CN107599780A - 车用热泵空调系统及电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车用热泵空调系统及电动汽车。该车用热泵空调系统包括：依次设置在同一回路上的压缩机、第一换热器、第一节流元件以及第二换热器；第二节流元件和第三换热器，第三换热器和第二节流元件通过管道串联成一体后与压缩机的出口端和第一换热器入口端之间的管道并联设置；车用热泵空调系统中的冷媒依次流经压缩机、第三换热器、第二节流元件、第一换热器、以及第二换热器后回到压缩机时，车用热泵空调系统处于制热工作模式。本发明的车用热泵空调系统及电动汽车舒适性高、耗电量低、驾驶安全。

Description

车用热泵空调系统及电动汽车

技术领域

本发明涉及交通装置技术领域，具体而言，涉及一种车用热泵空调系统及电动汽车。

背景技术

目前电动汽车仍广泛沿用和燃油车同样的单体系统，只是将燃油系统中的发动机余热制热系统改成PTC水加热或电加热。少数采用的PTC水加热，由于功率不可控、温度不可控、水泵的流量与加热器的功率、暖风水管的空间布置匹配性不好，造成PTC水加热器装置存在换热量低、能效低、故障率高、耗电等弊端。PTC电加热直接利用电池电能转换成热能从而达到制热效果。相同制热量，PTC电加热的耗电量为热泵空调系统耗电量的2倍左右。空调系统能量的消耗对汽车每充一次电的行程影响很大。而普通热泵空调系统的结构，需要开发允许双向流动的膨胀阀，并在热泵工况下，融霜结束后系统转为制热模式时,风道内换热器温度升高，上面的冷凝水将迅速蒸发，水蒸气再遇到低温的挡风玻璃就会结霜，影响驾驶安全。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种舒适性高、耗电量低、驾驶安全的车用热泵空调系统及电动汽车。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种车用热泵空调系统，该车用热泵空调系统包括：依次设置在同一回路上的压缩机、第一换热器、第一节流元件以及第二换热器；第二节流元件和第三换热器，第三换热器和第二节流元件通过管道串联成一体后与压缩机的出口端和第一换热器入口端之间的管道并联设置；车用热泵空调系统中的冷媒依次流经压缩机、第三换热器、第二节流元件、第一换热器、以及第二换热器后回到压缩机时，车用热泵空调系统处于制热工作模式。

进一步地，热泵空调系统中的冷媒依次流经压缩机、第一换热器、第一节流元件以及第二换热器后回到压缩机时，车用热泵空调系统处于制冷/融霜工作模式。

进一步地，车用热泵空调系统还包括：控制组件，控制组件包括第一控制阀和第二控制阀，第一控制阀的入口端与压缩机的出口端连接，第一控制阀的出口端与第一换热器的入口端和第三换热器的入口端连接，第二控制阀与第一节流元件并联，其中，控制组件用于控制车用热泵空调系统在制热工作模式和制冷/融霜工作模式之间进行切换。

进一步地，第一控制阀为四通阀，四通阀包括第一阀口、第二阀口、第三阀口以及第四阀口，第一阀口与压缩机的出口端连通，第二阀口与第一换热器的入口端连通，第三阀口与第三换热器的入口端连通，第四阀口为封闭阀口，其中，控制四通阀的第一阀口和第二阀口之间导通，且第一阀口和第三阀口之间断开，并关闭第二控制阀时，车用热泵空调系统处于制冷/融霜工作模式；控制四通阀的第一阀口和第二阀口之间断开，且第一阀口和第三阀口之间导通，并打开第二控制阀时，车用热泵空调系统处于制热工作模式。

进一步地，第二控制阀为电磁开关阀。

进一步地，第一节流元件和第二节流元件均为膨胀阀。

进一步地，车用热泵空调系统还包括散热装置，散热装置用于对第一换热器进行散热。

进一步地，散热装置为第一风机。

进一步地，车用热泵空调系统还包括风道，第二换热器和第三换热器均设置在风道内。

进一步地，风道内设置有第二风机。

进一步地，第三换热器和压缩机之间设置有储液罐。

进一步地，第一换热器为车外冷凝器，第二换热器为车内蒸发器，第三换热器为车内冷凝器。

根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括车用热泵空调系统，车用热泵空调系统为上述的车用热泵空调系统。

