热泵空调系统、空调系统和车辆的制作方法

1.本公开涉及汽车技术领域，具体地，涉及一种热泵空调系统、空调系统和车辆。


背景技术：

2.随着人民生活水平的不断提高以及环保意识的不断增强，新能源电动汽车越来越受到追捧。图1所示为目前市场上常见的新能源汽车空调系统的运行原理图，基本采用一级节流运行模式，1
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2为压缩过程，2
‑
5为冷凝过程，5
‑
6为节流过程，6
‑
1为蒸发过程，低温制热能力较差，尤其在
‑
10℃以下，供热能力差，送风温度较低，升温速率慢，无法满足乘客舒适性的要求
3.如何拓展空调热泵系统的运行环境温度下限，并提高热泵空调系统搬运热量的能力是当前新能源汽车热管理研究的重点。


技术实现要素：

4.本公开的目的是提供一种热泵空调系统、空调系统和车辆，该热泵空调系统能够在环境温度较低时也具有较好的供暖能力，满足乘员舱的供暖需求。
5.为了实现上述目的，本公开提供了一种热泵空调系统，包括压缩机、室外换热器、第一室内换热器和第二室内换热器；
6.所述压缩机的出口通过选择性导通或截止的第一流路与所述室外换热器的第一口连接，所述室外换热器的第二口通过第一节流装置与所述第一室内换热器的第一口连接，所述第一室内换热器的第二口通过第二节流装置与所述第二室内换热器的出口连接，所述压缩机的出口通过选择性导通或截止的第二流路与所述第二室内换热器的入口连接；
7.所述压缩机的入口通过选择性导通或截止的第三流路与所述室外换热器的第一口连接，所述压缩机的入口通过选择性导通或截止的第四流路与所述第一室内换热器的第二口连接。
8.可选地，所述第一节流装置包括至少一个双向节流装置。
9.可选地，所述热泵空调系统还包括电池换热器；
10.所述第一节流装置包括第一双向节流装置和第二双向节流装置，所述第一双向节流装置的第一口与所述室外换热器的第二口连接，所述第一双向节流装置的第二口与所述第二双向节流装置的第一口连接，所述第二双向节流装置的第二口与所述第一室内换热器的第一口连接；
11.所述电池换热器的入口通过第三节流装置分别与所述第一双向节流装置的第二口和所述第二双向节流装置的第一口连接，所述电池换热器的出口与所述压缩机的入口连接。
12.可选地，所述热泵空调系统还包括储液干燥器，所述储液干燥器的第一口与所述第一双向节流装置的第二口连接，所述储液干燥器的第二口与所述第二双向节流装置的第一口和所述第三节流装置的入口连接，所述第三节流装置的出口与所述电池换热器的入口
连接。
13.可选地，所述热泵空调系统还包括第一同轴管，所述第一同轴管的第一口与所述储液干燥器的第二口连接，所述第一同轴管的第二口与所述第二双向节流装置的第一口和所述第三节流装置的入口连接。
14.可选地，所述热泵空调系统还包括第二同轴管，所述第二同轴管的第一口与所述压缩机的入口连接，所述第二同轴管的第二口与所述第四流路和所述电池换热器的出口连接。
15.可选地，所述热泵空调系统还包括水冷冷凝器，所述水冷冷凝器的第一口与所述室外换热器的第一口连接，所述水冷冷凝器的第二口与所述第一流路和第三流路连接。
16.可选地，所述第一双向节流装置、所述第二双向节流装置和所述第二节流装置分别包括相互并联的单向阀和节流阀。
17.本公开还提供了一种空调系统，包括如上述所述的热泵空调系统。
18.本公开还提供了一种车辆，包括如上述所述的空调系统。
19.通过上述技术方案，将室外换热器、第一室内换热器和第二室内换热器串联，增大换热面积，提高系统的热交换量，同时，采用多级节流的方式，增大高压段单位质量的比焓差，从而提高系统的放热量。
20.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
21.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
22.图1是现有技术中热泵空调系统在制热模式下的压焓图；
23.图2是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统的结构原理图；
24.图3是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统处于制冷模式时冷媒的流动路径示意图；
25.图4是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统处于制热模式时冷媒的流动路径示意图；
26.图5是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统处于制热模式时的压焓图；
27.图6是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统处于强化制热模式时冷媒的流动路径示意图；
