CN116160816A - 带有受调节的喷射器的空调组件 - Google Patents

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Abstract

为了提供带有用于输送冷却剂的压缩机(11)的用于加热或冷却空间、尤其车辆内部空间(110)的空调组件(10)，该空调组件也可将冷却剂CO2高效用于热泵应用，提出了在压缩机(11)下游布置用于冷却冷却剂的高压制冷装置(12)，并且在压缩机(11)上游布置用于加热冷却剂的第一制冷装置(13)，其中，从高压制冷装置(12)离开的冷却剂可供应给第一喷射器(21)的推进质量入口(22)，并且从低压制冷装置(13)离开的冷却剂可供应给第一喷射器(21)的抽吸质量入口(23)，并且其中，第一喷射器(21)的出口(24)直接或间接与液体分离器(14)连接。

Description

带有受调节的喷射器的空调组件
技术领域
本发明涉及一种用于加热和冷却空间、尤其车辆内部空间的空调组件，其具有用于输送冷却剂的压缩机以及一种带有这种空调组件的机动车。
背景技术
已经已知以CO2作为冷却剂起作用的空调设备系统。这种空调设备系统现在在其功率能力上在较高的外部温度的情况下受限。此外，在空调设备系统中使用带有更好的功率能力的备选的冷却剂，如例如R1234YF。然而，这种冷却剂不是环境中性的并且可根据情况是易燃的并损害安全。此外，冷却剂(如R1234YF)在热泵运行中仅可受限地使用。
在US 7,428,826 B2中描述了一种喷射器装置，其控制向第一蒸发器和第二蒸发器的冷却剂流入。在US 7,726,150 B2中同样公开了这种喷射器装置。
从US 7,254,961 B2中已知一种带有喷射器的冷却剂回路。喷射器布置在热交换器或冷凝器下游并用作用于冷却剂的减速器。
WO 2018/159322 A1描述了一种喷射器，其带有借助于可移动的针的可调整的喷嘴开口。
在JP 2008-082614 A中公开了一种带有喷射器的空调设备。空调设备具有多个压缩机，以便提高冷功率。
US 7,707,849 B2公开了一种带有喷射器的冷却剂回路。喷射器与第一蒸发器、第二蒸发器和调整机构整体实施。
发明内容
本发明目的在于，提供一种空调组件，其也可将冷却剂CO2高效用于热泵应用。尤其地，该目的是提供一种空调组件，其即使在极端气候条件的情况下也可以可靠地以CO2作为冷却剂可靠地运行。
该目的通过根据本发明的空调组件来实现。
根据本发明的一方面，提供了一种用于加热或冷却空间、尤其车辆内部空间的空调组件。空调组件具有用于输送冷却剂的压缩机。优选地，冷却剂可为CO2。然而，空调组件不限于CO2作为冷却剂。尤其地，R1234YF、丙烷、丁烷或由丙烷和丁烷构成的混合物或由二氧化碳构成的混合物等可以由空调组件用作冷却剂。
空调组件此外具有高压冷却装置(Hochdruckchiller)、低压冷却装置、液体分离器或节能器和受调节的第一喷射器。
在压缩机下游布置有用于冷却冷却剂的高压冷却装置，并且在压缩机上游布置有用于加热冷却剂的低压冷却装置。备选地，代替高压冷却装置可布置有气体冷却器和/或内部空间冷凝器，以便实现相应的功能。
从高压制冷装置或从气体冷却器和/或内部空间冷凝器离开的冷却剂可供应给受调节的第一喷射器的推进质量入口(Treibmasseneingang)，并且从低压冷却装置离开的冷却剂可供应给第一喷射器的抽吸质量入口。此外，第一喷射器的出口直接或间接与液体分离器连接。
根据本发明的另一方面提供了机动车，其具有根据本发明的空调组件。
空调组件可例如描述为CO2空调设备系统，其具有提高的效率。配备有这种空调组件的电动车可由此从续航里程增加获益。在此，空调组件实现即使在极端气候条件的情况下也可靠使用CO2作为冷却剂。
