CN114459171A - 低温热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温热泵系统,该低温热泵系统包括:压缩机、第一换热器、组合阀、第一节流元件、室外换热器、第二换热器以及第四换热器;低温热泵系统在第八模式下,压缩机、第一换热器、第一节流元件及第四换热器依序连通形成第十回路;压缩机、第一换热器、组合阀及室外换热器依序连通形成第十一回路;组合阀和室外换热器的支路与第一节流元件和第四换热器的支路并联。本发明在低温热泵系统的第八模式中,第十回路实现制热除湿,第十一回路从大气环境吸热的换热器,从而可以提高低温热泵系统中气态制冷剂的占比,能够同时实现制热除湿,和提升乘车的舒适度。
Description
技术领域
本发明涉及热泵管理系统技术领域,尤其涉及一种低温热泵系统。
背景技术
随着新能源汽车的高速发展,热泵系统越来越受到汽车主机厂的青睐。在新能源汽车空调系统中,热泵系统是实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气和空气净化等的装置。它可以为乘车人员提供舒适的乘车环境,降低驾驶员的疲劳强度,提高行车安全。
随着新能源汽车的高速发展,热泵系统越来越多地被应用在汽车空调系统中。除湿模式下,吹入乘客舱的风温度较低,乘客舒适度不佳。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种低温热泵系统以改善除湿模式下乘客舒适度不佳的技术问题。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:
根据本发明的实施例,提供了一种低温热泵系统,包括:压缩机、第一换热器、组合阀、第一节流元件、室外换热器以及第四换热器;
所述低温热泵系统在第八模式下,所述压缩机、所述第一换热器、所述第一节流元件及所述第四换热器依序连通形成第十回路;所述压缩机、所述第一换热器、所述组合阀及所述室外换热器依序连通形成第十一回路;所述组合阀和所述室外换热器的支路与所述第一节流元件和所述第四换热器的支路并联;所述第一节流元件和组合阀用于降温降压。
由以上技术方案可见,本发明在低温热泵系统的第八模式中,第十回路实现制热除湿,第十一回路从大气环境吸热的换热器,从而可以提高低温热泵系统中气态制冷剂的占比,能够同时实现制热除湿,和提升乘车的舒适度。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本发明。
附图说明
图1是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统的结构示意图;
图2是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在制热模式下制冷剂流动路径,其中实线部分表示流动路径;
图3是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在电池加热模式下循环液流动路径示意图,其中实线部分表示流动路径;
图4是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在低温辅热模式下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图,其中实线部分表示流动路径;
图5是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在第一电池冷却模式下制冷剂流动路径和循环液流动路径示意图,其中实线部分表示流动路径;
图6是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在第二电池冷却模式下循环液流动路径示意图,其中实线部分表示流动路径;
图7是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在制冷模式下制冷剂流动路径,其中实线部分表示流动路径;
图8是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在第一除湿模式下制冷剂流动路径,其中实线部分表示流动路径;
