CN107444063A - 一种车辆热泵空调器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆热泵空调器及其控制方法，所述车辆热泵空调器包括压缩机(1)、车内蒸发器(4)、车内冷凝器(5)和车外换热器(12)，以及管路组件和阀组件，通过阀组件和管路组件的调节能够使得空调器制冷时所述车内蒸发器(4)和所述车外换热器(12)工作、所述车内冷凝器(5)不工作，空调器制热时所述车内冷凝器(5)和所述车外换热器(12)工作、所述车内蒸发器(4)不工作。本发明能够使得在制冷模式中，制冷剂可以不通过车内冷凝器、而仅经过车内蒸发器进行制冷，便能有效地提高车内冷凝器的换热面积，使得用于制热的车内冷凝器的换热面积增大、则有效地增大了热泵系统的制热能力。

Description

一种车辆热泵空调器及其控制方法

技术领域

本发明属于车辆空调技术领域，具体涉及一种车辆热泵空调器及其控制方法。

背景技术

目前多数电动车辆空调为单冷系统，冬季完全依靠PTC电加热进行制热。电加热的能效低(小于1)、功率大，对于电动车辆有限的电池容量来说，PTC电加热耗电量大，影响电动车的续航里程。

传统的热泵空调系统具有一个冷凝器和一个蒸发器，通过四通阀换向功能实现制冷、制热模式的切换。但在车辆空调中，如果车内换热器既做蒸发器又做冷凝器，当制冷向制热切换时，车内换热器表面的冷凝水会蒸发气化，较高湿度的空气进入车室不仅影响车室舒适性，还会造成车窗玻璃结雾，威胁驾驶安全。

同时，四通阀的原理是通过滑片的移动来实现高低压气流的流向切换，在振动不大的情况下，四通阀可以很好的实现换向功能。但在车辆空调中，由于振动较大，四通阀滑片的可靠性受影响，存在高低压串气的隐患，影响系统运行可靠性。

目前的三换热器电动车辆热泵空调，由于高温排气在制冷、制热模式时均通过车内冷凝器，因此车内冷凝器要小于车内蒸发器的面积。车内冷凝器较小，导致制热时冷凝器的换热能力较弱，存在制热不足的问题。

同时，热泵除湿时，制冷剂会经过外侧换热器，既增加了系统压力损失，也造成不必要的换热带来的能量损失。

由于现有技术中的电动车辆热泵空调器存在车内冷凝器换热面积小、导致换热能力不足，热泵除湿时经过外侧换热器、造成系统压力损失和不必要的换热，传统的三换热器电动车辆热泵空调在制冷和制热时采用两套不同的节流设备、导致成本高、系统控制可靠性差，化霜时会影响车内温度，模式切换时会产生压力冲击等技术问题，因此本发明研究设计出一种新的车辆热泵空调器及其控制方法。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的车辆热泵空调器存在车内冷凝器换热面积小、导致换热能力不足的缺陷，从而提供一种车辆热泵空调器及其控制方法。

本发明提供一种车辆热泵空调器，其包括压缩机、车内蒸发器、车内冷凝器和车外换热器，以及管路组件和阀组件，通过阀组件和管路组件的调节能够使得空调器制冷时所述车内蒸发器和所述车外换热器工作、所述车内冷凝器不工作，空调器制热时所述车内冷凝器和所述车外换热器工作、所述车内蒸发器不工作。

优选地，通过阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器除湿时所述车内蒸发器和所述车内冷凝器工作、所述车外换热器不工作。

优选地，通过阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器化霜时所述车外换热器工作、所述车内蒸发器和所述车内冷凝器均不工作。

优选地，所述管路组件包括与所述压缩机的排气端相连的排气管路，所述排气管路通过第一管路连接至所述车外换热器的一端，所述车外换热器的另一端通过第二管路连接至所述车内蒸发器的一端，所述车内蒸发器的另一端通过第三管路连接至所述压缩机的吸气端。

优选地，所述阀组件包括设置在所述第一管路上的第一控制阀，和设置在所述第二管路上的第二控制阀。

优选地，在所述第二管路上还设置有节流装置，且所述节流装置设置在所述车外换热器和所述第二控制阀之间的位置。

优选地，在所述第二管路上位于所述车外换热器和所述节流装置之间的位置还设置有只允许流体从所述车外换热器向所述节流装置方向流动的第一单向阀。

优选地，所述车内冷凝器的一端通过第四管路也连接至所述排气管路，所述车内冷凝器的另一端通过第五管路连接至所述第二管路上位于所述第一单向阀和所述节流装置之间的位置。

优选地，所述第一管路、所述第四管路和所述排气管路共同相交于第一交点，且在所述第四管路上设置有第三控制阀。

优选地，设所述第五管路与所述第二管路相交于第二交点，且在所述第五管路上还设置有只允许流体从所述车内冷凝器流向所述第二交点的第二单向阀。

优选地，还包括第一旁通支路，其一端连接至所述第三管路上、另一端连接至所述第二管路上且位于所述第一单向阀和所述车外换热器之间的位置，且在所述第一旁通支路上还设置有第四控制阀。

