CN114435069B - 基于二次回风混风的多温区空调箱及热泵系统总成 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于二次回风混风的多温区空调箱及热泵系统总成，基于二次回风混风的多温区空调箱包括壳体、室内换热器、主送风鼓风机、至少一个隔板、至少两个回风风机和至少一个混风比例风门，壳体内设一通风道，室内换热器设于通风道内，将其隔断为第一空腔和第二空腔；主送风鼓风机设于第一空腔内；隔板设于第二空腔内，将其隔断为至少两个并列的混风室；回风风机分别设于对应的混风室内，混风比例风门设于隔板上。一次回风通过室内换热器换热后进入第二空腔，混风比例风门调节各混风室内一次回风的进风比例，再控制回风风机的风量，以在各混风室内实现不同比例的一次回风和二次回风的混风，从而动态调节各温区的出风温度和出风量。

Description

基于二次回风混风的多温区空调箱及热泵系统总成

技术领域

本发明涉及汽车空调技术领域，尤其涉及一种基于二次回风混风的多温区空调箱及热泵系统总成。

背景技术

目前汽车空调多温区系统的实现方式，一般是在空气调节系统(HVAC)空调箱内部按分区情况分隔出多个独立的混风风道，各风道内风量比例是固定的，每个混风风道通过调节各自的混合风门的开度，控制各风道内空气的制冷量和加热量比例(主要有两种形式，全冷后再调节加热风量比例或直接调节制冷和加热的风量比例)，不同的比例冷热量中和后调制出不同的出风温度，从而满足不同温区的温度需求。此方法需要同时冷却和加热各温区的送风空气，然后再冷热混合，存在明显的能量浪费问题。在使用内燃机发动机的传统汽车上应用此方案还有其合理的一面，即传统汽车上空调制冷压缩机的转速和水暖加热的温度是不可控的(都随发动机转速变化)，且水暖加热利用的是发动机的余热，提供热源过程中并不产生额外的能耗，为了方便控制温度，实现各温区的大温差，仅牺牲了部分节油性来保证舒适性。

新能源电动汽车上没有发动机的大功率余热可供利用，如果再采用以上方案，使用一般PTC进行加热，将进一步加剧整车的能量浪费和里程焦虑。部分电动汽车空调专利在此方案基础上做了微调，将传统水暖芯体直接替换成室内冷凝器进行加热，虽然节省掉了加热的额外能耗，保留了大温差分区控制的优势，但是在冷热中和调温过程中电动压缩机仍会产生额外的能耗，没有充分发挥电动压缩机转速可调可控的优势。基于电动压缩机的使用，制冷量完全可按需定量调节，传统通过调节各温区不同需求出风温度(大温差，固定风量分配比例)来保证舒适性的方式，可以通过直接使用车内回风来混风调节各温区出风温度(小温差)和调节各温区出风量的方式来替代。只是目前的多温区空调箱受限于现有的混风结构形式，使用回风混风的比较少，主要原因在于：原全冷后再调节加热风量比例的结构形式，如果不加热以后，也没有回风可用；原直接调节制冷和加热的风量比例的结构形式，不加热后，加热风道部分即为二次回风，可以做到二次回风混风调温(小温差)，但无法做到可调风量，且部分工况蒸发器表面极易结霜。蒸发器被部分遮挡，为防止蒸发器结霜，需降低压缩机转速，制冷量和制冷效率会受到影响，否则压缩机频繁停机，也会造成蒸发温度波动大，舒适性受较大影响。

发明内容

本发明提供了一种基于二次回风混风的多温区空调箱及热泵系统总成，以解决现有混风结构的空调箱存在回风混风时风量和温度不可调的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种基于二次回风混风的多温区空调箱，包括壳体，所述壳体内设有一通风道；所述通风道的两端分别设有与外界连通的进风口和出风口，所述通风道内自所述进风口至所述出风口依次安装有主送风鼓风机、室内换热器和回风风机；其中，

所述室内换热器设于所述通风道内，以将所述通风道自延伸方向隔断为两个空腔，分别为第一空腔和第二空腔；

所述主送风鼓风机位于所述第一空腔内，以在所述第一空腔内形成一次回风或新风；

至少一个隔板设于所述第二空腔，以将所述第二空腔隔断为至少两个混风室；一次回风或新风流经所述室内换热器进行热交换后流向所述混风室；所述第二空腔靠近所述室内换热器一侧的进风端设有混风比例风门，以调节进入每一所述混风室的风量；

