一种模块化客车二次换热空调系统及其工作方法与流程

本发明涉及客车技术领域，尤其是涉及一种模块化客车二次换热空调系统及其工作方法。

背景技术：

传统燃油车采用压缩制冷技术为乘员舱提供冷空调，冬季利用发动机余热为乘员舱提供热空调。随着燃油经济性的提升，发动机余热越来越少，无法充分满足冬季制热的需求。纯电动汽车没有发动机的余热，冬季制热也需要新的热源。

目前，常见的解决方案是采用ptc(正温度系数电阻)电加热或采用热泵空调系统。目前大部分汽车空调采用r134a制冷剂，采用该制冷剂的热泵系统在环境温度低于-10℃时，效率很低，无法满足制热需求。在客车空调中，采用r407c或r410a制冷剂可以实现低温环境下的制热。但是，无论是r134a、r407c，还是r410a，均不是环保制冷剂。

同时汽车系统长时间运行，管路老化或管路内压力过大都可能导致制冷剂的泄露而导致汽车空调系统性能下降。

技术实现要素：

为解决上述的技术问题，本发明技术方案提供一种模块化客车二次换热空调系统，其中，包括：

空调机组模块；

与所述空调机组模块连接的车内空调模块；

设置于所述空调机组模块内用于检测系统压力的压力传感器；

设置于所述空调机组模块内用于检测制冷剂气体浓度的气体浓度传感器；

用于控制所述空调机组模块、所述车内空调模块、所述压力传感器和所述气体浓度传感器的控制系统；

控制系统控制制冷剂在所述空调机组模块与所述车内空调模块中循环而实现制热或制冷功能。

可选地，所述空调机组模块包括：

压缩机和四通阀；

所述压缩机的出口、入口分别连接至所述四通阀的第一接口、第三接口；

连接至所述四通阀的第二接口的第一空调换热器；

与所述第一空调换热器连接的节流阀以及

与所述节流阀连通的第二空调换热器，所述第二空调换热器连接至所述四通阀的第四接口。

可选地，所述车内空调模块包括：

车顶换热器及与之配套的第一风机；

地板换热器及与之配套的第二风机；

所述车顶换热器、所述地板换热器分别通过管路连接至所述第二空调换热器的两端；

所述车顶换热器、所述地板换热器之间并联安装一对方向相反的第一工质泵、第二工质泵。

可选地，所述空调机组模块与所述车顶换热器、所述第一风机形成第一配置；

所述空调机组模块与所述地板换热器、所述第二风机形成第二配置；

所述空调机组模块与所述车顶换热器、所述第一风机、所述地板换热器、所述第二风机形成第三配置。

可选地，所述第一空调换热器配置有第三风机。

可选地，还包括与所述空调机组模块连接的室外换热模块，以将经所述空调机组模块流入所述室外换热模块内的制冷剂与环境空气实现热交换并回输至所述空调机组模块。

可选地，所述室外换热模块包括：

室外换热器及与之配套的第四风机，所述室外换热器的入口、出口通过管路连接至所述第一室内换热器的两端；

所述室外换热器与所述第一空调换热器之间安装有第三工质泵。

可选地，所述制冷剂为r744或r290。

为解决上述的技术问题，本发明技术方案还提供一种模块化客车二次换热空调系统的工作方法，其中，所述工作方法如下：

空调系统在制冷时，控制系统控制空调机组模块内制冷剂的流向为压缩机出口-四通阀第一接口-四通阀第三接口-第一空调换热器-节流阀-第二空调换热器-四通阀第四接口-四通阀第二接口-压缩机入口；控制系统控制车内空调模块内的制冷剂流向为第二空调换热器-车顶换热器-第一工质泵-地板换热器-第二空调换热器；控制系统控制室外换热模块内制冷剂的流向为第一空调换热器-第三工质泵-室外换热器-第一空调换热器，而实现制冷效果。

