用于机动车的空调设备和其运行方法与流程

本发明涉及一种用于机动车的空调设备，其包括：

-具有冷却剂主回路的冷却剂回路，冷却剂主回路具有沿冷却剂的流动方向按顺序布置在冷却剂主回路中的：压缩机、冷凝器/气体冷却器、第一膨胀机构和可作为第一蒸发器运行的空气/冷却剂换热器，

并且所述空调设备包括

-冷冻剂回路，其具有冷冻剂泵和与热源热耦合的吸收换热器，

其中，冷却剂回路和冷冻剂回路借助构造为冷冻剂/冷却剂换热器的耦合换热器来相互热耦合，耦合换热器在冷却剂侧沿冷却剂的流动方向后置于第一蒸发器，并且同样可以作为蒸发器运行。

本发明还涉及用于运行这种空调设备的方法。

背景技术：

该类型的空调设备和其运行方法由ep1434967b1已知。

机动车的越来越多的电气化需要复杂的空调解决方案。一方面，内燃机的废热为了加热目的没有或仅在有限的范围内是可用的。另一方面，电气或电子部件，例如牵引用电池需要主动冷却，其不能够通过常规的被动的冷冻剂回路(其例如从内燃机的冷却中是已知的)实现。

原则上可想到的一方面针对冷却电气或电子部件，另一方面针对乘客舱的空气调节使用不同的分别完整的冷却剂回路的可能性由于成本和结构空间原因是不实用的。为了乘客舱的区域空气调节已知的是，(唯一的)冷却剂回路配备有两个并联的蒸发器，其分别可以通过相关联的膨胀机构彼此独立地控制。原则上实用的方案然而在多于两个的蒸发器的并联的情况下受到限制。尤其提高如下危险：用于随冷却剂循环的用于润滑压缩机的油的其中一个或多个蒸发器变为“收集器”，从而其故障风险提高。这尤其适用于如下情况：在这些情况下，其中一个平行的蒸发器在更长的时间内保持未被使用，如这针对电子器件冷却器尤其一定会在寒冷季节中出现的那样。与之不同地，与乘客舱中的空气热耦合的蒸发器通常即使在冷的外部温度中也保持运行，即作为空气去湿器运行或必要时在应用热泵的情况下运行。

由之前提到的该类型的文献已知一种冷却剂回路，其具有压缩机、冷凝器/气体冷却器、膨胀机构和构造为空气/冷却剂换热器的第一蒸发器，其中，同样可作为蒸发器运行的耦合换热器后置于第一蒸发器。耦合换热器构造为冷冻剂/冷却剂换热器，并且使冷却剂回路和冷冻剂回路热耦合，冷冻剂回路本身与待冷却的、即作用为热源的电子器件热耦合。在此使用的概念“冷凝器/气体冷却器”表示如下构件，其在压缩机和膨胀机构之间用于冷却被压缩的冷却剂，其中，这可以根据所使用的冷却剂的不同而带来实际的冷却，也即导致原先为气态的冷却剂的液化，或者冷却剂在保持其气态状态的情况下的单纯地冷却。

在已知的解决方案中不利的是在第一蒸发器和耦合换热器运行时的独立性的缺失。本领域技术人员认识到，第一蒸发器必须运行，从而在其输出端上还存在可蒸发的冷却剂的残余量，所述残余量在后置的同样作用为蒸发器的耦合换热器中蒸发，并且由此可以冷却冷冻剂回路的热耦合的冷冻剂。可蒸发的冷却剂的该残余量尤其可以通过在第一蒸发器的输出端上的过热来调节。电子器件例如在电功率峰值时的冷却需求的改变可以仅以如下方式测量地来补偿：可蒸发的冷却剂在第一蒸发器的输出端上的量，即在该部位上的过热相应改变。这然而会影响第一蒸发器的冷却功率，并且因此负面地影响乘客舱的乘客感觉到的空调舒适度。此外，在调节第一蒸发器时的这种灵活性需要电子膨胀阀作为膨胀机构，这与不灵活的恒温膨胀阀相比明显成本更高，并且因此不是优选的。

