发明内容
本发明要解决的技术问题为提供一种汽车空调系统,该空调系统能够显著提高压缩机及空调系统的效率,保证高温和高寒环境下冷量和热量的需求,从而保证乘客的舒适性和发热部件的稳定高效工作。
为解决上述技术问题,本发明提供一种汽车空调系统,包括制冷模式、制热模式和发热部件管理模式;所述汽车空调系统包括压缩机、与车厢外环境进行热交换的第三换热器、第一空调箱、第二空调箱和至少二个节流元件;
第一空调箱用于调节车厢内的温度和/或湿度,第一空调箱包括第一换热器;第二空调箱用于调节发热部件的温度,包括发热部件换热器;
所述汽车空调系统还包括喷射器和闪发器;所述闪发器的气体出口连接到压缩机的进口,所述闪发器的液体出口经第二节流元件再次节流后连接到需放出冷量的第三换热器或第一换热器:制冷模式时工质从液体出口出来后经管路件流向第一换热器进行热交换,制热模式时工质从液体出口出来后经管路件最终流向第三换热器进行热交换。
优选地,所述第一空调箱还包括第二换热器,所述空调系统还包括除冰模式,在除冰模式或制冷模式时第二换热器可选择性导通,第二换热器与所述第三换热器的工质管路呈并联设置,从所述压缩机出来的工质流向所述第三换热器,或经分流后分别流向所述第三换热器和第二换热器。
优选地,所述发热部件管理模式包括电池预热模式与发热部件冷却模式,电池预热模式时汽车空调系统对电池提供热量,发热部件冷却模式时只对发热部件单独进行冷却;
制冷模式时,工质由压缩机出口出来通过管路流入第三换热器、或第三换热器和第二换热器放出热量,然后工质经节流后分别流入第一支路和第二支路或分别流入第一支路和第二支路后进行节流:
第一支路节流后的工质通过驱动入口进入喷射器并由其喷射出口喷出流向闪发器;且第一换热器流出的工质通过旁路引流口进入喷射器;
第二支路节流后的工质流经发热部件换热器吸收热量,然后由该发热部件换热器流出的工质通过管路与由喷射器的喷射出口喷射出来的工质汇合进入闪发器。
优选地,制热模式时,工质由压缩机出口出来通过管路流入第二换热器放出热量,然后工质进行节流后分别流入第三支路和第二支路或分别流入第三支路和第二支路后进行节流;
第三支路节流后的工质通过驱动入口进入喷射器并由其喷射出口出来进入闪发器;从闪发器出来的液态工质经第二节流元件再次节流后进入第三换热器进行热交换,然后由第三换热器流出的工质通过旁路引流口进入喷射器。
优选地,所述发热部件管理模式包括电池预热模式与发热部件冷却模式,电池预热模式时汽车空调系统对电池提供热量,发热部件冷却模式时只对发热部件单独进行冷却;
制冷模式时,工质由压缩机出口出来通过管路到第三换热器、或第三换热器和第二换热器放出热量,然后工质由驱动入口进入喷射器中并由其喷射出口流出,喷射出口出来的工质通过管路进入发热部件换热器吸收热量,然后工质再通过管路进入闪发器;且第一换热器流出的工质通过旁路引流口进入喷射器。
优选地,制热模式时,工质由压缩机出口出来通过管路流入第二换热器放出热量制热,然后工质由驱动入口进入喷射器,通过喷射出口出来的工质通过管路进入发热部件换热器进行热交换,然后工质由发热部件换热器流出后通过管路进入闪发器,从闪发器出来的液态工质第二节流元件节流后进入第三换热器进行热交换,然后由第三换热器流出的工质通过管路连接到喷射器的另一个旁路引流口。
优选地,所述第一空调箱还包括第二换热器,所述空调系统还包括除冰模式,在除冰模式或制冷模式时第二换热器与所述第三换热器的工质管路呈串联设置,从所述压缩机出来的工质先流向所述第二换热器,然后流向所述第三换热器,第二换热器处于第一换热器背风向的一侧;且第二换热器在这两种模式下通过温度风门的开启或关闭选择是否参与热交换。
优选地,所述汽车空调系统还包括中间换热器,该中间换热器包括可相互进行热交换的高温侧和低温侧;
所述高温侧设于喷射器的驱动入口一侧的管路上,工质由第三换热器和或第二换热器流出后,进入所述高温侧与低温侧进行热交换后,然后再由驱动入口进入喷射器;
所述低温侧通过管路连接于所述喷射器的喷射出口与发热部件换热器之间,以便工质由喷射出口喷出,先进入低温侧与与高温侧进行热交换,然后再进入发热部件换热器中。
优选地,所述汽车空调系统还包括中间换热器,该中间换热器包括可相互进行热交换的高温侧和低温侧;
所述高温侧设于所述喷射器的驱动入口一侧的管路上,以便工质由第三换热器和或第二换热器流出后,进入所述高温侧与低温侧进行热交换,然后再由驱动入口进入喷射器;
所述低温侧设置于所述发热部件换热器出口端与闪发器之间的管路上,以便工质由发热部件换热器流出后,先经过低温侧与高温侧进行热交换,然后再进入闪发器。
优选地,所述汽车空调系统还包括第一四通换向阀,该第一四通换向阀包括与压缩机的出口端连通的第一接口、通过管路与串联或并联的第三换热器和第二换热器连通的第二接口、与由闪发器所流出的液态工质所在管路连通的第三接口、及通过管路可与所述第一换热器或发热部件换热器连通的第四接口;
