热能利用装置以及一种热泵空调系统的制作方法

本实用新型属于新能源汽车领域，具体涉及一种可对热泵空调系统补焓的热能利用装置以及加装了热能利用装置的热泵空调系统。

背景技术：

当前在研的或已经量产的热泵空调，以R134a工质为例，都是按照固有设计，即由电动压缩机、外置换热器、HVAC、若干阀及对应管路组成，在低温下工作时，仅靠压缩机做功和外置换热器的低温吸热来为车内供暖，此时会存在以下问题：

(1)压缩比较常规的6:1提升到10:1，甚至更多；

(2)压缩比增加，压缩机的功耗增加；

(3)长时间低压工作，不利于压缩机内部密封；

(4)蒸发温度低但冷媒量少，吸热不足，须提高压缩机输出功供暖；

(5)车辆启动后电机和电控的余热被浪费掉；

以上问题是热泵空调系统的通病，因为热泵系统在车用领域并暂未得到广泛推广，所以该弊端并未获得普遍认识，也少有人提出对新能源车的余热进行回收利用。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种热能利用装置以及加装了热能利用装置的热泵空调系统，通过利用三电系统的余热对热泵空调系统作补焓，使得低温环境下工作时可提高热泵空调的表现状态，降低压缩机压缩比，进一步节约电能。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种热能利用装置，包括通入制冷工质的通道Ⅰ与通入冷却工质的通道Ⅱ，所述通道Ⅰ与通道Ⅱ相互套合或叠装以使对应流通在内的两种工质可进行热交换。

进一步，所述通道Ⅰ与通道Ⅱ均为管状结构，所述通道Ⅱ套装在通道Ⅰ的外壁上且通道Ⅰ两端伸出通道Ⅱ，所述通道Ⅱ两端分别设有进口管与出口管。

进一步，所述通道Ⅱ的内壁上绕周向间隔设有若干个齿，使通道Ⅰ外壁与通道Ⅱ内壁间对应形成多个用以流通冷却工质的齿槽。

进一步，所述通道Ⅰ的外壁上设有若干条沿轴向延伸的螺旋凸筋，使通道Ⅰ外壁与通道Ⅱ内壁间对应形成多个用以流通冷却工质的螺旋槽。

进一步，所述通道Ⅰ与通道Ⅱ为由多个金属片叠装而成的叠片式结构。

一种热泵空调系统，包括压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀以及电机电控冷却回路，还包括如上述的热能利用装置，热能利用装置中的通道Ⅰ串联在热泵空调系统中的蒸发器出口端与压缩机吸气口端之间，通道Ⅱ的入口端与热泵空调系统中电机电控冷却回路的发动机出口端并联，通道Ⅱ的出口端与电机电控冷却回路的膨胀箱入口端并联。

进一步，所述通道Ⅱ的入口端并联在发动机与膨胀箱之间的电磁水阀上。

进一步，所述电磁水阀为一位两通型。

本实用新型的有益效果在于：该热能利用装置结构简单，可直接应用在现有的热泵空调系统中，虽然对热泵空调系统的改动极小，但能实现电机电控系统余热的合理利用。应用后，利于热泵空调在低温(-10℃)下的工作，提升压缩机的等熵效率，提升了压缩机的进气温度，降低了压缩机功耗，提升了车内出风温度，PTC的使用功率相比下降，进而提升了新能源车的行驶里程，既经济，又高效。

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为管状热能利用装置结构示意图；

图2为图1的截面示意图(齿形外套管结构)；

图3为图1的截面示意图(螺旋内套管结构)；

图4为层叠状热能利用装置结构示意图；

图5为本实用新型的热泵空调系统示意图。

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。

一种热能利用装置，包括通入制冷工质的通道Ⅰ1与通入冷却工质的通道Ⅱ2，所述通道Ⅰ1与通道Ⅱ2相互套合使两种工质可进行热交换。根据通道Ⅰ1与通道Ⅱ2的结构形式，此处的套合可分为套接、插接等不同形式。

一般情况下，通道Ⅰ1与通道Ⅱ2同为管状结构，将通道Ⅱ套装在通道Ⅰ的外壁上且通道Ⅰ两端伸出通道Ⅱ，此时的通道Ⅰ1与通道Ⅱ2构成套管结构，在通道Ⅱ2两端分别设有进口管与出口管，通过对应通入制冷工质(如R134a)与冷却工质(如乙二醇)，可使两类工质得到充分换热。需要说明的是，通道Ⅰ1与通道Ⅱ2可以互换工质，即通道Ⅱ2内通入制冷工质(如R134a)，通道Ⅰ1内通入冷却工质(如乙二醇)。不过，这样的方式与前一种方式相比，在换热效率上有所降低，且还会增加空调回路20％不等的流阻(不同的流量流阻有所不同)。

