CN113320350B - 一种无需换向的热泵空调***及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无需换向的热泵空调***及车辆，包括由多根空调管连接的压缩机、空调箱与电池冷却用换热器，所述压缩机与所述电池冷却用换热器位于所述空调箱的外部，所述空调管用于供制冷剂在所述无需换向的热泵空调***中流通；所述空调箱包括至少一个制热换热器与至少一个制冷换热器，所述制热换热器的进口与所述压缩机的出口连接，所述制冷换热器与所述电池冷却用换热器并联设置形成制冷组，所述制冷换热器的进口与所述电池冷却用换热器的进口均和所述制热换热器的出口连接，所述制冷换热器的出口与所述电池冷却用换热器的出口均和所述压缩机的循环进口连接。本发明结构简单，切换工作模式也不需要冷媒换向流动，***运行稳定性高。

Description

一种无需换向的热泵空调***及车辆

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种无需换向的热泵空调***及车辆。

背景技术

随着新能源车的逐渐普及，续航里程直接影响用户使用及购买新能源汽车，而由于热泵空调对续航里程提升的优越性，新能源车、尤其是纯电动汽车对热泵空调的需求也在增加。然而，现有技术中，大多数空调热泵的工作原理均是采用冷媒换向的方式，来实现制冷剂循环过程中的吸热与放热，以达到降温或制热的目的；其中，降温模式通过压缩机将高温高压的气体制冷剂排入室外冷凝器中，向外界放热，然后制冷剂在蒸发器中吸热，吸收乘员舱的热量，实现降温目的；而热泵制热模式，通过压缩机将高温高压的气体制冷剂排入内置冷凝器中，内置冷凝器放热，将热量放入乘员舱中，实现加热目的。这种冷媒换向的方式需要在***回路中设置多个电子阀或者换向阀，可靠性低，***控制开发难度高。

因此，需要一种无需换向的热泵空调***，结构简单，使得无论是处于制冷模式还是采暖模式，***中冷媒都不需要换向，以提高***运行稳定性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种无需换向的热泵空调***及车辆，结构简单，使得空调***在运行过程中，冷媒都不需要换向，以提高***运行稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供一种无需换向的热泵空调***，包括由多根空调管连接的压缩机、空调箱与电池冷却用换热器，所述压缩机与所述电池冷却用换热器位于所述空调箱的外部，所述空调管用于供制冷剂在所述无需换向的热泵空调***中流通；

所述空调箱包括至少一个制热换热器与至少一个制冷换热器，所述制热换热器的进口与所述压缩机的出口连接，所述制冷换热器与所述电池冷却用换热器并联设置形成制冷组，所述制冷换热器的进口与所述电池冷却用换热器的进口均和所述制热换热器的出口连接，所述制冷换热器的出口与所述电池冷却用换热器的出口均和所述压缩机的循环进口连接。

进一步地，所述无需换向的热泵空调***运行时，所述制热换热器与所述制冷组中的所述制冷换热器和/或所述电池冷却用换热器连通；

所述电池冷却用换热器与所述制冷换热器之前分别设置第一控制阀与第二控制阀，所述第一控制阀用于控制所述电池冷却用换热器的进口与所述制热换热器的出口之间的通断，所述第二控制阀用于控制所述制冷换热器的进口与所述制热换热器的出口之间的通断。

进一步地，所述无需换向的热泵空调***兼容直接式***与间接式***；

所述无需换向的热泵空调***的形式为所述直接式***时，所述制冷剂在所述空调箱内循环，所述制冷换热器为蒸发器，所述制热换热器为内置冷凝器、暖风芯体或空气加热器中的至少一种；

所述无需换向的热泵空调***的形式为所述间接式***时，所述制冷剂在所述空调箱外循环，所述制冷换热器为间接换热器，所述制热换热器为间接换热器、暖风芯体或空气加热器中的至少一种。

进一步地，所述无需换向的热泵空调***还包括室外换热器，所述室外换热器的进口与所述制热换热器的出口连接，所述室外换热器的出口与所述制冷组的进口连接。

进一步地，所述无需换向的热泵空调***运行时，所述制冷剂通过所述空调管的循环回路为：压缩机、制热换热器、室外换热器和/或位于所述制热换热器与所述制冷组之间的所述空调管、制冷换热器和/或电池冷却用换热器、压缩机的循环进口、压缩机。

