本發(fā)明涉及一種用于車輛空調設備的具有熱泵功能的制冷劑回路。

背景技術：

由于車輛發(fā)動機的日益改進的效率或者由于車輛使用電動驅動裝置，越來越少的廢熱可供用于符合舒適性地加熱車輛座艙。由此需要輔助加熱系統(tǒng)，所述輔助加熱系統(tǒng)輔助對車輛的內部空間的加熱，從而提高乘客的舒適度。

從現(xiàn)有技術中已知用于車輛空調設備的各式各樣的輔助加熱系統(tǒng)。

除了電的輔助加熱系統(tǒng)外，也應用基于制冷劑的熱泵。在此，除了通過切換制冷劑回路中的制冷劑流來確保加熱功能的常規(guī)的熱泵電路，也已知緊湊的熱泵系統(tǒng)，其中能夠借助于標準制冷劑回路通過有針對性地在空氣側布線來實現(xiàn)加熱功能、冷卻功能和除濕功能以及產生每個任意的混合溫度。

從de102012108891a1和de102011052752a1中已知最后提到的類型的緊湊的機動車輛空調設備，其中制冷劑回路的冷凝器的熱空氣流和蒸發(fā)器的冷空氣流根據(jù)機動車輛空調設備的所需要的排風溫度混合。所混合的空氣通過空氣通道導入到車輛座艙中。通過設置在座艙中的、具有不同的出口-控制元件的空氣分配系統(tǒng)，將空氣引導至相應的空氣出口，例如除霜出口、通風出口和腳部出口，并進入車輛。過量的空氣通過附加的出口從緊湊的空調器被吹送到環(huán)境中。這些設備相對于常規(guī)的熱泵系統(tǒng)已經(jīng)具有提高的效率和更小的復雜性。

現(xiàn)有技術中常規(guī)的熱泵的缺點是高的復雜性，因構件的大的數(shù)量引起帶來高的成本以及在環(huán)境溫度低時低的有效功率。

緊湊的空調系統(tǒng)的缺點是由于其應用而明顯改變的車輛構架，所述車輛構架無法實現(xiàn)在傳統(tǒng)的車輛中的使用。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種用于車輛空調設備的具有熱泵功能的制冷劑回路，所述制冷劑回路在保持機動車輛中的傳統(tǒng)的空間劃分的同時實現(xiàn)低的復雜性，并且實現(xiàn)用于車輛空調設備的標準部件的使用。

所述目的通過一種用于車輛空調設備的具有熱泵功能的制冷劑回路和一種用于運行所述制冷劑回路的方法來實現(xiàn)。改進方案在實施例中說明。

本發(fā)明的所述目的尤其通過一種用于機動車輛的具有熱泵功能的制冷劑回路實現(xiàn)，其中制冷劑回路具有至少一個蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器以及膨脹閥。此外，制冷劑回路的特征在于，在制冷劑回路中，在獨立的流體引導裝置中的附加蒸發(fā)器設置在壓縮機的上游。

流體引導裝置滿足如下目的：將與制冷劑相比相對熱的流體與制冷劑接觸以將熱量傳遞到制冷劑上。由此，在更廣泛的意義上流體引導裝置已經(jīng)是流體-流體-熱交換器。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設計方案，流體引導裝置構成為制冷劑回路的附加蒸發(fā)器，所述附加蒸發(fā)器具有殼體并且必要時具有其它部件以改進流體引導的效率。就上述描述而言，作為熱的流體，除了循環(huán)空氣、環(huán)境空氣或者發(fā)動機艙空氣外，也可以使用增壓空氣、冷卻水、冷卻油或者廢氣。

作為機動車輛空調設備，就本發(fā)明而言，應視為空調器和制冷劑回路。在空調器中除了制冷劑回路的所需要的部件外還設有其它用于處理、引導和分配待進行調節(jié)的空氣流的部件，如風扇、活門和混合室，以及必要時設有基于制冷劑的供暖熱交換器。

根據(jù)本發(fā)明的一個有利的設計方案，此外在制冷劑回路中，在壓縮機和冷凝器之間設置有附加的熱交換器，用于直接地或者間接地將熱量輸出給車輛座艙。

在直接地或者間接地將熱量輸出給車輛座艙的情況下，例如借助于附加的熱交換器在直接的路徑上將熱量從制冷劑回路中傳遞給待供給車輛座艙以用于進行加熱的空氣，或者在間接的路徑上經(jīng)由連接在中間的流體回路傳遞給所述空氣。

據(jù)此，附加的熱交換器將熱量從制冷劑回路中直接在空調器中輸出給待進行調節(jié)的空氣流。作為替選方案，附加的熱交換器將熱量從制冷劑回路中間接地首先例如輸出到發(fā)動機冷卻回路，并且該發(fā)動機冷卻回路隨后緊接著借助于傳統(tǒng)的供暖熱交換器將熱量輸出給用于車輛座艙的待進行調節(jié)的空氣流。

