CN206664198U - 一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，包括热泵系统和冷却液回路系统；热泵系统包括电动压缩机、车外换热器、板式换热器、车内蒸发器、车内换热器、气液分离器、第一电控膨胀阀、第二电控膨胀阀，常开电磁阀、常闭电磁阀、单向截止阀及其连接管路；电动压缩机通过常开电磁阀、常闭电磁阀分别与车外换热器、板式换热器连接，车外换热器通过第二电控膨胀阀与车内蒸发器连接，车内换热器与板式换热器连接，气液分离器设置在电动压缩机前方；冷却液回路系统包括冷却液泵、冷却液膨胀水箱、PTC电加热器及其连接管路；热泵系统通过调节常开电磁阀、常闭电磁阀的开启与关闭来实现热泵系统的制冷、制热和除湿运行模式。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车空调领域，特别是涉及一种带有冷却回路的新能源汽车用空调热泵系统。
背景技术
能源危机和环境污染日趋严重早已成为全球性的问题，采用新能源代替传统化石燃料是国家发展的一种必然趋势，空调系统是提高新能源汽车舒适度的重要因素，可以根据不同的情况合理的对汽车内部的温度进行调节，主要采用空气调节系统进行制冷、供热、除湿作用。新能源汽车空调系统主要是利用电力和混合动力作为能源消耗，但是由于新能源汽车的电容量是固定的，不能利用发动机的余热进行有效供暖，空调系统的能源消耗，会对新能源的续航能力造成影响，迫使新能源汽车的空调系统技术需要更加趋近于节能和高效能源利用。
目前，新能源汽车比较常见的供暖方式为采用PTC电加热器进行供暖，而PTC电加热器效率较低，同时PTC电加热器消耗新能源汽车电池的电能，这将大大降低新能源汽车的行驶里程。而热泵系统理论效率COP大于1，这将使热泵系统成为替代PTC电加热的一种可行方案。
在空调热泵系统中，通过四通换向阀进行不同模式的切换。在夏季制冷模式中，压缩机压缩后的高温高压的气体制冷剂在车外换热器(车外冷凝器)冷却并冷凝后，通过膨胀阀节流后进入蒸发器。通过HVAC模块与外部空气进行热交换，在蒸发器中蒸发成低温低压制冷剂气体，引入HVAC模块的空气被冷却。在冬季制热模式中，压缩机压缩后的高温高压的气体制冷剂进入室内冷凝器与引入HVAC模块的空气热交换，加热车内空气，通过膨胀阀节流后进入车外换热器(蒸发器)吸热后返回压缩机。在冬季除湿模式中，引入HVAC模块的空气首先经过车内蒸发器，空气中的水分被冷凝，除湿后的空气通过车内冷凝器加热供暖。
由于车辆的使用环境较为复杂，并且车用四通换向阀技术仍然不是很成熟，在低温环境中或者系统出现故障时无法保证热泵系统能正常供暖。同时，在除湿过程中，引入的空气经过车内蒸发器，空气温度将大幅度降低，之后再通过车内冷凝器进行加热，这将导致出风温度的降低，影响供暖效果，这些将进一步迫使新能源汽车用空调热泵系统需要更加优秀的解决方案。
实用新型内容
为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提供一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统。
本实用新型为解决上述问题所采用的技术方案为：提供一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，包括：热泵系统和冷却液回路系统；
热泵系统包括产生高温高压制冷剂的电动压缩机、车外换热器、板式换热器、车内蒸发器、车内换热器、气液分离器、第一电控膨胀阀、第二电控膨胀阀，常开电磁阀、常闭电磁阀、单向截止阀及其连接管路；电动压缩机通过常开电磁阀、常闭电磁阀分别与车外换热器、板式换热器连接，车外换热器通过第二电控膨胀阀与车内蒸发器连接，车内换热器与板式换热器连接，气液分离器设置在电动压缩机前方；
冷却液回路系统包括冷却液泵、冷却液膨胀水箱、PTC电加热器及其连接管路；板式换热器与冷却液泵连接，冷却液泵为直流无刷电机泵，可调节冷却液流量从而调节出风温度高低；
热泵系统通过调节常开电磁阀、常闭电磁阀的开启与关闭来切换所述热泵系统管路连接关系实现热泵系统的制冷、制热和除湿运行模式。夏季时，该系统在制冷模式下运行，降低车内空气的温度；冬季时，该系统在制热模式下运行，提高车内空气温度；冬季时，当车内相对湿度较大，车挡风玻璃结雾时，系统在除湿模式下运行
