CN217574788U - Co2热泵空调系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种CO₂热泵空调系统及车辆，本实用新型的CO₂热泵空调系统包括制冷剂回路、空调采暖回路和电池换热回路，制冷剂回路包括通过制冷剂管路连接的压缩机、室外换热器、蒸发器和CO₂气液分离器，空调采暖回路包括通过采暖管路连接的采暖泵和暖风芯体，电池换热回路包括通过换热管路连接的散热器、换热泵和电池，其中，制冷剂回路和电池换热回路之间设有用于两者间热量交换的换热器，采暖管路和换热管路通过四通换向阀相连。本实用新型的CO₂热泵空调系统通过优化架构，使得结构较为简单、集成度更高，可简化整车搭载的布置，并利于提高装配效率，且也能够提升系统的能效比，从而有着很好的使用效果。

Description

CO2热泵空调系统及车辆

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，特别涉及一种CO₂热泵空调系统。本实用新型还涉及一种应用有该CO₂热泵空调系统的车辆。

背景技术

现有CO₂热泵空调系统的架构存在结构复杂，阀件较多且成本高的弊端。另外，现有的CO₂热泵空调车型采暖切换除湿过程中空气源热泵模式与除湿模式制冷剂流路不一样，需要进行阀组的切换。其中，室外换热器和蒸发器需要进行制冷剂流向的换向操作及高低压切换，会导致切换时间长，高低压切换时出现切换噪声等问题。此外，现有的CO₂热泵空调的采暖除湿模式在较低温度下，由于结构设计，使得蒸发器吸热较少，而导致能效比低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种CO₂热泵空调系统，以优化系统架构，提高集成度，降低成本，且利于整车搭载的布置。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种CO₂热泵空调系统，包括制冷剂回路、空调采暖回路和电池换热回路；

所述制冷剂回路包括通过制冷剂管路连接的压缩机、室外换热器、蒸发器和CO₂气液分离器；

所述空调采暖回路包括通过采暖管路连接的采暖泵和暖风芯体；

所述电池换热回路包括通过换热管路连接的散热器、换热泵和电池；

其中，所述制冷剂回路和所述电池换热回路之间设有用于两者间热量交换的换热器；

所述采暖管路和所述换热管路通过四通换向阀相连。

进一步的，所述空调采暖回路还包括PTC加热器。

进一步的，所述电池换热回路还包括并联在所述换热管路中的电机散热模块，所述电机散热模块串连有电机散热泵；和/或，所述空调采暖回路和/或所述电池换热回路中设有溢水罐。

进一步的，所述四通换向阀上的其中两个阀口并联在所述电池换热回路中，所述四通换向阀上的另两个阀口串连在所述采暖管路中。

进一步的，还包括散热风扇，且所述散热器和所述室外换热器依次布置在所述散热风扇的进风侧。

进一步的，所述换热器通过旁通管并联在所述电池换热回路中，且所述旁通管上设有旁通阀。

进一步的，所述压缩机的出口通过第一制冷剂管路和所述室外换热器的一端连接，所述室外换热器的另一端通过第二制冷剂管路和所述蒸发器的一端连接；所述压缩机的入口通过第三制冷剂管路和所述蒸发器的另一端连接，且所述第一制冷剂管路上设有第一电磁阀，所述第二制冷剂管路上设有第一电子膨胀阀，所述第三制冷剂管路上设有第四电磁阀。

进一步的，所述制冷剂回路还包括位于所述蒸发器一侧的内部换热器，所述内部换热器的一端通过连通管路并联在所述蒸发器与所述第三制冷剂管路相连的一端，所述内部换热器的另一端通过第四制冷剂管路并联在所述压缩机的出口；所述连通管路上设有第三电子膨胀阀，所述第四制冷剂管路上设有第二电磁阀。

