CN103660850B - 用于汽车的空调设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备(1)，具有制冷剂回路(2)，所述制冷剂回路包括压缩机(5)、用于在制冷剂和环境之间传热的换热器(6)以及用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器(11)。所述制冷剂回路(2)具有沿制冷剂流动方向设置在所述压缩机(5)后面的阀装置。所述阀装置包括支路(24)、布置在所述支路(24)和所述换热器(6)之间的阀(14)以及布置在所述支路(24)和所述换热器(11)之间的阀(13)。所述阀(13)具有NO阀特性，所述阀(14)具有NC阀特性。本发明还涉及一种操作所述制冷剂回路(2)的方法，包括下列步骤：借助车辆环境感测机构和/或车辆通信系统检测紧急情况，并且断开所述压缩机(5)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备，其包括制冷剂回路，并且具有由阀特性各不相同的阀所构成的阀装置。
本发明还涉及一种空调设备，其包括发动机冷却回路和制冷剂回路，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在为乘客室的待调节空气加热、冷却和除湿的再加热模式下运行，所述制冷剂回路包括内部换热器以及用于从冷却剂()向制冷剂()输热的换热器，其中，所述制冷剂回路中的组件被布置成使得所述内部换热器在不同的运行模式下工作或不工作。本发明还涉及将制冷剂回路的换热器构造成用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热。
本发明还涉及一种在检测到紧急情况时操作空调设备制冷剂回路的方法。
背景技术
现有技术中的已知汽车利用发动机余热来加热乘客室进风。借助在发动机冷却回路中循环的冷却剂将余热送往空调设备，再由采暖换热器传递给流入乘客室的空气。
通过冷却剂-空气换热器从车辆驱动装置的高效内燃机的冷却回路中获取加热功率的已知设备，在环境温度较低时无法再达到使乘客室得到足够供暖所需要的水平，无法满足乘客室的总需热量。混合动力车辆中的设备亦是如此。
当来自发动机冷却回路的热量无法满足乘客室的总需热量时，就需要采取辅助加热措施，例如采用电阻加热(PTC)或燃料加热器。使用以空气为热源的热泵可以更有效地为乘客室加热空气，热泵中的制冷剂回路既用作唯一的加热装置，又起到辅助加热的作用。
被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行，因而也可以供暖模式运行并且从环境空气中获取热量的空气-空气热泵属于公知技术。
在制冷剂和空气之间传递功率的热泵系统往往无法同时为待送入乘客室的空气除湿和加热。这样当环境温度较低时，就无法用循环空气来运行汽车的空调设备。以循环空气模式运行时，来自于乘客室的空气发生再循环。而由于除湿功能的缺失，空气中的残余水分以及乘客以蒸汽形式释放出来的水分就会使车窗蒙上水汽。
当环境温度超过20℃时，传统的空调设备会在达到热舒适程度后将被送入乘客室的空气冷却至3℃至10℃左右，并在此过程中进行除湿处理，再用少量加热功率加热至期望的进风温度。达到热舒适程度的乘客室温度标称值例如为20℃至25℃左右。
乙二醇-空气热泵将内燃机的冷却剂(多数情况下是水与乙二醇的混合物)用作热源。从所述冷却剂中提取热量。因此，内燃机长时间地在较低温度下运行，这会对废气排放和燃料消耗产生不良影响。由于混合动力车辆的内燃机是间歇运行，长时间行驶时达不到足够高的冷却剂温度。出于这个原因，环境温度较低时内燃机会中断起动/停止模式。内燃机不断路。
DE 10 2010 024 775 A1描述一种用于为车辆调节空气的装置，其既能以供暖模式运行，又能以制冷模式运行。这种装置具有制冷剂回路，所述制冷剂回路包括热环境模块、热乘客室模块、包含膨胀阀的膨胀模块以及用于压缩制冷剂的压缩机，热环境模块包含冷凝器并用于与环境空气传热，热乘客室模块包含用于处理乘客室进风的蒸发器和回热式换热器。此外，所述装置还设有流体换热器，所述流体换热器可接通地与独立于制冷剂回路的流体回路连接。可以借助阀来连接上述组件，使得制冷剂在供暖模式下可以通过可接通的流体换热器或通过环境模块的冷凝器或通过这二者吸收热量，这部分热量与所送入的压缩能的加总可由乘客室模块传递给乘客室进风。
发明内容
本发明的目的是对制冷剂回路能以各种模式运行的空调设备进行改进并提供一种操作制冷剂回路的方法，所述方法在紧急情况下通过重新转移(Umverlagerung)制冷剂回路中的制冷剂来保护车辆乘客。
