CN116988982A - 集成热管理部件的多合一压缩机及热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种集成热管理部件的多合一压缩机及热泵系统，包括进气端和排气端，所述进气端上设置有回气口，所述排气端设置有端盖，所述端盖上设置有换热组件，所述换热组件连接于进气端和排气端设置，所述换热组件包括连接在端盖上的换热管道和与换热管道连通的回路管道；所述换热管道远离回路管道的一端与储液器连接，所述回路管道远离换热管道的一端与回气口连接。冬季启动时，端盖热量可以快速加热由喷液口进入的冷媒，冷媒快速循环到吸气口，可以保证压缩机运行的最小的吸气压力，可以使压缩机运行在较高转速，以实现快速制热。

Description

集成热管理部件的多合一压缩机及热泵系统
技术领域
本发明涉及热泵系统技术领域，特别涉及一种集成热管理部件的多合一压缩机及热泵系统。
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，在热泵系统中增加旁通支路，将排气端的高温高热量气体通过旁通支路回到进气端，提升回气压力，增大系统制热量。但是此种方法压缩机的排气温度很高，对可靠性提出了更高的要求，进一步的增加了压缩机及热泵系统的制造成本；另外，现有技术中，有将储液器内低焓值的液体经过喷液阀后冷却旁通支路的冷媒，再经过气液分离器进入压缩机，以使得压缩机的进气端的进气温度达到合理的范围，进而避免排出温度过高，但不管哪种方法，都要使用到旁通阀，旁通阀价格比较昂贵，同时占用了较大的系统空间。
现有的解决方式中，也有采用PTC电热丝辅助加热，价格比较昂贵，成本在近千元到上千元不等，而且除冬季外，PTC很少用到，占用了较大的系统空间，同时，对新能源汽车的耗能较大，也会降低了续航能力。
因此，如何在低温工况下保证快速制热的同时，减少能量的损失，提高能量利用率，还能够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：提供一种集成热管理部件的多合一压缩机及热泵系统，将储液器直接与压缩机连接，通过换热组件对压缩机散失的能量进行回收，以解决现有技术中低温工况下制热效率低，压缩机整体相对耗能高等问题；也替代了传统的旁通阀和旁通支路或PTC加热装置，降低了热泵系统的生产成本。
本发明的技术方案是：一种集成热管理部件的多合一压缩机，包括进气端和排气端，所述进气端上设置有回气口，所述排气端设置有端盖，所述端盖上设置有换热组件，所述换热组件连接于进气端和排气端设置，所述换热组件包括连接在端盖上的换热管道和与换热管道连通的回路管道；
所述换热管道远离回路管道的一端与储液器连接，所述回路管道远离换热管道的一端与回气口连接。
优选的，所述端盖上设置有出气口和喷液口，所述换热管道和回路管道远离回气口的一端通过出气口连接；所述换热管道远离出气口的一端与喷液口连接。
优选的，所述换热管道包括依次连接的入口管、连接管和出口管，所述入口管与喷液口连接，其远离喷液口的一端为辐条状延伸，且分别与环形设置的多个连接管连接；多个所述连接管还通过出口管连通，所述出口管远离连接管的一端与出气口连接。
优选的，所述换热管道设置在排气端的内部。
优选的，所述换热管道为螺旋式设置，且抵触连接在端盖外侧。
优选的，所述排气端还包括连接在端盖内侧的密封盖，所述换热管道是由端盖内侧设置的螺旋形槽和端盖之间形成的密闭腔体形成。
一种热泵系统，包括上述的压缩机。
优选的，所述储液器与喷液口连接，所述储液器和喷液口之间设置有电磁阀。
与现有技术相比，本发明的优点是：
（1）冬季启动时，端盖热量可以快速加热由喷液口进入的冷媒，冷媒快速循环到吸气端，可以保证压缩机运行的最小的吸气压力，可以使压缩机运行在较高转速，以实现快速制热；
（2）相较于现有技术中的设置热气旁通支路的压缩机：现有技术是将排气端的气体分流返回进入进气端，以提高进气端的吸气密度；而本发明是通过储液器中的冷媒吸收端盖的热量，以提高进气端的吸气密度，在同等蒸发侧能量条件下，压缩机功耗会降低，制热效率会提高，进而提高新能源车的续航能力；
另外，也替代了旁通支路和旁通阀，极大的降低了热泵系统的占用体积及生成成本；
（3）通过换热组件的设置，低焓值的液路经过端盖时，经过换热，排气温度降低，同时由于换热后的气体焓值比吸气焓值低，因此也同时避免了吸气过热，使得压缩机的排气端的温度降低，避免压缩机润滑油碳化等情况的发生，提高压缩机的使用寿命；
（4）此热泵压缩机比常规的压缩机运行的环境温度更低：常规的热泵压缩机，由于外界环境温度低，蒸发侧换热能力有限，导致进气端压力过低，压缩机无法快速提升转速，甚至无法运行；而本发明中，由于使用排气端对冷媒进行快速加热，能够保持进气端压力，进气压力可以不受环境温度影响，因此可以在更低温度下运行；
（5）相较于传统的PTC辅助加热，极大的降低了成本及热泵系统的占用空间，同时增加了新能源汽车的续航能力。
