CN111731065A - 变频器冷却装置 - Google Patents

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迈克尔·索纳卡尔布
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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的加热和空调设施，其构成为在热泵运行中用于加热而在空调运行中用于冷却，其具有制冷剂回路，所述制冷剂回路包括至少一个可电运行的压缩机、外部空气热交换器、膨胀机构和内部空气热交换器，压缩机的转速可经由变频器/换流器调节，其中变频器/换流器设置为，使得其在空调运行中在至少一个制冷剂管路走向中借助于在制冷剂回路中从内部空气热交换器下游至压缩机的作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接部可冷却超过70％的散热，而在热泵运行中在至少一个制冷剂管路走向中借助于空气可冷却所述变频器/换流器的超过70％的散热。此外，本发明涉及一种用于其的冷却板和一种用于调节对变频器/换流器的冷却的方法。

Description

变频器冷却装置
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的加热和空调设施，其构成为以可在热泵运行中用于加热而在空调运行中可切换为用于冷却的方式运行，其具有制冷剂回路，所述制冷剂回路包括：至少一个可电运行的压缩机，所述压缩机的转速可经由变频器/换流器来调节；外部空气热交换器；膨胀机构和内部空气热交换器。这类加热和空调设施尤其用于公共汽车和轨道车辆。此外，本发明涉及一种用于冷却变频器/换流器的冷却板以及一种在运行这种加热和空调设施时用于调节变频器/换流器的冷却的方法。变频器/换流器频率可变地调节电运行的压缩机的转速从而调节压缩机的功率。由此，功率消耗能够以匹配冷却需求并且在热泵时匹配加热需求的方式保持得尽可能低。然而，变频器/换流器，如尤其其功率电子设备，在此可能会变得过热，使得必须对其进行冷却。
背景技术
迄今为止，变频器/换流器常常被水或空气冷却。通过空气冷却，气流经由变频器/换流器的散热片引导，所述气流导出热能。另一变型形式是通过空气对流导出热量。例如，在水冷中，水-乙二醇混合物通过变频器/换流器的冷却板引导。在DE 10 2004 055 815 A1中公开了这种用于使冷却液体穿流的冷却板作为安装板。其中描述了变频器通过借助于槽、槽螺母、槽插入件、角板、保持条和条状桥的固定在冷却板上的再次可松开的，即可逆的安装，由此能够将不同结构大小的变频器安装在冷却板上。
已知如下空调设施，其中借助于空调设施的制冷剂回路的制冷剂来冷却用于调节可电运行的压缩机的转速的变频器/换流器。例如，在DE 696 14 856 T2中公开了一种作为如下压缩机的制冷剂压缩机，所述压缩机具有作为压缩机的变频器/换流器的电子电路，其中电子电路具有与冷却板的散热连接，在所述冷却板中形成有用于作为抽吸气体流动的制冷剂的通道。在此，在空调设施的制冷剂回路运行期间，变频器/换流器借助于冷的、作为抽吸气体流动的制冷剂来冷却。虽然在DE 696 14 856 T2中的电子电路也能够调节蒸发器上游的在该处称为喷射阀的膨胀机构，从而调节压缩机处通过冷却系统抽吸的制冷剂的过热，但是尽管如此变频器的冷却始终不利地保持与作为抽吸气体流过冷却板的制冷剂的温度和流动密度相关从而与空调设施的功率相关。恰好在加热和空调设施的热泵运行中，也就是说，当外部温度已经低时，通过变频器/换流器的这种抽吸气体冷却会使其温度过低。变频器/换流器的功率电子设备的温度不允许过低，因为在温度过低时变频器/换流器的功率电子设备例如无法充分工作，并且由于过低的蒸发温度，会因变频器/换流器中的冷凝水而在所述变频器/换流器处产生受损的危险。在JP2006064357A中公开的用于车辆的加热和空调设施构成用于以在热泵运行中用于加热而在空调运行中可切换用于冷却的方式运行。其制冷剂回路包括：至少一个可电运行的压缩机，其转速可经由变频器/换流器调节；外部空气热交换器；膨胀机构和内部空气热交换器。在此，在运行时，变频器/换流器同样借助于冷的、作为抽吸气体流动的制冷剂进行冷却。但是即使在该处，变频器的冷却也始终不利地与作为抽吸气体流过冷却板的制冷剂的温度和流量密度相关从而与加热和空调系统的功率相关。在WO 2018/166935 A1中，用于冷却变流器的设备以在热泵模式下用于加热而在空调模式中可切换用于冷却的方式运行，其具有制冷剂回路，所述制冷剂回路包括：可电运行的压缩机；外部空气热交换器；膨胀阀和内部空气热交换器，所述设备构成为，使得在空调运行中，外部空气热交换器可作为冷凝器运行，而内部空气热交换器可作为蒸发器运行，并且在热泵运行中，外部空气热交换器可作为蒸发器运行，而内部空气热交换器可作为冷凝器运行，并且压缩机的转速可经由变流器调节。此外，在此公开了一种借助于这种设备冷却变流器的方法。为此，在该处的方法中控制膨胀阀。
发明内容
也就是说，本发明基于如下目的：提供一种用于车辆的加热和空调设施，其在冷却变频器/换流器方面被改进，所述加热和空调设施构成为以可在热泵运行中用于加热而在空调运行中可切换用于冷却的方式构成，所述加热和空调设施具有制冷剂回路，所述制冷剂回路包括：至少一个可电运行的压缩机，所述压缩机的转速可经由变频器/换流器调节；室外空气热交换器；膨胀机构和室内空气热交换器。相应的目的是提供冷却板来冷却这种加热和空调设施的变频器/换流器。
