一种二氧化碳内部热交换器及二氧化碳热泵循环系统的制作方法

1.本发明属于汽车热交换器以及气液分离器领域，尤其涉及一种二氧化碳内部热交换器及二氧化碳热泵循环系统。


背景技术：

2.近几十年全球气温上升趋势明显加剧，其中汽车排放和空调制冷剂的泄露对全球变暖起到推波助澜的作用。
3.随着全球加快新能源汽车的发展，制冷剂泄露的问题亟待解决。目前，车用空调制冷剂普遍为r134a，但是其独特的分子结构会造成温室效应加剧。因此，co2作为替代制冷进入各国制冷研究者的视线。
4.但是，以二氧化碳作为空调系统存在着较大的缺陷，其制冷效率较低，气液分离不够充分，回油较难实现，因而大大地影响了二氧化碳热泵空调在车辆上的应用。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种二氧化碳内部热交换器及二氧化碳热泵循环系统。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种二氧化碳内部热交换器，包括壳体、隔热管1041、筒体105、第一管路106、第二管路107、气液分离组件和回油组件；
7.壳体设有出口117、低压进口1021、高压出口1022、高压进口1031和低压出口1032；
8.隔热管1041位于壳体内；
9.筒体105位于隔热管1041内，筒体105顶端与壳体连接，筒体105底部设有储油室1052；
10.第一管路106位于筒体105内，第一管路106顶端连接低压进口1021，第一管路106底端位于筒体105上半部分；
11.第二管路107缠绕在筒体105表面，第二管路107两端分别连接高压出口1022和高压进口1031；
12.气液分离组件位于筒体105内，包括进气管1081和出气管1082，出气管1082顶部通过接头1083与上端盖102的出口117连接；气液分离组件位于回油组件上方；
13.回油组件包括回油槽1091，回油槽1091开有回油孔111。
14.进一步地，壳体包括外管101、上端盖102及下端盖103；外管101顶部固定连接上端盖102，外管101底部固定连接下端盖103；上端盖102设有出口117、低压进口1021和高压出口1022，下端盖103设有高压进口1031和低压出口1032；筒体105顶端与上端盖102连接；隔热管1041设于外管101内，隔热管1041与上端盖102和下端盖103分别通过凹槽连接。
15.进一步地，回油孔111直径为0.3～0.6mm；回油孔111与储油室1052底部的距离不超过2mm；进气管1081顶部位于上端盖102下方10～15mm处；隔热管1041与外管101之间有2
‑
4mm的间隙115。
16.进一步地，筒体105外轮廓圆柱面上设有螺旋槽1051，第二管路107缠绕在螺旋槽1051中。
17.进一步地，还包括过滤器112，过滤器112位于壳体下部，过滤器112底端与壳体下端连接。
18.进一步地，还包括支架110，气液分离组件通过支架110固定在筒体105内部；气液分离组件还包括接头1083，出气管1082顶部通过接头1083与出口117连接；回油组件还包括回油槽盖1092；隔热管1041与外管101之间设有间隙115，作为缓冲区域存储流体，缓冲区域流体不流动；隔热管1041上部开有密封槽1042并设有密封件113，密封件113嵌入密封槽1042中实现密封。
19.进一步地，第二管路107的相邻螺旋管之间有一定的距离，并与隔热管1041、筒体105形成螺旋通路116，并且第二管路107与螺旋通路116构成内外的双螺旋流体域，且两者的中心轴重合。
20.进一步地，通过调整第二管路107和螺旋槽1051的尺寸来改变螺旋通路116的尺寸，以调节内外流体域换热效率。
21.一种二氧化碳热泵循环系统，包括上述二氧化碳内部热交换器。
22.进一步地，还包括膨胀阀2、蒸发器3、压缩机4和气体冷却器5；沿着气体的流动路径，低压出口1032、压缩机4和气体冷却器5和高压进口1031之间依次连接，高压出口1022、膨胀阀2、蒸发器3和低压进口1021之间依次连接。
23.本发明的有益效果是：本发明二氧化碳内部热交换器通过空间结构设计，在不增加内部流阻的前提下，充分利用该二氧化碳内部热交换器的内部空间，可以实现高温高压流体与低温低压流体之间的热交换，进而提高系统内的制冷性能。同时，通过结构优化设计可以实现气液分离及回油等功能。本发明可以减少二氧化碳热泵空调系统在制冷或是采暖的能耗，进而增加车辆的续航里程数，且不会对环境造成不利影响，不会破坏臭氧层，也不会导致温室效应。本发明二氧化碳热泵空调制冷循环系统换热效率高，制冷性能好。