28.图7是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统处于强化制热模式时的压焓图；
29.图8是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统处于除湿模式时冷媒的流动路径示意图；
30.图9是本公开一种实施方式提供的热泵空调系统处于除霜模式时冷媒的流动路径示意图；
31.图10是本公开另一种实施方式提供的热泵空调系统的结构原理图。
32.附图标记说明
33.11
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压缩机；13
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室外换热器；15
‑
第一室内换热器；17
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第二室内换热器；19
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第一流路；21
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第一节流装置；211
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第一双向节流装置；213
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第二双向节流装置；23
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第二节流装置；
25
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第二流路；27
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第三流路；29
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第四流路；31
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电池换热器；33
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第三节流装置；35
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储液干燥器；37
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第一同轴管；39
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第二同轴管；41
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水冷冷凝器；43
‑
单向阀；45
‑
节流阀。
具体实施方式
34.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
35.在本公开中，在未作相反说明的情况下，方位名词“上、下”是通常是基于附图的图面方向定义的。“内、外”是指相关零部件的内、外。此外，术语“第一”、“第二”等，仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.如图2所示，本公开提供了一种热泵空调系统，包括压缩机11、室外换热器13、第一室内换热器15和第二室内换热器17。
37.压缩机11的出口通过选择性导通或截止的第一流路19与室外换热器13的第一口连接，室外换热器13的第二口通过第一节流装置21与第一室内换热器15的第一口连接，第一室内换热器15的第二口通过第二节流装置23与第二室内换热器17的出口连接，压缩机11的出口通过选择性导通或截止的第二流路25与第二室内换热器17的入口连接。
38.压缩机11的入口通过选择性导通或截止的第三流路27与室外换热器13的第一口连接，压缩机11的入口通过选择性导通或截止的第四流路29与第一室内换热器15的第二口连接。
39.通过上述技术方案，将室外换热器13、第一室内换热器15和第二室内换热器17串联，增大换热面积，提高系统的热交换量，同时，采用多级节流的方式，增大高压段单位质量的比焓差，从而提高系统的放热量。
40.本公开对实现选择性导通或截止的方式不做限定。可选地，本公开的一种实施方式中，第一流路19、第二流路25和第三流路27上分别可以设置开关阀或截止阀，其中，开关阀和截止阀可以采用手动操作的阀门，也可以采用电磁阀。
41.可选地，第一节流装置21包括至少一个双向节流装置。
