专利名称：汽车空调设备的制冷剂循环回路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车空调设备的制冷剂循环回路，所述制冷剂循环回路构造成可以利用多个热源和多个冷源，所述汽车尤其是电动汽车或者混合动力汽车。本发明还涉及一种使制冷剂循环回路工作的方法。
背景技术：
高效环保型汽车驱动系统的发展趋势导致不再有足够的余热可用来加热车内空间。与内燃发动机相比，电动汽车的动力系统尤其能够以比较高的效率工作。由于冷却动力系统的冷却剂循环回路的热损耗较小且温度水平较低，因此在仅仅依赖发动机侧冷却剂循环回路对车内空间进行加热的汽车中，舒适性条件变得很差。如果不采取辅助措施，就无法满足常规的舒适性要求。因此要争取利用例如基于使用所谓高压PTC或低压PTC的电阻加热装置对电动汽车的车内空间进行加热(PTC-正温度系数)。但是利用电阻加热装置进行电加热会影响电动汽车的效率，尤其会影响空调设备的效率。汽车的续行里程将会大幅度减小。根据现有技术可知，除了可利用这类辅助加热系统之外，还可以利用车内现有的制冷剂系统或制冷设备来加热车内空间。例如可以使得用来加热的制冷设备作为热泵工作。也可以利用没有二次吸热的短循环回路。在这里，将压缩机的机械驱动功率大部分转变成用来对车内空间进行加热的热量。不仅蓄电池的电池单元、而且电气动力系统的其它部件(如电动机和电力电子系统)也会在工作过程中发热。尤其应使得蓄电池在放电和充电时以最佳温度工作，这期间应当排出所产生的和释放的热量，因为工作温度升高会导致电池单元的热负荷非常高。由于蓄电池的耐温性有限，因此必须对其进行主动冷却。环境空气、车内空间的空气、制冷剂和冷却剂都是适合用来冷却蓄电池和动力系统的其它电子元器件的介质，同样也要防止这些介质遭受强烈的热负荷，因此要对其进行热调节。例如可使用水或者乙二醇作为冷却剂。不仅需要在汽车的动态行驶过程中、而且也需要在静止工作状态下对蓄电池和电气动力系统的其它部件进行热调节。可以将蓄电池当成是制冷剂循环回路的热源，对蓄电池进行冷却可以延长其使用寿命，应当适当进行冷却，使得冷却后的蓄电池的温度仅仅在有限的范围之内变化。但是若要使电动汽车的蓄电池在最佳工作温度下工作，不仅要排出所产生的热量，而且同样也要在环境温度太低时，尤其在起动时，将热量提供给低温的蓄电池。现有技术条件下已知的电动汽车空调系统一方面可用来调节电气动力系统的部件的温度，另一方面也可将所吸收的热量传递给送入车内空间之中的空气。DE 19930148A1公开了一种对电动机驱动的汽车的内部空间进行温度控制的系统，其通过所谓高温蓄电池提供能量。制冷剂循环回路包括具有一个外部热交换器和一个内部热交换器的一次回路，其中，将所述内部热交换器布置在朝向车内空间的第一空气质量流路径之中。此外，制冷剂循环回路还具有一个二次回路，包括一个压缩机和一个使得一次回路中的制冷剂循环方向改变的转换装置。因此可以使该系统在车内空间的加热模式或者冷却模式下工作。用来冷却蓄电池的水冷循环回路包括一个布置在第一空气质量流路径之中的液体/空气-热交换器，以及一个布置在制冷剂循环回路的二次回路中的液体/冷却剂-热交换器。在这里，所述制冷剂循环回路分别具有一个热源和一个冷源。如果冷却剂循环回路与水冷循环回路之间存在直接的热连接，则制冷剂循环回路与附加的热交换器还包括另一个热源。DE 10201741A1公开了一种对汽车进行调温的方法以及一种空调设备和汽车之内的一种热源，通过一个介质循环回路利用共同的介质对其进行冷却和/或者加热。所述介质循环回路在这里具有使得介质膨胀和压缩的构件。利用一种介质实现对热源和汽车空调设备的冷却。除了热源之外，空调设备还具有可根据需要使其作为热源和/或者冷源工作的热交换器。无论是DE 19930148A1公开的系统，还是DE 10201741A1所述的空调设备，均通过在冷却模式下转换成蒸发器的热交换器实现车内空间的加热功能。如果使用该热交换器随后又进行加热，在某些使用条件和环境条件下会出现非常不良而且有害安全的效应。尤其当使用制冷剂系统作为制冷系统时，也就是在冷却模式下，布置在汽车通风系统中的蒸发器将会使得待冷却的空气变得干燥。例如在汽车停止并且再次起动之后，如果在加热模式下利用之前作为蒸发器工作的热交换器作为冷凝器，将会通过加热作用将冷凝在蒸发器表面上的水分排出到将要送入车内空间的空气流之中。在过渡期间比较频繁地交替利用制冷剂循环回路作为制冷系统和热泵。送入车内空间的空气中有很高的空气湿度，会在汽车内部的低温表面上引起冷凝，尤其会使得玻璃表面凝水，车内乘客的视见状况将会变差。这种效应也称作闪雾 (Flash-fogging)。DE 102009048674A1公开了一种经过改进的系统，所描述的是一种用于卡车的空调装置，尤其用于电动汽车或混合动力汽车的空调装置，其具有上述制冷剂循环回路，所述制冷剂循环回路包括一个蒸发器以及一个热交换器。可以利用该热交换器将进入制冷剂循环回路中的热能提供给送入乘员舱的空气。该空调装置还具有一个排气管路，可通过该排气管路从乘员舱排出空气。将制冷剂循环回路的蒸发器至少部分地布置在排气管路之内。 这样就能在空调装置处在热泵模式下时将排出空气的热能传递给送入的空气。空调装置还具有用来回收热量的部件。利用一种中间介质和附加热交换器将从排出空气中排出的热量传递给送入的空气。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于汽车的内部空间、还可以对电气驱动系统的部件进行调节的空调设备，其尤其用于电动汽车或者混合动力汽车的内部空间，该空调设备在工作时耗用的电功率很小，因此可以提供尽可能多的电功率，使得汽车的续行里程最大化。此外，还可使用多个热源和冷源使得该系统高效工作，并且系统的结构紧凑，从而可将汽车之内的安装空间减小到最低程度。这样就能将运行费用、制造成本以及维护成本减小到最低程度。此外，还能避免在系统工作过程中出现不利于安全的效应。
