CN109551996A - 辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统 - Google Patents

辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统 Download PDF

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CN109551996A CN201811479053.0A CN201811479053A CN109551996A CN 109551996 A CN109551996 A CN 109551996A CN 201811479053 A CN201811479053 A CN 201811479053A CN 109551996 A CN109551996 A CN 109551996A
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李�浩
张振宇
陈江平
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    • B60H1/34Nozzles; Air-diffusers

Abstract

一种辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统,包括:主循环系统、辅助过冷循环系统和风门系统,其中:主循环系统分别和辅助过冷循环系统和风门系统相连;主循环系统包括:压缩机、第二节流阀、第一节流阀、中间换热器、第三换热器、第三节流阀、第一电磁阀、第二电磁阀、低压储液器、第一换热器、第二换热器、辅助冷却蒸发器和第三电磁阀,辅助过冷循环系统包括:依次循环连接的辅助冷凝器、辅助压缩机、辅助冷却蒸发器的辅助侧通路和辅助节流阀。本发明通过调节电磁阀的流道切换和节流阀的开度调节,实现系统制冷模式、制热模式、除湿制热模式、除霜模式的切换,提高了二氧化碳在不同模式的运行能效。

Description

辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统
技术领域
本发明涉及的是一种汽车空调领域的技术,具体是一种辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统。
背景技术
目前大部分汽车空调采用R134a制冷剂,其GWP值为1300,温室效应极高,加剧了全球气候变暖,为降低汽车空调制冷剂排放对温室效应的影响,欧盟已明确立法禁止汽车空调使用GWP值超过150的制冷剂。二氧化碳制冷剂天然环保,GWP值仅为R134a的1/1300,对环境友好,容积制冷量大,是汽车空调领域最具潜力的替代制冷剂之一。另外,电动汽车产业发展迅速,采用热泵空调技术降低能耗、延长电动汽车冬季续航里程是目前广受欢迎的节能技术之一,然而常规制冷剂的热泵空调在低温环境,例如-20℃无法提供足够的制热量,而二氧化碳制冷剂在低温环境下表现出色,能够显著提高制热量和制热效率。
由于二氧化碳跨临界循环,节流损失大,会引起二氧化碳制冷能效偏低;若采用二氧化碳制冷剂,制热模式下,二氧化碳的制热量会非常大,达到5~6kW,采用单个冷凝器或者气冷器,会造成换热面积不够,从而约束二氧化碳热泵系统的制热量和能效;另外汽车空调的制冷、制热、除湿、除霜多种模式也无法满足。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提出一种辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统,通过调节电磁阀的流道切换和节流阀的开度调节,实现系统制冷模式、第一制热模式、第二制热模式、除湿制热模式、除霜模式的切换。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明包括:主循环系统、辅助过冷循环系统和风门系统,其中:主循环系统分别和辅助过冷循环系统和风门系统相连。
所述的主循环系统包括:压缩机、第二节流阀、第一节流阀、中间换热器、第三换热器、第三节流阀、第一电磁阀、第二电磁阀、低压储液器、第一换热器、第二换热器、辅助冷却蒸发器的辅助侧通路和第三电磁阀,其中:
压缩机、第一换热器、第二电磁阀、第三节流阀、第三换热器、辅助冷却蒸发器的辅助侧通路、中间换热器的高压侧通路、第一节流阀、第二换热器、第三电磁阀、低压储液器和中间换热器的低压侧通路依次连接并构成第一种循环回路;
压缩机、第一换热器、第二节流阀、第二换热器、第一节流阀、中间换热器的高压侧通路、辅助冷却蒸发器的主侧通路、第三换热器、第三节流阀、第一电磁阀依次连接并构成第二种循环回路。
所述的辅助过冷循环系统包括:依次循环连接的辅助冷凝器、辅助压缩机、辅助冷却蒸发器的辅助侧通路和辅助节流阀,其中:辅助冷却蒸发器的辅助侧通路两端分别与第三换热器和中间换热器的高压侧通路相连。
所述的风门系统包括:依次循环连接的供热通风与空气调节(HVAC)单元、鼓风机、内外风门、第二换热器、冷暖风门、第一换热器、第一模式风门、第三模式风门和第二模式风门,其中:第一换热器一端与压缩机相连,另一端与第二节流阀和第二电磁阀连接处相连;第二换热器一端与第二节流阀和第三电磁阀连接处相连,另一端与第一节流阀相连。
所述的第二换热器上优选设有气液分离器,其中:气液分离器入口与第一节流阀相连,气相出口与第三电磁阀相连,液相出口与第二换热器相连。
本发明涉及一种基于上述系统的控制方法,包括:制热模式、制冷模式、除湿制热模式和除霜模式,其中:
所述的制冷模式和除湿制热模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来流入第一换热器和第三换热器放出热量;然后二氧化碳制冷剂流过辅助冷却蒸发器,辅助过冷循环系统开启,辅助冷却蒸发器作为辅助过冷循环系统的蒸发器,从二氧化碳主循环侧吸收热量,使得二氧化碳制冷剂流过辅助冷却蒸发器后温度得到显著降低;之后二氧化碳制冷剂流过中间换热器,中间换热器的低压侧为从低压储液器流出的低压低温制冷剂,从高压侧吸收热量,使得二氧化碳制冷剂流过中间换热器后温度得到进一步降低,经过两次过冷后的二氧化碳制冷剂经过第一节流阀的节流,流入作为蒸发器的第二换热器,两次过冷使得制冷剂进入第二换热器时的干度降低,提高了制冷剂和制冷能效;之后二氧化碳制冷剂经过低压储液器和中间换热器,返回至压缩机;辅助冷却蒸发器和中间换热器两侧的热流体和冷流体均为逆流换热,在相同重量体积下获得更好的换热效果。二氧化碳制冷剂流过辅助冷却蒸发器和流过中间换热器,经过两次过冷后的二氧化碳制冷剂,使得二氧化碳制冷剂的温度得到显著降低;这个过程既可以是二氧化碳先流过辅助过冷蒸发器,再流过中间换热器,也可以是二氧化碳先流过中间换热器,再流过辅助过冷蒸发器;在作为蒸发器的第二换热器入口有气液分离器,经过第一节流阀后的二氧化碳制冷剂呈现气液两相制冷剂,进入气液分离器后两相制冷剂实现分离,产生的部分气态二氧化碳从上部出口连接到低压储液器的入口,防止气态二氧化碳进入空调箱内部作为蒸发器的第二换热器,降低换热效率。而液态二氧化碳从下部出口进入第二换热器,减小了进入蒸发器的入口干度,降低了制冷剂压降也提高了换热效率,提高了二氧化碳系统的制冷性能。
所述的第一制热模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来流入第一换热器和第二换热器放出热量,第一换热器和第二换热器之间的第二节流阀不产生节流作用,第一换热器和第二换热器均作为二氧化碳跨临界循环的气冷器,进入空调箱的冷空气先流过第二换热器得到第一次加热,再流过第一换热器得到第二次加热,两次加热增大了空气侧和制冷剂侧换热面积和逆流程度,从而使得空气的出风温度得到提高,气冷器出口二氧化碳制冷剂出口温度也得到进一步降低;之后二氧化碳制冷剂流过节流阀节流膨胀,流过第三换热器进行吸热蒸发,最后返回至压缩机。
所述的第二制热模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来流入第一换热器和第二换热器放出热量,第一换热器和第二换热器之间的第二节流阀产生部分节流作用,第一换热器和第二换热器均作为二氧化碳跨临界循环的气冷器,进入空调箱的冷空气先流过第二换热器得到第一次加热,再流过第一换热器得到第二次加热,两次加热增大了空气侧和制冷剂侧换热面积和逆流程度,从而使得空气的出风温度得到提高,气冷器出口二氧化碳制冷剂出口温度也得到进一步降低;同时由于第一换热器和第二换热器之间的第二节流阀作用,进入第二换热器的制冷剂温度和压力得到部分降低;之后二氧化碳制冷剂流过节流阀节流膨胀,流过第三换热器进行吸热蒸发,最后返回至压缩机。
