本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車熱泵，具體為一種補(bǔ)氣增焓熱泵系統(tǒng)及其運(yùn)行方法。

背景技術(shù)：

1、根據(jù)美國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)(sae)研究，采用空調(diào)制冷和ptc(positive?temperaturecoefficient)材料制熱的能源消耗占整車能源消耗的33％。同時(shí)，純電動(dòng)汽車在冬季動(dòng)力電池衰減嚴(yán)重且采用加熱ptc材料采暖情況下滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，其續(xù)航里程將降低近50％。熱泵作為一種高效、節(jié)能環(huán)保的制熱技術(shù)，可在耗費(fèi)少部分電能的同時(shí)將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能。將熱泵技術(shù)用于電動(dòng)汽車冬季制熱取暖，可以有效降低電動(dòng)汽車能耗并增加其續(xù)航里程。但在冬季低溫條件下，室外溫度的降低會(huì)使蒸發(fā)溫度(壓力)也隨之下降，導(dǎo)致制冷劑循環(huán)流量減小，制熱量下降；蒸發(fā)壓力的下降還會(huì)進(jìn)一步造成系統(tǒng)壓縮比增大，排氣溫度升高，降低壓縮機(jī)運(yùn)行的可靠性和安全性，嚴(yán)重阻礙了熱泵系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。

2、補(bǔ)氣增焓技術(shù)可以提高熱泵系統(tǒng)在低環(huán)境溫度工況下的制熱能效表現(xiàn)。補(bǔ)氣增焓技術(shù)的應(yīng)用不僅增大了過冷度和循環(huán)流量，實(shí)現(xiàn)提高制熱能力的目的，在一定程度上拓寬系統(tǒng)低環(huán)境溫度下制熱的運(yùn)行溫度范圍，還通過構(gòu)建準(zhǔn)二級(jí)壓縮系統(tǒng)，減少壓縮機(jī)的功耗，使cop(coefficient?of?performance，性能系數(shù))得到顯著提升。典型補(bǔ)氣增焓熱泵系統(tǒng)主要由一臺(tái)中間補(bǔ)氣式壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、閃蒸罐或過冷器以及多個(gè)節(jié)流部件組成，分為過冷器補(bǔ)氣系統(tǒng)和閃蒸罐補(bǔ)氣系統(tǒng)過冷器補(bǔ)氣系統(tǒng)遵循模塊化獨(dú)立設(shè)計(jì)原則，即蒸發(fā)器中制冷劑的流量和中間補(bǔ)氣流量分別由兩個(gè)節(jié)流閥單獨(dú)控制，便于調(diào)節(jié)，且補(bǔ)氣壓力不會(huì)高于排氣壓力，不會(huì)發(fā)生制冷劑回流，但系統(tǒng)cop會(huì)受過冷器傳熱效率的影響。而閃蒸罐補(bǔ)氣系統(tǒng)雖然可以避免傳熱效率低的問題，但是系統(tǒng)遵循耦合控制原則，即任一節(jié)流閥的調(diào)節(jié)均會(huì)影響蒸發(fā)器中的制冷劑流量和中間補(bǔ)氣量，需要聯(lián)合控制，當(dāng)閃蒸罐內(nèi)壓力低于補(bǔ)氣壓力時(shí)容易產(chǎn)生回流。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種補(bǔ)氣增焓熱泵系統(tǒng)及其運(yùn)行方式，該系統(tǒng)采用帶過冷器的閃蒸罐，將過冷器補(bǔ)氣系統(tǒng)與閃蒸罐補(bǔ)氣系統(tǒng)耦合，使系統(tǒng)能夠在過冷器補(bǔ)氣模式和閃蒸罐補(bǔ)氣模式兩種模式下切換，在保證換熱效率的情況下防止補(bǔ)氣回流。同時(shí)系統(tǒng)將室內(nèi)蒸發(fā)器和室外蒸發(fā)器并聯(lián)相連，使得兩個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)壓力可以單獨(dú)控制，在增加室內(nèi)蒸發(fā)器除濕能力的同時(shí)有效防止其結(jié)霜。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種補(bǔ)氣增焓熱泵系統(tǒng)，由壓縮機(jī)、第一室內(nèi)換熱器、帶過冷器閃蒸罐、第二室內(nèi)換熱器、室外換熱器、氣液分離器、若干節(jié)流閥和若干針閥組成。

