膨胀阀5，车前换热器4与压缩机8之间进一步通过第二球阀6相连，冷凝板换热器1和蒸发板换热器7分别与暖芯13和冷芯14相连。

所述的冷凝板换热器1的输入端和输出端与暖芯13相连，蒸发板换热器7的输入端与冷芯14相连，第一开关阀位于暖芯13的输出端与冷芯14的输入端之间，第二开关阀设置于蒸发板换热器7的输出端与暖芯13的输入端之间；第三开关阀设置于蒸发板换热器7的输出端与冷芯14的输入端之间。

所述的冷凝板换热器1和蒸发板换热器7的输出端中进一步设有压缩泵9、10以提高换热效率。

所述系统进一步包括分别与冷凝板换热器、压缩机、蒸发板换热器、车前换热器、第一开关阀和第二开关阀相连的控制器，通过控制器发出指令进行模式切换。

本实施例涉及上述系统的制热模式包括：第一球阀2关闭，第二球阀6开启，第一泵9开启，第二泵10关闭，第一开关阀11和第二开关阀12处于关闭状态，第三开关阀16处于关闭状态。此时在回路中蒸发板换热器7不工作，冷芯14和暖芯13不串联，车前换热器4相当于蒸发器使用。气态制冷剂由压缩机8进行压缩，成为高压气态，然后经过冷凝板换热器1，气态制冷剂在冷凝板换热器液化放热成为温度较高的液态制冷剂，所释放的热量由冷凝板换热器1传给二次回路中的载冷剂，由冷凝板换热器1流出的高温液态制冷剂经过第一膨胀阀3，转换为低温制冷剂，然后流入车前换热器4，此时车前换热器4作为蒸发器使用，将液态制冷剂吸热转换成为气态，然后再流经第二球阀6流入压缩机8内完成循环。在二次回路中的载冷剂由冷凝板换热器1出来后，经过第一泵9的作用，流过暖芯13，在与鼓风机15产生的风的对流换热作用下，将热量传给外界，由此达到汽车空调制热的目的。此时制冷剂回路为：压缩机8->冷凝板换热器1->第一膨胀阀3->作为蒸发器的车前换热器4->第二球阀6->压缩机8；载冷剂回路为：冷凝板换热器1->第一泵9->暖芯13->冷凝板换热器1。

本实施例涉及上述系统的制冷模式包括：第一球阀2开启，第二球阀6关闭，第一泵9关闭，第二泵10开启，第一开关阀11和第二开关阀12处于开启状态，第三开关阀16处于关闭状态。此时回路中冷凝板换热器1不工作，第一膨胀阀3相当于被第一球阀2短路不工作，冷芯14和暖芯13串联，车前换热器4相当于冷凝器使用。气态制冷剂由压缩机8进行压缩，成为高压气态，然后经过冷凝板换热器1，但冷凝板换热器1不工作，然后经过第一球阀2到达车前换热器4，此时车前换热器4作为冷凝器使用，气态制冷剂在冷凝器液化放热成为温度较高的液态制冷剂，然后经过第二膨胀阀5，将高温液态制冷剂转化为低温，然后进入蒸发板换热器7，低温液态制冷剂在蒸发板换热器7蒸发吸热成为气态，同时吸收蒸发板换热器中另一种工质载冷剂的热量，即将冷量传给载冷剂，由蒸发板换热器出来的气态制冷剂再次进入压缩机8完成循环。在二次回路中的载冷剂由蒸发板换热器7出来后，经过第二泵10的作用，依次流过暖芯13和冷芯14，在与鼓风机15产生的风的对流换热作用下，将冷量传给外界，由此达到汽车空调制冷的目的。此时制冷剂回路为：压缩机8->冷凝板换热器1->第一球阀2->作为冷凝器的车前换热器4->第二膨胀阀5->蒸发板换热器7->压缩机8；载冷剂回路为：蒸发板换热器7->第二泵10->第二开关阀12->暖芯13->第一开关阀11->冷芯14->蒸发板换热器7。

本实施例涉及上述系统的除霜模式包括：第一球阀2开启，第二球阀6关闭，第一泵9开启，第二泵10开启，第一开关阀11和第二开关阀12关闭，第三开关阀16处于开启状态。此时第一膨胀阀3相当于被第一球阀2短路不工作，第一开关阀11和第二开关阀12关闭，暖芯13与冷芯14之间相互独立。气态制冷剂由压缩机8进行压缩，成为高压气态，然后经过冷凝板式换热器1，气态制冷剂在冷凝板换热器1液化放热成为温度较高的液态制冷剂，所释放的热量由冷凝板换热器1传给二次回路中的载冷剂，制冷剂经过车前换热器4后进入膨胀阀5，将高温液态制冷剂转化为低温，然后进入蒸发板换热器7，低温液态制冷剂在蒸发板换热器7蒸发吸热成为液态，同时吸收蒸发板换热器7中另一种工质载冷剂的热量，即将冷量传给载冷剂，由蒸发板换热器7出来的气态制冷剂再次进入压缩机8完成循环。在二次回路中的载冷剂由冷凝器板换1、蒸发板换热器7出来后，经过两个泵9、10的作用，分别流过暖芯13和冷芯14，在与鼓风机15产生的风的对流换热作用下，将冷量与热量进行混合调整，由此达到汽车空调除霜的目的。此时制冷剂回路为：压缩机8->冷凝板换热器1->第一球阀2->车前换热器4->第二膨胀阀5->蒸发板换热器7->压缩机8；两条载冷剂回路分别为：冷凝板换热器1->第一泵9->暖芯13->冷凝板换热器1。蒸发板换热器7->第二泵10->第三开关阀16->冷芯14->蒸发板换热器7。

