CN219172134U - 一种新能源汽车热泵空调除霜*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用相变材料蓄热的新能源汽车热泵空调除霜***。它包括车内换热器、车外换热器以及压缩机，压缩机经过一个四通换向阀分别与车内换热器和车外换热器之间形成有制热循环回路和制冷循环回路，还包括一个位于车内的板式换热器，板式换热器串接在车外换热器和压缩机之间形成除霜循环回路并能够在车内换热器关闭时通过板式换热器给车外换热器供热进行除霜。有益效果是：不会产生冷凝水从而产生水雾影响驾驶，有效避免了传统上除霜过程中伴随短时间制冷效果的问题发生，提高了车内环境的舒适性以及行驶安全性。有效解决了电动空调***低温气候下能效低、结霜除霜的难题，也实现了车内温湿度全面调节、提高车内舒适性的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车空调用***，尤其涉及一种利用相变材料蓄热的新能源汽车热泵空调除霜***。
背景技术
不同于传统燃油车，电动汽车没有发动机的冷却水，无法利用发动机排出的热进行制热，目前国内新能源汽车的制热基本采用PTC陶瓷材料加热，由风机将热风吹出，该制热模式功耗很高，故而电动热泵空调***是新能源汽车空调***的主要发展趋势，电动热泵空调***可基于电池电源驱动空调***运转，实现对车厢内空气进行制冷、加热、换气通风等多项功能，为乘车以及驾驶人员提供更加舒适的热湿环境。
但是，电动热泵空调***在冬季工况运行过程中，车外换热器为热泵制热***的蒸发器，当车外环境温度很低时，车外蒸发器会出现结霜现象影响制热效率，为了保证汽车热泵空调***的制热效果，必须对车外换热器进行除霜处理。
现有技术中，公开了一篇专利号为：202110011955.7，名称为应用于电动汽车的可快速除霜的热泵空调***及其快速除霜方法的发明专利，它提出新能源汽车热泵空调除霜时采用四通阀换向，停止空调的制热循环，采用制冷循环将车外换热器切换为冷凝器，车内换热器短时间作为蒸发器，利用冷凝热进行除霜，除霜结束后再切换为制热循环进行制热。这种方式在除霜过程中不仅会终止车内部的供热，伴随着还会有短时间的制冷效果，冷热交替影响车内环境的舒适性，另外一方面从除霜模式切换回制热模式时候，车内换热器除霜模式下产生的冷凝水会快速蒸发，在挡风玻璃上形成水雾，对于行车安全有一定的影响；同时这种除霜模式还会消耗更多的电池电能，对于新能源汽车而言电池就是核心，电能在空调上消耗越多会导致汽车的续航里程大大减小影响出行体验。
由此可见，对新能源汽车的除霜方案，基于传统方法上的切换蒸发器冷凝器功能的方法，在经济性以及功能性上都还存在一些缺陷。因此，提出更为节能安全且可行的技术方案，克服现有方法不足，具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够充分利用发动机在汽车运行过程中产生的余热实现对于汽车空调***的除霜功能，从而降低汽车空调功耗达到经济节能效果的新能源汽车热泵空调除霜***。
为了解决上述技术问题，本发明的新能源汽车热泵空调除霜***，包括车内换热器、车外换热器以及压缩机，压缩机经过一个四通换向阀分别与车内换热器和车外换热器之间形成有制热循环回路和制冷循环回路，还包括一个位于车内的板式换热器，板式换热器串接在车外换热器和压缩机之间形成除霜循环回路并能够在车内换热器关闭时通过板式换热器给车外换热器供热进行除霜。
所述车内还设置有与板式换热器配合的余热蓄能循环***。
所述余热蓄能循环***包括与板式换热器并联连接的相变蓄热罐、与相变蓄热罐并联连接的汽车余热***以及串接在相变蓄热罐和汽车余热***之间的循环水泵。
所述压缩机与车外换热器之间设置有一条旁通管路，所述旁通管路上设置有一个融霜电磁阀，在供热工况运行的同时打开所述融霜电磁阀后能够使压缩机的一号端的输出排气经过旁通管路输送至车外换热器进行热气除霜。
所述相变蓄热罐内设置有电加热装置。
所述压缩机的一号端经过所述四通换向阀分别连接在车内换热器和车外换热器上，所述四通换向阀还经过一个气液分离器连接在所述压缩机的二号端上。