所述的第一制热模式和第二制热模式,区别在于在第一制热模式时,第二节流阀为全开模式,不产生节流作用;在第二制热模式时,第二节流阀产生部分节流作用,第二节流阀用来控制进入第二换热器的压力,使得进入第二换热器的压力不高于设定值(例如8MPa)。由于在制冷模式下,第二换热器作为低压蒸发器使用,在制热模式下第二换热器作为高压气冷器使用,若进入第二换热器的压力过高,则要求第二换热器的承压能力非常高,这会造成换热器壁厚的增加,从而降低第二换热器作为蒸发器时的制冷能力。通过第二节流阀的控制可以确保第二换热器在低于一定的设定压力值下工作运行,从而提高了第二换热器作为蒸发器的制冷能力。
根据运行工况条件,可以实现第一制热模式和第二制热模式的切换,例如:一般运行模式下,开启第一制热模式,第一换热器和第二换热器的压力均低于设定值;当系统需要高出风温度时的强烈制热时,开启第二制热模式,第一换热器的压力显著高于第二换热器的压力(12MPa),第二换热器的压力低于设定值,由于第一换热器的压力增加会引起排气温度和排气压力的增加,从而增加了第一换热器的放热能力,提高系统制热量和出风温度,达到强烈制热效果。
所述的除霜模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来依次流入第一换热器、第二节流阀、第二换热器、第一节流阀、第三换热器,第二节流阀和第一节流阀为全开状态,空调箱的风量处于关闭状态,二氧化碳的热量主要从第三换热器放出,起到除去换热器表面霜层的作用;然后经过第三节流阀,节流膨胀至低温低压状态,最后返回至压缩机。所述的冷凝风机同时为第三换热器和辅助冷凝器提供风量;
在制冷模式和除湿制热模式下,辅助冷却循环系统处于启动状态,冷凝风机开启,第三换热器和辅助冷凝器同时将热量快速传递给室外空气;在第一制热模式和第二制热模式下,辅助冷却循环系统处于关闭状态,冷凝风机开启,只有第三换热器从室外空气中吸收热量,使得二氧化碳制冷剂蒸发。另外,也可以采用两个独立控制的冷凝风机和辅助冷凝风机,在不同模式下根据不同的需求分别为第三换热器和辅助冷凝器提供风量。
技术效果
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、具有更低的阀前温度,更大的制冷量和更高的制冷能效,能够产生更低的油耗或者电耗。
2、能够在更低的环境温度下提供相当大的制热量,具有更高的气冷器换热量,更低的阀前温度,也具有更高的制热量和制热能效,能够产生更低的电耗。
3、在不改变原有汽车热泵空调系统的空调箱、冷凝器、冷凝风扇等结构,增加尽可能少的部件的前提下,实现了二氧化碳热泵空调能效提升和多模式切换的效果。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图;
图2为本发明实施例1的制冷模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图3为本发明实施例1的除湿制热模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图4为本发明实施例1的第一制热模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图5为本发明实施例1的第二制热模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图6为本发明实施例1的制冷模式中的二氧化碳循环状态图;
图7为本发明实施例1的第一制热模式二氧化碳循环状态图;
图8为本发明实施例1的第二制热模式二氧化碳循环状态图;
图9为本发明实施例1的除霜模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图10为本发明实施例2的制冷模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图11为本发明实施例3的制冷模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图12为本发明实施例4的制冷模式中制冷剂流动通道的结构示意图;
