CN108944332B - 二次回路空调热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种二次回路空调热泵系统，该系统包括：制冷剂回路、冷端载冷剂回路、热端载冷剂回路、除霜回路。制冷剂回路包含有：电动压缩机、板式蒸发器、节流装置和板式冷凝器。冷端载冷剂回路与板式蒸发器连接，制热模式下，蒸发器端将冷量传给载冷剂，通过泵将载冷剂输送给室外换热器并吸收热量，此后再流经电机换热器对其进行冷却控温，最后流回板式蒸发器；制冷模式下，蒸发器端将冷量传给载冷剂，载冷剂通过泵输送给室内冷却器将冷量排到车厢内，此后再流经电池组相变材料换热器对电池组进行冷却控温，最后流回板式蒸发器；除霜模式下，此回路不工作。通过增设载冷剂回路将制冷剂回路与车厢隔绝，这样做可有效消除制冷剂向车厢泄露的隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于电动汽车除霜的二次回路空调热泵系统，尤其涉及一种可使用可燃性环保制冷剂以及具有独立除霜回路的电动汽车二次回路空调热泵系统。
背景技术
考虑全球气候变暖和二氧化碳的排放，机动车排放法规日趋严格，新能源电动汽车也成为一个必然的趋势。由于温室效应越来越严重，在新能源汽车空调中，新型制冷剂(ODP≤150)的替代已成共同关注的焦点。表1是具有潜力的制冷剂对比。可以看出，除了二氧化碳没有可燃性，其他的制冷剂均具有不同程度的可燃性。现阶段，二氧化碳热泵系统由于跨临界循环特点，其部件对耐压性的要求特别高，系统泄露可能也较大，使得二氧化碳制冷剂在实际使用时受到限制。而其他可燃性制冷剂在使用时，也需要解决泄漏问题，它主要是针对一旦发生泄漏后怎么样才能不对乘员舱的乘客造成影响。
表1具有替换潜力的制冷剂的对比
利用二次回路系统使制冷剂回路不与乘员舱进行直接的接触，而是通过载冷剂对空调箱内的空气进行温度的控制，可以有效避免在制冷剂发生泄漏时进入乘员舱，若乘员舱内有火源，此时就可以避免对乘员舱的人员造成人身安全。
在制热模式下，热泵的室外换热器叶片在一定温度与湿度条件下有可能结霜，霜的形成会在一定程度上阻碍空气的流动，进而影响热量的交换，降低系统的传热效率。这个影响程度随着霜层增厚而不断加剧，因此除霜是保障热泵制热能力的一个重要措施。
传统热泵除霜措施为逆转系统运行方向，使原为蒸发器的室外换热器变为冷凝器，由吸收热量转变为放出热量，霜层被所放出热量融化，以达到除霜效果。但这个方法，一是会迫使室内换热器向车厢内产出制冷量，车厢内环境舒适性大幅降低；二短时间内改变的运行方向改变，系统各个设备所承受的流体温度与压力都将瞬时巨幅改变，这对设备的安全以及耐久度带来了不小的考验。若能不逆转循环方向的同时利用某种热源对换热器进行除霜，这样不管是对车厢中的人还是系统中的设备都有好处。
发明内容
本发明是要提供一种用于电动汽车除霜的二次回路空调热泵系统，一方面是针对电动汽车空调的环保制冷剂大多数为可燃性制冷剂，利用二次载冷剂回路将制冷系统与乘员舱隔离，若可燃性制冷剂发生泄漏，制冷剂不会进入车厢危机乘员舱乘客的安全；另一方面是提出一种有别于传统逆转循环方向的除霜方式，采用三通阀与单向阀，可选地将室外换热器与电机换热器、PTC模块以及泵串联成一个回路，利用回路中载冷剂将电机余热以PTC热量传递给室外换热器进行融霜。这样可以不用在除霜的同时向需要制热需求的车厢制冷此外系统各部件可以不用负载短时间大幅度温度、压力变化的流体，设备安全性与耐久度得到保障。
本发明的技术方案是：一种二次回路空调热泵系统，由制冷剂回路、冷端载冷剂回路、热端载冷剂回路和除霜回路组成；
