CN202338974U - 一种复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机、车外复合式气-水双热源利用装置、车内双换热装置、储液干燥器、气液分离器、低压节流阀、压缩机降温增效混气系统、动力电机余热回收系统、系统模式切换装置等。本实用新型的电动汽车空调系统用于解决目前开发的电动汽车空调系统在室外温度过低时无法正常制热和制冷系统与电加热相互配合运行的电动汽车空调系统模式耗电量过大的突出问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电动汽车空调系统,具体说是涉及一种复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统。
背景技术
随着电动汽车技术的发展,电动汽车空调对其发展的制约性也越来越大,其原因在于:由于缺少了内燃发动机,冬季制热受到很大的制约。目前开发的电动汽车空调系统在室外环境温度过低时会引起压缩机排气温度过高,使其无法在低温供热时正常运行,故基本上采用制冷系统与电加热相互配合运行的系统模式,从而大大增加了冬季供热时的耗电量,严重影响了电动汽车在北方地区的应用与普及。
发明内容
本实用新型的发明目的在于提供一种复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,以解决目前开发的电动汽车空调系统在室外温度过低时无法正常制热和制冷系统与电加热相互配合运行的电动汽车空调系统模式耗电量过大的突出问题。
本实用新型的目的可通过下述技术措施来实现:
本实用新型的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机、车外复合式气-水双热源利用装置、车内双换热装置、储液干燥器、低压节流阀、气液分离器、系统模式切换装置、压缩机降温增效混气系统以及动力电机余热回收系统等。其中所述车用全封闭变频式空调压缩机由压缩机壳体、电动机、静涡旋体、动涡旋体及降温增效混气系统构成。所述压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成;所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔、压缩机内置混气孔连接通道以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头组成,并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式;所述低压混气机构的压缩机内置混气孔开设在压缩机吸气腔对应的机壳部分或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接、所述中压混气机构的压缩机内置混气孔开设在压缩机静涡旋体与第一压缩腔对应部分的相应位置、所述高压混气机构的压缩机内置混气孔开设在压缩机静涡旋体与第二压缩腔对应部分的相应位置;所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀、混气换热器、混气止回阀、压缩机混气接口外部连接管组成,其中混气节流阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置;混气换热器为异径套管式、间隔板式、箱管式或壳管式换热器中的任意一种;所述动力电机余热回收系统由车外复合式气-水双热源利用装置、电机余热水冷却装置、电机冷却水泵、第一、二、三电机余热循环控制阀、第一、二空气-电机余热辅助热源两介质换热器及连接管道组成。所述系统模式切换装置由功能控制阀、第一、二、三、四单向阀、混气控制阀、混气换热器旁通阀、除霜旁通阀、第一空调风道控制阀和第二空调风道控制阀组成(可实现汽车空调系统对电动汽车车内的制冷、普通制热、低温制热、车窗除霜/除雾和车外低温热源换热器表面除霜五种工作模式切换)。
所述车用全封闭变频式空调压缩机出口通过功能控制阀以及相应连接管路分别与车外复合式气-水双热源利用装置、车内双换热装置的空气-热泵工质两介质换热器、气液分离器相应接口连接;所述气液分离器出口接入车用全封闭变频式空调压缩机吸气口;所述车外复合式气-水双热源换热装置的另一接口接第一单向阀出口和第二单向阀入口,第二单向阀出口接储液干燥器和第四单向阀出口,储液干燥器出口分别与混气控制阀的入口、混气换热器旁通阀的入口以及混气换热器的第一入口连接,混气换热器旁通阀出口和混气换热器第一出口接低压节流阀入口和除霜旁通阀入口,低压节流阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口,除霜旁通阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口,第三单向阀出口接车内双换热装置的空气-热泵工质两介质换热器入口和第四单向阀入口;所述混气控制阀出口接混气节流阀入口,混气节流阀出口接混气换热器第二入口,混气换热器第二出口接混气止回阀入口,混气止回阀出口接车用全封闭变频式空调压缩机混气口;所述车内双换热装置由第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器和空气-热泵工质两介质换热器组合安装在车内风道中,组合方式为第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器置于空气-热泵工质两介质换热器出风口一侧;第一空调风道控制阀安装在车内空调风道的出风口处(能够实现除霜/雾出风口和车内出风口的相互切换);第二空调风道控制阀安装在车内空调风道的进风口处(能够实现车内、车外进风的相互切换)。
本实用新型所述的由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种,且所述的车用全封闭变频式空调压缩机与直流电机封闭在同一密闭壳体内。