技术实现要素：

本发明的任务是改进该类型的空调设备，从而实现在第一蒸发器和耦合换热器的运行时的更大的独立性。

该任务结合权利要求1的前序部分的特征通过分支线路解决，分支线路沿冷却剂的流动方向在第一膨胀机构之前从冷却剂主回路分岔，在第一蒸发器与耦合换热器之间又通入冷却剂主回路中，并且具有可控制的分支线路膨胀机构。

此外，该任务通过根据权利要求8的运行方法解决，即通过用于运行这种空调设备的方法解决，其中，第一膨胀机构被控制，从而在正常运行时在分支线路膨胀机构关闭的情况下足够用于冷却热源的冷却剂量在可蒸发的状态下从第一蒸发器流至耦合换热器，并且被确认为热源在被不充分冷却的情况下，在可蒸发的状态下流入耦合换热器中的冷却剂的量通过打开分支线路膨胀机构而提高。

本发明的优选的实施方式是从属权利要求的主题。

本发明本质上设置了绕开第一蒸发器的分支线路。绕开的概念在此然而不应意味着冷却剂不再强制性地穿过第一蒸发器，而是替代地通过分支线路的备选路径流动。相反地，根据本发明的分支线路提供了用于冷却剂的附加的流动路径，冷却剂因此根据第一膨胀机构和分支线路膨胀机构的开关可以平行地流过第一蒸发器和分支线路。在分支线路膨胀机构关闭时，根据本发明的空调设备的运行与该类型的空调设备的运行基本上没有不同。打开分支线路膨胀机构(这尤其在冷冻剂回路中的提高的冷却需求的阶段中进行)导致提高可蒸发的冷却剂在耦合换热器的输入端上的量，从而在耦合换热器中可以实现更高的冷却功率。前值与耦合换热器的第一蒸发器的冷却功率由此没有受到影响，这是因为在冷却剂回路的高压范围内的分支线路进行分岔，并且与之关联的压力损失(至少在冷却剂回路没有在其极端功率最大值中工作的所有情况下)在其对第一蒸发器中的压力调节的影响方面是可忽略的。

本发明因此能够实现冷冻剂回路中的冷却功率的需求导向的可变性，这不会导致损害通过第一蒸发器来空气调节的乘客舱中的舒适度。

冷却剂主回路的前置于第一蒸发器的第一膨胀机构优选地是恒温膨胀阀。在此，其是膨胀机构的特别廉价的和坚固的但不灵活的设计方案。如上面阐述的那样，基于本发明然而不需要在该情况下的控制灵活性。相反地，灵活化根据本发明转移至分支线路中。

如果与恒温膨胀阀有关的优点在个别情况下是不重要的，那么然而备选地也可以使用其他类型的受控的膨胀机构。在该情况下证实为有利的是，冷却剂主回路的第一膨胀机构是根据冷却剂在第一蒸发器的输出端上的过热调节的膨胀机构。换言之，第一膨胀机构优选被控制，从而在第一蒸发器的输出端上形成冷却剂的预设的恒定的过热。由此以特别简单的方式确保第一蒸发器的独立的可调节性。

对于分支线路膨胀机构来说，使用恒温膨胀阀原则上同样是可想到的，其中，有利地连接该恒温膨胀阀，从而其根据耦合换热器的输出端上的过热来工作。因为本发明的实际的优点然而在于可以对冷冻剂回路的冷却需求的改变特别灵活地起反应，所以替代地优选的是，分支线路膨胀机构设计为电子膨胀阀、电磁控制阀或可控制的节流阀。作为简单的可控制的节流阀的设计方案尤其是相对于耦合换热器的输入端上的恒温冷却剂不具有成本或结构空间缺点，然而利用这种结构元件可明显更灵活地调节。在此，可以顺利地设置分支线路膨胀机构例如根据耦合换热器的输出端上的过热实现的调节。换言之，分支线路膨胀机构是根据冷却剂在耦合换热器的输出端上的过热调节的膨胀机构。

