CN202303732U - 一种基于车载空调系统的直膨式太阳能加热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于车载空调系统的直膨式太阳能加热系统，包括：压缩机、冷凝器芯体、膨胀阀和蒸发器芯体，还包括三个四通换向阀、一个三通阀和一个太阳能集热器；所述第一四通换向阀安装在所述压缩机与所述冷凝器芯体和所述蒸发器芯体之间；所述三通阀的第一端与所述冷凝器芯体相连，第二端和第三端分别和所述太阳能集热器及所述第二四通换向阀相连；所述第三四通换向阀安装在所述膨胀阀与所述第二四通换向阀和所述蒸发器芯体之间。本实用新型通过控制所述四通换向阀而改变冷凝剂流向，并利用太阳能进行加热，可有效加快车辆加热速度，提高加热效率，充分利用车载空调系统，提高车辆舒适性。

Description

一种基于车载空调系统的直膨式太阳能加热系统

技术领域

本实用新型涉及一种车载加热系统，尤其是涉及一种基于车载空调系统的直膨式太阳能加热系统。

背景技术

目前，在周围环境温度较低时，汽车的制热系统一般是通过将发动机运转所产生的热量转移至加热器芯体，吸气加热，由鼓风机将产生的热风吹至车厢内完成。但在我国东北西北等高寒高太阳辐射地区，冬季温度极低，汽车在低温环境下的加热工况通常比较恶劣，普通的车辆在此工况下车舱加热性能比较差，这样的情况主要是由车辆启动阶段，发动机冷缸启动，冷却水温度低，达不到理想的温度，单靠传统加热器温升不够所致；另外一方面，汽车空调制冷系统在低温工况下不工作，浪费了宝贵的换热面积，汽车空调制冷系统的单季节应用，效率也比较低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，是提供一种基于车载空调系统的直膨式太阳能加热系统，克服空调制冷系统单季节应用的不足，提高低温环境下汽车制热系统的送风温度。

为实现上述目的，本实用新型采取了以下设计方案：

本实用新型提供的一种基于车载空调系统的直膨式太阳能加热系统，包括：压缩机、冷凝器芯体、膨胀阀和蒸发器芯体，还包括三个四通换向阀、一个三通阀和一个太阳能集热器。

所述第一四通换向阀安装在所述压缩机与所述冷凝器芯体和所述蒸发器芯体之间；该第一四通换向阀在制冷状态下，将从所述压缩机流出的高温高压的制冷剂流入所述冷凝器芯体，将从所述蒸发器芯体流出的制冷剂流回所述压缩机；在制热状态下，将从所述压缩机流出的高温高压的制冷剂流入所述蒸发器芯体，将从所述冷凝器芯体流出的制冷剂流回所述压缩机。

所述三通阀的第一端与所述冷凝器芯体相连，第二端和第三端分别和所述太阳能集热器及所述第二四通换向阀相连；所述三通阀和第二四通换向阀配合，在制冷状态下，将从所述冷凝器芯体流出的冷却后的制冷剂流向所述第二四通换向阀，在制热状态下，将从所述第二四通换向阀流出的制冷剂流向所述太阳能集热器进行加热，加热后的制冷剂通过所述三通阀流入所述冷凝器芯体。

所述第三四通换向阀安装在所述膨胀阀与所述第二四通换向阀和所述蒸发器芯体之间；该第三四通换向阀在制冷状态下，将从所述第二四通换向阀流出的制冷剂流向所述膨胀阀，再将从所述膨胀阀流出的节流后的制冷剂流向所述蒸发器芯体；在制热状态下，将从所述蒸发器芯体加热后的制冷剂流向所述膨胀阀，再将从所述膨胀阀流出的节流后的制冷剂流向所述第二四通换向阀。

