CN216868863U - 冷热联供co2制冷热泵机组模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，包括CO₂制冷压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器、气液分离器，以及蒸发器载冷剂侧的冷液体管路及进出接口、气体冷却器载冷剂侧的热液体管路及进出接口，所有设备制冷设备、管路及载冷剂进出接口采用模块化、独立式系统设计、可封装为一个组件，形成一种集成化的模块化结构；模块为新能源汽车的热管理同时提供冷源与热源，对电池、电机、电控与车舱提供冷量和热量来进行温度控制；具有体积小、制冷剂充注量小、安全性高、布置灵活的特点，在安装、维护、更换时方便快捷；同时提供冷源与热源的功能可显著减少能耗；本实用新型对新能源汽车提高续航里程、热管理系统的产业化发展具有很好的推广价值。

Description

冷热联供CO2制冷热泵机组模块

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车热管理领域，具体是冷热联供CO₂制冷热泵机组模块。

背景技术

新能源汽车具有绿色环保的优点，近几年发展迅速。但是，汽车热管理空调系统现有的制冷剂R134a由于全球变暖潜能值GWP过高，国内外都在进行淘汰，筛选环保的替代工质。目前最具有发展前景的替代环保工质是CO₂，但是CO₂因为运行压力较高而具有易泄漏的缺点。其它的可能替代工质如丙烷具有易燃易爆的缺点，因此对其充注量有严格限制要求。

另外，新能源汽车除了车舱需要满足驾乘人员夏季制冷、除雾、冬季供暖功能外，电池的工作温度也需要控制在适宜温度范围内，因为电池工作温度对电池效率和使用寿命影响非常明显，电池在工作时需要及时冷却带走发热量、冬季冷启动时需要预热。同样，电机电控系统也需要冷却以控制在适宜的工作温度范围内。因此，新能源汽车需要配置热管理系统，对车舱、电池、电机和电控的工作温度进行控制，以保证汽车正常运行。为了满足汽车在一年四季、不同路况车速下的正常运行，热管理系统既需要冷源也需要热源。当冬季越寒冷时，车舱采暖需要的热量越高。目前技术主要采用PTC电加热来供暖，PTC的电能来自电池，消耗了大量电池电能，导致汽车续航里程在冬季大幅下降。

另外，电动汽车不同厂家车型的配置、大小结构各不相同，现有的方案是为每个车型量身定做一套热管理系统，零部件都是零散分布在汽车各处，为装配、维护带来很多不便。

相应地，本领域需要一种新的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种在新能源汽车热管理领域应用的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，包括CO₂制冷压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器、气液分离器，还包括蒸发器载冷剂侧的冷液体管路及进出接口、气体冷却器载冷剂侧的热液体管路及进出接口；所述CO₂制冷压缩机出口串联气体冷却器进口，气体冷却器出口串联回热器的第一进口，回热器的第一出口串联干燥过滤器进口，干燥过滤器出口串联节流阀进口，节流阀出口串联蒸发器进口，蒸发器出口串联气液分离器进口，气液分离器出口串联回热器的第二进口，回热器的第二出口串联CO₂制冷压缩机进口。

所述蒸发器具有彼此独立的第一通道和第二通道，所述第一通道串联在CO₂热泵循环中，所述第二通道串联在载冷剂的冷液体回路中；

所述气体冷却器具有彼此独立的第三通道和第四通道，所述第三通道串联在CO₂热泵循环中，所述第四通道串联在载冷剂的热液体回路中。

进一步的，所述第二通道在所述蒸发器的进口设有管路接口，在所述蒸发器的出口设有管路接口。

进一步的，所述第四通道在所述气体冷却器的进口设有管路接口，第四通道在所述气体冷却器的出口设有管路接口。

进一步的，所述CO₂制冷热泵机组模块采用模块化、独立式系统设计，把零部件进行紧凑式组装后，放置在一个封闭的箱体内，形成一个模块式设备。

进一步的，所述CO₂制冷热泵机组模块的制冷剂是CO₂，也可以是丙烷、R1234yf、R134a或其它冷媒的其中一种。

进一步的，所述载冷剂是乙二醇水溶液，也可以是水、氯化钙溶液等其它载冷剂中的其中一种。

进一步的，所述蒸发器是板式换热器，也可以是套管式换热器等其它类型换热器。

进一步的，所述气体冷却器是板式换热器，也可以是套管式换热器等其它类型换热器。

进一步的，所述冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其零部件与连接管路之间采用焊接方式进行连接，也可以是其它连接方式。

进一步的，所述冷热联供CO₂制冷热泵机组模块应用于纯电动汽车、混动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车中，也可以应用于制冷空调领域。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

模块式结构在安装、维护、更换时方便快捷；

模块由于体积小、布置灵活，可根据不同车型的内部空间结构进行合理布置；

含有制冷剂的零部件和管路都在热泵模块箱体内，与车舱内布置蒸发器的现有技术相比，避免了制冷剂泄漏被人体吸入的健康风险；

制冷热泵机组模块的零部件与管路之间采用焊接的方式进行连接，形成制冷剂循环管路，制冷热泵机组制冷剂的泄漏风险可大大降低；

模块由于结构紧凑，制冷剂充注量可大幅减少，具有节能减排的效果，制冷热泵机组的安全性也随之升高；

模块同时提供冷源与热源，在冬季利用热泵提供的热源为车舱供暖，与现有的PTC电加热供暖相比，节能效果明显。

附图说明

图1为冷热联供CO₂制冷热泵机组模块的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

请参阅图1，冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，包括CO₂制冷压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器、气液分离器，还包括蒸发器载冷剂侧的冷液体管路及进出接口、气体冷却器载冷剂侧的热液体管路及进出接口；所述CO₂制冷压缩机出口串联气体冷却器进口，气体冷却器出口串联回热器的第一进口，回热器的第一出口串联干燥过滤器进口，干燥过滤器出口串联节流阀进口，节流阀出口串联蒸发器进口，蒸发器出口串联气液分离器进口，气液分离器出口串联回热器的第二进口，回热器的第二出口串联CO₂制冷压缩机进口。

