CN103282222B - 空调设备和用于其运行的方法 - Google Patents

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Abstract

用于空气调节电动机动车的多个构件和内室的空调设备，其中，空调设备包括多个流体循环单元(10，20，30，40)，它们被设计用于加热和/或冷却电动机动车，其中，第一流体循环单元(10)被设计用于空气调节电动机动车的第一构件，其中，第二流体循环单元(20)被设计用于空气调节电动机动车的内室，其中，冷却剂循环回路(30)被设计用于对电动机动车的内室的空气调节和除湿，和第三流体循环单元(40)被设计用于利用第二热源(42，43)的废热。

Description

空调设备和用于其运行的方法
技术领域
本发明涉及一种空调设备，一种空调单元，一种用于空气调节内室的方法和一种用于运行电动机动车的空调单元的方法。
背景技术
在DE19609048C2中描述一种用于机动车的供暖和空调装置，其中，所述的供暖和空调装置具有第一液体循环回路，该第一液体循环回路包括换热器，泵和用于加热液体的热源，其中，换热器在次级侧被加载空气并且设置用于产生空气流的风扇。所述的供暖和空调装置此外包括冷却回路，其具有蒸发器，冷凝器和压缩机以及控制器，该控制器依赖于温度传感器的至少一个信号和可调整的目标值调节冷却回路。在那里描述的供暖和空调装置此外包括可经由阀借助于第一液体回路接通的第二液体回路，该该第二液体回路中布置有蓄热器以及泵，其中，第一液体回路中的热源是与机动车的运行相独立的供暖装置，其用于加热通过换热器流动的空气和/或用于对蓄热器施加热能。在所述的系统中，冷却回路的蒸发器借助于第二液体回路与换热器热耦合并且用于对蓄热器施加冷能。
发明内容
相应地，按照本发明提供用于对电动机动车的内室进行空气调节的一种空调设备和一种方法，其中，该空气调节设备具有多个带有相应的工作介质的流体循环回路并且被设计用于加热和/或冷却电动机动车。在此情况下，第一流体循环单元可以被接通成从第一泵，经由第一热源，再经由第一三通阀和经由第一热交换器，又返回到第一泵并且被设计用于空气调节电动机动车的第一构件。第二流体循环单元可以被接通成从第一泵，经由第一热源，再经由第一三通阀，再经由第二热交换器和经由第三热交换器，又返回到第一泵并且被设计用于空气调节电动机动车的内室。此外第三流体循环单元可以被接通成从第二三通阀，再经由内部的热交换器，再经由第三三通阀，一方面再经由第一膨胀元件和第四热交换器到储存容器和另一方面再经由第二膨胀元件和第五热交换器到储存容器，从储存容器经由具有第二泵的压缩机，再经由第二热交换器，再经由第四三通阀，再经由第六热交换器又返回到第二三通阀并且被设计用于电动机动车的内室的空气调节和除湿。此外第四流体循环单元可以被接通成从第三泵，经由第二热源第二电动机动车的构件，再经由第五热交换器又返回到第三泵并且被设计用于利用第二热源的废热。
本发明此外创造一种空调单元和一种用于运行空调单元的和方法，包括内部的换热器，外部的流体循环回路和内部的流体循环回路，其中，第一内部的流体循环回路实施成从内部的换热器，经由第一膨胀阀，经由第一蒸发器，经由流体收集器，又返回到内部的换热器，其中，第二内部的流体循环回路实施成从内部的换热器，经由电的空调压缩机，经由第一热交换器单元，经由第二阀又返回到内部的换热器，其中，第三内部的流体循环回路实施成从内部的换热器，经由第三膨胀阀，经由第二蒸发器，经由流体收集器，又返回到内部的换热器，其中，外部的流体循环回路实施成从内部的换热器，经由第二膨胀阀，经由第二热交换器单元，经由第一阀，经由流体收集器，又返回到内部的换热器。
本发明的优点
按照本发明提供的空调设备，空调单元，用于空气调节内室的方法和用于运行空调单元的方法具有优点，即在最小能量使用量的情况下实施加热、冷却和除湿功能。
在从属权利要求中给出本发明的相应的主题的有利的扩展方案个改进。
