CN208343855U - 一种汽车热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种汽车热泵空调系统，所述系统包括压缩机(1)、车外换热器(3)、车内换热器(4)和第一节流装置(6)，还包括并联支路(15)，且所述并联支路(15)的第一端连接在所述车外换热器(3)和所述第一节流装置(6)之间的位置、所述并联支路(15)的第二端连接在所述压缩机(1)和所述车内换热器(4)之间的位置；在所述并联支路(15)上还设置有第二节流装置(7)和相变储能模块(8)，所述相变储能模块(8)能够将汽车中的发热组件产生的热量储存、并与所述并联支路(15)中的冷媒进行热交换。通过本实用新型能够利用汽车中的发热组件(尤其是电池组)产生的热量，作为化霜时的低品位热源，提高车内舒适性。

Description

一种汽车热泵空调系统

技术领域

本实用新型属于空调技术领域，具体涉及一种汽车热泵空调系统。

背景技术

在冬季低温工况下，汽车在行驶过程中车外换热器会结霜，起初随着霜层厚度的增加，其换热面积增大，此时霜层的导热热阻增大不明显，反而会增加换热量.随着霜层厚度的进一步增加，导热热阻一再增大，换热量几乎直线下降.为了保证汽车在冬季行驶过程中空调系统的可靠性，需要对车外换热器设计相应的除霜方法来保证空调系统运行的可靠，常用的除霜方法有人工除霜、水冲霜、电热除霜、压缩空气除霜，但是都由于其局限性不适用于汽车空调系统的除霜。

热气融霜分为换向除霜和旁通热气除霜，常规换向除霜需要切换为制冷模式，内侧换热器中会流经低温制冷剂，对车舱内的温度影响较大，引起温度波动，影响驾乘人员的舒适性。

由于现有技术中的汽车热泵空调存在空调系统切换为制冷模式除霜时，内侧换热器中流经大量低温制冷剂，对车舱内的温度影响较大，引起温度波动，影响驾乘人员的舒适性；空调系统切换为制冷模式除霜时，内侧换热器上有凝结水，切换为制热模式后会引起车窗迅速结雾，影响行驶安全；温度急剧变化会对电池性能产生冲击、影响电池的性能等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种汽车热泵空调系统。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的汽车热泵空调存在制冷模式除霜对车舱内的温度影响较大，引起温度波动，影响驾乘人员的舒适性的缺陷，从而提供一种汽车热泵空调系统。

本实用新型提供一种汽车热泵空调系统，其包括压缩机、车外换热器、车内换热器和第一节流装置，还包括并联支路，且所述并联支路的第一端连接在所述车外换热器和所述第一节流装置之间的位置、所述并联支路的第二端连接在所述压缩机和所述车内换热器之间的位置；

在所述并联支路上还设置有第二节流装置和相变储能模块，所述相变储能模块能够将汽车中的发热组件产生的热量储存、并与所述并联支路中的冷媒进行热交换。

优选地，

还包括废热散热循环回路，所述废热散热循环回路上设置有发热组件换热器、所述发热组件换热器能对所述发热组件进行换热，且所述废热散热循环回路贯穿于所述相变储能模块中、以与所述并联支路中的冷媒进行换热。

优选地，

所述废热散热循环回路中流通冷却液，

且在所述废热散热循环回路上还设置有液体泵和/或储液箱。

优选地，

所述发热组件为汽车中的电池组，所述系统还包括能够检测电池组温度的温度检测元件，且所述相变储能模块设置在与所述电池组相邻的位置。

优选地，

所述第一节流装置包括第一电子膨胀阀和第一截止阀；和/或，所述第二节流装置包括第二电子膨胀阀和第二截止阀。

优选地，

所述压缩机为喷气增焓压缩机，在所述车外换热器和所述车内换热器之间还连接有闪发器，所述闪发器还包括中压输出端、且所述中压输出端与所述喷气增焓压缩机的中压进气口连接，所述闪发器还包括低压输出端、且所述低压输出端与所述车内换热器连接。

