CN116787997B - 一种新能源汽车用热泵压缩机及热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源汽车用热泵压缩机，包括进气段，本体段和排气段，所述进气段上设置有进气口；所述排气段上设置有排气口，所述排气口与热泵系统中的冷凝器连接，所述压缩机上设置有热气旁通组件，所述热气旁通组件包括：与进气段连接的混合腔，所述混合腔上端连接有吸气口，所述吸气口与热泵系统中的蒸发器连接；与排气段连接的旁通支路，所述旁通支路远离排气段的一端与混合腔连接。通过混合腔的设置，可取代系统中的气液分离器；从吸气口进入的液体部分由于重力存储在混合腔的底部，可防止液体直接进入压缩机导致液击，且随着温度升高混合腔底部的液体汽化，可随吸气口进入的气体进入压缩机，避免了液体集聚，进一步避免液击发生。

Description

一种新能源汽车用热泵压缩机及热泵系统

技术领域

本发明涉及汽车配件技术领域，特别涉及一种新能源汽车用热泵压缩机及热泵系统。

背景技术

近年来新能源汽车的快速发展，也对其配件产生了越来越高的要求。现有的新能源汽车的热泵系统，在冬季或低温工况下制热时，由于外界温度低，压缩机的转速无法快速提升到较高的水平，否者容易产生液击；同时由于蒸发温度也非常低，压缩机吸气的密度小，冷媒流量小，系统的制热量无法满足快速制热需求。

现有的解决方式是，在热泵系统中增加热气旁通通道（其原理如图11所示），将压缩机排出的高温高压气体的一部分分流经过热气旁通循环变成过热的低压气体；同时将储液器内低焓值液体经喷液阀后冷却旁通之路的冷媒，使其达到合理的温度范围，再经过气液分离器回到压缩机的吸气端。这种方法可以提升压缩机入口制冷剂的温度，防止压缩机液击，同时提升制冷剂的密度从而提升流量，使得压缩机可以运行到更高的转速，增加系统的制热量。

但此种方式成本相对较高，系统所需空间较大，且管道设置较长，为减少热量的流失，还需要在管道上包裹保温棉，进一步增大占用空间；管道、管道弯角及气阀多，冷媒经过时产生的阻力损失和温度损失也多，导致压缩机的总功率增加；另外，在控制上，压缩机、节流阀等，需要不同的电控系统，较为复杂，且不同的电控系统之间的配合要求相对较高。

在现有的解决方式中，也有通过设置PTC辅助加热装置达到快速制热，但是PCT辅助加热装置成本较高，且对于新能源汽车耗能较大。

因此，如何在保证制热效率的同时，减少热泵系统的占用空间及功率损失，简化控制及降低生产成本，是本领域技术人员需要考虑的问题。

发明内容

本发明目的是：提供一种新能源汽车用热泵压缩机及热泵系统，通过旁通支路及喷液口等机构的设置，提高吸气密度，稳定吸气压力，实现在低温下稳定且快速的制热，同时解决现有技术中新能源汽车的热泵系统占用空间大，功率损失大，控制系统复杂及配件成本高等问题。

本发明的技术方案是：一种新能源汽车用热泵压缩机，包括进气段，本体段和排气段，所述进气段上设置有进气口；所述排气段上设置有排气口，所述排气口与热泵系统中的冷凝器连接，所述压缩机上设置有热气旁通组件，所述热气旁通组件包括：

与进气段连接的混合腔，所述混合腔上端连接有吸气口，所述吸气口与热泵系统中的蒸发器连接；

与排气段连接的旁通支路，所述旁通支路远离排气段的一端与混合腔连接。

优选的，所述混合腔上连接有喷液口，且其与混合腔的连接处位于吸气口和进气口的下方。

优选的，所述混合腔贴合设置在进气段外壁上，且覆盖进气口；

所述吸气口设置在混合腔外壁上，且其在进气段外壁上的投影与进气口不重叠。

优选的，所述混合腔设置在进气段的内部，所述进气口设置在混合腔的内壁上，所述吸气口设置在进气段的外壁上，且其在混合腔内壁上的投影与进气口不重叠；

所述喷液口设置在进气段的外壁上。

优选的，所述混合腔为环形腔体且设置在进气段和本体段之间，所述进气口设置在混合腔的内环壁和/或侧壁上。

优选的，所述混合腔设置在排气段的端部，且通过第四通道与进气口连接；所述第四通道与混合腔的连接处在喷液口的上方。

优选的，所述旁通支路包括节流阀，所述节流阀通过第一通道与排气段连接，通过第二通道与混合腔连接。

优选的，所述节流阀包括电机，所述电机通过第一阀座连接有阀杆，所述阀杆上设置有连通第一通道和第二通道的第三通道，所述电机驱动阀杆转动，可调整第三通道和第一通道的重叠面面积，实现流量的调节。

