CN109435623A - 一种排气稳定的涡旋泵、涡旋压缩机及车载热泵空调系统 - Google Patents

一种排气稳定的涡旋泵、涡旋压缩机及车载热泵空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种排气稳定的涡旋泵、涡旋压缩机及车载热泵空调系统，所述热泵空调系统包括形成循环回路的压缩机、车载四通换向阀、第一平行流换热器、第二平行流换热器，循环回路中设有制冷剂，压缩机的出口、车载四通换向阀、第一平行流换热器、膨胀阀、第二平行流换热器、车载四通换向阀、压缩机的入口形成制冷模式回路；压缩机的出口、车载四通换向阀、第二平行流换热器、膨胀阀、第一平行流换热器、车载四通换向阀、压缩机的入口形成制热模式回路。本发明的热泵空调系统采用热泵用电动涡旋压缩机，在泵体上增加设置多个排气孔以增强排气稳定性，并通过四通阀能够将车内换热器和车外换热器的功能互换，以适应制冷和制热两种模式之间的切换。

Description

一种排气稳定的涡旋泵、涡旋压缩机及车载热泵空调系统
技术领域
本发明涉及空调系统技术领域，尤其涉及一种排气稳定的涡旋泵、涡旋压缩机及车载热泵空调系统。
背景技术
全球气候变暖、大气污染以及能源成本高涨等问题日趋严峻，汽车作为环境污染和能源消耗的主要来源之一，其节能减排问题受到了越来越广泛的重视，各国政府和汽车企业均将节能环保当作未来汽车技术发展的指导方向，节能环保电动车也就应运而生。而目前电动汽车车载空调技术研制要落后于车辆本身技术的开发。目前国产电动汽车空调系统制冷都采用单一制冷压缩机制冷，制热采用陶瓷PTC加热，尤其在制热上效率低下，能效比为1，而采用热泵式空调制热能效比可以达到或接近2.0。
目前热泵型电动汽车空调最大的软肋是低温制热问题，尤其是在东北地区，这也是将来该行业研究难题之一。为了使热泵型电动汽车空调更节能高效，可以从以下几个角度去着重解决：
a)开发更高效的直流涡旋压缩机；
b)开发控制更精准、更节能的硅电子膨胀阀；
c)采用高效的过冷式平行流冷凝器；
d)改善微通道蒸发器结构，使制冷剂蒸发更均匀。
此外，电动汽车开门的次数以及在行车中受车速、光照、怠速等因素的影响，空调湿热负荷大。压缩机乃至整个空调系统都要适应这种多因素变化的工况，因此热泵型电动汽车空调系统变工况设计尤为重要。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种排气稳定的涡旋泵、涡旋压缩机及车载热泵空调系统，所述技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种排气稳定的涡旋泵，包括泵头部件和泵电机，所述泵头部件上设有涡旋状的气道及分布设置的多个排气孔。
进一步地，所述排气孔的数量为2-5个，所述排气孔设置在气道边沿，且不与所述气道贯通，所述气道的宽度由中心向外周方向收窄，离中心越远的排气孔的孔径越小。
进一步地，所述排气孔的数量为3个，所述排气孔的孔径通过以下公式得到：
其中，d为排气孔孔径(mm)，k为孔径系数，P为泵的额定排气量(m3/min)，tmax为允许的最长排气时间(min)，lcen为排气孔与中心的距离(mm)，dpip为该排气孔旁的气道宽度(mm)，lpip为排气孔与气道的垂直距离(mm)。
另一方面，本发明提供了一种一体式电动涡旋压缩机，包括如上所述的涡旋泵。
再一方面，本发明提供了一种车载热泵空调系统，包括形成循环回路的压缩机、车载四通换向阀、第一平行流换热器、第二平行流换热器，所述压缩机通过车载四通换向阀分别与第一平行流换热器、第二平行流换热器连接，所述第一平行流换热器与第二平行流换热器之间通过膨胀阀连接；
所述第一平行流换热器设置在车外，所述第一平行流换热器处设有第一风扇，所述第二平行流换热器设置在车内，所述第二平行流换热器处设有第二风扇；