按照本发明所述，可通过汽车(尤其是电动汽车或混合动力汽车)的空调设备的制冷剂循环回路来解决这一任务。所述制冷剂循环回路包括一次回路和二次支路。所述一次回路具有空调设备常规的制冷剂循环回路的部件，包括压缩机、在制冷剂和周围环境之间交换热量的热交换器、收集罐、膨胀元件、以及用来将送入车内空间中待调节的空气的热量供应给制冷剂的第二热交换器。此外，所述一次回路还有与用来将待调节的送入空气的热量供应给制冷剂的热交换器并联的另一个热交换器。在制冷剂和周围环境之间交换热量的热交换器优选构造成可以双向通流。所述二次支路从布置在压缩机和用来在制冷剂和周围环境之间交换热量的一次回路热交换器之间的分支点开始一直延伸到连接点。所述连接点位于用来在制冷剂与周围环境之间交换热量的热交换器以及用来使制冷剂从送入车内空间之中待调节的空气中吸收热量的热交换器之间。所述二次支路具有用来从制冷剂将热量传递给送入车内空间之中待调节的空气的热交换器以及其后紧邻的调节阀。按照本发明所述将这些部件布置在制冷剂循环回路之中，能够在空调设备制冷剂循环回路的加热模式和冷却模式以及有利的再加热模式之间进行切换，从而调节送入车内空间之中的空气。按照本发明的一种有益的实施方式，连接点布置在制冷剂循环回路的高压区之中，构造为收集罐形式，除了可根据制冷剂循环回路的工作模式储存制冷剂之外，也可以用来汇集和/或者划分制冷剂的部分质量流。所述收集罐为此设有不同的制冷剂管路，这些管路均通入到被收集罐包围的容积之中。制冷剂从不同的制冷剂管路流入收集罐之中，并且/或者又从收集罐流出。所述制冷剂循环回路优选布置有可在动力系统部件和制冷剂之间交换热量的热交换器，这样就能对汽车动力系统的部件进行辅助组合冷却和加热。所述热交换器可以双向通流，并且具有在冷却模式下处在制冷剂流动方向上游的元件。所述上游元件在热交换器的冷却模式下有利地作为膨胀元件，并且在热交换器的加热模式下作为可以调节制冷剂压力稳定地通过(druckerhaltenden Durchlass)的元件。优选采用膨胀阀作为膨胀元件， 其中，所述膨胀阀是可以从外部调节的。按照本发明的一种优选实施方式，所述一次回路具有若干汇合点。将膨胀元件布置在这些汇合点之间，该膨胀元件同样优选构造成膨胀阀，所述膨胀阀有利地是从外部调节的。根据制冷剂循环回路的工作模式将相当于用来在制冷剂与周围环境之间直接交换热量的热交换器的一次回路的热交换器构造成冷凝器或者蒸发器。将相当于用来将送入车内空间之中待调节的空气的热量直接供应给制冷剂的热交换器的一次回路的热交换器构造成蒸发器，从而可将其用来进行冷却，并且/或者对进风进行除湿。二次支路的热交换器可作为冷凝器利用直接交换热量的方式对送入车内空间的冷却空气和待调节的空气进行加热和再次加热。用来使动力系统部件与制冷剂交换热量的热交换器优选构造成可以双向通流的， 根据制冷剂循环回路的工作方式而可将其作为用来对汽车蓄电池进行加热或冷却的冷凝器或蒸发器。设置一个附加热交换器作为用来对汽车的电气动力系统的其它部件进行冷却的蒸发器，所述附加热交换器与这个可以双向通流的热交换器并联。
也可以将用来与动力系统部件交换热量的一次回路的热交换器整合在冷却剂循环回路之中，从而可以在制冷剂与中间回路或者根据结构型式而与一个共同中间回路中的冷却剂之间进行热交换。按照本发明的一种改进方案，所述二次支路沿着制冷剂的流动方向朝向压缩机和优选构造成收集罐的一次回路的连接点延伸，在二次支路之内将一个换向阀布置在分支点和后随的热交换器之间。所述一次回路还具有一个换向阀，该换向阀位于用来将动力系统部件与制冷剂进行热交换的双向通流热交换器与汇合点之间。这些布置在二次支路和一次回路之内的换向阀适宜构成从二次支路通向一次回路、尤其从二次支路通向动力系统的双向通流热交换器的制冷剂连接通路。此外，还适宜采用具有内部热交换器的一次回路，沿着制冷剂流动方向将所述内部热交换器的高压侧优选布置在收集罐形式的连接点后面，并且沿着制冷剂流动方向将低压侧布置在压缩机前面。这样能够在一次回路之内，也就是在制冷剂循环回路内部，在高压液态制冷剂和一次回路内部的低压气态制冷剂之间传递热量。在冷凝之后或者在收集罐的出口处使得液态制冷剂过冷，同时使得压缩机吸入的吸入气体过热。对于送入车内空间中待调节的空气，为了实现组合冷却模式和加热模式以及再加热模式，可按照本发明所述使制冷剂循环回路工作的方法，在冷却模式下使得制冷剂流过一次回路，在加热模式以及再加热模式下使得制冷剂不仅流过一次回路，而且也流过二次支路。这时将使得制冷剂反向流过在冷却模式和再加热模式下作为冷凝器在制冷剂和周围环境之间进行热交换的热交换器以及与加热模式相关的阀。