相应的另一目的是提供一种用于调节在运行这种加热和空调设施时变频器/换流器的冷却的方法。
本发明所基于的目的通过本发明的特征来实现。该目的通过如下方式实现：用于车辆的、构成为能以在热泵模式中用于加热而在空调模式中可切换用于冷却的方式运行的加热和空调设施，其具有制冷剂回路，所述制冷剂回路包括：可电运行的压缩机；外部空气热交换器；膨胀机构和内部空气热交换器，所述加热和空调设施构成为，在空调运行中，外部空气热交换器可作为冷凝器/气体冷却器运行，而内部空气热交换器可作为蒸发器运行，并且在热泵运行中，外部空气热交换器可作为蒸发器运行，而内部空气热交换器可作为冷凝器/气体冷却器运行，并且压缩机可经由变频器/换流器来调节其转速，其中变频器/换流器设置为，使得在空调运行中在至少一个制冷剂管路走向中，所述变频器/换流器能借助于在制冷剂回路中从内部空气热交换器下游至压缩机的作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接来冷却所述变频器/换流器的超过70％的散热，而在热泵运行中在至少一个制冷剂管路走向中，所述变频器/换流器能借助于空气冷却所述变频器/换流器的超过70％的散热。关于变频器/换流器通过作为抽吸气体流动的制冷剂经过热交换连接所引起的可冷却性，应注意的是，变频器/换流器的这类冷却在此通常不是唯一的，而是通常同时与其一起还进行对其补充的借助于空气的冷却。变频器/换流器能够是如下设备，借助于所述设备将直流电以频率可变的方式转换为交流电，或者也能够是如下设备，借助于所述设备将交流电以频率可变的方式转换成另一频率的交流电。此外，可以考虑如下变频器/换流器，借助于所述变频器/换流器，仅直流电能够被转换成特定频率的交流电并且接着该交流电能够被进一步以频率可变的方式转换成另一频率的交流电。
根据本发明的加热和空调设施尤其具有如下优点：在热泵运行中，对变频器/换流器的冷却由于借助于空气冷却所述变频器/换流器的超过70％的散热的可能性所以是不那么强的。由此，在热泵运行中变频器/换流器的温度不会过强地下降。由此，不再存在如下危险：所述变频器/换流器，如主要其功率电子设备，由于过低的温度而不充分地工作，并且由于过低的蒸发温度而在其中形成冷凝水从而可能会造成损坏。与之相反，在空调运行中，由于借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却变频器/换流器的超过70％的散热，对变频器/换流器的冷却是足够强的。在空调运行时通常高的外部空气温度中，主要借助于空气对变频器/换流器的冷却倒不如说是过低的。
在下文中说明本发明的相应的主题的有利的设计方案、改进形式和改善。
根据加热和空调设施的一个有利的实施方案，在至少一个制冷剂管路走向中，在热泵运行时，变频器/换流器可借助于空气冷却所述变频器/换流器的散热的100％。在该制冷剂管路走向中，其抽吸气体管路部段不位于与变频器/换流器的热交换连接中。由此，能够完全在不进行抽吸气体冷却的情况下实现在热泵运行中对变频器/换流器的冷却，使得过低地进行冷却的危险是尤其小的。
优选地，加热和空调设施在空调运行中具有可借助于阀切换的、从内部空气热交换器下游至压缩机的另一条制冷剂管路走向，所述制冷剂管路走向不具有作为抽吸气体流动的制冷剂与变频器/换流器的热交换连接。也就是说，该另外的制冷剂管路走向包含如下旁路，所述旁路通向制冷剂管路走向的与变频器/换流器的热交换连接部热交换连接的部段。由此有利地产生如下可行性：将制冷剂回路切换为，使得即使在空调运行中，变频器/换流器也至少借助于空气冷却所述变频器/换流器的散热的70％以上直至100％。这改善了对变频器/换流器进行温度调节的可行性。
根据一个有利的改进方案，加热和空调设施还具有一个可借助于阀切换的制冷剂管路走向，其中在热泵运行中，变频器/换流器可通过在制冷剂回路中从外部空气热交换器下游至压缩机的作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接冷却所述变频器/换流器的超过70％的散热。由此有利地产生如下可行性：将制冷剂回路切换为，使得即使在热泵运行中，变频器/换流器也主要借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却。这改善了变频器/换流器的温度调节可行性，因为所述变频器/换流器在热泵运行中由此能够被更强地冷却。
根据一个有利的设计方案，加热和空调设施具有调节装置，所述调节装置构成用于借助于在运行时作为抽吸气体流动的制冷剂或借助于空气冷却变频器/换流器的超过70％的散热之间切换制冷剂回路。这种调节装置，例如配备有微处理器的控制单元，改善了对变频器/换流器的温度调节，所述控制单元在制冷剂回路中调节相应对于当前冷却变频器/换流器而言有利的制冷剂管路走向的切换。
优选地，调节装置构成为，使得对于借助于在运行时作为抽吸气体流动的制冷剂冷却变频器/换流器而言借助调节装置可调节用于此的制冷剂流的份额。在此，制冷剂流的其余部分通过旁路引导经过，而不冷却变频器/换流器。由此，能够尤其灵活地控制对变频器/换流器的冷却从而尤其好地匹配对其的冷却需求。制冷剂流的用作为用于冷却变频器/换流器的抽吸气体的份额越大，对变频器/换流器的冷却就越强。