进一步地，所述室外换热器为空气换热器或者液冷换热器。

进一步地，所述无需换向的热泵空调***包括降温模式、采暖模式、电池冷却和乘员舱采暖模式以及除湿模式；所述室外换热器为液冷换热器，所述无需换向的热泵空调***还包括电池加热模式与电池加热和乘员舱降温模式。

进一步地，所述无需换向的热泵空调***还包括控制装置，所述控制装置用于根据预设指令控制所述无需换向的热泵空调***在多种模式之间切换。

进一步地，所述制冷剂为R134a、R1234yf、R744和R209中的至少一种。

另一方面，本发明还提供一种车辆，包括以上所述的无需换向的热泵空调***。

采用上述技术方案，本发明所述的无需换向的热泵空调***具有如下有益效果：

1、本发明中的冷媒无需换向，能够大大提升***运行的稳定性，避免冷媒换向所造成的风险，也减少了换向所需的电子阀或者四通换向阀，降低了***的复杂性，同时降低了***中控制装置的开发难度。

2、本发明中制热换热器、制冷换热器与室外换热器均能够灵活选择，以兼容直接式***和间接式***；并且制冷剂也能够灵活选择，整体适用范围广泛。

3、在满足相应的性能需求的前提下，本发明能够取消室外换热器，进一步简化运行过程以及相应的控制过程，减少***中的部件，节约开发成本。

4、制热换热器和室外换热器串联，再进入到室内的制冷换热器中，进一步的降低了***低压，增加了***除湿性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明所提供的无需换向的热泵空调***示意图。

其中，图中附图标记对应为：1-压缩机，2-制热换热器，3-室外换热器，4-电池冷却用换热器，5-制冷换热器，6-第一控制阀，7-第二控制阀，8-空调管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例

本实施例为解决现有热泵空调中，制冷剂在切换模式时需要换向，从而产生的***不稳定的技术问题，提供一种无需换向的热泵空调***，包括压缩机1、空调箱与电池冷却用换热器4，以上部件经由多根空调管8连接以形成闭合回路，而空调管8则用于供制冷剂在该无需换向的热泵空调***的闭合回路中流通。

如图1所示，图中虚线框内为空调箱的简易结构，而压缩机1与电池冷却用换热器4位于该空调箱的外部，在本实施例中，该空调箱内包括两个制热换热器2与一个制冷换热器5，其中，制热换热器2是将流经制热换热器2的制冷剂温度降低，而通过制冷剂降温释放的热量来加热位于制热换热器2周围的空气，即制热换热器2主要用于为空调制造热空气；类似地，制冷换热器5是将流经制冷换热器5的制冷剂温度升高，而通过制冷剂升温需要吸收热量使得位于制冷换热器5周围的空气温度降低，即制冷换热器5主要用于为空调制造冷空气；在本说明书的一个可能的实施方式中，在换热器换热效率较高，能够满足空调换热需求的前提下，制热换热器2与制冷换热器5可以分别设置为一个，以节省部件数量及相应的成本，同时降低结构复杂性，节省能源；在本说明书的其他可能的实施方式中，制热换热器2可以设置为两个及两个以上，制冷换热器5也可以设置为两个以上，以满足不同的换热需求，保证***运行的有效性与稳定性。

具体地，在本说明书的一个可能的实施方式中，假设最初以压缩机1为起点，则压缩机1的出口与制热换热器2的进口连接，而制冷换热器5与电池冷却用换热器4并联设置形成制冷组，制热换热器2的出口与制冷组的进口连接，在之后制冷组的出口与压缩机1的循环进口相连接形成一个循环回路，即制冷换热器5的进口与电池冷却用换热器4的进口均与制热换热器2的出口连接，制冷换热器5的出口与电池冷却用换热器4的出口均与压缩机1的循环进口连接；需要说明的是，对于性能需求不高的***，上述循环回路中可以并不设置室外换热器3，而直接采用制热换热器2与制冷换热器5在空调箱内部进行循环，此时，该无需换向的热泵空调***也能够正常运行，满足空调制冷与制热的需求，并且在一定程度上，减少了部件，其结构更加简单，***运行以及控制过程也更加简便，能够节省开发成本。

