CN100439136C - 空气调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空气调节装置，尤其是用于机动车的空气调节装置，用于机动车乘坐室的加热和/或冷却，具有一个压缩机，本发明提出：一个压缩机同时地、即在并行工作中至少可供应两个空气调节循环回路。

Description

空气调节装置
技术领域
本发明涉及一种空气调节装置，尤其是用于机动车，它具有一个压缩机，其中这种空气调节装置主要用来冷却机动车乘坐室。
背景技术
这种空气调节装置是已知的。它设有一个制冷回路，其中被一个压缩机压缩的制冷剂通过气体冷却器被冷却，然后通过膨胀阀减压至低压及由此被强烈地冷却。该强烈冷却的制冷剂可通过一个热交换器冷却机动车乘坐室的输入空气。然后通过一个可存储液态制冷剂的收集器使气态制冷剂被压缩机吸入。在这种空气调节装置中用一个压缩机供应一个制冷回路。在此情况下问题在于，在机动车乘坐室的输入空气中具有的空气湿度在冷却时被冷凝及在使用用于加热的热交换器时被蒸发并作为水雾凝结在车窗玻璃上。
在该领域中迄今公知的空气调节装置或仅是加热用的或仅是冷却用的。
还公知了具有后置电加热或通过发动机冷却水后置加热的冷却用空气调节装置。所述后一空气调节装置对于蒙雾的车窗玻璃在由冷转换到热时及在机动车由冷的发动机起动时具有很大问题。具有后置电加热的空气调节装置相对这里由本发明提出的解决方案来说需要很多的电能。
发明内容
本发明的任务是，提出一种空气调节装置，它不具有这些缺点。
该任务将通过一种空气调节装置，尤其是用于机动车的空气调节装置来解决，它用于机动车乘坐室的加热和/或冷却，具有一个压缩机，其特征在于：该压缩机同时地、即在并行工作中至少可供应两个空气调节循环回路。这样的空气调节装置是优选的，其中第一循环回路可用于机动车乘坐室的输入空气的冷却及同时第二循环回路可用于机动车乘坐室的输入空气的加热。根据本发明的空气调节装置的特征在于：在高压侧上循环回路中顺流方向上压缩机的后面设有一个分支点，该分支点可将高压制冷剂流划分成两个流。
最好在分支点后面在第二循环回路中设有一个膨胀阀。并且可在分支点后面在第一循环回路中设有一个止回阀。
尤其优选的是这样的空气调节装置，其中在高压侧上循环回路中顺流方向上压缩机的后面设有一个阀装置，它可将高压制冷剂流划分成两个流。
根据本发明的空气调节装置的特征还在于：第一制冷剂流可用于机动车乘坐室的输入空气的冷却及同时第二制冷剂流可用于机动车乘坐室的输入空气的加热。这具有的优点是，首先被冷却的输入空气通过与水分离器去除了湿气及然后该输入空气通过第二循环回路被加热，这样就有利地防止了车窗玻璃蒙雾。
这样的空气调节装置也是优选的，其中所述分支给加热的第二制冷剂流循环回路使用在压缩时形成的高压侧上的所述制冷剂的高温度用于机动车乘坐室输入空气的加热，而第一制冷剂流供制冷回路使用。根据本发明在该空气调节装置上，借助热交换器用高压气体的高温度来加热一个冷却水循环回路。并且这样的空气调节装置是优选的，其中冷却水循环回路借助热交换器对机动车乘坐室的输入空气加热。此外这样的空气调节装置是优选的，其中在顺流方向上热交换器的后面设有一个节流装置或一个膨胀阀。并且这样的空气调节装置是优选的，其中在顺流方向上节流装置或膨胀阀的后面设有一个止回阀，该止回阀可防止制冷剂流由制冷回路流到加热回路中。
根据本发明的空气调节装置的特征还在于：在顺流方向上止回阀的后面，加热回路在低压侧、即压缩机的吸入侧上通入制冷回路。
同样优选的是一种空气调节装置，其中借助热交换器用高压气体的高温度加热机动车乘坐室的输入空气。