根据加热和空调设施的一个有利的改进方案，调节装置构成为，使得通过所述调节装置也可调节变频器/换流器。因此，通过调节装置，例如控制单元，不仅调节电压缩机的转速和接通时间而且调节对变频器/换流器的冷却。这相对于两个分开的调节装置节省了空间以及成本并且实现：经由压缩机的转速或接通时间控制对变频器/换流器的冷却从而控制在蒸发后作为抽吸气体流动的制冷剂的温度和流动强度。
根据加热和空调设施的一个有利的实施方案，所述调节装置构成为，使得通过所述调节装置与温度相关地，优选与变频器/换流器的温度相关地通过切换制冷剂回路，可设定借助于在运行时作为抽吸气体流动的制冷剂针对所述变频器/换流器的超过70％的散热或者借助于空气针对所述变频器/换流器的超过70％的散热冷却所述变频器/换流器。由此有利地直接与所述变频器/换流器的温度相关地调节冷却变频器/换流器的强度。在此，将变频器/换流器的温度分别视为在如下部位处的温度，在所述部位处量取所述温度，例如在所述变频器/换流器的功率电子设备处或者在所述变频器/换流器的下部的底板上。作为变型形式也可以考虑如下调节装置，所述调节装置与作为抽吸气体流动的制冷剂的温度相关地调节对变频器/换流器的冷却。由此，有利地直接与提供用于冷却变频器/换流器的制冷剂的相应的温度相关地进行调节。
优选地，加热和空调设施包括至少一个恒温阀或者至少一个电磁阀，用于对可切换的、从内部空气热交换器下游至压缩机的另一制冷剂管路走向和/或对可切换的、从外部空气热交换器下游至压缩机的制冷剂管路走向进行切换。借助于这种阀，可特别简单、可靠和低成本地接通和切断用于制冷剂回路中的制冷剂流的制冷剂管路走向，或者也在可调节流量的阀中，也通过制冷剂管路走向来调节制冷剂流的份额。恒温阀例如具有如下优点：也直接与阀的温度相关地将对制冷剂回路中的制冷剂管路走向的切换的调节包括在内。电磁阀可有利地通过构成为控制单元的调节装置很好地控制。尤其有利地，至少一个用于对可切换的制冷剂管路走向进行切换的阀构成为可调节的三通阀以对制冷剂的流动路径在制冷剂管路走向中的两个制冷剂管路走向之间进行设定。由此，能够在旁路或变频器/换流器的抽吸气体冷却的制冷剂管路走向之间简单地切换制冷剂流。
根据加热和空调设施的一个有利的设计方案，在制冷剂回路中，在内部空气热交换器下游的制冷剂管路走向中设置有冷却板，所述冷却板具有与穿过其或者在其上伸展的制冷剂管路，其中变频器/换流器与冷却板导热连接为，使得经由该热交换连接，变频器/换流器在运行时可由作为抽吸气体流动的制冷剂冷却，并且冷却板与变频器/换流器的导热连接通过可逆地从冷却板处拆除变频器/换流器的方式可松开地构成。由此，可有效地冷却变频器/换流器，并且，如果例如在变频器/换流器有缺陷时需要拆除变频器/换流器，那么冷却板能够有利地保留在制冷剂回路中。冷却板因此能够直接焊接在制冷剂回路中从而仅需进行一次规定的压力检测。
根据一个有利的改进方案，至少一个用于切换的阀中的至少一个阀对于可切换的、从内部空气热交换器下游至压缩机的另一制冷剂管路走向而言和/或对于可切换的、从外部空气热交换器下游至压缩机的制冷剂管路走向而言集成到冷却板中或直接固定在其上。这是有利的紧凑的构造。所述至少一个阀例如构成为恒温阀或电磁阀和/或三通阀。
优选地，冷却板以如下流动横截面匹配于或者可匹配于加热和空调设施的相应的压缩机的理论最大的输送体积流，所述流动横截面是穿过所述冷却板或者在所述冷却板上伸展的、用于作为抽吸气体流动的制冷剂的制冷剂管路的流动横截面。因此，对于输送体积流而言选择穿过冷却板或在冷却板上的制冷剂管路的合适的流动横截面，由此不损害加热和空调设施的运行并且变频器/换流器的抽吸气体冷却能够尤其好地工作。所述匹配例如能够通过从大量具有制冷剂管路的不同的流动横截面的冷却板中选择设置在制冷剂回路中冷却板来实现。也可以考虑如下冷却板，其流动横截面可根据所使用的压缩机例如通过推入该制冷剂管路中的相应的管道来调整，并且所述冷却板于是设置到制冷剂回路中，所述流动横截面是穿过冷却板或者在所述冷却板上伸展的制冷剂回路的流动横截面。
尤其有利的是用于作为抽吸气体流动的制冷剂的、穿过冷却板或在冷却板上伸展的制冷剂管路的流动横截面，所述流动横截面以mm2为单位，处于压缩机的以m3/h为单位的理论最大输送体积流的10倍和60倍之间，优选为15倍。在这种尺寸范围中的流动横截面特别适合于冷却安装在冷却板上的变频器/换流器以及适合于加热和空调系统的运行。
最后，用于根据本发明的加热和空调设施的特征基本上能够自由地彼此组合并且以不通过呈现权利要求的顺序固定地组合，只要其是彼此不相关地并且不互斥的。
借助于设置并且构成用于安装到根据本发明的加热和空调设施的在内部空气热交换器下游的制冷剂回路中的冷却板与穿过所述冷却板或者在其上伸展的制冷剂管路，对应于根据本发明的加热和空调设施所基于的目的的在冷却板的冷却变频器/换流器方面的目的得到实现，其中变频器/换流器在与冷却板的导热连接中可再次可松开地安装到所述冷却板上，使得经由这种热交换连接，变频器/换流器在运行时可通过作为抽吸气体流动穿过冷却板的制冷剂管路的制冷剂来冷却。关于优点以及有利的设计方案和改进形式和其优越性，参照相应上述关于根据本发明的加热和空调设施的说明。
