CN111890872A - 一种带余热回收器的汽车热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车空调领域，涉及一种带余热回收器的汽车热泵空调系统，包括制冷剂回路以及并联在其上的冷却液回路；所述制冷剂回路包括依次连接的电动压缩机、水冷冷凝器、外置冷凝器、蒸发器、气液分离器；所述冷却液回路并联在水冷冷凝器上，包括水箱及暖风芯体；还包括并联在制冷剂回路上的余热回收系统，所述余热回收系统包括余热回收器，所述余热回收器上分别设有两条支路，第一支路将余热回收器并联在外置冷凝器上，第二支路分别连接至水泵、低温散热器并回流至余热回收器；所述低温散热器的位置与所述外置冷凝器的位置相匹配。本发明中的余热回收器可以当做冷凝器或蒸发器使用，可以降低空调系统占比，降低整车能耗。

Description

一种带余热回收器的汽车热泵空调系统

技术领域

本发明属于汽车空调领域，涉及一种带余热回收器的汽车热泵空调系统。

背景技术

当前的汽车空调使用过程中，夏季制冷时，面临着乘员舱大负荷制冷和电 池充电降温的情况，热负荷较大，会出现冷凝器热负荷增加，空调系统高压端 压力偏高，系统压比增大，导致压缩机功耗增加，整车NVH舒适性较差，电动 车续航里程减少。

冬季采暖时，外置冷凝器作为蒸发器使用，在低温条件下，外部换热器的 换热效果较差，无法满足整车的采暖需求，需要开启PTC装置进行辅助加热，由 于PTC的效率不足1，会导致整车功耗上升，降低整车续航里程，并且外部冷凝 器还存在结霜的问题，整车为了进行外部换热器的化霜，还会切换系统运行逻 辑，化霜过程中无法利用热泵进行采暖，只能通过PTC输出采暖，造成整车的用 电量增大，加剧续航里程的衰减。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带余热回收器的汽车热泵空调系统， 并将余热回收器作为冷凝器和蒸发器使用，对外界能量进行最大化的吸收，并 通过冷媒介质传递到乘员舱内，为成员提供舒适性的同时，最大化的降低整车 能耗，提高整车续航里程，并能减少外部换热器结霜频率，减少化霜功能的切 换，进一步提升整车舒适性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种带余热回收器的汽车热泵空调系统，包括制冷剂回路以及并联在其上 的冷却液回路；所述制冷剂回路包括依次连接的电动压缩机、水冷冷凝器、外 置冷凝器、蒸发器、气液分离器；所述冷却液回路并联在水冷冷凝器上，包括 水箱及暖风芯体；还包括并联在制冷剂回路上的余热回收系统，所述余热回收 系统包括余热回收器，所述余热回收器上分别设有两条支路，第一支路将余热 回收器并联在外置冷凝器上，第二支路分别连接至水泵、低温散热器并回流至 余热回收器；所述低温散热器的位置与所述外置冷凝器的位置相匹配。

