CN108790676A - 机动车的空调系统和用于运行空调系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车的空调系统，其具有制冷剂回路和冷却剂回路。制冷剂回路具有压缩机、可作为冷凝器/气体冷却器运行的制冷剂‑冷却剂‑换热器、第一膨胀机构以及用于对乘客空间的供应空气进行调节的第一制冷剂‑空气‑换热器，其中所述制冷剂‑冷却剂‑换热器用于在冷却剂回路的冷却剂和制冷剂之间进行热传递。冷却剂回路构成有输送设备、第一冷却剂‑空气‑换热器、第二冷却剂‑空气‑换热器以及制冷剂‑冷却剂‑换热器。制冷剂回路还具有第二制冷剂‑空气‑换热器，其中第二膨胀机构安置在第二制冷剂‑空气‑换热器上游，并且第二膨胀机构以及第二制冷剂‑空气‑换热器设置在第一流动路径之内。本发明还涉及一种用于运行空调系统的方法。

Description

机动车的空调系统和用于运行空调系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对机动车的乘客空间的空气进行调节的空调系 统，所述空调系统具有制冷剂回路和冷却剂回路。制冷剂回路具有压缩机、 可作为冷凝器/气体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器、第一膨胀机构以 及用于对乘客空间的供应空气进行调节的第一制冷剂-空气-换热器，其中 所述制冷剂-冷却剂-换热器用于在冷却剂回路的冷却剂和制冷剂之间进行 热传递。冷却剂回路构成有用于冷却剂的循环滚动的输送设备、用于对乘 客空间的供应空气进行加热的第一冷却剂-空气-换热器、第二冷却剂-空气 -换热器以及制冷剂-冷却剂-换热器。
本发明还涉及一种用于运行空调系统的方法。
背景技术
在现有技术中已知的机动车中，将发动机的废热用于加热乘客空间的 供应空气。借助于在发动机冷却剂回路中循环滚动的冷却剂将废热输送至 空调设备，并且在那里经由加热换热器传递给流入乘客空间的空气。具有 冷却剂-空气-换热器的已知的设备在环境温度低的情况下不再达到对于乘 客空间的舒适加热所需的水平以满足乘客空间的总热量需求，其中所述已 知的设备从车辆驱动装置的有效的内燃机的冷却剂回路中提取加热功率。 类似的情况适用于具有混合驱动装置的机动车中的设备，即不仅具有电动 机式的驱动器而且具有内燃机式的驱动器的机动车。
如果乘客空间的总热量需求不能借助来自发动机冷却剂回路的热量 满足，则需要附加加热措施，例如电阻加热装置，简称为PTC电阻，英 文为“Positive TemperatureCoefficient-Thermistor正温度系数-热敏电阻” 或燃料加热器。同样的内容适用于纯电动驱动的机动车或燃料电池车辆中 的设备。用于加热乘客空间的空气的更有效的可能性是：具有空气作为热 源的热泵，其中制冷剂回路既用作唯一的加热装置，又用作附加加热措施。
具有连接在下游的电阻加热装置的空调系统一方面可成本适宜地制 造并且可使用在任何机动车中，但是具有对电能的非常大的需求，因为乘 客空间的供应空气在流过制冷剂回路的蒸发器时首先被冷却和/或干燥， 以及随后借助于电阻加热装置被加热，所述电阻加热装置将热量直接传递 给供应空气或冷却剂回路。
尽管可作为热泵运行的传统的空调系统的运行是有效的，但是需要非 常大量的结构空间，还有在机动车内的没有用于空调装置的结构空间预留 的位置处也如此。提高的成本耗费，特别是制造和维护的提高的成本耗费 以及大的结构空间需求是不利的。
属于现有技术的空气-空气-热泵从环境空气中吸收热量，所述空气- 空气-热泵构成用于组合制冷设备模式和热泵模式、即构成用于加热模式， 以及构成用于再加热模式，也称作为再加热运行。因此，环境空气用作用 于蒸发制冷剂的热源。传统的空气-空气-热泵具有用于在制冷剂和环境之 间进行热传递的换热器、用于热量将从乘客空间的要调节的空气输送给制 冷剂的换热器以及用于将热量从制冷剂传递给乘客空间的要调节的空气 的换热器。这些功效分别在制冷剂和空气之间传递。
在所谓的“再加热”模式或后加热模式中，将要输送给乘客空间的空 气冷却，同时干燥并且接着再次稍微加热。在此运行模式下，所需的再加 热功率低于对于冷却和干燥空气所需的制冷功率。
用于在制冷剂和空气-空气-热泵的环境空气之间进行热传递的换热器 在此在空调系统的壳体之外，特别是在空调器之外，设置在机动车的前侧 上并且特别地通过行车风加载空气。设置在空调器的壳体之外的换热器也 被称为环境换热器。
在制冷剂回路在制冷设备模式下的运行时，环境换热器作为用于将热 量从制冷剂输出给环境空气的冷凝器/气体冷却器运行，并且在制冷剂回 路在热泵模式下运行时，作为用于使制冷剂从环境空气中吸收热量的蒸发 器运行。因此，环境换热器设计用于以两种功能运行，使得该设计然而对 于这两种功能中的任何一种都不是最佳的。
如果制冷剂在制冷剂回路亚临界运行时，即例如具有制冷剂R134a 或在具有二氧化碳的特定的环境条件下液化，则换热器称作为冷凝器。热 传递的一部分在恒定温度下发生。在超临界运行时或在换热器中超临界散 热时，制冷剂的温度持续下降。在这种情况下，换热器也被称为气体冷却 器。超临界运行可以在特定环境条件下出现，或者在例如具有制冷剂二氧 化碳的制冷剂回路的运行方式下出现。
DE 10 2012 111 672 A1公开了一种用于调节机动车的乘客空间的空 气的空调设备的制冷剂回路。制冷剂回路构成用于在制冷设备模式和热泵 模式下组合地运行以及构成用于再加热模式，并且具有压缩机、用于在制 冷剂和环境之间进行热传递的换热器、第一膨胀机构以及用于将乘客空间 的要调节的空气的热量输送给制冷剂的换热器、用于将热量从制冷剂传递 给乘客空间的要调节的空气的换热器和在制冷剂的流动方向上跟随其后 的第二膨胀机构。
