CN208277791U - 一种燃料电池车用热泵空调系统 - Google Patents

一种燃料电池车用热泵空调系统 Download PDF

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吕家明
蒋燕青
唐炯
张婧宇
何健
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Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池车用热泵空调系统，该系统包括空调压缩机、换向电磁阀、内部换热器、鼓风机、暖风芯体、低电压空气加热器、单向阀、膨胀机构、燃料电池散热系统、水冷式换热器、比例调节阀门、第一控制阀门、第二控制阀门和外部换热器，其中，比例调节阀门和第一控制阀门在制热模式下处于开启状态。基于该系统，在制热模式下经电堆加热升温后的冷却液流入水冷式换热器及暖风芯体，分别提高燃料电池车用热泵空调系统的蒸发温度及冷凝温度，用以提高低温环境下热泵空调的效率以及乘客舱出风口温度，达到节能高效及采暖舒适性的目的。

Description

一种燃料电池车用热泵空调系统
技术领域
本实用新型涉及燃料电池车辆技术领域，更具体地说，涉及一种燃料电池车用热泵空调系统。
背景技术
空调作为改善驾驶员工作条件、提高汽车安全性的重要手段，在电动汽车中都是必不可少的。
图1示出一种新能源车辆空调系统，由空调压缩机101、内部换热器102、鼓风机103、高电压空气加热器104、膨胀机构105、外部换热器106、冷却风扇107和主散热器108构成。在制热模式下，采用高电压空气加热器制热进行采暖，直接将电能转化为热能，但是由于该采暖方式能耗高，这就会极大影响新能源车行驶里程、同时提高供暖成本。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种燃料电池车用热泵空调系统，以解决现有新能源车辆空调系统采用高电压空气加热器制热，会产生耗能高的问题。技术方案如下：
一种燃料电池车用热泵空调系统，其特征在于，包括：空调压缩机、换向电磁阀、内部换热器、鼓风机、暖风芯体、低电压空气加热器、单向阀、膨胀机构、燃料电池散热系统、水冷式换热器、比例调节阀门、第一控制阀门、第二控制阀门和外部换热器，其中，比例调节阀门和第一控制阀门在制热模式下处于开启状态、所述第二控制阀门处于关闭状态；
第一换向电磁阀、第二换向电磁阀、第三换向电磁阀和第四换向电磁阀依次首尾相连，其中，所述第一换向电磁阀和所述第三换向电磁阀在制热模式下处于开启状态、所述第二换向电磁阀和所述第四换向电磁阀在制热模式下处于关闭状态；
第一单向阀的输出端与第二单向阀的输入端相连，所述第二单向阀的输出端与第三单向阀的输出端相连、所述第三单向阀的输入端与第四单向阀的输出端相连，所述第四单向阀的输入端与所述第一单向阀的输入端相连；
所述膨胀机构的输入端分别与所述第二单向阀的输出端以及所述第三单向阀的输出端相连，所述膨胀机构的输出端分别与所述第四单向阀的输入端以及所述第一单向阀的输入端相连；
所述空调压缩机的出口分别与所述第一换向电磁阀和所述第四换向电磁阀相连，所述空调压缩机的入口分别与所述第二换向电磁阀和所述第三换向电磁阀相连；
所述鼓风机、所述暖风芯体、所述内部换热器和所述低电压空气加热器依次设置于同一风道中，并且，所述内部换热器一端分别与所述第一换向电磁阀和所述第二换向电磁阀相连，另一端分别与所述第一单向阀的输出端、所述第二单向阀的输入端相连；
所述水冷式换热器一端分别与所述第三单向阀的输入端和所述第四单向阀的输出端相连，另一端与所述第一控制阀门一端相连，入水口与所述燃料电池散热系统中的水泵相连，出水口通过四通分别与所述比例调节阀门一端、所述燃料电池散热系统中的节温器和主散热器相连；
