一種R134a或1234yf熱泵空調系統及控制方法與流程

2023-05-28 13:05:56 2

本發明涉及空調技術領域，具體而言，涉及一種R134a或1234yf熱泵空調系統及控制方法。

背景技術：

隨著人們生活水平的不斷提高，不管是在居住處還是在行駛的汽車內都安裝有空調，特別是對於汽車來說，無論是在夏天還是在冬天都承受著嚴重的天氣情況。例如，夏天汽車在室外奔馳，會產生大量的熱，然而車內的熱量也會隨著增加，目前車內的空調系統的使用的1234yf製冷劑的製冷效果很差，為了給車內的駕駛員以及乘客帶來涼爽的體驗，改善製冷效果是目前急需解決的難題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種R134a或1234yf熱泵空調系統及控制方法，其能夠提高空調系統的利用率與製冷效果。

第一方面，本發明實施例提供一種R134a或1234yf熱泵空調系統，其包括電動壓縮機、車外換熱器、第一膨脹閥、四通換向帶回熱器氣液分離器和蒸發器。所述電動壓縮機的輸出端與所述車外換熱器的輸入端連接。所述車外換熱器的輸出端與所述四通換向帶回熱器氣液分離器的第一輸入端連接。所述四通換向帶回熱器氣液分離器的第一輸出端與所述第一膨脹閥的輸入端連接。所述第一膨脹閥的輸出端與所述蒸發器的輸入端連接。所述蒸發器的輸出端與所述四通換向帶回熱器氣液分離器的第二輸入端連接。所述四通換向帶回熱器氣液分離器的第二輸出端與所述電動壓縮機的輸入端連接。所述電動壓縮機用於產生高溫高壓的氣態冷媒，將所述氣態冷媒輸入所述車外換熱器；所述車外換熱器用於對所述氣態冷媒做換熱處理，以使所述氣態冷媒變成中溫高壓的第一液態製冷劑，將所述第一液態製冷劑輸入所述四通換向帶回熱器氣液分離器；所述四通換向帶回熱器氣液分離器用於將所述第一液態製冷劑輸入所述第一膨脹閥；所述第一膨脹閥用於將所述第一液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述第一液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑；所述蒸發器用於對所述第二液態製冷劑吸熱，以使所述第二液態製冷劑形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑；所述四通換向帶回熱器氣液分離器還用於將所述蒸發器輸入的所述第三氣態製冷劑中攜帶的氣態與液態的製冷劑氣液分離。

在本發明較佳實施例中，上述還包括截止閥，所述截止閥的輸入端與所述電動壓縮機的輸出端連接，所述截止閥的輸出端與所述車外換熱器的輸入端連接。所述截止閥用於將所述氣態冷媒輸入所述車外換熱器。

在本發明較佳實施例中，上述還包括第二膨脹閥，所述第二膨脹閥的輸入端與所述電動壓縮機的輸出端連接，所述第二膨脹閥的輸出端與所述車外換熱器的輸入端連接。

在本發明較佳實施例中，上述還包括回熱器，所述回熱器的輸入端與所述四通換向帶回熱器氣液分離器的第二輸出端連接，所述回熱器的輸出端與所述電動壓縮機的輸入端連接。

在本發明較佳實施例中，上述還包括板式換熱器，所述板式換熱器的第一輸入端與所述電動壓縮機的輸出端連接，所述板式換熱器的第一輸出端與所述第二膨脹閥的輸入端連接。

在本發明較佳實施例中，上述還包括水泵和暖風加熱器，所述板式換熱器的第二輸出端與所述水泵的輸入端連接，所述水泵的輸出端與所述暖風加熱器的輸出端連接，所述暖風加熱器的輸出端與所述板式換熱器的第二輸入端連接。

在本發明較佳實施例中，上述還包括水熱PTC，所述水熱PTC的輸入端與所述水泵的輸出端連接，所述水熱PTC的輸出端與所述暖風加熱器的輸入端連接。所述水熱PTC用於根據外部指令進行熱量控制。

