CN112874259A - 一种具有除冰装置的汽车热泵系统及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有除冰装置的汽车热泵系统及汽车，包括压缩机、室内冷凝器、室外换热器、节流装置和除冰装置，所述压缩机、室内冷凝器、节流装置和室外换热器通过管路依次串联形成冷媒回路；所述除冰装置设置在所述室外换热器的进口端或者出口端，并通过管路与所述室外换热器连通，所述除冰装置用于在压缩机关闭后加热冷媒以对所述室外换热器进行除冰。本发明在室外换热器的进/出口端串联除冰装置，通过除冰装置的内置加热器加热冷媒，除冰时间不受限制，且加热过程不需要开启压缩机，不会因除冰造成压缩机故障或寿命降低。
Description
本发明涉及汽车热泵空调系统领域，尤其涉及一种具有除冰装置的汽车热泵系统及汽车。
背景技术
电动汽车热泵系统在冬季制热运行中，处于机舱的外部换热器充当蒸发器，从流经其外的空气中吸收热量，经压缩机作用后加热空调箱的内部冷凝器后再散热到乘客舱的空气。外部换热器吸收空气热量的同时，空气中的部分水蒸气会凝华成霜或结成冰，霜或冰会附着在整体很冷的外部换热器表面。霜或冰的存在会堵塞空气流通，阻碍热泵吸热，降低热泵能效。行车过程中，当热泵系统监测到外部换热器表面霜或冰较多时，热泵系统会发起除冰请求对外部换热器除冰；行车结束后，也需要除霜或冰，以提升下次行车时的制热效果。
室外换热器冰除结束需要同时满足两个条件：(一)霜或冰全部变成水；(二)换热器表面无残留融冰水附着。实际上，局限于外部换热器的结构，很难在规定的除冰时间(行业一般要求行车中除冰时间小于3mi n)满足条件二，也就是说，行车后仍然会有部分融冰水附着于外部换热器表面，这会部分降低下一轮制热效果。行车结束后进行除冰，将无时间限制，可以实现理想的除冰。
目前，行车结束后可有三种除冰方法。
方法1：逆循环除霜法。通过空调箱的蒸发器从乘客舱的空气吸热，经压缩机作用后加热外部换热器，从而融霜除冰；融霜除冰过程中外部外热器充当冷凝器，蒸发器鼓风机开启。缺点是当达到外部换热器表面无残留水附着时，会造成空调箱蒸发器结冰。
方法2：电池余热除霜法。通过电池冷却器从电池吸热后，经压缩机作用后加热外部换热器，从而融霜除冰；融霜除冰过程中外部外热器充当冷凝器，电池冷却器水泵开启。缺点是电池余热除霜法只有当电池本体温度高于一安全的温度时，才可以实施。当低于电池本体的安全温度时，强制实施除冰会影响电池寿命。
方法3：三角化霜除霜法。单纯利用压缩机运转的热量来融霜除冰。融霜除冰过程中，压缩机从低压侧吸取低压低温冷媒，经压缩后排出高温高压冷媒，高温高压冷媒融化外部外热器的霜或冰后，冷媒经过节流阀节流后再(经过管路或其它部件)返回压缩机吸气口。但是，冷媒循环进入压缩机吸气口会有液态冷媒，会引致压缩机润滑油稀释和液压缩等问题，容易造成压缩机故障。
发明内容
为了解决行车后仍然会有部分融冰水附着于室外换热器表面，会降低下一轮制热效果，且现有除冰方法均需要启动压缩机容易造成压缩机故障和影响使用寿命的问题。
本发明提供了一种具有除冰装置的汽车热泵系统，包括压缩机、室内冷凝器、室外换热器、节流装置和除冰装置，所述压缩机、室内冷凝器、节流装置和室外换热器通过管路依次串联形成冷媒回路；
所述除冰装置设置在所述室外换热器的进口端或者出口端，并通过管路与所述室外换热器连通，所述除冰装置用于在压缩机关闭后加热冷媒以对所述室外换热器进行除冰。
进一步地，还包括电磁阀，所述电磁阀设置在所述室外换热器的出口端与所述压缩机之间。
进一步地，所述除冰装置包括加热器和储液容器；
所述储液容器通过管路与所述室外换热器连通，所述加热器设置在所述储液容器内，所述加热器用于加热所述储液容器内的冷媒。
进一步地，所述除冰装置包括加热器和储液干燥器；
所述储液干燥器的进口端通过管路与所述室内冷凝器的出口端连通，所述储液干燥器的出口端与所述节流装置连通，所述加热器设置在所述储液干燥器内。
进一步地，所述除冰装置包括加热器和气液分离器；
所述气液分离器的进口端通过管路与所述室外换热器连通，所述气液分离器的出口端通过管路与所述压缩机的进口端连通，所述加热器设置在所述气液分离器内。
进一步地，所述节流装置为电子节流膨胀阀。
进一步地，当对所述室外换热器加热时，所述压缩机关闭，所述加热器加热冷媒，所述室外换热器与所述储液容器连通形成通路，所述节流装置和电磁阀关闭。