更具体说,本实用新型从系统组成结构上可分为主循环系统和混气循环系统,其中主循环系统特征为:直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机出口接功能控制阀,功能控制阀接车外复合式气-水双热源利用装置的接口,车外复合式气-水双热源利用装置的另一接口接第一单向阀出口和第二单向阀入口,第二单向阀出口接储液干燥器和第四单向阀出口,储液干燥器出口接混气换热器第一入口和混气换热器旁通阀入口,混气换热器第一出口接低压节流阀入口,混气换热器旁通阀出口接低压节流阀入口和除霜旁通阀入口,低压节流阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口,除霜旁通阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口,第三单向阀出口接车内双换热装置的空气-热泵工质两介质换热器入口,车内双换热装置的空气-热泵工质两介质换热器出口接功能控制阀,功能控制阀接气液分离器入口,气液分离器出口接直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机吸气口。
混气循环系统特征为:直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机出口接功能控制阀,功能控制阀接车外复合式气-水双热源换热装置的接口,车外复合式气-水双热源换热装置的另一接口接第一单向阀出口和第二单向阀入口,第二单向阀出口接储液干燥器和第四单向阀出口,储液干燥器出口接混气控制阀入口,混气控制阀出口接混气节流阀入口,混气节流阀出口接混气换热器第二入口,混气换热器第二出口接混气止回阀入口,混气止回阀出口接直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机混气口。
气-水双热源利用系统特征为:电机余热冷却装置的出口接电机冷却水泵进口,电机冷却水泵出口分别接第一余热回收控制阀进口、第二余热回收控制阀进口和第三余热回收控制阀进口,第一余热回收控制阀出口接设置在车内空调风道中并安装在车内双换热装置出风口一侧的第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器的进口,第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器的出口接电机余热冷却装置进口,第二余热回收控制阀出口接车外复合式气-水双热源换热装置的电机余热辅助热源通道进口,第三余热回收控制阀出口接车外复合式气-水双热源换热装置进风口一侧的第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器进口,车外复合式气-水双热源换热装置的电机余热辅助热源通道出口、第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器的出口接电机余热冷却装置的进口。
所述的系统模式切换装置通过功能控制阀能实现车用全封闭变频式空调压缩机出口与车外复合式气-水双热源换热装置的接口连接、车用全封闭变频式空调压缩机出口与车内双换热装置的空气-热泵工质两介质换热器接口连接、气液分离器入口与车外复合式气-水双热源换热装置的另一接口连接、气液分离器入口与车内双换热装置的空气-热泵工质两介质换热器另一接口连接的相互切换。混气控制阀能够实现储液干燥器出口与混气回路相连。第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀能够实现对电动汽车制冷、普通制热、低温制热、车窗除霜/除雾和车外低温热源换热器表面除霜五种系统模式共用制冷管路与设备;混气换热器旁通阀能够对混气换热器实现旁通;除霜旁通阀能够对低压节流阀实现旁通;第一空调风道控制阀能够实现除霜/雾出风口和车内出风口的相互切换、第二空调风道控制阀能够实现车内、车外进风的相互切换。
本实用新型采用混气装置来解决常规汽车空调系统在室外温度过低时无法正常运行的问题。压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成;所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔、压缩机内置混气孔连接通道以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头组成,并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式;混气换热器可分为异径套管式、间隔板式、箱管式和壳管式等。混气节流阀可采用电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置。混气止回阀能够实现混气量的最大化,增强混气效果。
混气循环原理如下,制冷剂液体从冷凝器流出后分为两路,一路进入主循环,经过混气换热器换热,经低压节流阀后进入蒸发器,最后被压缩机吸气口吸入;另一路进入混气循环,经过混气节流阀后进入混气换热器换热,冷却主循环制冷剂后变为气态,最后由压缩机混气接口进入压缩机。其原理在于:通过混气回路向压缩机某中间位置或吸气位置补入一定量的某一中间压力的制冷剂气体,以达到将压缩机的排气温度从Te’降低为Te的目的,并可一定程度地增加压缩机的排气量,从而提高了热泵循环的总制热量;同时经过混气换热器主路的高压制冷剂液体由Tf冷却为Tg,使得增加了从室外低温空气热源的吸热量,从而提高热泵系统的运行效率和可靠性(参见图14)。
本实用新型中所述的动力电机余热回收系统由车外复合式气-水双热源换热装置、电机余热水冷却装置、电机冷却水泵、第一、二、三电机余热循环控制阀、第一、二空气-电机余热辅助热源两介质换热器及连接管道组成。
本实用新型中所述的电机余热水冷却装置包括作为电机外壳的封闭式水套内壳、封闭式水套外壳和连接在封闭式水套内外壳之间的冷却水道隔板,在封闭式水套内壳内壁上设置有构成冷却风道的若干轴向直肋,在由若干轴向直肋内端面构成的环腔内安装直流电机,在电机轴的一轴端安装有内置气冷风机,并由轴向直肋和内置气冷风机共同构成电机内置气冷机构。
本实用新型中所述的由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种,且所述的车用全封闭变频式空调压缩机与直流电机封闭在同一密闭壳体内。