第一喷射器优选地设计为受调节的喷射器。在第一喷射器的推进质量入口处可提供推进质量流，其相对于抽吸质量流具有提高的压力。由此，在喷嘴和喷射器的针之间的环形间隙中，推进质量流可通过抽吸质量流来加速。推进质量流的脉冲在经过喷嘴之后传递到抽吸质量流上。两个质量流在此混合。在第一喷射器的后置的扩散器中，横截面增大，由此产生的总质量流的速度减小并且压力提高到抽吸质量流的水平上。扩散器形成第一喷射器的出口。
通过针相对于喷嘴的轴向移位，使环形间隙的大小适配于要求和边界条件。由此，可实现可变的喷嘴横截面。作为用于调节第一喷射器的促动器可使用带有位置传感机构的比例磁体、带有芯轴传动装置的步进马达、带有芯轴传动装置的DC马达或基于形状记忆合金的促动器。
优选地，空调组件可在电动车或BEV中的组合式空调设备-和热泵系统使用。在此，尤其二氧化碳或CO2可用作冷却剂，其可在空调设备运行和热泵运行中使用。
由于空调组件的结构和由于CO2的性质，在喷射器内产生不同的相态和相变。由此可造成压力激增或脉动。通过喷嘴横截面的可变性可避免2相喷射器中的带有冲击波或脉动的运行点。
此外，可借助于空调组件使用蒸发器或高压冷却装置与压缩机或低压冷却装置之间的提高的温度差。
如果第一喷射器的出口间接经由内部空间蒸发器与液体分离器连接，则可提高空调组件的效率。由此，在冷却剂到达液体分离器之前，可例如将冷功率供应给车辆内部空间。在优选地设计为所谓的节能器的液体分离器中，冷却剂可分离成其气态和液态组成部分。冷却剂的气态组成部分随后在压缩机的方向上输送或导引，并且冷却剂的液态组成部分在低压冷却装置的方向上输送或导引。
根据另一个实施例，内部空间蒸发器并联于低压冷却装置接通，其中，膨胀阀前置于内部空间蒸发器和/或低压冷却装置。通过前置膨胀阀可精确控制至少部分冷凝的冷却剂向低压冷却装置和/或内部空间蒸发器的流入。尤其地，在内部空间蒸发器中可重新蒸发部分或完全以液相存在的冷却剂，由此生成附加的冷功率。
如果高压冷却装置或气体冷却器的冷却剂出口与压缩机的冷却剂入口尤其经由内部热交换器热耦合，则可预冷向第一喷射器的冷却剂进入。通过该措施也可省去前端中的可选的气体冷却器。
低压冷却装置和高压冷却装置由冷却水或加热水热加载，以便加热或冷却经过的冷却剂。在周围环境空气和冷却剂之间的相应的热传递由此经由冷却水进行。由于经由冷却水的热传递的效率损失通过空调装置的效率提高来补偿。
根据另一个实施形式，第一喷射器的出口间接经由第二喷射器与液体分离器连接，其中，第一喷射器的出口与第二喷射器的抽吸质量入口连接，并且第二喷射器的出口与液体分离器连接。通过该措施，可以将另外的部件、尤其内部空间蒸发器或内部空间冷凝器集成到空调组件中。第二喷射器优选地同样类似于第一喷射器的设计方案实施为受调节的喷射器。由此，冷却剂流可通过附加集成的部件独立于第一喷射器进行控制。
如果布置在压缩机下游或在压缩机上游、尤其在液体分离器下游或在高压冷却装置下游的分支直接或经由内部空间冷凝器或经由内部空间热交换器与第一喷射器或第二喷射器的推进质量入口连接，则可特别多方面地使用空调组件。
根据另一个实施例，第一喷射器的出口与第二喷射器的推进质量入口连接，其中，内部空间热交换器穿流低压冷却装置上游分支的冷却剂并与第一喷射器的抽吸质量入口连接；或者其中，内部空间热交换器穿流高压冷却装置下游分支的冷却剂并与第二喷射器的抽吸质量入口连接。由此，内部空间热交换器可选地可与冷却剂的高压侧或低压侧连接，以便将热功率或冷功率供应给空间、尤其车辆内部空间。