所述制冷剂回路包括电动压缩机、板式蒸发器、板式冷凝器、节流装置。电动压缩机的输出端依次连接板式冷凝器、节流装置、板式蒸发器、电动压缩机的输入端形成制冷剂回路；
所述冷端载冷剂回路包括第一泵、第二泵、第一四通阀、第二四通阀、室内换热器、电池相变材料换热器、室外换热器、电机换热器；所述板式蒸发器流出端通过第一四通阀分成二路，一路依次经第一泵、室内换热器、电池相变材料换热器、第二四通阀连接板式蒸发器流入端；另一路依次经第二泵、室外换热器、第二四通阀连接板式冷凝器流入端；
所述热端载冷剂回路包括第一泵、第二泵、第二四通阀、室外换热器、电机换热器、室内换热器、电池相变材料换热器；所述板式冷凝器流出端通过第一四通阀分成二路，一路依次经第二泵、室外换热器、电机换热器、第二四通阀连接板式冷凝器流入端；另一路依次经第一泵、室内换热器、电池相变材料换热器、第二四通阀连接板式冷凝器流入端。
所述除霜回路包括第三泵、电机换热器、室外换热器、第一三通阀、第二三通阀、第一单向阀、PTC模块；所述第三泵的流出端依次经过第二三通阀、第一三通阀、第一单向阀、PTC模块、电机换热器、室外换热器连接第三泵的流入端。
所述制冷剂回路中，电动压缩机从板式蒸发器吸收低温低压的气态的制冷剂，经做功压缩成高温高压的气态制冷剂，并排到板式冷凝器，高温高压的气态制冷剂在板式冷凝器与载冷剂换热之后，变成高温高压的液态制冷剂，再经过节流装置后，流经板式蒸发器与载冷剂换热之后，变成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂进入电动压缩机。
所述冷端载冷剂回路，在制冷循环中，载冷剂从板式蒸发器流出后由第一泵输送到室内换热器为乘客舱提供冷量，再对电池组进行散热，最后回到板式蒸发器；在制热循环中，载冷剂从板式蒸发器流出后由第二泵输送至室外换热器吸收环境热量，再对电机进行散热，最后回到板式冷凝器。
所述热端载冷剂回路，在制冷循环中，载冷剂从板式冷凝器流出后由第二泵输送至室外换热器散热，再流至电机换热器对电机组降温，最后流回板式冷凝器；在制热循环中，载冷剂从板式冷凝器流出后由第一泵输送至室内换热器，为车厢提供热量，再流至电池相变材料换热器吸收充、放电储能，最后流回板式冷凝器。
所述除霜回路中载冷剂由第三泵出口流出，经过第二三通阀以及第一三通阀，流至第一单向阀，经过PTC模块获取热量，在从电机换热器换取余热，流至室外换热器放出热量对霜层进行融化之后回到第三泵。
所述PTC模块在电机余热量不足时开启，以满足回路除霜要求。
本发明的有益效果在于：利用二次回路使得可燃性制冷剂不会与乘员舱进行直接接触，可以避免制冷剂发生泄漏时，降低对乘客的危险程度。同时其除霜模式无需开启制冷剂循环以及冷、热端载冷剂回路泵，更无需改变循环方向，不仅不需要在冬天向车厢制冷，也减少了系统部件因短时间温度、压力周遍而带来的安全性隐患与耐久度下降，延长了部件寿命，保障了系统的安全。
附图说明
图1为本发明的二次回路空调热泵系统原理图；
图2为本发明的二次回路空调热泵系统的制冷原理图；
图3为本发明的二次回路空调热泵系统的制热原理图；
图4为本发明的二次回路空调热泵系统的单蒸发器除霜原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
如图1至4图所示，本发明的二次回路空调热泵系统由制冷剂回路、二次回路系统组成。
(1)制冷剂回路包括：电动压缩机01、板式蒸发器02、板式冷凝器03、节流装置04。电动压缩机01的输出端依次连接板式冷凝器03、节流装置04、板式蒸发器02、电动压缩机01的输入端形成制冷剂回路。电动压缩机01从板式蒸发器02吸收低温低压的气态的制冷剂，经做功压缩成高温高压的气态制冷剂，并排到板式冷凝器03，高温高压的气态制冷剂在板式冷凝器03与载冷剂换热之后，变成高温高压的液态制冷剂，再经过节流装置04后，流经板式蒸发器02与载冷剂换热之后，变成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂进入电动压缩机01，即压缩机制冷剂完成一个制冷循环。
