CN104930753B - 空调装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车的空调装置，包括具有至少一个压缩机的制冷剂回路，还包括具有外部热交换器的冷却剂回路，该外部热交换器布置在热泵系统中，其中热泵系统中集成有冗余热源。

Description

空调装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年3月18日提交的德国专利申请序列号No.DE 10 2014205030.8的权益，其通过引用整体合并入此处。

技术领域

本发明涉及一种用于机动车的空调装置。

背景技术

在机动车中，空调装置通常被用来改善舒适度，特别是用来在机动车内提供对驾驶员来说舒适的温度。在具有内燃机的机动车中，机动车内室的加热通常通过排放到冷却剂中的引擎废热来实现，该冷却剂在空调装置的冷却剂回路中循环。但是，在借助电池来驱动的电动车辆中，仅少量可用的废热在电机和动力电子设备上产生。因此必须应用电子辅助加热器，例如PTC(Positive Temperatur Coefficient，正温度系数)-加热器，但它们会消耗额外的电功率，从而还可能会减少电动车的有效距离。因此为了加热机动车内室，人们试图在机动车的空调装置中配备热泵系统。该空调装置通常具有封闭的制冷剂回路(制冷剂在此制冷剂回路中循环)，还包括压缩机、蒸发器、膨胀阀以及至少一个热交换器。因此该释放的热量可被排放到同样在封闭的冷却剂回路中循环的冷却剂上并且用来加热机动车内室。备选地，释放的热量还可被排放到流过热交换器的空气中，该空气可被引入车辆的内部空间中。

当使用外部热交换器时，该外部热交换器吸收来自空气的能量并且可能具有低于冰点的表面温度，热交换器处的湿气可能会在大约为冰点的外部温度下结冰。这一点可能会对热量传递产生不利影响，并因此不利地影响热量到空气中的传递效果。此外，由于冰层的增多，还可能会至少局部地封闭、某些情况下甚至完全封闭空气的流动路径。

因此，空调装置的热泵模式中设置有除冰装置，其中结冰的冷凝物可被再次融解。在此通常已知的是，在除冰模式(其也称为化霜模式)和加热模式之间进行转换。在第一种方法中规定，工艺从加热模式转换为除冰模式，外部热交换器在该加热模式中可能结冰。但是在除冰模式的持续时间内，不能从空气中提取热量。因此降低了热泵的整体效率。在第二种已知的方法中，同样将加热模式转换为除冰模式，但热量从缓冲存储器中提取出来。该缓冲存储器在此包含热的载体介质，它通过冷的外部热交换器传导并且能够以这种方式给它除冰。这种缓冲存储器是体积庞大的，因此会额外地增加机动车的重量。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的空调装置，即使在外部温度很低时也能在热泵模式中运行。

本发明的实施例涉及一种尤其用于机动车的空调装置，包括具有至少一个压缩机的制冷剂回路，还包括具有外部热交换器的冷却剂回路，该外部热交换器集成在热泵系统中，其中还包括集成在热泵系统中的冗余热源。制冷剂回路除了压缩机以外优选还具有蒸发器、内部热交换器、用于制冷剂的收集容器、冷凝器以及膨胀机构。冷却剂回路包含加热器，加热的冷却剂(典型的是冷却水)能够通过该加热器流动。因此流经加热器的空气也得到加热，并且流入机动车的乘客内室中，以便加热该乘客内室。通过该热泵系统，流经外部热交换器的周围空气的能量可被提取，并用来加热冷却水。因此，也能够整体上节省用来加热乘客内室的能量，并且延长电动车的有效距离。只有对于热泵系统中的热源“空气”来说需要额外的能量来源，和/或如果由于外部温度很低不能提供热源“空气”时，才优选接通冗余热源。在此能够应用该冗余热源，以提高在冷却剂回路中循环的冷却水的温度。如果在除冰模式或除霜过程中无法获得热源“空气”，则应用该冗余热源。用来实施除霜过程所需的时间(除霜时间)在此能够调和，使布置在冷却剂回路中的加热器上的温度不会降到额定值以下。用于加热器的额定值尤其取决于外部温度，例如是40℃。术语“冗余”在此表达的意思是，对于在“正常运行”时应用的热源“空气”来说，该热源是额外的热源。应用冗余热源的优点在于，尤其在非除霜过程中不必降低加热器上以及车辆内部空间中的温度。因此能够将热泵系统应用在电动车上，而不会由于乘客内室的加热不够而影响驾驶员的舒适度。热泵系统整体上的特征优选在于，与常规的加热系统相比能量消耗较小。