優(yōu)選地，在直接將熱量輸出給待供給座艙的空氣流時，車輛空調設備的附加的熱交換器在待進行調節(jié)的空氣流中設置在蒸發(fā)器的下游。

在電動或者混合動力車輛中，車輛空調設備的附加的熱交換器在待進行調節(jié)的空氣流中設置在發(fā)動機冷卻回路的供暖熱交換器的部位處。

尤其優(yōu)選的是，除了車輛空調設備的出自制冷劑回路的已提及的熱交換器外，發(fā)動機冷卻回路的或者在電動或混合動力車輛中的供暖熱交換器在待進行調節(jié)的空氣流中設置在ptc的部位處。在此，在電動或者混合動力車輛中的內燃機中或者也稱為ptc的電加熱器中，發(fā)動機冷卻回路的供暖熱交換器是用于對用于車輛座艙的空氣流進行加熱的另一熱源。

有利的是，制冷劑回路的冷凝器構成為，使得設有可封閉的空氣引導系統(tǒng)，以便防止或者排除在加熱待進行調節(jié)的空氣流期間通過車輛空調設備中的熱交換器將冷凝器的熱量輸出給周圍環(huán)境。

尤其優(yōu)選的是，在附加蒸發(fā)器的上游設置有附加膨脹機構，所述附加膨脹機構通過降壓使蒸發(fā)溫度水平降低，從而使得使用溫度更低的熱源來加熱乘客艙是可行的。

有利地，附加蒸發(fā)器和附加膨脹機構在制冷劑回路中設置在蒸發(fā)器的上游、下游或者于與蒸發(fā)器并聯(lián)地設置。

尤其有利的是，將附加蒸發(fā)器設置在發(fā)動機艙或者車輛中的由熱空氣圍繞的另一地方，因為由此能夠經(jīng)由附加蒸發(fā)器提供用于加熱乘客艙的熱量并且提高乘客的舒適度。

尤其對于車輛空調設備的制冷功能而言有利的是，獨立的流體引導裝置在輸入側設有用于阻止穿流附加蒸發(fā)器的封閉裝置，以便在這種運行模式中將經(jīng)由附加蒸發(fā)器的熱量吸收降低到最小程度或者甚至完全排除。

此外已證實有利的是，獨立的流體引導裝置在輸出側具有回流封閉裝置，所述回流封閉裝置防止沿著相反的方向穿流流體引導裝置。

尤其優(yōu)選的是，在獨立的流體引導裝置設計為空氣引導裝置時，所述流體引導裝置的封閉裝置構成為活門。作為替選方案，流體引導裝置的封閉裝置構成為百葉窗。顯然，流體引導裝置的封閉裝置能夠組合地構成為活門和/或百葉窗。

通過設有風扇能夠有利地提高在獨立的空氣引導裝置內部將熱量引入到制冷劑回路中，其方式是：借助于風扇提高穿過附加蒸發(fā)器的附加熱流體流。

根據(jù)本發(fā)明的一個尤其有利的設計方案，獨立的流體引導裝置構成為空氣引導裝置，所述空氣引導裝置具有兩個附加熱流體接口和相應的活門，所述活門用于使循環(huán)空氣和/或發(fā)動機艙空氣交替地或者同時穿流流體引導裝置的附加蒸發(fā)器。

此外，本發(fā)明的所述目的通過一種用于運行制冷劑回路的方法實現(xiàn)，其中在熱泵運行時附加熱流體流流動穿過獨立的流體引導裝置，并且經(jīng)由附加蒸發(fā)器吸收制冷劑回路的熱量，所述熱量接下來在附加的熱交換器中能夠經(jīng)由車輛空調設備輸出給待進行調節(jié)的空氣流并且進入到車輛座艙中。

此外，本發(fā)明的所述目的通過一種用于運行制冷劑回路的方法實現(xiàn)，其中在冷卻運行時獨立的流體引導裝置被轉換到使得沒有熱量經(jīng)由附加蒸發(fā)器被吸收并且制冷劑回路在制冷設備運行中工作。

本發(fā)明的優(yōu)點大體上在于：在使用標準部件以及其在車輛中的傳統(tǒng)的設置時常規(guī)的、基于制冷劑的熱泵的優(yōu)點與在使用簡單的制冷回路的情況下緊湊的空調系統(tǒng)的高效率的優(yōu)點相結合。

根據(jù)設計，本發(fā)明的所述目的由此通過一種車輛空調設備實現(xiàn)，所述車輛空調設備在具有超臨界運行的制冷劑的制冷回路中具有作為制冷劑冷凝器或氣體冷卻器的集成的熱交換器，以及在熱泵功能方面具有在獨立的流體引導裝置中的用于附加地吸收熱量的附加的蒸發(fā)器。