(2)二次回路系统包括：第一四通阀05、第二四通阀08、第一三通阀11、第二三通阀12、第一单向阀17、第一泵06、第二泵07、第三泵13，室内换热器09，室外换热器14，电池相变材料换热器10，电机换热器15，热敏电偶(PTC)模块16。
如图1至4图所示，板式冷凝器03和板式蒸发器02分别有2个进口和2个出口，分别为制冷剂回路和载冷剂回路的回路。
如图2所示，二次回路空调热泵切换制冷模式时，热端载冷剂从板式蒸发器02出来经过第一四通阀05，后经过第二泵07，经过第一三通阀11到第二三通阀12，经过室外换热器14，之后流经电机换热器15，PTC模块16之后通过第二四通换向阀08，回到板式蒸发器02；冷端载冷剂从板式冷凝器03出来经过第一四通换向阀05后经过第一泵06，输送至室内换热器09放出冷量，之后经过电池组相变材料换热器10，最后回到板式蒸发换热器02。
如图3所示，二次回路空调热泵切换制热模式时，热端载冷剂从板式蒸发器03出来后经过第一四通阀05，后经过第一泵06，进入室内换热器09放出热量，之后流至电池组相变材料换热器10对电池组进行控温，经过第二四通换向阀08回到板式蒸发器02；冷端载冷剂从板式蒸发器02流出后经过第一四通换向阀05，流向第二泵07，由泵的驱动下流经第一三通阀11与第二三通阀12，之后流体到室外换热器14吸收热量，再经过电机换热器15以及PTC模块，流至第二四通换向阀08，之后回到板式蒸发器02。
如图4所示，当二次回路空调热泵切换至除霜模式时，制冷剂回路、第一泵06、第二泵07都关闭，只有第三泵13开启，载冷剂由第三泵13出口流出，经过第二三通阀12以及第一三通阀11，流至第一单向阀17，经过PTC模块16获取热量，在从电机换热器15换取余热，流至室外换热器14放出热量对霜层进行融化之后回到第三泵13。
根据以上实施方式的描述，二次回路热泵系统利用三个回路使得制冷剂回路不与乘员舱进行直接接触，可增加环保制冷剂的选择范围。通过二次冷却的方式，载冷剂通过泵输送的形式，不但能对乘员舱进行舒适度控制，也能对电池包以及电机进行温度控制，实现一个系统对多个控温点进行控制。
本发明首先通过增设载冷剂回路将制冷剂回路与车厢隔绝，这样做可有效消除制冷剂向车厢泄露的隐患，因此多种环保制冷剂(具有较高可燃性)可以在这个系统中使用；其次，本系统具有除霜功能，且为其设置一个独立的除霜回路，运用电机余热以及热敏电阻产生的热量进行融霜，相较于传统采用逆运行系统的除霜方式，本系统的除霜模式不会在乘客舱中产生非舒适性冷量以及降低设备耐久度。同时，本系统采用相变材料模组对电池包的温度进行控制，同时也对其充、放电时产生的余热进行了有效利用，提供系统的热效率。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种二次回路空调热泵系统，由制冷剂回路、冷端载冷剂回路、热端载冷剂回路和除霜回路组成，其特征在于：
所述制冷剂回路包括电动压缩机(01)、板式蒸发器(02)、板式冷凝器(03)、节流装置(04)；电动压缩机(01)的输出端依次连接板式冷凝器(03)、节流装置(04)、板式蒸发器(02)、电动压缩机(01)的输入端形成制冷剂回路；
