CN112406468A - 一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统 - Google Patents

一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统 Download PDF

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CN112406468A CN202011315918.7A CN202011315918A CN112406468A CN 112406468 A CN112406468 A CN 112406468A CN 202011315918 A CN202011315918 A CN 202011315918A CN 112406468 A CN112406468 A CN 112406468A
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Abstract

本发明涉及一种中适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、室外风机、第一电子膨胀阀、室内风机、室内换热器，还包括热水‑制冷剂换热器、第二电子膨胀阀、蓄热装置、水泵，蓄热装置储蓄来自发动机舱热水的热量，在驻车休息无发动机余热水时释放热量，间接提供热水，整体上构成双热源制冷循环。与现有技术相比，本发明不仅能够很好的解决传统车载空调系统在行车时存在的种种问题，还能额外的给发动机降温，对于整个车载运行工作也有极大帮助；更重要的是增加了蓄能装置，在冬季驻车无发动机余热水时，仍能保证制热量需求，对于保障工作人员驻车休息时乘车舒适度具有十分重要意义。

Description

一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统
技术领域
本发明涉及热泵空调系统，尤其是涉及一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统。
背景技术
驻车空调对于保障工作人员乘车舒适度具有重要意义，但截至目前，对于严寒地区冬季驻车休息时空调系统制热量不足的问题仍没有得到很好解决，冬季驻车休息时，发动机舱无热水提供，不能用热水来供热，而一般的以空气为热源单热源车辆空调系统难以达到所需制热量，系统效率低，大大降低了驾驶舒适性。并且冬季车辆在严寒地区工作，室外换热器极易结霜；传统的驻车空调多为分体式系统，压缩机在发动机侧，蒸发器在驾驶舱内，冷凝器在驾驶舱背后，各连接管路较长，较差吸气管路压降大，系统能效较低，车辆在行车作业过程中容易震动，系统稳定性较差。
近年来，人们对于驻车空调系统在严寒地区制热量不足问题的研究主要集中在行车过程中，而很少有人将蓄热储能技术用于驻车空调系统，解决驻车时单一空气热源无法满足制热量需求的问题，并且很少考虑空调系统的结构形式，系统复杂，稳定性不高。
专利CN102331048A提出了一种复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，该方案在行车过程中利用发动机余热水可以解决严寒地区冬季供热量不足的问题，但在驻车休息时无发动机余热水可利用，该系统不能满足驻车时的制热量需求。并且该系统管路连接复杂，零部件较多，安装复杂，能效不高，难以将整个空调系统作为整体式结构，稳定性不够。
专利CN102331046A提出了一种气热回收型电动汽车热泵空调系统，该系统在制热模式下，将经室内换热器放热后的空气吸收进电机进口，从而吸收电机热量制热并同时冷却电机，但由于整个系统不够紧凑，并且发动机离室内换热器距离较远，漏风较为严重，从而余热利用率较低，系统能效低。同样该系统在驻车时无法利用电机热量进行热气回收，不能满足驻车供热需求。
以上两种系统均无法在驻车时解决制热量不足问题，且系统结构复杂，效率不高，难以满足驻车空调在高能效、结构节凑稳定等多方面的需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，解决目前驻车空调系统在严寒地区冬季供热量不足、效率低、室外换热器在低温工况结霜以及空调系统在结构上不够紧凑、稳定性低等问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明中适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、室外风机、第一电子膨胀阀、室内风机、室内换热器，还包括热水-制冷剂换热器、第二电子膨胀阀、蓄热装置、水泵；
所述压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一电子膨胀阀、室内换热器构成循环；
相互连接的第二电子膨胀阀和热水-制冷剂换热器并联于室内换热器两端；
所述水泵和蓄热装置连接，以此储蓄来自发动机舱热水的热量，在驻车休息无发动机余热水时释放热量，间接提供热水；
所述热水-制冷剂换热器回收来自发动机舱热水和/或蓄热装置的热量，整体上构成双热源制冷循环。
进一步地，所述发动机舱热水为循环水流路，该循环水流路通过所述水泵提供动能。
进一步地，所述循环水流路与所述的蓄热装置、热水-制冷剂换热器的第二换热通道依次串联。
进一步地，所述蓄热装置为相变蓄热装置、空气吸附蓄热装置、气态冷媒吸附蓄热装置、液态冷媒吸附蓄热装置、溶液吸收式蓄热装置中的一种或多种的并联组合。
进一步地，所述相变蓄热装置包括相变材料-热水换热器和相变材料，所述换热器嵌于相变材料内部；
所述相变材料-热水换热器一端与水泵连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器的第二换热通道连接。