所述比例调节阀门另一端与所述暖风芯体的入水口相连，所述暖风芯体的出水口与所述燃料电池散热系统中的电堆相连；
所述第一控制阀门另一端分别与所述第三换向电磁阀和所述第四换向电磁阀相连；
所述第二控制阀门一端与所述外部换热器一端相连，另一端分别与所述第三换向电磁阀和所述第四换向电磁阀相连；
所述外部换热器另一端与分别与所述第三单向阀的输入端和所述第四单向阀的输出端相连。
优选的，所述低电压空气加热器在除霜模式下处于开启状态。
优选的，所述比例调节阀门和所述第一控制阀门在制冷模式或者除雾模式下处于关闭状态，所述第二控制阀门在制冷模式或者除雾模式下处于开启状态，所述第一换向电磁阀和所述第三换向电磁阀在制冷模式或者除雾模式下处于关闭状态、所述第二换向电磁阀和所述第四换向电磁阀在制冷模式或者除雾模式下处于开启状态。
优选的，所述低压空气加热器在除雾模式下处于开启状态。
相较于现有技术，本实用新型实现的有益效果为：
以上本实用新型提供的一种燃料电池车用热泵空调系统，该系统将热泵空调技术应用于新能源车辆经电堆加热升温后的冷却液流入水冷式换热器及暖风芯体，分别提高燃料电池车用热泵空调系统的蒸发温度及冷凝温度，用以提高低温环境下热泵空调的效率以及乘客舱出风口温度，达到节能高效及采暖舒适性的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种新能源车辆空调系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的燃料电池车用热泵空调系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型实施例提供一种燃料电池车用热泵空调系统，其结构示意图如图2所示，包括：空调压缩机1、换向电磁阀2、内部换热器3、鼓风机4、暖风芯体5、低电压空气加热器6、单向阀7、膨胀机构8、燃料电池散热系统9和水冷式换热器10、比例调节阀门11、第一控制阀门12、第二控制阀门13和外部换热器14，其中，比例调节阀门11和第一控制阀门12在制热模式下处于开启状态、第二控制阀门13处于关闭状态；
第一换向电磁阀21、第二换向电磁阀22、第三换向电磁阀23和第四换向电磁阀24依次首尾相连，其中，第一换向电磁阀21和第三换向电磁阀23在制热模式下处于开启状态、第二换向电磁阀22和第四换向电磁阀24在制热模式下处于关闭状态；
第一单向阀71的输出端与第二单向阀72的输入端相连，第二单向阀72的输出端与第三单向阀73的输出端相连、第三单向阀73的输入端与第四单向阀74的输出端相连，第四单向阀74的输入端与第一单向阀71的输入端相连；
膨胀机构8的输入端分别与第二单向阀72的输出端以及第三单向阀73的输出端相连，膨胀机构8的输出端分别与第四单向阀74的输入端以及第一单向阀71的输入端相连；
空调压缩机1的出口分别与第一换向电磁阀21和第四换向电磁阀24相连，空调压缩机1的入口分别与第二换向电磁阀22和第三换向电磁阀23相连；
鼓风机4、暖风芯体5、内部换热器3和低电压空气加热器6依次设置于同一风道中，并且，内部换热器3一端分别与第一换向电磁阀21和第二换向电磁阀22相连，另一端分别与第一单向阀71的输出端、第二单向阀72的输入端相连；
水冷式换热器10一端分别与第三单向阀73的输入端和第四单向阀74的输出端相连，另一端与第一控制阀门12一端相连，入水口与燃料电池散热系统9中的水泵901相连，出水口通过四通15分别与比例调节阀门11一端、燃料电池散热系统9中的节温器902和主散热器903相连；