在本發明較佳實施例中，上述水泵為電子水泵。所述電子水泵用於根據出水或出風溫度進行所述電子水泵的輸出流量的精確控制。

在本發明較佳實施例中，上述車外換熱器上設有用於檢測所述車外換熱器的溫度的溫度傳感器以及控制器，所述控制器與所述溫度傳感器耦合。所述溫度傳感器用於檢測所述車外換熱器的工作溫度。

第二方面，在本發明實施例還提供一種控制方法，所述方法包括：所述電動壓縮機產生高溫高壓的氣態冷媒，將所述氣態冷媒輸入所述車外換熱器；所述車外換熱器對所述氣態冷媒做換熱處理，以使所述氣態冷媒變成中溫高壓的第一液態製冷劑，將所述第一液態製冷劑輸入所述四通換向帶回熱器氣液分離器；所述四通換向帶回熱器氣液分離器將所述第一液態製冷劑輸入所述第一膨脹閥；所述第一膨脹閥將所述第一液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述第一液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑；所述蒸發器對所述第二液態製冷劑吸熱，以使所述第二液態製冷劑形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑；所述四通換向帶回熱器氣液分離器將所述蒸發器輸入的所述第三氣態製冷劑中攜帶的氣態與液態的製冷劑氣液分離。

上述本發明提供的一種R134a或1234yf熱泵空調系統及控制方法，該R134a或1234yf熱泵空調系統通過電動壓縮機將產生高溫高壓的氣態冷媒，並將氣態冷媒輸入所述車外換熱器，再通過車外換熱器對所述氣態冷媒做換熱處理，以使所述氣態冷媒變成中溫高壓的第一液態製冷劑，將所述第一液態製冷劑輸入所述四通換向帶回熱器氣液分離器，從而進入第一膨脹閥，通過第一膨脹閥將第一液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述第一液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑，以使蒸發器對第二液態製冷劑吸熱處理，以使所述第二液態製冷劑形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑，然後將第三氣態製冷劑從蒸發器輸出再次回到四通換向帶回熱器氣液分離器，通過四通換向帶回熱器氣液分離器將第三氣態製冷劑與第二液態製冷劑氣液分離，從而將分離後的氣態製冷劑輸入電動壓縮機，進而完成製冷循環以及提高該R134a或1234yf熱泵空調系統的利用率與製冷效果。以及通過使用R134a或1234yf製冷劑能夠較大程度的提高製冷效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1是本發明較佳實施例提供的一種R134a或1234yf熱泵空調系統的結構框圖；

圖2是本發明較佳實施例提供的一種R134a或1234yf熱泵空調系統的結構框圖；

圖3是本發明較佳實施例提供的一種R134a或1234yf熱泵空調系統的結構框圖；

圖4是本發明較佳實施例提供的一種控制方法的流程圖。

圖標：100－R134a或1234yf熱泵空調系統；110－電動壓縮機；120－車外換熱器；121－溫度傳感器；122－控制器；130－四通換向帶回熱器氣液分離器；140－第一膨脹閥；150－蒸發器；160－截止閥；170－板式換熱器；180－第二膨脹閥；190－回熱器；210－暖風加熱器；220－水泵；230－水熱PTC。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，術語「水平」、「豎直」、「懸垂」等術語並不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如「水平」僅僅是指其方向相對「豎直」而言更加水平，並不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

請參照圖1，本實施例提供一種R134a或1234yf熱泵空調系統100，其包括電動壓縮機110、車外換熱器120、四通換向帶回熱器氣液分離器130、第一膨脹閥140和蒸發器150。

在本實施例中，所述電動壓縮機110用於產生高溫高壓的氣態冷媒，並且將所述氣態冷媒輸入所述車外換熱器120。即通過所述電動壓縮機110做功將製冷劑變為高溫高壓的氣態冷媒。例如，在壓縮過程時，電動壓縮機110吸入蒸發器150出口處的低溫低壓的製冷劑氣體，把所述低溫低壓的製冷劑氣體壓縮成高溫高壓的氣體排出該電動壓縮機110。

