CN103256746A - 一种汽车空调系统 - Google Patents

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Abstract

一种汽车空调系统,包括压缩机、汽液分离器、第一热交换器与第二热交换器、可选择地与外界环境进行热交换的第三热交换器,还包括具有第一部份、第二部份的中间换热器,第一部份与第二部份之间可以进行热交换;通过中间换热器的第二部份的管路中设置有节流元件;汽车空调系统在制冷模式或制热模式的至少一种模式时,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器的第一部份,节流前的冷媒通过所述中间换热器的第二部份,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒与节流前的冷媒在中间换热器进行热交换,使节流前的冷媒的温度进一步降低,并使回到压缩机的低温低压的冷媒的温度上升,以提高热泵系统的运行效率。

Description

一种汽车空调系统

技术领域

[0001] 本发明涉及汽车空调技术领域,特别涉及一种电动汽车空调系统或混合动力的汽车空调系统。

背景技术

[0002] 随着低碳经济的发展,对节能减排提出了更加严格的要求,电动汽车由于有节能环保的特点,成为今后汽车发展方面之一。但电动汽车由于使用电池作为动力来源,其空调系统也不同于原有的汽车空调系统。

[0003] 传统的内燃机式汽车,可以利用内燃机的余热和发动机排气的热量来加热车厢,而电动汽车的动力主要来自于电机,缺少了发动机的热量可以利用,从而很难达到冬天的取暖要求。现有技术中,为了实现电动汽车的车厢内的温度保持在人体感觉舒适的温度,有的采用了多种方式向车厢内加热,如采用独立热源,即利用PTC加热;或者利用汽油、煤油、乙醇等燃料加热;也有的采用回收设备余热,再辅助采用独立热源;还有的采用热泵保证车厢内的温度等等。然而,上述各种加热方式中,若采用独立热源,比如:纯粹使用PTC进行加热,则需要消耗较多电池的能量,进而会减少汽车的行驶里程;若采用燃料加热,不仅加热效率较低,而且还会对环境产生污染,同时会增加汽车的负载。

[0004] 另外采用热泵系统的汽车空调系统,如图13所示的、发明名称为《电动汽车热泵空调系统》、申请号为200510027576.8的热泵空调系统,它由压缩机201、四通阀202、第一单向阀203、内部冷凝器204、F型热力膨胀阀205、第二单向阀206、外部冷凝器207、第一截止阀208、第二截止阀209、H型热力膨胀阀210、内部蒸发器211、气液分离器212等组成。其设置有制冷、制热两种工作模式,在夏季工况时,第二单向阀206和第一截止阀208关闭,热泵空调系统为制冷循环,其工作过程为:压缩机201消耗一定的电能,将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒,在流过外部冷凝器207时放出热量,冷媒放出的热量被环境空气吸收,本身 发生相变而冷凝成液态,液态冷媒在流过H型膨胀阀210时,使冷媒降压降温,流经内部蒸发器211时吸收室内空气中的热量,本身发生相变而蒸发成气态,低温低压的气态冷媒再被压缩机201压缩成高温高压的气态冷媒。而在冬季工况时,第一单向阀203和第二截止阀209关闭,系统采用供暖循环。该系统不具备完整的汽车热泵空调系统的工作模式,没有除湿、除冰模式,如车窗结雾时如何解决,另外该系统也没有提及在制热等模式时,若外部冷凝器结冰,系统不能工作,如何解决;另外当环境温度在_5°C及以下时,其热泵空调系统的效率很低,甚至无法正常工作。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种汽车空调系统,采用热泵系统,并提高汽车空调系统的能效。为此,本发明采用以下技术方案:

一种汽车空调系统,包括压缩机、汽液分离器、可选择地与车厢内空气进行热交换的第一热交换器与第二热交换器、可选择地与外界环境进行热交换的第三热交换器,所述汽车空调系统还包括中间换热器,中间换热器包括第一部份、第二部份,所述第一部份与第二部份之间可以进行热交换;中间换热器的第二部份的前、和或后的管路中设置有节流元件;所述中间换热器的第一部份的出口一端与所述汽液分离器或压缩机的进口连接;所述汽车空调系统在制冷模式或制热模式的至少一种模式时,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器的第一部份,节流前的冷媒通过所述中间换热器的第二部份,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒与通过节流前的冷媒在中间换热器进行热交换,使节流前的冷媒的温度进一步降低,并使回到压缩机的低温低压的冷媒的温度上升。

[0006] 优选地,所述中间换热器的第二部份的一端连接到所述第三热交换器,在所述中间换热器的第二部份的一端到所述第三热交换器之间的管路中设置有第一节流元件。

[0007] 优选地,与所述第一节流元件并联设置有第一旁通流路,第一旁通流路上设置有第一单向阀或电磁控制阀,第一单向阀或电磁控制阀在冷媒从所述第三热交换器通向所述中间换热器的第二部份方向时导通,而反向时则关闭。

[0008] 优选地,所述中间换热器的第二部份的另一端还设置有第二节流元件,与所述第二节流元件并联设置有第二旁通流路,第二旁通流路上设置有第二单向阀或第二电磁控制阀,第二单向阀或第二电磁控制阀在冷媒从所述第一热交换器或第二热交换器通向所述中间换热器的第二部份方向时导通,而反向时则关闭。