进一步地，所述空气吸附蓄热装置包括吸附材料-热水换热器、蓄热装置风扇、吸附床；
所述吸附材料-热水换热器嵌于吸附床内部，所述吸附床由吸附材料构成；
所述蓄热装置风扇设于吸附床下游；
所述吸附床的两侧均开设有风道；以便于控制吸附床内吸附材料的解析和吸附，能够保证蓄热装置整体不受外界环境的影响。
所述吸附材料-热水换热器一端与水泵连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器的第二换热通道连接。
进一步地，所述气态冷媒吸附蓄热装置包括依次串联的冷媒吸附模块、冷媒-空气换热器、冷媒泵和储液罐；
所述冷媒吸附模块包括吸附材料-热水换热器和吸附床，所述吸附材料-热水换热器嵌于吸附床内部；
所述吸附材料-热水换热器一端与水泵连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器的第二换热通道连接。
进一步地，所述液态冷媒吸附蓄热装置包括冷媒吸附模块、冷媒-空气换热器、储液罐和冷媒泵；
所述冷媒吸附模块包括吸附材料-热水换热器、吸附床和冷媒喷头，所述吸附材料-热水换热器嵌于吸附床内部，所述冷媒喷头设于吸附床上游；
所述冷媒吸附模块、冷媒-空气换热器、储液罐、冷媒泵、冷媒喷头依次串联连接；
所述吸附材料-热水换热器一端与水泵连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器的第二换热通道连接。
进一步地，所述溶液吸收式蓄热装置包括溶液吸收筒、冷媒-空气换热器、储液罐和冷媒泵；
所述溶液吸收筒包括溶液-热水换热器、吸收液和冷媒喷头；
所述溶液-热水换热器浸没在吸收液内部，所述冷媒喷头设于吸收液上游；
所述溶液吸收筒、冷媒-空气换热器、储液罐、冷媒泵、冷媒喷头依次串联连接；
所述溶液-热水换热器一端与水泵连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器的第二换热通道连接。
进一步地，所述压缩机的进口端同时与所述四通换向阀的2B接口、热水-制冷剂换热器的第一换热通道连接；
所述压缩机的出口端与所述四通换向阀的2C接口连接。
所述室外换热器一端与所述四通换向阀的2B口相连，另一端同时与第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀相连；
所述室外风机与室外换热器配套使用，室内换热器一端与第一电子膨胀阀连接，另一端与所述四通换向阀的2A口连接；
所述制冷剂-热水换热器一端与第二电子膨胀阀连接，另一端与压缩机的进口端连接；
所述室内风机与室内换热器配套使用。
进一步地，通过第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀的闭合控制、室外风机和室内风机的启停控制、四通换向阀的通路切换控制，实现普通制冷模式、行车制冷+冷却发动机模式、行车冷却发动机模式、普通制热模式、水-气双热源行车制热模式、单水热源行车制热模式、蓄热装置-空气双热源制热模式、化霜模式的切换。
所述电动驻车热泵空调系统处于普通制冷模式下时：
四通换向阀的A、B接口连通且C、D接口连通；
压缩机输出的高温高压制冷剂首先经四通换向阀的C、D接口进入室外换热器，在室外风机的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室内换热器，在室内风机的作用下与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀的A、B接口进入压缩机，此时第二电子膨胀阀处于全关闭状态，制冷剂全部流经室内换热器所在支路。
所述电动驻车热泵空调系统处于行车制冷+冷却发动机模式下时：
压缩机出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀的C、D接口进入室外换热器，在室外风机的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器流出的液态制冷剂分为两路，一路经第一电子膨胀阀节流至气液两相状态，然后流经室内换热器与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀的A、B接口进入压缩机；另一路流经第二电子膨胀阀节流至两相状态，然后流经热水-制冷剂换热器与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水后也进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个制冷系统循环。
所述电动驻车热泵空调系统处于行车冷却发动机模式下时：
室内风机处于关闭状态，第一电子膨胀阀处于关闭状态，压缩机输出的高温高压制冷剂首先经四通换向阀的C、D接口进入室外换热器与室外空气换热，然后从室外换热器流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水-制冷剂换热器与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机进口直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环。
所述电动驻车热泵空调系统处于行车制热模式下，四通换向阀的A、C接口连通且B、D接口连通，根据预设的发动机舱水温的2个阈值分为以下三种循环：
