一种履带式吊车用整体式多功能电动空调系统的制作方法

本发明涉及一种履带式吊车空调系统，尤其是涉及一种整体式多功能的电动空调系统。

背景技术：

吊车空调对于保障工作人员乘车舒适度具有重要意义，但截至目前，几乎所有的吊车空调依然采用发动机作为动力来源，靠皮带传输带动压缩机工作，开启时对空调动力影响极大，且无法解决司机驻车休息时使用空调的需求；传统的吊车空调为分体式系统，压缩机在发动机侧，蒸发器在驾驶舱内，冷凝器在驾驶舱背后，各连接管路较长，较差吸气管路压降大，系统能效较低，吊车行车作业过程中容易震动，系统稳定性较差；冬季吊车在严寒地区工作时，一般的以空气为热源单热源吊车空调系统难以达到所需制热量，大大降低了驾驶舒适性。并且冬季吊车在严寒地区工作，室外换热器极易结霜，而整体式双热源的电动驻车空调系统不仅能够很好的解决传统吊车空调存在的以上种种问题，还能额外的给发动机降温，对于整个吊车运行工作也有极大帮助

近年来，人们主要对于双热源电动驻车空调系统的提出主要关注点在于如何在低温工况下解决制热量不足的问题，而在循环模式上，往往还是利用普通的单热源循环，忽略了制冷/制热模式时双热源的利用，运营模式上存在欠缺。并且很少考虑空调系统的结构形式，系统复杂，稳定性不高。

专利cn102331048a提出了一种复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，该方案利用发动机余热水可以解决严寒地区冬季供热量不足的问题，但是该系统管路连接复杂，零部件较多，安装复杂，能效不高，难以将整个空调系统作为整体式结构，稳定性不够。并且该系统在制冷模式下无发动机余热水的利用，无法提高整个系统的蒸发温度，难以达到较高能效。

专利cn102331046a提出了一种气热回收型电动汽车热泵空调系统，该系统在制热模式下，将经室内换热器放热后的空气吸收进电机进口，从而吸收电机热量制热并同时冷却电机，但由于整个系统不够紧凑，并且发动机离室内换热器距离较远，漏风较为严重，从而余热利用率较低，系统能效低。同样该系统在制冷模式下没有体现双热源的优势，无法提高整个系统的蒸发温度，难以达到较高能效。

以上两种系统均结构复杂，效率不高，难以满足吊车用驻车空调在高能效、结构节凑稳定等多方面的需求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种在结构和性能上更加适合于履带式吊车的电动驻车空调系统，解决目前履带式吊车空调系统在结构上所占空间大、冬季供热量不足、效率低以及室外换热器在低温工况结霜的问题，进而提供一种整体式多功能电动驻车空调系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明中履带式吊车用整体式多功能电动空调系统，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、室外风机、室内风机、室内换热器、热水-制冷剂换热器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀；

所述压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一电子膨胀阀、室内换热器构成循环；

相互连接的第二电子膨胀阀和热水-制冷剂换热器并联于室内换热器两端，所述热水-制冷剂换热器回收来自发动机舱热水的热量，整体上构成双热源制冷循环。

进一步地，所述发动机舱热水为循环水流路，该循环水流路通过水泵提供动能。

进一步地，所述循环水流路与所述热水-制冷剂换热器的第二换热通道连接。

进一步地，所述压缩机的进口端同时与所述四通换向阀的2b接口、热水-制冷剂换热器的第一换热通道连接；

所述压缩机的出口端与所述四通换向阀的2c接口连接。

进一步地，所述室外换热器一端与所述四通换向阀的2b口相连，另一端同时与第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀相连；

所述室外风机与室外换热器配套使用，室内换热器一端与第一电子膨胀阀连接，另一端与所述四通换向阀的2d口连接；

所述制冷剂-热水换热器一端与第二电子膨胀阀连接，另一端与压缩机的进口端连接；

所述室内风机与室内换热器配套使用。

本发明中的履带式吊车用整体式多功能电动空调系统共有种工作模式，分别为普通制冷模式、制冷+冷却发动机模式、冷却发动机模式、单独以空气为热源的制热模式、单独以热水为热源的制热模式、水-气双热源制热模式、化霜模式。