本实用新型中所述车外复合式气-水双热源利用装置为一体式结构;车内双换热装置为组合式的分级加热装置;所述一体式车外复合式气-水双热源利用装置为翅片-圆管套管式、层叠片管套管式或平行流扁管套管式换热器中的任意一种,且均具有热泵工质、电机余热辅助热源与低温空气热源三个介质通道。所述车内双换热装置由空气-热泵工质两介质换热器和空气-电机余热辅助热源两介质换热器组合安装而成。所述空气-热泵工质两介质换热器和空气-电机余热辅助热源两介质换热器均可分为管翅式换热器、层叠式换热器和平行流式换热器等形式。
本实用新型中所述的管翅式两介质换热器是由铜质或铝质圆管套上铝翅片组成,圆管内部构成电机余热辅助热源或热泵工质介质通道,圆管外表面与翅片构成低温空气热源介质通道;
本实用新型中所述的层叠式两介质换热器是由多个单元层叠而成,每个单元由两片大小、形状相同的铝板(为平面或波纹面的任一种形式)叠在一起形成电机余热辅助热源或热泵工质介质通道,每两个热源通道之间由蛇形散热铝带形成低温空气热源通道。
本实用新型中所述的平行流式两介质换热器是由两个圆筒集流管、两个圆筒集流管间安装的多个平行铝制内肋扁管、铝制内肋扁管间安装的波形散热翅片及连接管组成。所述铝制内肋扁管为扁管内壁装有多个肋片,构成多个微通道。圆筒集流管内部和铝制内肋扁管内部微通道构成电机余热辅助热源或热泵工质介质通道,铝制内肋扁管外表面与波形散热翅片构成低温空气热源通道。
本实用新型中所述翅片-圆管套管式车外双热源换热装置由两根不同管径的圆管套装在一起,即小管径内管穿装在大管径外管的管腔中,大管径外管的外壁套有翅片,并由小管径内管的管腔构成辅助热源通道、大管径外管的外表面与翅片构成低温空气热源通道、内管与外管之间的环形空间构成热泵工质通道。
本实用新型中所述层叠片管套管式车外双热源换热装置是由多个外带蛇形散热铝带的片管套管单元层叠而成,每个单元由两个铝板(为平面或波纹面的任一种形式)焊接成的形状相同的大小片管套装在一起,小片管内形成辅助热源介质通道,大小片管之间形成热泵工质通道、大片管外表面与蛇形散热铝带构成低温空气热源介质通道。
本实用新型中所述平行流扁管套管式车外双热源换热装置由两个圆筒集流套管、两个圆筒集流套管间安装的多组平行布置的平行流扁管套管、平行流扁管套管之间的波形散热翅片及连接管组成;所述圆筒集流套管由两根不同管径的圆管套装在一起,即小管径内管穿装在大管径外管的管腔中,小管径内管的管腔构成辅助热源通道、内管与外管之间的环形空间构成热泵工质通道。所述平行流扁管套管由两个形状相同、横截面积不同的铝制扁管套装在一起,横截面积小的内扁管穿装在横截面积大的外扁管的管腔中。其中所述内扁管内部装有多个肋片,构成多个微通道,并形成辅助热源介质通道;内外扁管间的环型空间设有多个肋片,构成多个微通道,并形成热泵工质通道;外扁管外表面与波形散热翅片形成低温空气热源介质通道。 本实用新型的有益效果如下:
本实用新型提供的一种复合热源热泵型电动汽车热泵空调系统,通过设置的压缩机降温增效混气系统、车用电机余热回收系统以及车外复合式气-水双热源利用装置,可显著降低热泵空调低温运行时压缩机的排气温度,提高系统运行的可靠性,同时可大大提高该空调系统的供热能力和供热效率,降低电动汽车空调冬季供热时的耗电量。经对本实用新型提供的一种复合热源热泵型电动汽车热泵空调系统初步实验研究所得数据表明:在室外温度为-10℃时的超低温供热工况下,使压缩机的排气温度降低至70℃以下,空调系统的供热系数高达2.5以上,并可实现气-水复合热源热泵冬季室外超低温环境温度下不间断供热的同时,进行低温空气热源侧的同步高效除霜,可较好地解决热泵型电动汽车空调低温工况运行时压缩机的排气温度过高、制热量明显不足、车外低温热源换热器表面除霜困难等三个亟待解决的关键技术难题。本实用新型对加快电动汽车的普及与应用具有重要意义,为电动汽车在北方地区的发展提供了空调技术支持。
附图说明
图1为本实用新型结构原理图。
图2为管翅式换热器。
图3为层叠式换热器。
图4是图3的剖视图。
图5为平行流式换热器。
图6是图5的剖视图。
图7是图5的俯视图。
图8为翅片-圆管套管式车外复合式气-水双热源利用装置。
图9为层叠片管套管式车外复合式气-水双热源利用装置。
图10是图9的剖视图。
图11为平行流扁管套管式车外复合式气-水双热源利用装置。
图12是图11的剖视图。
图13是图11的俯视图。
图14为本实用新型混气原理图。
图15为本实用新型混气装置中混气口一种结构图。
图16为本实用新型混气装置中混气口第二种结构图。
图17为本实用新型混气装置中混气口第三种结构图。
图18为本实用新型混气装置中混气口第四种结构图。
图19为本实用新型中所述的电机余热水冷却装置结构图。
图20是图19的侧视图。
图21、图22、图23、图24、图25是本实用新型的各个工作模式流程图。
图中序号:1是车用全封闭变频式空调压缩机、2-1是功能控制阀、2-2至2-5是单向阀、2-6是混气控制阀、2-7是混气换热器旁通阀、2-8是除霜旁通阀、2-9和2-10是车内空调风道控制阀、3是车外复合式气-水双热源利用装置、4是储液干燥器、5-1是混气节流阀、5-2是混气换热器、5-3是混气止回阀、6是低压节流阀、7是车内双换热装置、8是气液分离器、9-1是电机余热水冷却装置、9-2是电机冷却水泵、9-3至9-5是电机余热循环控制阀、9-6是车外电机余热散热器、9-7是车内电机余热散热器、10是翅片、11是蛇形散热铝带、12是圆筒集流管、13是隔片、14是内管、15是环形空间、16是外管、17是小管径圆筒集流管、18是大管径圆筒集流管、20是封闭式水套内壳、21是封闭式水套外壳、22是冷却水道隔板、23是轴向直肋、24是内置气冷风机、25是压缩机内置混气孔、26是压缩机内置混气孔连接通道、27是与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头、28是压缩机壳体、29是电动机、30是压缩机静涡旋体、31是压缩机动涡旋体、32是压缩机吸气快速接头、33是压缩机排气快速接头。
具体实施方式
本实用新型以下将结合实施例(附图)作进一步描述,但并不限制本实用新型。
