CN207156890U - 使用co2制冷剂的热泵型电动汽车空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种使用CO2制冷剂的热泵型电动汽车空调系统，该空调系统包括二氧化碳制冷压缩机、气液分离器、车外冷却器、车外冷却器风扇、回热器、板式换热器、水泵、膨胀水壶、暖风芯体、蒸发器、鼓风机、两位三通阀、电子膨胀阀a、电子膨胀阀b、电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d、风门、车内空气流道a、车内空气流道b、车内空气流道c。本实用新型解决了传统热泵型汽车空调采用R134a制冷剂所带来的弊端，提高了空调系统冬季的制热能力。

Description

使用CO2制冷剂的热泵型电动汽车空调系统

技术领域

本实用新型涉及汽车空调，尤其是一种使用CO2制冷剂的热泵型电动汽车空调系统。

背景技术

电动汽车作为目前汽车发展的主流方向之一，具有能源利用多元化，安静无污染等优点。与传统燃油汽车相比，电动汽车没有发动机的热利用，无法采用传统的空调系统。热泵系统是一种很好的解决方案，具有效率高的优点。

目前电动汽车空调系统主要具有以下缺点：

1、部分电动汽车空调系统，制热时采用纯PTC加热的方式，不节能；

2、对于传统的热泵型汽车空调，制冷剂均采用R134a，在低温制热能力低，这种低温下制热能力低归根结底是由于R134a制冷剂物理性质决定的，在较低的环境温度下，R134a系统的吸气压力太低，例如在-15度时，R134a对应饱和压力1.64bar，为了避免系统真空，压缩机吸气压力控制在不低于1bar，同时为了保护压缩机需要对吸气压力限制，压缩机转速减小，制冷剂流量减小，进一步导致性能变低；

3、R134a制冷剂在使用和生产过程中，均会对环境产生污染。

目前，欧盟和北美均已出台关于汽车空调系统排放物的法规，可以预见的是，随着相关国际公约的推进，在数年之内，汽车行业将逐步削减HFC类物质的生产和使用。

目前CO2作为制冷剂已经具备相当成熟的技术，在汽车空调中也有应用，但是大多数是作为制冷系统使用，在电动汽车热泵空调中，使用CO2作为制冷剂的技术还不成熟，CO2作为制冷剂最大的缺点是CO2具有高临界压力和低临界温度(临界温度31.1℃，临界压力7.37MPa)，技术上主要的难度如下：

1、安全性：CO2作为制冷剂，高压太高，尤其是在制冷时，高压最大达到 11MPa～15MPa，而汽车空调中采用R134a制冷剂高压最大不超过2Mpa。如果将高压侧的换热器放置于车内，如果发生泄漏将会危及车内人员生命。

2、对换热器的耐压要求高：目前汽车空调基本采用平行流换热器作为冷凝器，这种换热器具有换热能力强，体积小的优点，但是其耐压程度不高，很难应对CO2热泵系统的压力要求。

发明内容

发明目的：本实用新型的目的是提供一种使用CO2制冷剂的热泵型电动空调系统，旨在解决传统热泵型汽车空调采用R134a制冷剂所带来的弊端，提高空调系统冬季的制热能力。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：一种使用CO2制冷剂的热泵型电动汽车空调系统，包括二氧化碳制冷压缩机、气液分离器、车外冷却器、车外冷却器风扇、回热器、板式换热器、水泵、膨胀水壶、暖风芯体、蒸发器、鼓风机、两位三通阀、电子膨胀阀a、电子膨胀阀b、电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c、电磁阀d、风门、车内空气流道a、车内空气流道b、车内空气流道c；

所述二氧化碳制冷压缩机的吸气侧与回热器低压流道的一端相连，回热器低压流道的另一端与气液分离器的出口相连，二氧化碳制冷压缩机的排气口分别与电磁阀d的一端、板式换热器制冷剂流道的一端相连，板式换热器制冷剂流道的另一端与电磁阀c的一端相连，电磁阀d的另一端与两位三通阀的第一端口相连，两位三通阀的第二端口和气液分离器的进口相连，两位三通阀的第三端口和车外冷却器的一端相连，车外冷却器的另一端分别与电磁阀a的一端、电子膨胀阀b的一端相连，电磁阀a的另一端、电子膨胀阀b的另一端分别与回热器高压流道的一端相连，回热器高压流道的另一端分别与电磁阀c的另一端、电磁阀b的一端相连，电磁阀b的另一端和电子膨胀阀a的一端相连，电子膨胀阀a的另一端和蒸发器的一端相连，蒸发器的另一端与气液分离器进口相连；

