矿用车集成式双模空调的制作方法

1.本实用新型属于车用空调领域，具体涉及一种矿用车集成式双模空调。


背景技术：

2.空调作为车辆的重要部件，可对驾驶室内温度、湿度、气流速度进行调节，为驾驶员创造一个舒适的操作环境。传统的车用空调由发动机皮带轮提供动力，一旦发动机停止运转，空调就无法正常工作。
3.矿用车作为矿山设备中的巨无霸，具有排量大，油耗高的特点，驾驶员为了获得舒适的温度，经常需要保持空调系统持续工作，因此不得不长时间的保持发动机怠速运转，耗费了大量燃油。因此用户对矿用车空调提出了新的要求，希望车辆可以配备不依赖发动机运行的驻车空调。
4.目前市场上的驻车空调主要应用于乘用车和房车领域，多为高电压系统，个别低电压驻车空调制冷量普遍偏小，无法满足矿用车的使用要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种矿用车集成式双模空调，该空调制冷模式可分别实现行车与驻车双模独立运行，减少因使用空调而导致的发动机怠速运行时间，降低车辆燃油消耗，减少尾气排放。
6.为达到上述目的，本实用新型使用的技术解决方案是：
7.矿用车集成式双模空调，包括：室内机总成、室外机总成、行车压缩机、第一油分离器、第一气液分离器、蓄电池组及控制器；室内机总成包括：蒸发风机、蒸发器、膨胀阀、加热器、电控水阀、内循环电机、风向电机及温度传感器；室外机总成包括：第一单向阀、第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机、第二油分离器、第三油分离器、第二单向阀、冷凝器、冷凝风机、储液器、第二气液分离器、继电器a、继电器b、继电器c 及继电器d；行车压缩机、第一油分离器、第一单向阀、冷凝器、储液器、膨胀阀、蒸发器及第一气液分离器顺序串联组成行车空调制冷剂回路，用于行车过程中的空调制冷；串联有第二油分离器的第一驻车电动压缩机与串联有第三油分离器的第二驻车电动压缩机并联，并联后与第二单向阀、冷凝器、储液器、膨胀阀、蒸发器及第二气液分离器顺序串联组成驻车空调制冷剂回路，用于驻车状态时的空调制冷。
8.进一步，行车空调制冷剂回路与驻车空调制冷剂回路组成并联双回路，双回路共用冷凝器、储液器、膨胀阀和蒸发器，双回路独立运行。
9.进一步，第一驻车电动压缩机与第二驻车电动压缩机为同型号的 24vdc压缩机。
10.进一步，第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机及冷凝风机由蓄电池组供电，蓄电池组独立于整车蓄电池之外。
11.进一步，控制器接入集成在发动机上的发电机的输出信号，当车辆处于行车状态时，发电机输出高电平信号，控制器切断第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机的供
电，延时后接通集成在行车压缩机上的离合器的供电，行车空调工作；当处于驻车状态时，发电机输出低电平信号，控制器切断集成在行车压缩机上的离合器的供电，延时后接通第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机的供电，驻车空调工作。
12.进一步，控制器包括：风量旋钮开关、温度旋钮开关、风向旋钮开关、 a/c按钮开关、驻车空调指示灯及内循环按钮开关；a/c按钮开关与驻车空调指示灯同时接电，表示为驻车空调模式；a/c按钮开关接电，驻车空调指示灯断电，表示为行车空调模式。
13.进一步，控制器内部集成有用于记录驻车空调单次运行时间的计时器。
14.进一步，冷凝风机的控制信号与a/c按钮开关的信号一同输出。
15.本实用新型技术效果包括：
16.本实用新型在保留现有成熟行车空调制冷剂回路的基础上，增加由电动压缩机作为驱动单元的驻车空调制冷剂回路，使其形成行车空调和驻车空调并联双回路，实现行车空调与驻车空调双模独立运行。
17.1、矿用车为24vdc低电压平台,为了与整车电压平台适配，24vdc电动压缩机是理想的选择。目前国内外成熟的24vdc压缩机制冷量普遍小于 3kw，无法满足矿用车的特殊工况，且制冷量输出越大，转速越高，压缩机磨损就越快，压缩机使用寿命越短；本实用新型将两台24vdc电动压缩机并联作为驻车空调的驱动单元，可输出不低于6kw的制冷量，既可以满足矿用车对制冷量的需求，又可以降低单台电动压缩机的转速，提高压缩机使用寿命，且当其中一台电动压缩机发生故障时，另一台仍可以继续正常运转，保证驻车空调的持续运行。