至少两个所述混风室分别设有回风风机，使每一设有该回风风机的混风室形成二次回风混风室，所述回风风机用于调节所述二次回风混风室的二次回风量。

可选地，所述通风道的容量自所述进风口至所述出风口逐渐扩大。

可选地，所述混风比例风门转动设于所述隔板，用以封堵或导通所述第一空腔和所述混风室。

可选地，所述回风风机靠近所述混风室的入口，远离所述通风道的出风口设置。

可选地，所述隔板设有两个，两个所述隔板并行设于所述第二空腔内，以在所述第二空腔内形成三个混风室。

本发明还提供一种热泵系统总成，包括如上所述的基于二次回风混风的多温区空调箱，还包括设于所述基于二次回风混风的多温区空调箱外的换热回路，所述换热回路用于加热或制冷所述通风道内的一次回风或新风。

可选地，所述换热回路包括电动压缩机、室外换热器和换向管路；所述电动压缩机、所述室外换热器和所述室内换热器通过所述换向管路依次连通形成第一换热回路；所述电动压缩机、所述室内换热器和所述室外换热器通过所述换向管路依次连通形成第二换热回路。

可选地，所述换向管路包括第一制热电磁热力膨胀阀和第一换向装置；其中，

所述电动压缩机与所述第一换向装置的入口连通，用于提供制冷剂气体；

所述室内换热器的入口与所述第一换向装置的出口连通；

所述室外换热器的入口与所述第一换向装置的出口连通，所述室外换热器的出口与所述室内换热器的入口连通；

所述第一制热电磁热力膨胀阀设于所述室内换热器和所述室外换热器之间；

所述第一换向装置设于所述电动压缩机的出口处，用于连通所述室内换热器或所述室外换热器。

可选地，所述换热回路上还设有气液分离器，所述气液分离器的入口与所述室内换热器的出口连通，所述气液分离器的出口与所述电动压缩机的入口连通。

可选地，所述换热回路还包括第一支路和第二支路，所述第一支路的两端分别连通所述室内换热器和所述室外换热器，所述第二支路的两端分别连通所述室外换热器和所述气液分离器；

所述第一支路上设有第二制热电磁热力膨胀阀和电磁阀，所述电磁阀用于控制所述第一支路的通断；

所述换热回路还包括第二换向装置，所述第二换向装置设于所述气液分离器的入口处，用于连通所述室内换热器或所述室外换热器。

本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：

本发明通过在通风道内设置室内换热器，以在主送风鼓风机工作后，将进风口(即空调箱进风模块处)的一次回风或者新风吸入第一空腔内，然后通过室内换热器进行换热后流入第二空腔内。通过隔板将第二空腔隔断为多个混风室，再通过在隔板上安装混风比例风门，用于改变混风室内的一次回风或新风的进风量，从而调节各混风室内一次回风或新风的比例，然后再通过单独控制各混风室内独立的回风风机的风量，以在各混风室内实现不同比例的一次回风和二次回风的混风，达到可动态调节各温区出风温度和出风量的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中热泵系统总成的结构示意图；

图2为图1中的基于二次回风混风的多温区空调箱制冷时的制冷剂的流向图；

图3为图1中的基于二次回风混风的多温区空调箱制热时的制冷剂的流向图。

附图标记说明：基于二次回风混风的多温区空调箱100、壳体110、第一空腔111、第二空腔112、混风室113、室内换热器120、主送风鼓风机130、隔板140、回风风机150、混风比例风门160、热泵系统总成200、电动压缩机210、室外换热器220、第一换向装置230、电磁阀23、第一制热电磁热力膨胀阀240、气液分离器250、第一支路260、第二支路270、第二换向装置280、第二制热电磁热力膨胀阀290。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1-3所示，本发明的实施例提供一种基于二次回风混风的多温区空调箱100，包括壳体110，所述壳体110内设有一通风道；所述通风道的两端分别设有与外界连通的进风口和出风口，所述通风道内自所述进风口至所述出风口依次安装有主送风鼓风机130、室内换热器120和回风风机150；其中，所述室内换热器120设于所述通风道内，以将所述通风道自延伸方向隔断为两个空腔，分别为第一空腔111和第二空腔112；所述主送风鼓风机130位于所述第一空腔111内，以在所述第一空腔111内形成一次回风或新风。

此处，第一空腔111内的主送风鼓风机130工作后吸入的是一次回风或新风取决于当前的空调箱内外循环模式，内循环时为一次回风，外循环时为新风。

所述壳体内还设有至少一个隔板140和至少一个混风比例风门160，,隔板140设于所述第二空腔112内，以将所述第二空腔112隔断为至少两个混风室113，一次回风或新风流经所述室内换热器120进行热交换后流向所述混风室113；混风比例风门160设于靠近所述室内换热器120一侧的进风端，以调节进入每一所述混风室113的风量；至少两个所述混风室分别设有回风风机150，使每一设有该回风风机150的混风室形成二次回风混风室，所述回风风机150用于调节所述二次回风混风室的二次回风量。