所述冷端载冷剂回路包括第一泵(06)、第二泵(07)、第一四通阀(05)、第二四通阀(08)、室内换热器(09)、电池相变材料换热器(10)、室外换热器(14)、电机换热器(15)；所述板式蒸发器(02)流出端通过第一四通阀(05)分成二路，一路依次经第一泵(06)、室内换热器(09)、电池相变材料换热器(10)、第二四通阀(08)连接板式蒸发器(02)流入端；另一路依次经第二泵(07)、室外换热器(14)、第二四通阀(08)连接板式蒸发器(02)流入端；
所述热端载冷剂回路包括第一泵(06)、第二泵(07)、第二四通阀(08)、室外换热器(14)、电机换热器(15)、室内换热器(09)、电池相变材料换热器(10)；所述板式冷凝器(03)流出端通过第一四通阀(05)分成二路，一路依次经第二泵(07)、室外换热器(14)、电机换热器(15)、第二四通阀(08)连接板式冷凝器(03)流入端；另一路依次经第一泵(06)、室内换热器(09)、电池相变材料换热器(10)、第二四通阀(08)连接板式冷凝器(03)流入端；
所述除霜回路包括第三泵(13)、电机换热器(15)、室外换热器(14)、第一三通阀(11)、第二三通阀(12)、第一单向阀(17)、PTC模块(16)；所述第三泵(13)的流出端依次经过第二三通阀(12)、第一三通阀(11)、第一单向阀(17)、PTC模块(16)、电机换热器(15)、室外换热器(14)连接第三泵(13)的流入端。
2.根据权利要求书1所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于：所述制冷剂回路中，电动压缩机(01)从板式蒸发器(02)吸收低温低压的气态的制冷剂，经做功压缩成高温高压的气态制冷剂，并排到板式冷凝器(03)，高温高压的气态制冷剂在板式冷凝器(03)与载冷剂换热之后，变成高温高压的液态制冷剂，再经过节流装置(04)后，流经板式蒸发器(02)与载冷剂换热之后，变成低温低压的气态制冷剂，低温低压的气态制冷剂进入电动压缩机(01)。
3.根据权利要求书1所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于：所述冷端载冷剂回路，在制冷循环中，载冷剂从板式蒸发器(02)流出后由第一泵(06)输送到室内换热器(09)为乘客舱提供冷量，再对电池组进行散热，最后回到板式蒸发器(02)；在制热循环中，载冷剂从板式蒸发器(02)流出后由第二泵(07)输送至室外换热器(14)吸收环境热量，再对电机进行散热，最后回到板式蒸发器(02)。
4.根据权利要求书1所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于：所述热端载冷剂回路，在制冷循环中，载冷剂从板式冷凝器(03)流出后由第二泵(07)输送至室外换热器(14)散热，再流至电机换热器(15)对电机组降温，最后流回板式冷凝器(03)；在制热循环中，载冷剂从板式冷凝器(03)流出后由第一泵(06)输送至室内换热器(09)，为车厢提供热量，再流至电池相变材料换热器(10)吸收充、放电储能，最后流回板式冷凝器(03)。
5.根据权利要求书1所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于：所述除霜回路中载冷剂由第三泵(13)出口流出，经过第二三通阀(12)以及第一三通阀(11)，流至第一单向阀(17)，经过PTC模块(16)获取热量，再从电机换热器(15)换取余热，流至室外换热器(14)放出热量对霜层进行融化之后回到第三泵(13)。
6.根据权利要求书5所述的二次回路空调热泵系统，其特征在于：所述PTC模块(16)在电机余热量不足时开启，以满足回路除霜要求。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20210430 |