所述循环回路中设有制冷剂，所述压缩机的出口、车载四通换向阀、第一平行流换热器、膨胀阀、第二平行流换热器、车载四通换向阀、压缩机的入口形成制冷模式回路；所述压缩机的出口、车载四通换向阀、第二平行流换热器、膨胀阀、第一平行流换热器、车载四通换向阀、压缩机的入口形成制热模式回路。
进一步地，所述压缩机为如上所述的一体式电动涡旋压缩机。
进一步地，本发明提供的车载热泵空调系统还包括车载四通阀控制器，用于根据控制指令控制所述车载四通换向阀的导通方向。
进一步地，本发明提供的车载热泵空调系统还包括车载空调设置面板、车室温度传感器及整车空调模糊控制系统，所述整车空调模糊控制系统通过接收车载空调设置面板和车室温度传感器的信息，向所述压缩机发送电机转速指令。
进一步地，所述车载四通阀控制器包括DSP控制芯片、光电耦合器、三极管及电磁阀，所述DSP控制芯片与光电耦合器的输入侧连接，所述光电耦合器的输出侧与三极管的基极连接，所述电磁阀与三极管的集电极连接，所述电磁阀根据DSP控制芯片的指令动作，进而驱动所述车载四通换向阀切换导通方向。
进一步地，所述第一风扇为轴流风扇，所述第二风扇为离心风扇。
本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：
a.采用热泵用电动涡旋压缩机，优化渐开线涡旋体设计，实现变转速运动，多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高；
b.压缩机的泵体上增设多个排气孔，有效减小压缩机排气时的气压波动，提高排气平稳性；
c.空调系统通过四通阀能够将车内换热器和车外换热器的功能互换，以适应制冷和制热两种模式之间的切换；
d.DSP控制芯片通过光耦隔离向电磁阀发出动作指令，驱动电压范围广，抗干扰能力强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的涡旋泵的截面示意图；
图2是本发明实施例提供的车载热泵空调系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的车载热泵空调系统中车载四通阀控制器的电路图。
其中，附图标记包括：1-泵头部件，11-气道，12-排气孔，2-压缩机，3-车载四通换向阀，4-第一平行流换热器，41-第一风扇，5-第二平行流换热器，51-第二风扇，6-膨胀阀，71-车载空调设置面板，72-车室温度传感器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明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，以便这里描述的本发明的实施例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、装置、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。
在本发明的一个实施例中，提供了一种排气稳定的涡旋泵，如图1所示，所述涡旋泵包括泵头部件1和泵电机，所述泵头部件1上设有涡旋状的气道11及分布设置的多个排气孔12。
在本发明的可选实施例中，所述排气孔12的数量为2-5个，所述排气孔12设置在气道11边沿，且不与所述气道11贯通，所述气道11的宽度由中心向外周方向收窄，离中心越远的排气孔12的孔径越小。
优选地，所述排气孔12的数量为3个，所述排气孔的孔径通过以下公式得到：
其中，d为排气孔孔径(mm)，k为孔径系数，P为泵的额定排气量(m3/min)，tmax为允许的最长排气时间(min)，lcen为排气孔与中心的距离(mm)，dpip为该排气孔旁的气道宽度(mm)，lpip为排气孔与气道的垂直距离(mm)。