按照空调设备的一个优选的扩展方案，第一热源和/或第二热源包括电动机动车的电动机的、功率电子装置的和/或牵引蓄电池的热质量。
按照空调设备的另一个扩展方案，第一流体循环单元和/或第二流体循环单元和/或第三流体循环单元和/或第四流体循环单元实施成冷却剂循环回路，其具有在流体循环单元中循环的冷却剂作为工作介质，其中，设置有用于循环工作介质的相应的泵。
按照空调设备的另一个扩展方案，第三流体循环单元具有跨接单元，该跨接单元被设置用于加热电动机动车的内室和用于空气调节电动机动车的构件。
按照空调设备的另一个扩展方案，第二热交换器和/或第五热交换器和/或内部的热交换器设计成交叉逆流热交换器。
按照空调设备的另一个扩展方案，第一热交换器和/或第二热交换器和/或第四热交换器和/或第六热交换器实施成具有附加地安装的风扇的主动的热交换器。
按照空调设备的另一个扩展方案，电动机动车的多个要空气调节的构件之一包括电动机动车的要在优选的温度范围中运行的电的蓄能器。
按照空调设备的另一个扩展方案，空气调节设备在第三流体循环单元中具有第三膨胀元件，以便用被降低的工作压力来控制第六热交换器，由此实现对电动机动车的内室的同时的加热和/或冷却和除湿。
按照空调设备的另一个扩展方案，电动机动车的具有较低温度的车身，底盘，行走机构或构件如蓄电池或电动机的热质量被设置作为空气调节设备的热源。
按照用于空气调节电动机动车的内室和/或至少一个构件的方法的第一扩展方案，第三流体循环单元被作为具有二氧化碳，特别优选地具有冷却剂R744，的冷却剂循环回路来运行。
本发明的另外的特征和优点由以下参照附图进行的说明中得出。
附图说明
附图中所示:
图1是按照本发明的第一实施方式的空调设备的构造的示意图;
图2是按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调设备的构造的示意图;
图3是按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调设备的构造的示意图;
图4是按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调设备的构造的示意图;
图5是按照本发明的另一个实施方式的空调设备的构造的示意图;
图6是按照本发明的另一个实施方式的空调单元的构造的示意图;
图7是按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调单元的构造的示意图;
图8是按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调单元的构造的示意图;和
图9是按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调单元的构造的示意图。
具体实施方式
在附图中相同的附图标记表示相同的或功能相同的部件。
图1示出了按照本发明的一个实施方式的空调设备1的构造的示意图。空调设备1例如包括功率电子装置或电动机作为热源12，13，其中，也可以使用电动机动车的另外的热质量作为热源，如例如蓄电池。用于空气调节电动机动车的多个构件和/或内室的空调设备1此外包括多个流体循环单元10，20，30，40，它们被设计用于加热和/或冷却电动机动车。第一流体循环单元10可以从第一泵11，经由第一热源12，13，再经由第一三通阀14和经由第一热交换器15，又返回到第一泵11地被接通并且被设计用于电动机动车的第一构件的空气调节。此外，第二流体循环单元20例如可以从第一泵11，经由第一热源12，13，再经由第一三通阀14，再经由第二热交换器21和经由第三热交换器22，又返回到第一泵11地被接通并且被设计用于电动机动车的内室的空气调节。第三流体循环单元30例如可以从第二三通阀31，再经由内部的热交换器32，再经由第三三通阀33，一方面再经由第一膨胀元件34a和第四热交换器35a到储存容器36和另一方面再经由第二膨胀元件34b和第五热交换器35b到储存容器36，从储存容器36经由具有第二泵37a的压缩机37，再经由第二热交换器21，再经由第四三通阀38，再经由第六热交换器35c又返回到第二三通阀31地被接通并且被设计用于电动机动车的内室的空气调节和除湿。