力求以最少的投入实现较高的运行安全性，以较小的结构空间让乘客获得最大的舒适度，并且确保空调设备在各种运行模式下都能达到最高运行效率。
本发明用以达成上述目的的解决方案为一种用于调节汽车乘客室的空气且包括制冷剂回路的空调设备。
所述制冷剂回路具有压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的换热器以及第一次级通流路径内部用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器。所述制冷剂回路还包括沿制冷剂流动方向设置在所述压缩机后面的阀装置，所述阀装置包括支路、布置在所述支路和所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器之间的阀以及布置在所述支路和所述用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器之间的阀。
依照本发明的设计理念，所述布置在支路和用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器之间的阀具有NO阀特性，所述布置在支路和用于在制冷剂和环境之间传热的换热器之间的阀具有NC阀特性。
所述制冷剂回路优选被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在再加热模式下运行。
根据替代技术方案，所述布置在支路和用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器之间的阀具有NC阀特性，所述布置在支路和用于在制冷剂和环境之间传热的换热器之间的阀具有NO阀特性。
除布置两个单独的2/2换向阀外，所述沿制冷剂流动方向设置在压缩机后面的阀装置也可以替代性地在一个组合中构造为3/2换向阀。
根据本发明的改进方案，所述制冷剂回路具有设有阀的其它次级通流路径，其中，所述通流路径从所述阀装置的朝所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器方向布置的阀与所述换热器本身之间的连接出发延伸至所述压缩机的入口。阀装置的阀和次级通流路径的阀优选在一个组合中构造为4/2换向阀。
本发明用以达成前述目的的另一解决方案为一种用于调节汽车乘客室的空气且包括制冷剂回路的空调设备，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行且可在再加热模式下运行，并且具有压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的换热器以及布置在所述压缩机和所述换热器之间的阀。所述制冷剂回路还包括第二次级通流路径，所述第二次级通流路径从支路延伸至出口点并且设有用于从发动机冷却回路的冷却剂向所述制冷剂回路的制冷剂输热的换热器以及前置膨胀阀。此外，所述制冷剂回路还具有用于将热量从制冷剂回路的高压侧传递至低压侧的内部换热器。
依照本发明的设计理念，所述第二次级通流路径的支路和出口点以及设有附加阀的第三次级通流路径被布置成使得所述内部换热器在制冷设备模式下工作，在热泵模式下不工作或工作。
根据第一替代技术方案，所述制冷剂回路被构造成使得内部换热器在热泵模式下不工作，即内部换热器中不传递热量。
第二次级通流路径的高压侧支路和低压侧出口点沿热泵模式下的制冷剂流动方向分别布置在内部换热器的后面或前面。此外，设有阀的第三次级通流路径从阀装置的朝用于在制冷剂和环境之间传热的换热器方向布置的阀与换热器本身之间的连接出发延伸至压缩机的入口。第三次级通流路径在低压侧通入布置在内部换热器和压缩机之间的制冷剂管道。
根据第二替代技术方案，所述制冷剂回路被构造成使得内部换热器在热泵模式下工作，即内部换热器中传递热量。
其中，第二次级通流路径的支路沿热泵模式下的制冷剂流动方向布置在高压时的内部换热器后面，出口点布置在低压时的内部换热器前面。此外，设有阀的第三次级通流路径从阀装置的朝用于在制冷剂和环境之间传热的换热器方向布置的阀与换热器本身之间的连接出发延伸至内部换热器的入口。因此，第三次级通流路径在低压侧通入通往内部换热器的制冷剂管道。
本发明用以达成前述目的的另一解决方案为一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备，其具有制冷剂回路，所述制冷剂回路包括用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器。
