CN102914099A

CN102914099A - 制冷剂回路

Info

Publication number: CN102914099A
Application number: CN2012102752507A
Authority: CN
Inventors: P·赫尔; D·施罗德; C·雷宾格
Original assignee: Audi AG; Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Audi AG; Halla Climate Control Corp
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2032-08-03
Also published as: CN102914099B; DE102011109506B4; JP2013047600A; US20130031922A1; DE102011109506A1; JP5553869B2

Abstract

本发明涉及一种用于冷却和热泵操作的制冷剂回路（10），其中所述制冷剂回路（10）具有高压区域和低压区域，所述制冷剂回路（10）包括至少一个热源/散热器（26、38）、压缩机（12）、膨胀机构（18）、至少一个热内部空间模块（16、34）、以及内部热交换器（20、30），所述内部热交换器（20、30）具有高压侧部分（20）和低压侧部分（30），其中所述热泵中的内部热交换器的高压侧部分（20）位于所述膨胀模块（18）与所述热源（26、38）之间。本发明由以下事实来界定：设置多个构件（22、36、40、42），所述内部热交换器的高压侧部分（20）通过所述多个构件（22、36、40、42）可在热泵操作中操作在中压水平（MD）下，其中该水平位于所述高压区域（HD）与所述低压区域（ND）中的压力水平之间。

Description

制冷剂回路

技术领域

本发明涉及基于权利要求1的前序部分的用于冷却车辆的制冷剂回路，和基于权利要求10的前序部分的用于操作空调器的处理方法。

背景技术

DE 10309779A1公开了一种双回路空调器，在该双回路空调器中，制冷剂在热泵中或者通过制冷剂的压缩来加热，且随后释放到内部空间模块中的冷凝器（在下文中称为热记录器（heat register）），用以加热流入内部空间的空气。此外，热可以是来自电动机的制冷剂回路，且通过热传递装置引导到制冷剂，或流入内部空间的空气可经由加热核心在传统加热装置中加热，制冷剂通过该加热核心流动。在冷却装置中，由冷凝器将热从流入内部的空气去除，冷凝器在这一操作中用作蒸发器。于是散发到冷却材料的热通过另一冷凝器释放到环境中。

DE 10158104B4公开了一种具有制冷剂回路的空调器，在制冷剂回路中，热泵处理方法中的热来自于外部空气；该热被释放，用以在高压下通过冷凝器（参见讨论第1页，热记录器）加热流入内部空间的空气，所述冷凝器在加热单元中用作气体冷却器或用作冷凝器。

已知适于冷却操作和热泵操作两者的制冷剂回路具有高压区域和低压区域。这种制冷剂回路包括至少一个诸如气体冷却器或冷凝器，和/或乙二醇热交换器的热源或散热器，以及压缩机、膨胀模块、至少一个热内部空间模块（蒸发器/冷凝器=热记录器），和制冷剂存储区域。

此外，提供一种内部热交换器，其具有高压侧部分和低压侧部分，其中热泵中的内部热交换器的高压侧部分位于膨胀模块与气体冷却器之间。内部热交换器的低压侧布置在压缩机的吸入侧。

这具有的缺点在于：根据现有技术情况，无法以相对较小的技术上的努力在热泵操作中发生与内部热交换器的低压侧部分的热交换，因为热泵中的内部热交换器也位于制冷剂回路的低压区域中。可以说内部热交换器在热泵操作中不工作。

此外，在由于填充量是根据空调器操作来确定而造成具有太多制冷剂的热泵中，压缩机的最优操作是不可能的，因为无法排除吸入压缩机中的流体制冷剂。

发明内容

本发明的任务之一是给出一种可能的简单形式以确保内部热交换器在热泵操作中的积极操作。

另一任务是在冷却和加热操作的各种操作情况下相应地存储不必要的制冷剂，而因此以最优方式调整循环的制冷剂。

确保内部热交换器的积极操作的一个可能是在内部热交换器之后减少制冷剂的压力。然而，这再次具有以下缺点：在热泵中的内部热交换器下游的制冷剂存储区域还供应有高压下的不流动制冷剂。然而在这种情况中，正如在热泵操作中，基于制冷剂的密度，所述存储区域过大。在这种情况中无法确保在高压侧上建立足够的压力。

