CN206914099U - 一种汽车空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种汽车空调系统，包括：压缩机、车外冷凝器、第一节流元件、三通阀、第一二通阀、第二二通阀、车内冷凝器、车内蒸发器；压缩机的出口与三通阀的入口连接；三通阀的第一出口、车外冷凝器和第一二通阀通过第一三通管连接；压缩机的入口、车内蒸发器和第一二通阀通过第二三通管连接；三通阀的第二出口与所述车内冷凝器连接；第一节流元件、车内冷凝器和第二二通阀通过第三三通管连接；第一节流元件与车外冷凝器连接，第二二通阀与车内蒸发器连接。根据本实用新型方案通过三通阀、二通阀的切换实现制冷、制热、除湿、化霜等模式；车内两个换热器分别在制冷、制热模式下独立使用；只使用一个节流元件，元件利用率高。

Description

一种汽车空调系统

技术领域

本实用新型涉及汽车空调领域，尤其涉及一种汽车空调系统。

背景技术

现有的绝大多数电动汽车空调系统冬季采暖完全采用PTC电加热，取代原来的发动机作为热量的来源。但是，由于作为制热直接能量来源的PTC的效率低、功率大；冬季在制热模式下，空调系统会耗费大量电能，导致大大缩短了电动汽车的续航里程。目前热泵空调系统只有一个冷凝器和一个蒸发器，直接将其用在汽车上，存在制冷模式切换到制热模式时蒸发器上凝结水蒸发，吹到车内会造成车窗玻璃结雾；另一方面，热泵空调系统一般通过四通阀实现制冷模式和制热模式的切换，但在汽车上由于振动比较大，对元器件要求高，四通阀在振动情况下有串气隐患，目前尚未出现在汽车空调系统使用的四通阀。

为解决上述问题，目前应用较多的三换热器热泵汽车空调系统，图1示出了现有的三换热器汽车热泵空调系统的结构示意图。如图1所示，该空调系统包括压缩机71、汽液分离器72、第一二通阀73、第一节流元件74、车内蒸发器75、PTC辅助电加热装置76、车内冷凝器77、第二二通阀78、第二节流元件79、车外冷凝器81、冷凝风扇82。其缺点在于：①为实现制冷模式和制热模式的切换，该空调系统设有两个节流元件，但制冷模式和制热模式下分别只使用其中一个节流元件，而另一个节流元件就空闲下来，造成成本的浪费；②车外冷凝器在制冷模式和制热模式下制冷剂不换向，造成制冷模式和制热模式下车外冷凝器的流路相同，由于制冷模式和制热模式下的车外冷凝器流路差异较大，只有一种流路就只能保证制冷或者制热模式中一种工作模式的效果，或者采用折中方案，造成车外冷凝器的能力不能充分发挥，效率较低；③低温工况下，在汽车行驶过程中出现车外冷凝器结霜需要化霜时，由于一直有迎面风速，压缩机高温制冷剂进入车外冷凝器很快就会被冷凝，无法完成有效化霜，导致化霜时间长而且效果差，大大降低了空调系统的制热性能和舒适性；④制热用的车内冷凝器较小，换热面积不足。

实用新型内容

因此，为解决现有技术中车外冷凝器在制冷模式和制热模式下制冷剂不换向造成车外冷凝器的能力不能充分发挥的问题，本实用新型提供一种汽车空调系统。

本实用新型一方面提供了一种汽车空调系统，包括：压缩机、车外冷凝器、第一节流元件、三通阀、第一二通阀、第二二通阀、车内冷凝器、车内蒸发器；所述压缩机的出口与所述三通阀的入口连接；所述三通阀的第一出口、所述车外冷凝器和所述第一二通阀通过第一三通管连接；所述压缩机的入口、所述车内蒸发器和所述第一二通阀通过第二三通管连接；所述三通阀的第二出口与所述车内冷凝器连接；所述第一节流元件、所述车内冷凝器和所述第二二通阀通过第三三通管连接；所述第一节流元件与所述车外冷凝器连接，所述第二二通阀与所述车内蒸发器连接；所述车内冷凝器和车内蒸发器布置在所述汽车空调系统箱体内；所述车内冷凝器在制热模式下工作，在制冷模式下不工作；所述车内蒸发器在制冷模式下工作，在制热模式下不工作。

