用于车辆的回路系统和用于其的方法与流程

本发明涉及一种用于车辆的回路系统，其至少包括：引导第一流体的第一回路，其中在第一流体的所设的流动方向上设置至少一个压缩机、至少一个作为冷凝器或者气体冷却器的换热器、至少一个膨胀机构和至少一个作为蒸发器的另外的换热器；和引导第二流体的第二回路，在所述第二回路中设置至少一个用于第二流体的输送装置，其中在第一流体的所设的流动方向上，在至少一个压缩机下游并且在至少一个膨胀机构上游设置至少一个第一换热器，第一流体可输送给所述第一换热器，以便实现与第二回路的换热连接。本发明也涉及一种具有所述回路系统的车辆以及一种用于运行这种回路系统的方法。尤其对于具有电驱动马达的街道或轨道的车辆、如纯电动车或者混合动力车辆，即例如具有燃料电池或者牵引电池的车辆，使用这种回路系统。

背景技术：

在de202007011617u1中已知的是一种用于车辆的回路系统，所述回路系统具有两个分别引导自身的流体的回路，其中换热器实现在这两种流体之间的换热连接。在此，第一回路加载有可超临界运行的第一流体，所述第一流体能够借助于压缩机压缩并且借助于连接在下游的膨胀装置再次减压。然而，在此从换热器到第二回路中的第二流体的热传递不在经典的热泵运行中进行，使得不经由换热器将从外部吸收的热量从第一流体泵送到第二流体中。此外，在可传递给第二流体的热量过多的情况下，加载有调温液体作为第二流体的第二回路无法足够灵活地运行。

在ep2660086a1中已知一种所述技术领域中的也可用于供车辆的加热的回路系统，所述回路系统具有两个分别引导自身的流体的回路，其中第一换热器能够实现这两种流体之间的换热连接。第一回路虽然能够在加热时以热泵运行的方式来运行，但是在传递给第二流体的热量过多的情况下，加载有调温液体作为第二流体的第二回路无法足够灵活地运行。散热器在该处仅为了马达冷却而替选于其余的第二回路能够接入该第二回路，并且于是同与马达有效连接的调温液体分路一起形成自身的、对流式的准迷你冷却回路，在所述准迷你冷却回路中未接入第一换热器。因此，在此能够不利地不发生与第一回路的第一流体的换热。

技术实现要素：

本发明因此基于下述第一目的，提供一种用于车辆的改进的回路系统，尤其用于加热的回路系统，其至少包括两个分别引导流体的回路，其中第一换热器能够实现这两种流体之间的换热连接。第二相应的目的涉及提供具有这种改进的回路系统的车辆。第三目的是提供一种用于运行这种回路系统的改进的方法。

第一目的通过用于车辆的回路系统来实现，所述回路系统至少包括：-引导第一流体的第一回路，其中在所述第一流体的所设的流动方向上设置有至少一个压缩机、至少一个作为冷凝器或者气体冷却器的换热器、至少一个膨胀机构和至少一个作为蒸发器的另外的换热器，和-引导第二流体的第二回路，在所述第二回路中，设置用于所述第二流体的至少一个输送装置，其中沿着所述第一流体的所设的流动方向，在至少一个所述压缩机下游并且在至少一个所述膨胀机构上游设置至少一个第一换热器，所述第一流体能够输送给所述第一换热器，以便实现与所述第二回路的换热连接，其特征在于，能够借助于切换装置切换用于所述第二回路的至少两个回路模式，其中在第一回路模式中，除了用于所述第二流体的至少一个所述输送装置和至少一个所述第一换热器之外，还将至少一个能够由所述第二流体穿流的、优选构成为散热器的外部换热器接入所述第二回路，而在第二回路模式中，至少一个所述外部换热器不接入至少包含所述输送装置和共包含所述第一换热器的所述第二回路，所述第二回路优选在此是加热回路。第一目的通过如下方式来实现：用于车辆的回路系统包括至少一个引导第一流体的第一回路和引导第二流体的第二回路，在第一回路中沿着第一流体的所设的流动方向设置至少一个压缩机、至少一个作为冷凝器或者气体冷却器的换热器、至少一个膨胀机构和至少一个作为蒸发器的另外的换热器，在所述第二回路中设置用于第二流体的至少一个输送装置，并且其中在第一流体的所设的流动方向在至少一个压缩机下游和至少一个膨胀机构上游设置至少一个第一换热器，第一流体可输送给所述第一换热器，以便实现与第二回路的换热连接，并且其中用于第二回路的至少两个回路模式可借助于切换装置切换，其中在第一回路模式中，除了用于第二流体的至少一个输送装置和至少一个第一换热器外，至少一个可由第二流体穿流的、优选构成为散热器的外部换热器接入第二回路，并且在第二回路模式中，该至少一个外部换热器不接入至少包含输送装置且共包含第一换热器的第二回路接通，所述第二回路优选在此是加热回路。外部换热器构成为，使得借助于所述外部换热器，第二流体的热量可直接向外部与空气交换，例如在构成为散热器并且可适当地定位在相应的车辆中、定位在车辆处或者定位在车辆上的换热器中那样。

