CN211918315U - 一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于汽车空调领域，涉及一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，包括制冷剂回路以及并联在其上的冷却液回路；所述制冷剂回路包括依次连接的电动压缩机、水冷冷凝器、外置冷凝器、蒸发器、气液分离器；所述冷却液回路并联在水冷冷凝器上，包括水箱及暖风芯体。本实用新型在制热模式下，能同时除去车厢内的湿气，避免行车过程中车窗起雾带来的安全隐患，提高车厢温度舒适性。

Description

一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统

技术领域

本实用新型属于汽车空调领域，涉及一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统。

背景技术

电动汽车与传统燃油汽车相比，由于没有发动机的余热作为热源，冬季车厢采暖无法像传统燃油汽车那样从集成在空调箱里面的暖风芯体直接取热。电动汽车由于缺乏现成热源，因此，常采用的办法是在传统空调系统里面增加PTC 辅助加热器，达到快速制热目的。PTC指正温度系数热敏电阻，电阻与温度正相关，当外界温度降低，PTC电阻值随之减小，通电发热量会相应增加。但是，此方式制热消耗电力巨大，存在车辆的实际运行里程因制热使用而显著下降问题。在寒冷的冬天打开暖风空调，电池续航减小三成甚至一半。

一般可以用所转换热量和输入能量之间的比值COP(能效比)来衡量汽车空调性能的好坏，COP越高说明空调的转化效率越高、越节能。PTC电加热过程中，所耗的电能仅作为热量的“搬运工”，而不是转换成低品位的热能。使用PTC 制热的COP仅为1。

因此，在汽车动力电池没有突破性进展的情况下要保证冬季低能耗制热，冷暖一体化双模式(能实现制冷和制热功能)且具有高能效系数的热泵空调应运而生。热泵空调的能效系数比PTC加热高出2-3倍，可以有效延长20％以上续航里程。

热泵空调是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的空调装置，通过四通换向阀可以使热泵空调的蒸发器和冷凝器功能相互对换，改变热量转移方向，从而达到夏天制冷冬天制热的效果。这是目前为数不多适用于电动汽车制热的有效技术。

在春秋季或冬季，采用汽车热泵空调系统进行采暖，车厢内温度逐渐上升，车内成员呼吸使车厢湿度显著增大，导致车窗内表面玻璃开始起雾，影响驾驶员视线，带来安全隐患，驾驶员需立即将空调调至制冷模式，以达到快速除雾目的，但急剧的冷风严重影响了车厢环境舒适性。另外，制热和制冷频繁切换，导致系统的COP较低。再者，制热模式快速切换为制冷模式，需改变制冷剂流动通道，以改变制冷剂流向。实现制冷剂换向功能的是系统中的四通换向阀，在短时间内达到快速制冷效果，需克服四通换向阀换向延迟、换向不到位问题，这对四通换向阀的设计材料、加工精度和使用寿命提出了更加严苛的要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，在制热模式下，能同时除去车厢内的湿气，避免行车过程中车窗起雾带来的安全隐患，提高车厢温度舒适性。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，包括制冷剂回路以及并联在其上的冷却液回路；所述制冷剂回路包括依次连接的电动压缩机、水冷冷凝器、外置冷凝器、蒸发器、气液分离器；所述冷却液回路并联在水冷冷凝器上，包括水箱及暖风芯体。

可选的，所述冷却液回路上还设有HVH辅助加热单元。

可选的，在水冷冷凝器和外置冷凝器之间设有第一截止阀。

可选的，还包括与第一截止阀并联设置的第一电子膨胀阀。

可选的，所述第一截止阀与第一电子膨胀阀集成为第一组合阀。

可选的，所述外置冷凝器与所述蒸发器之间还依次设有第二截止阀、第四截止阀。

可选的，还包括与所述第四截止阀并联设置的热力膨胀阀。

可选的，所述第四截止阀与热力膨胀阀即成为第二组合阀。

可选的，所述第四截止阀为第二电子膨胀阀。

可选的，还包括第三截止阀，所述外置冷凝器通过所述第三截止阀连通至气液分离器。

可选的，还包括设置在蒸发器上的鼓风电机。

可选的，所述暖风芯体、蒸发器、鼓风电机集成为HVAC总成。

可选的，还包括设置在外置冷凝器背风面的电子风扇。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型可以解决在汽车热泵空调制热过程中，车厢玻璃起雾，影响驾驶员视线，存在安全隐患的问题，本实用新型在制热模式下，能同时除去车厢内的湿气，避免行车过程中车窗起雾带来的安全隐患，提高车厢温度舒适性。制热除湿同时进行，无需通过制热和制冷模式反复切换达到除雾目的，系统的 COP显著增高。

