CN205674812U - 一种新能源汽车超低温热泵空调*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种新能源汽车超低温热泵空调***,本实用新型通过调整回路连接方式可分别实现制冷、制热、除湿及除霜模式,具有回路结构简单且稳定的特点。在制热模式下,通过形成两条冷媒行走路径,既降低了车外换热器的工作负荷,又增加了压缩机的焓,有效提高了压缩机的工作效率,保证可***的可靠性;在制冷模式与除霜模式下,通过直接连通的旁路而避开不必要的部件,可减少冷媒压降,降低流阻,从而减小压缩机负担,提高压缩机工作效率;旁路开启方式灵活,易于控制,可根据实际使用情况进行适应性调节,扩大了使用范围。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车空调领域,具体涉及一种新能源汽车超低温热泵空调***。
背景技术
目前有两种空调***,第一种是燃油汽车使用的传统空调***,第二种是电动汽车使用的热泵空调***。
传统的汽车空调***由蒸发器,膨胀阀,冷凝器,若干管路和压缩机组成,其中压缩机由发动机通过皮带轮带动。在气温较高的季节,通过HVAC的蒸发器吸收乘员舱内的热量来达到降温的目的;在温度较低季节,经通有发动机高温冷却液的芯体加热气体达到取暖的目的。
对电动车,由于没有发动机的高温冷却液,如果继续使用传统空调***就要用高压PTC代替暖风芯体来持续供暖,这便加重了电池的能耗负担。于是有人提出在车上搭载热泵***来满足降温制热要求,该***主要由电动压缩机,气液分离器,蒸发器(部分***没有),车内换热器,车外换热器和若干管路以及阀构成;在高温天气下,蒸发器与车外换热器相连,在压缩机的推动下按照传统制冷模式进行降温;在低温天气下,由车外冷凝器与车内冷凝器联合完成舱内采暖,此时车外换热器扮演了蒸发器的角色。热泵***的取暖方式相比于仅靠PTC更节能高效,提高了电动车的续航能力。
对于这样的热泵***却存在以下不足:
1.在车外换热器当作蒸发器使用时容易结霜,会增加压缩机的功耗甚至损坏***,单纯依靠运行停止***或转换成AC模式来化霜时,不仅无法有效解决大面积化霜问题,还会造成乘员舱内的温度波动剧烈,严重影响舒适性。
2.在长期内循环模式下的制热容易出现挡风玻璃起雾问题,对空调箱内只有一个换热器设计的热泵***,不能对舱内进行除湿处理,会严重影响行驶安全。
3.在一般低温环境下(0℃~-10℃)工作时,压缩机吸气温度低下,为了满足制热,又必须保持高温排气,这就加重了压缩机的负担,造成COP低下,不能满足快速取暖的需求;
4.一般地,(低温)热泵***工作极限在-10℃左右,限制了搭载该***电动车的使用区域。
发明内容
有鉴于此,本实用新型的目的在于提供一种适用范围宽、可轻松满足用户降温、制热需求的新能源汽车超低温热泵空调***。
为达到上述目的,本实用新型提供如下技术方案:一种新能源汽车超低温热泵空调***,包括压缩机、气液分离器、车内换热器、蒸发器、车外换热器以及蒸汽喷射器;所述蒸汽喷射器的一个入口端与TXVⅠ及两通阀Ⅱ出口端相串联,所述两通阀Ⅱ的入口端与蒸汽喷射器的另一入口端相并联;所述压缩机的高压端口通过三通换向阀Ⅰ与车内换热器相连接,所述车内换热器通过两通阀Ⅲ与两通阀Ⅱ的入口端相连接,所述蒸汽喷射器的一个出口端依次通过三通换向阀Ⅱ、Ⅲ与车外换热器的入口端相连接,所述车外换热器的出口端依次通过三通换向阀Ⅳ、气液分离器与压缩机的低压端口连接在一起,所述蒸汽喷射器的另一个出口端与压缩机的中压端口相连;所述三通换向阀Ⅳ的另一端口依次通过TXVⅡ、蒸发器、两通阀Ⅰ与气液分离器的入口端相连接,所述三通换向阀Ⅲ的另一端口通过EXV与车外换热器的入口端相连接。
进一步,所述三通换向阀Ⅰ的另一端口与两通阀Ⅲ的入口端相连接。
进一步,所述两通阀Ⅲ的入口端与三通换向阀Ⅱ的另一端口相连接。
进一步,所述车外换热器与气液分离器之间还设有热交换器。
进一步,所述车外换热器为双层芯体结构,其中一层芯体与外部循环冷却***相连成循环回路,所述外部循环冷却***主要由散热器及冷却装置组成。
本实用新型的有益效果在于:本空调***可通过调整回路连接方式分别实现制冷、制热、除湿及除霜模式,能满足在-20℃气候下的制热要求,能在车外换热器遭遇霜冻时进行快速化解,避免了舱内的温度骤变,保证了乘员的舒适感,具有回路结构简单且稳定的特点。