优选地，还包括第二旁通支路，其一端连接至所述第一管路上、另一端连接至所述第二管路上且位于所述节流装置和所述第二控制阀之间的位置，且设所述第二旁通支路与所述第一管路相交于第五交点、与所述第二管路相交于第六交点，则在所述第二旁通支路上还设置有只允许流体从所述第六交点流向所述第五交点的第三单向阀。

优选地，还包括车内鼓风机，所述车内鼓风机靠近所述车内蒸发器而设置，使得所述车内蒸发器在气流流动方向上始终位于所述车内冷凝器的上游侧，所述车内鼓风机、所述车内蒸发器和所述车内冷凝器组成空调器的车内机的至少部分结构。

优选地，还包括补气增焓结构，所述压缩机两级以上的压缩机，所述补气增焓结构用以对所述压缩机进行中压补气。

优选地，所述补气增焓结构包括设置在所述第二管路上位于所述节流装置和所述车内蒸发器之间的节流装置二，且在所述节流装置和所述节流装置二之间还设置有闪发器，且所述闪发器的气体输出端连至所述压缩机。

本发明还提供一种车辆热泵空调器的控制方法，其使用前述的车辆热泵空调器，通过调节阀组件对空调器在制冷模式、制热模式、除湿模式、除霜模式之间进行模式切换控制。

优选地，当空调器需要运行在制冷模式下，且当包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀时：

打开所述第一控制阀和所述第二控制阀、关闭所述第三控制阀和所述第四控制阀，使得制冷剂流经所述车外换热器放热、流经所述车内蒸发器制冷，而不流经所述车内冷凝器。

优选地，当空调器需要运行在制热模式下，且当包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀时：

关闭所述第一控制阀和所述第二控制阀、打开所述第三控制阀和所述第四控制阀，使得制冷剂流经所述车内冷凝器冷凝放热、流经所述车外换热器吸热，而不流经所述车内蒸发器。

优选地，当空调器需要运行在除湿模式下，且当包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀时：

打开所述第二控制阀和所述第三控制阀、关闭所述第一控制阀和所述第四控制阀，使得制冷剂流经所述所述车内蒸发器和所述车内冷凝器，在所述车内蒸发器中进行除湿，而不流经车外换热器。

优选地，当空调器需要运行在化霜模式下，且当包括第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀时：

打开所述第一控制阀和所述第四控制阀、关闭所述第二控制阀和所述第三控制阀，使得制冷剂流经所述车外换热器放热化霜，而不流经所述车内蒸发器和所述车内冷凝器。

本发明提供的一种车辆热泵空调器及其控制方法具有如下有益效果：

1.本发明的车辆热泵空调器及其控制方法，通过阀组件和管路组件的调节能够使得空调器制冷时所述车内蒸发器和所述车外换热器工作、所述车内冷凝器不工作，空调器制热时所述车内冷凝器和所述车外换热器工作、所述车内蒸发器不工作，能够使得在制冷模式中，制冷剂可以不通过车内冷凝器、而仅经过车内蒸发器进行制冷，便能将车内冷凝器增大到与车内蒸发器相同的面积，从而有效地提高了车内冷凝器的换热面积，增大了热泵系统的制热能力，同时由于减少了制冷模式下的换热器结构还有效地降低了系统的阻力；

2.本发明的车辆热泵空调器及其控制方法，通过将阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器除湿时所述车内蒸发器和所述车内冷凝器工作、所述车外换热器不工作的方式，还能够使得热泵在除湿时制冷剂只流过车内蒸发器和车内冷凝器，外侧换热器一端处于关闭状态，不会有制冷剂流过外侧换热器，不会造成系统压力的损失和不必要的换热；

3.本发明的车辆热泵空调器及其控制方法，通过将阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器化霜时所述车外换热器工作、所述车内蒸发器和所述车内冷凝器均不工作的方式，能够使得制冷剂只经过车外换热器，而不经过车内冷凝器和车内蒸发器，制冷剂不经过车内换热器，使得不会影响车内温度，提高车内舒适性，同时制冷剂循环速度更快，化霜更快；

4.本发明的车辆热泵空调器及其控制方法，采用本发明的三换热器热泵空调的形式，相对于原有的车内换热器和室外换热器并结合四通阀进行模式切换的工作方式而言，减小了四通阀由于振动而失效的可能性，且由于只采用一套节流装置，使得系统在制冷、制热等模式之间切换时，制冷剂通过节流装置的流向不会发生变化，提高了模式切换的速度，减小压力的冲击，提高了系统的舒适性，并且由于采用同一套节流装置，节约了成本，也提高了系统的控制可靠性。

附图说明

图1是本发明的车辆热泵空调器的制冷循环时的循环结构示意图；

图2是本发明的车辆热泵空调器的制热循环时的循环结构示意图；

图3是本发明的车辆热泵空调器的除湿循环时的循环结构示意图；

图4是本发明的车辆热泵空调器的除霜循环时的循环结构示意图；

图5是本发明的车辆热泵空调器包括补气增焓结构时的循环结构示意图；

图6为传动电动汽车热泵空调系统循环图(三换热器)。

图中附图标记表示为：

1、压缩机；2、第三控制阀；3、第一控制阀；4、车内蒸发器；5、车内冷凝器；6、第二单向阀；7、第二控制阀；8、第四控制阀；9、第一单向阀；10、节流装置；11、第三单向阀；12、车外换热器；13、气液分离器；14、车内鼓风机；15、内外循环风门；16、HVAC箱体(或称空调箱体)；20、排气管路；21、第一管路；22、第二管路；23、第三管路；24、第四管路；25、第五管路；26、第一旁通支路；27、第二旁通支路；a、第一交点；b、第二交点；c、第三交点；d、第四交点；e、第五交点；f、第六交点；101、闪发器；102、节流装置二；103、第四单向阀。

