CN113619351A - 一种电动汽车热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车热泵空调系统，包括压缩机、第一部室外换热器、室内换热器，压缩机的出口端分别与第一部室外换热器和室内换热器的第一端可控地相连通或中断，所述第一部室外换热器和室内换热器的第二端均连通回压缩机的入口端，还包括第二部室外换热器，所述第二部室外换热器与第一部室外换热器相邻近地设置，且所述第一部室外换热器和第二部室外换热器之间设置鼓风机；其可以在压缩机不停机、持续供热的条件下有效除去室外换热器表面多余的霜，使室外换热器表面的霜晶保持独立分散的状态，提高室外换热器的换热效率。

Description

一种电动汽车热泵空调系统

技术领域

本发明涉及汽车空调技术领域，尤其涉及一种电动汽车热泵空调系统。

背景技术

新能源汽车空调系统在冬季室外低温高湿的环境下，运行时室外换热器表面会结霜，从而会导致换热效率下降。所以，寻找一种高效的除霜抑霜方法备受国内外学者关注。

在成霜初期，独立分散的霜晶类似于肋片，可以起到强化传热的作用，但随着时间的推移，整个冷表面逐渐被霜晶覆盖，形成连续的霜层。

发明人在研究过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

目前由于电动汽车存在电池能量密度低的先天性弊端，所以电动汽车对热泵空调的除霜要求更高，要满足其能耗要低、除霜速度快、舒适性好的要求。相变储能除霜需引入储能部件，大大提高除霜速度，但由于其储能效率原因导致能耗过高；逆向除霜利用逆卡诺循环达到除霜目的，但是机械冲击大，且持续从车室内吸收大量热量，车内温度波动较大；热气旁通除霜依靠压缩机的蓄热和功耗提供除霜热量，由于吸气温度、压缩机输入功率的衰减以及吸、排气压力差较小都会导致排气温度在霜层融化阶段不断下降，使旁通除霜的后劲不足，除霜速度下降明显。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车热泵空调系统，其可以在压缩机不停机、持续供热的条件下有效除去室外换热器表面多余的霜，使室外换热器表面的霜晶保持独立分散的状态，提高室外换热器的换热效率。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种电动汽车热泵空调系统，包括压缩机、第一部室外换热器、室内换热器，压缩机的出口端分别与第一部室外换热器和室内换热器的第一端可控地相连通或中断，所述第一部室外换热器和室内换热器的第二端均连通回压缩机的入口端；其特征在于在：还包括第二部室外换热器，所述第二部室外换热器与第一部室外换热器相邻近地设置，且所述第一部室外换热器和第二部室外换热器之间设置鼓风机，所述鼓风机可将第二部室外换热器冷凝散发的热量吹向所述第一部室外换热器，以除去或减弱第一部室外换热器外表面的结霜；所述第二部室外换热器的第一端通过阀门与压缩机出口端连通，所述第二部室外换热器的第二端通过单向膨胀阀与所述第一部室外换热器的第二端连通，所述单向膨胀阀为从第二部室外换热器流向第一部室外换热器的方向。

所述室内换热器侧部也可安装有鼓风机，用于吹送热量在汽车内部空间充分流动。

所述第一部室外换热器的第二端与所述室内换热器的第二端之间的通路上还设置有双向膨胀阀，所述双向膨胀阀使得第一部室外换热器和室内换热器之间可互为承担蒸发器的作用。

所述电动汽车热泵空调系统还包括气液分离器、过滤器和四通阀，所述压缩机的出口端依次连接过滤器和四通阀，所述四通阀的两个端口分别连通第一部室外换热器和室外换热器，所述四通阀的另一个端口连通气液分离器，所述气液分离器的出口连通所述压缩机的入口端；所述四通阀可使得其四个端口两两连通，从而控制第一部室外换热器、室内换热器与压缩机及气液分离器之间的连通或切断。

所述第二部室外换热器与压缩机出口端之间的阀门包括一个通断控制阀和一个电磁阀，所述通断控制阀受控的实现压缩机与第二部室外换热器之间流路的通断，所述电磁阀用于控制流通状态下从压缩机出口端流向第二部室外换热器的流体流量。

