CN113883747B - 冷媒换热装置及间接式热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷媒换热装置及间接式热泵系统，其中，冷媒换热装置包括装置本体、第一连通腔、第二连通腔和第一阀芯，装置本体内设有冷水单元和热水单元，冷水单元包括第一腔室和第二腔室，热水单元包括第三腔室和第四腔室，第一腔室和第三腔室上均设有第一进水口，第二腔室和第四腔室上均第一出水口，装置本体上设置有第二出水口和第二进水口，第一连通腔连通第一腔室和第三腔室，第二出水口与第一连通腔连通，第二连通腔连通第二腔室和第四腔室，第二进水口与第二连通腔连通，第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室内均设置有第一阀芯，第一阀芯能分别第一连通腔和第二连通腔通断。此装置能够简化冷媒管路，管路接线简单，占用空间小。

Description

冷媒换热装置及间接式热泵系统

技术领域

本发明涉及热泵空调技术领域，尤其涉及一种冷媒换热装置及间接式热泵系统。

背景技术

新能源汽车空调系统主要是利用电力作为能源消耗，但是由于新能源汽车的电容量是固定的，不能利用发动机的余热进行有效供暖，空调系统的能源消耗，会对新能源的续航能力造成影响，迫使新能源汽车的空调系统技术需要更加趋近于节能和高效能源利用。

目前汽车的热泵空调大多采用直接式热泵系统，此直接式热泵系统是利用乘客舱空调箱内的蒸发器冷却乘客舱、空调箱内的冷凝器为乘客舱采暖，加上用于电池包冷却的chiller板式换热器，冷媒侧连成一个多换热器系统。但直接式热泵系统存在以下几个缺陷：

1、换热器数量多，导致冷媒回路多、冷媒管路复杂、管路尺寸长、冷媒回路的电磁截止阀和节流阀数量多；

2、控制阀与元器件需要连接管路，导致接头过多，管路连接复杂容易增加冷媒的泄露风险；

3、整个系统的连接管路的占用空间很多，不利于整车的热泵系统布置，且影响整车的生产效率。

发明内容

本发明实施例的一个目的在于：提供一种冷媒换热装置，其结构简单，能够简化冷媒管路，且管路接线简单，能够减少使用控制阀的数量，降低成本。

本发明实施例的另一个目的在于：提供一种间接式热泵系统，其结构简单，管路占用空间小，便于布置。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，提供一种冷媒换热装置，包括装置本体、第一连通腔、第二连通腔和第一阀芯，所述装置本体内设有冷水单元和热水单元，所述冷水单元包括第一腔室和第二腔室，所述热水单元包括第三腔室和第四腔室，所述第一腔室和所述第三腔室上均设有第一进水口，所述第二腔室和所述第四腔室上均第一出水口，所述第一进水口和所述第一出水口与换热器连接，所述装置本体上还设置有用于连接负载的第二出水口和第二进水口，所述第一连通腔连通所述第一腔室和所述第三腔室，所述第二出水口与所述第一连通腔连通，所述第二连通腔连通所述第二腔室和所述第四腔室，所述第二进水口与所述第二连通腔连通，所述第一腔室、所述第二腔室、所述第三腔室和所述第四腔室内均设置有所述第一阀芯，所述第一阀芯能分别控制所述第一连通腔和所述第二连通腔通断。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述装置本体上设置第二阀芯，所述第二阀芯能控制所述第一进水口和所述第一出水口通断。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述装置本体上设有安装腔，所述安装腔内设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所述第一通孔与所述第一腔室连通，所述第二通孔通过所述连通腔与所述第一腔室连通，所述第三通孔与所述第二腔室连通，所述第四通孔通过所述连通腔与所述第二腔室连通，所述第二阀芯设置在所述安装腔内，转动所述第二阀芯能够使所述第一通孔与所述第四通孔连通或所述第二通孔与所述第四通孔连通。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述第一连通腔和所述第二连通腔均设置有多个。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述盖板上对应所述第一阀芯间隔设有多个第一通孔，所述盖板远离所述开口的一侧设有第一驱动件，多个所述第一阀芯穿过所述第一通孔与所述第一驱动件连接。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述装置本体沿第一方向设有开口，所述第一腔室、所述第二腔室、所述第三腔室和所述第四腔室均与所述开口连通，所述开口上均设有盖板组件，所述盖板组件与所述装置本体可拆卸连接以封堵所述开口。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述盖板组件包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板上对应所述第一阀芯设有多个第五通孔，多个所述第一阀芯穿过所述第五通孔与所述第一驱动件连接。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述第一盖板和所述第二盖板之间具有封闭的容纳腔，所述第二盖板设有第六通孔，所述第一驱动件包括齿轮组件和电机，所述齿轮组件安装在所述容纳腔内，所述电机安装在所述第二盖板远离所述第一盖板一侧，所述电机与所述齿轮组件连接。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述第一腔室、所述第二腔室、所述第三腔室和所述第四腔室内均沿自身长度方向设有两个所述第一阀芯，同一腔室内的两个所述第一阀芯通过支撑件连接，所述装置本体上设有两个所述第一驱动件，两个所述第一驱动件分别设置在所述装置本体上的相对两侧，一个所述第一驱动件驱使同一侧的四个所述第一阀芯转动。

