间接式低温热泵系统技术方案

一种间接式低温热泵系统，包括：依次相连构成制冷剂回路的电动压缩机、高压冷媒‑冷却液换热器、干燥储液罐和低压冷媒‑冷却液换热器，其中：制冷剂回路和冷却液回路之间完全独立，高压冷媒‑冷却液换热器与室内加热器构成高温冷却液回路，低压冷媒‑冷却液换热器与第一膨胀水壶、驱动电机、散热水箱和用于提升低温热源温度的加热水PTC构成低温冷却液回路。本发明专利技术通过压缩简化制冷剂回路设计，减小制冷剂泄露风险、降低制冷剂充注量，提升R290热泵空调的安全性；在具备新能源汽车乘客舱制冷、制热和除雾、化霜功能的同时，通过补气压缩机和加热水PTC实现汽车空调在低温环境下仍可正常运行热泵制热。

【技术实现步骤摘要】
间接式低温热泵系统
本专利技术涉及的是一种热泵空调领域的技术，具体是一种采用丙烷(R290)的间接式低温热泵系统。
技术介绍
现有汽车空调系统制冷依靠空调系统，采暖依靠发动机冷却液散发热量，但在新能源电动车上通常采用车辆搭载热泵系统或高压电加热PTC来解决这个难题，然而电加热PTC的效率始终小于1，耗损电池能量大，造成整车续航里程大大降低。R290凭借其低GWP值、高汽化潜热、较高蒸发压力以及价格低廉等优势成为汽车空调的热门替代制冷剂，但由于R290制冷剂的可燃性，以及法规对可燃制冷剂充注量的限制使其在实际推广应用中具有很多局限性。尤其针对新能源汽车热泵空调多换热器，制冷、制热、除雾、化霜多功能，管路复杂的特点时，导致R290的泄露风险变大，充注量增大，加剧了R290的应用局限性。此外，由于目前新能源汽车热泵空调因蒸发压力低和压缩机压缩比大的限制通常仅运行在环境温度-10℃以上，极大的加剧了环境温度-10℃以下车厢采暖对整车续航里程的影响。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，基于R290提出一种间接式低温热泵系统，通过压缩简化制冷剂回路设计，减小制冷剂泄露风险、降低制冷剂充注量，提升R290热泵空调的安全性；在具备新能源汽车乘客舱制冷、制热和除雾、化霜功能的同时，通过补气压缩机和加热水PTC实现汽车空调在低温环境下仍可正常运行热泵制热。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：依次相连构成制冷剂回路的电动压缩机、高压冷媒-冷却液换热器、干燥储液罐和低压冷媒-冷却液换热器，其中：制冷剂回路和冷却液回路之间完全独立，高压冷媒-冷却液换热器与室内加热器构成高温冷却液回路，低压冷媒-冷却液换热器与第一膨胀水壶、驱动电机、散热水箱和用于提升低温热源温度的加热水PTC构成低温冷却液回路。所述的高温冷却液回路包括：第二水泵、室内加热器、带有鼓风机的室内冷却器以及电池，其中：第二膨胀水壶与室内冷却器和电池通过第三三通水阀相连，高压冷媒-冷却液换热器与高温冷却液回路以及室内加热器通过第四三通水阀和第五三通水阀相连，电池与室内冷却器和高温冷却液回路通过第六三通水阀相连，第二水泵设置于高压冷媒-冷却液换热器与高温冷却液回路之间。所述的低温冷却液回路包括：第一膨胀水壶、驱动电机、带有冷却风扇的散热水箱、加热水PTC和第一水泵，其中：驱动电机和散热水箱通过第一三通水阀相连，加热水PTC和低压冷媒-冷却液换热器通过第一水泵相连，低压冷媒-冷却液换热器与第一膨胀水壶和低温冷却液回路通过第二三通水阀相连。所述的电动压缩机为带有补气的电动压缩机，对应在干燥储液罐和低压冷媒-冷却液换热器之间设有与带有补气的电动压缩机的补气端相连的补气VPI板式换热器。技术效果与现有技术相比，本专利技术技术效果包括：1、采用R290制冷剂，可利用其低GWP值、高汽化潜热、较高蒸发压力以及价格低廉等优势，加速热泵系统的制冷剂替代；2、通过对制冷剂侧冷凝器、蒸发器、节流阀和压缩机四大件的紧凑式设计，配合冷却液回路的高低温回路自由组合切换，在实现新能源汽车热泵空调制冷、制热、除雾、化霜功能的同时，最大程度简化制冷剂管路、减小制冷剂泄露风险、降低制冷剂充注量，提升R290热泵空调的安全性；3、通过带补气压缩机的应用，利用补气增焓方式提升了热泵空调的制热量，同时降低了相同压缩比下的排气温度，使得热泵空调可运行在更低环境温度和更大压缩比工况下；4、加热水PTC的采用可提高热泵空调的低温热源温度，同时R290本身高汽化潜热和较高蒸发压力的特点，可保证在环境温度-20℃，甚至更低环境温度-30℃以下热泵空调可正常运转，从而缓解低环温下车厢采暖对整车续航里程的影响。附图说明图1为实施例1运行第一制冷模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；图中：虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图2为实施例1运行第二制冷模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；图中：虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图3为实施例1运行第一制热模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图4为实施例1运行第二制热模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图5为实施例1运行第三制热模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图6为实施例1运行第四制热模式和第五制热模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图7为实施例1运行第六制热模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图8为实施例1运行第七制热模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图9为实施例1运行第一制冷制热除雾模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图10为实施例1运行第二制冷制热除雾模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图11为实施例1运行散热水箱化霜模式时冷媒流动和冷却液流动的路径示意图；虚线部分表示非流通状态，实线表示冷媒流动路径，细短划线表示低温冷却液流动路径，粗短划线表示高温冷却液流动路径；图12为实施例2结构示意图；图中：1带补气电动压缩机、2高压冷媒-冷却液换热器、3干燥储液罐、4补气VPI板式换热器、5补气VPI电子膨胀阀、6主路电子膨胀阀、7低压冷媒-冷却液换热器、8加热水PTC、9第一水泵、10第一膨胀水壶、11驱动电机、12第一三通水阀、13散热水箱、14冷却风扇、15第二三通水阀、16第二膨胀水壶、17第三三通水阀、18第二水泵、19第四三通水阀、20第五三通水阀、21室内加热器、22室内冷却器、23鼓风机、24第六三通水阀、25电池。具体实施方式实施例1如图1～图11所示，为本实施例涉及一种采用R290的间接式低温热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种间接式低温热泵系统，其特征在于，包括：依次相连构成制冷剂回路的电动压缩机、高压冷媒-冷却液换热器、干燥储液罐和低压冷媒-冷却液换热器，其中：制冷剂回路和冷却液回路之间完全独立，高压冷媒-冷却液换热器与室内加热器构成高温冷却液回路，低压冷媒-冷却液换热器与第一膨胀水壶、驱动电机、散热水箱和用于提升低温热源温度的加热水PTC构成低温冷却液回路。/n

