一种电动车废热利用变频热泵空调系统及其方法技术方案

技术编号:11271194 阅读:80 留言:0更新日期:2015-04-08 18:11
本发明专利技术公开了一种电动车废热利用变频热泵空调系统及其方法,包括内置交流电机驱动的低压级变速卧式涡旋压缩机、高压级压缩机、车内换热器、车外换热器、车内风机、车外风机、中间冷却器、废热回收回路等。废热回收回路由废热回收散热器、废热排放散热器、电动水泵、电气元件水冷装置等组成。废热回收散热器安装在车外换热器前面,制热循环时,废热回收散热器放出的热量提高了车外换热器周围的温度,改善了热泵运行的工况。本系统不仅使电动车以最佳方式实现在夏季时制冷、在冬季一般工况时单级制热和低温工况时双级制热;同时还能利用电动车上电气元件废热迅速融化车外换热器上的结霜、改善空调制热时运行工况,提高空调系统运行效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了,包括内置交流电机驱动的低压级变速卧式涡旋压缩机、高压级压缩机、车内换热器、车外换热器、车内风机、车外风机、中间冷却器、废热回收回路等。废热回收回路由废热回收散热器、废热排放散热器、电动水泵、电气元件水冷装置等组成。废热回收散热器安装在车外换热器前面,制热循环时,废热回收散热器放出的热量提高了车外换热器周围的温度,改善了热泵运行的工况。本系统不仅使电动车以最佳方式实现在夏季时制冷、在冬季一般工况时单级制热和低温工况时双级制热;同时还能利用电动车上电气元件废热迅速融化车外换热器上的结霜、改善空调制热时运行工况,提高空调系统运行效率。【专利说明】
本专利技术涉及汽车空调领域,尤其涉及。
技术介绍
在日益注重环保的今天,电动车因其在能源安全、环境保护及可持续发展等方面的优势,受到越来越广泛的关注。而现有的汽车空调系统一方面能效比较低,另一方面它采用发动机余热作为冬天采暖用的热源,不能适用于电动汽车的供暖需求。 目前电动车主要采用传统热泵型空调系统或电加热方式为车室内供暖。但由于传统热泵型空调系统无法满足低温工况时汽车的制热需求;而电加热方式又需要消耗大量的电能,极大地缩短了电动车的续航里程。因此,为进一步促进电动车的应用和推广,专利技术一种能适应低温工况的、高能效比的电动车空调系统是迫切需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足,提供一种既能适应低温工况,又具有高能效比的电动车废热利用变频热泵空调系统及其方法;它不仅能够满足电动车低温供暖的需求,还能够保证系统无论在制冷、一般工况下制热还是低温工况下制热,都能以高效节能方式运行。 本专利技术通过下述技术方案实现: 一种电动车废热利用变频热泵空调系统,包括能根据环境工况实现单、双级压缩自动切换的制冷剂循环回路和废热回收回路;所述制冷剂循环回路包括低压级压缩机1、第一单向阀11、四通换向阀2、车内换热器12、车外换热器10、第一车内风机22、车外风机21、主膨胀阀5、第二单向阀6、第三单向阀7、第四单向阀8、第五单向阀9、第一三通电磁阀13、第二三通电磁阀14、高压级压缩机组件3和中间冷却器组件4 ; 所述废热回收回路包括废热回收散热器15、废热排放散热器18、电动水泵16、电气元件水冷装置17、废热回收控制阀19和废热排放控制阀20 ; 所述高压级压缩机组件3由高压级压缩机31、第六单向阀32和单双级切换控制阀33组成; 所述中间冷却器组件4由中间节流膨胀阀41、中间冷却器42及其制冷剂进出口的连接管路组成; 所述低压级压缩机1、车内风扇电机22和车外风扇电机21均采用各自的变频器控制,实现调速; 所述低压级压缩机I通过第一单向阀11、四通换向阀2、单双级切换控制阀33、车内换热器12、第一三通电磁阀13、第二三通电磁阀14、主膨胀阀5和车外换热器10依次相连; 所述主膨胀阀5的进口同时与第二单向阀6的出口和第三单向阀7的出口相连;所述主膨胀阀5的出口同时与第四单向阀8的进口和第五单向阀9的进口相连; 所述高压级压缩机31与第六单向阀32的串联管路与单双级切换控制阀33管路并联形成高压级压缩机组件3 ; 所述高级压缩机组件3 —端与车内换热器12相连,另一端同时与四通换向阀2的d 口和中间冷却器组件4的制冷剂蒸气出口相连; 所述中间冷却器组件4的制冷剂入口与第一三通阀13的c 口相连,制冷剂高压过冷液体出口与第二三通阀14的c 口相连,制冷剂的饱和蒸气出口与高压级压缩机31的吸气口相连; 所述中间冷却器组件4的饱和蒸气出口的制冷剂气体与来自低压级压缩机I的中温中压制冷剂气体在管路中混合,变成中压过热蒸气后进入高压级压缩机31,实现制冷剂中间不完全冷却。 所述废热回收回路,由废热回收利用循环回路和废热排放循环回路组成,回路中电动水泵16与电气元件水冷装置17串联,其冷却水出口一端通过废热回收控制阀19与废热回收散热器15相连,形成废热回收利用循环回路,其冷却水出口的另一端通过废热排放控制阀20与废热排放散热器18相连,形成废热排放循环回路。 所述电气元件水冷装置17由分别安装在电气元件上的水冷块和连接水管组成,用于收集发热电气元件上产生的废热。 所述低压级压缩机I采用内置3相感应电机的车用涡旋压缩机,并使用变频电源驱动;所述高压级压缩机31采用定频或变频车用涡旋压缩机;高压级压缩机31与低压级压缩机I的额定排气量之比在1:3?1:2范围内。 