CN107848367A - 车辆空调和利用这样的车辆空调加热车辆内部空间的方法 - Google Patents

车辆空调和利用这样的车辆空调加热车辆内部空间的方法 Download PDF

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CN107848367A CN201680043495.3A CN201680043495A CN107848367A CN 107848367 A CN107848367 A CN 107848367A CN 201680043495 A CN201680043495 A CN 201680043495A CN 107848367 A CN107848367 A CN 107848367A
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆内部空间(14)的供暖、通风和/或空气调节的车辆空调(12)，其中，车辆空调(12)具有废空气管(36、72)，其将废空气(38)排放到车辆环境(40)中。此外，本发明还包括用于通过这样的车辆空调(12)加热车辆内部空间(14)的方法。

Description

车辆空调和利用这样的车辆空调加热车辆内部空间的方法
技术领域
本发明涉及一种用于车辆内部空间的供暖、通风和/或空气调节的车辆空调，具有制冷剂回路，其包括用于压缩制冷剂的压缩机、用于冷却和冷凝来自压缩机的制冷剂且用于加热可从车辆内部空间供应的空气的第一冷凝器、与第一冷凝器并联连接且用于冷却和冷凝来自压缩机的制冷剂且用于加热车辆周围空气的第二冷凝器、用于加热和蒸发制冷剂且用于冷却可从车辆内部空间供应的空气的蒸发器，以及布置在冷凝器上游用于为来自第一或第二冷凝器的制冷剂减压的减压单元，其中，在车辆空调的冷却模式中，第一冷凝器被跨过，且在车辆空调的供暖模式中，第二冷凝器被跨过。
背景技术
这样的车辆空调从现有技术中大致是已知的，其中，在加热模式中，即，在低的外界温度时，仅新鲜空气大体供应到这些空调中，以便由于该相对干燥的空气而防止车窗起雾。但是，这还意味着，温暖且相对潮湿的空气必须从车辆内部空间排放到环境，这导致显著的热损失以及不期望的高能量需求来为车辆内部空间供暖。
一般类型的US 2012/0011869A1披露了一种车辆空调单元，其具有结构单元，用于从由车辆内部空间引导到车辆环境中的废弃空气恢复热能。该单独的热恢复单元通常容纳在车辆后部中，且具有附加的蒸发器和单独的风扇。此外，需要附加的制冷剂管路，以便将热恢复单元连接至车辆空调单元的制冷剂回路。因此，所提出的车辆空调单元的构造是复杂且昂贵的。
发明内容
本发明的目的因此提供了一种结构上简化的空调，其允许车辆内部空间的特别能量高效的供暖。
根据本发明，该目的通过前序部分中提到的类型的车辆空调实现，其具有将废空气排放到车辆环境中的废空气管。
根据车辆空调的另一实施例，车辆空调包括用于冷却空气的蒸发器，在车辆空调的加热模式中，经由废空气管排放的废空气的至少一部分流动通过蒸发器。
作为废空气管如此并入在车辆空调中的结果，已经存在的蒸发器可用于从流动到车辆环境中的废空气回收热能。以此方式，因而可以以最小的额外结构复杂性从温暖的废空气回收能量。仅传统地在车辆后部提供的废空气管必须并入通常设置在车辆前部中的车辆空调中。
根据车辆空调的实施例，设置用于检测车辆内部空间的空气湿度的传感器，和用于根据被传感器检测的数据控制向车辆内部空间的新鲜空气的供应的电子控制单元。在车辆空调的加热模式中，供应至车辆内部空间的空气的新鲜空气比例可由此给减小，且循环空气比例可增加，这导致能量效率的进一步增加。特别地，供应到车辆内部空间的干燥新鲜空气的比例在该情况下可减小至水在车窗上的冷凝仍然被防止的程度。