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的多合一压缩机结构示意图；
图2为本发明所述实施例1中的端盖的结构示意图；
图3为本发明所述实施例2中的端盖的结构示意图；
图4为本发明所述实施例3中的端盖的结构示意图；
图5为现有技术的热泵系统的原理图；
图6为本申请的热泵系统的原理图；
图7为应用换热组件和旁通支路两种方式时，质量流量比与压缩机排气温度关系示意图；
图8为应用换热组件、旁通支路和PTC辅助加热三种方式时压缩机制热量的示意图。
其中：进气端1，回气口11，吸气口12，排气端2，端盖3，出气口31，喷液口32，排气口33，换热组件4，换热管道41，入口管411，连接管412，出口管413，回路管道42，螺旋形槽43，电控部分5。
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，一种集成热管理部件的多合一压缩机，包括进气端1和排气端2，进气端1上设置有回气口11。排气端2设置有端盖3，端盖3上设置有出气口31、喷液口32和换热组件4，换热组件4连接于进气端1和排气端2设置。换热组件4包括连接在端盖3上的换热管道41和与换热管道41连接的回路管道42。
其中，回路管道42的两端分别与回气口11和出气口31连接，换热管道41的两端分别与出气口31和喷液口32连接，且换热管道41和回路管道42是连通的。
进气端1上还设置有吸气口12，吸气口12通过气液分离器与热泵系统中的蒸发器连接；回气口11可以与吸气口12并列设置，有利于吸气口12和回气口11进入的气体的快速混合，同时也利于减小压缩机的整体占用空间。端盖3上还设置有排气口33，排气口33与热泵系统中的冷凝器连接。喷液口32通过热力膨胀阀和（或）电磁阀等阀体与储液器连接。进气端1远离排气端2的一侧设置有电控部分5，以控制压缩机的运行。进气端1和排气端2共同构成压缩机的本体，其内部包括马达、传动部分、涡旋组件等机构。
如图2所示，换热管道41包括依次连接的入口管411、连接管412和出口管413，入口管411与喷液口32连接，其远离喷液口32的一端为辐条状延伸，且分别与环形设置在多个连接管412连接；多个连接管412还通过出口管413连通，出口管413远离连接管412的一端与出气口31连接。换热管道41设置在排气端2的内部。
本实施例中，喷液口32设置在端盖3的居中处，出气口31设置在端盖3的侧方；换热管道41和回路管道42均可为铜管，其中回路管道42设置在压缩机的外部。如图2中的箭头所示，储液器的冷媒经过喷液口32进入换热管道41后，经由入口管411辐条状向四周流动至连接管412，再由连接管412汇集至出口管413。出口管413及入口管411连接喷液口32的一段直径较大，而连接管412及入口管411远离喷液口32的一段直径较小，增大了冷媒在排气端2内部的流动时间，也提高了冷媒流经的总面积，进而提高了换热效率。入口管411的辐条状部分为弯曲设置，使得换热管道41整体呈“帽”状（或“伞”状），其“帽”状的内部空间可以容纳部分压缩机的内部机构，以对压缩机的空间进行最大化的利用，同时也增加换热管道41在排气端2的内部的分布面积，极大的提高了换热能力。
需要说明的是，连接管412可以设置多个，可以与端盖3的内壁相互抵触或不抵触连接；入口管411可设置多处辐条状结构，多处辐条状结构的入口管411可分为多组，每组中的辐条状结构的入口管411为圆周均匀排列，其一组辐条状结构入口管411与一个连接管412连接；出口管413同时连通多个连接管412。当然，换热管道41的结构也可以是螺旋状、盘状等，其材质也可以是铜合金等其它材质。换热管道41也可嵌入在端盖3的内部。
以上述结构的压缩机及热泵系统为例进行具体分析，相较于传统的具有热气旁通功能的热泵系统，如图5-6所示：
图5为现有技术的热泵系统的原理图，现有技术的热泵系统，储液器通过电磁阀等阀体结构连接气液分离器，储液器中的液体冷媒先与蒸发器及旁通支路中流出的冷媒混合，再经过气液分离器后进入压缩机的吸气口。旁通支路流经的冷媒是由压缩机排气端的腔体内分流而来。此种结构的热泵系统，储液器出来的冷媒的作用主要包括：一是冷却压缩机的进气端，进而冷却压缩机的排气端，避免压缩机的温度过高而影响压缩机使用性能；二是增加进气端进入气体冷媒的密度和吸气压力，进而快速的提高压缩机的转速，达到快速制热的目的。
图6为本申请中的热泵系统的原理图，本申请的热泵系统，储液器通过电磁阀和（或）热力膨胀阀等阀体结构直接与压缩机的换热组件4连接，液体冷媒通过喷液口32首先进入压缩机的排气端2，在排气端2加热气化后，再通过回路管道42进入压缩机的进气端1。其加热气化的过程实际是热交换的过程，将排气端2多余的能量进行利用，一方面，增加了进气端1的吸气密度，进而达到快速制热的目的，另一方面，对压缩机的排气端2直接进行冷却。
