CN115103781A - 制冷剂回路和运行制冷剂回路的方法 - Google Patents

Abstract

一种制冷剂回路(1)，至少包括具有上游的吸入侧(3)和下游的压力侧(4)的压缩机(2)、冷凝器(5)、第一蒸发器(6)和至少一个第二蒸发器(7)；其中，所述压缩机(2)是至少两级的压缩机，所述压缩机在所述吸入侧(3)上具有通向所述压缩机(2)的具有第一压力水平的第一级(9)的第一输入管路(8)和通向所述压缩机(2)的具有第二压力水平的第二级(11)第二输入管路(10)，其中，所述第二压力水平高于所述第一压力水平；其中，所述第一蒸发器(6)和所述第二蒸发器(7)能够至少暂时地通过彼此不同的输入管路(8，10)与所述压缩机(2)连接。此外提出一种用于运行制冷剂回路的方法。

Description

制冷剂回路和运行制冷剂回路的方法

本发明涉及制冷剂回路和用于运行制冷剂回路的方法。制冷剂回路尤其包括用于压缩制冷剂的至少一个压缩机、用于冷却和液化压缩的制冷剂的冷凝器和用于将液化的制冷剂转换回气态的至少一个蒸发器。所述至少一个蒸发器用于流体流或部件的冷却。制冷剂流经制冷剂回路，该制冷剂回路从压缩机开始经由冷凝器和至少一个蒸发器返回到压缩机。制冷剂回路尤其使用在机动车中。

在具有牵引驱动装置的机动车中，对提供电能的电池进行冷却或调温。尤其在这种具有牵引驱动装置的机动车中，在高的外部温度下始终可察觉用于控制机动车内部空间温度的空调装置的噪音。为了在保持制冷能力的同时降低空调机组的风扇噪音，必须降低送风温度。这可以通过使用另一蒸发器来实现，所述另一蒸发器将输送给内部空间的空气的温度进一步降低，尤其降低到零度以下。

已知的是，通过冷却剂回路冷却电池，在冷却剂回路中冷却剂通过空调装置冷却。还已知的是，将蒸发器温度降低到零度以下，其中，空气在除湿阶段中已经预冷却到2摄氏度。

在这两种情况下，制冷剂回路的效率和性能都不是最优的。在这两种情况下，存在通过制冷剂回路提供的不同的温度水平。例如，电池的温度应控制在摄氏20度左右。空调应将空气温度控制在2摄氏度左右。如果要进一步降低风扇噪音，则需要将空气冷却到零下10摄氏度左右。这导致，在制冷剂回路的压缩机的吸入侧上的压力水平遵循最低温度水平，并且压缩机因此需要比在较高温度水平下所需的能量更多的能量。

由DE 10 2013 204 188 A1已知一种机动车的制冷剂回路。制冷剂回路包括压缩机、冷凝器、热交换器以及一个或多个蒸发器。压缩机可以是两级压缩机，尚未液化的制冷剂被重新输送给压缩机的中压区域。

由DE 10 2011 118 162 A1已知一种组合式制冷设备和热泵。在此，应始终保持最佳的制冷剂量并且避免制冷剂的转移。

由DE 10 200 9 030 041 A1已知一种具有冷却剂回路的车辆空调系统。在压缩机下游的高压支路中，依次设置有一个冷凝器和多个蒸发器。每个蒸发器通过膨胀装置加载冷却剂。在高压支路中布置有唯一的过压阀。通过过压阀可以将高压支路中的过压导出到低压支路上。

本发明的所要解决的技术问题在于，至少部分地解决参照现有技术所列举的问题。尤其应提出一种制冷剂回路，所述制冷剂回路能够节能地运行。此外，应提出一种用于运行制冷剂回路的方法，利用该方法可以执行制冷剂回路的节能运行。

