本發明涉及空調技術領域，具體而言，涉及一種CO₂熱泵空調系統及其控制方法。

背景技術：

由于CO₂具有無毒，對臭氧層無破壞，不會產生溫室效應，以及具有良好的熱力學性質等優點，把CO₂作為制冷劑具再次受到制冷行業的重視。但是，傳統的以CO₂作為制冷劑的空調系統，CO₂利用率低，制冷效果差。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種CO₂熱泵空調系統及其控制方法，所述CO₂熱泵空調系統能夠提高空調系統制冷劑的利用率以及制冷效果。

第一方面，本發明實施例提供了一種CO₂熱泵空調系統，所述空調系統包括通過管道依次連通的CO₂電動壓縮機、車外換熱器、四通換向帶回熱器的氣液分離器、第一電子膨脹閥以及CO₂蒸發器。所述四通換向帶回熱器的氣液分離器還與所述CO₂蒸發器以及所述CO₂電動壓縮機連通。所述CO₂電動壓縮機用于將CO₂轉換成高溫高壓的氣態冷媒；所述車外換熱器用于對所述氣態冷媒進行換熱處理，以使所述氣態冷媒冷卻；所述四通換向帶回熱器的氣液分離器用于將冷卻后的氣態冷媒進行回熱，以使所述回熱后的氣態冷媒再次冷卻；所述第一電子膨脹閥用于將所述再次冷卻的氣態冷媒節流降壓，形成低溫低壓的冷媒；所述CO₂蒸發器用于通過所述低溫低壓的冷媒吸熱；所述四通換向帶回熱器的氣液分離器還用于將吸熱后的低溫低壓的冷媒進行氣液分離，將分離后得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機。通過上述CO₂熱泵空調系統，可以提高空調系統CO₂制冷劑的利用率以及制冷效果。

在本發明較佳的實施例中，所述CO₂熱泵空調系統還包括水冷氣冷器和第一截止閥，所述水冷氣冷器的輸入端與所述CO₂電動壓縮機的輸出端連通，所述水冷氣冷器的輸出端與所述第一截止閥的一端連通，所述第一截止閥的另一端與所述車外換熱器的輸入端連通；所述水冷氣冷器與所述第一截止閥用于充當所述氣態冷媒的流通通道。

在本發明較佳的實施例中，所述CO₂熱泵空調系統還包括控制器、第二截止閥以及第二電子膨脹閥，所述第二截止閥一端與所述水冷氣冷器的輸出端連通，另一端與所述四通換向帶回熱器的氣液分離器連通，所述第二電子膨脹閥一端與所述四通換向帶回熱器的氣液分離器連通，另一端與所述車外換熱器連通，所述控制器分別與所述水冷氣冷器、第一截止閥、第一電子膨脹閥、第二截止閥以及第二電子膨脹閥電連接；所述控制器用于控制所述水冷氣冷器、第一截止閥、第一電子膨脹閥、第二截止閥以及第二電子膨脹閥的工作狀態；所述水冷氣冷器用于將所述CO₂電動壓縮機產生的高溫高壓的氣態冷媒進行熱交換；所述四通換向帶回熱器的氣液分離器用于將所述氣態冷媒進行回熱，以使所述氣態冷媒再次冷卻；所述第二電子膨脹閥用于將所述氣態冷媒節流降壓，形成低溫低壓的冷媒，并使所述低溫低壓的冷媒進入所述車外換熱器進行換熱；所述四通換向帶回熱器的氣液分離器還用于將吸熱后的低溫低壓的冷媒進行氣液分離，以使所述吸熱后的低溫低壓的冷媒回到所述CO₂電動壓縮機。