42.通过上述技术方案，双向节流装置能够对从第一节流装置21第一口或第一节流装置21第二口流入的冷媒进行节流。
43.可选地，热泵空调系统还包括电池换热器31，第一节流装置21包括第一双向节流装置211和第二双向节流装置213，第一双向节流装置211的第一口与室外换热器13的第二口连接，第一双向节流装置211的第二口与第二双向节流装置213的第一口连接，第二双向节流装置213的第二口与第一室内换热器15的第一口连接，电池换热器31的入口通过第三节流装置33分别与第一双向节流装置211的第二口和第二双向节流装置213的第一口连接，电池换热器31的出口与压缩机11的入口连接。
44.通过上述技术方案，在现有技术的基础上，增加了新的热源，采用多热源吸热和多阀协同工作的方式，提高了系统的放热量。
45.可选地，热泵空调系统还包括储液干燥器35，储液干燥器35的第一口与第一双向节流装置211的第二口连接，储液干燥器35的第二口与第二双向节流装置213的第一口和第三节流装置33的入口连接，第三节流装置33的出口与电池换热器31的入口连接。
46.通过上述技术方案，储液干燥器35用于储存流经储液干燥器35的部分液态冷媒。
47.本公开完全实现了空调热泵一体化的系统设计，通过模式切换可以实现多模式应用，其中，热泵空调系统的多种运行模式，包括但不限于制冷模式、制热模式、强化制热模式、除湿模式和除霜模式。
48.如图3所示，当车辆座舱内温度高，需要降低温度时，热泵空调系统运行制冷模式。
49.本公开中第二节流装置23为具有截止功能的节流装置。
50.当第一流路19和第四流路29导通，第二流路25、第二节流装置23和第三流路27截止，第一双向节流装置211全开，即流经第一双向节流装置211的液态冷媒不进行节流时，热泵空调系统处于制冷模式。
51.该模式下，压缩机11、第一流路19、室外换热器13、第一双向节流装置211、储液干燥器35、第二双向节流装置213、第一室内换热器15和第四流路29依次串联成一个冷媒回路。第三节流装置33和电池换热器31串联后与第二双向节流装置213、第一室内换热器15和第四流路29串联的部分并联连接。
52.在该模式下，从压缩机11出口排出的高温高压气态冷媒经过第一流路19后进入室外换热器13，通过室外换热器13进行热交换，将热量释放到外界环境的大气中，变成液态冷媒。由于第一双向节流装置211全开，流经第一双向节流装置211的液态冷媒不进行节流，液态冷媒在流经储液干燥器35时，一部分液态冷媒储存在储液干燥器35内，另一部分液态冷媒分为两路，一路流入第二双向节流装置213进行节流，变成低压低温两相态冷媒，另一路流入第三节流装置33进行节流，变成低压低温两相态冷媒。从第二双向节流装置213流出的低压低温两相态冷媒再经过第一室内换热器15进行热交换，其中，第一室内换热器15为室内蒸发器，流经室内蒸发器的低压低温两相态冷媒吸收空调箱体内鼓风机鼓入风的热量，变成气态冷媒，气态冷媒被压缩机11吸入腔室内压缩。同时，从第三节流装置33流出的低压低温两相态冷媒经过电池换热器31进行热交换，吸收电池放热，变成气态冷媒，气态冷媒被压缩机11吸入腔室内压缩，完成一个循环。
53.另外，可以理解的是，在本公开的另一种未示出的实施方式中，第三节流装置33可以为具有截止功能的节流装置，第三节流装置33截止，经过储液干燥器35的冷媒不再分为两路，冷媒全部流入第二双向节流装置213进行节流，其他流通路径与上述制冷模式的流通路径相同，这里不再赘述。
54.如图4所示，当车辆座舱内温度低，需要采暖时，热泵空调系统运行制热模式。
55.本公开中第三节流装置33可以为具有截止功能的节流装置。
56.当第二流路25和第三流路27导通，第一流路19、第四流路29和第三节流装置33截止，第二节流装置23和第二双向节流装置213全开，即流经第二节流装置23和第二双向节流装置213的冷媒不进行节流时，热泵空调系统处于制热模式。
57.该模式下，压缩机11、第二流路25、第二室内换热器17、第二节流装置23、第一室内换热器15、第二双向节流装置213、储液干燥器35、第一双向节流装置211、室外换热器13和第三流路27依次串联成一个冷媒回路。
58.在该模式下，从压缩机11出口排出的高温高压气态冷媒经过第二流路25进入第二室内换热器17和第一室内换热器15进行热交换，释放热量，加热进入车辆座舱的空气，变成过冷态的液态冷媒，液态冷媒在流经储液干燥器35时，一部分液态冷媒储存在储液干燥器35内，另一部分液态冷媒流入第一双向节流装置211进行深度节流，变成低温低压两相态冷
媒。从第一双向节流装置211流出的低温低压两相态冷媒再经过室外换热器13进行热交换，吸收室外环境中的热量，变成过热气态冷媒流入压缩机11腔内进行压缩，完成一个循环。
59.如图5所示，1
