CN114312223A - 一种车辆的空调系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆的空调系统及车辆，涉及车辆空调技术领域。空调系统包括主机壳体、制冷剂回路以及依次设置在制冷剂回路上的压缩机、外置冷凝器、内置冷凝器、膨胀阀和蒸发器，内置冷凝器、蒸发器和膨胀阀设置在主机壳体的内部，压缩机和外置冷凝器设置在主机壳体的外部。上述技术方案通过新增了一个内置冷凝器，可以根据具体的散热需求选择性地开启内置冷凝器和外置冷凝器，从而可以降低能源损失，降低能耗。

Description

一种车辆的空调系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆空调技术领域，特别是涉及一种车辆的空调系统及车辆。

背景技术

传统热泵空调系统中，在比较低的制冷需求时候，传统热泵系统只能使用外置冷凝器散热，冷却风扇有最小启动20％以上要求，如果外置冷凝器的最大功率为10KW，那外置冷凝器的散热功率至少在2KW以上，制冷性能至少为1KW；实际上中温制冷需求很少到1KW，多余的制冷量只能通过加热中和，不然会出现达不到目标温度的情况以及导致能源浪费。

发明内容

本发明第一方面的目的是要提供一种车辆的空调系统，解决现有技术中空调系统仅通过外置冷凝器进行散热导致能源浪费的技术问题。

本发明第二方面的目的是要提供一种具有上述空调系统的车辆。

根据本发明第一方面的目的，本发明提供了一种车辆的空调系统，包括主机壳体、制冷剂回路以及依次设置在所述制冷剂回路上的压缩机、外置冷凝器、内置冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述内置冷凝器、所述蒸发器和所述膨胀阀设置在所述主机壳体的内部，所述压缩机和所述外置冷凝器设置在所述主机壳体的外部。

可选地，所述外置冷凝器和所述内置冷凝器配置成同时开启或仅开启所述内置冷凝器，以对所述制冷剂回路内的制冷剂进行热交换。

可选地，所述主机壳体具有进风口和出风口，且其内部限定有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述进风口连通且具有第一开口，所述第二腔室选择性地与所述第一腔室连通且具有第二开口，所述第一开口和所述第二开口均与所述出风口连通，所述蒸发器设置在所述第一腔室内，用于对所述第一腔室内的气体进行制冷；所述内置冷凝器设置所述第二腔室内，用于对所述第二腔室内的气体进行制热，所述空调系统还包括：

第一风门，设置在所述第一开口处；

第二风门，设置在所述第二开口处；

控制器，与所述第一风门和所述第二风门连接，用于控制所述第一风门和所述第二风门的开度，从而调节所述出风口的出风温度。

可选地，还包括：

隔板，位于所述第一腔室和所述第二腔室之间，所述隔板具有第三开口和第四开口，所述第三开口位于所述蒸发器的下游并位于所述内置冷凝器的上游，所述第四开口位于所述蒸发器的上游并位于所述内置冷凝器的上游；

第三风门，设置在所述第三开口处；

第四风门，设置在所述第四开口处；

所述控制器还与所述第三风门和所述第四风门连接，用于控制所述第三风门和所述第四风门的开度，使得所述第一腔室内的气体选择性地进入所述第二腔室内。

可选地，所述第一腔室具有第五开口，所述第二腔室具有第六开口；所述空调系统还包括：

第五风门，设置在所述第五开口处，用于选择性地开启或关闭，以禁止或允许经由所述蒸发器冷却的所述冷气导出至车辆外部；

第六风门，设置在所述第六开口处，用于选择性地开启或关闭，以禁止或允许经由所述内置冷凝器冷凝放热的所述热气导出至车辆外部；

第七风门，可转动地设置在所述进风口处，所述第七风门配置成在所述控制器的控制下转动，以使得所述空调系统在空调外循环模式、空调内循环模式和空调内外循环模式之间切换。

可选地，所述控制器配置成在车内温度高于车外温度、空调目标制冷量小于所述压缩机处于最低工作转速状态下的制冷量，控制所述第七风门处于空调内循环模式的位置处或处于空调外循环模式的位置处，控制所述第五风门、所述第二风门和所述第三风门关闭，所述第一风门和所述第六风门打开，所述蒸发器和所述内置冷凝器开启，并根据所述蒸发器和所述内置冷凝器的需求风量控制所述第四风门的开度。