图9是本发明一示例性实施例示出的一种低温热泵系统在第二除湿模式下制冷剂流动路径,其中实线部分表示流动路径。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明,本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面结合附图,对本发明的低温热泵系统作详细说明,在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示,本发明实施例的低温热泵系统100包括:压缩机1、第一电磁阀11、第一换热器2、组合阀4、室外换热器5、第二换热器6、第二电磁阀12以及冷却液回路。当然,低温热泵系统100还可以包括多个元器件及控制阀,通过控制阀的控制可以使本发明的低温热泵系统100可以实现制冷、加热、换气、除湿和冷却电池等。
如图2所示,低温热泵系统100模式在第一模式下,压缩机1、第一电磁阀11、第一换热器2、组合阀4、室外换热器5、第二换热器6及第二电磁阀12依序连通形成第一回路。其中,第一换热器2为冷凝器,该第二换热器6还连通于冷却液回路,用于从冷却液回路吸热,即可以吸收来自加热电池单元24后的热流的流量,从而可以提供系统热量利用率,满足低温环境下的制热需求。需要说明的是,本发明实施例中,顺序连通仅说明各个器件之间连接的顺序关系,而各个器件之间还可包括其他器件,例如截止阀等。另外,本发明的循环液的类型可根据需要选择,例如,循环液可为水、油等能够进行换热的物质或者水和乙二醇的混合液或者其他能够进行换热的混合液。
本实施例的第一模式为制热模式,在制热模式下,压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的制冷剂,高温高压的气态制冷剂进入冷凝器,高温高压的制冷剂在冷凝器中与空气流换热,制冷剂释放热量,热空气进入格栅风道(图中未示出)并被送入车厢内,提高车厢温度,从而提供舒适的乘车环境。此时,制冷剂则发生相变而冷凝成液态或气液两相制冷剂。制冷剂流出冷凝器,进入组合阀4,降温降压变成低温低压的制冷剂,低温低压的制冷剂进入室外换热器5和第二换热器6,室外换热器5吸收外部空气流中的热量,第二换热器6吸收冷却液回路中的热量,而后相变成低压气态制冷剂,然后回流至压缩机1,实现制冷剂的循环利用。
其中,室外换热器5和第二换热器6可以根据需要选择风冷换热器的类型,本发明对此不作限定。本发明的低温热泵系统100还包括配合于室外换热器5的风扇51,该风扇51用于为第一换热器2散热,从而可以提高第一换热器2的换热效率。
另外,压缩机1的进口处可设置气液分离器8,以便对回流的制冷剂进行分离,将其中的液态部分储藏于气液分离器8内,而低温低压的气态制冷剂部分则进入压缩机1重新压缩,实现制冷剂的循环利用。当然,针对一些新型的压缩机1,也可以不设置气液分离器8。本发明中以压缩机1的进口处设置气液分离器8来进一步对低温热泵系统100的结构进行阐述。
其中,该组合阀4在本发明的低温热泵系统100中可以起到降温降压的作用,一般有可包括节流管阀、普通的热力膨胀阀或电子膨胀阀等。本实施例通过设置组合阀4,实现对制冷剂回路的优化,减少低温热泵系统100中的管道的铺设量。本发明的组合阀4包括并联连接的电子膨胀阀4a和单向阀4b,在制热模式下,组合阀4中电子膨胀阀4a开启,单向阀4b截止。需要说明的是,本发明实施例中,在各模式下,只可能存在膨胀阀和单向阀4b中的一个开启,另一个截止。
如图1所示,该低温热泵系统100还包括第三换热器7、第三电磁阀13、第一节流元件14、第二节流元件15及第四换热器3。其中,该第一节流元件14和第二节流元件15可以均选用电子膨胀阀,第四换热器3可以选用蒸发器。
压缩机1的出口包括两条支路,一条支路经第一电磁阀11、第一换热器2,而后分别连向组合阀4、第一节流元件14及第二节流元件15,组合阀4再依序连通室外换热器5、第二换热器6、气液分离器8及压缩机1,第一节流元件14依序连通第四换热器3、气液分离器8及压缩机1,第二节流元件15依序连通第三换热器7、气液分离器8及压缩机1;另一条支路经过第二电磁阀12、第二换热器6、气液分离器8及压缩机1。其中,通过对第一电磁阀11、第二电磁阀12、第三电磁阀13、第一节流元件14及第二节流元件15的启闭实现所在支路的通断,从而实现不同模式的切换。
如图2所示,在制热模式下,第一电磁阀11和第二电磁阀12开启,第三电磁阀13、第一节流元件14及第二节流元件15关闭。制冷剂回路的流动路径包括:压缩机1→第一电磁阀11→第一换热器2→组合阀4→室外换热器5→第二换热器6→第二电磁阀12→气液分离器8→压缩机1。
