能提供发动机开关操作的车辆空调及取暖系统的制作方法

专利名称：能提供发动机开关操作的车辆空调及取暖系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及公路车辆和越野车辆的空调系统，更具体地涉及 使用变速电机来驱动压缩机的车载取暖、通风及空调系统(HVAC) 及其控制。
技术背景全球经济扩张对运输产业能力产生了很大压力，以保持对原材料 和加工成品的运输需求。实际上，对于合格的牵引车驾驶员的需求已 经远远超过了该产业招募并培训人员以满足市场需求的能力。因此， 运输产业对利用现有人员和车辆的需求导致了花费越来越多的时间在 公路和车辆上以试图满足市场需求。在努力维持高速公路的安全性问题上，已经制定出了管理驾驶员 可驾驶的时间数量的联邦规章。当达到最大时间时，驾驶员需要停车 休息。可供卡车停车的收费广场、称站和休息区的数量都体现了遵守 这些规章。然而，这些处所通常不能给驾驶员提供休息的场所，驾驶 员不得不继续待在车内。对于运输产业需求的响应以及认识到驾驶员必需要有休息的地 方，使得运输车辆制造厂商要继续加大力度关注车辆设计及制造上的 人机工程学因素。实际上，现代运输车的内部含有很多减小驾驶员开 车期间的压力和疲劳的设计特征。这项特征包括减震器和座椅腰部支 撑、改善的隔音措施以及取暖、通风和空调(HVAC)系统，这为驾5驶员提供了舒适的环境。为了使用所需的休息阶段，以及认识到越来 越多的使用通常包括两人的驾驶小组( 一人开车而另 一人睡觉)，许多 运输车包括一卧铺舱。该卧铺舱也可调温从而待在这里时使成员更能 得到休息。不幸地是，当前现有技术的取暖和空调系统使用由发动机皮带驱 动的空调系统压缩机以循环并泵压整个车辆的制冷剂来冷却客舱。还 利用由发动机皮带驱动的泵在整个乘客舱循环发动机废热来在车辆行 驶期间提供可控温环境，当发动机停车时这些系统都不能工作。由于现有技术的车辆HVAC系统在发动机停车时无法工作，使得 运输车驾驶员想要休息时只能在两种非理想情况中进行选择。首先， 他们可以选择继续发动车辆发动机，从而他们休息时也可以取暖或使 空调运行。或者，他们可以选择关闭发动机而于非调温环境下进行休 息，尽管温度通常不会达到最高和最低温度，这取决于需要休息时车 辆处于何处。尽管第一选项通过为驾驶员提供舒适的休息环境而改善 了安全性，但是其大大增加了运行运输车的成本，因为发动机连续运 行，这燃烧了额外的燃料，而只用于操作取暖或空调系统。同样地， 尽管第二选项不会增加车辆运行的成本，因为发动机是关闭的，但是 驾驶员可能无法在温度极限的环境下充分休息，从而存在降低车辆行 驶安全性的危险。因此需要一种能够不仅在发动机运行期间，而且在发动机停车或 者无空闲期间为车辆内部提供调温的车辆取暖、通风和空调系统 (HVAC )。 发明内容考虑到上述问题，本发明提供一种新型和改进的用于运输车辆的 取暖、通风和空调(HVAC)系统，其可以不考虑发动机的运行状态 而进行操作。即，该HVAC系统可以在发动机运行时或者发动机处于 无空闲(停车)状态时都可以进行操作来调节运输车辆内室的空气。 通常，该HVAC系统可以有效地共用车辆上已有的一个或多个典型的 空调组件。在一种情况中，该HVAC系统在皮带驱动发动机不使用时操作电驱动压缩机。在另一种情况中，该HVAC系统在皮带驱动压缩 机和冷凝器不使用时操作电驱动压缩机和一无空闲冷凝器。在另一实 施例中，该HVAC系统共用蒸发器。一方面，本发明提供了用于带有发动机车辆的空调系统，包括主 空调环路和电驱动压缩机。该主空调环路具有在车辆发动机运转时工 作的皮带驱动压缩机。该电驱动压缩机与该主空调环路热连接，在车 辆发动机不运转时工作。另一方面，本发明提供了一种用于车辆的空调系统，包括主空调 环路和次级空调环路。该主空调环路在车辆发动机运转时工作且包括 蒸发器。该次级空调环路在车辆发动机不运转时工作，并与主空调环 路共用蒸发器。在另一方面，本发明提供了一种冷却车辆的方法，该车辆具有在 车辆发动机运转时工作的主空调环路和在车辆发动机不运转时工作的 次级空调环路。该方法包括在主空调环路和次级空调环路之间共用至 少一个空调组件的步骤。本发明的其它方面、目的和优点从结合附图的下文详细说明中变 得更清楚。