制冷剂回路具有由连接管路构成的分支的系统，所述系统仅能困难地 集成到现有的结构空间中。此外，附加的阀和大容量设计的、设置在低压 水平上的制冷剂储存器分别需要大的结构空间。阀也必须具有非常高的内 部密封性，这也导致系统成本增加。
在DE 10 2012 108 891 A1中描述一种用于对乘客空间的空气进行调 节的空调系统，其具有：具有用于传导空气的两个流动通道的壳体以及具 有蒸发器和冷凝器的制冷剂回路。在此，蒸发器设置在第一流动通道中而 冷凝器设置在第二流动通道中。空调系统构成用于冷却和加热乘客空间和 构成用于再加热运行。运行模式的设定仅经由空气传导装置的控制来实 现，使得可以弃用用于在两个不同的运行模式之间进行切换的制冷剂-开关阀。
与相应的运行模式无关，分别设有用于空调系统的蒸发器侧和冷凝器 侧的鼓风机，进而可设有两个可分开运行的鼓风机。在此，例如，在制冷 设备模式下运行时，冷凝器侧上的行车风的能量不能用于散热。所属的鼓 风机始终处于运行状态下，这会导致振动和噪音。此外，在机动车内的没 有用于空调装置的结构空间预留的位置处，需要预留结构空间。
从图1中得出现有技术中的具有制冷剂回路2’和冷却剂回路30’的空 调系统1’。制冷剂回路2’在制冷剂的流动方向上具有压缩机3、作为冷凝 器/气体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器4、膨胀机构5以及作为蒸发 器运行的制冷剂-空气-换热器6。压缩机3从蒸发器6吸入制冷剂。制冷 剂回路1’是闭合的。
制冷剂回路1’也可以构成有内部的换热器7。可将在内部的换热器7 理解为回路内部的换热器，所述换热器用于在高压下的制冷剂与低压下的 制冷剂之间的热传递。在此，例如一方面液态的制冷剂在冷凝后又被冷却， 而另一方面吸入气体在压缩机3上游被过度加热。
冷却剂回路30’在冷却剂的流动方向上具有：用于冷却剂的循环滚动 的输送设备31、特别是泵，用于加热冷却剂的附加加热换热器32、尤其 是电阻加热装置(PTC)，以及作为第一冷却剂-空气-换热器的用于加热乘 客空间的供应空气的加热换热器33。加热换热器33与制冷剂-冷却剂-换 热器4连接。冷却剂回路30’是闭合的。因此，在制冷剂侧作为冷凝器/气 体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器4被冷却剂冷却。
在加热换热器33和制冷剂-冷却剂-换热器4之间构成的连接管路中还 设有三通阀34a作为分支点以及汇合点35，在所述分支点和所述汇合点之 间分别构成用于具有将热量传递给空气的第二冷却剂-空气-换热器37的 第一流动路径36a以及作为围绕冷却剂-空气-换热器37的旁路的第二流动 路径38。第二冷却剂-空气-换热器37设置在设备模块52内并且在流动方 向53上加载空气。
制冷剂回路2’的作为蒸发器运行的制冷剂-空气-换热器6和冷却剂回 路30’的加热换热器33设置在空调器50内以及在乘客空间的供应空气的 流动方向51上以可被依次加载的方式设置。借此，在流过蒸发器6时被 冷却和/或干燥的供应空气可以根据需要在流过加热换热器33时被加热。
加热换热器33中的可传递给乘客空间的供应空气的热量，可以由在 蒸发器6中和在压缩机3中传递给制冷剂的能量以及在附加加热换热器 32中传递给冷却剂的热量组成，以便达到供应空气的足够的温度，其中 所述能量作为制冷剂-冷却剂-换热器4中的总和传递给冷却剂。
空调系统1’只能在流入蒸发器6的供应空气的温度具有高于0℃的值 的情况下运行。在空气温度的值低于0℃的情况下，加热功率通过附加加 热换热器32、特别是电阻加热装置确定，进而非有效地提供。在空气温 度处于在0℃范围中和低于0℃的情况下，蒸发器6的热传递面能够结冰。 由于从空气吸收热量，被冷却的空气的相对空气湿度升高。在低于露点温 度的情况下，存在于空气中的水蒸气被冷凝出来并作为水在热传递面上沉 积。在热传递面上从空气中冷凝出的水在0℃和低于0℃的范围中的表面 温度下凝固成冰。增加的冰层减少了空气侧的热传递面以及空气侧的热传 递进而减少了在空气和用于蒸发的制冷剂之间的热传递。
发明内容
现在，本发明的目的在于：提供一种机动车的空调系统，所述空调系 统能够在制冷设备模式下、在热泵模式下和在再加热模式下运行。在此， 环境空气根据运行模式，例如在热泵模式中运行时用作为热源，以及例如 在制冷设备模式中运行时用作为热沉。用于从环境空气中吸收热量的换热 器应当最佳地设计。
此外，空调系统应是可有效地运行，例如以用于与空气进行热传递的 制冷剂回路的蒸发器的结冰风险最小的方式运行，并且紧凑地构成。在此， 空调系统的制冷剂回路结构上应简单地构成并且具有最少所需数量的部 件，以便仅造成最少的运行成本、制造成本和维护成本，以及具有最小的 结构空间需求。
此外，本发明的目的在于：提供一种用于运行空调系统的方法，借助 所述方法能够在不同的或相同的压力水平上运行多个换热器。
所述目的通过具有本发明的特征的设备或方法实现。在下文中提出改 进方案。
所述目的通过用于对机动车的乘客空间的空气进行调节的根据本发 明的空调系统来实现，所述空调系统尤其用于在制冷设备模式下、在热泵 模式下以及在再加热模式下运行，空调系统具有制冷剂回路和冷却剂回 路。制冷剂回路在制冷剂的流动方向上具有：压缩机，能作为冷凝器/气 体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器，第一膨胀机构以及用于对乘客空 间的供应空气进行调节的第一制冷剂-空气-换热器，其中所述制冷剂-冷却剂-换热器用于在冷却剂回路的冷却剂和制冷剂之间进行热传递。冷却剂 回路构成有用于冷却剂的循环滚动的输送设备、用于对乘客空间的供应空 气进行加热的第一冷却剂-空气-换热器、第二冷却剂-空气-换热器以及制 冷剂-冷却剂-换热器。