可选地，所述车内冷凝器与所述第三三通管之间连接的管路上设有止回阀。

可选地，所述压缩机的入口与所述第一节流元件通过设有第三二通阀的管路连接。

可选地，所述三通阀的第二出口与所述车内冷凝器连接的管路，与所述车内冷凝器与所述第三三通管连接的管路之间通过设有第四二通阀的管路连接。

可选地，所述车外冷凝器与所述第一节流元件之间设有闪发器和第二节流元件，所述第二节流元件与所述车外冷凝器连接，所述第二节流元件与所述闪发器连接，所述闪发器与所述压缩机之间通过控制阀连接；所述控制阀为二通阀或止回阀。

可选地，所述车外冷凝器的迎风侧设有进气格栅。

可选地，所述汽车空调系统箱体的风道内设有加热装置，用于加热流经所述加热装置的空气。

可选地，所述加热装置部分遮挡所述风道；所述风道内还设有冷暖风门，通过控制所述冷暖风门的开启位置可以使空气流出所述箱体之前不经过所述加热装置或者部分经过所述加热装置或者全部经过所述加热装置。

可选地，所述车内冷凝器和车内蒸发器并列布置在所述汽车空调系统箱体的风道内，所述车内蒸发器布置在所述风道的迎风侧，所述车内冷凝器布置在所述风道的背风侧。

可选地，所述车内冷凝器和车内蒸发器尺寸相同。

本实用新型的技术方案具有如下有益效果：

1.具有车外冷凝器、车内冷凝器和车内蒸发器三个换热器，通过三通阀、二通阀及相关管路的组合切换实现制冷、制热、除湿、化霜等模式，不需要四通阀换向，各模式切换不需要压缩机停机，系统响应速度快。

2.制冷、制热模式下制冷剂分别经过车内蒸发器和车内冷凝器，车内两个换热器在制冷、制热模式下不会重复使用，避免车内换热器既作冷凝器又作蒸发器的情况，进而避免制冷模式蒸发器凝结水在转制热模式时蒸发吹到车内引起车窗玻璃起雾的问题。

3.在车内冷凝器的一端设有止回阀，在制冷模式下通过止回阀，可以防止冷媒迁移驻留在车内冷凝器中造成的空调系统缺少冷媒的情况。

4.制冷或制热模式下只使用一个节流元件，元器件利用率高，并且结构简单，更具实用价值。

5.车外冷凝器在制冷、制热模式下制冷剂换向，可充分发挥冷凝器流路对冷凝和蒸发过程中的优势，使车外冷凝器换热效率达到最大。

6、在车外冷凝器的迎风侧设置进气格栅，在化霜时关闭所述进气格栅，能够提升化霜效果、缩短化霜时间。

7.在压缩机与节流元件之间增加一段管路作为化霜管路，制热化霜时，低温冷媒无需经过车内换热器，且化霜过程中可以实现连续制热，保证车内的温度均衡，车内热舒适性好。

8.在车内冷凝器的进口和出口之间增加设有二通阀的管路，在汽车空调系统处于低温或低温放置较长时间时，打开该二通阀可以将车内冷凝器屏蔽，从而能够最大限度减少车内冷凝器散热。

9.改变传统HVAC(空调系统)箱体中车内冷凝器的布置位置，将车内冷凝器与车内蒸发器并列布置，并且，增大车内冷凝器的换热面积，解决传统汽车空调暖风芯换热面积小的问题，使制热能力和能效能得到大幅度提高。

10.应用补气增焓技术可以使热泵系统取代电动汽车制热采用PTC加热的模式，提高空调系统能效和汽车续航里程，特别是低温制热的能力和耗能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是背景技术中三换热器系统结构示意图；

图2示出了本实用新型提供的汽车空调系统的一实施例的结构示意图；

图3示出了本实用新型提供的汽车空调系统的制冷循环冷媒流向示意图；

图4示出了本实用新型提供的汽车空调系统的制热循环冷媒流向示意图；

图5是车外冷凝器流路示意图；

图6示出了本实用新型提供的汽车空调系统的另一实施例的结构示意图；

图7示出了本实用新型提供的汽车空调系统的又一实施例的结构示意图；

图8示出了本实用新型提供的汽车空调系统的再一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参考图2，图2示出了本实用新型提供的汽车空调系统的一实施例的结构示意图。如图2所示，所述汽车空调系统包括压缩机11、三通阀12、第一二通阀13、第二二通阀14、第一节流元件15、车外冷凝器22、车内冷凝器31、车内蒸发器32，所述车内冷凝器31和车内蒸发器32布置在所述汽车空调系统箱体30内。所述车内冷凝器31在制热模式下工作，在制冷模式下不工作；所述车内蒸发器32在制冷模式下工作，在制热模式下不工作；在制冷模式下和制热模式下所述车外冷凝器22中的制冷剂流向相反。