在本實施例中，所述車外換熱器120用於對所述氣態冷媒做換熱處理，以使所述氣態冷媒變成中溫高壓的第一液態製冷劑，並且將所述第一液態製冷劑輸入所述四通換向帶回熱器氣液分離器130。即將電動壓縮機110輸入的高溫高壓的氣態冷媒通過換熱形成中溫高壓的第一液態製冷劑。即在換熱時，吸取所述電動壓縮機110輸入的高溫高壓的氣態冷媒的熱量，從而使得該高溫高壓的氣態冷媒的熱量降低形成中溫高壓的第一液態製冷劑。

在本實施例中，所述車外換熱器120利用自帶的風機可以提高換熱效率以及其內部的換熱管進行換熱。其中，所述車外換熱器120可以採用扁管豎直放置風結構，便於除霜時冷凝水的排放。

在本實施例中，所述車外換熱器120設有溫度傳感器121和控制器122。所述溫度傳感器121與所述控制器122耦合，所述溫度傳感器121與所述車外換熱器120連接。

在本實施例中，所述溫度傳感器121用於檢測所述車外換熱器120工作時的溫度，當到達預設溫度時，便開始除車外換熱器120上的霜，從而避免長時間除霜，影響加熱效果。例如，預設溫度為100度，當車外換熱器120的溫度超過預設溫度100時，溫度傳感器121將檢測的結果發送到控制器122，控制器122通過判斷溫度傳感器121檢測的溫度是否超過100度，當超過100度時執行除霜的指令。

在本實施例中，控制器122用於控制溫度傳感器121工作，以及當溫度傳感器121檢測溫度達到預設溫度時，執行除霜的指令。

在本實施例中，所述四通換向帶回熱器氣液分離器130用於將所述第一液態製冷劑輸入所述第一膨脹閥140。即從所述車外換熱器120輸出的第一液態製冷劑通過所述四通換向帶回熱器氣液分離器130進入第一膨脹閥140。在此過程中，所述四通換向帶回熱器氣液分離器130相當於作為一個傳輸管道，將流入該四通換向帶回熱器氣液分離器130的第一液態製冷劑輸入第一膨脹閥140。

在本實施例中，所述第一膨脹閥140用於將所述第一液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述第一液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑。即所述第一膨脹閥140將從四通換向帶回熱器氣液分離器130輸入的第一液態製冷劑進行節流降壓處理，即在節流降壓處理時，溫度和壓力較高的第一液態製冷劑液體通過第一膨脹閥140後體積會變大，壓力和溫度也會急劇下降，從而形成霧狀或者是細小液滴的第二製冷劑，並將第二液態製冷劑排出第一膨脹閥140。

在本實施例中，第一膨脹閥140可以為電磁膨脹閥。

在本實施例中，所述蒸發器150用於對所述第二液態製冷劑吸熱，以使所述第二液態製冷劑形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑。即當第一膨脹閥140輸入第二製冷劑進入所述蒸發器150時，由於所述第二製冷劑為霧狀者是細小液滴狀態的製冷劑，當所述第二製冷劑進入蒸發器150時，因此時第二製冷劑沸點遠低於蒸發器150的內部溫度，從而將第二製冷劑液體蒸發成氣體形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑。並且在蒸發過程中大量吸收周圍的熱量，而後低溫低壓的第三製冷劑以蒸氣形式又進入四通換向帶回熱器氣液分離器130中，通過四通換向帶回熱器氣液分離器130將第三製冷劑進行氣液分離，即將第三製冷劑中所攜帶的含有氣態與液態的部分製冷劑進行分離出來，最後將氣態的第三製冷劑輸入電動壓縮機110。

請參照圖2，在本實施例中，R134a或1234yf熱泵空調系統100還包括截止閥160在製冷時用於將所述電動壓縮機110輸出的高溫高壓的氣態冷媒輸入車外換熱器120。其中，在制熱時，所述截止閥160不工作，即處於關閉狀態。

請參照圖3，在本實施例中，所述R134a或1234yf熱泵空調系統100還包括板式換熱器170、第二膨脹閥180、回熱器190、暖風加熱器210、水泵220和水熱PTC230。

在本實施例中，所述板式換熱器170用於熱水循環，即在制熱過程時，所述板式換熱器170將進入的低溫的水進行加熱。在製冷循環時，所述板式換熱器170用於所述電動壓縮機110輸出的高溫高壓的氣態冷媒輸入截止閥160。