制冷设备模式尤其用于对乘客空间的要调节的供应空气进行冷却，热 泵模式用于对所述供应空气进行加热，而再加热模式用于对所述供应空气 进行再加热。在再加热模式中，供应空气在再加热之前被冷却和/或干燥。
根据本发明的设计，制冷剂回路构成有仅能作为蒸发器运行的第二制 冷剂-空气-换热器。在此，在制冷剂的流动方向上，第二膨胀机构安置在 第二制冷剂-空气-换热器上游。第二膨胀机构以及第二制冷剂-空气-换热 器共同地设置在第一流动路径之内。
冷却剂回路的第二冷却剂-空气-换热器和制冷剂回路的第二制冷剂- 空气-换热器有利地设置在设备模块之内以及在空气的流动方向上以能依 次加载的方式设置。
根据本发明的一个改进方案，尤其设置在机动车的前部区域中的设备 模块构成为，能用从乘客空间中导出的空气或能用环境空气或能用由从乘 客空间中导出的空气和环境空气构成的混合物穿流。
根据本发明的第一替选设计方案，第一制冷剂-空气-换热器和第二制 冷剂-空气-换热器在制冷剂回路之内彼此串联地以能穿流的方式设置。
制冷剂回路有利地具有第二流动路径，所述第二流动路径具有阀。在 此，具有第二膨胀机构以及第二制冷剂-空气-换热器的第一流动路径以及 第二流动路径分别从分支点延伸至汇合点，使得第二流动路径构成为并联 于第一流动路径的旁路。
根据本发明的第二替选设计方案，第一制冷剂-空气-换热器和第二制 冷剂-空气-换热器以能穿流的方式彼此并联地设置在制冷剂回路之内。
本发明的另一优点在于：具有第二膨胀机构和第二制冷剂-空气-换热 器的第一流动路径从分支点延伸至汇合点。在此，第一膨胀机构、第一制 冷剂-空气-换热器和第三膨胀机构构成在第二流动路径之内。第三膨胀机 构设置在制冷剂-空气-换热器下游。第二流动路径同样以从分支点延伸至 汇合点的方式构成。
此外，制冷剂回路优选具有至少一个能作为蒸发器运行的另外的换热 器以及在换热器上游设置的第四膨胀机构，所述换热器和所述第四膨胀机 构构成在第三流动路径之内。在此，第三流动路径从分支点延伸至汇合点， 使得第一流动路径、第二流动路径以及第三流动路径进而第一制冷剂-空 气-换热器、第二制冷剂-空气-换热器和另外的可作为蒸发器运行的换热器 分别彼此并联地设置。
另外的可作为蒸发器运行的且设置在第三流动路径之内的换热器有 利地构成为制冷剂-冷却剂-换热器。
根据本发明的一个改进方案，在制冷剂回路之内在制冷剂的流动方向 上将收集器作为制冷剂储存器设置在压缩机上游。
根据本发明的对其替选的设计方案，作为制冷剂储存器的收集器以集 成在制冷剂回路的制冷剂-冷却剂-换热器之内的方式构成。
根据本发明的第一替选设计方案，冷却剂回路具有分支点和汇合点， 所述分支点和所述汇合点构成在用于加热乘客空间的供应空气的第一冷 却剂-空气-换热器和制冷剂-冷却剂-换热器之间。在此，在分支点和汇合 点之间分别延伸有具有第二冷却剂-空气-换热器的第一流动路径和作为围 绕第二冷却剂-空气-换热器的旁路的第二流动路径。因此，用于加热乘客 空间的供应空气的第一冷却剂-空气-换热器和第二冷却剂-空气-换热器彼 此串联地以能够由冷却剂穿流的方式设置。
根据本发明的第二替选设计方案，冷却剂回路具有分支点和汇合点， 其中分支点构成在输送设备和用于加热乘客空间的供应空气的第一冷却 剂-空气-换热器之间，以及汇合点构成在第一冷却剂-空气-换热器和制冷 剂-冷却剂-换热器之间。在此，第二冷却剂-空气-换热器构成在第一流动 路径之内，并且用于加热乘客空间的供应空气的第一冷却剂-空气-换热器 构成在第二流动路径之内。第一流动路径和第二流动路径分别从分支点延 伸至汇合点，使得第一冷却剂-空气-换热器和第二冷却剂-空气-换热器彼 此并联地以可由冷却剂穿流的方式设置。
分支点优选分别构成为三通阀。
制冷剂回路有利地具有内部的换热器。
本发明的目的还通过用于运行机动车的空调系统的根据本发明的方 法来实现，所述空调系统在制冷设备模式下、在热泵模式下和在再加热模 式下运行，用于乘客空间的要调节的供应空气，所述空调系统具有制冷剂 回路和冷却剂回路。
根据本发明的设计，借助制冷剂回路的仅能作为蒸发器运行的第二制 冷剂-空气-换热器将热量从空气传递给制冷剂。在此，将第二制冷剂-空气 -换热器之内的制冷剂的压力水平设定成，使得第二制冷剂-空气-换热器之 内的制冷剂的压力水平对应于第一制冷剂-空气-换热器之内的制冷剂的压 力水平或者小于第一制冷剂-空气-换热器之内的制冷剂的压力水平。
根据本发明的一个改进方案，第一制冷剂-空气-换热器和第二制冷剂- 空气-换热器彼此串联地或彼此并联地由制冷剂穿流。
根据本发明的一个优选的设计方案，第一冷却剂-空气-换热器和第二 冷却剂-空气-换热器彼此串联地或彼此并联地由冷却剂穿流。
在空气的流动方向上，优选对第二冷却剂-空气-换热器加载空气并且 随后对第二制冷剂-空气-换热器加载空气。
综上所述，根据本发明的空调系统具有多种优点：
-以最小的能量投入，还通过使用损失热量流来加热乘客空间的方式， 对乘客空间的供应空气进行调节，尤其冷却、干燥和/或加热，
-在热泵模式中运行时，使用专门构成用于作为蒸发器运行的制冷剂- 空气-换热器，以便尤其在外部温度小的情况下从环境中吸收热量，其 中在外部温度更高且冷却需求更高的情况下，经由不同于制冷剂-空气- 换热器的部件将热量输送给环境，在此，制冷剂侧的压力损失最小并 且从空气中的热吸收最大以及热传递面的结冰风险最小，
-效能、效率和寿命提高，以及
-在乘客空间内提供足够的舒适度，与