具体地，当本发明所提供的的无需换向的热泵空调***运行时，根据空调不同的指令或者不同的模式，制冷组中的制冷换热器5和电池冷却用换热器4，两者中至少有一个是与制热换热器2连通的，则在电池冷却用换热器4之前设置第一控制阀6，用于控制电池冷却用换热器4的进口与制热换热器2出口之间的通断，在制冷换热器5之前设置第二控制阀7，用于控制制冷换热器5的进口与制热换热器2出口之间的通断，通过控制第一控制阀6与第二控制阀7的开闭来控制循环回路中制冷组的连通；例如，需要电池冷却用换热器4连通入循环回路，则开启第一控制阀6；需要制冷换热器5连通入循环回路，则开启第二控制阀7，当需要将电池冷却用换热器4与制冷换热器5同时连通入循环回路，则将第一控制阀6与第二控制阀7都开启；在本实施例中，第一控制阀6与第二控制阀7均可以设置为膨胀阀，能够起到一定的平衡作用，有利于维持***稳定运行。

此时，该无需换向的热泵空调***运行时，不论是空调是制热还是制冷，制冷剂通过空调管8的循环回路均为：压缩机1、制热换热器2、电池冷却用换热器4和/或制冷换热器5、压缩机1的循环进口、压缩机1，在整个循环过程中，制冷剂始终沿着一个方向流通，而无需换向，避免了因换向可能造成的一系列问题，***运行稳定性高。

具体地，本说明书所提供的一种无需换向的热泵空调***兼容直接式***与间接式***；其中，当该无需换向的热泵空调***的形式为直接式***时，制冷剂在空调箱内循环，制热换热器2可选为内置冷凝器、暖风芯体或空气加热器中的一种或多种，制冷换热器5为蒸发器；而当该无需换向的热泵空调***的形式为间接式***时，制冷剂在空调箱的外部进行循环，制热换热器2可选为间接换热器、暖风芯体或空气加热器中的一种或多种，制冷换热器5为间接换热器，以满足空调的多种性能需求，部件选择灵活性高，适用范围广泛。

具体地，如说明书附图1所示，对于空调性能需求较高的场景，该无需换向的热泵空调***还设置室外换热器3，该室外换热器3位于循环回路中的制热换热器2与制冷组之间，并且设置于空调箱的外部，也即是室外换热器3的进口与制热换热器2出口连接，室外换热器3出口分别与电池冷却用换热器4进口和制冷换热器5进口均连接，在这一串联路径中，从制热换热器2通过室外换热器3再进入制冷换热器5中，能够进一步降低***低压，增强***除湿功能；在本说明书的一个可能的实施方式中，室外换热器3可选为空气换热器或者液冷换热器，以适应不同的使用环境与性能要求。

在设置了室外换热器3的情况下，第一控制阀6设置于室外换热器3与电池冷却用换热器4之间，具体控制的是室外换热器3出口与电池冷却用换热器4进口之间的通断；而第二控制阀7设置于室外换热器3与制冷换热器5之间，具体控制的是室外换热器3出口与制冷换热器5进口之间的通断；此时，该无需换向的热泵空调***运行时，不论是空调是制热还是制冷，制冷剂通过空调管8的循环回路均为：压缩机1、制热换热器2、室外换热器3、电池冷却用换热器4和/或制冷换热器5、压缩机1的循环进口、压缩机1。

优选地，本实施例中，在空调管8中流通的制冷剂可选为R134a、R1234yf、R744和R209中的至少一种，使得该无需换向的热泵空调***适用性优秀。

具体地，该无需换向的热泵空调***还包括控制装置，用于根据预设指令控制空调在多种模式之间切换；其中，控制装置可以包括模式切换单元与电控单元，模式切换单元的输出端与电控单元的信号输入端相连接，电控单元包括存储器、网络接口、处理器与控制器，存储器存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器加载并执行，处理器的输出端与控制器的输入端相连接，控制器的输出端控制空调模式的切换。

其中，处理器(或称CPU(Central Processing Unit，中央处理器))为控制装置的核心部件，其功能主要是解释存储器指令以及处理模式切换单元所反馈的数据；处理器的结构大致分为运算逻辑部件与寄存器部件等，运算逻辑部件主要进行相关的逻辑计算(如移位操作、逻辑操作、定点或浮点算术运算操作与地址运算等)，寄存器部件则用于暂存指令、数据与地址。存储器为控制装置的记忆设备，可以是随机存取存储器(RAM)、只读储存器(ROM)和非易失存储器(NVM)等，例如至少一个磁盘存储设备；存储器提供存储空间，该存储空间存储了车辆的操作***，可包括但不限于：Windows***(一种操作***)，Linux(一种操作***)等，本发明对此并不作限定；并且，在该存储器的存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的至少一条指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。在本说明书实施例中，处理器加载并执行存储器中存放的至少一条指令，以实现控制装置对空调模式的切换。