此外这样的空气调节装置是优选的，在顺流方向上热交换器的后面设有一个节流装置或膨胀阀。并且这样的空气调节装置是优选的，其中在顺流方向上节流装置或膨胀阀的后面设有一个热交换器，该热交换器借助冷却水再次加热制冷剂。根据本发明的空气调节装置的特征还在于：在顺流方向上热交换器的后面设有一个止回阀，该止回阀防止制冷剂流由制冷回路流到加热回路中。并且这样的空气调节装置是优选的，其中在顺流方向上止回阀的后面，加热回路在低压侧、即压缩机的吸入侧上通入制冷回路。
根据本发明的空气调节装置的特征还在于：通过附加的加热回路来避免车窗玻璃蒙雾。
并且这样的空气调节装置是优选的，其中冷却水循环回路是内燃发动机原有冷却水循环回路的一个水循环回路中小的附加旁路，该旁路可打开及关闭。并且这样的空气调节装置是优选的，其中热交换器可不由冷却水吸收热量，而由环境空气或由发动机部件或发动机组部件或由排气管路吸收热量。根据本发明的另一空气调节装置的特征在于：发动机冷却水的体积流量可借助恒温调节阀调节，以影响热流量。
并且这样的空气调节装置是优选的，其中在空气调节装置起动时，在具有可变行程的压缩机中的工作室入口应尽可能闭合，以便尽可能快地由压缩机得到液态制冷剂。同样这样的空气调节装置是优选的，其中在冷空气调节装置起动时，使冷却水循环回路至少这样久地与更冷的发动机冷却水循环回路隔离，直到压缩机高压侧不再出现液态制冷剂为止。
根据本发明的空气调节装置的特征还在于：当在输出热量给机动车乘坐室的输入空气后冷却水循环回路的温度低于发动机冷却水的温度时，则冷却水循环回路向发动机冷却水循环回路打开。同样这样的空气调节装置是优选的，其中当用于加热机动车乘坐室需要少的热量时，则相应地减少分支给加热的高压气体流。这就导致有利的燃料节省，并且这样的空气调节装置是优选的，其中当发动机冷却水热而机动车乘坐室应更多地被冷却时，则关断冷却水循环回路的循环，由此在装置中不输入附加热量。同样通过该措施可节省燃料。
根据本发明的空气调节装置的特征还在于：在空气调节装置起动时，在具有可变行程的压缩机中的工作室入口应尽可能闭合，以便尽可能快地由压缩机得到液态制冷剂；及当在冷发动机起动而发动机冷却水应被加热及由此放弃机动车乘坐室的尽可能快的加热时，则使冷却水循环回路向发动机冷却水循环回路打开。
并且这样的空气调节装置是优选的，其中当发动机冷却水热而机动车乘坐室应被冷却时，则在加热支路中节流后尽可能地减少热量输入。这些措施有助于节省燃料。同样这样的空气调节装置是优选的，其中利用热气体的余热来加热。并且这样的空气调节装置是优选的，其中使用气体作为制冷剂，当循环回路工作时该制冷剂在高压侧达到高的温度，尤其为120℃。尤其这样的空气调节装置是优选的，其中使用CO2作为制冷剂。
借助热泵的使用在加热时相对现有技术可节省燃料，及即使在发动机冷时也可显著快地将热量传送给机动车乘坐室。根据本发明的任务的解决方案既在于系统的实施方案也在于与情况相关的调节策略。作为本发明的优点，在于避免了车窗玻璃的蒙雾，节省了能量及通过替代其它系统组成部分而协同作用。
附图说明
现在借助附图来描述本发明。
图1表示具有一个带有三角流程的附加循环回路的一个空气调节循环回路。
图2表示具有一个带有热泵流程的附加循环回路的一个空气调节循环回路。
图3表示图1中空气调节循环回路的一个变型。
具体实施方式
压缩机1在其高压侧3上，即在制冷剂通过压缩变得很热的一侧上与一个阀5相连接。阀5可以使由压缩机1流出的高压制冷剂流分成两个流通路径：一个用于制冷回路的流通路径7，及一个用于加热回路的流通路径9。流通路径7以公知方式继续传导到一个气体冷却器11，在其中变热的高压气体被冷却下来。
