基于空氣壓縮循環(huán)的純電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車用空調(diào)系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于空氣壓縮循環(huán)的純電動(dòng)車熱栗空調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]純電動(dòng)車(EV)，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車相比更為低碳環(huán)保，但由于驅(qū)動(dòng)方式的限制，其自身動(dòng)力本就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車，能夠提供給空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)力更是極為有限，純電動(dòng)車在開(kāi)啟空調(diào)的情況下續(xù)航里程將大幅下降，空調(diào)耗能實(shí)際上已成為制約新型動(dòng)力機(jī)動(dòng)車實(shí)用化的主要障礙之一。特別是在冬季，傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)余熱與熱敏電阻PTC供暖，但純電動(dòng)車采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法提供足夠的熱量或根本沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)，只能依靠熱電阻PTC提供熱量，這將會(huì)消耗整車30%以上的電能，即縮短三成的續(xù)航里程。在保障純電動(dòng)車運(yùn)行可靠性的同時(shí)，也應(yīng)給乘員提供舒適的駕駛和乘坐環(huán)境，純電動(dòng)車的空調(diào)能耗問(wèn)題亟待解決。
[0003]因此，考慮使用熱泵空調(diào)為機(jī)動(dòng)車制冷和供暖，減少電能消耗。但相對(duì)于家用空調(diào)來(lái)說(shuō)，車用熱泵空調(diào)的運(yùn)行環(huán)境更為惡劣，常常需要在變工況條件下運(yùn)行；碳?xì)渲评鋭┱魵鈮嚎s式熱泵空調(diào)系統(tǒng)在冬季低溫環(huán)境下的工作效率較低，制熱COP低于2，即使用IkWh電能不能提供2kWh的熱能。且蒸氣壓縮式熱泵存在冬季制熱時(shí)外部換熱器表面結(jié)霜的問(wèn)題，使制熱效果大打折扣。此外，出于對(duì)溫室效應(yīng)的憂慮，車輛空調(diào)制冷劑替代問(wèn)題已成為世界各國(guó)的重要議題。
[0004]空氣壓縮熱泵空調(diào)有助于解決以上問(wèn)題。首先，空氣作為隨處可得的天然工質(zhì)，正是世界上最環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制冷劑，且對(duì)人體無(wú)害。對(duì)于空氣壓縮熱泵來(lái)說(shuō)，高低溫?zé)嵩礈夭钤酱?，系統(tǒng)制冷/制熱量也越大，這與車內(nèi)冷/熱負(fù)荷的變化趨勢(shì)是一致的，優(yōu)于傳統(tǒng)的蒸氣壓縮式熱泵；COP隨工況變化幅度比傳統(tǒng)的蒸氣壓縮式熱泵小得多，且無(wú)換熱器結(jié)霜問(wèn)題，在低溫工況下的性能更具競(jìng)爭(zhēng)力。因此，引入空氣壓縮循環(huán)熱泵作為純電動(dòng)車空調(diào)，在寒冷地區(qū)與嚴(yán)寒地區(qū)將會(huì)是一個(gè)相當(dāng)綠色節(jié)能的選擇。
[0005]目前純電動(dòng)車一般使用熱敏電阻PTC或蒸汽壓縮式熱泵空調(diào)采暖，在低溫環(huán)境下效率很低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是將空氣壓縮循環(huán)制冷和熱泵技術(shù)運(yùn)用到純電動(dòng)車空調(diào)中，解決目前純電動(dòng)車在嚴(yán)寒地區(qū)使用過(guò)程中空調(diào)耗電量大的問(wèn)題，而提供一種以半開(kāi)式回?zé)嵝涂諝鈮嚎s循環(huán)熱泵原理制冷和制熱的基于空氣壓縮循環(huán)的純電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種基于空氣壓縮循環(huán)的純電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括空氣壓縮機(jī)、空氣膨脹機(jī)、傳動(dòng)連軸器、回?zé)崞?、車?nèi)空氣冷卻器、車外空氣冷卻器、混風(fēng)箱及車廂，所述的空氣壓縮機(jī)通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器與空氣膨脹機(jī)進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)連接，所述的車內(nèi)空氣冷卻器設(shè)置混風(fēng)箱中，所述的混風(fēng)箱與新風(fēng)口連通，所述的混風(fēng)箱通過(guò)若干送風(fēng)風(fēng)道和送風(fēng)口經(jīng)連接管連通車廂，同時(shí)車廂與排風(fēng)口連通，所述的回?zé)崞饔袃蓷l連接通道，其中一條連接通道上，回?zé)崞魅肟谕ㄟ^(guò)三通換向閥與連接管分別連接車外空氣入口及車廂，回?zé)崞鞒隹谶B通空氣壓縮機(jī)入口，另一條連接通道上，回?zé)崞魅肟谕ㄟ^(guò)三通換向閥分別與車內(nèi)空氣冷卻器、車外空氣冷卻器連通，回?zé)崞鞒隹谂c空氣膨脹機(jī)入口連通，所述的空氣壓縮機(jī)出口通過(guò)連接管與三通換向閥分別與車內(nèi)空氣冷卻器、車外空氣冷卻器連通，所述的空氣膨脹機(jī)出口通過(guò)連接管與三通換向閥分別連接排氣口與混風(fēng)箱。
[0009]所述的混風(fēng)箱內(nèi)依次設(shè)置有直流風(fēng)機(jī)、帶冷凝水盤的擋水板及車內(nèi)空氣冷卻器。
[0010]所述的車外空氣入口到三通換向閥之間的連接管上設(shè)置過(guò)濾器。
[0011]所述的混風(fēng)箱與新風(fēng)口之間的連接管內(nèi)設(shè)置空氣過(guò)濾器、風(fēng)機(jī)或風(fēng)閥。
[0012]所述的混風(fēng)箱與車廂之間的連接管上設(shè)置有風(fēng)機(jī)或風(fēng)閥。
[0013]所述的回?zé)崞髋c車廂之間的連接管上設(shè)有空氣過(guò)濾器。
[0014]所述的空氣壓縮機(jī)為透平式空氣壓縮機(jī)。
[0015]所述的空氣膨脹機(jī)為透平式空氣膨脹機(jī)。
[0016]本發(fā)明中空氣壓縮機(jī)采用透平式壓縮機(jī)，對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，空氣壓縮機(jī)與空氣膨脹機(jī)經(jīng)傳動(dòng)聯(lián)軸器機(jī)械傳動(dòng)相互作用，實(shí)現(xiàn)膨脹功的回收。制熱工況下，車內(nèi)空氣冷卻器是制熱的主要設(shè)備，車內(nèi)空氣冷卻器換熱通道內(nèi)的高溫高壓空氣與混風(fēng)箱內(nèi)的空氣換熱，加熱混風(fēng)箱內(nèi)的空氣；回?zé)崞鲗?shí)際為單相的流體換熱器，從車內(nèi)空氣冷卻器出來(lái)的溫度較高的空氣經(jīng)回?zé)崞髋c從即將進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的空氣換熱，溫度降低，降低循環(huán)的壓比，提高系統(tǒng)效率；空氣膨脹機(jī)采用透平式空氣膨脹機(jī)，完成循環(huán)的壓降過(guò)程，空氣流動(dòng)過(guò)程帶動(dòng)空氣膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)做功，經(jīng)傳動(dòng)聯(lián)軸器傳遞給空氣壓縮機(jī)，可替代部分空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的能量，該能量回收裝置助于提高機(jī)組整體性能；空氣膨脹機(jī)低壓端排出的空氣經(jīng)回?zé)崞鲹Q熱后直接排入大氣，空氣壓縮機(jī)入口部分的工質(zhì)一一空氣可直接從環(huán)境中抽取。機(jī)組在低溫吸熱段不使用低溫?fù)Q熱器而是采用開(kāi)放式設(shè)計(jì)的辦法，從根本上解決了目前蒸汽壓縮式熱泵存在的冬季工況下低溫?fù)Q熱器結(jié)霜問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)對(duì)空氣壓縮循環(huán)熱泵的特性分析可以看出，當(dāng)外界環(huán)境溫度降低或車廂內(nèi)溫度升高時(shí)，機(jī)組所能夠提供的熱量也是升高的，二者之間的正相關(guān)關(guān)系，使得不同工況下熱量供需求關(guān)系得到平衡，也就解決了蒸汽壓縮式熱泵中存在的熱量供需之間的矛盾。
[0017]此外，高溫環(huán)境中本系統(tǒng)也具備制冷能力。制冷工況下，車內(nèi)空氣(全新風(fēng)制冷工況工質(zhì)為車外空氣)經(jīng)預(yù)熱，壓縮成高溫高壓的空氣。高溫高壓的空氣在車外空氣冷卻器內(nèi)與車外空氣換熱，溫度降低。再經(jīng)回?zé)崞?，與車內(nèi)空氣換熱，溫度進(jìn)一步降低，增加制冷量，提高系統(tǒng)效率，降低耗電量。高壓空氣在膨脹機(jī)作用下壓力下降，溫度降低產(chǎn)生制冷效應(yīng)。產(chǎn)生的冷空氣與新風(fēng)(全新風(fēng)制冷工況下無(wú)補(bǔ)充新風(fēng))及車內(nèi)回風(fēng)混合，除水后的空氣直接送入車廂內(nèi)，降低車廂內(nèi)溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，I為車外空氣入口，3、9、13、19為三通換向閥，5為回?zé)崞鳎?為空氣壓縮機(jī)，11為車內(nèi)空氣冷卻器，16為空氣膨脹機(jī)，17為傳動(dòng)連軸器，21為排氣口，22為混風(fēng)箱，23為直流風(fēng)機(jī)，24為帶冷凝水盤的擋水板，26為新風(fēng)口，28為車廂，29為若干送風(fēng)風(fēng)道和送風(fēng)口，31為排風(fēng)口，34為車外空氣冷卻器，其余均為連接管，其中連接管2、27、32可選配空氣過(guò)濾器，連接管25、27、30可選配獨(dú)立風(fēng)機(jī)或風(fēng)閥。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]實(shí)施例
[0022]一種基于空氣壓縮循環(huán)的純電動(dòng)車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，如圖1所示，包括車外空氣入口 1，三通換向閥3、9、13、19，回?zé)崞?，空氣壓縮機(jī)7，車內(nèi)空氣冷卻器11，空氣膨脹機(jī)16，傳動(dòng)連軸器17，排氣口 21，混風(fēng)箱22，直流風(fēng)機(jī)23，帶冷凝水盤的擋水板24，新風(fēng)口 26，車廂28，若干送風(fēng)風(fēng)道和送風(fēng)口 29，排風(fēng)口 31，車外空氣冷卻器34，連接管2、4、6、8、10、12、14、15、18、20、25、27、29、30、32、33、35。
[0023]其中，空氣壓縮機(jī)7通過(guò)傳動(dòng)聯(lián)軸器17與空氣膨脹機(jī)16進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)連接，直流風(fēng)機(jī)23、帶冷凝水盤的擋水板24及車內(nèi)空氣冷卻器11依次設(shè)置混風(fēng)箱22中，混風(fēng)箱22與新風(fēng)口 26通過(guò)連接管27連通，混風(fēng)箱22通過(guò)若干送風(fēng)風(fēng)道和送風(fēng)口 29經(jīng)連接管連通車廂28，同時(shí)車廂28與排風(fēng)口 31通過(guò)連接管30連通，回?zé)崞?有兩條連接通道，其中一條連接通道上，回?zé)崞?入口通過(guò)連接管4與三通換向閥3后分別通過(guò)連接管2連接車外空氣入口 I，通過(guò)連接管32連通車廂28，回?zé)崞?出口通過(guò)連接管6連通空氣壓縮機(jī)7入口，另一條連接通道上，回?zé)崞?入口通過(guò)連接管14與三通換向閥13后分別通過(guò)連接管12車內(nèi)空氣冷卻器11連接，通過(guò)連接管35與車外空氣冷卻器34