本实用新型在制冷和制热模式下，制冷剂都是单一的流向，模式切换时无需改变制冷剂的流向，以免对热泵空调系统配件造成冲击影响。因此，此系统中关键零部件的设计制造难度明显降低，相应的售后维护也会减少。

本实用新型中的HVAC单元无需对传统燃油车的HVAC进行更换，可以节约成本，缩短开发周期。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为现有技术的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图2，附图中的元件标号分别表示：电动压缩机1、HVAC总成 2、水冷冷凝器3、HVH辅助加热单元4、水箱5、第一截止阀6、第一电子膨胀阀7、外置冷凝器8、电子风扇9、第二截止阀10、第三截止阀11、第四截止阀 12、热力膨胀阀13、鼓风电机14、蒸发器15、气液分离器16、暖风芯体17。

当前典型的冷暖一体化双模式热泵空调系统原理如图2所示。制冷模式下，制冷剂流向如图实线箭头所示；制热模式下，制冷剂流向如图虚线箭头所示。

当热泵空调系统处于制冷模式下工作，四通阀不通电，低温低压制冷剂蒸汽被压缩机吸入，压缩为高温高压的过热蒸汽通过过滤器(过滤压缩机排出的杂质)、换向四通阀排至室外换热器，同时室外侧风扇吸入的室外空气流经室外换热器，带走制冷剂放出的热量，使高温高压的制冷剂蒸汽凝结为高压液体，高压液体流经膨胀阀降温降压后流入室内换热器，并在相应的低压下蒸发，吸收周围的热量，同时室内侧风扇使室内空气不断进入室内换热器翅片间进行热交换，并将放热后变冷的气体送入车室内，制冷剂经室内换热器换热后变为低温低压的气体并通过换向四通阀、气液分离器再次进入到压缩机，完成制冷循环。

当热泵空调系统处于制热模式下工作，四通阀通电，低温低压制冷剂蒸汽经过压缩机压缩为高温高压过热蒸汽，通过换向四通阀改变流动方向，流入室内换热器，向车室内空气放热，变为低温高压体液，高压液体经过膨胀阀变为低温低压气液混合态，最后经室外换热器从室内吸热变成低温低压气体并通过换向四通阀。气液分离器再次进入压缩机，完成制热循环。在寒冷的冬季，针对车窗起雾问题，只能开启制冷循环进行除湿，严重影响车厢的舒适性。

在春秋季或冬季，采用此汽车热泵空调系统进行采暖，车厢内温度逐渐上升，车内成员呼吸使车厢湿度显著增大，导致车窗内表面玻璃开始起雾，影响驾驶员视线，带来安全隐患，驾驶员需立即将空调调至制冷模式，以达到快速除雾目的，但急剧的冷风严重影响了车厢环境舒适性。另外，制热和制冷频繁切换，导致系统的COP较低。再者，制热模式快速切换为制冷模式，需改变制冷剂流动通道，以改变制冷剂流向。实现制冷剂换向功能的是系统中的四通换向阀，在短时间内达到快速制冷效果，需克服四通换向阀换向延迟、换向不到位问题，这对四通换向阀的设计材料、加工精度和使用寿命提出了更加严苛的要求。

本实用新型涉及的一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，包括电动压缩机1、HVAC总成2、水冷冷凝器3、水箱5、外置冷凝器8、电子风扇 9、气液分离器16和设置在管路上的阀门；所述HVAC总成2包括蒸发器15、暖风芯体17、鼓风电机14；所述电动压缩机1、水冷冷凝器3、外置冷凝器8、蒸发器15、气液分离器16由制冷剂管路连接；所述水冷冷凝器3、水箱5、暖风芯体17由冷却液管路连接；通过设置在管路上的阀门开闭分别形成制冷机构、制热机构和除湿结构。