另外，需要说明的是，空调想要正常运行，需要设置风机将制热换热器2周围的热空气或者制冷换热器5周围的冷空气吹出空调箱，到达乘员舱，则在制热换热器2的相应位置上设置热风口，在制冷换热器5的相应位置上设置冷风口，则当控制装置接收到预设指令后，控制风机运转，通过调节制热换热器2周围的风量、制冷换热器5周围的风量、热风口的开闭以及冷风口的开闭，即可实现多种模式的运行，控制方便简单，降低***开发难度。

具体地，该无需换向的热泵空调***的多种模式包括降温模式、采暖模式、电池冷却和乘员舱采暖模式以及除湿模式：

当空调切换为降温模式后，开启第一控制阀6和第二控制阀7，低温的制冷剂经循环回路进入电池冷却用换热器4后，制冷剂升温吸收热量，以降低电池回路以及电池的温度；同时，低温的制冷剂经循环回路还进入了制冷换热器5，制冷剂本身升温吸收热量，以降低制冷换热器5周围空气的温度形成冷空气；而乘员舱的降温可以通过以下方式实现：(1)开启冷风口与热风口，控制风机使得制冷换热器5周围的风量大于制热换热器2周围的风量，(2)开启冷风口但关闭热风口，(3)开启冷风口但关闭热风口，同时也控制风机使得制冷换热器5周围的风量大于制热换热器2周围的风量；也就是说，只要使得吹入乘员舱的冷空气风量大于热空气风量即可。

当空调切换为采暖模式后，关闭第一控制阀6但开启第二控制阀7，经压缩机1加压升温后的制冷剂进入制热换热器2，制冷剂本身降温释放热量，以升高制热换热器2周围空气的温度形成热空气，乘员舱的采暖可以通过以下方式实现：(1)开启冷风口与热风口，控制风机使得制热换热器2周围的风量大于制冷换热器5周围的风量，(2)开启热风口但关闭冷风口，(3)开启热风口但关闭冷风口，同时也控制风机使得制热换热器2周围的风量大于制冷换热器5周围的风量；也就是说，只要使得吹入乘员舱的热空气风量大于冷空气风量即可。

当空调切换为电池冷却和乘员舱采暖模式后，开启第一控制阀6但关闭第二控制阀7，低温的制冷剂经循环回路进入电池冷却用换热器4后，制冷剂升温吸收热量，以降低电池回路以及电池的温度；同时，经压缩机1加压升温后的制冷剂进入制热换热器2，制冷剂本身降温释放热量，以升高制热换热器2周围空气的温度形成热空气，控制吹入乘员舱的热空气风量大于冷空气风量即可。

当空调切换为除湿模式后，根据外部温度的不同，湿润的空气可以单独经过制冷换热器5吸热后除湿；或者湿润的空气先经过制冷换热器5吸热后，再经过制热换热器2除湿；在此情境下，制热换热器2与制冷换热器5之间可以设置混风风门，使得空气能够在需要时于制热换热器2与制冷换热器5之间混合流动。

具体地，当室外换热器3为液冷换热器时，该无需换向的热泵空调***还包括电池加热模式与电池加热和乘员舱降温模式：

当空调切换为电池加热模式后，室外换热器3中的制冷剂降温释放热量，用于给电池回路以及电池升温。

当空调切换为电池加热和乘员舱降温模式后，室外换热器3中的制冷剂降温释放热量，用于给电池回路以及电池升温；同时，低温的制冷剂经循环回路还进入了制冷换热器5，制冷剂本身升温吸收热量，以降低制冷换热器5周围空气的温度形成冷空气，控制吹入乘员舱的冷空气风量大于热空气风量即可。

本实施例还提供一种车辆，包括以上所述的无需换向的热泵空调***，使得车辆中的控温过程仅需控制风机的风量与出风口的开闭即可实现降温、采暖、除湿等多种功能，简化了***控制，兼容性高，灵活性好；此外，在本说明书的其他可能的实施方式中，该无需换向的热泵空调***还可以应用于建筑场所或者不可移动基站等需要空调控温的场所，本发明对此并不做限定，适用范围广泛。

通过上述无需换向的热泵空调***及车辆可知，本发明具有如下有益效果：

1、本发明中的冷媒无需换向，能够大大提升***运行的稳定性，避免冷媒换向所造成的风险，也减少了换向所需的电子阀或者四通换向阀，降低了***的复杂性，同时降低了***中控制装置的开发难度。