优选地，

所述低压输出端与所述车内换热器之间还设置有第三电子膨胀阀。

优选地，

还包括电加热元器件，所述电加热元器件设置在所述车内换热器的位置、以能对流经所述电加热元器件的空气进行加热升温。

优选地，

所述电加热元器件为PTC电加热元器件。

优选地，

在所述压缩机的出口端还设置有四通阀，所述四通阀的四个端分别连接到所述车外换热器、所述车内换热器、所述压缩机的出口端和所述压缩机的进口端。

本实用新型提供的一种汽车热泵空调系统具有如下有益效果：

1.本实用新型通过设置并联支路，以及在并联支路上设置第二节流装置和相变储能模块，能够将发热组件产生的热量进行储存，并将其与并联支路中的冷媒进行换热，能够有效地利用了汽车中的发热组件(尤其是电池组)产生的热量，将其收集储存于相变储能模块中，并将其作为化霜时的低品位热源，可以实现化霜时，车内侧换热器不流经低温冷媒，减少车舱内的温度波动，提高车内舒适性；同时由于无需对室内进行制冷，室内换热器上不会产生冷凝水，便有效解决常规换向化霜后引起的车窗结雾问题，提升安全行驶系数；

2.本实用新型通过相变储能模块可以利用常规的冷却液系统(废热散热循环回路)降低电池组的温度，在利用常规冷却液系统降温无法满足要求时，可以同步利用制冷剂流路对电池组降温，提升电池组的可靠性，储能模块还可以缓冲温度急剧变化时对电池组性能的冲击，延长电池寿命；相变储能模块中同时存在冷却液通道和制冷剂通道，夏季电池组需要降温时可以提供两种模式的冷却循环，满足电池组不同降温需求。

附图说明

图1是本实用新型的汽车热泵空调系统的结构示意图；

图2是本实用新型的汽车热泵空调系统在第一种制冷循环模式下的结构示意图；

图3是本实用新型的汽车热泵空调系统在第二种制冷循环模式下(相变储能模块进行换热)的结构示意图；

图4是本实用新型的汽车热泵空调系统在制热循环模式下的结构示意图；

图5是本实用新型的汽车热泵空调系统在化霜循环模式下的结构示意图；

图6是本实用新型的汽车热泵空调系统的第一替代实施方式的结构示意图；

图7是本实用新型的汽车热泵空调系统的第二替代实施方式的结构示意图；

图8是本实用新型的汽车热泵空调系统的第三替代实施方式的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、压缩机；2、四通阀；3、车外换热器；4、车内换热器；5、储液罐；6、第一节流装置；7、第二节流装置；8、相变储能模块；9、液体泵；10、发热组件换热器；11、储液箱；12、第三电子膨胀阀；13、闪发器；14、电加热元器件；15、并联支路；16、废热散热循环回路。

具体实施方式

如图1-8所示，本实用新型提供一种汽车热泵空调系统，其包括压缩机1、车外换热器3、车内换热器4和第一节流装置6，还包括并联支路15，且所述并联支路15的第一端连接在所述车外换热器3和所述第一节流装置6之间的位置、所述并联支路15的第二端连接在所述压缩机1和所述车内换热器4之间的位置；

在所述并联支路15上还设置有第二节流装置7和相变储能模块8，所述相变储能模块8能够将汽车中的发热组件产生的热量储存、并与所述并联支路15中的冷媒进行热交换。

本实用新型通过设置并联支路，以及在并联支路上设置第二节流装置和相变储能模块，能够将发热组件产生的热量进行储存，并将其与并联支路中的冷媒进行换热，能够有效地利用了汽车中的发热组件(尤其是电池组)产生的热量，将其收集储存于相变储能模块中，并将其作为化霜时的低品位热源，可以实现化霜时，车内侧换热器不流经低温冷媒，减少车舱内的温度波动，提高车内舒适性；同时由于无需对室内进行制冷，室内换热器上不会产生冷凝水，便有效解决常规换向化霜后引起的车窗结雾问题，提升安全行驶系数。