具有根据权利要求1的特征的制冷剂回路和具有根据权利要求9的特征的方法有助于解决上述技术问题。有利的改进方案是从属权利要求的主题。在权利要求中单独列举的特征能够以技术上有意义的方式相互组合并且能够通过说明书中的解释性事实和/或附图中的细节来补充，其中，示出本发明的另外的实施变型方案。

提出一种制冷剂回路，其至少包括具有上游的吸入侧和下游的压力侧的压缩机、冷凝器、第一蒸发器和至少一个第二蒸发器。所述压缩机是至少两级的压缩机，所述压缩机在吸入侧上具有通向压缩机的具有第一压力水平的第一级的第一输入管路和通向压缩机的具有第二压力水平的第二级的第二输入管路。第二压力水平高于第一压力水平。第一蒸发器和第二蒸发器可至少暂时通过彼此不同的输入管路与压缩机连接。

压缩机尤其用于将气态制冷剂(例如二氧化碳)压缩到更高的压力上。在此，通过压缩机将存在于吸入侧的压力提高到存在于压缩机的压力侧的压力。压缩机尤其包括至少两个级，也就是说在吸入侧处存在的压力可以是不同的。为此设置不同的输入管路，通过所述输入管路将制冷剂输入压缩机。第一输入管路具有较低的压力水平，也就是说在此在第一输入管路中存在的压力通常小于在第二输入管路中存在的制冷剂的压力。从第一输入管路输送给压缩机的制冷剂通过压缩机尤其压缩到压力侧的压力上，也就是说，在压力侧和吸入侧(在此是第一输入管路)之间存在最高的压力差。

第二输入管路具有更高的压力水平，即在此在第二输入管路中存在的压力通常高于在第一输入管路中存在的制冷剂的压力。从第二输入管路输送给压缩机的制冷剂通过压缩机被压缩到压力侧的压力，也就是说，压力侧与吸入侧(在此为第二输入管路)之间的压力差较小。

制冷剂回路尤其设置用于利用制冷剂和在此给出的压力或压差运行。

第二压力水平尤其比第一压力水平高出第二压力水平的至少10％，优选至少20％，特别优选至少30％。

制冷剂在压力侧尤其被压缩到共同的压力，也就是说来自输入管路的制冷剂尤其通过共同的管路继续朝向冷凝器引导。

压缩的制冷剂尤其通过冷凝器冷却并且至少部分地液化。冷却尤其通过与环境空气的热传递进行。冷凝器也可以设置为气体冷却器，其中，在此制冷剂在没有相变的情况下被冷却。

至少部分液化的制冷剂被输送给至少一个蒸发器。在蒸发器中，液化的制冷剂膨胀到较低的压力并且至少部分地转变成气态。

至少部分气态的制冷剂通过输入管路输入压缩机。

在蒸发器的上游，尤其为每个蒸发器单独地布置有膨胀装置，通过该膨胀装置使至少部分液化的制冷剂膨胀并且至少部分转变成气态。

尤其在蒸发器的下游和/或上游，尤其为每个蒸发器单独地布置有截止装置，通过该截止装置能够调节通过蒸发器的制冷剂的体积流量。截止装置可以实现为例如膨胀阀，其中膨胀阀与蒸发器相关联并且布置在蒸发器的上游。

在蒸发器中，在流体和制冷剂之间进行热传递，使得流体可以通过制冷剂冷却。

特别地，第一蒸发器用于冷却电池并且第二蒸发器用于冷却空气。替代地，两个蒸发器可用于冷却空气。

电池尤其是用于机动车的牵引驱动装置的电流存储器。所述空气尤其是环境空气，所述环境空气被输送用于例如机动车的内部空间。

冷却的环境空气可以用于例如控制乘客舱或至少一个运输舱的温度。在运输空间中尤其可以运输待以预定温度调温的货物，例如约2摄氏度的肉类、约-15摄氏度的冷冻产品等。必要时设置多个必须不同调温的运输空间。