18.2、将两台24vdc电动压缩机区分为第一驻车电动压缩机和第二驻车电动压缩机。
19.(1)、为有效解决压缩机的回油问题，第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机及行车压缩机的高压排气端均配置油分离器，使从压缩机高压端随制冷剂一同排出的冷冻机油能够回流到压缩机内部。
20.(2)、为防止液态制冷剂冲击压缩机，在并联后的第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机低压吸气端主回路以和行车压缩机的低压吸气端配置气液分离器，保证进入所有压缩机低压吸气端的制冷剂均为气态。
21.为保证驻车空调制冷剂回路和行车空调制冷剂回路分别独立运行，互不干扰，在并联后的第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机高压排气端主回路和行车压缩机的高压排气端配置单向阀，防止两条回路中的压缩机高压端制冷剂串流。
22.(3)、本实用新型的空调系统同时集成了制热功能，由发动机冷却液为安装在驾驶室内的加热器提供热源，可在行车状态下提供制热功能。
23.(4)、行车空调制冷剂回路与驻车空调制冷剂回路组成的并联双回路中，冷凝器、储液器、膨胀阀和蒸发器，是可以共用的，这样会降低整个系统的成本。
24.为了增加系统的通用型，便于在其他车型上适配，将蒸发器、膨胀阀、蒸发风机以及用于制热的加热器集成为室内机总成，安装于驾驶室内部。具体为，室内机还集成有电控水阀、内循环电机、风向电机及温度传感器；将第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机、冷凝器、冷凝风机、储液器、与两台电动压缩机串联的两个油分离器和一个气液分离器以及制冷剂双回路中的两个单向阀集成为室外机总成，安装于驾驶室外部。
25.室外机还集成有控制行车压缩机的继电器a、控制冷凝风机的继电器 b、控制第一
驻车电动压缩机的继电器c和控制第二驻车电动压缩机的继电器d。
26.(5)、集成了第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机及冷凝风机的室外机总成，总功率大于3kw，如由整车蓄电池供电，可能会耗光整车蓄电池电量，使车辆无法启动，因此，特别设置独立于整车蓄电池之外的蓄电池组为集成了第一驻车电动压缩机、第二驻车电动压缩机及冷凝风机的室外机总成供电，所述蓄电池组与车辆发电机相连，可在行车过程中充电，驻车状态下放电。
27.(6)、为了提高空调系统的操作便利性，将行车空调、驻车空调、制热、风量调节、风向调节等功能全部集成在单一控制器上；控制器包含1 个风量旋钮开关、1个温度旋钮开关、1个风向旋钮开关、1个a/c按钮开关、1个驻车空调指示灯及1个内循环按钮开关。
28.(7)、控制器接入集成在发动机上的发电机的输出信号，以此判断车辆处于行车或驻车状态，当车辆处于行车状态时，发电机输出高电平信号，控制器切断两台驻车电动压缩机的供电，接通集成在行车压缩机上的离合器的供电，行车空调工作；当处于驻车状态时，发电机输出低电平信号，控制器切断集成在行车压缩机上的离合器的供电，接通两台驻车电动压缩机的供电，驻车空调工作；为避免行车压缩机和驻车电动压缩机相互影响，行车压缩机和驻车电动压缩机的切换延时5秒执行。
29.(8)、车辆使用过程中，驾驶员经常会有打开空调忘记关闭的情况发生，为避免误操作导致的持续耗电，所述控制器内部集成用于记录驻车空调单次运行时间的计时器，运行时间达到设定值后，控制器自动切断两台驻车电动压缩机的供电。
附图说明
30.图1为本实用新型中矿用车集成式双模空调的系统原理图。
31.图2为本实用新型中矿用车集成式双模空调的控制原理图。
32.图3为本实用新型中矿用车集成式双模空调的控制器结构图。
[0033]1‑
室内机总成，2
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室外机总成，3