所述压缩机11的出口与所述三通阀12的入口A连接(如图2所示的A端)；所述三通阀12的第一出口B(如图2所示的B端)、所述车外冷凝器22和所述第一二通阀13通过第一三通管41连接；所述压缩机11的入口、所述车内蒸发器32和所述第一二通阀13通过第二三通管42连接；所述三通阀12的第二出口C(如图2所示的C端)与所述车内冷凝器31连接；所述第一节流元件15、所述车内冷凝器31和所述第二二通阀14通过第三三通管43连接；所述第一节流元件15与所述车外冷凝器22连接，所述第二二通阀14与所述车内蒸发器32连接。

请参考图3，图3是根据本实用新型一具体实施例的汽车空调系统在制冷状态下的冷媒(制冷剂)循环图。如图3所示，所述汽车空调系统的工作模式为制冷模式时，三通阀12的第一出口B(A-B)导通，第一二通阀13关闭，第二二通阀14打开，制冷剂从压缩机11出来，经过三通阀12第一出口B流出，由于第一二通阀13关闭，制冷剂直接流入车外冷凝器22，在车外冷凝器22中冷凝散热，然后经过第一节流装置15节流，节流后的低温低压的制冷剂到车内蒸发器32进行蒸发换热，最后回到压缩机11完成制冷循环，在制冷循环时，车内蒸发器32工作，车内冷凝器31不工作。其中，第一二通阀13关闭，能够防止高温高压制冷剂进入低压侧造成系统崩溃。在化霜模式或除湿模式下冷媒(制冷剂)流向也可参考图3所示。

请参考图4，图4是根据本实用新型一具体实施例的汽车空调系统在制热状态下的冷媒循环图。如图4所示，当所述汽车空调系统的工作模式为制热模式时，三通阀12的第二出口C(A-C)导通，第一二通阀13打开，第二二通阀14关闭，制冷剂从压缩机11出来，经过三通阀12第二出口C流出在车内冷凝器31中冷凝供热，然后经过第一节流元件15进行节流，在车外冷凝器22中蒸发吸热，接着经过第一二通阀13，最后回到压缩机11完成制热循环，在制热循环时，车内冷凝器31工作，车内蒸发器32不工作。第二二通阀14关闭可以防止冷媒迁移到车内蒸发器32，从而避免冷媒(制冷剂)驻留在车内蒸发器32中造成系统缺少冷媒的情况。

优选地，如图3或图4所示，在所述车内冷凝器31与所述第三三通管43之间连接的管路上设有止回阀16。在制冷模式下，止回阀16关闭，可以防止冷媒迁移到车内冷凝器31，从而避免冷媒驻留在车内冷凝器31中造成的空调系统缺少冷媒的情况。

本实用新型提供的汽车空调系统只使用一个节流元件，通过三通阀12、第一二通阀13、第二二通阀14的配合和切换，实现了制冷模式和制热模式的切换。

请参考图5，图5所示为车外冷凝器流路示意图，其中，实心箭头为制冷状态下制冷剂(冷媒)流路，空心箭头为制热状态下制冷剂流路，221为转接块，223为隔片，224为集流管，225为扁管，226为翅片。制冷模式下，车外冷凝器22流路如图5中的实心箭头所示，制冷剂从上面进入依次经过A-B-C-D从出口出去；制冷剂从上到下流动，流程数量从A到D依次减少。此时车外冷凝器22中制冷剂是冷凝过程，制冷剂从高温高压气体变成高压过冷液体，比热容从大到小，制冷剂流路布置正好迎合了制冷剂这种物性的变化过程：上面流程空间大用来储存气态制冷剂，随着冷凝的过程气体逐渐变为气液两相，到最后完全成为液体，A-B-C-D每个流程的空间也随之逐渐减小，而且整个制冷流路从上到下，正好利用了制冷剂重力变化的特性，减少了流程阻力，因此可充分发挥车外冷凝器22的性能和效率。图5中示意的流路仅为趋势，也可以是2流程、3流程或更多流程，可根据具体尺寸调节。

制热模式下，车外冷凝器22流路如图5空心箭头所示，制冷剂从下面进入依次经过D-C-B-A从上面出口出去；制冷剂从下到上流动，流程数量从D到A依次增加。此时车外冷凝器22中制冷剂是蒸发过程，制冷剂从低温低压气液两相吸热变成低温过热气体，比热容从小到大，制冷剂流路布置正好迎合了制冷剂这种物性的变化过程：下面流程空间小用来储存液态制冷剂，随着蒸发的过程液体制冷剂逐渐变为过热气体制冷剂，D-C-B-A每个流程的空间也随之逐渐增加，而且整个制冷流路从下到上，正好利用了制冷剂重力变化的特性，减少了流程阻力，因此可充分发挥车外冷凝器22的性能和效率。图5中示意流路仅为趋势，也可以是2流程、3流程或更多流程，可根据具体尺寸调节。