优选的，所述节流阀包括与第二通道连接的阀针，所述阀针远离第二通道的一端穿过第二阀座设置有双金属片，所述双金属片上设置有热敏电阻，通过所述热敏电阻的温度控制双金属片的弯曲，而控制阀针和第二通道的开合及开度的大小，实现流量调节。

一种新能源汽车热泵系统，采用上述的热泵压缩机。

与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）相较于传统的热泵系统，取消了气液分离器，管道长度减少至少1米（主要在气液分离器处的管路，此外还减少管路上用于保温的保温棉的用量），管道上的弯角至少减少4个，减小了热泵系统的占用空间；

管道损耗由传统的4%-5%降低至3%-4%，降低了压缩机的功率损失；

另外，压缩机壳体通常为铸件，集成式的设计，对压缩机的结构进行了标准化，未增加压缩机的成本；同时对热泵系统也进一步的标准化，减少了热泵系统在汽车上的安装工序，进一步的降低了生产成本；

（2）通过混合腔取代系统中的气液分离器，从喷液口进入的液体部分由于重力存储在混合腔的底部，可防止液体直接进入压缩机导致液击，且随着热气旁通支路冷媒进入，温度升高，混合腔底部的液体汽化，可随吸气口进入的气体进入压缩机，也避免了液体集聚，避免液击的发生；

（3）在压缩机上集成了热气旁通功能，在低温工况的启动阶段，排气段的高温高压气体通过旁通支路进入混合腔，混合后的气体密度增大，保证了压缩机运行的最小压力，可以快速提高压缩机的转速，达到快速制热的目的；

（4）喷液口入口设置在混合腔腔体外，从其进入的低焓值液体与旁通支路进入的高热高焓值气体相混合，可以降低旁通支路进入的气体的温度，防止进气段吸气温度过高而引起的排气段排气温度过高，损坏压缩机；混合后的气体与从吸气口进入的蒸发器的气体混合或与压缩机进气段内部的低压气体混合，提高吸气密度，稳定吸气压力，实现快速制热，满足低温工况下，新能源汽车客舱的制热需求；

（5）通过调节节流阀开度的大小，开启时间等，可调节经过旁通支路的气体的压力和温度，进而调节进气段进入的混合气体的密度，以保证在不同的工况下，既满足压缩机的运行压力，又满足热泵系统的快速制热，可完全取代传统的PTC辅助加热，且热泵系统的成本更低；

（6）节流阀的电控系统可集成入压缩机的电控系统中，包括压缩机的温度、功率及转速等反馈的信号也可以并入压缩机的电控系统中，热泵系统只需要连接压缩机的电控即可，使得系统布局更加简洁，控制更加方便，进一步的降低整体成本。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述实施例1的压缩机的结构示意图；

图2为本发明所述实施例1的混合腔的剖视结构示意图；

图3为本发明所述实施例2的压缩机的结构示意图；

图4为本发明所述实施例2的混合腔的剖视结构示意图；

图5为本发明所述实施例3的压缩机的结构示意图；

图6为本发明所述实施例3的混合腔的结构示意图；

图7为本发明所述实施例4的压缩机的结构示意图；

图8为本发明所述电机驱动的节流阀的结构示意图；

图9为本发明所述电机驱动的节流阀的开度调节的结构示意图；

图10为本发明所述电热驱动的节流阀的结构示意图；

图11为现有技术中热泵系统的原理示意图。

其中：进气段1，进气口11，本体段2，排气段3，排气口31，前盖32，电控部分4，混合腔5，吸气口51，喷液口52，旁通支路6，节流阀61，电机保护壳611,第一阀座612,阀杆613，第三通道614，阀针615，第二阀座616，双金属片617，热敏电阻618，阀体619，第一通道62，第二通道63，第四通道7。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

实施例1

如图1-2所示，一种新能源汽车用热泵压缩机，包括进气段1，进气段1为低压端，其内部为低压腔，设置有进气口11；本体段2和排气段3，排气段3为高压端，其内部为高压腔，排气段3的端部有前盖32，前盖32上设置有排气口31，排气口31与热泵系统中的冷凝器连接。压缩机的马达、传动部分、压缩机构等设置在本体段2的内部；电控部分4一般设置在进气段1远离本体段2的一侧。

压缩机上设置有热气旁通组件，热气旁通组件包括：混合腔5和旁通支路6。

混合腔5贴合设置在进气段1外壁上，靠近压缩机的电控部分4，且覆盖进气口11；吸气口51设置在混合腔5外壁上，其与热泵系统中的蒸发器连接，相较于现有技术，可取消气液分离器。进气口11和吸气口51均设置在混合腔5靠近上端的位置，且是相互错开的，即其在进气段1外壁上的投影与进气口11不重叠；吸气口51的开口方向一般向上或倾斜向上，即吸气口51进入的气体会向下进入混合腔5的内部，避免吸气口51偶然进入的液体飞溅至进气口11进入低压腔。