-制冷剂回路结构上简单，所述制冷剂回路为了使用能够集成到现有的 机动车的已知的样板和现有的结构空间中，并且结构空间最小，重量 最小，以及部件数量最小，由此
-运行成本最小，制造成本最小和维护成本最小。
附图说明
从实施例的下面的描述中参考所附的附图得出本发明的设计方案的 其他的细节、特征和优点。其分别示出空调系统，其具有：具有第一和第 二制冷剂-空气-换热器的制冷剂回路；具有第一和第二冷却剂-空气-换热 器的冷却剂回路；以及将制冷剂回路和冷却剂回路热连接的制冷剂-冷却 剂-换热器，其中：
图1示出现有技术中的具有制冷剂回路和冷却剂回路的空调系统；
图2示出具有彼此串联设置的制冷剂-空气-换热器的制冷剂回路，
图3示出具有内部换热器的图2中的制冷剂回路，
图4示出具有彼此并联设置的制冷剂-空气-换热器的制冷剂回路，
图5示出具有内部换热器的图4中的制冷剂回路，
图6示出图3中的制冷剂回路以及具有用于结合用于回收热量的另一 热源的附加的换热器的冷却剂回路，
图7示出图5中的制冷剂回路，其具有附加的、尤其作为蒸发器运行 的、用于结合用于回收热量的另一热源的换热器，以及
图8示出图5中的制冷剂回路以及具有冷却剂-空气-换热器的变化的 布置的冷却剂回路。
具体实施方式
在图2中示出具有制冷剂回路2a和冷却剂回路30a的空调系统1a。 制冷剂回路2a在制冷剂的流动方向上具有压缩机3、作为冷凝器/气体冷 却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器4、第一膨胀机构5以及用于对乘客空 间的供应空气进行调节的第一制冷剂-空气-换热器6。
此外，制冷剂回路2a构成有用于将热量从空气传递给制冷剂的、作 为蒸发器运行的第二制冷剂-空气-换热器9，第二膨胀机构8设置在所述 第二制冷剂-空气-换热器9上游。第一制冷剂-空气-换热器6和第二制冷 剂-空气-换热器9彼此串联或串行地设置。第二制冷剂-空气-换热器9和 所属的第二膨胀机构8构成在第一流动路径12之内。第二制冷剂-空气- 换热器9有利地具有传统的、空气加载的且作为冷凝器/气体冷却器运行 的制冷剂-空气-换热器的结构空间。
在第二制冷剂-空气-换热器9和压缩机3之间设置有收集器11。在制 冷剂的流动方向上设置在压缩机3上游进而设置在低压侧的收集器11用 于分离和收集制冷剂液体，所述收集器也称作为累积器。压缩机3从收集 器11中抽吸气态的制冷剂。制冷剂回路1a是闭合的。
根据一个未示出的替选设计方案，收集器作为制冷剂储存器集成在制 冷剂-冷却剂-换热器4之内，进而设置在制冷剂的高压水平上。在此，能 够取消设置在低压水平上的收集器11。制冷剂-冷却剂-换热器4还能够构 成有用于干燥制冷剂的设备。
制冷剂回路2a除了第一流动路径12之外还具有第二流动路径13，所 述第一和第二流动路径分别从分支点14延伸至汇合点15。与第一流动路 径12并联地、尤其与第二制冷剂-空气-换热器9并联地构成的第二流动路 径13具有阀16，尤其截止阀16，并且用作为用于围绕第二制冷剂-空气- 换热器9传导冷却剂质量流的旁路。
在第一流动路径12之内，在制冷剂-空气-换热器9和汇合点15之间 设置有止回元件10，尤其止回阀。止回元件10防止通过第二流动路径13 进而环绕制冷剂-空气-换热器9传导的制冷剂质量流回到制冷剂-空气-换 热器9中。
冷却剂回路30a在冷却剂的流动方向上具有用于冷却剂的循环滚动的 输送设备31，尤其泵，以及作为用于加热乘客空间的供应空气的第一制 冷剂-空气-换热器的加热换热器33。此外，加热换热器33与制冷剂-冷却 剂-换热器4连接。冷却剂回路30a是闭合的。
因此，在冷却剂侧作为冷凝器/气体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热 器4是冷却剂冷却的。
在构成在加热换热器33和制冷剂-冷却剂-换热器4之间的连接管道中 还设有三通阀34a作为分支点以及设有汇合点35，在所述分支点和所述汇 合点之间分别构成具有用于将热量传递给空气的第二冷却剂-空气-换热器 37的第一流动路径36a以及作为围绕冷却剂-空气-换热器37的旁路的第 二流动路径38。
因此，作为第一冷却剂-空气-换热器33的加热换热器和第二冷却剂- 空气-换热器37彼此串联地可由冷却剂穿流地设置。
冷却器回路30a的第二冷却剂-空气-换热器37和制冷剂回路2a的作 为蒸发器运行的第二制冷剂-空气-换热器9设置在设备模块52之内以及设 置在机动车的现有的结构空间中以及在空气的流动方向53上以依次加载 的方式设置。在此，设置在机动车的前部区域中的设备模块52能够用从 乘客空间中导出的空气、用环境空气或用由从乘客空间中导出的空气和环 境空气构成的混合物穿流。因此，空调系统1a能够使用从乘客空间中导 出的空气的潜热并且同样使用来自环境作为热源的热量。
在此，空气首先经由冷却剂-空气-换热器37并且随后经由制冷剂-空 气-换热器9传导，使得换热器9、37的布置与传统的已知的布置不同， 这进一步降低制冷剂-空气-换热器9的热传递面结冰的风险。
此外，能够使用风扇以流入冷却剂-空气-换热器37以及流入第二制冷 剂-空气-换热器9。
制冷剂回路2a的制冷剂-空气-换热器6和冷却剂回路30a的加热换热 器33设置在空调器50之内以及在乘客空间的供应空气的流动方向51上 依次可加载地设置。借此，根据需要，在流过加热换热器33时加热在流 过蒸发器6时被冷却的和/或干燥的、用于乘客空间的供应空气。借助于 未示出的温度活门能够调节借助之前在流过制冷剂-空气-换热器6时被调 节的空气对加热换热器33入流。
制冷剂-冷却剂-换热器4用于将制冷剂回路2a与冷却剂回路30a热连 接。在此，将热量从制冷剂传递给冷却剂。