此外，第四流体循环单元40例如可以从第三泵41，经由电动机动车的第二构件的第二热源42，43，再经由第五热交换器35b又返回到第三泵41地被接通并且被设计用于利用第二热源42，43的废热。在第四三通阀38和第三三通阀33之间，经由具有第三膨胀元件34c的连接路段30a，可以实现第三流体循环单元30的另外的运行模式变换。此外，第一热交换器15和第六热交换器35c的热传输能力例如通过附加安装的风扇52来提高。同样地，例如在第三热交换器22处和在第四热交换器35a处增补附加的风扇51。所示的热交换器（传热器）15，22，35a，35b，和35c例如实施成板式热交换器，螺旋式热交换器或管式热交换器。
图2示出了按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的（标示的）阀位置的空调设备1的构造的示意图。图2示出了基本上在使用与图1相同的附图标记下的相同的部件，补充地，在图2中示出了空调设备1的阀的一个表征的阀位置。在阀的该表征的阀位置下，在闭式的运行模式中的第一流体循环单元10，第三流体循环单元30以及第四流体循环单元40是激活的。
图3示出了按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调设备1的构造的示意图。图3示出了基本上在使用与图1相同的附图标记下的相同的部件，补充地，示出了空调设备1的阀的另外的表征的阀位置。在空调设备1的阀的该另外的表征的阀位置下，第二流体循环单元20，第三流体循环单元30以及第四流体循环单元40是激活的，其中，第二流体循环单元20和第三流体循环单元30通过第二热交换器21处于热接触中。
图4示出了按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调设备1的构造的示意图。图4示出了基本上在使用与图1相同的附图标记下的相同的部件，补充地在图4中示出了空调设备1的阀的另外的表征的阀位置。在空调设备1的阀的该另外的表征的阀位置下，第二流体循环单元20，第三流体循环单元30以及第四流体循环单元40是激活的，其中，激活的连接路段30a接通第三流体循环单元30的一个扩展的运行模式。
图5示出了按照本发明的另一个实施方式的空调设备1的构造的示意图。图5示出了基本上在使用与图1相同的附图标记下的相同的部件，补充地在图5中示出了一个另外的实施方式，它取消了第二热交换器21并且将压缩机37与第三热交换器22连接而取代与现在没有的第二热交换器21的连接。此外，第一流体循环单元10现在是闭式的流体循环单元并且不再具有与第三流体循环单元30的连接，因为没有了作为在对应的流体循环单元之间的连接环节的第二热交换器21。
图6示出了按照本发明的第一实施方式的空调设备100的构造的示意图。空调单元100包括内部的换热器140，外部的流体循环回路112和内部的流体循环回路110a，110b，110c。第一内部的流体循环回路110a设计成从内部的换热器140，经由第一膨胀阀121，经由第一蒸发器131，经由流体收集器141，又返回到内部的换热器140。此外，第二内部的流体循环回路110b例如设计成从内部的换热器140，经由具有电驱动的泵143的电的空调压缩机142，经由第一热交换器单元132，经由第二阀126，又返回到内部的换热器140，其中，第三内部的流体循环回路110c设计成从内部的换热器140，经由第三膨胀阀123，经由第二蒸发器133，经由流体收集器141，又返回到内部的换热器140;其中，外部的流体循环回路112设计成从内部的换热器140，经由第二膨胀阀124，经由第二热交换器单元134，经由第一阀125，经由流体收集器141，又返回到内部的换热器140。第一蒸发器131和第一热交换器单元132形成内室空气调节单元（温湿调节单元）151，第二蒸发器133用作蓄电池或功率电子装置的空气调节单元150。