在根据本发明的回路系统中，在接通第一回路模式时，第二；流体中的多余的热量可经由至少一个外部换热器向外导出，这实现了用于车辆的热量调节的更高的灵活性。此外，只要第一回路对于车辆而言被运行以进行冷却，那么能够有利地由此提高作为气体冷却器或者冷凝器的至少一个第一换热器对于第一流体的效果，这实现了更高的冷却性能。另一方面，在接通第二回路模式时，第二回路可作为常用的加热回路来运行，所述加热回路具有在第一换热器中从第一流体到第二流体的热传递。作为有利的副效应，由于在这两种回路模式间进行切换，只需少量切换或调节第二回路中的输送装置。

在本文中说明本发明的相应的主题的有利的设计方案、改进方案和改进方案。

根据当前根据本发明的回路系统的一个有利的设计方案，第一回路构成为，使得在其中可超临界运行的流体可作为第一流体超临界地运行。在这种借助于高内压运行的回路中，高压侧上的流体位于超临界的状态中，使得冷却所述流体的换热器由于缺乏冷凝而是气体冷却器。虽然以超临界的方式工作的、用于车辆的空气调节的装置例如从ep0424474b1和de4432272c2中已知，但是不用于根据根据本发明第一方面的回路系统。可用于以超临界的方式运行的回路的流体与对于制冷剂回路亚临界的运行而言常见的制冷剂、如fkw、尤其是常用的r134a而言对环境的危害要小的多。在作为热泵的、以超临界的方式运行的回路中，也可使用如下流体，在所述流体中热泵即使在明显更低的、直至-20℃的外界温度下也是能够使用的。尤其有利的是，在第一回路中可以超临界的方式运行的第一流体是co2(二氧化碳)，所述二氧化碳以制冷剂名r744市售。co2相对于以亚临界方式运行的制冷剂对环境的危害小得多，能够在直至-20℃的低的外界温度中在热泵运行时使用并且简单且低成本地购置。

按照根据本发明的回路系统的另一有利的设计方案，第二流体是水。水作为第二回路中的调温液体尤其在作为加热回路运行时是可低成本地购置的、具有已知良好热容的流体并且可简单以及相对无害地操作。

根据当前的回路系统的一个有利的改进方案，在第一回路中沿着第一流体的所设的流动方向在至少一个压缩机下游并且在至少一个膨胀机构上游设置构成为流体/空气换热器的且可作为冷凝器或者气体冷却器运行的另外的换热器。由此，不仅第一回路中的第一换热器能够用作为用于冷却第一流体的冷凝器或者气体冷却器。借助于可用作为冷凝器或者气体冷却器的另外的换热器，可冷却第一流体，使得冷却性能由此整体上提高并且可更好地调节，并且在第一换热器中进行的、从第一流体到第二流体上的换热也可更灵活地调节。此外，如果第一换热器通过所连接的旁路与第一流体的制冷剂流解耦，那么在第一回路的另外的换热器中还实现对第一流体的冷却。