[0009] 优选地,所述汽车空调系统还包括除湿模式、除冰模式;所述第一热交换器与所述中间换热器连接的管路中还设置有控制流路通断的第一控制阀,第一控制阀通过管路与所述中间换热器的第二部份、从所述第二热交换器过来的管路连接;第一控制阀可以采用截止阀或电磁阀;所述汽车空调系统在制冷模式和制热模式时,均使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器的第一部份,节流前的冷媒通过所述中间换热器的第二部份,这两部份冷媒在中间换热器进行热交换。

[0010] 可选地,所述第二热交换器之后的管路中设置有三通阀,三通阀的第一出口与所述第三热交换器、及第二控制阀连接;第二控制阀的另一端管路连接所述中间换热器的第一部份;所述三通阀的第二 出口与所述第一控制阀、中间换热器的第二部份管路连接;第二控制阀可以采用截止阀或电磁阀;

或者从所述第二热交换器之后的管路中设置有两个电磁阀:第一电磁阀、第二电磁阀来分别控制从所述第二热交换器出来后通向所述第三热交换器的冷媒流路、及从所述第二热交换器出来后通向所述中间换热器的冷媒流路的通断,其中第一电磁阀与第二电磁阀中可选择性地导通其中之一。

[0011] 可选地,所述汽车空调系统还包括四通阀,其中四通阀的高压进口与所述第二热交换器的出口连接,四通阀的低压回口与所述汽液分离器的进口连接,四通阀的另外两个接口:第一接口、第二接口分别管路连接到所述第三热交换器、通过第三控制阀管路连接所述中间换热器的第二部份,这两个接口可以根据运行模式的需要进行切换,在制冷模式时,四通阀的高压进口与第一接口导通,而第二接口与低压回口导通,第三控制阀关闭;而在制热模式时,四通阀的高压进口与第二接口导通,而第一接口与低压回口导通,第三控制阀开启O

[0012] 可选地,所述压缩机为有双级压缩功能的压缩机,所述中间换热器的第一部份的出口一端与所述压缩机的二级进口连接,所述汽液分离器的出口与所述压缩机的一级进口连接;在制冷模式时,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器的第一部份,节流前的冷媒通过所述中间换热器的第二部份,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒与通过节流前的冷媒在中间换热器进行热交换;而在制热模式时,回到压缩机前的冷媒不经过中间换热器的第一部份与所述中间换热器的第二部份的冷媒进行热交换。

[0013] 优选地,所述汽车空调系统在除湿模式时,送向车厢内的风是先经过冷媒温度低的第一热交换器去湿、然后再通过冷媒温度高的第二热交换器的,在所述第二热交换器系统可以选择是否进行加温,即可以根据车厢内温度情况进行选择是否进行加温,然后再将风送到车厢内;

优选地,所述第三热交换器还设置有旁通通道,在除湿模式时,高温高压冷媒通过第二热交换器后,可以选择是通过所述第三热交换器或通过所述旁通通道;且所述旁通通道采用截止阀或电磁阀控制导通与否。

[0014] 优选地,所述中间换热器为套管式换热器;可选地,所述中间换热器的第二部份是套设在中间换热器的第一部份的管子中的,两者之间相密封隔绝,或者相反套设设置。

[0015] 与现有技术相比,本发明具有以下优点:由于在制冷模式或制热模式时,使回到压缩机的低温低压的冷媒与节流前的冷媒在中间换热器进行热交换,使节流前的冷媒的温度进一步降低,并使回到压缩机的低温低压的冷媒的温度上升,从而提高热泵系统的运行效率。

[0016]另外,本发明的汽车空调系统还包括除湿/雾模式与除冰模式,另外针对车厢内的温度控制分别设置了第一热交换器与第二热交换器,两者分别设置,且第二热交换器内只通过热的冷媒,第一热交换器内只通过冷的冷媒或不通过;这样可以避免这两个热交换器内高低温的冲击,且除湿/雾模式时,在开启第一热交换器进行除雾或除湿的同时,可以同时开启第二热交换器加温除湿后的空气,实现同时除湿又加热的效果,保证了车厢内的温湿度,从而满足车厢内的舒适度要求。

附图说明

[0017]图1是本发明第一种具体实施方式在制冷模式时的管路连接示意图;

图2是本发明第一种具体实施方式在制热模式时的管路连接示意图;

图3是本发明第一种具体实施方式在除湿(雾)模式时的管路连接示意图;

图4是本发明第一种具体实施方式在除冰模式时的管路连接示意图;

图5是本发明第二种具体实施方式管路连接的示意图;

图6是本发明第三种具体实施方式管路连接的示意图;

图7是本发明第四种具体实施方式管路连接的示意图;

图8是本发明第五种具体实施方式管路连接的示意图;

图9是本发明第六种具体实施方式管路连接的示意图;

图10是本发明第七种具体实施方式管路连接的示意图;

图11是本发明第八种具体实施方式管路连接的示意图;

图12是本发明第九种具体实施方式管路连接的示意图;

图13是一种现有的电动汽车空调系统管路连接的示意图。具体实施方式

[0018] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0019] 本发明的汽车空调系统属于热泵系统,包括:制冷模式、制热模式、除湿模式(或称除雾模式)、除冰模式四种工作模式。本发明的第一种具体实施方式如图1-图4所示,其中图1是本发明第一种具体实施方式在制冷模式时的管路连接示意图,图2是本发明第一种具体实施方式在制热模式时的管路连接示意图,图3是本发明第一种具体实施方式在除湿模式时的管路连接示意图,图4是本发明第一种具体实施方式在除冰模式时的管路连接示意图,其中图中的虚线表示该处管路被切断不通。