电动压缩机工作产生高温高压制冷剂气体，设置在其前方的气液分离器包含干燥材料，有效防止压缩机液击，提高压缩机运行的可靠性；
板式换热器设置在车辆发动机机舱内，实现良好的回流效果，与其连接的水冷管路与车辆原有的HVAC模块(空气调节模块)的加热器相连，确保新能源汽车用热泵空调系统与传统内燃机系统的兼容使用。板式换热器用于与冷却液回路系统进行制冷剂与冷却液之间的热交换；冷却液通过冷却液泵实现流量的调整及内循环；
车内蒸发器用于制冷剂蒸发吸热，使得车内空气被冷却；
车内换热器用于冷却液与车内空气换热；PTC电加热器用于低温时辅助加热。
优选的，所述热泵系统制冷模式管路连接包括：电动压缩机通过常开电磁阀与车外换热器连接，车外换热器通过第二电控膨胀阀与车内蒸发器连接，车内蒸发器通过气液分离器与电动压缩机连接。
其工作原理为：电动压缩机启动，其产生的高温高压制冷剂气体经过常开电磁阀进入到室外换热器(也即冷凝器)，在室外换热器中，高温高压制冷剂气体被冷凝成制冷剂液体，经过第二电控膨胀阀节流成气液两相制冷剂进入到车内蒸发器中，制冷剂在车内蒸发器中蒸发吸热，使得车内空气被冷却，实现空气制冷效果，制冷后的气液两相制冷剂经过气液分离器进行气体与液体两相分离后，制冷剂气体返回压缩机，进行下次循环工作。
优选的，所述热泵系统制热模式管路连接包括：所述电动压缩机通过常闭电磁阀与板式换热器连接，所述板式换热器一端与冷却液泵连接进行冷却液供应，一端与车内换热器连接将经过板式换热器交换过的冷却液加热室内空气，另一端通过第一电控膨胀阀与车外换热器连接，所述车外换热器依次通过常闭电磁阀、气液分离器与电动压缩机连接。
其工作原理为：电动压缩机启动，其产生的高温高压制冷剂气体经过常闭电磁阀进入到板式换热器，冷却液泵输入至板式换热器处的冷却液与高温高压制冷剂气体进行热交换，冷却液被加热并通过车内换热器加热车内空气，实现车内制热效果，此时，制冷剂气体放热冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体通过第一电控膨胀阀进入到车外换热器进行吸热变成制冷器气体，气液两相制冷剂经过气液分离器进行气体与液体两相分离后，制冷剂气体返回压缩机，进行下次循环工作。
优选的，所述热泵系统除湿模式管路连接包括：所述电动压缩机通过常闭电磁阀与板式换热器连接，所述板式换热器一端与冷却液泵连接进行冷却液供应，一端与车内换热器连接将经过板式换热器交换过的冷却液加热室内空气，经过板式换热器热交换后的制冷剂分成两条回路回到电动压缩机内。
进一步，经过板式换热器换热后的制冷剂通过常闭电磁阀、第二电控膨胀阀进入到车内蒸发器，所述车内蒸发器与气液分离器连接。
进一步，经过板式换热器换热后的制冷剂通过第一电控膨胀阀、单向截止阀进入到车外换热器，所述车外换热器通过常闭电磁阀与气液分离器连接。
其工作原理为：电动压缩机启动，其产生的高温高压制冷剂气体经过常闭电磁阀进入到板式换热器(即冷凝器)中，冷却液泵输入至板式换热器处的冷却液与高温高压制冷剂气体进行热交换，冷却液被加热并通过车内换热器加热车内空气，冷凝成液体的制冷剂分别通过两条回路返回至电动压缩机中，其中第一条为通过常闭电磁阀、第二电控膨胀阀节流成气液两相进入到车内蒸发器，制冷剂在车内蒸发器中蒸发吸热，空气中的水分被冷凝实现除湿效果；第二条为制冷剂通过第一电控膨胀阀节流成气液两相形态、单向截止阀进入到车外换热器进行吸热，再经过常闭电磁阀与第一条从车内蒸发器出来的制冷剂混合，进入到气液分离器中进行制冷剂气体与液体的分离，分离后制冷剂气体返回压缩机，进行下次循环工作。
优选的，所述常开电磁阀包括第一常开电磁阀和第二常开电磁阀；所述常闭电磁阀包括第一常闭电磁阀、第二常闭电磁阀和第三常闭电磁阀；所述单向截止阀包括与第一电控膨胀阀串联的第一单向截止阀，与第二常闭电磁阀串联的第二单向截止阀。
优选的，所述车外换热器旁设置有冷却风扇；所述车内蒸发器旁设置有鼓风机。
优选的，所述PTC电加热器在低温环境时自动启动，进行加热供暖。所用PTC电加热器为高压直流电驱动。当车内环境温度较低，进一步优选低于5℃以下时PTC电加热器自动开启，此时空调热泵系统关闭，仅利用PTC电加热器进行供暖，避免空调热泵系统结霜使其无法正常运行，从而保证车内低温环境下仍然可实现供暖要求。
优选的，所述第一电控膨胀阀、第二电控膨胀阀采用直流PWM驱动，流量调节范围为0-100％。
