CN118168190A - 一种车载全天候压缩机及热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车载热泵系统领域，具体为一种车载全天候压缩机，包括压缩机的本体、控制器和蒸发组件，所述控制器连接在本体的进气端，所述蒸发组件连接在控制器远离本体的一端或本体的进气端；所述蒸发组件上设置有吸气口和出气口，所述出气口与进气端的进气口连通；所述蒸发组件的壳体与控制器或本体的进气端连接形成密闭的腔体；所述腔体内设置有换热管道及多个加热元件，所述换热管道的一端与吸气口连接，另一端通往出气口；所述换热管道围绕并抵触连接加热元件。通过将蒸发组件集成至压缩机，在极端低温下，冷媒通过蒸发组件加热后回流入压缩机的低压腔内，保证压缩机的正常运行，使得压缩机的运行不受外界环境温度的影响，可以全天候运行。

Description

一种车载全天候压缩机及热泵系统

技术领域

本发明涉及车载热泵系统技术领域，特别涉及一种车载全天候压缩机及热泵系统。

背景技术

常规热泵压缩机有控制器和压缩机本体组成，压缩机本体包含多段外壳、电机、传动部件、压缩部件，多段外壳上设置吸气口和排气口，压缩部件由动涡旋盘和静涡旋盘组成。现有电动汽车热泵空调采用常规热泵压缩机，其使用环境温度最低到-10℃，如果环境温度低于-10℃，车外蒸发器从环境中汲取的热量很有限，容易造成吸气带液，损坏压缩机。为避免这种状况发生，系统一般会设计吸气压力过低保护。

目前在环境温度-10℃以下，电动汽车主要采用PTC电加热器对乘客舱和电池进行辅热（典型系统如图9）。由于需要单独的PTC 辅热系统，因此系统结构复杂、空间要求较大；又如专利：具有极端温度加热能力和高效预处理的最佳源电动汽车热泵（专利号US20190070924A1），系统原理如图10所示，虽然可以解决-10℃以下环境温度压缩机吸气压力过低的问题，但需要马达超高转速和高扭矩需求。其带来的后果是，其一，压缩机运动部件在超高转速下强度和润滑性能会变差，给可靠性带来挑战。另外，对马达能力有更高要求，在常规制热和制冷时，马达效率变差，压缩机性能降低，同时马达和电控成本也会增加。

发明内容

本发明目的是：提供一种车载全天候压缩机及热泵系统，以解决热泵系统在极端低温环境下吸气带液以及现有技术中热泵系统成本高、占用空间大以及压缩机运行不稳定等问题。

本发明的技术方案是：一种车载全天候压缩机，包括压缩机的本体、控制器和蒸发组件，所述控制器连接在本体的进气端，所述蒸发组件连接在控制器远离本体的一端或本体的进气端；所述蒸发组件上设置有吸气口和出气口，所述出气口与进气端的进气口连通；

所述蒸发组件包括壳体，所述壳体与控制器或本体的进气端连接形成密闭的腔体；所述腔体内设置有换热管道及多个加热元件，所述换热管道的一端与吸气口连接，另一端通往出气口；所述换热管道围绕并抵触连接加热元件。

优选的，所述换热管道远离吸气口的一端设置在腔体内，且远离出气口。

优选的，多个所述加热元件并列设置有多排，所述换热管道围绕加热元件呈S形盘排布设置。

优选的，包括设置在汽车的座舱蒸发器和座舱冷凝器，设置在座舱外的液冷冷凝器和换热器；所述座舱冷凝器和液冷冷凝器均与压缩机的排气端连接，所述座舱蒸发器和换热器与蒸发组件的吸气口连接。

优选的，至少包括三种冷媒回流模式：

制冷模式时，所述液冷冷凝器同时与座舱蒸发器及换热器串联，且座舱蒸发器与换热器并联；

制热模式且环境温度在预设温度以上时，所述座舱冷凝器与液冷冷凝器并联且同时与换热器串联；

制热模式且环境温度在预设温度以下时，所述座舱冷凝器与液冷冷凝器并联，二者同时与换热器串联，且座舱冷凝器和液冷冷凝器的冷媒出口端还通过第二通道与吸气口连接。

优选的，在所述制热模式且环境温度在预设温度以下时，所述液冷冷凝器对汽车电池进行预热。

优选的，在所述制热模式且环境温度在预设温度以下时，所述换热器对汽车电池和/或电机进行冷却。

优选的，在所述制冷模式时，所述液冷冷凝器通过其液冷向环境散热；控制器根据电池冷却需求开通所述换热器。

优选的，在所述制热模式且环境温度在预设温度以上时，所述换热器通过其液冷向环境吸热，控制器根据电池预热需求开通所述液冷冷凝器对电池进行预热。与现有技术相比，本发明的优点是：