[0020] 如图所示,本发明的汽车空调系统包括压缩机1、位于压缩机进气口前的汽液分离器9、与外界环境进行热交换的第三热交换器3、第一节流元件4、空调箱100,空调箱100用于调节车厢内的温度和或湿度,空调箱100包括第一热交换器101、第二热交换器102、风机104、风门105、格栅与风道109,第一热交换器101之前还设置有第一截止阀7,第一节流元件4设置在第三热交换器3与第一截止阀7之间的管路中,第二热交换器102之后的管路中设置有三通阀2,三通阀2可以采用机械控制的三通切换阀,但优先考虑电磁控制的三通阀。三通阀2的第一出口 210分别通向第三热交换器3、及第二截止阀8,三通阀2的第二出口 220通向第一截止阀7、第二节流元件6之间的管路;所述第一热交换器101、第二热交换器102根据车厢内的工况需求选择给所述车厢进行供热、供冷或除雾,具体可以设置于车厢内,也可以设置于车厢外通过送风管道向车厢内送风。该实施方式中没有四通阀,这样避免了四通阀内高低温 的两个流道之间互相流动时的高低温传热损失,并且流体流动时的阻力也可相对减小;且初期的投入相对较少,制造相对方便,这样既能保证空调系统的使用寿命,同时制造成本也相 对较低。本发明的空调系统还包括中间换热器5,中间换热器5包括第一部份51、第二部份52 ;第一部份51与第二部份52之间的流体流动是独立的,但两者之间可进行热交换;中间换热器5的第一部份51的一端连接到汽液分离器9,另一端分别连接到第二截止阀8与第一 热交换器101的出口 ;中间换热器5的第二部份52的一端与第一节流元件4及与所述第一节流元件4并联设置的第一旁通流路连接,第一旁通流路上设置有第一单向阀12,第一单向阀12从所述第三热交换器3通向中间换热器5的方向时导通,而反向时则关闭;中间换热器5的第二部份52的另一端还设置有第二节流元件6,第二节流元件6并联设置有第二旁通流路,第二旁通流路上设置有第二单向阀13,第二单向阀13在冷媒从所述第一截止阀7通向中间换热器5的第二部份52方向时导通,而反向时则关闭;而中间换热器5的第一部份51与第二部份52之间可以进行热交换。

[0021]当夏天车内需要制冷时,空调系统切换为制冷模式。在制冷模式下,第一截止阀7开启,第二截止阀8关闭,三通阀2通向第三热交换器3的第一出口 210导通,三通阀2通向第一截止阀7、第二节流元件6方向的第二出口 220关闭。压缩机I消耗一定的电能,将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒,流经第二热交换器102并通过三通阀2流向第三热交换器3。高温高压冷媒在第三热交换器3中在冷却空气流B的冷却冷凝下,放出热量并被释放到环境空气中去,本身经冷却发生相变而冷凝成液态。液态冷媒在经过第三热交换器3后,由于第一单向阀12这个方向是导通的,即第一节流元件4的第一旁通流路是导通的,所以冷媒通过第一旁通流路流动,而不经过第一节流元件4,然后流经中间换热器5的第二部份52,这时冷媒与中间换热器5的第一部份51中的冷媒进行热交换,由于通过中间换热器5的第一部份51中的冷媒是经过第一热交换器101后的低温低压的冷媒,所以两者热交换后能使流经中间换热器5的第二部份52的冷媒进一步降温。然后再流经第二节流元件6节流降温,然后通过第一截止阀7到达第一热交换器101,低温低压的液态冷媒在第一热交换器101中,吸收空气流A中的热量,冷媒吸收热量后本身发生相变或部份相变而蒸发成气态,并使车厢内降温;冷媒再到达中间换热器5的第一部份51,在这里与中间换热器5的第二部份52中的冷媒进行热交换,经过中间换热器5的第一部份51的冷媒进一步升温后经汽液分离器9的分离,冷媒经汽液分离器9后,低温低压的气态冷媒再被压缩机I压缩成高温高压的气态冷媒,如此循环工作。风机104对空气流A起输送作用。空气流A通过第一热交换器101被降温除湿,经格栅与风道109,送入车室内,降低车室内的温度,以提供舒适的乘车环境。空气流A温度的控制是这样实现的:可根据需要,由温度风门105的开启角度决定流经第二热交换器102的比例,加热流经第二热交换器102的空气流,再与原来的空气流进行混合,而达到所需的温度。其中,空气流A为流经内循环风口 107和新风口 108的混合风,混合比例可由系统根据舒适性要求,由循环风门106进行控制。而引入内循环风可以进一步的节省功耗。另外,在制冷模式下,使第二热交换器102的温度风门105开度为零,让风道旁通,不让风经过第二热交换器102。当高温高压的气态冷媒从压缩机10出来,经过第二热交换器102时,由于此时没有风经过,所以,经过第二热交换器102的冷媒不会与空气产生热交换。节流元件可以选用热力膨胀阀或电子膨胀阀。第一截止阀4与第二截止阀7可以采用机械式的截止阀,但优先选用电磁阀,以实现自动控制的需要。

[0022] 由于在制冷模式时,电动汽车的电池、电机变频器等发热部件是需要一定的冷却程度,为此,本实施方式中也可采用相应的风管从风道中引入相应的冷风对电池进行冷却。另外也可以在车厢内设置一个回风口,将吹向车厢内的冷风经过车厢后再通过风管送向电池等发热部件,以冷却电池等发热部件。