风扇161例如安装在第二热交换器单元（传热器单元）134处并且用于提高第二热交换器单元134的传热。此外，例如在第二阀126处设置第二外部的流体循环回路111，它将第二热交换器单元134与内部的换热器140相连接。通过第三内部的流体循环回路110c可以利用任何热源如例如电动机动车的蓄电池或功率电子装置，以便吸收来自具有较低温度的储存容器中的热能并且将其作为有效热量传递到要加热的具有较高温度的内室。例如第一热交换器单元132和第二热交换器单元134实施成气体冷却器或蒸发器。
图7示出了按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调设备100的构造的示意图。图7示出了基本上在使用与图6相同的附图标记下的相同的部件，补充地在图7中通过激活的循环回路的更粗的图示示出了空调单元100的阀的一个阀位置，其中，外部的流体循环回路112以及第二内部的流体循环回路110b在激活的状态下运行。空调单元100的所示的运行模式用于加热电动机动车的内室，其中，空调单元100被作为热泵来运行。
图8示出了按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调设备100的构造的示意图。图8示出了基本上在使用与图6相同的附图标记下的相同的部件，补充地在图8中通过激活的循环回路的更粗的图示示出了空调单元100的阀的一个阀位置，其中，具有内部的流体循环回路110a，110b，110c和外部的流体循环回路112的空调单元100在激活的状态下运行。空调单元100的所示的运行模式被作为用于加热电动机动车的内室的运行模式来设置，其中，此外通过关闭第二膨胀阀124实现在外部的流体循环回路112中除去第二热交换器单元134上的冰。例如通过将空调单元100作为热泵来运行实现对电动机动车的内室的加热。
图9示出了按照本发明的另一个实施方式的具有阀的表征的阀位置的空调单元的构造的示意图。图9示出了基本上在使用与图6相同的附图标记下的相同的部件，补充地在图9中通过激活的循环回路的更粗的图示示出了空调单元100的阀的一个阀位置，其中，具有第二外部的流体循环回路111，第一内部的流体循环回路110a和第二内部的流体循环回路110b的空调单元100在激活的状态下运行。空调单元100的所示的运行模式用于冷却电动机动车的内室，其中，空调单元100被作为热泵来运行。在此情况下，第一热交换器单元（传热器单元）132在空气侧没有被通流（没有被空气通流）。
尽管本发明以上是借助于优选的实施例来说明的，但是本发明不局限于此，而是可以以不同的方式实施。

Claims (13)

1.用于空气调节电动机动车的多个构件和/或内室的空调设备，其中，所述空调设备(1)包括多个流体循环单元(10，20，30，40)，它们被设计用于加热和/或冷却电动机动车，
其中，第一流体循环单元(10)可以从第一泵(11)，经由第一热源(12，13)，再经由第一三通阀(14)和经由第一热交换器(15)，又返回到第一泵(11)地被接通并且被设计用于空气调节电动机动车的第一构件;
其中，第二流体循环单元(20)可以从第一泵(11)，经由第一热源(12，13)，再经由第一三通阀(14)，再经由第二热交换器(21)和经由第三热交换器(22)，又返回到第一泵(11)地被接通并且被设计用于空气调节电动机动车的内室;
其中，第三流体循环单元(30)可以从第二三通阀(31)，再经由内部的热交换器(32)，再经由第三三通阀(33)，一方面再经由第一膨胀元件(34a)和第四热交换器(35a)到一个储存容器(36)和另一方面再经由第二膨胀元件(34b)和第五热交换器(35b)到所述储存容器(36)，从所述储存容器(36)经由具有第二泵(37a)的压缩机(37)，再经由第二热交换器(21)，再经由第四三通阀(38)，再经由第六热交换器(35c)又返回到第二三通阀(31)地被接通并且被设计用于对电动机动车的内室的空气调节和除湿;
