太阳光热能休闲车的制作方法

本申请要求提交于2015年3月27日的美国临时申请号US 62/139,517以及提交于2014年6月12日的美国临时申请号US 62/011,443的权益，上述申请特此通过引用而并入。

背景技术：

休闲车(RV)是被设计为用于休闲、露营、旅行或季节使用的临时住舱的车辆。主要存在两大类RV：机动式房车和可在车辆后方牵引的牵引式拖车。机动式房车通常分为几种类型，其中A型房车最大，B型房车或露营车最小，而C型房车一般介于两者之间。牵引式RV的类型包括折叠型露营拖车、可扩展式拖车、皮卡式露营车、常规旅行拖车以及第五轮旅行拖车。

RV提供了方便、惬意的旅行方式。RV已被证明使其所有者能够在身体上比典型度假时更活跃，并且乘RV旅行可以提供对疾病和其他健康风险的更少暴露。然而，RV的环境友好性日益引起RV所有者、潜在所有者以及使用者等的关注。RV的环境影响延伸到不仅限于房车或拉动牵引式RV的车辆的燃料经济性。由于具有装备齐全的厨房和浴室、平板电视、环绕立体声音响等，当今RV的住舱自身消耗大量能量。RV中采用的暖通空调(HVAC)系统施加了特别大的能量负荷。传统的RV HVAC系统是整装式顶置单元，其通常以115伏交流(AC)电工作。这些单元以能效低而出名，从而需要运行发电机来满足HVAC系统的电力需求。

已经尝试将太阳能电力系统并入到RV中。然而，由于高电气负荷以及从中安装光伏(PV)阵列的有限表面积，太阳能不被认为是用以满足RV的完整能量需求的可行选项。相反，太阳能仅被认为是适合于小型负荷，诸如灯、小型电视、计算机以及其他小型电器。对于诸如HVAC系统等重型负荷，需要发电机。

技术实现要素：

本发明的休闲车配备能量高效的太阳光热能空调系统，该太阳光热能空调系统利用太阳能收集器来使工作流体过热，从而减少向压缩机施加的工作负荷。由于压缩机是传统的直接膨胀式AC系统中最耗能的组件，因此使用免费太阳能来减少所述压缩机上的工作负荷显著地降低了HVAC系统的总体能量需求。传统的休闲车在正常工作条件下通常使用4-8kWh之间的电，而本发明的休闲车在相同条件下使用约0.7-3.0kWh的电。电气负荷的这种减少允许休闲车在相当长时间内仅依靠太阳能和电池电力而工作，从而降低化石燃料消耗以及由反复和长期的发电机循环造成的车辆内的分贝水平。发电机循环的减少还使一氧化碳暴露于休闲车的乘员的威胁变小。

本文公开的发明针对一种太阳光热能休闲车，其配备与太阳能清洁能源系统相集成的太阳光热能空调系统，以提供具有提高的能量效率的休闲车。在采用本发明原理的实施方式中，所述太阳光热能休闲车可以包括用于向该休闲车提供电力的清洁能源系统。所述清洁能源系统可以配备一个或多个太阳能光伏板，所述太阳能光伏板安装至所述休闲车的车身或壳体的顶部并且可操作地耦合至混合逆变器。所述清洁能源系统还可以配备电池组和发电机。在太阳能光伏板收集到多余的太阳能的情况下，多余的电力将会由充电控制器引导至所述电池组以供存储。所述电池组中储存的能量可以由所述混合逆变器引导至所述休闲车以在由所述太阳能光伏板收集到的太阳能不足以满足所述休闲车的当前电力负荷时补充或替代太阳能。同样地，如果太阳能板和电池组不能够满足所述休闲车的电力负荷，则发电机开关将会自动地启动并接合所述发电机。来自所述发电机的电力继而将会由所述混合逆变器引导至所述休闲车以满足其电力需求。

所述太阳光热能休闲车还可以配备由所述清洁能源系统驱动的太阳光热能空调系统。所述太阳光热能空调系统可以配备包括压缩机和冷凝器的冷凝器单元。太阳光热能收集器板可以可操作地连接至所述压缩机和冷凝器。所述太阳光热能收集器板将会在经压缩的制冷剂被传输至所述冷凝器之前对所述经压缩的制冷剂进行加热。空气处理单元可以安装至所述壳体，用于向该壳体提供经调节的空气。所述空气处理单元可以配备蒸发器盘管和风机。所述蒸发器盘管将会可操作地连接至所述冷凝器，从而可以将所述制冷剂从所述冷凝器引导至蒸发器并回到太阳能压缩机。

以上发明内容并不旨在描述每个图示的实施方式或每一可能的实现方式。关于以下描述、随附权利要求和附图，将会更好地理解本发明的这些特征、方面和优势以及其他特征、方面和优势。

附图说明

附图在各个视图中以相似的参考标号表示相同或功能相似的元件，并且与下面的详细描述一起并入本说明书中并形成其一部分；所述附图用于进一步图示各个实施方式，以及解释根据本发明的各个原理和优点：

