基于空氣壓縮循環(huán)的純電動車熱泵空調(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)的純電動車熱栗空調(diào)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]純電動車(EV)，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車相比更為低碳環(huán)保，但由于驅(qū)動方式的限制，其自身動力本就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)汽車，能夠提供給空調(diào)系統(tǒng)的動力更是極為有限，純電動車在開啟空調(diào)的情況下續(xù)航里程將大幅下降，空調(diào)耗能實際上已成為制約新型動力機動車實用化的主要障礙之一。特別是在冬季，傳統(tǒng)內(nèi)燃機汽車主要由發(fā)動機余熱與熱敏電阻PTC供暖，但純電動車采用電機驅(qū)動，其發(fā)動機無法提供足夠的熱量或根本沒有發(fā)動機，只能依靠熱電阻PTC提供熱量，這將會消耗整車30%以上的電能，即縮短三成的續(xù)航里程。在保障純電動車運行可靠性的同時，也應(yīng)給乘員提供舒適的駕駛和乘坐環(huán)境，純電動車的空調(diào)能耗問題亟待解決。
[0003]因此，考慮使用熱泵空調(diào)為機動車制冷和供暖，減少電能消耗。但相對于家用空調(diào)來說，車用熱泵空調(diào)的運行環(huán)境更為惡劣，常常需要在變工況條件下運行；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外部換熱器表面結(jié)霜的問題，使制熱效果大打折扣。此外，出于對溫室效應(yīng)的憂慮，車輛空調(diào)制冷劑替代問題已成為世界各國的重要議題。
[0004]空氣壓縮熱泵空調(diào)有助于解決以上問題。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)濟的制冷劑，且對人體無害。對于空氣壓縮熱泵來說，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，且無換熱器結(jié)霜問題，在低溫工況下的性能更具競爭力。因此，引入空氣壓縮循環(huán)熱泵作為純電動車空調(diào)，在寒冷地區(qū)與嚴(yán)寒地區(qū)將會是一個相當(dāng)綠色節(jié)能的選擇。
[0005]目前純電動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)運用到純電動車空調(diào)中，解決目前純電動車在嚴(yán)寒地區(qū)使用過程中空調(diào)耗電量大的問題，而提供一種以半開式回?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)的純電動車熱泵空調(diào)系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0008]一種基于空氣壓縮循環(huán)的純電動車熱泵空調(diào)系統(tǒng)，包括空氣壓縮機、空氣膨脹機、傳動連軸器、回?zé)崞?、車?nèi)空氣冷卻器、車外空氣冷卻器、混風(fēng)箱及車廂，所述的空氣壓縮機通過傳動聯(lián)軸器與空氣膨脹機進行機械傳動連接，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)箱通過若干送風(fēng)風(fēng)道和送風(fēng)口經(jīng)連接管連通車廂，同時車廂與排風(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^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通空氣壓縮機入口，另一條連接通道上，回?zé)崞魅肟谕ㄟ^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空氣膨脹機入口連通，所述的空氣壓縮機出口通過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，所述的空氣膨脹機出口通過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、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)置空氣過濾器、風(fēng)機或風(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)有空氣過濾器。
[0014]所述的空氣壓縮機為透平式空氣壓縮機。
[0015]所述的空氣膨脹機為透平式空氣膨脹機。
[0016]本發(fā)明中空氣壓縮機采用透平式壓縮機，對空氣進行壓縮，空氣壓縮機與空氣膨脹機經(jīng)傳動聯(lián)軸器機械傳動相互作用，實現(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)崞鲗嶋H為單相的流體換熱器，從車內(nèi)空氣冷卻器出來的溫度較高的空氣經(jīng)回?zé)崞髋c從即將進入空氣壓縮機的空氣換熱，溫度降低，降低循環(huán)的壓比，提高系統(tǒng)效率；空氣膨脹機采用透平式空氣膨脹機，完成循環(huán)的壓降過程，空氣流動過程帶動空氣膨脹機轉(zhuǎn)動做功，經(jīng)傳動聯(lián)軸器傳遞給空氣壓縮機，可替代部分空氣壓縮機轉(zhuǎn)動所需的能量，該能量回收裝置助于提高機組整體性能；空氣膨脹機低壓端排出的空氣經(jīng)回?zé)崞鲹Q熱后直接排入大氣，空氣壓縮機入口部分的工質(zhì)一一空氣可直接從環(huán)境中抽取。機組在低溫吸熱段不使用低溫?fù)Q熱器而是采用開放式設(shè)計的辦法，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)霜問題。同時，通過對空氣壓縮循環(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，機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)制冷工況下無補充新風(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，11為車內(nèi)空氣冷卻器，16為空氣膨脹機，17為傳動連軸器，21為排氣口，22為混風(fēng)箱，23為直流風(fēng)機，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可選配空氣過濾器，連接管25、27、30可選配獨立風(fēng)機或風(fēng)閥。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0021]實施例
[0022]一種基于空氣壓縮循環(huán)的純電動車熱泵空調(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7，車內(nèi)空氣冷卻器11，空氣膨脹機16，傳動連軸器17，排氣口 21，混風(fēng)箱22，直流風(fēng)機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7通過傳動聯(lián)軸器17與空氣膨脹機16進行機械傳動連接，直流風(fēng)機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通過連接管27連通，混風(fēng)箱22通過若干送風(fēng)風(fēng)道和送風(fēng)口 29經(jīng)連接管連通車廂28，同時車廂28與排風(fēng)口 31通過連接管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?入口通過連接管4與三通換向閥3后分別通過連接管2連接車外空氣入口 I，通過連接管32連通車廂28，回?zé)崞?出口通過連接管6連通空氣壓縮機7入口，另一條連接通道上，回?zé)崞?入口通過連接管14與三通換向閥13后分別通過連接管12車內(nèi)空氣冷卻器11連接，通過連接管35與車外空氣冷卻器34