被结合并构成说明书一部分的附图示出了本发明的几方面内容， 其与说明书一起用于解释本发明原理。附图中图l是一简单的单线方框图，示出了根据本发明教导所构造的空 调系统中的制冷剂流动和系统组件连接；图2示出了本发明的可选实施例，构成了能够为运输车客舱提供 取暖和冷却功能的HVAC系统；图3是一简化的空气流动图，示出了根据本发明教导构造的包括 暖风机的HVAC系统的一可选实施例；图4是一简化的方块图，示出了本发明实施例的智能发电管理控 制器所提供的备用电源应用及压缩机容量调节；图5是一简化的方块图，示出了本发明实施例的智能发电管理控制器所提供的控制参数应用及压缩机容量调节；图6是一简化的示意图，示出了根据本发明一实施例的运输车中 的组件布置；图7是一简化的示意图，示出了运输车中与主冷却剂循环热连通 的电驱动压缩才几；图8是一简化的示意图，示出了运输车中将图7所示主循环分成 一高压冷却剂循环和一低压冷却剂循环的热交换器；图9是一简化的示意图，示出了运输车中与主冷却剂循环热连通 的电驱动压缩机和无空闲冷凝器；图IO是一简化的示意图，示出了运输车中将图9所示主循环分成 一高压冷却剂循环和一低压冷却剂循环的热交换器；图11是一简化的示意图，示出了运输车中共用一个蒸发器的主空 调循环和次级空调循环；以及图12是一简化的示意图，示出了运输车中将图11所示主循环分 成一高压冷却剂循环和一低压冷却剂循环的热交换器。尽管本发明是结合某些优选实施例来进行介绍的，但是不局限于 那些实施例。相反，涵盖了由所附权利要求限定的包括在本发明范围 和宗旨内的所有可选、改型和等效装置。
具体实施方式
图1以简化方块图形式示出了一种实施例的空调系统，尤其适于 应用在运输或越野商用车辆上。与传统的车辆空调系统不同，本发明 的系统l(H吏用无刷直流电才几12来驱动一个变速压缩才几14。该无刷直 流电机驱动的变速压缩机14将制冷剂从一个制冷剂液化或制冷剂气 化热交换器16循环到一个可选的制冷剂接收及干燥器18。制冷剂然 后流过膨胀装置20和制冷剂气化热交换器22来冷却乘客舱。在本发明的一个实施例中，设置了通过膨胀装置24和制冷剂气化 热交换器26的次级平行冷却剂循环。该次级平行冷却剂循环通常用于 直接冷却运输车驾驶室的卧铺舱。因而，热交换器26通常比热交换器 22小，因为其所负担的容量比驾驶室的主驾驶员/乘客舱小。尽管未在图1中示出，这两个制冷剂循环可以通过一个阀选择性地连接。具有 该阀允许例如在没有成员在驾驶室主客舱时只有卧铺舱进行空气调节，反之亦然，可以增加系统效率。制冷剂然后在返回到压缩机14 之前穿过可操作的制冷剂储存罐28。通过4吏用由无刷直流电才几12驱动的变速压缩才几14，该车辆空调 系统可以在发动机启动和停车(无空闲)期间都运行。设置变速压缩 机14也允许当发动机停车时系统在低容量下工作，以保存车辆电池 34中的系统可用能量。该操作由一个智能发电管理控制器30来进行 控制，其监测各种系统参数和车上的可用电源。通过这种方式，车辆空调系统现在可以或者由车辆主发电系统32 供电，其在发动机运行期间可用，或者通过在发动机停车时利用电池 存储系统34所储存的电力供电。另外，该智能发电管理控制器30还 具有利用固定电源36或者来自辅助电源单元38例如一发电机组或者 燃料电池的能力。在本发明的系统10中，使用电驱动压缩机14使得可以将其输出 从全容量调节为低容量。这使得利用一套单独的空调系统，就可以既 用在发动机运行的高负载的行驶操作中，也可以在低容量发动机关闭 时继续冷却客艙。该调节由智能发电管理控制器30进行，其在只能用 低容量电源时降低压缩机转速。这种调节延长了该电源的可用操作寿 命。即，对于降低转速的压缩机，所需的电力也降低。如图2所示，本发明系统的一个可选实施例包括在一个完全的 HVAC系统中具有一高压冷却剂循环46和一^f氐压冷却剂循环40。该 高压冷却剂循环46由压缩机14驱动，可以被构造成一模块化的密封 制冷剂电力单元，具有永久连接的固定管。该低压冷却剂循环40利用 一低压冷却剂泵42来循环该低压冷却剂，穿过用作高压冷却剂循环 46与次级循环40之间热交换介质的制冷剂液化热交换器44。这种结 构在美国专利No.6276161之中进行介绍，题目为模块化低压输送车辆 空调系统，受让给本发明的受让人，这里结合器全部内容和教导作为 参考。在这种结构中，主高压冷却剂循环46可以构造成单体集成模块，具有固定管路和永久连接的组件。如上述专利所述，这种结构使得制 冷剂从高压连接中泄漏的可能性最小。