图1是示出了用于在体现本发明原理的太阳光热能休闲车中使用的太阳光热能空调系统和清洁能源系统的互连性的示图。

图2是示出了用于在体现本发明原理的太阳光热能休闲车中使用的太阳光热能空调系统、清洁能源系统以及各个电子组件的互连性的另一示图。

图3是体现本发明原理的太阳光热能休闲车的透视图。

图4是图3中描绘的太阳光热能休闲车的侧视图。

图5是图4中所示存储区域的详细剖视图，其示出了图3和图4中描绘的太阳光热能休闲车的若干内部组件。

图6是体现本发明原理的太阳光热能休闲车的另一实施方式的透视图。

图7是图6中描绘的太阳光热能休闲车的侧视图。

图8是图6中描绘的太阳光热能休闲车的存储区域的详细视图，其示出了若干内部组件。

图9是体现本发明原理的太阳光热能休闲车的又一实施方式的透视图。

具体实施方式

本文描述了配备与清洁能源系统相集成的太阳光热能空调系统的太阳光热能休闲车。随后的描述以及其中描述的实施方式是通过说明本发明各种原理和方面的特定实施方式的示例的方式而提供的。这些示例是出于解释而非限制本发明的那些原理的目的而提供的。在随后的描述中，相似的部件在说明书和附图中均以相同的各参考标号标明。如本文所使用，术语“约”或“大约”适用于所有数值，无论是否明确指出。这些术语一般是指本领域技术人员认为等同于所列举的值(即，具有相同的功能或结果)的数字范围。在许多情况下，这些术语可以包含被四舍五入至最接近的有效数的数字。关系术语，诸如第一和第二、顶和底、右和左等，可以用于仅仅将一个组件或特征与另一组件或特征区分开来，而并不一定要求或暗示这样的组件和特征之间的任何此类实际关系或顺序。

参考图1-图2，太阳光热能休闲车可以包括用于向休闲车1提供电力的清洁能源系统100。休闲车1具有壳体，该壳体具有前壁、后壁、车顶、地板以及两个相对的侧壁。清洁能源系统100能够配备一个或多个太阳能光伏板110，该太阳能光伏板110安装至所述休闲车的车顶并且可操作地耦合至混合逆变器150。清洁能源系统还能够配备电池组130和发电机140。在太阳能光伏板110收集到多余的太阳能的情况下，多余的电力将由充电控制器120引导至电池组130以供存储。电池组130中储存的能量可以由混合逆变器150引导至休闲车以在太阳能光伏板110所收集到的太阳能不足以满足休闲车的当前电力负荷时补充或替代太阳能。同样地，如果太阳能板110和电池组130不能够满足休闲车的电力负荷，则发电机开关141将会自动地启动并接合发电机140。来自发电机140的电力继而将会由混合逆变器150引导至休闲车以满足其电力需求。最后，如果岸电109可供使用，则电力将会由混合逆变器150引导至休闲车1。因此，电力可以由混合逆变器150从四种不同的能源来供应：岸电109、太阳能光伏板110、电池组130或发电机140。无论哪种电源，混合逆变器150都将会向休闲车1分配110伏电以满足其电力需求，诸如电器、灯、电子设备以及下文讨论的太阳光热能空调系统。

仍参考图1-图2，太阳光热能休闲车1还配备由清洁能源系统驱动的太阳光热能空调系统。该太阳光热能空调系统包含压缩机231、太阳能收集器210、冷凝器232、计量装置240以及蒸发器220。110伏电力可由混合逆变器150直接分配至冷凝器232、蒸发器220和计量装置240(如果需要)。然而，为了向HVAC压缩机供电，采用自耦变压器160(即，110-220上/下电压变换器)以便使离开混合逆变器150的电力从110伏向上变换至220伏。

在工作中，可以按顺序引导制冷剂/工作流体经过压缩机231、太阳光热能收集器板210、冷凝器232、计量装置240、蒸发器220，并继而回到压缩机231。压缩机231机械地压缩制冷剂，太阳能收集器210使用来自太阳的辐射能量来使经压缩的制冷剂过热，冷凝器232使经加热的制冷剂冷凝，并且蒸发器220使经冷凝的制冷剂蒸发。通过借助于太阳能收集器210来使制冷剂过热，可以使用免费的能量(即，由太阳能收集器捕捉到的太阳能)来增大冷凝器盘管与环境空气温度之间的温差。通过创造这样的差异，流过冷凝器232的空气相对于排放蒸汽的温度将会非常冷，从而允许蒸汽中的热能移向所述相对较冷的空气中并致使制冷剂冷凝。同时，由于在太阳能压缩机与太阳能收集器之间分担加热制冷剂的负荷，因此可以减少压缩机231所做的工作，从而降低压缩机231的功耗。

太阳能光伏(PV)板110可以用标准托架安装至休闲车1的顶部或车顶，以供应可使用的太阳能。优选地，PV板110成对地安装以允许所述板以并联配置或串联配置接线。在优选实施方式中，可以将现代六至八个标准250瓦的板安装至休闲车1的顶部并且并联接线，以提供能够产生大约3千瓦时(kWh)的太阳能板阵列。