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2为压缩过程，2
‑
5为冷凝过程，5
‑
6为节流过程，6
‑
1为蒸发过程，该模式的本质是加大车辆座舱部分空气热交换面积，提高了高压段换热器出口的过冷度，使得高压段的单位质量流量下冷媒的比焓差h2
‑
5增大，从而提高高压段总的放热量。
60.另外，可以理解的是，在本公开的另一种未示出的实施方式中，当电池换热器31有热源可以利用时，第三节流装置33导通，从第一室内换热器15流出的冷媒分为两路，一路流经储液干燥器35，另一路流入第三节流装置33进行深度节流，其他流通路径与上述制热模式的流通路径相同，这里不再赘述。上述设置使热泵空调系统同时从两个热源吸收热量，大大提高了热泵空调系统的制热能力。
61.如图6所示，当制热模式不能满足采暖需求时，热泵空调系统运行强化制热模式。
62.当第二流路25、第三流路27和第三节流装置33导通，第一流路19、第四流路29截止，第二双向节流装置213全开，即流经第二双向节流装置213的冷媒不进行节流，第一双向节流装置211、第二节流装置23和第三节流装置33协同工作时，热泵空调系统处于强化制热模式。
63.该模式下，压缩机11、第二流路25、第二室内换热器17、第二节流装置23、第一室内换热器15、第二双向节流装置213、储液干燥器35、第一双向节流装置211、室外换热器13和第三流路27依次串联成一个冷媒回路。第三节流装置33和电池换热器31串联后与储液干燥器35、第一双向节流装置211、室外换热器13和第三流路27串联的部分并联连接。
64.在该模式下，从压缩机11出口排出的高温高压气态冷媒经过第二流路25进入第二室内换热器17内释放热量，加热进入车辆座舱的空气，变成液态冷媒，液态冷媒再经过第二节流装置23轻度节流，变成低温低压两相态冷媒，其中，节流后冷媒压力对应的饱和温度高于第一室内换热器15进风温度，即轻度节流后冷媒的温度大于车辆座舱的空气的温度，从而实现预热的功能，提高了车辆座舱的升温速率，低温低压两相态冷媒进入第一室内换热器15进行热交换，进一步放热，加热车辆座舱的空气，变成液态冷媒，使从第一室内换热器15流出的冷媒深度过冷。由于第二双向节流装置213全开，过冷态的液态冷媒直接流过第二双向节流装置213，流过第二双向节流装置213后的冷媒分为两路，一路液态冷媒在流经储液干燥器35时，一部分液态冷媒储存在储液干燥器35内，另一部分液态冷媒流入第一双向节流装置211进行节流，变成低温低压两相态冷媒，低温低压两相态冷媒再进入室外换热器13进行热交换，吸收外界环境中的热量，变成过热气态冷媒流入压缩机11腔内进行压缩，另一路液态冷媒流入第三节流装置33进行节流，变成低温低压两相态冷媒，低温低压两相态冷媒再进入电池换热器31进行热交换，吸收电池放出的热量，变成过热气态冷媒流入压缩机11腔内进行压缩，完成一个循环。
65.如图7所示，1
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2为压缩过程，2
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5为冷凝过程，5
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6为节流过程，6
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7为冷凝过程，7
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8为节流过程，8
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12和9
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10均为蒸发过程。该模式的本质是增大高压段换热面积和单位质量的比焓差，同时低压段有两个热源，加大了系统循环的冷媒流量，通过提高高压侧排量的方式提高高压段放热量，该多级节流的运用可以大大提高极低温下的温升速率。
66.在该模式下，整个制冷压缩循环过程中，第二节流装置23、第一双向节流装置211和第三节流装置33协同工作，实现二级节流的效果。
67.如图8所示，当车内湿度较大，人体舒适感较差或者车窗起雾时，热泵空调系统运行除湿模式。
68.当第二流路25和第三流路27导通，第一流路19、第四流路29和第三节流装置33截止，第二双向节流装置213全开，即流经第二双向节流装置213的冷媒不进行节流，第一双向节流装置211和第二节流装置23根据需求进行不同程度的节流时，热泵空调系统处于除湿模式。