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行车压缩机，4
‑
第一油分离器，5
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第一气液分离器，6
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蓄电池组，7
‑
控制器，8
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蒸发风机，9
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蒸发器，10
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膨胀阀， 11
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加热器，12
‑
电控水阀，13
‑
第一单向阀，14
‑
第一驻车电动压缩机，15
‑ꢀ
第二驻车电动压缩机，16
‑
第二油分离器，17
‑
第三油分离器，18
‑
第二单向阀，19
‑
冷凝器，20
‑
冷凝风机，21
‑
储液器，22
‑
第二气液分离器，31
‑
内循环电机，32
‑
风向电机，33
‑
温度传感器，34
‑
离合器，35
‑
继电器a，36
‑
继电器 b，37
‑
继电器c，38
‑
继电器d，39
‑
计时器，51
‑
风量旋钮开关，52
‑
温度旋钮开关，53
‑
风向旋钮开关，54
‑
a/c按钮开关，55
‑
驻车空调指示灯，56
‑
内循环按钮开关。
具体实施方式
[0034]
以下描述充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
[0035]
如图1所示，为本实用新型中矿用车集成式双模空调的系统原理图。如图2所示，为本实用新型中矿用车集成式双模空调的控制原理图。
[0036]
矿用车集成式双模空调，包括：室内机总成1、室外机总成2、行车压缩机3、第一油分离器4、第一气液分离器5、蓄电池组6及控制器7。
[0037]
室外机总成2包括：第一单向阀13、第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机
15、第二油分离器16、第三油分离器17、第二单向阀18、冷凝器19、冷凝风机20、储液器21、第二气液分离器22、继电器a35、继电器b36、继电器c37及继电器d38，室外机总成2安装于车辆驾驶室外部。
[0038]
室内机总成1包括：蒸发风机8、蒸发器9、膨胀阀10、加热器11、电控水阀12、内循环电机31、风向电机32及温度传感器33，室内机总成 1安装于车辆驾驶室内部。加热器11的进水口与电控水阀12的出水口串联，电控水阀12的进水口与发动机节温器连接，加热器11的出水口与发动机水泵连接，形成加热器回路。发动机运转时，由发动机水泵驱动的高温冷却液在加热器回路中循环流动，使加热器11变为高温状态，在蒸发风机8 的作用下，冷空气流动经过加热器11变为热空气后吹入驾驶室。
[0039]
在行车空调模式下，由行车压缩机3、第一油分离器4、第一单向阀13、冷凝器19、储液器21、膨胀阀10、蒸发器9及第一气液分离器5用管路顺序串联组成行车空调制冷剂回路。由发动机皮带轮驱动的行车压缩机3吸入中温低压气态制冷剂，将其转化为高温高压气态后排入第一油分离器4；第一油分离器4的回油口接入行车压缩机3的吸气端，保证行车压缩机3 高压端随制冷剂一同排出的冷冻机油回流到行车压缩机3内部；高温高压气态制冷剂流经第一油分离器4、第一单向阀13后进入冷凝器19，释放热量变为中温高压液态，释放的热量在冷凝风机20的作用下被车外的空气流带走；中温高压液态制冷剂流经储液器21进入膨胀阀10，经膨胀阀10节流降压变为低温低压液态后进入蒸发器9，制冷剂吸收蒸发器9的热量后发生气化变为中温低压气态，然后流经第一气液分离器5后回到行车压缩机3 的吸气端；制冷剂如此循环流动，将驾驶室内的热量排到驾驶室外，蒸发器9释放热量后变为低温状态，在蒸发风机8的作用下，热空气流动经过蒸发器9变为冷空气后吹入驾驶室。第一气液分离器5的作用在于将气态和液态的制冷剂分离，保证进入行车压缩机3吸气端的制冷剂均为气态，防止行车压缩机3液击。