特别地，蒸发器用于彼此不同的温度水平。温度水平尤其彼此相差至少5开尔文，优选至少10开尔文。例如，设置用于冷却电池的第一蒸发器设置用于将电池调温到大约20摄氏度。设置用于冷却空气的第二蒸发器例如设置用于将空气调温到2摄氏度或-15摄氏度。

在此尤其提出，蒸发器能够通过至少暂时不同的输入管路与压缩机连接。因此，蒸发器可以与压缩机的吸入侧上的不同压力水平连接。由此可以实现制冷剂回路的高效运行，因为可以为每个蒸发器提供不同的冷却功率。

特别地，蒸发器彼此并联连接。特别地，蒸发器在冷凝器和压缩机之间彼此并联连接。

特别地，在制冷剂回路的第一运行状态中，第一蒸发器通过第二输入管路与压缩机连接，并且第二蒸发器通过第一输入管路与压缩机连接。

特别地，在第一运行状态中例如存在用于电池和用于环境空气的冷却需求。于是，最低温度水平例如存在于设置用于冷却环境空气的第二蒸发器处，例如用于将空气调温至约2摄氏度，其中，电池应通过第一蒸发器例如调温至约20摄氏度。第二蒸发器然后通过第一输入管路与压缩机连接，使得第二蒸发器通过较低的第一压力水平与压缩机连接。

特别地，制冷剂回路包括第三蒸发器，该第三蒸发器用于进一步冷却由第二蒸发器冷却的空气。特别地，通过第三蒸发器进一步冷却空气，例如冷却到比第二蒸发器所设置的温度水平低至少5开尔文，优选至少10开尔文的温度水平。具体地，空气通过第三蒸发器冷却至-10摄氏度，甚至冷却至-15摄氏度或更低。

特别地，在制冷剂回路的第二运行状态中，仅第二蒸发器通过第二输入管路与压缩机连接，并且第三蒸发器通过第一输入管路与压缩机连接。

尤其地，在第二运行状态中，第一蒸发器不被加载制冷剂。

在此，最低的温度水平存在于第三蒸发器上，使得所述第三蒸发器通过第一输入管路和较低的第一压力水平与压缩机连接。

特别地，在制冷剂回路的第三运行状态中，第一蒸发器和第二蒸发器通过第二输入管路与压缩机连接，并且第三蒸发器通过第一输入管路与压缩机连接。

在第三运行状态中，存在对所有蒸发器的冷却需求。在此，抽吸侧的压力水平尤其必须用于蒸发器的不同温度水平。在此，制冷剂回路的效率和功率降低，因为蒸发器中的压力水平不能匹配于蒸发器的温度水平或温度要求。

在此，制冷剂回路的尽可能高效的运行通过第一蒸发器和第二蒸发器与第二输入管路的连接来实现，其中，第三蒸发器通过第一输入管路与压缩机连接。

特别地，在将蒸发器连接到相应的输入管路或在那里存在的吸入侧的压力水平时，必须考虑相应的蒸发器的功率要求。此外，蒸发器与相应的输入管路的连接可以根据可预先给定的优先级来执行。例如，确保在机动车的运输空间中的预定温度应该具有尽可能高的优先级，从而为此设置的至少一个蒸发器然后通过第一输入管路与压缩机连接。为了确保机动车的行驶准备状态，应确保足够的电池冷却，从而为此设置的蒸发器同样以高的、但必要时不是最高的优先级运行。用于控制乘客舱温度的空气的冷却例如可以以低优先级进行。