制冷模式时,在第一四通换向阀内部第一接口与所述第二接口导通,第三接口和第四接口导通;
制热模式时,第一四通换向阀换向,在其内部第一接口和第四接口导通,第二接口和第四接口导通,所述第四接口与所述第一换热器之间设有第三三通阀,该第三三通阀剩余的第三个接口连接于所述发热部件换热器的出口端一侧的管路上;
所述第一换热器的另一个接口与所述喷射器的一个引流口之间的管路上设有第四三通阀,该第四三通阀剩余的第三个接口连接于所述第一支路与所述第二支路的交汇部位上。
以下介绍上述两种方案的技术效果:
相对于现有技术,上述两种技术方案均采用了喷射器,由于喷射器可以提高低压侧换热器出来的工质的压力,使进入压缩机的工质的状态为中间压力状态,进而减小了压缩机压比,减小了压缩机的耗功,提高了压缩机及空调系统的效率因此采用一个常规的压缩机,就可以在高温或者高寒的环境下获得比较高的工作效率,能够满足高温或者高寒环境下冷量或者热量的要求此外,在上述两种技术方案中,由于采用了热泵循环进行制冷和制热的切换,相对于现有技术中采用单独的加热循环,效率能够得到显著提高,即使在恶劣的环境下效率也是大于1的。并且,在本发明的热泵系统中,采用工质直接加热空气使得车厢快速升温,保证乘客的舒适性,对发热件可以快速预热保证其快速进入最佳工况状态。
综上所述,本发明所提供的一种汽车空调系统能够一方面能够显著提高压缩机及空调系统的效率,保证高温和高寒环境下冷量和热量的需求,从而保证乘客的舒适性和发热部件的稳定高效工作。
附图说明
图1为现有技术中一种汽车空调系统的管路连接示意图;
图2为本发明第一种实施例汽车空调系统在制冷模式下的管路连接示意图;
图3为本发明第一种实施例在制热模式下的管路连接示意图;
图4为本发明第一种实施例在电池预热模式下的管路连接示意图;
图5为本发明第一种实施例在除冰模式下的管路连接示意图;
图6为本发明第一种实施例在发热部件单独冷却模式下的管路连接示意图;
图7为本发明第二种实施例中汽车空调系统在制冷模式下的管路连接示意图;
图8为本发明第二种实施例在制热模式下的管路连接示意图;
图9为本发明第二种实施例在电池预热模式下的管路连接示意图;
图10为本发明第二种实施例在除冰模式下的管路连接示意图;
图11为本发明第二种实施例在发热部件单独冷却模式下的管路连接示意图;
图12为本发明第一种实施例的第一种替代方案的管路连接示意图;
图13为本发明第一种实施例的第二种替代方案的管路连接示意图;
图14为本发明第一种实施例的第三种替代方案的管路连接示意图;
图15为本发明第一种实施例的第四种替代方案的管路连接示意图;
图16为本发明第一种实施例的第五种替代方案的管路连接示意图;
图17为本发明第二种实施例汽车空调系统的第一种替代方案的管路连接示意图;
图18为本发明第二种实施例的第二种替代方案的管路连接示意图。
图19为本发明的汽车空调系统工作时的压函图。
图2至图18中附图标记与部件名称之间的对应关系为:
1压缩机;2第一三通阀;3流量调节阀;4第二三通阀;5第三换热器;6第一截止阀;7第二截止阀;8第三节流元件;9第四截止阀;10第一节流元件;11喷射器;12第五截止阀;13闪发器;14第二节流元件;15第三三通阀;16第三截止阀;17第一四通换向阀;a第一接口;b第二接口;c第三接口;d第四接口;18第四三通阀;19第二四通换向阀;e第五接口;f第六接口;g第七接口;h第八接口;20中间换热器;20a高温侧;20b低温侧;21第六截止阀;22第五三通阀;23第七截止阀;24第八截止阀;
100第一空调箱:101第一换热器;102第二换热器;103电加热器;104鼓风机;105温度风门;106循环风门;107内循环风口;108新风口;109格栅与风道;
200第二空调箱:201发热部件换热器;202电加热器;203鼓风机;204循环风门;401进风风道;402出风风道;
300发热部件。
具体实施方式
本发明的核心为一种汽车空调系统能够显著提高压缩机及空调系统的效率解决冬季高寒或者夏季高温下压缩机效率低甚至无法运行的问题,能够满足对热量或者冷量的要求保证乘客的舒适性和发热部件的高效稳定工作。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图2至图6,这是本发明第一种实施例中汽车空调系统在各种工作模式下的管路连接示意图;首先需要说明的是,在本文带虚线的附图中,涉及到工质所经过的管路,用虚线的一般代表工质在此不导通,用实线的一般代表工质在此导通。工质在管路上的导通或中断通过相应的截止阀或三通阀来实现。