此外，还可在布置于制冷剂循环回路高压区中的收集罐形式的连接点处汇集以及 /或者划分根据工作模式分为部分质量流的制冷剂。所述制冷剂经由通入收集罐中的不同制冷剂管路流入收集罐之中，和/或者从收集罐重新流出，这时将根据工作模式反向流过各个制冷剂管路。按照本发明的一种有益实施方式，采用对汽车动力系统的部件进行组合冷却和加热的方法，使得制冷剂反向流过在冷却模式下作为蒸发器的热交换器以及与加热模式相关的阀。适宜使得制冷剂循环回路适当工作，从而可以选用或者同时利用送入车内空间中待调节的空气、周围空气、蓄电池以及电气动力系统的部件(如电动机和电力电子系统)作为热源。此外还可根据制冷剂循环回路的工作模式，选用或者同时使用周围空气、送入的空气以及蓄电池作为冷源。按照本发明所述方法的第一实施方式，所述制冷剂循环回路在加热模式下工作， 对送入车内空间的空气进行调节。这时将使得与周围环境交换热量的热交换器、与送入车内空间中待调节的空气交换热量的热交换器、以及与电气动力系统的部件和制冷剂交换热量的热交换器分别作为蒸发器工作。所述制冷剂在蒸发过程中分别吸收热量。可以选用或者同时使用周围空气、送入的空气以及电气动力系统的部件作为热源。同时，与制冷剂交换热量的热交换器作为冷凝器工作。制冷剂在冷凝过程中将热量释放给送入车内空间中待调节的空气，使得送入的空气代表一种冷源。这时将对送入的空气进行加热。从热源将所需的热量传递给制冷剂循环回路。
按照本发明所述方法的第二实施方式，所述制冷剂循环回路在再加热模式下工作，对送入车内空间的空气进行调节。这时，用来在送入车内空间的空气与制冷剂之间交换热量的第一热交换器或者用来在电气动力系统部件与制冷剂之间交换热量的热交换器作为蒸发器工作，从而使得制冷剂选用或者同时利用送入的空气和电气动力系统部件作为热源，并且分别吸收热量。同时，用来在周围空气与制冷剂之间交换热量的热交换器或者用来在送入的空气与制冷剂之间交换热量的第二热交换器作为冷凝器工作，并且将热量释放给作为冷源的周围空气或者送入的空气。按照本发明所述方法的第三实施方式，所述制冷剂循环回路在冷却模式下工作， 对送入车内空间的空气进行调节。与再加热模式相比，制冷剂这时并不流过用来在送入的空气与制冷剂之间交换热量的第二个热交换器，而是将其与制冷剂循环回路液压地分开。按照本发明所述方法的第四实施方式，所述制冷剂循环回路在加热模式下工作， 对电气动力系统部件或者蓄电池进行加热。这时，用来在周围空气、送入的空气和电气动力系统部件之间利用制冷剂交换热量的热交换器作为蒸发器工作，使得所述制冷剂分别吸收热量，并且选用或者同时使用周围空气、送入的空气和电气动力系统部件作为热源。同时，用来在蓄电池和送入的空气之间利用制冷剂交换热量的热交换器作为冷凝器工作，使得制冷剂分别释放热量，并且选用或者同时使用电气动力系统部件以及送入的空气作为冷源。用来与周围空气、送入车内空气中待调节的空气以及与汽车电气动力系统部件和制冷剂交换热量的热交换器有利地以直接的热交换方式工作，从而可直接利用制冷剂将制冷剂的热量释放给冷源，并且从热源吸收热量。因此优选在没有中间回路(例如冷却剂循环回路)的情况下执行本发明所述制冷剂循环回路的方法。按照本发明所述方法的替代实施方式，尤其可通过中间回路使得用来在汽车电气动力系统部件与制冷剂之间交换热量的热交换器以间接热交换方式进行工作。本发明所述方法的一项特殊优点是利用在制冷剂循环回路之内的多级膨胀方式， 使用具有至少三种不同压力水平或者温度水平的不同热源。利用压缩机将制冷剂从低压压缩到高压。通过多级膨胀将制冷剂在第一个膨胀阶段减压到中间压力水平，也称作中间压力。在第二个膨胀阶段将制冷剂从中间压力减压到低压。这时，一方面将在第一个汇合点汇集从具有较高温度水平的热源吸收了热量的制冷剂的部分质量流，另一方面将在第二个汇合点汇集从具有较低温度水平的热源吸收了热量的制冷剂的部分质量流。在制冷剂的流动方向将第二个汇合点布置在第一个汇合点后面。适宜在制冷剂流过布置在汇合点之间的膨胀元件时使其减压。这时优选从外部调节膨胀阀形式的膨胀元件。本发明所述的解决方案具有诸多优点-可使用最少的电能对车内空间进行空气调节，尤其是进行冷却、除湿和/或者加热，即-可利用损耗热流对车内空间进行加热，-冷却汽车动力系统的部件，如蓄电池、电动机以及电力电子系统，从而提高部件的性能、效率和使用寿命，-在车内提供与使用内燃发动机的汽车同等水平的舒适度，-在蓄电池电容量相同的情况下，尤其在极端气候条件下，可通过以下措施实现电动汽车的最大续行里程-减小辅助负载所需的蓄电池电容量，从而-减低重量，-降低成本，并且-保护有限的资源，例如锂。
结合附图，参考以下实施例的说明得知本发明的其它细节、特征和优点。附图分别显示一种制冷剂循环回路图1 利用两个热源和一个冷源对车内空间进行通风，同时对送入的空气进行冷却和除湿，以及冷却蓄电池，图2 利用三个热源和一个冷源对车内空间进行通风，同时对送入的空气进行除湿/冷却和加热，以及冷却蓄电池和动力系统部件，图3 类似于图2的实施方式，与作为附加热源的周围空气进行热交换，图^、4b 类似于图2或附图3的实施方式，与作为附加冷源的周围空气进行热交换，对车内空间进行通风，同时对送入的空气进行冷却、除湿和再加热，以及冷却蓄电池和动力系统部件，图fe、5b 类似于图3的实施方式，利用一个热源，周围空气和一个冷源对蓄电池进行加热，图6a 类似于图3的实施方式，利用附加的内部热交换器在冷却模式下工作，图6b 类似于图3的实施方式，利用附加的内部热交换器在加热模式下工作，以及图6c 类似于图3的实施方式，利用附加的内部热交换器在再加热模式下工作。