此处，应当注意的是，混风室113的进风端与第一空腔111连通，即朝向室内换热器120，混风室113的出口即通风道的出风口，此处，可将通风道的出风口设置多个，分别对应设在每一混风室上，从而使得每一混风室的出口均与外界有独立的出口，从而对应不同的温区。

通过在通风道内设置室内换热器120，以在主送风鼓风机130工作后，将进风口(即空调箱进风模块)处的一次回风或者新风吸入第一空腔111内，然后通过室内换热器120进行换热后流入第二空腔112内。通过隔板140将第二空腔112隔断为多个混风室113，再通过在隔板140上安装混风比例风门160，用于改变混风室113内的一次回风或新风的进风量，从而调节各混风室113内一次回风或新风的比例，然后再通过单独控制各混风室113内独立的回风风机150的风量，以在各混风室113内实现不同比例的一次回风(或新风)和二次回风的混风，达到可动态调节各温区出风温度和出风量的目的，图1中箭头表示风的方向。

本实施例中，参照图1所示，设置两个隔板140，并行设于所述第二空腔112内，将第二空腔112隔成三个混风室113，分别为第一二次回风混风室113、第二二次回风混风室113和第三二次回风混风室113，在两个隔板140上设置分别设置混风比例风门160。以本实施例为例进行说明，主送风鼓风机130工作后，将空调箱进风模块处的一次回风或新风吸入第一腔体后，进入室内换热器120进行换热，一次回风(新风)全面且均匀的流过室内换热器120，进行充分且高效的换热，流出室内换热器120后，在两个混风比例风门160的共同作用下，风量被分配成2：4：3的比例，分别流入第一二次回风混风室113、第二二次回风混风室113和第三二次回风混风室113，三个混风室113内的二次回风风机150的二次回风风量比例为2：0：1，两者在混风室113充分混合后，各温区风道对应的混风室113最终的出风风量比例为1：1：1。上述的风量比例仅为方便说明空调箱内空气流场，实际比例可根据具体需求动态调节。由于各混风室113内的一次回风和二次回风的风量比例不同，混合后，实现了各混风室113最终出风温度的不同。

进一步地，所述通风道的容量自所述进风口至所述出风口逐渐扩大。通过将通风道设置为自进风口到出风口为一个渐扩的通道，有利于混风比例风门160对第一空腔111流入到第二空腔112内的一次回风或新风进行精细分流。

进一步地，所述混风比例风门160转动设于所述隔板140，用以封堵或导通所述第一空腔111和所述混风室113。通过设置混风比例风门160与隔板140通过转动接连实现较大的角度调节，有利于混风比例风门160在调节一次回风或新风的进风量时能进行大跨度的分流。

进一步地，所述回风风机150靠近所述混风室113的入口，远离所述通风道的出风口设置。这样设计，可以使得回风风机150距离混风室113的出口有一定的距离间隔，从而在回风风机150吸入二次回风进入混风室后能与经过室内换热器加热或制冷后的一次回风或新风充分混合，形成温度适宜的新风。同时，回风风机150可以根据需求进行调节开关及具体的风量。

值得注意的是，在本实施例中，壳体内只设有所述主送风鼓风机130，通风道被室内换热器120完全隔断，且无其他旁通通道，即一次回风或新风由主送风鼓风机130送入渐扩的第一空腔后，完全经过室内换热器120进行换热。室内换热器120是空调箱内唯一的换热器。

基于二次回风混风的多温区空调箱100相较于现有技术，保留了一次全冷或全热的结构，同时加入二次回风结构，既不浪费换热器面积，又在保证舒适度的前提下，更加节能。由于常规汽车空调制冷时制冷剂蒸发温度在0-5度左右，露点送风除湿能力远超需求(降温合适时)，会导致车内空气干燥，本发明采用二次回风可变风量调节，还能解决传统空调内空气干燥的问题。

本发明还提供一种热泵系统总成200，热泵系统总成200包括如上所述的基于二次回风混风的多温区空调箱100，只要包含所述基于二次回风混风的多温区空调箱100的热泵系统总成200都属于本发明所保护的热泵系统总成200。