【技术特征摘要】
1.一种间接式低温热泵系统，其特征在于，包括：依次相连构成制冷剂回路的电动压缩机、高压冷媒-冷却液换热器、干燥储液罐和低压冷媒-冷却液换热器，其中：制冷剂回路和冷却液回路之间完全独立，高压冷媒-冷却液换热器与室内加热器构成高温冷却液回路，低压冷媒-冷却液换热器与第一膨胀水壶、驱动电机、散热水箱和用于提升低温热源温度的加热水PTC构成低温冷却液回路。


2.根据权利要求1所述的间接式低温热泵系统，其特征是，所述的高温冷却液回路包括：第二水泵、室内加热器、带有鼓风机的室内冷却器以及电池，其中：第二膨胀水壶与用于乘客舱内的制冷的室内冷却器和电池通过第三三通水阀相连，高压冷媒-冷却液换热器与高温冷却液回路以及用于乘客舱内的加热的室内加热器通过第四三通水阀和第五三通水阀相连，电池与室内冷却器和高温冷却液回路通过第六三通水阀相连，第二水泵设置于高压冷媒-冷却液换热器与高温冷却液回路之间。


3.根据权利要求1所述的间接式低温热泵系统，其特征是，所述的低温冷却液回路包括：第一膨胀水壶、驱动电机、带有冷却风扇的散热水箱、用于提升低温环境下低温热源的温度的加热水PTC和第一水泵，其中：驱动电机和散热水箱通过第一三通水阀相连，加热水PTC和低压冷媒-冷却液换热器通过第一水泵相连，低压冷媒-冷却液换热器与第一膨胀水壶和低温冷却液回路通过第二三通水阀相连。


