CN104121722B - 一种电动或混合动力车的热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动或混合动力车的热泵空调系统，包括带补气增焓的压缩机、四通阀、车外换热器、双向热力膨胀阀、中间换热器、膨胀阀、截断阀、车内换热器、回气管路、补气管路和鼓风机、空气分配系统，该热泵空调系统利用四通阀和双向热力膨胀阀使制冷循环和制热循环的流向相反，这样，就在电动或混合动力车上实现制冷模式、制热模式，无需PTC加热或电热管加热，能效比高、性能可靠。

Description

一种电动或混合动力车的热泵空调系统

技术领域

本发明涉及一种热泵空调系统，属于蒸汽压缩类空调系统领域，特别是一种应用于各类混合动力汽车或电动汽车的空气调节装置。

背景技术

近年来广泛地使用混合动力汽车和纯电动汽车，车辆的驱动力主要或全部由主驱动电机完成，因而作为应用于混合动力汽车和纯电动汽车的空气调节装置特别是制热模式和除湿—加热模式，在车厢内不能利用发动机的余热作为热源，需要采取新的热源来替代。目前国内外主要采用PTC加热或电热管加热来满足车内制热和除湿—加热的需要，但这些加热器件耗能比较大，制热效率转换损失较大，同时严重影响汽车的续航里程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种电动或混合动力车的热泵空调系统，该热泵空调系统能在电动或混合动力车上实现制冷模式、制热模式，无需PTC加热或电热管加热，能效比高、性能可靠。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电动或混合动力车的热泵空调系统，包括带补气增焓的压缩机、四通阀、车外换热器、双向热力膨胀阀、中间换热器、膨胀阀、截断阀、车内换热器、回气管路、补气管路和鼓风机、空气分配系统，所述四通阀上设置有进气口、回气口、制冷流向口、制热流向口，所述中间换热器设置有第一换热介质通道和第二换热介质通道，所述压缩机的排气口与四通阀的进气口连通，四通阀的的回气口通过回气管路与压缩机的的吸气口连接，所述四通阀的制冷流向口与车外换热器的一端接口连接，车外换热器的另一个接口与双向热力膨胀阀的一个接口连通，双向热力膨胀阀的另一个接口与中间换热器的第一换热介质通道一端连通，第一换热介质通道的另一端连通车内换热器的第一接口，车内换热器的第二接口与制热流向口连通，该鼓风机与车内换热器及空气分配系统配套将空气吹入车内各风道，该补气管路包括连接于第二换热介质通道的一端与压缩机的补气口之间的第一段补气管道、第二换热介质通道、连接于第二换热介质通道另一端与车内换热器第一接口之间的第二段补气管道，所述膨胀阀、截断阀设置于第二段补气管道之间。

作为一种优选的方案，所述热泵空调系统还包括侧换热器，该侧换热器设置于空气分配系统内，该空气分配系统内设置有可调节车内冷暖状态的冷暖风门，该冷暖风门可完全遮挡、部分遮挡或不遮挡所述侧换热器，所述侧换热器将压缩机和四通阀之间将压缩机的排气口与四通阀的进气口连通。