与现有技术相比，本系统在制冷时通过阀的转换，使得暖芯和冷芯串联使用，增大了在制冷时的换热表面积，提高了系统效率。而在制热时，只通过热芯，不通过冷芯，使能量有效利用。

由于在二次回路中，载冷剂的换热能力较差，故在制冷过程中无法达到要求的温度，提供不了相应的制冷量，故通过本系统可以在不增大鼓风机的风道面积的前提下，增大制冷面积，提高了系统效率。

在制冷主循环中，循环工质为制冷剂；在二次回路中，即通过冷芯或暖芯的工质为载冷剂。即制冷剂不进入车厢内，能有效提升系统整体的安全性能。

与现有装置相比，本系统通过灵活切换调整车前换热器的作用，并使得空调箱内的换热器得到有效地利用，有效解决了制冷模式下冷芯面积不够、换热能力不足的问题；在有效提高了系统换热性能的同时，采用的二次回路结构可以避免制冷剂进入乘客舱，在空调系统发生泄漏时有效提升系统整体安全效率。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (3)

1.一种采用二次回路的汽车空调系统，其特征在于，包括：依次相连组成环路的压缩机、冷凝板换热器、车前换热器、蒸发板换热器以及分别与冷凝板换热器、压缩机、蒸发板换热器、车前换热器、第一至第三开关阀相连的控制器，通过控制器发出指令进行模式切换，其中：冷凝板换热器与车前换热器之间设有并联的第一球阀和第一膨胀阀，蒸发板换热器与车前换热器之间设有第二膨胀阀，车前换热器与压缩机之间进一步通过第二球阀相连，冷凝板换热器与暖芯相连，蒸发板换热器与冷芯相连，冷芯和暖芯分别设置于汽车空调内并通过鼓风机实现制冷、制热及除霜功能；

所述的冷凝板换热器的输入端和输出端与暖芯相连，蒸发板换热器的输入端与冷芯相连，第一开关阀位于暖芯的输出端与冷芯的输入端之间，第二开关阀设置于蒸发板换热器的输出端与暖芯的输入端之间；第三开关阀设置于蒸发板换热器的输出端与冷芯的输入端之间；

所述的模式切换包括：在制热模式下控制器发出指令使得第一球阀关闭、第二球阀开启、第一泵开启、第二泵关闭、第一开关阀和第二开关阀处于关闭状态、第三开关阀处于关闭状态；在制冷模式下控制器发出指令使得第一球阀开启、第二球阀关闭、第一泵关闭、第二泵开启、第一开关阀和第二开关阀处于开启状态、第三开关阀处于关闭状态；在除霜模式下控制器发出指令使得第一球阀开启、第二球阀关闭、第一泵开启、第二泵开启、第一开关阀和第二开关阀关闭、第三开关阀处于开启状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的冷凝板换热器和蒸发板换热器的输出端中进一步设有压缩泵、以提高换热效率。

3.一种根据权利要求1或2所述系统的制热、制冷及除霜方法，其特征在于：

在制冷模式时，气态制冷剂由压缩机进行压缩成为高压气态后经过冷凝板式换热器，且该模式下不在板式换热器中进行换热，到达作为冷凝器的车前换热器，气态制冷剂在冷凝器液化放热成为温度较高的液态制冷剂后经过膨胀阀，将高温液态制冷剂转化为低温后进入蒸发板换热器，低温液态制冷剂在蒸发板换热器蒸发吸热成为液态的同时吸收蒸发板换热器中另一种工质载冷剂的热量，将冷量传给载冷剂，由蒸发板换热器出来的气态制冷剂再次进入压缩机完成循环；在二次回路中的载冷剂经由蒸发板换热器至泵后依次流过暖芯和冷芯，在与鼓风机产生的风的对流换热作用下，将冷量传给外界以实现制冷；

在制热模式时，气态制冷剂由压缩机进行压缩成为高压气态后经过冷凝板式换热器，气态制冷剂在冷凝板换热器液化放热成为温度较高的液态制冷剂，所释放的热量由冷凝板换热器传给二次回路中的载冷剂，由冷凝板换热器流出的高温液态制冷剂经过膨胀阀，转换为低温制冷剂后流入作为蒸发器的车前换热器，车前换热器将液态制冷剂转换成为气态后再流入压缩机内完成循环；在二次回路中的载冷剂经由冷凝板换热器至泵后依次流过暖芯，在与鼓风机产生的风的对流换热作用下，将热量传给外界以实现制热；

在除霜模式时，气态制冷剂由压缩机进行压缩，成为高压气态，然后经过冷凝板式换热器，气态制冷剂在冷凝板换热器液化放热成为温度较高的液态制冷剂，所释放的热量由冷凝板换热器传给二次回路中的载冷剂，制冷剂经过车前换热器后进入膨胀阀，将高温液态制冷剂转化为低温，然后进入蒸发板换热器，低温液态制冷剂在蒸发板换热器蒸发吸热成为液态，同时吸收蒸发板换热器中另一种工质载冷剂的热量，即将冷量传给载冷剂，由蒸发板换热器出来的气态制冷剂再次进入压缩机完成循环，在二次回路中的载冷剂由冷凝器板换、蒸发板换热器出来后，经过两个泵的作用，分别流过暖芯和冷芯，在与鼓风机产生的风的对流换热作用下，将冷量与热量进行混合调整，由此达到汽车空调除霜的目的。

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