本实用新型设计一款可以利用电池组废热提供化霜热量的热泵空调系统，具体的是冬季利用相变储能模块收集制热运行时电池组放出的废热，然后在空调系统需要进行化霜循环时作为低品位热源提供化霜时所需的热量，实现化霜时低温制冷剂不流经内侧换热器，减少换向化霜对车舱内温度及驾驶安全的影响；

通过相变储能模块可以利用常规的冷却液系统(废热散热循环回路)降低电池组的温度，在利用常规冷却液系统降温无法满足要求时，可以同步利用制冷剂流路对电池组降温，提升电池组的可靠性，储能模块还可以缓冲温度急剧变化时对电池组性能的冲击，延长电池寿命；相变储能模块中同时存在冷却液通道和制冷剂通道，夏季电池组需要降温时可以提供两种模式的冷却循环，满足电池组不同降温需求。

优选地，

还包括废热利用散热回路16(即冷却液管路)，所述废热散热循环回路16上设置有发热组件换热器10、所述发热组件换热器10能对所述发热组件进行换热，且所述废热散热循环回路16贯穿于所述相变储能模块8中、以与所述并联支路15(即制冷剂管路)中的冷媒进行换热。

这是本实用新型的进一步的优选结构形式，即通过发热组件换热器能够对发热组件(优选是汽车中的电池组)进行换热，吸收发热组件所产生的热量，并通过废热散热循环回路通过流体将该热量带出，至相变储能模块中被储存，等到热泵空调系统需要除霜的时候将该相变储能模块中的热量释放出来、使其与并联支路中的冷媒进行换热，将热量传递至冷媒，将该热量用于化霜，以避免从车内进行吸热而影响舒适度和车内产生结雾。并且，相变储能模块中同时存在冷却液通道和制冷剂通道，在夏季电池组需要降温时可以提供两种模式的冷却循环，满足电池组不同降温需求。

优选地，

所述废热散热循环回路16中流通冷却液(优选为水)，

且在所述废热散热循环回路16上还设置有液体泵9和/或储液箱11(优选为膨胀水箱)。这是本实用新型的废热利用循环回路中流通流体的优选冷却液，通过水能够流动以在发热组件换热器处对发热组件(优选电池组)进行冷却降温，并实现热量的搬运和传递作用，在相变储能模块将热量储存并在适当时候化霜利用，通过液体泵(优选为水泵)能够提供泵送水流流动的动力，储液箱用以储存冷却液。

优选地，

所述发热组件为汽车中的电池组，所述系统还包括能够检测电池组温度的温度检测元件，且所述相变储能模块8设置在与所述电池组相邻的位置。将发热组件选择为汽车中的电池组，能够通过汽车空调热泵系统将电池组产生的费用回收，并用于热泵系统车外换热器结霜时进行化霜，通过温度检测元件能够检测出电池组温度，并根据温度判断其温度是否过高，是否常规的冷却液冷却已无法满足需求、不能将电池组温度降低至安全范围内，此时可以通过开启相变储能模块以同时通过冷媒换热对电池进行降温，提高电池组的安全使用性能。

优选地，

所述第一节流装置6包括第一电子膨胀阀和第一截止阀；和/或，所述第二节流装置7包括第二电子膨胀阀和第二截止阀。这是本实用新型的第一和第二节流装置的优选具体结构形式，能够对流经相应的管路中的冷媒进行降压膨胀、同时还能控制该管路进行通断作用。