如图1所示,本实用新型的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机1、车外复合式气-水双热源利用装置3、车内双换热装置7、储液干燥器4、气液分离器8、低压节流阀6、压缩机降温增效混气系统、动力电机余热回收系统、系统模式切换装置等。所述车外复合式气-水双热源利用装置3为一体式结构;车内双换热装置7为组合式的分级加热装置;所述一体式车外复合式气-水双热源利用装置为翅片-圆管套管式、层叠片管套管式或平行流扁管套管式换热器中的任意一种,且均具有热泵工质、电机余热辅助热源与低温空气热源三个介质通道。所述车内双换热装置由空气-热泵工质两介质换热器和空气-电机余热辅助热源两介质换热器组合安装而成。所述空气-热泵工质两介质换热器和空气-电机余热辅助热源两介质换热器均可分为管翅式换热器、层叠式换热器和平行流式换热器等形式。所述系统模式切换装置由功能控制阀2-1、混气控制阀2-6、混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8、第一、二、三、四单向阀2-2、2-3、2-4、2-5、第一空调风道控制阀2-9和第二空调风道控制阀2-10组成;所述车用全封闭变频式空调压缩机由压缩机壳体28、电动机29、静涡旋体30、动涡旋体31及降温增效混气系统构成。压缩机壳体28设有压缩机吸气快速接头32和压缩机排气快速接头33;所述压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成;所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔25、压缩机内置混气孔连接通道26以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头27组成,并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式;所述低压混气机构的压缩机内置混气孔25开设在压缩机吸气腔对应的机壳部分或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接、所述中压混气机构的压缩机内置混气孔25开设在压缩机静涡旋体30与第一压缩腔对应部分的相应位置、所述高压混气机构的压缩机内置混气孔25开设在压缩机静涡旋体30与第二压缩腔对应部分的相应位置;所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀5-1、混气换热器5-2、混气止回阀5-3、压缩机混气接口外部连接管组成;所述车用全封闭变频式空调压缩机1出口通过功能控制阀2-1以及相应连接管路分别与车外复合式气-水双热源利用装置3、车内双换热装置7、气液分离器8相应接口连接;所述气液分离器8出口接入车用全封闭变频式空调压缩机1吸气口;所述车外复合式气-水双热源利用装置3另一接口接第一单向阀2-2出口和第二单向阀2-3入口,第二单向阀2-3出口接储液干燥器4和第四单向阀2-5出口,储液干燥器4出口分别与混气控制阀2-6的入口、混气换热器旁通阀2-7的入口以及混气换热器5-2的第一入口连接,混气换热器旁通阀2-7出口和混气换热器5-2第一出口接低压节流阀6入口和除霜旁通阀2-8入口,低压节流阀6出口接第一单向阀2-2入口和第三单向阀2-4入口,除霜旁通阀2-8出口接第一单向阀2-2入口和第三单向阀2-4入口,第三单向阀2-4出口接车内双换热装置7入口和第四单向阀2-5入口;所述混气控制阀2-6出口接混气节流阀5-1入口,混气节流阀5-1出口接混气换热器5-2第二入口,混气换热器5-2第二出口接混气止回阀5-3入口,混气止回阀5-3出口接车用全封闭变频式空调压缩机混气口;第一空调风道控制阀2-9安装在车内空调风道的出风口处;第二空调风道控制阀2-10安装在车内空调风道的进风口处;所述动力电机余热回收系统包括车外复合式气-水双热源利用装置3、电机余热水冷却装置9-1、电机冷却水泵9-2、第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7、第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-6、由第一电机余热循环控制阀9-3、第二电机余热循环控制阀9-4和第三电机余热循环控制阀9-5构成的余热回收控制装置;其中所述电机余热水冷却装置9-1的出口接电机冷却水泵9-2进口,电机冷却水泵9-2出口分别接第一余热回收控制阀9-3进口、第二余热回收控制阀9-4进口和第三余热回收控制阀9-5进口,第一余热回收控制阀9-3出口接设置在车内空调风道中并安装在车内双换热装置7出风口一侧的第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7的进口,第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7出口接电机余热水冷却装置9-1进口,第二余热回收控制阀9-4出口接车外复合式气-水双热源利用装置3的相应接口,第三余热回收控制阀9-5出口接第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-6进口,第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-6出口分别接车外复合式气-水双热源利用装置3相应接口和电机余热水冷却装置9-1进口。
所述车内双换热源装置7由第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7和空气-热泵工质两介质换热器组合安装在车内风道中,组合方式为第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7置于空气-热泵工质两介质换热器出风口一侧;第一空调风道控制阀2-9安装在车内空调风道的出风口处(能够实现除霜/雾出风口和车内出风口的相互切换);第二空调风道控制阀2-10安装在车内空调风道的进风口处(能够实现车内、车外进风的相互切换)。
本实用新型中所述的动力电机余热回收系统由车外复合式气-水双热源利用装置3、电机余热水冷却装置9-1、电机冷却水泵9-2、第一、二、三电机余热循环控制阀9-3、9-4、9-5、第一、二空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7、9-6及连接管道组成。