如图2所示，该次级低压冷却剂循环40使用 一位于车内的经处理 气化热交换器48来冷却客舱。为了加热车辆客舱，冷却剂加热器50 可以用在次级低压冷却剂循环40中。在该加热操作中，智能发电管理 控制器30只需要操作该次级循环冷却剂泵42和冷却剂加热器50就可 以提供此功能。也就是说，在这种操作模式下不需要电力输送给该可 变速电机驱动的压缩机14，从而在发动机停车期间进一步降低电力消 耗并延长该操作的可用时间。
在图3所示的一可选实施例中，可以在车辆HVAC系统的出风口 54处设置一暖风器52。其可以是一燃料加热器(FFH)或者电阻式加 热器。在该结构中，智能发电管理控制器30不需要操作高压冷却剂循 环或者低压冷却剂循环，而只需要操作循环风扇56和空气加热器52 就能为车辆客舱供暖。该结构提供了额外的电力消耗，使得系统在取 暖模式下能保持更长的工作时间。在冷却操作模式下，压缩机工作以 循环制冷剂使其从高压冷却剂循环到空气或者低压液体循环到空气热 交换器58。模式门和/或温度控制门60控制气流穿过管道54，以调节 流入到车辆客舱中的气流温度，如现有技术公知的。
如上文简要所述以及如图4所示，本发明的系统利用智能发电管 理控制器30来调节该可变速无刷直流电机驱动压缩机14的转速进而 容量。输出控制可以将压缩机14在最高压缩机转速和容量62和最低 压缩机转速和容量64之间调节，最高压缩机转速和容量62为例如发 动机运转或者与无限输入电源例如车辆发电系统32或者固定电源系 统36共同工作时的情况，最低压缩机转速和容量64是例如使用有限 电源例如电池储存系统34或者电力辅助单元系统38时的情况。在这 两点62、 64之间的任何转速和容量下工作都是可以通过智能发电管理 控制器30来控制的。该控制器30也可以改变压缩机14的调制 (modulation),当附加或者不同电源可以利用的时候，以及当系统参 数改变以维持最佳系统性能的时候。例如，当车辆被驱动以维持车辆客舱温度在用户选定温度时控制
器30可以在最高压缩机转速和容量下操作压缩机14。当车辆停车且 发动机关闭时，控制器30可以检测车辆发电系统32的损耗并开始使 用电池储存系统34的电源来驱动压缩机。控制器30然后将降低压缩 机转速和容量，从而不会从电池吸取额外的电力。压缩机的转速和容 量可以由控制器30决定根据需要增加。然而，控制器30不会让电池 储存系统34释放出会导致启动车辆可用剩余电量不足情况发生的电 量，或者不会让电池储存系统释放出会减少系统寿命的电量。当靠近 该点时，控制器30会切短对压缩机14的电力输出，从而切短HVAC 系统，直到以及除非可以用附加电源或者电池被再次充电。在一个实 施例中，该点被设定为在负荷下大约11.5伏直流电，但是基于发动机 启动以及电池寿命的需要也可以采用其它设定点。
当系统利用电池储存系统34来运转时，如果车辆连接到固定电源 系统36,则控制器30会检测新电源的可用性。控制器30会开始使用 该电源而不用电池系统34，且会随着维持内部温度的需要而增加压缩 机转速和容量。相反，如果在车辆上启动辅助电源单元，智能发电管 理控制器30会将驱动压缩机14的该电源切换到排除的电池储存系统 34,并且需要的话将增加压缩机14的调制。然而，与系统利用车辆发 电系统32或者固定电源系统36不同，控制器30会根据APU电力系 统38的电能和容量来很好地降低压缩机14的调制。即，控制器30 识别出APU电源系统38和电池储存系统34是有限电源，其需要车辆 上的其它功能。同样，控制器34会在这些电源耗尽之前通过切断 HVAC系统来确保保留一部分电源。
如图5所示，智能发电管理控制器30监测各种系统参数来执行其 调制控制功能。控制器30监测外部环境温度66和车辆内部环境温度 68来确定所要达到并维持内部设定温度的压缩机容量。通常，外部和 内部温度差越大，维持温度差需要的容量越大。当外部环境温度66 降低或者车辆内部环境温度设定点68升高时，控制器30会降低压缩 机转速和容量并仍然维持用户选定的内部温度。控制器30还在调制压缩机转速和容量时监测压缩机电力消耗70 和总系统电力消耗72。该信息被控制器30用来调制压缩机14来确保 可用电源不会消耗得超过使用有限电源期间需要的预设电源容量。控 制器30如果监测到电力消耗超过一定水平则可以降低压缩机转速和 容量。这些参数也用来保护系统不会过载发生故障。