具体实施例方式图1所示的制冷剂循环回路1是一次回路，在制冷剂的流动方向上包括一个压缩机5、一个用来从制冷剂直接将热量传递给周围空气12的冷凝器2、一个收集罐8、第一膨胀阀6以及一个用来从待调节的车内空间的空气直接将热量供应给制冷剂的蒸发器3。在制冷剂的流动方向上，将另一个具有上游膨胀阀7的蒸发器4布置在收集罐8形式的连接点 8与蒸发器3和压缩机5之间的汇合点9之间。蒸发器3、4相互并联。将汇合点9设计成三通接头9形式。将收集罐8形式的连接点8布置在制冷剂循环回路1的高压区之中，使得收集罐8相当于一个高压收集罐8。按照制冷剂循环回路1的第一可选实施方式，在低压区还有一个图中没有绘出的收集罐，从而使得制冷剂循环回路不仅有一个低压收集罐，而且也有一个高压收集罐8。按照第二可选实施方式，制冷剂循环回路1除了有高压收集罐8之外，还有一个处在中间压力水平并且同样没有在图中绘出的收集罐。在这里，可以将处在中间压力水平的收集罐替代低压收集罐，或者与低压收集罐组合使用。
经过压缩机5压缩后变热的制冷剂在冷凝器2中将热量释放给周围空气12，并且使其液化。因此对于制冷剂循环回路而言，冷凝器2作为冷源。将从冷凝器2流出的液态制冷剂储存在收集罐2之中。制冷剂在流过膨胀阀6、7 时减压成为两相混合物流向蒸发器3、4，并且在那里吸收热量后蒸发。压缩机5吸入气态的制冷剂。制冷剂循环回路1闭合。两个蒸发器3、4分别代表可以选择或者同时使其工作的热源。布置在空调设备通风道10中的蒸发器3对送入车内空间的送入空气11进行冷却和除湿，而蒸发器4则用来冷却汽车的蓄电池。利用直接热交换方式通过制冷剂保证调节蓄电池的温度。也可以将热交换器4整合在蓄电池冷却系统的冷却剂循环回路之中。蓄电池冷却系统的蒸发器4也可以称作冷却器4。因此，图1所示为相对于送入车内空间的空气11在汽车空调设备的冷却模式下工作的制冷剂循环回路1。在图2中将图1所示的制冷剂循环回路表示为一次回路，包括另外的热交换器13、 15作为热源和冷源。除了蓄电池冷却系统的蒸发器4之外，还将一个作为热源的、具有上游膨胀阀14的附加蒸发器13与蒸发器4并联，用于冷却电气动力系统的其它部件。以这种方式和方法可以任意增加热交换器的数量。通过三通接头20将同样也称作冷却器13的蒸发器13整合在收集罐8和膨胀阀7之间的制冷剂管路之内，并且通过三通接头19将其整合在蒸发器3和三通接头9之间的制冷剂管路之内。将制冷剂的质量流划分为若干部分质量流。同样也利用直接热交换方式通过制冷剂保证调节电气动力系统部件的温度。也可以将热交换器13整合在电气动力系统部件的冷却剂循环回路之中。然后通过同样也被设计成冷却器13形式的热交换器13，利用以冷却剂为载热介质的冷却系统将电气动力系统部件的余热注入到制冷剂循环回路之中。由于电动机、电力电子系统和蓄电池之类的电气驱动系统部件可能有不同的温度水平，因此可以采用两个或更多不同的、必要时也可采用独立的冷却剂循环回路，然后要么利用一个共同的或者利用两个或多个单独的冷却器4、13将这些冷却剂循环回路整合在冷却剂循环回路1之中。如果采用具有多个冷却器4、13的制冷剂循环回路1，则要么将其串联(优选按照冷却剂温度水平的升高顺序将其串联)，或者将其并联在制冷剂循环回路1之中。如果采用并联布置形式的制冷剂循环回路1，则最好给每一个冷却器4、13配置一个可以关闭的膨胀元件7、14。在这里，可以将膨胀元件7、14设计成膨胀阀，但优选将其设计成可以从外部利用例如步进电机进行调节的膨胀元件，或者将其设计成比例电磁阀。除了一次回路之外，制冷剂循环回路1还具有一个二次支路。所述二次支路从布置在压缩机5和热交换器2之间的分支点25开始一直延伸到收集罐8形式的连接点8。将分支点25设计成三通阀或者换向阀18。将一个作为第二冷凝器15将热量从制冷剂直接传递给车内空间的待调节的空气的热交换器15以及一个与其相邻的调节阀16布置在二次支路之内。在空调的通风道10之中沿着送入空气11的流动方向将与蒸发器3 —样的冷凝器 15布置在蒸发器3后面，送入的空气11直接流过冷凝器15的热交换面。在蒸发器3中经过除湿和冷却的送入空气11在流过冷凝器15时被重新加热，然后流入到乘客舱之中。这时并不在冷凝器2中将经过压缩机5压缩后的制冷剂的热量传递给周围空气12，而是通过换向阀18使得温暖的制冷剂流向热交换器15并且在这里冷凝下来。对于制冷剂循环回路而言，冷凝器15可作为冷源。制冷剂在冷凝器15中液化之后经由打开的调节阀16流入收集罐8之中。用来与周围空气12交换热量的冷凝器2通过换向阀18和阀 17与制冷剂循环回路1液压地分开。阀17已转换成截止阀17。图2所示为相对于送入车内空间的空气11在汽车空调设备的加热模式下工作的制冷剂循环回路1。可根据需要选择或者同时使得三个蒸发器3、4、13分别作为热源工作。 利用蓄电池的余热、电气动力系统的余热和/或者送入的空气11作为热源。如果采用同时工作的方式，则通过蒸发器3、4、13将制冷剂的质量流划分为若干部分质量流。图3对图2所示的制冷剂循环回路1进行了扩展，将周围空气12作为附加热源。 