作为所述一种冷媒换热装置的一种优选方案，所述第一连通腔通过两个第一通孔分别与所述第一腔室和所述第三腔室连通，所述第二连通腔通过两个所述第七通孔分别与所述第二腔室和所述第四腔室连通；

四个腔室内均在所述第七通孔的位置设置有平面的安装面，所述安装面上可拆卸设置有安装板，所述安装板具有与所述安装面抵接的抵紧平面和与所述第一阀芯配合的配合弧面，所述抵紧平面与所述安装面之间设置有密封圈，所述安装板上对应所述第七通孔开设避让孔，所述避让孔连通所述抵紧平面和所述配合弧面。

第二方面，提供一种间接式热泵系统，包括如上所述的冷媒换热装置。

本发明实施例的有益效果为：设置第一连通腔连通第一腔室和第三腔室，第二出水口与第一连通腔连通，第二连通腔连通第二腔室和第四腔室，第二进水口与第二连通腔连通，第一阀芯通过控制分别第一连通腔和第二连通腔的通断，能够控制只有低温冷媒或高温冷媒流出第二出水口，或两种冷媒同时流出，中和后流出第二进水口，将冷水单元和热水单元集成在一起，能够实现三种模式换热，简化了冷媒管路，管路接线简单，减少了管路控制阀的使用；当两种冷媒同时流出时，第一阀芯转动还能够控制不同冷媒的流量，从而调节流经负载的冷媒的温度，满足不同负载的换热需求，从而提高负载的性能，降低功耗。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例的冷媒换热装置的结构示意图。