本实用新型带来的有益效果为：采用本实用新型所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，通过对电磁阀的切换，来实现空调热泵系统在制冷、制热、除湿运行模式之间的切换，通过设立常开、常闭电磁阀，使得即使电磁阀出现故障，仍能保证空调热泵系统处于制冷模式下运行，避免系统超高压运行导致事故，提高安全性；该系统采用冷却液回路实现间接供暖，利用板式换热器将高温高压制冷剂与冷却液进行热交换；并在冷却液回路通过设置PTC电加热器防止在低温及系统故障时加热供暖；同时传统汽车HVAC模块可以直接使用于该热泵系统，无需重新制作HVAC模块，降低成本；进一步本实用新型在除湿模式下，同时使用车外换热器和车内蒸发器，经过板式换热器放热后，使得制冷剂通过两条回路最终返回电动压缩机，特别的，由于制冷剂被旁通，流入车内蒸发器的制冷量将减少，引入的空气经车内蒸发器被除湿的同时温度下降幅度减少，同时保障了除湿和供暖的要求；改善现有空调热泵系统的不足，具有良好的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本实用新型一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统原理图；
图2是本实用新型一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统制冷模式结构原理图；
图3是本实用新型一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统制热模式结构原理图；
图4是本实用新型一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统除湿模式结构原理图；
图中的标号分别为：
1.电动压缩机 2.车外换热器 3.冷却风扇 4.车内蒸发器 5.鼓风机 6.气液分离器 7.板式换热器 8.PTC电加热器 9.车内换热器 10.冷却液膨胀水箱 11.冷却液泵 12.第一电控膨胀阀 13.第一单向截止阀 14.第一常开电磁阀 15.第一常闭电磁阀 16.第二常闭电磁阀 17.第二单向截止阀 18.第三常闭电磁阀 19.第二常开电磁阀 20.第二电控膨胀阀
具体实施方式
以下结合具体附图对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，提供一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，该系统主要包括热泵系统和冷却液回路系统，其中热泵系统包括电动压缩机1、车外换热器2及设置在车外换热器2旁的冷却风扇3、板式换热器7、车内蒸发器4及设置在车内蒸发器4旁的鼓风机5、车内换热器9、气液分离器6，设置在电动压缩机1与车外换热器2之间的第一常开电磁阀14，设置在电动压缩机1,与板式换热器7之间的第一常闭电磁阀15，设置在车外换热器2与车内蒸发器4之间的第二常开电磁阀19和第二电控膨胀阀20，设置在车外换热器2与气液分离器6之间的第三常闭电磁阀18，设置在板式换热器7与车外换热器之间的第一电控膨胀阀12和与第一电控膨胀阀12串联的第一单向截止阀13，设置在板式换热器7与车内蒸发器4之间的第二常闭电磁阀16及与第二常闭电磁阀16串联的第二单向截止阀17；其中冷却液回路系统包括冷却液泵11、冷却液膨胀水箱10、PTC电加热器8及其连接管路；冷却液泵11连接到板式换热器7上。本实用新型所述空调热泵系统通过调节第一、第二常开电磁阀，第一、第二、第三常闭电磁阀的开启与关闭来切换整个热泵系统管路连接关系从而实现热泵系统的制冷、制热和除湿运行模式。其中：第一电控膨胀阀12、第二电控膨胀阀20采用直流PWM驱动，流量调节范围为0-100％，能及时根据过热度调节系统流量，适应汽车复杂的运行工况，并使系统消耗更少的电力；冷却液回路采用直流PWM驱动并具备CAN或者LIN通讯接口界面的PTC电加热器8，在环境稳定低于一定温度下以及热泵系统出现故障时启动辅助供暖。