A、当车辆刚开机时，发动机舱完全无热水提供情况下，系统进入普通制热模式，从压缩机出来的高温高压状态制冷剂首先经过四通换向阀的C、A接口进入室内换热器，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器流出的液态制冷剂经电子膨胀阀节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀D、B接口进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环；
B、在车辆开启一段时间，发动机舱热水温度较低，但达到第一温度阈值，系统进入水-气双热源行车制热模式，此时从压缩机出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀的C、A接口进入室内换热器，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器流出的液态制冷剂分为两路，一路经过第一电子膨胀阀节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀D、B接口进入压缩机；另一路流经第二电子膨胀阀后进入热水-制冷剂换热器与发动机舱热水进行热量交换，此吸热后的制冷剂直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环；
C、在车辆长时间开启工作后，发动机舱能够提供稳定热水，且达到第二温度阈值，此时空调系统进入单水热源行车制热模式，从压缩机出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀的C、A接口进入室内换热器，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器流出的液态制冷剂流经第二电子膨胀阀节流后进入热水—制冷剂换热器与发动机舱热水进行热量交换，吸热后的制冷剂直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环。此时第一电子膨胀阀处于全开状态，室外风机关闭。
所述热泵空调系统处于蓄热装置-空气双热源制热模式时：
当长时间驻车休息时，无发动机余热水供应，从压缩机出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀的C、A接口进入室内换热器，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器流出的液态制冷剂分为两路，一路经过第一电子膨胀阀节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀D、B接口进入压缩机；另一路流经第二电子膨胀阀后进入热水-制冷剂换热器与热水进行热量交换，此时的热水并不是由发动机舱直接提供，而是从发动机舱引过来的冷水经蓄热装置内部换热器吸收蓄热材料储存的热量后温度升高，然后再经过热水-制冷剂换热器为制冷剂提供热水作为热源。吸热后的制冷剂直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环；
所述电动驻车热泵空调系统处于化霜模式下时：
压缩机出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀的C、D接口进入室外换热器化霜，然后从室外换热器流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水-制冷剂换热器与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机进口直接进入压缩机，进入压缩机的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环，此时第一电子膨胀阀和室内风机处于关闭状态。
只要车辆处于运行过程中，发动机舱有热水供应，蓄热装置即可储存热量。发动机舱热水先经过蓄热装置进行储能，然后通过热水-制冷剂换热器与制冷剂进行热交换，提供热源。
五种蓄热装置在行车过程中热量储存原理如下：
相变蓄热装置：
该装置由主要结构为相变材料，内部嵌有换热器。相变材料通过物相转化来实现热量的存储与释放。例如固-液相变储能材料的原理为：固-液相变储能材料在温度高于材料的相变温度时，吸收热量，物相由固态变为液态；当温度下降至低于相变温度时，物相由液态变为固态，放出热量。
同样，本发明相变储能装置，当发动机舱有热水供应时，热水流经相变材料-热水换热器管道内部与相变材料换热，当达到相变温度时，相变材料通过相变吸热将热水的热量存储起来。当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低至低于相变温度，此时相变材料将释放热量给冷却水，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源。
空气吸附蓄热装置：
在行车蓄能过程中，当发动机舱有热水供应时，热水流经蓄能装置的吸附材料-热水换热器管道，热量通过换热器释放给其周围的湿吸附材料，此时吸附材料吸收热量进行解析，将热量储存在吸附材料内(解析原理：湿吸附剂+热量＝干吸附剂+水蒸气↑)，解析过程产生的水蒸气在蓄热装置内的蓄热装置风扇的作用下经风道排出蓄热装置，此为解析蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，蓄热装置内的蓄热装置风扇将室外空气经风口吹入蓄热装置内，与吸附材料接触，此时干吸附材料吸收空气内水蒸气进行解析，释放热量(吸附原理：干吸附剂+水蒸气＝湿吸附剂+热量)，然后热量由蓄热装置内吸附材料—热水换热器内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源，此为吸附放热过程。
气态冷媒吸附蓄热装置：