4、壓縮機(jī)的出口與第一室內(nèi)換熱器的入口相連，第一室內(nèi)換熱器的出口具有兩條支路，其中，第一支路上設(shè)有第一節(jié)流閥，第一支路與帶過冷器閃蒸罐的罐體入口相連，第二支路與帶過冷器閃蒸罐的過冷器入口相連；帶過冷器閃蒸罐的罐體具有液相出口和氣相出口，其中氣相出口與壓縮機(jī)的補(bǔ)氣入口相連，液相出口通過第二節(jié)流閥與室外換熱器的入口相連；室外換熱器的出口與氣液分離器的入口相連；

5、帶過冷器閃蒸罐的過冷器出口連接有第三節(jié)流閥，第三節(jié)流閥的出口分為兩條支路，其中一條支路與室外換熱器的入口相連，另一條支路連接第二室內(nèi)換熱器的入口，第二室內(nèi)換熱器的出口通過第四節(jié)流閥連接氣液分離器的入口；

6、氣液分離器的出口與壓縮機(jī)的入口相連。

7、優(yōu)選的，所述第二支路上設(shè)置有第一針閥，所述第三節(jié)流閥的出口與室外換熱器的入口之間的管路上設(shè)置有第二針閥，所述氣相出口與壓縮機(jī)的入口之間的管路上設(shè)置有第三針閥。

8、所述補(bǔ)氣增焓熱泵系統(tǒng)的工作模式包括閃蒸罐補(bǔ)氣加熱模式、過冷器補(bǔ)氣加熱模式、并聯(lián)除濕加熱模式。其中閃蒸罐補(bǔ)氣加熱模式用于閃蒸罐內(nèi)壓力高于補(bǔ)氣壓力的情況下，此時(shí)閃蒸罐作為關(guān)鍵部件擁有優(yōu)良的換熱效率，有助于降低蒸發(fā)器入口的焓值，提高系統(tǒng)制熱cop。當(dāng)室外溫度降低時(shí)，系統(tǒng)蒸發(fā)壓力和閃蒸罐內(nèi)的壓力降低，容易出現(xiàn)補(bǔ)氣壓力高于閃蒸罐內(nèi)壓力的情況，造成補(bǔ)氣回流。過冷器補(bǔ)氣加熱模式用于出現(xiàn)補(bǔ)氣回流的情況，此時(shí)蒸發(fā)器中制冷劑的流量和中間補(bǔ)氣流量分別由兩個(gè)節(jié)流閥單獨(dú)控制，可保證補(bǔ)氣壓力不會(huì)高于排氣壓力，避免補(bǔ)氣回流問題，同時(shí)中間補(bǔ)氣降低壓縮機(jī)的排氣溫度，使壓縮過程更接近等熵過程，降低壓縮機(jī)的功耗。并聯(lián)除濕加熱模式，用于室內(nèi)空氣濕度較高情況下，在并聯(lián)除濕加熱模式下，室內(nèi)蒸發(fā)器和室外蒸發(fā)器并聯(lián)運(yùn)行，可以自由控制室外和室內(nèi)蒸發(fā)器的蒸發(fā)壓力，有效避免蒸發(fā)器結(jié)霜問題。

9、上述的閃蒸罐補(bǔ)氣加熱模式中，制冷劑流經(jīng)的部件包括壓縮機(jī)、第一室內(nèi)換熱器、第一節(jié)流閥、帶過冷器閃蒸罐、第二節(jié)流閥、室外換熱器、氣液分離器，此時(shí)第三節(jié)流閥、第四節(jié)流閥、第一針閥、第二針閥關(guān)閉，其余節(jié)流閥和針閥保持開啟，。高溫制冷劑從壓縮機(jī)出口先進(jìn)入第一室內(nèi)換熱器，此時(shí)第一室內(nèi)換熱器作為冷凝器用于制冷劑加熱空氣，之后制冷劑經(jīng)過第一節(jié)流閥膨脹降壓后進(jìn)入帶過冷器閃蒸罐的罐體內(nèi)。閃蒸后的氣體制冷劑通過補(bǔ)氣支路進(jìn)入壓縮機(jī)，液體制冷劑經(jīng)過第二節(jié)流閥再次膨脹后進(jìn)入室外換熱器，此時(shí)室外換熱器作為蒸發(fā)器從空氣中吸收熱量加熱制冷劑。蒸發(fā)后的制冷劑經(jīng)過氣液分離器分離，其中氣體制冷劑輸入壓縮機(jī)完成循環(huán)。

