CN113085481A - 空调系统、空调系统的控制方法及车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种空调系统、空调系统的控制方法及车辆，空调系统包括通过管路依次相连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，该系统还包括设置在冷凝器和膨胀阀之间的降压元件，以及设置在压缩机和蒸发器之间的增压元件，以使得冷凝器所在的高压侧的压力增大，蒸发器所在的低压侧的压力减小。在低压侧增设的降压元件起到了降温降压的作用，使流经膨胀阀后的冷媒的温度和压力更低，降低了系统的蒸发温度，增加了蒸发器的换热能力；在高压侧增设的增压元件起到了增温增压的作用，使得进入压缩机前的冷媒不但具有一定的压力，且温度不会过低，提升了压缩机的性能，同时提高了压缩机的排气能力。在不增加压缩机功率的情况下，使空调系统的压缩比增大。
Description
技术领域
本公开涉及车辆空调技术领域，具体地，涉及一种空调系统、空调系统的控制方法及车辆。
背景技术
在现有的热泵空调系统中，经济器通过制冷剂自身节流蒸发吸收热量，导致经济器所在那路的制冷剂不参与室外吸热，造成不必要的浪费。另外，现有的超低温热泵压缩机是通过增加压缩比，提高冷凝温度和降低蒸发温度来实现低温制热的，势必会增加压缩机的功率，导致冬季车辆取暖时耗能过高，尤其是对于新能源汽车来说，能耗过高，会影响整车的续航里程降低。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种空调系统，该空调系统在不增加压缩机功率的情况下，增加空调系统的压缩比，解决现有空调系统能耗过高的问题。
本公开的另一个目的是提供一种空调系统的控制方法，该空调系统为本公开提供的空调系统。
本公开的另一个目的是提供一种车辆，该车辆包括本公开提供的空调系统。
为了实现上述目的，本公开提供一种空调系统，包括通过管路依次相连通的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器和所述膨胀阀之间的降压元件，以及设置在所述压缩机和所述蒸发器之间的增压元件，以使得所述冷凝器所在的高压侧的压力增大，所述蒸发器所在的低压侧的压力减小。
可选地，所述降压元件和所述增压元件配置为使得|p01-p12|＝|p02-p11|，其中，P01为经所述增压元件之前所述高压侧的原始压力，P02为经所述降压元件之前所述低压侧的原始压力，P11为经所述降压元件后所述低压侧的压力，P12为经所述增压元件后所述高压侧的压力。
可选地，所述空调系统还包括气液分离器，所述气液分离器设置在所述压缩机和所述增压元件之间。
可选地，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器和所述降压元件之间的干燥器。
可选地，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器和所述降压元件之间的液位检测元件。
可选地，所述蒸发器的蒸发温度为小于-20℃，所述冷凝器的冷凝温度为25-35℃。
可选地，所述空调系统还包括涡轮增压器，所述涡轮增压器的涡轮构造为所述降压元件，所述涡轮增压器的压气机构造为所述增压元件。
根据本公开的第二个方面，还提供一种空调系统的控制方法，所述空调系统为上述的空调系统，所述控制方法包括：
控制所述降压元件和所述增压元件，以使得通过所述降压元件后低压侧压力的减小值等于通过所述增压元件后高压侧压力的增大值。
可选地，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器和所述降压元件之间的液位检测元件，所述控制方法还包括：
根据所述液位检测元件获取的液位信息，控制所述降压元件和增压元件。
根据本公开的第三个方面，提供一种车辆，所述车辆包括上述的空调系统。
通过上述技术方案，在低压侧增设的降压元件起到了降温降压的作用，使流经膨胀阀后的冷媒的温度和压力更低，降低了系统的蒸发温度，增加了蒸发器的换热能力；在高压侧增设的增压元件起到了增温增压的作用，使得进入压缩机前的冷媒不但具有一定的压力，且温度不会过低，提升了压缩机的性能，同时提高了压缩机的排气能力。另外，在不增加压缩机功率的情况下，使空调系统的高压更高，低压更低，即，空调的压缩比增大。
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
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：
图1是现有技术中空调系统的结构示意图；
图2是本公开示例性实施方式提供的空调系统的示意图；
图3是本公开示例性实施方式提供的空调系统的控制方法的流程图；
图4是本公开示例性实施方式提供的空调系统和现有空调系统的压焓图的对比。
附图标记说明
1 涡轮增压器 11降压元件
12 增压元件 2压缩机
3 冷凝器 4膨胀阀
5 蒸发器 6气液分离器
7 干燥器 8液位检测元件
具体实施方式
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。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上游”“下游”是针对冷媒的流向而定义的。此外，下面的描述在涉及附图时，不同附图中的同一附图标记表示相同或相似的要素。