依照本发明的设计理念，所述换热器为单排式，深度为10mm至20mm，可以传递最高7kW的热量。其中，换热器深度是指换热器沿空气流动方向的伸展度。因此，深度也就是垂直于换热器基面的伸展度，其中，基面是指垂直于空气流动方向的面，也就是空气进出换热器时所流经的面。
所述换热器的深度优选为12mm至20mm，面向车辆优化的范围为10mm至12mm。
根据本发明的改进方案，所述空调设备具有发动机冷却回路，所述发动机冷却回路包括用于从冷却剂向乘客室的待调节空气输热的换热器，所述换热器沿乘客室的待调节空气的流动方向与所述用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器串联(即前后依次)布置。其中，通冷却剂的换热器优选设置在通制冷剂的换热器前面。
所述换热器优选具有伸展度相同的基面。不同换热器的基面定向相同。
根据替代技术方案，所述换热器的基面之间存在差异。
所述用于从冷却剂向乘客室的待调节空气输热的换热器优选具有30mm至55mm的深度。其中，优选深度为30mm至45mm。
本发明用以达成前述目的的另一解决方案为一种用于调节汽车乘客室的空气且包括制冷剂回路和发动机冷却回路的空调设备。所述制冷剂回路包括：
-压缩机以及用于在制冷剂和环境之间传热的换热器，所述换热器包括布置在一侧的阀以及在另一侧布置于所述压缩机和所述换热器之间的阀，
-用于在制冷剂和乘客室的待调节空气之间传热的换热器，所述换热器包括沿制冷剂流动方向设置在前面的阀，
-接收器，
-设有阀以及用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器的第一次级通流路径，
-设有用于从发动机冷却回路的冷却剂向制冷剂回路的制冷剂输热的换热器以及阀的第二次级通流路径，
-设有阀的第三次级通流路径，其中，所述通流路径从朝用于在制冷剂和环境之间传热的换热器方向布置的阀与换热器本身之间的连接出发延伸至压缩机的入口，及
-用于将热量从制冷剂回路的高压侧传递至低压侧的内部换热器。
所述发动机冷却回路具有用于从冷却剂向待送入乘客室的空气传热的换热器以及阀。
依照本发明的设计理念，所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器布置在汽车的前区。围绕所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器设置的阀、第一和第三次级通流路径的阀以及接收器设置在汽车的车轮罩区域。沿制冷剂流动方向布置在所述用于在制冷剂和乘客室的待调节空气之间传热的换热器前面的阀、第二次级通流路径的阀以及发动机冷却回路的阀布置在汽车的水箱区域。制冷剂回路的用于在制冷剂和乘客室的待调节空气之间传热的换热器和发动机冷却回路的用于在制冷剂和乘客室的待调节空气之间传热的换热器安置在空调机中。
根据第一替代技术方案，所述第二次级通流路径的换热器及其阀布置在汽车的水箱区域。
根据第二替代技术方案，所述内部换热器和所述第二次级通流路径的换热器及其阀布置在汽车的车轮罩区域。
制冷剂回路的第二次级通流路径中用于从冷却剂向制冷剂输热的换热器以及用于从冷却剂向待送入乘客室的空气传热的换热器在流体技术上优选并联布置在发动机冷却回路中并且优选布置成可以分别借助阀或三通阀来与发动机冷却回路分离。
根据本发明的有益技术方案，内部容积与制冷剂回路高压侧的制冷剂密度的乘积和内部容积与制冷剂回路低压侧的制冷剂密度的乘积大小相同。
本发明涉及一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路的操作方法，其中，所述制冷剂回路具有压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的换热器以及用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器，所述方法包括下列步骤：
-借助车辆环境感测机构和/或车辆通信系统检测紧急情况，并且
-关断压缩机。
根据本发明的改进方案，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行且可在再加热模式下运行，并且具有沿制冷剂流动方向设置在压缩机后面的阀装置。所述阀装置包括支路、布置在所述支路和所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器之间的阀以及布置在所述支路和所述用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器之间的阀。优选如此这般操作制冷剂回路，使得所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器被加载非高压制冷剂。