[0023] 当冬天需要热量时,系统切换为制热模式;如图2所示,这时第一截止阀7关闭,第二截止阀8开启,三通阀2通向第三热交换器3的第一出口 210关闭,三通阀2通向第一截止阀7、中间换热器5的第二出口 220导通。

[0024] 压缩机I消耗一定的电能,将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒,流经第二热交换器102,在低温空气流A的冷却下,冷媒的热量传递给空气流A,本身发生相变而冷凝,然后通过三通阀2的第二出口 220,在到达第二节流元件6时,由于第二单向阀13在冷媒从所述第一截止阀7或三通阀2通向中间换热器5的方向时是导通的,即此时第二旁通流路是导通的,所以冷媒直接通过第二旁通流路而不通过第二节流元件6节流,到达中间换热器5的第二部份52,与经过中间换热器5的第一部份51的低温低压的冷媒进行热交换,经过中间换热器5的第二部份52的冷媒的温度进一步降低,而通过中间换热器5的第一部份51的冷媒的温度得到提高,从而使经过压缩机I的冷媒的温度也能得到提高。

[0025] 经过中间换热器5的第二部份52后,冷媒通过第一节流元件4,由于第一单向阀12从所述第三热交换器3通向中间换热器5的方向时导通,从中间换热器5的第二部份52通向第三热交换器3时是关闭的,即第一旁通流路此时是不导通的,这样通过第一节流元件4节流,节流后变成低温低压的液态冷媒,在第三热交换器3冷媒与低温空气流B进行热交换,吸收其热量蒸发而变成低温低压的气态冷媒或气液两相的冷媒。这样,由于通过中间换热器5的第一部份52的冷媒的温度进一步降低,这样,到达第三热交换器3的冷媒的温度也相对较低,增加了到达第三热交换器3的冷媒与外部环境的温差,从而使该系统能从较低温度的低温环境中吸收热量,实现热泵的功能。然后冷媒通过第二截止阀8,再到中间换热器5的第一部份51,与通过中间换热器5的第二部份52的冷媒进行热交换,然后冷媒流向汽液分离器9,经汽液分离器9的分离,液态冷媒储存在汽液分离器9内,低温低压的气态冷媒再被压缩机I压缩成高温高压的气态冷媒,如此循环工作。这样,通过中间换热器5,一方面使到达第三热交换器3的冷媒与外部环境的温差加大,使该热泵的工作范围获得增大,能效比提高;同时还能使到达压缩机I的冷媒的温度升高,这样可提高压缩机I排气口的冷媒的温度,进一步提高制热效率。中间换热器5可以采用套管式换热器,也可以采用双流道换热器使这两部份完成热交换即可。风机104对空气流A起输送作用。空气流A通过第二热交换器102被加热,经格栅与风道109,送入车室内,增加车室内的温度,提供舒适的乘车环境。其中,空气流A为流经内循环风口 107和新风口 108的混合风,混合比例系统可根据舒适性要求,由循环风门106进行控制。而内循环风的比例以不引起车窗结雾为目标,而引入内循环风可以进一步的节省功耗。如果环境温度太低,热泵的加热性能不足,或导致热泵效率较低,或甚至导致热泵无法工作时,可使用电加热器103来辅助加热,与热泵系统一起实现加热功能。这样,该系统的工作范围进一步加大,从而扩大了汽车空调的使用范围,特别是在低温低寒区域。

[0026] 本发明的汽车空调系统中制热时是不让冷媒通过第一热交换器101,这样风机104吹出的风通过第一热交换器101时不会进行热交换,而直接到达冷媒温度高的第二热交换器102进行热交换。

[0027] 当需要除掉车厢内空气的湿气或玻璃上的雾气时,启动除湿(雾)模式,如图3所示,第一截止阀7开启,第二截止阀8关闭,三通阀2通向第三热交换器3的第一出口 210导通,三通阀2通向第一截止阀7、第二节流元件6方向的第二出口 220关闭。压缩机I消耗一定的电能,将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒,流经第二热交换器102并通过三通阀2流向第三热交换器3。在第二热交换器102系统可以选择冷媒是否与空气流进行热交换,即在气温较低时可以在第二热交换器102与冷却空气流A进行热交换,而在气温相对较高时也可以不在第二热交换器102进行热交换,而是选择在第三热交换器与外部空气进行热交换。