由上可见，根据本实用新型技术方案，在制冷模式和制热模式下车外冷凝器22中制冷剂的流向相反，实现了车外冷凝器22在制冷、制热模式下的制冷剂换向，可利用制冷剂的特性与车外冷凝器的流程的契合充分发挥出车外冷凝器的性能，且充分发挥出车外冷凝器流路在冷凝和蒸发过程中的优势，使车外冷凝器的换热效率达到最大。

优选地，所述车内冷凝器31和车内蒸发器32并列布置在所述汽车空调系统箱体30的风道内，所述车内冷凝器31布置在所述风道的背风侧，所述车内蒸发器32布置在所述风道的迎风侧。所述车内冷凝器31和车内蒸发器32尺寸相同。

所述汽车空调系统箱体30的风道内设有加热装置33，用于加热流经所述加热装置33的空气。所述加热装置33部分遮挡所述风道；所述箱体30的风道内还设有冷暖风门34，通过控制所述冷暖风门34的位置可以使空气流出所述箱体30之前不经过所述加热装置33或者部分经过所述加热装置33或者全部经过所述加热装置33。所述加热装置33可以为可调功率或不可调功率PTC电加热器，或者为其他可利用的热源，例如，电动汽车电机废热、控制器废热等。如图2-图4所示，冷暖风门34可选择开启到D、E、F三个位置，其中，在D位置时，空气不经过所述加热装置33，在E位置时，空气部分经过所述加热装置33，在F位置时，空气全部经过所述加热装置33。

制冷时，空气经过箱体30的内外循环风门35通过风机36牵引进入箱体30的风道，经过车内蒸发器32进行降温，再经过冷暖风门34选择全部经过或部分经过或不经过所述加热装置33，以进行进一步加热或者部分加热或者不加热，送到箱体30出口，根据车内不同风口的开/关，经过处理的舒适空气就会到达车内不同位置。制热时，空气经过箱体30的内外循环风门35通过风机36牵引进入箱体30的风道，经过车内冷凝器31进行加热，再经过冷暖风门34选择全部经过或部分经过或不经过所述加热装置33，以进行进一步加热或者部分加热或者不加热，送到箱体30出口，根据车内不同风口的开/关，经过处理的舒适空气就会到达车内不同位置。制热模式下进行除霜时，通过控制所述冷暖风门34使空气全部经过所述加热装置33(冷暖风门34开启在F位置时，空气全部经过加热装置33)。

优选地，所述车外冷凝器22的迎风侧设有进气格栅23。在所述汽车空调系统执行制冷模式或制热模式时，所述进气格栅23开启，在所述汽车空调系统执行化霜模式时，所述进气格栅23关闭，可提升化霜的效果、缩短化霜时间。所述车外冷凝器22的背风侧设有冷凝风扇21，进一步地，在化霜模式下，控制所述冷凝风扇21关闭。

请参考图6，所述压缩机12的入口与所述第一节流元件15通过设有第三二通阀17的管路连接。空调系统化霜时，所述第三二通阀17开启，经节流元件15节流后的制冷剂经过所述第三二通阀17(经气液分离器61)直接导入压缩机11，不经过车内冷凝器31和车内蒸发器32。因此，在化霜模式下，所述车内冷凝器31和车内蒸发器32均不工作。

制热模式下，收到化霜信号时，进气格栅23和冷凝风扇21关闭，第一二通阀13关闭，三通阀12从A-C转到A-B，第三二通阀17打开；高温高压制冷剂从压缩机11出来，经过三通阀12在车外冷凝器22中化霜，然后通过第一节流元件15进行节流，接着经过第三二通阀17(通过气液分离器61)回到压缩机11，完成化霜循环。收到退出化霜信号时，第三二通阀17关闭，三通阀12从A-B转为A-C，第一二通阀13打开，重新进行制热循环。制热和化霜期间第二电磁阀14一直处于关闭状态，防止低温冷媒进入车内蒸发器32，避免了低温冷媒经过车内蒸发器32,造成车内出风温度降低，影响车内舒适性。制热和化霜期间，第二二通阀14一直处于关闭状态，防止低温冷媒进入箱体30内车内蒸发器32中。