冗余热源优选设置在外部热交换器的流路中。冗余热源直接设置于外部热交换器之前，并因此在冷却剂回路中应用在同一个位置上。冗余热源可在一定程度上替代外部热交换器，而不必采取额外的措施，以便通过适当的阀门来这样控制冷却水的体积流量，即在热泵系统的效果方面整体没有显著区别。此外，还可应用散热器保温帘作为附加措施，以便能够控制流经冷却器的气流。

此外，制冷剂回路还可在“加热”模式下工作。外部热交换器下游的冷却剂温度T1优选作为除霜过程结束的标准进行测量。

在空调装置的有利的构造方案中，压缩机能够以不同的旋转速度来运行。该旋转速度可在除霜程序运行时降低。在除霜过程中降低旋转速度是尤其有利的。一方面在加热器上生成了更少的加热功率的冗余(它是没必要的)。另一方面由于旋转速度的降低，能够提高蒸发压力。此外，同样能够提高蒸发温度和冷却剂温度，该冷却剂从蒸发器朝着外部热交换器流动。因此冷却水温达到额定值T1所需的时间得到缩短。在此达到温度阀值所需的能量值可被降低，如同在模拟计算中示出的一样，外部热交换器的除霜在该温度阀值时视为结束(例如2℃)。

作为空调装置的一个备选实施例，冗余热源可被设置在布置于冷却剂回路中的加热器的流路中。但是，这可能会要求对冷却剂回路中的冷却剂的体积流量进行最优化。穿过外部热交换器的体积流量V1在0和300 l/h之间，例如大约是1701/h。当体积流量V2过大(例如在200和800 l/h之间，优选600l/h)时，可在加热器上形成过低的可达到的温度。通过冷却剂回路中的适当阀门能够调节冷却剂的体积流量。在此，优选使用比例阀。据此，体积流量可被持续地调节，尤其是在除霜程序中。

冗余热源可以是电热源，优选是电加热装置。电加热装置能够快速地接通和断开。此外，电加热装置还可被简单地操控。此外，电加热装置也能够后集成到现有的热泵系统中。

此目的还通过具有根据本发明的空调装置的一种机动车得以实现，其中外部热交换器作为热泵设置在热泵系统中，并且冗余的加热装置作为冗余热源设置在外部热交换器的流路中。在此，机动车优选是借助电池运行的电动车。该机动车备选地也可以是混合动力车。

附图说明

参考以下仅作为实例示出而并非用于限制本发明的详细描述以及附图，本发明将更加容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的具有冗余热源的空调装置；

图2示出了加热器上的温度数值的图表。

具体实施方式

图1示出了机动车(未示出)的空调装置(未详细示出)的一种热泵系统10。该空调装置可用来调节机动车室内的温度。热泵系统10具有冷却剂回路32和制冷剂回路12。该制冷剂回路12是一个封闭的回路并且可由制冷剂穿流。此外，该制冷剂回路12还具有压缩机14、内部热交换器18、蒸发单元20(作为蒸发器运行)，收集容器22和间接的冷凝器24。除了外部热交换器16和阀门28、30、34和36以外，在冷却剂回路32中还设置有冷却器38和加热器40。制冷剂回路的膨胀阀在此用26表示。冗余热源42原则上可设置在三个位置37、39、45上。位置37设置在外部热交换器16的流动路径中。具有附图标记39的位置表示在加热器40的流动路径中的位置。