进一步的，所述第三制冷剂管路和所述第一制冷剂管路通过第五制冷剂管路连接，且所述第五制冷剂管路与所述第一制冷剂管路的连接点位于所述第一电磁阀和所述室外换热器之间；所述换热器通过第六制冷剂管路并联在所述第三制冷剂管路和所述第二制冷剂管路之间；所述第五制冷剂管路上设有第三电磁阀，所述第六制冷剂管路上设有第二电子膨胀阀，所述第一电子膨胀阀位于所述室外换热器和所述第二制冷剂管路的连接点之间。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

本实用新型所述的CO₂热泵空调系统，通过四通换向阀的回路切换，可实现乘员舱加热，电池加热以及乘员舱和电池双加热模式。并且，通过优化架构，使得结构较为简单、集成度更高，可简化整车搭载的布置，利于提高装配效率，且也能够提升系统的能效比，从而具有很好的使用效果。

本实用新型的另一目的在于提出一种车辆，所述车辆中设有如上所述的 CO₂热泵空调系统。

本实用新型的车辆与上述的CO₂热泵空调系统，相比于现有技术，具有相同的有益效果，在此不在赘述。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例一所述的CO₂热泵空调系统的结构示意图；

附图标记说明：

1、散热器；2、室外换热器；3、散热风扇；4、电机散热泵；5、电机散热模块；6、换热泵；7、电池；8、单向阀；9、换热器；11、四通换向阀；12、压缩机；13、CO2气液分离器；14、溢水罐；15、HVAC总成；151、暖风芯体； 152、内部换热器；153、蒸发器；16、采暖泵；17、PTC加热器；18、旁通阀；

31、采暖管路；32、换热管路；33、第一制冷剂管路；34、第二制冷剂管路；35、第三制冷剂管路；36、第四制冷剂管路；37、第五制冷剂管路；38、第六制冷剂管路；39、旁通管；41、连通管路

10、第一电磁阀；20、第二电磁阀；30、第三电磁阀；40、第四电磁阀； 60、第一电子膨胀阀；70、第二电子膨胀阀；80、第三电子膨胀阀。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“外”等指示方位或位置关系的术语，其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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”“连接件”应做广义理解。例如，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以结合具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例一

本实施例涉及一种CO₂热泵空调系统，通过四通换向阀的回路切换，可实现乘员舱加热，电池加热以及乘员舱和电池双加热模式。并且，通过优化架构，使得结构较为简单、集成度更高，可简化整车搭载的布置，利于提高装配效率，且也能够提升系统的能效比。

在整体构成上，本实施例的CO₂热泵空调系统，作为一种示例性结构，如图1所示，该CO₂热泵空调系统主要包括制冷剂回路、空调采暖回路和电池换热回路，并且，在制冷剂回路和电池换热回路之间设有用于两者间热量交换的换热器9。

本实施例的制冷剂回路包括通过制冷剂管路连接的压缩机12、室外换热器 2、蒸发器153和CO₂气液分离器13。

详细来讲，继续参看图1所示，本实施例中，压缩机12的出口通过第一制冷剂管路33和室外换热器2的一端连接，室外换热器2的另一端通过第二制冷剂管路34和蒸发器153的一端连接。并且，压缩机12的入口通过第三制冷剂管路35和蒸发器153的另一端连接。

与此同时，为便于制冷剂的流量控制，本实施例中，在第一制冷剂管路33 上设有第一电磁阀10，在第二制冷剂管路34上设有第一电子膨胀阀60，在第三制冷剂管路35上设有第四电磁阀40。由此，通过设置在各制冷剂管路上的电磁阀或电子膨胀阀，能够根据管路中的温度或压力精确地控制制冷剂的流量。

作为本实施例的优选实施方式，本实施例的制冷剂回路还包括位于蒸发器 153一侧的内部换热器152。其中，该内部换热器152的一端通过连通管路41 并联在蒸发器153与第三制冷剂管路35相连的一端，内部换热器152的另一端通过第四制冷剂管路36并联在压缩机12的出口。