[0028] 冷媒在经过第三热交换器3后,由于第一单向阀12这个方向是导通的,即第一节流元件4的第一旁通流路是导通的,所以冷媒通过第一旁通流路流动,而不经过第二节流元件4,然后流经中间换热器5的第二部份52,这时冷媒与中间换热器5的第一部份51中的冷媒进行热交换,由于通过中间换热器5的第一部份51中的冷媒是经过第一热交换器101后的低温低压的冷媒,所以两者热交换后能使流经中间换热器5的第二部份52的冷媒进一步降温。然后再流经第二节流元件6节流降温,然后通过第一截止阀7到达第一热交换器101,低温低压的液态冷媒在第一热交换器101中,在这里冷媒与车室内的空气进行热交换,由于第一热交换器101的表面温度相对车厢内温度要低得多,因此在此过程中,第一热交换器101前的空气 的露点温度高于第一热交换器101的表面温度,这样就会有水分在第一热交换器101的表面上冷凝而析出并通过设置的管道排出,这样就降低了车厢内空气中的水蒸汽的含量即降低了相对湿度,从而达到车厢内除湿或除雾的目的。[0029] 然后,冷媒再到达中间换热器5的第一部份51,在这里与中间换热器5的第二部份52中的冷媒进行热交换,经过中间换热器5的第一部份51的冷媒进一步升温后,再经汽液分离器9的分离,液态冷媒储藏在汽液分离器9内,低温低压的气态冷媒再被压缩机I压缩成高温高压的气态冷媒,如此循环工作。风机104对空气流A起输送作用。空气流A通过第一热交换器101被降温除湿,经格栅与风道109,送入车室内,降低车室内的温度,以提供舒适的乘车环境。空气流A温度的控制是这样实现的:可根据需要,由温度风门105的开启角度决定流经第二热交换器102的比例,加热流经第二热交换器102的空气流,再与原来的空气流进行混合,而达到所需的温度。其中,空气流A为流经内循环风口 107和新风口 108的混合风,混合比例可由系统根据舒适性要求,由循环风门106进行控制。而引入内循环风可以进一步的节省功耗。另外,如果温度比较高时,也可以使第二热交换器102的温度风门105开度为零,让风道旁通,不让风经过第二热交换器102,而使冷媒在第三热交换器3与外界进行热交换;这样,当高温高压的气态冷媒从压缩机10出来,经过第二热交换器102时,风门是关闭的,所以,经过第二热交换器102的冷媒不会与空气产生热交换。而当温度较低时,可以使第二热交换器102的温度风门105开度最大,让风经过第二热交换器102,使经过除湿后的空气进行升温后,经格栅与风道109,送入车室内或车窗上,使温度能得以与湿度同时得到控制,这样就使车室内的舒适度得以提高。

[0030] 这样除湿(雾)模式时,送向车厢内的风是先经过冷媒温度低的第一热交换器101去湿、然后再通过冷媒温度高的第二热交换器102的,在第二热交换器102可以选择是否进行加温,即可以根据车厢内温度情况进行选择是否进行加温,然后再将风送到车厢内,如果气温较高,就可以将温度风门105关闭,使冷媒在第二热交换器102与空气不进行热交换;而气温较低,就可以将温度风门105打开一定程度,使冷媒在第二热交换器102与空气进行热交换。这样,保证了车厢内的湿度与温度,即满足了舒适度要求。另外如果需要快速除去玻璃上的雾气或水汽时,可直接关闭温度风门105,并通过相应的风管,直接把冷风吹向玻璃,达到快速除去玻璃表面雾的目的。

[0031] 另外在冬天时,空调基本处于制热模式下运行,这时第三热交换器3是用于散冷的,而有些地区的车外温度较低,当外界温度低于零度或接近零度时,在制热模式工作时间过长后,这样容易使第三热交 换器3结霜或结冰,进而影响热泵运行的能效甚至丧失散热性能,所以,需要启动除冰/除霜模式。具体地,本发明的空调系统在除冰模式时运行情况如图4所示,这时,第一截止阀7开启,第二截止阀8关闭,三通阀2通向第三热交换器3的第一出口 210导通,三通阀2通向第一截止阀7、第二节流元件6方向的第二出口 220关闭,风机104关闭。压缩机I消耗一定的电能,将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒,流经第二热交换器102。此时,风机104不工作,所以没有空气流A,高温高压的气态冷媒在第二热交换器102基本不发生热交换,高温高压的气态冷媒通过三通阀2的第一出口 210流向第三热交换器3,放出热量,使第三热交换器3表面的冰(霜)迅速除去,恢复制热性能。冷媒本身发生相变而冷凝成液态或部份冷凝成液态;然后冷媒在到达第一节流元件4前时,由于这个方向时第一旁通流路的第一单向阀12是导通的,第一旁通流路导通,所以冷媒通过第一旁通流路到达中间换热器5的第二部份52 ;与流经中间换热器5的第一部份51的冷媒进行热交换,使流经中间换热器5的第一部份51的冷媒的温度升高。

[0032] 然后冷媒到达第二节流元件6,由于这个方向第二单向阀13不会导通,第二旁通流路不会导通,所以冷媒经过第二节流元件6节流并进一步节流降温,然后再通过第一截止阀7与第一热交换器101,低温低压的冷媒在第一热交换器101基本上没有热交换;然后,冷媒再到达中间换热器5的第一部份51,在这里与中间换热器5的第二部份52中的冷媒进行热交换,经过中间换热器5的第一部份51的冷媒得到一定程度的升温后,再经汽液分离器9的分离,液态冷媒储藏在汽液分离器9内,低温低压的气态冷媒再被压缩机I压缩成高温高压的气态冷媒,如此循环工作进行除冰。这样,该系统的工作范围进一步加大,从而扩大了电动汽车的使用范围,特别是在低温低寒区域。

[0033] 在除冰模式刚开始除冰时至除冰结束时,其冷媒的压焓图是一个动态变化的过程,当除冰模式刚开始时,通过汽液分离器9之前的气液两相的冷媒,经过汽液分离器9的分离,通往压缩机I吸气口的冷媒为饱和气态冷媒,液态冷媒留贮在汽液分离器9的冷媒液体贮存空间,所以汽液分离器9的冷媒液体贮存空间的容量要求在所述热泵系统冷媒充注量的30-60%,这样可以确保通过汽液分离器9后的冷媒为气态冷媒;当除冰状态稳定时,其出口状态慢慢地达到过热状态,不会引起压缩机I的湿压缩。

[0034] 另外,在第二热交换器102也可以选择是否进行热交换,如要快速除冰即可以不让第二热交换器102进行热交换,这样到达第三热交换器3的冷媒的温度会更高一些,除冰或霜的时间就可以更短。一般地,除冰模式运行的时间都相对比较短,一般在3-4分钟左右。等到除冰结束后,可以将工作模式恢复到制热模式运行。