如果在高压冷却装置的冷却剂出口和第一喷射器的推进质量入口之间或在液体分离器的冷却剂出口和第一喷射器的推进质量入口之间可接通气体冷却器，则空调组件也可最佳地以CO2作为冷却剂用于热区应用(Heißlandanwendung)。此外，通过附加的气体冷却器也可以可靠地实现提高的舒适要求，其具有对于冷功率的更高需求。
根据另一个实施形式，气体冷却器的冷却剂出口可与第二喷射器的推进质量入口连接。根据空调组件的设计方案，气体冷却器可原则上用于任意方向上的热传递。由此，气体冷却器可用于从冷却剂导出热或将热供应给冷却剂。
附图说明
随后本发明的实施例根据附图更详细地阐释。其中：
图1示出了根据第一实施例的空调装置的示意图，
图2示出了根据第二实施例的空调装置的示意图，
图3示出了根据第三实施例的空调装置的示意图，
图4示出了根据第四实施例的空调装置的示意图，
图5示出了根据第五实施例的空调装置的示意图，
图6示出了根据第六实施例的空调装置在冷却运行中和在加热运行中的示意图，
图7示出了根据第七实施例的空调装置在冷却运行中和在加热运行中的示意图，
图8示出了根据第八实施例的空调装置在空调设备运行中和在热泵运行中的示意图，
图9示出了根据第九实施例的空调装置在空调设备运行中和在热泵运行中的示意图，
图10示出了根据第十实施例的空调装置在空调设备运行中、在热泵运行中和在再加热运行中的示意图，
图11示出了根据第十一实施例的空调装置在空调设备运行中和在加热运行中的示意图，
图12示出了根据第十二实施例的空调装置在空调设备运行中和在加热运行中的示意图，以及
图13示出了对带有空调装置的根据一个实施例的根据本发明的机动车的侧视图。
在图中，相同的结构元件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据第一实施例的空调装置10的示意图。空调组件10用于加热或冷却示例性的车辆内部空间110，该车辆内部空间在图13中表明。
空调组件10具有用于输送冷却剂的压缩机11。作为冷却剂可例如使用CO2。在所示实施例中，压缩机11设计为电驱动的压缩机。
在压缩机10下游设置有高压冷却装置12，用于冷却冷却剂或用于将冷却剂的热导出到未呈现的水冷却回路处。
类似于高压冷却装置12，在压缩机10上游设置有低压冷却装置13，用于加热冷却剂或用于从热耦合的水冷却回路取出热功率。
从高压冷却装置12离开的冷却剂供应给第一喷射器21的推进质量入口22，并且从低压冷却装置13离开的冷却剂供应给第一喷射器20的抽吸质量入口23。
在呈现的实施例中，第一喷射器21的出口24间接经由内部空间蒸发器15与液体分离器14连接。内部空间蒸发器15优选地与车辆内部空间110热耦合并且可例如由内部空间风机以空气穿流。
液体分离器14实施为节能器并且可将冷却剂的液相与气相分离。相应地，气相在压缩机10的方向上导引而液相朝向低压冷却装置13导引。
第一喷射器21设计为受调节的喷射器并具有电驱动器25。电驱动器25用于调整未呈现环形间隙的横截面，利用该横截面调整通过推进质量入口22供应的推进质量流的速度或体积流。
此外，在液体分离器14和低压冷却装置13之间布置有膨胀阀16，以便蒸发和由此冷却以液相供应给低压冷却装置13的冷却剂。
在图2中，表明了根据第二实施例的空调装置10的示意图。区别于第一实施例，在此设置有内部热交换器17，其将高压冷却装置12的冷却剂出口与压缩机11的冷却剂入口热耦合。
图3示出了根据第三实施例的空调装置10的示意图。根据第三实施例的空调装置10基于已经描述的实施例，然而内部空间蒸发器15并联于低压冷却装置13布置。在此，类似于低压冷却装置13，膨胀阀18前置于内部空间蒸发器15。
因为内部空间蒸发器15布置在新位置处，第一喷射器21、尤其第一喷射器21的出口24可径直或直接与液体分离器14连接。