可选的，在水冷冷凝器和外置冷凝器之间设有第一截止阀以及与第一截止 阀并联设置的第一电子膨胀阀。

可选的，所述余热回收系统的第一支路并联在第一截止阀与外置冷凝器上。

可选的，所述余热回收系统的第一支路上设有第五截止阀以及与第五截止 阀并联设置的第二电子膨胀阀。

可选的，所述第二支路上还设有三通水阀，分别连通余热回收器、水泵、 低温散热器。

可选的，所述外置冷凝器与所述蒸发器芯体之间还依次设有第二截止阀、 第四截止阀。

可选的，还包括与所述第四截止阀并联设置的热力膨胀阀。

可选的，还包括第三截止阀，所述外置冷凝器通过所述第三截止阀连通至 气液分离器。

可选的，还包括设置在蒸发器芯体上的鼓风电机。

可选的，还包括设置在外置冷凝器背风面的电子风扇。

本发明的有益效果在于：

本发明在系统中增加余热回收器，并通过阀件的开关切换，使余热回收器 具备不同的功能。

在制冷模式时，余热回收器被当做冷凝器使用，系统相当于两个冷凝器并 联，同时可与外界进行热交换，降低空调系统压比，提高系统COP，降低整车 能耗。

在制热模式下，余热回收器被当做蒸发器使用，与外部换热器同时作为蒸 发器并联，并通过低温散热器与外界换热，提升系统与外界空气换热能力，将 外界能量通过冷却液与冷媒换热进入系统，提升系统制热能力，提高系统COP， 降低整车能耗。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐 述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显 而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可 以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发 明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本 说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过 另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于 不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明 的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不 冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理 解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省 略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中 某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发 明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、 “后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了 便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特 定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于 示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言， 可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，附图中的元件标号分别表示：1、电动压缩机，2、HVAC总成， 3、水冷冷凝器，4、HVH辅助加热单元，5、水箱，6、SV-1(第一截止阀)，7、 EXV-1(第一电子膨胀阀)，8、外置冷凝器，9、电子风扇，10、SV-2(第二截止 阀)，11、SV-3(第三截止阀)，12、SV-4(第四截止阀)，13、TXV(热力膨胀阀)， 14、鼓风电机、15、蒸发器芯体，16、气液分离器，17、暖风芯体，18、水泵， 19、余热回收器，20、SV-5(第五截止阀)，21、EXV-2(第二电子膨胀阀)， 22、三通水阀，23、低温散热器。

本发明涉及一种带余热回收器的汽车热泵空调系统，包括电动压缩机1、 HVAC总成2、水冷冷凝器3、HVH辅助加热单元4、水箱5、SV-1(第一截止 阀)6、EXV-1(第一电子膨胀阀)7、外置冷凝器8、电子风扇9、SV-2(第二截 止阀)10、SV-3(第三截止阀)11、SV-4(第四截止阀)12、TXV(热力膨胀阀)13、 鼓风电机14、蒸发器芯体15、气液分离器16、暖风芯体17、水泵18、余热回 收器19、SV-5(第五截止阀)20、EXV-2(第二电子膨胀阀)21、三通水阀22、 低温散热器23分别由制冷剂管路和冷却液管路连接；所述水冷冷凝器3、水箱 5、暖风芯体17由冷却液管路连接形成车内采暖回路；所述水泵18、余热回收 器19、三通水阀22、低温散热器23由冷却液管路连接形成本发明的主要散热 回路，通过设置在管路上的阀门开闭分别形成制冷回路、制热回路和除湿回路、 余热回收系统。

制冷回路包括电动压缩机1、水冷冷凝器3、外置冷凝器8、蒸发器15、余 热回收器19、气液分离器16，由制冷剂管路依次连接，通过设置在制冷剂管路 上的阀门开闭形成制冷循环；HVAC单元中的鼓风电机14开启，将冷空气沿特 定风道吹向车厢，采暖冷却液循环系统不参与工作，电机冷却回路的水循环系 统参与工作，余热回收器19作为第二冷凝器使用，通过低温散热器23为余热 回收器内的冷媒进行换热冷凝；冷却液循环系统包括水泵18、余热回收器19、 三通水阀22、低温散热器23，利用冷却液换热将余热回收器当做冷凝器使用。

制热回路包括电动压缩机1、水冷冷凝器3、外置冷凝器8、余热回收器19、 气液分离器16，由制冷剂管路依次连接；还包括水箱5、暖风芯体17；通过设 置在制冷剂管路上的阀门开闭形成制热循环；HVAC单元中的鼓风电机14开启， 将热空气沿特定风道吹向车厢，采暖冷却液循环系统参与工作；电机冷却回路 水循环系统参与工作，余热回收器19作为蒸发器使用，通过低温散热器23为 电机降温，为余热回收器19提供蒸发器热负荷；整车电机冷却液循环系统参与 工作，包括水泵18、余热回收器19、三通水阀22、低温散热器23，利用冷却 液换热将余热回收器当做蒸发器器使用。

除湿回路包括电动压缩机1、水冷冷凝器3、外置冷凝器8、蒸发器15、气 液分离器16，通过设置在制冷剂管路上的阀门开闭形成除湿循环；HVAC单元 中的鼓风电机14开启，将除湿的空气沿特定风道吹向车厢冷；同时制热回路水 箱5、暖风芯体17冷却液循环系统参与工作为车内持续提供热量，在冬季制热 时避免车厢湿度过高导致车窗玻璃内表面结雾问题发生。