特别地，当在一个运行点中提供了分别要求的制冷功率时，制冷剂回路的运行于是可以在考虑能量效率的情况下进行。

特别地，第二蒸发器和第三蒸发器彼此并联连接，并且分别能够通过第一输入管路和第二输入管路中的每一个可切换地与压缩机连接。

特别地，蒸发器中的至少一个可仅通过输入管路与压缩机连接。特别地，仅第一蒸发器可仅通过第二输入管路与压缩机连接。

此外，提出一种用于运行制冷剂回路的方法，尤其是用于运行已经描述的制冷剂回路的方法。制冷剂回路具有至少一个压缩机、冷凝器、第一蒸发器和至少一个第二蒸发器，所述压缩机具有上游的吸入侧和下游的压力侧。所述压缩机是至少两级的压缩机，所述压缩机在吸入侧上具有通向压缩机的具有第一压力水平的第一级的第一输入管路和通向压缩机的具有第二压力水平的第二级的第二输入管路，其中，第二压力水平高于第一压力水平。制冷剂回路至少在第一运行状态中运行，在该第一运行状态中，第一蒸发器和第二蒸发器至少暂时通过彼此不同的输入管路与压缩机连接。

在此尤其提出，蒸发器能够通过至少暂时不同的输入管路与压缩机连接。因此，蒸发器可以与压缩机的吸入侧上的不同压力水平连接。由此可以实现制冷剂回路的高效运行，因为可以为每个蒸发器提供不同的冷却功率。

该方法尤其利用控制器来实施。控制器被设计、配置或编程用于执行所述方法。通过控制器尤其可以确定至少一个蒸发器，尤其所有蒸发器上的相应的冷却需求，并且可以控制制冷剂回路的连接。

特别地，制冷剂回路以如下方式运行和/或方法以如下方式执行，即，在此消耗尽可能少的能量，即能够实现制冷剂回路的尽可能节能的运行。

此外，该方法也可以由计算机或利用控制单元的处理器实施。

因此，还提出了一种用于数据处理的系统，所述系统包括处理器，所述处理器被适配/配置为，使得所述处理器执行所提出的方法或所提出的方法的步骤的一部分。

可以提供计算机可读的存储介质，所述存储介质包括指令，所述指令在通过计算机/处理器执行时促使所述计算机/处理器执行所提出的方法或所提出的方法的至少一部分。

此外提出一种机动车，其至少包括牵引驱动器和电池(在所述电池中能够存储用于驱动牵引驱动器的电能)以及所描述的制冷剂回路，其中，第一蒸发器适用于冷却电池。

尤其地，机动车具有控制器，所述控制器被设计、配置或编程用于执行所述方法。

关于制冷剂回路的实施方案尤其能够转移到方法和/或机动车和/或计算机实现的方法(即计算机或处理器，用于数据处理的系统，计算机可读的存储介质)上，反之亦然。

特别是在权利要求书和体现该权利要求书的说明书中使用不定冠词(“一”)应被理解为“该”，而不是数字。由此相应地引入的术语或部件因此应理解为，这些术语或部件至少存在一次，但尤其也可以多次存在。

作为预防措施，应注意的是，在此使用的数词(“第一”，“第二”，……)主要(仅)用于区分多个相同类型的物体、大小或过程，即尤其不强制地规定这些物体、大小或过程彼此之间的依赖关系和/或顺序。如果需要依赖关系和/或顺序，则这在此明确地说明，或者对于本领域技术人员在研究具体描述的设计方案时是清楚的。如果一个构件可以多次出现(“至少一个”)，则对这些构件中的一个的描述可以同样适用于这些构件中的多个构件的全部或一部分，但这不是强制性的。

下面根据附图详细阐述本发明以及技术领域。要指出的是，本发明不应受所述实施例的限制。尤其是，除非另有明确示出，在附图中阐述的事实的部分方面也可以被提取并且与本说明书中的其他组成部分和认知相组合。尤其要指出的是，附图和尤其示出的尺寸比例仅仅是示意性的。在附图中：