具体实施方式

实施例1

如图1-5所示，本发明提供一种车辆热泵空调器(优选为电动汽车热泵空调器)，其包括压缩机1、车内蒸发器4、车内冷凝器5和车外换热器12，以及管路组件和阀组件，通过阀组件和管路组件的调节能够使得空调器制冷时所述车内蒸发器4和所述车外换热器12工作、所述车内冷凝器5不工作，空调器制热时所述车内冷凝器5和所述车外换热器12工作、所述车内蒸发器4不工作。

通过阀组件和管路组件的调节能够使得空调器制冷时所述车内蒸发器和所述车外换热器工作、所述车内冷凝器不工作，能够使得在制冷模式中，制冷剂可以不通过车内冷凝器、而仅经过车内蒸发器进行制冷，便能将车内冷凝器增大到与车内蒸发器相同的面积(由于三换热器在制冷时车内蒸发器和车内冷凝器均有冷媒流过，内侧冷凝器是高温高压流体用于冷凝放热，内侧蒸发器是低温低压流体用于蒸发吸热，现有结构中为了要获得室内的低温温度、则需要将车内冷凝器面积做的相对较小，只占通道的一部分，如图6所示，而则需将车内蒸发器面积做的很大，占据整个通道，该结构在制冷时会通过风门将内冷凝器一侧关闭，空气不流过车内侧冷凝器，即只有车内侧蒸发器工作，制热时，蒸发器占据整个通道，通过图6中的旁通管路，可以在制热时使冷媒不经过内侧蒸发器，但是该结构会严重影响空调器在制热模式时的制热效果；本发明在其结构上在制冷时会通过管路调节将内冷凝器一侧关闭，空气不流过车内侧冷凝器，即实际上是只有车内侧蒸发器工作；但是在制热时由于蒸发器占据整个通道，因此不能让它工作，本发明的系统同时也采用了管路调节的方式，可以在制热时使冷媒不经过内侧蒸发器，而只是流经车内冷凝器，此时只是通过车内冷凝器进行制热，因此便可以将车内冷凝器做得更大(例如跟蒸发器一样大)、从而提高制热效果。)，从而有效地提高了车内冷凝器的换热面积，使热泵空调器在制热模式下车内冷凝器和所述车外换热器工作、所述车内蒸发器不工作，使得用于制热的车内冷凝器的换热面积增大、则有效地增大了热泵系统的制热能力；同时由于减少了制冷模式下的换热器结构还有效地降低了系统的阻力，提高了系统效率。

优选地，通过阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器除湿时所述车内蒸发器4和所述车内冷凝器5工作、所述车外换热器12不工作。通过将阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器除湿时所述车内蒸发器和所述车内冷凝器工作、所述车外换热器不工作的方式，还能够使得热泵在除湿时制冷剂只流过车内蒸发器和车内冷凝器，车外换热器一端处于关闭状态，不会有制冷剂流过外侧换热器，不会造成系统压力的损失(由于制冷剂从车内到达车外会存在压损)和不必要的换热(对车外进行换热为不必要的换热)。此时的工作原理是空气经由车内蒸发器4先被蒸发吸热而降温、水蒸气凝结为水滴而被排出从而达到除湿的目的，接着该部分空气再经过车内冷凝器被冷凝加热，而使得空气又被升高到原有温度相差无几的温度，从而还使得空调器在除湿时不会使得车内温度变化较大，以维持原有的车内温度或车内温度。

优选地，通过阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器化霜时所述车外换热器12工作、所述车内蒸发器4和所述车内冷凝器5均不工作。通过将阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器化霜时所述车外换热器工作、所述车内蒸发器和所述车内冷凝器均不工作的方式，能够使得制冷剂只经过车外换热器，而不经过车内冷凝器和车内蒸发器，使得化霜时制冷剂不经过车内换热器，使得不会影响车内温度，提高车内舒适性，同时制冷剂循环速度更快，化霜更快(通过压缩机的运转带动制冷剂不停地循环运转，该循环回路中只有压缩机和车外换热器，使得通过制冷剂的流动以及压缩机的生热而加热车外换热器，而达到对车外换热器加热化霜的目的)。

优选地，所述管路组件包括与所述压缩机1的排气端相连的排气管路20，所述排气管路20通过第一管路21连接至所述车外换热器12的一端，所述车外换热器12的另一端通过第二管路22连接至所述车内蒸发器4的一端，所述车内蒸发器4的另一端通过第三管路23连接至所述压缩机1的吸气端。这是本发明的管路组件的具体结构形式，通过排气管路和第一管路能够将压缩机排出的高压气体引至车外换热器中，再通过第二管路导至车内蒸发器中，从而通过上述管路将车外换热器、车内蒸发器和压缩机连接成一个循环回路，使得车外换热器和车内蒸发器能够在该回路中进行相应的制热或制冷。