在本發明較佳的實施例中，所述CO₂熱泵空調系統還包括暖風加熱器；所述水冷氣冷器與所述暖風加熱器連通形成水路加熱循環。

在本發明較佳的實施例中，所述CO₂熱泵空調系統還包括電子水泵，所述電子水泵一端與所述水冷氣冷器連通，另一端與所述暖風加熱器連通。

在本發明較佳的實施例中，所述水冷氣冷器采用板式結構。

在本發明較佳的實施例中，所述車外換熱器上安裝有溫度傳感器。

在本發明較佳的實施例中，所述車外換熱器采用扁管豎直放置結構。

在本發明較佳的實施例中，所述CO₂電動壓縮機是滑片式電動壓縮機。

第二方面，本發明實施例提供了一種控制方法，所述控制方法應用于CO₂熱泵空調系統，所述CO₂熱泵空調系統包括通過管道依次連通的CO₂電動壓縮機、車外換熱器、四通換向帶回熱器的氣液分離器、第一電子膨脹閥以及CO₂蒸發器，所述四通換向帶回熱器的氣液分離器還與所述CO₂蒸發器以及所述CO₂電動壓縮機連通；所述方法包括：所述CO₂電動壓縮機將CO₂轉換成高溫高壓的氣態冷媒；所述車外換熱器對所述氣態冷媒進行換熱處理，以使所述氣態冷媒冷卻；所述四通換向帶回熱器的氣液分離器將冷卻后的氣態冷媒進行回熱，以使所述回熱后的氣態冷媒再次冷卻；所述第一電子膨脹閥將所述再次冷卻的氣態冷媒節流降壓，形成低溫低壓的冷媒；所述CO₂蒸發器通過所述低溫低壓的冷媒吸熱；所述四通換向帶回熱器的氣液分離器將吸熱后的低溫低壓的冷媒進行氣液分離，將分離后得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機。

本發明實施例的有益效果是：本發明提供了一種CO₂熱泵空調系統及其控制方法，該CO₂熱泵空調系統可以通過所述四通換向帶回熱器的氣液分離器，實現了對CO₂制冷劑進行回熱，給制冷劑提供了過冷度，提高了CO₂作為制冷劑的利用率的同時，也增強了該CO₂熱泵空調系統的制冷效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明第一實施例提供的一種CO₂熱泵空調系統的結構框圖；

圖2為本發明第一實施例提供的另一種CO₂熱泵空調系統的結構框圖；

圖3為本發明第一實施例提供的另一種CO₂熱泵空調系統的結構框圖；

圖4為本發明第一實施例提供的另一種CO₂熱泵空調系統的結構框圖；

圖5為本發明第二實施例提供的控制方法的流程圖。

圖標：100-CO₂熱泵空調系統；110-CO₂電動壓縮機；120-車外換熱器；130-四通換向帶回熱器的氣液分離器；140-第一電子膨脹閥；150-CO₂蒸發器；160-水冷氣冷器；170-第一截止閥；180-第二截止閥；190-第二電子膨脹閥；200-暖風加熱器；210-電子水泵。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”等僅用于區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“設置”、“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

第一實施例

請參照圖1，本發明第一實施例提供了一種CO₂熱泵空調系統100，其包括通過管道依次連通的CO₂電動壓縮機110、車外換熱器120、四通換向帶回熱器的氣液分離器130、第一電子膨脹閥140以及CO₂蒸發器150。其中，所述四通換向帶回熱器的氣液分離器130還與所述CO₂蒸發器150以及所述CO₂電動壓縮機110連通。

所述CO₂電動壓縮機110設有用于存儲CO₂制冷劑的存儲裝置，所述CO₂電動壓縮機110用于將存儲裝置內的CO₂轉換成高溫高壓的氣態冷媒。其中，CO₂電動壓縮機110可以是滑片式電動壓縮機、螺桿式壓縮機、渦旋式壓縮機、滾動轉子式壓縮機等。

