CN102196931A - 用于冷却和加温的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于冷却和加温目的的系统，其包括制冷剂回路(2)和两个基于液体的外部第二回路(3、4)，所述制冷剂回路(2)至少带有压缩机(5)、液体冷却的冷凝器(6)、液体加热的蒸发器(7)，其元件回路(3)包括位于将被冷却或加温的空间中的元件(13)。本发明通过以下方式被实现：在制冷剂回路(2)中、在元件回路(3)中或在散热器回路(4)中的流动不被交替变换/逆转的情况下，两个第二回路(3、4)在热泵运行过程中结合以形成共同的单个回路，从而冷凝器(6)对被供给至元件(13)的液体加热，结果元件(13)释放热。

Description

用于冷却和加温的方法和系统
技术领域
本发明一般地涉及压缩机系统，其具有用于冷却和加温目的的闭合制冷剂回路并且至少包括冷凝器和蒸发器。本发明更特别地涉及一种用于对交通工具的内部以及特别是商用车辆的驾驶空间进行冷却或加温的方法和系统，所述商用车辆例如是带有可倾斜座舱的交通工具。本发明特别地涉及压缩机系统，其包括液体冷却的冷凝器和蒸发器，并且具有用于将热的或冷的液体传输到驾驶空间的低压回路。
背景技术
已知的交通工具(或车辆)中的空调系统通常包括压缩机、位于或靠近交通工具的前部的空冷式冷凝器、位于交通工具座舱中的一定位置处的蒸发器、以及管道或软管，所述交通工具座舱中的一定位置例如为在仪表盘中或在仪表盘下，所述管道或软管将这些构件连接在一起以形成气密的和加压的系统，所述系统通常还包括膨胀装置和干燥过滤器或蓄压器。多种不同的气体可以用作制冷剂，但R134a通常用于交通工具应用中。
带有可倾斜座舱的交通工具需要较长的软管/管线和/或更多的连接件，从而能够将座舱中的冷却装置连接到冷却系统的其它必需的部分，所述冷却系统通常位于交通工具的发动机空间中。在这样的AC系统(空调系统)中，有利的并且并不少见的是，另一个冷却回路、即所谓的第二环路被使用，即，带有作为传热介质的液体的另一个低压冷却回路经由基于液体的热交换器与压缩机系统的蒸发器连接。通常为水或水与乙二醇的混合物的液体由此在制冷剂回路的蒸发器中被冷却，并且被泵取到座舱和位于其中的冷却元件上，其借助于风扇冷却座舱的空气。当然还可以使用其它基于液体的冷却剂。
一种所述类型的AC系统因此通常被用于冷却座舱中的空气，同时一个独立的水式加热系统被用于根据需要对座舱空气进行加温。所述独立的系统通常被供给来自交通工具发动机的热水/冷却水。然而，当发动机已经被切断一段时间时，所述冷却水将已经冷却到使得任何热水都不再可能被泵送到座舱元件的程度，结果是座舱空气不再能够被保持温暖。重型车辆中的发动机具有需要加温的大的质量，并且仅仅是冷却水的体积就可能高达100升。因此，甚至在发动机已经起动之后，在其冷却水达到使其能够有效地用于对座舱空气加温的这样的温度之前，需要花费相当长的一段时间。当发动机空载运行时，冷却水的温度很可能下降到使得水变得不适用于加温目的的程度。为此有利的是改为使用热泵，其可以在出现需要时迅速地产生热量。压缩机系统中的制冷剂回路通常几乎紧接着起动之后产生冷和热，并且利用包含只有少数公升的液体的外部冷却回路，可以迅速地在大约几分钟内产生热/冷。
因为出于经济和空间的原因希望控制交通工具中构件的数量，因此如果现有的AC系统还可以被用作热泵则是有利的。这例如可以通过逆转制冷剂回路中的流动来实现。由于冷凝器作为蒸发器起作用时表现得较差并且蒸发器作为冷凝器起作用时表现得较差，因此这样做的问题是，逆转制冷剂回路、即改变制冷剂的流动方向将不会充分地有效。系统的总效率将受损害。
用于通过也可以作为热泵运行的AC系统对例如可倾斜的驾驶座舱进行加温的多种系统和方案是现有技术。
文献WO 2007/107535涉及一种带有装配在交通工具座舱中的两个蒸发器或冷凝器的系统。可以选择零个、一个或多个来起冷凝器的作用并且其它的起蒸发器的作用。由此AC系统可以使座舱中的空气冷却、加温或干燥。所述装置将会相对复杂，并且在制冷剂侧、即在加压的制冷剂回路中流动将会是交替变换的。
US 6928831描述了一种AC系统，其带有组合的冷凝器/气体冷却器和蒸发器，所述蒸发器可被用作交通工具中的冷却系统和热泵。定向阀“118”将单元“141”和“142”连接在一起。发动机的冷却水被用作热泵的热源，并且流动在制冷剂侧交替变换。所述发明表现出较前述WO 2007/107535的相似性。
因此现有技术没有示出交通工具中的压缩机系统如何能够被有效地用于例如驾驶舱室的冷却和加温。
发明内容
本发明的目的是解决所述问题并且提供方法和系统，以用于利用用于两者的相同的制冷剂和在不交替变换或逆转制冷剂回路中的流动的情况下，对例如交通工具座舱进行有效冷却和/或加温。