（1）通过将蒸发组件集成至压缩机，在极端低温下，冷媒通过蒸发组件加热后回流入压缩机的低压腔内，保证压缩机的正常运行；蒸发器组件可以提高进入压缩机冷媒的压力和温度，使得压缩机的运行不受外界环境温度的影响，可以全天候运行；

（2）相较于传统的PTC辅助加热的热泵系统，降低了系统的占用空间，降低了成本，也能够降低汽车电池的电能的消耗；相较于传统的热气旁通压缩机的热泵系统，无需高转速和高扭矩的马达，降低成本，避免了马达效率差而导致压缩机性能降低的问题的发生，且在常规制热或制冷时，只需要关闭蒸发组件的加热即可；

（3）将蒸发组件集成至压缩机，可以取消传统的气液分离器的使用，降低热泵系统占用空间的同时，还降低了系统的成本；另外，将蒸发组件连接在控制器处，还能够对控制器起到冷却作用，进一步提升压缩机使用的稳定性。

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为本发明所述车载全天候压缩机结构示意图；

图2为本发明所述蒸发组件的结构示意图；

图3为本发明所述热泵系统的结构示意图；

图4为本发明所述制冷工况时热泵系统冷媒流向结构示意图；

图5为本发明所述-10℃以上制热工况时热泵系统冷媒流向结构示意图；

图6为本发明所述-10℃以下制热工况时热泵系统冷媒流向结构示意图；

图7为本发明所述热气旁通方案的压缩机相关参数示意图；

图8为本发明所述采用蒸发组件集成压缩机方案的压缩机相关参数示意图；

图9为PTC辅助加热的热泵系统结构示意图；

图10为采用热气旁通的热泵系统的结构示意图。

其中：本体1，进气口11，控制器2，蒸发组件3，腔体3a，吸气口31，出气口32，壳体33，换热管道34，加热元件35。

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：

如图1、图2所示，一种车载全天候压缩机，包括压缩机的本体1、控制器2和蒸发组件3，控制器2连接在本体1的进气端，蒸发组件3连接在控制器2远离本体1的一端，蒸发组件3也可以直接与压缩机本体1的进气端连接。蒸发组件3上设置有吸气口31和出气口32，出气口32与进气端的进气口11连通。控制器2还与蒸发组件3及压缩机本体1电性连接，控制器2可控制蒸发组件3和压缩机的工作状态。

蒸发组件3包括壳体33，壳体33与控制器2连接处设置有密封条，二者连接后形成密闭的腔体3a，当然壳体33内部也可设置中空腔体3a，使得壳体a直接与控制器2或本体1连接。腔体3a内设置有换热管道34及多个加热元件35，换热管道34的一端与吸气口31连接，另一端设置在腔体3a内，且远离出气口32；换热管道34围绕并抵触连接加热元件35。

本实施例中，冷媒经由吸气口31进入，沿换热管道34流动，同时加热元件35为热源对换热管道34内的冷媒进行加热。因换热管道34的出口处远离出气口32，因此，冷媒流出换热管道34后进入腔体3a，由腔体3a流入出气口32的过程中，再次途经加热元件35，对加热元件35的残余热量再次进行吸收，提高了加热元件35热量的有效利用率。同时蒸发组件3与控制器2连接，冷媒流动时，还可以带走控制器2温度，实现对控制器2的散热冷却，以提高控制器2的稳定性。其中，加热元件35与控制器进行电气连接，加热元件35可以是电热丝、热敏电阻、导电涂料或者是电热膜等。

加热元件35和换热管道34在腔体3a内有多种排列方式，本实施例中多个加热元件35为并列设置了多排，换热管道34截面为近似方形贴合且围绕加热元件35呈S形盘排布设置。在其他优选实施例中，加热元件35和换热管道34也可以设置成其他形状或其他排列及连接方式。

如图3所示，一种包含上述车载全天候压缩机的热泵系统，包括设置在汽车乘客舱内的座舱蒸发器和座舱冷凝器，设置在座舱外的液冷冷凝器和换热器。座舱冷凝器和液冷冷凝器均与压缩机的排气端连接，座舱蒸发器和换热器与蒸发组件3的吸气口31连接。本实施例中，热泵系统至少包括三种冷媒回流模式：