空调系统在制热时，控制系统控制空调机组模块内制冷剂的流向为压缩机出口-四通阀第一接口-四通阀第四接口-第二空调换热器-节流阀-第一空调换热器-四通阀第三接口-四通阀第二接口-压缩机入口；控制系统控制车内空调模块内的制冷剂流向为第二空调换热器-地板换热器-第二工质泵-车顶换热器-第二空调换热器；控制系统控制室外换热模块内制冷剂的流向为第一空调换热器-第三工质泵-室外换热器-第一空调换热器，而实现制热效果。

本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过将空调系统设置为模块化系统，空调机组模块与车顶换热器、第一风机形成第一配置；空调机组模块与地板换热器、第二风机形成第二配置；空调机组模块与车顶换热器、第一风机、地板换热器、第二风机形成第三配置，空调机组模块可替换成其他热源或冷源模块，室外换热模块可配置可不配置，使得整体系统的配置灵活。

本发明的空调系统设置为车顶换热器主制冷、地板换热器主制热的方式，满足了乘员舱冷风自上往下流动、热风自下往上流动的需求，同时，车顶空调模块和地板空调模块同时工作，通过调节换热模块的风量(风速)，可以加快车内空气循环、构建车内温度场，提高乘员舒适性。

本发明的空调系统通过设置压力传感器和气体浓度传感器，实时监控空调系统的压力和气体浓度，一旦超过设定值，系统将采取保护措施，保证了空调系统整体安全性及稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例中空调系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中去除室外换热模块的空调系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中空调系统的制冷循环路线示意图；

图4为本发明实施例中空调系统的制热循环路线示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参见图1和图2所示，示出了一种实施例的模块化客车二次换热空调系统，其中，包括空调机组模块100；与空调机组模块100连接的车内空调模块200；设置于空调机组模块100内用于检测系统压力的压力传感器15；设置于空调机组模块100内用于检测制冷剂气体浓度的气体浓度传感器16；用于控制空调机组模块100、车内空调模块200、压力传感器15和气体浓度传感器16的控制系统；控制系统控制制冷剂在空调机组模块100与车内空调模块200中循环而实现制热或制冷功能。

可选地，空调机组模块100包括压缩机1和四通阀2；压缩机1的出口、入口分别连接至四通阀2的第一接口a、第三接口b；连接至四通阀2的第二接口c的第一空调换热器3；与第一空调换热器3连接的节流阀5以及与节流阀5连通的第二空调换热器4，第二空调换热器4连接至四通阀2的第四接口d。

可选地，车内空调模块200包括车顶换热器6及与之配套的第一风机8；地板换热器7及与之配套的第二风机9；车顶换热器6、地板换热器7分别通过管路400连接至第二空调换热器4的两端；车顶换热器6、地板换热器7之间并联安装一对方向相反的第一工质泵10、第二工质泵11。

可选地，空调机组模块100与车顶换热器6、第一风机8形成第一配置；空调机组模块100与地板换热器7、第二风机9形成第二配置；空调机组模块200与车顶换热器6、第一风机8、地板换热器7、第二风机9形成第三配置。

可选地，第一空调换热器3配置有第三风机14。

可选地，还包括与空调机组模块100连接的室外换热模块300，以将经空调机组模块100流入室外换热模块300内的制冷剂与环境空气实现热交换并回输至空调机组模块100。

可选地，室外换热模块300包括室外换热器12及与之配套的第四风机13，室外换热器12的入口、出口通过管路400连接至第一室内换热器3的两端；室外换热器12与第一空调换热器3之间安装有第三工质泵17。

可选地，制冷剂为r744或r290。

通过以下说明进一步地认识本发明的特性及功能。

本实施例的空调系统在制冷时，控制系统控制空调机组模块100内制冷剂(制冷剂为r744(二氧化碳)或r290(丙烷))的流向为压缩机出口-四通阀第一接口-四通阀第三接口-第一空调换热器-节流阀-第二空调换热器-四通阀第四接口-四通阀第二接口-压缩机入口；控制系统控制车内空调模块内的制冷剂流向为第二空调换热器-车顶换热器-第一工质泵-地板换热器-第二空调换热器；控制系统控制室外换热模块内制冷剂的流向为第一空调换热器-第三工质泵-室外换热器-第一空调换热器，而实现制冷效果。

