CN108248336A - 一种电动汽车用热泵空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动汽车用热泵空调系统，该系统包括：热泵循环系统和车内空调风系统；所述热泵循环系统包括压缩机、车外换热器、带回热的气液分离器、制热用膨胀阀、制冷用膨胀阀、制冷回热器、高压三通切换阀、低压三通切换阀、压缩机中间冷却器、蒸发器、冷凝器；所述车内空调风系统包括向车内送风的送风管道，所述送风管道的入口设置有新风入口和回风入口，所述新风入口和回风入口处设置有新回风调节阀；所述送风管道内设置有风机。本发明的压缩机为连接有中间冷却器的双级压缩机，并且压缩机中间冷却器设置有喷淋嘴，制冷时利用车内蒸发器产生的凝结水通过喷淋嘴蒸发，改善了热泵空调系统的性能。

Description

一种电动汽车用热泵空调系统
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种电动汽车用热泵空调系统。
背景技术
作为节能环保型电动汽车冷暖一体式空调的重要解决方案，空气源热泵技术已成为电动汽车行业的研究热点。
现行的电动汽车热泵空调系统通常采用如图1所示的配置流程，通过高压三通切换阀10、低压三通切换阀11实现制冷和制热循环。制冷循环：系统中的高压三通切换阀10与低压三通切换阀11的ac两端导通，ab两端关闭。工质经压缩机1的压缩成高温高压的气体，流经高压三通切换阀10的ac端，进入车外换热器2经冷却放热后，经制冷用膨胀阀8截流后进入风道内蒸发器4内蒸发吸热，经由低压三通切换阀11的ac端，进入气液分离器61后，回到压缩机1经压缩后排出，完成制冷循环。制热循环：系统中的高压三通切换阀10与低压三通切换阀11的ab两端导通，ac两端关闭。工质经压缩机1的压缩成高温高压的气体，流经高压三通切换阀10的ab端，进入风道内冷凝器5经冷却放热后，经制热用膨胀阀7截流后进入车外换热器2内蒸发吸热，再经由低压三通切换阀11的ab端，进入气液分离器61后，回到压缩机1经压缩后排出，完成制热循环。
由于汽车特有的机动性及各地区气候条件的多样性，当电动汽车处于极高温或极低温的环境中，热泵空调系统的性能受环境的影响极大，常常会出现冷量或热量不足，制冷制热COP低等，导致空调系统的耗电量严重影响电动汽车的续驶里程，这已成为电动汽车发展的一个瓶颈。
发明内容
为了解决电动汽车空调系统在高温环境和低温环境下性能不足的问题，本发明提供一种电动汽车用热泵空调系统，利用环境空气与蒸发器凝结水中的冷量对压缩机的压缩气体进行中间冷却，并通过制冷回热器的设置，降低压缩机的排气温度，提高系统性能。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动汽车用热泵空调系统，该系统包括：热泵循环系统和车内空调风系统；
所述热泵循环系统包括压缩机、车外换热器、带回热的气液分离器、制热用膨胀阀、制冷用膨胀阀、制冷回热器、高压三通切换阀、低压三通切换阀、压缩机中间冷却器、蒸发器、冷凝器；
所述车内空调风系统包括向车内送风的送风管道，所述送风管道的入口设置有新风入口和回风入口，所述新风入口和回风入口处设置有新回风调节阀；所述送风管道内设置有风机；
所述压缩机的出口通过管路与所述高压三通切换阀、冷凝器、带回热的气液分离器的回热流道、制热用膨胀阀、车外换热器、制冷回热器的高温侧、制冷用膨胀阀、蒸发器、制冷回热器的低温侧、低压三通切换阀、带回热的气液分离器的气液分离流道和压缩机的进口依次串联连接；所述高压三通切换阀和低压三通切换阀的旁路分别通过管路与车外换热器连接；所述冷凝器和蒸发器设置在送风管道内；
所述压缩机为预留中间冷却进出口的双级压缩机，所述中间冷却进出口与所述压缩机中间冷却器通过管路连接形成闭合环路。
优选地，所述车外换热器设置有车外风扇，所述压缩机中间冷却器与车外换热器并列安装，共用一个车外风扇。
更优选地，所述蒸发器设置有凝结水盘，所述压缩机中间冷却器上方设置有喷淋嘴；所述凝结水盘通过管路与喷淋嘴连接。
本发明提供的另一优选实施例中，一种电动汽车用热泵空调系统，该系统包括：热泵循环系统和车内空调风系统；