可选地，所述控制器配置成在车内温度高于车外温度、空调目标制冷量小于所述压缩机处于最低工作转速状态下的制冷量且空调处于除雾模式时，控制所述第七风门处于空调外循环模式的位置处，控制所述第五风门、所述第四风门和所述第六风门关闭，所述第一风门和所述第二风门打开，所述蒸发器和所述内置冷凝器开启，并根据所述蒸发器和所述内置冷凝器的需求风量控制所述第三风门的开度。

可选地，所述控制器还配置成在所述第四风门的开度达到第一预设开度且所述内置冷凝器不满足散热需求时控制所述外置冷凝器开启，以使得所述内置冷凝器和所述外置冷凝器共同对经过所述蒸发器的制冷剂进行热交换。

可选地，所述控制器还配置成在所述第三风门的开度达到第二预设开度且所述内置冷凝器不满足散热需求时控制所述外置冷凝器开启，以使得所述内置冷凝器和所述外置冷凝器共同对经过所述蒸发器的制冷剂进行热交换。

根据本发明第二方面的目的，本发明还提供了一种车辆，所述车辆包括上述的空调系统。

本发明的空调系统包括主机壳体、制冷剂回路以及依次设置在制冷剂回路上的压缩机、外置冷凝器、内置冷凝器、膨胀阀和蒸发器，内置冷凝器、蒸发器和膨胀阀设置在主机壳体的内部，压缩机和外置冷凝器设置在主机壳体的外部。上述技术方案通过新增了一个内置冷凝器，可以根据具体的散热需求选择性地开启内置冷凝器和外置冷凝器，从而可以降低能源损失，降低能耗。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的空调系统的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的空调系统处于外循环状态时的示意性结构图；

图3是根据本发明一个实施例的空调系统处于内循环状态时的示意性结构图；

图4是根据本发明一个实施例的空调系统处于除雾模式时的示意性结构图。

附图标记：

100-空调系统，10-主机壳体，20-蒸发器，30-内置冷凝器，40-压缩机，50-外置冷凝器，60-隔板，70-鼓风机，80-膨胀阀，11-第一腔室，12-第二腔室，13-进风口，14-出风口，15-第一风门，16-第二风门，17-第五风门，18-第六风门，19-第七风门，61-第四风门，62-第三风门。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1是根据本发明一个实施例的空调系统100的示意性结构图。如图1所示，在一个具体的实施例中，车辆的空调系统100包括主机壳体10、制冷剂回路以及依次设置在制冷剂回路上的压缩机40、外置冷凝器50、内置冷凝器30、膨胀阀80和蒸发器20，内置冷凝器30、蒸发器20和膨胀阀80设置在主机壳体10的内部，压缩机40和外置冷凝器50设置在主机壳体10的外部。

该实施例通过新增了一个内置冷凝器30，可以根据具体的散热需求选择性地开启内置冷凝器30和外置冷凝器50，从而可以降低能源损失，降低能耗。

本实施例可以直接用内置冷凝器30进行散热，因为鼓风机70的功率可以无极调速，而鼓风机70风量以及风门风量分配直接影响内置冷凝器30的散热功率，因此内置冷凝器30的散热功率就是可控的，满足制冷需求即可，不会造成能源浪费。内置冷凝器30的最大散热功率为5kw，内置冷凝器30的散热功率的可控范围为100w～5kw。

在该实施例中，外置冷凝器50和内置冷凝器30配置成同时开启或仅开启内置冷凝器30，以对制冷剂回路内的制冷剂进行热交换。可以理解的是，在空调系统100处于制冷工况时，需要对在蒸发器20处吸收热量后的制冷剂进行散热，此时内置冷凝器30是一直处于开启状态的，只有在内置冷凝器30不满足散热需求时才会开启外置冷凝器50，通过内置冷凝器30和外置冷凝器50的共同协作，从而满足散热需求。流经内置冷凝器30的制冷剂因为放热，制冷剂温度降低，经过膨胀阀80减压，并在蒸发器20中和空气进行换热，也有可能部分制冷剂经过外置冷凝器50进行蒸发吸热，吸热后的制冷剂经过压缩机40的压缩后，再经过内置冷凝器30进行制热，从而加热空气到合适的温度，至此进入下一循环。

在该实施例中，车辆的空调系统100包括主机壳体10、蒸发器20、内置冷凝器30、第一风门15、第二风门16和控制器(图中未示出)。其中，主机壳体10具有进风口13和出风口14，且其内部限定有第一腔室11和第二腔室12，第一腔室11与进风口13连通且具有第一开口，第二腔室12选择性地与第一腔室11连通且具有第二开口，第一开口和第二开口均与出风口14连通。蒸发器20设置在第一腔室11内，用于对第一腔室11内的气体进行制冷。内置冷凝器30设置在第二腔室12内，用于对第二腔室12内的气体进行制热。第一风门15设置在第一开口处，第二风门16设置在第二开口处。控制器与第一风门15和第二风门16连接，用于控制第一风门15和第二风门16的开度，从而调节出风口14的出风温度。