所述整体式多功能电动空调系统处于普通制冷模式下时：

四通换向阀的2a、2b接口连通且2c、2d接口连通；

压缩机输出的高温高压制冷剂首先经四通换向阀的2c、2d接口进入室外换热器，在室外风机的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室内换热器，在室内风机的作用下与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀的2a、2b接口进入压缩机，此时第二电子膨胀阀处于全关闭状态，制冷剂全部流经室内换热器所在支路。

所述整体式多功能电动空调系统处于制冷+冷却发动机模式下时：

压缩机出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀的2c、2d接口进入室外换热器，在室外风机的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器流出的液态制冷剂分为两路，一路经第一电子膨胀阀节流至气液两相状态，然后流经室内换热器与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀的2a、2b接口进入压缩机；另一路流经第二电子膨胀阀节流至两相状态，然后流经热水-制冷剂换热器与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水后也进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个制冷系统循环。

所述整体式多功能电动空调系统处于冷却发动机模式下时：

室内风机处于关闭状态，第一电子膨胀阀处于关闭状态，压缩机输出的高温高压制冷剂首先经四通换向阀的2c、2d接口进入室外换热器与室外空气换热，然后从室外换热器流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水-制冷剂换热器与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机进口直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环。

所述整体式多功能电动空调系统处于制热模式下，四通换向阀的2a、2c接口连通且2b、2d接口连通，根据预设的发动机舱水温的2个阈值分为以下三种循环：

a、当吊车刚开机或者驻车休息时，发动机舱完全无热水提供情况下，系统进入单独以空气为热源的循环模式，从压缩机出来的高温高压状态制冷剂首先经过四通换向阀的c、a接口进入室内换热器，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器流出的液态制冷剂经电子膨胀阀节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀d、b接口进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环；

b、在吊车开启一段时间，发动机舱热水温度较低，但达到第一温度阈值，系统进入水-气双热源制热循环模式，此时从压缩机出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀的c、a接口进入室内换热器，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器流出的液态制冷剂分为两路，一路经过第一电子膨胀阀节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀d、b接口进入压缩机；另一路流经第二电子膨胀阀后进入热水-制冷剂换热器与发动机舱热水进行热量交换，此吸热后的制冷剂直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环；

c、在吊车长时间开启工作后，发动机舱能够提供稳定热水，且达到第二温度阈值，此时空调系统进入单独以发动机舱热水为热源的制热循环模式，从压缩机出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀的c、a接口进入室内换热器，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器流出的液态制冷剂流经第二电子膨胀阀节流后进入热水—制冷剂换热器与发动机舱热水进行热量交换，吸热后的制冷剂直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环。此时第一电子膨胀阀处于全开状态，室外风机关闭。

所述整体式多功能电动空调系统处于化霜模式下时：

压缩机1出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2c、2d接口进入室外换热器3化霜，然后从室外换热器3流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀10节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水-制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机1进口直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环，此时电子膨胀阀5和室内风机6处于关闭状态。

本发明中的履带式吊车用整体式多功能电动空调系统，核心技术特点主要体现在两个方面：第一，本发明驻车空调系统在结构上采用整体形式，结构紧凑、稳定、便于安装；第二，本发明在工作模式上丰富，本发明室内换热器并联了一个热水—制冷剂换热器，能够实现在制热工况下提高蒸发温度从而提高系统效率、增大供热量大以满足用户需求以及可实现制冷、制热、除霜等多种工作模式。

与现有技术相比，本发明具有以下技术优点：

1.制热工况下系统能效较高，本发明系统并联了热水-制冷剂换热器，制热时，能够利用温度较高的发动机余热水，双热源制冷循环大幅度提高了蒸发温度，能够降低整个系统循环压比，故系统能效将会得到明显提升，且能够增加系统制热量，更好满足用户取暖需求；