所述水泵的出口和膨胀水壶的一端相连，膨胀水壶另一端和暖风芯体的一端相连，暖风芯体的另一端和板式换热器冷却水流道的一端相连，板式换热器冷却水流道的一端和水泵进口相连；

所述车外冷却器风扇进口和车外空气相连，通过车外冷却器风扇驱动车外空气流过车外冷却器表面；

车内空气流道a的一端、车内空气流道b的一端、车内空气流道c的一端分别与车内空气相连，车内空气流道a的另一端通过风门分别与车内空气流道b的另一端、车内空气流道c的另一端相连，鼓风机和蒸发器固定在车内空气流道a内，通过鼓风机驱动车内空气流过蒸发器表面，暖风芯体固定在车内空气流道b内。

本实用新型热泵型电动汽车空调系统具有以下优点：

1、所述热泵系统制热不需要PTC，节能高效；

2、所述热泵系统是针对CO2制冷剂设计，对环境无污染，不会因为环境相关的法规被淘汰；

3、解决了传统R134a制冷剂制热能力不足的缺点，低温下的制热能力大大提高。即便是在-20℃环境下，也可以满足制热的需求；

4、所述热泵系统高压侧采用板式换热器，耐压性更好，同时采用水和制冷剂换热，换热效果更好；

5、所述热泵系统高压部分换热器放置于车外，安全性好。

附图说明

图1为本实用新型热泵型电动汽车空调系统在制冷模式下的工作状态示意图；

图2为本实用新型热泵型电动汽车空调系统在热泵模式下的工作状态示意图；

图3为本实用新型热泵型电动汽车空调系统在除霜模式的工作状态示意图；

图4为本实用新型热泵型电动汽车空调系统在除雾模式的工作状态示意图；

图中：1-二氧化碳制冷压缩机、2-气液分离器、3-车外冷却器、4-车外冷却器风扇、5-回热器、6-板式换热器、7-水泵、8-膨胀水壶、9-暖风芯体、10-蒸发器、11-鼓风机、12-两位三通阀、13-电子膨胀阀a、14-电子膨胀阀b、15-电磁阀a、16-电磁阀 b、17-电磁阀c、18-电磁阀d、19-风门、20-车内空气流道a、21-车内空气流道b、22- 车内空气流道c。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1所示，本实用新型的一种使用CO2制冷剂的热泵型电动汽车空调系统，包括二氧化碳制冷压缩机1、气液分离器2、车外冷却器3、车外冷却器风扇4、回热器5、板式换热器6、水泵7、膨胀水壶8、暖风芯体9、蒸发器10、鼓风机11、两位三通阀 12、电子膨胀阀a13、电子膨胀阀b14、电磁阀a15、电磁阀b16、电磁阀c17、电磁阀 d18、风门19、车内空气流道a20、车内空气流道b21、车内空气流道c22。

所述二氧化碳制冷压缩机1的吸气侧与回热器5低压流道的一端相连，回热器5低压流道的另一端与气液分离器2的出口相连，二氧化碳制冷压缩机1的排气口分别与电磁阀d18的一端、板式换热器6制冷剂流道的一端相连，板式换热器6制冷剂流道的另一端与电磁阀c17的一端相连，电磁阀d18的另一端与两位三通阀12的第一端口相连，两位三通阀12的第二端口和气液分离器2的进口相连，两位三通阀12的第三端口和车外冷却器3的一端相连，车外冷却器3的另一端分别与电磁阀a15的一端、电子膨胀阀 b14的一端相连，电磁阀a15的另一端、电子膨胀阀b14的另一端分别与回热器5高压流道的一端相连，回热器5高压流道的另一端分别与电磁阀c17的另一端、电磁阀b16 的一端相连，电磁阀b16的另一端和电子膨胀阀a13的一端相连，电子膨胀阀a13的另一端和蒸发器10的一端相连，蒸发器10的另一端与气液分离器2进口相连。

所述水泵7的出口和膨胀水壶8的一端相连，膨胀水壶8另一端和暖风芯体9的一端相连，暖风芯体9的另一端和板式换热器6冷却水流道的一端相连，板式换热器6冷却水流道的一端和水泵7进口相连。