参照图1-3所示，热泵系统总成200还包括与所述基于二次回风混风的多温区空调箱100连通的换热回路，所述换热回路用于加热或制冷所述通风道内的一次回风或新风。

通过在基于二次回风混风的多温区空调箱100外连通换热回路，可以为经过室内换热器120的一次回风或新风实现加热或制冷，具体取决于热泵系统总成200的工作模式。

进一步地，所述换热回路包括电动压缩机210、室外换热器220和换向管路；所述电动压缩机210、所述室外换热器220和所述室内换热器通120过所述换向管路依次连通形成第一换热回路；所述电动压缩机210、所述室内换热器120和所述室外换热器220通过所述换向管路依次连通形成第二换热回路。

具体地，所述换向管路包括第一制热电磁热力膨胀阀240和第一换向装置230；其中，所述电动压缩机210与所述第一换向装置230的入口连通，用于提供制冷剂气体；所述室内换热器120的入口与所述第一换向装置230的出口连通；所述室外换热器220的入口与所述第一换向装置230的出口连通，所述室外换热器220的出口与所述室内换热器120的入口连通；所述第一制热电磁热力膨胀阀240设于所述室内换热器120和所述室外换热器220之间；所述第一换向装置230设于所述电动压缩机210的出口处，用于连通所述室内换热器120或所述室外换热器220。

电动压缩机210排出高温高压的制冷剂气体，当基于二次回风混风的多温区空调箱100需要制热时，高温高压的制冷剂气体通过第一换向装置230与室内换热器230连通，高温高压的制冷剂气体进入室内换热器120对空调箱内的一次回风或者新风进行放热，使一次回风或新风的温度升高，高温高压的制冷剂气体具体走向参照图3中所示的箭头方向，即第二换热回路。当基于二次回风混风的多温区空调箱100需要制冷时，高温高压的制冷剂气体通过第一换向装置230与室外换热器220连通，高温高压的制冷剂气体进入室外换热器220对环境空气进行放热，降温后变成液体进入室内换热器120进行吸热，对空调箱内的一次回风或新风进行降温冷却，高温高压的制冷剂气体具体走向参照图2中所示的箭头方向，即第一换热回路。

通过设置第一制热电磁热力膨胀阀240，可以对液体制冷剂进行节流降压，可以使得高温高压的制冷剂气体经过室外换热器220对环境空气放热变成的液体被节流降压后变成低温低压的气液二相流进入室内换热器120进行吸热，对一次回风或新风的吸热效果更好。

进一步地，所述换热回路上还设有气液分离器250，所述气液分离器250的入口与所述室内换热器120的出口连通，所述气液分离器250的出口与所述电动压缩机210的入口连通。

吸热后的制冷剂变成次低温低压的气体，通过设置气液分离器250，可以使得气态制冷剂中携带的少许液体制冷剂和压缩机冷冻油被分离在气液分离器250中，次低温低压的气态制冷剂则被重新吸入压缩机被压缩成高温高压的气态制冷剂，从而使得换热回路中制冷时的制冷剂可以循环利用。

进一步地，所述换热回路还包括第一支路260和第二支路270，所述第一支路260的两端分别连通所述室内换热器120和所述室外换热器220，所述第二支路270的两端分别连通所述室外换热器220和所述气液分离器250；所述第一支路260上设有第二制热电磁热力膨胀阀290和电磁阀231，所述电磁阀231用于控制所述第一支路260的通断；所述换热回路还包括第二换向装置280，所述第二换向装置280设于所述气液分离器250的入口处，用于连通所述室内换热器120或所述室外换热器220。

通过在换热回路上设置第一支路260和第二支路270，通过第一支路260连通室内换热器120和室外换热器220，第二支路270连通室外换热器220和气液分离器250，可以使得当空调箱制热时，放热后的制冷剂变成液体，通过第一支路260流入室外换热器220，对环境空气进行吸热，吸热后的制冷剂变成次低温低压的气体再通过第二支路270流入气液分离器250中，气态制冷剂中携带的少许液态制冷剂和压缩机冷冻油被分离在气液分离器250中，次低温低压的气态制冷剂则被重新吸入压缩机被压缩成高温高压的气态制冷剂。通过设置第一支路260和第二支路270，使得换热回路中制热时的制冷剂可以循环利用。

同理，在第一支路260上设置第二制热电磁热力膨胀阀290，可以对液体制冷剂进行节流降压，可以使得高温高压的制冷剂气体经过室内换热器120对一次回风或新风放热变成的液体被节流降压后变成低温低压的气液二相流进入室外换热器220进行吸热，对环境空气的吸热效果更好，从而更快的变成气体回到电动压缩机210内。

