专利名称：车辆加热和/或空气调节的方法
车辆加热和/或空气调节的方法本发明涉及用于使汽车的车厢加热和/或空气调节的设备。在汽车中，热机具有其中流动传热流体的回路，所述传热流体用于冷却所述热机且还用于加热车厢。为此目的，所述回路特别包括泵和回收所述传热流体储存的热以使车厢加热的空气加热器。另外，用于使车厢冷却的空气调节系统包括蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和可改变其状态(在液体和气体之间)的通常称作冷却剂的流体。通过皮带和滑轮由车辆发动机直接驱动的压缩机将所述冷却剂压缩并将其在高压和高温下送回所述冷凝器。所述冷凝器具有强制通风，导致在高的压力和温度下以气态到达的气体冷凝。所述冷凝器由于流过其的空气温度的降低使所述气体液化。所述蒸发器为从待吹入车厢中的空气中吸取热量的热交换器。所述膨胀阀取决于所述蒸发器的温度和压力可通过改变通道横截面而调节气体向所述环路中的流入。因此，来自汽车外部的热空气在流过所述冷凝器时被冷却。汽车空气调节中通常使用的冷却剂为1，1，1,2-四氟乙烷(HFC_134a)。文献WO 2008/107623描述了汽车能量管理系统，包括冷却剂流过其中的可逆冷却环路；使所述冷却环路的工作循环倒转的装置，其可在冷却模式位置和热泵模式位置之间移动；用于从所述冷却剂回收能量的至少第一源；和用于在所述流体从液体膨胀到两相状态之后使所述冷却剂蒸发的至少第二源，当所述倒转装置位于与对应于热泵模式的位置相同的位置时其能够使冷却剂从所述第一回收源向至少一个蒸发源流动。然而，当在系统例如WO 2008/107623所述的系统中使用HFC_13^作为冷却剂时， 并且当外部温度为约_15°C时，甚至在启动压缩机之前在所述蒸发器中开始产生压降。导致空气渗入所述系统的这种压降促进腐蚀现象和部件如压缩机、交换器和膨胀阀的恶化。本发明的目的是防止当启动压缩机时空气渗入冷却环路的蒸发器中、和/或改善冷却环路的效率。因此，本发明提出使用其中流动冷却剂的可逆冷却环路使汽车的车厢加热和/或空气调节的方法，所述可逆冷却环路包括第一热交换器、膨胀阀、第二热交换器、压缩机和使所述冷却剂的流动方向倒转的装置，特征在于所述冷却剂包含2，3，3，3_四氟丙烯。使冷却回路中冷却剂的流动方向倒转以使该环路的工作循环倒转的装置可为四通阀。除了 2，3，3，3-四氟丙烯之外，所述冷却剂可包含饱和或不饱和的氢氟烃。可提及的饱和氢氟烃的实例特别地为二氟甲烷、二氟乙烷、四氟乙烷和五氟乙烷。可提及的不饱和氢氟烃的实例特别地为1，3，3，3_四氟丙烯、三氟丙烯如3，3， 3-三氟丙烯、及单氯三氟丙烯如1-氯，3，3，3-三氟丙烯和2-氯，3，3，3-三氟丙烯。以下组成可适合用作在根据本发明的方法中的冷却剂-80 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 20重量％二氟甲烷，-40 95重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和5 60重量％ 1，1，1，2_四氟乙烷，-90 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 10重量％二氟乙烷，-90 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 10重量％五氟乙烷。
以下组成特别适合用作冷却剂-90 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 10重量％二氟甲烷，-90 95重量％ 2,3,3,3-四氟丙烯和5 10重量％ 1,1,1,2-四氟乙烷，-95 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 5重量％二氟乙烷，-95 98重量％ 2，3，3，3_四氟丙烯和2 5重量％五氟乙烷。特别优选基本上包含2，3，3，3-四氟丙烯的组成。所述冷却剂还可包含2，3，3，3-四氟丙烯的稳定剂。