CN104094068B - 用于机动车的加热冷却模块的压缩机换热器单元 - Google Patents

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Abstract

用于机动车的加热冷却模块的压缩机换热器单元(1)，用作为制冷剂的至少一种流体在所述加热冷却模块中流动，所述压缩机换热器单元具有：用于压缩第一流体的压缩机装置(20)；至少一个换热器装置(40)，所述换热器装置具有用于用第一流体穿流的至少一个第一回路和用于用第二流体穿流的第二回路，其中所述换热器装置(40)在流体流中设置在压缩机装置(20)下游，其特征在于，第一流体至少部分地在第一回路的流动通道(45)中引导，所述流动通道至少部分地包围压缩机装置(20)。

Description

用于机动车的加热冷却模块的压缩机换热器单元
技术领域
本发明涉及一种压缩机换热器单元，并且尤其涉及一种用于机动车的加热冷却模块的压缩机换热器单元，以及涉及一种具有这种压缩机换热器单元的加热冷却模块和一种用于运行具有这种压缩机换热器单元的加热冷却模块的方法。
背景技术
在已知的用于机动车的加热冷却模块中，通过制冷剂回路引导制冷剂，其中所述制冷剂回路通常具有至少一个压缩机、气体制冷器、内部的换热器、扩张机构、蒸发器和收集平衡容器。这些部件通常以所述顺序经由引导制冷剂的管道连接，其中在冷凝器/气体冷却器中从制冷剂中获取热量并且在蒸发器中给制冷剂输送热量。经由该热转移间接地进行尤其机动车的内部空间、电池、驱动马达和/或机动车的电子装置的调温。
基于机动车的常见的加热冷却模块，EP 1 990 221 A1提出一种加热冷却模块，其中将冷凝器/气体冷却器、蒸发器和内部的换热器集成为，使得它们形成闭合的单元。由此，应当实现更小的安装费用并且降低所安装的制冷剂管的长度。在此，在加热冷却模块的制冷剂回路中的“冷的”元件集成到闭合的单元中。
发明内容
本发明的目的是，实现用于机动车的加热冷却模块的改进的结构，在所述结构中实现将“热的”元件紧凑地设置在加热冷却模块的制冷剂回路中。
所述目的通过根据本发明的压缩机换热器单元来实现。本发明保护一种具有这种压缩机换热器单元的加热冷却模块，并且保护一种用于运行这种加热冷却模块的方法。优选的改进形式由下文得出。
本发明尤其提供下述优点，用于机动车的加热冷却模块的在制冷剂回路中相对于在那出现的温度具有相对高的温度的这些组件空间上紧凑地设置。由此，能够有利地最小化在制冷剂回路中、尤其在加热冷却模块的“热的”和“冷的”构件之间的不期望的热转移，并且将加热冷却模块的尺寸确定得较小，由此形成成本和结构空间优点。
下面，关于用于机动车的、尤其用于内燃机式的但是也用于电动的或借助于混合驱动装置运行的机动车的加热冷却模块的压缩机换热器单元来描述本发明。但是，本发明也能够用于具有不同驱动设计的机动车的加热冷却模块。此外，本发明也能够用于静止应用中的、尤其建筑物等的加热冷却模块，或者用于在其他应用中的加热冷却模块。
根据本发明的一个方面提出用于机动车的加热冷却模块的压缩机换热器单元，用作为制冷剂的至少一种第一流体在所述加热冷却模块中流动，所述压缩机换热器单元具有：用于压缩第一流体的压缩机装置；至少一个换热器装置，所述换热器装置具有用于用第一流体穿流的至少一个第一回路和用于用第二流体穿流的第二回路。
换热器装置在流体流中设置在压缩机装置下游，所述换热器装置在加热冷却模块的制冷剂回路中优选承担冷凝器/气体冷却器的功能。
换热器装置的第一回路的至少一个流动通道和第二回路的至少一个流动通道至少部分地包围所述压缩机装置。
第一流体至少部分地在第一回路的流动通道中引导，所述流动通道至少部分地包围压缩机装置。
在一个优选的实施方式中，压缩机换热器单元在加热冷却模块的制冷剂回路中构建在收集平衡容器的或内部的换热器的制冷剂输出端和扩张机构的或内部的换热器的制冷剂输入端之间。
在另一优选的实施方式中，压缩机换热器单元构成为基本上柱形的。换热器装置的第一回路的至少一个流动通道和第二回路的至少一个流动通道螺线形同心地围绕压缩机换热器单元的纵轴线设置。压缩机装置至少基本上径向地设置在这些流动通道之内。
由此，尤其能够实现压缩机换热器单元的紧凑的进而节约空间的设置。
所述流动通道的同心性与距压缩机换热器单元的纵轴线的径向距离相关。流动通道的螺线形与流动通道相对于所述纵轴线同心的缠绕的轴向错位相关。