应用本发明的技术方案，本发明的车用热泵空调系统以制热工作模式时，第一换热器的表面温度受设备运行及环境温度影响逐渐下降结霜，当下降到设定的融霜温度时，控制组件控制车用热泵空调系统转为制冷/融霜工作模式。此时，高温高压制冷剂气体从压缩机经过第一控制阀进入第一换热器变成低温高压制冷剂液体，再经过第一节流元件进行节流形成低温低压制冷剂液体，再经过第二换热器进行吸热蒸发为低温低压制冷剂气体，再回到压缩机，此时第二控制阀关闭。制冷/融霜工作模式时，第一换热器由低压转为高压，第一换热器发热，完成融霜工作。融霜结束后,车用热泵空调系统内的空气通过第二换热器来降温除湿，再通过第三换热器加热，然后将空气送到车室。这样既能减少对传统汽车空调系统的改动，又能避免热泵空调系统融霜时对行驶安全性的影响，且耗电量低。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了本发明的车用热泵空调系统的主视图；

图2示意性示出了本发明的车用热泵空调系统处于制冷/融霜工作模式时的主视图；以及

图3示意性示出了本发明的车用热泵空调系统处于制热工作模式时的主视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、压缩机；20、第一换热器；30、第一节流元件；40、第二换热器；50、第二节流元件；60、第三换热器；70、第一控制阀；71、第一阀口；72、第二阀口；73、第三阀口；74、第四阀口；80、第二控制阀；90、风道；100、第一风机；110、第二风机；120、储液罐。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

结合图1至图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种车用热泵空调系统，该车用热泵空调系统包括压缩机10、第一换热器20、第一节流元件30、第二换热器40、第二节流元件50、第三换热器60以及控制组件。

其中，压缩机10、第一换热器20、第一节流元件30以及第二换热器40依次设置在同一回路上，第三换热器60和第二节流元件50通过管道串联成一体后与压缩机10的出口端和第一换热器20入口端之间的管道并联设置；控制组件包括第一控制阀70和第二控制阀80，第一控制阀70的入口端与压缩机10的出口端连接，第一控制阀70的出口端与第一换热器20的入口端和第三换热器60的入口端连接，第二控制阀80与第一节流元件30并联，工作时，控制组件控制热泵空调系统中的冷媒依次流经压缩机10、第一控制阀70、第一换热器20、第一节流元件30以及第二换热器40而处于制冷/融霜工作模式，控制组件控制车用热泵空调系统中的冷媒依次流经压缩机10、第一控制阀70、第三换热器60、第二节流元件50、第一换热器20、第二控制阀80以及第二换热器40而处于制热工作模式。

具体来说，如图3所示，当系统制热工作模式时，第一换热器20的表面温度受设备运行及环境温度影响逐渐下降结霜，当下降到设定的融霜温度时，控制组件控制车用热泵空调系统转为制冷/融霜工作模式。此时，高温高压制冷剂气体从压缩机10经过第一控制阀70进入第一换热器20变成低温高压制冷剂液体，再经过第一节流元件30进行节流形成低温低压制冷剂液体，再经过第二换热器40进行吸热蒸发为低温低压制冷剂气体，再回到压缩机10，此时第二控制阀80关闭。制冷/融霜工作模式时，第一换热器20由低压转为高压，第一换热器20处于散热状态，第一换热器20散发的热量能够将第一换热器20表面或者周围的霜融化并蒸干，进而将第一换热器20表面的冷凝水消除，完成融霜工作。