此时，使用阀17作为膨胀阀17。此外还使得经过压缩机5压缩后的制冷剂经由分支点25 流向被分支点25分开的换向阀18。设计成三通接头25形式的分支点25将制冷剂管路分为两个支路，其中一个是沿着制冷剂的流动方向在三通接头25后面具有一个附加截止阀 23的二次支路，另一个是通向热交换器2的连接支路。换向阀18被布置在通向热交换器2 的连接支路之内，并且作为三通阀形成制冷剂的附加连接管路21通向压缩机5的入口。附加连接管路21通过换向阀18从经由汇合点M接入通向压缩机5的制冷剂管路之中的连接管路上分支出来。与图2所示的制冷剂循环回路1相比，最好将膨胀阀22形式的另一个膨胀元件22布置在三通接头9与同样也被设计成三通接头M形式的汇合点M之间。在膨胀阀17中将从收集罐8流出的一部分制冷剂质量流减压到较低的压力水平， 温度低于周围空气12温度的两相制冷剂经由膨胀阀17流向热交换器2。在图1所示冷却模式下作为冷凝器2工作的热交换器2中使得制冷剂现在蒸发。周围空气12这时直接流过蒸发器2的热交换面，从而将周围空气12的热量传递给制冷剂。然后制冷剂经由换向阀 18和连接管路21以及三通接头M流向压缩机5的入口。在蒸发器3、4、13中蒸发后的制冷剂必要时具有比流过蒸发器2的部分制冷剂质量流更高的压力水平和温度水平，制冷剂在流过膨胀阀22时被减压到流过蒸发器2的制冷剂的压力水平。作为全部质量流被压缩机5吸入的制冷剂经过压缩后通过打开的截止阀23 流入二次支路之中，并且如图2所示那样流过制冷剂循环回路1。因此制冷剂循环回路1包括多级膨胀，从而可以利用整合在制冷剂循环回路1中的热源的不同压力水平或不同的温度水平。如图2所示，也可按照图3所示的线路图使得制冷剂循环回路1相对于送入车内空间的空气11在汽车空调设备的加热模式下工作。可根据需要选择或者同时使得四个蒸发器2、3、4、13分别作为热源工作。利用周围空气、蓄电池的余热、电气动力系统的余热和 /或者送入的空气11作为热源。然后将制冷剂的质量流划分为经过蒸发器2、3、4、13的部分质量流。图如表示对图2所示制冷剂循环回路1的实施方式略加改动后的制冷剂循环回路1。图4b所示的是与图3所示制冷剂循环回路1形式不同的制冷剂循环回路1。对车内空间的空气进行调节并且同时对送入的空气11进行冷却、除湿和再加热、以及对汽车的蓄电池和其它动力系统部件进行冷却的制冷剂循环回路1具有一个附加冷源与周围空气12 进行热交换。因此，制冷剂循环回路1的这种实施方式可以使得空调设备在组合冷却模式和加热模式下工作(也称作制冷剂模式和热泵模式)，也可使得空调设备在再加热模式下对送入车内空间的待调节的空气进行加热、冷却和除湿。与图2所示的制冷剂循环回路1相比，图如中的制冷剂循环回路1具有一个设计成三通接头25形式的分支点25以及布置在制冷剂流动方向下游的截止阀23、26，替代了三通阀或换向阀18。截止阀23是二次支路的一个部件。将截止阀沈布置在分支点25和热交换器2之间的制冷剂管路之中。调节阀17已打开。与图3所示的制冷剂循环回路相比，图4b中的制冷剂循环回路1具有相同的循环回路部件。但是阀17、22已打开，并且没有作为膨胀阀。此外还可适当控制换向阀18，使得经过压缩机5压缩的制冷剂在连接管路21闭合后流向热交换器2。利用三通接头25和下游的截止阀23 J6替代图如所示的换向阀18，并且按照图 4b所示对阀17、18、22进行转换，能够使用热交换器2作为附加冷源，也就是作为冷凝器2。 在分支点25将经过压缩机5压缩后的制冷剂质量流划分成经过二次支路和冷凝器15的一部分质量流以及经过冷凝器2的一部分质量流。这样就能对经过压缩机3冷却和除湿的送入空气11进行再次加热。利用冷凝器 15将制冷剂在蒸发器3、4、13中吸收的热量传递给送入的空气11，从而对经过冷却和除湿的送入空气11进行加热。在再加热模式下适当调节膨胀阀6和截止阀23，使得二次支路的冷凝器15上的发热量可以小于蒸发器3、4、13之内吸收的制冷量总和，尤其小于对送入的空气11进行冷却和除湿所需的制冷量。通过冷凝器2将多余的热量释放到周围空气12之中。因此，按照图如和4b所示，制冷剂循环回路1相对于送入车内空间的空气11在汽车空调设备的再加热模式下工作。可再次根据需要选择或者同时使得三个蒸发器3、4、13 分别作为热源工作，必要时将制冷剂的质量流划分成经过蒸发器3、4、13的部分质量流。分别利用两个冷凝器2、15作为冷源。周围空气12和送入的空气11均可作为冷源。在图如和恥中对图3所示的制冷剂循环回路1进行了扩展，将周围空气12作为用来加热蓄电池的热源。与图3所示制冷剂循环回路1的区别在于，没有绘出二次支路之内的截止阀23。 将作为附加部件的换向阀27、观一方面整合在二次支路之内，另一方面将其整合在用于调节蓄电池温度的热交换器4与汇合点9之间。将换向阀27布置在二次支路的分支点25和热交换器15之间。换向阀27J8形成二次支路与热交换器4之间的附加制冷剂连接通路。当阀6、14、16、22闭合、阀7打开并且阀17作为膨胀阀17工作时，经过压缩机5 压缩后的制冷剂在二次支路中流向换向阀27。换向阀27关闭原来的二次支路，阻止制冷剂流向冷凝器15。二次支路与换向阀观之间的附加制冷剂连接通路这时已打开。制冷剂经由将通向压缩机5的制冷剂管路再次封闭的换向阀观流向热交换器4。