本發(fā)明涉及的是一種車用空調(diào)領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種適用于低溫制熱及具有內(nèi)氣除霧功能的電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)及其換熱方法，能夠降低電動汽車空調(diào)的新風(fēng)熱負(fù)荷，達(dá)到降低空調(diào)能耗、延長電動汽車?yán)m(xù)航里程的目標(biāo)。

背景技術(shù)：

電動汽車具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍得到了廣泛關(guān)注。然而，受制于電池技術(shù)的瓶頸，目前電動汽車的續(xù)航里程仍不能使人滿意。電動汽車空調(diào)啟動后，續(xù)航里程的縮短情況更為嚴(yán)重。根據(jù)已有研究，冬季采暖耗能可使電動汽車的續(xù)航里程下降最高可達(dá)50％左右，成為電動汽車輔助器件中耗能最大的部分，嚴(yán)重影響電動汽車的使用。

空調(diào)負(fù)荷中比重最大的為新風(fēng)負(fù)荷。在傳統(tǒng)燃油汽車中，為防止冬季車窗凝霧影響駕駛，通常采取引入大量新風(fēng)的方法來降低客艙內(nèi)空氣濕度的方法來保障駕駛安全性；現(xiàn)階段的電動汽車也沿用此法。然而，新風(fēng)風(fēng)門開啟會大大增加空調(diào)的供暖負(fù)荷：在低環(huán)境溫度、高車速的工況下，采用全新風(fēng)時供暖負(fù)荷較全回風(fēng)時會增加200％以上。因此，如何降低電動汽車空調(diào)負(fù)荷，尤其是新風(fēng)負(fù)荷成為研發(fā)的一種必須。

此外，在較低的環(huán)境溫度下，現(xiàn)有的汽車熱泵系統(tǒng)并不能很好的提供車室內(nèi)所需的熱量。在低溫下，壓縮機(jī)的吸氣比容增大，系統(tǒng)質(zhì)量流量減??；同時，較低的蒸發(fā)溫度和較高的冷凝溫度也導(dǎo)致壓縮機(jī)的容積效率降低，進(jìn)一步削弱了熱泵系統(tǒng)的制熱能力。因此，需要開發(fā)一種系統(tǒng)，可以降低新風(fēng)負(fù)荷的同時還可以很好的適應(yīng)低溫制熱的工況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有電動汽車空調(diào)使用過程中新風(fēng)負(fù)荷過高、能耗大，低環(huán)境溫度下制熱性能差，導(dǎo)致續(xù)航里程下降明顯的問題，提出一種電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)及其換熱方法，能夠通過新型的系統(tǒng)布置同時滿足低溫制熱和內(nèi)氣除霧的需求。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明涉及一種電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括：壓縮機(jī)、冷凝機(jī)構(gòu)、蒸發(fā)機(jī)構(gòu)、換熱機(jī)構(gòu)和氣液分離器，其中：冷凝機(jī)構(gòu)和蒸發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)置于供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(HVAC)單元內(nèi)，壓縮機(jī)、氣液分離器、換熱機(jī)構(gòu)和冷凝機(jī)構(gòu)構(gòu)成環(huán)路，氣液分離器與換熱機(jī)構(gòu)之間設(shè)有第一模式切換閥，蒸發(fā)機(jī)構(gòu)的輸出端和壓縮機(jī)補(bǔ)氣端通過第二模式切換閥相連，蒸發(fā)機(jī)構(gòu)的輸入端分別與第二模式切換閥以及冷凝機(jī)構(gòu)相連，通過第一模式切換閥和第二模式切換閥在制冷模式、制熱模式和低溫制熱模式下進(jìn)行切換。

所述的換熱機(jī)構(gòu)和冷凝機(jī)構(gòu)之間設(shè)有制熱膨脹閥和與之并聯(lián)的制冷旁通閥。

所述的蒸發(fā)機(jī)構(gòu)與第二模式切換閥之間設(shè)有制冷節(jié)流閥。

所述的蒸發(fā)機(jī)構(gòu)與冷凝機(jī)構(gòu)之間進(jìn)一步設(shè)有補(bǔ)氣截止閥。

所述的冷凝機(jī)構(gòu)上設(shè)有混合風(fēng)門，該混合風(fēng)門優(yōu)選位于冷凝機(jī)構(gòu)朝向蒸發(fā)機(jī)構(gòu)的一側(cè)。