如图2所示，当温度达到融霜结束温度时，控制组件控制车用热泵空调系统转为制热工作模式运行，当本实施例中的热泵空调系统处于制热模式时，高温高压制冷剂气体从压缩机10经过第一控制阀70进入第三换热器60变成低温高压制冷剂液体，再经过第二节流元件50进行节流形成低温低压制冷剂液体，再经过第一换热器20进行吸热蒸发为低温低压制冷剂气体，此时第二控制阀80打开，制冷剂通过第二控制阀80再经过第二换热器40进行吸热蒸发为低温低压制冷剂气体，回到压缩机10，通过以上，热风从风口送出。在第一换热器20将冷媒进行吸热蒸发为低温低压制冷剂气体的过程中，第一换热器20处于吸热状态，会使得第一换热器20的表面及周围温度下降，进而在第一换热器20的表面或者周围产生冷凝水，并发生结霜现象，此时，通过控制组件的控制作用，使本实施例中热泵空调系统切换到制冷/融霜工作模式，即可将第一换热器20的表面及周围的冷凝水或者霜融化并蒸干。

当本实施例中的热泵空调系统处于制热工作模式运行时，制冷剂经过第三换热器60、第一换热器20以及第二换热器40三个换热器，第二换热器40制冷和制热模式都是冷的，融霜结束后的少量冷凝水不会迅速蒸发，空气还可以通过第二换热器40来降温，相对湿度降低，再通过第三换热器60加热，然后将它送到车室，能有效改善挡风玻璃结霜现象，解决了制热模式下系统融霜结束后挡风玻璃结霜的汽车安全驾驶问题。

根据上述的结构可以知道，本发明的车用热泵空调系统制热工作模式运行时，制冷剂经过三个换热器。融霜结束后，空气通过第二换热器40来降温除湿，再通过第三换热器60加热，然后将空气送到车室。这样既能减少对传统汽车空调系统的改动，又能避免热泵空调系统融霜结束后挡风玻璃结霜对行驶安全性的影响，且耗电量低。

优选地，本实施例中的第一换热器20为车外冷凝器，第二换热器40为车内蒸发器，第三换热器60为车内冷凝器。

本实施例中的第一控制阀70为四通阀，该四通阀包括第一阀口71、第二阀口72、第三阀口73以及第四阀口74，第一阀口71与压缩机10的出口端连通，第二阀口72与第一换热器20的入口端连通，第三阀口73与第三换热器60的入口端连通，第四阀口74为封闭阀口，其中，控制四通阀的第一阀口71和第二阀口72之间导通，且第一阀口71和第三阀口73之间断开，并关闭第二控制阀80时，本实施例中的车用热泵空调系统处于制冷/融霜工作模式；控制四通阀的第一阀口71和第二阀口72之间断开，且第一阀口71和第三阀口73之间导通，并打开第二控制阀80时，车用热泵空调系统处于制热工作模式。

优选地，实施例中的第二控制阀80为电磁开关阀，便于实现电动控制，当然，在本发明的其他实施例中，还可以将第二控制阀80设置为手动开关阀等结构，只要是在本发明的构思下的其他变形方式，均在本发明的保护范围之内。

本实施例中的第一节流元件30和第二节流元件50均为膨胀阀。当然，在本发明的其他实施例中，还可以将第一节流元件30和第二节流元件50设置为毛细管等结构。

本实施例中的车用热泵空调系统还包括散热装置，该散热装置安装在第一换热器20的侧面，便于对第一换热器20进行散热。优选地，本实施例中的散热装置为第一风机100。

本实施例中的车用热泵空调系统还风道90，该风道90连通车内和车外，安装时，第三换热器60和第三换热器60均设置在风道90内，便于进行热量的交换。

优选地，本实施例中的风道90内设置有第二风机110，通过第二风机110的作用，便于提高风道90内的空气的流速。

优选地，本实施例中的第三换热器60和压缩机10之间设置有储液罐120，便于存储冷媒。

根据本发明的另一方面，提供了一种电动汽车，包括车用热泵空调系统，车用热泵空调系统为上述的车用热泵空调系统。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的车用热泵空调系统制热模式下系统融霜结束后使用三个换热器，空气通过第二换热器来降温除湿，再通过第三换热器加热，然后送到车室内，能有效改善挡风玻璃结霜现象，解决了汽车安全驾驶的问题。并且该系统采用相对较少的配件，使用一个四通阀和一个电磁开关阀的配合来实现融霜制热切换，具有较高的经济性和实用性。本发明不仅能实现良好的制冷制热除霜效果，而且可以使用电子膨胀阀控制出风温度。该系统共有三个换热器，在风道中使用两个换热器。当车用热泵空调系统以制热模式运行时，制冷剂经过三个换热器，能有效的改善融霜结束后挡风玻璃结霜现象，避免车用热泵空调系统在制热模式下系统融霜结束后对行驶安全性的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种车用热泵空调系统，其特征在于，包括：