附图说明
24.图1为本发明所述的二氧化碳热泵循环系统的一种实施例示意图；
25.图2为本发明所述的二氧化碳内部热交换器外观示意图；
26.图3为本发明所述的二氧化碳内部热交换器的一种实施例的剖面结构示意图；
27.图4为本发明所述的二氧化碳内部热交换器的筒体剖面结构示意图；
28.图5为本发明所述的二氧化碳内部热交换器内外双螺旋流体域的3d外观示意图；
29.图6为本发明所述的二氧化碳内部热交换器内外双螺旋流体域的3d截面结构示意图；
30.图7为图3中a处的局部放大图；
31.图8为本发明所述的二氧化碳内部热交换器的气液分离组件和回油组件示意图；
32.图中，二氧化碳内部热交换器1、膨胀阀2、蒸发器3、压缩机4、气体冷却器5、外管101、上端盖102、下端盖103、筒体105、第一管路106、第二管路107、支架110、回油孔111、过滤器112、密封件113、间隙115、螺旋通路116、出口117、低压进口1021、高压出口1022、高压进口1031、低压出口1032、隔热管1041、密封槽1042、螺旋槽1051、储油室1052、内螺旋流体
域107a、外螺旋流体域116a、进气管1081、出气管1082、接头1083、回油槽1091、回油槽盖1092。
具体实施方式
33.下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成限定。
34.如图1所示，本发明一种二氧化碳热泵循环系统包括二氧化碳内部热交换器1、膨胀阀2、蒸发器3、压缩机4、气体冷却器5。在本实施例中，二氧化碳热泵循环系统工作时，首先压缩机4出来的高温高压气体经过气体冷却器5冷却后，进入二氧化碳内部热交换器1，在二氧化碳内部热交换器1内进行热交换后流出，通过膨胀阀2实现节流，节流后的低温低压气液体进入蒸发器3蒸发后，形成低温低压的气液混合物，该气液混合物进入二氧化碳内部热交换器1内与高温高压气体进行热交换，并且气液混合物在二氧化碳内部热交换器1内被气液分离，分离后的液体储存在二氧化碳内部热交换器1内，而气体则流入压缩机4内，被压缩成高温高压气体后再次循环使用。
35.关于在二氧化碳内部热交换器1里的热交换及气液分离等过程可以进一步结合图2和图3进行说明。
36.如图2和图3所示，在本实施例中，二氧化碳内部热交换器1包括壳体，而壳体包括外管101、上端盖102及下端盖103。所述外管101的顶部与所述上端盖102固定连接，所述外管101的底部与所述下端盖103固定连接。上端盖102设有出口117、低压进口1021和高压出口1022；下端盖103具有高压进口1031和低压出口1032。
37.低压进口1021为气液混合物进口，气液混合物从低压进口1021流入二氧化碳内部热交换器1内，高压出口1022为低温低压气体出口，高温高压气体经过热交换后变为低温低压气体从高压出口1022流出。此外，高压进口1031为高温高压气体进口，高温高压气体从高压进口1031流入二氧化碳内部热交换器1内进行热交换，而低压出口1032为低温低压气体出口，低温低压气液混合物通过二氧化碳内部热交换器1气液分离得到的低温低压气体从低压出口1032流出。而且结合图1和图3可以看出，沿着流体的流动路径，高压出口1022、膨胀阀2、蒸发器3、低压进口1021依次连接，低压出口1032、压缩机4、气体冷却器5、高压进口1031依次连接。
38.二氧化碳内部热交换器1还包括隔热管1041、筒体105、第一管路106以及第二管路107。其中，隔热管1041设于所述外管101内，所述隔热管1041与所述上端盖102和所述下端盖103分别通过凹槽连接；具体地，隔热管1041上下两端嵌入上端盖102和下端盖103上的凹槽；筒体105设于所述隔热管1041内，所述筒体105顶端与所述上端盖102连接；第一管路106设于筒体105内，第一管路106的顶端与低压进口1021连接，所述第一管路106的底端位于所述筒体105上半部分(约筒体105的1/6处)。所述隔热管1041上部设有密封槽1042和密封件113(密封圈)；密封件113嵌入密封槽1042中，与所述外管101内表面紧密接触实现密封。
39.如图4所示，筒体105外轮廓圆柱面开有螺旋槽1051，底部设有储油室1052。所述筒体105内部还设有气液分离组件、回油组件及支架110。
40.如图8所示，所述气液分离组件包括三个进气管1081、出气管1082及接头1083，所述回油组件包括回油槽1091及回油槽盖1092。所述回油槽1091上部安装有所述进气管1081