所述車外換熱器120用于將所述高溫高壓的氣態冷媒進行換熱處理，以使所述氣態冷媒冷卻。

請參看圖2，作為一種實施方式，所述CO₂熱泵空調系統100還包括水冷氣冷器160和第一截止閥170，所述水冷氣冷器160的輸入端與所述CO₂電動壓縮機110的輸出端連通，所述水冷氣冷器160的輸出端與所述第一截止閥170的一端連通，所述第一截止閥170的另一端與所述車外換熱器120的輸入端連通。所述水冷氣冷器160與所述第一截止閥170用于充當所述氣態冷媒的流通通道，以使所述高溫高壓的氣態冷媒在流經所述車外換熱器120的過程中得到冷卻。

經過車外換熱器120進行換熱處理冷卻后的氣態冷媒流經四通換向帶回熱器的氣液分離器130，所述四通換向帶回熱器的氣液分離器130可以對冷卻后的氣態冷媒進行回熱處理，利用溫差進行熱交換，以使所述回熱后的氣態冷媒進一步冷卻，提供過冷度。

所述第一電子膨脹閥140用于將經過所述四通換向帶回熱器的氣液分離器130回熱后再次冷卻的氣態冷媒進行節流降壓作用，形成低溫低壓的冷媒。其中，第一電子膨脹閥140可以根據溫度或者壓力精確地控制制冷的流量。

由第一電子膨脹閥140形成的低溫低壓的冷媒流經CO₂蒸發器150后，使得CO₂蒸發器150可以通過所述低溫低壓的冷媒吸收外界的熱量，從而降低CO₂蒸發器150周圍環境的溫度，達到制冷的目的。

低溫低壓的冷媒吸收外界的熱量后，會形成氣液混合物，所述四通換向帶回熱器的氣液分離器130還用于將吸熱后的低溫低壓的冷媒進行氣液分離，將分離后得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機110，形成一個制冷循環。

該CO₂熱泵空調系統100除了可以用于制冷外，還可以利用冷氣進行除霧。

請參看圖3，作為一種實施方式，CO₂熱泵空調系統100還可以包括第二截止閥180以及第二電子膨脹閥190。所述第二截止閥180一端與所述水冷氣冷器160的輸出端連通，另一端與所述四通換向帶回熱器的氣液分離器130連通，所述第二電子膨脹閥190一端與所述四通換向帶回熱器的氣液分離器130連通，另一端與所述車外換熱器120連通。當然，還可以在CO₂熱泵空調系統100設置控制器，所述控制器分別與所述水冷氣冷器160、第一截止閥170、第一電子膨脹閥140、第二截止閥180以及第二電子膨脹閥190電連接。

其中，所述控制器可以控制所述水冷氣冷器160、第一截止閥170、第一電子膨脹閥140、第二截止閥180以及第二電子膨脹閥190的工作狀態。例如，控制器可以控制水冷氣冷器160是否對流經其中的冷媒起到熱交換作用，可以控制第一截止閥170、第一電子膨脹閥140、第二截止閥180以及第二電子膨脹閥190處于開啟狀態還是關閉狀態。

當控制器控制第一截止閥170以及第一電子膨脹閥140處于關閉狀態，控制第二截止閥180以及第二電子膨脹閥190處于開啟狀態，控制水冷氣冷器160對流經其中的冷媒起到熱交換作用時，CO₂熱泵空調系統100可以進行另外一條冷媒循環。

所述冷媒循環的過程為：水冷氣冷器160對由CO₂電動壓縮機110做功排出的高溫高壓的氣態冷媒進行熱交換作用，使得高溫高壓的氣態冷媒冷卻。由于第一截止閥170處于關閉狀態，第二截止閥180處于開啟狀態，冷卻后的冷媒通過第二截止閥180流向四通換向帶回熱器的氣液分離器130。四通換向帶回熱器的氣液分離器130通過其包含的回熱器將冷卻后的冷媒加熱，利用溫差進行熱交換，以使回熱后的氣態冷媒進一步冷卻，提供過冷度。第二電子膨脹閥190將進一步冷卻后的冷媒進行節流降壓，形成低溫低壓的冷媒，并使所述低溫低壓的冷媒進入車外換熱器120進行換熱；換熱后的冷媒再次進入四通換向帶回熱器的氣液分離器130后，進行換向和氣液分離，最后將分離得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機110，形成一個冷媒循環。