所述方法优选包括以下附加步骤：
-在布置在所述支路和所述用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器之间的阀打开的情况下，将布置在所述支路和所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器之间的阀打开。
其中，通过利用阀装置(即打开的阀)和支路将制冷剂从用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的换热器重新转移到用于在制冷剂和环境之间传热的换热器内，来瓦解布置于乘客室进风流中的换热器内的高压。
所述用于在制冷剂和环境之间传热的换热器具有两个用于制冷剂管道的连接侧，其中，第一连接侧设有所述阀装置的阀，第二连接侧设有其它阀。优选将换热器第二连接侧的阀打开，以便可以用制冷剂回路的附加容积来重新转移制冷剂。
与现有技术相比，所述空调设备的制冷剂回路的其它优点可总结如下：
-能够在环境温度较低并且发动机冷却回路的冷却水温度较低的情况下迅速提供热风，
-以再加热模式运行时，再加热器的加热功率低于蒸发器中的制冷功率，
-在提供功率、效率和舒适度方面，运行简单、安全且能达到能效最佳化，尤其是在热泵模式下和系统启动期间，
-操作次数减至最少，从而最大程度地延长空调设备寿命，并且
-噪音达到最低水平。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明的技术细节、特征和优点作进一步说明。其中：
图1为制冷剂回路处于制冷设备模式和空气除湿加热模式的空调设备，
图2为制冷剂回路处于以环境空气为热源的热泵模式以及以发动机冷却回路的冷却剂为热源的热泵模式的空调设备，
图3为制冷剂回路处于为空气除湿和再加热并进一步向环境空气放热的模式的空调设备，
图4为制冷剂回路处于为空气除湿和再加热并进一步从发动机冷却回路吸热的模式的空调设备，
图5为制冷剂回路处于除霜模式的空调设备，
图6为制冷剂回路作为车载装置的空调设备，所述制冷剂回路包括在图2所示的热泵模式以及图4所示的空气除湿与再加热模式下不工作的内部换热器，
图7为制冷剂回路作为车载装置的空调设备，所述制冷剂回路包括在图2所示的热泵模式以及图4所示的空气除湿与再加热模式下工作的内部换热器。
具体实施方式
图1至图5示出处于不同运行模式下的车用空调设备1，其包括制冷剂回路2和发动机冷却回路3。
除了沿制冷设备模式下的制冷剂流动方向(在图1中用虚线箭头表示)依次布置的蒸发器4、压缩机5、用作冷凝器/气体冷却器的换热器6、接收器7和阀16外，初级制冷剂回路2还包括内部换热器8。内部换热器8是指回路内部的换热器，用于在高压制冷剂与低压制冷剂之间传热。其中，例如一方面是进一步冷却冷凝后的液态制冷剂，另一方面是将压缩机5前面的吸气过度加热。
止回阀19防止制冷剂从阀16方向流入换热器11。止回阀19在相反流动方向上通流。
如果在亚临界运行下(例如使用R134a制冷剂)或在使用二氧化碳的特定环境条件下液化制冷剂，就将换热器6称作冷凝器。一部分传热过程在恒温下进行。在超临界运行下，确切而言是当换热器6超临界放热时，制冷剂温度持续下降。在此情况下换热器6也称气体冷却器。超临界运行可以在特定的环境条件下或在空调设备1例如以二氧化碳为制冷剂运行时实现。
为了对乘客室进风同时进行冷却和除湿以及加热(又称再加热，在图1中用标有实线箭头的制冷剂流动方向表示)，空调设备1的制冷剂回路2具有包含附加组件的次级通流路径。
压缩机5的输出端设有支路24。在支路24和换热器6之间设有关闭的截止阀14。第一次级通流路径从支路24延伸至膨胀阀16输出端的支路26，并且从压缩机5出发沿制冷剂流动方向具有打开的截止阀13和换热器11，所述换热器又称回热式换热器11并起到第二冷凝器/气体冷却器的作用。
第一次级通流路径在关闭的膨胀阀16和阀9之间通入初级制冷剂回路。在回热式换热器11中经冷却或冷凝后，制冷剂在流经阀9时膨胀，流经止回阀20和内部换热器8后回到压缩机5。止回阀20的作用是在以热泵模式运行时，防止制冷剂被贮藏于蒸发器4。内部换热器8仅低压侧通流且不工作。
流经蒸发器4的空气被除湿和/或冷却，而后被回热式换热器11再度加热。其中，加热功率由在蒸发器4和压缩机5中被输送给制冷剂的功率组成。
在发动机冷却回路3内部，冷却剂(优选是水与乙二醇的混合物)在发动机21和换热器12之间循环。在又被称作采暖换热器的换热器12中，发动机21所释放的热量被传递到待送入乘客室的空气中。换热器12构造为乙二醇-空气换热器。