如图2所示，为本实用新型一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统制冷模式结构原理图，制冷模式运行时：第一常开电磁阀14，第二常开电磁阀19开启(即不通电)，第一常闭电磁阀15、第二常闭电磁阀16、第三常闭电磁阀18关闭(即不通电)，第二电控膨胀阀20作为节流元件，冷却风扇3和鼓风机5开启运行；电动压缩机1启动，其产生的高温高压制冷剂气体经过第一常开电磁阀14进入室外换热器2(冷凝器)，第一单向截止阀13防止制冷剂气体进入第一电控膨胀阀12，高温高压制冷剂气体放热冷凝成制冷剂液体后经第二常开电磁阀19进入到第二电控膨胀阀20，被第二电控膨胀阀20节流成气液两相制冷剂进入到室内蒸发器4内，制冷剂在蒸发器内蒸发吸热，使得车内空气被冷却，实现空气制冷效果，制冷后的气液两相制冷剂经过气液分离器6进行气体与液体两相分离后，制冷剂气体返回电动压缩机1，进行下次循环工作，空调热泵系统通过此类循环工作实现车内空气的连续制冷工作。
本系统因为采用第一常开电磁阀14，第二常开电磁阀19开启，第一常闭电磁阀15、第二常闭电磁阀16、第三常闭电磁阀18关闭，代替传统空调系统所用的四通换向阀，使得本系统在某一意外情况发生时，即所有电磁阀驱动全部失效情况下(例如线束故障，电磁阀保险丝熔断等)，该系统仍然可以在制冷模式下工作，避免系统管路高压运行导致更大故障，从而提高系统的安全性。
如图3所示，为本实用新型一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统制热模式结构原理图，制热模式运行时：第一常开电磁阀14和第二常开电磁阀通电关闭，第一常闭电磁阀15和第三常闭电磁阀通电开启，第二常闭电磁阀16关闭(即不通电)，第一电控膨胀阀12作为节流元件，冷却风扇3、鼓风机5及冷却液泵11运行；电动压缩机1启动，其产生的高温高压制冷剂气体经过第一常闭电磁阀15进入到板式换热器7，冷却液泵11输入至板式换热器7处的冷却液与高温高压制冷剂气体进行热交换，冷却液被加热并通过车内换热器9加热车内空气，实现车内制热效果，当车内环境温度低于5℃或热泵系统出现故障停止运行时，PTC电加热器自动启动进行供暖；在板式换热器7处，制冷剂气体放热冷凝成制冷剂液体，制冷剂液体依次通过第一电控膨胀阀12、第一单向截止阀13，进入到车外换热器2进行吸热变成制冷器气体，气液两相制冷剂经过气液分离器6进行气体与液体两相分离后，制冷剂气体返回电动压缩机1，进行下次循环工作，空调热泵系统通过此类循环工作实现车内空气的连续制热工作。
如图4所示，为本实用新型一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统除湿模式结构原理图，除湿模式运行时：第一常闭电磁阀15、第二常闭电磁阀16、第三常闭电磁阀18通电开启，第一常开电磁阀14、第二常开电磁阀19通电关闭，第一电控膨胀阀12和第二电控膨胀阀20作为节流元件，冷却风扇3、鼓风机5和冷却液泵11启动运行。电动压缩机1启动，其产生的高温高压制冷剂气体经过第一常闭电磁阀15进入到板式换热器7，冷却液泵11输入至板式换热器7处的冷却液与高温高压制冷剂气体进行热交换，冷却液被加热并通过车内换热器9加热车内空气，当车内环境温度低于5℃或热泵系统出现故障停止运行时，PTC电加热器8自动启动进行供暖；冷凝成液体的制冷剂分别通过两条回路返回至电动压缩机1中，其中第一条为通过第二常闭电磁阀、第二单向截止阀17、第二电控膨胀阀20节流成气液两相进入到车内蒸发器4中，制冷剂在车内蒸发器4中蒸发吸热，空气中的水分被冷凝实现除湿效果；第二条回路为制冷剂通过第一电控膨胀阀12节流成气液两相形态、第一单向截止阀13进入到车外换热器2进行吸热，再经过第三常闭电磁阀18与第一条从车内蒸发器4出来的制冷剂混合，混合后的制冷剂进入到气液分离器6中进行制冷剂气体与液体形态的分离，分离后制冷剂气体返回电动压缩机1，进行下次循环工作，空调热泵系统通过此类循环工作实现车内空气的连续除湿工作。该模式运行时采用双蒸发器(车内蒸发器4和车外换热器2)，避免车内蒸发器制4冷量过大导致出风温度较低，该系统同时拥有两个热源，车外空气热源与车内空气热源，能够回收除湿的能量，有效除湿的同时能提供更多的热量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：包括热泵系统和冷却液回路系统；
