CN102765308A - 一种新能源车用空调冷暖空气交换系统 - Google Patents
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Abstract
一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，包括蒸发器（2）、冷凝器（9）、电动压缩机（11）和干燥蓄液罐（30）；它们之间通过管路1（5）连接形成一个密闭的系统并设置在一个箱体内，由电子控制系统控制，箱体的前部设有蒸发箱（17），后部设有冷凝箱（16），中部设有电子控制系统，其特征在于：所述的制冷是制冷剂在蒸发器（2）中气化后进入电动压缩机（11）、冷凝器（9）、干燥蓄液罐（30）、再进入蒸发器（2）把冷空气扩散到车厢内部去，完成制冷。本发明，在整个循环过程中，电动压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，电子数字控制面板则根据各个传感器的参数通过数学模型和经验数据进行运算，精准地控制电动压缩机的转速、电子膨胀阀的开度以及风机的合理风量，使系统一直保持最佳的工作状态。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车用于电力电子、高能电机、冷暖能量交换和机电一体的空调冷暖空气交换系统。
背景技术
已知的国内新能源车用空调冷暖空气交换系统的核心部件：电动压缩机的技术路线是直流电逆变交流电—交流变频器驱动永磁无刷电机，直接和涡旋压缩机连接的一体式压缩机，普遍存在驱动电路不稳定，机械加工设备落后，加工精度不够，输出功率偏低，电动压缩机的能效比只有1.3—1.6左右的问题，因此很难批量进入市场。能效比不高的电动空调系统会消耗很多电池的能量，有可能使新能源车的持续能力减少50%！所以研发高能效的新能源车用冷暖空气交换系统已迫在眉睫！
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，是在整个循环过程中，电子控制系统根据各个传感器的温度、压力参数进行数学模型和数据运算，精准地控制电动压缩机的转速、电子膨胀阀的开度以及风机的风量，使系统保持最佳的工作状态。
本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，包括蒸发器、冷凝器、电动压缩机、四通换向阀和干燥蓄液罐；它们之间通过管路连接形成一个密闭的系统并设置在一个箱体内，由电子控制系统控制四通换向阀，电动压缩机的出入端连接有四通换向阀，蒸发器和冷凝器的一个出入端分别与四通换向阀的出入端连接，另一个出入端通过单向阀与干燥蓄液罐连接，实现系统制冷和制热的转换，其特征在于：所述的制冷是制冷剂在蒸发器中气化后进入电动压缩机，电子控制系统的数控面板根据各个传感器测得的温度、压力参数后计算，指令压缩机控制模块控制电动压缩机的转速、电子膨胀阀的开度、蒸发风机以及冷凝风机的风量，使制冷剂的温度、压力升高后进入冷凝器，被冷却后成为液体，经单向阀Ⅱ、干燥蓄液罐干燥过滤，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器，通过蒸发风机把冷空气扩散到车厢内部去，完成制冷。
所述的制热是数控面板根据人工预设目标数据和各个传感器的反馈信号，向压缩机控制模块发出信号控制压缩机的转速，控制电子膨胀阀的开度、蒸发风机和冷凝风机的风量，压缩制冷剂的温度、压力升高，进入蒸发器，与车内空气进行热交换，热空气被蒸发风机扩散到车厢内，制冷剂被冷却后成为液体，单经向阀Ⅰ、干燥贮藏液器干燥过滤，流经电子膨胀阀Ⅱ，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入冷凝器，吸收冷凝器周围物体的热量降低，通过冷凝风机把冷空气外界空气中去，完成制热循环。
所述的箱体的前部设有蒸发箱，后部设有冷凝箱，中部设有电子控制系统，所述的电子控制系统由电动压缩机驱动模块、电子膨胀阀Ⅰ、电子膨胀阀Ⅱ、单向阀Ⅰ、单向阀Ⅱ、电动压缩机、压力传感器、压力开关、蒸发风机继电器、冷凝风机继电器、压缩机继电器、PTC发热体继电器和电子数控面板组成，所述的蒸发箱内设有蒸发风机、蒸发器、 PTC发热体、车内温度传感器、蒸发器防霜传感器、蒸发器入口温度传感器、蒸发器出口温度传感器；所述的冷凝箱内设有冷凝器、冷凝温度传感器和冷凝风机。
