CN113324351A - 一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统 - Google Patents

一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，该系统由分液冷凝器、节流阀、蒸发器、压缩机、储液罐和两个控制阀组成。本发明基于简单的制冷/热泵循环，在分液冷凝器的旁路出口设置一个支路，支路由控制阀，储液罐串联而成。系统采用二氧化碳和制冷剂组成混合工质进行循环，通过装置的设计，可以实现组分的调控运行，使循环组分匹配制冷/热泵系统，实现更好的节能效果。本发明主要针对电动汽车的新风制冷和加热过程进行设计。

Description

一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统
技术领域
本发明涉及能源控制技术领域，更具体地，涉及一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统。
背景技术
随着碳中和目标的提出，电动汽车在节能减排领域的作用日益突出，应用也越来越广泛。但电动汽车的新风加热/制冷问题却是一个难点。传统内燃机式汽车在夏季采用单独的空调制冷系统，在冬季则是利用发动机加热新风；因此，只需要选取合适的制冷剂满足制冷要求即可。对于电动汽车，由于没有发动机供热，便需要使用热泵系统为新风加热。从结构上看，制冷系统和热泵系统的形式是相同的，仅是冷热源的利用对象不同。因此，如果选择合适的工质既适合夏季制冷，又适合冬季供热，那么将会进一步提高电动汽车的节能潜力，提高市场竞争力。
根据目前的研究现状，对于传统的制冷剂工质，其制冷性能突出；但其热泵性能则往往很差。与之相对，二氧化碳在热泵中的表现优异，但在制冷循环中的性能则不如传统制冷剂。现阶段，二氧化碳和制冷剂组成的混合工质研究是本领域的研究热点。如果通过合适的方式实现混合工质的组分调控，使之在夏季含有较多的制冷剂组分，在冬季含有较多的二氧化碳组分。那么，将会解决电动汽车制冷和热泵系统工质不匹配的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，以解决传统制冷剂工质不能同时适用于电动汽车制冷/热泵系统的难题，以保持电动汽车的新风空调系统在夏季和冬季都处于高效节能的运行状态。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
提出一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，包括分液冷凝器1、节流阀2、蒸发器3、压缩机4、储液罐5、控制阀av1、控制阀bv2。所述系统运行时，工质在蒸发器3中加热增温，经压缩机4增压至冷凝压力后，在分液冷凝器1中放热降温，随后在节流阀2中等焓节流降压，完成循环。
分液冷凝器1含有一个旁路出口和一个主出口。
分液冷凝器1的旁路出口设置一个支路，支路由控制阀bv2，储液罐5和控制阀av1依次串联而成。
在不同的使用需求下，根据制冷/热泵的模式转换，通过开闭控制阀调节循环工质组分中制冷剂的含量。
组分调节完毕后，储液罐5所在的旁路不再发挥作用，控制阀av1和控制阀bv2均处于关闭状态，系统为最基本的制冷/热泵循环结构。
所述分液冷凝器1可进行气液分离操作，实现组分的调控。
所述组分可调控的制冷/热泵系统包含两个工作模式，可分别适应夏季制冷/冬季供热的需求，工作过程如下：
(1)夏季制冷模式：首先打开控制阀av1，将储液罐5中液体全部排出，使循环工质中制冷剂含量处于较高状态，以适应夏季制冷需求；之后关闭控制阀av1和控制阀bv2，系统以富制冷剂工质维持高效运行状态。
(2)冬季供热模式：控制阀bv2打开，先收集分液所得的富制冷剂工质进入储液罐5；之后关闭控制阀av1和控制阀bv2，保持循环工质中二氧化碳含量处于较高状态，以适应冬季供热需求。
本发明的有益效果是：
本发明所述系统通过简单控制实现了工质组分调控，使之分别适用于夏季制冷和冬季供热，不仅提高了电动汽车新风系统的运行效益，同时在系统结构上并未做太多复杂的调整，在占用空间和自身重量方面相比于传统车用空调系统都未有大幅修改，具有较高的应用潜力和市场价值。
附图说明
所示附图是本发明实施的示意图(图中虚化部分表示工质不流通区域)：
图1为富制冷剂工质组分调整示意图；
图2为富制冷剂工质运行的制冷循环示意图；
图3为富二氧化碳工质组分调整示意图；
图4为富二氧化碳工质运行的热泵循环示意图；
图5为模式切换流程示意图；