尤其为了特别有效率地确保期望的热传递和/或最小化不期望的热转移，在一个优选的改进形式中，换热器装置的第一回路的至少一个流动通道和第二回路的至少一个流动通道彼此设置成使得它们构成为逆流换热器。替选地，换热器装置的第一和第二回路也彼此设置成，使得它们构成为顺流换热器。
类似地，具有刚好一个或两个或三个或四个流动通道的第一和/或第二回路的实施方式是可行的。第一回路的不同的流动通道的彼此并联和/或串联是可行的。第二回路的不同的流动通道的彼此并联和/或串联是可行的。
在逆流换热器中，在第一回路中流动的流体和在第二回路中流动的流体关于分别具有不同流体的相应位置最近的流动通道而具有至少基本上相反的流动方向。在顺流换热器中，在第一回路中流动的流体和在第二回路中流动的流体关于分别具有不同流体的相应位置最近的流动通道而具有至少基本上相同的流动方向。
尤其为了确保交换机动车的与加热冷却模块间隔设置的部件的、尤其内部空间、电池、驱动马达和/或电子装置的热量或者在部件上交换热量，在第一回路中引导构成为制冷剂的流体，并且在第二回路中引导构成为冷却剂的流体。
优选地，制冷剂回路在加热冷却模块之内闭合地构成。冷却剂回路优选构成为使得根据输送的或导出的冷却剂的温度和/或流动方向实现热量从加热冷却模块中的转移。
在另一优选的实施方式中，第一回路的至少一个流动通道或者第二回路的至少一个流动通道设置成，使得它基本上由这两种流动通道中的另一种所包围。具有第一回路的两个、三个、四个或更多个流动通道和/或具有第二回路的两个、三个、四个或更多个流动通道的类似的实施方案同样是可行的。
由此尤其可行的是：极其有效地设计期望的热转移。
尤其为了能够成本适宜地和/或紧凑地和/或以相对于运行时失效而言高的安全性实现有效的热转移，在一个优选的改进形式中，换热器装置构成为套管换热器，所述套管换热器具有一个设置在另一个中的至少两个流动通道，所述流动通道中的至少一个流动通道确定用于引导冷却剂并且至少一个流动通道确定用于引导制冷剂。热传递优选在具有较小表面的管的、尤其内管的基本上整个表面上来进行。套管换热器当前尤其由铜材料、铝材料或钢材料或由至少两种上述材料和/或其他适当材料组成的组合构成。
替选地，换热器装置构成为由挤压的金属型材、尤其是铝合金或铜合金构成的换热器，所述金属型材具有至少两个流动通道，所述流动通道中的至少一个流动通道确定用于引导冷却剂并且至少一个流动通道确定用于引导制冷剂。优选地，这两个通道彼此设置成，使得尽可能大的接触面和/或良好的热传递是可行的。
下述换热器装置的其他实施方案也理解为处于本发明的范围中，在所述换热器装置中将引导制冷剂的和引导冷却剂的流动通道设置成使得它们实现流动通道之间的良好的热传递，尤其至少基本上彼此围绕。
在一个优选的改进形式中，制冷剂具有至少高份额的CO2。尤其，所述制冷剂是由CO2构成，和/或在此尤其相应于R744的规格。冷却剂具有至少高份额的水，优选基本上由其构成。
制冷剂和/或冷却剂的这种组成实现加热冷却模块的尤其环境友好的和/或有效率的运行。
在一个优选的改进形式中，冷却剂在至少一个冷却剂回路中引导，所述冷却剂回路具有至少两个冷却剂接口，借助于所述冷却剂接口能够输送和/或导出冷却剂。
由此，根据所输送的或所导出的冷却剂的温度和/或流动方向实现热量从加热冷却模块中的转移。
尤其为了能够实现压缩机换热器单元的紧凑的结构和/或最小化能量消耗，压缩机装置具有马达，所述马达构成为电动机，尤其构成为无刷电动机，优选构成为无刷外转子电动机。
在一个优选的改进形式中，压缩机装置具有带有壳体盖和至少一个壳体部件的壳体，其中在壳体盖上设置至少用于马达、优选也用于另外可控的部件、例如尤其切换装置等的控制装置。
所述控制装置尤其设置用于感应和激活压缩装置的马达的运行状态，尤其优选用于基于运行参数如用户输入、要调温的部件的温度、引导冷却剂或制冷剂的流动通道中的温度和/或压强、马达的温度、车辆外部的温度等切换压缩装置的马达的适当的运行状态，所述运行状态尤其直接反作用到压缩机换热器单元的压缩装置的压缩机功率上。
尤其为了确保压缩机换热器单元的、优选马达和/或控制装置的部件的能量有效率的冷却，在壳体内部之外，至少一个、尤其刚好一个或两个冷却剂外套至少设置在壳体盖和壳体部件中的一个上，优选设置在两个上。冷却剂外套能够借助于现有的冷却剂回路的转换阀和/或借助于至少两个附加的冷却剂接口、优选用于水-乙二醇混合物的接口被供应冷却剂。所述冷却剂优选能够设置在控制装置上和/或压缩机装置的马达上并且能够共同地或单独地可切换地用作为热源。