图4示出了根据第四实施例的空调装置10的示意图，其基于第二实施例。在此，在第四实施例中，类似于第三实施例，内部空间蒸发器15在液体分离器14下游且并联于低压冷却装置13。同样存在内部热交换器17，其将高压冷却装置12的冷却剂出口与压缩机11的冷却剂入口热耦合。
图5以示意图表明了根据第五实施例的空调装置10,。根据第五实施例的空调装置10基于第三实施例并具有内部空间冷凝器19。
内部空间冷凝器19在压缩机11下游并联于高压冷却装置12布置。
此外，第一喷射器21的出口24通入在第二喷射器31的抽吸质量入口33中。内部空间冷凝器19与第二喷射器31的推进质量入口32连接。第二喷射器31的出口34最终通入到液体分离器14中。由此，第一喷射器21间接经由第二喷射器31与液体分离器14连接。
第二喷射器31类似于第一喷射器21设计为受调节的喷射器。
在第五实施例中，布置在压缩机下游的分支A1间接经由内部空间冷凝器19与第二喷射器31的推进质量入口22连接。
并联于高压冷却装置12由此布置有内部空间冷凝器19，其设立成加热车辆内部空间110的进气。第二喷射泵或第二喷射器31用于调节膨胀功的加载和使用。
在第五实施例中，加热、冷却和再加热通过从空调循环至内部空间空气的直接热传递来实现。
图6a和图6b示出了根据第六实施例的空调装置10在冷却运行中和在加热运行中的示意图。图6a在此示出了在冷却运行或空调设备运行中的空调装置10并且图6b示出了在加热运行中的空调装置。
第六实施例基于第一实施例并通过第二喷射器31和内部空间热交换器40扩展。内部空间热交换器40并联于第二喷射器31布置并与第二喷射器31的推进质量入口32连接。在冷却运行中，内部空间热交换器40经由液体分离器14与第二喷射器31联结。
为了实现加热运行，需要内部空间热交换器40经由布置在压缩机下游的分支A1的连结。在两个运行模式中，内部空间热交换器40通入在第二喷射器31的推进质量入口32中。在分支A1中定位膨胀阀18。
运行模式的切换经由两个阀51,52实现。
可选地，可设置用于内部空间空气的未呈现的水热交换器或空气加热器，以便确保用于在车辆内部空间110中的空气干燥的再加热运行。
为简单起见，在图1至12b中示出的实施例根据机动车100(见图13)解释了原理。空调组件10然而不限于机动车100中的使用。
在图7a和图7b中示出了根据第七实施例的空调装置在冷却运行中和在加热运行中的示意图。基本上，第七实施例相应于第六实施例。尤其地，用于借助于内部空间热交换器40冷却车辆内部空间110的在图7a中示出的运行模式相应于图6a。
图7b就此区别在于，分支A2使用在高压冷却装置12下游，以便以冷却剂供给内部空间热交换器40并供应给第二喷射器31的推进质量入口32。
在图8a和图8b中，表明了根据第八实施例的空调装置10在空调设备运行中和在热泵运行中的示意图。第八实施例基于第二实施例并通过第二喷射器31补充，该第二喷射器并联于内部空间热交换器40布置。内部空间热交换器40在此替换内部空间蒸发器15。
在冷却运行中，内部空间热交换器40经由布置在低压冷却装置13和液体分离器14之间的第三分支A3被供给以冷却剂。内部空间热交换器40通入在第一喷射器21的抽吸质量联结部23中。
在图8b中图示的热泵运行中，内部空间热交换器40并联于第一喷射器21的推进质量联结部22与第二喷射器31的抽吸质量联结部43连接。在热泵运行中，内部空间热交换器40可经由分支A2并联于高压冷却装置12接通并用于加热车辆内部空间110。
在空调装置10的冷却运行中，膨胀阀18前置于内部空间热交换器40。