如图4所示，制冷模式时，液冷冷凝器同时与座舱蒸发器及换热器串联，且座舱蒸发器与换热器并联。本实施例中，制冷时蒸发组件3内的加热元件35无需启动，液冷冷凝器通过其液冷向环境散热；若电池和/或电机有冷却需求，可通过换热器进行换热冷却。

如图5所示，制热模式且环境温度在预设温度以上时，座舱冷凝器与液冷冷凝器并联且同时与换热器串联。本实施例中，预设温度可以设置在-10℃，当环境温度在-10℃以上时，蒸发组件3内的加热元件35无需启动，换热器通过其液冷向环境吸热；当电池有预热需求时，通过液冷冷凝器进行预热。

如图6所示，制热模式且环境温度在预设温度以下时，座舱冷凝器与液冷冷凝器并联，二者同时与换热器串联，且座舱冷凝器和液冷冷凝器的冷媒出口端还通过第二通道与吸气口31连接。本实施例中，预设温度可以设置在-10℃，当环境温度在-10℃以下时，当电池有预热需求时，液冷冷凝器对汽车电池进行预热；当电池或电机有冷却需求时，换热器对汽车电池和/或电机进行冷却。

基于上述的结构及连接基础，以下对采用蒸发组件3集成压缩机的热泵系统与传统的采用热气旁通技术的热泵系统通过数据仿真模拟进行对比，以进一步进行说明。设置参数环境温度为-20℃，出风温度57.5℃以及热量需求为7KW时，如图7-图8所示，可知，采用蒸发组件3集成压缩机的热泵系统对压缩机马达的功率要求较低；而采用热气旁通方案需要7KW功率以上及转速达12000RPM以上的超高转速马达，额外增加了电控成本。另外，增加了高价值的热气旁通阀；且在制冷工况或普通的制热工况（如-10℃以上）时，马达效率差，导致压缩机的性能降低，其中HCOP为热效率。

在使用成本上，虽然压缩机集成蒸发组件3，增加了压缩机的成本。但是，相较于传统的PTC辅助加热方案，没有PTC水加热器以及配置的换热器、电动水泵及水壶等装置、管路减少3m左右，成本仍然是有极大的降低。相较于传统的热气旁通方案，无需采用超高转速马达的压缩机，取消了气液分离器且冷媒管路减少1m左右，成本也是有极大的降低。

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 (9)

1.一种车载全天候压缩机，其特征在于：包括压缩机的本体、控制器和蒸发组件，所述控制器连接在本体的进气端，所述蒸发组件连接在控制器远离本体的一端或本体的进气端；所述蒸发组件上设置有吸气口和出气口，所述出气口与进气端的进气口连通；

所述蒸发组件包括壳体，所述壳体与控制器或本体的进气端连接形成密闭的腔体；所述腔体内设置有换热管道及多个加热元件，所述换热管道的一端与吸气口连接，另一端通往出气口；所述换热管道围绕并抵触连接加热元件。

2.根据权利要求1所述的一种车载全天候压缩机，其特征在于：所述换热管道远离吸气口的一端设置在腔体内，且远离出气口。

3.根据权利要求1所述的一种车载全天候压缩机，其特征在于：多个所述加热元件并列设置有多排，所述换热管道围绕加热元件呈S形盘排布设置。

4.一种包含权利要求1所述的车载全天候压缩机的热泵系统，其特征在于：包括设置在汽车的座舱蒸发器和座舱冷凝器，设置在座舱外的液冷冷凝器和换热器；所述座舱冷凝器和液冷冷凝器均与压缩机的排气端连接，所述座舱蒸发器和换热器与蒸发组件的吸气口连接。

5.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：至少包括三种冷媒回流模式：

制冷模式时，所述液冷冷凝器同时与座舱蒸发器及换热器串联，且座舱蒸发器与换热器并联；

制热模式且环境温度在预设温度以上时，所述座舱冷凝器与液冷冷凝器并联且同时与换热器串联；

制热模式且环境温度在预设温度以下时，所述座舱冷凝器与液冷冷凝器并联，二者同时与换热器串联，且座舱冷凝器和液冷冷凝器的冷媒出口端还通过第二通道与吸气口连接。

6.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于：在所述制热模式且环境温度在预设温度以下时，所述液冷冷凝器对汽车电池进行预热。

7.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于：在所述制热模式且环境温度在预设温度以下时，所述换热器对汽车电池和/或电机进行冷却。

8.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于：在所述制冷模式时，所述液冷冷凝器通过其液冷向环境散热；控制器根据电池冷却需求开通所述换热器。

9.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于：在所述制热模式且环境温度在预设温度以上时，所述换热器通过其液冷向环境吸热，控制器根据电池预热需求开通所述液冷冷凝器对电池进行预热。