进一步地，当对所述室外换热器加热时，所述节流装置打开，所述储液干燥器与所述室外换热器连通形成通路，所述压缩机关闭，所述加热器加热冷媒。
进一步地，当对所述室外换热器加热时，所述电磁阀打开，所述气液分离器与所述室外换热器连通形成通路，所述压缩机关闭，所述加热器加热冷媒。
本发明还提供一种电动汽车，包括控制装置和所述的汽车热泵系统，所述控制装置用于控制所述汽车热泵系统对汽车制冷、制热或对所述室外换热器加热。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明汽车热泵系统在室外换热器的进/出口端串联除冰装置，通过除冰装置的内置加热器加热冷媒，采用冷媒电加热慢干除霜法对室外换热器除冰。除冰时，通过电加热器加热储液容器内的冷媒，从而使得室外换热器内的冷媒压力和温度也升高进行除冰。
本发明除冰装置，直接用容器内的电加热器进行加热，不用开启压缩机，不会因除冰造成压缩机故障或寿命降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明所述的一种汽车热泵外部换热器的除冰方法、装置及车辆，下面将对实施例所需要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它附图。
图1为本发明实施例1汽车热泵系统的原理示意图；
图2为本发明实施例1除冰装置设置在室外换热器进口端的系统原理示意图；
图3为本发明实施例1具有储液干燥器的汽车热泵系统的原理示意图；
图4为本发明实施例1具有气液分离器的汽车热泵系统的原理示意图；
图5为本发明实施例2汽车热泵系统的原理示意图；
图6为本发明实施例3汽车热泵系统的原理示意图。
其中，附图标记为：1-压缩机，2-室内冷凝器，3-室外换热器，4-节流装置，5-除冰装置，51-加热器，52-储液容器，53-储液干燥器，54-气液分离器，6-电磁阀，7-控制装置。
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做出创造性劳动的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。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、系统、产品或服务器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。
需要说明的是，本申请具有除冰装置的汽车热泵系统的除冰功能，可以在现有的除冰方法基础上使用，即先通过逆循环除霜法或电池余热除霜法短暂除冰，将冰融化成水后，再通过本系统除冰装置慢慢蒸干外部换热器的残留水。本申请除冰装置的应用可以在车辆停止行驶后启用，不需要启动热泵系统的压缩机。
实施例1
如图1和2所示，本发明实施例提供的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，包括压缩机1、室内冷凝器2、室外换热器3、节流装置4和除冰装置5，所述压缩机1、室内冷凝器2、节流装置4和室外换热器3通过管路依次串联形成冷媒回路。
具体地，在本实施例中，所述节流装置4为电子节流膨胀阀。在实际应用中，根据实际需要可以为单向电子节流膨胀阀或者双向电子节流膨胀阀。
所述除冰装置5设置在所述室外换热器3的进口端或者出口端，并通过管路与所述室外换热器3连通，所述除冰装置5用于在压缩机关闭后加热冷媒以对所述室外换热器3进行加热除冰。
具体地，所述除冰装置5包括加热器51和储液容器52，所述储液容器52通过管路与所述室外换热器3连通，所述加热器51设置在所述储液容器52内，所述加热器51用于加热所述储液容器52内的冷媒。冷媒是指在汽车热泵系统中的制冷剂。
具体地，还包括电磁阀6，所述电磁阀6设置在所述室外换热器3的出口端与所述压缩机1之间。
需要说明的是，当利用除冰装置对所述室外换热器3加热除冰时，所述压缩机1关闭，所述加热器51加热冷媒，所述室外换热器3与所述储液容器52连通形成通路，所述节流装置4和电磁阀6关闭。
如图3所示，在一些实施例中，汽车热泵系统还包括储液干燥器53，所述储液干燥器53的进口端通过管路与所述室内冷凝器2的出口端连通，所述储液干燥器53的出口端与所述节流装置4连通，节流装置4的出口端与室外换热器3连通，室外换热器3通过管路与除冰装置5连通，除冰装置5通过管路和电磁阀6与压缩机1连通形成回路。其中，储液干燥器用来储存和供应系统内的液态制冷剂，以便工况变动时能补偿和调节液态制冷剂的盈亏，过滤制冷剂中污染物防止堵塞和吸收制冷剂中的水分。