图中:压缩机1、第二节流阀2、第一节流阀3、中间换热器4、辅助冷却蒸发器5、第三换热器6、冷凝风机7、第三节流阀8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、低压储液器11、第三电磁阀12、辅助冷凝器13、辅助压缩机14、辅助节流阀15、辅助冷凝风机16、辅助过冷循环系统17、主循环系统18、风门系统19、HVAC单元20、第一换热器21、第二换热器22、冷暖风门23、内外风门24、第一模式风门25、第二模式风门26、第三模式风门27、鼓风机28、气液分离器29、第一出口30、第一入口31、回油孔32。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,为本实施例涉及的一种辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统,其中包含:主循环系统18、辅助过冷循环系统17和风门系统19,其中:主循环系统18分别和辅助过冷循环系统17和风门系统19相连。
所述的主循环系统18包括:压缩机1、第二节流阀2、第一节流阀3、中间换热器4、第三换热器6、第三节流阀8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、低压储液器11、第一换热器21、第二换热器22、辅助冷却蒸发器5、和第三电磁阀12,其中:第一种循环回路为:压缩机1依次与第一换热器21、第二电磁阀10、第三节流阀8、第三换热器6、辅助冷却蒸发器5、中间换热器4、第一节流阀3、第二换热器22、第三电磁阀12、低压储液器11、中间换热器4相连;第二种循环回路为:压缩机1依次与第一换热器21、第二节流阀2、第二换热器22、第一节流阀3、中间换热器4、辅助冷却蒸发器5、第三换热器6、第三节流阀8、第一电磁阀9相连。
所述的辅助过冷循环系统17包括:依次循环连接的辅助冷凝器13、辅助压缩机14、辅助冷却蒸发器5和辅助节流阀15,其中:辅助冷却蒸发器5两端分别与第三换热器6和中间换热器的高压侧4相连。
所述的风门系统包括:依次循环连接的HVAC单元20、鼓风机28、内外风门24、第二换热器22、冷暖风门23、第一换热器21、第一模式风门25、第三模式风门27和第二模式风门26,其中:第一换热器21一端与压缩机1相连,另一端与第二节流阀2和第二电磁阀10连接处相连;第二换热器22一端与第二节流阀2和第三电磁阀12连接处相连,另一端与第一节流阀3相连。
所述的第三换热器6上设有用于提供第三换热器6与空气热交换所需风量的冷凝风机7。
所述的辅助冷凝器13上设有用于提供辅助冷凝器13与空气热交换所需风量的辅助冷凝风机16。
所述的低压储液器11的出口管底部设有用于将底部积存的润滑油吸收进入压缩机的回油孔32。
所述的本发明具有制热模式、制冷模式、除湿制热模式、除霜模式等多种模式,具体为:
如图2所示,当进行制冷循环时,关闭第二节流阀2、第一电磁阀9,打开第一节流阀3、第三节流阀8、辅助节流阀15、第二电磁阀10、第三电磁阀12。制冷剂依次经过压缩机1的第一出口30→第一换热器21→第三换热器6→辅助冷却蒸发器5→中间换热器4→第一节流阀3→第二换热器22→低压储液器11→中间换热器4→主压缩机1的第一入口31,被压缩机1压缩后再从压缩机1的第一出口30流出,构成制冷循环回路。
所述的第三换热器6的出口后设置有以R290为制冷剂的辅助过冷循环,并在辅助气体冷却蒸发器5后设置了中间换热器4,提高了气体冷却器出口二氧化碳的过冷度,进而提高制冷循环的制冷量,降低了制冷循环节流阀前的二氧化碳压力,大幅减少节流过程中的节流损失,提高了系统的COP。
如图3所示,当进行除湿模式时,关闭第二节流阀2、第一电磁阀9,打开第一节流阀3、第三节流阀8、辅助节流阀15、第二电磁阀10、第三电磁阀12。制冷剂依次经过压缩机第一出口30→第一换热器21→第三换热器6→辅助冷却蒸发器5→中间换热器4→第一节流阀3→第二换热器22→低压储液器11→中间换热器4→压缩机1的第一入口31,被压缩机1压缩后再从压缩机1的第一出口30流出,构成除湿循环回路。
所述的除湿模式与制冷循环相区别的是,冷暖风门23的开度不同。在除湿模式当中,风先经过第二换热器22降温除湿,然后全部或者大部分经过第一换热器21加热。气流先经过第二换热器22降温,降温过程中伴随着冷凝除湿。除湿后的干燥空气经过第一换热器21复温后进入乘员舱。