本发明的冷却液回路包括通过管路连通并形成第二回路的连接的泵21和电池单元24。其中,第二换热器6连接于第二回路中。在一可选实施例中,该第二换热器6为板式换热器,该第二换热器6分别连接连通在制热模式和冷却液回路的第二回路中,从而实现了两者之间的热量传递。
进一步地,低温热泵系统100还包括第一截止阀25、第二截止阀26、散热水箱27及三通阀28。该冷却液回路还包括通过管路连通并形成第三回路的泵21、电加热器23、电池单元24、第一截止阀25及第三换热器7。冷却液回路还包括通过管路连通并形成第四回路的连接的泵21、电加热器23、电池单元24、第二截止阀26及散热水箱27。其中,第二回路、第三回路和第四回路通过三通阀28并联。其中,三通阀28的第一出口通向电池单元24、第二出口通向第二换热器6、第三出口分别通向第三换热器7和散热水箱27。
该冷却液回路还包括连通泵21的膨胀水箱22,该膨胀水箱22用于为冷却液回路中循环液回路的供液,并能够收容和补偿循环液回路中循环液的胀缩量。
如图3所示,在第三回路连通的情况下,即泵21、电加热器23、电池单元24、第一截止阀25、第三换热器7及三通阀28依序连通形成第三回路,该低温热泵系统100处于第二模式。循环液回路的流动路径包括:泵21→电加热器23→电池单元24→第一截止阀25→第三换热器7→三通阀28→泵21。该第二模式为电池加热模式,在电池加热模式中,通过电加热器23和第三换热器7可以使电池单元24实现加热。
如图4所示,在第一回路和第二回路均连通的情况下,该低温热泵系统处于第三模式。该第三模式为低温辅热模式,第一换热器2为冷凝器,泵21与电池单元24之间还连接有电加热器23。低温辅热模式一般与制热模式同时使用,能够解决某些热泵(制热模式)超低温不能满足制热的问题。当热泵不能达到取暖要求时,第二换热器6和电加热器23相结合,预热空气,从而使得制热模式实现更加顺利,加快车厢的制热效果。
在低温辅热模式下,制冷剂回路的流动路径包括:压缩机1→第一电磁阀11→第一换热器2→组合阀4→室外换热器5→第二换热器6→第二电磁阀12→气液分离器8→压缩机1。循环液回路的流动路径包括:泵21→电加热器23→电池单元24→第二换热器6→三通阀28→泵21。在低温辅热模式下,泵21中的循环液进入电加热器23加热,电加热器23输出高温的循环液进入第二换热器6,在空气流的作用下,实现对车厢的加热。
如图5所示,该低温热泵系统100第四模式下,压缩机1、第三电磁阀13、室外换热器5、组合阀4、第一节流元件14、第四换热器3形成第五回路;压缩机1、第三电磁阀13、室外换热器5、组合阀4、第二节流元件15、第三换热器7形成第六回路;其中,第四换热器3为蒸发器,第三换热器7还连接于第三回路中,组合阀4中电子膨胀阀4a关闭且单向阀4b开启。该实施例中,第四模式为第一电池冷却模式,电池单元24制冷与车厢制冷共用同一第三换热器7。
在第一电池冷却模式下,制冷剂回路的流动路径包括:压缩机1→第三电磁阀13→室外换热器5→组合阀4→第一节流元件14→第四换热器3→气液分离器8→压缩机1,该制冷剂回路还包括与组合阀4连通的另一支路,该支路包括组合阀4→第二节流元件15→第三换热器7→气液分离器8→压缩机1。其中,第一节流元件14和第四换热器3与第二节流元件15和第三换热器7并联。循环液回路的流动路径包括:泵21→电池单元24→第一截止阀25→第二电加热器23→三通阀28→泵21。其中,图示中的电加热器23处于非工作状态。
在第一电池冷却模式下,压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂,高温高压的气态制冷剂进入室外换热器5,高温高压的制冷剂在室外换热器5中与室外空气流换热,制冷剂释放热量,释放的热量被空气流带到外环境空气中,制冷剂则发生相变而冷凝成液态或气液两相制冷剂。制冷剂流出室外换热器5,进入组合阀4膨胀,降温降压变成低温低压的制冷剂。低温低压的制冷剂进入第三换热器7,与第三换热器7中的循环水液进行换热,吸收水循环液的热量,从而对电池单元24进行降温,制冷剂则发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂,回流入压缩机1,实现制冷剂的循环利用。另一支路中,制冷剂则通过蒸发器发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂,回流入压缩机1,实现制冷剂的循环利用。