請參看圖4，作為一種實施方式，所述CO₂熱泵空調系統100還包括暖風加熱器200，所述水冷氣冷器160與所述暖風加熱器200連通可以形成水路加熱循環。進一步地，還可以在水冷氣冷器160與所述暖風加熱器200形成的水路加熱循環中設置電子水泵210，電子水泵210的一端與水冷氣冷器160連通，另一端與暖風加熱器200連通。即水冷氣冷器160、暖風加熱器200以及電子水泵210共同形成一個水路加熱循環。

當電子水泵210工作時，帶動水冷氣冷器160中由于熱交換產生的熱水進行循環，熱水通過電子水泵210進入暖風加熱器200，暖風加熱器200與外界進行熱交換，將高溫的水變成低溫的水輸入水冷氣冷器160中，實現一個制熱循環，從而實現CO₂熱泵空調系統100的制熱功能。此外，電子水泵210還可以根據出水或出風溫度進行流量的精確控制，到達節能的效果。

CO₂熱泵空調系統100在制熱過程中，還可以利用產生的熱能對車外換熱器120進行除霜處理。為了避免對車外換熱器120長時間過度除霜，影響車外換熱器120的加熱效果，作為一種實施方式，可以在車外換熱器120上安裝一個溫度傳感器，用于檢測車外換熱器120的表面工作溫度。當溫度傳感器檢測到的溫度達到預設溫度時，CO₂熱泵空調系統100開始對車外換熱器120除霜。

此外，所述車外換熱器120可以采用扁管豎直放置結構，便于除霜時，冷凝水的排放。

由于現有的HVAC總成包括電子膨脹閥、蒸發器以及暖風加熱器，為了有效地降低主機廠和供應商的開發成本，降低開發風險，縮短開發周期，作為一種實施方式，所述第二電子膨脹閥190、所述CO₂蒸發器150以及所述暖風加熱器200可以在現有的HVAC總成的基礎上，只需要把現有的HVAC總成中的蒸發器改裝成CO₂蒸發器即可。這樣可以很大程度上降低主機廠和供應商的開發成本，降低開發風險，縮短開發周期。

