汽车空调系统的制作方法

本发明涉及空调领域，尤其涉及一种汽车空调系统。

背景技术：

汽车空调系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化的装置。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全。

随着新能源汽车的高速发展，热泵系统越来越多地被应用在汽车空调系统中。如何优化热泵系统，以提高汽车空调系统的性能为目前的重点。

技术实现要素：

本发明提供一种汽车空调系统。

具体地，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种汽车空调系统，包括压缩机、第一换热器、第一膨胀装置、第二膨胀装置、室外换热器；所述汽车空调系统还包括第一制冷机制以及第一制热机制，在所述第一制冷机制下，所述压缩机、室外换热器、第一膨胀装置以及第一换热器顺序连通形成回路；在所述第一制热机制下，所述压缩机、第一换热器、第二膨胀装置、室外换热器顺序连通形成回路。

可选地，所述第一膨胀装置和第二膨胀装置串联在所述第一换热器和所述室外换热器之间，所述第一膨胀装置连接所述第一换热器，所述第二膨胀装置连接所述室外换热器；所述第一膨胀装置包括并联连接的第一膨胀阀和第一单向阀；所述第二膨胀装置包括并联连接的第二膨胀阀和第二单向阀。

可选地，还包括电池单元、第三膨胀装置、第二换热器、泵，所述第二换热器为液体换热器；所述汽车空调系统还包括第二制冷机制，在所述第二制冷机制下，所述压缩机、室外换热器、第三膨胀装置、第二换热器顺序连通形成回路，所述第二换热器、泵以及电池单元顺序连通形成回路。

可选地，还包括加热器；所述汽车空调系统还包括第二制热机制，在所述第二制热机制下，所述第二换热器、泵、加热器以及电池单元顺序连通形成回路。

可选地，还包括第三换热器；所述汽车空调系统还包括辅助制热机制，在所述辅助制热机制下，所述第二换热器、泵、加热器以及第三换热器顺序连通形成回路。

可选地，还包括第三换热器；所述汽车空调系统还包括除湿机制，在所述除湿机制下，所述压缩机、第一换热器、第三膨胀装置、第二换热器顺序连通形成回路，所述第二换热器、泵以及第三换热器顺序连通形成回路。

可选地，还包括三通阀，所述三通阀的第一出口通向所述电池单元、第二出口通向所述第二换热器，且所述三通阀的第三出口通向所述第三换热器。

可选地，还包括箱体，所述第一换热器、第三换热器设于所述箱体内。

可选地，还包括档板，所述档板设于所述第一换热器和所述第三换热器之间。

可选地，还包括连通所述泵的膨胀储液箱。

由以上技术方案可见，第一换热器既参与制冷也参与制热，能够减小系统体积，从而减小制冷剂的充注量。并且，汽车空调系统的结构简单。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明一实施例提供的汽车空调系统的结构示意图；

图2是图1的汽车空调系统在第一制冷机制下制冷剂流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径；

图3是图1的汽车空调系统在第一制热机制下制冷剂流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径；

图4是图1的汽车空调系统在第二制冷机制下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径；

图5是图1的汽车空调系统在第一制冷机制和第二制冷机制下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径；

图6是图1的汽车空调系统在第一制热机制和第二制冷机制下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径；

图7是图1的汽车空调系统在第一制热机制和第二制热机制下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径；

图8是图1的汽车空调系统在第一制热机制和除湿机制下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径；

图9是图1的汽车空调系统在第一制热机制和辅助制热机制下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图，其中加粗部分表示流动路径。

附图标记：

1：压缩机；2：第一膨胀装置；2a：第一膨胀阀；2b：第一单向阀；3：第二膨胀装置；3a：第二膨胀阀；3b：第二单向阀；4：室外换热器；5a：第一截止阀；5b：第二截止阀；5c：第三截止阀；5d：第四截止阀；6：气液分离器；

10：电池单元；11：第三膨胀装置；12：第二换热器；13：泵；14：加热器；15：膨胀储液箱；16：三通阀；

100：箱体；101：第一换热器；102：第三换热器；103：风机；104：挡板。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本发明的汽车空调系统进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

参见图1，本发明实施例提供的一种汽车空调系统，其可包括压缩机1、第一换热器101、第一膨胀装置2、第二膨胀装置3和室外换热器4。本实施例中，第一换热器101和室外换热器4均为风冷换热器。汽车空调系统还包括第一制冷机制以及第一制热机制，第一制冷机制能够实现对车厢的制冷，第一制热机制能够实现对车厢的制热。在同一时刻，汽车空调只能够存在第一制冷机制和第一制热机制中的一个。

