CN111791670A - 基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统及其控制方法，用以解决汽车制冷时能耗量大、汽车加速或减速过程中制冷不稳定、不连续及汽车停止运行时不能进行制冷、汽车上车前车内温度过高等问题。本发明包括压缩机、发动机、换热器Ⅰ、干燥过滤器、换热器Ⅱ、相变蓄冷部和辅助制冷单元，压缩机分别连接发动机和换热器Ⅱ，换热器Ⅰ分别连接压缩机、辅助制冷单元、相变蓄冷部和干燥过滤器，干燥过滤器连接换热器Ⅱ。本发明实现汽车在加速或减速时空调都处于制冷稳定、连续的状态，减少汽车的能耗量，通过相变蓄冷部对多余的制冷量进行储能，实现汽车停止运行时可利用其内部储存的制冷量提前将车内温度降低，以提高夏季车内温度舒适度。

Description

基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车空调技术领域，具体涉及一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统及其控制方法。

背景技术

国内目前燃油汽车空调是由发动机提供能量带动压缩机工作，这个过程中会损耗大约在20%左右的能耗；非政府组织已经测试过在零摄氏度下，空调和空调不开放，里程下降了约50%。因此目前已有的燃油汽车空调耗油量大，对环境污染大等缺点。而新能源汽车空调是通过电动机提高能量带动电动压缩机，但是制冷制热时都需要消耗较多的电量，所以新能源汽车的续航能量比较差，在实际使用中只能在市内进行短距离行驶等缺点，而且在汽车加速或者减速的时候制冷量不稳定，影响制冷效果。此外，目前夏季上车前车内温度通常可以达到60-70℃，传统汽车只能通过行驶十几分钟后才能够将温度降到人体舒适的温度，很不方便。

发明内容

针对汽车在制冷时能耗量大、汽车加速或减速过程中制冷不稳定或制冷不连续以及汽车停止运行时不能进行制冷、汽车上车前车内温度过高等技术问题，本发明提出一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统及其控制方法，实现在汽车加速或者减速时空调的制冷系统都处于制冷稳定、连续的状态，而且大大减少汽车空调的能耗量，同时通过蓄冷部对压缩和膨胀后的制冷剂所产生的多余的制冷量进行储能，实现汽车停止运行时可利用蓄冷部内储存的制冷量提前将车内温度调节好，以提高夏季车内温度舒适度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，包括压缩机、发动机、换热器Ⅰ、干燥过滤器、换热器Ⅱ、相变蓄冷部和辅助制冷单元，压缩机与发动机相连接；所述换热器Ⅰ的入口端通过管路分别连接压缩机和辅助制冷单元，换热器Ⅰ的出口端通过管路分别连接相变蓄冷部和干燥过滤器，且相变蓄冷部通过管路分别与压缩机和辅助制冷单元相连接，所述的干燥过滤器通过管路连接换热器Ⅱ，换热器Ⅱ通过管路连接压缩机。

所述辅助制冷单元包括换热器Ⅲ和高压喷射器，换热器Ⅲ安装于发动机上，所述换热器Ⅲ的入口端通过管路与相变蓄冷部相连接、出口端连接高压喷射器的入口端，高压喷射器的出口端通过管路与换热器Ⅰ相连接。

所述换热器Ⅰ和相变蓄冷部之间连接有节流装置。

所述干燥过滤器和换热器Ⅱ之间的管路上设有热力膨胀阀，干燥过滤器和换热器Ⅰ之间的管路上设有第七电磁阀，且第七电磁阀连接控制器。

所述压缩机和换热器Ⅰ之间的管路上依次设有四通管和三通管，四通管分别与压缩机、换热器Ⅲ、三通管和相变蓄冷部相连通，三通管分别与高压喷射器、换热器Ⅰ和四通管相连通。

所述四通管连通有支路A、支路B、支路C和支路D，且支路A与压缩机相连通，支路B与换热器Ⅲ相连通，支路C与三通管相连通，支路D通过管路与相变蓄冷部相连通。

所述三通管连通有支路X、支路Y和支路Z，且支路X连通换热器Ⅰ，支路Y连通高压喷射器，支路Z连通四通管的支路C。

所述支路A上设有第一电磁阀，支路B上设有第二电磁阀，支路C和支路Z之间设有第三电磁阀，支路D上设有第四电磁阀，支路X上设有第五电磁阀，支路Y上设有第六电磁阀，所述第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀和第六电磁阀均连接控制器。