如图2所示,所述管翅式两介质换热器是由铜质或铝质圆管套上铝翅片10组成,圆管内部构成辅助热源或热泵工质介质通道,圆管外表面与翅片构成低温空气热源介质通道。
如图3、图4所示,所述层叠式两介质换热器是由多个单元层叠而成,每个单元由两片大小、形状相同的铝板(为平面或波纹面的任一种形式)叠在一起形成辅助热源或热泵工质介质通道,每两个融霜辅助热源或热泵工质介质通道之间由蛇形散热铝带11形成低温空气热源介质通道。
如图5、图6、图7所示,所述平行流式两介质换热器是由两个圆筒集流管12、两个圆筒集流管12间安装的多个平行铝制内肋扁管、铝制内肋扁管间安装的波形散热翅片及连接管组成。所述铝制内肋扁管为扁管内壁装有多个肋片,构成多个微通道。圆筒集流管内部和铝制内肋扁管内部微通道构成融霜辅助热源或热泵工质介质通道,铝制内肋扁管外表面与波形散热翅片构成低温空气热源介质通道。
如图8所示,所述翅片-圆管套管式车外复合式气-水双热源利用装置由两根不同管径的圆管套装在一起,即小管径内管穿装在大管径外管的管腔中,大管径外管的外壁套有翅片,并由小管径内管的管腔构成辅助热源通道、大管径外管的外表面与翅片构成低温空气热源通道、内管与外管之间的环形空间构成热泵工质通道。
如图9、图10所示,所述层叠片管套管式车外复合式气-水双热源利用装置是由多个外带蛇形散热铝带的片管套管单元层叠而成,每个单元由两个铝板(为平面或波纹面的任一种形式)焊接成的形状相同的大小片管套装在一起,小片管内形成辅助热源介质通道,大小片管之间形成热泵工质通道、大片管外表面与蛇形散热铝带构成低温空气热源介质通道。
如图11、图12、图13所示,所述平行流扁管套管式车外复合式气-水双热源利用装置由两个圆筒集流套管、两个圆筒集流套管间安装的多组平行布置的平行流扁管套管、平行流扁管套管之间的波形散热翅片及连接管组成;所述圆筒集流套管由两根不同管径的圆管套装在一起,即小管径内管穿装在大管径外管的管腔中,小管径内管的管腔构成辅助热源通道、内管与外管之间的环形空间构成热泵工质通道。所述平行流扁管套管由两个形状相同、横截面积不同的铝制扁管套装在一起,横截面积小的内扁管穿装在横截面积大的外扁管的管腔中。其中所述内扁管内部装有多个肋片,构成多个微通道,并形成辅助热源介质通道;内外扁管间的环型空间设有多个肋片,构成多个微通道,并形成热泵工质通道;外扁管外表面与波形散热翅片形成低温空气热源介质通道。
混气循环(如图14所示),制冷剂液体从冷凝器流出后分为两路,一路进入主循环,经过混气换热器换热,经低压节流阀后进入蒸发器,最后被压缩机吸气口吸入;另一路进入混气循环,经过混气节流阀后进入混气换热器换热,冷却主循环制冷剂后变为气态,最后由压缩机混气接口进入压缩机。其原理在于:通过混气回路向压缩机某中间位置或吸气位置补入一定量的某一中间压力的制冷剂气体,以达到将压缩机的排气温度从Te’降低为Te的目的,并可一定程度地增加压缩机的排气量,从而提高了热泵循环的总制热量;同时经过混气换热器主路的高压制冷剂液体由Tf冷却为Tg,使得增加了从室外低温空气热源的吸热量,从而提高热泵系统的运行效率和可靠性。
如图15、图16、图17、图18所示,本实用新型中所述车用全封闭变频式空调压缩机由压缩机壳体28、电动机29、静涡旋体30、动涡旋体31及降温增效混气系统构成。压缩机壳体28设有压缩机吸气快速接头32和压缩机排气快速接头33。压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成;所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔25、压缩机内置混气孔连接通道26以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头27组成,并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式;所述低压混气(如图15、16),热泵工质进入压缩机吸气腔与过热蒸汽进行混合。压缩机混气孔可开设在压缩机吸气管上或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接,使低压混气先与压缩机吸气混合后再经压缩机吸气口进入压缩机吸气腔。所述中压混气(如图17),热泵工质进入压缩机动静涡旋体形成的中间压力腔与已经压缩至中间压力的过热蒸汽进行混合。压缩机内置混气孔25开设在压缩机静涡旋体30与第一压缩腔对应部分的相应位置并通过压缩机内置混气孔连接通道26与固定在压缩机排气腔壳体上的外置快速接头27连接。所述高压混气(如图18),热泵工质进入压缩机动静涡旋体形成的高压力腔与已经压缩至高压力的过热蒸汽进行混合。压缩机内置混气孔25开设在压缩机静涡旋体30与第二压缩腔对应部分的相应位置并通过压缩机内置混气孔连接通道26与固定在压缩机排气腔壳体上的外置快速接头27连接。所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀5-1、混气换热器5-2、混气止回阀5-3、压缩机混气接口外部连接管组成;
本实用新型中所述混气节流阀5-1为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置;所述混气换热器5-2为异径套管式、间隔板式、箱管式或壳管式换热器中的任意一种。
本实用新型中所述的由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机1为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种,且所述的车用全封闭变频式空调压缩机1与直流电机封闭在同一密闭壳体内。
如图19、图20所示,所述电机余热水冷却装置9-1包括作为电机外壳的封闭式水套内壳20、封闭式水套外壳21和连接在封闭式水套内外壳之间的冷却水道隔板22,在封闭式水套内壳20内壁上设置有构成冷却风道的若干轴向直肋23,在由若干轴向直肋23内端面构成的环腔内安装直流电机,在电机轴的一轴端安装有内置气冷风机24,并由轴向直肋23和内置气冷风机24共同构成电机内置气冷机构。