在现在作为冷凝器 4工作的热交换器4中将经过压缩后的高温制冷剂的热量传递给蓄电池。制冷剂接着流入收集罐8之中，并且经由膨胀阀17流向蒸发器2。流过膨胀阀17 时减压的部分液化的制冷剂在蒸发器2中吸收热量现在蒸发，并且从打开连接管路21的换向阀18抵达压缩机5的入口。因此作为蒸发器2的热交换器2就是可从周围空气12中将热量传递给制冷剂的热源，而作为冷凝器4的热交换器4则可用来加热作为冷源的汽车蓄电池。此外还可以根据需要选择或者同时将蒸发器3、13与蒸发器2作为附加热源。然后除了周围空气之外，还可以使用电气动力系统余热和/或者送入的空气11作为热源。图fe和恥所示的制冷剂循环回路1因此处在对汽车蓄电池进行加热的状态。作为对图fe的补充，还可以根据图恥使用冷凝器15对送入车内空间的空气11 进行再加热。这时可适当控制换向阀27，使得制冷剂不仅朝向换向阀观而且也朝向热交换器15流过换向阀。调节阀16已打开。高温制冷剂在冷凝器15中液化，并且在这里将热量释放给送入的空气11。送入的空气11可作为另一个冷源。此外也可以使用送入的空气11作为热源。制冷剂这时从收集罐8流过膨胀阀6， 从而将其减压。接着使得制冷剂在蒸发器3中蒸发，并且从送入的空气11中吸收热量，这时就会将送入的空气11除湿并且冷却，然后在流过冷凝器15时将其重新加热。制冷剂从蒸发器3的出口流向膨胀阀22，并且在流过阀22时被减压到从蒸发器2流出的制冷剂的压力水平。在汇合点M汇集部分质量流，然后使其共同流向压缩机5。按照另一种实施方式，也可以使用冷却器13来冷却作为热源的其它电气动力系统部件。制冷剂这时平行于蒸发器3流过蒸发器13，并且在这里吸收热量，然后经由三通接头19流向膨胀阀22。这时可使用周围空气12、送入的空气11和/或者电气动力系统部件作为热源。同时将汽车的蓄电池和/或者送入的空气11作为冷源。图6a、6b和6c所示为图3或图4b所示的制冷剂循环回路1的扩展形式，增加了一个内部热交换器30。此外还可视设计条件而采用一个附加的三通接头四。内部热交换器30用来在高压液态制冷剂和低压气态制冷剂之间交换热量。这时， 一方面可在收集罐8的出口处和膨胀阀6、7、14的入口前端对冷凝后的液态制冷剂继续进行冷却，另一方面也可在压缩机5的入口前端使得吸入气体过热。在制冷剂的流动方向上将内部热交换器30的高压侧布置在收集罐8形式的连接点8后面和膨胀阀6、7、14前面。在制冷剂的流动方向上将内部热交换器30的低压侧布置在压缩机5前端以及三通接头M和压缩机5的入口之间。图6a所示为相对于送入车内空间的空气11在汽车空调设备的冷却模式下工作的制冷剂循环回路1。经过压缩机5压缩后的制冷剂经由分支点25和换向阀18流向冷凝器 2，制冷剂在冷凝器中液化并且直接将热量释放给周围空气12，然后经由打开的调节阀17 进入收集罐8。截止阀16、23均已闭合，从而不会使得制冷剂进入二次支路。制冷剂从收集罐8流过内部热交换器30的高压区，在其中使得制冷剂继续释放热量而过冷，划分成部分质量流之后流向膨胀阀6、7、14。经过减压之后变成两相的制冷剂进入蒸发器3、4、13之中，并且吸收热量而蒸发。在蒸发器3中通过制冷剂以直接吸收热量的方式对送入车内空间的空气11进行冷却和/或除湿。在汇集了部分质量流之后，制冷剂经由打开的阀22流向内部热交换器30的低压区，在这里使其吸收热量而过热，然后进入压缩机5之中。在空调设备的冷却模式下，以及同时或者选择蓄电池的冷却模式时，可根据需要选择或者同时使得三个蒸发器3、4、13分别作为热源工作。可使用蓄电池的余热、电气动力系统的余热和/或者送入的空气11作为热源，而在冷凝器2中则仅仅使用周围空气12作为冷源。图6b所示为相对于送入车内空间的空气11在汽车空调设备的加热模式下工作的制冷剂循环回路1。经过压缩机5压缩后的制冷剂经由分支点25并且经由打开的截止阀 23流向冷凝器15，制冷剂在冷凝器中液化并且直接将热量释放给送入的空气11，然后经由打开的调节阀16进入收集罐8。制冷剂从收集罐8流过内部热交换器30的高压区，在其中使得制冷剂继续释放热量而过冷，划分成部分质量流之后重新流向膨胀阀6、7、14。另一部分质量流经由膨胀阀17 减压到低压之后流向作为蒸发器2工作的热交换器2，并且在这里与周围空气12直接交换热量后蒸发。然后液化的制冷剂经由换向阀18和连接管路21流向汇合点M。在膨胀阀6、7、14中减压到高于低压并且低于高压的某一中间压力之后，制冷剂流入蒸发器3、4、13之中吸收热量而蒸发。在蒸发器3中通过制冷剂以直接吸收热量的方式对送入车内空间的空气11进行冷却和/或者除湿。在汇集部分质量流之后，制冷剂在流过膨胀阀22时被减压到低压，接着在汇合点M将其与流过蒸发器2且具有相同压力水平的部分质量流混合。接着，制冷剂的总质量流再次经过内部热交换器30的低压区，使其吸热之后过热，然后到达压缩机5。如果同时使用不同的热源，则不使全部制冷剂质量流经过内部热交换器30的高压侧。此外还可以在同时使用不同热源的情况下不使全部制冷剂质量流经过内部热交换器30的低压侧。若为图中没有绘出的实施方式，则可以在制冷剂的流动方向上将例如三通接头M布置在内部热交换器30的低压侧后面，因此将其布置在内部热交换器30和压缩机5之间。