所述的箱体由底板和顶盖组成，箱体的左右前端和中部均设有大进风口。
所述的电子数控面板置于车内出风口的内饰板上。
所述的电动压缩机为分体式驱动涡旋压缩机，是2—3kw的永磁—开关磁阻同步电机。
所述的冷凝器是平行流结构，材质为金属铝。
所述的蒸发器是层叠式结构或平行流结构。
所述的冷凝风机为100w的小功率大风量无刷风机。
所述的蒸发风机是直流无刷离心风机，无级调速，功率120w，最大风量为500立方米/小时。
本发明，在整个循环过程中，电动压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，电子数字控制面板29则根据各个传感器的参数通过数学模型和经验数据进行运算，精准地控制电动压缩机的转速、电子膨胀阀的开度以及风机的合理风量，使系统一直保持最佳的工作状态。
附图说明
图1是本发明的外观立体图。
图2是本发明的俯视图。
图3是图2旋转90°的俯视图。
图4是图1的侧视图。
图5是电子数控面板示意图。
图6是冷凝箱的侧视图。
图7是本发明的总工作流程图。
图8是本发明制冷工作流程图。
图9是本发明制热工作流程图。
图中：1、蒸发风机；2、蒸发器；3、PTC发热体；4、电动压缩机驱动模块；5、电子膨胀阀Ⅰ；6、电子膨胀阀Ⅱ；7、单向阀Ⅰ；8、单向阀Ⅱ；9、冷凝器；10、冷凝风机；11、电动压缩机；12、四通换向阀；13、底板；14、顶盖；15、管路；16冷凝箱； 17、蒸发箱；18、车内温度传感器；19、冷凝器温度传感器；20、蒸发器防霜温度传感器；21、蒸发器入口温度传感器；22、蒸发器出口温度传感器；23、压力传感器；24、压力开关；25、蒸发风机继电器；26、冷凝风机继电器；27、压缩机继电器；28、PTC发热体继电器；29、电子数控面板；30、干燥储液罐。
具体实施方式
由图1知，一种新能源车用空调冷暖空气交换系统一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，包括蒸发器2、冷凝器9、电动压缩机11、四通换向阀12和干燥蓄液罐30；它们之间通过管路15连接形成一个密闭的系统并设置在一个箱体内，由电子控制系统控制四通换向阀12，电动压缩机11的出入端连接有四通换向阀12，蒸发器2和冷凝器9的一个出入端分别与四通换向阀12的出入端连接，另一个出入端通过单向阀与干燥蓄液罐30连接，实现系统制冷和制热的转换，其特征在于：所述的制冷是制冷剂在蒸发器2中气化后进入电动压缩机11，电子控制系统的数控面板29根据各个传感器测得的温度、压力参数后计算，指令压缩机控制模块4控制电动压缩机11的转速、电子膨胀阀5的开度、蒸发风机1以及冷凝风机10的风量，使制冷剂的温度、压力升高后进入冷凝器9，被冷却后成为液体，经单向阀Ⅱ8、干燥蓄液罐30干燥过滤，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器2，通过蒸发风机1把冷空气扩散到车厢内部去，完成制冷。
由图2、图3、图4知，是本发明的结构示意图。箱体由底托13和顶盖14组成，箱体的左右前端和中部均设有大进风口。箱体前部设有蒸发箱17，后部设有冷凝箱16，中部设有电子控制系统，所述的电子控制系统由电动压缩机驱动模块4、电子膨胀阀Ⅰ5、电子膨胀阀Ⅱ6、单向阀Ⅰ7、单向阀Ⅱ8、电动压缩机11、四通换向阀12、压力传感器23、压力开关24、蒸发风机继电器25、冷凝风机继电器26、压缩机继电器27、PTC发热体继电器28和电子数控面板29组成，所述的蒸发箱17内设有蒸发风机1、蒸发器2、 PTC发热体3、车内温度传感器18、蒸发器防霜传感器20、蒸发器入口温度传感器21、蒸发器出口温度传感器22；所述的冷凝箱16内设有冷凝器9、冷凝温度传感器19和冷凝风机10。
由图5知，是电子数控面板示意图。电子数控面板29置于车内出风口的内饰板上，用于控制整个系统的工作。
由图6知，是冷凝箱的侧视图。冷凝箱16的侧面设有蒸发风机继电器25、冷凝风机继电器26、压缩机继电器27、PTC发热体继电器28。