4.根据权利要求1所述的间接式低温热泵系统，其特征是，所述的电动压缩机为带有补气的电动压缩机，对应在干燥储液罐和低压冷媒-冷却液换热器之间设有与带有补气的电动压缩机的补气端相连的补气VPI板式换热器。


5.根据权利要求1～4中任一所述的间接式低温热泵系统的换热方法，其特征在于，包括：两种制冷模式、七种制热模式、两种制冷制热除雾模式以及散热水箱化霜模式。


6.根据权利要求5所述的换热方法，其特征是，所述的两种制冷模式中的第一制冷模式，具体为：从电动压缩机排出的高温高压气态制冷剂流入高压冷媒-冷却液换热器冷凝换热，达到加热换热器另外一侧冷却液的效果；冷凝后的制冷剂从换热器流出进入干燥储液罐实现气液分离效果，确保流出储液罐的制冷剂全部为液体；制冷剂在储液罐的出口一分为二：一路制冷剂沿支路到达补气VPI电子膨胀阀的入口，等焓节流后流入补气VPI板式换热器的一侧吸热，变成中压过热态后的制冷剂从换热器流出到达压缩机的补气口进入压缩机；另一路制冷剂沿主路直接到达补气VPI板式换热器的另一侧放热，变成高压过冷态的制冷剂从换热器流出到达主路电子膨胀阀的入口，等焓节流后流入低压冷媒-冷却液换热器蒸发吸热，达到冷却换热器另外一侧冷却液的效果；最后，从换热器流出的低压过热制冷剂回到压缩机吸气口开始下一个循环；该模式下，冷却液回路可依据冷却液温度分为高温和低温两部分，其中高温冷却液回路用于将换热器中制冷剂冷凝放出的热量和驱动电机放出的热量带走；低温冷却液回路用于将换热器冷却后的冷却液输送到室内冷却器中，达到冷却车厢内空气的效果；高温冷却液回路中，利用散热水箱降温后的冷却液到达第二水泵的入口，被水泵送入换热器中吸收另一侧制冷剂放出的冷凝热，升温后的冷却液经第四三通水阀回到第一膨胀水壶的入口；从第一膨胀水壶流出的冷却液到达驱动电机的冷却模块入口，冷却液吸收驱动电机散出的热进一步温升，高温的冷却液从驱动电机流出，经第一三通水阀回到散热水箱冷却后开始下一个循环；低温冷却液回路中，经第一水泵送入低压冷媒-冷却液换热器的冷却液被另一侧制冷剂冷却后，流过第二三通水阀达到第三三通水阀入口，从第三三通水阀流出的冷却液全部流入室内冷却器，使流过室内冷却器翅片表面的空气降温，从而达到车厢降温的效果；吸热后的冷却液从室内冷却器流出后经加热水PTC回到第一水泵的入口开始下一个循环，该模式下加热水PTC不工作；
第二制冷模式中，制冷剂回路和高温冷却液回路与第一制冷模式保持一致，仅低温冷却液回路中从第三三通水阀流出的冷却液需要根据电池热负荷分一部分冷却液流入电池的冷却模块内，其余冷却液流入室内冷却器，达到同时给电池和车厢制冷的效果。


7.根据权利要求5所述的换热方法，其特征是，所述的七种制热模式中的
第一制热模式中，制冷剂回路与制冷模式保持一致，仅冷却液高温回路和低温回路需要重新组织；低温冷却液回路中，经第一水泵送入低压冷媒-冷却液换热器的冷却液热量被另一侧制冷剂吸收后温度降低，低温冷却液流过第二三通水阀到达第一膨胀水壶的入口；从第一膨胀水壶流出的冷却液到达驱动电机的冷却模块入口，该模式适用于车辆怠速模式，此时电机热量少，冷却液温升小；从驱动电机流出的冷却液经第一三通水阀回到散热水箱入口，吸收吹过水箱翅片表面空气的热量温度升高，升温后的冷却液流经加热水PTC回到第一水泵的入口开始下一个循环，该模式下加热水PTC不工作；
高...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旗，余兆开，赵宇，吴铎，瞿晓华，穆景阳，洪光泽，
申请(专利权)人：艾泰斯热系统研发上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31