所述电动汽车热泵空调系统还包括控制器，所述控制器控制压缩机动作，且控制电磁阀、通断控制阀、单向膨胀阀、双向膨胀阀的开闭；所述控制器还用于控制两个鼓风机的启停。

在第一部室外换热器外表面处还设置有温度传感器，所述温度传感器将信号传到控制器，控制器根据信号判断何时开启除霜模式及控制电磁阀的开度。所述信号为温度，设定当第一部室外换热器表面的霜晶保持独立分散的状态时，此时的温度为除霜温度，当控制器接收到温度传感器传来的温度低于设定的除霜温度时，控制器开启开启系统除霜；当温度信号高于设定的除霜温度时，停止系统除霜操作。

进一步的，所述电磁阀为12V电磁阀。

进一步的，所述第一部室外换热器、第二部室外换热器、室内换热器为平行流换热器或管式换热器。

进一步的，所述压缩机为电动涡旋压缩机。

本发明提供的技术方案的有益效果是：在压缩机不停机，四通阀不换向，可持续向车内供热的前提下，有效除去室外换热器表面多余的霜，使室外换热器表面的霜晶保持独立分散的状态，解决了逆向除霜法供热间断、系统可靠性差以及热气旁通法热量不足、除霜不彻底的问题。

附图说明

图1是本发明的电动汽车热泵空调系统示意图；

图2是本发明的电动汽车热泵空调系统制冷模式示意图；

图3是本发明的电动汽车热泵空调系统制热模式示意图；

图4是本发明的电动汽车热泵空调系统控制流程示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1—第一部室外换热器； 2—第二部室外换热器；

3—单向膨胀阀； 4—鼓风机；

5—电磁阀； 6—阀门；

7—气液分离器； 8—四通阀；

9—过滤器； 10—压缩机；

11—控制器； 12—双向膨胀阀；

13—室内换热器； 14—温度传感器。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士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及功效。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供的一种电动汽车热泵空调系统为一款冷热两用型汽车空调系统，参照图1，是本发明的电动汽车热泵空调系统示意图，一种电动汽车热泵空调系统，其特征在于在：包括第一部室外换热器1、第二部室外换热器2、单向膨胀阀3、鼓风机4、电磁阀5、阀门6、气液分离器7、四通阀8、过滤器9、压缩机10、控制器11、双向膨胀阀12、室内换热器13、温度传感器14；所述压缩机10出口端分别与第一部室外换热器1入口端、第二部室外换热器2入口端、室内换热器13入口端可控地相连通或中断；所述第二部室外换热器2经单向膨胀阀3与所述第一部室外换热器1连通，所述单向膨胀阀3为从第二部室外换热器2流向第一部室外换热器1的方向；所述压缩机10的出口还连接有过滤器9和四通阀8，所述四通阀8的两个端口分别连通第一部室外换热器1和室外换热器13，所述四通阀8的另一个端口连通气液分离器7，所述气液分离器7的出口连通所述压缩机10的入口；所述第一部室外换热器1和室外换热器13均连通回所述压缩机10的入口，且第一部室外换热器1和室外换热器13之间还通过双向膨胀阀12连通；所述过滤器9位于压缩机10和四通阀8之间；所述第一部室外换热器1和第二部室外换热器2相邻近地设置，且所述第一部室外换热器1和第二部室外换热器2之间设置鼓风机4，所述鼓风机4用于将第二部室外换热器2冷凝散发的热量吹向所述第一部室外换热器1。

所述压缩机10与第二部室外换热器2之间设有阀门6与电磁阀5，阀门6和电磁阀5控制压缩机10与第二部室外换热器2之间流路的通断。所述四通阀8可使得其四个端口两两连通。还包括控制器11，所述控制器11控制压缩机10动作，且控制电磁阀5、阀门6、单向膨胀阀3、双向膨胀阀12的开闭；所述控制器11还用于控制鼓风机4的启停。所述室外换热器13外侧也安装有鼓风机4。所述室内换热器13、第一部室外换热器1分别经四通阀8与气液分离器7入口端相连，所述四通阀8控制流路的通断；所述气液分离器7出口端与压缩机10入口端相连。本发明设计的空调系统具有三种运行模式，除霜模式、制热模式、制冷模式。