该制冷回路通过连接部分13通向一个内部热交换器15，在那里该循环回路通过连接部分17继续通向一个膨胀阀19，在该膨胀阀中制冷剂膨胀及由此冷却到低的温度上。该冷的制冷剂现在通过连接部分21被导向一个蒸发器23，该蒸发器被机动车乘坐室的导管25中的输入空气流穿过。在此情况下输入空气流被相应地冷却，而制冷剂在这里又吸收了热。制冷剂从蒸发器23通过连接部分27被导向一个收集器29，在该收集器中制冷剂的液态及气态分量彼此被分离。通过连接部分31再次流过内部热交换器15，然后制冷剂通过连接部分33到达一个连接点35及从那里通向压缩机1的低压侧37。
附加的、并列的加热回路通过分支的连接部分9首先通过热交换器39，该热交换器与一个冷却水循环回路41连接，以使得该冷水可吸收高压气体的热量。该加热回路通过一个连接部分43继续导向一个膨胀阀45，制冷剂通过该膨胀阀被膨胀到压缩机的低吸入压力上。连接部分47继续导向一个止回阀49，加热回路从该止回阀通过连接部分51导向连接点35及由此导向压缩机的低压吸入侧。止回阀49负责用于：制冷剂仅可从加热回路到达压缩机的吸入区域37，制冷剂不能反向地从制冷回路的低压区域向后流入加热回路。冷却水循环回路41通过热交换器39借助连接部分53继续导向一个热交换器55，该热交换器55同样被机动车乘坐室的输入空气流穿过，其中输入空气流借助热交换器55从冷却水循环回路41吸收热量。这两个空气调节循环回路的功能在于：首先在蒸发器23中使输入空气冷却及在此情况下使可能的冷凝水从输入空气中分离及凝结出来。然后输入空气在热交换器55中被轻微加热及接着到达机动车乘坐室中，以免使车窗玻璃上蒙雾，否则如通常的情况那样，尤其是-如通常所建议的-该空调装置部分地反向工作、即作为加热器工作及使用加热用的湿气蒸发器，由此使水在其上急剧地被蒸发。
对于这种空气调节装置的功能这里应再次结合其结构进行描述。为了避免机动车乘坐室中车窗玻璃蒙雾，必需使空气有些干燥才行。这将通过以下三个步骤来实现：
-使机动车乘坐室的输入空气冷却
-排除可能形成的冷凝水
-如果驾驶员需要热空气或需要用于车窗玻璃干燥时，使输入空气加热至少一个小量值。
输入空气的冷却通过制冷回路来实现，该制冷回路由压缩机1操作。如果在此情况下出现了冷凝水，将尽可能快地使冷凝水从空气流中排除。空气的加热通过一个随后的热交换器55来实现，至少当发动机冷的情况下该热交换器从同一压缩机1的热气体(高压侧)起决定作用地获得其热量。因此通过该同一压缩机1可同时操作制冷回路及加热回路，其中通过冷却系统中的不同执行元件(阀，可调节节流器等)可达到冷却及加热的协调及由此可调节机动车乘坐室中的所需温度及空气湿度，尤其需要在压缩机高压侧上设置一个阀5，它用于在制冷回路与加热回路之间分配制冷剂流。
图1中的系统方案表示一个所谓的三角流程：用高压气体的一部分加热小的冷却水循环回路41及使该小的冷却水循环回路41的热量输出给机动车乘坐室的输入空气。如果发动机的冷却水温度足够高或发动机冷却水需要附加地加热，可不打开小冷却水循环回路及由发动机冷却水供热。接着使加热小冷却水循环回路用的高压气体被节流及再输送到系统的压缩机的吸入侧上。
图2表示根据本发明的一个空气调节装置，其中加热回路是一个完整的热泵。制冷回路仍保持如图1中所述的结构，及由此相应地具有相同的标号及这里将不再描述。其区别在于加热回路中，该加热回路在流量分配阀5上从导管9开始。其中流过一部分热高压气体的导管9被通到一个热交换器60，该热交换器通过热高压气体加热乘坐室中的输入空气。现在相应地变冷的高压气体通过连接部分62流到一个膨胀阀64及在那里膨胀到低压上，该低压也是在压缩机1的吸入侧37上存在压力。该加热回路的制冷剂通过连接部分66导向热交换器68，在该热交换器68中热量通过一个导管70从发动机冷却水输送给制冷剂。通过一个连接部分72，然后通过一个止回阀49及连接部分51，该循环回路被通到与所述制冷回路的连接点35。