图2为本发明实施例的冷媒换热装置的装配分解图。

图3为本发明实施例的冷媒换热装置的第一局部剖视图。

图4为本发明实施例的冷媒换热装置的第二局部剖视图。

图5为本发明实施例的冷媒换热装置的第三局部剖视图。

图6为本发明实施例的冷媒换热装置的第四局部剖视图。

图7为本发明实施例的装置本体的第一视角结构示意图。

图8为本发明实施例的装置本体的第二视角结构示意图。

图9为本发明实施例的装置本体的第三视角结构示意图。

图10为本发明实施例的密封件与安装板组装后的结构示意图。

图11为本发明实施例的冷媒换热装置的工作原理图。

图中：

1、装置本体；101、第一腔室；102、第二腔室；103、第三腔室；104、第四腔室；105、第一进水口；106、第一出水口；107、第二出水口；108、第二进水口；109、第一连通腔；110、第二连通腔；111、安装腔；112、第一通孔；113、第二通孔；114、第三通孔；115、第四通孔；116、第七通孔；117、第一换热器；118、第二换热器；119、负载；2、第一阀芯；21、流道；3、第二阀芯；4、盖板组件；41、第一盖板；411、第五通孔；42、第二盖板；421、第六通孔；5、第一驱动件；51、齿轮组件；52、电机；6、支撑件；7、安装板；71、抵紧平面；72、配合弧面；73、避让孔；8、密封圈；9、第二驱动件。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1至图10所示，本发明实施例的冷媒换热装置包括装置本体1、第一连通腔109、第二连通腔110和第一阀芯2，装置本体1内设有冷水单元和热水单元，冷水单元包括第一腔室101和第二腔室102，热水单元包括第三腔室103和第四腔室104，第一腔室101和第三腔室103上均设有第一进水口105，第二腔室102和第四腔室104上均第一出水口106，第一进水口105和第一出水口106与换热器连接，装置本体1上还设置有用于连接负载119的第二出水口107和第二进水口108，第一连通腔109连通第一腔室101和第三腔室103，第二出水口107与第一连通腔109连通，第二连通腔110连通第二腔室102和第四腔室104，第二进水口108与第二连通腔110连通，第一腔室101、第二腔室102、第三腔室103和第四腔室104内均设置有第一阀芯2，第一阀芯2能分别控制第一连通腔109和第二连通腔110通断。设置第一连通腔109连通第一腔室101和第三腔室103，第二出水口107与第一连通腔109连通，第二连通腔110连通第二腔室102和第四腔室104，第二进水口108与第二连通腔110连通，第一阀芯2通过控制分别第一连通腔109和第二连通腔110的通断，能够控制只有低温冷媒或高温冷媒流出第二出水口107，或两种冷媒同时流出，混合后流出第二进水口108，将冷水单元和热水单元集成在一起，能够实现三种模式换热，简化了冷媒管路，管路接线简单，减少接错线的情况，同时减少冷媒管路的控制阀的使用，降低成本，且能够减少热泵系统的占用空间；当两种冷媒同时流出时，第一阀芯2转动还能够控制不同冷媒的流量，从而调节流经负载119的冷媒的温度，满足不同负载119的换热需求，从而提高负载119的性能，降低功耗。

具体地，第一阀芯2上设有多个不同的流道21，选择性转动第一阀芯2，能够驱动不同的流道21能够连通第一进水口105与一个第二出水口107、连通第一出水口106与第二进水口108。

转动不同的第一阀芯2使不同的流道21与不同的第二出水口107或不同的第二进水口108连通，冷媒只能通过连通的第二进水口108和第二出水口107对负载119进行换热，从而控制只对需要换热的负载119进行换热。

在本实施例中，装置本体1上设置第二阀芯3，第二阀芯3能控制第一进水口105和第一出水口106通断。转动第二阀芯3能够使冷媒直接从冷水单元的第一进水口105经过换热器流向冷水单元的第二出水口107或从热水单元的第一进水口105经过换热器流向热水单元的第二出水口107，进行制热或制冷，不需要通过第二出水口107和第二进水口108进行换热，提高换热效率。

具体地，装置本体1上设有安装腔111，安装腔111内设有第一通孔112、第二通孔113、第三通孔114和第四通孔115，第一通孔112与第一腔室101连通，第二通孔113通过第一连通腔109与第一腔室101连通，第三通孔114与第二腔室102连通，第四通孔115通过第二连通腔110与第二腔室102连通，第二阀芯3设置在安装腔111内，转动第二阀芯3能够使第一通孔112与第四通孔115连通或第二通孔113与第四通孔115连通。当第二阀芯3连通第一通孔112与第四通孔115，冷媒能够从第一进水口105通过第一通孔112流向第四通孔115，进入第二连通腔110从第一出水口106流出；当第二阀芯3连通第二通孔113与第三通孔114，冷媒能够从第一进水口105流入第二连通腔110后通过第二通孔113流向第三通孔114，从第一出水口106流出。

具体地，第二阀芯3上设有第二驱动件9，第二驱动件9能够驱使第二阀芯3转动。第二阀芯3为圆柱阀芯，不需要制冷或制热时，能够转动第二阀芯3使第二阀芯3上的接口与第一进水口105和第一出水口106不连通即可。

在本实施例中，第一连通腔109和第二连通腔110均设置有多个。每个第一连通腔109与至少一个第二出水口107连通，每个第二连通腔110与至少一个第二进水口108连通。设有多个第一连通腔109和第二连通腔110能够连接更多的负载119，同时为多个负载119进行换热。

在本实施例中，装置本体1沿第一方向(长度方向)设有开口，第一腔室101、第二腔室102、第三腔室103和第四腔室104均与开口连通，开口上均设有盖板组件4，盖板组件4与装置本体1可拆卸连接以封堵开口。通过设有盖板组件4与装置本体1可拆卸连接，便于安装第一阀芯2，且盖板组件4能够保证装置本体1的密封性。