另:在本发明的具体实施例中,工质为汽车空调行业常规工质即可。因为工质常温下的临界压力越小安全系数越高,而汽车在行驶时颠簸及其他各种复杂工况较多,汽车空调的工质临界压力越大,危险系数越高。
比如当系统工质为CO2时,CO2常温下的临界压力(工作压力)为7.4MPa,对系统的零部件要求比较高,对零部件强度也要求比较高,抗震性要求比较高,否则会出现有危险出现。所以系统工质常温下的临界压力越大时,系统的成本越高。
当系统工质为R134a时,R134a常温下的临界压力(工作压力)仅为1.32MPa,相对工质为CO2的系统,零部件的要求就会降低,系统的抗震强度也可以降低,相应的系统的成本就能降低了。
综上所述,本系统中的工质优选为常温下临界压力较小的工质即可。
在第一种实施例中,空调系统的工作模式包括制冷模式、制热模式、电池预热模式、除冰模式及发热部件冷却模式;汽车空调系统包括压缩机1、与车厢外环境进行热交换的第三换热器、第一空调箱100、第二空调箱200和至少一个节流元件;第一空调箱100用于调节车厢内的温度和/或湿度,第一空调箱100包括第一换热器;第二空调箱200用于调节发热部件300(可以为电池,但并不限于电池,也可以为其他的发热部件,本发明对此不作限制)的温度,包括发热部件换热器201;汽车空调系统还包括喷射器11和连接于压缩机1进口之前的闪发器13;
制冷模式时,工质由压缩机1出口出来通过管路流入第三换热器5放出热量,然后工质进行节流后分别流入第一支路和第二支路或分别流入第一支路和第二支路后再分别进行节流:
第一支路中,节流后的工质通过驱动入口进入喷射器11并由其喷射出口喷出,然后工质进入闪发器13进行气液分离分成两路,一路气态工质被吸入压缩机1;另一路液态工质节流后进入第一换热器101中吸收热量制冷,然后通过旁路引流口进入喷射器11;
第二支路中,节流后的工质流经发热部件换热器201吸收热量,然后从发热部件换热器201流出的工质通过管路与由喷射器11的喷射出口喷射出来的工质汇合进入闪发器13。
由于喷射器11可以带动低压力的流体,因而可以允许蒸发压力低于压缩机1的吸气压力,允许蒸发温度低于压缩机1的吸气温度,因此采用一个常规的压缩机1,就可以获得更低的蒸发温度和蒸发压力,因而制冷时,可以产生更低的温度,制热时能够在更低的温度下进行,因而能够有效地提高系统的效率。此外,由于采用了热泵循环进行制冷和制热的切换,相对于现有技术中采用单独的加热循环,热泵系统的效率为:COP=Qh/W,其中Qh=Qc+W;W是系统所耗的功;Qc是车厢外侧换热器内工质吸收的热量,Qh是系统加热量,所以COP=Qh/W=(Qc+W)/W=Qc/W+1>1,其效率能够得到显著提高,即使在恶劣的环境下效率也是大于1的。并且,在本发明的热泵系统中,采用工质直接加热空气,使得车厢空气温升快,保证乘客的舒适性;另外对发热部件可以快速预热保证其快速进入最佳工况状态。综上,本发明所提供的一种汽车空调系统能够显著提高压缩机1及空调系统的效率,解决冬季高寒或者夏季高温下压缩机效率低甚至无法运行的问题,满足对热量或者冷量的要求,保证乘客的舒适性和发热部件300的稳定高效工作。
进一步地,第一空调箱100还包括第二换热器102,第二换热器102处于第一换热器101的背风向的一侧;
制冷模式时,由压缩机1出口出来的工质还可选择一部份通过管路流入和第三换热器5并联的第二换热器102,以提高向车厢内供风的温度;然后工质进行节流后分别流入上述第一支路和第二支路或分别流入第一支路和第二支路后进行节流。
在该第一种实施例中,详细的管路布置如下:压缩机1的出口端连接第一三通阀2的一个接口,第一三通阀2的另外两个接口中:一个接口通过管路与发热部件换热器201连通,另一个接口接入两个并联的管路上,该两个并联的管路上分别设有第三换热器5和第二换热器102;第三换热器5的第一端(亦即图中第三换热器5的左端)一侧的管路上设有第二三通阀4,该第二三通阀4剩余的第三个接口(其他两个接口用于连接在其所在的管路上)通过管路与喷射器11的一个旁路引流口连通;第三换热器5的第二端(亦即图中第三换热器5的右端)一侧的管路上进一步设有第一截止阀6,并上述两个并联的管路汇聚后经由第二截止阀7分成第一支路和第二支路。
此外,在第一支路中,喷射器11的驱动入口之前的管路上串联有第一节流元件10和第三截止阀16;由闪发器13流出的液态工质所在管路上依次串联有第二节流元件14和第三三通阀15并与第一换热器101的一个接口连通,该第一换热器101的另一个接口与喷射器11的另一个旁路引流口连通。同时,该第三三通阀15剩余的第三个接口通过管路连接于第三换热器5与第一截止阀6之间的管路上。
再者,第二换热器102的一侧管路还设有流量调节阀3,该流量调节阀3可用于调节两个并联管路上的各自工质的流量。