如图4所示，在另一些实施例中，汽车热泵系统还可以包括气液分离器54，压缩机1、室内冷凝器2、节流装置4、室外换热器3和除冰装置5通过管路依次串联，除冰装置5的出口端与电磁阀6连通，电磁阀6的出口端通过管路与气液分离器54的进口端连通，气液分离器54的出口端通过管路与压缩机1的进口端连通。其中，气液分离器设置在压缩机的进口端，用于储存多余制冷剂和保证进入压缩机的完全是气态制冷剂，防止发生液击现象。
本实施例汽车热泵系统低温制热原理：压缩机经过压缩排出高温高压的气体，压缩机通过管路与室内冷凝器相连，室内冷凝器的风门打开制热，此时室内冷凝器的出口为中温高压的液体；室内冷凝器出口与节流装置相连，节流装置起到节流降压的作用，其出口为低温低压的液体；节流装置的出口与室外换热器相连，室外换热器出口为低温低压的气体；室外换热器出口与电磁阀相连，电磁阀出口与气液分离器相连，把未蒸发完的液体通过气液分离器分离，最后低温低压的气体回到压缩机中，形成一个循环。
本实施例汽车热泵系统对室外换热器除冰的原理：当收到除冰请求后，控制装置7(图中未示出)控制加热器51加热储液容器52内的冷媒，从而使得与其连通的室外换热器内的冷媒压力和温度升高，当室外换热器里面的冷媒升到0℃以上时，即可实现除冰，因为是行车结束后除冰且不需要启动压缩机，所以除冰时间不受限制。加热除冰过程中为了实现节能，可以关闭室外换热器和储液容器附近的阀门，在本实施例中可以关闭节流装置4和电磁阀6。
实施例2
如图5所示，本发明实施例2提供一种具有除冰装置的汽车热泵系统，包括压缩机1、室内冷凝器2、室外换热器3、节流装置4和除冰装置5，所述压缩机1、室内冷凝器2、节流装置4和室外换热器3通过管路依次串联形成冷媒回路；所述除冰装置5设置在所述室外换热器3的进口端或者出口端，并通过管路与所述室外换热器3连通，所述除冰装置5用于在压缩机关闭后加热冷媒以对所述室外换热器3进行加热除冰。
实施例2与实施例1的区别在于，所述除冰装置5包括加热器51和储液干燥器53，所述储液干燥器53的进口端通过管路与所述室内冷凝器2的出口端连通，所述储液干燥器53的出口端与所述节流装置4连通，所述加热器51设置在所述储液干燥器53内。
在本实施例中，当对室外换热器3加热除冰时，控制节流装置4打开，使储液干燥器53与所述室外换热器3连通形成通路，压缩机1关闭，控制加热器51加热储液干燥器53内的冷媒，从而使得与其连通的室外换热器内的冷媒压力和温度升高，当室外换热器里面的冷媒升到0℃以上时，即可实现除冰。加热除冰过程中为了实现节能，可以关闭室外换热器附近的阀门，在本实施例中可以关闭电磁阀6。
实施例3
如图6所示，本发明实施例3提供一种具有除冰装置的汽车热泵系统，包括压缩机1、室内冷凝器2、室外换热器3、节流装置4和除冰装置5，所述压缩机1、室内冷凝器2、节流装置4和室外换热器3通过管路依次串联形成冷媒回路；所述除冰装置5设置在所述室外换热器3的进口端或者出口端，并通过管路与所述室外换热器3连通，所述除冰装置5用于在压缩机关闭后加热冷媒以对所述室外换热器3进行加热除冰。
实施例3与实施例1的区别在于，除冰装置5包括加热器51和气液分离器54，所述气液分离器54的进口端通过管路与所述室外换热器3连通，所述气液分离器54的出口端通过管路与所述压缩机1的进口端连通，所述加热器51设置在所述气液分离器54内。
具体地，室外换热器3的出口端与所述压缩机1之间还设置有电磁阀6，所述电磁阀6的进口端与所述室外换热器3的出口端连通，所述电磁阀6的出口端与所述气液分离器54的进口端连通。
在本实施例中，当对所述室外换热器3加热除冰时，控制所述电磁阀6打开，所述气液分离器54与室外换热器3连通形成通路，所述压缩机1关闭，控制加热器51加热气液分离器54内的冷媒，从而使得与其连通的室外换热器内的冷媒压力和温度升高，当室外换热器里面的冷媒升到0℃以上时，即可实现除冰。加热除冰过程中为了实现节能，可以关闭室外换热器附近的阀门，在本实施例中可以关闭节流装置4。在本实施例中，所述节流装置4为电子节流膨胀阀。
实施例4
一种电动汽车，其特征在于，包括控制装置7和实施例1、2或3中所述的汽车热泵系统，所述控制装置7(图中未示出)用于控制所述汽车热泵系统对汽车制冷、制热或对所述室外换热器3加热。
