CN107000535A

CN107000535A - 用于操作机动车辆内部的热调节装置的方法和用于实施该方法的装置

Info

Publication number: CN107000535A
Application number: CN201580063766.7A
Authority: CN
Inventors: B.乔维特; F.阿伊劳德; F.拉德雷希; P.皮埃尔斯
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2017-08-01
Anticipated expiration: 2035-11-13
Also published as: EP3224067B1; FR3028809B1; EP3224067A1; FR3028809A1; WO2016083154A1; US10266036B2; US20170291471A1; CN107000535B

Abstract

本发明涉及一种用于操作机动车辆内部的热调节装置的方法，所述装置包括：制冷回路，其包括压缩机(C)和能够形成蒸发器的热交换器(2)，所述热交换器(2)能够与用来进行调节的空气流交换热量；至少一个旁通设备(V1)，其能够从热交换器(2)使空气流的至少一部分分流并且其可以根据在关闭位置和多个打开位置之间的位置被控制，在所述关闭位置中没有流从热交换器(2)分流，在多个打开位置中所述流体的一部分根据打开位置从热交换器(2)分流；混合区域(ZM)，用于将已经通过蒸发器(2)的流和由旁通设备(V1)分流的空气流混合以便获得在设定点温度下的空气流。

Description

用于操作机动车辆内部的热调节装置的方法和用于实施该方法的装置

技术领域

本发明涉及一种用于操作机动车辆内部的热调节装置的方法和用于实施所述方法的装置。

本发明更具特别地适用于机动车辆的热调节装置，也就是说，具有更特别地加热、冷却、过滤和/或除湿喷射到所述内部的空气的功能的装置。

背景技术

这样的装置通常包括制冷剂回路，该制冷剂回路包括具有与用于排放到车辆内部的空气流交换热量的蒸发器和压缩机。

为了减少这种装置的能量消耗，已知该装置装备有用于旁通来自蒸发器的空气流的设备，该设备具有根据根据其位置将来自蒸发器的一部分空气流分流(divert)的能力。在蒸发器的下游，分流的空气流与已经通过蒸发器的空气流混合以获得所需的设定点温度。

通过这样的旁通设备，可以使压缩机以具有改进的输出的循环方式操作，特别是在可变排量压缩机的情况下。事实上，在后一种情况下，使压缩机仅以具有大排量的循环方式起作用并因此改善输出。

尽管通过这种类型的操作，所述装置的能量消耗明显降低，但也可以注意到在设定点温度附近几度的温度循环性变化。这样的变化对于用户(user)来说是可以察觉的，并且可以降低他的舒适感。

作为示例，图4根据曲线L1描绘了根据现有技术的对于设定点温度为12℃的热调节装置的出口处温度随时间的变化。可以注意到，温度在9℃和12℃之间波动。一旦达到设定点温度为12℃，压缩机启动，直到达到约9℃的温度。此时，压缩机停止，温度一旦升高至12℃，循环重新开始。

发明内容

本发明提出优化用于机动车内部的热调节装置的操作。

为此，本发明的目的是一种用于操作机动车内部的热调节装置的方法，所述装置包括：

-包括压缩机和具有形成蒸发器的能力的热交换器的制冷剂回路，所述热交换器具有与用来进行调节的空气流进行热交换的能力，

-至少一个旁通设备，该至少一个旁通设备具有从热交换器分流所述空气流的至少一部分的能力并且具有相对于其在关闭位置和多个打开位置之间的位置进行控制的能力，在关闭位置中没有流从热交换器分流，以及在所述多个打开位置中所述流的一部分基于打开位置从热交换器分流，

-用于混合已经通过蒸发器的空气流和由旁通设备分流的空气流以便获得在设定点温度下的空气流的混合区域，

其中压缩机以循环方式操作，该循环方式使在第一状态的操作周期与在第二状态的操作周期交替，在该第一状态中所述压缩机与热交换器一起产生第一数量的冷量，在该第二状态中所述压缩机与热交换器一起产生低于第一数量的第二数量的冷量，其特征在于，旁通设备的位置以与压缩机的操作周期一致的循环方式被控制。