如图4所示,第一制热模式是指:关闭电磁阀10、第三电磁阀12、辅助节流阀15,打开第二节流阀2、第一节流阀3、第三节流阀8和电磁阀9。制冷剂依次经过压缩机第一出口30→第一换热器21→第二换热器22→第一节流阀3→中间换热器4→辅助冷却蒸发器5→第三换热器6→压缩机1的第一入口31,被压缩机1压缩后再从压缩机第一出口30流出,构成第一制热模式循环回路。在本循环当中,第二节流阀2和第三节流阀8全开,不起节流作用。第一节流阀3起到节流作用。气流先经过第二换热器22加热,又经过第一换热器21加热后,进入乘员舱。
如图5所示,第二制热模式是指:关闭第二电磁阀10、第三电磁阀12、辅助节流阀15,打开第二节流阀2、第一节流阀3、第三节流阀8和第一电磁阀9。制冷剂依次经过压缩机1的第一出口30→第一换热器21→第二节流阀2→第二换热器22→第一节流阀3→中间换热器4→辅助冷却蒸发器5→第三换热器6→压缩机1的第一入口31,被压缩机1压缩后再从压缩机第一出口30流出,构成第二制热模式循环回路。
所述的第二制热模式与第一制热模式不同之处在于,在第二制热模式循环中第二节流阀2会进行部分节流。节流作用使得第二换热器22的压力低于设定值(8MPa),而第一换热器21的压力显著高于第二换热器的压力(12MPa),由于第一换热器21的压力增加会引起排气温度和排气压力的增加,从而增加了第一换热器21的放热能力,提高了系统制热量和出风温度,达到较第一制热模式更强烈的制热效果。
如图6所示,a-b-c-d-e-f-g-a为本发明的制冷模式二氧化碳循环过程。二氧化碳经压缩机1压缩至a点,压力升高,温度也升高。a点状态的二氧化碳经过第一换热器21和第三换热器6,并在第三换热器6进行热交换,但压力保持不变。c-d表示二氧化碳在辅助冷却蒸发器5中的降温过程,降温后的二氧化碳经过d-e在中间换热器4中进一步降温。e-f表示二氧化碳在第一节流阀3中进行节流,节流后的二氧化碳经过第二换热器22换热后到达g点,然后经压缩机1压缩至a点,完成制冷模式下的二氧化碳循环。通过布置辅助冷却蒸发器5,使蒸发段由c’-g延长为d’-g,通过布置中间换热器4,使蒸发段进一步延长为f-g,大大增加了制冷量。
如图7所示,a-b-c-d-e-a为本发明在第一制热模式下的二氧化碳循环过程。二氧化碳经压缩机1压缩至a点,压力升高,温度也升高。a点状态的二氧化碳经过第一换热器21、第二换热器22放热,但压力保持不变。c-d表示二氧化碳在第一节流阀3中进行节流,节流后的二氧化碳经过第三换热器6换热后到达e点,然后经压缩机1压缩至a点,完成第一制热模式下的二氧化碳循环。
如图8所示,a-b-c-d-e-f-a为本发明在第二制热模式下的二氧化碳循环过程。二氧化碳经压缩机1压缩至a点,压力升高,温度也升高。a点状态的二氧化碳经过第一换热器21,压力保持不变。b-c表示二氧化碳在第二节流阀2中进行的部分节流过程,节流后的二氧化碳经过第二换热器22放热后到达d点。d-e表示二氧化碳在第一节流阀3中的节流过程。e-f表示二氧化碳在第三换热器6中的换热过程。完成换热后的二氧化碳经过压缩机1压缩至a点,完成第二制热模式下的二氧化碳循环。通过第二节流阀2的节流作用,第二换热器22内压力低于限定压力(8MPa)时,第一换热器21内压力(12MPa)显著高于第二换热器22内压力,压力的增加会引起排气温度和排气压力的增加,从而增加了第一换热器21的放热能力,使得通过第一换热器21的气流温度(出风温度)得到进一步提高。
如图9所示,除霜模式为,关闭第二电磁阀10、第三电磁阀12、辅助节流阀15,打开第二节流阀2、第一节流阀3、第三节流阀8和第一电磁阀9。制冷剂依次经过压缩机1的第一出口30→第一换热器21→第二换热器22→中间换热器4→辅助冷却蒸发器5→第三换热器6→第三节流阀8→压缩机1的第一入口31,被压缩机1压缩后再从压缩机第一出口30流出,构成除霜模式循环回路。流经第三换热器6的高温二氧化碳实现除霜功能。
实施例2
如图10所示,本实施例中的第二换热器22的输入端和输出端上并联有气液分离器29,其中:气液分离器29分别与第一节流阀3和第三电磁阀12相连。
本实施例制冷循环的实施方式为:关闭第二节流阀2、第一电磁阀9,打开第一节流阀3、第三节流阀8、辅助节流阀15、第二电磁阀10、第三电磁阀12。制冷剂依次经过压缩机第一出口30→第一换热器21→第三换热器6→辅助冷却蒸发器5→中间换热器4→第一节流阀3→气液分离器29→第二换热器22→低压储液器11→中间换热器4→压缩机的第一入口31,被压缩机1压缩后再从压缩机第一出口30流出,构成制冷循环回路。气流经过第二换热器22温度降低,然后进入乘员舱。