用截止阀22、23打开或关闭发动机冷却回路3的并联通流路径，其中，每条通流路径均设有截止阀22、23，因而可加以单独操作。在图1所示的运行模式下，截止阀23打开。截止阀22关闭，所述截止阀所具有的通流路径包含用于将发动机21所释放的热量传递给制冷剂回路2中的蒸发制冷剂的换热器10。换热器10不通流。
被未图示风机吸入的空气在进入乘客室之前，沿流动方向先流经蒸发器4，再依次流经采暖换热器12和回热式换热器11。因此，换热器4、12、11是按上述与待送入乘客室的空气相关的顺序依次布置并且按需要和运行模式被接通或关断。作为替代方案，回热式换热器11也可以沿空气流动方向布置在采暖换热器12后面。
环境温度较低时需要为乘客室供暖，这可以借助图2中以供暖或热泵模式运行的空调设备1来实现。图2所示的制冷剂回路2处于以环境空气为热源以及以发动机冷却回路3的冷却剂为热源的热泵模式。
除图1所示的第一次级通流路径外，第二次级通流路径从布置在换热器6或前置阀17和接收器7之间的支路25延伸至位于压缩机5入口的出口点27。因此，第二次级通流路径在内部换热器8和压缩机5之间通入初级制冷剂回路，并且具有构造为膨胀阀的膨胀机构18和换热器10。换热器10一侧可通制冷剂，另一侧可通发动机冷却回路3的冷却剂。换热器10在制冷剂侧用作蒸发器，即按相应的运行模式将热量从冷却剂传递至制冷剂。换热器10又被称作制冷机(Chiller)。
包含截止阀15的第三次级通流路径将截止阀14和换热器6之间的区段与压缩机5的入口连接起来。
在空调设备1的热泵模式下如此这般操作阀9、13、14，使得制冷剂质量流量在压缩机5之后穿过第一次级通流路径，从而流经构造为第二冷凝器/气体冷却器的回热式换热器11和阀16。制冷剂流动方向用箭头表示，其中，虚线箭头表示的是以空气为热源的热泵模式下的制冷剂流动方向，实线箭头表示的是以发动机冷却回路3的冷却剂为热源的热泵模式下的制冷剂流动方向。
截止阀13打开，而截止阀14关闭。在回热式换热器11中，热量从制冷剂释放到待送入乘客室的空气中。
阀9关闭，以便从流体技术上将蒸发器4与制冷剂回路2分离。由于内部换热器8仅一侧通流，此时不发生热量传递。内部换热器8不工作。
初级制冷剂回路从支路26延伸至出口点27的区段虽然不通制冷剂，但处于畅通状态，这会使制冷剂和油被贮藏起来。为了防止出现这种贮藏现象，沿制冷剂流动方向在蒸发器4后面设有止回阀20。作为替代方案，止回阀20也可以布置在内部换热器8后面。
根据汽车内组件的布置情况，即使不使用附加组件，尤其是不使用附加阀，内部换热器8也能工作通流。
在以空气为热源的热泵模式下，制冷剂在流经膨胀阀17时膨胀至与环境温度相对应的两相区压力水平。接下来在用作蒸发器的换热器6中，热量从环境传递至制冷剂。空调设备1从环境空气中吸热。
制冷剂质量流量离开换热器6后经第三次级通流路径和打开的截止阀15到达压缩机5的入口。至此形成完整的制冷剂回路2。
在发动机冷却回路3中，冷却剂在发动机21和采暖换热器12之间循环。截止阀22关闭，而截止阀23打开。在此情况下，冷却剂仅流经采暖换热器12，因此发动机21上排放的热量仅被传递到待送入乘客室的空气中。
在此过程中，换热器10既不通制冷剂，也不通冷却剂。阀18关闭。但在相应的运行条件下仍会有制冷剂和油被贮藏起来，通过短时打开阀22并借此为换热器10加载发动机冷却回路3的热冷却剂，可以将这部分制冷剂和油排出。
在以发动机冷却回路3的冷却剂为热源的热泵模式下，制冷剂在流经膨胀阀18时膨胀至与冷却剂温度相对应的两相区压力水平。接下来在蒸发器10中，热量从在发动机冷却回路3中循环的冷却剂传递至制冷剂。空调设备1从发动机冷却回路3中吸热。制冷剂质量流量离开蒸发器10后被吸入压缩机5。至此形成完整的制冷剂回路2。
在发动机冷却回路3中，冷却剂在发动机21和蒸发器10之间循环。截止阀22打开。在同时关闭截止阀23的情况下，冷却剂仅流经蒸发器10，因此发动机21上排放的热量仅被传递给制冷剂回路2中的蒸发制冷剂。在此过程中，采暖换热器12不通冷却剂。作为替代方案，除截止阀22外也可以使截止阀23处于打开状态。如此一来，冷却剂将并行流经蒸发器10和采暖换热器12，从而使得发动机21上排放的热量既被传递给制冷剂，又被传递到待送入乘客室的空气中。换热器10、11、12的尺寸和功率与空调设备1的运行方式相匹配。
可以根据制冷设备模式和热泵模式所需要的制冷剂装填量来相应操作膨胀阀16、17、18。当热泵模式下制冷剂不足时，制冷剂可能在流经膨胀阀16时就已经发生预膨胀。在此情况下，制冷剂密度变小，接收器7中的制冷剂装填量减小。
根据不同热源的热泵模式，阀17、18交替地关闭或打开，从而使得换热器6、10的其中之一通制冷剂，另一换热器6、10则不加载。作为替代方案，也可以让两个换热器6、10都通制冷剂，从而使得环境空气和发动机冷却回路3的冷却剂都可被用作热源。