[0035] 从上面的四种工作模式可以看出,本发明的汽车空调系统针对车厢内的温湿度控制分别设置了第一热交换器101与第二热交换器102,第二热交换器102只通过热的冷媒,而第一热交换器101只通过低温冷媒,两者分别设置,且第一热交换器101与第二热交换器102是没有高低温的交替变换的,可以避免这两个换热器内高低温的冲击,这样两者可以分别进行设计以提高其换热效率,同时可以避免这两个换热器内高低温的冲击,这样可提高使用寿命;且除湿(雾)模式时,空气可以同时通过第一热交换器101与第二热交换器102,实现同时除湿又加热的效果,保证车厢内的温湿度,从而满足车厢内的舒适要求。

[0036] 下面介绍本发·明的第二种具体实施方式,图5是本发明第二种具体实施方式的管路连接示意图。本实施方式是在上面第一种具体实施方式上的一种改进,具体地,本实施方式中压缩机I为有双级压缩功能的压缩机。且在制热模式时,流经中间换热器5的第一部份51后的冷媒,有一部份是通过控制阀10直接流入压缩机I的第二级进行压缩,而不是全部通过汽液分离器9再到压缩机I的,而其余部份通过汽液分离器9再到压缩机1,这样设置可以减少压缩机的功耗,提高效率,节省电能,从而提高行驶里程;同时,也增大了热泵系统的工作范围,从而进一步扩大了电动汽车的使用范围,特别是在低温严寒区域。

[0037] 下面介绍本发明的第三种具体实施方式,图6是本发明第三种具体实施方式的管路连接示意图。本实施方式是在上面第一种具体实施方式上的一种改进,具体地,本实施方式将第三热交换器3设置了一个旁通通道,在除湿模式时,高温高压液态冷媒通过三通阀2后,可以选择通过第三热交换器3进行热交换或不流向第三热交换器3,而是通过旁通通道。另外,旁通通道采用截止阀或电磁阀11控制通或断。这样在气温较低时,可以选择不通过第三热交换器3,从而可以减少因冷媒流经第三热交换器3而向室外散热,从而造成热量损失,从而节省电能,提高行驶里程;另外因冷媒不流向第三热交换器3,而是直接流经旁通通道。这样,冷媒直接从旁通流路中通过,同样可以组成完整的热泵系统,冷媒侧压力损失可以降低,从而提高系统的效率,避免了能源的浪费,提高热泵系统的能效比。其他三种运行模式可以参照上面的第一种具体实施方式,这里就不再说明。

[0038] 上面介绍的几种实施方式中,通过第二热交换器后的冷媒是通过三通阀2进行流动方式的控制,三通阀具体可以采用电磁切换方式控制,使其的一个出口导通,另一出口关闭;但本发明并不限于此,还可以采用其他方式来进行控制,如图7所示,图7为本发明的第四种具体实施方式,其采用两个电磁阀:第一电磁阀21、第二电磁阀22来分别控制从第二热交换器出来后通向第三热交换器3的冷媒流路210、从第二热交换器出来后通向中间换热器5的冷媒流路220,其中第一电磁 阀21与第二电磁阀22中选择性地导通其中之一,这样同样可以实现本发明的目的,具体地运行模式可以参照第一实施方式,这里不再复述。

[0039] 另外,还可以采用四通阀来进行冷媒流动方式的控制,如图8所示。上面所描述的几种实施方式中,空调系统的四种运行模式中冷媒都是通过中间换热器5进行热交换的,但本发明并不限于此,还可以使冷媒在部份运行模式下进行中间换热器的热交换,以提高运行效率,如图8所示为本发明的第五种具体实施方式,采用一个四通阀25及第三控制阀14替代了第一实施方式中的三通阀2、第二截止阀8,其中四通阀25的高压进口与第二热交换器102的出口连接,四通阀25的低压回口 254与汽液分离器9的进口连接,四通阀25的另外两个接口:第一接口 252、第二接口 253分别连接到第三热交换器3、通过第三控制阀14通向与中间换热器5的第二部份连接的第二节流元件6或其旁通流路、与第一截止阀,并在第二接口 253与中间换热器5的第二部份52之间的旁通流路中设置第二单向阀13,这两个接口 252、253可以根据运行模式的需要进行切换,在制冷模式时,第三控制阀14关闭,四通阀25的高压进口与第一接口 252导通,而第二接口 253与低压回口 254导通,这时使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器5的第一部份51,节流前的冷媒通过所述中间换热器5的第二部份52,使这两部份的冷媒在中间换热器进行热交换,使节流前的冷媒的温度进一步降低,并使回到压缩机的低温低压的冷媒的温度上升;而在制热模式时,第三控制阀14打开,四通阀25的高压进口与第二接口 253导通,而第一接口 252与低压回口 254导通,在中间换热器不进行热交换;在除湿(雾)模式时,四通阀25的高压进口与第一接口 252导通,而第二接口 253与低压回口 254导通;在除冰模式时,四通阀25的高压进口与第一接口 252导通,而第二接口 253与低压回口 254导通;具体冷媒的流动方式与运行方式参照上面第一实施方式,这里不再详细描述。另外通过改变管路连接方式及控制阀的控制,还可以使本实施方式改变为四种运行模式时冷媒均在中间换热器进行热交换。