本实用新型以下将结合图21、22、23、24、25分别对各个工作模式进行描述:
如图21所示,当空调系统处于制冷模式时,制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1压缩成高温高压的制冷剂蒸气,该蒸气经功能控制阀2-1进入车外复合式气-水双热源利用装置3热泵工质通道散热后变成高温高压的液态制冷剂,空气温度升高后排出室外。高温高压液态制冷剂通过干燥过滤器4,经过干燥、过滤后流进低压节流阀6。经低压节流阀节流,状态发生急剧变化,变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂在车内双换热装置7的空气-热泵工质两介质换热器内进行蒸发,低温低压的液态制冷剂变成低温低压的气态制冷剂,从而使空气温度降低后送向室内。低温低压的气态制冷剂经过功能控制阀2-1后,返回到车用全封闭变频式空调压缩机1。这样周而复始的循环就实现了空调系统的制冷功能。此时,混气换热器旁通阀2-7开启;混气控制阀2-6、除霜旁通阀2-8及第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4关闭,第三电机余热循环控制阀9-5开启。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出后依次经过电机冷却水泵9-2、第三电机余热循环控制阀9-5、第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-6,再回到电机余热水冷却装置9-1。
如图22所示,当空调系统处于普通制热模式时,制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1压缩成高温高压的制冷剂蒸气,该蒸气经功能控制阀2-1进入车内双换热装置7热泵工质通道散热后变成高温高压的液态制冷剂,从而使空气温度升高。高温高压液态制冷剂通过干燥过滤器4,经过干燥、过滤后流进低压节流阀6。经低压节流阀节流,状态发生急剧变化,变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂在车外复合式气-水双热源利用装置3内进行蒸发,低温低压的液态制冷剂变成低温低压的气态制冷剂。低温低压的气态制冷剂经过功能控制阀2-1后,返回到车用全封闭变频式空调压缩机1。这样周而复始的循环就实现了空调系统的制热功能。此时,混气控制阀2-6、除霜旁通阀2-8关闭,混气换热器旁通阀2-7、第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4开启、第三电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出经过电机冷却水泵9-2后分为两路,一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、车内双换热装置7的第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7后回到电机余热水冷却装置9-1;另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、车外复合式气-水双热源利用装置3后回到电机余热水冷却装置9-1。
如图23所示,当室外温度为超低温环境温度时,空调系统处于制热混气模式:混气控制阀2-6开启。制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1排气口排出,依次经过车内双换热装置7、单向阀2-5、储液干燥器4、混气换热器5-2、低压节流阀6、单向阀2-2、车外复合式气-水双热源利用装置3、气液分离器8后,被车用全封闭变频式空调压缩机1从吸气口吸入;另一路制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1排气口排出,依次经过车内双换热装置7、单向阀2-5、储液干燥器4、混气控制阀2-6、混气节流阀5-1、混气换热器5-2、混气止回阀5-3后,从车用全封闭变频式空调压缩机混气口进入车用全封闭变频式空调压缩机1。此时,混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8关闭,第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4开启,第三电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出经过电机冷却水泵9-2后分为两路,一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、车内双换热装置7的第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7后回到电机余热水冷却装置9-1;另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、车外复合式气-水双热源利用装置3后回到电机余热水冷却装置9-1。
如图24所示,当空调系统处于车窗车窗除霜/除雾时,制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1排气口排出,依次经过车外复合式气-水双热源利用装置3、单向阀2-3、储液干燥器4、混气换热器旁通阀2-7、低压节流阀6、单向阀2-4、车内双换热装置7、气液分离器8后,被车用全封闭变频式空调压缩机1从吸气口吸入。此时混气控制阀2-6关闭;混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8、第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4开启,电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出经过电机冷却水泵9-2后分为两路,一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、车内双换热装置7的第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7后回到电机余热水冷却装置9-1;另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、车外复合式气-水双热源利用装置3后回到电机余热水冷却装置9-1。通过调节车内空调控制阀2-9,使热空气喷射到车窗上即可给车窗除霜/除雾。