作为一种优选的方案，车外换热器、侧换热器和车内换热器三个换热器中至少有两个换热器为平行流结构形式。

作为一种优选的方案，所述第一段补气管道上设置有单向阀。

作为一种优选的方案，所述单向阀与压缩机补气口之间的管道长度小于500mm。

作为一种优选的方案，所述回气管路上设置有气液分离器。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：当制冷模式时，该热泵空调系统利用压缩机将制冷剂进行压缩后，经四通阀进行换向；制冷剂从制冷流向口流入车外换热器散热后冷凝成液态，然后经过双向热力膨胀阀后降压节流后雾化变成气液状态、然后依次经过中间换热器、车内换热器后蒸发，经过车内换热器蒸发后通过鼓风机冷风吹入车内实现制冷；然后再经过四通阀的回气口进入到压缩机内；而在第一制热模式时，制冷剂在逆向流动，经过压缩机压缩后的高温高压制冷剂气体，经四通阀换向后从制热流向口流入到车内换热器内散热，鼓风机将热量吹入车内实现制热，散热后的制冷剂经过中间换热器、双向热力膨胀阀后成为气液混合状态，而后经过车外换热器后吸收环境中的热量变成气态，然后经过四通阀进入到压缩机中。而在第二制热模式时，制冷剂同样逆向流动，经过压缩机压缩后的高温高压制冷剂气体，经四通阀换向后流入到车内换热器进行散热，鼓风机将热量吹入车内实现制热，散热后的制冷剂一路经过中间换热器的第一换热介质通道把热量进一步传给第二换热介质通道内的制冷剂，制冷剂进一步冷却后，经过双向热力膨胀阀成为气液混合状态，而后经过车外换热器吸收环境中的热量后，经四通阀进入压缩机中；另一路经过截断阀、膨胀阀后进入中间换热器的第二换热介质通道，通过吸收第一换热介质通道外的热量进行蒸发变成气态制冷剂，进入压缩机的补气口。这样，第二换热介质通道内的低温制冷剂与第一换热介质通道内的高温制冷剂进行热交换，不但确保补气制冷剂完全成为气态，而且给温度较高的制冷剂在进入双向热力膨胀阀之前预先降温，使热能的利用率提高。该热泵空调系统能在电动或混合动力车上实现制冷模式、制热模式，无需PTC加热或电热管加热，能效比高、性能可靠。

又由于所述热泵空调系统还包括侧换热器，该侧换热器设置于空气分配系统内，该空气分配系统内设置有可调节车内冷暖状态的冷暖风门，该冷暖风门可完全遮挡、部分遮挡或不遮挡所述侧换热器，所述侧换热器将压缩机和四通阀之间将压缩机的排气口与四通阀的进气口连通。该侧换热器不但在加热时进一步提供热量，而且利用冷暖风门的开启角度，使该热泵空调系统在除湿状态下时不至于温度过低而造成不舒适感。

又由于车外换热器、侧换热器和车内换热器三个换热器中至少有两个换热器为平行流结构形式，提高换热器的换热效率，在制冷工况和制热工况下有利于排水。

又由于所述第一段补气管道上设置有单向阀。所述单向阀与压缩机补气口之间的管道长度小于500mm。该单向阀防止压缩机在停机瞬间发生反转，而制冷剂从补气管道流出，而单向阀的位置可减少压缩机的余隙容积，在不补气状态下，补气管路相当于余隙容积，这势必降低压缩机的容积效率。

又由于所述回气管路上设置有气液分离器。该气液分离器可确保回气到压缩机内的制冷剂均为气态制冷剂，防止压缩机液击，提高压缩机的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的结构示意图；

附图中：1.压缩机；1a.排气口；1b.吸气口；1c.补气口；2.侧换热器；3.四通阀；3a.进气口；3b.制冷流向口；3c.制热流向口；3d.回气口；4.车外换热器；5.双向热力膨胀阀；6.中间换热器；7.膨胀阀；8.截断阀；9.三通；10.车内换热器；11.回气管路；12.气液分离器；13.单向阀；14.鼓风机；15.内外循环风门；16.冷暖风门；17.吹脸风门；18.除霜风门；19.吹脚风门；20.空气分配系统。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，一种电动或混合动力车的热泵空调系统，包括带补气增焓的压缩机1、四通阀3、车外换热器4、双向热力膨胀阀5、中间换热器6、膨胀阀7、截断阀8、车内换热器10、回气管路11、补气管路和鼓风机14，所述四通阀3上设置有进气口3a、回气口3d、制冷流向口3b、制热流向口3c，所述中间换热器6设置有第一换热介质通道和第二换热介质通道，所述压缩机1的排气口1a与四通阀3的进气口3a连通，四通阀3的的回气口3d通过回气管路11与压缩机1的的吸气口1b连接，该回气管路11上设置有气液分离器12，保证进入压缩机1吸气口全部是气体，避免压缩机1液击，同时该气液分离器12内装有干燥剂，主要是吸收空调系统中的水分，在气液分离器12底部导管中设计有回油孔和过滤网，主要是保证系统中的润滑油及时返回压缩机1中，同时把杂质过滤掉，保证压缩机的正常润滑，这样大大提高了压缩机1的可靠性。

所述四通阀3的制冷流向口3b与车外换热器4的一端接口连接，该车外换热器4利用风机进行加速交换，车外换热器4内的制冷剂与车外空气进行热交换，车外换热器4的另一个接口与双向热力膨胀阀5的一个接口连通，双向热力膨胀阀5的另一个接口与中间换热器6的第一换热介质通道一端连通，第一换热介质通道的另一端连通车内换热器10的第一接口，车内换热器10的第二接口与制热流向口3c连通，该鼓风机14与车内换热器10及空气分配系统20配套将空气吹入车内各风道，所述鼓风机14的进风口处设置有选择从车内进风或车外进风的内外循环风门15。该内外循环风门15可以由操纵结构操纵，选择车内进风还是车外进风，当车内空气质量下降时可打开车外进风，使车外新鲜空气进入车内。