其中，第四流体循环单元(40)可以从第三泵(41)，经由电动机动车的第二构件的第二热源(42，43)，再经由第五热交换器(35b)又返回到第三泵(41)地被接通并且被设计用于利用第二热源(42，43)的废热。
2.按照权利要求1所述的空调设备，其中，第一热源(12，13)和/或第二热源(42，43)包括电动机动车的电动机的、功率电子装置的和/或牵引蓄电池的热质量。
3.按照权利要求1或2所述的空调设备，其中，第一流体循环单元(10)和/或第二流体循环单元(20)和/或第三流体循环单元(30)和/或第四流体循环单元(40)实施成冷却剂循环回路，其具有在流体循环单元中循环的冷却剂作为工作介质，其中，设置有用于循环工作介质的相应的泵(11，37a，41)。
4.按照权利要求1所述的空调设备，其中，第三流体循环单元(30)具有跨接单元(30a)，所述跨接单元被设置用于加热电动机动车的内室和用于空气调节电动机动车的构件。
5.按照权利要求1所述的空调设备，其中，第二热交换器(21)和/或第五热交换器(35b)和/或内部的热交换器(32)设计成交叉逆流热交换器。
6.按照权利要求1所述的空调设备，其中，第一热交换器(15)和/或第二热交换器(21)和/或第四热交换器(35a)和/或第六热交换器(35c)设计成具有附加地安装的风扇(51，52)的主动的热交换器。
7.按照权利要求1所述的空调设备，其中，电动机动车的多个要进行空气调节的构件中的至少一个包括电动机动车的电蓄能器。
8.按照权利要求1所述的空调设备，其中，所述空调设备(1)在第三流体循环单元(30)中具有第三膨胀元件(34c)，以便用降低的工作压力来控制第六热交换器(35c)，由此可以实现对电动机动车的内室的同时的加热和/或冷却和除湿。
9.按照权利要求1所述的空调设备，其中，电动机动车的与所述电动机动车的内室相比具有较低温度的车身、底盘或行走机构的热质量被设置作为空调设备(1)的热源。
10.按照权利要求7所述的空调设备，其中，所述电蓄能器在一个温度范围中运行。
11.用于在使用按照权利要求1-10中任一项所述的空调设备下空气调节电动机动车的内室和/或至少一个构件的方法，所述空调设备包括多个流体循环单元(10，20，30，40)并且被设计用于加热和/或冷却电动机动车，
其中，第一流体循环单元(10)被接通成从第一泵(11)，经由第一热源(12，13)，再经由第一三通阀(14)和经由第一热交换器(15)，又返回到第一泵(11)并且被用于空气调节电动机动车的第一构件;
其中，第二流体循环单元(20)被接通成从第一泵(11)，经由第一热源(12，13)，再经由第一三通阀(14)，再经由第二热交换器(21)和经由第三热交换器(22)，又返回到第一泵(11)并且被用于空气调节电动机动车的内室;
其中，第三流体循环单元(30)被接通成从第二三通阀(31)，再经由内部的热交换器(32)，再经由第三三通阀(33)，一方面再经由第一膨胀元件(34a)和第四热交换器(35a)到一个储存容器(36)和另一方面再经由第二膨胀元件(34b)和第五热交换器(35b)到所述储存容器(36)，从所述储存容器(36)经由具有第二泵(37a)的压缩机(37)，再经由第二热交换器(21)，再经由第四三通阀(38)，再经由第六热交换器(35c)又返回到第二三通阀(31)并且被用于电动机动车的内室的空气调节和除湿;
其中，第四流体循环单元(40)被接通成从第三泵(41)，经由电动机动车的第二构件的第二热源(42，43)，再经由第五热交换器(35b)又返回到第三泵(41)并且被用于利用第二热源(42，43)的废热。
12.按照权利要求11所述的方法，其中，第三流体循环单元(30)被用作具有二氧化碳的冷却剂循环回路。
13.按照权利要求12所述的方法，其中，第三流体循环单元(30)被用作具有冷却剂R744的冷却剂循环回路。
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