所述热泵系统包括产生高温高压制冷剂的电动压缩机(1)、车外换热器(2)、板式换热器(7)、车内蒸发器(4)、车内换热器(9)、气液分离器(6)、第一电控膨胀阀(12)、第二电控膨胀阀(20)，常开电磁阀、常闭电磁阀、单向截止阀及其连接管路；所述电动压缩机(1)通过常开电磁阀、常闭电磁阀分别与车外换热器(2)、板式换热器(7)连接，所述车外换热器(2)通过第二电控膨胀阀(20)与车内蒸发器(4)连接，所述车内换热器(9)与板式换热器(7)连接，所述气液分离器(6)设置在电动压缩机(1)前方；
所述冷却液回路系统包括冷却液泵(11)、冷却液膨胀水箱(10)、PTC电加热器(8)及其连接管路；所述板式换热器(7)与冷却液泵(11)连接；
所述热泵系统通过调节常开电磁阀、常闭电磁阀的开启与关闭来切换热泵系统管路连接关系实现热泵系统的制冷、制热和除湿运行模式。
2.根据权利要求1所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：所述热泵系统制冷模式管路连接包括：所述电动压缩机(1)通过常开电磁阀与车外换热器(2)连接，所述车外换热器(2)通过第二电控膨胀阀(20)与车内蒸发器(4)连接，所述车内蒸发器(4)通过气液分离器(6)与电动压缩机(1)连接。
3.根据权利要求1所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：所述热泵系统制热模式管路连接包括：所述电动压缩机(1)通过常闭电磁阀与板式换热器(7)连接，所述板式换热器(7)一端与冷却液泵(11)连接进行冷却液供应，一端与车内换热器(9)连接将经过板式换热器(7)交换过的冷却液加热室内空气，另一端通过第一电控膨胀阀(12)与车外换热器(2)连接，所述车外换热器(2)依次通过常闭电磁阀、气液分离器(6)与电动压缩机(1)连接。
4.根据权利要求1所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：所述热泵系统除湿模式管路连接包括：所述电动压缩机(1)通过常闭电磁阀与板式换热器(7)连接，所述板式换热器(7)一端与冷却液泵(11)连接进行冷却液供应，一端与车内换热器(9)连接将经过板式换热器(7)交换过的冷却液加热室内空气，经过板式换热器(7)热交换后的制冷剂分成两条回路回到电动压缩机(1)内。
5.根据权利要求4所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：经过板式换热器(7)换热后的制冷剂通过常闭电磁阀、第二电控膨胀阀(20)进入到车内蒸发器(4)，所述车内蒸发器(4)与气液分离器(6)连接。
6.根据权利要求4所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：经过板式换热器(7)换热后的制冷剂通过第一电控膨胀阀(12)、单向截止阀进入到车外换热器(2)，所述车外换热器(2)通过常闭电磁阀与气液分离器(6)连接。
7.根据权利要求1所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：所述常开电磁阀包括第一常开电磁阀(14)和第二常开电磁阀(19)；所述常闭电磁阀包括第一常闭电磁阀(15)、第二常闭电磁阀(16)和第三常闭电磁阀(18)；所述单向截止阀包括与第一电控膨胀阀(12)串联的第一单向截止阀(13)，与第二常闭电磁阀(16)串联的第二单向截止阀(17)。
8.根据权利要求1所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：所述车外换热器(2)旁设置有冷却风扇(3)；所述车内蒸发器(4)旁设置有鼓风机(5)。
9.根据权利要求1所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：所述PTC电加热器(8)在低温环境时自动启动，进行加热供暖。
10.根据权利要求1所述的一种带有冷却液回路的新能源汽车用空调热泵系统，其特征在于：所述第一电控膨胀阀(12)、第二电控膨胀阀(20)都采用直流PWM驱动，流量调节范围为0-100％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171124 Termination date: 20200410 |