在图9至图12中示出的随后的实施例中，使用附加的气体冷却器41。该附加的气体冷却器41可例如定位在机动车100的前端中。在此，可进行在冷却剂和周围环境之间的直接热传递。在此，根据设计方案也可使用可选的内部热传递器17。
在图9a和图9b中呈现了根据第九实施例的空调装置10在空调设备运行中和在热泵运行中的示意图。基本上，第九实施例基于第一实施例并通过气体冷却器41扩展，该气体冷却器与高压冷却装置12的冷却剂出口串联地集成到冷却剂回路中。
气体冷却器41的冷却剂出口不仅联结在第一喷射器21的推进质量入口22处而且联结在用于液体分离器14的液体冷却剂的冷却剂出口处。
优选地，可设置用于车辆内部空间110的内部空间空气的未呈现的水热交换器或空气加热器，以便确保用于空气干燥的加热运行和再加热运行。
在呈现的实施例中，需要三个阀或截止阀51,52,53，以便可选地以从气体冷却器41离开的或从高压冷却装置12离开的冷却剂驱动第一喷射器21。
图10a、图10b和图10c示出了根据第十实施例的空调装置10在空调设备运行中、在热泵运行中和在再加热运行中的示意图。根据第八实施例的空调装置10基于第三实施例并且类似于第十实施例具有三个截止阀51,52,53，以便控制高压冷却装置12或气体冷却器41与第一喷射器21之间的连接。
优选地，相应的截止阀51,52,53可通过控制器54来控制，该控制器例如也可控制膨胀阀16,18。
在第十实施例中，加热、冷却和再加热通过从冷却剂回路至车辆内部空间110的直接热传递来实现。
另一膨胀阀18后置于气体冷却器41，该膨胀阀在热泵运行中使用。经由截止阀51,52,53，内部空间冷凝器19在热泵运行中和在再加热运行中由冷却剂穿流，以便提供用于车辆内部空间110的热功率。
在空调装置10的空调设备运行中，内部空间冷凝器19与冷却剂回路解耦，并且仅内部空间蒸发器15用于生成冷功率。
在图11a和图11b中表明了根据第十一实施例的空调装置10在空调设备运行中和在加热运行中的示意图。空调装置10的第十一实施例基于第六实施例。类似于此，根据内部空间热交换器40是否经由后置于压缩机11的分支A1或经由液体分离器14被供给以冷却剂，可以在内部空间热交换器40中生成热功率或冷功率并将其导出到车辆内部空间110处。
由于附加的气体冷却器41，除了已经存在的两个截止阀51,52之外，还需要三个另外的截止阀53,55,56，以便控制冷却剂流。
图12a和图12b示出了根据第十二实施例的空调装置10在空调设备运行中和在加热运行中的示意图。第十二实施例基于第七实施例并同样通过气体冷却器41补充。
内部空间热交换器40可选地可串联接通至高压冷却装置12，以便在热泵运行中加热车辆内部空间110。
设置有用于内部空间空气的可选的水热交换器或空气加热器，以便确保用于空气干燥的再加热运行。
图13示出了对带有根据本发明的空调装置10的根据一个实施例的根据本发明的机动车100的侧视图。机动车100优选地设计为电动车或BEV并具有车辆内部空间110，该车辆内部空间可通过空调装置19加热、冷却或除湿。
附图标记列表
100 机动车
110 车辆内部空间
10 空调装置
11 压缩机
12 高压冷却装置
13 低压冷却装置
14 液体分离器
15 内部空间蒸发器
16 膨胀阀
17 内部热交换器
18 膨胀阀
19 内部空间冷凝器
21 第一喷射器
22 第一喷射器的推进质量入口
23 第一喷射器的抽吸质量入口
24 第一喷射器的出口
25 第一喷射器的电驱动器
31 第二喷射器
32 第二喷射器的推进质量入口
33 第二喷射器的抽吸质量入口
34 第二喷射器的出口
40 内部空间热交换器
41 气体冷却器
51 阀/截止阀
52 阀/截止阀
53 阀/截止阀
54 控制器
55 阀/截止阀