该实施例取消了常规热泵系统中用于改变系统制冷采暖各模式切换的电磁阀、单向阀等，通过增加多个风门实现了空调系统的制冷和采暖，控制策略更加简单可靠，并且减少了零部件数量，降低了热泵系统的制造成本。

在该实施例中，车辆的空调系统100还包括隔板60，其位于第一腔室11和第二腔室12之间，隔板60具有第三开口，第三开口位于蒸发器20的下游并位于内置冷凝器30的上游。可以理解为，隔板60将壳体的内部划分为第一腔室11和第二腔室12。空调系统100还包括第三风门62，其设置在第三开口处，控制器还与第三风门62连接，用于控制第三风门62的开度，使得第一腔室11内的气体选择性地进入第二腔室12内。该实施例通过设置第三风门62，可以使得经由蒸发器20冷却的冷气通过第三风门62进入第二腔室12，再经过内置冷凝器30制热，最终从第二风门16处导出。

在该实施例中，隔板60具有第四开口，第四开口位于蒸发器20的上游并位于内置冷凝器30的上游。空调系统100还包括第四风门61，其设置在第四开口处，控制器还与第四风门61连接，用于控制第四风门61的开度，使得第一腔室11内的气体选择性地进入第二腔室12内。这里，将第四风门61设置在蒸发器20的上游，可以使得从进风口13进入的气体直接通过第四风门61进入到第二腔室12内，不需要经过蒸发器20，直接通过内置冷凝器30进行制热，最终从第二风门16处导出。

在该实施例中，第一腔室11具有第五开口，第二腔室12具有第六开口。空调系统100还包括第五风门17和第六风门18，第五风门17设置在第五开口处，用于选择性地开启或关闭，以禁止或允许经由蒸发器20冷却的冷气导出至车辆外部。第六风门18设置在第六开口处，用于选择性地开启或关闭，以禁止或允许经由内置冷凝器30冷凝放热的热气导出至车辆外部。可以理解为，第五开口和第六开口分别为第一腔室11和第二腔室12的排气口，从而可以将第一腔室11和第二腔室12内气体排出车外。该实施例将内置冷凝器30和外置冷凝器50串联，可以利用内置冷凝器30进行散热，热气可以通过第六风门18排出车外，不影响车内温度，从而大大提升了空调系统100的制冷能力及系统性能带宽。空调系统处于制冷模式时，空气通过内循环或外循环进入到风道，第七风门19控制内外循环的进风比例，由鼓风机70带动，然后控制器根据制冷需求控制相关风门的开度以分配进入蒸发器20和内置冷凝器30的风量，经过蒸发器20降温后的冷气吹向车内，而经过内置冷凝器30散热后的热气通过第六风门18排出车外。

进一步地，空调系统100还包括第七风门19，其可转动地设置在进风口13处，第七风门19配置成在控制器的控制下转动，以使得空调系统100在空调外循环模式、空调内循环模式和空调内外循环模式之间切换。也就是说，第七风门19是用来控制空调系统100循环模式的重要部件。

图2是根据本发明一个实施例的空调系统100处于外循环状态时的示意性结构图，图3是根据本发明一个实施例的空调系统100处于内循环状态时的示意性结构图。如图2和图3所示，在该实施例中，控制器配置成在车内温度高于车外温度、空调目标制冷量小于压缩机40处于最低工作转速状态下的制冷量，控制第七风门19处于空调内循环模式的位置处或处于空调外循环模式的位置处，控制第五风门17、第二风门16和第三风门62关闭，第一风门15和第六风门18打开，蒸发器20和内置冷凝器30开启，并根据蒸发器20和内置冷凝器30的需求风量控制第四风门61的开度。这里，空调目标制冷量是空调控制器根据设定温度、车内温度、车外温度估算出制冷需要的制冷量。空调处于制冷模式时可以选择内循环模式也可以选择外循环模式。另外，在空调选择内循环模式时为了引入车外新鲜空气，也可以选择控制内循环和外循环的比例，其中外循环可以占比10％，内循环占比90％。从车内或车外进入主机壳体10的第一腔室11内的气体，一部分经过蒸发器20制冷后从第一风门15处进入到乘员舱，另一部分从第四风门61处进入到第二腔室12内，经过内置冷凝器30热交换后的热气从第六风门18处导出车外，将热量释放到环境空气中，高压低温的制冷剂再继续经过膨胀阀80进行减压，并在蒸发器20处进行吸热，从而进入下一个循环。在内置冷凝器30不满足散热需求时再开启外置冷凝器50中的水泵，外置冷凝器50通过热交换直接将热量散发到环境空气中。压缩机40的转速根据制冷需求功率进行调节，当车内温度达到目标制冷温度时，控制器单独控制压缩机40的转速降低至合适的转速，同时控制调节第四风门61的开度，以调节进入第二腔室12内的风量，从而达到空调目标制冷量与压缩机40处于最低工作转速状态下的制冷量相平衡。