阀门28、30优选构成为三通阀28、30。它们尤其优选构成为电磁阀。这些阀门34和36构成为切断阀。

在空调装置运行时，箭头44和46表示的空气从外部热交换器16旁边流过，其中热量从空气中提取出来。因此，外部热交换器16以热量的形式将能量传输到冷却剂回路32中。蒸发单元20和间接的冷凝器24也连接到冷却剂回路32上。因此，能量可从制冷剂回路12传递到冷却水回路32中的冷却水上。

冗余热源42可以是电加热装置42，它能够简单地接通和断开。为此可设置控制和调节装置，例如，通过将冷却剂回路32中的冷却剂或者机动车的外部空气的测量温度作为输入调节变量进行工作。该冗余热源42的作用是，在化霜模式中尤其在外部温度较低时和/或当冷凝物在外部热交换器16中聚集时作为额外的热源提供能量。在化霜模式16中，作为热泵使用的外部热交换器实际可通过冗余热源42代替其作为热源的功能。因此，在加热器40处的冷却水可保持在期望温度。因此，车辆内部空间中的气温能够保持不变，即使不再提供能源“空气”。

冗余热源42的位置37在此是优选的位置。在此，冗余热源42直接设置在外部热交换器16之前。如果冗余热源42设置在位置39中，则必须额外地减少通过外部热交换器16流动的冷却水的体积流量。这一点例如能够借助比例阀实现，体积流量能够借助该比例阀来调节。

冗余热源42通常具有约5kW的输出功率，该功率优选在4和5kW之间。但是热源、尤其是电热源也可具有其它功率并且能够根据需要进行调节。

如果外部温度太低和/或外部热交换器16结冰，则冷却剂的温度不够，则接通冗余热源42。在位置37上，能量(例如热能)在外部热交换器16之前能够传输到流经外部热交换器的冷却水中。在管线路线时或路线中不会出现损失。

当空调装置处于化霜模式时，则使用冗余热源42，因为此时外部热交换器16不提供热源“空气”。化霜模式开启的同时冗余热源42也开启。空调装置可在加热模式和化霜模式交替的模式中运行。然后在此相应地接通和关闭冗余热源。

图2所示出的图表中，y-轴表示加热器40上的气温，x-轴表示时间。具有附图标记48的线描述了在位置39上应用冗余热源42的情况下在没有修正体积的情况下加热器上的空气温度在除霜程序中的走向。在此，整个体积流量通过外部热交换器16流动。因此，加热器40上的温度整体上显著下降。具有附图标记50的线示出了在修正体积流的情况下在加热器的流路中的温度走向。在此清楚的是，温度下降在此并不如此明显。

具有附图标记51的线描述了冗余热源设置在位置37上的温度走向。明显可看到的是，在外部热交换器16之前的冗余热源42布置在位置39时加热器40上的气温获得了最佳的效果。

显然，根据以上教导，本发明的许多修正和变型是可能的。因此，应当理解，在后所附权利要求的范围内，本发明可不同于上述具体描述通过其他方式实施。相应的，本发明的范围由最终授权的权利要求来限定，而不仅由上述描述的典型实施例来限定。

Claims (5)

1.一种用于机动车的空调装置，所述空调装置在热泵模式中运行，所述热泵模式用于加热机动车内室，包括：

具有至少一个压缩机的制冷剂回路，以及

具有外部热交换器的冷却剂回路，该外部热交换器布置于热泵系统中，

其特征在于，热泵系统中集成有冗余热源；

所述外部热交换器设置为从空气中提取热量并以热量的形式将能量传输到冷却剂回路中；

所述冗余热源布置在外部热交换器的流路中，且直接设置在外部热交换器之前；冗余热源在化霜模式中的外部温度较低时和/或当冷凝物在外部热交换器中聚集时作为额外的热源提供能量；

所述压缩机以不同的旋转速度来运行，该旋转速度在除霜程序运行时降低。

2.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，冗余热源是电热源。

3.根据权利要求2所述的空调装置，其特征在于，冗余热源是电加热装置。

4.根据权利要求1所述的空调装置，其特征在于，通过外部热交换器的体积流量小于冷却剂回路的总体积流量。

5.一种机动车，所述机动车具有根据权利要求1-4中任意一项所述的空调装置。

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