根据车辆空调的另一实施例，设置用于传送新鲜空气和循环空气的风机。风机将新鲜空气和/或循环空气传送到车辆内部空间中，但是如果需要的话，可还经由废空气管将空气排放到车辆环境中。
优选地，风机具有用于传送新鲜空气的第一风机轮，用于传送循环空气的单独的第二风机轮。风机在该情况下特别地被布置在蒸发器的上游(沿空气流)，风机轮可优选地相对于彼此单独地被控制。新鲜空气对循环空气的比由此容易变化，且例如按照期望被调节，以防止窗户起雾。
此外，设置控制瓣片，用于调节车辆空调的新鲜空气/循环空气或混合空气操作，其中，在新鲜空气操作中，风机传送新鲜空气，在循环空气操作中，其传送循环空气，在混合空气操作中，其传送新鲜空气和循环空气二者。以该方式，循环空气可还至少部分地用于在车辆空调的加热模式中为车辆内部空间供暖。一旦车窗起雾，则达到最大循环空气比例，其中，为了监视车窗起雾，优选地设置相应的传感器，用于检测车辆内部空间中的空气湿度。
关于车辆空调在加热模式中的能量高效操作，没有从废空气进行热回收的传统纯新鲜空气操作可认为是最差的。相反，具有废空气的热回收的纯新鲜空气操作已经明显能量高效得多。关于能量效率，纯空气循环操作可以是优选的，但是在该情况下空气湿度明显增加，且导致车辆内部空间中的不期望的窗户起雾。相应地，已经发现特别实际的折中是具有从废空气的热回收的混合空气操作，其中，供应到车辆内部空间的(干燥)新鲜空气的比例被调节到尽可能低，特别地低到使得车辆内部空间中的窗户起雾仍然恰好被避免。
车辆空调的风机例如被设置在蒸发器下游。特别地，在具有用于传送新鲜空气的第一风机轮和用于传送循环空气的单独的风机轮的风机中，替换地，可还设想风机布置在蒸发器上游。
优选地，车辆空调包括用于为空气加热的第一冷凝器，蒸发器相对于风机产生的空气流方向布置在第一冷凝器的上游。
根据车辆空调的另一实施例，相对于通过风机产生的空气流方向，第一新鲜空气管和第一废空气管设置在蒸发器上游，第二新鲜空气管和第二废空气管设置在蒸发器下游。
在该情况下，风机特别地设置在第二新鲜空气管和第二废空气管下游。
根据车辆空调的另一实施例，两个蒸发器瓣片被设置，用于调节蒸发器内的空气流方向。在该情况下，在车辆空调的加热模式中，蒸发器可被沿第一方向流动通过，在车辆空调的冷却模式中，蒸发器可被沿与第一方向相反的第二方向流动通过。
相对于通过风机产生的空气流方向，电加热装置—特别是PTC加热装置—优选地设置在第一冷凝器下游。该电加热装置允许车辆内部空间的更快速的加热，特别地对于电动车辆或混合动力车辆。
根据特别优选的实施例，车辆空调仅具有一个蒸发器。特别地，不需要具有专门用于从废空气回收热能的附加蒸发器的单独热回收单元。
根据特别优选的实施例，废空气瓣片定位在废空气管的进口处，以调节废空气流。根据特别优选的实施例，废空气管的进口定位在蒸发器的下游。
根据本发明，用于车辆内部空间的供暖、通风和/或空气调节的车辆空调具有制冷剂回路，其包括：
用于压缩制冷剂的压缩机，
用于冷却和冷凝来自压缩机的制冷剂且用于加热可从车辆内部空间供应的空气的第一冷凝器，
与第一冷凝器并联连接且用于冷却和冷凝来自压缩机的制冷剂且用于加热车辆周围空气的第二冷凝器，
用于加热和蒸发制冷剂且用于冷却可从车辆内部空间供应的空气的蒸发器，以及
布置在冷凝器上游用于为来自第一或第二冷凝器的制冷剂减压的减压单元，
其中，在车辆空调的冷却模式中，第一冷凝器被跨过，且
其中，在车辆空调的供暖模式中，第二冷凝器被跨过，
其特征在于，车辆空调具有废空气管，其将废空气排放到车辆环境中，
其中，在车辆空调的加热模式中，经由废空气管排放的废空气的至少一部分流动通过蒸发器。