在空调设备1工作期间，例如在热泵模式之间切换时，或在空调设备1停机时，制冷剂都有可能在制冷剂回路2的组件中发生重新转移，例如重新转移到不主动通制冷剂的组件中。但是，制冷剂的重新转移会导致后续设定的运行模式出现制冷剂不足。
为了避免空调设备1启动时制冷剂不足，截止阀13、14具有相应的阀特性，即NO特性或NC特性。具有NO特性的阀在不接通即不通电状态下“打开”，其中，NO代表“常开”之意。具有NC特性的阀在不接通即不通电状态下“关闭”。其中，NC代表“常闭”之意。
通过为阀13设置NO特性，为阀14设置NC特性，可以防止在切断空调设备1的热泵模式运行后，制冷剂立即积聚于冷的换热器6，而后在以冷却剂为热源的热泵模式下重新启动空调设备1时，没有足够的制冷剂可供使用。
此外，为阀9设置NO特性也是有益的，因为如此一来，贮藏在初级制冷剂回路2从支路26延伸至出口点27的区段中的制冷剂在任何一个运行模式下都会被压缩机吸出。
阀13、14在图示实施方式中构造为2/2换向阀。因此，阀13、14分别具有两个接头和两个操作位置。作为替代方案，阀13、14也可以在一个组合中构造为3/2换向阀，或加上阀15构造为4/2换向阀且阀13、14、15具有相同的阀特性。
此外，制冷剂回路2高压侧和低压侧的导液或被加载气相制冷剂的管段和组件的内部容积与运行模式和制冷剂状态相适配，从而确保所有运行模式均能实现最佳装填量。
在紧急情况下，即例如发生事故或驾驶辅助感测机构或车辆环境感测机构结合车辆通信系统预测有事故发生时，不受所用制冷剂回路2和所用运行模式影响地关断压缩机5。在热泵模式下以及同时在制冷剂于压缩机5之后分流的情况下，检测到事故时还进一步在阀13打开的情况下打开阀14，以便使回热式换热器11中的高压大幅降低，从而避免高温的高压制冷剂和制冷剂本身伤害乘客。通过打开阀14，能瞬间瓦解从压缩机5的输出端经阀13和回热式换热器11延伸至膨胀阀16的第一次级通流路径中的高压，因为制冷剂流入“冷”的换热器6，所述换热器视具体的热泵模式而相应用作蒸发器或没有任何功能地被环境空气围绕。乘客室内的乘客受到回热式换热器11(布置于乘客室进风流中)中的高温高压制冷剂伤害的风险大幅降低。关断压缩机5并打开阀14后，避免事故后再次启动空调设备1也比较简单。
发生特殊的紧急情况时，还可以将用于连接压缩机5的入口的第三次级通流路径中的阀15关闭，以便将来自第一次级通流路径的制冷剂仅转移到换热器6中，避免制冷剂重新转移到蒸发器4中。在图2所示的制冷剂回路2中，止回阀20也能防止制冷剂重新转移到蒸发器4中。此外还可以打开膨胀阀17，以便为从第一次级通流路径中出来的制冷剂提供更大的容积。
图3所示的空调设备1的制冷剂回路2处于为空气除湿和再加热并进一步向环境空气放热的模式。
在压缩机5中被压缩至高压的制冷剂质量流量由打开或部分打开的截止阀13、14导入冷凝器/气体冷却器6和回热式换热器11。在两个换热器6、11中均是从制冷剂向空气放热，在换热器6中是向环境空气放热，在回热式换热器11中是向待送入乘客室的空气放热。
流经蒸发器4之前，制冷剂的两个分质量流量汇聚并膨胀。
内部换热器8工作且两侧加载制冷剂。
借助分质量流量的分量或说借助压缩机5之后的分质量流量划分情况来设定，将在蒸发器4和压缩机5中被输送给制冷剂的功率中的哪个分量作为热量来为在蒸发器4中被除湿和/或冷却的乘客室进风再加热。余下的功率以热量形式释放到环境中。
图4所示的空调设备1的制冷剂回路2处于为空气除湿和再加热并进一步从发动机冷却回路3吸热的模式。
在压缩机5中被压缩至高压的制冷剂质量流量在打开的截止阀13和关闭的截止阀14导引下仅流经回热式换热器11。在此情况下，制冷剂将所输送的全部功率以热量形式释放到待送入乘客室的空气中。
制冷剂质量流量在回热式换热器11的输出端被划分成两个流经蒸发器4、10的分质量流量。在蒸发器4中，制冷剂从待送入乘客室的空气中吸热和/或为这部分空气除湿。在蒸发器10中，将来自发动机冷却回路3的热量输送给制冷剂。
制冷剂的分质量流量在进入压缩机5之前再度汇聚。因此，释放到待送入乘客室的空气中的热量由在压缩机5和蒸发器4、10上所输送的功率组成。
内部换热器8工作且两侧加载制冷剂，其中，流经构造为制冷剂-冷却剂换热器的蒸发器10的分质量流量在膨胀前被进一步冷却或过度冷却，流经蒸发器4的分质量流量在蒸发后被过度加热。在此过程中，内部换热器8以顺流模式运行。
在发动机冷却回路3中，冷却剂在截止阀22打开的情况下在发动机21和蒸发器10之间循环。如果除截止阀22外截止阀23也打开，冷却剂就替代性地并行流经蒸发器10和采暖换热器12，从而使得发动机21上排放的热量既被传递至制冷剂，又被直接传递到待送入乘客室的空气中。