控制器30还监测制冷剂系统的系统参数，包括压缩机转速74和 制冷剂系统压力和温度76。压缩机转速信号74用于压缩机调制的闭 环比例、积分、微分(PID)控制。该制冷剂系统压力和/或温度用作 调制压缩机转速和容量的控制参数，从而可以优化电力使用。即，当 系统内温度达到足以冷却内部客艙温度时压缩机调制可以降低。实际 上，当冷却客舱的热交换器处于能提供足够制冷的温度时压缩机可以 完全停止。 一旦该热交换器温度升高到超过提供充分制冷的温度水平， 则控制器30可以再次启动压缩机14来降低温度。通过这种方式，用 有限电源来驱动系统时从可用电源吸取的能量最小同时仍能实现为乘 客提供足够制冷的目标。该系统参数使控制器30具有检测系统内其冷 却内部客舱的能力降低以及电源消耗增加的故障的能力。
系统状态显示和控制输入可以通过一客舱内的用户输入/输出显 示78设置在控制器30和操作者之间。当使用该显示78时，用户控制 参数通信可以通过一系列数据链提供给控制器30。同样，系统控制和 状态信息的显示可以由控制器30通过该数据链提供给显示78。用户 的控制参数通常包括HVAC系统所需的操作模式，包括关闭、加热、 冷却模式。通常也可以通过该I/O装置78来输入温度设定。
在本发明的一个实施例中，用户还可以选择应当使用哪种可用电 源来驱动该变速压缩机。控制器30还可以提供在可用电源耗尽时切换 可用电源或者在进行这种自动电源转换之前查询用户授权与否的功 能。风扇速度和内舱选择可以通过用户1/0显示或控制78来进行。系 统状态信息也可以显示在该用户1/0显示78上，包括内部和外部温度、 风扇速度、模式选择、剩余可用电源、选定电源、可用电源、状态和 警告信息等。在本发明的一个实施例中，该系统允许通过该显示/控制78来调 整下述参数压缩机最小控制输出；压缩机最大控制输出；最大吸取 电流；内部单元最小转速输出；电池切断电压；压缩机制冷控制参数 kp、 ki和kd;以及内部风扇加热控制参数Kp、 Ki和Kd。这些参数 为控制PID方程提供比例、积分、微分或者增益。在该实施例中，下 述参数报告给显示器78:操作模式；设定温度；驾驶室温度；排放空 气温度；电池电压；电池电流；和压缩机指令转速。在运行时，该智能发电管理控制器30处理用户输入来确定HVAC 系统的操作模式。当用户在发动机停车(无空闲)条件下发出取暖运 行模式的指令时，控制器30命令一加热器例如图2所示的冷却剂加热 器50或者图3所示的暖风机52启动。这些加热器可以是适当的燃料 加热器或者电阻式加热器。控制器30还通过一脉宽调制(PWM)PID 控制环来控制内部风扇速度，以维持驾驶室内温度在设定值。然而， 如果用户选择制冷操作模式，冷凝器风扇和泵输出就开始启动，内室 风扇设为100%。最开始，压缩机转速被设定为最小容量和转速设置。 控制器30然后调制压缩机14的转速和容量以通过该PID控制将室内 温度维持在用户设定值，除非遇到其它情况。这些情况包括高电流/ 高负载极限，如果供给电流超过预定电流极限就会降低压缩机转速。 在一实施例中该电流极限设为40amps。类似地，如果所需压缩机转速最小而排放空气温度低于温度设定 值，则压缩机转速设为零，直到排放空气温度超过设定值一段预定时 间为止。另外，如果压力检测表示在制冷中出现故障，产生疑问的压 缩机的转速也会设成零。在压缩机允许运行之前压缩机会停止一段预 定时间。最后，如果电池电压下降低于一预定负载值，控制器30会停 止所有输出直到电力循环给控制器30或者可以用备用电源。尽管结合在车辆HVAC系统中的本发明系统提供了很多优点，但 是当前现有的已经安装了一个HVAC系统的车辆也可以从该系统中获 益。但是，拆卸车辆的现有HVAC系统并安装上本发明的系统从成本 考虑是不可行的。因此，本发明的另一实施例是该系统的组件可以模块化从而可以在车辆当前现有的仅能在发动机运转期间工作的HVAC 系统之外再安装到车辆上。通过该实施例，客舱温度可以不运行发动 机就能控制。
该系统安装在如图6所示的典型位置。如从图6中所看到的一样， 为系统10提供了一密封制冷系统，具有可变速无刷直流压缩机和相结 合的冷却剂加热器。该密封单元可以安装在车内或车外的不同位置。 在图6中，示出了密封模块安装于发动机和乘客舱之外。在乘客舱内， 安装有一内置HVAC单元80来提供乘客舱的空气调节，其包括热交 换器和风扇。如果在密封系统10中不包括冷却剂加热器的话，该内置 单元80也可以包括一暖风机。在该实施例中智能发电管理控制器30 也安装在乘客舱内。通过该控制器30，用户可以控制本发明系统并接 收读取信息。