并且，同样为便于制冷剂的流量控制，本实施例中，在连通管路41上设有第三电子膨胀阀80，第四制冷剂管路36上设有第二电磁阀20。

另外，本实施例中，作为优选的，第三制冷剂管路35和第一制冷剂管路 33通过第五制冷剂管路37连接，并且第五制冷剂管路37与第一制冷剂管路33 的连接点位于第一电磁阀10和室外换热器2之间。

本实施例通过如上设置的各制冷剂管路，可采用较少的管路和阀门实现系统的热管理功能，而且使得结构较为简单，且成本较低，并也便于布置安装。

本实施例的空调采暖回路包括通过采暖管路31连接的采暖泵16和暖风芯体151。并且，作为本实施例的优选实施方式，本实施例中，空调采暖回路还包括PTC加热器17，且优选的，该PTC加热器17设于采暖管路31上，并位于采暖泵16和暖风芯体151之间。

通过将PTC加热器17设置在空调采暖回路上，不仅便于其布置安装，实现乘员舱的加热，而且通过下述中设置在采暖回路37和换热管路32之间的四通换向阀11，使得PTC加热器17也能够对电池7进行加热，并且还能够对乘员舱和电池7同时进行加热，从而使得电池7能够处于较佳的工作温度，并可提高空调的使用效果。

在此值得说明的是，上述的暖风芯体151、内部换热器152和蒸发器153 布置在HVAC(Heating，Ventilation and Air Conditioning，供暖通风与空气调节)总成15中。由此使得暖风芯体151、内部换热器152和蒸发器153集成在 HVAC总成15中，可提高零部件的集成度，且也利于整车布置。

本实施例的电池换热回路包括通过换热管路32连接的散热器1、换热泵6 和电池7。其中，在电池换热回路中，还设有单向阀8，该单向阀8位于电池7 的一侧，用于控制冷却液的流向，防止冷却液的反向流动。

而且作为优选的实施方式，电池换热回路还包括并联在换热管路32中的电机散热模块5，电机散热模块5串连有电机散热泵4。由此可使得冷却液流经电机散热模块5，能够对电机散热模块5进行冷却降温，同时，电机散热模块5 的热量由冷却液带走，通过换热器9可以传递至制冷剂，从而可充分利用电机 7工作时的产热，达到降低制热能耗的效果。需说明的是，电机散热模块5可采用现有技术中的结构，且该电机散热模块5中包括连接电机散热泵4出口的具有车载充电机、配电盒及电源转换器的模块，以及与该模块依次串联的多域控制器模块和电机。

另外，本实施例中在电池换热回路中还并联有旁通管39，该旁通管路39 中设有旁通阀18，由此通过阀门的启闭可控制该旁通管路39是否导通。

作为本实施例的进一步改进，本实施例中，制冷剂回路和电池换热回路之间设有用于两者间热量交换的换热器9。通过在制冷剂回路和换热管回路之间设置的换热器9，可实现制冷剂和冷却液的热量交换，从而不仅能够实现给电池7加热，也能实现给电池7制冷。

具体的，仍参看图1所示，本实施例中，换热器9通过第六制冷剂管路38 并联在第三制冷剂管路35和第二制冷剂管路34之间。而且作为一种优选的实施方式，本实施例中，换热器9通过旁通管39并联在电池换热回路中，并且旁通管39上设有旁通阀18。由此可利于换热器9的布置安装，减少管路的连接，并且也能够减少电磁阀布置的数量。

另外，本实施例中，在第五制冷剂管路37上设有第三电磁阀30，第六制冷剂管路38上设有第二电子膨胀阀70，第一电子膨胀阀60位于室外换热器2 和第二制冷剂管路34的连接点之间。由此通过设置的第三电磁阀30和第二电子膨胀阀70，有利于控制第五制冷剂管路37和第六制冷剂管路38中制冷剂的流量。