2.本发明为整体式空调系统，结构紧凑，所占空间小，便于安装，且行车过程中稳定性高，空调使用年限高；

3.本发明增加了化霜模式，在严寒地区工作时，室外换热器极易结霜影响整个空调系统的性能，故增加以发动机热水为热源的化霜模式，对于提高整个机组的性能以及使用寿命有重要意义；

4.本发明增加了发动机舱热水冷却模式，履带式吊车处于长期工作期间，发动机温度过高不可避免，而本发明可以冷却发动机舱热水，很好防止发动机水温过高从而影响吊车及整个空调系统运行；

5.传统履带式吊车空调压缩机动力由柴油发电机提供，转速低，相同制冷/制热能力下，所需压缩机排量大，经济性差，整体式电动空调发动机转速相对较高，压缩机排量小、体积小，经济性高。

附图说明

图1为实施例1中用于吊车的整体式双热源电动空调系统的结构示意图。

图2为对比例1中现有吊车的空调系统的结构示意图。

图中：1为压缩机，2为四通换向阀，2a，2b，2c，2d为四通换向阀的四个接口，3室外换热器，4室外风机，6为室内风机，7为室内换热器，8为热水—制冷剂换热器，9为水泵，5为第一电子膨胀阀、10为第二电子膨胀阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例中用于吊车的整体式双热源电动空调系统，结构如图1所示，主要结构包括压缩机1、四通换向阀2(包括2a、2b、2c、2d四个接口)、室外换热器3、室外风机4、室内风机6、室内换热器7、热水-制冷剂换热器8、水泵9以及第一电子膨胀阀5、第二电子膨胀阀10。

各部件的连接关系为：压缩机1进口端与四通换向阀2的2b接口、热水-制冷剂换热器相连，出口与四通换向阀2的2c口相连，室外换热器3一端与四通换向阀2的2b口相连，另一端与第一电子膨胀阀5、第二电子膨胀阀10相连，室外风机4与室外换热器3配套使用，室内换热器7一端与第一电子膨胀阀5相连，另一端与四通换向阀2的2a口相连，制冷剂-热水换热器8一端与第二电子膨胀阀10相连，另一端压缩机吸气口相连，室内风机6与室内换热器7配套使用，水泵9一端与发动机舱相连，另一端与热水—制冷剂换热器8相连。

作为本技术方案的核心创新点，本发明中整体式双热源驻车空调系统有7种工作模式，分别为普通制冷模式、制冷+冷却发动机模式、冷却发动机模式、单独以空气为热源的制热模式、单独以热水为热源的制热模式、水-气双热源制热模式、化霜模式。

普通制冷模式下，四通换向阀2的2a、2b接口连通、2c、2d接口连通，压缩机1出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2c、2d接口进入室外换热器3，在室外风机4的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器3流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀5节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室内换热器7，在室内风机6的作用下与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀2的2a、2b接口进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个制冷系统循环，此时的第二电子膨胀阀10处于全关闭状态，制冷剂全部流经室内换热器所在支路。

制冷+冷却发动机模式下，压缩机1出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2c、2d接口进入室外换热器3，在室外风机4的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器3流出的液态制冷剂分为两路，一路经第一电子膨胀阀5节流至气液两相状态，然后流经室内换热器7与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀2的2a、2b接口进入压缩机1；另一路流经第二电子膨胀阀10节流至两相状态，然后流经热水—制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水后也进入压缩机，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个制冷系统循环。

冷却发动机模式下，室内风机6处于关闭状态，第一电子膨胀阀5处于关闭状态。压缩机出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2c、2d接口进入室外换热器7与室外空气换热，然后从室外换热器7流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀10节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水-制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机进口直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环。

制热模式下，四通换向阀2的2a、2c接口连通、2b、2d接口连通，分为以下三种循环：

在吊车刚开机或者驻车休息时，发动机舱完全无热水提供情况下，系统进入单独以空气为热源的循环模式，从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂首先经过四通换向阀2的2c、2a接口进入室内换热器7，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀5节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器3与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀2的2d、2b接口进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环。