其中：1-分液冷凝器、2-节流阀、3-蒸发器、4-压缩机、5-储液罐、v1-控制阀a、v2-控制阀b。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，如图1-5所示，所述系统包括分液冷凝器1、节流阀2、蒸发器3、压缩机4、储液罐5、控制阀a v1和控制阀b v2。分液冷凝器1含有一个旁路出口和一个主出口，分液冷凝器1主要起气液分离、调控组分的作用。分液冷凝器1的主出口依次连接节流阀2、蒸发器3和压缩机4入口，压缩机4出口连接至分液冷凝器1入口，形成循环回路。分液冷凝器1旁路出口经过控制阀bv2连接至储液罐5入口，储液罐5出口经过控制阀av1，与分液冷凝器1的主出口合并连接至节流阀2。
通过控制阀的开断可实现循环工质组分的调整，进而实现两种运行模型的高效运行，同时满足不同的使用制冷/加热需求。所述系统主要用于电动汽车新风的制冷和加热。
所述一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统的两种工作模式的工作过程如下：
(1)夏季制冷模式：当系统从供热模式到制冷模式转变时，首先打开控制阀av1，使储液罐5中的富制冷剂工质汇入循环系统；此时，系统中工质组分呈现出富制冷剂状态，有利于制冷循环的高效运行。当储液罐中工质全部排出后，关闭控制阀av1和控制阀bv2。工质在节流阀2中等焓节流，接着在蒸发器3中吸热，为新风降温，向车内提供冷风，随后在压缩机4中增压至冷凝压力，最后在分液冷凝器1中被外界冷源降温，实现一个循环过程。在整个过程中，分液冷凝器1并不执行分液冷凝操作，同普通分液冷凝器运行过程相同。
(2)冬季供热模式：当系统从制冷模式到供热模式转变时，打开控制阀bv2，关闭控制阀av1，先在分液冷凝器1中进行分液冷凝操作，富制冷剂工质被排入储液罐5进行捕集；此时，从分液冷凝器1出口排出的工质为富二氧化碳工质。经过一段时间的分液冷凝操作后，循环运行工质将会呈现较高的富二氧化碳状态。接着，关闭控制阀bv2，表示组分调控过程完成。富二氧化碳工质首先在节流阀2中等焓节流，接着在蒸发器3中被外界热源加热，随后在压缩机4中增压至冷凝压力，最后在分液冷凝器1中加热新风，向车内提供热风，实现一个循环过程。当控制阀bv2关闭后，分液冷凝器1不执行分液冷凝操作，同普通分液冷凝器运行过程相同。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，主要用于电动汽车新风的制冷和加热，其特征在于：包括分液冷凝器(1)、节流阀(2)、蒸发器(3)、压缩机(4)、储液罐(5)和控制阀，其中：
二氧化碳混合工质首先在节流阀(2)中等焓节流，接着在蒸发器(3)中吸热，随后在压缩机(4)中增压至冷凝压力，最后在分液冷凝器(1)中放热。
2.如权利要求1所述的一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，其特征在于：分液冷凝器(1)含有一个旁路出口和一个主出口。
3.如权利要求1所述的一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，其特征在于：分液冷凝器(1)的旁路出口设置一个支路，支路由控制阀b(v2)，储液罐(5)和控制阀a(v1)依次串联而成。
4.如权利要求1所述的一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，其特征在于：在不同的使用需求下，根据制冷/热泵的模式转换，通过开闭控制阀调节循环工质组分中制冷剂的含量。
5.如权利要求1所述的一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，其特征在于：组分调节完毕后，储液罐(5)所在的旁路不再发挥作用，控制阀a(v1)和控制阀b(v2)均处于关闭状态，系统为最基本的制冷/热泵循环结构。
6.如权利要求1所述的一种组分可调控的二氧化碳混合工质制冷/热泵系统，其特征在于：所述系统可根据不同季节和车用需求，通过组分调控，实现制冷和热泵功能的转换和运行，包括以下实施步骤：
夏季制冷模式：首先打开控制阀a(v1)，将储液罐(5)中液体全部排出；之后关闭控制阀a(v1)和控制阀b(v2)，保持循环工质为富制冷剂状态，以适应夏季制冷需求；
冬季供热模式：控制阀b(v2)打开，收集分液所得的富制冷剂工质进入储液罐(5)；之后关闭控制阀a(v1)和控制阀b(v2)，保持循环工质为富二氧化碳状态，以适应冬季供热需求。
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