可提及的稳定剂的实例特别地为硝基甲烷，抗坏血酸，对苯二甲酸，唑如甲基苯并三唑或苯并三唑，酚类化合物如生育酚、氢醌、叔丁基氢醌、2，6-二叔丁基-4-甲酚，环氧化物(可被氟化或全氟化的烷基、或链烯基或芳族)如正丁基缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、丁基苯基缩水甘油醚，亚磷酸酯，磷酸酯，膦酸酯，硫醇和内酯。取决于可为冷却模式或热泵模式的所述环路的工作模式，所述第一热交换器可作为蒸发器或能量回收装置。对于所述第二热交换器的情况也是一样。在冷却模式中，所述第二交换器可用于冷却待吹入汽车的车厢中的空气流。在热泵模式中，所述第二交换器可用于加热意在供汽车的车厢使用的空气流。所述第一和第二热交换器为空气/冷却剂型。在根据本发明的方法中，所述冷却环路可通过热交换器与整个冷却回路热耦合。 因此，所述环路可包括至少一个冷却剂和传热流体同时流过其中的热交换器，所述传热流体特别地为热机冷却回路的空气或水。在所述方法的变型中，冷却剂和来自汽车热机的废气两者同时流过所述第一热交换器；这些流体可通过传热流体回路热连通。在根据本发明的方法中，所述冷却环路可包括具有至少一个热交换器的支路，所述热交换器与待进入汽车热机中的空气流热连同或者与从汽车热机排出的废气热连通。当外部温度低于_15°C或优选低于-20°C时，根据本发明的方法是特别合适的。根据本发明的方法同样适合于设计为用热机和电动机交替工作的混合动力车。其可用于对车厢和电池两者根据气候条件(热或冷)提供能量贡献的最佳管理，和特别地通过传热流体回路对电池供给热或冷。其中流动含有2，3，3，3_四氟丙烯的冷却剂的安装在汽车中的可逆冷却环路特别适合于从热机和/或从电池回收能量，用于加热车厢和在冷启动阶段加热热机。当这种可逆冷却环路包括泵时，其可以兰金(Rankine)模式(即压缩器作为涡轮机)工作以利用热机产生的并随后在传热后通过冷却剂输送的热能。本发明还提出包括如上所述冷却环路的设备。在本发明的第一实施方式中，在
图1中示意性地示出，冷却环路(16)包括第一热交换器(13)、膨胀阀(14)、第二热交换器(15)、压缩机(11)和四通阀(12) 0所述第一和第二热交换器为空气/冷却剂型。所述环路(16)的冷却剂和风扇供给的空气流通过所述第一热交换器(1 。该空气流的一部分或全部还通过发动机冷却回路的热交换器(图中未示出)。同样地，风扇供给的空气流通过所述第二换热器(1 。该空气流的一部分或全部还通过发动机冷却回路的另一热交换器(图中未示出)。空气的流动方向是所述环路(16) 的工作模式和热机需求的函数。因此，当热机为静止模式且所述环路(16)为热泵模式时，空气可被热机冷却回路的交换器加热，然后可被吹到交换器(1 以加速所述环路(16)的流体蒸发并因此改善该环路的性能。所述冷却回路的交换器可根据热机的需求(用于加热进入发动机的空气或用于利用该发动机产生的热量)通过阀门激活。在冷却模式中，由压缩机(11)推动的冷却剂流过阀门(12)，然后流过作为冷凝器的交换器(1 (即，其向外部释放热量)，随后流过膨胀阀(14)，然后流过交换器(15)，该交换器(15)作为用于冷却待吹入汽车车厢的空气流的蒸发器。在热泵模式中，冷却剂的流动方向通过阀门(1 倒转。热交换器(1 作为冷凝器，而交换器(13)作为蒸发器。然后热交换器(15)可用于加热意在用于汽车车厢的空气流。在本发明的第二实施方式中，在图2示意性地显示，对于在冷却模式中的流体流动，冷却环路06)包括第一热交换器(23)、膨胀阀(M)、第二热交换器(25)、压缩机(21)、 四通阀02)和一端与交换器03)的出口连接且另一端与交换器05)的出口连接的支路 (d3)。该支路包括热交换器(dl)和膨胀阀(d2)，待进入热机的空气流或废气流通过该热交换器(dl)。所述第一和第二热交换器(23和25)为空气/冷却剂型。环路06)的冷却剂和由风扇供给的空气流通过第一热交换器(23)。该空气流的一部分或全部还通过发动机冷却回路的热交换器(图中未示出)。同样地，风扇供给的空气流通过第二交换器0幻。该空气流的一部分或全部还通过发动机冷却回路的另一热交换器(图中未示出)。所述空气流动的方向是所述环路06)工作模式和热机需求的函数。例如，当热机为静止模式且所述环路06)为热泵模式时，空气可被热机冷却回路的交换器加热，然后可被吹至交换器03) 以加速所述环路06)的流体蒸发并因此改善该环路的性能。所述冷却回路的交换器可根据热机的需求(用于加热进入发动机的空气或用于利用该发动机产生的热量)通过阀门激活。