混合腔5靠近下端处连接有喷液口52，喷液口52通过喷液阀等装置与储液器连接，且喷液口52的位置相对于吸气口51和进气口11处于下方，使得进入的液体沉积在混合腔5的底部，混合腔5起到了气液分离器的作用，避免直接由进气口11进入低压腔内部而产生液击。

旁通支路6远离排气段3的一端与混合腔5连接，旁通支路6与混合腔5的连通处位置也处于混合腔5的下端，由旁通支路6进入混合腔5的气体，先与喷液口52进入的液体混合，再与吸气口51进入的气体混合，最后通过进气口11进入；其与喷液口52进入的液体混合时，也促进了液体汽化，汽化后也随之进入低压腔。

本实施例中，喷液口52在混合腔5上的入口处正对于进气段1的外壁，喷液时对电控部分4起到了降温的作用，可避免电控部分4温度过高。旁通支路6贴合压缩机外壁设置，可减小压缩机的整体体积，也方便压缩机与热泵系统的组装或应用于新能源汽车上的安装，当然也可以通过单独管道与混合腔5连接。

在低温工况下启动运行时，由混合腔5至进气口11进入低压段的低压腔的气体（或冷媒）有三路，其一是由热泵系统中的蒸发器发出的低温低压气体或气液混合体，由吸气口51进入；其二是由旁通支路6进入的高温气体；其三是由储液罐出来的中温或低温液体，由喷液口52进入。

其中，通过对旁通支路6流量的控制，第二路的高温气体可以提高混合后冷媒的过热度和密度，以提高排气温度，实现快速制热；而第三路的中温或低温液体又可以防止冷媒的过热度过大，避免排气温度过高而损坏压缩机。需要说明的是，实际运行中，由吸气口51进入的主要是气体，而液体是极少的，在一般工况下或大部分的运行情况下，可以不考虑吸气口51进入的液体对压缩机的影响。

旁通支路6的流量控制可通过节流阀61实现，节流阀61通过第一通道62与排气段3连接，通过第二通道63与混合腔5连接。

如图8-9所示，为电机（图中未画出）驱动的节流阀61，电机通过第一阀座612连接有阀杆613，阀杆613上设置有连通第一通道62和第二通道63的第三通道614，电机驱动阀杆613转动，可调整第三通道614和第一通道62的重叠面的面积，实现流量的调节。

其中，电机可选用步进电机（图中未画出），电机外设置有电机保护壳611，电机的控制电路连接于压缩机的电控部分4，与压缩机的控制同属一个控制系统，以简化控制流程。阀杆613为圆柱形，第三通道614在阀杆613上的两个开口分别位于阀杆613的端部和侧壁上，其中端部的开口与第二通道63同轴连接，侧壁处的开口与第一通道62连接；当电机驱动阀杆613转动时，可调整侧壁上的开口与第一通道62的连通的面积，进而实现了旁通支路6的流量的调节。

如图10所示，为电热驱动的节流阀61，包括与第二通道63连接的阀针615，阀针615远离第二通道63的一端穿过第二阀座616设置有双金属片617，双金属片617上设置有热敏电阻618，通过控制热敏电阻618的温度控制双金属片617的弯曲，进而控制阀针615和第二通道63的开合及开度的大小，实现流量调节。

其中，第二阀座616通过密封螺纹连接在排气段3的前盖32上；第二阀座616远离前盖32的一端设置有阀体619，并与阀体619形成密闭的腔体；双金属片617设置在该密闭的腔体内部，其主动层在上方与热敏电阻618接触连接，被动层在下方与阀针615连接。第二阀座616靠近前盖32的一端与前盖32形成一个腔体，第一通道62和第二通道63均与该腔体连接，且阀针615远离双金属片617的一端穿过该腔体与第二通道63连接。阀针615与第二通道63连接的一端设置为锥形。

热敏电阻618的控制电路连接于压缩机的电控部分4；当需要增大旁通支路6的流量时，可控制热敏电阻618功率增加，温度上升，进而使得双金属片617上表面主动层弯曲变形加大，带动阀针615向远离第二通道63移动，打开或增大与第二通道63的开度；反之，控制热敏电阻618功率减小，温度下降，使得双金属片617的主动层弯曲变形调回，带动阀针615向靠近第二通道63方向运动，减小或关闭与第二通道63的开度，进而实现旁通支路6的流量的调节。

需要说明的是，以上列举了电机驱动和电热驱动两种节流阀61的结构，但并不应仅限于此两种结构的节流阀61，在使用中可根据压缩机的规格、安装位置等选用上述节流阀61，也可根据实际需求采用其它的阀结构，使其能够控制旁通支路6的流量即可。