具体地,在夏季制冷模式下,第一截止阀6、第二截止阀7、第三截止阀16和第四截止阀9都是导通的状态。如图2所示,压缩机1消耗一定的电能,将低温低压的气态工质压缩成高温高压的气态工质,流经第一三通阀2后可分两路,一路流经第二三通阀4流向第三换热器5,在冷却空气流B的冷凝下放出热量被并释放到环境空气中去,本身发生相变而冷凝成液态,然后流向第一截止阀6。另一路流经流量调节阀3、第二换热器102后与第一路工质汇合,流经第二截止阀7后分成第一支路和第二支路:第二支路的工质流经第三节流元件8节流后降压降温,然后流向发热部件换热器201,在发热部件换热器201吸收空气流E中的热量,本身发生相变而蒸发;第一支路的工质流经第三截止阀16后流经第一节流元件10节流后降压降温,然后流向喷射器11的驱动入口,携带从第一换热器101流出的低压低温的气态工质,在喷射器11中混合后喷射出来,再与经过发热部件换热器201中的气态工质汇合后流入闪发器13,变成中温中压气体,进入压缩机1;同时闪发器13的液体流经第二节流元件14节流后降温降压,然后进入第一换热器101吸热蒸发成低温低压的气体,低温低压的气体被携带通过旁路引流口进入喷射器11,如此循环工作。通过喷射器11和闪发器13,该系统的压缩机1吸入的为中温中压的工质气体,较普通系统的吸气温度压力较高,提高了压缩机1效率,同时对于高温环境也能保证压缩机1较高效运行及冷量需求,同时到达第一换热器101的工质的温度与压力较普通系统的高温下运行时低,可以保证高温下的制冷的需求;同时流量调节阀3可以根据外界工况需要来调节流量,使系统能够保证稳定的高效运行。
在第一空调箱100,鼓风机104对空气流A起输送作用。空气流A通过第一换热器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,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换热器102的比例,加热流经第二换热器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。
在第二空调箱200中,鼓风机203对空气流E起输送作用。空气流E通过发热部件换热器201,被降温除湿,通过风道送至发热部件300,对发热部件300进行降温,使其维持在合适的工作范围内。当外界环境G的温度高于发热部件300的出风温度F时,循环风门204开至图中的左边位置,部分或全部引入电池的出风F。从而起到节省能源的作用。在外界环境G的温度相对较低时,乘客舱需或不需制冷,而发热部件300需冷却时,可直接引用外界新风G,来给发热部件300冷却,而不是利用制冷模式为发热部件300冷却。然后,通过出风风道402的风门(未示出),来控制电池的出风是回第二空调箱200,还是直接排出车外。这样,进一步的节省电能,提高系统的效率。
如图3所示,在冬季制热模式下,工质由压缩机1出口出来通过管路流入第二换热器102放出热量制热,然后工质进行节流后分别流入第三支路和第二支路或分别流入第三支路和上述第二支路后进行节流:
第三支路的工质通过驱动入口进入喷射器11并由其喷射出口喷出,然后工质进入闪发器13中进行气液分离分成两路,一路气态工质被吸入压缩机1,另一路液态工质节流后进入第三换热器5中吸收热量,然后由旁路引流口进入喷射器11中。
需要说明的是,该第三支路与上述第一支路前面的路径基本相同,所不同的是,由闪发器13流出的液态工质节流后是进入第三换热器5中吸收热量,然后再通过旁路引流口进入喷射器11中。
具体地,制热模式时第一截止阀6关闭,其余开启。压缩机1消耗一定的电能,将低温低压的气态工质压缩成高温高压的气态工质,通过第一三通阀2、流量调节阀3流向第二换热器102,在低温空气流A的冷却冷凝下,发生相变而冷凝,冷凝后的工质然后通过第二截止阀7,再分成第二支路和第三支路:第二支路的工质流经第三节流元件8节流并降压降温,然后流向发热部件换热器201,在发热部件换热器201中吸收空气流E中的热量,本身发生相变而蒸发。第三支路的工质流经第三截止阀16后流经第一节流元件10节流并降压降温,然后流向喷射器11的驱动入口,携带从第三换热器5流出经旁路引流口流到喷射器11的低压低温的气态工质,在喷射器11中混合然后喷射出来,再与经过发热部件换热器201的工质汇合后流入闪发器13,从闪发器13出来的中温中压气体回到压缩机1完成一个循环,同时闪发器13中的中温中压液体流经第二节流元件14节流并进一步,降温降压,然后通过第三三通阀15进入第三换热器5,与低温空气流B进行热交换,吸收其热量蒸发,然后低温低压的工质被携带进入喷射器11,如此循环工作。通过喷射器11和闪发器13,该热泵循环的工作范围增大,效率提高。