在制热模式下,通过形成两条冷媒行走路径,既降低了车外换热器的工作负荷,又增加了压缩机的焓,有效提高了压缩机的工作效率,保证可***的可靠性;在制冷模式与除霜模式下,通过直接连通的旁路而避开不必要的部件,可减少冷媒压降,降低流阻,从而减小压缩机负担,提高压缩机工作效率;旁路开启方式灵活,易于控制,可根据实际使用情况进行适应性调节,扩大了使用范围;通过设置热交换器或双层芯体结构的车外换热器,进一步利用汽车的废热,以实现节能高效的目的。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清楚,本实用新型提供如下附图进行说明:
图1为本实用新型的原理图;
图2为制热循环示意图;
图3为加装热交换器的***原理图;
图4为双层芯体结构车外换热器的***原理图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
如图所示,本实用新型中的新能源汽车超低温热泵空调***,包括压缩机1、气液分离器2、车内换热器3、蒸发器4、车外换热器5以及蒸汽喷射器6;所述蒸汽喷射器6的一个入口端与TXVⅠ7及两通阀Ⅱ8出口端相串联,所述两通阀Ⅱ8的入口端与蒸汽喷射器6的另一入口端相并联;所述压缩机1的高压端口通过三通换向阀Ⅰ9与车内换热器3相连接,所述车内换热器3通过两通阀Ⅲ10与两通阀Ⅱ8的入口端相连接,所述蒸汽喷射器6的一个出口端依次通过三通换向阀Ⅱ11、Ⅲ12与车外换热器5的入口端相连接,所述车外换热器5的出口端依次通过三通换向阀Ⅳ13、气液分离器2与压缩机1的低压端口连接在一起,所述蒸汽喷射器6的另一个出口端与压缩机1的中压端口相连;所述三通换向阀Ⅳ13的另一端口依次通过TXVⅡ14、蒸发器4、两通阀Ⅰ15与气液分离器2的入口端相连接,所述三通换向阀Ⅲ12的另一端口通过EXV与车外换热器5的入口端相连接。该空调***通过三通换向阀与两通阀对不同部分进行连接,可根据情况分别实现制冷、制热、除湿及除霜模式,具有回路结构简单、易于控制、流阻小,反应迅速且稳定的特点,适于标准化生产。
作为上述方案的进一步改进,所述三通换向阀Ⅰ9的另一端口与两通阀Ⅲ10的入口端相连接。即车内换热器3具有一个可选择的旁路,在制冷模式下,从压缩机1内出来的冷媒可直接通过该旁路而不经过车内换热器3进入蒸汽喷射器6,可减少冷媒压降,降低流阻,从而减小压缩机1负担,提高压缩机1工作效率。
作为上述方案的进一步改进,所述两通阀Ⅲ10的入口端与三通换向阀Ⅱ11的另一端口相连接。即蒸汽喷射器6具有一个可选择的旁路,在制冷模式与除霜模式下,直接通过该旁路而不经过蒸汽喷射器6进车外换热器5,可减少冷媒压降,降低流阻,从而减小压缩机1负担,提高压缩机1工作效率。该旁路可根据情况与车内换热器3旁路配合开启,最大程度的减小压降损失。
作为上述方案的进一步改进,所述车外换热器5与气液分离器2之间还设有热交换器16。此处的热交换器16可对汽车的废热(马达等电器件的散热)进行收集,待流入压缩机1的冷媒穿过热交换器16时得到加热,既能增加流入压缩机1冷媒的焓,进一步提高压缩机1的效率;又尽可能的利用了车辆能量,满足了节能高效的要求。
作为上述方案的进一步改进,所述车外换热器5为双层芯体结构,其中一层芯体与外部循环冷却***相连成循环回路,所述外部循环冷却***主要由散热器17及冷却装置18组成。
具体的,双层芯体的车外换热器2,一层流过冷媒,另一层流过马达制冷剂,在低温时控制水路三通阀19,使冷却装置18内的冷却液转向流入车外换热器5的制冷剂层,再回到冷却装置18。此时车辆前端的进气先经过制冷剂层加热后再经过冷媒层降温,可降低车外换热器5的热负荷。
一种适用于上述的新能源汽车超低温热泵空调***的控制方法,主要包括以下步骤:
(1)制冷循环:关闭两通阀Ⅱ8,压缩机1做功,经三通换向阀Ⅰ9流向三通换向阀Ⅱ11、Ⅲ12及车外换热器5,然后冷媒通过三通换向阀Ⅳ13流经TXVⅡ14、蒸发器4、两通阀Ⅰ15与气液分离器2后返回压缩机1。
具体的,从压缩机1内流出的冷媒通过三通换向阀Ⅰ9可选择性经过车内换热器3或不经过车内换热器3到达两通阀Ⅲ10入口端处,到达两通阀Ⅲ10入口端处的冷媒可选择性经过蒸汽喷射器6或不经过蒸汽喷射器6到达三通换向阀Ⅱ。在冷媒不经过车内换热器3和/或不经过蒸汽喷射器6而到达三通换向阀Ⅱ时,由于避开了车内换热器3和/或蒸汽喷射器6,从而减少了冷媒压降,降低了流阻,使压缩机1负担有所减小,进一步提高了压缩机1的工作效率。