优选地，所述太阳能加热系统还包括发动机和加热芯体，所述发动机与所述压缩机和所述加热芯体分别相连，为所述压缩机和所述加热芯体提供能量。

优选地，所述第一四通换向阀采用具有两个上位通道和两个下位通道的四通换向阀。在制冷状态下：上位的第一通道将所述压缩机的制冷剂出口与所述冷凝器芯体的入口相连，上位的第二通道将所述压缩机的制冷剂入口与所述蒸发器芯体的出口相连；在制热状态下：下位的第一通道将所述压缩机的制冷剂出口与所述蒸发器芯体的入口相连，下位的第二通道将所述压缩机的制冷剂入口与所述冷凝器芯体的出口相连。

优选地，所述第二四通换向阀和第三四通换向阀也采用具有两个上位通道和两个下位通道的四通换向阀。所述第二四通换向阀在制冷时：上位的第一通道的一端与所述太阳能集热器相连，另一端封闭；所述第二四通换向阀上位的第二通道将所述三通阀的第三端与所述第三四通换向阀上位的第一通道相连；所述第二四通换向阀在制热时：下位的第一通道将所述太阳能集热器与所述第三四通换向阀下位的第一通道相连；所述第二四通换向阀下位的第二通道的一端与所述三通阀的第三端相连，另一端封闭。

所述第三四通换向阀在制冷时：上位的第一通道将所述第二四通换向阀上位的第二通道与所述膨胀阀的入口相连；上位的第二通道将所述膨胀阀的出口与所述蒸发器芯体的入口相连；所述第三四通换向阀在制热时：下位的第一通道将所述膨胀阀的出口与所述第二四通换向阀下位的第一通道相连，下位的第二通道将所述蒸发器芯体的出口与所述膨胀阀的入口相连。

优选地，所述太阳能加热系统还包括安装在所述冷凝器芯体附近的散热冷却风扇和安装在所述蒸发器芯体附近的鼓风机。

优选地，所述太阳能加热系统采用空调控制单元控制三个所述四通换向阀。

优选地，所述太阳能集热装置为安装在车辆顶部的多片管板式太阳能集热器，该加热器包括具有黑色镀层的太阳能集热板和安装在太阳能集热板的另一面弯曲的制冷剂输送管。

本实用新型在现有车载空调系统基础上，通过增加三个四通换向阀、一个三通阀和一个太阳能集热器，反向利用制冷循环，车厢充分利用了环境热能，热效率高；加热工况下，能够迅速提高低温气候下的车厢内温度，提高了乘客舒适度。

附图说明

图1为现有汽车空调系统示意图；

图2为本实用新型的直膨式太阳能加热系统在制冷状态下的连接图；

图3为图2所示的直膨式太阳能加热系统在制热状态下的连接图；

图4为图2中多片管板式太阳能集热器结构示意图。

具体实施方式

图1为现有汽车空调系统示意图，包括制冷和制热两个部分。其中制冷部分包括压缩机1，从压缩机1的制冷剂出口依次连接着冷凝器芯体3、膨胀阀8、蒸发器芯体9，再连接到压缩机1的制冷剂入口，构成制冷剂流动的通路。在冷凝器芯体3附近设置散热冷却风扇10，负责散热，在蒸发器芯体9附近设置鼓风机11，负责将冷风吹送至车厢内。制热部分主要由安装在蒸发器芯体9附近的加热器芯体13对空气进行加热，并由附近的鼓风机11将热空气吹送至车厢内。如图1所示，制冷用的压缩机1和制热用的加热器芯体13均与一个发动机12相连。发动机12为压缩机1和加热器芯体13提供能量，以驱动它们工作。

图2和图3示出了本实用新型的直膨式太阳能加热系统的一种优选实施例。本实施例是在图1所述的空调制冷系统结构基础上，除了包括图1所示汽车空调系统的压缩机1，冷凝器芯体3、膨胀阀8、蒸发器芯体9和发动机12外(图2和图3中，由于与现有技术相同，省略了发动机12以及发动机12与压缩机1之间的连接线)，还增加了三个四通换向阀、一个三通阀和一个太阳能集热器。