其中，孔径系数k受排气孔的实际数量以及压缩机其他部件结构的影响，在出厂前，应当对孔径系数k进行调试测试。利用上述计算式确定排气孔孔径，能够在符合泵体吸力的前提下，大大提高排气的稳定性。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种一体式电动涡旋压缩机，包括如上述实施例所述的涡旋泵，所述压缩机优化渐开线涡旋体设计，实现变转速运动，多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔之间的气体压差小，气体泄漏量少，容积效率高；压缩机的泵体上增设多个排气孔，有效减小压缩机排气时的气压波动，提高排气平稳性。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种车载热泵空调系统，如图2所示，所述空调系统包括形成循环回路的压缩机2、车载四通换向阀3、第一平行流换热器4、第二平行流换热器5，所述压缩机2通过车载四通换向阀3分别与第一平行流换热器4、第二平行流换热器5连接，所述第一平行流换热器4与第二平行流换热器5之间通过膨胀阀6连接；
所述第一平行流换热器4设置在车外，所述第一平行流换热器4处设有第一风扇41(优选为轴流风扇)，所述第二平行流换热器5设置在车内，所述第二平行流换热器5处设有第二风扇51(优选为为离心风扇)；
所述循环回路中设有制冷剂，所述压缩机2的出口、车载四通换向阀3、第一平行流换热器4、膨胀阀6、第二平行流换热器5、车载四通换向阀3、压缩机2的入口形成制冷模式回路；所述压缩机2的出口、车载四通换向阀3、第二平行流换热器5、膨胀阀6、第一平行流换热器4、车载四通换向阀3、压缩机2的入口形成制热模式回路。
在本发明的一个具体实施例中，本发明提供的车载热泵空调系统还包括车载空调设置面板71、车室温度传感器72及整车空调模糊控制系统，所述整车空调模糊控制系统通过接收车载空调设置面板71和车室温度传感器72的信息，向所述压缩机2发送电机转速指令。
优选地，所述压缩机2为如上所述的一体式电动涡旋压缩机。
本发明的热泵空调系统摈弃了以往电动汽车空调系统中压缩机只作为制冷部件发挥作用的方式，使压缩机不但能制冷，还能起到制热的作用，提高空调系统的能效比，节约车辆电能，本发明的热泵空调系统的工作过程具体如下：
以制冷模式为例：电动压缩机开始工作后，收集车内温度信息、空调面板设定信息，通过模糊运算后，使压缩机工作在某一转速下，此时低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入，压缩成高温高压的气体后排出，通过车载四通换向阀到达车外的第一平行流换热器(此时第一平行流换热器作冷凝器用)，高温高压的制冷剂气体在冷凝器中被冷却成高压饱和液体，液体经过膨胀阀降压后进入车内的第二平行流换热器(此时第二平行流换热器作蒸发器用)，液态制冷剂在蒸发器中蒸发吸热，使蒸发器的表面温度降低、冷却，车内环境的空气在离心风机的作用下通过蒸发器而降温，空气中的水蒸气在蒸发器表面被冷却至饱和，产生凝结水；液态制冷剂蒸发吸热后变成过热气体，经四通换向阀的管路再一次被压缩机吸入并压缩。如此循环往复，达到降低车内温度和湿度的目的。
制热模式则通过改变车载四通换向阀的流通方向，先流经车内的第二平行流换热器(此时第二平行流换热器作冷凝器用)，高温高压的制冷剂气体在冷凝器中被冷却成高压饱和液体过程中，放出大量的热，实现制暖，制冷剂气体再经过膨胀阀和车外的第一平行流换热器(此时第一平行流换热器作蒸发器用)，通过四通换向阀回到压缩机。