参考图7，示出了在一实施例中的空调系统100。该空调系统IOO 通常用于带有发动机(未示出)的车辆102中(例如，运输车辆)。如 下文将详细介绍的，当车辆102的发动机运转时空调系统100利用某 些組件，而当车辆发动机不运转时，空调系统利用其它组件。在至少 一种情况下，空调系统100内的一个或多个组件在"发动机运转"和"发 动机停车"系统间共用。
如图7所示，空调系统IOO大致包括主空调环路104和电驱动压 缩机106。主空调环路104通常由车辆102的制造商安装。主空调环 路104包括典型的空调组件，例如，皮带驱动压缩机108、冷凝器110、 膨胀阀112和蒸发器114。这些组件通过高压冷却剂管路116热连接 在一起。因此，各种状态以及各种温度和压力的制冷剂可以在主空调 环路104中循环。
主空调环路104还包括皮带驱动鼓风机118 (例如风扇)，其位于 冷凝器110附近。该皮带驱动鼓风机118使空气通过冷凝器110以从 制冷剂中除去热量。该主空调环路104还包括电动鼓风机120，其位 于蒸发器114附近。该电动鼓风机120使空气通过该蒸发器114，从 而可以从车辆122内部120吸热。如图7所示，该皮带驱动压缩机108和冷凝器U0位于前围板124 的一侧并位于车辆102的发动机抢126内。相反，膨胀阀112和蒸发 器114位于前围板124的另一侧并与车辆102内部120热连通。在高 压管线116穿过前围板124的地方，车辆102的制造者要安装高压装 配件(未示出)。
在一实施例中，车辆102的内部122分成驾驶室舱128和卧铺舱 130。在这些实施例中，在主空调环路104中通常还包括一个附加的卧 铺蒸发器132。如图7所示，该卧铺蒸发器132通过高压管线116与 蒸发器114热连接。 一个附加的电动鼓风机134位于卧铺舱132附近 来向该卧铺蒸发器吹风，从而可以从卧铺舱130中吸热。
蒸发器114被放置成与驾驶室舱128热连通以冷却该区域，而卧 铺蒸发器132与卧铺舱130相热连通以冷却该区域。使用卧铺蒸发器 132和蒸发器114允许车辆102的整个内部122都能被冷却。如果需 要，车辆的该卧铺舱130被冷却而驾驶室舱128不被冷却，反之亦然。 为了以这种方式提供选择性冷却，使用计量装置(例如制冷剂流动控 制阀)、恒温控制或者类似装置来循环制冷剂。因此，制冷剂被均匀地 或者不均勻地输送给蒸发器114和卧铺蒸发器132之一或两者。
在某些情况中，卧铺舱130是唯一被冷却的舱室。为此，通常将 卧铺舱130与驾驶室舱128相隔开，例如通过门或帘。然后，与输送 给蒸发器114的制冷剂的量相比，全部或大部分的制冷剂输送给卧铺 蒸发器132。另外，只有电动鼓风机134工作，而电动鼓风机120保 持空闲。例如当夜间车辆102发动机不工作且车辆驾驶员在卧铺舱睡 眠时，只需要以这种方式冷却卧铺舱130。由于可以选择性地只冷却 内部空间122的一部分，在这种情况下是卧铺舱130，所以不必为不 占用的区域消耗电源。
在一实施例中，主空调环路104还包括接收器/干燥器136 (总称 "干燥器")。干燥器136含有干燥剂，其是吸湿的化学物质。干燥剂可 以防止在由少量水和制冷剂恰好混合时生成腐蚀性的酸。如果需要， 干燥器135还可用于液态制冷剂的临时存放箱。在一个实施例中，主空调环路104还包括蓄液器138。尽管蓄液 器138和干燥器136通常用于相同目的，但是干燥器136通常与冷凝 器110的出口相连。相反，蓄液器138连接蒸发器114的出口 ，且防 止液态制冷剂,皮吸入压缩才几(例如压缩才几106、 108)。
还是参照图7，示出了该电驱动压缩才几106与主空调环路104热 连接。事实上，该电驱动压缩机106与该皮带驱动压缩机108并联设 置。阀140、 142布置在高压冷却剂管线116上，分别位于压缩机106、 108的上游。这些阀140、 142在一实施例中是电磁阀。
阀140、 142选择性地允许或限制制冷剂流到各压缩才几106、 108。 例如，当车辆102的发动才几运转时，阀140打开而阀142关闭，从而 制冷剂输送到皮带驱动压缩机108。在这种情况下，电驱动压缩机106 是空闲的。相反，当车辆发动机102不工作时，阀142打开而阀140 关闭，从而制冷剂输送给电驱动压缩机106。在这种情况下，皮带驱 动压缩机108空闲。在每种情况下，流过主空调环路104的制冷剂被 压缩机106、 108之一压缩，从而车辆102的内部122可以进行冷却。