本發(fā)明進(jìn)一步提出一種電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括：包括：壓縮機(jī)、暖風(fēng)芯體、蒸發(fā)機(jī)構(gòu)、換熱機(jī)構(gòu)、輔助冷凝機(jī)構(gòu)和氣液分離器，其中：暖風(fēng)芯體和蒸發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)置于供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)單元內(nèi)，壓縮機(jī)、氣液分離器、換熱機(jī)構(gòu)和輔助冷凝機(jī)構(gòu)構(gòu)成環(huán)路，氣液分離器與換熱機(jī)構(gòu)之間設(shè)有第一模式切換閥，蒸發(fā)機(jī)構(gòu)的輸出端和壓縮機(jī)補(bǔ)氣端通過第二模式切換閥相連，蒸發(fā)機(jī)構(gòu)的輸入端分別與第一模式切換閥以及輔助冷凝機(jī)構(gòu)相連，暖風(fēng)芯體的輸入端和輸出端均與輔助冷凝機(jī)構(gòu)相連并構(gòu)成熱傳導(dǎo)回路，通過第一模式切換閥和第二模式切換閥在制冷模式、制熱模式和低溫制熱模式下進(jìn)行切換。

所述的輔助冷凝機(jī)構(gòu)與暖風(fēng)芯體之間設(shè)有供液泵以循環(huán)驅(qū)動其中的導(dǎo)熱液輸送熱量。

所述的換熱機(jī)構(gòu)和輔助冷凝機(jī)構(gòu)之間設(shè)有制熱膨脹閥和與之并聯(lián)的制冷旁通閥。

所述的蒸發(fā)機(jī)構(gòu)與輔助冷凝機(jī)構(gòu)之間進(jìn)一步設(shè)有補(bǔ)氣截止閥。

上述供熱通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)單元包括：主風(fēng)道以及位于主風(fēng)道一端的新風(fēng)風(fēng)道和回風(fēng)風(fēng)道、位于主風(fēng)道另一端的吹面風(fēng)道、吹腳風(fēng)道和除霜風(fēng)道，其中：鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置于新風(fēng)風(fēng)道和回風(fēng)風(fēng)道一側(cè)，所述的冷凝機(jī)構(gòu)設(shè)置于吹面風(fēng)道和吹腳風(fēng)道一側(cè)，所述的蒸發(fā)機(jī)構(gòu)設(shè)置于鼓風(fēng)機(jī)和冷凝機(jī)構(gòu)之間。

所述的新風(fēng)風(fēng)道和回風(fēng)風(fēng)道之間設(shè)有切換風(fēng)門，通過所述的切換風(fēng)門改變流經(jīng)所述的室內(nèi)側(cè)換熱器的空氣流向，達(dá)到在制冷、制熱模式中切換的目的；所述的吹面風(fēng)道、吹腳風(fēng)道和除霜風(fēng)道各自設(shè)有風(fēng)門，通過所述的風(fēng)門在吹面、吹腳、吹面吹腳和除霜除霧中進(jìn)行切換。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可通過第一模式切換閥和第二模式切換閥在制冷模式、制熱模式和低溫制熱模式下進(jìn)行切換；所述的低溫制熱工況下，系統(tǒng)可將冷凝器引出的液相制冷劑節(jié)流至中間壓力，并將制冷劑噴射到壓縮機(jī)的壓縮腔中，增強(qiáng)熱泵系統(tǒng)低溫下的制熱性能。節(jié)流過程中產(chǎn)生的冷量用于吸收車室內(nèi)的濕負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)內(nèi)氣除霧的功能，以達(dá)到降低新風(fēng)負(fù)荷的目的。在特定的低溫制熱的工況下，使用該發(fā)明所述的空調(diào)系統(tǒng)可降低70％-80％的新風(fēng)負(fù)荷；同時增強(qiáng)系統(tǒng)的制熱能力達(dá)20％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)示意圖；