现有技术的旁通支路对压缩机排气端2排出的气体进行了分流，进入冷凝器的高焓值冷媒减少，且排气温度还会随着旁通支路流量的增大而升高，即达到相同的制热能力时，需要增加压缩机的功率消耗，同时，压缩机的热量很大部分通过壳体等散发出去，进一步增加了压缩机的功率消耗。而本申请通过换热组件4对排气端2多余的热量进行利用，不减少进入冷凝器的冷媒，且排气温度会随着换热组件4流量的增大而降低，减小了壳体散发出去的热量；且混合后气体密度相对于现有技术小，因此压缩机的功耗也会变小，使得制热效率高。
具体分析：如7-8图所示，设定条件为：新能源车所处环境温度-10℃，27cc压缩机，蒸发温度-20℃，冷凝温度77℃，压缩机转速3000rpm,过热10K，过冷5K，车辆蒸发器达到其最大负载754W，同时吸气压力保护值设定为0.15Mpa。
图7中可知，当换热组件4工作时，开启喷液，低焓值的液路经过端盖3换热后，使排气温度降低，液路冷媒焓值增大，吸气压力上升。当换热组件4中回路的流量质量比例达到10%时，吸气压力达到0.15Mpa，压缩机可以安全运行，同时排气温度也会降低约5℃。当继续提升换热组件4流经的质量流量比例时，吸气压力继续上升、排气温度继续下降。而现有技术提升旁通支路的质量流量比例时，排气端2的温度是持续上升的，若长期使用，有压缩机润滑油碳化风险。
如图8所示，随着换热组件4的流量增加，冷凝器的制热量增大，大致成线性比例。当质量流量比例增大到25%时，系统的制热量也随之增加约12.3%，系统的COP在1.70以上，远远大于PTC电热丝辅助加热理论效率1。实际应用时可以适当提高压缩机的转速，达到和PTC电热丝辅助加热相当的制热量，因此可以完全替代PTC电热丝辅助加热，降低制造的整体成本。也能够避免旁通支路流量增大导致的压缩机的排气温度过高的问题。
实施例2
如图3所示，以实施例1中的结构为基础，换热管道41为螺旋式设置，且抵触连接在端盖3外侧。
本实施例中，换热管道41为贴合端盖3设置，以对端盖3上散发的热量进行换热，同时也对端盖3处进行冷却。换热管道41也可以嵌设在端盖3的外部。喷液口32设置在端盖3的居中处，使得冷媒经由喷液口32进入后，沿螺旋形的换热管道41流动，与端盖3有充分的接触，增大换热效果。
实施例3
如图4所示，以实施例1的结构为基础，排气端2还包括连接在端盖3内侧的密封盖，换热管道41是由端盖3内侧设置的螺旋形槽43和端盖3之间形成的密闭腔体形成。
本实施例中，端盖3和压缩机的连接处设置有密封盖（图中未画出），端盖3和密封盖连接时，刚好将螺旋形槽43覆盖并密封形成换热管道41。喷液口32进入的冷媒经过换热管道41时，直接与端盖3接触，具有更好的换热和冷却效果。喷液口32设置在端盖3的中部，使得冷媒进入后，沿螺旋形槽43形成的换热管道41流动，有充足的时间进行换热，增大换热效果。
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 (7)

1.一种集成热管理部件的多合一压缩机，包括进气端和排气端，所述进气端上设置有回气口，所述排气端设置有端盖，其特征在于：所述端盖上设置有换热组件，所述换热组件连接于进气端和排气端设置，所述换热组件包括连接在端盖上的换热管道和与换热管道连通的回路管道；
所述换热管道远离回路管道的一端与储液器连接，所述回路管道远离换热管道的一端与回气口连接；
所述端盖上设置有出气口和喷液口，所述换热管道和回路管道远离回气口的一端通过出气口连接；所述换热管道远离出气口的一端与喷液口连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成热管理部件的多合一压缩机，其特征在于：所述换热管道包括依次连接的入口管、连接管和出口管，所述入口管与喷液口连接，其远离喷液口的一端为辐条状延伸，且分别与环形设置的多个连接管连接；多个所述连接管还通过出口管连通，所述出口管远离连接管的一端与出气口连接。
3.根据权利要求2所述的一种集成热管理部件的多合一压缩机，其特征在于：所述换热管道设置在排气端的内部。
4.根据权利要求1所述的一种集成热管理部件的多合一压缩机，其特征在于：所述换热管道为螺旋式设置，且抵触连接在端盖外侧。
5.根据权利要求1所述的一种集成热管理部件的多合一压缩机，其特征在于：所述排气端还包括连接在端盖内侧的密封盖，所述换热管道是由端盖内侧设置的螺旋形槽和端盖之间形成的密闭腔体形成。
6.一种热泵系统，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的压缩机。
7.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于：所述储液器与喷液口连接，所述储液器和喷液口之间设置有电磁阀。
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