关于方法的相应目的是通过一种用于在根据本发明的变频器/换流器运行时调节变频器/换流器的冷却的方法来实现，其中与变频器/换流器的温度相关地切换制冷剂回路，以将变频器/换流器借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却超过70％的散热，或者以将变频器/换流器借助于空气冷却超过70％的散热。
根据本发明的方法具有如下优点：例如在热泵运行中，在尤其由于在此总归已经低的外部空气温度而冷却需求小时，对变频器/换流器的冷却由于所切换的借助于空气对超过70％的散热的冷却是不那么强的。由此，变频器/换流器的温度不会降低太多，因为未从变频器/换流器中散发出太多的热量。因此，不再存在如下危险：所述变频器/换流器，如主要是其功率电子设备，由于在否则主要借助于作为抽吸气体流动的制冷剂进行冷却时温度过低而无法充分工作，并且由于过低的蒸发温度而在其中形成冷凝水从而可能损伤变频器/换流器。而在所切换的借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却超过70％的散热时，在倒不如说冷却需求较高时，如通常在空调运行时那样，对变频器/换流器的冷却是足够强的。
优选地，对于借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却变频器/换流器而言，制冷剂流的份额为此根据冷却需求来调节，其中由此也实现：将变频器/换流器的借助于作为抽吸气体流动的制冷剂的冷却在从散热的70％包括70％至少向下至30％包括30％的范围中进行切换。冷却变频器/换流器的冷却需求越高，用于此的制冷剂流的份额就越大。制冷剂流的其余部分流动穿过旁路或者另一制冷剂管路走向绕过变频器/换流器，使得不发生制冷剂与变频器/换流器的热交换，所述其余部分在极端情况下在冷却需求非常小时能够是全部制冷剂流。借助于这种方法，变频器/换流器尤其灵活并且以良好匹配于其冷却需求的方式被冷却，而冷却不过强。
附图说明
根据附图阐述本发明的实施例。附图示出：
图1示出根据本发明的加热和空调设施的一个实施例；
图2示出根据本发明的加热和空调设施的另一实施例；
图3示出根据本发明的加热和空调设施的另一实施例；以及
图4示出用于根据本发明的加热和空调设施的可安装在冷却板上的变频器/换流器的冷却板的一个实施例。
所有附图均理解为是示意性的。出于提高清楚性的目的附图未按比例示出。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的加热和空调设施的一个实施例。加热和空调设施1可用于车辆，例如具有电驱动器的公共汽车。所述加热和空调设施构成为在热泵运行中用于加热而在空调运行中可切换为用于冷却的方式运行。在制冷剂回路3中此外设置有可电运行的压缩机5、外部空气热交换器7、两个膨胀机构9、13以及内部空气热交换器11。此外，在制冷剂管路中在外部空气热交换器7的冷凝器/气体冷却器区域15下游尚在第一膨胀机构9上游设置有构成为电磁阀的阀17。此外，在内部空气热交换器11的冷凝器/气体冷却器区域19下游尚在第二膨胀机构13上游设置有另一构成为电磁阀的阀21。在阀17打开而阀21关闭时，加热和空调设施1在空调运行中运转，例如用于冷却车辆的乘客舱的空气。在空调运行中，外部空气热交换器7作为冷凝器/气体冷却器运行而内部空气热交换器11作为蒸发器运行。而在阀17关闭而阀21打开时加热和空调设施1在热泵运行中运转，例如用于加热车辆的乘客舱的空气。在热泵运行中，外部空气热交换器7作为蒸发器运行而内部空气热交换器11作为冷凝器/气体冷却器运行。
在加热和空调设施的空调运行中，制冷剂管路走向从压缩机5经由分支部23穿过外部空气热交换器7的冷凝器/气体冷却器区域15、可选的内部热交换器25和阀17引导至构成为可调节的膨胀阀的膨胀机构9。在该处降低压力的制冷剂继续穿过内部空气热交换器11的蒸发器区域27、穿过可选的内部热交换器25流动至冷却板29。制冷剂作为抽吸气体继续流动穿过在冷却板29中伸展的制冷剂管路31，以便最后到达电运行的压缩机5的抽吸入口。穿过冷却板29的制冷剂管路31具有之字形走向，但不限于之字形走向。在穿过冷却板29的制冷剂管路31中，例如还可以考虑直线的居中延伸的走向或者呈U形、Ω形、S形、多重S形或者V形的走向，仅列举可行的走向中的一些。伸展穿过冷却板29的制冷剂管路31在所述情况中是穿过由铝构成的冷却板29的通道。冷却板29也能够由另一良好导热的材料例如铜或者钢构成。此外可以考虑的是，制冷剂管路31作为管道伸展穿过冷却板29中的通道，其中构成为管道的制冷剂管路31与冷却板29处于热交换连接中。此外可以考虑的是，构成为管道的制冷剂管路31伸展穿过冷却板29，使得所述制冷剂管路接合在冷却板29中的匹配性地预制的槽中。此外可以考虑的是，制冷剂管路31仅与冷却板29热交换连接地焊接在所述冷却板的下侧上。