其中，第一四通换向阀2安装在压缩机1与冷凝器芯体3和蒸发器芯体9之间。该第一四通换向阀2在制冷状态下，将从压缩机1流出的高温高压的制冷剂流入冷凝器芯体3，将从蒸发器芯体9流出的制冷剂流回压缩机1；在制热状态下，将从压缩机1流出的高温高压的制冷剂流入蒸发器芯体9，将从冷凝器芯体3流出的制冷剂流回压缩机1。

具体地，本实施例的第一四通换向阀2为具有两个上位通道和两个下位通道的四通换向阀。其中，在制冷状态下：上位的第一通道将压缩机1的制冷剂出口与冷凝器芯体3的入口相连，上位的第二通道将压缩机1的制冷剂入口与蒸发器芯体9的出口相连。在制热状态下：下位的第一通道将压缩机1的制冷剂出口与蒸发器芯体9的入口相连，下位的第二通道将压缩机1的制冷剂入口与冷凝器芯体3的出口相连。

三通阀4的第一端与冷凝器芯体3相连，第二端和第三端分别与太阳能集热器5及第二四通换向阀6相连。其中三通阀4和第二四通换向阀6配合，在制冷状态下，将从冷凝器芯体3流出的冷却后的制冷剂流向第二四通换向阀6；在制热状态下，将从第二四通换向阀6流出的制冷剂流向太阳能集热器5进行加热，加热后的制冷剂通过三通阀4流入冷凝器芯体3。

第三四通换向阀7安装在膨胀阀8与第二四通换向阀6和蒸发器芯体9之间。该第三四通换向阀7在制冷状态下，将从第二四通换向阀6流出的制冷剂流向膨胀阀8，再将从膨胀阀8流出的节流后的制冷剂流向蒸发器芯体9；在制热状态下，将从蒸发器芯体9加热后的制冷剂流向膨胀阀8，再将从膨胀阀8流出的节流后的制冷剂流向第二四通换向阀6。

具体地，本实施例中的第二四通换向阀6和第三四通换向阀7也采用具有两个上位通道和两个下位通道的四通换向阀。其中，第二四通换向阀6在制冷时：上位的第一通道的一端与太阳能集热器5相连，另一端封闭，因此，流到所述太阳能集热器5的制冷剂受到阻止，此时制冷剂在所述太阳能集热器5中无法流动，并不工作；第二四通换向阀6的上位的第二通道将三通阀4的第三端与第三四通换向阀7上位的第一通道相连。第二四通换向阀6在制热时：下位的第一通道将太阳能集热器5与第三四通换向阀7下位的第一通道相连；第二四通换向阀6下位的第二通道的一端与三通阀4的第三端相连，另一端封闭。

第三四通换向阀7在制冷时：上位的第一通道将第二四通换向阀6上位的第二通道与膨胀阀8的入口相连；上位的第二通道将膨胀阀8的出口与蒸发器芯体9的入口相连。第三四通换向阀7在制热时：下位的第一通道将膨胀阀8的出口与第二四通换向阀6下位的第一通道相连，下位的第二通道将蒸发器芯体9的出口与膨胀阀8的入口相连。

以下对制冷状态下和制热状态下制冷剂的流向进行详细的说明。

在制冷状态下，第一-第三四通换向阀都使用上位两个通道。高温高压的制冷剂从压缩机1流出，经第一四通换向阀2上位的第一通道流入冷凝器芯体3进行冷却；经冷凝器芯体3冷却后的制冷剂经三通阀4、第二四通换向阀6上位的第二通道和第三四通换向阀7上位的第一通道流入膨胀阀8；经膨胀阀8节流后的制冷剂再经第三四通换向阀7上位的第二通道流入蒸发器芯体9与空气进风进行换热；经蒸发器芯体9换热后的制冷剂再经第一四通换向阀2上位的第二通道流回压缩机1。