蒸发器具有彼此独立的第一通道和第二通道，所述第一通道串联在CO₂热泵循环中，所述第二通道串联在载冷剂的冷液体回路中；

所述气体冷却器具有彼此独立的第三通道和第四通道，所述第三通道串联在CO₂热泵循环中，所述第四通道串联在载冷剂的热液体回路中。

所述第二通道在所述蒸发器的进口设有管路接口，在所述蒸发器的出口设有管路接口。

所述第四通道在所述气体冷却器的进口设有管路接口，第四通道在所述气体冷却器的出口设有管路接口。

所述CO₂制冷热泵机组模块的零部件进行紧凑式组装后，放置在一个封闭的箱体内，形成一个模块式设备。

所述CO₂制冷热泵机组模块的制冷剂是CO₂，也可以是丙烷、R1234yf、R134a或其它冷媒的其中一种。

所述载冷剂是乙二醇水溶液，也可以是水、氯化钙溶液等其它载冷剂中的其中一种。

所述蒸发器是板式换热器，也可以是套管式换热器等其它类型换热器。

所述气体冷却器是板式换热器，也可以是套管式换热器等其它类型换热器。

所述冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其零部件与连接管路之间采用焊接方式进行连接，也可以是其它连接方式。

所述冷热联供CO₂制冷热泵机组模块应用于纯电动汽车、混动汽车、燃料电池汽车等新能源汽车中，也可以应用于制冷空调领域。

实施例一，一辆纯电动汽车，车舱需要制冷、电池需要冷却；比较同样条件下，两种热泵系统的充注量大小：

现有的热管理系统，通常采用双蒸发器，分别布置在车舱内和电池包下方安，由于制冷系统管路比较长，需要充注制冷剂1.0kg；

采用本实用新型模块机组，由于高低压管路大幅减少，制冷剂充注量可减少到0.8kg；

这样，制冷热泵机组的安全性也随之提高。

实施例二，一辆纯电动汽车，假设电池额定充电量为75kWh。在冬季，车舱供暖需要4kW热量，车辆每天行驶时间5小时。比较同样条件下，车舱供暖消耗的电池电量如下：

采用传统PTC电加热时，PTC电加热效率取0.9，PTC的耗电量是4kW*5h/0.9＝22.2kWh，则每天车舱采暖消耗的电能占电池总电量的比例是22.2/75＝30％。

如果采用本实用新型的热泵模块供暖，假设热泵制热COP是3.0，则热泵的耗电量是4kW*5h/3.0＝6.7kWh，则每天车舱采暖消耗的电能占电池总电量的比例则明显降低，仅有8.9％(6.7/75＝8.9％)。

比较分析上述数据，可以发现：采用本实用新型的热泵模块供暖比现有PTC电加热供暖相比，可节能70％((22.2-6.7)/22.2＝70％)，节能效果显著。

本实用新型的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块可根据不同车型内的空间特点布置，同时模块化结构具有安装、维护、更换方便快捷的优势，非常有利于产业化推广。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。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在本实用新型中的具体含义。

Claims (10)

1.冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，包括CO₂制冷压缩机、气体冷却器、回热器、蒸发器、气液分离器，其特征在于，还包括蒸发器载冷剂侧的冷液体管路及进出接口、气体冷却器载冷剂侧的热液体管路及进出接口；所述CO₂制冷压缩机出口串联气体冷却器进口，气体冷却器出口串联回热器的第一进口，回热器的第一出口串联干燥过滤器进口，干燥过滤器出口串联节流阀进口，节流阀出口串联蒸发器进口，蒸发器出口串联气液分离器进口，气液分离器出口串联回热器的第二进口，回热器的第二出口串联CO₂制冷压缩机进口；

所述蒸发器具有彼此独立的第一通道和第二通道，所述第一通道串联在CO₂热泵循环中，所述第二通道串联在载冷剂的冷液体回路中；

所述气体冷却器具有彼此独立的第三通道和第四通道，所述第三通道串联在CO₂热泵循环中，所述第四通道串联在载冷剂的热液体回路中。

2.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述第二通道在所述蒸发器的进口设有管路接口，在所述蒸发器的出口设有管路接口。

3.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述第四通道在所述气体冷却器的进口设有管路接口，第四通道在所述气体冷却器的出口设有管路接口。

4.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述CO₂制冷热泵机组模块采用模块化、独立式系统设计，把零部件进行紧凑式组装后，放置在一个封闭的箱体内，形成一个模块式设备。

5.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述CO₂制冷热泵机组模块的制冷剂是CO₂、丙烷、R1234yf、R134a的其中一种。

6.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述载冷剂是乙二醇水溶液、水、氯化钙溶液中的其中一种。

7.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述蒸发器是板式换热器或者套管式换热器。

8.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述气体冷却器是板式换热器或者套管式换热器。

9.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其零部件与连接管路之间采用焊接方式进行连接。

10.根据权利要求1所述的冷热联供CO₂制冷热泵机组模块，其特征在于，所述冷热联供CO₂制冷热泵机组模块应用于纯电动汽车、混动汽车、燃料电池汽车新能源汽车中，还能够应用于制冷空调领域。

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