优选地，所述阀组件包括设置在所述第一管路21上的第一控制阀3(优选为电磁二通阀)，和设置在所述第二管路22上的第二控制阀7(优选为电磁二通阀)；即在所述第一管路21上设置有第一控制阀3，在所述第二管路22上设置有第二控制阀7。通过在上述管路上设置相应的阀门结构，能够对第一管路的通断进行有效的控制、以及对第二管路的通断进行有效的控制作用，以达到控制空调器系统实现模式切换和模式实现的目的和作用。

优选地，在所述第二管路22上还设置有节流装置10，且所述节流装置10设置在所述车外换热器12和所述第二控制阀7之间的位置，第二控制阀7设置在第二管路22上位于所述节流装置10和所述车内蒸发器4之间的位置。通过在上述位置设置节流装置的方式能够对流经第二管路中的制冷剂进行节流降压作用，从而为完成制冷或制热循环提供了条件，生成了制冷或制热循环所需要的节流降压过程，并且本发明的热泵空调器只采用该一套节流装置，使得系统在制冷、制热等模式之间切换时，制冷剂通过节流装置的流向不会发生变化，提高了模式切换的速度，减小压力的冲击，提高了系统的舒适性，并且由于采用同一套节流装置，节约了成本，也提高了系统的控制可靠性。

优选地，在所述第二管路22上位于所述车外换热器12和所述节流装置10之间的位置还设置有只允许流体从所述车外换热器12向所述节流装置10方向流动的第一单向阀9。通过在上述位置设置的第一单向阀的结构形式，能够对车外换热器和节流装置之间管路的制冷剂的流向进行限制作用，防止制冷剂从节流装置流回车外换热器中，并且能够有效地阻止制冷剂从节流装置节流前的管路的高压状态逆向通过该单向阀、也阻止了制冷剂从节流装置节流后的管路的低压状态顺向通过该单向阀(由于压差的作用无法通过)，从而利用制冷剂的压力差的作用完成了对该管路的有效控制作用。

优选地，所述车内冷凝器5的一端通过第四管路24也连接至所述排气管路20，所述车内冷凝器5的另一端通过第五管路25连接至所述第二管路22上位于所述第一单向阀9和所述节流装置10之间的位置。这是本发明的热泵空调器的车内冷凝器的两端的具体连接方式和连接关系，这样能够有效地实现车内冷凝器与节流装置、压缩机、车外换热器以及车内蒸发器之间的连接，从而为车内进行制热、除湿提供了有利条件。

优选地，所述第一管路21、所述第四管路24和所述排气管路20共同相交于第一交点a，且在所述第四管路24上设置有第三控制阀2(优选为电磁二通阀)。这是本发明的上述第一、第四和排气管路的优选连接位置关系，能够通过第三控制阀对第四管路进行通断的控制，实现车内冷凝器5与压缩机之间的连接通与断的控制。

优选地，设所述第五管路25与所述第二管路22相交于第二交点b，且在所述第五管路25上还设置有只允许流体从所述车内冷凝器5流向所述第二交点b的第二单向阀6。通过在上述位置设置单向阀的结构形式，能够对车内冷凝器5和第二交点b之间实现连接，能够只允许制冷剂从车内冷凝器5相节流装置10的方向流动、阻止制冷剂从节流装置10流向车内冷凝器，从而利用单向阀的作用防止制冷剂逆流，完成了对该管路的有效控制作用。

优选地，还包括第一旁通支路26，其一端连接至所述第三管路23上、另一端连接至所述第二管路22上且位于所述第一单向阀9和所述车外换热器12之间的位置，且在所述第一旁通支路26上还设置有第四控制阀8(优选为电磁二通阀)，(设第一旁通支路26与第二管路22的相交点为第三交点c、与第三管路的相交点为第四交点d)。通过在上述位置设置第一旁通支路并在其上设置控制阀的结构形式，能够将车外换热器与压缩机实现连接，能够根据实际情况在制热需求和除霜需求时打开该阀门实现制热效果和除霜作用。

优选地，还包括第二旁通支路27，其一端连接至所述第一管路21上、另一端连接至所述第二管路22上且位于所述节流装置10和所述第二控制阀7之间的位置，且设所述第二旁通支路27与所述第一管路21相交于第五交点e、与所述第二管路22相交于第六交点f，则在所述第二旁通支路27上还设置有只允许流体从所述第六交点f流向所述第五交点e的第三单向阀11。通过在上述位置设置第二旁通支路以及在该支路上设置第三单向阀的结构形式，能够使得车外换热器靠近压缩机的一端与车内冷凝器之间能够实现连接，从而能够将车内冷凝器连接至车外换热器，使得在需要制热时能够通过车内冷凝器完成制热，此时车内蒸发器不连通，车外换热器蒸发吸热作用从外界吸取热量。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上做出的进一步的改进，优选地，还包括车内鼓风机14，所述车内鼓风机14靠近所述车内蒸发器4而设置，使得所述车内蒸发器4在气流流动方向上始终位于所述车内冷凝器5的上游侧，所述车内鼓风机14、所述车内蒸发器4和所述车内冷凝器5组成空调器的车内机的至少部分结构。这是本发明的优选结构和实施方式，通过设置车内鼓风机能够起到鼓风吹风的作用、以引射气流至车内蒸发器和车内冷凝器，以将空气进行升温或降温、达到对车内空气制热或制冷的目的。进一步优选地，沿着气流流动方向，车内蒸发器设置在车内冷凝器的上游侧，这样能够使得空气先流经车内蒸发器中被冷凝降温形成水滴(进行除湿)之后再进入车内冷凝器中被吸热，有效地保证了除湿过程的优先进行、且使得除湿时空气的温度不至于变化过大。

