CN113910859B - 用于机动车的空调设备和冷却方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于机动车的空调设备和冷却方法，具体而言为了提供一种用于机动车(60)的空调设备(100)，提出，在循环管路(20)中，制冷剂流动方向(C)是能反过来的，并且外部热交换器(22)以及内部热交换器(24)能够交替地对于制冷剂而言作为蒸发器(31)或作为冷凝器(30)运行，其中，冷凝器(30)沿制冷剂的制冷剂流动方向(C)布置在压缩机(21)下游和蒸发器(31)上游。为了提出在这种空调器具(100)中的冷却方法，提出，第二内部热交换器(24)为了冷却所运送的空气作为蒸发器(31)运行并且将空气冷却到低于0℃。

Description

用于机动车的空调设备和冷却方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的空调设备以及一种冷却方法。
本发明涉及一种用于机动车的空调设备，所述空调设备至少具有以下部件：
-空调器具，包括空气进入部、通向内部空间的空气排出部和通风装置，所述通风装置用于将空气沿预设的空气流动方向从空气进入部运送至空气排出部；
-循环管路，制冷剂在所述循环管路中引导；
-位于循环管路中的压缩机，借助于所述压缩机在运行时压缩制冷剂并且沿预设的制冷剂流动方向运送制冷剂；
-位于循环管路中的外部热交换器，借助于所述外部热交换器在运行时在制冷剂与外部环境的外部空气之间实施热交换；以及
-位于空调器具中和位于循环管路中的至少一个内部热交换器，借助于所述内部热交换器在运行时将由通风装置运送的空气热输出给制冷剂并且将制冷剂蒸发。
此外，本发明涉及一种这种空调器具中的冷却方法，其中，借助于通风装置将空气导引经过第一内部热交换器和第二内部热交换器，其中，第二内部热交换器为了冷却所运送的空气而作为蒸发器运行。
背景技术
空调设备的噪音特别是在电动车辆中以及在高的外部温度的情况下可持久地感觉到。这从客户角度是缺陷。已知用于这种空调设备的不同的解决方案。例如由DE 10 2010042127 A1已知机动车的空调设备的制冷回路。根据摘要，制冷剂回路(1)包括初级回路，该初级回路带有压缩机(5)、用于在制冷剂与环境之间的热传递的换热器(2)、收集器(8)，第一膨胀机构(6)，用于车辆内部空间的要调节的进入空气(11)的热供应给制冷剂的换热器(3)以及并联于换热器(3)连接布置的换热器(4，13)。此外，制冷剂回路(1)具有次级系，该次级系从布置在压缩机(5)与换热器(2)之间的分支部位(25)出发延伸直至布置在换热器(2)与换热器(3)之间的连接部位(8)并且构造成带有用于将制冷剂热传递给车辆内部空间的要调节的进入空气(11)的换热器(15)以及与该换热器联接的调节阀(16)(附图标记例如参见在那的图1)。此外，例如由DE 10 2009 019128 A1已知一种用于调节机动车空调设备的方法。根据其段落[0042]，在那沿流动方向在通风装置6下游布置有用于冷却空气的位于空气通道2中的蒸发器7。蒸发器7是未示出的制冷设备的一部分，该制冷设备带有压缩机、冷凝器和膨胀装置。热交换器8作为加热装置16通过未示出的管路与机动车的发动机的制冷剂回路连接并且用于加热导引通过空气通道2的空气(附图标记参见例如在那的图1)。
发明内容
本发明相对于在先已知的空调设备或冷却方法基于如下任务，减小噪音排放和特别是通风器噪音，同时器具耗费少。
在循环管路中，制冷剂流动方向是能反过来的，并且外部热交换器以及内部热交换器能够交替地对于制冷剂而言作为蒸发器或作为冷凝器运行，其中，冷凝器沿制冷剂的制冷剂流动方向布置在压缩机下游和蒸发器上游。将空气冷却到低于0℃。
根据本发明的第一实施方式，用于机动车的空调设备至少具有以下部件：
-空调器具，包括空气进入部、通向内部空间的空气排出部和通风装置，所述通风装置用于将空气沿预设的空气流动方向从空气进入部运送至空气排出部；