作为本实施例的进一步改进，本实施例中，上述的采暖管路31和换热管路 32通过四通换向阀11相连。具体的，还如图1所示，四通换向阀11上的其中两个阀口并联在电池换热回路中，四通换向阀11上的另两个阀口串连在采暖管路31中。由此，通过四通换向阀11的部分阀口或全部阀口连通，可实现回路的切换，从而能够实现多种热管理模式，更好的满足使用性能。

另外，本实施例的CO₂热泵空调系统中还包括散热风扇3，且散热器1和室外换热器2依次布置在散热风扇3的进风侧，从而利于对室外换热器2和散热器1附近的气流进行换热。

此外，作为本实施例的优选布置形式，本实施例中，空调采暖回路和电池换热回路中均设有溢水罐14。

值得说明的是，除了在空调采暖回路和电池换热回路中均设置溢水罐14 外，也可仅在空调采暖回路中设置溢水罐14，或者仅在电池换热回路中设置溢水罐14。

还值得说明的是，本实施例的第一电磁阀10、第二电磁阀20、第三电磁阀 30、第四电磁阀40、第一电子膨胀阀60、第二电子膨胀阀70及第三电子膨胀阀80以及换热器9和CO2气液分离器13能够集成为一个热管理集成模块。另外，散热器1、室外换热器2及散热风扇3可集成为室外换热器组件。由此，可提高构件的集成度，且在具体实施时，只需将热管理集成模块、室外换热组件、HVAC总成及压缩机四大部件进行布置安装，从而利于整车搭载布置，且也能够节省管路成本，减少管路对接接口，降低年泄漏量。

本实施例的CO₂热泵空调系统通过控制各电磁阀或电子膨胀阀的启闭，可在车辆工作中实现多种车辆热管理模式。

具体的，例如通过启动第二电磁阀20、第二电子膨胀阀70和第三电子膨胀阀80，并关闭第一电磁阀10、第三电磁阀30、第四电磁阀40和第一电子膨胀阀60，此时可实现乘员舱制冷工作模式，以用于乘员舱的制冷，满足乘员夏天时的空调使用需求。

通过启动第二电磁阀20、第三电磁阀30、第一电子膨胀阀60和第三电子膨胀阀80，并关闭第一电磁阀10、第四电磁阀40和第二电子膨胀阀70，此时可实现空气源热泵模式。

此模式下，根据进风温度控制第三电子膨胀阀80的节流状态。例如，当进风温度低于预设标定温度时，第三电子膨胀阀80节流，但蒸发温度大于进风温度，蒸发器153内制冷剂为冷凝状态，当进风温度高于该预设标定温度时，比如在内循环时，第三电子膨胀阀80为全开状态，蒸发器153为放热状态。

此处值得说明的是，上述的预设标定温度可根据实际需求进行相应设定。另外，在水源热泵模式时，其与空气源热泵模式同理，此时，蒸发器153也为放热状态，即所有工况热泵模式下，室内气冷器及蒸发器都为放热状态，从而能够提升散热效率。另外，若此时有除霜/除湿请求，第三电子膨胀阀80节流，蒸发温度根据进风温度进行调整，空气源热泵除湿模式时，第一电子膨胀阀60、散热风扇3及进气格栅根据外温及风量进行调整。水源热泵除湿模式时，第二电子膨胀阀70和旁通阀18，可根据制冷剂及冷却液的流量进行调整，如此可有效避免发生热失控及提升系统能效比。

本实施例的CO₂热泵空调系统，可实现多种热管理功能，并且使得采暖模式和采暖除湿模式无缝切换，制冷剂流路不变，只更改阀的开度控制，便可实现模式切换，具有易切换，且切换速度快，切换噪声小的特点。并且，空气源及水源热泵的除湿模式，可通过降低空气源及水源换热介质的流量来控制吸收的热量，间接控制冷凝热量，以满足乘员舱的温度，从而对于不同的环境温度都有较好的适应性，并可提升系统能效比以及避免发生热失控。