因此，减少了压缩机的消耗，同时维持了用户的热舒适性。

本发明可以展现出单独地或组合地采用的一个或多个以下特征：

-基于基于来自于热交换器的出口温度预先建立的至少一个控制规则来控制所述旁通设备的打开位置，

-控制规则是单调减小的函数，

-控制规则记录在控制单元(UC)的存储器中，

-旁通设备以在打开位置和关闭位置之间的循环方式被控制，以及打开位置中的周期的持续时间长于压缩机的第一状态下的操作周期，

-与压缩机的第一状态下的操作周期相比，旁通设备的打开周期长1到10秒，

-当压缩机从第二状态的操作周期移动到第一状态的操作周期时，旁通设备从关闭位置移动到打开位置，

-在温度探针的帮助下测量热交换器出口处的温度，基于控制规则和测量温度来控制所述旁通设备的打开位置和关闭位置，

-温度探针以相对于来自旁通设备的空气流受到保护的方式设置在热交换器的下游，

-压缩机是无离合器可变排量压缩机，并且第一操作状态对应于具有高排量的操作，并且第二操作状态对应于具有比在第一状态下的排量低的操作，优选地是最小排量，

-压缩机是可离合式压缩机，并且第一操作状态对应于压缩机的离合状态，并且第二操作状态对应于压缩机的摘离合状态，

-旁通设备包括至少一个控制阀，其中打开位置和关闭位置是可调节的。

本发明同样涉及一种用于机动车辆内部的热调节装置，包括：

-包括压缩机和具有形成蒸发器的能力的热交换器的制冷剂回路，所述热交换器具有与要进行调节的空气流进行热交换的能力，

-至少一个旁通设备，该至少一个旁通设备具有从热交换器使所述空气流的至少一部分分流的能力并且具有相对于其在关闭位置和多个打开位置之间的位置进行控制的能力，在关闭位置中没有流从热交换器分流和在多个打开位置中所述流的一部分在打开位置从热交换器分流，

-混合区域，用于将已经通过蒸发器的空气流和由旁通设备分流的空气流混合以便获得在设定点温度下的空气流，

-控制单元，该控制单元被配置为使得压缩机以一循环方式操作，该循环方式使在第一状态的操作周期与在第二状态的操作周期交替，在该第一状态中所述压缩机与热交换器一起产生第一数量的冷量，在该第二状态中所述压缩机与热交换器一起产生低于第一数量的第二数量的冷量，其特征在于，控制单元还连接到旁通设备，以便以与压缩机的操作周期一致的循环方式来控制所述旁通设备的位置。

该装置可以包括单独或组合地采取以下特征特征中的一个或多个：

-基于来自热交换器的出口温度预先建立的至少一个控制规则来控制所述旁通设备的打开位置，

-控制规则是单调减小的函数，

-控制规则被记录在控制单元的存储器中，

-控制单元被配置为以便在打开位置和关闭位置之间以循环方式控制所述旁通设备，以及打开位置中的周期的持续时间长于压缩机在第一状态下的操作周期，

-与压缩机的第一状态下的操作周期相比，旁通设备的打开时间长1到10秒，更特别地为2秒，

-所述控制单元被构造成以便当所述压缩机从所述第二状态的操作周期移动到所述第一状态的操作周期时来控制所述旁通设备从关闭位置移动到打开位置，

-所述装置还包括用于测量来自热交换器的出口处的温度的温度探针，并且控制单元被连接到温度探针并且被配置为以便基于控制规则和由温度探针测量的温度来控制所述旁通设备的打开和关闭位置，