10、上述的過冷器補(bǔ)氣加熱模式中，制冷劑流經(jīng)的部件包括壓縮機(jī)、第一室內(nèi)換熱器、第一節(jié)流閥、帶過冷器閃蒸罐、第三節(jié)流閥、室外換熱器、氣液分離器，此時(shí)第二節(jié)流閥和第四節(jié)流閥關(guān)閉，其余節(jié)流閥和針閥保持開啟。高溫制冷劑從壓縮機(jī)出口先進(jìn)入第一室內(nèi)換熱器加熱空氣，之后降溫后的制冷劑分別進(jìn)入兩條支路，一條通過第一節(jié)流閥進(jìn)入帶過冷器閃蒸罐的罐體，另一條直接進(jìn)入帶過冷器閃蒸罐的過冷器內(nèi)部。通過控制第一針閥的開度調(diào)節(jié)過冷器中制冷劑的流量，保證閃蒸罐罐體內(nèi)的制冷劑全部氣化，此時(shí)罐體中的低壓制冷劑從過冷器中的高壓制冷劑吸收熱量并蒸發(fā)為氣體再通過補(bǔ)氣支路進(jìn)入壓縮機(jī)，過冷器中的制冷劑被冷卻后經(jīng)過第三節(jié)流閥膨脹后進(jìn)入室外蒸發(fā)器從空氣中吸收蒸發(fā)。蒸發(fā)后的制冷劑經(jīng)過氣液分離器分離，其中氣體制冷劑輸入壓縮機(jī)完成循環(huán)。

11、上述的并聯(lián)除濕加熱模式中，制冷劑流經(jīng)的部件包括壓縮機(jī)、第一室內(nèi)換熱器、第一節(jié)流閥、帶過冷器閃蒸罐、第二節(jié)流閥、第三節(jié)流閥、第二室內(nèi)換熱器、第四節(jié)流閥、室外換熱器、氣液分離器。此時(shí)第二針閥關(guān)閉，其余節(jié)流閥和針閥保持開啟。高溫制冷劑從壓縮機(jī)出口先進(jìn)入第一室內(nèi)換熱器加熱空氣，之后降溫后的制冷劑分別進(jìn)入兩條支路，一條通過第一節(jié)流閥進(jìn)入帶過冷器閃蒸罐的罐體，另一條直接進(jìn)入帶過冷器閃蒸罐的過冷器內(nèi)部。通過控制第一針閥的開度調(diào)節(jié)過冷器中制冷劑的流量，使在閃蒸罐體內(nèi)的制冷劑吸收熱量后分為氣體制冷劑和液體制冷劑，其中氣體制冷劑經(jīng)過補(bǔ)氣支路進(jìn)入壓縮機(jī)，液體制冷劑經(jīng)過第二節(jié)流閥后進(jìn)入室外換熱器蒸發(fā)，然后進(jìn)入氣液分離器分離。過冷器內(nèi)的制冷劑在冷卻后經(jīng)過第三節(jié)流閥膨脹，進(jìn)入第二室內(nèi)換熱器，此時(shí)第二室內(nèi)換熱器作為蒸發(fā)器用于冷卻空氣使空氣中的水蒸氣冷凝。從第二室內(nèi)換熱器出來的制冷劑接著通過第四節(jié)流閥進(jìn)入氣液分離器分離，分離出的氣體進(jìn)入壓縮機(jī)完成循環(huán)。

12、本發(fā)明的有益效果是：在環(huán)境溫度較低時(shí)，閃蒸罐補(bǔ)氣加熱模式以閃蒸罐為關(guān)鍵部件，具有較強(qiáng)的換熱效率，能降低蒸發(fā)器入口處的制冷劑焓值，增加制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)的吸熱量，同時(shí)增設(shè)補(bǔ)氣支路，提高冷凝器中的制冷劑流量。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，閃蒸罐和補(bǔ)氣支路容易出現(xiàn)補(bǔ)氣回流問題，此時(shí)將加熱模式切換至過冷器補(bǔ)氣加熱模式，能保證系統(tǒng)在更低環(huán)境溫度下的制熱性能。在上述的并聯(lián)除濕加熱模式中，第二室內(nèi)換熱器和室外換熱器處于并聯(lián)狀態(tài)，其中的壓力可以獨(dú)立控制，避免了第二室內(nèi)換熱器中制冷劑蒸發(fā)壓力過低而造成的結(jié)霜問題；此外，進(jìn)入第二室內(nèi)換熱器的制冷劑在節(jié)流之前經(jīng)過過冷器過冷，這樣增加了第二室內(nèi)換熱器進(jìn)出口制冷劑的焓差，增強(qiáng)了除濕效果。