实施例3

本实施例是在实施例1和/或2的基础上做出的进一步的改进，优选地，还包括补气增焓结构，所述压缩机1为两级以上的压缩机，所述补气增焓结构用以对所述压缩机1进行中压补气。通过补气增焓结构和两级以上压缩机级数的压缩机，能够利用补气增焓结构对压缩机进行中压补气，实现对制冷剂增焓的作用和效果，降低压缩机的排气温度，维持低温环境下制热循环的正常运行。

优选地，所述补气增焓结构包括设置在所述第二管路22上位于所述节流装置10和所述车内蒸发器4之间的节流装置二102，且在所述节流装置10和所述节流装置二102之间还设置有闪发器101，且所述闪发器101的气体输出端连至所述压缩机1。这是本发明的补气增焓结构的优选结构形式，通过闪发器能够对中压制冷剂进行闪发，从而分离出的气体冷媒进入压缩机的中压进气口以完成补气、分离出的液体冷媒进入节流装置或节流装置二中进行节流再进入蒸发器中，还能降低进入蒸发器中冷媒的干度，提高蒸发效率。

实施例4

本发明还提供一种车辆热泵空调器的控制方法，其使用前述的电动车辆热泵空调器，通过调节阀组件对空调器在制冷模式、制热模式、除湿模式、除霜模式之间进行模式切换控制。通过阀组件和管路组件的调节能够使得空调器制冷时所述车内蒸发器和所述车外换热器工作、所述车内冷凝器不工作，能够使得在制冷模式中，制冷剂可以不通过车内冷凝器、而仅经过车内蒸发器进行制冷，便能将车内冷凝器增大到与车内蒸发器相同的面积，从而有效地提高了车内冷凝器的换热面积，使热泵空调器在制热模式下车内冷凝器和所述车外换热器工作、所述车内蒸发器不工作，使得用于制热的车内冷凝器的换热面积增大、则有效地增大了热泵系统的制热能力；同时由于减少了制冷模式下的换热器结构还有效地降低了系统的阻力，提高了系统效率。

优选地，当空调器需要运行在制冷模式下，且当包括第一控制阀3、第二控制阀7、第三控制阀2和第四控制阀8时：

打开所述第一控制阀3和所述第二控制阀7、关闭所述第三控制阀2和所述第四控制阀8，使得制冷剂流经所述车外换热器12放热、流经所述车内蒸发器4制冷，而不流经所述车内冷凝器5。

这是本发明的控制空调器运行于制冷模式下，即车内蒸发器运行、车内冷凝器不运行、车外换热器运行的优选控制手段，第一控制阀3打开、第三控制阀2关闭能够有效使得车内冷凝器被断路，控制第二控制阀7打开、第四控制阀8关闭能够有效使得车外换热器与车内蒸发器4之间完成连接，从而使得制冷循环回路被建立，从而实现空调器制冷的模式和运行状态。

优选地，当空调器需要运行在制热模式下，且当包括第一控制阀3、第二控制阀7、第三控制阀2和第四控制阀8时：

关闭所述第一控制阀3和所述第二控制阀7、打开所述第三控制阀2和所述第四控制阀8，使得制冷剂流经所述车内冷凝器5冷凝放热、流经所述车外换热器12吸热，而不流经所述车内蒸发器4。

这是本发明的控制空调器运行于制热模式下，即车内蒸发器不运行、车内冷凝器运行、车外换热器运行的优选控制手段，第一控制阀3关闭、第三控制阀2打开能够有效使得车内冷凝器被通路运行，控制第二控制阀7关闭、第四控制阀8打开能够有效使得车内蒸发器被断路、车外换热器与压缩机1之间完成连接，从而使得制冷循环回路被建立，从而实现空调器制热的模式和运行状态。

优选地，当空调器需要运行在除湿模式下，且当包括第一控制阀3、第二控制阀7、第三控制阀2和第四控制阀8时：

打开所述第二控制阀7和所述第三控制阀2、关闭所述第一控制阀3和所述第四控制阀8，使得制冷剂流经所述所述车内蒸发器4和所述车内冷凝器5，在所述车内蒸发器4中进行除湿，而不流经车外换热器12。