本实用新型利用相变储能模块收集制热运行时电池组放出的废热，然后在空调系统需要进行化霜循环时作为低品位热源提供化霜时所需的热量，实现化霜时低温制冷剂不流经内侧换热器，减少换向化霜对车舱内温度及驾驶安全的影响。

实施方法如下：

图1为系统结构原理图，整个系统包括电动压缩机1，四通阀2，车外换热器3，车内换热器4，储液罐5，第一节流装置6，第二节流装置7，相变储能模块8，液体泵9，发热组件换热器10，储液箱11；压缩机1通过四通阀2与车内换热器4和车外换热器3相连，储液罐5通过四通阀2和压缩机1相连；车内换热器4和车外换热器3通过第一节流装置6连在一起；车外换热器3和相变储能模块8之前连接了第二节流装置7；液体泵9将发热组件换热器10和相变储能模块8的冷却支路连接在一起。

图2为第一种制冷循环，第二节流装置7处于关闭状态，从压缩机1出来的高温高压的气体经四通阀2流向车外换热器3，冷却后经第一节流装置6节流，在车内换热器4中蒸发吸热后回到压缩机，完成循环。同步的检测电池组温度，若温度大于a值，开启液体泵9，利用发热组件换热器10给电池组的冷却液降温，达到降低电池组温度的目的。

图3为第二种制冷循环，检测到电池组温度大于b值，利用冷却液降温已经不能满足电池组温降要求，此时需要利用制冷剂冷却，第二节流装置7打开一定开度，调节系统中的制冷剂流量，满足车舱内温降要求的同时实现给电池组降温，具体循环为，经过车外换热器3冷凝后的制冷剂，分为两路，一路节流后流入车内换热器4蒸发，一路节流后流入相变储能模块8，然后两路制冷剂混合后回到压缩机，完成循环。

图4为制热循环，第二节流装置7处于关闭状态，从压缩机1出来的高温高压气体经四通阀2后进入车内换热器4，冷凝后经第一节流装置6节流，然后流入车外换热器3，然后回到压缩机完成循环。与此同时，相变储能模块8将电池组在此期间产生的废热储存起来。

图5为化霜循环，当检测到化霜信号时，关闭第一节流装置6，打开第二节流装置7，压缩机1出来的制冷剂流入车外换热器3，冷凝后的制冷剂经第二节流装置7节流后进入相变储能模块8换热，然后回到压缩机，当检测到化霜结束信号时，退出此循环。

优选地，

如图6所示，所述压缩机1为喷气增焓压缩机，在所述车外换热器3和所述车内换热器4之间还连接有闪发器13，所述闪发器13还包括中压输出端、且所述中压输出端与所述喷气增焓压缩机的中压进气口连接，所述闪发器13还包括低压输出端、且所述低压输出端与所述车内换热器4连接。这是本实用新型的热泵空调系统的第一替代实施方式，通过喷气增焓压缩机和闪发器能够实现增焓的功能和作用，能够进一步避免热泵空调系统在车外低温环境下无法运行无法正常化霜的情况，提升系统的制冷制热性能，提高系统正常运行程度。

优选地，

所述低压输出端与所述车内换热器4之间还设置有第三电子膨胀阀12。通过设置该第三电子膨胀阀能够对该管路进行控制。

优选地，

如图7和8所示，还包括电加热元器件14，所述电加热元器件14设置在所述车内换热器4的位置、以能对流经所述电加热元器件14的空气进行加热升温。这是本实用新型的热泵空调系统的第二替代实施方式，如图7，即设置电加热元器件能够在系统化霜循环时开启电加热，实现车舱内不间断供热功能，可以实现在低温制热时，系统制热量无法满足要求时，开启增加系统制热量，在化霜循环时，开启PTC实现车舱内不间断供热。如图8，这是本实用新型的热泵空调系统的第二替代实施方式，即将增焓结构和电加热元器件共同设置，同时实现增焓和电辅助加热的功能，能够提升系统的制冷制热性能的同时提升化霜时车舱内舒适性。