在冷却板29上安装有变频器/换流器33。其底板与冷却板29旋紧。也可以考虑变频器/换流器33与冷却板29的其他已知类型的可松开的导热连接，例如借助于夹子的连接，所述夹子通过足部固定在冷却板29的底切的槽中。通过与冷却板29的导热连接，变频器/换流器33也与在空调运行时作为抽吸气体流动穿过冷却板29的制冷剂管路31的制冷剂处于热交换连接中。由此，变频器/换流器33在该制冷剂管路走向中在空调运行中可通过在制冷剂回路3中从内部空气热交换器11下游至压缩机5作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接来冷却。经由这种方式的冷却，在空调运行中实现变频器/换流器33的70％以上的散热。尤其在变频器/换流器33的功率电子设备处，积压有大量热，为了在空调运行时避免变频器/换流器33过热，所述热绝大部分，即明显超过70％通过借助于作为抽吸气体流动的制冷剂的冷却导出。从变频器/换流器33处由围绕所述变频器/换流器的空气同时输出的热的份额相对于此由于尤其有效的抽吸气体冷却而低于30％并且甚至由于在空调运行中常常高的外部空气温度通常近似是可忽略的。借助于变频器/换流器33调节电运行的压缩机5的转速从而调节其功率。在图1中作为虚线示出用于调节压缩机5的连接部。存在变流器/换流器33的实施例，所述变流器/换流器的温度例如在其功率电子设备上的温度不应明显高于60℃，因为否则产生如下危险：它们将不再正常运行甚至产生故障。
在加热和空调设施1的热泵运行中，制冷剂管路走向与空调运行中不同。在热泵运行中，制冷剂管路走向从压缩机5经由分支部23穿过内部空气热交换器11的冷凝器/气体冷却器区域19、第二可选的内部热交换器35和阀21引导至构成为可调节的膨胀阀的第二膨胀机构13。在该处降低压力的制冷剂继续流动穿过外部空气热交换器7的蒸发器区域、穿过可选的第二内部热交换器35直接流动至电运行的压缩机5的抽吸入口。在热泵运行中，冷却板29未插入制冷剂管路走向中。因此，没有制冷剂流过冷却板29，使得变频器/换流器33不会通过抽吸气体冷却。因此，变频器/换流器33仅由围绕其或绕流其的空气冷却。因此，在加热和空调设施1的热泵运行中，所述变频器/换流器可借助于空气冷却其散热的100％，即超过70％。借助于空气例如通过对流引起的冷却借助于外部空气进行。通常，在用于加热的热泵运行中，外部空气比加热和空调设施1的空调运行要凉得多。由此，相对于空调运行，在热泵运行中仅借助于空气冷却变频器/换流器33就足够了。此外，在蒸发器下游作为抽吸气体流动的制冷剂在热泵运行中比在空调运行中达到更低的温度。由于这些原因，在热泵运行中在如在空调运行中那样对变频器/换流器33主要进行抽吸气体冷却时产生如下危险：可能存在变频器/换流器33的温度可能过强地下降，甚至低于0℃从而可能在该处形成冷凝水，这尤其可能损害其功率电子设备。
构成为控制单元的调节装置39控制变频器/换流器33从而控制压缩机功率。此外，构成为控制单元的调节装置39如下调节阀17和21：根据需求将加热和空调设施1切换到热泵运行或空调运行。通过构成为控制单元的调节装置39，也考虑所确定的变频器/换流器33的温度。如果该温度在空调运行中由于主要借助于抽吸气体的冷却而过强地下降，那么加热和空调设施1会通过构成为控制单元的调节装置39短暂切换到热泵运行，使得在短时间内仅借助于空气冷却变频器/换流器33。另一方面，在热泵运行中在变频器/换流器33的温度过大地升高时，短暂地切换到空调运行，使得在短时间内借助于作为抽吸气体流动的制冷剂更有效地以所述变频器/换流器的散热的70％以上将变频器/换流器33冷却。在变频器/换流器33充分冷却时，于是再次切换到热泵运行。
在图2中示出根据本发明的加热和空调设施1的另一实施例。其构造在很大程度上对应于在图1中示出的实施例。因此，相应地在制冷剂回路3中设置有可电运行的压缩机5、分支部23、外部空气热交换器7连同冷凝器/气体冷却器区域15以及蒸发器区域37、两个可选的内部热交换器25、35、两个用于在热泵运行和空调运行之间进行切换的阀17、21、两个膨胀机构9、13，内部空气热交换器11连同冷凝器/气体冷却器区域19以及蒸发器区域27，和冷却板29连同其制冷剂管路31。变频器/换流器33在导热连接中再次可松开地安装在冷却板29上。借助于变频器/换流器33调节可电运行的压缩机5的转速从而调节其功率进而调节加热和空调设施1的功率。在加热和空调设施1的空调运行中，外部空气热交换器7作为冷凝器/气体冷却器运行而内部空气热交换器11作为蒸发器运行，而在热泵运行中外部空气热交换器7作为蒸发器运行而内部空气热交换器11作为冷凝器/气体冷却器运行。
然而，用于热泵运行的制冷剂管路走向引导至位于冷却板29上游的制冷剂管路部段，使得在制冷剂回路3中，作为抽吸气体流动的制冷剂的至少一部分也在热泵运行中流过伸展穿过冷却板29的制冷剂管路31。平行于伸展穿过冷却板29的制冷剂管路31设置有用于作为抽吸气体流动的制冷剂的旁路41，所述旁路不与冷却板29导热连接，所述冷却板与变频器/换流器处于热交换连接中。在该旁路41中设置有恒温阀43，所述恒温阀根据变频器/换流器33的温度，通过其自身的调节关闭或打开用于作为抽吸气体流动的制冷剂的旁路41。为此，变频器/换流器33的温度在其功率电子设备处被量取。也可以考虑在其底板处量取温度。作为变型形式，例如代替恒温阀43，在旁路41中设置可调节的电磁阀，所述电磁阀由额外的调节装置39根据变频器/换流器33的温度调节。不仅在空调运行中而且在热泵运行中，在旁路41打开时，大部分制冷剂作为抽吸气体流过旁路41绕过冷却板29。在旁路41打开时，只有极少份额的作为抽吸气体流动的制冷剂流过冷却板29的制冷剂管路31。因此，在旁路41的恒温阀43打开时，借助于抽吸气体冷却变频器/换流器33仅占其散热的一小部分。变频器/换流器33的其余大部分的超过70％的散热借助于空气进行。在该实施例中，为此使用外部空气。因此，存在如下制冷剂管路走向，其中变频器/换流器33在热泵运行中可借助于空气冷却变频器/换流器33的超过70％的散热。此外，在空调运行中，除了穿过冷却板29的具有旁路41的制冷剂管路31之外，从内部空气热交换器11下游至压缩机，在作为抽吸气体流动的制冷剂与变频器/换流器33不存在热交换连接的情况下，还存在借助于恒温阀43可切换的另外的制冷剂管路走向。