圖2為本發(fā)明的一種優(yōu)選形式；

圖3為本發(fā)明不同工作模式下制冷劑的流動示意圖；

圖中：a為制冷工況、b為普通制熱工況、c為低溫制熱工況，虛線為高壓制冷劑流路，點(diǎn)劃線為低壓制冷劑流路；

壓縮機(jī)101、室內(nèi)側(cè)冷凝器102、室內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器103、室外側(cè)換熱器104、風(fēng)扇105、氣液分離器106、制熱膨脹閥107、制冷旁通閥108、補(bǔ)氣截止閥109、制冷節(jié)流閥110、第一模式切換閥111、第二模式切換閥112、HVAC單元201、新風(fēng)入口202、回風(fēng)入口203、新風(fēng)/回風(fēng)切換風(fēng)門204、鼓風(fēng)機(jī)205、混合風(fēng)門206、吹面風(fēng)道207、吹面風(fēng)門208、除霜風(fēng)道209、除霜風(fēng)門210、吹腳風(fēng)道211、吹腳風(fēng)門212、供液泵113、暖風(fēng)芯體114、輔助冷凝器115。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例中在所用術(shù)語“蒸氣”和“氣體”或“液體”和“液態(tài)”則總體上指在某一位置中制冷劑處于氣態(tài)或液態(tài)，但不排除制冷劑接近但不完全是氣態(tài)或液態(tài)的氣液混合態(tài)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實(shí)際情況判斷該術(shù)語的唯一可能，另外本發(fā)明中設(shè)計的“高溫”、“高壓”、“低溫”、“低壓”均為常見的術(shù)語，具體的“高溫”、“高壓”的制冷劑大體上指在制冷或制熱循環(huán)中從壓縮機(jī)出來并且直至主節(jié)流裝置的制冷劑，“低溫”、“低壓”的制冷劑大體上指經(jīng)過主節(jié)流裝置節(jié)流之后回到壓縮機(jī)并從壓縮機(jī)主入口送入之前的制冷劑，“冷凝壓力”、“蒸發(fā)壓力”大體上指的是制冷劑在冷凝器中發(fā)生冷凝、在蒸發(fā)器中蒸發(fā)處于兩相態(tài)所對應(yīng)的壓力。

本實(shí)施例提供一種電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，尤其涉及一種適用于低溫制熱及具有內(nèi)氣除霧功能的熱泵系統(tǒng)，從而降低電動汽車空調(diào)的新風(fēng)熱負(fù)荷，達(dá)到降低空調(diào)能耗、延長電動汽車?yán)m(xù)航里程的目標(biāo)。

如圖1所示，本實(shí)施例電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)包括：壓縮機(jī)101、室內(nèi)側(cè)冷凝器102、室內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器103、室外側(cè)換熱器104、風(fēng)扇105、氣液分離器106、制熱膨脹閥107、制冷旁通閥108、補(bǔ)氣截止閥109、制冷節(jié)流閥110、第一模式切換閥111、第二模式切換閥112。

如圖1所示，本實(shí)施例中的HVAC單元201包括：新風(fēng)入口202、回風(fēng)入口203、新風(fēng)/回風(fēng)切換風(fēng)門204、鼓風(fēng)機(jī)205、混合風(fēng)門206、吹面風(fēng)道207、吹面風(fēng)門208、除霜風(fēng)道209、除霜風(fēng)門210、吹腳風(fēng)道211、吹腳風(fēng)門212。

本發(fā)明涉及上述電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)的熱交換方法，包括：制冷工況、普通制熱工況和低溫制熱工況，其中：

制冷工況下，制冷旁通閥108打開，補(bǔ)氣截止閥109關(guān)閉，第一模式切換閥111切換至104與110導(dǎo)通；混合風(fēng)門206切換至制冷模式，使得空氣無法流經(jīng)室內(nèi)側(cè)冷凝器102。經(jīng)壓縮機(jī)101排出的高溫高壓制冷劑流經(jīng)室內(nèi)側(cè)冷凝器102，然后流經(jīng)制冷旁通閥108，進(jìn)入室外側(cè)換熱器104。制冷劑在104中與風(fēng)扇105送來的空氣換熱，冷凝為高溫高壓的液體。制冷劑隨后流經(jīng)第一模式切換閥111，并流經(jīng)制冷節(jié)流閥110，成為低溫低壓兩相狀態(tài)，然后進(jìn)入室內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器103。制冷劑在103中與鼓風(fēng)機(jī)205輸送過來的空氣冷卻，成為過熱蒸汽。第二模式切換閥112切換至103與106聯(lián)通。過熱蒸汽流經(jīng)第二模式切換閥112，隨后流經(jīng)氣液分離器106并回到壓縮機(jī)101，完成制冷循環(huán)。