这是本发明的控制空调器运行于除湿模式下，即车外换热器不运行、车内冷凝器运行、车内蒸发器运行的优选控制手段，第一控制阀3关闭和第四控制阀8关闭能够对车外换热器12形成断路，第三控制阀2和第二控制阀7的打开能够有效使得车内冷凝器与车内蒸发器之间形成连接，从而使得除湿循环回路被建立，从而实现空调器制热的模式和运行状态。车内空气首先从车内蒸发器4处被蒸发吸热、将空气中的水蒸气降温成水滴而排走(完成除湿的目的)，然后该被除湿降温后的干空气再被进入到车内冷凝器5中以对其进行加热，以达到合适的温度，从而使得本发明的除湿过程不会导致空气温度有太大的变化，维持车内温度恒定舒适。

优选地，当空调器需要运行在化霜模式下，且当包括第一控制阀3、第二控制阀7、第三控制阀2和第四控制阀8时：

打开所述第一控制阀3和所述第四控制阀8、关闭所述第二控制阀7和所述第三控制阀2，使得制冷剂流经所述车外换热器12放热化霜，而不流经所述车内蒸发器4和所述车内冷凝器5。

这是本发明的控制空调器运行于除霜模式下，即车外换热器运行、车内冷凝器和车内蒸发器均不运行的优选控制手段，第二控制阀7关闭能够对车内蒸发器4形成断路作用、第三控制阀2能够对车内冷凝器5形成断路的作用，第一控制阀3和第四控制阀8的打开能够有效使得车外换热器与压缩机之间形成连接，从而使得除霜化霜的循环回路被建立，从而实现空调器化霜的模式和运行状态。车内空气首先从压缩机中被排出、进入车外换热器12中进行换热，压缩机的转速可以稍微增大、便能提高制冷剂对车外换热器加热的作用，不但利用了高速运动的制冷剂带来的热量、还利用了压缩机的生热，无需车内的换热器进行工作，从而不影响本发明的车内的环境温度，维持车内温度恒定舒适。

本发明提出一种电动汽车热泵空调系统,通过增大车内冷凝器的面积以提高制热量；通过系统优化，在制冷时制冷剂不会流过车内冷凝器，在热泵除湿时，冷媒不会流过外侧冷凝器，从而减小了系统压降，减小不必要的换热损失；热泵系统在制冷、制热模式下使用同一套节流装置，且制冷剂通过节流装置的流向不发生变化，从而节约成本，提高了模式切换速度；该系统可以实现制冷、制热、化霜、热泵除湿等多种模式，且对HVAC(HVAC是Heating,Ventilation and Air Conditioning的英文缩写，就是供热通风与空气调节)原有结构的改动小。

图1为电动汽车热泵空调制冷循环图。

阀门状态：第一控制阀3开、第三控制阀2关、第二控制阀7开、第四控制阀8关。

制冷剂流向：如图1中黑色箭头所示，高温高压制冷剂经管线R(或称排气管路20，下同)从压缩机1出，制冷剂经过第一控制阀3、管线R2(第一管路21的一部分，下同)流向管线R4(第一管路21的一部分，下同)和管线R12(或称第二旁通支路27，下同)。管线R12上的第三单向阀11由于系统压差处于关闭状态，因此制冷剂经管线R4进入车外换热器12进行散热，冷凝后的液态制冷剂沿管线R6(第二管路22的一部分，下同)流出。管线R6与管线R8(或称第一旁通支路26，下同)和管线R11(第二管路22的一部分，下同)连接，管线R8上的第四控制阀8处于关闭状态，因此管线R6经第一单向阀9和管线R11通向管线R5(第二管路22的一部分，下同)和管线R3(或称第五管路25，下同)。管线R3上的第二单向阀6由于系统压差处于关闭状态，制冷剂经管线R5流向节流装置10。节流后的低温低压制冷剂经管线R5流向管线R12(或称第二旁通支路27，下同)和管线R7(第二管路22的一部分，下同)。管线R12上的第三单向阀11由于系统压差处于关闭状态，制冷剂经管线R7和第二控制阀7流向内空调箱体16内的车内蒸发器4进行蒸发散热，车内蒸发器4位于车内冷凝器5的上风侧。蒸发后的制冷剂经管线R9(第三管路23的一部分，下同)流向管线R8和管线R10(第三管路23的一部分，下同)，管线R8上的第四控制阀8处于关闭状态，因此制冷剂经管线R10流向气液分离器13，然后返回压缩机1，实现制冷循环。

图2为电动汽车热泵空调制热循环图。

阀门状态：第一控制阀3关、第三控制阀2开、第二控制阀7关、第四控制阀8开。

制冷剂流向：如图2中黑色箭头所示，高温高压制冷剂经管线R(或称排气管路20，下同)从压缩机1出，管线R通过第三控制阀2与管线R1(或称第四管路24，下同)连接，制冷剂通过第三控制阀2和管线R1流向空调箱体16内的车内冷凝器5进行冷凝散热，车内冷凝器5位于与车内蒸发器4的下风侧。冷凝后的制冷剂经管线R3(或称第五管路25，下同)流出，管线R3经第二单向阀6与管线R5(第二管路22的一部分，下同)和管线R11(第二管路22的一部分，下同)连接。管线R11上的第一单向阀9由于系统压差处于关闭状态，因此冷媒经管线R5流向节流装置10，节流后的制冷剂经管线R5流向管线R12(或称第二旁通支路27，下同)和管线R7(第二管路22的一部分，下同)。管线R7上的第二控制阀7处于关闭状态，制冷剂经管线R12和第三单向阀11流向管线R2(第一管路21的一部分，下同)和管线R4(第一管路21的一部分，下同)。管线R2上的第一控制阀3处于关闭状态，因此制冷剂经管线R4流向车外换热器12进行蒸发吸热。蒸发后的制冷剂经管线R6(第二管路22的一部分，下同)流向管线R8(或称第一旁通支路26，下同)和管线R11(第二管路22的一部分，下同)，管线R11上的第一单向阀9由于系统压差处于关闭状态，因此制冷剂经管线R8流向管线R9(第三管路23的一部分，下同)和管线R10(第三管路23的一部分，下同)。管线R9通向车内蒸发器4，由于第二控制阀7关闭，因此冷媒无法经过车内蒸发器4流出。制冷剂通过管线R10流向气液分离器13，然后返回压缩机1，实现制热循环。