-循环管路，制冷剂在所述循环管路中引导；
-位于循环管路中的压缩机，借助于所述压缩机在运行时压缩制冷剂并且沿预设的制冷剂流动方向运送制冷剂；
-位于循环管路中的外部热交换器，借助于所述外部热交换器在运行时在制冷剂与外部环境的外部空气之间实施热交换；以及
-位于空调器具中和位于循环管路中的至少一个内部热交换器，借助于所述内部热交换器在运行时将由通风装置运送的空气热输出给制冷剂并且将制冷剂蒸发。
空调设备的特征特别是在于，在循环管路中，制冷剂流动方向是能反过来的，并且外部热交换器以及内部热交换器能够交替地对于制冷剂而言作为蒸发器或作为冷凝器运行，其中，冷凝器沿制冷剂的制冷剂流动方向布置在压缩机下游和蒸发器上游。
在空调设备的一种有利的实施方式中，此外布置有单独的第一内部热交换器和单独的第二内部热交换器，其中，对于制冷剂而言第二内部热交换器能够作为蒸发器或作为冷凝器运行，而第一内部热交换器仅能够作为蒸发器运行，
其中，在空调器具中沿空气流动方向第二内部热交换器在第一内部热交换器下游并且在循环管路中串联地连接在压缩机与第一内部热交换器之间，从而在运行时由通风装置运送的空气与制冷剂之间实施热交换。
在空调设备的一种有利的实施方式中，压缩机能够针对两个制冷剂流动方向运行。
在空调设备的一种有利的实施方式中，在循环管路中在外部热交换器与第一内部热交换器之间中间连接有节流阀。
在空调设备的一种有利的实施方式中，在循环管路中在第一内部热交换器与第二内部热交换器之间中间连接有节流阀。
在空调设备的一种有利的实施方式中，在循环管路中在外部热交换器与第一内部热交换器之间以及在第一内部热交换器与第二内部热交换器之间分别中间连接有节流阀。
在空调设备的一种有利的实施方式中，空调器具包括空气循环阀，借助于所述空气循环阀能够调节可由通风装置运送的空气的组成。
在带有空气循环阀的空调设备的一种有利的实施方式中，空气相应于调节仅包括来自外部环境的外部空气。
在带有空气循环阀的空调设备的一种有利的实施方式中，空气相应于调节仅包括来自内部空间的内部空气。
在带有空气循环阀的空调设备的一种有利的实施方式中，空气相应于调节不仅包括来自外部环境的外部空气而且包括来自内部空间的内部空气。
在空调设备的一种有利的实施方式中，在空调器具中，空气混合阀沿空气流动方向连接在内部空气-热交换器下游。
在空调设备的一种有利的实施方式中，借助第二内部热交换器在对于制冷剂而言作为蒸发器运行时能够将可借助于通风装置运送的空气冷却到低于0℃。
在空调设备的一种有利的实施方式中，能够将可借助于通风装置运送的空气冷却到-10℃。
根据另一方面提出一种机动车，该机动车具有按照根据说明书的实施方式的空调设备和内部空间，其中，内部空间能够相对于外部环境屏蔽以免发生无序的空气-空气-热交换，其中，内部空间的温度能够借助于空调设备调节。
根据另一方面是一种按照根据说明书的实施方式的空调器具中的冷却方法，其中，借助于通风装置将空气导引经过第一内部热交换器和第二内部热交换器，其中，第二内部热交换器为了冷却所运送的空气作为蒸发器运行并且将空气冷却到低于0℃。
在冷却方法的一种有利的实施方式中，将空气冷却到-10℃。
在冷却方法的一种有利的实施方式中，借助于第一内部热交换器将所运送的空气冷却到高于0℃，并且借助于第二内部热交换器才将所述空气冷却到低于0℃。
在冷却方法的一种有利的实施方式中，借助于第一内部热交换器将所运送的空气冷却到2℃。
在一种有利的实施方式中，冷却方法设置用于按照根据说明书的实施方式的机动车的内部空间。
附图说明
下面借助附图详细阐释本发明的实施例。附图中：
图1以示意图示出带有空调设备的机动车；
图2以示意性的线路图示出在冷却内部空间的运行状态下的空调设备，以及
图3以示意性的线路图示出在加热内部空间的运行状态下的空调设备。
具体实施方式