图1示出具有制冷剂回路的机动车，所述制冷剂回路根据第一运行状态运行；

图2示出根据图1的制冷剂回路，所述制冷剂回路根据第二运行状态运行；和

图3示出根据图1和2的制冷剂回路，其根据第三运行状态运行。

图1示出具有制冷剂回路1的机动车18，所述制冷剂回路按照第一运行状态14运行。机动车18包括牵引驱动器19和电池12，用于驱动牵引驱动器19的电能可存储在电池12中。制冷剂回路1包括具有上游的吸入侧3和下游的压力侧4的压缩机2、冷凝器5、第一蒸发器6、第二蒸发器7以及第三蒸发器15。压缩机2是两级压缩机，其在吸入侧3上具有通向压缩机2的具有第一压力水平的第一级9的第一输入管路8和通向压缩机2的具有第二压力水平的第二级11的第二输入管路10。所述第二压力水平高于所述第一压力水平。

第一蒸发器6用于冷却电池12并且第二蒸发器7用于冷却空气13。第三蒸发器15设置用于进一步冷却空气13。

蒸发器6、7、15用于彼此不同的温度水平。设置用于冷却电池12的第一蒸发器6配置用于将电池12调温到大约20摄氏度。设置用于冷却空气13的第二蒸发器7配置用于将空气13调温到2摄氏度，并且第三蒸发器15配置用于将空气调温到-15摄氏度。

空气13在空调装置23中通过鼓风机22驱动并且通过蒸发器7、15朝向机动车18的内部空间24引导。

蒸发器6、7、15可以通过至少暂时不同的输入管路8、10与压缩机2连接。因此，蒸发器6、7、15可以与压缩机2的吸入侧3上的不同压力水平连接。由此可以实现制冷剂回路1的高效运行，因为可以为每个蒸发器6、7、15提供不同的冷却功率。

蒸发器6、7、15彼此并联连接。

在每个蒸发器6、7、15的上游布置有膨胀装置20，通过该膨胀装置使在冷凝器5中至少部分液化的制冷剂膨胀并且至少部分转变成气态。

在每个蒸发器6、7、15的下游分别布置有至少一个截止装置21，通过所述截止装置能够调节制冷剂通过相应的蒸发器6、7、15的体积流量。

机动车18具有控制器25。控制器25被设计、配置或编程用于执行所述方法。通过控制器25可以确定蒸发器6、7、15上的相应的冷却需求，并且可以控制制冷剂回路1的连接，即相应的蒸发器6、7、15与第一输入管路8或第二输入管路10的连接。截止装置21和必要时膨胀装置20可通过控制器25操控。

在制冷剂回路1的第一运行状态14中，第一蒸发器6通过第二输入管路10与压缩机2连接，并且第二蒸发器7通过第一输入管路8与压缩机2连接。第三蒸发器15在此不加载制冷剂。

图2示出根据图1的制冷剂回路1，其根据第二运行状态16运行。参考图1的实施方案。

在制冷剂回路1的第二运行状态16中，仅第二蒸发器7通过第二输入管路10与压缩机2连接，并且第三蒸发器15通过第一输入管路8与压缩机2连接。

在第二运行状态16中，第一蒸发器6不加载制冷剂。

图3示出根据图1和2的制冷剂回路1，其根据第三运行状态17运行。参考图1和图2的实施方案。

在制冷剂回路1的第三运行状态17中，第一蒸发器6和第二蒸发器7通过第二输入管路10与压缩机2连接，并且第三蒸发器15通过第一输入管路8与压缩机2连接。

在第三运行状态17中，存在对所有蒸发器6、7、15的冷却需求。在此，抽吸侧3的第二压力水平必须用于第一蒸发器6和第二蒸发器7的不同温度水平。在此，降低了制冷剂回路1的效率和功率，因为蒸发器6、7中的压力水平不能匹配于蒸发器6、7的温度水平或温度要求。在此，制冷剂回路1的尽可能高效的运行通过第一蒸发器6和第二蒸发器7与第二输入管路10的连接来实现，其中，第三蒸发器15通过第一输入管路8与压缩机2连接。

附图标记列表

1 制冷剂回路

2 压缩机

3 抽吸侧

4 压力侧

5 冷凝器

6 第一蒸发器

7 第二蒸发器

8 第一输入管路

9 第一级

10 第二输入管路

11 第二级

12 电池

13 空气

14 第一运行状态

15 第三蒸发器

16 第二运行状态

17 第三运行状态

18 机动车

19 牵引驱动器

20 膨胀装置

21 截止装置

22 鼓风机

23 空调装置

24 内部空间

25 控制器

Claims (10)