在现有的空调系统中，如图1所示，其制冷原理为：冷凝器3所在的一侧为高压侧(如图中实线所示)，蒸发器5所在的一侧为低压侧(如图中虚线所示)，制冷剂由压缩机2压缩成高温高压的气态制冷剂，输送至冷凝器3进行冷却，经冷却后变成中温高压的液态制冷剂，再经过膨胀阀4节流降压，变成低温低压的液态制冷剂，输送至蒸发器5进行吸热，蒸发变成低温低压的气态制冷剂，然后再回到压缩机2进行压缩。制热时通过一个四通阀使制冷剂在冷凝器3和蒸发器5的流动方向与在制冷时相反。空调系统通过增加压缩比，即高压与低压的比值，提高冷凝器3的冷凝温度和降低蒸发器5的蒸发温度实现低温制热，但这势必会增加压缩机2的功率，能耗较大，尤其是针对新能源汽车，影响整车的续航里程。
针对上述问题，如图2所示，本公开提供一种空调系统，该空调系统包括通过管路依次相连通的压缩机2、冷凝器3、膨胀阀4和蒸发器5，空调系统还包括设置在冷凝器3和膨胀阀4之间的降压元件11，以及设置在压缩机2和蒸发器5之间的增压元件12，以使得冷凝器3所在的高压侧的压力增大，蒸发器5所在的低压侧的压力减小。这里，高温高压的液态制冷剂对降压元件11做功，将势能转化为机械能，对制冷剂起到降温降压的作用，相反地，增压元件12通过对气态的制冷剂做功，对制冷剂起到增温增压的作用，任何能够实现上述作用的部件均属于本公开的保护范围。
在本公开提供的空调系统中，制冷剂由压缩机2压缩成高温高压的气体进入冷凝器3冷却，冷媒变为次高温次高压的液体进入降压元件11，对降压元件11做功，再次降温降压进入膨胀阀4。经过膨胀阀4降压后，冷媒变为低温低压的液体进入蒸发器5吸热变为低温低压的气体，进入增压元件12，增压元件12对低温低压的气体做功，增温增压后回到压缩机2继续循环。
通过上述技术方案，在低压侧增设的降压元件11起到了降温降压的作用，使流经膨胀阀4后的冷媒的温度和压力更低，降低了系统的蒸发温度，增加了蒸发器5的换热能力；在高压侧增设的增压元件12起到了增温增压的作用，使得进入压缩机2前的冷媒不但具有一定的压力，且温度不会过低，提升了压缩机2的性能，同时提高了压缩机2的排气能力。另外，在不增加压缩机2功率的情况下，使空调系统的高压更高，低压更低，即空调的压缩比增大。
进一步地，降压元件11和增压元件12配置为使得|p01-p12|＝|p02-p11|，其中，P01为经增压元件12之前高压侧的原始压力，P02为经降压元件11之前低压侧的原始压力，P11为经降压元件11后低压侧的压力，P12为经增压元件12后高压侧的压力。即，通过降压元件11后低压侧压力的减小值等于通过增压元件12后高压侧压力的增大值，这样使得在设置降压元件11和增压元件12后，膨胀阀4前后的压差没有变化，不影响膨胀阀4开度，流经膨胀阀4的制冷剂的流量并未减少，但膨胀阀4下游冷媒温度和压力更低，降低了空调系统的蒸发温度。
如图2所示，本公开提供的空调系统还包括气液分离器6，气液分离器6设置在压缩机2和增压元件12之间。气液分离器6设置在增压元件12的下游，低温低压的气态冷媒从增压元件12升温增压后进入气液分离器6，气液分离器6可以将气态冷媒量中的部分液滴分离出来，分离后的气态冷媒进入到压缩机2内继续循环，气液分离器6能够防止该液态冷媒被压缩机2吸入使压缩机2出现液击现象，延长压缩机2的使用寿命，以提高空调系统的稳定性和使用寿命。
参照图2，本公开提供的空调系统还包括设置在冷凝器3和降压元件11之间的干燥器7，例如储液干燥器。冷媒经过冷凝器3冷却变为次高温次高压的液体，液态的冷媒经过干燥器7干燥后再进入在降压元件11内并对降压元件11做功，起到降温降压的作用。降温降压后的冷媒进入设置在降压元件11下游的膨胀阀4，进一步进行降温降压作用。另外，干燥器7能够阻挡空调系统中的杂质，防止空调系统管路发生堵塞而不能正常运行。
参照图2，空调系统还包括设置在冷凝器3和降压元件11之间的液位检测元件8，例如视液镜。液位检测元件8可以设置降压元件11的上游，通过液位检测元件8观察镜观察空调系统中流经冷凝器3后冷媒的液面高度以及流动状况，判断冷媒能否具有对降压元件11的做功能力，方便工作人员对空调系统的故障排查以及对降压元件11进行控制。
本公开提供的空调系统能够提高蒸发器5端的过冷度，同时可以降低膨胀阀4后的压力，进而能够降低系统的蒸发温度，同时冷凝器3所在高压侧的温度和压力也有所升高，能够提高该系统的冷凝温度，具体地，在该空调系统中，蒸发器5的蒸发温度可以小于-20℃，冷凝器3的冷凝温度可以为25-35℃，优选为30℃。使得蒸发器5具有良好的吸取热量的能力，提高制冷效果，冷凝器3具有良好的放热能力，提高制热效果。
本公开提供的空调系统还包括涡轮增压器1，涡轮增压器1的涡轮可以构造为上述的降压元件11，涡轮增压器1的压气机可以构造为上述的增压元件12。在本实施方式中，冷凝器3流出的高温高压的液态冷媒对涡轮做功，起到降温降压的作用，将冷凝器3的余热通过机械能传递到压缩机2的进气口，不但提高膨胀阀4下游的蒸发器5的过冷度，降低了蒸发器5的蒸发温度，进而提高蒸发器5的换热效率。蒸发器5流出的低温低压的气态冷媒进入压气机，压气机对其做功，使得进入压缩机2前的冷媒不但具有一定的压力，且温度不会太低，提升了压缩机2的性能，提高了压缩机2的排气压力。在不增大压缩机2的功率情况下，实现的空调系统能效比的提升。另外，在本公开提供的空调系统中的制冷剂都参与到室外吸热，能够避免造成不必要的浪费。