图1示出带有内部空间40的机动车60，该内部空间相对于外部环境50借助于机动车60的车身61的壁部62和窗玻璃63屏蔽以免发生无序的热交换。对于方向要提到的是，前车轮64在图像中布置在左边，并且后车轮65在图像中布置在右边，并且内部空间40沿向前行驶方向F布置在前车轮64与后车轮65之间。向前行驶方向F在此根据图示从右向左指向。在内部空间40与向着外部环境50敞开的车辆区段之间布置有空调设备100的空调器具10。在此，例如发动机舱66向着外部环境50敞开。空气进入部11不仅向着外部环境50敞开而且向着内部空间40敞开，其中，来自外部环境50的外部空气和来自内部空间40的内部空气的流入是可调节的直至可交替地切断。
空气在空调器具中的组成能够借助于空气循环阀15调节，而流入到内部空间40中的空气的温度能够借助于空气混合阀14(参见图2或3)调节。空气排出部12向着内部空间40敞开并且优选是可封闭的。由在运行时激活的通风装置13引起从空气进入部11朝向空气排出部12的空气流动方向A。空调设备100的循环管路20连接用于调节循环管路20中的制冷剂温度的装置，即（位于向着外部环境50敞开的车辆区段中的）外部热交换器22以及第一内部热交换器23和第二内部热交换器24，它们实施为单独的单元并且在图2或3中更详细描述。在此，外部热交换器22例如布置在发动机舱66中。制冷剂在循环管路20中的制冷剂流动方向C由压缩机21或由相应的切换环境，例如包括多通阀确定。压缩机21如此集成到循环管路20中，使得制冷剂流动方向C可反过来。压缩机21在此可选地由内部空间40屏蔽并且向着外部环境50敞开地布置。压缩机21的这种布置结构由于固有产生的废热是有利的。压缩机21在此例如布置在发动机舱66中。制冷剂例如是丙烷、R1234yf、R134a或R744。
图2以示意性的线路图示出在冷却内部空间40的运行状态下的空调设备100，如其例如能在根据图1的机动车60中使用的。在图示中在左边是外部环境50，并且在图示中在右边是内部空间40，它们在此示意性地借助于虚线彼此分开。空调设备100的部件借助于用于热交换的引导制冷剂的循环管路20相互连接。压缩机21仅优选布置在外部环境50中。压缩机21或其（优选可电操控的）切换环境在此在图2中引起沿根据图示的逆时针方向的制冷剂流动方向C。外部热交换器22在此相应地作为用于循环管路20中的制冷剂的冷凝器30运行，从而制冷剂的气态存在的份额在将热输出给外部环境50的外部空气的情况下液化。至少绝大部分液态的制冷剂然后经由第一管路区段25进一步输送至第一内部热交换器23。第一内部热交换器23作为单独的单元在该实施方式中始终且仅作为蒸发器31运行。在该第一内部热交换器中，制冷剂至少、优选唯一地部分蒸发并且在此从空调器具10中的由通风装置13以被迫的对流经由或通过第一内部热交换器23导引的空气抽取热并且由此使空气温度下降。所达到的空气温度为超过0℃[零摄氏度]，例如2℃。
制冷剂然后经由第二管路区段26进一步输送至第二内部热交换器24，其中，第二内部热交换器24在此相应地作为蒸发器31运行。借助于第二管路区段26，第一内部热交换器23和第二内部热交换器24关于制冷剂串联。在这一点上要指出的是，在循环管路20的第二管路区段26中优选布置有(第二)节流阀28。在一种备选的实施方式中，唯一地设置第二内部热交换器24而不是在此示出的两个器具、即第一内部热交换器23和第二内部热交换器24。优选地，唯一的代替内部热交换器23，24的所示出的单独的单元的内部热交换器的通流体积大于常规的内部蒸发器的通流体积。常规的内部蒸发器例如在大小和通流体积方面相应于在此设置的第一内部热交换器23。特别优选地，唯一的代替所示出的内部热交换器23，24的内部热交换器23，24的通流体积是常规的内部蒸发器的通流体积的两倍大或大于常规的内部蒸发器的通流体积的两倍。在所述唯一的内部热交换器中，冷却剂至少部分地、优选完全地蒸发。在此，从空调器具10中的由通风装置13以被迫的对流经由或通过作为蒸发器31运行的第二内部热交换器24导引的空气抽取热并且由此使空气温度下降。所达到的空气温度为小于0℃[零摄氏度]，例如-10℃。制冷剂然后进一步输送至压缩机21。在循环管路20中沿制冷剂流动方向C在第一管路区段25中的第一内部热交换器23上游设置有用于对循环管路20中的压力进行卸载的第一节流阀27。同样地，沿制冷剂流动方向C在第二管路区段26中的第二内部热交换器24上游设置有用于对循环管路20中的压力进行卸载的第二节流阀28。