在行车蓄能过程中，当发动机舱有热水供应时，热水流经冷媒吸附模块的吸附材料-热水换热器管道，热量通过换热器释放给其周围的吸附材料，此时吸附材料吸收热量进行解析，将热量储存在吸附材料内，吸附质即冷媒被解析出来。(解析原理：吸附材料+热量＝吸附剂+气态吸附质↑)，解析过程产生的气态冷媒经连接管道进入冷媒-空气换热器冷凝至液态，然后流入储液罐进行储存，此为解析蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，温度较低的水流经冷媒吸附模块的吸附材料-热水换热器管道，冷却吸附剂，吸附剂恢复吸附能力。此时，溶液泵将储液罐内液态冷媒泵入冷媒-空气换热器，液态冷媒在冷媒-空气换热器中蒸发至气相后进入冷媒吸附模块，与吸附剂接触，此时吸附剂吸收气态吸附质，放出吸附热(吸附原理：吸附剂+气态吸附质＝吸附材料+热量)，然后热量由蓄热装置内吸附材料—热水换热器内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源，此为吸附放热过程。
液态冷媒吸附蓄热装置：
在行车蓄能过程中，当发动机舱有热水供应时，热水流经冷媒吸附模块的吸附材料-热水换热器管道，热量通过换热器释放给其周围的吸附材料，此时吸附材料吸收热量进行解析，将热量储存在吸附材料内，吸附质即气态冷媒被解析出来。(解析原理：吸附材料+热量＝吸附剂+吸附质↑)，解析过程产生的气态冷媒经连接管道进入冷媒-空气换热器冷凝至液态，然后流入储液罐进行储存，此为解析蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，进入吸附放热过程，在溶液泵的作用下，储液罐内液态冷媒经冷媒喷头均匀的喷洒在吸附剂上，吸附剂吸收吸附质后，放出吸附热(吸附原理：吸附剂+吸附质＝吸附材料+热量)，然后热量由蓄热装置内吸附材料—热水换热器内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源，此为吸附放热过程。
溶液吸收式蓄热装置：
在行车蓄能过程中，当发动机舱有热水供应时，热水流经溶液吸收筒中的溶液-热水换热器管道，加热浓溶液直至溶剂结晶状态，气态溶质经连接管道进入冷媒-空气换热器冷凝至液态，然后流入储液罐进行储存，此为蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，进入溶解放热过程，在溶液泵的作用下，储液罐内液态冷媒经冷媒喷头均匀的喷洒在结晶状的溶剂上，溶剂吸收溶质，释放大量溶解热，释放的热量由吸收筒内溶液-热水换热器内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源，此为溶解放热过程。
本发明适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，核心技术特点主要体现在三个方面：第一，增加了蓄能装置，能够在驻车休息无发动机余热水时仍满足制热量需求；第二，本发明驻车空调系统在结构上采用整体形式，结构紧凑、稳定；第三，本发明在工作模式上丰富，本发明室内换热器并联了一个热水—制冷剂换热器，能够实现在行车制热工况下提高蒸发温度从而提高系统效率、增大供热量大以满足用户需求以及可实现制冷、制热、化霜、冷却发动机、蓄热等多种工作模式。
与现有技术相比，本发明具有以下技术优势：
1.本发明增加了蓄热装置，蓄热模块能够在驻车休息无发动机余热水时释放热量，间接提供热水，从而提高循环蒸发温度，解决冬季严寒地区驻车休息时普通制热循环无法满足制热量需求的问题。
2.本发明系统并联了热水-制冷剂换热器，行车制热时，能够利用温度较高的发动机余热水，双热源制冷循环大幅度提高了蒸发温度，能够降低整个系统循环压比，故系统能效将会得到明显提升，且能够增加系统制热量，更好满足用户取暖需求。
3.本发明为整体式空调系统，结构紧凑，所占空间小，便于安装，且行车过程中稳定性高，空调使用年限高。
4.本发明增加了化霜模式，在严寒地区工作时，室外换热器极易结霜影响整个空调系统的性能，故增加以发动机热水为热源的化霜模式，对于提高整个机组的性能以及使用寿命有重要意义。
5.本发明增加了发动机舱热水冷却模式，车辆在长期运行过程中，发动机温度过高不可避免，而本发明可以冷却发动机舱热水，很好防止发动机水温过高从而影响车辆动力及整个空调系统运行。
附图说明
图1为实施例1中适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统的结构示意图。
图1中：1为压缩机，2为四通换向阀，2A，2B，2C，2D为四通换向阀的四个接口，3室外换热器，4室外风机，6为室内风机，7为室内换热器，8为热水—制冷剂换热器，9为蓄热装置，10为水泵，5为第一电子膨胀阀、11为第二电子膨胀阀。
图2为相变蓄热装置的内部结构示意图。
图2中：E为相变材料—制冷剂换热器，F为相变材料，换热器嵌在相变材料内部。
图3为空气吸附蓄热装置的内部结构示意图。
图3中：E为吸附材料—制冷剂换热器，F为蓄热装置风扇，G为吸附床，H为风道。吸附材料-热水换热器嵌在吸附床内部，吸附床由吸附材料构成。
图4为气态冷媒吸附蓄热装置的内部结构示意图。
图4中：9-1为冷媒吸附模块，9-2为冷媒-空气换热器，9-3为冷媒泵，9-4为储液罐，9-1冷媒吸附模块包括吸附材料-热水换热器E、吸附床F。吸附材料-热水换热器嵌在吸附床内部，吸附床由吸附材料构成。
图5为液态冷媒吸附蓄热装置的内部结构示意图。
图5中：9-1为冷媒吸附模块，9-2为冷媒-空气换热器，9-3为冷媒泵，9-4为储液罐，9-1冷媒吸附模块包括吸附材料-热水换热器E、吸附床F、冷媒喷头G。吸附材料-热水换热器嵌在吸附床内部，吸附床由吸附材料构成，冷媒喷头位于吸附床上游。