因为该皮带驱动鼓风机118只在发动机运转时工作，所以在依靠 电驱动压缩机106的任何时候都可以使用电动鼓风机144来循环空气。 在无空闲运转期间电动鼓风机144取代该皮带驱动鼓风机118来给冷 凝器110循环空气。
当车辆102发动才几不工作时，电驱动压缩机106与主空调环路104 共用大量空调组件，例如冷凝器IIO、蒸发器114、膨胀阀112、干燥 器136或类似部件。因此，该冷却车辆102内部122的无空闲系统不 需要双份空调组件，即通过主空调环路104已经容易获得的组件。因 为不需要附加组件，所以车辆内的整个空调组件成本更低、更不易于 产生机械故障等。
在一实施例中，电驱动压缩机106与控制器146可操作连接。该 控制器146，与图1所示控制器30类似，可以控制该电驱动压缩机106 的速度。在一实施例中，控制是基于与压缩机相连的电源容量来进行 的。如前文所述，各种来源的电力输入给控制器146，例如辅助电源单元、固定电源、车辆电力系统和电池。在其它实施例中，控制是根 据冷却需要进行的。
现在参考图8，在一实施例中，热交换器148用来将图7所示的 主空调环路104分成高压冷却剂环路150和低压冷却剂环路152。如 参考图2所指出的，当高压管线116穿过前围板124时消除了使用高 压装配件的需要。因此，更可靠且更不易泄漏的低压管线154与低压 冷却剂环路152中的组件热连接。
如图所示，在一实施例中低压冷却剂环路152包括冷却剂泵156。 该冷却剂泵156用来循环低压状态的冷却剂。使用冷却剂泵156是因 为低压冷却剂环路152不具有加压并移动制冷剂的压缩机。在一实施 例中，低压冷却剂环路152还包括冷却剂加热器158来加热制冷剂。 当车辆102位于寒冷环境中这是尤为有利的。
如图9所示，在一个实施例中主空调环路104同时包括一个电驱 动压缩机106和一个无空闲冷凝器160。该无空闲冷凝器160具有和 冷凝器IIO相同的基本功能，只是该无空闲冷凝器是在发动机102不 运转时工作的。换句话说，当车辆102的发动机不运转时，则依靠该 无空闲冷凝器160。
该电驱动压缩机106和无空闲冷凝器160与主空调环路104共用 很多空调组件，例如蒸发器114、膨胀阀112、干燥器136及类似部件。 再次，为车辆102内部122制冷的该无空闲系统不需要含有或使用双 份的空调组件，因为这些组件已经在主空调环路104中可以容易地获 得了。
在一个实施例中，该电驱动压缩4几106和该无空闲冷凝器160相 互串联且热连接，并与也相互串联且热连接的皮带驱动压缩机108及 冷凝器110的串联组合相并联。同样，阀140、 142选择性地允许或限 制制冷剂流到压缩机108、冷凝器IIO和压缩机106、冷凝器160。例 如，当车辆102的发动才几运转时，阀140打开而阀142关闭，从而制 冷剂输送到皮带驱动的压缩机108和冷凝器110。在这种情况下，电 驱动压缩机106和冷凝器160是空闲的。相反，当车辆发动机102不工作时，阀142打开而阀140关闭，从而制冷剂输送给电驱动压缩枳i 106和冷凝器160。在这种情况下，皮带驱动压缩机108和冷凝器110 空闲。在每种情况下，流过主空调环路104的制冷剂被压缩机106、 108之一压缩，从而车辆102的内部122可以进行冷却。参考图IO，在一个实施例中，用热交换器148来将图9所示的主 空调环路104分成高压冷却剂环路150和低压冷却剂环路152。同样， 当高压管线116穿过前围板124时消除了使用高压装配件的需要。因 此，使用低压冷却剂管线154来与低压冷却剂环路152中的组件热连 接。参考图11，在一个实施例中，主空调环路104与次级空调环路164 共用一多路蒸发器162。在该实施例中，该次级空调环路164与图1 所示的系统10非常类似，其中在次级空调环路中包括电驱动压缩机 166、控制器168、膨胀阀170、无空闲冷凝器172、靠近该无空闲冷 凝器的电驱动风扇174和干燥器176。然而，该次级空调环路164还 包括多路蒸发器162，其在图1的系统10中没有发现。在一个实施例 中，蒸发器162是双路多制冷剂蒸发器。如图11所示，该次级空调环路164和该多路蒸发器162的一部分 被布置在一绝热壳体178内。该蒸发器162的其它部分从壳体178中 伸出，与内部122热连通，并且可以与车辆上现有的制冷剂管线相连 接。