一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统的控制方法，所述的空调系统包括第一制冷回路、第二制冷回路和逆向循环释冷回路三种循环回路，第一制冷回路控制方法如下：

第一制冷回路中，打开第一电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀和第七电磁阀，由发动机为压缩机提供动力，压缩机对气态制冷剂进行压缩使其升压升温后依次通过支路A和支路C进入支路Z，而后通过支路X进入换热器Ⅰ，换热器Ⅰ将升压升温后的气态制冷剂进行风冷降温形成中温高压的液态制冷剂，经换热器Ⅰ降温后的液态制冷剂分为两路流出：一路通过节流装置流入相变蓄冷部内的相变蓄冷材料内部，通过制冷走管程与相变蓄冷材料进行换热，把冷量储存在蓄冷材料里、另一路进入干燥过滤器内进行干燥过滤，然后进入热力膨胀阀内进行节流降压并形成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂通过管路进入换热器Ⅱ内吸热并进行热交换形成低温低压的气态制冷剂，最后低温低压的气态制冷剂流回压缩机内，如此形成第一制冷循环回路；

第二制冷回路控制方法如下：

第二制冷回路中，打开第二电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀和第七电磁阀，换热器Ⅲ吸收发动机产生的热量，使制冷剂升温，然后进入高压喷射器内进行加压并形成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂依次通过支路Y和支路X进入换热器Ⅰ内进行降温并形成中温高压的液态制冷剂，经换热器Ⅰ降温后的液态制冷剂同样分为两路流出：一路与第一制冷回路相汇合并进入干燥过滤器内对汽车空调制冷进行补充、另一路补充剩余的制冷剂并通过节流装置流入相变蓄冷部内的相变蓄冷材料内部，通过制冷走管程与相变蓄冷材料进行换热，把冷量储存在蓄冷材料里，然后再依次通过支路D和支路B流回换热器Ⅲ内，如此形成第二制冷循环回路，所述的第二制冷回路为第一制冷回路提供辅助制冷；

逆向循环释冷回路控制方法如下：

逆向循环释冷回路中，打开第三电磁阀、第四电磁阀和第五电磁阀，相变蓄冷部所连通的管路上连接有压力泵，压力泵连接电机，启动电机带动压力泵工作并使管路中的气态制冷剂流动，然后进入相变蓄冷部内部进行放热降温，之后通过节流装置流入换热器Ⅰ内吸热，最后制冷剂依次通过支路X和支路Z进入支路C，并通过支路D流回相变蓄冷部内，如此形成逆向循环的释冷循环回路。

采用上述结构的本发明，通过利用第二制冷回路中的高压喷射器和发动机产生的热量代替压缩机工作进而对制冷剂进行升温加压，然后进入换热器Ⅰ中进行冷凝处理，从而为第一制冷回路提供辅助制冷，实现汽车行驶过程中加速或减速时空调制冷系统能够保持制冷稳定且连续，确保制冷效果好，且大大减少汽车空调的能耗量；通过相变蓄冷对压缩和膨胀后的制冷剂多余的一部分制冷量进行储能，利用逆向循环实现汽车停止运行时可利用蓄冷部内储存的制冷量提前将车内温度调节好，以提高夏季车内温度舒适度；本发明与传统燃油汽车相相比，具有耗油量低、汽油的利用率高等优点，与新能源汽车相比，续航能力好，寿命长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明的结构示意图。

图中，1为压缩机，2为发动机，3为换热器Ⅲ，4为高压喷射器，5为四通管，6为三通管，7为相变蓄冷部，8为换热器Ⅰ，9为节流装置，10为干燥过滤器，11为热力膨胀阀，12为换热器Ⅱ，14为第七电磁阀，51为第一电磁阀，52为第二电磁阀，53为第三电磁阀，54为第四电磁阀，61为第五电磁阀，62为第六电磁阀。

具体实施方式

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付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，包括压缩机1、发动机2、换热器Ⅰ8、干燥过滤器10、换热器Ⅱ12、相变蓄冷部7和辅助制冷单元，压缩机1与发动机2相连接，发动机2作为动力单元为压缩机1提供驱动力。所述换热器Ⅰ8的入口端通过管路分别连接压缩机1和辅助制冷单元，换热器Ⅰ8的出口端通过管路分别连接相变蓄冷部7和干燥过滤器10，即从换热器Ⅰ8流出的制冷剂分为两路，一路通过节流装置9流入相变蓄冷部7内的相变蓄冷材料内部，通过制冷剂走管程与相变蓄冷材料进行换热，把冷量储存在蓄冷材料里，另一路流入干燥过滤器10除去制冷剂中多余的水分并过滤出杂质。本实施例中，相变蓄冷部7内的相变蓄冷材料可为氨基乙醇水溶液（质量分数为98%-99.4%）。其中相变蓄冷部7通过管路分别与压缩机1和辅助制冷单元相连接，干燥过滤器10通过管路连接换热器Ⅱ12，换热器Ⅱ12通过管路连接压缩机1。