同时，本实施例的CO₂热泵空调系统具有结构较为简单、成本较低的特点，且能够简化整车搭载的布置，并能够较高的集成度，利于装配效率，从而有着很好的使用效果。

实施例二

本实施例涉及一种车辆，该车辆中设有实施例一所述的CO₂热泵空调系统。

本实施例的车辆通过应用实施例的CO₂热泵空调系统，可利于提升车辆的使用性能，而具有很好的使用效果。

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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CO₂热泵空调系统，其特征在于：

包括制冷剂回路、空调采暖回路和电池换热回路；

所述制冷剂回路包括通过制冷剂管路连接的压缩机(12)、室外换热器(2)、蒸发器(153)和CO₂气液分离器(13)；

所述空调采暖回路包括通过采暖管路(31)连接的采暖泵(16)和暖风芯体(151)；

所述电池换热回路包括通过换热管路(32)连接的散热器(1)、换热泵(6)和电池(7)；

其中，

所述制冷剂回路和所述电池换热回路之间设有用于两者间热量交换的换热器(9)；

所述采暖管路(31)和所述换热管路(32)通过四通换向阀(11)相连。

2.根据权利要求1所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

所述空调采暖回路还包括PTC加热器(17)。

3.根据权利要求1所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

所述电池换热回路还包括并联在所述换热管路中的电机散热模块(5)，所述电机散热模块(5)串连有电机散热泵(4)；和/或，

所述空调采暖回路和/或所述电池换热回路中设有溢水罐(14)。

4.根据权利要求1所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

所述四通换向阀(11)上的其中两个阀口并联在所述电池换热回路中，所述四通换向阀(11)上的另两个阀口串连在所述采暖管路(31)中。

5.根据权利要求1所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

还包括散热风扇(3)，且所述散热器(1)和所述室外换热器(2)依次布置在所述散热风扇(3)的进风侧。

6.根据权利要求1所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

所述换热器(9)通过旁通管(39)并联在所述电池换热回路中，且所述旁通管(39)上设有旁通阀(18)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

所述压缩机(12)的出口通过第一制冷剂管路(33)和所述室外换热器(2)的一端连接，所述室外换热器(2)的另一端通过第二制冷剂管路(34)和所述蒸发器(153)的一端连接；

所述压缩机(12)的入口通过第三制冷剂管路(35)和所述蒸发器(153)的另一端连接，且所述第一制冷剂管路(33)上设有第一电磁阀(10)，所述第二制冷剂管路(34)上设有第一电子膨胀阀(60)，所述第三制冷剂管路(35)上设有第四电磁阀(40)。

8.根据权利要求7所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

所述制冷剂回路还包括位于所述蒸发器(153)一侧的内部换热器(152)，所述内部换热器(152)的一端通过连通管路(41)并联在所述蒸发器(153)与所述第三制冷剂管路(35)相连的一端，所述内部换热器(152)的另一端通过第四制冷剂管路(36)并联在所述压缩机(12)的出口；

所述连通管路(41)上设有第三电子膨胀阀(80)，所述第四制冷剂管路(36)上设有第二电磁阀(20)。

9.根据权利要求8所述的CO₂热泵空调系统，其特征在于：

所述第三制冷剂管路(35)和所述第一制冷剂管路(33)通过第五制冷剂管路(37)连接，且所述第五制冷剂管路(37)与所述第一制冷剂管路(33)的连接点位于所述第一电磁阀(10)和所述室外换热器(2)之间；

所述换热器(9)通过第六制冷剂管路(38)并联在所述第三制冷剂管路(35)和所述第二制冷剂管路(34)之间；

所述第五制冷剂管路(37)上设有第三电磁阀(30)，所述第六制冷剂管路(38)上设有第二电子膨胀阀(70)，所述第一电子膨胀阀(60)位于所述室外换热器(2)和所述第二制冷剂管路(34)的连接点之间。

10.一种车辆，其特征在于：

所述车辆中设有权利要求1至9中任一项所述的CO₂热泵空调系统。

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