参见图2，在第一制冷机制下，压缩机1、室外换热器4、第一膨胀装置2以及第一换热器101顺序连通形成回路。参见图3，在第一制热机制下，压缩机1、第一换热器101、第二膨胀装置3、室外换热器4顺序连通形成回路。其中，压缩机1、室外换热器4、第一膨胀装置2和第一换热器101顺序连通形成的回路以及压缩机1、第一换热器101、第二膨胀装置3、室外换热器4顺序连通形成的回路这两个回路为制冷剂回路。需要说明的是，本发明实施例中，顺序连通仅说明各个器件之间连接的顺序关系，而各个器件之间还可包括其他器件，例如截止阀等。另外，本发明的循环液的类型可根据需要选择，例如，循环液可为水、油等能够进行换热的物质或者水和乙二醇的混合液或者其他能够进行换热的混合液。

具体而言，在第一制冷机制下，第一换热器101作为蒸发器使用，室外换热器4作为冷凝器使用。参见图2，压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入室外换热器4，高温高压的制冷剂在室外换热器4中与室外空气流换热，制冷剂释放热量，释放的热量被空气流带到室外环境空气中，制冷剂则发生相变而冷凝成液态或气液两相制冷剂。制冷剂流出室外换热器4，进入第一膨胀装置2膨胀，降温降压变成低温低压的制冷剂。低温低压的制冷剂进入第一换热器101，低温低压制冷剂吸收第一换热器101周围的空气的热量，使第一换热器101周围的空气温度降低，在空气流的作用下，冷空气进入格栅风道(图2中未标出)并被送入车厢内，降低车厢温度，提供舒适的乘车环境。制冷剂则发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂，回流入压缩机1，实现制冷剂的循环利用。

在第一制热机制下，第一换热器101作为冷凝器或气冷器使用，室外换热器4作为蒸发器使用。参见图3，压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入第一换热器101，高温高压的制冷剂在第一换热器101中与空气流换热，制冷剂释放热量，热空气进入格栅风道(图3中未标出)并被送入车厢内，提高车厢温度，提供舒适的乘车环境。制冷剂则发生相变而冷凝成液态或气液两相制冷剂。制冷剂流出第一换热器101，进入第二膨胀装置3，降温降压变成低温低压的制冷剂，低温低压的制冷剂进入室外换热器4，吸收外部空气流中的热量，相变成低压气态制冷剂，然后回流至压缩机1，实现制冷剂的循环利用。

本发明实施例中，第一换热器101既参与制冷也参与制热，能够减小系统体积，从而减小制冷剂的充注量。并且，空调系统的结构简单。

室外换热器4以及第一换热器101可根据需要选择风冷换热器的类型，本发明对此不作限定。

另外，压缩机1的进口处可设置气液分离器6，以便对回流的制冷剂进行分离，将其中的液态部分储藏于气液分离器6内，而低温低压的气态制冷剂部分则进入压缩机1重新压缩，实现制冷剂的循环利用。当然，针对一些新型的压缩机1，也可以不设置气液分离器6。

以下以压缩机1的进口处设置气液分离器6来进一步对汽车空调系统的结构进行阐述。

第一膨胀装置2、第二膨胀装置3在空调系统中可以起到降温降压的作用，一般可包括节流阀、普通的热力膨胀阀或电子膨胀阀等。又参见图1，本实施例中，第一膨胀装置2和第二膨胀装置3串联在第一换热器101和室外换热器4之间。其中，第一膨胀装置2连接第一换热器101，第一膨胀装置2可包括并联连接的第一膨胀阀2a和第一单向阀2b。第二膨胀装置3连接室外换热器4，第二膨胀装置3可包括并联连接的第二膨胀阀3a和第二单向阀3b。本实施例中，第一换热器101、第一膨胀装置2、第二膨胀装置3和室外换热器4顺序连通。在第一制冷机制下，第二单向阀3b和第一膨胀阀2a工作，第二膨胀阀3a和第一单向阀2b截止。在第一制热机制下，第一单向阀2b和第二膨胀阀3a工作，第一膨胀阀2a和第二单向阀3b截止。本实施例通过设置第一膨胀装置2和第二膨胀装置3，实现对制冷剂回路的优化，减少空调系统中的管道的铺设量。需要说明的是，本发明实施例中，各机制下，只可能存在第一膨胀阀2a和第一单向阀2b中的一个开启，另一个截止。相应地，各机制下，第二膨胀阀3a和第二单向阀3b也是其中一个开启，另一个截止。