根据当前的根据本发明的回路系统的另一有利的改进方案，在第二回路中至少在第二回路模式中接入或可接入至少一个可由第二流体穿流的对流器和/或换热器，以加热车辆内部空间。由此，至少在第二回路模式中第二回路可尤其适合用作为用于加热车辆内部空间的加热回路。

优选地，至少在第二回路模式中将至少一个附加地可加热第二流体的加热装置接入或者能够接入第二回路。这种加热装置例如是可电运行的穿流加热器。由此，可附加地加热第二流体，这提高了第二回路的加热功率并且更灵活地设计。此外，第二流体由此能够预热，并且能够抵抗第二流体冻结的危险。

根据当前的根据本发明的回路系统的一个有利的设计方案，在第二回路中可并联至少一个外部换热器，使得在第一回路模式中第二流体除了输送装置、第一换热器和至少一个外部换热器之外不穿流其它换热器、对流器和附加地可加热第二流体的加热装置。由此，第二回路在第一回路模式中是准迷你回路，其中能够尤其有效地在第一换热器中将从第一流体传递到第二流体上的热量在至少一个外部换热器中从第二流体向外输出给空气，而车辆内部空间不被第二流体加热。第二回路在此有利地在第一回路模式中仅用于间接地从第一回路的第一流体中导出热量。借助于这样将外部换热器接入第二回路中，有利地提高对第一流体的冷却效果从而提高第一回路的冷却效果。这种间接地提高作用到第一流体的冷却效果也借助于至少一个外部换热器在第二回路中的有利的设置，即串联连接的设置来实现。在此，至少一个外部换热器可串联连接，使得在第一回路模式中第二流体除了输送装置、第一换热器和至少一个外部换热器之外还穿流至少一个另外的换热器和/或对流器和/或可附加地加热第二流体的加热装置。这附加地具有如下优点：第二流体的温度能够降低，以便为了加热车辆内部空间调节第二流体的温度或者在附加地加热第二流体时进行反向控制。此外，可实现回路系统的有利的组合设置，其中至少一个外部换热器在所提到的并联设置和串联设置之间可借助于切换装置例如经由三通阀切换。所述三通阀在第二回路的第一回路模式中允许至少一个外部换热器的这两种设置的优点。用于在第二回路的第一回路模式和第二回路模式之间进行切换的切换装置优选包括三通阀。这种阀实现这两种回路模式的简单且可容易调节的切换。切换装置优选包括根据车辆内部空间的空气温度进行调节。经由一个或多个温度传感器的信号和与对于车辆内部空间预设的空气温度的调准(abgleich)，这种调节可以自动进行。由此，可有利地在车辆内部空间中温度过高时接通第一回路模式，而在温度过低时接通第二回路模式。

根据当前的根据本发明的回路系统的一个有利的改进方案，在第一回路中，沿着第一流体的所设的流动方向在至少一个膨胀机构下游且在至少一个压缩机上游设置至少一个另外的换热器，第一流体可接入所述另外的换热器，以便实现与引导第三流体的第三回路，优选冷却回路的换热连接。由此，第二回路可有利地经由第一回路与第三回路耦合，使得第二流体能够在第一换热器中从第一流体提取热量，从而提高在作为制冷剂回路运行的回路中在所提到的另外的换热器的侧上的冷却性能，以至于在第三回路中的第三流体可在该处更好地冷却。特别地，在接通第二回路的第一回路模式时，第一换热器在第三回路冷却运行时因此有利地可用作为在第一回路中的冷凝器或者气体冷却器。

尤其有利地，根据本发明的回路系统构成用于设有电驱动马达的公共汽车。在这种公共汽车中，马达热量常常不足以加热车辆内部空间。根据本发明的回路系统是节省能量的、极为有效的并且可灵活运行的系统，以加热、冷却这种公共汽车并且对这种公共汽车的空气进行调节。

最后，从属权利要求的特征基本上能够自由地彼此组合并且不因在权利要求中所存在的顺序而固定地组合，只要它们彼此独立地存在。

第二目的通过一种具有根据本发明的回路系统的车辆实现。关于优点以及其它有利的实施方式和改进方案相应参见对根据本发明的回路系统的上述说明。优选地，具有这种根据本发明的回路系统的这种车辆是设有电驱动马达的公共汽车。