图6为溶液吸收式蓄热装置的内部结构示意图。
图6中：9-1为溶液吸收筒，9-2为冷媒-空气换热器，9-3为储液罐，9-4为冷媒泵，E为溶液-热水换热器，F为吸收液，G冷媒喷头，溶液-热水换热器浸没在吸收液内部，冷媒喷头位于吸收液上游。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例中用于严寒地区的热泵空调系统，结构如图1所示，主要结构包括压缩机1、四通换向阀2(包括2A、2B、2C、2D四个接口)、室外换热器3、室外风机4、室内风机6、室内换热器7、热水-制冷剂换热器8、蓄热装置9、水泵10以及第一电子膨胀阀5、第二电子膨胀阀11。
各部件的连接关系为：压缩机1进口端与四通换向阀2的2B接口、热水-制冷剂换热器相连，出口与四通换向阀2的2C口相连，室外换热器3一端与四通换向阀2的2B口相连，另一端与第一电子膨胀阀5、第二电子膨胀阀10相连，室外风机4与室外换热器3配套使用，室内换热器7一端与第一电子膨胀阀5相连，另一端与四通换向阀2的2A口相连，制冷剂-热水换热器8第一换热通道一端与第二电子膨胀阀11相连，另一端压缩机吸气口相连，室内风机6与室内换热器7配套使用，蓄热装置9一端与水泵10相连，另一端与热水—制冷剂换热器8第二换热通道相连。
本实施例中蓄热装置9的实现形式为采用相变蓄热装置。
对应的内部结构如图2所示，相变蓄热装置主要结构包括相变材料-热水换热器E、相变材料F，换热器E嵌在相变材料F内部。
各部件连接方式为：相变材料-热水换热器E一端与水泵10连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器8的第二换热通道连接。
本发明中用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统共有七种工作模式，分别为普通制冷模式、行车制冷+冷却发动机模式、行车冷却发动机模式、普通制热模式、水-气双热源行车制热模式、单水热源行车制热模式、蓄热装置-空气双热源制热模式、化霜模式。
普通制冷模式下，四通换向阀2的2A、2B接口连通、2C、2D接口连通，压缩机1出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2C、2D接口进入室外换热器3，在室外风机4的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器3流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀5节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室内换热器7，在室内风机6的作用下与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀2的2A、2B接口进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个制冷系统循环，此时的第二电子膨胀阀10处于全关闭状态，制冷剂全部流经室内换热器所在支路。
行车制冷+冷却发动机模式下，压缩机1出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2C、2D接口进入室外换热器3，在室外风机4的作用下与室外空气换热，然后从室外换热器流出的液态制冷剂分为两路，一路经第一电子膨胀阀5节流至气液两相状态，然后流经室内换热器7与室内空气换热产生冷量，随后经四通换向阀2的2A、2B接口进入压缩机1；另一路流经第二电子膨胀阀11节流至两相状态，然后流经热水-制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水后也进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机1压缩为高温高压状态，然后再次进入整个制冷系统循环。
行车冷却发动机模式下，室内风机6处于关闭状态，第一电子膨胀阀5处于关闭状态。压缩机1出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2C、2D接口进入室外换热器7与室外空气换热，然后从室外换热器7流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀11节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水-制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机进口直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环。
行车制热模式下，四通换向阀2的2A、2C接口连通、2B、2D接口连通，分为以下三种循环：
A、当车辆刚开机时，发动机舱完全无热水提供情况下，系统进入普通制热模式，从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂首先经过四通换向阀2的2C、2A接口进入室内换热器7，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂经第一电子膨胀阀5节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器3与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀2D、2B接口进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机1压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环.此时第二电子膨胀阀11处于关闭状态，制冷剂全部流经室内换热器7所在支路；