及出气管1082，所述进气管1081顶部位于上端盖102下方10
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15mm处，所述出气管1082顶部通过接头1083与上端盖102的出口117连接，所述进气管1081及出气管1082通过支架110固定在筒体105内部。第二管路107设于隔热管1041内且螺旋地缠绕于所述筒体105的螺旋槽1051上，第二管路107的相邻螺旋管之间有一定的距离，从而在第二管路107外侧形成一个螺旋通路116；第二管路107两端分别连接高压出口1022和高压进口1031。
41.在本实施例中，低温低压气液混合物由低压进口1021进入二氧化碳内部热交换器1后随即充满整个筒体105内部，由于重力作用，气态二氧化碳流入顶部进气管1081口，液态二氧化碳及冷冻油混合物则会储存在底部的储油室1052。自上向下流经进气管1081的气态二氧化碳在底部聚集并从出气管1082流向顶部，然后从上端盖102的出口117流向螺旋通路116，在螺旋通路116内与第二管路107充分接触并进行热交换，最后从低压出口1032流向压缩机4。高温高压气体从下端盖103底部的高压进口1031进入第二管路107，并沿着第二管路107与螺旋通路116内的低温低压气体进行热交换后，从高压出口1022流出。需要指出的是，考虑到会有杂质混入，因而，在本实施例中，壳体下部靠近低压出口1032设有过滤器112，以过滤杂质；所述过滤器112的底端与所述下端盖103连接。
42.如图5、图6所示，第二管路107内为内流体域107a，第二管路107外的螺旋通路116为外流体域116a，内流体域107a和外流体域116a的中心轴重合，构成内外双螺旋流体域。内流体域107a的流体自下而上沿着第二管路107盘旋流动，外流体域116a的流体自上而下沿着螺旋通路116盘旋流动，内外双螺旋流体域的流体通过第二管路107实现充分热交换。所述筒体105上的螺旋槽1051，保证所述第二管路107安装后构成的流体域的通流面积均匀，避免安装造成的流阻增大；可通过调整螺旋槽1051尺寸来改变螺旋通路116尺寸，以调节内外流体域换热效率。
43.隔热管1041与外管101之间有2
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4mm的间隙115，减少内部流体与外部环境热交换，提高换热效率；同时，间隙115存储一定流体作为缓冲区域，其缓冲区域流体不流动，因此也起到减少内部流体与外部环境热交换的作用。
44.如图7所示，回油组件的回油槽1091底部设有若干回油孔111，回油孔111用于与压缩机4连接，其用于采集回油。且在本实施例中，回油孔111被设置在过滤器112的上部。回油孔111的直径为0.3
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0.6mm，回油孔111与储油室1052底部的距离不超过2mm。冷冻油会通过回油孔111流到回油槽1091内部，当二氧化碳气体流经此处时会带走适量冷冻油，实现回油功能。
45.需要说明的是，本发明的二氧化碳热泵循环系统可用于新能源车辆上，同时新能源车辆也可以单独使用本发明的二氧化碳内部热交换器1。
46.综上所述，本发明所述的二氧化碳内部热交换器通过空间结构设计，在不增加内部流阻的前提下，充分利用该二氧化碳内部热交换器的内部空间，可以实现高温高压物质与低温低压物质之间实现热交换，进而提高系统内的制冷性能。同时，通过结构优化设计可以实现气液分离及回油等功能。此外，本发明所述的二氧化碳热泵循环系统也同样具有上述特点以及有益效果。同时，本发明所述的新能源车辆也同样具有上述的特点以及有益效果。
47.需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本发明所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开
出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
48.此外，本发明中各技术特征的组合方式并不限本发明权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本发明记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
49.还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。