上述目的还根据本发明通过一种用于利用上述车辆空调为车辆内部空间供暖的方法实现，其具有用于检测车辆内部空间中的空气湿度的传感器，和电子控制单元，该电子控制单元经由传感器检测的空气湿度确定在车辆内部空间中的起雾，其中，向车辆内部空间的新鲜空气的供应根据检测的空气湿度被自动且连续地适应，其中，新鲜空气供应随着对于车窗窗户临界的空气湿度而增加，且随着对于窗户起雾不临界的空气湿度而被保持或减小。新鲜空气供应的根据当前空气湿度的这种自动适应允许车辆空调在加热模式中的特别能量高效的操作。
根据优选方法变体，车辆空调包括以下部件中的至少一个：用于传送新鲜空气的风机，用于调节车辆空调的新鲜空气、循环空气或混合空气操作的控制瓣片，用于调节流动通过蒸发器的新鲜空气的比例的新鲜空气瓣片和用于调节流动通过蒸发器的废空气的比例的废空气瓣片，其中，控制单元处理被传感器检测的数据，且根据这些数据，控制上述部件中的至少一个。因此，可在几乎没有复杂性的情况下通过简单的风机和/或瓣片控制实现期望的新鲜空气供应。
附图说明
本发明的其他特征和优势将通过优选实施例的以下描述并参考附图被理解，在附图中：
图1是根据本发明的车辆空调的制冷剂回路的示意回路图；
图2是根据本发明根据一实施例在加热模式的车辆空调的示意剖切图；
图3是根据图2在加热模式的车辆空调的另一示意剖切图；
图4是根据图2在冷却模式的车辆空调的示意剖切图；
图5是根据图2在冷却模式的车辆空调的另一示意剖切图；
图6是根据本发明根据另一实施例在冷却模式的车辆空调的示意剖切图；
图7是根据图6在加热模式的车辆空调的示意剖切图；
图8是根据本发明根据另一实施例在加热模式的车辆空调的示意剖切图；
图9是根据图8在加热模式的车辆空调的另一示意剖切图；
图10是根据图8在加热模式的车辆空调的又一示意剖切图；
图11是根据图8在冷却模式的车辆空调的示意剖切图；和
图12是根据图8在冷却模式的车辆空调的另一示意剖切图。
具体实施方式
图1示意性地示出用于车辆内部空间14的供暖、通风和/或空气调节的车辆空调12的制冷剂回路10的大体操作原理。
根据图1，制冷剂回路10包括用于压缩制冷剂18的压缩机16、用于冷却和冷凝来自压缩机16的制冷剂18且用于加热可供应至车辆内部空间14的空气22的第一冷凝器20、与第一冷凝器20并联连接且用于冷却和冷凝来自压缩机16的制冷剂18且用于加热车辆周围空气26的第二冷凝器24、用于加热和蒸发制冷剂18且用于冷却可从车辆内部空间14供应的空气22的蒸发器28，以及布置在蒸发器28上游用于为来自第一或第二冷凝器20、24的制冷剂18减压的减压单元30。第一冷凝器20布置在车辆内部空间14中，且因此还称为“内部冷凝器”。相反，第二冷凝器24布置在机动车辆的发动机舱中，即，在车辆内部空间14外侧，且因此还称为“外部冷凝器”。
根据图1，车辆空调12的在加热模式的制冷剂回路10以实线示出，其中，制冷剂18流动通过第一冷凝器20，第二冷凝器24被跨过。相反，在以虚线示出的车辆空调12的冷却模式中，制冷剂18流动通过第二冷凝器24，第一冷凝器20被跨过。为了在车辆空调12的加热模式和冷却模式之间切换，根据图1作为例子设置两个关闭阀32，它们特别地被控制为使得，或者第一冷凝器20或者第二冷凝24被跨过。
根据图1，制冷剂回路10还包括制冷剂贮存器34，在当前实施例中，其布置在制冷剂回路10的高压侧。但是替换地，还可设想制冷剂贮存器34布置在制冷剂回路10的低压侧。
如图1示意性地所示，车辆空调12具有废空气管34，其将废空气38从车辆内部空间14排放到车辆环境40中，其中，车辆内部空间14优选地仅经由该废空气管36朝向车辆环境40通气。在废空气管的进口处，定位有废空气瓣片64，以调节通过废空气管36的废空气38的流。在车辆空调12的加热模式中，经由废空气管36排放的废空气38的至少一部分流动通过蒸发器28，其中，对于能量回收特别有利的是，所有从车辆内部空间14排放到车辆环境40的废空气38流动通过蒸发器28。在流动通过蒸发器28期间，从废空气38移除热能，经由该热能，制冷剂回路10则用于为供应到车辆内部空间14的空气22加热。在加热模式中，即，在车辆空调12的热泵操作期间，能量回收和因而车辆空调12的极能量有效的操作因此几乎没有技术复杂性地实现。废空气管36的进口定位在蒸发器28的下游。