如图6所示,低温热泵系统100在第五模式下,泵21、电池单元24、第二截止阀26、散热水箱27及三通阀28依序连通形成第七回路。循环液回路的流动路径包括:泵21→电池单元24→第二截止阀26→散热水箱27→三通阀28→泵21。其中,该第五模式为第二电池冷却模块,图示中的电加热器23处于非工作状态。在该电池冷却剂中,循环液在循环过程中,通过散热水箱27以使循环液降温,从而对电池单元24实现降温。
如图7所示,低温热泵系统100在第六模式下,压缩机1、第三电磁阀13、室外换热器5、组合阀4、第一节流元件14及第四换热器3依序连通形成第八回路。其中,第四换热器3为蒸发器,组合阀4中电子膨胀阀4a关闭,单向阀4b开启。该第六模式为制冷模式,在制冷模式下,第三电磁阀13和第一节流元件14开启,第一电磁阀11、第二电磁阀12、第二节流元件15关闭。制冷剂回路的流动路径包括:压缩机1→第三电磁阀13→室外换热器5→组合阀4→第一节流元件14→第四换热器3→气液分离器8→压缩机1。
在制冷模式下,压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂,高温高压的气态制冷剂进入室外换热器5,高温高压的制冷剂在室外换热器5中与室外空气流换热,制冷剂释放热量,释放的热量被空气流带到室外环境空气中,制冷剂则发生相变而冷凝成液态或气液两相制冷剂。制冷剂流出室外换热器5,进入组合阀4膨胀,降温降压变成低温低压的制冷剂。低温低压的制冷剂进入蒸发器,在空气流的作用下,冷空气被送入车厢内,降低车厢温度,提供舒适的乘车环境。制冷剂则发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂,回流入压缩机1,实现制冷剂的循环利用。
如图8所示,低温热泵系统100在第七模式下,压缩机1、第一电磁阀11、第一换热器2、第一节流元件14及第四换热器3依序连通形成第九回路。该第七模式为第一除湿模式,第一换热器2为冷凝器,除湿模式一般只有冬季除湿时使用。其中,第一电磁阀11第一节流元件14开启,第二电磁阀12、第三电磁阀13及第二节流元件15关闭。制冷剂回路的流动路径包括:压缩机1→第一电磁阀11→第一换热器2→第一节流元件14→第四换热器3→气液分离器8→压缩机1。
在第一除湿模式下,压缩机1将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂,高温高压的气态制冷剂进入冷凝器,高温高压的制冷剂与冷凝器中的循环水液进行换热,具体而言,制冷剂释放热量,将冷凝器中的循环水液加热成热水高温的循环液(相对于加热之前的冷凝器中的循环液的温度)。冷却后的制冷剂流向第四换热器3,在空气流的作用下,冷空气进入格栅风道(未图示)并被送入车厢内,实现除湿功能,提供舒适的乘车环境。制冷剂则发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂,回流入压缩机1,实现制冷剂的循环利用。
如图9所示,低温热泵系统100在第八模式下,压缩机1、第一电磁阀11、第一换热器2、第一节流元件14及第四换热器3依序连通形成第十回路;压缩机1、第一电磁阀11、第一换热器2、组合阀4、室外换热器5、第二换热器6及第二电磁阀12依序连通形成第十一回路。该第八模式为第二除湿模式,第一换热器为冷凝器,第四换热器为蒸发器。其中,组合阀4、室外换热器5、第二换热器6及第二电磁阀12的支路与第一节流元件14和第四换热器3的支路并联。其中,第一电磁阀11、第二电磁阀12和第一节流元件14开启,第三电磁阀13及第二节流元件15关闭。制冷剂回路的流动路径包括:压缩机1→第一电磁阀11→第一换热器2→第一节流元件14→第四换热器3→气液分离器8→压缩机1。该制冷剂回路的流动路径还包括:压缩机1→第一电磁阀11→第一换热器2→组合阀4→室外换热器5→第二换热器6→第二电磁阀12→气液分离器8→压缩机1。
在第二除湿模式下,该第二除湿模式在第一除湿模式的基础下还增加了将第四换热器3中的循环水液加热成热水高温的循环液,冷却后的制冷剂流向组合阀4,降温降压变成低温低压的制冷剂,低温低压的制冷剂进入第二换热器6,与第二换热器6中的循环水液进行换热,吸收水循环液的热量,而后制冷剂进入气液分离器8,制冷剂则发生相变而大部分蒸发成低温低压的气态制冷剂,回流入压缩机1,实现制冷剂的循环利用。同时实现除湿功能,提供舒适的乘车环境。