制冷结构包括电动压缩机1、水冷冷凝器3、外置冷凝器8、蒸发器15、气液分离器16，由制冷剂管路依次连接，通过设置在制冷剂管路上的阀门开闭形成制冷循环；HVAC总成2中的鼓风电机14开启，将冷空气沿特定风道吹向车厢；冷却液循环系统不参与工作。

制热结构包括电动压缩机1、水冷冷凝器3、外置冷凝器8、气液分离器16，由制冷剂管路依次连接；还包括水箱5、暖风芯体17；通过设置在制冷剂管路上的阀门开闭形成制热循环；HVAC总成2中的鼓风电机14开启，将热空气沿特定风道吹向车厢；冷却液循环系统参与工作。

除湿结构包括电动压缩机1、水冷冷凝器3、外置冷凝器8、蒸发器15、气液分离器16，通过设置在制冷剂管路上的阀门开闭形成除湿循环；HVAC总成 2中的鼓风电机14开启，将除湿的空气沿特定风道吹向车厢冷；却液循环系统不参与工作。

本实用新型除湿原理：在制热循环基础上，第一截止阀和第三截止阀关闭，第二截止阀和第三四截止阀开启，电子膨胀阀开启，根据外界环境工况控制其开度。暖风芯体对车厢进行制热，同时蒸发器对车厢进行除湿，使车厢的空气维持合适温度和湿度。制热循环模式下，可同时进行除湿循环模式，使得车厢内温度和湿度合适，在冬季制热条件下避免车厢湿度过高导致车窗玻璃内表面结霜问题发生。

所述电子风扇9装配在外置冷凝器8背风面。

设置在制冷剂管路上的阀门包括第一截止阀6、第二截止阀10、第三截止阀11、第四截止阀12、第一电子膨胀阀7、热力膨胀阀13。

所述制热模式下，在制热初期，冷却液温度较低，不能快速提升车厢温度，可在冷却液回路中装配HVH辅助加热单元4，快速提升冷却液温度，使得车厢温度在较短的时间提升，车厢舒适性进一步提升。

所述第四截止阀12可换为第二电子膨胀阀，控制阀芯的开度达到合适的冷媒流量，使除湿更加精确，提高舒适性。

所述第一截止阀6和第一电子膨胀阀7可集成为第一组合阀，所述第四截止阀12和热力膨胀阀13可集成为第二组合阀，降本制造成本，整个系统安装空间缩小，便于装配，集成度高，可靠性增强。

此实用新型热泵空调系统能搭载在电动车上进行。

此热泵系统中的HVAC总成2无需对传统燃油车的HVAC进行更换，可以节约成本，缩短开发周期。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，包括制冷剂回路以及并联在其上的冷却液回路；所述制冷剂回路包括依次连接的电动压缩机、水冷冷凝器、外置冷凝器、蒸发器、气液分离器；所述冷却液回路并联在水冷冷凝器上，包括水箱及暖风芯体。

2.如权利要求1中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，所述冷却液回路上还设有HVH辅助加热单元。

3.如权利要求1中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，在水冷冷凝器和外置冷凝器之间设有第一截止阀。

4.如权利要求3中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括与第一截止阀并联设置的第一电子膨胀阀。

5.如权利要求1中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，所述外置冷凝器与所述蒸发器之间还依次设有第二截止阀、第四截止阀。

6.如权利要求5中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括与所述第四截止阀并联设置的热力膨胀阀。

7.如权利要求5中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，所述第四截止阀为第二电子膨胀阀。

8.如权利要求1中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括第三截止阀，所述外置冷凝器通过所述第三截止阀连通至气液分离器。

9.如权利要求1中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括设置在蒸发器上的鼓风电机。

10.如权利要求1中所述的制热模式下能同时除湿的汽车热泵空调系统，其特征在于，还包括设置在外置冷凝器背风面的电子风扇。

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