在一些实施中，本实施例汽车热泵空调系统还可以用于高温制冷，在制冷循环中，室外换热器起到放热冷凝的作用，室外换热器出口端经电子膨胀阀与室内蒸发器连通，而室内蒸发器出口为低温低压的气体，用于降温。
本发明汽车热泵系统在室外换热器的进/出口端串联除冰装置，通过除冰装置的内置加热器加热冷媒，采用冷媒电加热慢干除霜法对室外换热器除冰。除冰时，通过电加热器加热储液容器内的冷媒，从而使得室外换热器内的冷媒压力和温度也升高进行除冰。本发明除冰装置，直接用容器内的电加热器进行加热，不用开启压缩机，不会因除冰造成压缩机故障或寿命降低。
需要说明的是为了节约能耗，本发明电动汽车还可以与其他系统结合进行废热回收利用，使电动汽车涵盖采暖、制冷、除冰、蓄热，热回收等技术。
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，包括压缩机(1)、室内冷凝器(2)、室外换热器(3)、节流装置(4)和除冰装置(5)，所述压缩机(1)、室内冷凝器(2)、节流装置(4)和室外换热器(3)通过管路依次串联形成冷媒回路；
所述除冰装置(5)设置在所述室外换热器(3)的进口端或者出口端，并通过管路与所述室外换热器(3)连通，所述除冰装置(5)用于在压缩机关闭后加热冷媒以对所述室外换热器(3)进行除冰。
2.根据权利要求1所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，还包括电磁阀(6)，所述电磁阀(6)设置在所述室外换热器(3)的出口端与所述压缩机(1)之间。
3.根据权利要求2所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，所述除冰装置(5)包括加热器(51)和储液容器(52)；
所述储液容器(52)通过管路与所述室外换热器(3)连通，所述加热器(51)设置在所述储液容器(52)内，所述加热器(51)用于加热所述储液容器(52)内的冷媒。
4.根据权利要求2所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，所述除冰装置(5)包括加热器(51)和储液干燥器(53)；
所述储液干燥器(53)的进口端通过管路与所述室内冷凝器(2)的出口端连通，所述储液干燥器(53)的出口端与所述节流装置(4)连通，所述加热器(51)设置在所述储液干燥器内。
5.根据权利要求2所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，所述除冰装置(5)包括加热器(51)和气液分离器(54)；
所述气液分离器(54)的进口端通过管路与所述室外换热器(3)连通，所述气液分离器(54)的出口端通过管路与所述压缩机(1)的进口端连通，所述加热器(51)设置在所述气液分离器(54)内。
6.根据权利要求1所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，所述节流装置(4)为电子节流膨胀阀。
7.根据权利要求3所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，当对所述室外换热器(3)加热时，所述压缩机(1)关闭，所述加热器(51)加热冷媒，所述室外换热器(3)与所述储液容器(52)连通形成通路，所述节流装置(4)和电磁阀(6)关闭。
8.根据权利要求4所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，当对所述室外换热器(3)加热时，所述节流装置(4)打开，所述储液干燥器(53)与所述室外换热器(3)连通形成通路，所述压缩机(1)关闭，所述加热器(51)加热冷媒。
9.根据权利要求5所述的一种具有除冰装置的汽车热泵系统，其特征在于，当对所述室外换热器(3)加热时，所述电磁阀(6)打开，所述气液分离器(54)与所述室外换热器(3)连通形成通路，所述压缩机(1)关闭，所述加热器(51)加热冷媒。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括控制装置(7)和权利要求1-9任意一项所述的汽车热泵系统，所述控制装置(7)用于控制所述汽车热泵系统对汽车制冷、制热或对所述室外换热器(3)加热。
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