在本實施例中，所述第二膨脹閥180在製冷時處於關閉狀態，在制熱過程中，所述第二膨脹閥180用於將中溫、高壓、液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述中溫、高壓、液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑。即所述第二膨脹閥180將從板式換熱器170輸入的中溫、高壓、液態製冷劑進行節流降壓處理，即在節流降壓處理時，溫度和壓力較高的中溫、高壓、液態製冷劑通過第二膨脹閥180後體積會變大，壓力和溫度也會急劇下降，從而形成霧狀或者是細小液滴的第二製冷劑，並將第二液態製冷劑排出第二膨脹閥180。

在本實施例中，第二膨脹閥180可以為電磁膨脹閥。

在本實施例中，在進行制熱時的冷媒循環工作中，所述回熱器190用於對低溫的冷媒進行加熱，提高冷媒回電動壓縮機110的溫度。即將從四通換向帶回熱器氣液分離器130輸入的冷媒進行加熱，以提高流入該回熱器190的溫度。在製冷時，所述回熱器190用於將四通換向帶回熱器氣液分離器130輸入的氣態製冷劑輸入電動壓縮機110。

在本實施例中，所述回熱器190可以是由汽車本身的大功率電器組成。即通過大功率電器的餘熱對四通換向帶回熱器氣液分離器130輸入的冷媒進行加熱，從而提高流入該回熱器190的溫度。

在本實施例中，所述暖風加熱器210用於在制熱時與外界進行熱交換，將高溫的水變成低溫的水。

在本實施例中，所述水泵220用於帶動板式換熱器170中熱水進行循環。

在本實施例中，優選地，所述水泵220為電子水泵，通過將水泵220優選為電子水泵，從而可以根據出水或出風溫度進行水流量的精確控制，進而到達節能的效果。

在本實施例中，所述水熱PTC230(Positive Temperature Coefficient，正的溫度係數)用於根據預設條件進行熱量控制，例如，在整車採暖和除霜不足的情況下使用該水熱PTC230，同時在電池加熱時也可使用，其中，水熱PTC230是採用PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調製)進行控制，即通過外界的信號進行輸出功率的控制。

在本實施例中，第一膨脹閥140、蒸發器150與暖風加熱器210共同構成HVAC(Heating，Ventilation and Air Conditioning，供熱通風與空氣調節)總成。通過將該HVAC總成與傳統的HVAC總成保持一致，即HVAC總成結構變動較小，從而能夠有效降低主機廠和供應商的開發成本，降低開發風險，縮短開發周期。

請參照圖4，本發明提供一種控制方法，所述方法包括：

步驟S401：所述電動壓縮機產生高溫高壓的氣態冷媒，將所述氣態冷媒輸入所述車外換熱器。

步驟S402：所述車外換熱器對所述氣態冷媒做換熱處理，以使所述氣態冷媒變成中溫高壓的第一液態製冷劑，將所述第一液態製冷劑輸入所述四通換向帶回熱器氣液分離器。

步驟S403：所述四通換向帶回熱器氣液分離器將所述第一液態製冷劑輸入所述第一膨脹閥。

步驟S404：所述第一膨脹閥將所述第一液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述第一液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑。

步驟S405：所述蒸發器對所述第二液態製冷劑吸熱，以使所述第二液態製冷劑形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑。

步驟S406：所述四通換向帶回熱器氣液分離器將所述蒸發器輸入的所述第三氣態製冷劑中攜帶的氣態與液態的製冷劑氣液分離。

其中，所述第三氣態製冷劑中攜帶的氣態與液態是指所述第三氣態製冷劑從蒸發器進入四通換向帶回熱器氣液分離器時，在這個過程中可能所述第三氣態製冷劑中會出現液化現象，從而形成液態的，以至於所述第三氣態製冷劑進入四通換向帶回熱器氣液分離器時攜帶有氣態與液態的製冷劑。