进一步地，参见图1，所述汽车空调系统可包括第一截止阀5a、第二截止阀5b、第三截止阀5c和第四截止阀5d。压缩机1的出口包括两条支路，一条支路经第二截止阀5b连接第一换热器101非连接第一膨胀装置2的接口，另一条支路经第三截止阀5c连接室外换热器4非连接第二膨胀装置3的接口。压缩机1的进口经气液分离器6后分出两条支路，其中一条支路经第一截止阀5a连接第一换热器101非连接第一膨胀装置2的接口，另一条支路经第四截止阀5d连接室外换热器4非连接第二膨胀装置3的接口。其中，第三截止阀5c与第二截止阀5b、第四截止阀5d均并联。通过对第一截止阀5a、第二截止阀5b、第三截止阀5c和第四截止阀5d的启闭实现所在支路的通断，从而实现不同机制的切换。上述各截止阀具体可以为手动截止阀，也可以采用电动或气动截止阀。

参见图2，在第一制冷机制下，第三截止阀5c、第二单向阀3b、第一膨胀阀2a、第一截止阀5a开启，第二截止阀5b、第四截止阀5d、第二膨胀阀3a、第一单向阀2b关闭。制冷剂回路的流动路径包括：压缩机1->第三截止阀5c->室外换热器4->第二单向阀3b->第一膨胀阀2a->第一换热器101->第一截止阀5a->气液分离器6->压缩机1。

在第一制制热机制下，第二截止阀5b、第一单向阀2b、第二膨胀阀3a、第四截止阀5d开启，第一截止阀5a、第三截止阀5c、第一膨胀阀2a、第二单向阀3b关闭。制冷剂回路的流动路径包括：压缩机1->第二截止阀5b->第一换热器101->第一单向阀2b->第二膨胀阀3a->室外换热器4->第四截止阀5d->气液分离器6->压缩机1。

汽车空调系统还包括电池单元10，为汽车的电气设备进行供电。又参见图1，汽车空调系统还可包括第三膨胀装置11、第二换热器12、泵13。本实施例中，所述第二换热器12为液体换热器。汽车空调系统还可包括第二制冷机制，能够实现对电池单元10的制冷，防止电池单元10的温度过高。

参见图4，在第二制冷机制下，压缩机1、室外换热器4、第三膨胀装置11、第二换热器12顺序连通形成回路，第二换热器12、泵13以及电池单元10顺序连通形成回路。其中，压缩机1、室外换热器4、第三膨胀装置11、第二换热器12顺序连通形成的回路为制冷剂回路，第二换热器12、泵13以及电池单元10顺序连通形成的回路为循环液回路。本实施例中，第二膨胀装置3连接第一膨胀装置2的接口还连接第三膨胀装置11。

第三膨胀装置11在空调系统中也可以起到降温降压的作用，一般可包括节流阀、普通的热力膨胀阀或电子膨胀阀等。本实施例中，第三膨胀装置11包括第三膨胀阀。

在第二制冷机制下，第三截止阀5c、第二单向阀3b、第三膨胀装置11开启，第二膨胀阀3a关闭。制冷剂回路的流动路径包括：压缩机1->第三截止阀5c->室外换热器4->第二单向阀3b->第三膨胀装置11->第二换热器12->气液分离器6->压缩机1。循环液回路的流动路径包括：泵13->电池单元10->第二换热器12->泵13。

在第二制冷机制下，第二换热器12作为蒸发器使用，室外换热器4作为冷凝器使用。参见图4，压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入室外换热器4，高温高压的制冷剂在室外换热器4中与室外空气流换热，制冷剂释放热量，释放的热量被空气流带到外环境空气中，制冷剂则发生相变而冷凝成液态或气液两相制冷剂。制冷剂流出室外换热器4，进入第三膨胀装置11膨胀，降温降压变成低温低压的制冷剂。低温低压的制冷剂进入第二换热器12，与第二换热器12中的循环液进行换热，吸收循环液的热量，被吸收热量后的循环液进入电池单元10，进而带走电池单元10的热量，该循环液再次流入第二换热器12，如此循环。制冷剂则发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂，回流入压缩机1，实现制冷剂的循环利用。