本发明的另一个目的是控制冷却/加温系统中的构件的数量并且提供一种容易适应于交通工具的简单紧凑的方案。
根据本发明这些所述的和其它的优点通过具有如权利要求1和6中的特征的方法和系统而实现。
本发明主要通过以下方式被实现：将系统的外部低压回路连接在一起以使得制冷剂回路的冷凝器对被供给至交通工具的驾驶空间中的元件的液体加温，并且制冷剂回路的蒸发器冷却从所述元件释放的液体。
本发明具有这样的制冷剂回路，即，不管冷还是热将从系统被供给以及例如被转到交通工具的驾驶空间，所述制冷剂回路都被允许以常规的方式运行，由此冷凝器和蒸发器仅仅作为冷凝器和蒸发器被使用，而不管将产生热水还是冷水。实际上，冷凝器被配置为在作为冷凝器时最有效地起作用，并且蒸发器作为蒸发器时最有效地起作用。
本发明还具有这样的可能性，即，系统的第二回路中的流动在AC运行和热泵运行之间被切换，以使得通过制冷剂回路的冷凝器加热的液体，而不是制冷剂回路的蒸发器中冷却的液体，可以被泵送到座舱元件。
本发明通过以下方式被实现：在没有改变任何回路中的流动方向的情况下，所述两个第二回路经由流动转换开关被结合用于热泵运行以形成共同的单个回路。
本发明的其它特征和优点通过以下阐述的本发明的更详细说明、附图以及其它权利要求指出。
附图说明
下面参考所附附图，以一些优选实施方式的示例的形式更详细地描述本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的压缩机系统，其带有两个外部闭合的和独立的基于液体的回路，以分别用于冷却和释放剩余热量。
图2示意性地示出了根据图1的根据本发明的压缩机系统，但是其带有彼此串联地重新连接的外部第二回路，以用于能够将热而不是冷传输至驾驶空间。
图3示意性地示出了用于热泵运行的根据图2的根据本发明的压缩机系统，由此低压散热器借助于一个备选地配置的阀而被绕过。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的压缩机系统1，其被连接以用于AC运行。在这种情况下压缩机系统1包括三个独立的和不同的闭合回路，即第一制冷剂回路2、元件回路3和散热器回路4。
第一制冷剂回路2是气密的回路并且在压力下运行制冷剂、气体。制冷剂回路2包括压缩机5、冷凝器6、蒸发器7、干燥过滤器8和膨胀装置9，并且所述构件通过软管系统或管线系统彼此连接。热量在冷凝器6中被释放，并且热量在蒸发器7中被吸收。
蒸发器7和冷凝器6两者中的每一个都被结合组装有它们各自的基于液体的热交换器10、11，因此蒸发器7通过元件回路3中的液体被加热，冷凝器6通过散热器回路4中的液体被冷却。
元件回路3不仅包括结合组装有蒸发器7的热交换器10，而且包括第一低压泵12和元件13，并且运行处于相对低压的液体。元件13位于被加温或冷却的空间中，例如位于交通工具的内部或座舱中。空气通过未示出的风扇被吹动穿过元件13，并且经过的空气取决于液体的温度而被加温或冷却。因此座舱中的空气例如被保持在预定温度。
散热器回路4包括低压泵14、结合组装有制冷剂回路的冷凝器6的热交换器11和低温散热器15。散热器15通常是空气冷却的并且定位为靠近交通工具的前部，在该处由交通工具运动所引起的气流可以帮助建立通过散热器15的空气流，以使得到环境的热交换可以在交通工具运行时发生。发动机的风扇系统还可以用于吹动空气通过散热器15。
例如为二位四通阀16a的流动转换开关16适于控制压缩机系统1中的冷却剂流动。在该实施方式的示例中，阀16a可以抵抗弹簧17的作用物理地/手动地在其两个位置之间切换，或者经由例如位于交通工具仪表盘上的未示出的电路断路器机电地切换。
阀16a在此被示出为处于第一功能位置，在其中所有的回路2、3、4互相独立、不同，并且在各自回路2、3、4中的流动沿箭头的方向通过各自的压缩机或泵5、12、14被提供。
制冷剂回路2中的流动通过压缩机5被提供，并且经由干燥过滤器8和膨胀装置9从压缩机5经过冷凝器6至蒸发器7，此后回到压缩机5，在所述冷凝器6中热量被释放，在所述蒸发器7中热量被吸收。
元件回路3中的流动通过泵12被提供，并且从泵12经过例如可以位于交通工具座舱中的元件13，前进到与制冷剂回路的蒸发器7结合的热交换器10，并且经由阀16a回到泵12，其中热量在所述交通工具的座舱中被吸收，热量在所述热交换器10中被释放。
散热器回路4中的流动通过泵14被提供，并且经由热交换器11流动，并且经由阀16a前进至散热器15，其中所述热交换器11与制冷剂回路的冷凝器6结合并且热量在其中被吸收，在所述散热器15中剩余热量被释放到环境中。