所述热泵循环系统包括压缩机、车外换热器、带回热的气液分离器、制热用膨胀阀、制冷用膨胀阀、制冷回热器、高压三通切换阀、低压三通切换阀、蒸发器、冷凝器；
所述车内空调风系统包括向车内送风的送风管道，所述送风管道的入口设置有新风入口和回风入口，所述新风入口和回风入口处设置有新回风调节阀；所述送风管道内设置有风机；
所述压缩机的出口通过管路与所述高压三通切换阀、冷凝器、带回热的气液分离器的回热流道、制热用膨胀阀、车外换热器、制冷回热器的高温侧、制冷用膨胀阀、蒸发器、制冷回热器的低温侧、低压三通切换阀、带回热的气液分离器的气液分离流道和压缩机的进口依次串联连接；所述高压三通切换阀和低压三通切换阀的旁路分别通过管路与车外换热器连接；所述冷凝器和蒸发器设置在送风管道内；
所述蒸发器设置有凝结水盘，所述车外换热器上方设置有喷淋嘴；所述凝结水盘通过管路与喷淋嘴连接。
优选地，所述车外换热器设置有车外风扇。
优选地，所述送风管道的送风口包括挡风玻璃除雾口、吹面送风口和吹脚送风口；所述送风口内设置有调向风阀。
更优选地，所述风机、蒸发器、调向风阀和冷凝器依次设置于所述送风管道内从入口到送风口的方向上。
优选地，所述热泵循环系统的工质为二氧化碳。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的电动汽车用热泵型冷暖空调系统，在低温车外环境下具有良好的制热性能，高温车外环境下有良好的制冷性能，保证电动汽车车内的舒适性。
2、本发明的压缩机为预留中间冷却进出口的双级压缩机，压缩机中间冷却器与车外换热器并列安装，共用车外风扇；利用环境空气实现压缩机中间冷却。通过对压缩气体的中间冷却降低压缩机的排气温度，相应提高吸气过热度，从而提高热泵系统性能。
3、本发明的空调系统利用制冷时车内蒸发器产生的凝结水的冷量，通过喷淋嘴喷向车外换热器表面后蒸发，降低环境空气的温度，提高压缩机中间冷却器的散热效率，进一步提高热泵空调系统的制冷性能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出现有技术中的电动汽车热泵空调系统原理示意图。
图2示出本发明电动汽车热泵空调系统的原理示意图。
图3a示出了本发明的制冷流程图。
图3b示出了本发明的制热流程图。
图4示出了本发明系统在压焓图的流程示意图。
图5示出本发明另一种优选实施例的电动汽车热泵空调系统示意图。
图6示出本发明再一种优选实施例的电动汽车热泵空调系统示意图。
附图标记说明：1-压缩机；2-车外换热器；3-车外风扇；4-蒸发器；5-冷凝器；6-带回热的气液分离器；61-气液分离器；7-制热用膨胀阀；8-制冷用膨胀阀；9-制冷回热器；10-高压三通切换阀；11-低压三通切换阀；12-风机；13-新回风调节阀；14-调向风阀；15-凝结水盘；16-喷淋嘴；17-压缩机中间冷却器。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明一种实施例中公开一种电动汽车热泵空调系统，如图2所示，该系统包括热泵循环系统和车内空调风系统。
所述热泵循环系统包括压缩机1、车外换热器2、带回热的气液分离器6、制热用膨胀阀7、制冷用膨胀阀8、制冷回热器9、高压三通切换阀10、低压三通切换阀11、压缩机中间冷却器17、蒸发器4、冷凝器5。
所述车内空调风系统包括向车内送风的送风管道，所述送风管道的入口设置有新风入口和回风入口，所述新风入口和回风入口处设置有新回风调节阀13；所述送风管道内设置有风机12。
具体的，各期间之间的连接关系为：所述压缩机1的出口通过管路与所述高压三通切换阀10(a至b)、冷凝器5、带回热的气液分离器6的回热流道、制热用膨胀阀7、车外换热器2、制冷回热器9的高温侧、制冷用膨胀阀8、蒸发器4、制冷回热器9的低温侧、低压三通切换阀11(b到a)、带回热的气液分离器6的气液分离流道和压缩机1的进口依次串联连接；所述高压三通切换阀10和低压三通切换阀11的旁路(10c、11b)分别通过管路与车外换热器2连接；所述冷凝器5和蒸发器4设置在送风管道内；
