带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统及其控制方法与流程

本发明涉及车辆热泵系统和乘员舱舒适性控制，具体涉及一种带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统及其控制方法。

背景技术：

1、新能源汽车在除霜模式下，除霜控制方法不合理会影响乘员舱的舒适性，传统的逆循环除霜控制方法直接通过四通阀换向，利用冷凝器或高压储液器出口的高温制冷剂向室外换热器进行除霜，但参与除霜的制冷剂循环量更多的是通过室内换热器的出口过热度来控制，不能根据霜层的状态及系统的实时状态变化进行调节，因此可能出现除霜时间过长的问题，且除霜时压缩机不能再为乘员舱提供热量，甚至会提供不必要的冷量，为保证乘员舱舒适性，需要打开ptc消耗电能来弥补这部分热量，除霜时的制冷剂循环量由于与这部分电能消耗密切相关，因此制冷剂循环量的控制对除霜时间的控制及电能的消耗是十分重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统及其控制方法，通过实时化霜状态及系统的运行情况来调节参与除霜循环的制冷剂循环量，可以节约除霜时间，以便更快地恢复制热模式，继续为乘员舱提供热量。

2、为实现上述目的，本发明所设计的带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统，包括压缩机、内部冷凝器和外部换热器，所述压缩机的出口连有四通阀的第一口，所述四通阀的第二口连有气液分离器中气液分离腔的气态制冷剂进口，所述气液分离器中气液分离腔的气态制冷剂出口与所述压缩机的进口连通，所述四通阀的第三口连有所述内部冷凝器的进口，所述内部冷凝器的出口连有所述气液分离器中储液腔的液态制冷剂进口，所述气液分离器中储液腔的液态制冷剂出口通过第一全流通电子膨胀阀连有所述外部换热器的进口，所述外部换热器的出口连有所述四通阀的第四口，所述气液分离器中储液腔的液态制冷剂进口上连有第二全流通电子膨胀阀，所述第二全流通电子膨胀阀的另一端与所述外部换热器的进口连通，所述内部冷凝器上设有ptc加热器，所述气液分离器中的储液腔内设有液位采集器。

3、优选地，所述内部冷凝器上设置有第一风扇，所述外部换热器上设置有第二风扇。

4、优选地，所述压缩机、四通阀、第一全流通电子膨胀阀、第二全流通电子膨胀、ptc加热器和液位采集器连有带记忆功能的控制器。

5、一种所述带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统的控制方法，根据乘员舱制热请求和除霜请求将运行模式分为制热模式和除霜模式，当处于制热模式时：

6、所述四通阀的第一口和第三口连通，第二口和第四口连通，经所述压缩机压缩后的高温高压制冷剂流体经过所述四通阀的第一口和第三口形成的通道，进入所述内部冷凝器，把热量散到乘员舱中，给乘员舱加热，随后进入所述气液分离器的储液腔中，被进一步冷却获得过冷度，进入所述第一全流通电子膨胀阀节流降压后进入所述外部换热器，从环境中吸收热量变成低温低压的气体，经所述四通阀第二口和第四口形成的通道进入所述气液分离器的气液分离腔，吸收储液腔中的制冷剂的热量后返回到所述压缩机的进口，完成循环；

7、当处于除霜模式时：

8、所述四通阀的第一口和第四口连通，第二口和第三口连通，经所述压缩机压缩后的高温高压制冷剂流体经过所述四通阀的第一口和第四口形成的通道，进入所述外部换热器，释放热量除霜后通过所述第一全流通电子膨胀阀进入所述气液分离器中储液腔的液态制冷剂出口，通过所述第二全流通电子膨胀阀进入所述气液分离器中储液腔的液态制冷剂进口，此时气液分离器中储液腔的液态制冷剂进口和液态制冷剂出口形成高低压差，所述储液腔中的液体被抽吸到所述内部冷凝器，参与到除霜循环，经所述四通阀第二口和第三口形成的通道进入所述气液分离器的气液分离腔，吸收所述储液腔中的液态制冷剂的热量后返回到所述压缩机的进口，完成循环，此时，打开所述ptc加热器，加热所述内部冷凝器中的制冷剂和乘员舱中的空气。

9、优选地，所述外部换热器上设置有第二风扇，处于除霜模式时，关闭所述第二风扇。

10、优选地，处于除霜模式时，在不同的环境温度下通过调节所述第二全流通电子膨胀阀来改变所述气液分离器中储液腔的液位直至达到最佳初始液位lopt，最佳初始液位lopt的计算方法包括如下步骤：

11、a)通过所述液位采集器获取起始除霜周期的初始液位lset和液位升高速度vset；

12、b)记录本除霜周期的除霜时间△t，除霜时间△t为本周期进入除霜模式到退出除霜模式的时间间隔，记录本除霜周期压缩机功率随时间变化的曲线图p1-t、ptc加热器功率随时间变化的曲线图p2-t；

13、c)对两个曲线图进行积分得到本除霜周期除霜时间△t内系统的能耗w1、w2，取得总能耗w＝w1+w2；

14、d)若下一个除霜周期相比上一个除霜周期，除霜时间△t缩短，则增大液位升高速度vset，否则，确定当前液位升高速度vset为最佳液位升高速度vopt；

15、e)按照最佳液位升高速度vopt进行控制，若下一个除霜周期相比上一个除霜周期，总能耗增加，则提高初始液位lset，否则确定当前初始液位lset为最佳初始液位lopt。

16、本发明的原理如下：

17、制热模式下，由于气液分离器中气液分离腔中与储液腔中的制冷剂存在热量交换，蒸发温度提高，可以延缓结霜；除霜模式下，储液腔中的制冷剂由于压差作用被抽吸到除霜循环中，增加了除霜过程的制冷剂循环量，可以同时提高蒸发温度和冷凝温度，一方面冷凝温度的提高可以提高除霜速度，另一方面蒸发温度的提高，乘员舱内空气温度与蒸发温度的换热温差减小。

18、但此时参与循环的制冷剂流量增大，内部冷凝器吸收乘员舱中的冷量变化幅度不确定，但为满足相同的送风温度，由于除霜输入的冷量由ptc加热器加热来弥补这部分冷量满足舒适性，因此ptc加热器功率是除霜能耗很重要的一部分。但储液器中参与除霜循环的制冷剂流量同时决定着除霜速率的大小与系统运行特性，循环量越大，除霜速率越快，随着霜层逐渐减少，外部换热器热量交换减弱，系统高压压力过高，不利于系统稳定运行。因此随着除霜的进行，霜层处于动态变化的过程，参与除霜循环的储液量也应该实时变化，同时满足除霜需求与系统运行稳定性需求。

19、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

20、1、引入带储液功能的气液分离器，利用液位计反馈液位信号，通过实时化霜状态及系统的运行情况来调节参与除霜循环的制冷剂循环量，可以节约除霜时间，以便更快地恢复制热模式，继续为乘员舱提供热量；

21、2、通过带记忆功能的控制器，记录每一除霜周期的气液分离器的初始液位，并根据每一除霜周期的压缩机及ptc总功耗，有利于提高除霜时的系统能耗。

技术特征：

1.一种带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统，包括压缩机(1)、内部冷凝器(2)和外部换热器(3)，其特征在于：所述压缩机(1)的出口连有四通阀(4)的第一口(41)，所述四通阀(4)的第二口(42)连有气液分离器(5)中气液分离腔(51)的气态制冷剂进口(511)，所述气液分离器(5)中气液分离腔(51)的气态制冷剂出口(512)与所述压缩机(1)的进口连通，所述四通阀(4)的第三口(43)连有所述内部冷凝器(2)的进口，所述内部冷凝器(2)的出口连有所述气液分离器(5)中储液腔(52)的液态制冷剂进口(521)，所述气液分离器(5)中储液腔(52)的液态制冷剂出口(522)通过第一全流通电子膨胀阀(6)连有所述外部换热器(3)的进口，所述外部换热器(3)的出口连有所述四通阀(4)的第四口(44)，所述气液分离器(5)中储液腔(52)的液态制冷剂进口(521)上连有第二全流通电子膨胀阀(7)，所述第二全流通电子膨胀阀(7)的另一端与所述外部换热器(3)的进口连通，所述内部冷凝器(2)上设有ptc加热器(8)，所述气液分离器(5)中的储液腔(52)内设有液位采集器(53)。

2.根据权利要求1所述带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述内部冷凝器(2)上设置有第一风扇(9)，所述外部换热器(3)上设置有第二风扇(10)。

3.根据权利要求1所述带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述压缩机(1)、四通阀(4)、第一全流通电子膨胀阀(6)、第二全流通电子膨胀(7)、ptc加热器(8)和液位采集器(53)连有带记忆功能的控制器。

4.一种如权利要求1所述带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统的控制方法，其特征在于：根据乘员舱制热请求和除霜请求将运行模式分为制热模式和除霜模式，当处于制热模式时：

5.根据权利要求4所述带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统的控制方法，其特征在于：所述外部换热器(3)上设置有第二风扇(10)，处于除霜模式时，关闭所述第二风扇(10)。

6.根据权利要求4所述带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统的控制方法，其特征在于：处于除霜模式时，在不同的环境温度下通过调节所述第二全流通电子膨胀阀(7)来改变所述气液分离器(5)中储液腔(52)的液位直至达到最佳初始液位lopt，最佳初始液位lopt的计算方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及车辆热泵系统技术领域，公开了一种带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统，包括压缩机、内部冷凝器和外部换热器，压缩机连有四通阀，四通阀连有气液分离器的气态制冷剂进口，出口与压缩机连通，四通阀连有内部冷凝器，其连有气液分离器的液态制冷剂进口，出口通过第一全流通电子膨胀阀连有外部换热器，其连有四通阀，液态制冷剂进口上连有第二全流通电子膨胀阀，其与外部换热器连通，内部冷凝器上设有PTC加热器，气液分离器中的储液腔内设有液位采集器。本发明还公开了一种控制方法。本发明带储液气液分离器的空气源热泵除霜系统及其控制方法，可以节约除霜时间，以便更快地恢复制热模式，继续为乘员舱提供热量。

技术研发人员：周会芳,谢梦华,陈迅,许存名
受保护的技术使用者：东风马勒热系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15