空调系统1a能够尤其在借助循环空气，即借助从乘客空间中导出的 空气作为热源运行时，也在外部空气的温度具有低于0℃的值的情况下运 行，而没有作为蒸发器运行的制冷剂-空气-换热器9的热传递面结冰的风 险。
为了确保该运行，设置在空调器50中的制冷剂-空气-换热器6用在中 压水平上的制冷剂加载并且作为蒸发器运行。将在对进入蒸发器中的空气 进行干燥时要从空气中导出的潜热在此与在压缩机3中压缩时输送给制 冷剂的功率一起使用，以便将乘客空间的供应空气加热到期望的排出温度 上。在此，由制冷剂吸收的热量在被冷却剂冷却的制冷剂-冷却剂-换热器 4中传递给冷却剂，所述冷却剂将所吸收的热量在穿流加热换热器33时 输出给供应空气。
在以制冷设备模式或在用于干燥供应空气的再加热模式运行时，将多 余的、由制冷剂吸收的且传递给冷却剂的热量通过冷却剂回路30a的第一 流动路径36a传导并且在也称作为低温冷却器的第二冷却剂-空气-换热器 37中在机动车的前部区域中输出给空气。冷却剂与运行模式无关地循环 滚动并且在穿流制冷剂-冷却剂-换热器4时被加热。
在以热泵模式或再加热模式中运行空调系统1a时，在加热换热器33 中可传递给乘客空间的供应空气的热量能够由在作为蒸发器运行的第一 制冷剂-空气-换热器6中或在作为蒸发器运行的第二制冷剂-空气-换热器9 中和在压缩机3中传递给制冷剂的能量组成，以便实现乘客空间的供应空 气的足够的温度，所述能量作为制冷剂-冷却剂-换热器4中的总和传递给 冷却剂。
仅为了吸收热量进而为了作为蒸发器运行而配置的制冷剂-空气-换热 器9在此加载有在低压水平上的制冷剂。
根据需要，即如果在制冷剂回路2a中提供用于加热乘客空间的供应 空气的热量在以再加热模式运行时是足够的并且在第二制冷剂-空气-换热 器9中不需要附加的热吸收，那么第二制冷剂-空气-换热器9能够与制冷 剂回路2a隔离并且在旁路中通过第二流动路径13绕开。阀16打开，而 构成为膨胀阀的膨胀机构8关闭。
在空调系统1a以热泵模式运行时，设置在第二制冷剂-空气-换热器9 上游的膨胀机构8能够调节为，使得制冷剂减压到低压水平上，其中制冷 剂的进入温度仅稍微低于空气温度，尤其稍微低于环境空气温度。在属于 低压水平的温度下，制冷剂蒸发。
作为冷凝器/气体冷却器运行的第一制冷剂-空气-换热器6在此加载有 在中压水平上的制冷剂，并且在需要时能够将用于乘客空间的流入空调器 50中的供应空气预加热。在流过加载冷却剂的加热换热器33时，进一步 加热供应空气。
供应空气的两级的加热通过在第二制冷剂-空气-换热器9中减压进而 蒸发之前提高制冷剂的可能的焓差的方式提高冷却系统1a的运行效率。
图3示出具有制冷剂回路2b和冷却剂回路30a的空调系统1b。制冷 剂回路2b与图2中的空调系统1a的制冷剂回路2a不同构成有内部换热 器7。
内部换热器7在高压侧构成在第一制冷剂-空气-换热器6的第一膨胀 机构5和制冷剂-冷却剂-换热器4之间，以及在低压侧构成在汇合点15 和收集器11或压缩机3之间。
在此，内部换热器7用于在高压下的制冷剂和低压下的制冷剂之间的 热传递，其中一方面进一步冷却从作为冷凝器/气体冷却器运行的换热器4 中流出的液态的制冷剂，并且另一方面从作为蒸发器运行的换热器6、9 中流出的制冷剂作为抽吸气体在压缩机3上游被过度加热。
除了保护压缩机3使其免受液体冲击之外，借助具有内部换热器7的 制冷剂回路2b的运行降低单位压缩机功率，以及同时提高单位制冷功率， 进而提高空调系统1b的运行效率。
从图4中得出具有制冷剂回路2c和冷却剂回路30a的空调系统1c。 冷却剂回路30a对应于根据图2和3的空调系统1a、1b的冷却剂回路30a 构成。空调系统1c与空调系统1a、1b的区别仅在于制冷剂回路2a、2b 的构成。
制冷剂回路2b在制冷剂的流动方向上具有压缩机3、可作为冷凝器/ 气体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器4，第一膨胀机构5以及用于对 乘客空间的供应空气进行调节的第一制冷剂-空气-换热器6。将第三膨胀 机构20、尤其膨胀阀设置在制冷剂-空气-换热器6下游。由第一膨胀机构 5、第一制冷剂-空气-换热器6和第三膨胀机构20构成的组合设置在第二 流动路径17之内，所述第二流动路径从分支点18延伸至汇合点19。
制冷剂回路2c还构成有用于将热量从空气传递给制冷剂的作为蒸发 器运行的第二制冷剂-空气-换热器9，第二膨胀机构8设置在所述第二制 冷剂-空气-换热器9上游。第一制冷剂-空气-换热器6和第二制冷剂-空气- 换热器9彼此并联地设置。第二制冷剂-空气-换热器9和所属的第二膨胀 机构8构成在第一流动路径12之内，所述第一流动路径如同第二流动路 径17从分支点18延伸至汇合点19。因此，在制冷剂-空气-换热器9和汇 合点19之间具有止回元件10、尤其止回阀的第一流动路径12和第二流 动路径17并联地伸展。第二制冷剂-空气-换热器9有利地具有传统的、空 气加载的且作为冷凝器/气体冷却器运行的制冷剂-空气-换热器的结构空 间。
在汇合点19和压缩机3之间还设置有收集器11。根据一个替选的未 示出的实施方式，收集器作为制冷剂储存器集成在制冷剂-冷却剂-换热器 4之内进而设置在制冷剂的高压水平上，其中能够取消设置在低压水平上 的收集器11。此外，制冷剂-冷却剂-换热器4还能够构成有用于干燥制冷 剂的设备。
在空调系统1c以再加热模式运行时，根据需要，即当在制冷剂回路 2c中提供用于加热乘客空间的供应空气的热量足够并且在第二制冷剂-空 气-换热器9中不需要附加的热吸收时，第二制冷剂-空气-换热器9能够与 制冷剂回路2c隔离。构成为膨胀阀的第二膨胀机构8如在空调系统1c以 制冷设备模式运行时那样被关闭。