B、在车辆开启一段时间，发动机舱热水温度较低，但达到第一温度阈值，系统进入水-气双热源行车制热模式，此时从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀2的2C、2A接口进入室内换热器7，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂分为两路，一路经过第一电子膨胀阀5节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器3与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀2D、2B接口进入压缩机1；另一路流经第二电子膨胀阀11后进入热水-制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热量交换，此吸热后的制冷剂直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环；
C、在车辆长时间开启工作后，发动机舱能够提供稳定热水，且达到第二温度阈值，此时空调系统进入单水热源行车制热模式，从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀2的2C、2A接口进入室内换热器7，与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂流经第二电子膨胀阀11节流后进入热水—制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热量交换，吸热后的制冷剂直接进入压缩机1，进入压缩机的制冷剂经压缩机1压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环。此时第一电子膨胀阀5处于全开状态，室外风机关闭。
蓄热装置-空气双热源制热模式下，长时间驻车休息时，无发动机余热水供应，从压缩机1出来的高温高压状态制冷剂，首先经过四通换向阀2的2C、2A接口进入室内换热器7，在室内风机6的作用下与室内空气进行热量交换，从而提升室内温度，然后从室内换热器7流出的液态制冷剂分为两路，一路经过第一电子膨胀阀5节流至两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经室外换热器3，在室外风机4的作用下与室外空气换热，吸收室外空气热量后经四通换向阀2D、2B接口进入压缩机1；另一路流经第二电子膨胀阀11后进入热水-制冷剂换热器8与热水进行热量交换，此时的热水并不是由发动机舱直接提供，而是从发动机舱引过来的冷水经蓄热装置9内部蓄能换热器吸收蓄热材料储存的热量后温度升高，然后再经过热水-制冷剂换热器8为制冷剂提供热水作为热源。吸热后的制冷剂直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，最后再次进入整个制热循环；
所述电动驻车热泵空调系统处于化霜模式下时：
压缩机出口的高温高压制冷剂首先经四通换向阀2的2C、2D接口进入室外换热器3化霜，然后从室外换热器3流出的液态制冷剂经第二电子膨胀阀11节流至气液两相状态，节流后的两相状态制冷剂流经热水-制冷剂换热器8与发动机舱热水进行热交换，冷却发动机舱热水，随后由压缩机进口直接进入压缩机1，进入压缩机1的制冷剂经压缩机压缩为高温高压状态，然后再次进入整个系统循环，此时第一电子膨胀阀5和室内风机6处于关闭状态。
相变蓄热装置在行车过程中蓄热和放热过程如下：
当发动机舱有热水供应时，热水流经蓄能装置9内部相变材料-热水换热器管道内部E与相变材料F换热，当达到相变温度时，相变材料F通过相变吸热将热水的热量存储起来。当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低至低于相变温度，此时相变材料F将释放热量给冷却水，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源。
实施例2
本实施例中蓄热装置9的实现形式为采用空气吸附蓄热装置。
本实施例中采用空气吸附蓄热装置的内部结构参见图3，主要结构包括吸附材料-热水换热器E、蓄热装置风扇F、吸附床G及风道H。吸附材料-热水换热器E嵌在吸附床G内部，吸附床由吸附材料构成，蓄热装置风扇F位于吸附床下游，在吸附床的两侧均开有风道，以便于控制吸附床内吸附材料的解析和吸附，能够保证蓄热装置整体不受外界环境的影响。
各部件连接方式为：吸附材料-热水换热器E一端与水泵10连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器8的第二换热通道连接。
空气吸附蓄热装置在行车过程中蓄热和放热过程如下：
在行车蓄能过程中，当发动机舱有热水供应时，热水流经蓄能装置9的吸附材料-热水换热器管道E，热量通过换热器释放给其周围的湿吸附材料G，此时吸附材料吸收热量进行解析，将热量储存在吸附材料内(解析原理：湿吸附剂+热量＝干吸附剂+水蒸气↑)，解析过程产生的水蒸气在蓄热装置9内的蓄热装置风扇F的作用下经风道H排出蓄热装置，此为解析蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，蓄热装置9内的蓄热装置风扇F将室外空气经风口H吹入蓄热装置内，与吸附材料G接触，此时干吸附材料吸收空气内水蒸气进行解析，释放热量(吸附原理：干吸附剂+水蒸气＝湿吸附剂+热量)，然后热量由蓄热装置内吸附材料—热水换热器E内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源，此为吸附放热过程。