-压缩机是无离合器可变排量压缩机，并且第一操作状态对应于具有高排量的操作，并且第二操作状态对应于具有比在第一状态中的排量低的操作，优选地是最小排量，

-压缩机是可离合式压缩机，第一操作状态对应于压缩机的挂离合状态，第二操作状态对应于压缩机的摘离合状态，

-旁通设备包括至少一个控制阀，其中打开位置和关闭位置通过马达是可调节的，

-热交换器是储存蒸发器。

附图说明

从下面通过参考附图的非详尽例子给出的描述的细读，本发明将更容易理解，并且本发明的其它细节、特征和优点将显现，在附图中：

-图1是根据本发明的第一实施例的热调节装置的示意图；

-图2是表示一方面在上部部分中的压缩机的操作状态以及另一方面在下部部分中的旁通设备的打开和关闭指令的双示意图；

-图3是描绘基于来自蒸发器的出口温度用于打开旁通设备的控制规则的示例的示意图；

-图4是描述由本发明的装置获得的温度随时间的变化与根据现有技术的由不具有旁通管道的装置获得的温度变化进行比较的示意图；

-图5是根据本发明的第二实施例的热调节装置的示意图。

具体实施方式

在本发明的范围内，应当注意的是，负大卡(frigorie)(fg)与卡路里(cal)是相反的，因此验证等式1fg＝-1cal。而卡路里表示相当于4.2焦耳的热量，因此，负大卡相应地表示冷量。

在本说明书中，措辞“上游”用于表示一个元件相对于制冷剂的循环方向位于另一元件的前方。另一方面，措辞“下游”用于表示一个元件相对于制冷剂的循环方向位于另一元件之后。

图1示出了根据第一实施例的用于机动车辆内部的热调节的装置，包括制冷剂回路，该制冷剂回路包括具有形成冷凝器的能力的第一热交换器1和具有形成冷凝器的能力的第二热交换器2。

根据变型实施例，热交换器2可以是简单的蒸发器。

根据另一个变型实施例，热交换器2可以是储存蒸发器。

具有存储制冷剂的能力的蒸发器(也称为储存蒸发器)是已知的，例如来自文献FR2 847 973和FR 2 878 613。这样的蒸发器包括例如储存器，其包含相变材料(还已知“相变材料”的英文缩写PCM)，具有凝结或液化的能力。通过这种相变，这样的材料允许以凝结或液化潜热的形式储存热量或冷量。所述存储的冷量可以以冷却它的方式转移到空气流中，特别是当压缩机停止时。最常使用的相变材料是石蜡，其液化点在5℃至12℃的范围内。

制冷剂回路还包括用来由车辆的发动机驱动的压缩机C，以及膨胀装置。

例如，压缩机是可离合式压缩机和/或可变排量压缩机。

根据第一变型实施例的压缩机C因此可以是包含离合器的固定排量的压缩机。因此，可以区分第一操作状态、压缩机根据其操作的离合状态、第二操作状态、压缩机根据其处于停止状态的摘离合状态。

根据第二变型实施例，压缩机C是不具有挂离合的可变排量压缩机。在这种情况下，区分第一操作状态和第二操作状态，所述第一操作状态对应于具有高排量和和由此高输出的操作，第二操作状态对应于以比第一状态下小的排量的操作，并且因此较低输出。第二操作状态例如对应于具有最小排量的操作状态。

根据作为前述两个变型实施例的一种组合的第三变型实施例，压缩机C是具有离合器的可变排量压缩机。在这种情况下，区分第一操作状态和第二操作，第一操作对应于高排量和由此高输出的操作，第二操作状态对应于摘离合状态，压缩机根据其处于停止状态。

优选地，风扇V允许使空气流通过第一热交换器1循环。

至少一个第一旁通设备，例如阀V1，可以安装在第二热交换器2附近。

阀V1在两个极限位置之间是可移动的，即，第一极限位置(由实线表示)，其中没有空气流能够绕过第二热交换器，第二极限位置(由虚线表示)，其中至少一部分空气流能够绕过第二热交换器2。