所述车外换热器还依次经过一个一号电磁阀、一号膨胀阀、二号电磁阀以及车内换热器后再经过所述四通换向阀和气液分离器进入到压缩机内形成所述制冷循环回路。
所述车内换热器还依次经过二号电磁阀、经济器、二号膨胀阀、三号电磁阀以及车外换热器后再经过所述四通换向阀和气液分离器进入到压缩机内形成所述制热循环回路。
所述车内换热器还依次经过三号膨胀阀、经济器以及单向阀后连接到所述压缩机的补气口上。
所述车外换热器依次经过所述三号电磁阀、二号膨胀阀、经济器以及一个四号电磁阀连接所述板式换热器。
本发明具有以下有益效果：
（1）通过在车内设置的串接在车外换热器和压缩机之间形成除霜循环回路的板式换热器，由此在车内换热器关闭时能够直接通过板式换热器给车外换热器供热进行除霜，同时除霜循环工作时车内换热器不工作，不会产生冷凝水从而产生水雾影响驾驶，有效避免了传统上除霜过程中伴随短时间制冷效果的问题发生，提高了车内环境的舒适性以及行驶安全性。
（2）可以直接将电动汽车的驱动***和电池***（统称为汽车余热***）产生的废热蓄存起来用于除霜，实现了余热的利用并且彻底解决了除霜热量来源不足的问题，由此也消除了除霜过程中消耗过多电池电能问题，从而有效解决了电动空调***低温气候下能效低、结霜除霜的难题，也实现了车内温度全面调节、提高车内舒适性的目的。
（3）通过在压缩机与车外换热器之间设置有一条具有融霜电磁阀的旁通管路，还通过采用具有压缩机补气增焓及经济器的空气源热泵***以及通过采用相变材料，将新能源汽车电控***、电池***中的废热进行存储的多种不同的技术手段，可同时实现相变蓄热除霜模式和热气旁通除霜模式，彻底解决现有热泵空调***中制热模式与除霜模式相互切换带来的舒适性以及安全性问题，使整个汽车热泵***除霜效果和可靠性更佳，提升了新能源汽车的续航里程。
附图说明
图1为本发明新能源汽车热泵空调除霜***的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的新能源汽车热泵空调除霜***作进一步详细说明，
如图所示，本发明的新能源汽车热泵空调除霜***，包括车内换热器1、车外换热器2以及压缩机3，由图可见，所述的压缩机3的一号端经过一个四通换向阀4分别连接在车内换热器1和车外换热器2上，四通换向阀4还经过一个气液分离器10连接在压缩机3的二号端上，同时，车外换热器2还依次经过一个一号电磁阀11、一号膨胀阀12、二号电磁阀13以及车内换热器1后再经过上述的四通换向阀4和气液分离器10后进入到压缩机内从而形成制冷循环回路，此外，车内换热器1还依次经过二号电磁阀13、经济器14、二号膨胀阀15、三号电磁阀16以及车外换热器2后再经过上述的四通换向阀4和气液分离器10后进入到压缩机内从而形成制热循环回路，制冷循环回路和制热循环回路构成热泵空调***，还包括一个位于车内的板式换热器5，对于其连接结构来说，车外换热器2依次经过三号电磁阀16、二号膨胀阀15、经济器14以及一个四号电磁阀19连接板式换热器5后再经过一个五号电磁阀20、气液分离器10后进入到压缩机内从而形成除霜循环回路并能够在车内换热器1关闭时通过所述的板式换热器5给车外换热器2供热进行除霜。
进一步地，在车内还设置有与板式换热器5配合的余热蓄能循环***，由图可见，所述的余热蓄能循环***包括与板式换热器5并联连接的相变蓄热罐6、与相变蓄热罐6并联连接的汽车余热***7以及串接在相变蓄热罐6和汽车余热***7之间的循环水泵8，相变蓄热罐6的旁侧设置有配套的定压罐22，所述的汽车余热***7为汽车驱动及电池***，相变蓄热罐6内设置有电加热装置，通过该结构设计使热泵空调***和相变蓄热***以板式换热器为纽带连接。
再进一步地，压缩机3与车外换热器2之间设置有一条旁通管路，所述旁通管路上设置有一个融霜电磁阀9，在供热工况运行的同时打开所述融霜电磁阀后能够使压缩机3的一号端的输出排气经过旁通管路输送至车外换热器2进行热气除霜。
