热泵空调系统和车辆的制作方法

文档序号:21147362发布日期:2020-06-20 14:07阅读:111来源:国知局
热泵空调系统和车辆的制作方法

本公开涉及空调系统技术领域,具体地,涉及一种热泵空调系统和使用该热泵空调系统的车辆。



背景技术:

热泵空调系统主要包括压缩机、室内冷凝器、室内蒸发器和室外换热器,在制冷模式下,压缩机排出的高温高压冷媒在室外换热器中向外界散热,从而使低温低压冷媒能够在室内蒸发器进行蒸发,吸收室内的热量,实现室内制冷;在制热模式下,压缩机排出的高温高压冷媒在室内冷凝器中进行冷凝,从而向室内放热,实现室内采暖,室内冷凝器流出的冷媒在室外换热器中吸收外界的热量并最终回到压缩机。

在现有技术中,无论是在制冷模式或是制热模式,冷媒均会流过室外换热器,且冷媒均是从室外换热器的同一入口进入室外换热器并从同一出口流出室外换热器的。也就是说,不管是在制冷模式还是制热模式,冷媒在室外换热器中吸热(冷凝)或散热(蒸发)时流过的路径相同,由于冷凝和蒸发是两个相逆的物理过程,相同的流动路径会限制冷媒在室外换热器中冷凝或蒸发时的换热性能。



技术实现要素:

本公开的目的是提供一种热泵空调系统和使用该热泵空调系统的车辆,该热泵空调系统能够有效地提高室外换热器的换热性能和整个热泵空调系统的综合能效。

为了实现上述目的,本公开提供一种热泵空调系统,包括压缩机、室内冷凝器、室内蒸发器以及室外换热器,所述压缩机的出口与所述室内冷凝器的入口连通,所述室内冷凝器的出口选择性地经由通流支路与所述室外换热器的第一口连通或经由第一节流支路与所述室外换热器的第二口连通,所述室外换热器的第一口还经由选择性导通或截止的第一回流支路与所述压缩机的入口连通,所述室外换热器的第二口还经由第二节流支路与所述室内蒸发器的入口连通,所述室内蒸发器的出口经由第二回流支路与所述压缩机的入口连通,所述室外换热器具有沿所述室外换热器的第一口到其第二口的方向依次排列的多个换热区,所述多个换热区的通流面积从所述室外换热器的第一口到其第二口的方向逐渐减小。

可选地,每个所述换热区内均形成有多条横截面面积相同的流道,且相邻两个换热区内的流道相互连通,所述室外换热器的第一口与其最靠近的一个换热区内的流道连通,所述室外换热器的第二口与其最靠近的一个换热区内的流道连通,所述多个换热区内的流道的数量沿从所述室外换热器的第一口到其第二口的方向依次减少。

可选地,所述室外换热器为微通道换热器,每个所述换热区内设置有至少一个扁管,所述扁管内形成有多条所述流道。

可选地,所述室外换热器包括相对设置的第一集管和第二集管,所述流道在所述第一集管和第二集管之间延伸,所述第一集管内设置有第一分程隔板,所述第一分程隔板将所述第一集管内部分成第一汇流部和第二过渡部,所述第二集管内设置有第二分程隔板,所述第二分程隔板将所述第二集管内部分成第二汇流部和第一过渡部,所述室外换热器的第一口设置在所述第一汇流部上,所述室外换热器的第二口设置在所述第二汇流部上;

所述多个换热区包括沿从所述室外换热器的第一口到其第二口的方向依次排列的第一换热区、第二换热区以及第三换热区,所述第一换热区内的流道的入口与所述第一汇流部连通,所述第一换热区内的流道的出口与所述第一过渡部连通,所述第二换热区内的流道的入口与所述第一过渡部连通,所述第二换热区内的流道的出口与所述第二过渡部连通,所述第三换热区内的流道的入口与所述第二过渡部连通,所述第三换热区内的流道的出口与所述第二汇流部连通。