在第一空调箱100中,鼓风机104对空气流A起输送作用。空气流A通过第二换热器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,混合比例可系统根据舒适性要求,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,从而扩大了电动汽车的使用范围,特别是在低温寒冷区域。
在第二空调箱200中,鼓风机203对空气流E起输送作用。空气流E通过进风风道401送至发热部件300中,对电池进行降温,使其维持在合适的工作温度范围内。当外界环境G的温度高于发热部件300的出风温度F时,循环风门204开至图中的左边位置,部分或全部引入发热部件300的出风F。从而起到节省能源的作用。在外界温度相对较低时,乘客舱需加热,而发热部件300需冷却时,可直接引用外界新风G,来给发热部件300冷却,而不采用工质循环为发热部件300冷却,此时第四截止阀9关闭。然后,通过出风风道402上的风门(未示出),来控制发热部件300的出风是回第二空调箱200,还是直接排出车外。这样,进一步的节省电能,提高系统的效率。当外界环境温度特别低的时候,电池需要加热时可以采用电加热器202来辅助加热,同时调节风门204和出风风道402上的风门,以保证电池在合适的工作温度范围内。
如图4所示,在冬季电池预热模式下,第一截止阀6、第二截止阀7和第五截止阀12关闭,流量调节阀3为切断状态,第三截止阀16和第四截止阀9开启。压缩机1将低温低压的气态工质压缩成高温高压的气态工质,通过第一三通阀2及第四截止阀9流入发热部件换热器201,为发热部件300提供热量,用来在需要时加热发热部件300。工质在发热部件换热器201中放出热量冷凝,然后经过第三节流元件8和第一节流元件10(两个节流元件既可以是全开也可以是其中一个起节流作用),变为两相态进入喷射器11,携带来自第三换热器5中的低温低压的气态工质于喷射器11中混合,然后喷射出来流入闪发器13,闪发器13出来的中温中压气体被压缩机1吸入压缩成高温高压工质气体,同时闪发器13出来的液体流向第二节流元件14节流并降温降压,然后通过第三三通阀15进入第三换热器5,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工质,通过第二三通阀4后,被携带进入喷射器11,如此循环工作。
在第二空调箱200中,鼓风机203对空气流E起输送作用。如果环境温度G太低,可以采用发热部件300加热模式,单独运行发热部件300加热循环,也可使用电加热器202来辅助加热,与发热部件300加热循环一起实现电池加热功能。当外界环境G的温度低于的出风温度F时,循环风门204开至图中的左边位置,全部引入发热部件300的出风F。从而起到节省能源的作用。
低温环境下,在制热模式工作时间过长后,第三换热器5的表面易结冰(结霜),降低甚至丧失散热性能,使系统的效率降低或失去制热功能。所以,需定期给系统进行除冰(除霜)。如图5,在除冰模式下,压缩机1消耗一定的电能,将低温低压的气态工质压缩成高温高压的气态工质,通过第一三通阀2后分两路,一路通过第二三通阀4后直接流向第三换热器5,放出热量,使第三换热器5表面的冰(霜)迅速除去,恢复换热性能,工质本身发生相变而冷凝成液态。另一路可选择通过流量调节阀3流经第二换热器102后与前一路汇合,此时鼓风机104不工作,与第三换热器5配合的风机(未标出)也不工作。汇合后的工质流经第二截止阀7后分成两路,一路流向第三节流元件8节流并降压降温,然后流向发热部件换热器201,吸收热量蒸发成气态或者部分气态;这一路可以在需要时导通对发热部件进行冷却,不需要时可关闭。另一路流经第三截止阀16流向第一节流元件10,经节流后流向喷射器11的入口,携带从第一换热器101流出的低压低温工质,在喷射器11中混合然后喷射出来,再与经过发热部件换热器201的工质汇合后流入闪发器13,气态工质和闪发的气态工质汇合成中温中压气体被压缩机1吸入压缩成高温高压工质气体,同时闪发器13出来的液体流向第二节流元件14,经节流降温降压后流经第三三通阀15、第一换热器101,然后被携带进入喷射器11,此时因为鼓风机104不工作,在流经第一换热器101时基本不经过换热,如此循环工作。其中流量调节阀3可以根据需要来调节流量或关闭,使系统能够保证稳定的高效运行。此时,第一截止阀6、第二截止阀7、第三截止阀16和第四截止阀9都是开启的状态。鼓风机203对空气流E起输送作用。空气流E通过发热部件换热器201,被降温除湿,通过风道401送至发热部件300中,对电池等发热部件进行降温,使其维持合适的工作温度范围内。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,特别是在低温寒冷区域。