具体地，所述辅助制冷单元包括换热器Ⅲ3和高压喷射器4，换热器Ⅲ3安装于发动机2上，换热器Ⅲ3的入口端通过管路与相变蓄冷部7相连接、出口端连接高压喷射器4的入口端，高压喷射器4的出口端通过管路与换热器Ⅰ8相连接，此结构设计实现相变蓄冷部7内部的低温低压的制冷剂可通过管路流入换热器Ⅲ3内进行制冷量的补充，同时换热器Ⅲ3吸收发动机2产生的热量从而使管路中低温低压的制冷剂温度升高，通过高压喷射器4对制冷剂加压并喷射出去，然后再通过管路流入换热器Ⅰ8内，此时换热器Ⅰ8起到冷凝降温的作用，经换热器Ⅰ8降温降压后的制冷剂再次分为两路流出。所述换热器Ⅰ8和相变蓄冷部7之间连接有节流装置9，节流装置9为电子膨胀阀或毛细管，节流装置9可起到控制管路中制冷剂的流量大小的作用。所述干燥过滤器10和换热器Ⅱ12之间的管路上设有热力膨胀阀11，热力膨胀阀11起到节流作用，使管路中制冷剂的温度和压力都降低并形成低温低压的液态制冷剂，从而为制冷剂的蒸发创造条件，同时热力膨胀阀11可控制管路中制冷剂的流量大小，以保证换热器Ⅱ12的出口流出的完全是气态制冷剂，避免出现压缩机液击或制冷剂不足的现象。

所述压缩机1和换热器Ⅰ8之间的管路上依次设有四通管5和三通管6，四通管5分别与压缩机1、换热器Ⅲ3、三通管6和相变蓄冷部7相连通，三通管6分别与高压喷射器4、换热器Ⅰ8和四通管5相连通。具体为四通管5连通有支路A、支路B、支路C和支路D，且支路A与压缩机1相连通，支路B与换热器Ⅲ3相连通，支路C与三通管6相连通，支路D通过管路与相变蓄冷部7相连通；三通管6连通有支路X、支路Y和支路Z，且支路X连通换热器Ⅰ8，支路Y连通高压喷射器4，支路Z连通四通管5的支路C。进一步地，所述支路A上设有第一电磁阀51，支路B上设有第二电磁阀52，支路C和支路Z之间设有第三电磁阀53，支路D上设有第四电磁阀54，支路X上设有第五电磁阀61，支路Y上设有第六电磁阀62，干燥过滤器10和换热器Ⅰ8之间的管路上设有第七电磁阀14，所述的第一电磁阀51、第二电磁阀52、第三电磁阀53、第四电磁阀54、第五电磁阀61、第六电磁阀62和第七电磁阀14均连接车内的控制器，通过控制各个电磁阀开启或关闭从而控制各支路的连通状态。

一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统的控制方法，所述的空调系统包括第一制冷回路、第二制冷回路和逆向循环释冷回路三种循环回路，第一制冷回路控制方法如下：

第一制冷回路中，打开第一电磁阀51、第三电磁阀53、第五电磁阀61和第七电磁阀14，使支路A、支路C、支路X、支路Z及换热器Ⅰ8与干燥过滤器10之间的管路均连通，由发动机2为压缩机1提供动力，压缩机1对气态制冷剂进行压缩使其升压升温后依次通过支路A和支路C进入支路Z，而后通过支路X进入换热器Ⅰ8，此时换热器Ⅰ8作为冷凝器，起到冷凝降温的作用，能够对升压升温后的气态制冷剂进行风冷降温形成中温高压的液态制冷剂，经换热器Ⅰ8降温后的液态制冷剂分为两路流出：一路通过节流装置9流入相变蓄冷部7内的相变蓄冷材料内部，通过制冷剂走管程与相变蓄冷材料进行换热，把冷量储存在蓄冷材料里、另一路进入干燥过滤器10内进行干燥过滤，然后进入热力膨胀阀11内进行节流降压并形成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂通过管路进入换热器Ⅱ12内，此时换热器Ⅱ12作为蒸发器，液态制冷剂在换热器Ⅱ12内吸热蒸发并形成低温低压的气态制冷剂，液态制冷剂气化时吸收车内的热量从而实现制冷，最后低温低压的气态制冷剂流回压缩机1内，从而形成第一制冷循环回路。