普通制熱工況下，制冷旁通閥108關(guān)閉，補(bǔ)氣截止閥109關(guān)閉，第一模式切換閥111切換至104與106導(dǎo)通；第二模式切換閥112切換至101與103導(dǎo)通?；旌巷L(fēng)門206切換至制熱模式，使得空氣流經(jīng)室內(nèi)側(cè)冷凝器102。經(jīng)壓縮機(jī)101排出的高溫高壓制冷劑流經(jīng)室內(nèi)側(cè)冷凝器102，將鼓風(fēng)機(jī)205輸送過來的空氣加熱，冷凝為高溫高壓的液體，然后流經(jīng)制熱節(jié)流閥107，成為低溫低壓兩相制冷劑，隨后進(jìn)入室外側(cè)換熱器104。制冷劑在104中與風(fēng)扇105送來的空氣換熱，成為過熱蒸汽。制冷劑隨后流經(jīng)第一模式切換閥111，隨后流經(jīng)氣液分離器106并回到壓縮機(jī)101，完成制熱循環(huán)。

低溫制熱工況下，制冷旁通閥108關(guān)閉，補(bǔ)氣截止閥109打開，第一模式切換閥111切換至104與106導(dǎo)通；第二模式切換閥112切換至101與103導(dǎo)通。混合風(fēng)門206切換至制熱模式，使得空氣流經(jīng)室內(nèi)側(cè)冷凝器102。經(jīng)壓縮機(jī)101排出的高溫高壓制冷劑流經(jīng)室內(nèi)側(cè)冷凝器102，將鼓風(fēng)機(jī)205輸送過來的空氣加熱，冷凝為高溫高壓的液體，然后一路流經(jīng)制熱節(jié)流閥107，成為低溫低壓兩相制冷劑，隨后進(jìn)入室外側(cè)換熱器104。制冷劑在104中與風(fēng)扇105送來的空氣換熱，成為過熱蒸汽。制冷劑隨后流經(jīng)第一模式切換閥111，隨后流經(jīng)氣液分離器106并回到壓縮機(jī)101；另外一路經(jīng)109流經(jīng)110，并節(jié)流成為兩相狀態(tài)，在103中與鼓風(fēng)機(jī)205送來的車室內(nèi)回風(fēng)換熱，吸收車內(nèi)濕負(fù)荷，變?yōu)檫^熱氣體。過熱氣體后經(jīng)112噴射至壓縮機(jī)101的中間級，完成制熱循環(huán)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中所涉及空調(diào)系統(tǒng)可如圖2所示，其進(jìn)一步包括：供液泵113、替換實(shí)施例1中室內(nèi)側(cè)冷凝器102的暖風(fēng)芯體114、輔助冷凝器115，其中：供液泵113及暖風(fēng)芯體114及輔助冷凝器115由液體管路串聯(lián)成為熱傳導(dǎo)回路，導(dǎo)熱液在熱傳導(dǎo)回路中流動，達(dá)到輸送熱量的目的。

本發(fā)明涉及上述電動汽車熱泵空調(diào)系統(tǒng)的熱交換方法，包括：制冷工況、普通制熱工況和低溫制熱工況，其中：

制冷工況下，制冷旁通閥108打開，補(bǔ)氣截止閥109關(guān)閉，第一模式切換閥111切換至104與110導(dǎo)通；混合風(fēng)門206切換至制冷模式，使得空氣無法流經(jīng)暖風(fēng)芯體114。經(jīng)壓縮機(jī)101排出的高溫高壓制冷劑流經(jīng)輔助冷凝器115，然后流經(jīng)制冷旁通閥108，進(jìn)入室外側(cè)換熱器104。