在空调系统1c以热泵模式运行时，第一膨胀机构5在第二膨胀机构8 打开的情况下能够关闭。在此，第一制冷剂-空气-换热器6不加载有制冷 剂。整个制冷剂质量流为了吸收热量而通过第二制冷剂-空气-换热器9传 导。
在图5中示出具有制冷剂回路2d和冷却剂回路30a的空调系统1d。 制冷剂回路2d与图4中的空调系统1c的制冷剂回路2c不同地构成有内 部换热器7。
内部换热器7在高压侧构成在制冷剂-冷却剂-换热器4和分支点18 之间，以及在低压侧构成在汇合点19和收集器11或压缩机3之间。
关于具有内部换热器7的制冷剂回路2d的构成和运行方式参考图3 中的制冷剂回路2b的实施方案。
图6示出具有图3中的空调系统1b的制冷剂回路2b以及具有冷却剂 回路30e的空调系统1e。冷却剂回路30e具有用于结合用于热量回收的冷 却剂的另一热源的附加的换热器39。在此，空调系统也能够具有根据图2 的制冷剂回路2a、根据图4的制冷剂回路2c或根据图5的制冷剂回路2d。
在此，换热器39设置在输送设备31和加热换热器33之间，使得在 换热器39中传输给冷却剂的热量例如提供用于将热量传输给乘客空间的 供应空气。
空调系统1e有利地能够用于具有混合驱动器的机动车的系统中，尤 其具有电池的机动车的系统中，所述电池不仅能够经由内燃机充电而且能 够在电网处充电，即所谓的插入式混合动力车辆，或用于具有传统内燃机 的机动车。换热器39在此能够用于冷却内燃机或电池或电部件。
从图7中得出具有制冷剂回路2f和冷却剂回路30a的空调系统1f。 制冷剂回路2f与图5中的空调系统1d的制冷剂回路2d不同地构成有用 于结合用于热量回收的冷却剂的另一热源的附加的、尤其作为蒸发器运行 的换热器23。在此，空调系统也能够构成有根据图4的制冷器回路2c。
因此，制冷剂回路2f在制冷剂的流动方向上具有压缩机3、可作为冷 凝器/气体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器4、第一膨胀机构5以及用 于对乘客空间的供应空气进行调节的第一制冷剂-空气-换热器6。第三膨 胀机构20设置在制冷剂-空气-换热器6下游。由第一膨胀机构5、第一制 冷剂-空气-换热器6和第三膨胀机构20构成的组合设置在第二流动路径 17之内，所述第二流动路径从分支点18延伸至汇合点19。
制冷剂回路2f还构成有用于将热量从空气传递给制冷剂的作为蒸发 器运行的第二制冷剂-空气-换热器9，第二膨胀机构8设置在所述第二制 冷剂-空气-换热器9上游。第二制冷剂-空气-换热器9和所属的第二膨胀 机构8以及止回元件10构成在第一流动路径12之内，所述第一流动路径 如同第二流动路径17从分支点18延伸至汇合点19。
制冷剂回路2f与图5中的空调系统1d的制冷剂回路2d不同地还具 有用于将热量、尤其冷却剂的热量传递给制冷剂的另一作为蒸发器运行的 换热器23。第四膨胀机构22、尤其膨胀阀设置在优选构成为制冷剂-冷却 剂-换热器的换热器23的上游。例如用作为用于电池冷却的所谓的冷冻机 的附加的换热器23和所属的第四膨胀机构22构成在第三流动路径21之 内，所述第三流动路径基本上也从分支点18延伸至汇合点19。
第一流动路径12、第二流动路径17和第三流动路径21进而第一制 冷剂-空气-换热器6、第二制冷剂-空气-换热器9和附加的换热器23分别 彼此并联地设置。
在图8中示出图5中的空调系统1d的制冷剂回路2d和冷却剂回路30g的空调系统1g。冷却剂回路30g和图2至5和7中的空调系统1a、1b、 1c、1d、1f的冷却剂回路30a的区别在于冷却剂-空气-换热器33、37的布 置或构成为三通阀的分支点34g的布置。在此，空调系统也能够具有根据 图6的空调系统1e的冷却剂回路30e。
三通阀34g在此设置在构成在输送设备31和加热换热器33之间的连 接管道中，而汇合点35构成在加热换热器33和制冷剂-冷却剂-换热器4 之间。第二冷却剂-空气-换热器37构成在第一流动路径36g之内，并且加 热换热器33构成在第二流动路径40之内，所述第一和第二流动路径分别 从分支点34g延伸至汇合点35。
因此，作为第一冷却剂-空气-换热器的加热换热器33和第二冷却剂- 空气-换热器37彼此并联地以可由冷却剂穿流的方式设置。
有利的是：制冷剂回路2a、2b、2c、2d、2f的和冷却剂回路30a、30e、 30g的部件是可支配的，其中设置在设备模块52之内的第二制冷剂-空气- 换热器9构成为仅作为蒸发器运行的换热器。
此外，因为仅将制冷剂-空气-换热器9和尤其阀设置在结构空间之内， 所以可在没有显著的耗费的情况下在现有的建造结构中使用空调系统1a、 1b、1c、1d、1e、1f、1g。
因为借助也称作为内部蒸发器的第一制冷剂-空气-换热器6总是能够 将热量传输给制冷剂，所以可证实相对于传统的空调系统的效率优点。通 过使用被冷却剂冷却的换热器4，将冷却剂在任意运行情况下加热。尤其 在以热泵模式或以再加热模式运行时，例如能够经由用于冷却电池的换热 器23、用于冷却内燃机的换热器39或电阻加热装置提供附加的热量。在 此，电阻加热装置能够比现有技术中已知明显更小地设计，消耗更少的能量，进而能更便宜地制造和运行。
空调系统1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g在欧洲以80％的概率出现的 温和的气候条件下运行，比传统空调系统显著更有效。
制冷剂回路和运行模式能够用于任意在低压侧经过从液态到气态的 相变的制冷剂。在高压侧，介质通过气体冷却/冷凝和过度冷却将所吸收 的热量输出给热沉。作为制冷剂可用：天然材料，如R744、R717等，可 燃材料，如R290、R600、R600a等，化学材料，如R134a、R152a、HFO-1234yf， 以及多种制冷剂混合物。