(2)制热循环:压缩机1做功,经三通换向阀Ⅰ9流向车内换热器3,此时空气经鼓风机吸入空调***被车内换热器3加热,再送入乘员舱内取暖;然后冷媒经过两通阀Ⅲ10流向蒸汽喷射器6,打开两通阀Ⅱ8,冷媒被分成两条路径,一条经由TXVⅠ7节流降压后直接回到压缩机1的中压端口,另一条则依次经过蒸汽喷射器6、三通换向阀Ⅱ11、Ⅲ12后流入EXV节流降压,再通过车外换热器5与气液分离器2回到压缩机1;在该循环模式下,车外换热器5作为蒸发器工作,两条路径中,一条路径中的冷媒经过蒸汽喷射器6及EXV降温降压,从而降低了车外换热器5的工作负荷,另一条路径中的冷媒则温度较高,压力较高,直接进入压缩机1,可增加压缩机1的焓,从而提高了压缩机1的工作效率。
(3)除湿循环:在(2)状态下,关闭EXV,使三通换向阀Ⅲ12直接与车外换热器5连通,改变三通换向阀Ⅳ13连通状态,关闭三通换向阀Ⅳ13与气液分离器2的连接支路,开启三通换向阀Ⅳ13与蒸发器4、气液分离器2的连接支路,使冷媒流向蒸发器4后再回到气液分离器2和压缩机1,此时气流经过蒸发器4除湿后再经过车内换热器3加热。
为了提高制热效率,减小换热器热负荷,空调***模式会使用一段时间的内循环,在舱内成员较多时,空气相对湿度会增加,持续的内循环取暖会导致挡风玻璃内表面出现起雾现象,为满足安全要求须对进气进行除湿处理;在制热循环回路上,改变三通换向阀Ⅲ12,使冷媒不经过EXV而直接进入车外换热器5冷凝,改变三通换向阀Ⅳ13,使冷媒流向蒸发器4后再回到气液分离器2和压缩机1,即可实现气流的先除湿再加热。
(4)除霜循环:在(2)状态下,关闭两通阀Ⅱ8与蒸汽喷射器6,直接连通车内换热器3与三通换向阀Ⅱ11,即连通蒸汽喷射器6旁路,关闭EXV,使三通换向阀Ⅲ12直接与车外换热器5连通,从车内换热器3流出的冷媒直接进入车外换热器5,后通过三通换向阀Ⅳ13直接回到气液分离器2。在较低温的气候,空气中存在较高的相对湿度,在运行热泵循环时车外换热器5(此时作为蒸发器使用)的表面温度接近0度甚至更低,极易遭遇结霜问题。该循环模式下既能快速除霜,又能保证舱内取暖的正常进行。全程化霜最多30秒便可完成。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变,而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.一种新能源汽车超低温热泵空调***,其特征在于:包括压缩机、气液分离器、车内换热器、蒸发器、车外换热器以及蒸汽喷射器;所述蒸汽喷射器的一个入口端与TXVⅠ及两通阀Ⅱ出口端相串联,所述两通阀Ⅱ的入口端与蒸汽喷射器的另一入口端相并联;所述压缩机的高压端口通过三通换向阀Ⅰ与车内换热器相连接,所述车内换热器通过两通阀Ⅲ与两通阀Ⅱ的入口端相连接,所述蒸汽喷射器的一个出口端依次通过三通换向阀Ⅱ、Ⅲ与车外换热器的入口端相连接,所述车外换热器的出口端依次通过三通换向阀Ⅳ、气液分离器与压缩机的低压端口连接在一起,所述蒸汽喷射器的另一个出口端与压缩机的中压端口相连;所述三通换向阀Ⅳ的另一端口依次通过TXVⅡ、蒸发器、两通阀Ⅰ与气液分离器的入口端相连接,所述三通换向阀Ⅲ的另一端口通过EXV与车外换热器的入口端相连接。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车超低温热泵空调***,其特征在于:所述三通换向阀Ⅰ的另一端口与两通阀Ⅲ的入口端相连接。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车超低温热泵空调***,其特征在于:所述两通阀Ⅲ的入口端与三通换向阀Ⅱ的另一端口相连接。
4.根据权利要求1~3任一项所述的新能源汽车超低温热泵空调***,其特征在于:所述车外换热器与气液分离器之间还设有热交换器。
5.根据权利要求1~3任一项所述的新能源汽车超低温热泵空调***,其特征在于:所述车外换热器为双层芯体结构,其中一层芯体与外部循环冷却***相连成循环回路,所述外部循环冷却***主要由散热器及冷却装置组成。
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