为了改变车载四通换向阀的流通方向，本发明提供的车载热泵空调系统还包括车载四通阀控制器，用于根据控制指令控制所述车载四通换向阀3的导通方向。参见图3，所述车载四通阀控制器包括DSP控制芯片、光电耦合器、三极管及电磁阀，所述DSP控制芯片与光电耦合器的输入侧连接，所述光电耦合器的输出侧与三极管的基极连接，所述电磁阀与三极管的集电极连接，所述电磁阀根据DSP控制芯片的指令动作，进而驱动所述车载四通换向阀3切换导通方向。DSP控制芯片通过光耦隔离向电磁阀发出动作指令，驱动电压范围广，抗干扰能力强。
本发明的热泵空调系统采用热泵用电动涡旋压缩机，在泵体上增加设置多个排气孔以增强排气稳定性，并通过四通阀能够将车内换热器和车外换热器的功能互换，以适应制冷和制热两种模式之间的切换。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种排气稳定的涡旋泵，包括泵头部件(1)和泵电机，其特征在于，所述泵头部件(1)上设有涡旋状的气道(11)及分布设置的多个排气孔(12)。
2.根据权利要求1所述的涡旋泵，其特征在于，所述排气孔(12)的数量为2-5个，所述排气孔(12)设置在气道(11)边沿，且不与所述气道(11)贯通，所述气道(11)的宽度由中心向外周方向收窄，离中心越远的排气孔(12)的孔径越小。
3.根据权利要求2所述的涡旋泵，其特征在于，所述排气孔(12)的数量为3个，所述排气孔的孔径通过以下公式得到：
其中，d为排气孔孔径(mm)，k为孔径系数，P为泵的额定排气量(m3/min)，tmax为允许的最长排气时间(min)，lcen为排气孔与中心的距离(mm)，dpip为该排气孔旁的气道宽度(mm)，lpip为排气孔与气道的垂直距离(mm)。
4.一种一体式电动涡旋压缩机，其特征在于，包括如权利要求1-3中任意一项所述的涡旋泵。
5.一种车载热泵空调系统，其特征在于，包括形成循环回路的压缩机(2)、车载四通换向阀(3)、第一平行流换热器(4)、第二平行流换热器(5)，所述压缩机(2)通过车载四通换向阀(3)分别与第一平行流换热器(4)、第二平行流换热器(5)连接，所述第一平行流换热器(4)与第二平行流换热器(5)之间通过膨胀阀(6)连接；
所述第一平行流换热器(4)设置在车外，所述第一平行流换热器(4)处设有第一风扇(41)，所述第二平行流换热器(5)设置在车内，所述第二平行流换热器(5)处设有第二风扇(51)；
所述循环回路中设有制冷剂，所述压缩机(2)的出口、车载四通换向阀(3)、第一平行流换热器(4)、膨胀阀(6)、第二平行流换热器(5)、车载四通换向阀(3)、压缩机(2)的入口形成制冷模式回路；所述压缩机(2)的出口、车载四通换向阀(3)、第二平行流换热器(5)、膨胀阀(6)、第一平行流换热器(4)、车载四通换向阀(3)、压缩机(2)的入口形成制热模式回路。
6.根据权利要求5所述的车载热泵空调系统，其特征在于，所述压缩机(2)为如权利要求4所述的一体式电动涡旋压缩机。
7.根据权利要求5所述的车载热泵空调系统，其特征在于，还包括车载四通阀控制器，用于根据控制指令控制所述车载四通换向阀(3)的导通方向。
8.根据权利要求5所述的车载热泵空调系统，其特征在于，还包括车载空调设置面板(71)、车室温度传感器(72)及整车空调模糊控制系统，所述整车空调模糊控制系统通过接收车载空调设置面板(71)和车室温度传感器(72)的信息，向所述压缩机(2)发送电机转速指令。
9.根据权利要求7所述的车载热泵空调系统，其特征在于，所述车载四通阀控制器包括DSP控制芯片、光电耦合器、三极管及电磁阀，所述DSP控制芯片与光电耦合器的输入侧连接，所述光电耦合器的输出侧与三极管的基极连接，所述电磁阀与三极管的集电极连接，所述电磁阀根据DSP控制芯片的指令动作，进而驱动所述车载四通换向阀(3)切换导通方向。
10.根据权利要求5所述的车载热泵空调系统，其特征在于，所述第一风扇(41)为轴流风扇，所述第二风扇(51)为离心风扇。
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