此外还可以适当并行划分制冷剂质量流，-使得一部分质量流经过作为蒸发器3、使用送入的空气11作为热源的热交换器 3，-使得至少一部分质量流经过作为冷却器4、13、使用蓄电池或者电气动力系统作为热源的热交换器4和/或者热交换器13，并且-使得一部分质量流经过作为蒸发器2、使用周围空气12作为热源的热交换器2。制冷剂循环回路1的汇合点M具有用来将制冷剂部分质量流汇集在一起的部件， 可在同一个部位汇集所有部分质量流，然后将制冷剂作为总质量流供应给压缩机5。此时， 可在同一个部位将从具有类似温度水平的热源中吸收热量的各部分质量流汇集在一起。从而，一方面可在三通接头9合并经由蒸发器3、4、13的部分质量流，另一方面可在制冷剂的流动方向下游朝向三通接头9汇集那些从温度水平低于蒸发器3、4、13的温度水平的热源中吸收热量的部分质量流，在本情况下只有经过蒸发器2的部分质量流，然后在汇合点M 将其与流过蒸发器3、4、13并且已合并的部分质量流混合。适宜将膨胀阀22作为优选可以从外部调节的膨胀元件布置在三通接头9、M形式的部分质量流的各个汇集点之间。在空调设备的加热模式下，以及同时或者选择蓄电池的冷却模式时，可根据需要选择或者同时使得四个蒸发器2、3、4、13分别作为热源工作。可使用周围空气12、蓄电池的余热、电气动力系统的余热和/或者送入的空气11作为热源，而在冷凝器15中则仅仅使用送入的空气11作为冷源。图6c所示为相对于送入车内空间的空气11在汽车空调设备的再加热模式下工作的制冷剂循环回路1。在这里，通过分支点25将经过压缩机5压缩后的制冷剂划分成二次支路和通向热交换器2的连接。一部分质量流经由打开的截止阀23流向冷凝器15，制冷剂在其中液化并且将热量直接释放给送入的空气11，接着经由打开的调节阀16进入收集罐8 之中。第二部分质量流经由换向阀18流向冷凝器2，制冷剂在其中液化并且直接将热量释放给周围空气12，接着经由打开的调节阀17流入收集罐8之中。与图6a所示的加热模式一样，制冷剂从收集罐8流过内部热交换器30的高压区， 在其中使得制冷剂继续释放热量而过冷，划分成部分质量流之后流向膨胀阀6、7、14。经过减压之后变成两相的制冷剂进入蒸发器3、4、13之中，并且吸收热量而蒸发。在混合了部分质量流之后，制冷剂的总质量流经由打开的阀22流向内部热交换器30的低压区，在这里使其吸收热量而过热，然后进入压缩机5之中。在再加热模式下，可根据需要选择或者同时使得三个蒸发器3、4、13分别作为热源工作。使用送入的空气11、蓄电池余热和/或者电气动力系统余热作为热源，而在冷凝器 2、15中使用周围空气12和送入的空气11作为冷源。所述的连接类型和工作模式可以应用于在低压侧经历从液态到气态的相变并且在此期间吸收热量的不同制冷剂。在高压侧通过放热或气体冷却、随后冷凝并且必要时进行过冷，使得制冷剂将所吸收的热量又释放给某一个冷源，例如周围空气或者送入车内空间的空气。例如可以使用如R744之类的天然物质以及如R134a、R152a、HF0-1234yf之类的化学物质作为合适的制冷剂。
0120]附图标记清单0121]1制冷剂循环回路0122]2热交换器，冷凝器，蒸发器0123]3热交换器，空调设备的蒸发器0124]4热交换器，蓄电池冷却系统的蒸发器，冷却器，冷凝器0125]5压缩机0126]6，7阀，膨胀元件，膨胀阀0127]8连接点，收集罐，高压收集罐0128]9汇合点，三通接头0129]10通风道0130]11车内空间中的空气，送入的空气0131]12周围空气0132]13热交换器，动力系统冷却装置蒸发器，冷却器0133]14阀，膨胀元件，膨胀阀0134]15热交换器，空调设备的冷凝器0135]16阀，截止阀，调节阀0136]17阀，截止阀，调节阀，膨胀阀0137]18阀，换向阀0138]19,20三通接头0139]21连接管路0140]22阀，膨胀元件，膨胀阀
23，洸截止阀24汇合点，三通接头25分支点，三通接头27，沘换向阀29三通接头30内部热交换器
权利要求
1.汽车的空调设备的制冷剂循环回路(1)，所述汽车尤其是电动汽车或混合动力汽车，所述制冷剂循环回路(1)包括-一次回路，其具有压缩机(5)、在制冷剂与周围环境之间进行热交换的热交换器O)、收集罐(8)、第一膨胀元件(6)、用来将送入车内空间的空气(11)的热量供应给制冷剂的热交换器(3)、以及与热交换器(3)并联布置的热交换器G，13)，以及-二次支路，其从布置在压缩机( 和热交换器( 之间的分支点0 开始一直延伸到布置于热交换器( 和热交换器( 之间的连接点(8)，其具有将制冷剂的热量传递给送入车内空间的待调节的空气(11)的热交换器(15)以及其后紧邻的调节阀(16)，其中，所述制冷剂循环回路(1)构造成用于组合冷却模式和加热模式以及用于送入车内空间的待调节的空气(11)的再加热模式。
2.根据权利要求1所述的制冷剂循环回路(1)，其特征在于，所述连接点(8)-布置在制冷剂循环回路(1)的高压区之中，并且-可用来储存制冷剂，以及作为收集罐(8)来汇集和/或者划分制冷剂的部分质量流。