在制热状态下，例如：在低温高太阳辐射的高纬度地区，需要进行太阳能集热的工况下，第一-第三四通换向阀同时进行切换，切换为都使用下位两个通道。这时，压缩机1通过发动机12(图2、图3中未示出)的驱动在低温工况下启动，对流经的气态制冷剂进行绝热压缩，在通常汽车运行城市工况下压力可达到1.6MPa，温度达到90度以上，所以是“高温高压”的气体，本实用新型利用了这部分能量。高温高压的制冷剂从压缩机1流出，经第一四通换向阀2下位的第一通道流入蒸发器芯体9对进风加热；经蒸发器芯体9对进风加热冷却后的制冷剂通过第三四通换向阀7的下位的第二通道流入膨胀阀8；经膨胀阀8节流后的制冷剂再经第三四通换向阀7下位的第一通道、第二四通换向阀6下位的第一通道流入太阳能集热器5；在太阳能集热器5中，制冷剂与太阳能集热板接触，在低温环境下吸收太阳辐射能，变为过热蒸汽；过热蒸汽状的制冷剂再通过三通阀4流入冷凝器芯体3与空气进行换风加热，并由散热冷却风扇10将热风吹至车厢内；经换风加热后冷却的制冷剂通过第一四通换向阀下位的第二通道流回压缩机1。

另外，本实施例中为了进一步提高制热效果，保留了现有技术中的加热器芯体(图2、图3中未示出)。与现有技术相同，本实施例中的加热器芯体13也是与发动机12相连(图2、图3中未示出)，安装在蒸发器芯体9附近，这里不再重复说明。

与现有技术相同，本实施例中也可以在蒸发器芯体和/或加热器芯体附近安装鼓风机，将制冷后的空气或制热后的空气吹送至车厢内。

本实施例中，三个四通换向阀的同时切换可以通过空调控制单元ECC电子模块的内置算法进行逻辑判断，依据现有传感器进行温度压力检测，通过控制三个四通换向阀同时换向来控制制冷剂通断和流向。

本实施例中的太阳能集热器可以安装在车辆顶部，具体可以采用多片管板式太阳能集热器来实现。如图4所示，多片管板式太阳能集热器包括具有黑色镀层的太阳能集热板51和弯曲的制冷剂输送管52。太阳能集热板51具有黑色镀层的一面面向太阳，弯曲的制冷剂输送管52安装在太阳能集热板51的另一面。制冷剂输送管52具有一个制冷剂入口53和制冷剂出口54。制冷剂从所述制冷剂入口53进入制冷剂循环管52中，所述太阳能集热板51上的黑色镀层吸收太阳能，将输送管52中的制冷剂加热，经加热后的制冷剂气液两相由制冷剂出口54流出。

这里采用“直膨式”的命名，是因为低温低压的制冷剂节流通过膨胀阀出口后直接进入集热元件，集热效率较高。太阳能集热板的作用是利用低温的制冷剂吸收太阳辐射热能，通过能量守恒的原理将其送至车厢起到辅助加热的作用，从太阳能集热板出来的过热蒸汽吸收了太阳辐射的能量，被直接吸入压缩机进行绝热压缩升温，再通过蒸发器散热，将能量排入车厢。

上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (8)

1.一种基于车载空调系统的直膨式太阳能加热系统，包括：压缩机、冷凝器芯体、膨胀阀和蒸发器芯体，其特征在于：还包括三个四通换向阀、一个三通阀和一个太阳能集热器；

所述第一四通换向阀安装在所述压缩机与所述冷凝器芯体和所述蒸发器芯体之间；该第一四通换向阀在制冷状态下，将从所述压缩机流出的高温高压的制冷剂流入所述冷凝器芯体，将从所述蒸发器芯体流出的制冷剂流回所述压缩机；在制热状态下，将从所述压缩机流出的高温高压的制冷剂流入所述蒸发器芯体，将从所述冷凝器芯体流出的制冷剂流回所述压缩机；