在吊车开启一段时间，但发动机舱热水温度较低，供热不足情况下，系统进入水—气双热源制热循环模式，此时从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀2的2c、2a接口进入室内换热器7，在室内风机6的作用下与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂分为两路，一路经过第一电子膨胀阀5节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器3，在室外风机4的作用下与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀2的2d、2b接口进入压缩机1；另一路流经第二电子膨胀阀10后进入热水-制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热量交换，此时第二电子膨胀阀10处于全开状态，吸热后的制冷剂直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环。

在吊车长时间开启工作后，发动机舱能够提供稳定热水，此时空调系统进入单独以发动机舱热水为热源的制热循环模式，从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀2的2d、2b接口进入室内换热器7，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂流经第二电子膨胀阀10节流后进入热水—制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热量交换，吸热后的制冷剂直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环。此时第一电子膨胀阀5处于全开状态，室外风机关闭。

吊车冬季在严寒地区工作时，室外机可能因室外温度过低而结霜，此时系统可进入化霜模式，压缩机1出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2c、2d接口进入室外换热器3化霜，然后从室外换热器3流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀10节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水—制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机进口直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环，此时电子膨胀阀5和室内风机6处于关闭状态。

对比例1

为了凸显本技术方案的创新性，本对比例将本发明中的履带式吊车用整体式多功能电动空调系统与传统吊车空调系统对比。

图2是传统吊车空调的结构示意图，主要结构包括压缩机1、四通换向阀2、室外换热器3、室外风机4、第一电子膨胀阀5、室内风机6、室内换热器7、热水-空气换热器8、水泵9。

各部件的连接关系为：压缩机1、四通换向阀2、室外换热器3、第一电子膨胀阀5、室内换热器7、四通换向阀2、压缩机1依次串联相接，发动机舱热水经水泵9泵入热水-空气换热器8，热水与制冷循环无热交换，为两个独立系统。

该系统在制冷模式下，压缩机1出口的高温高压制冷剂经四通换向阀2进入室外换热器3，在室外风机4的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器3流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀5节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室内换热器7，在室内风机6的作用下与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀2进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个制冷系统循环，此时水泵9关闭，发动机舱热水不参与循环。

该系统在制热模式下，从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂首先经过四通换向阀2进入室内换热器7，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀5节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器3与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀2进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环。此时水泵开启，发动机舱热水辅助供热。

传统式履带吊车空调主要存在以下几种缺点：

1.该系统分为3个模块，分别为压缩机模块1、室外换热器与室外风机模块2、室内换热器、室内风机和热水—空气换热器模块3，由于吊车发动机位置远离驾驶舱，故该分体式的空调系统各模块之间连接管较长，整个系统不够紧凑，行车过程中稳定性不高，容易发生制冷剂连接管路断裂等状况，且安装不便；

2.传统履带式吊车空调压缩机动力由柴油发电机提供，转速低，相同制冷/制热能力下，所需压缩机排量大，经济性差；

3.传统履带式吊车空调系统，发动机舱热水循环和制冷剂循环为两个独立的循环，在制热工况时，发动机舱热水不能作为高温热源来参与整个制热循环，只能单独供热，吊车冬季在严寒地区工作时，该系统难以达到取暖需求，大大降低作业人员的驾驶舒适度；

4.吊车冬季在严寒地区工作时，室外换热器极易结霜影响整个空调系统的性能，传统的吊车空调缺乏化霜模式；

5.吊车在长时间运行后其发动机温度较高，对动力影响极大，会降低整个空调系统和吊车工作效率。

综上所述，与传统的履带式吊车空调相比，本发明整体式双热源电动空调系统具有能效高、结构紧凑、便于安装、系统稳定性高、能够实现化霜模式、冷却发动机模式、制热量大以及经济性高等优点，能够很好的解决目前传统履带式吊车空调系统存在的不足，提升整个空调系统以及吊车的工作效率。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

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