具体地，盖板组件4包括第一盖板41和第二盖板42，第一盖板41上对应第一阀芯2设有多个第五通孔411，多个第一阀芯2穿过第五通孔411与第一驱动件5连接。设置第一驱动件5用于驱动第一阀芯2转动，从而控制第二出水口107和第二进水口108的开关，也能够控制第一阀芯2的转动角度，从而控制第一阀芯2上的流道21与第二出水口107或第二进水口108的连通处的冷媒流通速度，当低温冷媒和高温冷媒的同时与第二出水口107连通时，能够控制低温冷媒和高温冷媒的流量，不同流量的低温冷媒和高温冷媒中和能够调节流出第二出水口107的冷媒温度，满足不同负载119的换热温度，提高负载119的性能。

具体地，第一盖板41和第二盖板42之间具有封闭的容纳腔，第二盖板42设有第六通孔421，第一驱动件5包括齿轮组件51和电机52，齿轮组件51安装在容纳腔内，电机52安装在第二盖板42远离第一盖板41的一侧，电机52与齿轮组件51连接。一个第一阀芯2与一个从动齿轮连接，电机52与一个主动齿轮连接，从动齿轮与主动齿轮啮合，当电机52驱动主动齿轮转动能够带动从动齿轮一起转动。

在本实施例中，第一腔室101、第二腔室102、第三腔室103和第四腔室104内均沿自身长度方向设有两个第一阀芯2，同一腔室内的两个第一阀芯2通过支撑件6连接，装置本体1上设有两个第一驱动件5，两个第一驱动件5分别设置在装置本体1上的相对两侧，一个第一驱动件5驱使同一侧的四个第一阀芯2转动。通过设置支撑件6，能够支撑同一腔室内的两个第一阀芯2，使第一阀芯2的转动中心与第一驱动件5的转动中心始终处于同一直线上，保证第一阀芯2能够转动顺畅，同时避免第一阀芯2偏移，从而导致冷媒能够从其他第二出水口107和第二进水口108流出，第一阀芯2失去控制作用。设置两个第一驱动件5分别驱动两侧的第一阀芯2，转动不同的第一阀芯2，使不同的第一阀芯2的流道21与第二出水口107或第二进水口108连通的组合更多，便于控制第一阀芯2对不同的负载119进行换热。

在本实施例中，第一连通腔109通过两个第七通孔116分别与第一腔室101和第三腔室103连通，第二连通腔110通过两个第七通孔116分别与第二腔室102和第四腔室104连通，四个腔室内均在第七通孔116的位置设置有平面的安装面，安装面上可拆卸设置有安装板7，安装板7具有与安装面抵接的抵紧平面71和与第一阀芯2配合的配合弧面72，抵紧平面71与安装面之间设置有密封圈8，安装板7上对应第七通孔116开设避让孔73，避让孔73连通抵紧平面71和配合弧面72。由于第一阀芯2和四个腔室的侧壁为圆弧状，设置安装板7能够便于安装密封圈8，安装板7的抵紧平面71抵接在安装面上，冷媒只能通过第一阀芯2上的流道21从避让孔73和第七通孔116流出第一连通腔109和第二连通腔110，设置安装板7和密封圈8能够保证每个第一连通腔109和每个第二连通腔110之间相互隔离。

如图11所示，上述冷媒换热装置的工作原理为：当元器件需要制冷时，冷媒经过第一换热器117经过第一进水口105进入第一腔室101内，再通过第一连通腔109和第二出水口107流入负载119，再从负载119流向第二进水口108和第二连通腔110，进入第二腔室102内，再从第一出水口106回到第一换热器117。

当元器件需要加温时，冷媒经过第二换热器118经过第一进水口105进入第三腔室103内，再通过第一连通腔109和第二出水口107流入负载119，再从负载119流向第二进水口108和第二连通腔110，进入第四腔室104内，再从第一出水口106回到第二换热器118。

当两种冷媒同时流出时，冷媒经过第一换热器117经过第一进水口105进入第一腔室101内，同时冷媒经过第二换热器118经过第一进水口105进入第三腔室103内，两种冷媒混合后再通过第一连通腔109和第二出水口107流入负载119，再从负载119流向第二进水口108和第二连通腔110，进入第四腔室104内，再分别从第一出水口106回到第一换热器117和第二换热器118。