根据本发明，制冷剂回路包括多个装置，通过所述多个装置将热泵中的内部热交换器的高压侧部分驱动至中压水平，所述中压水平位于制冷剂回路的高压水平与低压水平之间。

由于内部热交换器的高压侧到热源的压力损失，设定压力减少两相制冷剂的压力水平，所述压力水平高于下游热源的压力水平。在极端情况中，这类区域的中压水平可以被增加或减小，并将对应于高压水平或低压水平。

由于两相制冷剂的高比热和恒定温度，内部热交换器可积极地用于使在热泵中流经内部热交换器的低压侧部分的制冷剂过加热。以这种方式简单地确保了压缩机的安全操作，且可靠地避免了吸入流体制冷剂。

可以应用制冷剂回路的配置和功能而不理会所使用的制冷剂。有时对于低压、中压以及高压水平，在特定压力情况中出现差异。

此外，可无关于特定车辆的驱动设计（传统式、混合式、电动式等等）且由此无关于压缩机类型来实施布线。

在第一有利实施例中，将内部热交换器的高压部分驱动到中压水平的装置以气门的形式成形。气门在热泵操作中处于内部热交换器高压侧的下游，优选地位于制冷剂存储区域后面。

此外，取决于横截面的变窄，气门是以其仅在热泵中的制冷剂流动方向上产生压力损失的方式而设立。在空调器中，最大横截面可用在流动的相反方向上。中压水平是由热泵中的膨胀阀调整，该中压水平在运行通过内部热交换器之后通过由固定气门产生的压力减小而减少至低压。

优选地，也能够以软管调整位于热源或散热器与膨胀阀之间的软管的形式来设立用于实现中压水平的装置。制冷剂存储区域和内部热交换器的高压侧部分也位于该区域中。

必须对于每个车辆特定地计算软管横截面和软管中的软管导向或弯曲，以使得在冷却操作中不会发生明显的压力损失，而在热泵操作中可对加热操作实现所限定的压力损失。

具体而言，软管横截面小于现有技术情况的标准，因为以该方式可减少用于配软管的材料，以及因此的成本和重量。软管横截面的减小也导致用于填充的量的减少和对于制冷剂需求的减少。

根据本发明，除了在热泵中位于内部热交换器的高压侧部分前面的流动方向上的可控膨胀机构之外，设置至少另一可控膨胀机构。该另一可控膨胀机构设置在先前所述的热交换器高压侧部分的后面，且在制冷剂存储区域之后但仍然在热源前面的流动方向上。

这种最初处于中压水平的可控膨胀机构可减小到低压水平。

在另一有利形式中，除了作为制冷剂回路中的热源或散热器的冷凝器之外，可设置尤其是外部热交换器的附加热交换器来作为附加热源或散热器，用以在电动机与制冷剂回路之间传递热。这种外部热交换器尤其成形为也称为制冷机的水-乙二醇热交换器。

所述附加热交换器能够以其基本上并联但也可以串联至冷凝器的方式结合到制冷剂回路中。

在每种情况中，到冷凝器的软管和到附加热交换器的软管两者从来自内部热交换器的高压侧部分的软管处分叉。

在尤其有利的实施例中，两个分支可在处理方法中经由一个可控膨胀机构组合在一起。首先，制冷剂流是否流动以及如何流动到这些分支中的一个可通过控制更换开关阀的膨胀机构来确定。其次，对于两个分支确保内部热交换器和制冷剂存储区域中的中压水平的可控调整。

通过设置热泵中在制冷剂存储区域后面的可控膨胀机构，能够以使制冷剂回路中的可用制冷剂的量为最优的方式而使制冷剂存储区域中-以及内部热交换器中的这种布线变形中的压力水平较为灵活。

此外，本发明涉及一种用于操作包括如上述的制冷剂回路的空调器的方法，其中除了位于热泵中内部热交换器的高压侧部分前面的流动方向的可控膨胀机构之外，设置至少一个附加的可控膨胀机构。该附加的可控膨胀机构设置在先前所述的热交换器高压侧部分的后面，并且在制冷剂存储区域之后但仍然在热源前面的流动方向上。