如图4所示，1-2-3-4-1为图1中现有空调系统的压焓图，1’-1-2-3-3’-4’-1’为本公开提供的空调系统的压焓图，其中，3-3’为冷媒对降压元件11做功的过程，1’-1为增压元件12对冷媒做功的过程。如图中所示，该空调系统的低压减小，相应的压缩比会增大，在不提高压缩机2的功率的前提下，实现的空调系统能效比的提升。
本公开的第二个方面，提供一种空调系统的控制方法，该空调系统为上文介绍的空调系统，参照图3，该控制方法包括：步骤102，控制降压元件11和增压元件12，以使得通过降压元件后低压侧压力的减小值等于通过增压元件后高压侧压力的增大值。步骤S102中，通过控制降压元件11和增压元件12，例如改变涡轮的尺寸和结构，改变压气机的功率，控制低压侧压力的减小值等于高压侧压力的增大值，使得膨胀阀4开度不受影响，避免了膨胀阀4上游与下游的压差减小而导致流经膨胀阀4的冷媒流量的减少。降压元件11对冷媒的降温使得膨胀阀4下游的冷媒温度更低，进而降低了膨胀阀4下游蒸发器5的蒸发温度，增加了蒸发器5的换热能力。蒸发后的气态冷媒经过增压元件12增温增压，使进入压缩机2的冷媒不但具有一定压力，且温度不会过低，故而提升了压缩机2的低性能，和提高了压缩机2的排气压力。
相应地，在本公开提供的空调系统的控制方法中，该控制方法还包括：步骤101，根据液位检测元件8获取的液位信息，控制降压元件11和增压元件12，由冷凝器3中流出的液态冷媒的流量决定了对涡轮的做功能力，因此可以根据检测到的液位的情况，控制压气机的做功程度，在降压元件11和增压元件12未采用涡轮增压器的情况下，可根据液位同步控制降压元件11和增压元件12，使得低压侧压力的减小值等于高压侧压力的增大值，有效地方便工作人员对空调系统的检修与维护并对空调系统中的冷媒及时补充。
本公开的第三个方面，提供一种车辆，该车辆包括上文介绍的空调系统。该车辆具有上述空调系统的所有有益效果这里不再赘述。
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。
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。
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。
Claims (10)
1.一种空调系统，包括通过管路依次相连通的压缩机(2)、冷凝器(3)、膨胀阀(4)和蒸发器(5)，其特征在于，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器(3)和所述膨胀阀(4)之间的降压元件(11)，以及设置在所述压缩机(2)和所述蒸发器(5)之间的增压元件(12)，以使得所述冷凝器(3)所在的高压侧的压力增大，所述蒸发器(5)所在的低压侧的压力减小。
2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述降压元件(11)和所述增压元件(12)配置为使得|p01-p12|＝|p02-p11|，其中，P01为经所述增压元件(12)之前所述高压侧的原始压力，P02为经所述降压元件(11)之前所述低压侧的原始压力，P11为经所述降压元件(11)后所述低压侧的压力，P12为经所述增压元件(12)后所述高压侧的压力。
3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括气液分离器(6)，所述气液分离器(6)设置在所述压缩机(2)和所述增压元件(12)之间。
4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器(3)和所述降压元件(11)之间的干燥器(7)。
5.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器(3)和所述降压元件(11)之间的液位检测元件(8)。
6.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述蒸发器(5)的蒸发温度为小于-20℃，所述冷凝器(3)的冷凝温度为25-35℃。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括涡轮增压器(1)，所述涡轮增压器(1)的涡轮构造为所述降压元件(11)，所述涡轮增压器(1)的压气机构造为所述增压元件(12)。
8.一种空调系统的控制方法，其特征在于，所述空调系统为根据权利要求1-7中任一项所述的空调系统，所述控制方法包括：
控制所述降压元件(11)和所述增压元件(12)，以使得通过所述降压元件(11)后低压侧压力的减小值等于通过所述增压元件(12)后高压侧压力的增大值。
9.根据权利要求8所述的空调系统的控制方法，其特征在于，所述空调系统还包括设置在所述冷凝器(3)和所述降压元件(11)之间的液位检测元件(8)，所述控制方法还包括：
根据所述液位检测元件(8)获取的液位信息，控制所述降压元件(11)和增压元件(12)。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求1-7中任一项所述的空调系统。
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