尤其作为蒸发器运行的第二制冷剂-空气-换热器9优选构成有用于从 液态制冷剂中分离气态制冷剂的未示出的集成设备以及用于液态制冷剂 的蒸发区域和用于气态制冷剂的流经区域。在制冷剂穿流经过制冷剂-空 气-换热器9的传递热量的部段之前，也称作为分离器、相分离器或相分 器的且在第二制冷剂-空气-换热器9之内集成地构成的、用于从液态制冷 剂中分离气态制冷剂的设备分别将制冷剂的液相与气相分开。在此，制冷剂-空气-换热器9的传递热量的部段划分成两个区域：也称作为蒸发区域 的活跃区域，和也称作为流经区域的非活跃区域。
活跃区域可加载有空气，其中热量能够从空气传递给制冷剂。非活跃 区域优选不加载有空气，使得在非活跃区域之内不传递热量。
在制冷剂侧，在用于从液态制冷剂中分离气态制冷剂的设备中分离的 液态制冷剂流动经过制冷剂-空气-换热器9的活跃区域，并且在热吸收下 被蒸发。分离的气态的制冷剂传导经过制冷剂-空气-换热器9的非活跃区 域，进而在不吸收热量的情况下流动穿过制冷剂-空气-换热器9。
制冷剂-空气-换热器9具有第一和第二收集管，所述第一和第二收集 管经由彼此并联设置的管元件彼此连接。在此，用于从液态制冷剂中分离 气态制冷剂的设备例如设置在收集管之内，或者设置在将收集管彼此连接 的收集管之间。在此，制冷剂的两个相机械地彼此分开，其中机械分开基 于作为驱动力的惯性力，这需要制冷剂的相之间的足够大的密度差。
附图标记列表
1a-1g，1’ 空调系统
2a-2d，2f，2’ 制冷剂回路
3 压缩机
4 换热器，制冷剂-冷却剂-换热器
5 第一膨胀机构
6 换热器，第一制冷剂-空气-换热器
7 内部的换热器
8 第二膨胀机构
9 换热器，第二制冷剂-空气-换热器
10 止回元件
11 收集器
12 第一流动路径
13 第二流动路径
14 分支点
15 汇合点
16 阀，截止阀
17 第二流动路径
18 分支点
19 汇合点
20 第三膨胀机构
21 第三流动路径
22 第四膨胀机构
23 换热器
30a，30e，30g，30’ 冷却剂回路
31 输送设备
32 附加加热换热器
33 第一冷却剂-空气-换热器，加热换热器
34a，34g 分支点，三通阀
35 汇合点
36a，36g 第一流动路径
37 第二冷却剂-空气-换热器
38 第二流动路径
39 换热器
40 第二流动路径
50 空调器
51 乘客空间的供应空气的流动方向
52 设备模块
53 空气流动方向

Claims (19)

1.一种机动车的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)，所述空调系统具有制冷剂回路(2a，2b，2c，2d，2f)和冷却剂回路(30a，30e，30g)，其中：
-所述制冷剂回路(2a，2b，2c，2d，2f)具有：压缩机(3)；能作为冷凝器/气体冷却器运行的制冷剂-冷却剂-换热器(4)；第一膨胀机构(5)以及用于对乘客空间的供应空气进行调节的第一制冷剂-空气-换热器(6)，其中所述制冷剂-冷却剂-换热器用于在所述冷却剂回路(30a，30e，30g)的冷却剂和制冷剂之间进行热传递，
-所述冷却剂回路(30a，30e，30g)具有输送设备(31)、用于对所述乘客空间的供应空气进行加热的第一冷却剂-空气-换热器(33)、第二冷却剂-空气-换热器(37)以及所述制冷剂-冷却剂-换热器(4)，
其特征在于，
所述制冷剂回路(2a，2b，2c，2d，2f)构成有仅能作为蒸发器运行的第二制冷剂-空气-换热器(9)，其中在所述制冷剂的流动方向上，第二膨胀机构(8)安置在所述制冷剂-空气-换热器(9)的上游，并且所述第二膨胀机构(8)以及所述第二制冷剂-空气-换热器(9)设置在第一流动路径(12)之内。
2.根据权利要求1所述的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)，
其特征在于，
所述冷却剂回路(30a，30e，30g)的所述第二冷却剂-空气-换热器(37)和所述制冷剂回路(2a，2b，2c，2d，2f)的所述第二制冷剂-空气-换热器(9)设置在设备模块(52)之内以及在空气的流动方向(53)上以能依次加载的方式设置。
3.根据权利要求2所述的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)，
其特征在于，
所述设备模块(52)构成为，能用从所述乘客空间中导出的空气或能用环境空气或能用由从所述乘客空间中导出的空气和环境空气构成的混合物穿流。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的空调系统(1a，1b，1e)，
其特征在于，
所述第一制冷剂-空气-换热器(6)和所述第二制冷剂-空气-换热器(9)在所述制冷剂回路(2a，2b)之内彼此串联地以能穿流的方式设置。
5.根据权利要求4所述的空调系统(1a，1b，1e)，
其特征在于，
所述制冷剂回路(2a，2b)具有第二流动路径(13)，所述第二流动路径具有阀(16)，其中所述第一流动路径(12)和所述第二流动路径(13)分别从分支点(14)延伸至汇合点(15)，并且所述第二流动路径(13)构成为并联于所述第一流动路径(12)的旁路。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的空调系统(1c，1d，1f，1g)，
其特征在于，
所述第一制冷剂-空气-换热器(6)和所述第二制冷剂-空气-换热器(9)在所述制冷剂回路(2c，2d，2f)之内彼此并联地以能穿流的方式设置。