优选地，在壳体内部之外，冷却剂外套设置在壳体部件上，所述冷却剂外套至少部分地包围壳体部件，和/或，在压缩机换热器单元的第一运行状态下通过第三冷却剂接口能够将冷却剂输送给冷却剂外套并且通过第四冷却剂接口能够导出冷却剂。
当前，将冷却剂接口能够理解为如下装置：在所述装置上在至少一个用于在压缩机换热器单元中引导冷却剂的流动通道上流体密封地设置有至少一个用于在压缩机换热器单元之外引导冷却剂的流动通道。这实现将冷却剂输送到压缩机换热器单元中和/或将冷却剂从压缩机换热器单元中导出。在此，优选经由接合方法借助于熔焊、钎焊、螺纹连接、热压配合、粘贴和/或类似方法进行流动通道的流体密封的连接。
这相对于要调温的部件的温度尤其实现将压缩机换热器单元灵活地用作为热量的提供器。
优选地，设有用于在第一和第二运行状态之间进行切换的切换装置，其中换热器装置的穿流的顺序和/或在壳体部件上的和/或壳体盖上的相应至少一个冷却剂外套的穿流的顺序通过切换是可变的。特别地，设有至少一个、尤其刚好一个或两个可切换的和/或可控的阀。
压缩机装置尤其构成为活塞式压缩机、尤其优选构成为径向活塞式压缩机，并且优选设置在压力密封的壳体的内部中。
根据本发明的一个方面，提出一种加热冷却模块，其中压缩机换热器单元的第一和第二运行状态构成为，使得加热冷却模块能够不仅作为冷却机器运行也作为热泵运行。
这尤其实现将加热冷却模块灵活地用作为冷却机器和/或热泵。
根据本发明的一个方面，提出用于运行具有压缩机换热器单元的加热冷却模块的方法，其中加热冷却模块附加地具有至少一个转换阀。所述方法至少具有下述步骤：
-尤其借助于控制装置的传感器检测加热冷却模块的运行参数，
-借助于控制装置分析加热冷却模块的运行参数，
-基于该分析决定加热冷却模块的另一运行状态的选择，
-操作至少一个转换阀以接通/断开至少一个冷却剂回路和/或至少一个冷却剂外套。
加热冷却模块的不同的运行状态尤其能够根据至少一个转换阀的不同的开关位置和/或根据冷却剂和/或制冷剂的优选由此导致的在流动通道中存在的流动方向来区分。附加地或替选地，就本发明而言，也能够将马达的和/或压缩机换热器单元的运行状态理解为加热冷却模块的运行状态。
就本发明而言的运行参数尤其是用户输入、要调温的部件的温度、引导冷却剂或制冷剂的流动通道中的压强和/或温度、马达的温度、车辆外部的温度等。
附图说明
从下面的描述中结合附图得出本发明的示例的实施例，附图详细地、部分示意地示出：
图1示出根据本发明的压缩机换热器单元的示例的换热器装置的立体图，
图2示出示例的根据本发明的压缩机换热器单元的立体侧视图，
图3示出根据图2的示例的根据本发明的压缩机换热器单元的立体俯视图，
图4示出另一示例的根据本发明的压缩机换热器单元的部分剖面视图。
具体实施方式
图1示出示例的根据本发明的压缩机换热器单元1的构成为套管换热器的换热器装置40的一个示例的实施方案。套管换热器40中的所述管具有螺线形弯曲的双管41，其中双管41的各个螺旋在其螺线形的区域中同心地围绕压缩机换热器单元1的纵轴线L设置。双管41具有内管44和外管42。内管44将内管容积45相对于外管容积43划界，其中外管容积43由外管42相对于套管换热器40的环境划界。
在该示例的实施方案中，在此为R744(或CO2)的制冷剂沿与在此为水-乙二醇混合物的冷却剂相反的方向在内管容积45中流动，所述冷却剂在外管容积43中流动。
在其他示例的实施方案中提出，冷却剂在内管容积45中流动，并且制冷剂在外管容积43中流动，和/或制冷剂和冷却剂以相同的定向穿流过套管换热器40。
图2和3示出示例的根据本发明的压缩机换热器单元1的不同的立体图，在所述压缩机换热器单元中能够将图1的套管换热器构建为换热器装置40。换热器装置40基本上径向地围绕压缩机装置20设置并且相对于制冷剂流借助于第一制冷剂接口29与所述压缩机装置连接。第一制冷剂接口29构成为使得换热器装置40和压缩机装置20的彼此几何上的固定由此实现。
压缩机装置20在该示例的实施方案中具有未示出的径向活塞压缩机，所述径向活塞压缩机设置在通过壳体部件21和壳体盖22所限界的容积中。制冷剂(R744或CO2)经由第二制冷剂接口46被输送给压缩机装置20，借助于所述径向活塞压缩机被压缩，以便随后经由第一制冷剂接口29从压缩机装置20流动至换热器装置40。