依次设置在同一回路上的压缩机(10)、第一换热器(20)、第一节流元件(30)以及第二换热器(40)；

第二节流元件(50)和第三换热器(60)，所述第三换热器(60)和所述第二节流元件(50)通过管道串联成一体后与所述压缩机(10)的出口端和所述第一换热器(20)入口端之间的管道并联设置；

所述车用热泵空调系统中的冷媒依次流经所述压缩机(10)、所述第三换热器(60)、所述第二节流元件(50)、所述第一换热器(20)、以及所述第二换热器(40)后回到所述压缩机(10)时，所述车用热泵空调系统处于制热工作模式。

2.根据权利要求1所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述热泵空调系统中的冷媒依次流经所述压缩机(10)、所述第一换热器(20)、所述第一节流元件(30)以及所述第二换热器(40)后回到所述压缩机(10)时，所述车用热泵空调系统处于制冷/融霜工作模式。

3.根据权利要求2所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述车用热泵空调系统还包括：

控制组件，所述控制组件包括第一控制阀(70)和第二控制阀(80)，所述第一控制阀(70)的入口端与所述压缩机(10)的出口端连接，所述第一控制阀(70)的出口端与所述第一换热器(20)的入口端和所述第三换热器(60)的入口端连接，所述第二控制阀(80)与所述第一节流元件(30)并联，其中，

所述控制组件用于控制所述车用热泵空调系统在所述制热工作模式和所述制冷/融霜工作模式之间进行切换。

4.根据权利要求3所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述第一控制阀(70)为四通阀，所述四通阀包括第一阀口(71)、第二阀口(72)、第三阀口(73)以及第四阀口(74)，所述第一阀口(71)与所述压缩机(10)的出口端连通，所述第二阀口(72)与所述第一换热器(20)的入口端连通，所述第三阀口(73)与所述第三换热器(60)的入口端连通，所述第四阀口(74)为封闭阀口，其中，

控制所述四通阀的所述第一阀口(71)和所述第二阀口(72)之间导通，且所述第一阀口(71)和所述第三阀口(73)之间断开，并关闭所述第二控制阀(80)时，所述车用热泵空调系统处于所述制冷/融霜工作模式；

控制所述四通阀的所述第一阀口(71)和所述第二阀口(72)之间断开，且所述第一阀口(71)和所述第三阀口(73)之间导通，并打开所述第二控制阀(80)时，所述车用热泵空调系统处于所述制热工作模式。

5.根据权利要求3所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述第二控制阀(80)为电磁开关阀。

6.根据权利要求1所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述第一节流元件(30)和所述第二节流元件(50)均为膨胀阀。

7.根据权利要求1所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述车用热泵空调系统还包括散热装置，所述散热装置用于对所述第一换热器(20)进行散热。

8.根据权利要求7所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述散热装置为第一风机(100)。

9.根据权利要求1所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述车用热泵空调系统还包括风道(90)，所述第二换热器(40)和所述第三换热器(60)均设置在所述风道(90)内。

10.根据权利要求9所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述风道(90)内设置有第二风机(110)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述第三换热器(60)和所述压缩机(10)之间设置有储液罐(120)。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的车用热泵空调系统，其特征在于，所述第一换热器(20)为车外冷凝器，所述第二换热器(40)为车内蒸发器，所述第三换热器(60)为车内冷凝器。

13.一种电动汽车，包括车用热泵空调系统，其特征在于，所述车用热泵空调系统为权利要求1至12中任一项所述的车用热泵空调系统。