余热回收系统为本发明的关键点，包括水泵18、余热回收器19、SV-5(第 五截止阀)20、EXV-2(第二电子膨胀阀)21、三通水阀22、低温散热器23， 余热回收系统包括水泵18、余热回收器19、三通水阀22、低温散热器23，通 过冷却水管连接形成闭合回路，车辆电机运行时散发的热量通过冷却液带到余 热回收器进行换热，然后再通过三通水阀22进入低温散热器与外界进行热交换。 通过SV-5与EXV-2的开闭切换，可使余热回收器分别在制冷和制热时，被当 做冷凝器和蒸发器使用，在冷暖双模式热泵空调系统的基础上，增加余热回收 器，利用电机冷却回路为热泵系统增加与外界进行热交换的窗口。为提升系统COP，降低功耗。

制冷模式时，高温高压的冷媒通过SV-5截止阀进入余热回收器与冷却液进 行换热，热量由冷却液带入低温散热器向外界散热，此时余热回收器被当做冷 凝器使用；制热模式时，高温高压的冷媒通过EXV-2节流降压，进入余热回收 器与冷却液进行换热蒸发，回收电机散发的余热，换热后的冷却液再通过水路 进入低温散热器与外界进行热交换，此时余热回收器被当做蒸发器使用。所述 余热回收器为电机余热回收利用装置，利用冷媒与冷却液进行换热，并在制冷 循环时作为冷凝器使用，在制热循环时作为蒸发器使用。

本实施例中，所述电子风扇9装配在低温散热器23背风面，低温散热器23 装配在电子风扇9与外置冷凝器8之间。设置在制冷剂管路上的阀门包括第一 截止阀6、第二截止阀10、第三截止阀11、第四截止阀12、第五截止阀20、第 一电子膨胀阀7、第二电子膨胀阀21、热力膨胀阀13。

所述第一截止阀6和第一电子膨胀阀7可组合为新型组合阀，第五截止阀 20和第二电子膨胀阀21可组合为新型组合阀。所述热力膨胀阀13可换为带截 止功能的电磁膨胀阀，取消第二截止阀21，优化布局降低成本。所述热力膨胀 阀13、第四截止阀12、第二截止阀10可组合为新型两路带通断功能的组合阀。 所述第四截止阀12和热力膨胀阀13可集成为组合阀，降本制造成本，整个系 统安装空间大小缩小，便于装配，集成度高。重量降低，可靠性增高。

可在冷却液回路中装配HVH辅助加热单元4，快速提升冷却液温度，使得 车厢温度在较短的时间提升，车厢舒适性进一步提升。此发明热泵空调系统能 搭载在电动车上使用。此热泵系统中的HVAC单元无需对传统燃油车的HVAC 进行更换，节约成本，缩短开发周期。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨 和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，包括制冷剂回路以及并联在其上的冷却液回路；所述制冷剂回路包括依次连接的电动压缩机、水冷冷凝器、外置冷凝器、蒸发器、气液分离器；所述冷却液回路并联在水冷冷凝器上，包括水箱及暖风芯体；还包括并联在制冷剂回路上的余热回收系统，所述余热回收系统包括余热回收器，所述余热回收器上分别设有两条支路，第一支路将余热回收器并联在外置冷凝器上，第二支路分别连接至水泵、低温散热器并回流至余热回收器；所述低温散热器的位置与所述外置冷凝器的位置相匹配。

2.如权利要求1中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，在水冷冷凝器和外置冷凝器之间设有第一截止阀以及与第一截止阀并联设置的第一电子膨胀阀。

3.如权利要求2中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，所述余热回收系统的第一支路并联在第一截止阀与外置冷凝器上。

4.如权利要求1中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，所述余热回收系统的第一支路上设有第五截止阀以及与第五截止阀并联设置的第二电子膨胀阀。

5.如权利要求1中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，所述第二支路上还设有三通水阀，分别连通余热回收器、水泵、低温散热器。

6.如权利要求1中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，所述外置冷凝器与所述蒸发器芯体之间还依次设有第二截止阀、第四截止阀。

7.如权利要求6中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括与所述第四截止阀并联设置的热力膨胀阀。

8.如权利要求1中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括第三截止阀，所述外置冷凝器通过所述第三截止阀连通至气液分离器。

9.如权利要求1中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括设置在蒸发器芯体上的鼓风电机。

10.如权利要求1中所述的带余热回收器的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括设置在外置冷凝器背风面的电子风扇。

Images