具体地，所述第一换向装置230和所述第二换向装置280均可以设置为三通阀。通过设置第一换向装置230和第二换向装置280均为三通阀，可以改变电动压缩机210与室内换热器120还是室外换热器220连通的通路，可以根据空调箱的制热或制冷需求，控制三通阀的不同阀门之间的通断，从而控制高温高压的冷却剂气体是先进入室内换热器120内放热，还是想进入室外换热器220中放热冷却后再进入室内换热器120中吸热制冷。

当然，在本实施例中，第一换向装置230设置为在电动压缩机210的出口处为主回路，然后分出两条支路，分别连通室内换热器120和室外换热器220，然后在两条支路上分别设置一个电磁阀231，通过控制电磁阀231的开关来控制电动压缩机210与室内换热器120和室外换热器220的通断。同理，第二换向装置280也为在固液分离器入口处设置的两条支路，分别连通室内换热器120的出口和室外换热器220的出口，在两条支路上分别设置一个电磁阀231，从而控制固液分离器与室内换热器120或室外换热器220的通断。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于二次回风混风的多温区空调箱，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设有一通风道；所述通风道的两端分别设有与外界连通的进风口和出风口，所述通风道内自所述进风口至所述出风口依次安装有主送风鼓风机、室内换热器和回风风机；其中，

所述室内换热器设于所述通风道内，以将所述通风道自延伸方向隔断为两个空腔，分别为第一空腔和第二空腔；

所述主送风鼓风机位于所述第一空腔内，以在所述第一空腔内形成一次回风或新风；

至少一个隔板设于所述第二空腔，以将所述第二空腔隔断为至少两个混风室；一次回风或新风流经所述室内换热器进行热交换后流向所述混风室；所述第二空腔靠近所述室内换热器一侧的进风端设有混风比例风门，以调节进入每一所述混风室的风量；

至少两个所述混风室分别设有回风风机，使每一设有该回风风机的混风室形成二次回风混风室，所述回风风机用于调节所述二次回风混风室的二次回风量。

2.根据权利要求1所述的基于二次回风混风的多温区空调箱，其特征在于，所述通风道的容量自所述进风口至所述出风口逐渐扩大。

3.根据权利要求1所述的基于二次回风混风的多温区空调箱，其特征在于，所述混风比例风门转动设于所述隔板，用以封堵或导通所述第一空腔和所述混风室。

4.根据权利要求1所述的基于二次回风混风的多温区空调箱，其特征在于，所述回风风机靠近所述混风室的入口，远离所述通风道的出风口设置。

5.根据权利要求1所述的基于二次回风混风的多温区空调箱，其特征在于，所述隔板设有两个，两个所述隔板并行设于所述第二空腔内，以在所述第二空腔内形成三个混风室。

6.一种热泵系统总成，其特征在于，包括如权利要求1所述的基于二次回风混风的多温区空调箱，还包括设于所述基于二次回风混风的多温区空调箱外的换热回路，所述换热回路用于加热或制冷所述通风道内的一次回风或新风。

7.根据权利要求6所述的热泵系统总成，其特征在于，所述换热回路包括电动压缩机、室外换热器和换向管路；所述电动压缩机、所述室外换热器和所述室内换热器通过所述换向管路依次连通形成第一换热回路；所述电动压缩机、所述室内换热器和所述室外换热器通过所述换向管路依次连通形成第二换热回路。

8.根据权利要求7所述的热泵系统总成，其特征在于，所述换向管路包括第一制热电磁热力膨胀阀和第一换向装置；其中，

所述电动压缩机与所述第一换向装置的入口连通，用于提供制冷剂气体；

所述室内换热器的入口与所述第一换向装置的出口连通；

所述室外换热器的入口与所述第一换向装置的出口连通，所述室外换热器的出口与所述室内换热器的入口连通；

所述第一制热电磁热力膨胀阀设于所述室内换热器和所述室外换热器之间；

所述第一换向装置设于所述电动压缩机的出口处，用于连通所述室内换热器或所述室外换热器。

9.根据权利要求8所述的热泵系统总成，其特征在于，所述换热回路上还设有气液分离器，所述气液分离器的入口与所述室内换热器的出口连通，所述气液分离器的出口与所述电动压缩机的入口连通。

10.根据权利要求9所述的热泵系统总成，其特征在于，所述换热回路还包括第一支路和第二支路，所述第一支路的两端分别连通所述室内换热器和所述室外换热器，所述第二支路的两端分别连通所述室外换热器和所述气液分离器；

所述第一支路上设有第二制热电磁热力膨胀阀和电磁阀，所述电磁阀用于控制所述第一支路的通断；

所述换热回路还包括第二换向装置，所述第二换向装置设于所述气液分离器的入口处，用于连通所述室内换热器或所述室外换热器。