在换热器装置40中，制冷剂在双管41的内管44中流动至第三制冷剂接口47并且在此与冷却剂交换热能，所述冷却剂在双管41的外管42中相反于制冷剂的流动方向流动。冷却剂经由双管41的第一冷却剂接口48被输送并且经由双管41的第二冷却剂接口49被导出。
在壳体盖22上设置用于在该附图中未示出的控制装置的端子51。
图4示出另一示例的根据本发明的压缩机换热器单元1的部分剖面图，其中在剖面区域中示出构成为无刷外转子电动机的马达30。马达30具有外转子32，所述外转子借助于抗转动的连接件33与压缩机装置20的偏心轴26的非偏心的区域连接。
所述压缩机装置20的马达30借助于设置在由壳体21、22所封闭的容积之外的冷却剂外套35被冷却。冷却剂经由冷却剂接口36、37来输送给冷却剂外套35/从冷却剂外套35导出，其中冷却剂在这两个冷却剂接口36、37之间的容积中流动，所述容积由冷却剂外套35和壳体部件21限界。
在压缩机装置20的壳体盖22上设置有控制装置50。所述控制装置基于优选用户输入、要调温的部件的温度、在引导冷却剂或制冷剂的流动通道中的温度和/或压强、马达的温度、车辆外部的温度等来尤其控制马达的运行状态，其中马达的所述运行状态借助于适当的、与控制装置连接的传感器装置、尤其是温度传感器和/或压强传感器和/或用于用户的操作元件来检测。
控制装置50能够借助于没有示出的端子与电流源电连接并且优选附加地与压缩机换热器单元1之外的数据处理装置连接以用于单向/双向的数据传输。
为了冷却控制单元50，在控制装置和壳体盖22上设置有同样可由冷却剂穿流的冷却剂外套55，其中冷却剂经由第五和第六冷却剂接口56、57输送和导出。
附图标记列表
1 压缩机换热器单元
20 压缩机装置
21 壳体部件
22 壳体盖
26 压缩机的偏心轴
29 第一制冷剂接口(从压缩机装置到换热器装置)
30 马达
32 马达外转子(转子)
33 承载件与压缩机的偏心轴的抗转动的连接
35 用于马达的冷却剂外套
36 第三冷却剂接口
37 第四冷却剂接口
40 换热器装置
41 双管
42 外管
43 外管容积
44 内管
45 内管容积
46 第二制冷剂接口(从内换热器或从收集平衡容器到压缩机装置)
47 第三制冷剂接口(从换热器装置到内换热器或到扩张机构)
48 第一冷却剂接口
49 第二冷却剂接口
50 控制装置
55 用于控制装置的冷却剂外套
56 第五冷却剂接口
57 第六冷却剂接口
L 压缩机换热器单元的纵轴线

Claims (16)

1.一种用于机动车的加热冷却模块的压缩机换热器单元(1)，用作为制冷剂的至少一种第一流体在所述加热冷却模块中流动，所述压缩机换热器单元具有：
-用于压缩所述第一流体的压缩机装置(20)，
-至少一个换热器装置(40)，其具有用于用所述第一流体穿流的至少一个第一回路和用于用第二流体穿流的第二回路，
其中所述换热器装置(40)在流体流中设置在所述压缩机装置(20)下游，
其特征在于，
所述换热器装置(40)的所述第一回路的至少一个流动通道(45)和所述第二回路的至少一个流动通道(43)至少部分地包围所述压缩机装置(20)，其中所述第一回路的至少一个流动通道(45)或者所述第二回路的至少一个流动通道(43)设置成，使得它由这两种流动通道(43，45)中的另一种所包围，其中所述换热器装置(40)构成为套管换热器，所述套管换热器具有一个设置在另一个中的至少两个流动通道(43，45)，所述流动通道中的至少一个流动通道(45；43)确定用于引导冷却剂并且至少一个流动通道(43；45)确定用于引导制冷剂，其中所述压缩机装置(20)具有马达(30)，所述马达构成为电动机并且借助于冷却剂外套(35)冷却，其中所述压缩机装置(20)具有带有壳体盖(22)和至少一个壳体部件(21)的壳体，并且所述冷却剂外套(35)设置在由壳体盖(22)和壳体部件(21)所封闭的容积之外。
2.根据权利要求1所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
所述压缩机换热器单元(1)构成为柱形的，并且