第二制冷回路控制方法如下：

第二制冷回路中，打开第二电磁阀52、第四电磁阀54、第五电磁阀61、第六电磁阀62和第七电磁阀14，使支路B、支路D、支路Y、支路X及换热器Ⅰ8与干燥过滤器10之间的管路均连通，换热器Ⅲ3吸收发动机2产生的热量，使制冷剂升温，然后进入高压喷射器4内进行加压并形成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂依次通过支路Y和支路X进入换热器Ⅰ8内进行降温并形成中温高压的液态制冷剂，经换热器Ⅰ8降温后的液态制冷剂同样分为两路流出：一路与第一制冷回路相汇合并进入干燥过滤器10内对汽车空调制冷进行补充，然后与第一制冷回路过程相同，制冷剂流入换热器Ⅱ12内吸热蒸发并形成低温低压的气态制冷剂，并在气化时吸收车内的热量从而实现制冷；另一路补充剩余的制冷剂并通过节流装置9流入相变蓄冷部7内的相变蓄冷材料内部，通过制冷走管程与相变蓄冷材料进行换热，把冷量储存在蓄冷材料里，然后再依次通过支路D和支路B流回换热器Ⅲ3内，如此形成第二制冷循环回路。所述的第二制冷回路为第一制冷回路提供辅助制冷，当汽车低速行驶时，发动机动力小，使得管路中的制冷量不足，通过设置第二制冷回路可为第一制冷回路进行制冷剂补充，同时，汽车加速时多余的制冷量也能通过相变蓄冷部进行储存，实现了汽车行驶过程中加速或减速时空调制冷系统能够保持制冷稳定且连续，确保制冷效果好，且大大减少汽车空调的能耗量。

逆向循环释冷回路控制方法如下：

逆向循环释冷回路中，打开第三电磁阀53、第四电磁阀54和第五电磁阀61，使支路C、支路D、支路X和支路Z连通，相变蓄冷部7所连通的管路上连接有压力泵，压力泵连接电机，可通过遥控器远程控制电机提前开启，电机带动压力泵工作并使管路中的气态制冷剂流动，然后进入相变蓄冷部7内部进行放热降温后通过节流装置9流入换热器Ⅰ8内，此时换热器Ⅰ8作为蒸发器，使得制冷剂吸热蒸发并形成低温低压的气态制冷剂，并在气化时吸收车内的热量从而实现制冷，最后制冷剂依次通过支路X和支路Z进入支路C，并通过支路D流回相变蓄冷部7内，从而形成逆向循环的释冷循环回路，实现汽车停止运行时可利用蓄冷部内储存的制冷量提前将车内温度调节好，以提高夏季车内温度舒适度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：包括压缩机（1）、发动机（2）、换热器Ⅰ（8）、干燥过滤器（10）、换热器Ⅱ（12）、相变蓄冷部（7）和辅助制冷单元，压缩机（1）与发动机（2）相连接；

所述换热器Ⅰ（8）的入口端通过管路分别连接压缩机（1）和辅助制冷单元，换热器Ⅰ（8）的出口端通过管路分别连接相变蓄冷部（7）和干燥过滤器（10），且相变蓄冷部（7）通过管路分别与压缩机（1）和辅助制冷单元相连接，所述的干燥过滤器（10）通过管路连接换热器Ⅱ（12），换热器Ⅱ（12）通过管路连接压缩机（1）。

2.根据权利要求1所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：所述辅助制冷单元包括换热器Ⅲ（3）和高压喷射器（4），换热器Ⅲ（3）安装于发动机（2）上，所述换热器Ⅲ（3）的入口端通过管路与相变蓄冷部（7）相连接、出口端连接高压喷射器（4）的入口端，高压喷射器（4）的出口端通过管路与换热器Ⅰ（8）相连接。

3.根据权利要求2所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：所述换热器Ⅰ（8）和相变蓄冷部（7）之间连接有节流装置（9）。

4.根据权利要求2或3所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：所述干燥过滤器（10）和换热器Ⅱ（12）之间的管路上设有热力膨胀阀（11），干燥过滤器（10）和换热器Ⅰ（8）之间的管路上设有第七电磁阀（14），且第七电磁阀（14）连接控制器。