在本优选实施例中，压缩机1为预留中间冷却进出口的双级压缩机，所述中间冷却进出口与所述压缩机中间冷却器17通过管路连接形成闭合环路。所述车外换热器2设置有车外风扇3，所述压缩机中间冷却器17与车外换热器2并列安装，共用一个车外风扇3。所述蒸发器4设置有凝结水盘15，所述压缩机中间冷却器17上方设置有喷淋嘴16；所述凝结水盘15通过管路与喷淋嘴16连接。所述送风管道的送风口包括挡风玻璃除雾口、吹面送风口和吹脚送风口；所述送风口内设置有调向风阀14。所述风机12、蒸发器4、调向风阀14和冷凝器5依次设置于所述送风管道内从入口到送风口的方向上。
如图3a中的加粗环路所示，所述压缩机1与高压三通切换阀10(a到c)、车外换热器2、制冷回热器9高温侧、制冷用膨胀阀8、蒸发器4、制冷回热器9的低温侧、低压切换阀11(c到a)和带回热的气液分离器6的气液分离流道，通过管路依次连接形成闭合制冷环路。
如图3b中的加粗环路所示，所述压缩机1与高压三通切换阀10(a到b)、冷凝器5、带回热的气液分离器6的回热流道、制热用膨胀阀7、车外换热器2、低压三通切换阀11(b到a)和带回热的气液分离器6的气液分离流道，通过管路依次连接形成闭合制热环路。
所述热泵空调系统的通过高压三通切换阀10、低压三通切换阀11实现制冷和制热循环。循环流程如下：
制冷循环：系统中的高压三通切换阀10与低压三通切换阀11的ac两端导通，ab两端关闭。工质经压缩机1的压缩成高温高压的气体，流经高压三通切换阀10的ac端，进入车外换热器2经冷却放热后、进入制冷回热器9的高温侧进一步过冷，经制冷用膨胀阀8截流后进入风道内的蒸发器4内蒸发吸热，再进入制冷回热器9的低温侧进一步过热，经由低压三通切换阀11的ac端，进入带回热的气液分离器6的气液分离流道，回到压缩机1经一级压缩后，进入中间冷却器17冷却后，回到压缩机进行二级压缩后排出，完成制冷循环。车内空调风系统内的调向风阀14将送风管道内冷凝器5的流道关闭，在风机12的作用下，新风与回风经新回风调节阀13混合后经送风管道内的蒸发器4进行冷却处理，冷却处理后经由送风管道内的冷凝器5边侧的风道，再经由吹面送风口、吹脚送风口或挡风玻璃防雾送风口送入车厢内。送风管道内蒸发器4下方的凝结水盘15中的冷凝水经由管路送至中间冷却器17上方的喷淋嘴16，通过喷淋嘴16喷向车外换热器2外表面后蒸发，从而降低环境空气的温度，提高压缩机中间冷却器17的散热效率，提高系统制冷性能。
制热循环：系统中的高压三通切换阀10与低压三通切换阀11的ab两端导通，ac两端关闭。工质经压缩机1的压缩成高温高压的气体，流经高压切换阀10的ab端，进入风道内的冷凝器5经冷却放热后，进入带回热的气液分离器6的回热流道进一步过冷，经制热膨胀阀7截流后进入车外换热器2内蒸发吸热，再经由低压三通切换阀11的ab端，进入带回热的气液分离器6的气液分离流道，回到压缩机1经一级压缩后，进入中间冷却器17冷却后，回到压缩机进行二级压缩后排出，完成制热循环。车内空调风系统内的调向风阀14将送风管道内冷凝器5的流道打开，在风机12的作用下，新风与回风经新回风调节阀13混合后经送风管道内蒸发器4，再经由送风管道内冷凝器5进行加热处理，加热处理后经由挡风玻璃防雾风口、吹面风口或吹脚风口送入车厢内。压缩机中间冷却器17与车外换热器2并列安装，共用车外风扇3，利用环境空气实现压缩机中间冷却，提高系统制热性能。
其中循环过程中的工质可以为现行的常规制冷工质，优选地为二氧化碳等环保工质。
本发明的电动汽车的热泵空调系统利用环境空气与蒸发器凝结水中的冷量对压缩机的压缩气体进行中间冷却，并通过回热器的设置，降低压缩机的排气温度，提高系统性能，尤其是制冷性能。如图4所示，为以环保天然工质二氧化碳为例的系统性能的有益效果。图4中，1”-2”-3”-4”-1”为现有的电动汽车热泵空调系统在压焓图上循环流程示意图，1-5-6-2-3-4-1为本实施例的热泵空调系统在压焓图上循环流程示意图。其中从1”-2”-3”-4”-1”到1’-2’-3’-4’-1’的有益效果是由系统中设置带回热的气液分离器6与制冷回热器9产生的，从1’-2’-3’-4’-1’到1-5-6-2-3-4-1的有益效果是由系统中设置带中间冷却的双级压缩机、压缩机中间冷却器17、凝结水盘15及喷淋嘴16，利用环境空气和冷凝水喷淋实现压缩机中间冷却产生的。本发明的实施有效地提高了热泵系统的制冷制热性能。