再次参照图1,该低温热泵系统100还包括箱体(即空调箱)101。其中,第一换热器2和第四换热器3设于箱体101内。进一步地,低温热泵系统100还可包括挡板102,该挡板102设于第一换热器2和第四换热器3之间,从而可控制吹向第一换热器2的风量,以控制吹向车厢的冷风大小或者热风大小。
本发明实施例中,第四换热器3远离挡板102的一侧还设有风机103,用于加快空气流的流动,提高空调系统的工作效率。本实施例中,风机103与第四换热器3相对,通过控制风机103的启闭,可控制吹向第一换热器2和第四换热器3的风量。在空气湿度较大的情况下,若只需要除湿,则可通过控制挡板102的位置,使得挡板102能够完全阻隔第一换热器2和风机103,使得风机103吹出的风无法直接吹向第一换热器2。其中,风机103可选择为鼓风机103或者其他。另外,空调箱内的风门可设也可不设,对空调系统均无影响。空调箱内部结构内部的简单化,使得风道阻力大大降低,可以节省风机103的功率消耗,提高续航里程。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由本申请的权利要求指出。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种低温热泵系统,其特征在于,包括:压缩机、第一换热器、组合阀、第一节流元件、室外换热器以及第四换热器;
所述低温热泵系统在第八模式下,所述压缩机、所述第一换热器、所述第一节流元件及所述第四换热器依序连通形成第十回路;所述压缩机、所述第一换热器、所述组合阀及所述室外换热器依序连通形成第十一回路;所述组合阀和所述室外换热器的支路与所述第一节流元件和所述第四换热器的支路并联;所述第一节流元件和组合阀用于降温降压。
2.根据权利要求1所述的低温热泵系统,其特征在于,所述低温热泵系统还包括第二换热器和冷却液回路;
所述低温热泵系统在第八模式下,所述压缩机、所述第一换热器、所述组合阀、所述室外换热器及所述第二换热器依序连通形成第十一回路;其中,所述第二换热器还连通于所述冷却液回路,用于从所述冷却液回路吸热。
3.根据权利要求2所述的低温热泵系统,其特征在于,所述冷却液回路包括通过管路连通并形成第二回路的连接的泵和电池单元,通过管路连通并形成第三回路的泵、电池单元、第一截止阀及第三换热器,以及通过管路连通并形成第四回路的连接的泵、电池单元、第二截止阀及散热水箱;
其中,所述第二换热器连接于所述第二回路中,所述第二回路、所述第三回路和所述第四回路通过三通阀并联。
4.根据权利要求3所述的低温热泵系统,其特征在于,所述低温热泵系统在第二模式下,所述第三回路连通,所述压缩机处于关闭状态。
5.根据权利要求3所述的低温热泵系统,其特征在于,所述低温热泵系统在第一模式下,所述压缩机、所述第一换热器、所述组合阀、所述室外换热器及所述第二换热器依序连通形成第一回路。
6.根据权利要求5所述的低温热泵系统,其特征在于,所述第二回路还包括电加热器;
所述低温热泵系统在第三模式下,所述第一回路连通,所述第二回路连通,所述电加热器开启。
7.根据权利要求3所述的低温热泵系统,其特征在于,所述低温热泵系统还包括第二节流元件;
所述低温热泵系统在第四模式下,所述压缩机、所述室外换热器、所述组合阀、所述第一节流元件及所述第四换热器依序连通形成第五回路;所述压缩机、所述室外换热器、所述组合阀、所述第二节流元件及所述第三换热器依序连通形成第六回路;
其中,所述第三回路连通,所述第三换热器与所述第三回路换热,所述组合阀处于导通状态,所述第一节流元件和所述第二节流元件用于降温降压。
8.根据权利要求3所述的低温热泵系统,其特征在于,所述低温热泵系统在第五模式下,所述泵、所述电池单元、所述第二截止阀、所述散热水箱及所述三通阀依序连通形成第七回路。
9.根据权利要求1所述的低温热泵系统,其特征在于,所述低温热泵系统在第六模式下,所述压缩机、所述室外换热器、所述组合阀、所述第一节流元件及所述第四换热器依序连通形成第八回路;
所述低温热泵系统在第七模式下,所述压缩机、所述第一换热器、所述第一节流元件及所述第四换热器依序连通形成第九回路。
10.根据权利要求1所述的低温热泵系统,其特征在于,所述低温热泵系统还包括第一电磁阀和第二电磁阀;
所述低温热泵系统在第八模式下,所述压缩机、所述第一电磁阀、所述第一换热器、所述第一节流元件及所述第四换热器依序连通形成第十回路;所述压缩机、所述第一电磁阀、所述第一换热器、所述组合阀、所述室外换热器及第二电磁阀依序连通形成第十一回路。
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