实施例3
本实施例中蓄热装置9的实现形式为采用气态冷媒吸附蓄热装置。
气态冷媒吸附蓄热装置的内部结构参见图4，主要结构包括冷媒吸附模块9-1、冷媒-空气换热器9-2、冷媒泵9-3和储液罐9-4。冷媒吸附模块9-1包括吸附材料-热水换热器E、吸附床F。吸附材料-热水换热器嵌在吸附床内部，吸附床由吸附材料构成。
各部件的连接关系为：冷媒吸附模块9-1、冷媒-空气换热器9-2、冷媒泵9-3、储液罐9-4依次串联相接。吸附材料-热水换热器E一端与水泵10连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器8的第二换热通道连接。
气态冷媒吸附蓄热装置在行车过程中蓄热和放热过程如下：
在行车蓄能过程中，当发动机舱有热水供应时，热水流经冷媒吸附模块9-1的吸附材料-热水换热器管道E，热量通过换热器释放给其周围的吸附材料F，此时吸附材料F吸收热量进行解析，将热量储存在吸附材料F内，吸附质即冷媒被解析出来。(解析原理：吸附材料+热量＝吸附剂+气态吸附质↑)，解析过程产生的气态冷媒进入冷媒-空气换热器9-2冷凝至液态，然后流入储液罐9-4进行储存，此为解析蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，温度较低的水流经冷媒吸附模块9-1的吸附材料-热水换热器管道E，冷却吸附剂F，吸附剂恢复吸附能力。此时，溶液泵9-3将储液罐内液态冷媒泵入冷媒-空气换热器9-2，液态冷媒在冷媒-空气换热器9-2中蒸发至气相后进入冷媒吸附模块9-1，与吸附剂F接触，此时吸附剂F吸收气态吸附质，放出吸附热(吸附原理：吸附剂+气态吸附质＝吸附材料+热量)，然后热量由冷媒吸附模块9-1内吸附材料—热水换热器E内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源，此为吸附放热过程。
实施例4
本实施例中蓄热装置9的实现形式为采用气态冷媒吸附蓄热装置。
液态冷媒吸附蓄热装置的内部结构参见图5，主要结构包括冷媒吸附模块9-1、冷媒-空气换热器9-2、储液罐9-3和冷媒泵9-4。冷媒吸附模块9-1包括吸附材料-热水换热器E、吸附床F和冷媒喷头G。吸附材料-热水换热器E嵌在吸附床F内部，吸附床F由吸附材料构成，冷媒喷头G位于吸附床F上游；
各部件的连接方式为：冷媒吸附模块9-1、冷媒-空气换热器9-2、储液罐9-3、冷媒泵9-4、冷媒喷头G依次串联相接。吸附材料-热水换热器E一端与水泵10连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器8的第二换热通道连接。
液态冷媒吸附蓄热装置在行车过程中蓄热和放热过程如下：
当发动机舱有热水供应时，热水流经冷媒吸附模块9-1的吸附材料-热水换热器管道E，热量通过换热器E释放给其周围的吸附材料F，此时吸附材料F吸收热量进行解析，将热量储存在吸附材料F内，吸附质即气态冷媒被解析出来。(解析原理：吸附材料+热量＝吸附剂+吸附质↑)，解析过程产生的气态冷媒经连接管道进入冷媒-空气换热器9-2冷凝至液态，然后流入储液罐9-3进行储存，此为解析蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，进入吸附放热过程，在溶液泵9-4的作用下，储液罐9-3内液态冷媒经冷媒喷头G均匀的喷洒在吸附剂F上，吸附剂吸收吸附质后，放出吸附热(吸附原理：吸附剂+吸附质＝吸附材料+热量)，然后热量由冷媒吸附模块9-1内吸附材料—热水换热器E内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源。
实施例5
本实施例中蓄热装置9的实现形式为采用溶液吸收式蓄热装置。
溶液吸收式蓄热装置的内部结构参见图6，主要结构包括溶液吸收筒9-1、冷媒-空气换热器9-2、储液罐9-3和冷媒泵9-4。溶液吸收筒9-1包括溶液-热水换热器E、吸收液F和冷媒喷头G。溶液-热水换热器E浸没在吸收液F内部，冷媒喷头G位于吸收液F上游；
各部件的连接方式为：溶液吸收筒9-1、冷媒-空气换热器9-2、储液罐9-3、冷媒泵9-4、冷媒喷头G依次串联相接。溶液-热水换热器E一端与水泵10连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器8的第二换热通道连接。
溶液吸收式蓄热装置在行车过程中蓄热和放热过程如下：
在行车蓄能过程中，当发动机舱有热水供应时，热水流经溶液吸收筒9-1中的溶液-热水换热器E管道，加热浓溶液F直至溶剂结晶状态，气态溶质经连接管道进入冷媒-空气换热器9-2冷凝至液态，然后流入储液罐9-3进行储存，此为蓄热过程。
当长时间驻车休息时，发动机舱水温降低，进入溶解放热过程，在溶液泵9-4的作用下，储液罐9-3内液态冷媒经冷媒喷头G均匀的喷洒在结晶状的溶剂F上，溶剂吸收溶质，释放大量溶解热，释放的热量由吸收筒9-1内溶液-热水换热器E内的温度较低的发动机冷却水吸收，温度升高，从而能够实现在驻车时提供热水作为热源，此为溶解放热过程。
由上述实施例可见，本发明中的适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，不仅能够很好的解决传统车载空调系统在行车时存在的种种问题，还能额外的给发动机降温，对于整个车载运行工作也有极大帮助。更重要的是增加了蓄能装置，在冬季驻车无发动机余热水时，仍能保证制热量需求，对于保障工作人员驻车休息时乘车舒适度具有十分重要意义。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，包括压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外换热器(3)、室外风机(4)、第一电子膨胀阀(5)、室内风机(6)、室内换热器(7)，其特征在于，还包括热水-制冷剂换热器(8)、第二电子膨胀阀(11)、蓄热装置(9)、水泵(10)；