对于过渡季节乘客舱不需要冷却和加热时,可以实现单独对发热部件300散热器的冷却,如图6所示,在发热部件单独冷却模式下,第三截止阀16处于关闭状态,喷射器11、第三三通阀15、第一节流元件10和第二节流元件14处于不工作状态。压缩机1将低温低压的气态工质压缩成高温高压的气态工质,通过第一三通阀2、第二三通阀4流向第三换热器5,在低温空气流B的冷却冷凝下,本身发生相变而冷凝成液态,然后流向第一截止阀6,另外还有一路可选择流经流量调节阀3、第二换热器102,然后与第一路冷凝成液体的工质汇合,汇合后工质流经第二截止阀7,经第三节流元件8,节流后降压降温,然后流向发热部件换热器201,在发热部件换热器201中吸收空气流E中的热量,本身发生相变而蒸发成气态,其中流量调节阀3可以根据外界工况需要来调节流量,使系统能够保证稳定的高效运行。低温低压的工质气体流经第四截止阀9和第五截止阀12后经闪发器后进入压缩机1重新被压缩,如此循环工作。
在上述第一种实施例中,可以作出改变设计,得到第一种实施例的五种替代方案。具体地,请参考图12至图16。
在第一种替代方案中,如图12所示,该替代方案与上述第一种实施例区别是:制冷模式和除冰(除霜)模式下第二换热器102和第三换热器5在工质流向上是串联的,不同于第一种实施例中的并联;除此之外,二者在其他管路布置以及其它模式下的工作过程均基本相同。
此外,如图12所示,第三换热器5的两端并联有另一管路,该管路上设有第八截止阀24,以便由第二换热器流出的工质可选择流经第三换热器5或不流经第三换热器5。
第二种替代方案中,如图13所示,制热模式时,工质由压缩机1出口出来通过管路流入第一换热器101放出热量制热,然后工质进行节流后分别流入第四支路和上述第二支路或分别流入第四支路和上述第二支路后进行节流;
第四支路中,节流后的工质通过驱动入口进入喷射器11并由其喷射出口喷出,然后工质进入闪发器13中进行气液分离分成两路,一路气态工质被吸入压缩机1,另一路液态工质节流后流经第二换热器102后进入第三换热器5吸收热量,从第三换热器5流出的工质通过旁路引流口进入喷射器11,此时温度风门105关闭,工质在第二换热器102中不进行热交换。
具体地,如图13所示,汽车空调系统还包括第一四通换向阀17,该第一四通换向阀17包括与压缩机1出口端连通的第一接口a、通过管路与串联或并联的第三换热器5和第二换热器102连通的第二接口b、与由闪发器13所流出的液态工质所在管路连通的第三接口c、及通过管路可与第一换热器101或发热部件换热器201连通的第四接口d;
制冷模式时,第一四通换向阀17的第一接口a与第二接口b导通,第三接口c和第四接口d导通;
制热模式时,第一四通换向阀17换向,其第一接口a和第四接口d导通,第二接口b和第四接口d导通。
另外,第一换热器与喷射器的旁路引流口之间的管路上设有第四三通阀18,该第四三通阀18剩余的第三个接口连接于第三节流元件和第三截止阀之间的管路上。
在上述替代方案中,压缩机1出口和闪发器13出口连接四通换向阀,以实现夏季制冷模式和冬季制热模式的切换。第一换热器101夏季做蒸发器,冬季做冷凝器。制冷模式和除冰(除霜)模式下第二换热器102和第三换热器5是并联的。电加热器与第一换热器101在风向上并联在一起。第二换热器102仅在制冷模式时根据需要,由温度风门105的开启角度决定流经第二换热器102的比例,加热流经车内第二换热器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。在制冷模式下第二换热器102和电加热器可实现同时或者各种单独对经过降温除湿过的空气A进行加热。
如图14所示的第三种替代方案与第二种替代方案的区别是:制冷模式和除冰(除霜)模式下第二换热器102和第三换热器5在工质流向上是串联的,第二种替代方案是并联的。
此外,第三换热器右侧一端的管路连接有第五三通阀22,第五三通阀22的剩余的两个接口中,一个连接于喷射器11的一个旁路引流口上,另一个连接于第三节流元件8和第三截止阀16之间的管路上。除此之外,二者在其他管部布置以及上述各种模式下的工作过程均基本相同。
如图15所示的第四种替代方案中,第四接口d与第一换热器101之间设有第三三通阀15,该第三三通阀15剩余的第三个接口连接于发热部件换热器201的出口端一侧的管路上;
汽车空调系统还包括第二四通换向阀19,该第二四通换向阀19包括与第三换热器5的一端连通的第五接口e、与喷射器11的旁路引流口连通的第六接口f、与第一换热器101的另一个接口连通的第七接口g、及与第一支路与第二支路的交汇部位连通的第八接口h;制冷模式时,第二四通换向阀19的第五接口e与第八接口h导通,第六接口f与第七接口g导通;