3.根据权利要求1或2所述的制冷剂循环回路(1)，其特征在于，所述制冷剂循环回路(1)具有用于汽车动力系统的部件的组合冷却模式和加热模式的热交换器G)，其中，所述热交换器(4)可以双向通流，并且具有在冷却模式下在制冷剂流动方向上游的元件，其中，所述上游元件构造成，使得在热交换器(4)的冷却模式下作为膨胀元件(7)，并且在热交换器(4)的加热模式下可以调节制冷剂压力稳定地通过。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的制冷剂循环回路(1)，其特征在于，所述一次回路具有汇合点(9，M)，其中，将一个膨胀元件0 布置在汇合点(9，24)之间。
5.根据权利要求3所述的制冷剂循环回路(1)，其特征在于，所述膨胀元件(6，7，22)设计成膨胀阀(6，7，22)，可以从部调节所述膨胀阀(6，7，22)。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的制冷剂循环回路(1)，其特征在于，-所述分支点0 与热交换器(1 之间的二次支路具有一个换向阀(27)，并且-所述热交换器(4)与汇合点(9)之间的一次回路具有一个换向阀08)，其中，所述换向阀(27，28)构成从所述二次支路到所述一次回路的制冷剂连接通路，尤其是到所述热交换器(4)的制冷剂连接通路。
7.用于组合冷却模式和加热模式以及对送入车内空间的待调节的空气(11)的再加热模式的制冷剂循环回路(1)工作的方法，在冷却模式下，制冷剂进入一次回路，在加热模式以及再加热模式下，制冷剂不仅进入一次回路，而且也进入二次支路，其中，-制冷剂在所述冷却模式和再加热模式下反向流过冷凝器⑵形式的热交换器⑵以及与加热模式相关的阀(17)，并且-在布置于制冷剂循环回路(1)的高压区中的连接点(8)处汇集和/或划分根据工作模式划分为部分质量流的制冷剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对汽车动力系统的部件采用组合冷却模式和加热模式时，制冷剂在冷却模式下反向流过蒸发器(4)形式的热交换器以及与加热模式有关的阀(7)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，-与周围环境交换热量的热交换器0)、与送入车内空间的待冷却的空气(11)交换热量的热交换器(3)以及与汽车电气动力系统部件和制冷剂交换热量的热交换器(3，14)适当工作，使得制冷剂分别吸收热量，从而可以选用或者同时使用周围空气(12)、送入的空气(11)以及电气动力系统部件作为热源，并且-与制冷剂交换热量的热交换器(1 适当工作，使得制冷剂将热量释放给送入车内空间的待调节的空气(11)，从而可利用送入的空气(11)作为冷源。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，-所述与制冷剂交换热量的热交换器(3，4，1；3)适当工作，使得制冷剂分别吸收热量，从而可以选用或者同时使用送入的空气(11)以及电气动力系统部件作为热源，并且-所述与制冷剂交换热量的热交换器0，1幻适当工作，使得制冷剂释放热量，从而可以选用或者同时使用周围空气(12)和送入的空气(11)作为冷源。
11.根据权利要求7或8中任一权利要求所述的方法，其特征在于-所述与制冷剂交换热量的热交换器0，3，1；3)适当工作，使得制冷剂分别吸收热量，从而可以选用或者同时使用周围空气(12)、送入的空气(11)以及电气动力系统部件作为热源，并且-所述与制冷剂交换热量的热交换器0，1幻适当工作，使得制冷剂分别吸收热量，从而可以选用或者同时使用电气动力系统部件和送入的空气(“)作为冷源。
12.根据权利要求7 11中任一项所述的方法，其特征在于，可以借助多级膨胀利用热源的不同温度水平，其中，-在汇合点(9)处将从具有较高温度水平的热源中吸收热量的制冷剂的部分质量流汇集在一起，-在制冷剂流动方向上位于汇合点(9)下游的汇合点04)处汇集所述从具有较低温度水平的热源吸收热量的制冷剂的部分质量流，并且从而-所述制冷剂在流过汇合点(9，24)之间布置的膨胀元件0 时减压，其中，所述膨胀阀0 形式的膨胀元件0 可从外部调节。
全文摘要
本发明涉及一种制冷剂循环回路(1)以及一种使得汽车的空调设备的制冷剂循环回路(1)工作的方法，所述汽车尤其是电动汽车或混合动力汽车。所述制冷剂循环回路(1)包括一次回路，所述一次回路具有压缩机(5)、在制冷剂与周围环境之间进行热交换的热交换器(2)、收集罐(8)、第一膨胀元件(6)、用来将送入车内空间的空气(11)的热量供应给制冷剂的热交换器(3)、以及与热交换器(3)并联布置的热交换器(4，13)。所述制冷剂循环回路(1)还包括二次支路，所述二次支路从在所述压缩机(5)和热交换器(2)之间布置的分支点(25)开始一直延伸到在热交换器(2)和热交换器(3)之间布置的连接点(8)，并且具有将制冷剂的热量传递给送入车内空间的待调节的空气(11)的热交换器(15)以及其后紧邻的调节阀(16)。所述制冷剂循环回路(1)可用于组合冷却模式和加热模式以及用于对送入车内空间的待调节的空气(11)的再加热模式。
文档编号F25B49/02GK102563943SQ20111036202
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月8日 优先权日2010年10月7日
发明者C·雷宾格, D·施罗德, F·维朔勒克, M·格拉夫 申请人:奥迪股份公司, 威斯通全球技术公司