图2表示一个完整的热泵的循环回路。压缩机高压气体的一部分将机动车乘坐室的输入空气加热。然后该高压气体被节流，及接着当它被再次导向系统中的压缩机吸入侧以前再被输入热量。该在节流后被输入的热量最好来自于发动机冷却水，来自周围空气，或来自发动机或发动机组的热部件或排气管路。在此情况下，最好热流对例如发动机冷却水体积流量调节的影响尤其是借助一个恒温的调节阀来实现的。
图3表示图1中空气调节循环回路的一个变型。一些相同的装置部分设有相同的标号及已通过图1中的说明充分地解释。与图1的主要区别在于，图1中的阀5被取代了，在该循环回路的这个位置上仅表示出一个分支点71，在该分支点上加热回路与制冷回路彼此分离。在分支点71的后面在加热回路中设有一个膨胀阀73，在该膨胀阀的后面热循环回路通过连接部分9被继续导向热交换器39。在分支点71的后面在制冷回路的延伸管路上设有一个止回阀74，该止回阀用于：制冷剂不能由制冷回路向后流回来。图1中的膨胀阀45及图1中的止回阀49被取消。该循环回路构型的主要优点在于：不需要任何转换阀5。加热回路通过膨胀阀73的打开及关闭来控制及制冷回路通过膨胀阀19的打开及关闭来控制。由此取消了阀5，该阀5必需在循环回路中操作大的通流横截面及由此通过大的磁铁控制，相应地不经济及易于受干扰。一个膨胀阀待调节的通流横截面明显地缩小及由此用于打开、关闭或控制的损耗小。如果制冷回路通过膨胀阀19的关闭来关断，则通过在该循环回路区段中形成的反压使止回阀74关闭及由此保证：无任何后流入的制冷剂在气体冷却器11中被冷凝及由此总是变得愈来愈多的制冷剂量凝结在循环回路的该位置上。通过在此情况下加热回路中发生的加热工作，为此使膨胀阀73打开及通过热交换器39用仍相对热的压缩机气体实现所需的加热功能。然后加热回路的膨胀到压缩机吸入压力的制冷剂通过连接点35输入再输入到压缩机中。
在冷却水-CO2热交换器中在加热阶段可耦合入这样多的热量，以致达到设计压力附近的极高吸入压力。为了克服它，有利的是对该热交换器恒温地进行调节。一个恒温调节阀传感该热交换器中的冷却水温度及独立地这样降低冷却水流量，即在该热交换器中的温度不超过一个预调节的最大值。由此限制吸入压力。
为了调节装置及避免极限状态，对于机动车乘坐室的输入空气的加热优先采取以下策略：
1.三角流程：
a)在冷装置起动时，在具有可变行程的压缩机中的工作室入口应尽可能闭合，以便尽可能快地由压缩机得到液态制冷剂。
b)在冷装置起动时，使小的冷却水循环回路至少这样久地与更冷的发动机冷却水循环回路隔离，直到压缩机高压侧不再出现液态制冷剂为止。
c)如果在输出热量给机动车乘坐室的输入空气后小的冷却水循环回路的温度低于发动机冷却水的温度，则小的冷却水循环回路向发动机循环回路打开。
d)如果用于加热机动车乘坐室需要少的热量，则相应地减少分支给加热的高压气体流，以便节省燃料。
e)如果发动机冷却水热时机动车乘坐室应被冷却，则关断小的冷却水循环回路的循环。由此在装置中不输入附加热量及由此节省燃料。
f)如果在冷发动机起动而发动机冷却水应被加热及由此放弃机动车乘坐室的尽可能快的加热时，则在考虑a)的情况下使小的冷却水循环回路向发动机冷却水循环回路打开。
2.热泵：
a)在冷装置起动时，在具有可变行程的压缩机中的工作室入口应尽可能闭合，以便尽可能快地由压缩机得到液态制冷剂。
b)如果发动机冷却水热时机动车乘坐室应被冷却，则在加热支路中节流后尽可能地减少热量输入，以便节省燃料。

Claims (17)