在空调设备1如图1至图4所示的关于不同运行模式的线路图中，待送入乘客室的空气质量流量既可以在流经冷却剂回路3的采暖换热器12的传热面时被加热，又可以在流经制冷剂回路2的回热式换热器11的传热面时被加热。
在使用基面类似于PTC加热器(即靠电力工作的电阻加热装置)、安装深度为12mm的高效回热式换热器作为回热式换热器11的情况下，可以传递最高7kW的热量，因此也可以选择不使用采暖换热器12，即空调设备1中可以不设置采暖换热器12。回热式换热器11可以具有最大25mm的安装深度。
回热式换热器11的较小安装深度(12mm)会导致温度分层。为了避免这种温度分层现象，优选使采暖换热器12和回热式换热器11并行运行，其中，采暖换热器12的传热面积和尺寸小于单独运行时的传热面积和尺寸。采暖换热器12的通流面积和深度相对较小，即深度例如小于35mm。换热器11、12在其功率和尺寸方面达到最佳适配程度。采暖换热器12与回热式换热器11相结合及其最大分别为30mm和25mm的安装深度相结合后，换热器11、12的总安装深度最大为55mm，但优选最大为45mm，面向车辆优化后最大为30mm。
采暖换热器12用作回热式换热器11的空气质量流量预热器。换热器11、12同时运行，其中，依次为换热器11、12加载空气质量流量。在此过程中，制冷剂回路2中的高压上升得到支持，空气温度分布的均匀化得到改善。
回热式换热器11的尺寸与功率相匹配，其中，确保制冷剂在回热式换热器11的输出端得到程度尽可能低的过度冷却。所述实施方案在制冷剂的重新转移以及与空调设备1的安全性有关的内部容积调整方面功效显著，且能在内部容积远小于传统回热式换热器的情况下，确保热泵模式运行时的总装填量小于将换热器6作为冷凝器的制冷设备模式运行时的总装填量。
图5为处于除霜模式的空调设备1及其制冷剂回路2和发动机冷却回路3。所述模式是为此前用作蒸发器的换热器6除霜或除冰。从压缩机5中出来的高压高温制冷剂在截止阀14打开、截止阀13关闭的情况下流经换热器6。在制冷剂放热的情况下，为此时用作冷凝器/气体冷却器的换热器6的传热面除冰。
制冷剂在膨胀阀18中膨胀后，制冷剂在蒸发器10内从发动机冷却回路3中吸热并被吸入压缩机5。在发动机冷却回路3中，冷却剂在截止阀22打开的情况下在发动机21和蒸发器10之间循环。
阀9、16、17、18也可以根据具体的运行模式而构造为固定节流器。
作为替代方案，在上述实施方式中布置于制冷剂回路2的高压区的接收器7也可以作为低压侧收集器沿制冷剂流动方向布置在蒸发器4后面。
作为替代方案，换热器6也可以构造为加水式冷凝器。
图6和图7为图1至图5所示的空调设备1的制冷剂回路2在车辆中的最佳布置方案。布置组件时区分前区29、车轮罩30、水箱31和空调机32。在图6所示的布置方案中，阀13、14、15、17、接收器7和支路24安置在汽车的车轮罩30中，换热器6安置在汽车前区29。换热器10、阀9、16、18、28、止回阀19、支路25、26和出口点27布置在水箱中，因而紧靠包含换热器4、11、12的空调机32布置。制冷剂回路2的其余组件设置在汽车的发动机机舱内。
在图7中，除上述如图6所示的布置方案外，还进一步将内部换热器8、带有前置阀18的换热器10以及支路25布置在车轮罩中。水箱中则设有阀9、16、28和止回阀19，空调机32中设有换热器4、11、12。
通过如图6和图7所示的管线排布优化，可以实现内部换热器8工作或不工作的各种运行方式。
制冷剂回路2如图6和图7所示的设计与图1至图5所示的设计之间的区别主要在于换热器8和10的设置方式。在图2所示的技术方案(以发动机冷却回路的冷却剂为热源的热泵模式)或图4所示的技术方案(为空气除湿和再加热并进一步从发动机冷却回路3吸热的模式)中，制冷剂以高压水平从阀16进一步流经内部换热器8，而后经膨胀阀18流入换热器10。换热器10的输出端直接与压缩机5的入口连接。
而在图6所示的制冷剂回路2中，换热器10的设置方式使得制冷剂在所述运行模式下在阀16之后直接经膨胀阀18流入换热器10，而不流经内部换热器8。但换热器10的输出端布置在内部换热器8的入口前面，从而使得制冷剂在低压侧流经内部换热器8。
在图2所示的热泵模式和图4所示的空气除湿与再加热模式下，无论内部换热器8采用图2和图4所示的实施方案还是采用图6所示的实施方案，其均保持不工作。
发动机冷却回路3的截止阀22、23合并构造为三通阀28。
图7为制冷剂回路2经修改的空调设备1，所述制冷剂回路作为汽车中的装置包括在图2所示的热泵模式以及图4所示的空气除湿与再加热模式下工作的内部换热器8。与制冷剂回路2如图1至图5或如图6所示的设计之间的主要区别还是在于换热器8和10的设置方式。