比例调节阀门11另一端与暖风芯体5的入水口相连，暖风芯体5的出水口与燃料电池散热系统9中的电堆904相连；
第一控制阀门12另一端分别与第三换向电磁阀23和第四换向电磁阀24相连；
第二控制阀门13一端与外部换热器14相连，另一端分别与第三换向电磁阀23和第四换向电磁阀24相连；
外部换热器14另一端与分别与第三单向阀73的输入端和第四单向阀74的输出端相连。
本实施例中，换向机构由四个换向电磁阀组成，第一换向电磁阀21和第三换向电磁阀23为一对、第二换向电磁阀22和第四换向电磁阀24为一对，每对换向电磁阀同时开启或关闭。四个单向阀组成桥式连接，其目的是确保无论在哪种模式下，制冷剂均以同一流向流过膨胀机构8。而比例调节阀门11则是根据不同模式来控制冷却液是否流过暖风芯体5；比如，在制冷模式下，比例调节阀门1关闭、冷却液不会流过暖风芯体5，而在制热模式下，比例调节阀门1开启、冷却液流过暖风芯体5，此时，比例调节阀门1的开度则需要根据实际具体设置，本实施例并不做限定。
燃料电池散热系统9中的电堆904属于热源，其多余的热量通过水泵加压后的冷却液分别给到水冷式换热器10和暖风芯体5，其目的是在室外温度较低时，同时提高制冷系统的蒸发温度和冷凝温度。以下详述制热模式下燃料电池车用热泵空调系统的工作方式：
在制热模式下，第一控制阀门12和比例调节阀门11开启，第一换向电磁阀21和第三换向电磁阀23开启、第二换向电磁阀22和第四换向电磁阀24关闭。高压制冷剂从空调压缩机1排气口排出、经第一换向电磁阀21流入内部换热器3，在鼓风机4作用下放热冷凝，冷凝后的高压高温制冷剂液体经第二单向阀72流入膨胀机构8成为低温低压的制冷剂两相流，气液两相流流入水冷式换热器10与冷却液换热蒸发成为过热气体，经第一控制阀门12和第三换向电磁阀23重新回到空调压缩机1吸气口，完成制热循环。
在制热循环的过程中，经电堆加热后的冷却液通过水泵输送至水冷式换热器10以及暖风芯体5，分别用以提高制冷系统的蒸发温度和冷凝温度，比例调节水阀11可调整两路的冷却液流量。
实际应用过程中，在低温环境下整车刚启动时，电堆温度较低、燃料电池车用热泵空调系统不启动工作，低电压空气加热器17可被打开，承担加热空气的作用，待电堆温度上升后(一般2～3分钟)，燃料电池车用热泵空调系统启动工作，低电压空气加热器17关闭。若此时，整车有除霜要求，低电压空气加热器17仍然被打开，其目的是加快除霜速度，满足国标要求。
在图1示出的燃料电池车用热泵空调系统的基础上，为满足乘客制冷的需求，系统中比例调节阀门11和第一控制阀门12在制冷模式或者除雾模式下处于关闭状态，第二控制阀门13在制冷模式或者除雾模式下处于开启状态，第一换向电磁阀21和第三换向电磁阀23在制冷模式或者除雾模式下处于关闭状态、第二换向电磁阀22和第四换向电磁阀24在制冷模式或者除雾模式下处于开启状态。
在制冷模式下，第一控制阀门12和比例调节阀门11关闭，第二控制阀门开启，第一换向电磁阀21和第三换向电磁阀23关闭，第二换向电磁阀22和第四换向电磁阀24开启。高压制冷剂从空调压缩机1排气口排出、经第四换向电磁阀24和第二控制阀门13流入外部换热器，在冷却风扇905及迎面风速的作用下放热冷凝，冷凝后高压高温制冷剂液体经过第三单向阀73流入膨胀机构8成为低温低压制冷剂两相流，气液两相流流入内部换热器3，在鼓风机4作用下吸热蒸发为过热气体，过热气态制冷剂经第二换向电磁阀22流入空调压缩机1吸气口，完成制冷循环。
制冷模式下，燃料电池散热系统9不参与工作，低电压空气加热器6在除雾时被使用。当系统有除雾请求时，制冷系统维持原工作，用以给空气除湿，而低电压空气加热器6用以给空气升温，提高空气相对湿度以对风窗玻璃进行除雾。