1.一种制冷剂回路(1)，至少包括具有上游的吸入侧(3)和下游的压力侧(4)的压缩机(2)、冷凝器(5)、第一蒸发器(6)和至少一个第二蒸发器(7)；其中，所述压缩机(2)是至少两级的压缩机，所述压缩机在所述吸入侧(3)上具有通向所述压缩机(2)的具有第一压力水平的第一级(9)的第一输入管路(8)和通向所述压缩机(2)的具有第二压力水平的第二级(11)第二输入管路(10)，其中，所述第二压力水平高于所述第一压力水平；其中，所述第一蒸发器(6)和所述第二蒸发器(7)能够至少暂时地通过彼此不同的输入管路(8，10)与所述压缩机(2)连接。

2.根据权利要求1所述的制冷剂回路(1)，其中，所述第一蒸发器(6)用于冷却电池(12)，并且所述第二蒸发器(7)用于冷却空气(13)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的制冷剂回路(1)，其中，所述蒸发器(6，7，15)彼此并联连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的制冷剂回路(1)，其中，在所述制冷剂回路(1)的第一运行状态(14)中，所述第一蒸发器(6)通过所述第二输入管路(10)连接到所述压缩机(2)，并且所述第二蒸发器(7)通过所述第一输入管路(8)连接到所述压缩机(2)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制冷剂回路(1)，所述制冷剂回路还包括第三蒸发器(15)，所述第三蒸发器用于进一步冷却由所述第二蒸发器(7)冷却的空气(13)。

6.根据权利要求5所述的制冷剂回路(1)，其中，在所述制冷剂回路(1)的第二运行状态(16)中，仅所述第二蒸发器(7)通过所述第二输入管路(10)连接到所述压缩机(2)，并且所述第三蒸发器(15)通过所述第一输入管路(8)连接到所述压缩机(2)。

7.根据前述权利要求5和6中任一项所述的制冷剂回路(1)，其中，在所述制冷剂回路(1)的第三运行状态(17)中，所述第一蒸发器(6)和所述第二蒸发器(7)通过所述第二输入管路(10)连接到所述压缩机(2)，并且所述第三蒸发器(15)通过所述第一输入管路(8)连接到所述压缩机(2)。

8.根据前述权利要求5至7中任一项所述的制冷剂回路(1)，其中，所述第二蒸发器(7)和所述第三蒸发器(15)彼此并联连接，并且能够分别通过所述第一输入管路(8)和所述第二输入管路(10)中的每一个可切换地与所述压缩机(2)连接。

9.一种用于运行制冷剂回路(1)的方法，所述制冷剂回路具有至少一个压缩机(2)、冷凝器(5)、第一蒸发器(6)和至少一个第二蒸发器(7)，所述压缩机具有上游的吸入侧(3)和下游的压力侧(4)；其中，所述压缩机(2)是至少两级的压缩机，所述压缩机在所述吸入侧(3)上具有通向所述压缩机(2)的具有第一压力水平的第一级(9)的第一输入管路(8)和通向所述压缩机(2)的具有第二压力水平的第二级(11)第二输入管路(10)，其中，所述制冷剂回路(1)至少在第一运行状态(14)中运行，在所述第一运行状态中，所述第一蒸发器(6)和所述第二蒸发器(7)至少暂时通过彼此不同的输入管路(8，10)与所述压缩机(2)连接。

10.一种机动车(18)，至少包括牵引驱动器(19)和电池(12)以及根据前述权利要求1至8中任一项所述的制冷剂回路(1)，在所述电池中能够存储用于驱动所述牵引驱动器(19)的电能，其中，所述第一蒸发器(6)被实施为适用于冷却所述电池(12)。

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