第三目的通过一种用于运行根据本发明的回路系统的方法实现，其中该方法在需要提高第一回路的冷却性能时包括接通第二回路的第一回路模式的方法步骤。

通过在第二回路的第一回路模式中将至少一个外部换热器接入第二回路的方式，在该处将热量向外从第二流体输出给空气，由此在第一换热器中能够将更多的热量从第一流体输出给第二流体，这于是在第一回路中在低压侧上，即在至少一个膨胀机构下游并且在至少一个压缩机上游引起提高的冷却性能。特别地，在该处通过第一回路处的另外的换热器处于换热连接的、引导第三流体的第三回路由此也提高第三回路的例如用于冷却供车辆内部空间的区域的空气的冷却性能。

附图说明

根据附图阐述本发明的实施例。

附图示出：

图1示出在第二回路的第一回路模式中用于车辆的根据本发明的回路系统的一个实施方式的原理线路图，

图2示出在第二回路的第二回路模式中用于车辆的根据本发明的回路系统的在图1中所示出的实施方式的原理线路图，以及

图3示出用于车辆的根据本发明的回路系统的另一实施方式的原理线路图。

所有附图可理解为是示意性的。出于提高清楚下的目的不使用按比例的描绘。

具体实施方式

在图1中示出在第二回路50的第一回路模式中用于车辆的根据本发明的回路系统1的一个实施方式的原理线路图。第一回路10包含第一流体，所述第一流体在第一回路10中引导。在该实施例中，第一回路10抗压地构成并且其部件构成为，使得第一流体在其中能够在超临界的范围中运行。第一流体是co2(二氧化碳)。其它适合于超临界运行的制冷剂也可以考虑作为第一流体。在第一回路10中，沿着第一流体的所设的流动方向，接入热泵回路的经由制冷剂管路连接的、尤其下述适合于超临界运行的部件：

压缩机3；第一换热器7的第一侧5；另一换热器9，所述另一换热器构成为气体冷却器用于作为流体/空气换热器向外与空气进行换热；构成为内部换热器的换热器13的高压侧11；构成为膨胀阀的膨胀机构15；构成为蒸发器的换热器17；另一换热器21和构成为内部换热器的换热器13的在压缩机3的入口上游的低压侧19。

第二回路50经由第一换热器7与第一回路10热耦合，所述第一换热器通过其第一侧5沿着第一流体的所设的流动方向在压缩机3下游并且在膨胀机构15上游接入第一回路10中。第一换热器7不仅共包含在第一回路10中，也就是说，通过其第一侧5包含在第一回路中，并且而且共包含在第二回路50中，也就是说，通过其第二侧33包含在第二回路中。第二回路50引导第二流体，所述第二流体是调温液体。作为第二流体考虑水或者例如考虑乙二醇-水-混合物。其它常用的调温液体也可以考虑作为第二流体。由构成为热泵的输送装置31能够将第二流体泵送穿过第一换热器7的第二侧33，以便在该处使热量由流动穿过第一侧5的第一流体吸收。第一换热器7在这种情况中成形为板式换热器。也可以考虑其它已知的、常见类型的适合的第一换热器7，用于第一流体和第二流体之间的换热。如下实施方案变型形式，即第一换热器7为了第一流体的穿流以可借助旁路连同阀接入第一回路10的方式设置，或者即第一换热器7是第一回路10中的唯一的气体冷却器或者冷凝器，也是可以考虑的。第二回路50具有可借助切换装置35接入的外部换热器37，所述切换装置在这种情况下包括三通阀，所述外部换热器在此是散热器。也可以考虑的是两个或更多个这种可接入的外部换热器37。外部换热器37在这种情况下借助于切换装置35接入第二回路50，使得第二回路50的第一回路模式接通。外部换热器37并联连接，也就是说，通过输送装置31和第一换热器7的第二侧33泵送的第二流体继续流动穿过外部换热器37，并且从该处继续泵送至输送装置31的入口侧，在所述外部换热器中热量从第二流体向外输出给空气。至少一个外部换热器37在所述实施例中设置用于，定位在车辆内部空间的外部，或者一个或多个所述外部换热器37在装入车辆中的回路系统1中装入车辆内部空间外部。符号表示的阀的以黑色代替白色标记的三角形在图1和图2中示出阀对于相应的流体的连接在所述阀上的管路打开。在第二回路50的该第一回路模式中，不接入所描绘的其它部件，如设置用于加热车辆内部空间中的空气的换热器39、同样为此设置的空气的对流器41和可附加地加热第二流体的加热装置43、45，也就是说，不由第二流体穿流。在图1和图2中所描绘的箭头说明相应的流体的流动方向。沿着第一流体的所设的流动方向在第一回路10中在膨胀机构15下游并且在压缩机3上游设置可选的另外的换热器21，以便实现与可选的、引导第三流体的第三回路70的换热连接，所述第三回路是冷却回路。也可以考虑根据本发明的回路系统1的如下实施方案，其中在第一回路10中在另外的换热器21上游特意设置膨胀机构15，所述膨胀机构在功能上相似于蒸发器接入的换热器17上游的膨胀机构15。第三回路70仅非常简化地以接入其中的输送装置61、另外的换热器21和例如待冷却的牵引电池63或者其它待冷却的车辆部件示出。也就是说，第一回路10可以热泵运行的方式运行。在图1中所描绘的回路系统1构成用于设有电马达的公共汽车。其它街道车辆或者轨道车辆、优选电动车或者混合动力车辆同样能够设有根据本发明的回路系统1的相应为此构成的实施方式并且是设有这种实施方式的。