制热模式时,第二四通换向阀19换向,其第五接口e与第六接口f导通,第七接口g与第八接口h导通。
该第四种替代方案与第三种替代方案的主要区别是:第三换热器5和第一换热器101与喷射器11的连接切换采用第二四通换向阀19来实现,第一四通换向阀17和第二四通换向阀19配合实现不同模式下的汽车空气调节的功能。除此之外,二者在其他管部布置以及上述各种模式下的工作过程均大致相同。
如图16所示,在第五种替代方案中,制热模式时,工质由压缩机1出口出来通过管路流入第一换热器101放出热量,然后工质经节流后分别流入第五支路和上述第二支路或分别流入第五支路和上述第二支路后进行节流;
第五支路的工质通过驱动入口进入喷射器11并由其喷射出口喷出,然后工质进入闪发器13中进行气液分离分成两路,一路气态工质被吸入压缩机1中,另一路液态工质节流后进入第三换热器5中吸收热量,然后由第三换热器5流出的工质通过旁路引流口进入喷射器11中。
该第五种替代方案与第三种替代方案的主要区别是室内只有一个第一换热器101,也没有温度风门。在夏季制冷模式和冬季制热模式根据需要采用电加热器实现对空气A的加热。
此外,为解决上述技术问题,本发明还提供了第二种实施例。具体地,请参考图7至图11。
汽车空调系统包括制冷模式、制热模式、电池预热模式、除冰模式及发热部件冷却模式;汽车空调系统包括压缩机1、与车厢外环境进行热交换的第三换热器、第一空调箱100、第二空调箱200和至少一个节流元件;第一空调箱100用于调节车厢内的温度和/或湿度,其包括第一换热器101和第二换热器102,第二换热器102处于第一换热器101的背风向的一侧;第二空调箱200用于调节发热部件300的温度,包括发热部件换热器201;汽车空调系统还包括喷射器11和一个接口与压缩机1进口连接的闪发器13。
如图7所示,制冷模式时,工质由压缩机1出口出来通过管路到第三换热器5放出热量,然后工质由驱动入口进入喷射器11中并由其喷射出口喷出,喷射出来的工质通过管路进入发热部件换热器201吸收热量制冷,然后工质再通过管路进入闪发器13进行气液分离,气态工质被吸入压缩机1,液态工质节流后进入第一换热器101中吸收热量制冷,然后由第一换热器101流出的工质通过一个旁路引流口进入喷射器11。
这样,流经第一换热器101的工质与流经发热部件换热器201的工质的工况不同,不仅可以同时冷却乘客舱和电池仓,并且两者的冷却要求也可分别调节,从而满足人体舒适性要求及满足发热部件的冷却要求,且从发热部件换热器201蒸发的气体工质被压缩机1吸收压缩,压缩机1的压缩比较小,系统可更加高效运行,从而保证在高温环境下,系统也能高效工作。
另外,为更加保证乘客舱的温度控制,由压缩机1出口出来的工质还通过管路流入串联或并联的第二换热器102,以调节送向乘客舱的空气的温度。
第二种实施例的管路布置与上述第一种实施例的主要区别是:第二种实施例在第三换热器5的右侧一端的管路设有第一截止阀6,第一截止阀6的另一端进一步连接喷射器的驱动入口,该喷射器的喷射出口与第三换热器右侧一端的管路之间依次串联有第三节流元件8和第二截止阀7,然后第二截止阀7的一端与第三三通阀15的一个接口连接。此外,喷射器的一个旁路引流口通过第七截止阀23与第二三通阀4的一个接口连接,该第七截止阀23和第二三通阀4之间的管路进一步引出管路连接有第三截止阀16,该第三截止阀16的另一端进一步与闪发器13连通。
如图8所示,冬季制热模式时,工质由压缩机1出口出来通过管路流入第二换热器102放出热量制热,然后工质由驱动入口进入喷射器11并由其喷射出口喷出,喷射出来的工质通过管路进入发热部件换热器201吸收热量,然后工质再进入闪发器13中进行气液分离,气态工质被吸入压缩机1,液态工质节流后进入第三换热器5中放出热量,然后由第三换热器5流出的工质通过另一个旁路引流口进入喷射器11。
此时工质不流经第一换热器101,从压缩机1出来的高温高压工质气体流经第二换热器102,从喷射器11出来的中温中压的工质流经发热部件换热器201,可以同时加热乘客舱和冷却电池仓。从发热部件换热器201蒸发为中温中压的气体的工质被压缩机1吸收压缩,压缩机1的压缩比较小,系统高效运行,能够保证在低温寒冷环境下,系统也能比较高效工作,以及满足乘客舱及电池对冷量的需求。
此外,如图9所示,冬季发热部件预热模式时,高温高压的工质流经发热部件换热器201,为发热部件300加热,节流后到第三换热器5吸收热量。如图10所示,除冰模式时,与制冷模式流经路线基本相同,高温高压的工质流经第三换热器5,低温低压的工质流经第一换热器101和发热部件换热器201,鼓风机104和第三换热器5的风机关闭,发热部件换热器的风机可选择开启。如图11所示,发热部件单独冷却模式,对于过渡季节乘客舱不需要冷却和加热时,可以实现单独对发热部件换热器201的冷却。对空调箱100和200的风门的控制同第一种实施例,结合实时的风门控制可以使空调系统高效节能运转。