混合逆变器150起到将PV阵列所供应的电流从DC电流变至AC电流的作用。混合逆变器150优选地为模块化形式的纯正弦波逆变器。混合逆变器150可以集成到能够从多个源(例如，PV阵列、电池组、发电机和/或岸电)接收电力并将其分配至多个AC负荷的预接线板系统中。除了混合逆变器/充电器150之外，集成板系统优选地包括AC接线盒和DC接线盒；浪涌保护器；系统显示器和控制器；传递堆叠信号、负荷分担信号以及省电模式开/关信号的系统通信管理器；电池和PV阵列断路器、PV GFDI断路器、输入-输出-旁路总成；以及附加的AC断路器。适于与本发明一起使用的市售集成逆变器/充电器板系统包括由Outback Power,Inc.制造的FLEXpower^TM ONE系统以及由Schneider Electric SE制造的Conext XW^TM系统。

电池组130储存由太阳能PV板110收集到的多余太阳能。电池组130优选地包括具有大容量和小占位面积的电池。在适于本发明的实施方式中，电池组130包括四至六个船用电池。该电池可以并联或串联接线。在优选实施方式中，电池组130的电池串联接线以使电压从12伏加倍到24伏。

充电控制器120起到优化可基于遮光变量和温度变量而波动的PV阵列输出以及调控从电池组130放电的作用。充电控制器120可以是独立的组件，或者其可以是集成逆变器/充电器板系统的模块。可以修改充电控制器设置，以优化电池寿命、使清洁能源操作最大化或者利用清洁能源操作来平衡电池寿命。在优选实施方式中，充电控制器被设置用于将放电限制在电池容量的40％。

当太阳能板110和电池组130不能够满足休闲车1的电力负荷且岸电不可获得时，发电机140起到后备电源的作用。发电机140优选地是针对110电压和220电压而预接线的6.5kW至8kW柴油发电机。发电机开关141将会响应于改变的电力需求而自动地启动或停止发电机140。例如，当输出电力要求超出可从太阳能板110和电池组130获得的电力时，来自发电机140的电力将会由混合逆变器150引导至休闲车以满足其电力需求。

本发明的太阳光热能空调系统配备与直接膨胀式空调(DX)系统(例如，压缩机231、冷凝器232、计量装置240以及蒸发器220)相结合的太阳能收集器210。太阳光热能空调系统优选地为微型分体式(无管式)热泵系统，诸如由Sedna Aire USA制造并且在美国专利号8,448,458中描述的SolarCool^TM太阳光热能HVAC系统，上述专利通过引用而并入本文。太阳光热能空调系统包括安装在车顶的20管太阳能收集器210、包含多段式压缩机231和冷凝器232的室外冷凝器单元230，以及各自包含蒸发器盘管220和风机的一个或多个室内天花板盒。太阳能收集器210和DX系统组件通过制冷剂管路互连以提供闭合制冷剂回路，通过该回路可传输工作流体。

现参考图3-图5，示出了体现本发明原理的第五轮休闲车。休闲车1包括壳体，该壳体具有地板、车顶和墙壁。四个太阳能PV板110、20管太阳能收集器210以及各自包含蒸发器盘管220和风机的天花板盒220a、220b、220c安装至休闲车1的车顶。逆变器/充电器150、充电控制器120、电池组130、发电机140、冷凝器单元230(压缩机231和冷凝器盘管232)以及自耦变压器160(未示出)位于休闲车1的住舱下方。

现参考图6-图8，示出了体现本发明原理的常规牵引式休闲车。休闲车1包括壳体，该壳体具有地板、车顶和墙壁。六个太阳能PV板110、20管太阳能收集器210以及各自包含蒸发器盘管220和风机的天花板盒220a、220b安装至休闲车1的车顶。如图8中所描绘，发电机140、逆变器/充电器150以及自耦变压器160位于休闲车的侧面储存室内。冷凝器单元230和电池组130悬挂在拖车下方的托盘上，所述托盘贴近所述拖车的轴壳。

现参考图9，示出了体现本发明原理的A类房车。休闲车1包括壳体，该壳体具有地板、车顶和墙壁。四个太阳能PV板110、20管太阳能收集器210以及各自包含蒸发器盘管220和风机的天花板盒220a、220b、220c安装至休闲车1的车顶。与图3-图5中描绘的第五轮拖车一样，逆变器/充电器150、充电控制器120、电池组130、发电机140、冷凝器单元230(压缩机231和冷凝器盘管232)以及自耦变压器160(未示出)位于休闲车1的住舱下方。

得益于前文描述和相关附图中呈现的教导的本领域技术人员将会想到本文阐述的本发明的许多修改和其他实施方式。因此，应当理解，本发明不限于所公开的具体实施方式，并且修改和其他实施方式旨在包含于所附权利要求的范围内。尽管本文采用了具体术语，但它们仅仅是以一般性和描述性意义使用的，而非用于限制的目的。