另外，车内换热器1还依次经过二号电磁阀13、六号电磁阀21、三号膨胀阀17、经济器14以及单向阀18后连接到压缩机3的补气口上，由此通过采用具有压缩机补气增焓及经济器的空气源热泵***（简称补气增焓空气源热泵），可实现汽车空调***在低温环境下高效制热运行。
其工作原理如下：
热泵空调***制冷运行时，打开一号电磁阀11、二号电磁阀13，关闭三号电磁阀16、四号电磁阀19、六号电磁阀21、五号电磁阀20、融霜电磁阀9，工质（制冷剂R134A）经过压缩机3压缩为高温高压蒸汽，通过四通换向阀4到达车外换热器2，工质在车外换热器2中经过风冷换热带走热量后为高温高压液体，而后流经一号电磁阀11、一号膨胀阀12节流降压，经过二号电磁阀13到达车内换热器1吸收车内热量变为气液混合态，然后再经过四通换向阀4后经过气液分离器10进行气液分离防止湿压缩工况，最后回到压缩机3形成制冷循环。
热泵空调***制热运行时，打开二号电磁阀13、二号膨胀阀15、三号电磁阀16，关闭一号电磁阀11、四号电磁阀19、五号电磁阀20、融霜电磁阀9，工质（制冷剂R134A）经过压缩机3压缩为高温高压蒸汽，通过四通换向阀4到达车内换热器1释放热量后变为高温高压制冷剂液体，一部分制冷剂经过二号电磁阀13、经济器14后，再经过二号膨胀阀15节流降压为低温低压制冷剂液体再经过三号电磁阀16以及车外换热器2的蒸发吸热后成为气液混合态制冷剂，而后通过四通换向阀4到达气液分离器10中进行气液分离后回到压缩机完成供热循环；
供热工况下的补气增焓过程为：打开六号电磁阀21、三号膨胀阀17，工质（R134A）经过车内换热器1释放热量后的另一部分制冷剂经过六号电磁阀21、三号膨胀阀17降压节流后到达经济器14、再通过单向阀18回到压缩机的补气口达到补气增焓功能，实现制热运行。
当热泵制热工况运行过程中，需要除霜时，蓄热除霜工况运行，此时关闭二号电磁阀13，将板式换热器5作为低温蒸发器，向车外换热器2供热，此时打开一号电磁阀11、四号电磁阀19、五号电磁阀20，关闭二号电磁阀13、三号电磁阀16、六号电磁阀21、融霜电磁阀9，工质（制冷剂R134A）经过压缩机3压缩为高温高压蒸汽后经过四通换向阀4到达车外换热器2进行供热除霜，除霜结束后经过一号电磁阀11、一号膨胀阀12节流降压，通过四号电磁阀19后在板式换热器5中蒸发后再经过气液分离器6分离液体（在五号电磁阀20与四通换向阀4之间设置有六号电磁阀23）最后回到压缩机完成除霜循环；同时在板式换热器5的另外一侧与相变蓄热罐6、汽车余热***7（汽车驱动及电池***）、循环水泵8、定压罐22之间构成余热蓄能循环***。
本发明同时还考虑了蓄热除霜不彻底的情况，当蓄热罐11中相变材料释放热量过程结束但除霜未完成时，即：蓄热除霜不彻底的时候，运行热气旁通除霜工况，热气旁通除霜工况为：热泵***在供热工况运行的同时，四通阀4不需换向，压缩机3的出口的融霜电磁阀9打开，压缩机3的排气经过旁通管路至车外换热器2(蒸发器)入口进行热气除霜。
同时作为优选提高除霜效率，蓄热罐6中可增加电加热装置，当蓄热罐6中相变材料蓄热未完全达到蓄热罐的最大蓄热容量且汽车电池组***处于充电过程（汽车充电）时，蓄热罐6中内置的电加热器启动加热功能，由此可提供一部分电能对蓄热罐6进行蓄能，实现蓄热罐6中相变材料蓄热过程，作为除霜时用。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种新能源汽车热泵空调除霜***，包括车内换热器（1）、车外换热器（2）以及压缩机（3），其特征在于：所述压缩机（3）经过一个四通换向阀（4）分别与车内换热器（1）和车外换热器（2）之间形成有制热循环回路和制冷循环回路，还包括一个位于车内的板式换热器（5），所述板式换热器（5）串接在车外换热器（2）和压缩机（3）之间形成除霜循环回路并能够在车内换热器（1）关闭时通过所述板式换热器（5）给车外换热器（2）供热进行除霜。
2.按照权利要求1所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述车内还设置有与板式换热器（5）配合的余热蓄能循环***。