R134a或1234yf熱泵空調系統100的工作原理：請再次參照圖1，其中，在製冷時，該R134a或1234yf熱泵空調系統100通過電動壓縮機110產生高溫高壓的氣態冷媒，並將氣態冷媒輸入所述車外換熱器120；再通過車外換熱器120對所述氣態冷媒做換熱處理，以使所述氣態冷媒變成中溫高壓的第一液態製冷劑，並且將所述第一液態製冷劑輸入所述四通換向帶回熱器氣液分離器130，從而進入第一膨脹閥140；通過第一膨脹閥140將第一液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述第一液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑，以使蒸發器150對第二液態製冷劑吸熱處理；通過蒸發器150以使所述第二液態製冷劑形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑，然後將第三氣態製冷劑從蒸發器150輸出再次回到四通換向帶回熱器氣液分離器130；通過四通換向帶回熱器氣液分離器130將第三氣態製冷劑與第二液態製冷劑氣液分離，從而將分離後的氣態製冷劑輸入電動壓縮機110，進而完成製冷循環。並且在進行製冷循環時，還可以通過產生的冷氣進行除霧，即通過冷氣將車內的空氣冷卻到除霧所需的溫度，從而實現除霧的效果，以使駕駛員能夠安全駕駛。

其中，在本實施例中，該R134a或1234yf熱泵空調系統100可以使用R134a(1，1，1，2－四氟乙烷)或1234yf(2，3，3，3－四氟丙烯)作為製冷劑。通過該R134a或1234yf熱泵空調系統100，能夠有效地提升R134a或1234yf製冷劑的製冷效果。

請參照圖3，在本實施例中，在制熱時，還包括冷媒循環與水路加熱循環。其中，在冷媒循環時，電動壓縮機110產生高溫高壓的氣態冷媒，並將氣態冷媒輸入板式換熱器170；通過板式換熱器170進行熱交換，從而將高溫高壓氣態冷媒變成中溫、高壓、液態製冷劑；其中，關閉截止閥160，將中溫、高壓、液態製冷劑輸入第二膨脹閥180，通過第二膨脹閥180進行節流操作，產生低溫低壓的液態製冷劑，並將低溫低壓的液態製冷劑輸入車外換熱器120中，並產生低溫低壓液態的製冷劑，將產生的低溫低壓液態的製冷劑輸入四通換向帶回熱器氣液分離器130中，通過四通換向帶回熱器氣液分離器130進行換向和氣液分離，將分離後的製冷劑輸入回熱器190中，並進行換熱處理，提高四通換向帶回熱器氣液分離器130輸入的製冷劑的溫度，並將處理後的製冷劑輸入電動壓縮機110中。在進行水路加熱循環時，水泵220工作，帶動板式換熱器170中的熱水進行循環，熱水通過水泵220進入水熱PTC230中，通過水熱PTC230後，高溫熱水進入暖風加熱器210，暖風加熱器210通過與外界進行熱交換，將高溫的水變成低溫的水進入板式換熱器170，從而通過水路加熱循環與冷媒循環實現制熱循環。

綜上所述，本發明提供一種R134a或1234yf熱泵空調系統100及控制方法，該R134a或1234yf熱泵空調系統100通過電動壓縮機110產生高溫高壓的氣態冷媒，並將氣態冷媒輸入所述車外換熱器120，再通過車外換熱器120對所述氣態冷媒做換熱處理，以使所述氣態冷媒變成中溫高壓的第一液態製冷劑，並且將所述第一液態製冷劑輸入所述四通換向帶回熱器氣液分離器130，從而進入第一膨脹閥140，通過第一膨脹閥140將第一液態製冷劑做節流降壓處理，以使所述第一液態製冷劑變成低溫低壓的第二液態製冷劑，以使蒸發器150對第二液態製冷劑吸熱處理，以使所述第二液態製冷劑形成低溫、低壓的第三氣態製冷劑，然後將第三氣態製冷劑從蒸發器150輸出再次回到四通換向帶回熱器氣液分離器130，通過四通換向帶回熱器氣液分離器130將第三氣態製冷劑與第二液態製冷劑氣液分離，從而將分離後的氣態製冷劑輸入電動壓縮機110，進而完成製冷循環以及提高該R134a或1234yf熱泵空調系統100的利用率與製冷效果。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。