该补气管路包括连接于第二换热介质通道的一端与压缩机1的补气口1c之间的第一段补气管道、第二换热介质通道、通过三通9连接于第二换热介质通道另一端与车内换热器10第一接口之间的第二段补气管道，所述膨胀阀7、截断阀8设置于第二段补气管道之间。所述第一段补气管道上设置有单向阀13。所述单向阀13与压缩机1补气口1c之间的管道长度小于500mm。

所述热泵空调系统还包括侧换热器2，该侧换热器2设置于车内空气分配系统20内，该空气分配系统20内设置有可调节车内冷暖状态的冷暖风门16，该冷暖风门16可完全遮挡、部分遮挡或不遮挡所述侧换热器2，所述侧换热器2将压缩机1和四通阀3之间将压缩机1的排气口1a与四通阀3的进气口3a连通。

该热泵空调系统的工作原理是：

1.制冷模式：冷暖风门16将侧换热器2完全遮挡处于16a位置，制冷剂经压缩机1压缩成高温高压的气体后，从压缩机1的排气口1a流出，而后从2a接口流入侧换热器2中，再从2b接口流出到四通阀3中的进气口3a，该四通阀3的四个接口的换向由电磁阀控制，而在制冷模式时，电磁阀处于断开状态，四通阀3此时制冷流向口3b与进气口3a连通，回气口3d与制热流向口3c连通，制冷剂从四通阀3的制冷流向口3b经4a接口流入到车外换热器4中进行散热，散热后的制冷剂从4b接口流出并从双向热力膨胀阀5的5a接口进入，在双向热力膨胀阀5内进行降压节流，制冷剂冷却雾化，从5b接口流出的制冷剂进入到中间换热器6的第一换热介质通道，从6b接口进入6a接口流出，而此时，补气管路中的截断阀处于关闭状态，而后经过三通9制冷剂从10a接口流入到车内换热器10中，通过调节空气分配系统20中的内外循环风门15的位置，鼓风机14吸入车内热空气或车外新鲜空气经过车内换热器10的表面将冷风吹入空气分配系统20中，通过调节吹脸风门17、吹脚风门19和除霜风门18位置使冷风进入到车内。制冷剂在车内换热器10中吸热后温度升高，然后从四通阀3的制热流向口3c流入，再从回气口3d流出经过气液分离器12后从压缩机1的吸气口1b回流到压缩机1内。

2.除湿-加热模式：当车内外温差较大，而车内湿度较大时，车内水分会凝结在汽车车窗上影响驾驶员的视线，然目前的电动车在除湿除雾时就是将空调系统调节到制冷模式，使车内温度与车外温度温差缩小，避免水分凝结。但制冷模式的冷量会对人造成不舒适感，而本发明的空调系统具有除湿-加热模式。该模式与制冷模式的制冷剂流向完全相同，只是将冷暖风门16调节在16a位置和16b位置之间的位置，这样，侧换热器2中的高温高压制冷剂会被鼓风机14吹出的冷风一同带入到车内，使出风温度适宜，在达到除湿除雾效果的同时，车内人员的舒适感提高。

3.第一制热模式：当环境温度大于0摄氏度时该热泵空调系统将启用此模式，该制热模式与制冷模式的流向从四通阀3流出后流向相反。制冷剂依旧从压缩机1的排气口1a流出，经侧换热器2后从进气口3a进入四通阀3，而此时四通阀3换向，制冷流向口3b与回气口3d连通，而制热流向口3c与进气口3a连通，这样，制冷剂从制热流向口3c流出后从车内换热器10的10b接口流入，此时车内换热器10通过鼓风机14将吸收车内冷空气，将热空气吹入车内达到制热效果；而制冷剂经过车内换热器10后从10a接口流出，此时，截断阀关闭，补气管路关闭，制冷剂从中间换热器6的6a接口流入，6b接口流出，然后经5b接口进入到双向热力膨胀阀5内，在该双向热力膨胀阀5内依进行降压节流，然后制冷剂通过4b接口进入到车外换热器4中与车外空气再次进行热交换后从制冷流向口3b流入到四通阀3，然后再经过回气口3d、气液分离器12流入到压缩机1中。