原则上还可以考虑第一回路10的如下实施方案，其中第一流体在亚临界的范围中运行，如在对此常用的由fkw构成的制冷剂中那样。

在图2中示出在在第二回路50的第二回路模式中用于车辆的根据本发明的回路系统1的在图1中所示出的实施方式的原理线路图。关于第一回路50与其部件和第三回路70连同其部件的描述，参见上述对图1的上述描述。然而，在第二回路50中，包括三通阀的切换装置35连接为，使得外部换热器37不接入第二回路50，也就是说，切换装置35已经关于第二流体的穿流封闭至外部换热器37的管路。但是对于第二流体而言，切换装置35如下打开：第二流体由输送装置31穿过第一换热器7的第二侧33以继续引导穿过对于这些加热回路而言常见的管路的方式流动至可选的、可附加地加热第二流体的加热装置43。第二流体从该处根据另外的阀47、49的切换要么直接流至输送装置31的入口要么仍事先流动穿过车辆内部空间中的对流器41和/或穿过可附加地加热第二流体的另外的加热装置45和用于加热车辆内部空间的换热器39。由此，由切换装置35接通用于第二回路50的第二回路模式。在换热器39中，从第二流体中将热量输出给车辆内部空间的空气或车辆内部空间的如下区域的空气，即例如车辆驾驶员的区域。也可以考虑多个接入第二回路50中的、用于第二流体到车辆内部空间的不同区域部位处的内部空气的换热的换热器39，以加热车辆内部空间的不同区域。为此，可以考虑已知的具有阀线路的设计方案，所述设计方案除了一个/多个对流器41之外借助穿过换热器39的第二流体中的热量实现对车辆内部空间的各个区域进行彼此独立的加热。附加地进行加热的加热装置43、45例如是适当的并且对此已知的可以400v交流电压的电流运行的连续式加热器或ptc加热器。

在图1和图2中示出的实施例可选地具有未示出的、用于切换装置35的调节，以切换第二回路50的第一或第二回路模式。该调节例如包括根据车辆内部空间的空气温度自动地控制切换装置35。如果车辆内部空间的先前较冷的内部空气的经由在图1和图2中未示出的温度传感装置所测量的温度达到例如20℃的预设的温度，那么经由对切换装置35进行调节从第二回路50的第二回路模式切换到第一回路模式。然而，如果所测量的车辆内部空间中的空气温度低于预设值，例如19℃，那么经由对切换装置35的调节自动地将第二回路50的第一回路模式切换为第二回路模式，也就是说，使得随后第二回路50作为加热回路运行以加热车辆内部空间。但是也可以累积地或者替选地考虑其它参数，例如外界温度或者在第三回路70中的冷却需求，针对这两种回路模式调节切换装置35能够与所述参数相关。