除霜模式：该模式仅在制热模式下运行，在该模式下，第二部室外换热器2工作，高温高压的制冷剂气体从压缩机10出口端经过阀门6和电磁阀5进入第二部室外换热器2，在第二部室外换热器2冷凝成液体后进入单向膨胀阀3，节流后变成低温低压的制冷剂，在第一部室外换热器1内蒸发成为气体，之后通过四通阀8到气液分离器7，最终回到压缩机10。

制热模式：在该模式下，除霜模式同时运行，如图3所示，阀门6开启、压缩机10出口分为两路，高温高压的制冷剂气体从压缩机10出口经过过滤器9去除管路中的杂质后经过四通阀8进入室内换热器13，在室内换热器13内冷凝成液体后进入双向膨胀阀12，经双向膨胀阀12节流后变成低温低压的制冷剂，然后流动至第一部室外换热器1内蒸发成为气体，之后经过气液分离器7回到压缩机10。同时，第一部室外换热器1表面的温度传感器14的信号传到控制器11，控制器11控制阀门6、电磁阀5的开启或关闭，同时控制电磁阀5的开度大小，以调节进入第二部室外换热器2内的流量。阀门6开启后开始除霜，高温高压的制冷剂气体从压缩机10出口端经过电磁阀5进入第二部室外换热器2，在第二部室外换热器2冷凝成液体后进入单向膨胀阀3，节流后变成低温低压的制冷剂，在第一部室外换热器1内蒸发成为气体，之后通过四通阀8到气液分离器7，最终回到压缩机10。在该模式下，四通阀8的连接第一部室外换热器1的端口与连接气液分离器7的端口连通、连接过滤器9的端口与连接室内换热器13的端口连通。

制冷模式：如图2所示，是本发明的电动汽车热泵空调系统制冷模式示意图，高温高压的制冷剂气体从压缩机10出口经过过滤器9去除管路中的杂质后经过四通阀8进入第一部室外换热器1，在第一部室外换热器1内冷凝成液体后进入双向膨胀阀12，节流后变成低温低压的制冷剂，在室内换热器13内蒸发成为气体，之后通过四通阀8到气液分离器7，最终回到压缩机10。此模式下，阀门6关闭，四通阀8的四个端口中连接过滤器9的端口与连接第一部室外换热器1的端口连通、连接气液分离器7的端口与连接室内换热器13的端口连接。

在三种工作模式下，所述的第一部室外换热器1、第二部室外换热器2、室内换热器13的工作状况如表1所示：

工作模式	第一部室外换热器	第二部室外换热器	室内换热器
				制热加除霜模式	作为蒸发器工作	作为冷凝器工作	作为冷凝器工作
制冷模式	作为冷凝器工作	不工作	作为蒸发器工作

表1

在三种工作模式下，所述的单向膨胀阀3、双向膨胀阀12、阀门6、电磁阀5的切换状态如表2所示：

工作模式	单向膨胀阀	双向膨胀阀	阀门	电磁阀
					制热加除霜模式	开	开	开	开
制冷模式	关	开	关	关

表2

如表1，制热模式下，第一部室外换热器1为蒸发器，第二部室外换热器2为冷凝器，室内换热器13为冷凝器。制冷模式下，第一部室外换热器1为冷凝器，第二部室外换热器2不工作，室内换热器13为蒸发器。除霜模式下，第二部室外换热器2开始工作，制冷剂在第二部室外换热器2冷凝放热，此部分热量用于除去第一部室外换热器1表面多余的霜。蒸发器和冷凝器原理属于本领域技术人员的公知常识，不再详述。