在恒温阀43关闭时，不仅在空调运行中而且在热泵运行中，没有制冷剂流过旁路41，而是完全作为抽吸气体流过冷却板29的制冷剂管路31。在此，在导热连接中例如借助于螺丝再次可松开地安装在冷却板29上的变频器/换流器33借助于作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接冷却绝大部分。于是，这种抽吸气体冷却占变频器/换流器33散热的70％以上。其功率电子设备在运行期间尤其产生大量热。在此，通过外部空气仅进行所述功率电子设备的少量残余的散热。由此，在空调运行中也存在如下制冷剂管路走向，其中变频器/换流器33可通过在制冷剂回路3中从内部空气热交换器11下游至压缩机5作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接冷却所述变频器/换流器的散热的70％以上。此外，加热和空调设施1因此还具有可借助于恒温阀43，即通过其的关闭可切换的制冷剂管路走向，其中在热泵运行中，变频器/换流器33可通过在制冷剂回路3中从外部空气热交换器7下游至压缩机5作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接冷却变频器/换流器33散热的70％以上。构成为控制单元的调节装置39控制变频器/换流器33从而控制压缩机功率。此外，通过调节装置39如下调节阀17和21：根据需求将加热和空调设施1切换到热泵运行或空调运行。
在图3中示出的加热和空调设施1的另一实施例除了用可调节的三通阀45替代恒温阀43之外对应于在图2示出的实施例，使得与之相应地参考了对图2的描述连同附图标记。三通阀45设置在制冷剂管路的分支部中，所述分支部一方面通向旁路41而另一方面通向制冷剂回路3中的冷却板29。三通阀通过调节装置39调节。由此，可产生制冷剂在旁路41和伸展穿过冷却板29的制冷剂管路31之间的流动路径。在将可调节的三通阀45切换到关闭旁路41并且打开通向伸展穿过冷却板29的制冷剂管路31的制冷剂管路时，变频器/换流器33的抽吸气体冷却不仅在空调运行中而且在热泵运行中均被完全激活。在该实施例中，伸展穿过冷却板的制冷剂管路31的以mm2为单位的流动横截面为压缩机5的以m3/h为单位的理论最大输送体积流的15倍。所有作为抽吸气体流动的制冷剂在此流动穿过冷却板29，并且经由与安装在冷却板29上的变频器/换流器33的导热连接从所述变频器/换流器吸收大部分的热。通过作为抽吸气体流动的制冷剂引起的散热在此占变频器/换流器33总散热的70％以上。在此，在空调运行中，冷却板29的制冷剂管路31从内部热交换器11下游通向压缩机5，而在热泵运行中，从外部热交换器7下游通向压缩机5。
在将可调节的三通阀切换到打开旁路41并且关闭通向伸展穿过冷却板29的制冷剂管路31的制冷剂管路时，不仅在空调运行中而且在热泵运行中切断对变频器/换流器33的抽吸气体冷却。所有制冷剂在此流动穿过旁路41绕过冷却板29。于是，仅借助于外部空气冷却变频器/换流器33。因此，对于空调运行和热泵运行而言，分别存在借助于三通阀45可切换的制冷剂管路走向，其中变频器/换流器33可借助于空气冷却变频器/换流器33的散热的70％以上甚至冷却散热的100％。调节装置39通过三通阀45的相应切换以如下方式来调节在加热和空调设施1运行时对变频器/换流器33的冷却：根据变频器/换流器33的温度切换制冷剂回路以借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却变频器/换流器33的散热的70％以上，或者切换制冷剂回路以借助于空气冷却变频器/换流器33的散热的70％以上。如果变频器/换流器33的温度低于例如0℃的预定温度，那么切换三通阀45，使得仅借助于空气冷却变频器/换流器33。而如果在加热和空调设施1运行时在超过变频器/换流器33的例如50℃的预定温度时，将三通阀45切换到关闭旁路41并且打开通向冷却板29的制冷剂管路，使得借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却变频器/换流器33的散热的70％以上。为此，变频器/换流器33的温度在其功率电子设备处或例如在其底板处被量取。
调节装置39还调节变频器/换流器33从而调节可电运行的压缩机5的转速。此外，通过调节装置39如下调节阀17和21：根据需求将加热和空调设施1切换到热泵运行或空调运行。由此，例如能够对电动巴士的乘客舱中的空气调温。
可调节的三通阀45例如根据加热和空调设施1的设计方案直接固定在冷却板29上，使得冷却板29和三通阀45形成一个单元。