[0040] 下面介绍另外一种实施方式,如图9所示的第六种实施方式。该实施方式相对于上面第一实施方式来说减少了一些部件:第一节流元件4、第一单向阀12、第二单向阀13,即节流元件只有一个:即第二节流元件6,这样投入的成本可以减小,系统制造方便;另外该实施方式是在制冷、除湿、除冰三种运行模式下,使冷媒在中间换热器5进行热交换,而在制热模式时,由于通过中间换热器5的第一部份51与第二部份52的冷媒都是经节流元件6节流后的,温度相差较小,所以基本不进行热交换,而其他三种模式时的运行方式同第一实施方式。

[0041]另外,还可以是在制热模式下使冷媒通过中间换热器5进行热交换,而其他模式下中间换热器基本不进行热交换,如图10所示的第七种具体实施方式。该实施方式相对于上面第一实施方式来说减少了以下部件:第二节流元件6、第一单向阀12、第二单向阀13,即节流元件只有一个:即第一节流元件4,这样投入的成本可以减小,系统制造方便;该实施方式中在制冷模式、除湿模式、除冰模式三种运行模式下,由于通过中间换热器5的冷媒都是经第一节流元件4节流后的冷媒,温差较小,所以基本不进行热交换;而在制热模式下,第一截止阀7关闭,压缩机I消耗一定的电能,将低温低压的气态冷媒压缩成高温高压的气态冷媒,流经第二热交换器102,在低温空气流A的冷却下,冷媒的热量传递给空气流A,本身发生相变而冷凝,然后通过三通阀2的第二出口 220,到达中间换热器5的第二部份52,与经过中间换热器5的第一部份51的低温低压的冷媒进行热交换,经过中间换热器5的第二部份52的冷媒的温度进一步降低,而通过中间换热器5的第一部份51的冷媒的温度得到提高,从而使经过压缩机I的冷媒的温度也能得到提高。经过中间换热器5的第二部份52后,冷媒通过第一节流元件4,到达第三热交换器3与低温空气流B进行热交换,吸收其热量蒸发而变成低温低压的气态冷媒或气液两相的冷媒。这样,由于通过中间换热器5的第一部份52的冷媒的温度进一步降低,这样,到达第三热交换器3的冷媒的温度也相对较低,增加了到达第三热交换器3的冷媒与外部环境的温差,从而使该系统能从较低温度的低温环境中吸收热量,实现热泵的功能。然后冷媒通过第二截止阀8,再到中间换热器5的第一部份51,与通过中间换热器5的第二部份52的冷媒进行热交换,然后冷媒升温后流向汽液分离器9,经汽液分离器9的分离,液态冷媒储存在汽液分离器9内,低温低压的气态冷媒再被压缩机I压缩成高温高压的气态冷媒,如此循环工作。这样,通过中间换热器5,一方面使到达第三热交换器3的冷媒与外部环境的温差加大,使该热泵的工作范围能获得增大,能效比提高;同时还能使到达压缩机I的冷媒的温度升高,这样可提高压缩机I排气口的冷媒的温度,进一步提高制热效率。中间换热器5可以采用套管式换热器,使第一部份或第二部份密封地套设在另一部份的管子中;也可以采用双流道换热器使这两部份完成热交换即可。如果环境温度太低,热泵的加热性能不足,或导致热泵效率较低,或甚至导致热泵无法工作时,可使用电加热器103来辅助加热,与热泵系统一起实现加热功能。这样,该系统的工作范围进一步加大,从而扩大了 汽车空调的使用范围,特别是在低温低寒区域。

[0042] 下面介绍本发明的第八种具体实施方式,如图11所示,该实施方式也是除了制热模式以外的其他运行模式下使冷媒通过中间换热器5进行热交换,而制热模式下,低温低压的冷媒不通过中间换热器5的第一部份51,从而不与中间换热器5的第二部份52进行热交换,具体地,该实施方式中压缩机为具有双级压缩功能的压缩机1,另外针对第三热交换器3设置了一个旁通通道,在除湿模式时,高温高压的冷媒通过三通阀2后,可以选择通过第三热交换器3进行热交换、或不流向第三热交换器3而是通过旁通通道;另外,旁通通道采用截止阀或电磁阀11控制通或断。在制冷、除湿、除冰三种模式下,冷媒通过中间换热器5的第一部份51后是直接回到压缩机的第二级进行压缩,而在制热模式下,高温高压的气态冷媒从压缩机出来,流经第二热交换器102,在低温空气流A的冷却下,冷媒的热量传递给空气流A,然后通过三通阀2的第二出口 220,然后通过第二旁通流路而不通过第二节流元件6,经过中间换热器5的第二部份52,然后冷媒通过第一节流元件4进行节流,节流后变成低温低压的液态冷媒,在第三热交换器3冷媒与低温空气流B进行热交换,吸收其热量蒸发而变成低温低压的气态冷媒或气液两相的冷媒;然后冷媒通过第二截止阀8,再到汽液分离器9,经汽液分离器9的分离,液态冷媒储存在汽液分离器9内,低温低压的气态冷媒再被压缩机I压缩成高温高压的气态冷媒,如此循环工作。运行时具体的实现方式可参照上面所述的其他实施方式,这里不再复述。

[0043] 下面介绍本发明的第九种具体实施方式,如图12所示,该实施方式也是在制热模式下使冷媒通过中间换热器5进行热交换,而其他模式下中间换热器基本不进行热交换,另外与上面第八种具体实施方式的区别在于:针对第三热交换器设置了旁通通路,在除湿模式时可以选择冷媒通过第三热交换器或旁通通路,其他与上面所述相同,这里不再复述。