实施例2

如图3-4所示，基于实施例1的结构，混合腔5设置在进气段1的内部，进气口11设置在混合腔5的内壁上，吸气口51设置在进气段1的外壁上，且其在混合腔5内壁上的投影与进气口11不重叠；喷液口52设置在进气段1的外壁上。

本实施例中，混合腔5在进气段1内部的设置，可进一步的优化压缩机的结构，方便压缩机在热泵系统内的安装及与新能源汽车的装配。

实施例3

如图5-6所示，基于实施例1的结构，混合腔5为环形腔体且设置在进气段1和本体段2之间，进气口11设置在混合腔5的内环壁和/或侧壁上。

本实施例中，混合腔5可同时作为压缩机本体段2的一部分，压缩机的内部零件如马达、传动部分等可在混合腔5的环形内圈内。进气口11可设置在混合腔5的内圈壁上，且靠近内圈的上端；进气口11也可以设置在靠近进气段1一侧的侧壁上，或者同时在混合腔5的内环壁和侧壁上开设进气口。吸气口51和喷液口52设置在混合腔5外圈外壁上，且吸气口51在喷液口52的上方；旁通支路6与混合腔5的连接处位于混合侧壁面上。本实施例的结构设计，可相应的减少本体段2和进气段1的长度，且环形混合腔5的设置也有利于混合气体吸收本体段2散发的热量，提高预余热的利用率。

实施例4

如图7所示，基于实施例1的结构，混合腔5设置在排气段3的端部，且通过第四通道7与进气口11连接；第四通道7与混合腔5的连接处在喷液口52的上方。

本实施例中，混合腔5设置在压缩机的前盖32上，旁通支路6设置在混合腔5的外壁上；混合腔5内的混合气体通过第四通道7进入进气段1的进气口11。压缩机运行时，排气段3的温度较高，能够快速的加热混合腔5内的气体，可减小节流阀61的开度，以减少旁通支路6的分流，进而增加排气口31进入热泵系统的冷凝器的流量，达到快速制热的目的。其中，第四通道7可单独设置，也可贴合或嵌入排气段3和本体段2外壁设置。实际设计中，混合腔5在端部，其体积可以相对较大，喷液口52的位置不一定处于吸气口51的下方，也可以在吸气口51的上方或同一水平面上，只要将两者的位置区分开，避免喷液口52进入的液体直接进入吸气口51即可。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种新能源汽车用热泵压缩机，包括进气段，本体段和排气段，所述进气段上设置有进气口；所述排气段上设置有排气口，所述排气口与热泵系统中的冷凝器连接，其特征在于：所述压缩机上设置有热气旁通组件，所述热气旁通组件包括：

与进气段连接的混合腔，所述混合腔上端连接有吸气口，所述吸气口与热泵系统中的蒸发器连接；

与排气段连接的旁通支路，所述旁通支路远离排气段的一端与混合腔连接；

所述混合腔上连接有喷液口，且其与混合腔的连接处位于吸气口和进气口的下方；

所述混合腔贴合设置在进气段外壁上，且覆盖进气口；

所述吸气口设置在混合腔外壁上，且其在进气段外壁上的投影与进气口不重叠。

2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用热泵压缩机，其特征在于：所述混合腔设置在进气段的内部，所述进气口设置在混合腔的内壁上，所述吸气口设置在进气段的外壁上，且其在混合腔内壁上的投影与进气口不重叠；

所述喷液口设置在进气段的外壁上。

3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用热泵压缩机，其特征在于：所述混合腔为环形腔体且设置在进气段和本体段之间，所述进气口设置在混合腔的内环壁和/或侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用热泵压缩机，其特征在于：所述混合腔设置在排气段的端部，且通过第四通道与进气口连接；所述第四通道与混合腔的连接处在喷液口的上方。

5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用热泵压缩机，其特征在于：所述旁通支路包括节流阀，所述节流阀通过第一通道与排气段连接，通过第二通道与混合腔连接。

6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车用热泵压缩机，其特征在于：所述节流阀包括电机，所述电机通过第一阀座连接有阀杆，所述阀杆上设置有连通第一通道和第二通道的第三通道，所述电机驱动阀杆转动，可调整第三通道和第一通道的重叠面面积，实现流量的调节。

7.根据权利要求6所述的一种新能源汽车用热泵压缩机，其特征在于：所述节流阀包括与第二通道连接的阀针，所述阀针远离第二通道的一端穿过第二阀座设置有双金属片，所述双金属片上设置有热敏电阻，通过所述热敏电阻的温度控制双金属片的弯曲，而控制阀针和第二通道的开合及开度的大小，实现流量调节。

8.一种新能源汽车热泵系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的热泵压缩机。