当然，阀V1的位置可以通过电动机(通常是步进电机)来调节，以便根据需要达到位于所述极限位置之间的中间打开位置。

另外，调节装置还包括控制单元UC，该控制单元UC一方面更特别地连接到压缩机C(由虚线表示)，以便控制其操作状态；另一方面，定位阀V1的马达，以便控制阀V1的打开位置和关闭位置。

在下游，来自蒸发器2的出口和来自活门V1的出口被连接到具有混合区域ZM的管道4，管道4通常属于也称为H.V.A.C的加热、通风和/或空调系统。(加热、通风和空调)。

加热、通风和/或空调设施更特别地包括脉冲发生器P，例如位于蒸发器2的上游。

通过一方面混合来自蒸发器2的出口处的空气和另一方面阀V1的下游流来获得要供应到内部以便确保用户的热舒适度的设定点温度的空气流。

当然，加热、通风和/或空气调节系统的其它部件可以设置在上述装置的下游或平行于上述装置，而不超出本发明的范围，更具体地，具有能够形成蒸发器或散热器的能力的其他热交换器。

现在关于图1至图4详细地描述用于操作上述装置的方法。

控制单元UC被配置为使得压缩机C以循环方式起作用，该循环方式使在第一状态的操作周期与在第二状态的操作周期交替，在该第一状态中所述压缩机与热交换器一起产生第一数量的冷量，在该第二状态中所述压缩机与热交换器一起产生低于第一数量的第二数量的冷量。

这在图2的上部部分中示出，其示出了来自控制单元UC的命令，以便使压缩机C在第一和第二状态下以循环方式操作。

在具有可变排量或其他方式的可离合式压缩机C的情况下，第二操作状态对应于摘离合状态，在这种情况下压缩机停止。在可变排量压缩机的情况下，第一操作状态对应于挂离合状态，优选以高排量或最大排量。

在无离合器可变排量压缩机C的情况下，第二操作状态对应于较小排量的状态，优选地为最小排量。第一操作状态对应于具有高排量的状态，优选最大排量的状态。

根据控制单元UC的曲线C1控制以便以与压缩机C的操作周期一致的循环方式控制作为阀V1的旁通设备的位置的第一示例被示出为图2的下部部分中的实线。

更具体地，可以认识到，控制单元UC以在打开位置和关闭位置之间的循环方式控制所述旁通装置。在这种情况下，控制曲线C1是一系列矩形信号。

当压缩机C从第二状态的操作周期移动到第一状态的操作周期时，阀V1从关闭位置移动到打开位置。

在本示例中，阀V1的打开程度表示为百分比值，其中100％对应于完全打开(如图1中虚线所示的阀V1的位置)，0％对应于阀V1的关闭位置(如图1中实线所示的阀V1的位置)。

基于基于热交换器2的出口温度预先确定的至少一个控制规则来控制阀V1的打开程度或打开位置。

图3中示出了这样的控制规则的示例，其示出了基于蒸发器2的出口处的空气的温度的阀V1的打开位置。

如在图3中可以认识到的，控制规则是单调减小的函数。

当蒸发器2的出口处的空气温度低时，阀V1然后是大开的。蒸发器2的出口处的空气的温度越高，阀V1越接近关闭位置。

根据一个特定实施例，具有平缓斜率的第一部分P1之后是具有在终于第三部分P3之前的陡峭斜率的第二部分P2，所述第三部分P3作为平缓斜率渐近地接近关闭位置。可以说，这种控制规则呈现接近正态分布的一半的形式的形式。

该控制规则的例子是这样的事实：随着压缩机的排量的增加，为了使其输出更好，蒸发器出口处的空气温度将较低。为了补偿蒸发器2的出口处的空气温度的这种降低，需要打开旁通阀V1以便在将阀V1和蒸发器2下游的混合区域ZM中的空气混合之后将所述温度维持在恒定水平。