根据本发明，膨胀机构被控制为使得这些膨胀机构限定在其操作中。

具体而言，在热泵中，膨胀机构被控制成单独地工作，其中这些特定的膨胀机构单独地工作，而任何其它膨胀机构完全开启。

在另一个应用中，所有膨胀机构可彼此组合操作。在这种情况中，这些膨胀机构彼此交互地开启，以设定所期望的压力水平。

优选地，在组合操作或单独操作中，膨胀机构可尤其以其交替使用的方式按需操作。

在以下结合附图所示的实施例示例的描述中揭露了本发明的其它可能的优点、特征和应用。

附图说明

在说明书中、权利要求中以及附图中，使用附图标记列表的下文列表中所使用的概念和分类参考列表。这些将在图中注释：

图1是根据本发明的冷却操作中的制冷剂回路的基本视图；

图1A是根据本发明的热泵操作中的制冷剂回路的基本视图；

图2是具有调整软管横截面的有利形式；并且

图3是具有可控膨胀机构和热源-水（制冷机）和空气（冷凝器）的串联布线的有利形式；

图4示出具有并联布线的有利形式。

在以下实施例的示例中以相同附图标记示出等效组件或具有等效效果的组件。

具体实施方式

图1示出车辆空调器的制冷剂回路10的示意性视图。尽管是针对冷却操作示出，然而这种形式的制冷剂回路适于冷却操作和热泵操作。在这种情况中，高压下不流动的制冷剂经由3-2通阀14通过冷凝器/气体冷却器26且通过气门22而从压缩机12中流出。14优选为3-2通阀；然而布线的实施也能够以2个单独可控的截止阀的形式出现。不管怎样，气门成形为仅在热泵操作期间产生压力损失。另一方面，在冷却操作期间，其不产生或产生非常少的压力损失，其中即使在高压水平下该制冷剂也流经制冷剂存储区域24和内部热交换器的高压侧部分20，且仅在主膨胀阀18处减少至低压水平。通过将截止阀32设定为开启，发现制冷剂以低压水平流经蒸发器34，且随后流经内部热交换器的低压侧部分30，此时该制冷剂再次在压缩机12中被压缩到高压水平。根据当前技术现状，通过以这种方式成形的气门22，对于冷却操作没有产生变化。

图1A示出根据图1的车辆空调器的制冷剂回路10的示意性视图。在热泵操作中，其中制冷剂从压缩机12开始流经3-2通阀14，经由热记录器16到主膨胀阀18。发现制冷剂以高压水平HD一直到主膨胀阀18。主膨胀阀18将流经内部热交换器的高压侧20的制冷剂减少至中等水平压力MD。在另外的操作中，气门22被设置在制冷剂存储区域24之后，该气门22在热泵的流动方向上将制冷剂减少至低压水平ND。在该压力水平下，制冷剂流经用作蒸发器的冷凝器/气体冷却器26。随后，制冷剂流经内部热交换器的低压侧30，且随后由于开启的截止阀28而进入压缩机12中；在这里制冷剂再次被压缩到高压水平。

根据本发明，使流经内部热交换器的高压侧20的制冷剂达到中等水平压力水平，且在热泵操作中，产生了与交换器的低压部分热交换的可能性。这具有的优点在于：流经内部热交换器的低压部分30的制冷剂在进入压缩机12之前再次被加热或过加热。

通过使制冷剂过加热，可靠地防止了吸入流体制冷剂。以这种方式确保了压缩机12的安全操作。

图2示出车辆空调器在热泵操作中的制冷剂回路10，其中在该实施例示例中，通过调整软管横截面36来确保在主膨胀阀18与气体冷却器26之间产生中压水平。在图2中仅示意性示出软管横截面36。软管横截面36成形为在热泵操作中而不是在冷却操作中产生压力损失。这在2种类型的操作中可基于制冷剂的不同条件来实现。

为了确保这一效果，必须对每个车辆，尤其是根据软管导向或现有的弯曲，单独计算技术软管分析。

在另一有利实施例中，诸如图3中所示，除冷凝器/气体冷却器26之外，制冷剂回路10附加地包括至少一个用于与制冷剂回路10进行热交换的制冷机38，该制冷剂回路10为诸如车辆电动机的制冷剂回路。附加热源也可以由排气系统或由部分或整个电动车辆的各个制冷剂回路来表示。

在该实施例的情况下，除主膨胀阀18之外，设想附加的可控膨胀机构40、42，以便在内部热交换器的高压部分20中保证中压水平。在这种情况中，可将流动引导通过乙二醇热交换器/制冷机38、冷凝器/气体冷却器26的两者之一，或通过它们两者。在可控膨胀机构40、42的通过位置中，热泵操作中的中压水平被减少至低压，以便随后能够在乙二醇热交换器/制冷机38和/或气体冷却器26中接受能量。以该方式，可利用位于高压侧上的中压水平的制冷剂和内部热交换器20的制冷剂的优点，用以使位于蒸发器12的吸入侧上的制冷剂过加热。