[0040]
驻车状态下，发动机停止运转，行车压缩机3失去动力来源，行车空调失效，为在驻车状态下继续使用空调，需增加额外的驻车电动压缩机。先将第一驻车电动压缩机14的排气口与第二油分离器16的入口连接，第二驻车电动压缩机15的排气口与第三油分离器17的入口连接，然后将第一驻车电动压缩机14和第二驻车电动压缩机15的吸气口并联，第二油分离器16和第三油分离器17的出口并联，完成两台驻车电动压缩机的并联；然后与第二单向阀18、冷凝器19、储液器21、膨胀阀10、蒸发器9及第二气液分离器22用管路顺序串联组成驻车空调制冷剂回路。在驻车空调模式下，由蓄电池组6驱动的第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机 15吸入中温低压气态制冷剂，将其转化为高温高压气态后排入第二油分离器16、第三油分离器17；第二油分离器16的回油口接入第一驻车电动压缩机14的吸气端，第三油分离器17的回油口接入第二驻车电动压缩机15 的吸气端，保证第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15高压端随制冷剂一同排出的冷冻机油回流到第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15内部；高温高压气态制冷剂流经第二油分离器16、第三油分离器 17并入第二单向阀18后进入冷凝器19，释放热量变为中温高压液态，释放的热量在冷凝风机20的作用下被车外的空气流带走；中温高压液态制冷剂流经储液器21进入膨胀阀10，经膨胀阀10节流降压变为低温低压液态后进入蒸发器9，制冷剂吸收蒸发器9的热量后发生气化变为中温低压气态，然后流经第二气液分离器22后回到第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的吸气端；制冷剂如此循环流动，将驾驶室内的热量排到驾驶室外，
蒸发器9释放热量后变为低温状态，在蒸发风机8的作用下，热空气流动经过蒸发器9变为冷空气后吹入驾驶室。第二气液分离器22的作用在于将气态和液态的制冷剂分离，保证进入第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15吸气端的制冷剂均为气态，防止第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15液击。
[0041]
行车空调制冷剂回路与驻车空调制冷剂回路组成并联双回路，双回路共用冷凝器19、储液器21、膨胀阀10和蒸发器9。双回路中的第一单向阀 13、第二单向阀18的作用在于防止行车压缩机3和第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的高压端制冷剂串流，保证行车空调制冷剂回路与驻车空调制冷剂回路独立运行，互不干扰。
[0042]
如图3所示，为本实用新型中矿用车集成式双模空调的控制器结构图。
[0043]
控制器7包含1个风量旋钮开关51、1个温度旋钮开关52、1个风向旋钮开关53、1个a/c按钮开关54、1个驻车空调指示灯55及1个内循环按钮开关56；该控制器7内部集成单片机，即可以调节行车空调及驻车空调的制冷量，又可以控制行车空调与驻车空调的相互切换，同时还具备制热量调节功能。
[0044]
结合图2控制原理图，风量旋钮开关51用于控制蒸发风机8的转速，分为1档(低速)、2档(中速)、3档(高速)三个档位，通过串联在蒸发风机(8)电路中的调速电阻实现不同的转速切换。
[0045]
温度旋钮开关52用于控制出风口温度。中间位置为自然风模式，制热及制冷均不工作；右侧区域为暖风温度控制，旋钮指向不同位置对应电控水阀12不同的开度，当指向最右端时温度最高，开度不同通过加热器11 的热水量不同，以此来实现暖风温度调节；左侧区域为空调制冷温度控制，当指向最左端时温度最低，当处于行车空调模式时，控制器7接收温度传感器33的反馈信号，当反馈温度值高于设定温度时，控制器7(行车压缩机启停信号)通过继电器a35控制集成在行车压缩机3上的离合器34吸合，行车压缩机3运转，直到反馈温度值低于设定温度时，离合器34断开，行车压缩机3停止；当处于驻车空调模式时，控制器7接收温度传感器33的反馈信号，通过温度传感器33的反馈信号，pwm控制第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的运行占空比及转速，反馈温度值越高，pwm 占空比越高，转速越高，反馈温度值越低，pwm占空比越低，转速越低。