4.第二加热模式；当环境温度小于0摄氏度时该热泵空调系统将启用此模式，该第二加热模式与第一加热模式基本相同，只是，补气管路上的截断阀打开，该截断阀为电磁阀。截断阀打开，那么制冷剂一部分按照第一加热模式的流向继续运行，另一部分经三通9后流入到膨胀阀7内，在膨胀阀7的降压节流雾化下变成温度较低的制冷剂，而后流入第二换热介质通道，其中6c接口和6d接口作为第二换热介质通道的两个端口，此时制冷剂从6c接口进入中间换热器6的第二换热介质通道内，第一换热介质通道内制冷剂把热量进一步通过管壁传给第二换热介质通道内制冷剂，第二换热介质通道内制冷剂气化后从6d接口流出，经过进入单向阀13流入压缩机1的补气口1c内，与另一路进入压缩机1的吸气口1b的制冷剂混合进入压缩机1的下一个循环，主要是增加吸入压缩机1的制冷剂质量流量，提高空调系统的能效比。这样通过第一换热介质通道内的高温制冷剂通过管壁给第二换热介质通道内的制冷剂散热，使第二换热介质通道内的制冷剂迅速气化成气态，同时第一换热介质通道内的高温制冷剂也通过第二换热介质通道内的制冷剂得到了进一步冷却成过冷液体，能量得到了有效地利用，从而提高空调系统的能效比，此时冷暖风门16可处于16a和16b任意位置。

Claims (6)

1.一种电动或混合动力车的热泵空调系统，其特征在于：包括带补气增焓的压缩机(1)、四通阀(3)、车外换热器(4)、双向热力膨胀阀(5)、中间换热器(6)、膨胀阀(7)、截断阀(8)、车内换热器(10)、回气管路(11)、补气管路和鼓风机(14)、空气分配系统(20)，所述四通阀(3)上设置有进气口(3a)、回气口(3d)、制冷流向口(3b)、制热流向口(3c)，所述中间换热器(6)设置有第一换热介质通道和第二换热介质通道，所述压缩机(1)的排气口(1a)与四通阀(3)的进气口(3a)连通，四通阀(3)的的回气口(3d)通过回气管路(11)与压缩机(1)的吸气口(1b)连接，所述四通阀(3)的制冷流向口(3b)与车外换热器(4)的一端接口连接，车外换热器(4)的另一个接口与双向热力膨胀阀(5)的一个接口连通，双向热力膨胀阀(5)的另一个接口与中间换热器(6)的第一换热介质通道一端连通，第一换热介质通道的另一端连通车内换热器(10)的第一接口，车内换热器(10)的第二接口与制热流向口(3c)连通，该鼓风机(14)与车内换热器(10)及空气分配系统(20)配套将空气吹入车内各风道，该补气管路包括连接于第二换热介质通道的一端与压缩机(1)的补气口(1c)之间的第一段补气管道、第二换热介质通道、连接于第二换热介质通道另一端与车内换热器(10)第一接口之间的第二段补气管道，所述膨胀阀(7)、截断阀(8)设置于第二段补气管道之间。

2.如权利要求1所述的一种电动或混合动力车的热泵空调系统，其特征在于：所述热泵空调系统还包括侧换热器(2)，该侧换热器(2)设置于空气分配系统(20)内，该空气分配系统(20)内设置有可调节车内冷暖状态的冷暖风门(16)，该冷暖风门(16)可完全遮挡、部分遮挡或不遮挡所述侧换热器(2)，所述侧换热器(2)将压缩机(1)的排气口(1a)与四通阀(3)的进气口(3a)连通。

3.如权利要求2所述的一种电动或混合动力车的热泵空调系统，其特征在于：车外换热器(4)、侧换热器(2)和车内换热器(10)三个换热器中至少有两个换热器为平行流结构形式。

4.如权利要求3所述的一种电动或混合动力车的热泵空调系统，其特征在于：所述第一段补气管道上设置有单向阀(13)。

5.如权利要求4所述的一种电动或混合动力车的热泵空调系统，其特征在于：所述单向阀(13)与压缩机(1)补气口(1c)之间的管道长度小于500mm。

6.如权利要求5所述的一种电动或混合动力车的热泵空调系统，其特征在于：所述回气管路(11)上设置有气液分离器(12)。