在图3中示出用于车辆的根据本发明的回路系统1的另一实施方式的原理线路图。第一回路10和第三回路70的远离构造对应于在图1和图2中所示出的回路系统1的实施例。关于对第一回路10与其部件连同附图标记和第三回路70与其部件连同附图标记的描述，参见上述对图1和图2的描述。

输送装置31和第一换热器7的第二侧33接入第二回路50中。在这种情况下构成为热泵的输送装置31将第二流体泵送穿过管式管路至第一换热器的第二侧以及进一步穿过第一换热器7的第二侧33。在换热器7中，第二流体从第一回路10的流动穿过换热器7的第一侧5的第一流体中吸收热量。第二流体例如是水。沿着第二流体在第二回路50中的流动方向连接在第一换热器7的第二侧33下游的切换装置35根据切换要么释放第二流体继续至外部换热器37的路径，使得第二回路50以第一回路模式接通，要么不释放至外部换热器37的流动路径，而是可让第二流体同样继续流动至可附加地加热第二流体的加热装置43，使得随后因此在第二回路50中接通第二回路模式。在构成为散热器的外部换热器37中，在第一回路模式中进行从在第二回路50中引导的第二流体向外到空气的热量输出。至少一个外部换热器37在所述实施例中设置用于：定位在车辆内部空间外部，或者一个或多个所述外部换热器37在装入车辆中的回路系统1中装入车辆内部空间外部。外部换热器37在第二回路50的第一回路模式中串联连接。在接通第一回路模式的情况下，第二流体在外部换热器37之后穿流可附加地加热第二流体的加热装置43。接着，所述第二流体根据对另外的阀47、49和51的切换，要么直接继续流动至输送装置31的入口要么仍事先流动穿过车辆内部空间中的对流器41和/或仍流动穿过可附加地加热第二流体的加热装置45和用于加热车辆内部空间区域的空气的换热器39和/或仍流动穿过用于加热其它车辆内部空间区域的空气的换热器40。这两个车辆内部空间区域例如是公共汽车的驾驶员坐席区域和乘客区域。在第二回路模式中，也就是说，在不接入外部换热器37的情况下，能够在加热装置43下游根据对另外的阀47、49和51的切换相应地如在第一回路模式中那样在到达输送装置31的入口之前由第二流体穿流对流器41、加热装置45以及换热器39和40。

关于在图3中未示出的可选地调节切换装置35，参见在上文中关于此对图1和图2描述的实施方案，所述切换装置在这种情况下包括三通阀，但是不限于此。

也可以考虑根据本发明的回路系统1的第二回路50的实施方案的一个变型形式，其中外部换热器37在第一回路模式中可以并联设置或者串联设置的方式连接。所述回路系统在图3的如此被补充的实施例中例如可在外部换热器37下游通过附加地设有阀的、到输送装置31的入口的直接的返回管路实现。

在图3中示出的实施例可用于或者构成用于设有电驱动马达的公共汽车。其它街道或轨道车辆、优选电动车或者混合动力车辆同样能够设有根据本发明的回路系统1的相应为此构成的实施方式或是设有根据本发明的回路系统1的这种实施方式的。

关于在图1、2和3中所描绘的回路系统和根据本发明的回路系统的其它实施方案，如下是适用的：

通过在第二回路50的第一回路模式中将至少一个外部换热器37接入第二回路50的方式，在该处热量从第二流体中向外输出给空气，由此在第一换热器7中能够将更多的热量从第一流体输出给第二流体，这随后在第一回路10中在低压侧上，也就是说，在膨胀机构15下游并且在压缩机3上游，引起冷却性能提高。在该处，通过另外的换热器21存在第一回路10的第一流体至引导第三流体的第三回路70的换热连接，使得由此也提高第三回路70用于冷却例如车辆内部空间区域的空气或者牵引电池的冷却性能。也就是说，用于运行根据本发明的回路系统1的方法在需要提高第一回路10的冷却性能从而可能也需要提高第三回路70的冷却性能的情况下，包括如下方法步骤：接通第二回路50的第一回路模式。