所述车外冷却器风扇4进口和车外空气相连，通过车外冷却器风扇4驱动车外空气流过车外冷却器3表面。

车内空气流道a20的一端、车内空气流道b21的一端、车内空气流道c22的一端分别与车内空气相连，车内空气流道a20的另一端通过风门19分别与车内空气流道b21 的另一端、车内空气流道c22的另一端相连，鼓风机11和蒸发器10固定在车内空气流道a20内，通过鼓风机11驱动车内空气流过蒸发器10表面，暖风芯体9固定在车内空气流道b21内。

本实用新型剂的热泵型电动汽车空调系统可以实现多种功能，总的说来，一共有四种工作模式，分别为制冷模式、热泵模式、除霜模式和除雾模式，制冷模式适用于夏天车内的制冷需求，热泵模式适用于冬天车内的制热需求，除霜模式适用于冬天车外冷却器3的除霜工况，除雾模式适用于冬季车内的除雾工况。

本实用新型的热泵型电动汽车空调系统的工作方法如下：

在夏天需要对车内进行制冷时，通过控制风门19开度使车内空气流道a20与车内空气流道b21断开，同时车内空气流道a20与车内空气流道c22连通，开启车外冷却器风扇4、鼓风机11、电磁阀a15、电磁阀b16、电磁阀d18，关闭水泵7、电磁阀c17，从二氧化碳制冷压缩机1流出的制冷剂依次经过电磁阀d18、两位三通阀12、车外冷却器3、电磁阀a15、回热器5的高压流道、电磁阀b16、电子膨胀阀a13、蒸发器10、气液分离器2、回热器5低压流道，最后进入二氧化碳制冷压缩机1，制冷剂在流经车外冷却器3时进行冷凝，冷凝过程中将热量传递给车外空气，制冷剂在流经蒸发器10时进行蒸发，蒸发过程中吸收车内空气中的热量，进而实现车内制冷；

在冬天需要对车内进行制热时，通过控制风门19开度使车内空气流道a20与车内空气流道b21连通，同时车内空气流道a20与车内空气流道c22断开，开启车外冷却器风扇4、水泵7、鼓风机11、电磁阀c17，关闭电磁阀a15、电磁阀b16、电磁阀d18，从二氧化碳制冷压缩机1流出的制冷剂依次经过板式换热器6的制冷剂流道、电磁阀 c17、回热器5的高压流道、电子膨胀阀b14、车外冷却器3、两位三通阀12、气液分离器2、回热器5的低压流道，最后进入二氧化碳制冷压缩机1，膨胀水壶8内的冷却水在水泵7作用下循环流经板式换热器6冷却水流道和暖风芯体9，制冷剂在流经板式换热器6时进行冷凝，冷凝过程中将热量传递给冷却水，制冷剂在流经车外冷却器3时进行蒸发，蒸发过程中吸收车外空气中的热量，冷却水在流经暖风芯体9时再将热量传递给车内空气，进而实现车内制热；

在冬天需要对车外冷却器3进行除霜，或者对车内进行除雾时，通过控制风门19开度使车内空气流道a20与车内空气流道b21连通，同时车内空气流道a20与车内空气流道c22断开，开启车外冷却器风扇4、水泵7、鼓风机11、电磁阀a15、电磁阀b16、电磁阀c17和电磁阀d18，膨胀水壶8内的冷却水在水泵7作用下循环流经板式换热器 6冷却水流道和暖风芯体9，从二氧化碳制冷压缩机1流出的制冷剂先分成两路，一路依次经过电磁阀d18、两位三通阀12、车外冷却器3、电磁阀a15、回热器5的高压流道，另一路依次经过板式换热器6的制冷剂流道、电磁阀c17，然后两路制冷剂汇合并经过电磁阀b16、电子膨胀阀a13、蒸发器10、气液分离器2、回热器5的低压流道，最后进入二氧化碳制冷压缩机1，制冷剂流经车外冷却器3时融化车外冷却器3表面结霜，另一路制冷剂流经板式换热器6时进行冷凝，冷凝过程中将热量传递给冷却水，制冷剂在流经蒸发器10时进行蒸发，蒸发过程中吸收车内空气中的热量，冷却水在流经暖风芯体9时再将热量传递给车内空气，防止车内空气温度降低；