由图7知，是本发明的总工作流程图。工作时，制冷剂在蒸发器中与车厢内部空气进行热交换后，气化成低温低压蒸汽后进入电动压缩机，被压缩机压缩后温度压力升高，然后进入冷凝器，高温高压制冷剂蒸汽与车外空气进行热交换，被冷却后成为液体，经干燥贮藏液器干燥过滤后，离开冷凝器的制冷剂高温高压液体流经膨胀阀后，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器，吸收蒸发器周围物体的热量，使它的温度降低。如此周而复始完成制冷循环。制热循环过程则通过电子控制系统控制四通阀和单向电磁阀，把冷凝器和蒸发器的功能进行互换，利用热泵原理进行制热，但这种制热方法只在低寒气候条件下比较有效，在高寒气候下还需加PTC加热补充。
由图8知，是本发明的制冷工作流程图。所述的制冷，蒸发器2中的制冷剂与空气进行热交换后，气化成低温低压蒸汽后进入电动压缩机11，数控面板29与人工交换数据，根据人工预设数据及各个传感器对蒸发器2、冷凝器9测得的温度和管路15的压力等参数数据精准地进行运算，把指令发送给压缩机控制模块4控制电动压缩机11的转速、控制电子膨胀阀5的开度、关闭电子膨胀阀6、蒸发风机1以及冷凝风机10的风量，被电动压缩机11压缩后制冷剂的温度压力升高，进入冷凝器9，制冷剂的蒸汽与车外空气进行热交换，被冷却后成为液体，单向阀8打开单向阀7截止，经干燥贮藏液器30干燥过滤，流经电子膨胀阀5后，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器2，吸收蒸发器2周围物体的热量，使它的温度降低，通过蒸发风机1把冷空气扩散到车厢内部去，如此周而复始完成制冷循环。
由图9知，是本发明制热工作流程图。所述的制热: 数控面板29根据人工预设目标数据、各个传感器的反馈信号，向压缩机控制模块4发出信号控制压缩机11的转速，四通换向阀12换向，把冷凝器9和蒸发器2的功能进行互换，关闭电子膨胀阀5，控制电子膨胀阀6的开度，控制蒸发风机1和冷凝风机10的风量，被电动压缩机11压缩后的制冷剂的温度、压力升高，进入蒸发器2，制冷剂的蒸汽与车内空气进行热交换，热空气被蒸发风机1扩散到车厢内部去，制冷剂被冷却后成为液体，单向阀7打开，单向阀8关闭，经干燥贮藏液器30干燥过滤，流经电子膨胀阀6后，降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入冷凝器9，吸收冷凝器9周围物体的热量，使它的温度降低，通过冷凝风机10把冷空气外界空气中去，如此周而复始完成制热循环。但这种热泵原理制热方法只能在低寒气候条件下比较有效，在高寒气候下（-10℃以下）系统会自动打开PTC加热器进行加热补充。
实施例1：
以顶置电动空调系统为例，该系统根据空气动力学及美学的原理，设计为流线形状。前端为蒸发箱，进风口和出风口都在底部与车厢顶部相连，蒸发器采用高换热效果层叠式结构（也可以用平行流结构），换热功率达到6kw，蒸发风机采用直流无刷离心风机，无级调速，功率120w，最大风量500立方米/小时。后端为冷凝器，采用双层平行流结构，换热功率达到8kw；冷凝风机为两个8英寸轴流无刷风机向后抽风，每个风机功率100w，总风量达到1800立方米/小时，外壳的左右前端和中部留有足够大而美观进风口，使得冷凝风机有足够的散热效果。电动压缩机、控制模块、电子膨胀阀、干燥瓶、换向阀等都布置在中部。控制面板则布置在车内顶部的进出风口内饰板上。此电动车用冷/暖热交换系统的耗电功率为2kw，制冷量4,.6kw,
制热量3.5kw；PTC补充加热功率为2kw。此系统的能效比达到2.3。
新能源车、商用车、特种车：停车时使用电池组或民用电驱动电动空调，起到节能减排作用。冷藏车：使用电池组或民用电驱动电动冷藏保鲜机组，起到节能减排作用。
1、电动压缩机：采用2—3kw的永磁--开关磁阻同步电机驱动涡旋压缩机的一体式结构，电机的效率达到93%以上，电动压缩机的能效比达到2.0以上。
2、膨胀阀：采用基于步进电机控制的新型电子膨胀阀，这样通过传感器把蒸发器两端的温度传送到控制系统处理，然后精准地控制电子膨胀阀的开度，使系统工作在最佳状态。
3、冷凝器、蒸发器：采用新型平行流结构，换热效果好的金属铝质材料；蒸发器也可以采用层叠式结构。
4、冷凝风机、蒸发风机：采用100w的小功率大风量的无刷风机，有效控制对电量的消耗。
Claims (10)