热交换器(dl)也可根据冷却或热泵模式中的能量需求而激活。可在支路(d3)中安装单向阀以激活或禁止该支路。由风扇供给的空气流通过交换器(dl)。同样的空气流可通过发动机冷却回路的另一热交换器并且还通过置于废气回路中的其它交换器、至发动机的进气口、或至混合动力车的电池。在本发明的第三实施方式中，在图3示意性地示出，冷却环路(36)包括第一热交换器(33)、膨胀阀(34)、第二热交换器(35)、压缩机(31)和四通阀(3 。所述第一和第二热交换器(33和35)为空气/冷却剂型。交换器(33和35)的工作与图1所示第一实施方式的相同。在冷却环路回路(36)和热机冷却回路或第二乙二醇-水回路两者中安装两个流体/液体交换器(38和37)。安装流体/液体交换器而不使用流过它们的中间气态流体 (空气)相对于空气/流体交换器有助于改善热交换。在本发明的第四实施方式中，在图4中示意性地示出，冷却环路G6)包括第一热交换器组(43和48)、膨胀阀(44)、第二热交换器组(45和47)、压缩机(41)和四通阀(42) 0 对于在冷却模式中的流体流动，支路(dl) —端与交换器的出口连接且另一端与交换器G7)的出口连接。该支路包括热交换器(dl)和膨胀阀(d2)，待进入热机的空气流或废气流通过该热交换器(dl)。该支路的工作与图2所示第二实施方式的相同。
所述热交换器(43和4 为空气/冷却剂型且热交换器(48和47)为液体/冷却剂型。这些交换器的工作与图3所示第三实施方式中的相同。实验部分对于30°C的冷凝器温度，以下给出在车辆中热泵工作条件下冷却剂性能的模拟。冷凝温度+30°C(Τ cond)压缩机入口的温度+5°C (Te comp)Evap P是蒸发器的压力Cond P是冷凝器的压力T outlet comp是压缩机出口的温度比压缩比是高压与低压之比COP:这是性能系数并且在热泵的情况下定义为系统所提供的有效热功率除以系统接收或消耗的功率。CAP 这是立方容量，其为每单位体积的热容量(kj/m3)。% CAP 或 COP 是 2，3, 3, 3-四氟丙烯(HF0_l234yf)的 CAP 或 COP 值与 HFC-IMa 的CAP或COP值之比压缩机的等熵效率这是传输给流体的实际能量与等熵能量之比。压缩机的等熵效率作为压缩率的函数表达(图5)。η = a+b τ +C · τ 2+d · τ 3+e · τ 4η 等熵效率τ 压缩率a、b、c 和 e:常数常数 a、b、c、d禾口 e 的值由 Shan K. Wang 的"Handbook of air conditioning and refrigeration”中得到的标准效率曲线确定。对于HFC_13^，COP和蒸发器的压力随蒸发温度而减小。
权利要求
1.使用其中流动冷却剂的可逆冷却环路使汽车的车厢加热和/或空气调节的方法，所述可逆冷却环路包括第一热交换器、膨胀阀、第二热交换器、压缩机和使所述冷却剂的流动方向倒转的装置，特征在于所述冷却剂包含2，3，3，3-四氟丙烯。
2.权利要求1的方法，特征在于所述冷却剂可包含饱和的和不饱和的氢氟烃。
3.权利要求1或2的方法，特征在于所述第一和第二交换器为空气/冷却剂型。
4.权利要求1 3中任一项的方法，特征在于所述冷却环路与所述热机的冷却回路热華禹合。
5.权利要求1 4中任一项的方法，特征在于所述冷却剂和来自所述汽车热机的废气两者同时流过所述第一热交换器。
6.权利要求1 5中任一项的方法，特征在于所述冷却环路可包括具有至少一个热交换器的支路，所述热交换器与待进入所述汽车热机中的空气流热连通或者与由所述汽车热机排出的废气热连通。
7.权利要求1 6中任一项的方法，特征在于将所述冷却环路安装在车辆中用于从热机和/或电池中回收能量。
8.包括前述权利要求中任一项的可逆冷却环路的设备。
全文摘要
本发明涉及使用其中流动含有2，3，3，3-四氟丙烯的冷却剂的可逆冷却环路使汽车的车厢加热和/或空气调节的方法。当室外温度低于-15℃时所述方法是特别有用的。所述方法还可用于设计为用热机和电动机交替工作的混合动力车。
文档编号B60H1/00GK102203209SQ200980143182
公开日2011年9月28日 申请日期2009年10月28日 优先权日2008年11月3日
发明者维萨姆·雷切德 申请人:阿克马法国公司