本实施例的空调系统在制热时，控制系统控制空调机组模块100内制冷剂的流向为压缩机出口-四通阀第一接口-四通阀第四接口-第二空调换热器-节流阀-第一空调换热器-四通阀第三接口-四通阀第二接口-压缩机入口；控制系统控制车内空调模块内的制冷剂流向为第二空调换热器-地板换热器-第二工质泵-车顶换热器-第二空调换热器；控制系统控制室外换热模块内制冷剂的流向为第一空调换热器-第三工质泵-室外换热器-第一空调换热器，而实现制热效果。

具体的，第二空调换热器实现空调系统制冷剂和车内空调模块制冷剂的热交换。第一空调换热器实现空调系统制冷剂和室外换热模块制冷剂的热交换。四通阀用来实现空调机组模块内制冷剂的换向，四通阀也可以用四个截止阀或两个三通阀代替。节流阀可以是电子膨胀阀，也可以是节流管。空调控制器包含空调系统控制、压缩机驱动控制、电压转换等功能。

空调机组模块中的制冷剂回路中可以串联回热器，对压缩机入口和第二空调换热器进口的制冷剂进行换热，提高制冷效率。

空调机组模块中的制冷剂回路中设置压力传感器，对系统的运行压力进行监测，如果系统压力超过设定值，系统将自动报警并启动泄压程序。空调机组模块中设置有气体浓度传感器，对r744或r290气体的浓度进行探测，如果系统泄漏导致气体浓度超过设定值，系统将自动报警并启动风机快速排风，降低气体浓度。且如图1所示(图2、图3和图4中的压力传感器和气体浓度传感器与图1中的位置相同，但并未画出)，压力传感器设置于制冷剂回路中而用于检测回路中的制冷剂压力值，气体浓度传感器设置于空调机组模块中而检测可能存在泄漏到空调机组模块中的气体的浓度值，空调机组模块中的制冷剂回路中的工质为r744或r290。

车内空调模块的回路中的工质为防冻液或其它介质。可以在车内空调模块的回路中串联接入其它热源或冷源，例如压缩制冷/制热系统、热电系统、电加热系统或者其它制冷/制热系统。

车内空调模块可以由车顶换热器6和地板换热器7共同组成，也可以由车顶换热器6或地板换热器7单独组成。车顶换热器6和地板换热器7可以单独形成车内空调模块的回路，也可串联或并联形成车内空调模块的回路。也可以在车内空调模块的回路中并入其它需要冷却或加热的装置，例如电池系统、电机系统、大功率元器件或者其它需要冷却/加热的装置。

室外换热模块通过室外换热器5、第三风机3和环境空气实现热交换。本实施例的空调系统也可以不配置室外换热模块，直接在空调机组模块中配置第一空调换热器和第三风机，通过第一空调换热器和第三风机和环境空气实现热交换。室外换热模块组成的回路中的工质为防冻液或其它介质。车内空调模块的回路和室外换热模块的回路中可以串入储液罐或工质壶，用来储存回路中的工质。

综上所述，本发明通过将空调系统设置为模块化系统，空调机组模块与车顶换热器、第一风机形成第一配置；空调机组模块与地板换热器、第二风机形成第二配置；空调机组模块与车顶换热器、第一风机、地板换热器、第二风机形成第三配置，空调机组模块可替换成其他热源或冷源模块，室外换热模块可配置可不配置，使得整体系统的配置灵活。

本发明的空调系统设置为车顶换热器主制冷、地板换热器主制热的方式，满足了乘员舱冷风自上往下流动、热风自下往上流动的需求，同时，车顶空调模块和地板空调模块同时工作，通过调节换热模块的风量(风速)，可以加快车内空气循环、构建车内温度场，提高乘员舒适性。

本发明的空调系统通过设置压力传感器和气体浓度传感器，实时监控空调系统的压力和气体浓度，一旦超过设定值，系统将采取保护措施，保证了空调系统整体安全性及稳定性。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。