69.该模式下冷媒流通路径与热泵空调系统处于制热模式下的冷媒流通路径相同，压缩机11、第二流路25、第二室内换热器17、第二节流装置23、第一室内换热器15、第二双向节流装置213、储液干燥器35、第一双向节流装置211、室外换热器13和第三流路27依次串联成一个冷媒回路。但不同的地方在于，第二双向节流装置213全开，第一双向节流装置211和第二节流装置23根据需求进行不同程度的节流，确保空气中水分能快速冷凝成液态水，但又不至于第二室内换热器17造成出风温度偏离需求目标。
70.在该模式下，从压缩机11出口排出的高温高压气态冷媒经过第二流路25进入第二室内换热器17进行热交换，释放热量，加热进入车辆座舱的空气，从第二室内换热器17流出的冷媒再经过第二节流装置23节流，其中，节流后冷媒压力对应的饱和温度低于车辆座舱的空气的温度，经过第二节流装置23节流后的冷媒进入第一室内换热器15进行热交换，第一室内换热器15吸热，使得第一室内换热器15周围温度较低，车辆座舱内温度较高的湿空气遇冷冷凝，从而达到除湿的效果。
71.由于第二双向节流装置213全开，冷媒直接流过第二双向节流装置213和储液干燥器35流入第一双向节流装置211进行节流，经过第一双向节流装置211节流后的冷媒再进入室外换热器13进行热交换，吸收外界环境中的热量，变成过热气态冷媒流入压缩机11腔内进行压缩，完成一个循环。
72.在循环过程中，除湿后的干空气经过第二室内换热器17加热升温，进而满足车辆座舱舒适性的需求。
73.如图9所示，当室外换热器13表层结霜，影响其换热性能时，系统运行化霜模式。
74.化霜模式只存在一定环境温度区间，一般出现这种情况的原因是：在低环境温度或者高湿环境下开启了热泵运行模式，导致大气中水蒸气被吸收热量后，凝结在室外换热器13的表层，由于室外换热器13的外表面温度过低，凝结的水珠就变成了霜或者冰，所以开启化霜模式时，常常都伴随着车辆座舱的采暖需求。
75.当第一流路19、第二流路25和第三节流装置33导通，第三流路27和第四流路29截止时，热泵空调系统处于化霜模式。
76.该模式下，从压缩机11出口排出的高温高压气态冷媒分为两路，一路进入室外换热器13进行热交换，放热，除去室外换热器13表层的霜，另一路经过第二流路25进入第二室内换热器17和第一室内换热器15进行热交换，释放热量，加热进入车辆座舱的空气，进行采暖，为了控制除霜时间，需要分配冷媒流量，因此第二节流装置23需要进行节流。
77.经过室外换热器13换热后进入第一双向节流装置211节流的冷媒与经过第二室内换热器17和第一室内换热器15换热后进入第二双向节流装置213节流的冷媒汇合后进入第三节流装置33节流，再进入电池换热器31进行换热，变成过热气态冷媒流入压缩机11腔内进行压缩，完成一个循环。
78.另外，可以理解的是，在本公开的另一种未示出的实施方式中，当车辆座舱内无采暖需求，运行化霜模式时，第二流路25可以截止，从压缩机11出口排出的高温高压气态冷媒全部进入室外换热器13进行热交换，放热，实现快速化霜的效果。
79.可选地，热泵空调系统还包括第一同轴管37，第一同轴管37的第一口与储液干燥器35的第二口连接，第一同轴管37的第二口与第二双向节流装置213的第一口和第三节流装置33的入口连接。
80.通过上述技术方案，第一同轴管37的设置，能够加强热泵空调系统的制冷效果。
81.可选地，热泵空调系统还包括第二同轴管39，第二同轴管39的第一口与压缩机11的入口连接，第二同轴管39的第二口与第四流路29和电池换热器31的出口连接。
82.通过上述技术方案，第二同轴管39能够对吸入压缩机11的气态冷媒进一步过热，由于第二同轴管39的存在，即使电池换热器31没有热交换过程，吸入压缩机11腔内的冷媒仍旧可以保证是大干度甚至过热态的，不会造成压缩机11“液击”损坏的可能。
83.如图10所示，可选地，热泵空调系统还包括水冷冷凝器41，水冷冷凝器41的第一口与室外换热器13的第一口连接，水冷冷凝器41的第二口与第一流路19和第三流路27连接。
84.通过上述技术方案，水冷冷凝器41能够进行预热的回收。
85.可选地，第一双向节流装置211、第二双向节流装置213和第二节流装置23均包括相互并联的单向阀43和节流阀45。
86.通过上述技术方案，单向阀43用于实现第一双向节流装置211、第二双向节流装置213和第二节流装置23的全开效果，节流阀45用于实现第一双向节流装置211、第二双向节流装置213和第二节流装置23的节流。
87.本公开还公开了一种空调系统，包括上述热泵空调系统。
88.本公开还公开了一种车辆，包括上述空调系统。
89.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
90.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
91.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。