也可以考虑如下可调节的三通阀45，其中制冷剂流以可调节的方式可分成两个份额，即，一个份额的制冷剂流占据一个流动路径，而其余份额的制冷剂流占据另一流动路径。通过调节这样的三通阀45的调节装置39，对于借助于在运行时作为抽吸气体流动的制冷剂来冷却变频器/换流器33而言，为此能够调节制冷剂流的份额。制冷剂回路3中的制冷剂流的剩余份额在此流动穿过旁路41。因此，对于借助于作为抽吸气体流动的制冷剂来冷却变频器/换流器33而言，可由此根据冷却需求无级地从0％至100％设定制冷剂流的用于此的份额，其中除了首先借助于作为抽吸气体流动的制冷剂冷却变频器/换流器33的散热的70％以上并且其次借助于空气冷却变频器/换流器33的散热的70％以上的切换可行性之外，还由此实现在散热的从70％至少向下至30％的范围中切换借助于作为抽吸气体流动的制冷剂对变频器/换流器33的冷却，其中包括70％和30％。
在图4中示出用于根据本发明的加热和空调设施的变频器/换流器的冷却板29的一个实施例。制冷剂管路31伸展穿过基本上成型为扁平的长方体的冷却板29。在该实例中，制冷剂管路31为此被精确匹配地插入到冷却板29中的槽中。如此插入的制冷剂管路31首先居中地在上部的安装面49沿着冷却板29的纵向方向伸展，然后在安装面49的后部区域中呈U形伸展，并且最后在冷却板29的后部的短侧处居中地引导离开。插入冷却板29的槽中的制冷剂管路31在其上部的区域中变平从而与冷却板29的安装面49形成平坦的面。在以虚线表示的、其中存在制冷剂管路31的U形的走向的区域中，在安装在冷却板29的安装面49上的变频器/换流器中，底座是所述变频器/换流器的功率电子设备，其在运行时可能被尤其好地冷却。四边形的安装面49在其角区域具有螺纹孔51。因此，待安装在安装面49上的变频器/换流器通过其底板借助于相应的螺丝旋紧在冷却板29上。在维修或更换变频器/换流器时，可能将其再次拧松。在制冷剂管路31从而在也作为抽吸气体流动穿过所述制冷剂管路的制冷剂和冷却板29之间存在导热连接。制冷剂管路31和冷却板29与其安装面49由诸如铝的良好导热的金属制成。只要变频器/换流器安装在冷却板29的安装面49上，所述变频器/换流器就通过其同样良好导热的金属底板与冷却板29处于良好的热交换连接中从而与制冷剂管路31以及通过该制冷剂管路31在根据本发明的加热和空调设施的空调运行中作为抽吸气体流动的制冷剂处于良好的热交换连接中。借助于在冷却板29的安装面49和待安装的变频器/换流器的底板之间的导热膏更加提高导热连接。在具有制冷剂管路31的冷却板29上存在可调节的电磁阀47。其设置在冷却剂管路31中从而直接设置在冷却板29上。借助于牢固地与冷却板29连接的该电磁阀47，能够关闭和打开用于制冷剂流的伸展穿过冷却板29的制冷剂管路31。由此，在根据本发明的加热和空调设施中，在电磁阀47打开时，制冷剂能够作为抽吸气体可调节地流动穿过冷却板29的制冷剂管路31从而冷却安装在冷却板29上的变频器/换流器的散热的70％以上，或者在电磁阀47关闭时制冷剂不流动穿过冷却板，而是流动穿过旁路绕过冷却板，其中于是仅借助于空气冷却变频器/换流器。
可以考虑的是冷却板29的如下实施方案，其安装面49中具有更多的螺纹孔，用于拧紧不同尺寸的变频器/换流器，使得可将尺寸和功率不同的变频器/换流器安装在这样的冷却板29上。
此外还可以考虑的是冷却板29的如下实施方案，其具有制冷剂管路31的不同的走向，例如呈I、S、多重S或Ω形的走向。
此外，可以考虑冷却板29的如下实施方案，其中伸展穿过所述冷却板的制冷剂管路31的流动横截面不同。

Claims (17)

1.一种用于车辆的加热和空调设施(1)，其构成为能以在热泵运行中用于加热而在空调运行中能切换为用于冷却的方式运行，所述加热和空调设施具有制冷剂回路(3)，所述制冷剂回路包括至少一个能电运行的压缩机(5)、外部空气热交换器(7)、膨胀机构(9，13)和内部空气热交换器(11)，所述加热和空调设施构成为，使得在空调运行中，所述外部空气热交换器(7)能作为冷凝器/气体冷却器运行，而所述内部空气热交换器(11)能作为蒸发器运行，并且在热泵运行中，所述外部空气热交换器(7)能作为蒸发器运行，而所述内部空气热交换器(11)能作为冷凝器/气体冷却器运行，并且所述压缩机(5)的转速能经由变频器/换流器(33)调节，其特征在于，
所述变频器/换流器(33)设置为，使得在空调运行中在至少一个制冷剂管路走向中，所述变频器/换流器能通过在制冷剂回路(3)中从所述内部空气热交换器(11)下游至所述压缩机(5)作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接来冷却所述变频器/换流器的超过70％的散热，而在热泵运行中在至少一个制冷剂管路走向中，所述变频器/换流器能借助于空气冷却所述变频器/换流器的超过70％的散热。
2.根据权利要求1所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，在热泵运行中在至少一个制冷剂管路走向中，所述变频器/换流器(33)能借助于空气冷却所述变频器/换流器的散热的100％。