当冬天需要对车内进行除雾时，通过控制风门19开度使车内空气流道a20与车内空气流道b21连通，同时车内空气流道a20与车内空气流道c22断开，开启车外冷却器风扇4、水泵7、鼓风机11、电磁阀b16、电磁阀c17，关闭电磁阀a15和电磁阀d18，膨胀水壶8内的冷却水在水泵7作用下循环流经板式换热器6冷却水流道和暖风芯体9，从二氧化碳制冷压缩机1流出的制冷剂依次经过板式换热器6的制冷剂流道、电磁阀c17 后分为两路，一路制冷剂依次经过回热器5的高压流道、电子膨胀阀b14、车外冷却器 3、两位三通阀12、气液分离器2、回热器5的低压流道，最后进入二氧化碳制冷压缩机1，另一路制冷剂依次经过电磁阀b16、电子膨胀阀a13、蒸发器10、气液分离器2，最后进入二氧化碳制冷压缩机1，一路制冷剂在流经车外冷却器3时进行蒸发，蒸发过程中吸收车外空气中的热量，另一路制冷剂在流经蒸发器10时进行蒸发，蒸发过程中吸收车内空气中的热量并对车内空气进行除湿，制冷剂在流经板式换热器6时进行冷凝，冷凝过程中将热量传递给冷却水，冷却水在流经暖风芯体9时再将热量传递给车内空气，进而实现对车内空气加热，加热后的干燥热空气通入车内，去除车窗上的水雾。

总的来说，本实用新型热泵型电动汽车空调系统采用CO2作为制冷剂，可以通过电磁阀的配合使用，改变制冷剂流向，让空调系统工作在不同的模式下，以实现制冷、制热、除雾、蒸发器化霜等不同功能。

本实用新型热泵型电动汽车空调系统的板式换热器、车外冷却器、回热器、二氧化碳制冷压缩机及配套高压排气管均为高压部件，为保证空调系统使用过程中的安全性，将上述高压部件布置在车外，暖风芯体、蒸发器等,均为低压部件,将上述低压部件布置在车内。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种使用CO2制冷剂的热泵型电动汽车空调系统，其特征在于：包括二氧化碳制冷压缩机(1)、气液分离器(2)、车外冷却器(3)、车外冷却器风扇(4)、回热器(5)、板式换热器(6)、水泵(7)、膨胀水壶(8)、暖风芯体(9)、蒸发器(10)、鼓风机(11)、两位三通阀(12)、电子膨胀阀a(13)、电子膨胀阀b(14)、电磁阀a(15)、电磁阀b(16)、电磁阀c(17)、电磁阀d(18)、风门(19)、车内空气流道a(20)、车内空气流道b(21)、车内空气流道c(22)；

所述二氧化碳制冷压缩机(1)的吸气侧与回热器(5)低压流道的一端相连，回热器(5)低压流道的另一端与气液分离器(2)的出口相连，二氧化碳制冷压缩机(1)的排气口分别与电磁阀d(18)的一端、板式换热器(6)制冷剂流道的一端相连，板式换热器(6)制冷剂流道的另一端与电磁阀c(17)的一端相连，电磁阀d(18)的另一端与两位三通阀(12)的第一端口相连，两位三通阀(12)的第二端口和气液分离器(2)的进口相连，两位三通阀(12)的第三端口和车外冷却器(3)的一端相连，车外冷却器(3)的另一端分别与电磁阀a(15)的一端、电子膨胀阀b(14)的一端相连，电磁阀a(15)的另一端、电子膨胀阀b(14)的另一端分别与回热器(5)高压流道的一端相连，回热器(5)高压流道的另一端分别与电磁阀c(17)的另一端、电磁阀b(16)的一端相连，电磁阀b(16)的另一端和电子膨胀阀a(13)的一端相连，电子膨胀阀a(13)的另一端和蒸发器(10)的一端相连，蒸发器(10)的另一端与气液分离器(2)进口相连；

所述水泵(7)的出口和膨胀水壶(8)的一端相连，膨胀水壶(8)另一端和暖风芯体(9)的一端相连，暖风芯体(9)的另一端和板式换热器(6)冷却水流道的一端相连，板式换热器(6)冷却水流道的一端和水泵(7)进口相连；

所述车外冷却器风扇(4)进口和车外空气相连，通过车外冷却器风扇(4)驱动车外空气流过车外冷却器(3)表面；

车内空气流道a(20)的一端、车内空气流道b(21)的一端、车内空气流道c(22)的一端分别与车内空气相连，车内空气流道a(20)的另一端通过风门(19)分别与车内空气流道b(21)的另一端、车内空气流道c(22)的另一端相连，鼓风机(11)和蒸发器(10)固定在车内空气流道a(20)内，通过鼓风机(11)驱动车内空气流过蒸发器(10)表面，暖风芯体(9)固定在车内空气流道b(21)内。