如图4所示，是本发明的电动汽车热泵空调系统控制流程示意图，控制器11控制流程如下：第一部室外换热器1表面的温度传感器14将信号传到控制器11，控制器11根据信号判断何时开启除霜模式及电磁阀5开度。当第一部室外换热器1表面的霜晶保持独立分散的状态时，设此时的温度为除霜温度。若第一部室外换热器1表面的温度低于除霜温度，开启除霜模式。阀门6开启，控制器11根据信号控制电磁阀5开度，高温高压的制冷剂气体从压缩机10出口端经过电磁阀5进入第二部室外换热器，制冷剂在第二部室外换热器2冷凝放热，此部分热量用于除去第一部室外换热器1表面多余的霜，周而复始直至温度传感器14传来的信号显示第一部室外换热器1表面温度高于除霜温度。若第一部室外换热器1表面的温度高于除霜温度，阀门6不开启，直至温度传感器14传来的信号显示第一部室外换热器1表面温度低于除霜温度时，开启除霜模式。阀门6是否开启以及电磁阀5开度随第一部室外换热器1表面温度变化，控制器11时刻根据信号进行判断，从而实现对阀门6、电磁阀5的控制，使第一部室外换热器1表面的霜晶保持独立分散的状态。

以上虽结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但并不局限于本发明的保护范围，所属领域的技术人员应明白，在本发明的技术方案基础上，本领域的技术人员无需付出创造性劳动就可对本发明的各种等效结构或等效流程进行修改或变形，或直接或间接应用于其他相关技术领域，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车热泵空调系统，包括压缩机、第一部室外换热器、室内换热器，压缩机的出口端分别与第一部室外换热器和室内换热器的第一端可控地相连通或中断，所述第一部室外换热器和室内换热器的第二端均连通回压缩机的入口端；其特征在于在：还包括第二部室外换热器，所述第二部室外换热器与第一部室外换热器相邻近地设置，且所述第一部室外换热器和第二部室外换热器之间设置鼓风机；所述第二部室外换热器的第一端通过阀门与压缩机出口端连通，所述第二部室外换热器的第二端通过单向膨胀阀与所述第一部室外换热器的第二端连通，所述单向膨胀阀为从第二部室外换热器流向第一部室外换热器的方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征还在于，所述第一部室外换热器的第二端与所述室内换热器的第二端之间的通路上还设置有双向膨胀阀。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征还在于，还包括气液分离器、过滤器和四通阀，所述压缩机的出口端依次连接过滤器和四通阀，所述四通阀的两个端口分别连通第一部室外换热器和室外换热器，所述四通阀的另一个端口连通气液分离器，所述气液分离器的出口连通所述压缩机的入口端；所述四通阀可使得其四个端口两两连通。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征还在于，所述第二部室外换热器与压缩机出口端之间的阀门包括一个通断控制阀和一个电磁阀。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征还在于，还包括控制器，所述控制器控制压缩机动作，且控制电磁阀、通断控制阀、单向膨胀阀、双向膨胀阀的开闭。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征还在于，在第一部室外换热器外表面处还设置有温度传感器，所述温度传感器将信号传到控制器，所述信号为温度信号，该温度信号与设定温度进行对比以判断是否应该除霜，所述设定温度为当第一部室外换热器表面的霜晶保持独立分散的状态时的温度。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征还在于，所述第一部室外换热器、第二部室外换热器、室内换热器为平行流换热器或管式换热器；所述压缩机为电动涡旋压缩机。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征还在于，所述室内换热器侧部也安装有鼓风机。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征还在于，该系统包括除霜模式、制热模式和制冷模式；其中：

除霜模式与制热模式同步运行：在该模式下，第二部室外换热器与压缩机之间的阀门处于开启状态，第一部室外换热器作为蒸发器工作，第二部室外换热器作为冷凝器工作，室内换热器作为冷凝器工作；

制冷模式：在该模式下，第二部室外换热器与压缩机之间的阀门处于关闭状态，第一部室外换热器作为冷凝器工作，第二部室外换热器不工作，室内换热器作为蒸发器工作。

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