56 阀/截止阀
A1 第一分支
A2 第二分支
A3 第三分支。

Claims (10)

1.一种用于加热或冷却空间、尤其车辆内部空间(110)的空调组件(10)，其具有用于输送冷却剂的压缩机(11)，其中，在所述压缩机(11)下游布置有用于冷却所述冷却剂的高压冷却装置(12)或气体冷却器(41)和/或内部空间冷凝器(19)，并且在所述压缩机(11)上游布置有用于加热所述冷却剂的低压冷却装置(13)，其中，从所述高压冷却装置(12)离开的冷却剂可供应给第一喷射器(21)的推进质量入口(22)，并且从所述低压冷却装置(13)离开的冷却剂可供应给所述第一喷射器(21)的抽吸质量入口(23)，其中，所述第一喷射器(21)的出口(24)直接或间接与液体分离器(14)连接。
2.根据权利要求1所述的空调组件，其中，所述第一喷射器(21)的出口(24)间接经由内部空间蒸发器(15)与所述液体分离器(14)连接。
3.根据权利要求1或2所述的空调组件，其中，内部空间蒸发器(15)并联于所述低压冷却装置(13)接通，其中，膨胀阀(16,18)前置于所述内部空间蒸发器(15)和/或所述低压冷却装置(13)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的空调组件，其中，所述高压冷却装置(12)或所述气体冷却器(41)的冷却剂出口与所述压缩机(11)的冷却剂入口尤其经由内部热交换器(17)热耦合。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的空调组件，其中，所述第一喷射器(21)的出口(24)间接经由第二喷射器(31)与所述液体分离器(14)连接，其中，所述第一喷射器(21)的出口(24)与所述第二喷射器(31)的抽吸质量入口(33)连接，并且所述第二喷射器(31)的出口(34)与所述液体分离器(14)连接。
6.根据权利要求5所述的空调组件，其中，布置在所述压缩机(11)下游或在所述压缩机(11)上游或在所述高压冷却装置(12)下游的分支(A1,A2,A3)直接或经由内部空间冷凝器(19)或经由内部空间热交换器(40)与所述第二喷射器(31)的推进质量入口(32)或与所述第一喷射器(31)的推进质量入口(22)连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的空调组件，其中，所述第一喷射器(21)的出口(24)与所述第二喷射器(31)的推进质量入口(32)连接，其中，内部空间热交换器(40)穿流所述低压冷却装置(13)上游分支的冷却剂并与所述第一喷射器(21)的抽吸质量入口(23)连接；或者其中，所述内部空间热交换器(40)穿流所述高压冷却装置(12)下游分支的冷却剂并与所述第二喷射器(31)的抽吸质量入口(33)连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的空调组件，其中，在所述高压冷却装置(12)的冷却剂出口和所述第一喷射器(21)的推进质量入口(22)之间或在所述液体分离器(14)的冷却剂出口和所述第一喷射器(21)的推进质量入口(22)之间可接通气体冷却器(41)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的空调组件，其中，气体冷却器(41)的冷却剂出口能够与所述第二喷射器(31)的推进质量入口(32)连接。
10.一种机动车(100)，其具有根据前述权利要求中任一项所述的空调组件(10)。
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