1.空气调节装置，用于对于带有冷却水循环回路的机动车的机动车乘坐室的加热和/或冷却，具有一个压缩机(1)，它在并行工作中同时至少供应两个空气调节循环回路，其中一个第一循环回路用于机动车乘坐室的输入空气的冷却及同时一个第二循环回路用于机动车乘坐室的输入空气的加热，其中在具有高压气体的高的温度的该第二循环回路中借助于一个第一热交换器(39)加热一个冷却水循环回路(41)，其特征在于：该冷却水循环回路(41)通过内燃机的原来的冷却水循环回路的水循环回路中的一个小的附加的旁路来表示，该旁路能够被打开及关闭。
2.根据权利要求1的空气调节装置，其特征在于：在高压侧上由该压缩机(1)流出的高压制冷剂流的循环回路中顺流方向上所述压缩机(1)的后面设有一个分支点(71)，该分支点可将高压制冷剂流划分成两个流。
3.根据权利要求2的空气调节装置，其特征在于：在所述分支点(71)后面在所述第二循环回路中设有一个膨胀阀(73)。
4.根据权利要求2或3的空气调节装置，其特征在于：在该分支点(71)后面在所述第一循环回路中设有一个止回阀(74)。
5.根据权利要求1的空气调节装置，其特征在于：该通过所述小的附加的旁路表示的冷却水循环回路(41)借助一个第二热交换器(55)对机动车乘坐室的输入空气加热。
6.根据权利要求1的空气调节装置，其特征在于：在顺流方向上所述第一热交换器(39)的后面设有一个节流装置或一个膨胀阀(45)。
7.根据权利要求6的空气调节装置，其特征在于：所述第一循环回路是一个制冷回路，所述第二循环回路是一个加热回路，在顺流方向上该节流装置或该膨胀阀(45)的后面设有一个止回阀(49)，该止回阀可防止一个制冷剂流由所述制冷回路流到加热回路中。
8.根据权利要求7的空气调节装置，其特征在于：在顺流方向上所述止回阀(49)的后面，所述加热回路在低压侧、即所述压缩机(1)的吸入侧(37)上通入制冷回路。
9.根据权利要求1的空气调节装置，其特征在于：发动机冷却水的体积流量可在所述小的附加的旁路中借助一个恒温调节阀调节，以影响热流量。
10.根据权利要求1至3中一项的空气调节装置，其特征在于：在空气调节装置起动时，在具有可变行程的压缩机(1)中的工作室入口被尽可能闭合，以便尽可能快地由压缩机得到液态制冷剂。
11.根据权利要求1至3中一项的空气调节装置，其特征在于：在所述空气调节装置起动时，此时所述空气调节装置是冷的，使所述通过所述小的附加的旁路表示的冷却水循环回路(41)至少这样久地与更冷的发动机冷却水循环回路脱联，直到所述压缩机高压侧几乎不再出现液态制冷剂为止。
12.根据权利要求1至3中一项的空气调节装置，其特征在于：当在输出热量给机动车乘坐室的输入空气后所述通过所述小的附加的旁路表示的冷却水循环回路(41)的温度低于所述发动机冷却水的温度时，则所述通过所述小的附加的旁路表示的冷却水循环回路(41)向发动机冷却水循环回路打开。
13.根据权利要求1至3中一项的空气调节装置，其特征在于：当在冷发动机起动时发动机冷却水被加热及在此应放弃机动车乘坐室的尽可能快的加热时，使所述通过所述小的附加的旁路表示的冷却水循环回路(41)向所述发动机冷却水循环回路打开。
14.根据权利要求1至3中一项的空气调节装置，其特征在于：使用气体作为制冷剂，当所述空气调节循环回路工作时所述气体在高压侧达到高的温度。
15.根据权利要求1至3中一项的空气调节装置，其特征在于：使用CO2作为制冷剂。
16.根据权利要求2的空气调节装置，其特征在于：该分支点(71)借助于一个阀(5)可将高压制冷剂流划分成两个流。
17.根据权利要求14的空气调节装置，其特征在于：所述高的温度为120℃。
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