1.一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，包括蒸发器（2）、冷凝器（9）、电动压缩机（11）、四通换向阀（12）和干燥蓄液罐（30）；它们之间通过管路（15）连接形成一个密闭的系统并设置在一个箱体内，由电子控制系统控制四通换向阀（12），实现系统制冷和制热的转换，电动压缩机（11）的出入端连接有四通换向阀（12），蒸发器（2）和冷凝器（9）的一个出入端分别与四通换向阀（12）的连接，另一个出入端通过单向阀与干燥蓄液罐（30）连接，其特征在于：所述的制冷是制冷剂在蒸发器（2）中气化后进入电动压缩机（11），电子控制系统的数控面板（29）根据各个传感器测得的温度、压力参数后计算，指令压缩机控制模块（4）控制电动压缩机（11）的转速、电子膨胀阀（5）的开度、蒸发风机（1）以及冷凝风机（10）的风量，使制冷剂的温度、压力升高后进入冷凝器（9），被冷却后成为液体，经单向阀Ⅱ（8）、干燥蓄液罐（30）干燥过滤，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入蒸发器（2），通过蒸发风机（1）把冷空气扩散到车厢内部去，完成制冷。
2.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的制热是数控面板（29）根据人工预设目标数据和各个传感器的反馈信号，向压缩机控制模块（4）发出信号控制压缩机（11）的转速，控制电子膨胀阀（6）的开度、蒸发风机（1）和冷凝风机（10）的风量，压缩制冷剂的温度、压力升高，进入蒸发器（2），与车内空气进行热交换，热空气被蒸发风机（1）扩散到车厢内，制冷剂被冷却后成为液体，单经向阀Ⅰ（7）、干燥贮藏液器（30）干燥过滤，流经电子膨胀阀Ⅱ（6），降低压力和温度，成为由气体和液体组成的两相混合物，再进入冷凝器（9），吸收冷凝器（9）周围物体的热量降低，通过冷凝风机（10）把冷空气外界空气中去，完成制热循环。
3.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的箱体的前部设有蒸发箱（17），后部设有冷凝箱（16），中部设有电子控制系统，所述的电子控制系统由电动压缩机驱动模块（4）、电子膨胀阀Ⅰ（5）、电子膨胀阀Ⅱ（6）、单向阀Ⅰ（7）、单向阀Ⅱ（8）、电动压缩机（11）、压力传感器（23）、压力开关（24）、蒸发风机继电器（25）、冷凝风机继电器（26）、压缩机继电器（27）、PTC发热体继电器（28）和电子数控面板（29）组成，所述的蒸发箱17内设有蒸发风机（1）、蒸发器（2）、 PTC发热体（3）、车内温度传感器（18）、蒸发器防霜传感器（20）、蒸发器入口温度传感器（21）、蒸发器出口温度传感器（22）；所述的冷凝箱（16）内设有冷凝器（9）、冷凝温度传感器（19）和冷凝风机（10）。
4.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的箱体由底板（13）和顶盖（14）组成，箱体的左右前端和中部均设有大进风口。
5.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的电子数控面板（29）置于车内出风口的内饰板上。
6.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的电动压缩机（11）为分体式或一体式驱动涡旋压缩机，是2—3kw的永磁—开关磁阻同步电机。
7.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的冷凝器（9）是平行流结构，材质为金属铝。
8.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的蒸发器（2）是层叠式结构或平行流结构。
9.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的冷凝风机（10）为100w的小功率大风量无刷风机。
10.根据权利要求1所述的一种新能源车用空调冷暖空气交换系统，其特征在于：所述的蒸发风机（1）是直流无刷离心风机，无级调速，功率120w，最大风量为500立方米/小时。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20121107 |