优选地，

所述电加热元器件14为PTC电加热元器件。这是本实用新型的电加热元器件的优选种类，能够实现正的温度系数发热，即始终对气流进行加热，提高室内制热的舒适程度。

优选地，

在所述压缩机1的出口端还设置有四通阀2，所述四通阀2的四个端分别连接到所述车外换热器3、所述车内换热器4、所述压缩机的出口端和所述压缩机的进口端。通过设置四通阀能够对热泵空调系统进行模式切换控制，满足车内使用者的使用需求，实现制热模式、制冷模式和化霜模式等模式的控制和切换控制。

本实用新型还提供一种汽车热泵空调系统的控制方法，其使用前任一项所述的汽车热泵空调系统，对汽车进行制冷模式控制、制热模式控制、化霜模式控制和制冷剂冷却模式控制以及模式切换控制。

本实用新型能够将发热组件产生的热量进行储存，并将其与并联支路中的冷媒进行换热，能够有效地利用了汽车中的发热组件(尤其是电池组)产生的热量，将其收集储存于相变储能模块中，并将其作为化霜时的低品位热源，可以实现化霜时，车内侧换热器不流经低温冷媒，减少车舱内的温度波动，减少换向化霜对车舱内温度及驾驶安全的影响，提高车内舒适性；同时由于无需对室内进行制冷，室内换热器上不会产生冷凝水，便有效解决常规换向化霜后引起的车窗结雾问题，提升安全行驶系数；

通过相变储能模块可以利用常规的冷却液系统(废热散热循环回路)降低电池组的温度，在利用常规冷却液系统降温无法满足要求时，可以同步利用制冷剂流路对电池组降温，提升电池组的可靠性，储能模块还可以缓冲温度急剧变化时对电池组性能的冲击，延长电池寿命；相变储能模块中同时存在冷却液通道和制冷剂通道，夏季电池组需要降温时可以提供两种模式的冷却循环，满足电池组不同降温需求。

优选地，

当在所述压缩机1的出口端还设置有四通阀2，所述四通阀2的四个端分别连接到所述车外换热器3、所述车内换热器4、所述压缩机的出口端和所述压缩机的进口端时：

当需要运行在制冷模式下时，控制所述第一节流装置6开启、所述第二节流装置7关闭，控制所述四通阀2使得所述压缩机的出口端与所述车外换热器3连通、所述压缩机的进口端与所述车内换热器4连通；

当需要运行在制热模式下时，控制所述第一节流装置6开启、所述第二节流装置7关闭，控制所述四通阀2使得所述压缩机的出口端与所述车内换热器4连通、所述压缩机的进口端与所述车外换热器3连通；

当需要运行在化霜模式下时，控制所述第一节流装置6关闭、所述第二节流装置7开启，控制所述四通阀2使得所述压缩机的出口端与所述车外换热器3连通、所述压缩机的进口端与所述相变储能模块8连通。

这是本实用新型的汽车热泵空调系统的具体的制冷模式、制热模式和化霜模式的具体控制手段和控制方法，能够有效地实现车内制冷、制热以及车外换热器的化霜功能和作用，并且通过相变储能模块提供化霜所需的热量，避免化霜时从车内进行吸热而影响车内舒适度，并且避免车内出现雾气，同时有效地对电池组的热量进行了吸收和利用，提升电池组的可靠性，储能模块还可以缓冲温度急剧变化时对电池组性能的冲击，延长电池寿命；相变储能模块中同时存在冷却液通道和制冷剂通道，夏季电池组需要降温时可以提供两种模式的冷却循环，满足电池组不同降温需求。

优选地，

当所述发热组件为汽车中的电池组，所述系统还包括能够检测电池组温度的温度检测元件时，且当检测到电池组的温度大于预设值时，则进入制冷剂冷却模式：

控制所述第一节流装置6和所述第二节流装置7均开启，控制所述四通阀2使得所述压缩机的出口端与所述车外换热器3连通、所述压缩机的进口端与所述车内换热器4和所述相变储能模块8分别连通，使得所述并联支路15并联设置在所述第一节流装置6和所述车内换热器4串联管路的两端。