如图5所示，本发明的另一种优选实施例中，压缩机1选用普通压缩机，设置有带回热的气液分离器6与制冷回热器9，蒸发器设置有凝结水盘15，喷淋嘴16设置于车外换热器上方，在制冷过程中的产生的冷凝水直接喷淋在车外换热器2上，提高了系统的制冷性能。
如图6所示，本发明的再一种优选实施例中，压缩机1选用带中间冷却的双级压缩机，并与压缩机中间冷却器17通过管路连接，压缩机中间冷却器17与车外换热器2并列安装，共用一个车外风扇3，设置有带回热的气液分离器6与制冷回热器9，提高了系统的制热性能。
本文中所采用的描述方位的词语“上方”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，如图5，图6所示，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种电动汽车用热泵空调系统，其特征在于，所述系统包括：热泵循环系统和车内空调风系统；
所述热泵循环系统包括压缩机、车外换热器、带回热的气液分离器、制热用膨胀阀、制冷用膨胀阀、制冷回热器、高压三通切换阀、低压三通切换阀、压缩机中间冷却器、蒸发器、冷凝器；
所述车内空调风系统包括向车内送风的送风管道，所述送风管道的入口设置有新风入口和回风入口，所述新风入口和回风入口处设置有新回风调节阀；所述送风管道内设置有风机；
所述压缩机的出口通过管路与所述高压三通切换阀、冷凝器、带回热的气液分离器的回热流道、制热用膨胀阀、车外换热器、制冷回热器的高温侧、制冷用膨胀阀、蒸发器、制冷回热器的低温侧、低压三通切换阀、带回热的气液分离器的气液分离流道和压缩机的进口依次串联连接；所述高压三通切换阀和低压三通切换阀的旁路分别通过管路与车外换热器连接；所述冷凝器和蒸发器设置在送风管道内；
所述压缩机为预留中间冷却进出口的双级压缩机，所述中间冷却进出口与所述压缩机中间冷却器通过管路连接形成闭合环路。
2.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述车外换热器设置有车外风扇，所述压缩机中间冷却器与车外换热器并列安装，共用一个车外风扇。
3.根据权利要求2所述的热泵空调系统，其特征在于，所述蒸发器设置有凝结水盘，所述压缩机中间冷却器上方设置有喷淋嘴；所述凝结水盘通过管路与喷淋嘴连接。
4.一种电动汽车用热泵空调系统，其特征在于，所述系统包括：热泵循环系统和车内空调风系统；
所述热泵循环系统包括压缩机、车外换热器、带回热的气液分离器、制热用膨胀阀、制冷用膨胀阀、制冷回热器、高压三通切换阀、低压三通切换阀、蒸发器、冷凝器；
所述车内空调风系统包括向车内送风的送风管道，所述送风管道的入口设置有新风入口和回风入口，所述新风入口和回风入口处设置有新回风调节阀；所述送风管道内设置有风机；
所述压缩机的出口通过管路与所述高压三通切换阀、冷凝器、带回热的气液分离器的回热流道、制热用膨胀阀、车外换热器、制冷回热器的高温侧、制冷用膨胀阀、蒸发器、制冷回热器的低温侧、低压三通切换阀、带回热的气液分离器的气液分离流道和压缩机的进口依次串联连接；所述高压三通切换阀和低压三通切换阀的旁路分别通过管路与车外换热器连接；所述冷凝器和蒸发器设置在送风管道内；
所述蒸发器设置有凝结水盘，所述车外换热器上方设置有喷淋嘴；所述凝结水盘通过管路与喷淋嘴连接。
5.根据权利要求4所述的热泵空调系统，其特征在于，所述车外换热器设置有车外风扇。
6.根据权利要求1或4所述的热泵空调系统，其特征在于，所述送风管道的送风口包括挡风玻璃除雾口、吹面送风口和吹脚送风口；所述送风口内设置有调向风阀。
7.根据权利要求6所述的热泵空调系统，其特征在于，所述风机、蒸发器、调向风阀和冷凝器依次设置于所述送风管道内从入口到送风口的方向上。
8.根据权利要求1-5任一所述的热泵空调系统，其特征在于，所述热泵循环系统的工质为二氧化碳。
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