此外，可通过可控主膨胀阀18和其它膨胀机构40/42的限定设置来调整制冷剂存储区域24中的压力水平，从而确保以保证有效加热与安全和可靠地操作单元两者的密度存储制冷剂。

图4示出其功能基本对应于图3的功能的实施例。与图3的区别在于，设置有连接软管，该连接软管通过冷凝器/气体冷却器26连接流动通道并且经由截止阀44连接到热泵中所述机构的后面沿流动方向的乙二醇热交换器制冷剂38。尽管在图3中示出串联操作的可能性，然而以该方式，能够导致冷凝器/气体冷却器26和乙二醇热交换器/冷却机38的并联操作。

附图标记列表

10 制冷剂回路

12 压缩机

14 3-2通阀

16 热记录器

18 可控主膨胀机构

20 内部热交换器（高压）

22 气门

24 制冷剂存储区域

26 冷凝器/气体冷却器

28 截止阀

30 内部热交换器（低压）

32 截止阀

34 蒸发器

36 软管横截面

38 乙二醇热交换器/制冷机

40 可控主膨胀机构

42 可控主膨胀机构

44 截止阀

ND 低压水平

MD 中压水平

HD 高压水平

Claims

1.一种用于冷却和热泵操作的制冷剂回路（10），其中所述制冷剂回路（10）具有高压和低压区域，所述制冷剂回路（10）包括至少一个热源/散热器（26、38）、压缩机（12）、膨胀机构（18）、至少一个热内部空间模块（16、34）、以及内部热交换器（20、30），所述内部热交换器（20、30）具有高压侧部分（20）和低压侧部分（30），其中所述内部热交换器的所述高压侧部分（20）在所述热泵中位于所述膨胀模块（18）与热源（26、38）之间，其特征在于：设置多个装置（22、36、40、42），所述热泵中的所述内部热交换器的所述高压侧部分（20）通过所述多个装置可操作在中压水平（MD）下，其中该水平位于所述高压区域（HD）与所述低压区域（ND）中的压力水平之间。

2.根据权利要求1所述的制冷剂回路（10），其特征在于：在热泵操作中所述内部热交换器的所述高压侧部分（20）在固定气门（22）的下游，所述固定气门（22）仅在所述热泵的流动方向上产生压力损失。

3.根据权利要求1所述的制冷剂回路（10），其特征在于：在所述冷却操作中，在所述热源/散热器（26、38）与所述膨胀机构（18）之间设置软管，相比于其它软管，所述软管具有显著减小的横截面，其中在所述冷却操作中，没有产生明显的压力损失，而在热泵操作中确保所述中压水平（MD）。

4.根据权利要求1所述的制冷剂回路（10），其特征在于：在所述制冷剂存储区域（24）与所述热源/散热器（26、38）之间设置至少一个可控膨胀机构（40、42）。

5.根据前述权利要求中的一项所述的制冷剂回路（10），其特征在于：冷凝器/气体冷却器（26）和热交换器（38）被设置为热源/散热器（26、38），其中所述热交换器（38）并联或串联连接到所述气体冷却器（26），其中所述热交换器（38）尤其被设置用于与电动机冷却剂回路进行热交换。

6.根据权利要求5所述的制冷剂回路（10），其特征在于：可控膨胀机构（42）被设置在所述内部热交换器的所述高压侧部分（20）与所述气体冷却器（26）之间。

7.根据前述权利要求中的一项所述的制冷剂回路（10），其特征在于：设置制冷剂存储区域（24），该制冷剂存储区域（24）尤其布置在所述制冷剂回路的所述中压区域（MD）中。

8.根据前述权利要求中的一项所述的制冷剂回路（10），其特征在于：截止阀是以所述制冷剂回路的操作预先设定在所述冷却操作模式的方式来配置。

9.根据前述权利要求中的一项所述的制冷剂回路（10），其特征在于：所述热源/散热器（26、38）采用以下介质来工作：水、空气、排出气体、电子器件、热存储、和/或太阳热/太阳能。

10.一种用于操作空调器的方法，所述空调器包括根据前述权利要求4至9中的一项所述的制冷剂回路，其特征在于：将所述膨胀机构（18、40、42）限定在其操作中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：在热泵操作中，所述膨胀机构（18、40、42）在单个操作中单独工作，其中任何其它膨胀机构（18、40、42）完全开启。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所有膨胀机构（18、40、42）在组合操作中可根据彼此来开启。

13.根据权利要求10至12中的一项所述的方法，其特征在于：所述组合操作和单独操作可尤其以交替的方式按需使用。