[0044] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例,如进行组合、或替代等等。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等 同变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1. 一种汽车空调系统,包括压缩机、汽液分离器、可选择地与车厢内空气进行热交换的第一热交换器与第二热交换器、可选择地与外界环境进行热交换的第三热交换器,所述汽车空调系统还包括中间换热器,中间换热器包括第一部份、第二部份,所述第一部份与第二部份之间可以进行热交换;中间换热器的第二部份的前、和或后的管路中设置有节流元件;所述中间换热器的第一部份的出口一端与所述汽液分离器或压缩机的进口连接;所述汽车空调系统在制冷模式或制热模式的至少一种模式时,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器的第一部份,节流前的冷媒通过所述中间换热器的第二部份,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒与节流前的冷媒在中间换热器进行热交换,使节流前的冷媒的温度进一步降低,并使回到压缩机的低温低压的冷媒的温度上升。
2.根据权利要求I所述的汽车空调系统,其特征在于,所述中间换热器的第二部份的一端连接到所述第三热交换器,在所述中间换热器的第二部份的一端到所述第三热交换器之间的管路中设置有第一节流元件。
3.根据权利要求2所述的汽车空调系统,其特征在于,与所述第一节流元件并联设置有第一旁通流路,第一旁通流路上设置有第一单向阀或电磁控制阀,第一单向阀或电磁控制阀在冷媒从所述第三热交换器通向所述中间换热器的第二部份方向时导通,而反向时则关闭。
4.根据权利要求3所述的汽车空调系统,其特征在于,所述中间换热器的第二部份的另一端还设置有第二节流元件,与所述第二节流元件并联设置有第二旁通流路,第二旁通流路上设置有第二单向阀或第二电磁控制阀,第二单向阀或第二电磁控制阀在冷媒从所述第一热交换器或第二热交换器通向所述中间换热器的第二部份方向时导通,而反向时则关闭。
5.根据权利要求1-4其中任一所述的汽车空调系统,其特征在于,所述汽车空调系统还包括除湿模式、除冰模式;所述第一热交换器在与所述中间换热器之间的连接管路中还设置有控制流路通断的第一控制阀,第一控制阀通过管路与所述中间换热器的第二部份、从所述第二热交换器过来的管路连接;所述汽车空调系统在制冷模式和制热模式时,均使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器的第一部份,节流前的冷媒通过所述中间换热器的第二部份,这两部份冷媒在中间换热器进行热交换。
6.根据权利要求5所述的汽车空调系统,其特征在于,所述第二热交换器之后的管路中设置有三通阀,三通阀的第一出口与所述第三热交换器、及第二控制阀连接;第二控制阀的另一端所述中间换热器的第一部份连接;所述三通阀的第二出口与所述第一控制阀、中间换热器的第二部份管路连接; 或者从所述第二热交换器之后的管路中设置有两个电磁阀:第一电磁阀、第二电磁阀来分别控制从所述第二热交换器出来后通向所述第三热交换器的冷媒流路、及从所述第二热交换器出来后通向所述中间换热器的冷媒流路的通断,其中第一电磁阀与第二电磁阀中可选择性地导通其中之一。
7.根据权利要求1-4其中任一所述的汽车空调系统,其特征在于,所述汽车空调系统还包括四通阀,其中四通阀的高压进口与所述第二热交换器的出口连接,四通阀的低压回口与所述汽液分离器的进口连接,四通阀的另外两个接口 :第一接口、第二接口分别管路连接到所述第三热交换器、通过第三控制阀连接所述中间换热器的第二部份,这两个接口可以根据运行模式的需要进行切换,在制冷模式时,四通阀的高压进口与第一接口导通,而第二接口与低压回口导通,第三控制阀关闭;而在制热模式时,四通阀的高压进口与第二接口导通,而第一接口与低压回口导通,第三控制阀开启。
8.根据权利要求1-4其中任一所述的汽车空调系统,其特征在于,所述压缩机为有双级压缩功能的压缩机,所述中间换热器的第一部份的出口一端与所述压缩机的二级进口连接,所述汽液分离器的出口与所述压缩机的一级进口连接;在制冷模式时,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒通过所述中间换热器的第一部份,节流前的冷媒通过所述中间换热器的第二部份,使回到压缩机之前的低温低压的冷媒与通过节流前的冷媒在中间换热器进行热交换;而在制热模式时,回到压缩机前的冷媒不经过中间换热器的第一部份与所述中间换热器的第二部份的冷媒进行热交换。
9.根据上述任一权利要求所述的汽车空调系统,其特征在于,所述汽车空调系统在除湿模式时,送向车厢内的风是先经过冷媒温度低的第一热交换器去湿、然后再通过冷媒温度高的第二热交换器的,在所述第二热交换器系统可以选择是否进行加温,即可以根据车厢内温度情况进行选择是否进行加温,然后再将风送到车厢内; 所述第三热交换器还设置有旁通通道,在除湿模式时,高温高压冷媒通过第二热交换器后,可以选择是通过所述第三热交换器或通过所述旁通通道;且所述旁通通道采用截止阀或电磁阀控制导通与否。
10.根据权利要求8所述的汽车空调系统,其特征在于,所述中间换热器为套管式换热器,所述中间换热器的第二部份是套设在中间换热器的第一部份的管子中的,两者之间相密封隔绝; 或者所述中间换热器的第一部份是相密封隔绝地套设在中间换热器的第二部份的管子中的。
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