7.根据权利要求6所述的空调系统(1c，1d，1f，1g)，
其特征在于，
-具有所述第二膨胀机构(8)和所述第二制冷剂-空气-换热器(9)的所述第一流动路径(12)以从分支点(18)延伸至汇合点(19)的方式构成，并且
-所述第一膨胀机构(5)、所述第一制冷剂-空气-换热器(6)和第三膨胀机构(20)构成在第二流动路径(17)之内，其中所述第三膨胀机构(20)设置在所述制冷剂-空气-换热器(6)下游，并且所述第二流动路径(17)以从所述分支点(18)延伸至所述汇合点(19)的方式构成。
8.根据权利要求7所述的空调系统(1f)，
其特征在于，
所述制冷剂回路(2f)具有能作为蒸发器运行的换热器(23)以及在所述换热器(23)上游设置的第四膨胀机构(22)，所述换热器和所述第四膨胀机构构成在第三流动路径(21)之内，其中所述第三流动路径(21)以从所述分支点(18)延伸至所述汇合点(19)的方式构成。
9.根据权利要求8所述的空调系统(1f)，
其特征在于，
所述换热器(23)构成为制冷剂-冷却剂-换热器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)，
其特征在于，
在所述制冷剂回路(2a，2b，2c，2d，2f)之内在制冷剂的流动方向上收集器(11)作为制冷剂储存器设置在所述压缩机(3)上游。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)，
其特征在于，
作为制冷剂储存器的收集器以集成在所述制冷剂回路(2a，2b，2c，2d，2f)的制冷剂-冷却剂-换热器(4)之内的方式构成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)，
其特征在于，
所述冷却剂回路(30a，30e)具有分支点(34a)和汇合点(35)，所述分支点和所述汇合点构成在所述第一冷却剂-空气-换热器(33)和所述制冷剂-冷却剂-换热器(4)之间，其中在所述分支点(34a)和所述汇合点(35)之间，具有第二冷却剂-空气-换热器(37)的第一流动路径(36a)和作为围绕所述第二冷却剂-空气-换热器(37)的旁路的第二流动路径(38)分别延伸地构成。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的空调系统(1g)，
其特征在于，
所述冷却剂回路(30g)具有分支点(34g)和汇合点(35)，其中所述分支点(34g)构成在所述输送设备(31)和所述第一冷却剂-空气-换热器(33)之间，以及所述汇合点(35)构成在所述第一冷却剂-空气-换热器(33)和所述制冷剂-冷却剂-换热器(4)之间，并且所述第二冷却剂-空气-换热器(37)构成在第一流动路径(36g)之内，并且所述第一冷却剂-空气-换热器(33)构成在第二流动路径(40)之内，其中所述第一流动路径(36g)和所述第二流动路径(40)分别以从所述分支点(34g)延伸至所述汇合点(35)的方式构成。
14.根据权利要求11或13所述的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)，
其特征在于，
所述分支点(34a，34g)构成为三通阀。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的空调系统(1b，1d，1e，1f，1g)，
其特征在于，
所述制冷剂回路(2b，2d，2f)具有内部的换热器(7)。
16.一种用于运行根据权利要求1至15中任一项所述的机动车的空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)的方法，所述空调系统用于在制冷设备模式下、在热泵模式下和在再加热模式下运行，用于乘客空间的要调节的供应空气，所述空调系统具有制冷剂回路(2a，2b，2c，2d，2f)和冷却剂回路(30a，30e，30g)，
其特征在于，
借助仅能作为蒸发器运行的第二制冷剂-空气-换热器(9)将热量从空气传递给所述制冷剂，其中将所述第二制冷剂-空气-换热器(9)之内的制冷剂的压力水平设定成，使得所述第二制冷剂-空气-换热器(9)之内的制冷剂的压力水平对应于所述第一制冷剂-空气-换热器(6)之内的制冷剂的压力水平或者小于所述第一制冷剂-空气-换热器(6)之内的制冷剂的压力水平。
17.根据权利要求16所述的用于运行空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)的方法，
其特征在于，
所述第一制冷剂-空气-换热器(6)和所述第二制冷剂-空气-换热器(9)彼此串联地由制冷剂穿流或彼此并联地由制冷剂穿流。
18.根据权利要求16或17所述的用于运行空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)的方法，
其特征在于，
所述第一冷却剂-空气-换热器(33)和所述第二冷却剂-空气-换热器(37)彼此串联地由冷却剂穿流或彼此并联地由冷却剂穿流。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的用于运行空调系统(1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g)的方法，
其特征在于，
在空气的流动方向(53)上，用空气加载所述第二冷却剂-空气-换热器(37)并且随后用空气加载所述第二制冷剂-空气-换热器(9)。
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