3.按照权利要求2所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述余热蓄能循环***包括与板式换热器（5）并联连接的相变蓄热罐（6）、与相变蓄热罐（6）并联连接的汽车余热***（7）以及串接在相变蓄热罐（6）和汽车余热***（7）之间的循环水泵（8）。
4.按照权利要求1、2或3所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述压缩机（3）与车外换热器（2）之间设置有一条旁通管路，所述旁通管路上设置有一个融霜电磁阀（9），在供热工况运行的同时打开所述融霜电磁阀后能够使压缩机（3）的一号端的输出排气经过旁通管路输送至车外换热器（2）进行热气除霜。
5.按照权利要求3所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述相变蓄热罐（6）内设置有电加热装置。
6.按照权利要求1、2、3或5所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述压缩机（3）的一号端经过所述四通换向阀（4）分别连接在车内换热器（1）和车外换热器（2）上，所述四通换向阀（4）还经过一个气液分离器（10）连接在所述压缩机（3）的二号端上。
7.按照权利要求6所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述车外换热器（2）还依次经过一个一号电磁阀（11）、一号膨胀阀（12）、二号电磁阀（13）以及车内换热器（1）后再经过所述四通换向阀（4）和气液分离器（10）进入到压缩机内形成所述制冷循环回路。
8.按照权利要求6所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述车内换热器（1）还依次经过二号电磁阀（13）、经济器（14）、二号膨胀阀（15）、三号电磁阀（16）以及车外换热器（2）后再经过所述四通换向阀（4）和气液分离器（10）进入到压缩机内形成所述制热循环回路。
9.按照权利要求8所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述车内换热器（1）还依次经过三号膨胀阀（17）、经济器（14）以及单向阀（18）后连接到所述压缩机（3）的补气口上。
10.按照权利要求8或9所述的新能源汽车热泵空调除霜***，其特征在于：所述车外换热器（2）依次经过所述三号电磁阀（16）、二号膨胀阀（15）、经济器（14）以及一个四号电磁阀（19）连接所述板式换热器（5）。
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Cited By (1)
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- 2023-01-03 CN CN202320007407.1U patent/CN219172134U/zh active Active
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Assignee: Zhenjiang Dongfangshanyuan Electric Heating Co.,Ltd. Assignor: ZHENJIANG DONGFANG ELECTRIC HEATING TECHNOLOGY CO.,LTD. Contract record no.: X2023320000253 Denomination of utility model: A New Energy Vehicle Heat Pump Air Conditioning Defrosting System Granted publication date: 20230613 License type: Common License Record date: 20231214 |
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