本实用新型实施例提供燃料电池车用热泵空调系统，该系统将热泵空调技术应用于新能源车辆，经电堆加热升温后的冷却液流入水冷式换热器及暖风芯体，分别提高燃料电池车用热泵空调系统的蒸发温度及冷凝温度，用以提高低温环境下热泵空调的效率以及乘客舱出风口温度，达到节能高效及采暖舒适性的目的。
以上对本实用新型所提供的一种燃料电池车用热泵空调系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素，或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种燃料电池车用热泵空调系统，其特征在于，包括：空调压缩机、换向电磁阀、内部换热器、鼓风机、暖风芯体、低电压空气加热器、单向阀、膨胀机构、燃料电池散热系统、水冷式换热器、比例调节阀门、第一控制阀门、第二控制阀门和外部换热器，其中，所述比例调节阀门和所述第一控制阀门在制热模式下处于开启状态、所述第二控制阀门处于关闭状态；
第一换向电磁阀、第二换向电磁阀、第三换向电磁阀和第四换向电磁阀依次首尾相连，其中，所述第一换向电磁阀和所述第三换向电磁阀在制热模式下处于开启状态、所述第二换向电磁阀和所述第四换向电磁阀在制热模式下处于关闭状态；
第一单向阀的输出端与第二单向阀的输入端相连，所述第二单向阀的输出端与第三单向阀的输出端相连、所述第三单向阀的输入端与第四单向阀的输出端相连，所述第四单向阀的输入端与所述第一单向阀的输入端相连；
所述膨胀机构的输入端分别与所述第二单向阀的输出端以及所述第三单向阀的输出端相连，所述膨胀机构的输出端分别与所述第四单向阀的输入端以及所述第一单向阀的输入端相连；
所述空调压缩机的出口分别与所述第一换向电磁阀和所述第四换向电磁阀相连，所述空调压缩机的入口分别与所述第二换向电磁阀和所述第三换向电磁阀相连；
所述鼓风机、所述暖风芯体、所述内部换热器和所述低电压空气加热器依次设置于同一风道中，并且，所述内部换热器一端分别与所述第一换向电磁阀和所述第二换向电磁阀相连，另一端分别与所述第一单向阀的输出端、所述第二单向阀的输入端相连；
所述水冷式换热器一端分别与所述第三单向阀的输入端和所述第四单向阀的输出端相连，另一端与所述第一控制阀门一端相连，入水口与所述燃料电池散热系统中的水泵相连，出水口通过四通分别与所述比例调节阀门一端、所述燃料电池散热系统中的节温器和主散热器相连；
所述比例调节阀门另一端与所述暖风芯体的入水口相连，所述暖风芯体的出水口与所述燃料电池散热系统中的电堆相连；
所述第一控制阀门另一端分别与所述第三换向电磁阀和所述第四换向电磁阀相连；
所述第二控制阀门一端与所述外部换热器一端相连，另一端分别与所述第三换向电磁阀和所述第四换向电磁阀相连；
所述外部换热器另一端与分别与所述第三单向阀的输入端和所述第四单向阀的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低电压空气加热器在除霜模式下处于开启状态。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述比例调节阀门和所述第一控制阀门在制冷模式或者除雾模式下处于关闭状态，所述第二控制阀门在制冷模式或者除雾模式下处于开启状态，所述第一换向电磁阀和所述第三换向电磁阀在制冷模式或者除雾模式下处于关闭状态、所述第二换向电磁阀和所述第四换向电磁阀在制冷模式或者除雾模式下处于开启状态。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述低电压空气加热器在除雾模式下处于开启状态。
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