所述三通阀的第一端与所述冷凝器芯体相连，第二端和第三端分别和所述太阳能集热器及所述第二四通换向阀相连；所述三通阀和第二四通换向阀配合，在制冷状态下，将从所述冷凝器芯体流出的冷却后的制冷剂流向所述第二四通换向阀，在制热状态下，将从所述第二四通换向阀流出的制冷剂流向所述太阳能集热器进行加热，加热后的制冷剂通过所述三通阀流入所述冷凝器芯体；

所述第三四通换向阀安装在所述膨胀阀与所述第二四通换向阀和所述蒸发器芯体之间；该第三四通换向阀在制冷状态下，将从所述第二四通换向阀流出的制冷剂流向所述膨胀阀，再将从所述膨胀阀流出的节流后的制冷剂流向所述蒸发器芯体；在制热状态下，将从所述蒸发器芯体加热后的制冷剂流向所述膨胀阀，再将从所述膨胀阀流出的节流后的制冷剂流向所述第二四通换向阀。

2.根据权利要求1所述的太阳能加热系统，其特征在于：还包括发动机和加热芯体；

所述发动机与所述压缩机和所述加热芯体分别相连，为所述压缩机和所述加热芯体提供能量。

3.根据权利要求2所述的太阳能加热系统，其特征在于：所述第一四通换向阀采用具有两个上位通道和两个下位通道的四通换向阀；

在制冷状态下：上位的第一通道将所述压缩机的制冷剂出口与所述冷凝器芯体的入口相连，上位的第二通道将所述压缩机的制冷剂入口与所述蒸发器芯体的出口相连；

在制热状态下：下位的第一通道将所述压缩机的制冷剂出口与所述蒸发器芯体的入口相连，下位的第二通道将所述压缩机的制冷剂入口与所述冷凝器芯体的出口相连。

4.根据权利要求3所述的太阳能加热系统，其特征在于，所述第二四通换向阀和第三四通换向阀也采用具有两个上位通道和两个下位通道的四通换向阀；

所述第二四通换向阀在制冷时：上位的第一通道的一端与所述太阳能集热器相连，另一端封闭；所述第二四通换向阀上位的第二通道将所述三通阀的第三端与所述第三四通换向阀上位的第一通道相连；

所述第二四通换向阀在制热时：下位的第一通道将所述太阳能集热器与所述第三四通换向阀下位的第一通道相连；所述第二四通换向阀下位的第二通道的一端与所述三通阀的第三端相连，另一端封闭；

所述第三四通换向阀在制冷时：上位的第一通道将所述第二四通换向阀上位的第二通道与所述膨胀阀的入口相连；上位的第二通道将所述膨胀阀的出口与所述蒸发器芯体的入口相连；

所述第三四通换向阀在制热时：下位的第一通道将所述膨胀阀的出口与所述第二四通换向阀下位的第一通道相连，下位的第二通道将所述蒸发器芯体的出口与所述膨胀阀的入口相连。

5.根据权利要求3所述的太阳能加热系统，其特征在于：还包括安装在所述冷凝器芯体附近的散热冷却风扇和安装在所述蒸发器芯体附近的鼓风机。

6.根据权利要求1-5任一项所述的太阳能加热系统，其特征在于：还包括控制三个所述四通换向阀同时换向的空调控制单元。

7.根据权利要求1-5任一项所述的太阳能加热系统，其特征在于：所述太阳能集热装置为安装在车辆顶部的多片管板式太阳能集热器。

8.根据权利要求7所述的太阳能加热系统，其特征在于：所述多片管板式太阳能集热器包括：具有黑色镀层的太阳能集热板和安装在太阳能集热板的另一面弯曲的制冷剂输送管。

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