所述压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外换热器(3)、第一电子膨胀阀(5)、室内换热器(7)构成循环；
相互连接的第二电子膨胀阀(11)和热水-制冷剂换热器(8)并联于室内换热器(7)两端；
所述水泵(10)和蓄热装置(9)连接，以此储蓄来自发动机舱热水的热量，在驻车休息无发动机余热水时释放热量，间接提供热水；
所述热水-制冷剂换热器(8)回收来自发动机舱热水和/或蓄热装置(9)的热量，整体上构成双热源制冷循环。
2.根据权利要求1所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述发动机舱热水为循环水流路，该循环水流路通过所述水泵(10)提供动能。
3.根据权利要求1所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述蓄热装置(9)为相变蓄热装置、空气吸附蓄热装置、气态冷媒吸附蓄热装置、液态冷媒吸附蓄热装置、溶液吸收式蓄热装置中的一种或多种的并联组合。
4.根据权利要求3所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述相变蓄热装置包括相变材料-热水换热器和相变材料，所述换热器嵌于相变材料内部；
所述相变材料-热水换热器一端与水泵(10)连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器(8)的第二换热通道连接。
5.根据权利要求3所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述空气吸附蓄热装置包括吸附材料-热水换热器、蓄热装置风扇、吸附床；
所述吸附材料-热水换热器嵌于吸附床内部；
所述蓄热装置风扇设于吸附床下游；
所述吸附床的两侧均开设有风道；
所述吸附材料-热水换热器一端与水泵(10)连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器(8)的第二换热通道连接。
6.根据权利要求3所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述气态冷媒吸附蓄热装置包括依次串联的冷媒吸附模块、冷媒-空气换热器、冷媒泵和储液罐；
所述冷媒吸附模块包括吸附材料-热水换热器和吸附床，所述吸附材料-热水换热器嵌于吸附床内部；
所述吸附材料-热水换热器一端与水泵(10)连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器(8)的第二换热通道连接。
7.根据权利要求3所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述液态冷媒吸附蓄热装置包括冷媒吸附模块、冷媒-空气换热器、储液罐和冷媒泵；
所述冷媒吸附模块包括吸附材料-热水换热器、吸附床和冷媒喷头，所述吸附材料-热水换热器嵌于吸附床内部，所述冷媒喷头设于吸附床上游；
所述冷媒吸附模块、冷媒-空气换热器、储液罐、冷媒泵、冷媒喷头依次串联连接；
所述吸附材料-热水换热器一端与水泵(10)连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器(8)的第二换热通道连接。
8.根据权利要求3所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述溶液吸收式蓄热装置包括溶液吸收筒、冷媒-空气换热器、储液罐和冷媒泵；
所述溶液吸收筒包括溶液-热水换热器、吸收液和冷媒喷头；
所述溶液-热水换热器浸没在吸收液内部，所述冷媒喷头设于吸收液上游；
所述溶液吸收筒、冷媒-空气换热器、储液罐、冷媒泵、冷媒喷头依次串联连接；
所述溶液-热水换热器一端与水泵(10)连接，另一端与所述的热水-制冷剂换热器(8)的第二换热通道连接。
9.根据权利要求1所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，所述压缩机(1)的进口端同时与所述四通换向阀(2)的2B接口、热水-制冷剂换热器(8)的第一换热通道连接；
所述压缩机(1)的出口端与所述四通换向阀(2)的2C接口连接；
所述室外换热器(3)一端与所述四通换向阀(2)的2B口相连，另一端同时与第一电子膨胀阀(5)、第二电子膨胀阀(11)相连；
所述室外风机(4)与室外换热器(3)配套使用，室内换热器(7)一端与第一电子膨胀阀(5)连接，另一端与所述四通换向阀(2)的2A口连接；
所述制冷剂-热水换热器(8)一端与第二电子膨胀阀(11)连接，另一端与压缩机(1)的进口端连接；
所述室内风机(6)与室内换热器(7)配套使用。
10.根据权利要求9所述的一种适用于严寒地区的电动驻车热泵空调系统，其特征在于，通过第一电子膨胀阀(5)和第二电子膨胀阀(11)的闭合控制、室外风机(4)和室内风机(6)的启停控制、四通换向阀(2)的通路切换控制，实现普通制冷模式、行车制冷+冷却发动机模式、行车冷却发动机模式、普通制热模式、水-气双热源行车制热模式、单水热源行车制热模式、蓄热装置-空气双热源制热模式、化霜模式的切换。
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