因此，该模块化次级空调环路164很容易且方便地连接到或者布 置在车辆102内(例如在车辆102的侧室中，在电池舱中，或者类似 位置)。在一个实施例中， 一电驱动鼓风机180位于壳体178内来让空气 流过蒸发器162，同时另一电驱动鼓风机182设置在壳体外起同样的 作用。因此，当车辆102的发动机运转或不运转时空气都可循环流过 蒸发器162的至少某一部分，以调节驾驶舱128和/或卧铺舱130内部 122的空气。安装该次级空调环路164到现有车辆102中(或者改装车上的该 环路)可以非常简单地进行，通过从车辆卧铺舱130中拆去通常的单路卧铺蒸发器，不再使用它，然后将现有的制冷剂管线(例如制冷剂管线116)连接到该双路蒸发器162循环管理上。因为便于安装，所 以一个无空闲空调系统可以快速且方便地安装到车辆102上而无需改 变或修改车上组件和结构。如图11所示，该多路蒸发器166与卧铺舱130热联通。即便如此， 该多路蒸发器166在另一个实施例中与驾驶室舱128或车辆102的整 个内部空间122相热连通。参考图12，在一个实施例中，热交换器148用来将图11所示的 主空调环路104分成高压冷却剂环路150和低压冷却剂环路152。同 样，当高压管线116穿过前围板124时消除了使用高压装配件的需要。 因此，可以使用低压冷却剂管线154来与低压冷却剂环路152中的組 件热连接。如图12所示，由于使用热交换器148，该多路蒸发器162 连接到低压冷却剂管线154而不是如图11所示的高压冷却剂管线116。在一个实施例中，与主空调环路104(图7-10)热连接的次级空 调环路164 (图11和12)中的压缩机166或者压缩机106是由频率驱 动器驱动的交流(AC)压缩机。同样，当压缩机的频率输入改变时， 压缩机的速度或输出也相应地改变。如上文所述这节省了或保存了电 源电力。前面已经给出了本发明各种实施例的介绍用来进行解释和说明。 其不是穷举或者限制本发明为上述的具体实施例。在上文教导下可以 作出多种改型和变型。所讨论的实施例被选出并介绍是为了提供对本 发明原理及其实际应用的最佳说明，从而使本领域普通技术人员可以 以不同的实施方式来利用本发明，且具有适于可想到的特殊应用的各 种改型。所有这些改型和变型都包含在所附权利要求确定的本发明的 范围内，权利要求根据其公正、合法、合理地被授权时的宽度来进行所有的参考，包括公开文本、专利申请以及这里引用的专利被结 合作为参考，参考程度与各参考文件单独地且具体地被指出的参考程 度以及其全文列出的程度一样。在介绍本发明的全文中(特别是所附权利要求文本中)所用措辞 "一"、"一个，，和"该"以及类似讨论对象被解释成包括单个和多个的情况，除非文中指出为相反情况或者明显矛盾。措辞"包含，，、"具有"、"包 括"和"含有"被解释成开放式措辞(即，表示"包括但不局限于")，除 非指出是相反情况。这里叙述的数值范围仅用作表示落在该范围内的 各单独值的缩写方法，除非这里指出是相反情况，各单独数值包含在 说明书内，如同其被单独引用一样。这里所述的所有方法可以按照任 何合适的顺序执行，除非这里指出相反情况或者文中明显矛盾。这里 所用的任何以及所有的示例或列举语言(例如，"如，，)，仅用来更好的 解释本发明，而不是限制本发明的范围，除非声明相反情况。说明书 中没有任何语言可以被解释成表示任何没有声明的部件对于实施本发 明是必不可少的。这里介绍了本发明的优选实施例，包括发明人所知道的执行本发 明的最佳方式。那些优选实施例的变型对于那些本领域普通技术人员 来说在阅读了上文说明后都是显而易见的。本发明期望技术人员可以 适当地应用这种变型，且发明人希望本发明可以用除本文具体介绍以 外的方式来实施。因此，本发明包括所有适用法律允许的所附权利要 求主题的所有改型和等效方式。此外，上述部件的所有可能变型的组 合也包括在本发明范围内，除非这里指出相反情况或者文中明显矛盾。
权利要求
1.一种用于带有发动机的车辆的空调系统，包括主空调环路，包括皮带驱动的压缩机，该皮带驱动压缩机在车辆发动机运转时工作；和电驱动压缩机，与该主空调环路热连接，该电驱动压缩机在车辆发动机不运转时工作。
2. 如权利要求l的空调系统，其特征在于当该电驱动压缩机工作 时该皮带驱动压缩机不工作，当该皮带驱动压缩机工作时该电驱动压 缩机不工作。
3. 如权利要求l的空调系统，其特征在于该皮带驱动压缩机和该 电驱动压缩机相互并联地热连接。