本实施例中，第二换热器12可选择为板式换热器或其他液体换热器。

参见图5，本发明实施例中，第一制冷机制和第二制冷机制可以同时执行，从而在相同的时间段内，既可实现对车厢的制冷，又可实现对电池单元10的制冷，适用于车辆处于酷热的环境中。

参见图6，本发明实施例中，第一制热机制和第二制冷机制可以同时执行，从而在相同的时间段内，既可实现对车厢的制热，又可实现对电池单元10的制冷，防止由于车厢制热导致电池单元10集聚的热量较多，从而对电池单元10进行有效保护。

又参见图1，所述汽车空调系统还可包括加热器14，所述加热器14串联连接在电池单元10和泵13之间。通过设置加热器14，实现对电池单元10的加热，防止电池单元10的温度过低而能效下降。可选地，所述加热器14为电加热器14，例如，ptc电加热器。需要说明的是，在第二制冷机制下，加热器14仅起到流通循环液的作用(类似于管道的作用)。

所述汽车空调系统还可包括第二制热机制。在第二制热机制下，第二换热器12、泵13、加热器14以及电池单元10顺序连通形成回路。其中，第二换热器12、泵13、加热器14以及电池单元10顺序连通形成的回路为循环液回路。

参见图7，在第二制热机制下，循环液回路的流动路径包括：泵13->加热器14->电池单元10->第二换热器12->泵13。具体地，在第二制热机制下，第二换热器12仅起到循环的作用，泵13中的循环液进入加热器14加热，加热器14输出高温的循环液至电池单元10，实现对电池单元10的加热，该循环液再次流入第二换热器12，如此循环。

又参见图1，所述汽车空调系统还可包括连通所述泵13的第一膨胀储液箱15，用作第二制冷机制和第二制热机制下的循环液回路的供液，并能够收容和补偿循环液回路中循环液的胀缩量。

参见图7，本发明实施例中，第一制热机制和第二制热机制可以同时执行，从而在相同的时间段内，既可实现对车厢的制热，又可实现对电池单元10的制热，适用于车辆处于寒冷的环境中。

相关技术中，车厢制冷和电池单元10制冷共用同一换热器，车厢制热和电池单元10制热也需要共用同一换热器，导致两个换热器均需要更大的功率，两个换热器的体积较大，制冷剂的充注量也较大。本实施例通过设置第一换热器101实现车厢的制冷或制热，并通过设有第二换热器12和加热器14的循环液回路来实现电池单元10的降温或升温，将用作车厢制冷或加热的换热器与用作电池单元10降温或升温的换热器独立开来，能够减小使用同一换热器导致的部件体积大的问题，并且，循环液回路的使用能够减少制冷剂的充注量。

又参见图1，所述汽车空调系统还可包括第三换热器102。本实施例中，第三换热器102选择为散热器，能够实现车厢的除湿和辅助制热。

所述汽车空调系统还包括除湿机制，该除湿机制一般只有冬季除湿时使用。在除湿机制下，压缩机1、第一换热器101、第三膨胀装置11、第二换热器12顺序连通形成回路，第二换热器12、泵13以及第三换热器102顺序连通形成回路。其中，压缩机1、第一换热器101、第三膨胀装置11、第二换热器12顺序连通形成的回路为制冷剂回路，第二换热器12、泵13以及第三换热器102顺序连通形成的回路为循环液回路。

参见图8，在除湿机制下，制冷剂回路的流动路径包括：压缩机1->第二截止阀5b->第一换热器101->第一单向阀2b->第三膨胀装置11->第二换热器12->气液分离器6->压缩机1。循环液回路的流动路径包括：泵13->加热器14->第三换热器102->第二换热器12->泵13。具体地，在除湿机制下，加热器14仅起到循环液的作用。

参见图8，在除湿机制下，压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂进入第一换热器101，高温高压的制冷剂在第一换热器101中与空气流(该空气流为经第三换热器102降温和除湿的空气)换热，制冷剂释放热量，冷却后的制冷剂流向第三膨胀装置11，降温降压变成低温低压的制冷剂，低温低压的制冷剂进入第二换热器12，与第二换热器12中的循环液进行换热，吸收循环液的热量，低温的循环液进入第三换热器102与第三换热器102周围的空气进行换热，吸收空气中的热量以降低第三换热器102周围的空气温度和湿度，经过除湿后的空气被送入第一换热器101内，在第一换热器101中换热后进入车厢内，实现除湿功能，提供舒适的乘车环境。制冷剂则发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂，回流入压缩机1，实现制冷剂的循环利用。