3.根据权利要求1或2所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，在空调运行中，所述加热和空调设施具有能借助于阀(43，45，47)切换的另外的制冷剂管路走向，该另外的制冷剂管路走向在作为抽吸气体流动的制冷剂与所述变频器/换流器(33)没有热交换连接的情况下从所述内部空气热交换器(11)下游延伸至所述压缩机(5)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，所述加热和空调设施还具有能借助于阀(43，45，47)切换的制冷剂管路走向，其中在热泵运行中，所述变频器/换流器(33)能通过在制冷剂回路中从所述外部空气热交换器(7)下游至所述压缩机(5)作为抽吸气体流动的制冷剂经由热交换连接来冷却所述变频器/换流器(33)的超过70％的散热。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，所述加热和空调设施具有调节装置(39)，所述调节装置构成用于：在借助于在运行时作为抽吸气体流动的制冷剂或者借助于空气将所述变频器/换流器(33)冷却所述变频器/换流器(33)的超过70％的散热之间切换所述制冷剂回路(3)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，调节装置(39)构成为，使得对于借助于在运行时作为抽吸气体流动的制冷剂来冷却所述变频器/换流器(33)而言，能借助于所述调节装置调节用于冷却的制冷剂流的份额。
7.根据权利要求5或6所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，所述调节装置(39)构成为，使得通过所述调节装置也能调节所述变频器/换流器(33)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，所述调节装置(39)构成为，使得通过所述调节装置与温度相关地，优选与所述变频器/换流器(33)的温度相关地通过切换所述制冷剂回路(3)，能设定借助于在运行时作为抽吸气体流动的制冷剂针对所述变频器/换流器的超过70％的散热或者借助于空气针对所述变频器/换流器的超过70％的散热冷却所述变频器/换流器(33)。
9.根据权利要求3至8中任一项所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，所述加热和空调设施包括至少一个恒温阀(43)或者至少一个电磁阀(47)，用于对从所述内部空气热交换器(11)下游至所述压缩机(5)的、能切换的另外的制冷剂管路走向进行切换和/或对从所述外部空气热交换器(7)下游至所述压缩机(5)的、能切换的制冷剂管路走向进行切换。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，至少一个用于对能切换的制冷剂管路走向进行切换的阀(43，45，47)构成为能调节的三通阀(45)，以对制冷剂的流动路径在所述制冷剂管路走向中的两个制冷剂管路走向之间进行设定。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，在所述制冷剂回路(3)中，在所述内部空气热交换器(11)下游的制冷剂管路走向中设置有冷却板(29)，所述冷却板具有穿过其或者在其上伸展的制冷剂管路(31)，其中所述变频器/换流器(33)与所述冷却板(29)形成导热连接，使得经由热交换连接，所述变频器/换流器(33)在运行时能由作为抽吸气体流动的制冷剂冷却，并且所述冷却板(29)与所述变频器/换流器(33)的导热连接通过可逆地从所述冷却板(29)拆除所述变频器/换流器(33)能松开地构成。
12.根据权利要求11所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，根据权利要求3、4、9或10的至少一个阀(43，45，47)中的至少一个阀(43，45，47)集成到所述冷却板(29)中或者直接固定在所述冷却板上。
13.根据权利要求11或12所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，所述冷却板(29)以如下流动横截面匹配于或者能匹配于所述加热和空调设施(1)的相应的压缩机(5)的理论最大的输送体积流，所述流动横截面是穿过所述冷却板或者在所述冷却板上伸展的、用于作为抽吸气体流动的制冷剂的制冷剂管路(31)的流动横截面。
14.根据权利要求13所述的加热和空调设施(1)，其特征在于，用于作为抽吸气体流动的制冷剂的、穿过所述冷却板或在所述冷却板(29)上伸展的制冷剂管路(31)的以mm2为单位的流动横截面，处于压缩机(5)的以m3/h为单位的理论最大输送体积流的10倍和60倍之间，优选为该理论最大输送体积流的15倍。
15.一种冷却板(29)，用于根据权利要求11至14中任一项所述的加热和空调设施(1)。
16.一种用于在根据权利要求1至14中任一项所述的加热和空调设施(1)运行时调节对变频器/换流器(33)的冷却的方法，其特征在于，与所述变频器/换流器(33)的温度相关地切换制冷剂回路(3)，以借助于作为抽吸气体流动的制冷剂对所述变频器/换流器(33)针对超过70％的散热进行冷却，或者借助于空气对所述变频器/换流器(33)针对超过70％的散热进行冷却。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，对于借助于作为抽吸气体流动的制冷剂对所述变频器/换流器(33)的冷却，根据冷却需求调节用于冷却的制冷剂流的份额，其中由此也实现：将所述变频器/换流器(33)的借助于作为抽吸气体流动的制冷剂的冷却在从散热的70％包括70％至少向下至30％包括30％的范围中进行切换。
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