与实施例1相比,本实施例通过气液分离器29进一步防止气态二氧化碳进入第二换热器22,提高其换热效率,从而提高二氧化碳系统制冷性能。
实施例3
如图11所示,与实施例1相比,本实施例采用两个独立控制的冷凝风机和辅助冷凝风机,其中冷凝风机为第三换热器6提供风量,辅助冷凝风机为辅助冷凝器13提供风量,在不同模式下根据不同的需求调节风机的输出功率,实现风量匹配和能耗的降低。
实施例4
如图12所示,与实施例1相比,本实施例制冷循环方式为:关闭第二节流阀2、第一电磁阀9,打开第一节流阀3、第三节流阀8、辅助节流阀15、第二电磁阀10、第三电磁阀12。制冷剂依次经过压缩机第一出口30→第一换热器21→第三换热器6→中间换热器4→辅助冷却蒸发器5→第二换热器22→低压储液器11→中间换热器4→压缩机1的第一入口31,被压缩机1压缩后再从压缩机第一出口30流出,构成制冷循环回路。气流经过第二换热器22温度降低,然后进入乘员舱。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整,本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限,在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种辅助过冷的二氧化碳汽车热泵空调系统,其特征在于,包括:主循环系统、辅助过冷循环系统和风门系统,其中:主循环系统分别和辅助过冷循环系统和风门系统相连;
所述的主循环系统包括:压缩机、第二节流阀、第一节流阀、中间换热器、第三换热器、第三节流阀、第一电磁阀、第二电磁阀、低压储液器、第一换热器、第二换热器、辅助冷却蒸发器和第三电磁阀,其中:
压缩机、第一换热器、第二电磁阀、第三节流阀、第三换热器、辅助冷却蒸发器的主侧通路、中间换热器的高压侧通路、第一节流阀、第二换热器、第三电磁阀、低压储液器和中间换热器的低压侧通路依次连接并构成第一种循环回路;
压缩机、第一换热器、第二节流阀、第二换热器、第一节流阀、中间换热器的高压侧通路、辅助冷却蒸发器的主侧通路、第三换热器、第三节流阀、第一电磁阀依次连接并构成第二种循环回路;
所述的辅助过冷循环系统包括:依次循环连接的辅助冷凝器、辅助压缩机、辅助冷却蒸发器的辅助侧通路和辅助节流阀,其中:辅助冷却蒸发器的辅助侧通路两端分别与第三换热器和中间换热器的高压侧通路相连。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳汽车热泵空调系统,其特征是,所述的风门系统包括:依次循环连接的HVAC单元、鼓风机、内外风门、第二换热器、冷暖风门、第一换热器、第一模式风门、第三模式风门和第二模式风门,其中:第一换热器一端与压缩机相连,另一端与第二节流阀和第二电磁阀连接处相连;第二换热器一端与第二节流阀和第三电磁阀连接处相连,另一端与第一节流阀相连。
3.根据权利要求1所述的二氧化碳汽车热泵空调系统,其特征是,所述的第三换热器上设有用于提供第三换热器与空气热交换所需风量的冷凝风机;所述的辅助冷凝器上设有用于提供辅助冷凝器与空气热交换所需风量的辅助冷凝风机。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳汽车热泵空调系统,其特征是,所述的第二换热器当输入端和输出端上并联有气液分离器,其中:气液分离器分别与第一节流阀和第三电磁阀相连。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳汽车热泵空调系统,其特征是,所述的低压储液器的出口管底部设有用于将底部积存的润滑油吸收进入压缩机的回油孔。
6.一种基于上述任一权利要求所述系统的控制方法,其特征在于,包括:制热模式、制冷模式、除湿制热模式和除霜模式,其中:
所述的制冷模式和除湿制热模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来流入第一换热器和第三换热器放出热量;然后二氧化碳制冷剂流过辅助冷却蒸发器,辅助过冷循环系统开启,辅助冷却蒸发器作为辅助过冷循环系统的蒸发器,从二氧化碳主循环侧吸收热量,使得二氧化碳制冷剂流过辅助冷却蒸发器后温度得到显著降低;之后二氧化碳制冷剂流过中间换热器,中间换热器的低压侧为从低压储液器流出的低压低温制冷剂,从高压侧吸收热量,使得二氧化碳制冷剂流过中间换热器后温度得到进一步降低,经过两次过冷后的二氧化碳制冷剂经过第一节流阀的节流,流入作为蒸发器的第二换热器,两次过冷使得制冷剂进入第二换热器时的干度降低,提高了制冷剂和制冷能效;之后二氧化碳制冷剂经过低压储液器和中间换热器,返回至压缩机;辅助冷却蒸发器和中间换热器两侧的热流体和冷流体均为逆流换热,在相同重量体积下获得更好的换热效果;二氧化碳制冷剂流过辅助冷却蒸发器和流过中间换热器,经过两次过冷后的二氧化碳制冷剂,使得二氧化碳制冷剂的温度得到显著降低,该过程为二氧化碳先流过辅助过冷蒸发器,再流过中间换热器或二氧化碳先流过中间换热器,再流过辅助过冷蒸发器;在作为蒸发器的第二换热器入口有气液分离器,经过第一节流阀后的二氧化碳制冷剂呈现气液两相制冷剂,进入气液分离器后两相制冷剂实现分离,产生的部分气态二氧化碳从上部出口连接到低压储液器的入口,液态二氧化碳从下部出口进入第二换热器,减小了进入蒸发器的入口干度,降低了制冷剂压降也提高了换热效率,提高了二氧化碳统的制冷性能;
所述的制热模式包括:第一制热模式和第二制热模式,其中:
第一制热模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来流入第一换热器和第二换热器放出热量,第一换热器和第二换热器之间的第二节流阀不产生节流作用,第一换热器和第二换热器均作为二氧化碳跨临界循环的气冷器,进入空调箱的冷空气先流过第二换热器得到第一次加热,再流过第一换热器得到第二次加热,两次加热增大了空气侧和制冷剂侧换热面积和逆流程度,从而使得空气的出风温度得到提高,气冷器出口二氧化碳制冷剂出口温度也得到进一步降低;之后二氧化碳制冷剂流过节流阀节流膨胀,流过第三换热器进行吸热蒸发,最后返回至压缩机;
所述的第二制热模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来流入第一换热器和第二换热器放出热量,第一换热器和第二换热器之间的第二节流阀产生部分节流作用,第一换热器和第二换热器均作为二氧化碳跨临界循环的气冷器,进入空调箱的冷空气先流过第二换热器得到第一次加热,再流过第一换热器得到第二次加热,两次加热增大了空气侧和制冷剂侧换热面积和逆流程度,从而使得空气的出风温度得到提高,气冷器出口二氧化碳制冷剂出口温度也得到进一步降低;同时由于第一换热器和第二换热器之间的第二节流阀作用,进入第二换热器的制冷剂温度和压力得到部分降低;之后二氧化碳制冷剂流过节流阀节流膨胀,流过第三换热器进行吸热蒸发,最后返回至压缩机;
所述的除霜模式是指:打开电磁阀使得二氧化碳由压缩机出口出来依次流入第一换热器、第二节流阀、第二换热器、第一节流阀、第三换热器,第二节流阀和第一节流阀为全开状态,空调箱的风量处于关闭状态,二氧化碳的热量主要从第三换热器放出,起到除去换热器表面霜层的作用;然后经过第三节流阀,节流膨胀至低温低压状态,最后返回至压缩机。所述的冷凝风机同时为第三换热器和辅助冷凝器提供风量。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征是,所述的制热模式中,第一制热模式和第二制热模式通过以下方式进行切换,具体为:开启第一制热模式,第一换热器和第二换热器的压力均低于设定值;当系统需要高出风温度时的强烈制热时,开启第二制热模式,第一换热器的压力显著高于第二换热器的压力,第二换热器的压力低于设定值,由于第一换热器的压力增加会引起排气温度和排气压力的增加,从而增加了第一换热器的放热能力,提高系统制热量和出风温度,达到强烈制热效果。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征是,所述的制冷模式和除湿制热模式下,辅助冷却循环系统处于启动状态,冷凝风机开启,第三换热器和辅助冷凝器同时将热量快速传递给室外空气;在第一制热模式和第二制热模式下,辅助冷却循环系统处于关闭状态,冷凝风机开启,只有第三换热器从室外空气中吸收热量,使得二氧化碳制冷剂蒸发。
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