图2示出了与图1中相同的系统，但是带有流动转换开关、阀16a，其被示出为处于其第二功能位置以用于热泵运行，由此通过阀16a的流动在此改为交叉。流动由此被改变以使得第二回路、即图1中的元件回路3和散热器回路4联合以形成共同的单个回路。在初始的两个回路中的构件在此关于流动彼此串联运行，并且泵12、14在单个流动中彼此协同工作。然而，第一制冷剂回路2完全不受影响，其中的流动以通常的/常规的方式前进。在AC运行过程中，相对于回路3、4的初始流动，在结合的回路中流动的方向也没有任何改变。在阀16a的第二功能位置中形成的回路输送流动，从泵14通过热交换器11、通过阀16a至泵12、元件13、热交换器10并且再次通过阀16a至散热器15，并且回到泵14。
图3示出了根据本发明的压缩机系统1的另一个备选实施方式。如果当压缩机系统1作为热泵运行时大量的功率从蒸发器7被提取，则冷却剂将变得更冷而制冷剂回路2中的低压将变低。在所述情形下，散热器15中的冷却剂将被加温，因为其将比散热器15的环境温度更冷。低的温度导致制冷剂回路2中的低压和低质量流量，这不好。只要少量的功率从蒸发器7被提取，则低压可以上升，制冷剂回路中的高压有相应的上升。这将导致更暖的冷凝器6和离开热交换器11的更暖的液体，如果交通工具座舱需要加温则这是好的。如果相反离开蒸发器7的热交换器10的液体比周围环境更暖，则能量将在散热器15中被冷却掉。通过绕过散热器15，部分系统能量由此被保持并且压力可以逐渐上升。利用另一个流动转换开关，例如包括另一个连接路径的阀16b，使得可以将散热器15从回路上断开。在这种情况下，软管或管道从阀16b直接连接到散热器回路的泵14的抽吸侧。绕过散热器15使得液体可以逐渐变暖以便于在冷凝器6的热交换器11之后提高温度，由此获得系统中的更大的功率。止回阀17可以用于防止液体以返回方式到达散热器15。
当低压回路3、4中的液体变暖时，其膨胀并且因此必须将某种形式的膨胀箱与系统连接。来自回路的空气或气体还可能需要通风。因此两个回路3、4可以有利地通过小直径的软管或管道与膨胀箱连接。完全可以使用共用的单个的膨胀箱以用于两个回路3、4。这是现有技术因而在此没有更详细地涉及或描述。
在上面关于各个优选实施方式描述了本发明。本发明当然不限于所述实施方式，所述实施方式只应被认为是示例。因此本发明的其它变化形式也完全可以处于所附权利要求书限定下的保护范围内。由此可行的是，制冷剂回路还可以包括一个或多个内部热交换器。蒸发器和冷凝器还可以互相结合组装有建立紧凑单元的物体，所述紧凑单元可以出于冷却和加热的目的既提供暖的液体又提供冷的液体。流动转换开关当然可以以多种方式配置以用于控制回路的流动。例如可以设想的是，阀具有三个位置以使得流动可以被控制为使得在一个位置每一个回路都独立，在第二位置回路串联连接在一起并且散热器是回路的一部分，在第三位置回路串联连接在一起但散热器被绕过。

Claims (6)

1.一种结合了冷却和加温的系统，其包括制冷剂回路(2)和两个外部第二回路(3、4)、即元件回路和散热器回路(4)，所述制冷剂回路(2)至少带有压缩机(5)、液体冷却的冷凝器(6)、液体加热的蒸发器(7)，所述元件回路(3)包括位于将被冷却或加温的空间中的元件(13)，由此在AC运行过程中元件回路(3)和散热器回路(4)构成流动彼此分离的互相分离回路，其特征在于，
-流动转换开关(16)适于使所述元件回路(3)和所述散热器回路(4)连接在一起以用于热泵运行，以使得所述制冷剂回路(2)的所述冷凝器(6)对被供给至所述元件(13)的液体进行加温，所述制冷剂回路(2)的所述蒸发器(7)对从所述元件(13)释放的液体进行冷却，所述流动转换开关(16)呈阀(16a、16b)的形式，并且所述阀(16b)适于使所述散热器(4b)中的流动绕过所述散热器(15)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
-所述流动转换开关(16)适于使所述元件回路(13)和所述散热器回路(4)连接在一起以用于热泵运行，以使得它们形成带有共同的流动的单个回路。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，
-所述元件(13)适于在热泵运行过程中释放热量，所述制冷剂回路(2)中的流动的方向没有改变。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的系统，其特征在于，
-所述元件(13)适于在热泵运行过程中释放热量，通过所述压缩机(5)和泵(12、14)的流动的方向没有改变。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的系统，其特征在于，
-所述流动转换开关(16)适于在热泵运行过程中使所述元件回路(3)和所述散热器回路(4)串联连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，
-所述阀(16a)属于二位四通类型。
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