此外，独立于前述方式，空气混合阀14设置在空调器具10中。
在所示出的空调设备100中，在空气侧作为第二换热器而布置的换热器、即第二内部热交换器24在空调器具10中不仅能用于加热，而且能用于冷却。在此，作为蒸发器31运行的第二内部热交换器24主要用于，空调器具10中的空气温度在图2中所示出的冷却情况下达到低于0℃。这借助空调器具10中的直接被制冷剂、优选一种制冷剂穿流的第二内部热交换器24示出。在间接的系统中（在该间接的系统中将热直接输出给水并且接着输出给内部空气），方案可相同地实现。
第二内部热交换器24针对作为蒸发器31的运行为了达到低于0℃的空气温度必须具有内部空间蒸发器的结构特征。对此的理由是在作为制冷剂-蒸发器31运行时在第二内部热交换器24处结霜或形成冷凝物的情况下的空气侧的水分离。此外，第二内部热交换器24针对作为蒸发器31的运行也应实施得相对大，以便能够在结霜时尽可能长时间地无干扰地运行。
图3以示意性的线路图示出在加热内部空间40的运行状态下的根据图2的在结构上相同的空调设备100。首先要指出的是，制冷剂流动方向C现在根据图示沿顺时针方向伸延。压缩机21在此纯示意性地反过来作用地绘制。(未示出的)切换环境、例如多通阀仍针对与图2相比反过来的制冷剂流动方向C连接。第二内部热交换器24现在作为用于循环管路20中的制冷剂的冷凝器30运行，而外部热交换器22作为用于循环管路20中的制冷剂的蒸发器31运行。第一节流阀27和第二节流阀28相应地反过来为了提高或为了减小循环管路20中的压力而运行。所述节流阀在一种实施方式中是纯被动的构件，所述构件引起压力卸载。在另一种实施方式中，节流阀27，28中的至少一个节流阀是热静力学的或优选电操控的膨胀阀。在这一点上要指出的是，在根据图2的运行状态中，由通风装置13在空调器具10中运动的空气，以及大多还有外部空气，是过热的，更确切地说在内部空间40中的期望的温度以上，例如17℃至25℃，并且在根据图3的运行状态中，由通风装置13在空调器具10中运动的空气，以及大多还有外部空气，是过冷的，更确切地说低于内部空间40中的期望的温度，例如10℃至15℃。
附图标记列表
100 空调设备
10 空调器具
11 空气进入部
12 空气排出部
13 通风装置
14 空气混合阀
15 空气循环阀
20 循环管路
21 压缩机
22 外部热交换器
23 第一内部热交换器
24 第二内部热交换器
25 第一管路区段
26 第二管路区段
27 第一节流阀
28 第二节流阀
30 冷凝器
31 蒸发器
40 内部空间
50 外部环境
60 机动车
61 车身
62 壁部
63 窗玻璃
64 前车轮
65 后车轮
66 发动机舱
C 制冷剂流动方向
A 空气流动方向
F 向前行驶方向

Claims (14)

1.用于机动车(60)的空调设备(100)，所述空调设备至少具有以下部件：
-空调器具(10)，包括空气进入部(11)、通向内部空间(40)的空气排出部(12)和通风装置(13)，所述通风装置用于将空气沿预设的空气流动方向(A)从所述空气进入部(11)运送至所述空气排出部(12)；
-循环管路(20)，制冷剂在所述循环管路中引导；
-位于所述循环管路(20)中的压缩机(21)，借助于所述压缩机在运行时压缩制冷剂并且沿预设的制冷剂流动方向(C)运送制冷剂；
-位于所述循环管路(20)中的外部热交换器(22)，借助于所述外部热交换器在运行时在所述制冷剂与外部环境(50)的外部空气之间实施热交换；以及
-位于所述空调器具(10)中且位于所述循环管路(20)中的至少一个内部热交换器(23，24)，借助于所述内部热交换器在运行时由所述通风装置(13)运送的空气将热输出给所述制冷剂并且将所述制冷剂蒸发，