在该实施例中，控制器还配置成在第四风门61的开度达到第一预设开度且内置冷凝器30不满足散热需求时控制外置冷凝器50开启控制外置冷凝器50开启，以使得内置冷凝器30和外置冷凝器50共同对经过蒸发器20的制冷剂进行热交换。这里，第一预设开度为范围在25％～35％之间的任一数值，例如可以为25％、30％或35％。在一个优选地实施例中，第一预设开度为30％。在制冷剂回路中压力超过预设压力值时则认为仅仅靠内置冷凝器30是不能满足散热需求的。这里的预设压力值可以根据具体设计需求进行设定。此外，压缩机40的转速根据制冷需求由控制器单独控制在合适的转速下运行。

图4是根据本发明一个实施例的空调系统100处于除雾模式时的示意性结构图。如图4所示，在该实施例中，控制器配置成在车内温度高于车外温度、空调目标制冷量小于压缩机40处于最低工作转速状态下的制冷量且空调处于除雾模式时，控制第七风门19处于空调外循环模式的位置处，控制第五风门17、第四风门61和第六风门18关闭，第一风门15和第二风门16打开，蒸发器20和内置冷凝器30开启，并根据蒸发器20和内置冷凝器30的需求风量控制第三风门62的开度。车外气体通过风道进入第一腔室11内，由鼓风机70带动，先经过蒸发器20降温和除湿后，低温而干燥的空气经过第三风门62进入第二腔室12内，低温而干燥的气体经过内置冷凝器30加热后，通过第二风门16进入到车内，从而既能保证空调的舒适性同时保证一定的除湿效果，防止车内起雾。

在该实施例中，控制器还配置成在第三风门62的开度达到第二预设开度且内置冷凝器30不满足散热需求时控制外置冷凝器50开启控制外置冷凝器50开启，以使得内置冷凝器30和外置冷凝器50共同对经过蒸发器20的制冷剂进行热交换。这里，第二预设开度为范围在25％～35％之间的任一数值，例如可以为25％、30％或35％。在一个优选地实施例中，第二预设开度为30％。在制冷剂回路中压力超过预设压力值时则认为仅仅靠内置冷凝器30是不能满足散热需求的。这里的预设压力值可以根据具体设计需求进行设定。此外，压缩机40的转速根据制冷需求由控制器单独控制在合适的转速下运行。

根据本发明第二方面的目的，本发明还提供了一种车辆，车辆包括上述的空调系统100。对于空调系统100，这里不一一赘述。

在夏季高温制冷的时候，传统空调只能用环境温度给冷凝器散热，达到散热需求，对风量的需求较大。而本实施例可以利用内循环车内低温空气混合室外空气给内置冷凝器30散热，从而达到相同散热功率，风量需求比传统热泵系统要低，鼓风机70功率需求减少，从而减少能耗。另一方面，两个冷凝器同时散热，也可以减低系统压力，从而降低压缩机40扭矩，减少压缩机40功耗，提升系统能效。