也就是说，根据图1，车辆空调12具有正好一个蒸发器28，其用于冷却供应至车辆内部空间14的空气22且用于冷却废空气38，其中，废空气38的冷却用于在车辆空调12的加热模式中的热回收。
根据图1，车辆空调12包括风机42，用于传送新鲜空气44和/或循环空气46，其风机操作期间产生预确定的空气流方向。在该情况下，蒸发器28相对于风机42产生的空气流方向布置在第一冷凝器20的上游。
相对于风机42产生的空气流，在第一冷凝器20的下游，还设置电加热装置48，以便在加热模式中增加车辆空调12的加热功率。以特别优选的方式，该可选的电加热装置48—可按照需要被切换—是通常从现有技术已知的PTC加热装置。
图2至5示出根据实施例的图1所示的车辆空调12的裁切图50。
在该实施例中，风机42布置在蒸发器28上游，且具有用于传送新鲜空气44的第一风机轮52和用于传送循环空气46的单独的第二风机轮54，其中，这两个风机轮52、54可相对于彼此单独地控制。经由风机轮52、54的速度，新鲜空气供应可独立于循环空气供应而被调整，且可与各自需求相适应。
车辆空调12此外具有控制瓣片56，用于调节车辆空调12的新鲜空气、循环空气或混合空气操作，其中，在新鲜空气操作(图4)中，风机42排他地传送新鲜空气44，在循环空气操作(图3和5)中，其排他地传送循环空气46，在混合空气操作(图2)中，其传送新鲜空气44和循环空气46二者。
根据图2，在风机轮52、54的相同速度时，风机42传送大约50％的新鲜空气44和50％的循环空气46。但是，代替控制瓣片56的这一个(居中)混合空气级，其他混合空气级和从新鲜空气操作向循环空气操作的“连续过渡”也是可行的。
如图2至5所示，车辆空调12还包括用于检测车辆内部空间14的空气湿度的传感器58，和用于根据被传感器58检测的数据控制向车辆内部空间14的新鲜空气供应的电子控制单元60。
电子控制单元60可最终经由被传感器58检测的空气湿度确定车窗上的水的冷凝，即，在车辆内部空间14中的窗户起雾。在用于为车辆内部空间14供暖的有利方法中，通过在加热模式中的车辆空调12，向车辆内部空间14的新鲜空气44的供应根据被检测的空气湿度被自动且连续地适应，其中，新鲜空气供应随着对于车窗窗户临界的空气湿度而增加，且随着对于窗户起雾不临界的空气湿度而被保持或减小。
具体地说，车辆空调12包括以下部件中的至少一个：用于传送新鲜空气44的风机42，用于调节车辆空调12的新鲜空气、循环空气或混合空气操作的控制瓣片56，用于调节流动通过蒸发器28的新鲜空气的比例的新鲜空气瓣片62和用于调节流动通过蒸发器28的废空气比例的废空气瓣片64，其中，电子控制单元60处理被传感器58检测的空气湿度数据，且根据这些数据，控制上述部件中的至少一个。控制再次以这样的方式执行：新鲜空气供应随着对于窗户起雾临界的空气湿度而增加，且随着对于窗户起雾不临界的空气湿度而被保持或减小。
在车辆空调12的加热模式中的该自动操作方法可还以类似地方式转移到下述车辆空调12的附加实施例。
根据图2至5，车辆空调12具有操作模式瓣片65，其在加热位置中关闭第一冷凝器20的旁通部(见图2和3)，从而供应至车辆内部空间14的所有空气22流动通过第一冷凝器20且被加热。车辆空调12因此在加热模式中，其中，图2示出混合空气操作，图3示出纯循环空气操作。在根据图3的循环空气操作中，没有新鲜空气44供应至车辆内部空间14，从而没有废空气38还流动到车辆环境40中。
在冷却位置中，操作模式瓣片65关闭流动管，第一冷凝器20定位在其中，从而供应至车辆内部空间14中的所有空气22流过第一冷凝器20。车辆空调12因此在冷却模式中，其中，图4示出纯新鲜空气操作，图5示出纯循环空气操作。