其特征在于，
在所述循环管路(20)中，所述制冷剂流动方向(C)是能反过来的，并且所述外部热交换器(22)以及所述内部热交换器(24)能够交替地对于所述制冷剂而言作为蒸发器(31)或作为冷凝器(30)运行，其中，所述冷凝器(30)沿所述制冷剂的制冷剂流动方向(C)布置在所述压缩机(21)之后和所述蒸发器(31)之前。
2.根据权利要求1所述的空调设备(100)，其中，此外布置有单独的第一内部热交换器(23)和单独的第二内部热交换器(24)，其中，对于所述制冷剂而言所述第二内部热交换器(24)能够作为蒸发器(31)或作为冷凝器(30)运行，而所述第一内部热交换器(23)仅能够作为蒸发器(31)运行，
其中，在所述空调器具(10)中沿空气流动方向(A)所述第二内部热交换器(24)在所述第一内部热交换器(23)之后并且在所述循环管路(20)中串联地连接在所述压缩机(21)与所述第一内部热交换器(23)之间，从而在运行时由所述通风装置(13)运送的空气与所述制冷剂之间实施热交换。
3.根据权利要求1或2所述的空调设备(100)，其中，所述压缩机(21)能够针对两个制冷剂流动方向(C)运行。
4.根据权利要求2所述的空调设备(100)，其中，在所述循环管路(20)中在所述外部热交换器(22)与所述第一内部热交换器(23)之间和/或在所述第一内部热交换器(23)与所述第二内部热交换器(24)之间中间连接有节流阀(27，28)。
5.根据前述权利要求1至2中任一项所述的空调设备(100)，其中，所述空调器具(10)包括空气循环阀(15)，借助于所述空气循环阀能够调节可由所述通风装置(13)运送的空气的组成，其中，所述空气相应于所述调节而包括来自所述外部环境(50)的外部空气和/或来自所述内部空间(40)的内部空气。
6.根据权利要求5所述的空调设备(100)，其中，在所述空调器具(10)中空气混合阀(14)沿空气流动方向(A)连接在所述内部热交换器(24)下游。
7.根据权利要求2所述的空调设备(100)，其中，借助所述第二内部热交换器(24)在作为蒸发器(31)运行时能够将可借助于所述通风装置(13)运送的空气冷却到低于0℃。
8.根据权利要求2所述的空调设备(100)，其中，借助所述第二内部热交换器(24)在作为蒸发器(31)运行时能够将可借助于所述通风装置(13)运送的空气冷却到-10℃。
9.机动车(60)，所述机动车具有根据前述权利要求中任一项所述的空调设备(100)和内部空间(40)，其中，所述内部空间(40)能够相对于外部环境(50)屏蔽以免发生无序的空气-空气-热交换，
其中，所述内部空间(40)的温度能够借助于所述空调设备(100)调节。
10.根据权利要求7所述的空调设备(100)中的冷却方法，其中，借助于所述通风装置(13)将空气导引经过所述第一内部热交换器(23)和所述第二内部热交换器(24)，其中，所述第二内部热交换器(24)为了冷却所运送的空气作为蒸发器(31)运行并且将空气冷却到低于0℃。
11.根据权利要求10所述的冷却方法，其中，所述冷却方法是用于根据权利要求9所述的机动车(60)的内部空间(40)的冷却方法。
12.根据权利要求10或11所述的冷却方法，其中，所述第二内部热交换器(24)为了冷却所运送的空气作为蒸发器(31)运行并且将空气冷却到-10℃。
13.根据权利要求10或11所述的冷却方法，其中，借助于所述第一内部热交换器(23)将所运送的空气冷却到高于0℃，并且借助于所述第二内部热交换器(24)才将所述空气冷却到低于0℃。
14.根据权利要求10或11所述的冷却方法，其中，借助于所述第一内部热交换器(23)将所运送的空气冷却到2℃，并且借助于所述第二内部热交换器(24)才将所述空气冷却到低于0℃。
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