[0046]
风向旋钮开关53用于切换风向，本实施例共有三种风向：吹人、除霜、吹人 除霜，通过控制集成在室内机总成1内的风向电机32实现风向切换。
[0047]
a/c按钮开关54自带背光灯，用于控制行车压缩机3及第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的启动。
[0048]
驻车空调指示灯55用于指示驻车空调的运行状态，控制器7接收来自第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的工作信号判断是否为驻车空调模式，如a/c按钮开关54与驻车空调指示灯55同时点亮，表示为驻车空调模式，如a/c按钮开关54点亮而驻车空调指示灯55熄灭，表示为行车空调模式。
[0049]
内循环按钮开关56自带背光灯，通过控制集成在室内机总成1内的内循环电机31实现内、外循环风的切换。
[0050]
为避免影响整车蓄电池的正常使用，特别设置有独立于整车蓄电池之外的蓄电池组6为集成了第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15 及冷凝风机20的室外机总成2供电，蓄电池组6与车辆发电机相连，可在行车过程中充电，驻车状态下放电。
[0051]
控制器7(冷凝风机控制信号)通过继电器b36控制冷凝风机20的供电，(驻车电动压缩机控制信号)通过继电器c37控制第一驻车电动压缩机 14的供电，通过继电器d38控制第二驻车电动压缩机15的供电；不论是行车空调模式还是驻车空调模式，冷凝风机20控制信号与a/c按钮开关 54信号一同输出，以保证冷凝风机20与压缩机同步运转。
[0052]
控制器7接入集成在发动机上的发电机的输出信号，当车辆处于行车状态时，发电机输出高电平信号，控制器7(驻车电动压缩机启停信号)切断第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的供电，延时5秒后接通集成在行车压缩机3上的离合器(34)的供电，行车空调工作；当处于驻车状态时，发电机输出低电平信号，控制器7切断集成在行车压缩机3 上的离合器34的供电，延时5秒后接通第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的供电，驻车空调工作；控制器7依据检测到的发电机输出信号自动切换行车空调或驻车空调模式。
[0053]
为避免误操作导致的持续耗电，控制器7内部集成计时器39，可设定驻车空调的单次运行时间，运行时间达到设定值后，控制器7自动切断第一驻车电动压缩机14、第二驻车电动压缩机15的供电，a/c按钮开关54 与驻车空调指示灯55一同熄灭，如还需继续使用驻车空调，可单击a/c按钮开关54再次启动下一个运行周期。
[0054]
本实用新型描述了一种制热与制冷、行车与驻车一体的低电压、大冷量矿用车集成式驻车空调，具有以下优点：制热与制冷、行车与驻车集成控制；空调制冷模式可实现行车与驻车双回路独立运行，自动切换；驻车双压缩机提供了充足的制冷量，以满足矿用车恶劣的使用工况；两台24vdc 电动压缩机可提供充足的驻车空调制冷能力，完美适配整车电压平台，无需额外的升压及逆变装置，也无需外接电源；主要部件模块化集成，便于适配不同的车型。
[0055]
以上所述为本实用新型的优选实施方式，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和修改，这些改进和修改均应视为本实用新型的保护范围。
[0056]
本实用新型所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本实用新型能够以多种形式具体实施而不脱离技术方案的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。