图3为电动汽车热泵空调热泵除湿循环图。

阀门状态：第一控制阀3关、第三控制阀2开、第二控制阀7开、第四控制阀8关。

制冷剂流向：如图4中黑色箭头所示，高温高压制冷剂经管线R从压缩机1出，管线R通过第三控制阀2与管线R1连接，制冷剂通过第三控制阀2和管线R1流向空调箱体16内的车内冷凝器5进行冷凝散热，车内冷凝器5位于与车内蒸发器4的下风侧。冷凝后的制冷剂经管线R3流出，管线R3经单向阀6与管线R5和管线R11连接。管线R11上的第一单向阀9由于系统压差处于关闭状态，因此冷媒经管线R5流向节流装置10，节流后的制冷剂经管线R5流向管线R12和管线R7。第一控制阀3和第四控制阀8处于关闭状态，第一单向阀9由于系统压差处于关闭状态，因此制冷剂不能通过管线R12流动。制冷剂经管线R7和第二控制阀7流向内空调箱体16内的车内蒸发器4进行蒸发散热，车内蒸发器4位于车内冷凝器5的上风侧。蒸发后的制冷剂经管线R9流向管线R8和管线R10，管线R8上的第四控制阀8处于关闭状态，因此制冷剂经管线R10流向气液分离器13，然后返回压缩机1，实现热泵除湿循环。

图4为电动汽车热泵空调化霜循环图。

阀门状态：第一控制阀3开、第三控制阀2关、第二控制阀7关、第四控制阀8开。

制冷剂流向：如图3中黑色箭头所示，高温高压制冷剂经管线R从压缩机1出，管线R通过第一控制阀3与管线R2连接，制冷剂经过第一控制阀3、管线R2流向管线R4和管线R12。管线R12上的第三单向阀11由于系统压差处于关闭状态，因此制冷剂经管线R4进入车外换热器12进行散热，冷凝后的液态制冷剂沿管线R6流出。管线R6与管线R11和管线R8连接，由于系统压差，单向阀6和单向阀11处于关闭状态，第二控制阀7处于关闭状态，因此制冷剂不能经过管线R11流动。制冷剂经管线R8流向管线R9和管线R10.管线R9通向车内蒸发器4，由于第二控制阀7关闭，因此冷媒无法经过车内蒸发器4流出。制冷剂通过管线R10流向气液分离器13，然后返回压缩机1，实现化霜循环。

图5为热泵空调的替代方案，其特点是采用双级节流替代原系统中的节流元件，增加补气增焓结构，提高系统的低温制热能力。

其中，101为闪发器、102为节流装置二、103为单向阀。

热泵系统的制冷、制热、化霜、热泵除湿等模式的阀门状态和冷媒流向与原系统相同。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种车辆热泵空调器，其特征在于：包括压缩机(1)、车内蒸发器(4)、车内冷凝器(5)和车外换热器(12)，以及管路组件和阀组件，通过阀组件和管路组件的调节能够使得空调器制冷时所述车内蒸发器(4)和所述车外换热器(12)工作、所述车内冷凝器(5)不工作，空调器制热时所述车内冷凝器(5)和所述车外换热器(12)工作、所述车内蒸发器(4)不工作。

2.根据权利要求1所述的车辆热泵空调器，其特征在于：通过阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器除湿时所述车内蒸发器(4)和所述车内冷凝器(5)工作、所述车外换热器(12)不工作。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：通过阀组件和管路组件的调节还能够使得空调器化霜时所述车外换热器(12)工作、所述车内蒸发器(4)和所述车内冷凝器(5)均不工作。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：所述管路组件包括与所述压缩机(1)的排气端相连的排气管路(20)，所述排气管路(20)通过第一管路(21)连接至所述车外换热器(12)的一端，所述车外换热器(12)的另一端通过第二管路(22)连接至所述车内蒸发器(4)的一端，所述车内蒸发器(4)的另一端通过第三管路(23)连接至所述压缩机(1)的吸气端。

5.根据权利要求4所述的车辆热泵空调器，其特征在于：所述阀组件包括设置在所述第一管路(21)上的第一控制阀(3)，和设置在所述第二管路(22)上的第二控制阀(7)。

6.根据权利要求4-5中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：在所述第二管路(22)上还设置有节流装置(10)，且所述节流装置(10)设置在所述车外换热器(12)和所述第二控制阀(7)之间的位置。