所述换热器装置(40)的所述第一回路的至少一个流动通道(45)和所述第二回路的至少一个流动通道(43)螺线形同心地围绕所述压缩机换热器单元(1)的纵轴线(L)设置，并且所述压缩机装置(20)至少径向地设置在这些流动通道(45，43)之内。
3.根据权利要求1所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，所述换热器装置(40)的所述第一回路的至少一个流动通道(45)和所述第二回路的至少一个流动通道(43)彼此设置成，使得它们构成为逆流换热器或构成为顺流换热器。
4.根据权利要求3所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
在所述第一回路中引导构成为制冷剂的流体，并且在第二回路中引导构成为冷却剂的流体。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
所述换热器装置(40)构成为由挤压的金属型材构成的换热器，所述金属型材具有至少两个流动通道(43，45)，所述流动通道中的至少一个流动通道(45；43)确定用于引导冷却剂并且至少一个流动通道(43；45)确定用于引导制冷剂。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
所述制冷剂具有至少高份额的CO2，和/或所述冷却剂具有至少高份额的水-乙二醇混合物。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
所述冷却剂在至少一个冷却剂回路中引导，所述冷却剂回路具有至少两个冷却剂接口(48，49)，借助于所述冷却剂接口能够输送和/或导出冷却剂。
8.根据权利要求1所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
在所述壳体盖(22)上设置有用于所述马达的控制装置(50)。
9.根据权利要求8所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
在壳体内部之外，冷却剂外套(35)至少设置在所述壳体盖(22)和所述壳体部件(21)中的一个上。
10.根据权利要求8所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
在所述壳体内部之外，冷却剂外套(35)设置在所述壳体部件(21)上，所述冷却剂外套至少部分地包围所述壳体部件(21)，以及
在所述压缩机换热器单元(1)的第一运行状态下，冷却剂通过第三冷却剂接口(36)能够输送给所述冷却剂外套并且通过第四冷却剂接口(37)能够被导出。
11.根据权利要求5所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，所述挤压的金属型材是铝合金或铜合金。
12.根据上述权利要求1至4中任一项所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，所述制冷剂由至少高份额的CO2构成，和/或所述冷却剂由至少高份额的水-乙二醇混合物构成。
13.根据权利要求1所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，所述电动机构成为无刷电动机。
14.根据权利要求13所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，所述无刷电动机构成为无刷外转子电动机。
15.一种加热冷却模块，其具有根据权利要求10所述的压缩机换热器单元(1)，其特征在于，
所述压缩机换热器单元(1)的所述第一运行状态和第二运行状态构成为，使得所述加热冷却模块能够作为冷却机器运行或作为热泵运行。
16.一种用于运行具有根据权利要求1至14中的任一项所述的压缩机换热器单元(1)的加热冷却模块的方法，所述加热冷却模块附加地具有至少一个转换阀，所述方法具有下述步骤：
-借助于控制装置(50)检测所述加热冷却模块的运行参数，
-借助于所述控制装置(50)分析所述加热冷却模块的运行参数，
-基于该分析决定所述加热冷却模块的另一运行状态的选择，
-操作至少一个转换阀以接通/断开至少一个冷却剂回路和/或至少一个冷却剂外套。
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