4. 如权利要求l的空调系统，其特征在于该主空调环路包括冷凝 器，其中该空调系统还包括在发动机不运转时用来向冷凝器吹风的电 动鼓风机。
5. 如权利要求l的空调系统，其特征在于该空调系统还包括至少 一个阀，该阀在车辆发动机运转时将制冷剂输送给皮带驱动压缩机， 在车辆发动机不运转时输送给该电驱动压缩机。
6. 如权利要求l的空调系统，其特征在于该电驱动压缩机与一控 制器可操作地连接，该控制器控制电驱动压缩机的转速。
7. 如权利要求l的空调系统，其特征在于该主空调环路包括与车 辆驾驶室内部热连通的驾驶室蒸发器，和与车辆卧铺内部热连通的卧 铺蒸发器。
8. 如权利要求l的空调系统，其特征在于该主空调环路被热交换 器分成高压冷却剂环路和低压冷却剂环路。
9. 如权利要求8的空调系统，其特征在于该低压冷却剂环路包括 泵和至少一个蒸发器，该至少一个蒸发器与车辆内部热连通。
10. 如权利要求9的空调系统，其特征在于该低压冷却剂环路包 括冷却剂加热器。
11. 如权利要求1的空调系统，其特征在于还包括一个无空闲(no-idle)冷凝器，其与电驱动压缩机和主空调环路热连接，该无空闲 冷凝器在车辆发动机不运转时工作。
12. 如权利要求11的空调系统，其特征在于当该无空闲冷凝器工 作时该主空调环路的冷凝器关闭，当该主空调环路的冷凝器工作时该 无空闲冷凝器关闭。
13. 如权利要求11的空调系统，其特征在于该电驱动压缩机和该 无空闲冷凝器相互串联热连接，并与相互串联热连接的皮带驱动压缩 机及冷凝器的组合相并联。
14. 如权利要求11的空调系统，其特征在于该电动鼓风机位于无 空闲冷凝器附近，以在车辆发动机不运转时给该无空闲冷凝器吹风。
15. 如权利要求11的空调系统，其特征在于该无空闲冷凝器和电 驱动压缩机都可操作地连接到控制器上，该控制器控制电驱动压缩机 的输出。
16. 如权利要求11的空调系统，其特征在于主空调环路被热交换 器分成高压冷却剂环路和低压冷却剂环路，低压冷却剂环路包括与车 辆内部热连通的蒸发器、冷却剂泵和冷却剂加热器。
17. —种用于公路(over-the-road )或者越野(off road)车辆的 空调系统，包括主空调环路，其在车辆发动机运转时工作，该主空调环路包括蒸 发器；和次级空调环路，其在车辆发动机不运转时工作，该次级空调环路 与主空调环路共用蒸发器。
18. 如权利要求17的空调系统，其特征在于蒸发器是双路多制冷 剂蒸发器。
19. 如权利要求17的空调系统，其特征在于该次级空调环路和蒸 发器的一部分不透气密封在一壳体内。
20. 如权利要求17的空调系统，其特征在于蒸发器与车辆卧铺舱 内部热连通。
21. 如权利要求17的空调系统，其特征在于该次级空调环路包括 交流由频率驱动器驱动的交流(AC)压缩机。
22. 如权利要求17的空调系统，其特征在于次级空调环路内的电 驱动压缩机与一控制器可操作连接，该控制器控制电驱动压缩机的转 速。
23. —种冷却车辆的方法，该车辆具有在车辆发动机运转时工作 的主空调环路和在车辆发动机不运转时工作的次级空调环路，包括以 下步骤在主空调系统和次级空调系统之间共用至少一个空调组件。
24. 如权利要求23的方法，其特征在于该至少一个空调组件是双 路多制冷剂蒸发器。
25. 如权利要求23的方法，其特征在于该至少一个空调组件是蒸 发器和冷凝器。
26. 如权利要求23的方法，其特征在于还包括选择性地只对主空 调环路和次级空调环路之一计量制冷剂的步骤。
全文摘要
提供了一种用于运输或越野车辆的取暖、通风和空调(HVAC)系统。该HVAC系统可以不考虑发动机的运行状态而进行操作。即，该HVAC系统在发动机运行时或者发动机处于无空闲(停车)状态时都可以进行操作来调节运输车辆内室的空气。通常，该HVAC系统可以有效地共用车辆上已有的一个或多个典型的空调组件。在一种情况中，该HVAC系统在皮带驱动发动机不使用时操作电驱动压缩机。在另一种情况中，该HVAC系统在皮带驱动压缩机和冷凝器不使用时操作电驱动压缩机和一无空闲冷凝器。在另一实施例中，该HVAC系统共用蒸发器。
文档编号F04B35/00GK101251096SQ20081008087
公开日2008年8月27日 申请日期2008年2月22日 优先权日2007年2月22日
发明者C·布雷里欧, E·伊来亚斯, T·A·齐格勒 申请人:博格思众公司