本实施例中的通道Ⅱ2的内壁上绕周向间隔设有若干个齿21，齿21的存在使得通道Ⅰ外壁与通道Ⅱ内壁间对应形成多个齿槽，冷却工质从齿槽间流过。齿21可以增强通道Ⅰ1与通道Ⅱ2的结构强度，保证系统的可靠性。当然，此处的齿21也可以替换成螺旋凸筋11，螺旋凸筋11可以是设置在通道Ⅱ2上，也可以是设置在通道Ⅰ上，设置在通道Ⅱ2上时，其位于通道Ⅱ2的内壁上并沿轴向延伸，设置在通道Ⅰ上时，其位于通道Ⅰ1的内壁上并沿轴向延伸，螺旋凸筋11可有多条，使通道Ⅰ外壁与通道Ⅱ内壁间对应形成多个用以流通冷却工质的螺旋槽，以增强通道Ⅰ1与通道Ⅱ2间的结构强度。

通道Ⅰ与通道Ⅱ还有其他结构形式，如由多个金属片叠装而成的叠片式结构。各种板片之间形成通道，通过板片进行热量交换，如板式换热器，可同样达到两类工质换热的目的。

该热能利用装置中，通道Ⅰ1与通道Ⅱ2可为铝材质或铜材质，当通道Ⅰ1与通道Ⅱ2为管状结构且内部流通常规的工质时，优选的结构匹配参数为：通道Ⅰ1的管内径为φ8mm～φ25mm，管壁厚为1.2mm～2mm，通道Ⅱ(齿形外套管结构)的管外径为φ10mm～φ30mm，管壁厚为1.2mm～2mm，齿厚为1mm，长度为200～700mm，而通道Ⅰ1的长度要长于通道Ⅱ。

将通道Ⅱ2的入口端记做A端，出口端记做B端，将通道Ⅰ1的入口端记做D端，出口端记做C端。如图所示，D端进入制冷工质(R134a)，假定此时制冷工质的温度为-10℃，A端进入冷却工质(乙二醇)，假定此时该冷却工质温度为10℃，从A到B，冷却工质乙二醇被通道Ⅰ1中的制冷剂R134a逐步冷却，温度是逐渐降低的，假定会从10℃逐渐降到5℃，同理，制冷工质从D端流向C端是在逐渐被冷却工质乙二醇加热，制冷工质的温度假定从-10℃逐渐上升到-4℃。这样，制冷工质(R134a)就能获得最大的换热。

将上述热能利用装置引入到现有的热泵空调系统中，即可利用三电系统的余热对热泵空调系统作补焓，在低温环境下工作时可提高热泵空调的表现状态，从而降低压缩机的压缩比，进一步节约电能。

具体的，现有热泵空调系统均包括压缩机3、蒸发器4、冷凝器5、膨胀阀以及电机电控冷却回路6，而该热能利用装置中的通道Ⅰ1串联在热泵空调系统中的蒸发器4出口端与压缩机3吸气口端之间，即通道Ⅰ的入口端连接在热泵空调系统中的蒸发换热器出口端，通道Ⅰ的出口端连接在热泵空调系统中的压缩机的吸气口端，优选将其布置在靠近压缩机吸气端一侧；通道Ⅱ2的入口端与热泵空调系统中电机电控冷却回路6的发动机61出口端并联，通道Ⅱ的出口端与电机电控冷却回路的膨胀箱62入口端并联。该热能利用装置的引入，实现了电机电控冷却回路6中余热的利用，使得从蒸发器中流出的制冷剂热量提高，进而增加了压缩机的进气过热度，不仅车内可获得更多的热量，同时还降低了压缩机的电耗。

在电机电控冷却回路6中，发动机61与膨胀箱62之间设有电磁阀63，该电磁阀63选用一位两通型，将通道Ⅱ的入口端并联在发动机与膨胀箱之间的电磁水阀上，则可实现热能利用装置的启停。

具体的，在空调系统不需要补焓的时候，电磁阀63受热泵系统控制器控制，流向A口的路径被截止，冷却工质仅在冷却主回路中运行，当在冬季运行热泵空调系统采暖时，电磁阀63转回内部阀芯，关闭主回路，所有冷却液经A流入、从B流出再回到冷却系统的膨胀箱62，此时从蒸发器4流出的制冷剂从D流入、C流出，获得了来自冷却液的热量，进而增加了压缩机3的进气过热度，为空调系统引入了部分热量。以常规系统为例，可以为空调系统引入500～800W的热量。电磁阀63上带有电磁线圈，若选用比例可调的电磁阀63，则可以获得更精准的调控效果。

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。