作為一種實施方式，所述水冷氣冷器160可以采用板式結構來實現熱量的交換。

此外，該CO₂熱泵空調系統100還可以進行擴展，實現電池的冷卻和加熱。

在本發明實施例中所采用的四通換向帶回熱器的氣液分離器130，可以使整個系統更簡單，有效減少零部件，從而降低成本，同時也為設置該系統的車輛節省了空間。

本發明實施例提供的CO₂熱泵空調系統100的工作原理是：請參看圖4，制冷循環時，第一截止閥170和第一電子膨脹閥140處于開啟狀態，第二截止閥180和第二電子膨脹閥190處于關閉狀態。所述CO₂電動壓縮機110將CO₂轉換成高溫高壓的氣態冷媒后，氣態冷媒通過水冷氣冷器160以及第一截止閥170流經車外換熱器120，通過車外換熱器120進行換熱，將高溫高壓的氣態冷媒冷卻。冷卻后的氣態冷媒流經四通換向帶回熱器的氣液分離器130，四通換向帶回熱器的氣液分離器130用于將冷卻后的氣態冷媒進行回熱，以使所述回熱后的氣態冷媒進一步冷卻，利用溫差進行熱交換。進一步冷卻后的氣態冷媒通過所述第一電子膨脹閥140的節流降壓作用，形成低溫低壓的冷媒進入所述CO₂蒸發器150，CO₂蒸發器150用于通過所述低溫低壓的冷媒吸熱，從而降低周圍環境的溫度。從CO₂蒸發器150流出的冷媒再次經過所述四通換向帶回熱器的氣液分離器130，四通換向帶回熱器的氣液分離器130將冷媒進行氣液分離，并將分離后得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機110，完成制冷循環。在制熱循環時，第一截止閥170和第一電子膨脹閥140處于關閉狀態，第二截止閥180和第二電子膨脹閥190處于開啟狀態。水冷氣冷器160對由CO₂電動壓縮機110做功排出的高溫高壓的氣態冷媒進行熱交換作用，使得高溫高壓的氣態冷媒冷卻。由于第一截止閥170處于關閉狀態，第二截止閥180處于開啟狀態，冷卻后的冷媒通過第二截止閥180流向四通換向帶回熱器的氣液分離器130。四通換向帶回熱器的氣液分離器130通過其包含的回熱器將冷卻后的冷媒加熱，利用溫差進行熱交換，以使回熱后的氣態冷媒進一步冷卻，提供過冷度。第二電子膨脹閥190將進一步冷卻后的冷媒進行節流降壓，形成低溫低壓的冷媒，并使所述低溫低壓的冷媒進入車外換熱器120進行換熱；換熱后的冷媒再次進入四通換向帶回熱器的氣液分離器130后，進行換向和氣液分離，最后將分離得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機110，形成一個冷媒循環。當電子水泵210工作時，帶動水冷氣冷器160中由于熱交換產生的熱水進行循環，熱水通過電子水泵210進入暖風加熱器200，暖風加熱器200與外界進行熱交換，將高溫的水變成低溫的水輸入水冷氣冷器160中，實現一個制熱循環。

第二實施例

請參看圖5，本發明第二實施例提供了一種控制方法，所述控制方法應用于CO₂熱泵空調系統，所述CO₂熱泵空調系統包括通過管道依次連通的CO₂電動壓縮機、車外換熱器、四通換向帶回熱器的氣液分離器、第一電子膨脹閥以及CO₂蒸發器，所述四通換向帶回熱器的氣液分離器還與所述CO₂蒸發器以及所述CO₂電動壓縮機連通；所述方法包括：

S110：所述CO₂電動壓縮機將CO₂轉換成高溫高壓的氣態冷媒。

S120：所述車外換熱器對所述氣態冷媒進行換熱處理，以使所述氣態冷媒冷卻。

S130：所述四通換向帶回熱器的氣液分離器將冷卻后的氣態冷媒進行回熱，以使所述回熱后的氣態冷媒再次冷卻。

S140：所述第一電子膨脹閥將所述再次冷卻的氣態冷媒節流降壓，形成低溫低壓的冷媒。

S150：所述CO₂蒸發器通過所述低溫低壓的冷媒吸熱。

S160：所述四通換向帶回熱器的氣液分離器將吸熱后的低溫低壓的冷媒進行氣液分離，將分離后得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機。

綜上所述，本發明提供了一種CO₂熱泵空調系統100及其控制方法，該CO₂熱泵空調系統100通過CO₂電動壓縮機110將CO₂轉換成高溫高壓的氣態冷媒；車外換熱器120對所述氣態冷媒進行換熱處理，以使所述氣態冷媒冷卻；四通換向帶回熱器的氣液分離器130將冷卻后的氣態冷媒進行回熱，以使所述回熱后的氣態冷媒再次冷卻；第一電子膨脹閥140將所述再次冷卻的氣態冷媒節流降壓，形成低溫低壓的冷媒；CO₂蒸發器150通過所述低溫低壓的冷媒吸熱，降低周圍環境的溫度，四通換向帶回熱器的氣液分離器130將吸熱后的低溫低壓的冷媒進行氣液分離，將分離后得到的氣態的低溫低壓的冷媒輸送回所述CO₂電動壓縮機110，進而完成制冷循環以及提供了該CO₂熱泵空調系統100的利用率以及制冷效果。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。