7.根据权利要求6所述的车辆热泵空调器，其特征在于：在所述第二管路(22)上位于所述车外换热器(12)和所述节流装置(10)之间的位置还设置有只允许流体从所述车外换热器(12)向所述节流装置(10)方向流动的第一单向阀(9)。

8.根据权利要求7所述的车辆热泵空调器，其特征在于：所述车内冷凝器(5)的一端通过第四管路(24)也连接至所述排气管路(20)，所述车内冷凝器(5)的另一端通过第五管路(25)连接至所述第二管路(22)上位于所述第一单向阀(9)和所述节流装置(10)之间的位置。

9.根据权利要求8所述的车辆热泵空调器，其特征在于：所述第一管路(21)、所述第四管路(24)和所述排气管路(20)共同相交于第一交点(a)，且在所述第四管路(24)上设置有第三控制阀(2)。

10.根据权利要求8-9中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：设所述第五管路(25)与所述第二管路(22)相交于第二交点(b)，且在所述第五管路(25)上还设置有只允许流体从所述车内冷凝器(5)流向所述第二交点(b)的第二单向阀(6)。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：还包括第一旁通支路(26)，其一端连接至所述第三管路(23)上、另一端连接至所述第二管路(22)上且位于所述第一单向阀(9)和所述车外换热器(12)之间的位置，且在所述第一旁通支路(26)上还设置有第四控制阀(8)。

12.根据权利要求6-11中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：还包括第二旁通支路(27)，其一端连接至所述第一管路(21)上、另一端连接至所述第二管路(22)上且位于所述节流装置(10)和所述第二控制阀(7)之间的位置，且设所述第二旁通支路(27)与所述第一管路(21)相交于第五交点(e)、与所述第二管路(22)相交于第六交点(f)，则在所述第二旁通支路(27)上还设置有只允许流体从所述第六交点(f)流向所述第五交点(e)的第三单向阀(11)。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：还包括车内鼓风机(14)，所述车内鼓风机(14)靠近所述车内蒸发器(4)而设置，使得所述车内蒸发器(4)在气流流动方向上始终位于所述车内冷凝器(5)的上游侧，所述车内鼓风机(14)、所述车内蒸发器(4)和所述车内冷凝器(5)组成空调器的车内机的至少部分结构。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的车辆热泵空调器，其特征在于：还包括补气增焓结构，所述压缩机(1)两级以上的压缩机，所述补气增焓结构用以对所述压缩机(1)进行中压补气。

15.根据权利要求14所述的车辆热泵空调器，其特征在于：所述补气增焓结构包括设置在所述第二管路(22)上位于所述节流装置(10)和所述车内蒸发器(4)之间的节流装置二(102)，且在所述节流装置(10)和所述节流装置二(102)之间还设置有闪发器(101)，且所述闪发器(101)的气体输出端连至所述压缩机(1)。

16.一种车辆热泵空调器的控制方法，其特征在于：使用权利要求1-15中任一项所述的车辆热泵空调器，通过调节阀组件对空调器在制冷模式、制热模式、除湿模式、除霜模式之间进行模式切换控制。

17.根据权利要求16所述的车辆热泵空调器的控制方法，其特征在于：当空调器需要运行在制冷模式下，且当包括第一控制阀(3)、第二控制阀(7)、第三控制阀(2)和第四控制阀(8)时：

打开所述第一控制阀(3)和所述第二控制阀(7)、关闭所述第三控制阀(2)和所述第四控制阀(8)，使得制冷剂流经所述车外换热器(12)放热、流经所述车内蒸发器(4)制冷，而不流经所述车内冷凝器(5)。

18.根据权利要求16所述的车辆热泵空调器的控制方法，其特征在于：当空调器需要运行在制热模式下，且当包括第一控制阀(3)、第二控制阀(7)、第三控制阀(2)和第四控制阀(8)时：

关闭所述第一控制阀(3)和所述第二控制阀(7)、打开所述第三控制阀(2)和所述第四控制阀(8)，使得制冷剂流经所述车内冷凝器(5)冷凝放热、流经所述车外换热器(12)吸热，而不流经所述车内蒸发器(4)。

19.根据权利要求16所述的车辆热泵空调器的控制方法，其特征在于：当空调器需要运行在除湿模式下，且当包括第一控制阀(3)、第二控制阀(7)、第三控制阀(2)和第四控制阀(8)时：

打开所述第二控制阀(7)和所述第三控制阀(2)、关闭所述第一控制阀(3)和所述第四控制阀(8)，使得制冷剂流经所述所述车内蒸发器(4)和所述车内冷凝器(5)，在所述车内蒸发器(4)中进行除湿，而不流经车外换热器(12)。

20.根据权利要求16所述的车辆热泵空调器的控制方法，其特征在于：当空调器需要运行在化霜模式下，且当包括第一控制阀(3)、第二控制阀(7)、第三控制阀(2)和第四控制阀(8)时：

打开所述第一控制阀(3)和所述第四控制阀(8)、关闭所述第二控制阀(7)和所述第三控制阀(2)，使得制冷剂流经所述车外换热器(12)放热化霜，而不流经所述车内蒸发器(4)和所述车内冷凝器(5)。