传统热泵空调系统，在冬季除湿时，需要将整个系统切换至第一制冷机制。本发明在冬季除湿时，只要打开第三膨胀装置11即可进行除湿，并与第一制热机制同时工作，降低了传统热泵空调系统控制的复杂性。

参见图9，所述汽车空调系统还可包括辅助制热机制，辅助制热机制一般与第一制热机制同时使用，能够解决某些热泵(第一制热机制)超低温不能满足制热的问题。当热泵不能达到取暖要求时，第三换热器102和加热器14相结合，预热空气，从而使得第一制热机制实现更加顺利，加快车厢的制热效果。

在辅助制热机制下，第二换热器12、泵13、加热器14以及第三换热器102顺序连通形成回路。其中，第二换热器12、泵13、加热器14以及第三换热器102顺序连通形成的回路为循环液回路。

参见图9，在辅助制热机制下，循环液回路的流动路径包括：泵13->加热器14->第三换热器102->第二换热器12->泵13。具体地，在辅助制热机制下，第二换热器12仅起到流通循环液的作用。具体地，在辅助制热机制下，泵13中的循环液进入加热器14加热，加热器14输出高温的循环液，高温的循环液进入第三换热器102与第三换热器102周围的空气进行换热，释放热量至第三换热器102周围的空气中，被加热后的空气被送入第二换热器101内，在第二换热器101中进一步加热后进入车厢，实现辅助制热的功能，空调系统对车厢的加热效果更佳。

又参见图1，所述汽车空调系统还可包括三通阀16。三通阀16的第一出口通向电池单元10、第二出口通向第三换热器102，且三通阀16的第三出口通向第三换热器102。通过控制三通阀16，实现所在支路的通断，从而实现不同机制的切换。当然，也可采用两个截止阀来替代该三通阀16，从而控制相应支路的通断，实现不同机制的切换。

又参见图1，所述汽车空调系统还可包括箱体100(即空调箱)。其中，第一换热器101、第三换热器102设于箱体内。相关技术中，设于空调箱中的第一制冷机制的换热器和除湿机制的换热器共用同一换热器，而第一制热机制的换热器需要另外设置，由于第一制冷机制和第一制热机制所需的功率较大，两个换热器的体积较大。本实施例将设于空调箱中的第一制冷机制的换热器和第一制热机制的换热器共用同一换热器(即第一换热器101)，除湿机制的换热器(即第三换热器102)独立设置。由于第一制冷机制和第一制热机制不可能同时工作，第一换热器101所需的体积为现有第一制冷机制的换热器所需功率、第一制热机制的换热器所需功率两者中的最大功率对应的换热器体积即可，并且由于除湿机制所需的功率较小，该第三换热器102的负载降低，故该第三换热器102的体积能够减小，从而实现空调箱的体积的简化，进而使得空调系统的控制更加简单。

又参见图1，所述汽车空调系统还可包括档板104，该档板104设于第一换热器101和第三换热器102之间，从而可控制吹向第一换热器101的风量，以控制吹向车厢的冷风大小或者热风大小。

又参见图8，本发明实施例中，第一制热机制和除湿机制同时工作。第三换热器102远离挡板104的一侧还设有风机103，从而加快空气流的流动，提高空调系统的工作效率。本实施例中，风机103与第三换热器102相对，通过控制风机103的启闭，可控制吹向第二换热器101、第三换热器102的风量。在空气湿度较大的情况下，若只需要除湿，则可通过控制挡板104的位置，使得挡板104能够完全阻隔第一换热器101和风机103，使得风机103吹出的风无法直接吹向第一换热器101。其中，风机103可选择为鼓风机103或者其他。

另外，空调箱内的风门可设也可不设，对空调系统均无影响。空调箱内部结构内部的简单化，使得风道阻力大大降低，可以节省风机103的功率消耗，提高续航里程。

需要说明的是，上述各实施例中具体描述了多个截止阀，通过截止阀的启闭实现所在支路的通断，从而实现多个机制的切换，截止阀结构简单，通断控制可靠。可以理解，本领域技术人员还可以通过其他方式实现各机制下通路的形成，并不限于上述截止阀的实施例，如利用三通阀16来替代二个截止阀等等。

另外还需要说明的是，本发明实施例中第一换热器101、室外换热器4、第二换热器12、第三换热器102的设置方式，使得任一机制下，各换热器的进、出口均不会发生既作为进口又作为出口的情况，从而使换热器的能力得以发挥。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。