在耦合换热器的设计方面证实为特别有利的是，其构造为共轴的管套管换热器。原则上已知的类型的换热器是特别节约结构空间的，尤其是在反向电流运行时是非常有效的。

迄今为止，关于冷却剂主回路基本上提到仅一个负责乘客舱的空气调节的蒸发器，即第一蒸发器。显然，本发明也可传递到具有借助多个蒸发器对乘客舱进行区域空气调节的空调设备上。因此，在本发明的改进方案中设置的是，冷却剂主回路具有与第一蒸发器并联的可作为第二蒸发器运行的空气/冷却剂换热器和前置的第二膨胀机构。两个蒸发器在空气侧有利地与乘客舱的不同的区域热耦合。

附图说明

本发明的其他的特征和优点由随后的特殊的描述和附图得到。其中：

图1示出了根据本发明的空调设备的示意图。

具体实施方式

图1以非常示意性的图示示出根据本发明的空调设备，其具有冷却剂回路10和仅不完整地示出的冷冻剂回路70。冷冻剂回路70优选用于调温未示出的电气和电子部件，例如功率电子器件和/或牵引用电池。

冷却剂回路10的重要的组成部分是其冷却剂主回路12，其通常具有压缩机20、沿冷却剂流动方向后置于其的冷凝器/气体冷却器30、第一蒸发器41和前置于其的第一膨胀机构51。第一蒸发器41优选设计为空气/冷却剂换热器，其可以被空气流穿过，空气流可以以未示出的方式引导至同样未示出的乘客舱中。第一蒸发器41因此初步用于调温和/或去湿所提到的乘客舱中的空气。第一蒸发器的运行借助第一膨胀机构51控制或调节。第一膨胀机构51优选构造为恒温膨胀阀，并且根据在第一蒸发器的输出端上的冷却剂的过热来调节。空调设备的这种基本形式的作用原理对于本领域技术人员来说是已知的，并且应该在该情况下不会详细阐述。

在冷却剂主回路12中，耦合换热器60后置于第一蒸发器41，耦合换热器构造为冷冻剂/冷却剂换热器，并且示出冷却剂回路10与冷冻剂回路70之间的热耦合。耦合换热器60优选设计为共轴的管套管换热器。冷却剂回路10此外具有分支线路14，其在第一膨胀机构51之前的高压范围内从主回路12分岔，并且在第一蒸发器41与耦合换热器60之间又通入主回路12中。在分支线路14中布置有分支线路膨胀机构141。其优选构造为可控制的节流阀，然而也可以设计为每个其他形式的可控制的膨胀机构。

在空调设备的所示的形式中设置有两个并联的蒸发器。因此在冷凝器/气体冷却器30与第一膨胀机构51之间，平行线路16从主回路12分岔，平行线路16在耦合换热器与压缩机20之间又通入主回路中。在该平行线路16中布置有第二蒸发器42和第二膨胀机构52，优选同样布置有恒温膨胀阀。第二蒸发器42也构造为空气/冷却剂换热器，其中，流过第二蒸发器的空气流同样可以引导至乘客舱中。

优选地，第一蒸发器41和第二蒸发器42在空气侧连接，从而将由其调温的空气流引导至乘客舱的不同的区中。有利地，第二蒸发器42用于乘客舱的前方区域的频繁的需要的空气调节，并且可以以比第一蒸发器41更高的冷却功率运行，第一蒸发器优选用于后方的乘客舱区域的空气调节。

在根据本发明的空调设备的优选的运行方法方面参考在描述的普通部分中的阐述，运行方法能够不依赖于第一蒸发器41的运行地实现电气部件的满足需求的冷却。

显然，在特殊的描述中讨论的和在附图中示出的实施方式仅是本发明的解释性的实施例。对于本领域技术人员来说，鉴于本公开内容提供变形可能性的宽的范围。

附图标记列表

10冷却剂回路

12冷却剂主回路

14分支线路

141分支线路膨胀机构

16平行线路

20压缩机

30冷凝器/气体冷却器

41第一蒸发器

42第二蒸发器

51第一膨胀机构

52第二膨胀机构

60耦合换热器

70冷冻剂回路