本发明实施例还公开一种间接式热泵系统，其包括如上述任意实施例的冷媒换热装置，能够简化热泵系统的管路，减少热泵系统的占用空间，便于热泵系统安装到整车上。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”等的描述意指结合该实施例的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种冷媒换热装置，其特征在于，包括：

装置本体，所述装置本体内设有冷水单元和热水单元，所述冷水单元包括第一腔室和第二腔室，所述热水单元包括第三腔室和第四腔室，所述第一腔室和所述第三腔室上均设有第一进水口，所述第二腔室和所述第四腔室上均第一出水口，所述第一进水口和所述第一出水口与换热器连接；所述装置本体上还设置有用于连接负载的第二出水口和第二进水口；

第一连通腔，所述第一连通腔连通所述第一腔室和所述第三腔室，所述第二出水口与所述第一连通腔连通；

第二连通腔，所述第二连通腔连通所述第二腔室和所述第四腔室，所述第二进水口与所述第二连通腔连通；

第一阀芯，所述第一腔室、所述第二腔室、所述第三腔室和所述第四腔室内均设置有所述第一阀芯，所述第一阀芯能分别控制所述第一连通腔和所述第二连通腔通断；

所述装置本体上设置第二阀芯，所述第二阀芯能控制所述第一进水口和所述第一出水口通断；

所述装置本体上设有安装腔，所述安装腔内设有第一通孔、第二通孔、第三通孔和第四通孔，所述第一通孔与所述第一腔室连通，所述第二通孔通过所述第一连通腔与所述第一腔室连通，所述第三通孔与所述第二腔室连通，所述第四通孔通过所述第二连通腔与所述第二腔室连通，所述第二阀芯设置在所述安装腔内，转动所述第二阀芯能够使所述第一通孔与所述第四通孔连通或所述第二通孔与所述第三通孔连通；

所述第一连通腔通过两个第七通孔分别与所述第一腔室和所述第三腔室连通，所述第二连通腔通过两个所述第七通孔分别与所述第二腔室和所述第四腔室连通；

四个腔室内均在所述第七通孔的位置设置有平面的安装面，所述安装面上可拆卸设置有安装板，所述安装板具有与所述安装面抵接的抵紧平面和与所述第一阀芯配合的配合弧面，所述抵紧平面与所述安装面之间设置有密封圈，所述安装板上对应所述第七通孔开设避让孔，所述避让孔连通所述抵紧平面和所述配合弧面。

2.根据权利要求1所述冷媒换热装置，其特征在于，所述第一连通腔和所述第二连通腔均设置有多个。

3.根据权利要求1所述冷媒换热装置，其特征在于，所述装置本体沿第一方向设有开口，所述第一腔室、所述第二腔室、所述第三腔室和所述第四腔室均与所述开口连通，所述开口上均设有盖板组件，所述盖板组件与所述装置本体可拆卸连接以封堵所述开口。

4.根据权利要求3所述冷媒换热装置，其特征在于，所述盖板组件包括第一盖板和第二盖板，所述第一盖板上对应所述第一阀芯设有多个第五通孔，多个所述第一阀芯穿过所述第五通孔与第一驱动件连接。

5.根据权利要求4所述冷媒换热装置，其特征在于，所述第一盖板和所述第二盖板之间具有封闭的容纳腔，所述第二盖板设有第六通孔，所述第一驱动件包括齿轮组件和电机，所述齿轮组件安装在所述容纳腔内，所述电机安装在所述第二盖板远离所述第一盖板的一侧，所述电机与所述齿轮组件传动连接。

6.根据权利要求5所述冷媒换热装置，其特征在于，所述第一腔室、所述第二腔室、所述第三腔室和所述第四腔室内均沿自身长度方向设有两个所述第一阀芯，同一腔室内的两个所述第一阀芯通过支撑件连接，所述装置本体上设有两个所述第一驱动件，两个所述第一驱动件分别设置在所述装置本体上的相对两侧，一个所述第一驱动件驱使同一侧的四个所述第一阀芯转动。

7.一种间接式热泵系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的冷媒换热装置。

Images