压缩机的排量越大，压缩机出口处的空气越冷，旁通阀V1必须打开越多，以使空气混合物的温度保持在设定点的水平恒定。

根据第一情况(曲线C1的情况)，旁通阀是基于蒸发器出口处的空气温度被控制在关闭位置和稳定的打开位置。

根据第二情况，作为变型并在图2中由作为虚线的曲线C2表示，所述旁通阀是基于蒸发器出口处的空气温度被实时控制的。

在这两个情况下，阀的打开由如图3所示的规则进行确定。

最大的显著收益是通过空气流以总空气流的20％至30％的量级绕过蒸发器而获得的。因此，应该特别注意确定蒸发器2的旁通管道的尺寸，使得能够允许20-30％的空气流到达HVAC。

该控制规则是针对通过HVAC的多个空气流确定的并记录在控制单元UC的存储器中。

另外，在图2中可以注意到，在阀V1的打开位置的持续时间比压缩机C的第一状态的操作时间长。换句话说，一定的延迟或滞后Δ被引入在压缩机C从第一操作状态到第二操作状态的切换和阀V1的关闭之间。

该滞后反映了这样的事实，即在停止压缩机C之后，蒸发器2的出口处的温度仍然是低的，以及一定时间，包括在1秒和10秒之间，例如通常为2秒，是需要的以便使在蒸发器2的出口处的空气温度增加。在这些条件下，可以在压缩机C已经停止之后，例如以一定滞后，关闭阀或者启动阀V1的关闭。

时间滞后Δ将取决于蒸发器2上的热负荷。因此，需要绘出与蒸发器2上的冷功率有关的最佳延迟。这些数据同样存储在例如中央单元UC中。

根据本发明的方法的结果在图4中用曲线L2描绘。应当注意到，输送到HVAC的空气流的温度保持非常接近12℃的设定点温度，并且温度的变化低于用户不可察觉的1℃。

因此，通过使压缩机C以循环方式操作，更特别地可变排量的压缩机，可以保持用户的热舒适度，同时受益于高达20％的能量的最大收益。

图5描绘了根据本发明的第二实施例的热调节装置的示意图。

该实施例与图1中的不同之处在于温度探针6位于热交换器2的出口处。

更具体地，温度探针6以相对于来自阀V1的空气流受到保护的方式设置在热交换器的下游。

温度探针6被连接到利用该温度的控制单元，以便基于所述控制规则和测量温度来控制旁通设备的打开和关闭位置。

为了确保温度探针的测量不是错误的，例如由于来自旁通管道的较暖空气，探针6设置在例如保护盖后面。

该变型实施例的操作与图1中的装置的操作非常相似，除了这样的事实：控制阀V1的关闭是通过考虑到在蒸发器2的出口处的温升的通过探针6的测量和控制规则被控制的。

该变型实施例允许更精确地管理供应给HVAC的空气流的温度。

因此，将理解到，旁通设备特别是阀V1的类似的循环管理将使得可以在围绕设定点温度的较小波动的温度下获得空气流。

Claims

1.一种用于操作机动车辆内部的热调节装置的方法，所述热调节装置包括：

-制冷剂回路，该制冷剂回路包括压缩机(C)和具有形成蒸发器的能力的热交换器(2)，该热交换器(2)具有与用来进行调节的空气流交换热量的能力，

-至少一个旁通设备(V1)，该至少一个旁通设备具有从热交换器(2)使所述空气流的至少一部分分流的能力并且具有关于其在关闭位置和多个打开位置之间的位置进行控制的能力，在所述关闭位置中没有流从热交换器(2)分流，以及在所述多个打开位置中所述流的一部分基于所述打开位置从热交换器(2)分流，