制冷劑在104中與風(fēng)扇105送來的空氣換熱，冷凝為高溫高壓的液體。制冷劑隨后流經(jīng)第一模式切換閥111，并流經(jīng)制冷節(jié)流閥110，成為低溫低壓兩相狀態(tài)，然后進(jìn)入室內(nèi)側(cè)蒸發(fā)器103。制冷劑在103中與鼓風(fēng)機(jī)205輸送過來的空氣冷卻，成為過熱蒸汽。第二模式切換閥112切換至103與106聯(lián)通。過熱蒸汽流經(jīng)第二模式切換閥112，隨后流經(jīng)氣液分離器106并回到壓縮機(jī)101，完成制冷循環(huán)。

普通制熱工況下，制冷旁通閥108關(guān)閉，補(bǔ)氣截止閥109關(guān)閉，第一模式切換閥111切換至104與106導(dǎo)通；第二模式切換閥112切換至101與103導(dǎo)通?；旌巷L(fēng)門206切換至制熱模式，使得空氣流經(jīng)暖風(fēng)芯體114。經(jīng)壓縮機(jī)101排出的高溫高壓制冷劑流經(jīng)輔助冷凝器115，并與供液泵113送來的導(dǎo)熱液加熱，然后進(jìn)入暖風(fēng)芯體114，將被鼓風(fēng)機(jī)205輸送過來的空氣加熱，冷凝為高溫高壓的液體，然后流經(jīng)制熱節(jié)流閥107，成為低溫低壓兩相制冷劑，隨后進(jìn)入室外側(cè)換熱器104。

制冷劑在104中與風(fēng)扇105送來的空氣換熱，成為過熱蒸汽。制冷劑隨后流經(jīng)第一模式切換閥111，隨后流經(jīng)氣液分離器106并回到壓縮機(jī)101，完成制熱循環(huán)。

低溫制熱工況下，制冷旁通閥108關(guān)閉，補(bǔ)氣截止閥109打開，第一模式切換閥111切換至104與106導(dǎo)通；第二模式切換閥112切換至101與103導(dǎo)通?；旌巷L(fēng)門206切換至制熱模式，經(jīng)壓縮機(jī)101排出的高溫高壓制冷劑流經(jīng)輔助冷凝器115，并與供液泵113送來的導(dǎo)熱液加熱，然后進(jìn)入暖風(fēng)芯體114，將被鼓風(fēng)機(jī)205輸送過來的空氣加熱，冷凝為高溫高壓的液體，然后一路流經(jīng)制熱節(jié)流閥107，成為低溫低壓兩相制冷劑，隨后進(jìn)入室外側(cè)換熱器104。

制冷劑在104中與風(fēng)扇105送來的空氣換熱，成為過熱蒸汽。制冷劑隨后流經(jīng)第一模式切換閥111，隨后流經(jīng)氣液分離器106并回到壓縮機(jī)101；另外一路經(jīng)109流經(jīng)110，并節(jié)流成為兩相狀態(tài)，在103中與鼓風(fēng)機(jī)205送來的車室內(nèi)回風(fēng)換熱，吸收車內(nèi)濕負(fù)荷，變?yōu)檫^熱氣體。過熱氣體后經(jīng)112噴射至壓縮機(jī)101的中間級，完成制熱循環(huán)。

本發(fā)明中，汽車空調(diào)的制冷/制熱運(yùn)行模式由駕駛員決定；當(dāng)系統(tǒng)處于制熱模式且外界環(huán)境溫度低于-10℃時，進(jìn)入低溫制熱模式。

本發(fā)明的有益之處在于，通過采用具有除霧功能的補(bǔ)氣增焓制熱模式，可大大提高低溫下的制熱性能；同時，由于系統(tǒng)具備除霧功能，使得車輛可長時間在內(nèi)氣循環(huán)模式下運(yùn)行，大大降低冬季制熱所需熱量。經(jīng)試驗驗證，采用內(nèi)氣循環(huán)在-10℃的情況下可降低制熱負(fù)荷50％-70％，有效延長電動車?yán)锍獭?/p>

上述具體實(shí)施可由本領(lǐng)域技術(shù)人員在不背離本發(fā)明原理和宗旨的前提下以不同的方式對其進(jìn)行局部調(diào)整，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)且不由上述具體實(shí)施所限，在其范圍內(nèi)的各個實(shí)現(xiàn)方案均受本發(fā)明之約束。