5.根据权利要求4所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：所述压缩机（1）和换热器Ⅰ（8）之间的管路上依次设有四通管（5）和三通管（6），四通管（5）分别与压缩机（1）、换热器Ⅲ（3）、三通管（6）和相变蓄冷部（7）相连通，三通管（6）分别与高压喷射器（4）、换热器Ⅰ（8）和四通管（5）相连通。

6.根据权利要求5所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：所述四通管（5）连通有支路A、支路B、支路C和支路D，且支路A与压缩机（1）相连通，支路B与换热器Ⅲ（3）相连通，支路C与三通管（6）相连通，支路D通过管路与相变蓄冷部（7）相连通。

7.根据权利要求6所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：所述三通管（6）连通有支路X、支路Y和支路Z，且支路X连通换热器Ⅰ（8），支路Y连通高压喷射器（4），支路Z连通四通管（5）的支路C。

8.根据权利要求7所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统，其特征在于：所述支路A上设有第一电磁阀（51），支路B上设有第二电磁阀（52），支路C和支路Z之间设有第三电磁阀（53），支路D上设有第四电磁阀（54），支路X上设有第五电磁阀（61），支路Y上设有第六电磁阀（62），所述第一电磁阀（51）、第二电磁阀（52）、第三电磁阀（53）、第四电磁阀（54）、第五电磁阀（61）和第六电磁阀（62）均连接控制器。

9.一种包含权利要求1至8中所述的基于逆向循环的相变蓄冷汽车空调系统的控制方法，其特征在于：所述的空调系统包括第一制冷回路、第二制冷回路和逆向循环释冷回路三种循环回路，第一制冷回路控制方法如下：

第一制冷回路中，打开第一电磁阀（51）、第三电磁阀（53）、第五电磁阀（61）和第七电磁阀（14），由发动机（2）为压缩机（1）提供动力，压缩机（1）对气态制冷剂进行压缩使其升压升温后依次通过支路A和支路C进入支路Z，而后通过支路X进入换热器Ⅰ（8），换热器Ⅰ（8）将升压升温后的气态制冷剂进行风冷降温形成中温高压的液态制冷剂，经换热器Ⅰ（8）降温后的液态制冷剂分为两路流出：一路通过节流装置（9）流入相变蓄冷部（7）内的相变蓄冷材料内部，通过制冷剂走管程与相变蓄冷材料进行换热，把冷量储存在蓄冷材料里、另一路进入干燥过滤器（10）内进行干燥过滤，然后进入热力膨胀阀（11）内进行节流降压并形成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂通过管路进入换热器Ⅱ（12）内吸热并进行热交换形成低温低压的气态制冷剂，最后低温低压的气态制冷剂流回压缩机（1）内，如此形成第一制冷循环回路；

第二制冷回路控制方法如下：

第二制冷回路中，打开第二电磁阀（52）、第四电磁阀（54）、第五电磁阀（61）、第六电磁阀（62）和第七电磁阀（14），换热器Ⅲ（3）吸收发动机（2）产生的热量，使制冷剂升温，然后进入高压喷射器（4）内进行加压并形成高温高压的气态制冷剂，高温高压的气态制冷剂依次通过支路Y和支路X进入换热器Ⅰ（8）内进行降温并形成中温高压的液态制冷剂，经换热器Ⅰ（8）降温后的液态制冷剂同样分为两路流出：一路与第一制冷回路相汇合并进入干燥过滤器（10）内对汽车空调制冷进行补充、另一路补充剩余的制冷剂并通过节流装置（9）流入相变蓄冷部（7）内的相变蓄冷材料内部，通过制冷剂走管程与相变蓄冷材料进行换热，把冷量储存在蓄冷材料里，然后再依次通过支路D和支路B流回换热器Ⅲ（3）内，如此形成第二制冷循环回路，所述的第二制冷回路为第一制冷回路提供辅助制冷；

逆向循环释冷回路控制方法如下：

逆向循环释冷回路中，打开第三电磁阀（53）、第四电磁阀（54）和第五电磁阀（61），相变蓄冷部（7）所连通的管路上连接有压力泵，压力泵连接电机，启动电机带动压力泵工作并使管路中的气态制冷剂流动，然后进入相变蓄冷部（7）内部进行放热降温，之后通过节流装置（9）流入换热器Ⅰ（8）内吸热，最后制冷剂依次通过支路X和支路Z进入支路C，并通过支路D流回相变蓄冷部（7）内，如此形成逆向循环的释冷循环回路。

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