通过比较图1至图5、图6和图7所示的制冷剂回路2，可以看出空调设备1的内部换热器8在热泵模式和不使用附加操作元件的空气除湿与再加热模式下何时工作、何时不工作，其中，内部换热器8在制冷设备模式下始终处于工作状态。内部换热器8的激活在此仅取决于回路组件的相对布置关系。
在图1至图5所示的技术方案中，换热器10的输出端经出口点27直接连接至压缩机5的入口。第三次级通流路径同样将换热器6的入口与压缩机4的入口连接起来，其中，根据制冷设备模式下的制冷剂流动方向来确定换热器6的入口。从换热器10或换热器6中出来的制冷剂不流经内部换热器8。
但在图7所示的技术方案中，换热器10的输出端经出口点27与内部换热器8的入口连接。第三次级通流路径同样将换热器6的入口与内部换热器8的入口连接起来。在此情况下，从换热器10或换热器6中出来的制冷剂都会流经内部换热器8。
由此，内部换热器8无论在如图2所示的热泵模式还是在如图4所示的空气除湿与再加热模式下均工作且分别以顺流模式运行，而在制冷设备模式下，内部换热器8被加载逆流制冷剂。作为替代方案，内部换热器8也可以在热泵模式和空气除湿与再加热模式下以逆流模式运行。
上述布线方案和运行模式适用于任何一种在低压侧从液相转变为气相的制冷剂。在高压侧，介质通过气体冷却、冷凝和过度冷却等方式将所吸收的热量释放至冷源。如R744、R717等天然材料，如R290、R600、R600a等可燃材料以及如R134a、R152a、HFO-1234yf等化学材料，或各种不同的制冷剂混合物，都是适用的制冷剂。
附图标记列表
1 空调设备
2 制冷剂回路
3 发动机冷却回路
4 蒸发器
5 压缩机
6 换热器
7 接收器
8 内部换热器
9 阀
10 换热器，蒸发器
11 换热器，回热式换热器
12 换热器，采暖换热器
13 阀，截止阀
14 阀，截止阀
15 阀，截止阀
16 阀，膨胀机构，膨胀阀
17 阀，膨胀阀
18 阀，膨胀机构，膨胀阀
19 止回阀
20 止回阀
21 发动机
22 阀，截止阀
23 阀，截止阀
24 支路
25 支路
26 支路
27 出口点
28 阀，三通阀
29 前区
30 车轮罩
31 水箱
32 空调机
Claims (5)
1.一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备(1)，具有制冷剂回路(2)，所述制冷剂回路包括：
-压缩机(5)、用于在制冷剂和环境之间传热的制冷剂-环境换热器(6)以及布置在所述压缩机(5)和所述制冷剂-环境换热器(6)之间的阀(14)，
-次级通流路径，所述次级通流路径从一支路(25)延伸至出口点(27)并且包括用于从发动机冷却回路(3)的冷却剂向所述制冷剂回路(2)的制冷剂输热且设有前置膨胀阀(18)的次级换热器(10)，及
-用于将热量从所述制冷剂回路(2)的高压侧传递至低压侧的内部换热器(8)，
其特征在于，所述支路(25)、所述出口点(27)以及从所述阀(14)与所述制冷剂-环境换热器(6)之间的连接出发且设有阀(15)的次级通流路径被布置成使得所述内部换热器(8)在制冷设备模式下工作，在热泵模式下不工作或工作。
2.如权利要求1所述的空调设备(1)，其特征在于，高压侧的支路(25)和低压侧的出口点(27)沿热泵模式下的制冷剂流动方向分别布置在
-所述内部换热器(8)后面或
-所述内部换热器(8)前面，
所述次级通流路径延伸至所述压缩机(5)的入口且被布置成使得所述内部换热器(8)在热泵模式下不工作。
3.如权利要求1所述的空调设备(1)，其特征在于，所述支路(25)沿热泵模式下的制冷剂流动方向布置在所述内部换热器(8)后面，所述出口点(27)布置在所述内部换热器(8)前面，所述次级通流路径延伸至所述内部换热器(8)的入口且被布置成使得所述内部换热器(8)在热泵模式下工作。
4.如权利要求1的空调设备(1)，其特征在于，所述制冷剂回路包括用于从制冷剂向乘客室的待调节空气输热的制冷剂换热器(11)，所述制冷剂换热器(11)为单排式，深度处于10mm至20mm的范围内，被构造用于传递最高7kW的功率。
5.如权利要求4所述的空调设备(1)，其特征在于，所述发动机冷却回路(3)包括用于从冷却剂向乘客室的待调节空气输热的冷却剂换热器(12)，其中，所述冷却剂换热器(12)和所述制冷剂换热器(11)沿乘客室的待调节空气的流动方向前后依次布置，所述冷却剂换热器(12)具有30mm至55mm范围内的深度。
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