在上述第二种实施例的基础上,还可以作出进一步改进。具体地,请参考图17和图18。
如图17所示,在第二种实施例的第一种替代方案中,汽车空调系统还包括中间换热器20,该中间换热器20包括相互进行热交换的高温侧20a和低温侧20b;
高温侧20a设于喷射器11的驱动入口一侧的管路上,以便工质由第三换热器5或者第二换热器102流出后,进入高温侧20a发生热交换,然后再由驱动入口进入喷射器11中;具体地,工质由高温侧换热器进入中间换热器20的高温侧20a中,制冷时,高温侧换热器主要为第三换热器5,制热时,高温侧换热器为第二换热器102。低温侧20b通过管路连接于喷射器11的喷射出口与发热部件换热器201之间,以便工质由喷射出口喷出,先进入低温侧20b与高温侧20a发生热交换,然后再进入发热部件换热器201中。
进一步地,喷射器11的喷射出口进一步通过设有第六截止阀21的管路与发热部件换热器201的进口端连通。
这种替代方案与第二种实施例的主要区别是从喷射器11喷射出来的工质先通过中间换热器20,然后进入发热部件换热器201来冷却发热部件300,或者直接进入散发热部件换热器201冷却发热部件300。在极低温的冬季环境下,从第三换热器5出来的工质温度和压力都比较低,与第二换热器102的工质在喷射器11中混合后温度、压力相对也是较低,因而相对于第二种实施例、第一替代方案的中间换热器20具有补充热量,提高进入压缩机1的工质的温度与压力的作用,进而提高整个系统的效率,此时第六截止阀21是关闭的。普通环境工况下,可以用第六截止阀21将喷射器11出来的工质旁通掉。
第二种替代方案如图18所示,汽车空调系统还包括中间换热器20,中间换热器20包括相互进行热交换的高温侧20a和低温侧20b;
高温侧20a设于喷射器11的驱动入口一侧的管路上,以便工质由第三换热器5或者第二换热器102流出后,进入高温侧20a发生热交换,然后再由驱动入口进入喷射器11;具体地,工质由高温侧换热器进入高温侧20a中,制冷时,高温侧换热器主要为第三换热器5,制热时,高温侧换热器为第二换热器102。
低温侧20b连接于发热部件换热器201出口端一侧的管路上,以便工质由发热部件换热器201流出后,先经过低温侧20b发生热交换,然后再进入闪发器13中进行气液分离。
该第二种替代方案与第一种替代方案的主要区别是从喷射器11喷射出来的工质先进入发热部件换热器201来冷却发热部件300,然后通过中间换热器20,提高进入压缩机1的工质的温度,提高系统的效率。
在极低温的冬季环境下,从第三换热器5出来的工质温度和压力都比较低,与第二换热器102的工质在喷射器11中混合后升压后温度、压力相对也是较低,相对于第二种实施例,两种替代方案中的中间换热器都具有提高进入压缩机的工质的温度的作用,进而提高整个系统的效率及使用环境范围。
如图19所示为以上实施例的汽车空调在实际工作时的压函图。如图所示,701是压缩机进口,702是压缩机出口高温侧换热器入口,703是高温侧压缩机出口,703a是喷射器驱动流入口点,705点是喷射器引射流入口点;707点是喷射器出口点(闪发器入口点),708点是闪发器液体出口点。
其中,701-702是低温低压气态制冷剂在压缩机中压缩过程,工质经过压缩压力和温度升高,在这个阶段压缩前后的压力差别越大,对压缩机的要求越高;702-703是高温高压气态制冷剂在高温侧换热器(制冷状态下为室外换热器,制热状态下为室内换热器)冷凝过程,703-703a是节流降压过程;703a-704是驱动流在喷射器膨胀过程;704-706和705-706是驱动流和引射流汇合过程,706-707是汇合流升压过程;707-708和707-701是制冷剂在闪发器中汽液分离过程;708-709是从闪发器分离出来的液态制冷剂节流过程;709-710是低温低压两相态制冷剂在低温侧换热器(制冷状态下为室内换热器,制热状态下为室外换热器)蒸发过程。
由图中可以看出进入压缩机的工质的压力相对较高,相对于传统热泵系统,本发明的汽车空调系统中压缩机的吸气压力提高,压缩比降低,因此可以实现在低温寒冷地区比较高效的热泵制热。
以上对本发明所提供的一种汽车空调系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰如进行相应组合及更替,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。