该实施例主要使利用制冷剂回路结合空调系统100来实现空调系统100制冷和制热性能的提升和效率的提升，既能保证原有空调系统100的舒适性，又能减少空调系统100的能耗。首先是制冷剂回路，一是使用内置冷凝器30和外置冷凝器50联合起来进行降温。二是整个制冷剂回路是一个回路，不存在换向的处理。蒸发器永远是蒸发器，冷凝器一直是冷凝器不会用做蒸发器，从而保证制冷剂回路的简单易控。其次是空调系统100的结构布置，一是不局限于主机壳体10布置在机舱内还是部分布置在乘员舱内。核心是通过风门组合进风可以利用车内的空气，也可以利用车外的空气。再次是空调系统100中鼓风机70可以是一个，也可以是两个。包含一个鼓风机70加风门的分量分配方式，也可以包含一个鼓风机70两个叶轮的风量分配方式，还可以包含两个鼓风机70组合的风量分配方式。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种车辆的空调系统，其特征在于，包括主机壳体、制冷剂回路以及依次设置在所述制冷剂回路上的压缩机、外置冷凝器、内置冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述内置冷凝器、所述蒸发器和所述膨胀阀设置在所述主机壳体的内部，所述压缩机和所述外置冷凝器设置在所述主机壳体的外部。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述外置冷凝器和所述内置冷凝器配置成同时开启或仅开启所述内置冷凝器，以对所述制冷剂回路内的制冷剂进行热交换。

3.根据权利要求2所述的空调系统，其特征在于，

所述主机壳体具有进风口和出风口，且其内部限定有第一腔室和第二腔室，所述第一腔室与所述进风口连通且具有第一开口，所述第二腔室选择性地与所述第一腔室连通且具有第二开口，所述第一开口和所述第二开口均与所述出风口连通，所述蒸发器设置在所述第一腔室内，用于对所述第一腔室内的气体进行制冷；所述内置冷凝器设置所述第二腔室内，用于对所述第二腔室内的气体进行制热，所述空调系统还包括：

第一风门，设置在所述第一开口处；

第二风门，设置在所述第二开口处；

控制器，与所述第一风门和所述第二风门连接，用于控制所述第一风门和所述第二风门的开度，从而调节所述出风口的出风温度。

4.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，还包括：

隔板，位于所述第一腔室和所述第二腔室之间，所述隔板具有第三开口和第四开口，所述第三开口位于所述蒸发器的下游并位于所述内置冷凝器的上游，所述第四开口位于所述蒸发器的上游并位于所述内置冷凝器的上游；

第三风门，设置在所述第三开口处；

第四风门，设置在所述第四开口处；

所述控制器还与所述第三风门和所述第四风门连接，用于控制所述第三风门和所述第四风门的开度，使得所述第一腔室内的气体选择性地进入所述第二腔室内。

5.根据权利要求4所述的空调系统，其特征在于，所述第一腔室具有第五开口，所述第二腔室具有第六开口；所述空调系统还包括：

第五风门，设置在所述第五开口处，用于选择性地开启或关闭，以禁止或允许经由所述蒸发器冷却的所述冷气导出至车辆外部；

第六风门，设置在所述第六开口处，用于选择性地开启或关闭，以禁止或允许经由所述内置冷凝器冷凝放热的所述热气导出至车辆外部；

第七风门，可转动地设置在所述进风口处，所述第七风门配置成在所述控制器的控制下转动，以使得所述空调系统在空调外循环模式、空调内循环模式和空调内外循环模式之间切换。

6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，

所述控制器配置成在车内温度高于车外温度、空调目标制冷量小于所述压缩机处于最低工作转速状态下的制冷量，控制所述第七风门处于空调内循环模式的位置处或处于空调外循环模式的位置处，控制所述第五风门、所述第二风门和所述第三风门关闭，所述第一风门和所述第六风门打开，所述蒸发器和所述内置冷凝器开启，并根据所述蒸发器和所述内置冷凝器的需求风量控制所述第四风门的开度。

7.根据权利要求8所述的空调系统，其特征在于，

所述控制器配置成在车内温度高于车外温度、空调目标制冷量小于所述压缩机处于最低工作转速状态下的制冷量且空调处于除雾模式时，控制所述第七风门处于空调外循环模式的位置处，控制所述第五风门、所述第四风门和所述第六风门关闭，所述第一风门和所述第二风门打开，所述蒸发器和所述内置冷凝器开启，并根据所述蒸发器和所述内置冷凝器的需求风量控制所述第三风门的开度。

8.根据权利要求6所述的空调系统，其特征在于，

所述控制器还配置成在所述第四风门的开度达到第一预设开度且所述内置冷凝器不满足散热需求时控制所述外置冷凝器开启，以使得所述内置冷凝器和所述外置冷凝器共同对经过所述蒸发器的制冷剂进行热交换。

9.根据权利要求7所述的空调系统，其特征在于，

所述控制器还配置成在所述第三风门的开度达到第二预设开度且所述内置冷凝器不满足散热需求时控制所述外置冷凝器开启，以使得所述内置冷凝器和所述外置冷凝器共同对经过所述蒸发器的制冷剂进行热交换。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括如权利要求1-9中任一项所述的空调系统。

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