如图25所示,当空调系统处于车外复合式气-水双热源利用装置除霜时,制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1压缩成高温高压的制冷剂蒸气,该蒸气经功能控制阀2-1进入车内双换热装置7热泵工质通道散热后变成高温高压的液态制冷剂,从而使空气温度升高。而辅助热源的运行,使空气温度得到进一步的提高。高温高压液态制冷剂通过干燥过滤器4,经过干燥、过滤后流进低压节流阀6。经低压节流阀节流,状态发生急剧变化,变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂在车外复合式气-水双热源利用装置3内进行蒸发,低温低压的液态制冷剂变成低温低压的气态制冷剂。低温低压的气态制冷剂经过功能控制阀2-1后,返回到车用全封闭变频式空调压缩机1。此时混气控制阀2-6关闭;混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8、第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4开启,第三电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出经过电机冷却水泵9-2后分为两路,一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、车内双换热装置7的第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器9-7后回到电机余热水冷却装置9-1;另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、车外复合式气-水双热源利用装置3后回到电机余热水冷却装置9-1。根据一体式车外复合式气-水双热源利用装置3的结构特点,辅助热源可以先对制冷剂加热以提高其温度,再进一步的加热低温空气来达到除霜的目的。
Claims (8)
1.一种复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机(1)、车外复合式气-水双热源利用装置(3)、车内双换热装置(7)、储液干燥器(4)、气液分离器(8)、低压节流阀(6)、压缩机降温增效混气系统、动力电机余热回收系统、系统模式切换装置等;所述车外复合式气-水双热源利用装置(3)为一体式结构;车内双换热装置(7)为组合式的分级加热装置;所述系统模式切换装置由功能控制阀(2-1)、混气控制阀(2-6)、混气换热器旁通阀(2-7)、除霜旁通阀(2-8)、第一、二、三、四单向阀(2-2、2-3、2-4、2-5)、第一空调风道控制阀(2-9)和第二空调风道控制阀(2-10)组成;所述车用全封闭变频式空调压缩机由压缩机壳体(28)、电动机(29)、静涡旋体(30)、动涡旋体(31)及降温增效混气系统构成;压缩机壳体(28)设有压缩机吸气快速接头(32)和压缩机排气快速接头(33);所述压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成;所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔(25)、压缩机内置混气孔连接通道(26)以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头(27)组成,并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式;所述低压混气机构的压缩机内置混气孔(25)开设在压缩机吸气腔对应的机壳部分或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接、所述中压混气机构的压缩机内置混气孔(25)开设在压缩机静涡旋体(30)与第一压缩腔对应部分的相应位置、所述高压混气机构的压缩机内置混气孔(25)开设在压缩机静涡旋体(30)与第二压缩腔对应部分的相应位置;所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀(5-1)、混气换热器(5-2)、混气止回阀(5-3)、压缩机混气接口外部连接管组成;所述车用全封闭变频式空调压缩机(1)出口通过功能控制阀(2-1)以及相应连接管路分别与车外复合式气-水双热源利用装置(3)、车内双换热装置(7)、气液分离器(8)相应接口连接;所述气液分离器(8)出口接入车用全封闭变频式空调压缩机(1)吸气口;所述车外复合式气-水双热源利用装置(3)另一接口接第一单向阀(2-2)出口和第二单向阀(2-3)入口,第二单向阀(2-3)出口接储液干燥器(4)和第四单向阀(2-5)出口,储液干燥器(4)出口分别与混气控制阀(2-6)的入口、混气换热器旁通阀(2-7)的入口以及混气换热器(5-2)的第一入口连接,混气换热器旁通阀(2-7)出口和混气换热器(5-2)第一出口接低压节流阀(6)入口和除霜旁通阀(2-8)入口,低压节流阀(6)出口接第一单向阀(2-2)入口和第三单向阀(2-4)入口,除霜旁通阀(2-8)出口接第一单向阀(2-2)入口和第三单向阀(2-4)入口,第三单向阀(2-4)出口接车内双换热装置(7)入口和第四单向阀(2-5)入口;所述混气控制阀(2-6)出口接混气节流阀(5-1)入口,混气节流阀(5-1)出口接混气换热器(5-2)第二入口,混气换热器(5-2)第二出口接混气止回阀(5-3)入口,混气止回阀(5-3)出口接车用全封闭变频式空调压缩机混气口;第一空调风道控制阀(2-9)安装在车内空调风道的出风口处;第二空调风道控制阀(