请参考图7，所述三通阀12的第二出口C与所述车内冷凝器31连接的管路，与所述车内冷凝器31与所述第三三通管43连接的管路之间通过设有第四二通阀18的管路连接。也就是说，将车内冷凝器31的进口和出口通过设有第四二通阀18的管路连接。热泵系统在低温时，特别是低温放置较长时间后，通常启动较慢(系统参数表现为高压侧压力和高压侧温度上升较慢)，此时单靠热泵供热，车内要较长时间才能满足送风舒适性。在这种情况下可以将制热过程划分为低温制热启动阶段和常规制热模式。其中，车外环境温度低于第一预定温度值和/或系统高压侧压力低于第一预定压力值和/或系统高压侧温度低于第二预定温度值时，进入低温制热启动阶段。在该阶段，第四二通阀18打开，将车内冷凝器31屏蔽，这样能够最大限度的减少车内冷凝器的散热，使高压侧压力和高压侧温度迅速上升，当车外环境温度达到所述第三预定温度值和/或系统高压侧压力达到第二预定压力值和/或系统高压侧温度达到第四预定温度值时，第四二通阀18关闭，退出低温制热启动阶段，制冷剂通过车内冷凝器31对车内进行供热。在低温制热启动阶段可以开启加热装置33维持车内供热。

请参考图8，所述车外冷凝器22与所述第一节流元件15之间设有闪发器51和第二节流元件19，所述第二节流元件19与所述车外冷凝器22连接，所述第二节流元件19与所述闪发器连接，所述闪发器51与所述压缩机11之间通过控制阀52连接；所述控制阀52为二通阀或止回阀。增加补气增焓相关结构，能够进一步提升汽车热泵空调系统的低温制热能力。

基于本实用新型前述任意实施例，所述汽车空调系统还包括气液分离器61(参考图2-图4、图6-图8)，所述气液分离器61位于所述压缩机11入口处，具体设置于所述压缩机11入口与所述第二三通管42连接的管路上，所有与所述压缩机11入口连接的管路均通过所述气液分离器61与所述压缩机11入口连接，制冷剂先通过气液分离器61进行处理，再进入压缩机11。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车空调系统，其特征在于，包括：

压缩机、车外冷凝器、第一节流元件、三通阀、第一二通阀、第二二通阀、车内冷凝器、车内蒸发器；所述压缩机的出口与所述三通阀的入口连接；所述三通阀的第一出口、所述车外冷凝器和所述第一二通阀通过第一三通管连接；所述压缩机的入口、所述车内蒸发器和所述第一二通阀通过第二三通管连接；所述三通阀的第二出口与所述车内冷凝器连接；所述第一节流元件、所述车内冷凝器和所述第二二通阀通过第三三通管连接；所述第一节流元件与所述车外冷凝器连接，所述第二二通阀与所述车内蒸发器连接；所述车内冷凝器和车内蒸发器布置在所述汽车空调系统箱体内；所述车内冷凝器在制热模式下工作，在制冷模式下不工作；所述车内蒸发器在制冷模式下工作，在制热模式下不工作。

2.根据权利要求1所述的汽车空调系统，其特征在于，所述车内冷凝器与所述第三三通管之间连接的管路上设有止回阀。

3.根据权利要求1或2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述压缩机的入口与所述第一节流元件通过设有第三二通阀的管路连接。

4.根据权利要求1或2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述三通阀的第二出口与所述车内冷凝器连接的管路，与所述车内冷凝器与所述第三三通管连接的管路之间通过设有第四二通阀的管路连接。

5.根据权利要求1或2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述车外冷凝器与所述第一节流元件之间设有闪发器和第二节流元件，所述第二节流元件与所述车外冷凝器连接，所述第二节流元件与所述闪发器连接，所述闪发器与所述压缩机之间通过控制阀连接；所述控制阀为二通阀或止回阀。

6.根据权利要求1或2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述车外冷凝器的迎风侧设有进气格栅。

7.根据权利要求1或2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述汽车空调系统箱体的风道内设有加热装置，用于加热流经所述加热装置的空气。

8.根据权利要求7所述的汽车空调系统，其特征在于，所述加热装置部分遮挡所述风道；所述风道内还设有冷暖风门，通过控制所述冷暖风门的开启位置可以使空气流出所述箱体之前不经过所述加热装置或者部分经过所述加热装置或者全部经过所述加热装置。

9.根据权利要求1或2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述车内冷凝器和车内蒸发器并列布置在所述汽车空调系统箱体的风道内，所述车内蒸发器布置在所述风道的迎风侧，所述车内冷凝器布置在所述风道的背风侧。

10.根据权利要求1或2所述的汽车空调系统，其特征在于，所述车内冷凝器和车内蒸发器尺寸相同。