所述车内风机22为离心风机,车外风机21为轴流风机,它们由各自的变频器控制以实现调速;所述车外风机21为压入式结构,设置在废热回收散热器15和车外换热器10进风口侧。 所述车内换热器12和车外换热器10为管翅式结构,换热器翅片材料为亲水铝箔;所述主膨胀阀5和中间节流膨胀阀41为电子膨胀阀或热力膨胀阀中的任意一种。 所述废热回收散热器15并装在车外换热器10旁,并处于车外换热器10进风口前方,与车外换热器10的距离为5?20mm。 所述废热回收回路的工质为水。 上述电动车废热利用变频热泵空调系统的控制方法如下: 空调系统运行在制冷模式下的控制步骤: 此时,制冷循环回路中四通换向阀2不通电,其内部a 口和b 口相通、c 口和d 口相通;单双级切换控制阀33开启,高压级压缩机31不工作;第一三通阀13和第二三通阀14均不开启,中间冷却器组件4不运行; 制冷剂从内置交流电机驱动的车用变频式低压级压缩机I流经第一单向阀11和四通换向阀2,通过车外换热器10向车外环境放热后通过第三单向阀7、主膨胀阀5、第四单向阀8及第二三通阀14和第一三通阀13流入车内换热器12,向车内环境吸热后经过单双级切换控制阀33,最后经四通换向阀2的d 口和c 口回到低压级压缩机1,完成制冷循环; 空调系统运行在单级制热模式下的控制步骤: 此时,制冷循环回路中四通换向阀2通电,其内部a 口和d 口相通、b 口和c 口相通;单双级切换控制阀33开启,高压级压缩机31不工作;第一三通阀13和第二三通阀14均不开启,中间冷却器组件4不运行; 制冷剂从内置交流电机驱动的车用变频式低压级压缩机I流经第一单向阀11、四通换向阀2和单双级切换控制阀33,通过车内换热器12向车内环境放热后经过第一三通阀13、第二三通阀14及第二单向阀6、主膨胀阀5和第五单向阀9流入车外换热器10,向车外环境吸热后经四通换向阀2的b 口和c 口回到低压级压缩机1,完成单级压缩制热循环。 空调系统运行在双级制热模式下的控制步骤: 此时,制冷循环回路中四通换向阀2通电,其内部a 口和d 口相通、b 口和c 口相通;单双级切换控制阀33关闭,高压级压缩机31工作;第一三通阀13和第二三通阀14均开启,中间冷却器组件4运行; 制冷剂被内置交流电机驱动的低压级压缩机I压缩成中温中压的气体,经过第一单向阀11和四通换向阀2后与中间冷却器42的饱和蒸气出口的制冷剂气体在管路中混合,变成中压的过热蒸气进入高压级压缩机31,实现制冷剂中间不完全冷却; 高压级压缩机31排出的高温高压制冷剂气体经第六单向阀32后,通过车内换热器12向车内环境放热,冷凝成高压液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动车废热利用变频热泵空调系统,包括能根据环境工况实现单、双级压缩自动切换的制冷剂循环回路和废热回收回路,其特征在于:所述制冷剂循环回路包括低压级压缩机(1)、第一单向阀(11)、四通换向阀(2)、车内换热器(12)、车外换热器(10)、第一车内风机(22)、车外风机(21)、主膨胀阀(5)、第二单向阀(6)、第三单向阀(7)、第四单向阀(8)、第五单向阀(9)、第一三通电磁阀(13)、第二三通电磁阀(14)、高压级压缩机组件(3)和中间冷却器组件(4);所述废热回收回路包括废热回收散热器(15)、废热排放散热器(18)、电动水泵(16)、电气元件水冷装置(17)、废热回收控制阀(19)和废热排放控制阀(20);所述高压级压缩机组件(3)由高压级压缩机(31)、第六单向阀(32)和单双级切换控制阀(33)组成;所述中间冷却器组件(4)由中间节流膨胀阀(41)、中间冷却器(42)及其制冷剂进出口的连接管路组成;所述低压级压缩机(1)、车内风扇电机(22)和车外风扇电机(21)均采用各自的变频器控制,实现调速;所述低压级压缩机(1)通过第一单向阀(11)、四通换向阀(2)、单双级切换控制阀(33)、车内换热器(12)、第一三通电磁阀(13)、第二三通电磁阀(14)、主膨胀阀(5)和车外换热器(10)依次相连;所述主膨胀阀(5)的进口同时与第二单向阀(6)的出口和第三单向阀(7)的出口相连;所述主膨胀阀(5)的出口同时与第四单向阀(8)的进口和第五单向阀(9)的进口相连;所述高压级压缩机(31)与第六单向阀(32)的串联管路与单双级切换控制阀(33)管路并联形成高压级压缩机组件(3);所述高级压缩机组件(3)一端与车内换热器(12)相连,另一端同时与四通换向阀(2)的d口和中间冷却器组件(4)的制冷剂蒸气出口相连;所述中间冷却器组件(4)的制冷剂入口与第一三通阀(13)的c口相连,制冷剂高压过冷液体出口与第二三通阀(14)的c口相连,制冷剂的饱和蒸气出口与高压级压缩机(31)的吸气口相连;所述中间冷却器组件(4)的饱和蒸气出口的制冷剂气体与来自低压级压缩机(1)的中温中压制冷剂气体在管路中混合,变成中压过热蒸气后进入高压级压缩机(31),实现制冷剂中间不完全冷却。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:杜群贵彭庆红
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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