图6和7示出根据另一替换实施例的图1所示的车辆空调12的抠图50。在该情况下示出的车辆空调12与前述实施例不同之处在于，相对于通过风机42产生的空气流方向，第一新鲜空气管66和第一废空气管68设置在蒸发器28上游，第二新鲜空气管70和第二废空气管72设置在蒸发器28下游。
风机42在该情况下布置在蒸发器28的下游(沿空气流)，且特别地还在第二新鲜空气管70和第二废空气管72下游。
第一新鲜空气管66和第一废空气管68可选择性地通过第一新鲜空气瓣片74或第一废空气瓣片76关闭或至少局部打开。以类似的方式，第二新鲜空气管70和第二废空气管72可选择性地通过第二新鲜空气瓣片78或第二废空气瓣片80关闭或至少局部打开。
图6示出在冷却模式中的车辆空调21，其中，上游第一新鲜空气和废空气瓣片74、76局部地打开，第二新鲜空气和废空气瓣片78、80关闭。作为第一瓣片74、76局部打开的结果，产生了混合的空气操作，其中，新鲜空气44和循环空气46二者被供应至车辆内部空间14。在供应至车辆内部空间14中的新鲜空气44和循环空气46的期望比例可在该情况下几乎没有复杂性地经由第一瓣片74、76调节。
图7示出根据图6在加热模式的车辆空调12的抠图。第二废空气瓣片80在该情况下(局部)打开，从而循环空气46的部分作为废空气38被供应至第二废空气管72，其余循环空气46经由风机42和第一冷凝器20再次供应至车辆内部空间14。但是，作为布置在第二废空气管72上游的蒸发器28的结果，从所有循环空气46——即，特别地还有接下来经由废空气管36排放至车辆环境40的废空气38——移除热能，其接下来再次被用在第一冷凝器20中，以将供应至车辆内部空间14的空气22加热。因而，在车辆空调12的加热模式中，作为废空气38的结果的热能损失最小化。
图8至12示出根据另一替换实施例的图1所示的车辆空调12的抠图50。风机42在该情况下以与根据图6和7的实施例类似的方式定位在冷凝器28上游。
与前述实施例相反，在该实施例中，两个蒸发器瓣片82、84被设置，以调节蒸发器28内的空气流方向。在该情况下，这些蒸发器瓣片82、84被控制为使得，在根据图8至10的车辆空调12的加热模式中，蒸发器28被沿第一方向流动通过(从右向左)，且至少在根据图12的车辆空调12的冷却模式的混合空气操作中，被沿与第一方向相反的第二方向流动通过(从左向右)。
在图8至10中作为热泵操作的车辆空调12根据图8为“纯新鲜空气操作”，根据图9为混合空气操作，根据图10为“纯循环空气操作”。
在纯循环空气操作中，新鲜空气44排他地供应至车辆内部空间14。从车辆内部空间14经由废空气管36引导到车辆环境40中的废空气38首先流动通过蒸发器28，用于能量回收，从而产生特别能量高效的新鲜空气操作。
在混合空气操作中，新鲜空气44和循环空气46二者供应至风机42。在流动通过蒸发器28之后，“过多”循环空气46作为废空气38经由废空气管36引导到车辆环境40中，从而能量回收还在混合空气操作期间发生。在纯循环空气操作期间，在车辆内部空间14和车辆环境40之间没有空气交换，从而根本没有产生热能损失。但是，该纯循环空气操作在车辆内部空间14中易于导致窗户起雾。
根据图11和12，车辆空调12在冷却模式中，其中，图11示出“纯循环空气操作”，图12示出混合空气操作。

Claims (15)

1.一种用于车辆内部空间(14)的供暖、通风和/或空气调节的车辆空调，其特征在于，车辆空调(12)具有将废空气(38)排放到车辆环境(40)中的废空气管(36、72)。
2.根据权利要求1所述的车辆空调，包括用于冷却空气(22)的蒸发器(28)，其中，在车辆空调(12)的加热模式中，经由废空气管(36、72)排放的废空气(38)的至少一部分流动通过蒸发器(28)。