可选地,所述通流支路上设置有第一开关阀,所述第一回流支路上设置有第二开关阀。

可选地,所述通流支路上设置有第一开关阀,所述热泵空调系统还包括三通阀,所述三通阀同时位于所述第一回流支路和所述第二回流支路上,所述三通阀的a口与所述室外换热器的第一口连通,所述三通阀的b口与所述室内蒸发器的出口连通,所述三通阀的c口与所述压缩机的入口连通。

可选地,所述第一节流支路上设置有第一膨胀阀,所述第二节流支路上设置有第二膨胀阀。

可选地,所述热泵空调系统还包括设置在所述压缩机入口处的气液分离器,所述气液分离器的入口选择性地经由所述第一回流支路与所述室外换热器的第一口连通,或经由所述第二回流支路与所述室内蒸发器连通,所述气液分离器的出口与所述室内冷凝器连通。

可选地,所述室内蒸发器的出口处设置有单向阀。

通过上述技术方案,由于在制冷模式下冷媒在室外换热器中进行放热冷凝,从气态变为液态,因此冷媒进入室外换热器时的压力高、比容大、流速快,而靠近室外换热器的第一口处的换热区的通流面积大则有利于更多的冷媒通过靠近室外换热器的第一口处的换热区进行换热,换热效率提高,随着冷媒逐渐从气态变为液态,其压力、比容逐渐减小、流速降低,换热区的通流面积则适配于冷媒的状态变化逐渐减小,也就是说,在制冷模式下使冷媒从室外换热器的第一口进入室外换热器并从第二口流出能够使冷媒在室外换热器中放热冷凝时的换热能力更加均匀、换热效果更好。同理,由于在采暖模式下冷媒在室外换热器中吸热蒸发,从液态变为气态,因此冷媒进入室外换热器时的压力小、比容小、流速小,随着蒸发的进行,冷媒干度不断增加,冷媒的压力、比容不断增大,流速变快,因此在采暖模式下使冷媒从室外换热器的第二口进入室外换热器并从第一口流出能够使冷媒在室外换热器中,有利于使冷媒的通流面积随着其从液态变为气态的过程中不断增大,从而使进入换热区的冷媒的量从室外换热器的第二口到第一口的方向逐渐增多,进而利于使冷媒在室外换热器中吸热蒸发的换热能力更加均匀、换热效果更好。

根据本公开的另一个方面,提供一种车辆,包括上述的热泵空调系统。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本公开,但并不构成对本公开的限制。在附图中:

图1是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图;

图2是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图,其中,热泵空调系统处于制冷模式,粗实线为制冷模式下冷媒的流动路径;

图3是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图,其中,热泵空调系统处于采暖模式,粗实线为采暖模式下冷媒的流动路径;

图4是本公开另一种实施方式提供的热泵空调系统的结构示意图;

图5是本公开一种实施方式提供的室外换热器的结构示意图;

图6是本公开另一种实施方式提供的室外换热器的结构示意图;

附图标记说明

1压缩机2室内冷凝器

3室内蒸发器4室外换热器

4a第一口4b第二口

41第一集管411第一分程隔板

412第一汇流部413第二过渡部

42第二集管421第二分程隔板

422第二汇流部423第一过渡部

43第一换热区44第二换热区

45第三换热区5通流支路

6第一节流支路7第一回流支路

8第二节流支路9第二回流支路

10扁管11第一开关阀

12第二开关阀13三通阀

14第一膨胀阀15第二膨胀阀

16气液分离器17单向阀

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开,并不用于限制本公开。

如图1至图6所示,本公开提供一种热泵空调系统,包括压缩机1、室内冷凝器2、室内蒸发器3以及室外换热器4,压缩机1的出口与室内冷凝器2的入口连通,室内冷凝器2的出口选择性地经由通流支路5与室外换热器4的第一口4a连通或经由第一节流支路6与室外换热器4的第二口4b连通,室外换热器4的第一口4a还经由选择性导通或截止的第一回流支路7与压缩机1的入口连通,室外换热器4的第二口4b还经由第二节流支路8与室内蒸发器3的入口连通,室内蒸发器3的出口经由第二回流支路9与压缩机1的入口连通。其中,室外换热器4具有沿室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向依次排列的多个换热区,多个换热区的通流面积从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向逐渐减小。

这里需要说明的是,上文及下文提及的“通流支路”指的是该支路能够选择性地实现冷媒的导通或截断,“节流支路”指的是该支路能够选择性地实现冷媒的节流或截断,且在节流时能够调节冷媒的流量和压力,“连通”可以是两个设备之间的直接连通,也可以是间接连通。

通过控制上述各设备之间的连通关系,可以使本公开的热泵空调系统至少具有制冷模式和采暖模式。在制冷模式下,如图2所示,压缩机1、室内冷凝器2、通流支路5、室外换热器4、第二节流支路8、室内蒸发器3、第二回流支路9依次串联成一个回路,此时,控制室内冷凝器2处无风通过,室内蒸发器3处有风通过,也就是说,虽然冷媒在制冷模式下流经室内冷凝器2,但是在室内冷凝器2处并不发生冷凝。控制风是否经过室内冷凝器2和室内蒸发器3可以通过控制风门机构来实现,由于风门机构为热泵空调领域的公知技术,对此本公开这里不再对风门机构的工作原理做具体描述。在制冷模式下,压缩机1排出的高温高压的气态冷媒经过通流支路5进入从室外换热器4的第一口4a进入室外换热器4,并在室外换热器4中与室外空气进行热交换并放热冷凝,把热量散发到空气中,室外换热器4的第二口4b流出中温高压的液态冷媒,中温高压的液态冷媒经第二节流支路8节流降压后变为低温低压的液态冷媒,低温低压的液态冷媒在室内蒸发器3中进行蒸发,吸收室内(例如车辆的乘员舱)热量,实现制冷功能,最终冷媒通过第二回流支路9流回压缩机1。

在采暖模式下,如图3所示,压缩机1、室内冷凝器2、第一节流支路6、室外换热器4、第一回流支路7依次串联成一个回路。在该模式下,压缩机1排出的高温高压的气态冷媒在室内冷凝器2中进行放热冷凝,向室内放热,实现室内采暖,室内冷凝器2的出口为中温高压的液态冷媒,该中温高压的液态冷媒经过第一节流支路6节流降压后变为低温低压的液态冷媒,该低温低压的液态冷媒通过室外换热器4的第二口4b进入室外换热器4,并在室外换热器4中吸热蒸发,以使室外换热器4第一口4a流出低温低压的气态冷媒并使冷媒最终通过第一回流支路7回到压缩机1。

如图5和图6所示,在制冷模式下,冷媒从室外换热器4的第一口4a流入室外换热器4,并从室外换热器4的第二口4b流出,在采暖模式下,冷媒从室外换热器4的第二口4b流入室外换热器4,并从室外换热器4的第一口4a流出,由于室外换热器4内的多个换热区的通流面积从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向逐渐减小,这样,在制冷模式下进入室外换热器4中的冷媒在室外换热器4中的通流面积逐渐减小,而在采暖模式下进入室外换热器4中的冷媒在室外换热器4中的通流面积逐渐增大。

这样,通过上述技术方案,由于在制冷模式下冷媒在室外换热器4中进行放热冷凝,从气态变为液态,因此冷媒进入室外换热器4时的压力高、比容大、流速快,而靠近室外换热器4的第一口4a处的换热区的通流面积大则有利于更多的冷媒通过靠近室外换热器4的第一口4a处的换热区进行换热,换热效率提高,利于冷媒放热并从气态变为液态,在两相区,随着冷媒逐渐从气态变为液态,其压力、比容逐渐减小、流速降低,换热区的通流面积则适配于冷媒的状态变化逐渐减小,也就是说,在制冷模式下使冷媒从室外换热器4的第一口4a进入室外换热器4并从第二口4b流出能够使冷媒在室外换热器4中放热冷凝时的换热能力更加均匀、换热效果更好。同理,由于在采暖模式下冷媒在室外换热器4中吸热蒸发,从液态变为气态,因此冷媒进入室外换热器4时的压力小、比容小、流速小,随着蒸发的进行,冷媒干度不断增加,冷媒的压力、比容不断增大,流速变快,因此在采暖模式下使冷媒从室外换热器4的第二口4b进入室外换热器4并从第一口4a流出能够使冷媒在室外换热器4中,有利于使冷媒的通流面积随着其从液态变为气态的过程中不断增大,从而使进入换热区的冷媒的量从室外换热器4的第二口4b到第一口4a的方向逐渐增多,进而利于使冷媒在室外换热器4中吸热蒸发的换热能力更加均匀、换热效果更好。

进一步地,为实现多个换热区的通流面积从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向逐渐减小,在本公开提供的一种实施方式中,如图5和图6所示,每个换热区内均形成有多条横截面面积相同的流道,且相邻两个换热区内的流道相互连通,以使冷媒能依次流过多个换热区进行换热,室外换热器4的第一口4a与其最靠近的一个换热区内的流道连通,室外换热器4的第二口4b与其最靠近的一个换热区内的流道连通,以使冷媒能够通过第一口4a或第二口4b进入室外换热器4,并从第一口4a到第二口4b的方向依次流过多个换热区,或从第二口4b到第一口4a的方向依次流过多个换热区。其中,多个换热区内的流道的数量沿从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向依次减少。由于多个流道的横截面面积相同,流道数量多的换热区的通流面积大于流道数量少的换热区的通流面积,也就是说,多个换热区的通流面积从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向逐渐减小。这里,微通道换热器可以为如图5所示的水平集管微通道换热器,也可以为如图6所示的竖直集管微通道换热器,对此,本公开不作限制。

在其他实施方式中,多个换热区中的流道的数量可以相同,而流道的横截面面积可以不同,多个换热区的流道的横截面面积从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向依次减小,从而使多个换热区的通流面积从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向逐渐减小。

进一步地,流道可以直接一体成型在室外换热器4的壳体中,或者,上述室外换热器4可以为微通道换热器,每个换热区内设置有至少一个扁管10,扁管10内形成有多条流道。扁管10内形成的流道通常是通过挤压工艺形成的细微流道,有利于使室外换热器4结构紧凑、轻巧、换热高效。

为使冷媒能够依次流过多个换热区,在本公开提供的一种具体实施方式中,如图5和图6所示,室外换热器4包括相对设置的第一集管41和第二集管42,流道在第一集管41和第二集管42之间延伸,第一集管41内设置有第一分程隔板411,第一分程隔板411将第一集管41内部分成第一汇流部412和第二过渡部413,第二集管42内设置有第二分程隔板421,第二分程隔板421将第二集管42内部分成第二汇流部422和第一过渡部423,室外换热器4的第一口4a设置在第一汇流部412上,室外换热器4的第二口4b设置在第二汇流部422上;多个换热区包括沿从室外换热器4的第一口4a到其第二口4b的方向依次排列的第一换热区43、第二换热区44以及第三换热区45,第一换热区43内的流道的入口与第一汇流部412连通,第一换热区43内的流道的出口与第一过渡部423连通,第二换热区44内的流道的入口与第一过渡部423连通,第二换热区44内的流道的出口与第二过渡部413连通,第三换热区45内的流道的入口与第二过渡部413连通,第三换热区45内的流道的出口与第二汇流部422连通。

这样,以冷媒从室外换热器4的第一口4a流入并从室外换热器4的第二口4b流出为例,冷媒可以通过室外换热器4的第一口4a依次流过第一汇流部412、第一换热区43、第一过渡部423、第二换热区44、第二过渡部413、第二汇流部422,最终从第二口4b流出。通过设置第一分程隔板411和第二分程隔板421可以使冷媒依次流过多个换热区。

在制冷模式下,从室内冷凝器2中流出的冷媒经过通流支路5流入室外换热器4的第一口4a,而在采暖模式下从第一节流支路6流入室外换热器4的冷媒则从第一口4a流出,为实现通流支路5和第一回流支路7的选择性导通或截止,在本公开提供的第一种实施方式中,如图1所示,通流支路5上可以设置有第一开关阀11,第一回流支路7上可以设置有第二开关阀12。可选地,为使第一开关阀11和第二开关阀12便于控制,第一开关阀11和第二开关阀12可以均为电磁开关阀。

在本公开提供的第二种实施方式中,如图4所示,通流支路5上可以设置有第一开关阀11,热泵空调系统还包括三通阀13,三通阀13同时位于第一回流支路7和第二回流支路9上,三通阀13的a口与室外换热器4的第一口4a连通,三通阀13的b口与室内蒸发器3的出口连通,三通阀13的c口与压缩机1的入口连通。当需要在采暖模式下导通室外换热器4的第一口4a与压缩机1的入口之间的连通时,则可以控制三通阀13的a口与c口导通,当需要在制冷模式下导通蒸发器与压缩机1之间的连通时,则可以控制三通阀13的b口与c口导通。

为使第一节流支路6和第二节流支路8实现节流降压,在本公开提供的一种实施方式中,如图1和图4所示,第一节流支路6上可以设置有第一膨胀阀14,第二节流支路8上设置有第二膨胀阀15。在其他实施方式中,也可以在第一节流支路6和第二节流支路8上设置其他节流元件,例如节流阀。

此外,如图1和图4所示,热泵空调系统还可以包括设置在压缩机1入口处的气液分离器16,气液分离器16的入口选择性地经由第一回流支路7与室外换热器4的第一口4a连通,或经由第二回流支路9与室内蒸发器3连通,气液分离器16的出口与室内冷凝器2连通。在压缩机1的入口处设置气液分离器16可以对即将进入压缩机1的冷媒进行进一步地气液分离,从而保证进入压缩机1的冷媒为气态冷媒。

另外,为防止冷媒倒流回室内蒸发器3,室内蒸发器3的出口处可以设置有单向阀17。

下面将以图1中的实施例为例,结合图2和图3来详细描述本公开提供的热泵空调系统在不同模式下的循环过程及原理。

制冷模式:如图2所示,在该模式下,第一开关阀11开启、第二开关阀12关闭、第一膨胀阀14关闭、第二膨胀阀15开启,压缩机1排出的高温高压的气态冷媒进入室内冷凝器2,室内冷凝器2无风经过,室内冷凝器2的出口依然为高温高压的气态冷媒,该高温高压的气态冷媒从室外换热器4的第一口4a进入室外换热器4,并在室外换热器4中与室外空气进行放热冷凝,把热量散发到空气中,室外换热器4的第二口4b流出中温高压的液态冷媒,中温高压的液态冷媒经第二膨胀阀15节流降压后变为低温低压的液态冷媒,低温低压的液态冷媒在室内蒸发器3中进行蒸发并变为低温低压的气态冷媒,该气态冷媒经过气液分离器16进一步分离后最终回到压缩机1。

采暖模式:如图3所示,在该模式下,第一开关阀11关闭、第二开关阀12开启、第一膨胀阀14开启、第二膨胀阀15关闭,压缩机1排出的高温高压的气态冷媒进入室内冷凝器2,并在室内冷凝器2中进行放热冷凝,室内冷凝器2的出口为中温高压的液态冷媒,该中温高压的液态冷媒经过第一膨胀阀14节流降压后变为低温低压的液态冷媒,该低温低压的液态冷媒通过室外换热器4的第二口4b进入室外换热器4,并在室外换热器4中吸热蒸发,以使室外换热器4第一口4a流出低温低压的气态冷媒,该低温低压的气态冷媒经过气液分离器16进一步分离后最终回到压缩机1。

根据本公开的另一个方面,提供一种车辆,包括上述的热泵空调系统。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式,但是,本公开并不限于上述实施方式中的具体细节,在本公开的技术构思范围内,可以对本公开的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外,本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本公开的思想,其同样应当视为本公开所公开的内容。

当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1