2-10)安装在车内空调风道的进风口处;所述动力电机余热回收系统包括车外复合式气-水双热源利用装置(3)、电机余热水冷却装置(9-1)、电机冷却水泵(9-2)、第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器(9-7)、第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)、由第一电机余热循环控制阀(9-3)、第二电机余热循环控制阀(9-4)和第三电机余热循环控制阀(9-5)构成的余热回收控制装置;其中所述电机余热水冷却装置(9-1)的出口接电机冷却水泵(9-2)进口,电机冷却水泵(9-2)出口分别接第一余热回收控制阀(9-3)进口、第二余热回收控制阀(9-4)进口和第三余热回收控制阀(9-5)进口,第一余热回收控制阀(9-3)出口接设置在车内空调风道中并安装在车内双换热装置(7)出风口一侧的第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器(9-7)的进口,第一空气-电机余热辅助热源两介质换热器(9-7)出口接电机余热水冷却装置(9-1)进口,第二余热回收控制阀(9-4)出口接车外复合式气-水双热源利用装置(3)的相应接口,第三余热回收控制阀(9-5)出口接第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)进口,第二空气-电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)出口分别接车外复合式气-水双热源利用装置(3)相应接口和电机余热水冷却装置(9-1)进口。
2.根据权利要求1所述的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述电机余热水冷却装置(9-1)包括作为电机外壳的封闭式水套内壳(20)、封闭式水套外壳(21)和连接在封闭式水套内外壳之间的冷却水道隔板(22),在封闭式水套内壳(20)内壁上设置有构成冷却风道的若干轴向直肋(23),在由若干轴向直肋(23)内端面构成的环腔内安装直流电机,在电机轴的一轴端安装有内置气冷风机(24),并由轴向直肋(23)和内置气冷风机(24)共同构成电机内置气冷机构。
3.根据权利要求1所述的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述的由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机(1)为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种,且所述的车用全封闭变频式空调压缩机与直流电机封闭在同一密闭壳体内。
4.根据权利要求1所述的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述车外复合式气-水双热源利用装置(3)为一体式结构;车内双换热装置(7)为组合式的分级加热装置;所述一体式车外复合式气-水双热源利用装置为翅片-圆管套管式、层叠片管套管式或平行流扁管套管式换热器中的任意一种,且均具有热泵工质、电机余热辅助热源与低温空气热源三个介质通道。
5.根据权利要求4所述的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述翅片-圆管套管式车外复合式气-水双热源利用装置由两根不同管径的圆管套装在一起,即小管径内管(14)穿装在大管径外管(16)的管腔中,大管径外管的外壁套有翅片,并由小管径内管的管腔构成辅助热源通道、大管径外管的外表面与翅片构成低温空气热源通道、内管与外管之间的环形空间(15)构成热泵工质通道。
6.根据权利要求4所述的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述层叠片管套管式车外复合式气-水双热源利用装置是由多个外带蛇形散热铝带的片管套管单元层叠而成,每个单元由两个铝板(为平面或波纹面的任一种形式)焊接成的形状相同的大小片管套装在一起,小片管内形成辅助热源介质通道,大小片管之间形成热泵工质通道、大片管外表面与蛇形散热铝带构成低温空气热源介质通道。
7.根据权利要求4所述的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述平行流扁管套管式车外复合式气-水双热源利用装置由两个圆筒集流套管、两个圆筒集流套管间安装的多组平行布置的平行流扁管套管、平行流扁管套管之间的波形散热翅片及连接管组成;所述圆筒集流套管由两根不同管径的圆管套装在一起,即小管径内管穿装在大管径外管的管腔中,小管径内管的管腔构成辅助热源通道、内管与外管之间的环形空间构成热泵工质通道;所述平行流扁管套管由两个形状相同、横截面积不同的铝制扁管套装在一起,横截面积小的内扁管穿装在横截面积大的外扁管的管腔中;其中所述内扁管内部装有多个肋片,构成多个微通道,并形成辅助热源介质通道;内外扁管间的环型空间设有多个肋片,构成多个微通道,并形成热泵工质通道;外扁管外表面与波形散热翅片形成低温空气热源介质通道。
8.根据权利要求4所述的复合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统,其特征在于:所述车内双换热装置(7)由空气-电机余热辅助热源两介质换热器和空气-热泵工质两介质换热器组合安装在车内风道中,组合方式为空气-电机余热辅助热源两介质换热器置于空气-热泵工质两介质换热器出风口一侧;所述空气-电机余热辅助热源两介质换热器及空气-热泵工质两介质换热器均为管翅式、层叠式或平行流式换热器中的任意一种结构形式。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20120718 Effective date of abandoning: 20130508 |
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RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |