专利名称：一种组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动汽车空调系统，具体说是涉及一种组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统。
背景技术：
随着电动汽车技术的发展，电动汽车空调对其发展的制约性也越来越大，其原因在于由于缺少了内燃发动机，冬季制热受到很大的制约。目前开发的电动汽车空调系统在室外环境温度过低时会引起压缩机排气温度过高，使其无法在低温供热时正常运行，故基本上采用制冷系统与电加热相互配合运行的系统模式，从而大大增加了冬季供热时的耗电量，严重影响了电动汽车在北方地区的应用与普及。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统， 以解决目前普通电动汽车空调系统在室外温度过低时无法正常制热和制冷系统与电加热相互配合运行的电动汽车空调系统模式耗电量过大的突出问题。本发明的目的可通过下述技术措施来实现
本发明的组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机、车外组合式气-水双热源利用装置、车内双热源分级加热装置、 储液干燥器、低压节流阀、气液分离器、系统模式切换装置、压缩机降温增效混气系统以及动力电机余热回收系统等。其中所述车用全封闭变频式空调压缩机由压缩机壳体、电动机、 静涡旋体、动涡旋体及降温增效混气系统构成。所述压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成；所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔、压缩机内置混气孔连接通道以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头组成，并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式；所述低压混气机构的压缩机内置混气孔开设在压缩机吸气腔对应的机壳部分或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接、所述中压混气机构的压缩机内置混气孔开设在压缩机静涡旋体与第一压缩腔对应部分的相应位置、所述高压混气机构的压缩机内置混气孔开设在压缩机静涡旋体与第二压缩腔对应部分的相应位置；所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀、混气换热器、混气止回阀、压缩机混气接口外部连接管组成，其中混气节流阀为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置；混气换热器为异径套管式、间隔板式、箱管式或壳管式换热器中的任意一种；所述动力电机余热回收系统由电机余热水冷却装置、电机冷却水泵、第一、二、三电机余热循环控制阀、第一、二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器及连接管道组成。所述系统模式切换装置由功能控制阀、第一、二、三、四单向阀、混气控制阀、混气换热器旁通
5阀、除霜旁通阀、第一空调风道控制阀和第二空调风道控制阀组成(可实现电动汽车空调系统对电动汽车车内的制冷、普通制热、低温制热、车窗除霜/除雾和车外低温热源换热器表面除霜五种工作模式切换)。所述车用全封闭变频式空调压缩机出口通过功能控制阀以及相应连接管路分别与车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器、车内双热源分级加热装置的第一空气一热泵工质两介质换热器、气液分离器相应接口连接；所述气液分离器出口接入车用全封闭变频式空调压缩机吸气口 ；所述车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器另一接口接第一单向阀出口和第二单向阀入口，第二单向阀出口接储液干燥器和第四单向阀出口，储液干燥器出口分别与混气控制阀的入口、混气换热器旁通阀的入口以及混气换热器的第一入口连接，混气换热器旁通阀出口和混气换热器第一出口接低压节流阀入口和除霜旁通阀入口，低压节流阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口，除霜旁通阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口，第三单向阀出口接车内双热源分级加热装置的第一空气一热泵工质两介质换热器入口和第四单向阀入口；所述混气控制阀出口接混气节流阀入口，混气节流阀出口接混气换热器第二入口，混气换热器第二出口接混气止回阀入口，混气止回阀出口接车用全封闭变频式空调压缩机混气口 ；所述车内双热源分级加热装置由第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器和第一空气一热泵工质两介质换热器组合安装在车内风道中，组合方式为第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器置于第一空气一热泵工质两介质换热器出风口一侧；第一空调风道控制阀安装在车内空调风道的出风口处(能够实现除霜/雾出风口和车内出风口的相互切换)；第二空调风道控制阀安装在车内空调风道的进风口处(能够实现车内、车外进风的相互切换)。本发明所述的由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种，且所述的车用全封闭变频式空调压缩机与直流电机封闭在同一密闭壳体内。更具体说，本发明从系统组成结构上可分为主循环系统和混气循环系统，其中主循环系统特征为直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机出口接功能控制阀，功能控制阀接车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器接口，车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器另一接口接第一单向阀出口和第二单向阀入口，第二单向阀出口接储液干燥器和第四单向阀出口，储液干燥器出口接混气换热器第一入口和混气换热器旁通阀入口，混气换热器第一出口接低压节流阀入口，混气换热器旁通阀出口接低压节流阀入口和除霜旁通阀入口，低压节流阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口，除霜旁通阀出口接第一单向阀入口和第三单向阀入口，第三单向阀出口接车内双热源分级加热装置的第一空气一热泵工质两介质换热器入口，车内双热源分级加热装置的第一空气一热泵工质两介质换热器出口接功能控制阀，功能控制阀接气液分离器入口，气液分离器出口接直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机吸气口。混气循环系统特征为直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机出口接功能控制阀，功能控制阀接车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器接口，车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器另一接口接第一单向阀出口和第二单向阀入口，第二单向阀出口接储液干燥器和第四单向阀出口，储液干燥器出口接混气控制阀入口，混气控制阀出口接混气节流阀入口，混气节流阀出口接混气换热器第二入口，混气换热器第二出口接混气止回阀入口，混气止回阀出口接直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机混气口。气-水双热源利用系统特征为电机余热水冷却装置的出口接电机冷却水泵进口，电机冷却水泵出口分别接第一余热回收控制阀进口、第二余热回收控制阀进口和第三余热回收控制阀进口，第一余热回收控制阀出口接设置在车内空调风道中并安装在车内双热源分级加热装置出风口一侧的第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器的进口，第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器的出口接电机余热水冷却装置进口，第二余热回收控制阀出口接车外组合式气-水双热源换热装置的第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器进口，第三余热回收控制阀出口接车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一电机余热辅助热源两介质换热器进口，第二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器的出口接电机余热水冷却装置的进口。所述的系统模式切换装置通过功能控制阀能实现车用全封闭变频式空调压缩机出口与车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器接口连接、 车用全封闭变频式空调压缩机出口与车内双热源分级加热装置的第一空气一热泵工质两介质换热器接口连接、气液分离器入口与车外组合式气-水双热源换热装置的第二空气一热泵工质两介质换热器另一接口连接、气液分离器入口与车内双热源分级加热装置的第一空气一热泵工质两介质换热器另一接口连接的相互切换。混气控制阀能够实现储液干燥器出口与混气回路相连。第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀能够实现对电动汽车制冷、普通制热、低温制热、车窗除霜/除雾和车外低温热源换热器表面除霜五种系统模式共用制冷管路与设备；混气换热器旁通阀能够对混气换热器实现旁通；除霜旁通阀能够对低压节流阀实现旁通；第一空调风道控制阀能够实现除霜/雾出风口和车内出风口的相互切换、第二空调风道控制阀能够实现车内、车外进风的相互切换。本发明采用混气装置来解决常规汽车空调系统在室外温度过低时无法正常运行的问题。压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成；所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔、压缩机内置混气孔连接通道以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头组成，并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式；混气换热器可分为异径套管式、间隔板式、箱管式和壳管式等。混气节流阀可采用电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置。混气止回阀能够实现混气量的最大化，增强混气效果。混气循环原理如下，制冷剂液体从冷凝器流出后分为两路，一路进入主循环，经过混气换热器换热，经低压节流阀后进入蒸发器，最后被压缩机吸气口吸入；另一路进入混气循环，经过混气节流阀后进入混气换热器换热，冷却主循环制冷剂后变为气态，最后由压缩机混气接口进入压缩机。其原理在于通过混气回路向压缩机某中间位置或吸气位置补入一定量的某一中间压力的制冷剂气体，以达到将压缩机的排气温度从T/降低为Te的目的， 并可一定程度地增加压缩机的排气量，从而提高了热泵循环的总制热量；同时经过混气换热器主路的高压制冷剂液体由Tf冷却为Tg，使得增加了从室外低温空气热源的吸热量，从而提高热泵系统的运行效率和可靠性(参见图8)。
本发明中所述的动力电机余热回收系统由电机余热水冷却装置、电机冷却水泵、 第一、二、三电机余热循环控制阀、第一、二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器及连接管道组成。本发明中所述的电机余热水冷却装置包括作为电机外壳的封闭式水套内壳、封闭式水套外壳和连接在封闭式水套内外壳之间的冷却水道隔板，在封闭式水套内壳内壁上设置有构成冷却风道的若干轴向肋片，在由若干轴向肋片内端面构成的环腔内安装直流电机，在电机轴的一轴端安装有内置气冷风机，并由轴向肋片和内置气冷风机共同构成电机内置气冷机构。本发明中所述的由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种，且所述的车用全封闭变频式空调压缩机与直流电机封闭在同一密闭壳体内。本发明中所述车外组合式气-水双热源利用装置及车内双热源分级加热装置均由空气一热泵工质两介质换热器和空气一电机余热辅助热源两介质换热器组合安装而成。 所述空气一热泵工质两介质换热器和空气一电机余热辅助热源两介质换热器均可分为管翅式换热器、层叠式换热器和平行流式换热器等形式。本发明中所述的管翅式两介质换热器是由铜质或铝质圆管套上铝翅片组成，圆管内部构成电机余热辅助热源或热泵工质介质通道，圆管外表面与翅片构成低温空气热源介质通道；
本发明中所述的层叠式两介质换热器是由多个单元层叠而成，每个单元由两片大小、 形状相同的铝板(为平面或波纹面的任一种形式)叠在一起形成电机余热辅助热源或热泵工质通道，每两个通道之间由蛇形散热铝带形成低温空气热源通道。本发明中所述的平行流式两介质换热器是由两个圆筒集流管、两个圆筒集流管间安装的多个平行铝制内肋扁管、铝制内肋扁管间安装的波形散热翅片及连接管组成。所述铝制内肋扁管为扁管内壁装有多个肋片，构成多个微通道。圆筒集流管内部和铝制内肋扁管内部微通道构成电机余热辅助热源或热泵工质介质通道，铝制内肋扁管外表面与波形散热翅片构成低温空气热源通道。本发明的有益效果如下
本发明提供的一种组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，通过设置的压缩机降温增效混气系统、车用电机余热回收系统以及车外组合式气-水双热源换热装置，可显著降低热泵空调低温运行时压缩机的排气温度，提高系统运行的可靠性，同时可大大提高该空调系统的供热能力和供热效率，降低电动汽车空调冬季供热时的耗电量。经对本发明提供的一种组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统初步实验研究所得数据表明在室外温度为-10°C时的超低温供热工况下，使压缩机的排气温度降低至70°C以下，空调系统的供热系数高达2. 5以上，并可实现气-水复合热源热泵冬季室外超低温环境温度下不间断供热的同时，进行低温空气热源侧的同步高效除霜，可较好地解决热泵型电动汽车空调低温工况运行时压缩机的排气温度过高、制热量明显不足、车外低温热源换热器表面除霜困难等三个亟待解决的关键技术难题。本发明对加快电动汽车的普及与应用具有重要意义，为电动汽车在北方地区的发展提供了空调技术支持。
图1为本发明结构原理图。图2为管翅式换热器。图3为层叠式换热器。图4是图3的剖视图。图5为平行流式换热器。图6是图5的剖视图。图7是图5的俯视图。图8为本发明混气原理图。图9为本发明混气装置中混气口一种结构图。图10为本发明混气装置中混气口第二种结构图。图11为本发明混气装置中混气口第三种结构图。图12为本发明混气装置中混气口第四种结构图。图13是本发明中所述的电机外置冷却套结构图。图14是图13的侧视图。图15、图16、图17、图18、图19是本发明的各个工作模式流程图。图中1是车用全封闭变频式空调压缩机、2-1是功能控制阀、2-2至2_5是单向阀、2-6是混气控制阀、2-7是混气换热器旁通阀、2-8是除霜旁通阀、2-9和2_10是车内空调风道控制阀、3是车外组合式气-水双热源换热装置、4是储液干燥器、5-1是混气节流阀、5-2是混气换热器、5-3是混气止回阀、6是低压节流阀、7是车内双热源分级加热装置、 8是气液分离器、9-1是电机余热水冷却装置、9-2是电机冷却水泵、9-3至9-5是电机余热循环控制阀、9-6至9-8是空气一电机余热辅助热源两介质换热器、10是翅片、11是蛇形散热铝带、12是圆筒集流管、13是隔片、14是压缩机内置混气孔、15是压缩机内置混气孔连接通道、16是与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头、17是压缩机壳体、18是电动机、19是压缩机静涡旋体、20是压缩机动涡旋体、21是压缩机吸气快速接头、22是压缩机排气快速接头、23是封闭式水套外壳、M是封闭式水套内壳、 25是冷却水道隔板J6是轴向肋片、27是内置气冷风机。
具体实施例方式本发明以下将结合实施例(附图)作进一步描述，但并不限制本发明。如图1所示，本发明的组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于所述空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机1、车外组合式气-水双热源换热装置3，车内双热源分级加热装置7，动力电机余热回收系统，储液干燥器 4，气液分离器8，低压节流阀6，系统模式切换装置，压缩机降温增效混气系统等。所述车外组合式气-水双热源换热装置3由第二空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-7、第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-8和第二空气一热泵工质两介质换热器组合而成；所述车内双热源分级加热装置7由第一空气一热泵工质两介质换热器和第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6组成；所述车用全封闭变频式空调压缩机由压缩机壳体17、电动机18、静涡旋体19、动涡旋体20及降温增效混气系统构成。压缩机壳体17设有压缩机吸气快速接头21和压缩机排气快速接头22 ；所述压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成；所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔14、压缩机内置混气孔连接通道15以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头16组成，并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式；所述低压混气机构的压缩机内置混气孔 14开设在压缩机吸气腔对应的机壳部分或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接、所述中压混气机构的压缩机内置混气孔14开设在压缩机静涡旋体19与第一压缩腔对应部分的相应位置、所述高压混气机构的压缩机内置混气孔14开设在压缩机静涡旋体19与第二压缩腔对应部分的相应位置；所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀5-1、混气换热器5-2、混气止回阀5-3、压缩机混气接口外部连接管组成；所述动力电机余热回收系统由电机余热水冷却装置9-1，电机冷却水泵9-2，第一、二、三电机余热循环控制阀9-3、 9-4、9-5，第一、二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6、9-7、9-8组成；所述系统模式切换装置由功能控制阀2-1、混气控制阀2-6、混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8、 第一、二、三、四单向阀2-2、2-3、2-4、2-5、第一空调风道控制阀2-9和第二空调风道控制阀 2-10组成；所述车用全封闭变频式空调压缩机1出口通过功能控制阀2-1以及相应连接管路分别与车外组合式气-水双热源换热装置3的第二空气一热泵工质两介质换热器、车内双热源分级加热装置7的第一空气一热泵工质两介质换热器、气液分离器8相应接口连接；所述气液分离器8出口接入车用全封闭变频式空调压缩机1吸气口 ；所述车外组合式气-水双热源换热装置3的第二空气一热泵工质两介质换热器另一接口接第一单向阀2-2 出口和第二单向阀2-3入口，第二单向阀2-3出口接储液干燥器4和第四单向阀2-5出口， 储液干燥器4出口分别与混气控制阀2-6的入口、混气换热器旁通阀2-7的入口以及混气换热器5-2的第一入口连接，混气换热器旁通阀2-7出口和混气换热器5-2第一出口接低压节流阀6入口和除霜旁通阀2-8入口，低压节流阀6出口接第一单向阀2-2入口和第三单向阀2-4入口，除霜旁通阀2-8出口接第一单向阀2-2入口和第三单向阀2-4入口，第三单向阀2-4出口接车内双热源分级加热装置7的第一空气一热泵工质两介质换热器入口和第四单向阀2-5入口 ；所述混气控制阀2-6出口接混气节流阀5-1入口，混气节流阀5-1出口接混气换热器5-2第二入口，混气换热器5-2第二出口接混气止回阀5-3入口，混气止回阀5-3出口接车用全封闭变频式空调压缩机混气口 ；第一空调风道控制阀2-9安装在车内空调风道的出风口处；第二空调风道控制阀2-10车内空调风道的进风口处；其中所述电机余热水冷却装置9-1的出口接电机冷却水泵9-2进口，电机冷却水泵9-2出口分别接第一余热回收控制阀9-3进口、第二余热回收控制阀9-4进口和第三余热回收控制阀9-5进口，第一余热回收控制阀9-3出口接设置在车内空调风道中并安装在车内双热源分级加热装置出风口一侧的第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6的进口，第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6的出口接电机余热水冷却装置9-1进口，第二余热回收控制阀9-4出口接车外组合式气-水双热源换热装置3的第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-8进口，第三余热回收控制阀9-5出口接车外组合式气-水双热源换热装置 3的第二空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-7进口，第二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-7、9-8的出口接电机余热水冷却装置9-1的进口。
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所述车内双热源分级加热装置7由第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器 9-6和第一空气一热泵工质两介质换热器组合安装在车内风道中，组合方式为第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6置于第一空气一热泵工质两介质换热器出风口一侧； 第一空调风道控制阀2-9安装在车内空调风道的出风口处(能够实现除霜/雾出风口和车内出风口的相互切换);第二空调风道控制阀2-10安装在车内空调风道的进风口处(能够实现车内、车外进风的相互切换)。本发明中所述的动力电机余热回收系统由电机余热水冷却装置9-1、电机冷却水泵9-2、第一、二、三电机余热循环控制阀9-3、9-4、9-5、第一、二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6、9-7、9-8及连接管道组成。本发明中所述车外组合式气-水双热源利用装置3及车内双热源分级加热装置7 均由空气一热泵工质两介质换热器和空气一电机余热辅助热源两介质换热器组合安装而成。所述空气一热泵工质两介质换热器和空气一电机余热辅助热源两介质换热器均可分为管翅式换热器、层叠式换热器和平行流式换热器等形式。如图2所示，所述管翅式两介质换热器是由铜质或铝质圆管套上铝翅片10组成， 圆管内部构成辅助热源或热泵工质介质通道，圆管外表面与翅片构成低温空气热源介质通道。如图3、图4所示，所述层叠式两介质换热器是由多个单元层叠而成，每个单元由两片大小、形状相同的铝板(为平面或波纹面的任一种形式)叠在一起形成辅助热源或热泵工质介质通道，每两个辅助热源或热泵工质介质通道之间由蛇形散热铝带11形成低温空气热源介质通道。如图5、图6、图7所示，所述平行流式两介质换热器是由两个圆筒集流管12、两个圆筒集流管12间安装的多个平行铝制内肋扁管、铝制内肋扁管间安装的波形散热翅片及连接管组成。所述铝制内肋扁管为扁管内壁装有多个肋片，构成多个微通道。圆筒集流管内部和铝制内肋扁管内部微通道构成融霜辅助热源或热泵工质介质通道，铝制内肋扁管外表面与波形散热翅片构成低温空气热源介质通道。混气循环(如图8所示)，制冷剂液体从冷凝器流出后分为两路，一路进入主循环， 经过混气换热器换热，经低压节流阀后进入蒸发器，最后被压缩机吸气口吸入；另一路进入混气循环，经过混气节流阀后进入混气换热器换热，冷却主循环制冷剂后变为气态，最后由压缩机混气接口进入压缩机。其原理在于通过混气回路向压缩机某中间位置或吸气位置补入一定量的某一中间压力的制冷剂气体，以达到将压缩机的排气温度从T/降低为Te的目的，并可一定程度地增加压缩机的排气量，从而提高了热泵循环的总制热量；同时经过混气换热器主路的高压制冷剂液体由Tf冷却为Tg，使得增加了从室外低温空气热源的吸热量，从而提高热泵系统的运行效率和可靠性。如图9、图10、图11、图12所示，本发明中所述车用全封闭变频式空调压缩机由压缩机壳体17、电动机18、静涡旋体19、动涡旋体20及降温增效混气系统构成。压缩机壳体 17设有压缩机吸气快速接头21和压缩机排气快速接头22。压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成；所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔14、压缩机内置混气孔连接通道15以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头16组成，并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式；所述低压混气(如图9、10)，热泵工质进入压缩机吸气腔与过热蒸汽进行混合。压缩机混气孔14可开设在压缩机吸气管上或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接，使低压混气先与压缩机吸气混合后再经压缩机吸气口进入压缩机吸气腔。所述中压混气(如图11)，热泵工质进入压缩机动静涡旋体形成的中间压力腔与已经压缩至中间压力的过热蒸汽进行混合。压缩机内置混气孔14开设在压缩机静涡旋体19与第一压缩腔对应部分的相应位置并通过压缩机内置混气孔连接通道15与固定在压缩机排气腔壳体上的外置快速接头16连接。所述高压混气(如图12)，热泵工质进入压缩机动静涡旋体形成的高压力腔与已经压缩至高压力的过热蒸汽进行混合。压缩机内置混气孔14开设在压缩机静涡旋体19与第二压缩腔对应部分的相应位置并通过压缩机内置混气孔连接通道15与固定在压缩机排气腔壳体上的外置快速接头16连接。所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀5-1、混气换热器5-2、混气止回阀5-3、压缩机混气接口外部连接管组成。本发明中所述混气节流阀5-1为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流短管中的任意一种节流降压装置；所述混气换热器5-2为异径套管式、间隔板式、箱管式或壳管式换热器中的任意一种。本发明中所述的由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机1为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种，且所述的车用全封闭变频式空调压缩机1与直流电机封闭在同一密闭壳体内。如图13、14所示，所述电机余热空气冷却装置9-1由作为直流电机壳体的冷却套外壳23、冷却套内壳M和连接于内外冷却套之间的若干个风道隔板25组成；在冷却套内壳对内侧设置有构成冷却风道的若干轴向直肋26，所述直流电机安装在由若干轴向直肋 26内端面构成的环腔内，在直流电机轴端安装有内置气冷风机27。本发明以下将结合图15、16、17、18、19分别对各个工作模式进行描述
如图15所示，当空调系统处于制冷模式时，制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1 压缩成高温高压的制冷剂蒸气，该蒸气经功能控制阀2-1进入车外组合式气-水双热源利用装置3热泵工质通道散热后变成高温高压的液态制冷剂，空气温度升高后排出室外。高温高压液态制冷剂通过干燥过滤器4，经过干燥、过滤后流进低压节流阀6。经低压节流阀节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂在车内双热源分级加热装置7内进行蒸发，低温低压的液态制冷剂变成低温低压的气态制冷剂，从而使空气温度降低后送向室内。低温低压的气态制冷剂经过功能控制阀2-1后，返回到车用全封闭变频式空调压缩机1。这样周而复始的循环就实现了空调系统的制冷功能。此时，混气换热器旁通阀2-7开启；混气控制阀2-6、除霜旁通阀2-8及第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4关闭，第三电机余热循环控制阀9-5开启。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出后依次经过电机冷却水泵9-2、第三电机余热循环控制阀9-5、第二空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-7，再回到电机余热水冷却装置9-1。如图16所示，当空调系统处于普通制热模式时，制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1压缩成高温高压的制冷剂蒸气，该蒸气经功能控制阀2-1进入车内双热源分级加热装置7热泵工质通道散热后变成高温高压的液态制冷剂，从而使空气温度升高。高温高压液态制冷剂通过干燥过滤器4，经过干燥、过滤后流进低压节流阀6。经低压节流阀节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂在车外组合式气-水双热源利用装置3内进行蒸发，低温低压的液态制冷剂变成低温低压的气态制冷剂。 低温低压的气态制冷剂经过功能控制阀2-1后，返回到车用全封闭变频式空调压缩机1。这样周而复始的循环就实现了空调系统的制热功能。此时，混气控制阀2-6、除霜旁通阀2-8 关闭，混气换热器旁通阀2-7、第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4开启、第三电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出经过电机冷却水泵 9-2后分为两路，一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、车内双热源分级加热装置7 的第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6后回到电机余热水冷却装置9-1 ；另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、车外组合式气-水双热源利用装置3的第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-8后回到电机余热水冷却装置9-1。如图17所示，当室外温度为超低温环境温度时，空调系统处于制热混气模式混气控制阀2-6开启。制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1排气口排出，依次经过车内双热源分级加热装置7、单向阀2-5、储液干燥器4、混气换热器5-2、低压节流阀6、单向阀 2-2、车外组合式气-水双热源利用装置3、气液分离器8后，被车用全封闭变频式空调压缩机1从吸气口吸入；另一路制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1排气口排出，依次经过车内双热源分级加热装置7、单向阀2-5、储液干燥器4、混气控制阀2-6、混气节流阀5-1、混气换热器5-2、混气止回阀5-3后，从车用全封闭变频式空调压缩机混气接口进入车用全封闭变频式空调压缩机1。此时，混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8关闭，第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4开启、第三电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出经过电机冷却水泵9-2后分为两路，一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、车内双热源分级加热装置7的第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6后回到电机余热水冷却装置9-1 ；另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、 车外组合式气-水双热源利用装置3的第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-8后回到电机余热水冷却装置9-1。如图18所示，当空调系统处于车窗车窗除霜/除雾时，制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1排气口排出，依次经过车外组合式气-水双热源利用装置3、单向阀2-3、储液干燥器4、混气换热器旁通阀2-7、低压节流阀6、单向阀2-4、车内双热源分级加热装置7、 气液分离器8后，被车用全封闭变频式空调压缩机1从吸气口吸入。此时混气控制阀2-6 关闭；混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8、第一、二电机余热循环控制阀9-3和9-4开启、第三电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置9-1流出经过电机冷却水泵9-2后分为两路，一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、车内双热源分级加热装置7的第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6后回到电机余热水冷却装置9-1 ；另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、车外组合式气-水双热源利用装置3的第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-8后回到电机余热水冷却装置9-1。 通过调节车内空调控制阀2-9，使热空气喷射到车窗上即可给车窗除霜/除雾。如图19所示，当空调系统处于车外复合式气-水双热源利用装置除霜时，制冷剂经车用全封闭变频式空调压缩机1压缩成高温高压的制冷剂蒸气，该蒸气经功能控制阀 2-1进入车内双热源分级加热装置7热泵工质通道散热后变成高温高压的液态制冷剂，从而使空气温度升高。而辅助热源的运行，使空气温度得到进一步的提高。高温高压液态制冷剂通过干燥过滤器4，经过干燥、过滤后流进低压节流阀6。经低压节流阀节流，状态发生急剧变化，变成低温低压的液态制冷剂。低温低压液态制冷剂在车外组合式气-水双热源利用装置3内进行蒸发，低温低压的液态制冷剂变成低温低压的气态制冷剂。低温低压的气态制冷剂经过功能控制阀2-1后，返回到车用全封闭变频式空调压缩机1。此时混气控制阀2-6关闭；混气换热器旁通阀2-7、除霜旁通阀2-8、第一、二电机余热循环控制阀9-3 和9-4开启、第三电机余热循环控制阀9-5关闭。电机余热冷却水从电机余热水冷却装置 9-1流出经过电机冷却水泵9-2后分为两路，一路依次经过第一电机余热循环控制阀9-3、 车内双热源分级加热装置7的第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-6后回到电机余热水冷却装置9-1 ；另一路依次经过第二电机余热循环控制阀9-4、车外组合式气-水双热源利用装置3的第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器9-8后回到电机余热水冷却装置9-1。根据车外组合式气-水双热源利用装置3的结构特点，因为空气一辅助热源两介质换热器置于空气一热泵工质两介质换热器进风口一侧，所以辅助热源可以直接加热低温空气，使低温空气温度升高而达到除霜的目的。
权利要求
1. 一种组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于所述空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机(1)、车外组合式气-水双热源换热装置(3)，车内双热源分级加热装置(7)，动力电机余热回收系统，储液干燥器(4)，气液分离器(8)，低压节流阀(6)，系统模式切换装置，压缩机降温增效混气系统等；所述车外组合式气-水双热源换热装置(3)由第二空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-7)、第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-8)和第二空气一热泵工质两介质换热器组合而成；所述车内双热源分级加热装置(7)由第一空气一热泵工质两介质换热器和第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)组合而成；所述车用全封闭变频式空调压缩机(1) 由压缩机壳体(17)、电动机(18)、静涡旋体(19)、动涡旋体(20)及降温增效混气系统构成； 压缩机壳体(17)设有压缩机吸气快速接头(21)和压缩机排气快速接头(22);所述压缩机降温增效混气系统由压缩机内置降温增效混气机构和压缩机外部混气处理与控制装置组成；所述压缩机内置降温增效混气机构由压缩机内置混气孔(14)、压缩机内置混气孔连接通道(15)以及与压缩机内置混气孔连接通道另一端连接并固定在压缩机壳体上的外置快速接头(16)组成，并分为低压混气机构、中压混气机构、高压混气机构三种形式；所述低压混气机构的压缩机内置混气孔(14)开设在压缩机吸气腔对应的机壳部分或通过快速三通接头与压缩机吸气管连接、所述中压混气机构的压缩机内置混气孔(14)开设在压缩机静涡旋体(19)与第一压缩腔对应部分的相应位置、所述高压混气机构的压缩机内置混气孔 (14)开设在压缩机静涡旋体(19)与第二压缩腔对应部分的相应位置；所述压缩机外部混气处理与控制装置由混气节流阀(5-1)、混气换热器(5-2)、混气止回阀(5-3)、压缩机混气接口外部连接管组成；所述动力电机余热回收系统由电机余热水冷却装置(9-1)，电机冷却水泵(9-2)，第一、二、三电机余热循环控制阀(9-3)、(9-4)、(9-5)，第一、二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)、(9-7)、(9-8)组成；所述系统模式切换装置由功能控制阀(2-1)、混气控制阀(2-6)、混气换热器旁通阀(2-7)、除霜旁通阀(2-8)、第一、二、三、 四单向阀(2-2 )、( 2-3 )、( 2-4)、( 2-5 )、第一空调风道控制阀(2-9 )和第二空调风道控制阀 (2-10)组成；所述车用全封闭变频式空调压缩机(1)出口通过功能控制阀(2-1)以及相应连接管路分别与车外组合式气-水双热源换热装置(3)的第二空气一热泵工质两介质换热器、车内双热源分级加热装置(7)的第一空气一热泵工质两介质换热器、气液分离器(8)相应接口连接；所述气液分离器(8)出口接入车用全封闭变频式空调压缩机(1)吸气口 ；所述车外组合式气-水双热源换热装置(3)的第二空气一热泵工质两介质换热器另一接口接第一单向阀(2-2 )出口和第二单向阀(2-3 )入口，第二单向阀(2-3 )出口接储液干燥器(4)和第四单向阀(2-5)出口，储液干燥器(4)出口分别与混气控制阀(2-6)的入口、混气换热器旁通阀(2-7)的入口以及混气换热器(5-2)的第一入口连接，混气换热器旁通阀(2-7)出口和混气换热器(5-2)第一出口接低压节流阀(6)入口和除霜旁通阀(2-8)入口，低压节流阀(6 )出口接第一单向阀(2-2 )入口和第三单向阀(2-4 )入口，除霜旁通阀(2-8 )出口接第一单向阀(2-2)入口和第三单向阀(2-4)入口，第三单向阀(2-4)出口接车内双热源分级加热装置(7)的第一空气一热泵工质两介质换热器入口和第四单向阀(2-5)入口 ；所述混气控制阀(2-6)出口接混气节流阀(5-1)入口，混气节流阀(5-1)出口接混气换热器(5-2) 第二入口，混气换热器(5-2)第二出口接混气止回阀(5-3)入口，混气止回阀(5-3)出口接车用全封闭变频式空调压缩机混气口 ；第一空调风道控制阀(2-9)安装在车内空调风道的出风口处；第二空调风道控制阀(2-10)安装在车内空调风道的进风口处；其中所述电机余热水冷却装置(9-1)的出口接电机冷却水泵(9-2)进口，电机冷却水泵(9-2)出口分别接第一余热回收控制阀(9-3)进口、第二余热回收控制阀(9-4)进口和第三余热回收控制阀 (9-5)进口，第一余热回收控制阀(9-3)出口接设置在车内空调风道中并安装在车内双热源分级加热装置出风口一侧的第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-6 )的进口， 第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)的出口接电机余热水冷却装置(9-1)进口，第二余热回收控制阀(9-4)出口接车外组合式气-水双热源换热装置(3)的第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-8)进口，第三余热回收控制阀(9-5)出口接车外组合式气-水双热源换热装置(3)的第二空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-7)进口，第二、三空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-7)、(9-8)的出口接电机余热水冷却装置 (9-1)的进口。
2.根据权利要求1所述的组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于 所述的车用全封闭变频式空调压缩机(1)由封闭在同一密闭壳体中的直流驱动电机、空调压缩机及压缩机变频器共同组成；所述空调压缩机为活塞式、涡旋式、三角转子式压缩机中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于 所述车外组合式气-水双热源换热装置(3)组合方式为第二空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-7)置于第二空气一热泵工质两介质换热器出风口一侧；第三空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-8)置于第二空气一热泵工质两介质换热器进风口一侧；所述空气一电机余热辅助热源两介质换热器及空气一热泵工质两介质换热器均为管翅式、层叠式或平行流式换热器中的任意一种结构形式。
4.根据权利要求1所述的组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于 所述车内双热源分级加热装置(7)由第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)和第一空气一热泵工质两介质换热器组合安装在车内风道中，组合方式为第一空气一电机余热辅助热源两介质换热器(9-6)置于第一空气一热泵工质两介质换热器出风口一侧；所述空气一电机余热辅助热源两介质换热器及空气一热泵工质两介质换热器均为管翅式、层叠式或平行流式换热器中的任意一种结构形式。
5.根据权利要求3或4所述的组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于所述管翅式两介质换热器是由铜质或铝质圆管套上铝翅片(10)组成，圆管内部构成电机余热辅助热源或热泵工质介质通道，圆管外表面与翅片构成低温空气热源介质通道； 所述层叠式两介质换热器是由多个单元层叠而成，每个单元由两片大小、形状相同的铝板 (为平面或波纹面的任一种形式)叠在一起形成辅助热源或热泵工质介质通道，每两个辅助热源或热泵工质介质通道之间由蛇形散热铝带(11)形成低温空气热源通道；所述平行流式两介质换热器是由两个圆筒集流管(12)、两个圆筒集流管(12)间安装的多个平行铝制内肋扁管、铝制内肋扁管间安装的波形散热翅片及连接管组成；所述铝制内肋扁管为扁管内壁装有多个肋片，构成多个微通道；所述圆筒集流管内部和铝制内肋扁管内部微通道构成辅助热源或热泵工质介质通道，铝制内肋扁管外表面与波形散热翅片构成低温空气热源通道。
6.根据权利要求1所述的组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于所述电机余热水冷却装置(9-1)由电机外置水冷却机构和电机内置风冷却机构组成；其中电机外置水冷却机构包括封闭式冷却套外壳(23)、冷却套内壳(24)和连接在封闭式水套内外壳之间的冷却水道隔板(25)，电机内置风冷却机构包括封闭式水套内壳的内壁上设置的构成冷却风道的若干轴向肋片(26)和在直流电机一轴端安装的内置气冷风机(27)构成。
全文摘要
本发明提供一种组合式气-水双热源热泵型电动汽车空调系统，其特征在于所述空调系统包括由直流电机驱动的车用全封闭变频式空调压缩机、车外组合式气-水双热源换热装置、车内双热源分级加热装置、动力电机余热回收系统、储液干燥器、低压节流阀、气液分离器、系统模式切换装置、压缩机降温增效混气系统等。本发明通过压缩机降温增效混气系统、车外组合式气-水双热源利用装置和车内双热源分级加热装置在该热泵型空调系统中的合理利用，可实现对电动汽车的制冷、普通制热、低温制热、车窗除霜/除雾和车外低温热源换热器表面除霜五种工作模式。
文档编号F25B41/04GK102331046SQ201110207058
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月23日 优先权日2011年7月23日
发明者刘寅, 周光辉, 李海军 申请人:中原工学院, 济源市贝迪地能中央空调设备有限公司