这是本实用新型的热泵空调系统进行制冷剂冷却模式控制，即需要对发热组件(优选电池组)进行降温吸热时，将热量储存至储能模块中，在热泵空调系统需要化霜时再将该热量放出，优选在夏天时废热散热循环回路运转(夏天电池组温度高)，通过相变储能模块与制冷剂进行换热，以大幅降低电池组的温度；冬天时废热散热循环回路不运转(冬天电池组温度不是很高)，通过相变储能模块中储存的热量与制冷剂进行换热，以对车外换热器除霜提供热量；以进行合理的利用，防止从车内吸热而影响舒适度、并且防止出现车雾，在利用常规冷却液系统降温无法满足要求时，可以同步利用制冷剂流路对电池组降温，提升电池组的可靠性，储能模块还可以缓冲温度急剧变化时对电池组性能的冲击，延长电池寿命；相变储能模块中同时存在冷却液通道和制冷剂通道，夏季电池组需要降温时可以提供两种模式的冷却循环，满足电池组不同降温需求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种汽车热泵空调系统，其特征在于：

包括压缩机(1)、车外换热器(3)、车内换热器(4)和第一节流装置(6)，还包括并联支路(15)，且所述并联支路(15)的第一端连接在所述车外换热器(3)和所述第一节流装置(6)之间的位置、所述并联支路(15)的第二端连接在所述压缩机(1)和所述车内换热器(4)之间的位置；

在所述并联支路(15)上还设置有第二节流装置(7)和相变储能模块(8)，所述相变储能模块(8)能够将汽车中的发热组件产生的热量储存、并与所述并联支路(15)中的冷媒进行热交换。

2.根据权利要求1所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

还包括废热散热循环回路(16)，所述废热散热循环回路(16)上设置有发热组件换热器(10)、所述发热组件换热器(10)能对所述发热组件进行换热，且所述废热散热循环回路(16)贯穿于所述相变储能模块(8)中、以与所述并联支路(15)中的冷媒进行换热。

3.根据权利要求2所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

所述废热散热循环回路(16)中流通冷却液，

且在所述废热散热循环回路(16)上还设置有液体泵(9)和/或储液箱(11)。

4.根据权利要求1所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

所述发热组件为汽车中的电池组，所述系统还包括能够检测电池组温度的温度检测元件，且所述相变储能模块(8)设置在与所述电池组相邻的位置。

5.根据权利要求1所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

所述第一节流装置(6)包括第一电子膨胀阀和第一截止阀；和/或，所述第二节流装置(7)包括第二电子膨胀阀和第二截止阀。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

在所述压缩机(1)的出口端还设置有四通阀(2)，所述四通阀(2)的四个端分别连接到所述车外换热器(3)、所述车内换热器(4)、所述压缩机的出口端和所述压缩机的进口端。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

所述压缩机(1)为喷气增焓压缩机，在所述车外换热器(3)和所述车内换热器(4)之间还连接有闪发器(13)，所述闪发器(13)还包括中压输出端、且所述中压输出端与所述喷气增焓压缩机的中压进气口连接，所述闪发器(13)还包括低压输出端、且所述低压输出端与所述车内换热器(4)连接。

8.根据权利要求7所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

所述低压输出端与所述车内换热器(4)之间还设置有第三电子膨胀阀(12)。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

还包括电加热元器件(14)，所述电加热元器件(14)设置在所述车内换热器(4)的位置、以能对流经所述电加热元器件(14)的空气进行加热升温。

10.根据权利要求9所述的汽车热泵空调系统，其特征在于：

所述电加热元器件(14)为PTC电加热元器件。