2、本发明中制热换热器、制冷换热器与室外换热器均能够灵活选择，以兼容直接式***和间接式***；并且制冷剂也能够灵活选择，整体适用范围广泛。

3、在满足相应的性能需求的前提下，本发明能够取消室外换热器，进一步简化运行过程以及相应的控制过程，减少***中的部件，节约开发成本。

4、制热换热器和室外换热器串联，再进入到室内的制冷换热器中，进一步的降低了***低压，增加了***除湿性能。

5、本发明能够匹配不同的压缩机与电池冷却用换热器，实现性能的改变，从而实现性能带宽的变化，适应不同的性能需求；并且能够应用于各种各样需要空调控温的场所，适用范围广泛。

以上所描述的仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，包括控制装置、由多根空调管(8)连接的压缩机(1)、空调箱与电池冷却用换热器(4)，所述压缩机(1)与所述电池冷却用换热器(4)位于所述空调箱的外部，所述空调管(8)用于供制冷剂在所述无需换向的热泵空调***中流通，所述控制装置用于根据预设指令控制所述无需换向的热泵空调***在多种模式之间切换；

所述空调箱包括至少一个制热换热器(2)与至少一个制冷换热器(5)，所述制热换热器(2)的进口与所述压缩机(1)的出口连接，所述制冷换热器(5)与所述电池冷却用换热器(4)并联设置形成制冷组，所述制冷换热器(5)的进口与所述电池冷却用换热器(4)的进口均和所述制热换热器(2)的出口连接，所述制冷换热器(5)的出口与所述电池冷却用换热器(4)的出口均和所述压缩机(1)的循环进口连接；

设置风机将所述制热换热器(2)周围的热空气或者所述制冷换热器(5)周围的冷空气吹出所述空调箱，到达乘员舱；在所述制热换热器(2)的相应位置上设置热风口，在所述制冷换热器(5)的相应位置上设置冷风口，当所述控制装置接收到预设指令后，控制风机运转，通过调节所述制热换热器(2)周围的风量、所述制冷换热器(5)周围的风量、热风口的开闭以及冷风口的开闭，实现多种模式的运行。

2.根据权利要求1所述的一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，所述无需换向的热泵空调***运行时，所述制热换热器(2)与所述制冷组中的所述制冷换热器(5)和/或所述电池冷却用换热器(4)连通；

所述电池冷却用换热器(4)与所述制冷换热器(5)之前分别设置第一控制阀(6)与第二控制阀(7)，所述第一控制阀(6)用于控制所述电池冷却用换热器(4)的进口与所述制热换热器(2)的出口之间的通断，所述第二控制阀(7)用于控制所述制冷换热器(5)的进口与所述制热换热器(2)的出口之间的通断。

3.根据权利要求1所述的一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，所述无需换向的热泵空调***兼容直接式***与间接式***；

所述无需换向的热泵空调***的形式为所述直接式***时，所述制冷剂在所述空调箱内循环，所述制冷换热器(5)为蒸发器，所述制热换热器(2)为内置冷凝器、暖风芯体或空气加热器中的至少一种；

所述无需换向的热泵空调***的形式为所述间接式***时，所述制冷剂在所述空调箱外循环，所述制冷换热器(5)为间接换热器，所述制热换热器(2)为间接换热器、暖风芯体或空气加热器中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，所述无需换向的热泵空调***还包括室外换热器(3)，所述室外换热器(3)的进口与所述制热换热器(2)的出口连接，所述室外换热器(3)的出口与所述制冷组的进口连接。

5.根据权利要求4所述的一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，所述无需换向的热泵空调***运行时，所述制冷剂通过所述空调管(8)的循环回路为：压缩机(1)、制热换热器(2)、室外换热器(3)和/或位于所述制热换热器(2)与所述制冷组之间的所述空调管(8)、制冷换热器(5)和/或电池冷却用换热器(4)、压缩机(1)的循环进口、压缩机(1)。

6.根据权利要求4所述的一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，所述室外换热器(3)为空气换热器或者液冷换热器。

7.根据权利要求6所述的一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，所述无需换向的热泵空调***包括降温模式、采暖模式、电池冷却和乘员舱采暖模式以及除湿模式；所述室外换热器(3)为液冷换热器，所述无需换向的热泵空调***还包括电池加热模式与电池加热和乘员舱降温模式。

8.根据权利要求1所述的一种无需换向的热泵空调***，其特征在于，所述制冷剂为R134a、R1234yf、R744和R209中的至少一种。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的无需换向的热泵空调***。