3.根据权利要求1或2所述的车辆空调，其特征在于，设置用于检测车辆内部空间(14)的空气湿度的传感器(58)，和用于根据被传感器(58)检测到的数据控制向车辆内部空间(14)的新鲜空气的供应的电子控制单元(60)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆空调，其特征在于，设置用于传送新鲜空气(44)和循环空气(46)的风机(42)。
5.根据权利要求4所述的车辆空调，其特征在于，风机(42)具有用于传送新鲜空气(44)的第一风机轮(52)，和用于传送循环空气(46)的单独的第二风机轮(54)。
6.根据权利要求4或5所述的车辆空调，其特征在于，设置控制瓣片(56)，用于调节车辆空调(12)的新鲜空气/循环空气或混合空气操作，其中，在新鲜空气操作中，风机(42)传送新鲜空气(44)，在循环空气操作中，风机(42)传送循环空气(46)，而在混合空气操作中，风机(42)传送新鲜空气(44)和循环空气(46)二者。
7.根据从属于权利要求2或3的权利要求4至6中的任一项所述的车辆空调(10)，其特征在于，风机(42)布置在蒸发器(28)下游。
8.根据从属于权利要求3的权利要求4至7中的任一项所述的车辆空调(10)，包括用于加热空气(22)的第一冷凝器(20)，其特征在于，蒸发器(28)相对于风机(42)产生的空气流方向布置在第一冷凝器(20)的上游。
9.根据权利要求从属于权利要求2或3的4至8中的任一项所述的车辆空调(10)，其特征在于，相对于通过风机(42)产生的空气流方向，第一新鲜空气管(66)和第一废空气管(68)设置在蒸发器(28)的上游，第二新鲜空气管(70)和第二废空气管(72)设置在蒸发器(28)的下游。
10.根据权利要求9所述的车辆空调，其特征在于，风机(42)设置在第二新鲜空气管(70)和第二废空气管(72)的下游。
11.根据权利要求2至10中的任一项所述的车辆空调，其特征在于，两个蒸发器瓣片(82、84)被设置用于调节蒸发器(28)内的空气流方向。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆空调，其特征在于，废空气瓣片(64、76、80)定位在废空气管(36、68、72)的进口处，以调节废空气(38)的流动。
13.根据权利要求2至12中的任一项所述的车辆空调，其特征在于，废空气管(36、68、72)的进口定位在蒸发器(28)的下游。
14.一种利用根据前述权利要求任一项所述的车辆空调(12)用于加热车辆内部空间(14)的方法，
其中，设置有用于检测车辆内部空间(14)中的空气湿度的传感器(58)和电子控制单元(60)，该电子控制单元经由被传感器(58)检测的空气湿度确定在车辆内部空间(14)中的起雾，
其中，向车辆内部空间(14)的新鲜空气供应根据检测的空气湿度被自动且连续地适应，
其中，新鲜空气供应随着对于窗户起雾临界的空气湿度而增加，且随着对于窗户起雾不临界的空气湿度而被保持或减小。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，车辆空调(12)包括以下部件中的至少一个：
用于传送新鲜空气(44)的风机(42)，
用于调节车辆空调(12)的新鲜空气、循环空气或混合空气操作的控制瓣片(56)，
用于调节流动通过蒸发器(28)的新鲜空气的比例的新鲜空气瓣片(62、74、78)，和
用于调节流动通过蒸发器(28)的废空气比例的废空气瓣片(64、76、80)，其中，电子控制单元(60)处理被传感器(58)检测的数据，且根据这些数据，控制上述部件中的至少一个。
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