-混合区域(ZM)，用于将已经通过蒸发器(2)的空气流和由旁通设备(V1)分流的空气流混合，以便获得在设定点温度下的空气流，

其中所述压缩机(C)以循环方式操作，该循环方式使在第一状态的操作周期与在第二状态的操作周期交替，在所述第一状态下所述压缩机(C)与热交换器(2)一起产生第一数量的冷量，在所述第二状态下所述压缩机(C)与所述热交换器(2)一起产生低于所述第一数量的第二数量的冷量，其特征在于，所述旁通设备(V1)的位置以与压缩机(C)的操作周期一致的循环方式被控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于来自热交换器(2)的出口温度预先建立的至少一个控制规则来控制所述旁通设备(V1)的打开位置。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制规则是单调减小的函数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制规则被记录在控制单元(UC)的存储器中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述旁通设备(V1)以在打开位置和关闭位置之间的循环方式被控制，以及在所述打开位置的所述周期的持续时间比在所述压缩机(C)的第一状态的操作周期长。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，当压缩机(C)从第二状态的操作周期移动到第一状态的操作周期时，所述旁通设备(V1)从关闭位置移动到打开位置。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，在温度探针(6)的帮助下测量来自热交换器(2)的出口处的温度，以及基于所述控制规则和测量的温度来控制旁通设备(V1)的打开位置和关闭位置。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述压缩机(C)是无离合器可变排量压缩机，以及所述第一操作状态对应于具有高排量的操作，以及所述第二操作状态对应于具有比第一状态低的排量的操作，优选地最小排量。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述压缩机(C)是可离合式压缩机，以及所述第一操作状态对应于所述压缩机的挂离合状态，以及所述第二操作状态对应于压缩机的摘离合状态。

10.一种用于机动车辆内部的热调节装置，包括：

-至少一个旁通设备(V1)，该至少一个旁通设备具有从热交换器(2)使所述空气流的至少一部分分流的能力并且具有关于其在关闭位置和多个打开位置之间的位置进行控制的能力，在所述关闭位置中没有流从热交换器(2)分流，以及在所述多个打开位置中所述流体的一部分基于所述打开位置从热交换器(2)分流，

-混合区域(ZM)，用于将已经通过蒸发器(2)的空气流和由旁通设备(V1)分流的空气流混合以便获得在设定点温度下的空气流，

-控制单元(UC)，该控制单元被配置为使得压缩机(C)以循环方式操作，该循环方式使在第一状态的操作周期与在第二状态的操作周期交替，在所述第一状态下所述压缩机(C)与热交换器(2)一起产生第一数量的冷量，在所述第二状态下所述压缩机(C)与所述热交换器(2)一起产生低于所述第一数量的第二数量的冷量，其特征在于，所述控制单元(UC)还被连接到所述旁通设备，以便以与压缩机(C)的操作周期一致的循环方式来控制所述旁通设备(V1)的位置。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，基于热交换器的出口温度预先建立的至少一个控制规则来控制所述旁通设备(V1)的打开位置。

12.根据权利要求10或11中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元(UC)被配置为以便以在打开位置和关闭位置之间的循环方式来控制所述旁通设备，以及在所述打开位置的周期的持续时间比在所述压缩机(C)的第一状态的操作时间长。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制单元(UC)构造成以便当所述压缩机(C)从第二状态的操作周期移动到第一状态的操作周期时控制所述旁通设备从关闭位置移动到打开位置。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的装置，其特征在于，它还包括用来测量所述热交换器(2)的出口处的温度的温度探针(6)，以及所述控制单元(UC)被连接到所述温度探针(6)并被配置为以便基于控制规则和由温度探针(6)测量的温度来控制所述旁通设备(V1)的打开和关闭位置。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述温度探针(6)以相对于来自所述旁通设备(V1)的空气流受保护的方式被设置在热交换器(2)的下游。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述压缩机(C)是无离合器可变排量压缩机，以及所述第一操作状态对应于具有高排量的操作，所述第二操作状态对应于具有比第一状态低的排量的操作，优选地最小排量。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的装置，其特征在于，所述压缩机(C)是可离合式压缩机，以及所述第一操作状态对应于所述压缩机的挂离合状态，所述第二操作状态对应于所述压缩机(C)的摘离合状态。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的装置，其特征在于，所述旁通设备(V1)包括至少一个控制阀，其中所述打开位置和所述关闭位置通过马达是可调节的。