根據(jù)現(xiàn)有技術的制冷劑回路，在車輛空調設備內部配設有附加的熱交換器，所述熱交換器根據(jù)工藝過程作為冷凝器或者氣體冷卻器工作。附加的熱交換器在回路中設置在壓縮機的下游。尤其優(yōu)選的是，在所提出的車輛空調設備中，將處于常規(guī)的裝入位置中的傳統(tǒng)的設備實現(xiàn)為空調器。

在制冷劑回路中，常用的冷凝器或氣體冷卻器優(yōu)選在車輛前部設置在所謂的冷卻模塊中并且通過空氣引導系統(tǒng)，例如呈活門形式的空氣引導系統(tǒng)封閉。由此能夠在車輛空調設備的加熱模式中減少或者排除通過冷凝器的所不希望的熱輸出。

在冷凝器的下游，制冷劑經(jīng)由節(jié)流元件流入到蒸發(fā)器中，在所述蒸發(fā)器中從周圍環(huán)境中吸收能量。蒸發(fā)器如常見的那樣設置在車輛空調設備中并且沿空氣流動方向設置在熱交換器的上游并且設置在來自車輛發(fā)動機的冷卻劑回路的可能存在的供暖熱交換器的上游。

附加的蒸發(fā)器優(yōu)選配設有自身的附加的膨脹閥。附加蒸發(fā)器和附加膨脹閥在此在冷卻劑回路中設置在車輛空調設備的蒸發(fā)器的上游、下游或者與所述蒸發(fā)器并聯(lián)地設置。在該附加蒸發(fā)器中附加地吸收冷卻劑的能量。附加蒸發(fā)器在此設置在獨立的流體引導裝置中，所述獨立的流體引導裝置優(yōu)選設置在發(fā)動機艙或者車輛中由熱空氣圍繞的另一地方。流體引導裝置也稱為蒸發(fā)器箱并且設有封閉裝置，例如呈百葉窗形式的封閉裝置。流體引導裝置的該封閉裝置可在打開位置和關閉位置之間可運動地調節(jié)。有利的是，另一空氣引導裝置作為回流封閉裝置設置在附加蒸發(fā)器的另一側上，以便在冷卻運行時隔離該附加蒸發(fā)器并且防止意外的熱量吸收。

優(yōu)選地，流體引導裝置除了附加蒸發(fā)器外還具有風扇作為附加熱源，所述風扇在打開封閉裝置時通過附加蒸發(fā)器抽吸或者擠壓空氣。

所描述的系統(tǒng)根據(jù)設計作為熱泵工作，所述熱泵類似于這種類型的現(xiàn)有技術在緊湊的空調系統(tǒng)方面具有空氣側的布線。在熱泵運行時，流體引導裝置的呈封閉裝置形式的空氣引導裝置被打開，使得熱空氣流動經(jīng)過附加蒸發(fā)器從而使得附加的熱量被冷卻劑吸收。該附加地被吸收的熱量經(jīng)由設置在車輛空調設備中的附加的熱交換器輸出給流入車輛中的并且待進行調節(jié)的空氣。在不具有直接的或者自由的空氣穿流的設置中，經(jīng)過附加蒸發(fā)器的空氣流動通過風扇來調節(jié)。

在冷卻運行時，流體引導裝置的空氣傳導裝置被關閉并且將附加蒸發(fā)器與附加熱流體流隔離。由此，沒有能量經(jīng)由附加蒸發(fā)器吸收并且沒有制冷劑蒸發(fā)，使得熱量完全由車輛空調設備的蒸發(fā)器吸收以冷卻待進行調節(jié)的空氣流。

在另一有利的實施方案中，蒸發(fā)器箱與空氣入口-系統(tǒng)連接。該系統(tǒng)實現(xiàn)不同的輸入空氣流的使用，例如來自發(fā)動機艙或者來自車輛的內部空間的輸入空氣流。為了提高熱泵運行的效率，有利的是，將熱空氣引導經(jīng)過蒸發(fā)器。通過空氣入口-系統(tǒng)例如能夠在周圍環(huán)境冷的情況下將輸入空氣從車輛內部空間中抽吸出來。由此，溫度比環(huán)境溫度高的空氣能夠被抽吸并且用于加熱車輛內部空間。

本發(fā)明的優(yōu)點可如下概括：

相對于傳統(tǒng)的熱泵系統(tǒng)在沒有附加的切換閥的情況下實現(xiàn)在很大程度上傳統(tǒng)的制冷劑回路中的加熱或輔助加熱功能。車輛空調設備和車輛空調設備的部件在車輛中的設置不改變并且車輛構架僅輕微地改型。

通過使用由附加蒸發(fā)器補充的傳統(tǒng)的制冷劑回路，與具有傳統(tǒng)的熱泵和其復雜的構造的系統(tǒng)相比實現(xiàn)了明顯更成本適宜的系統(tǒng)。

相對于傳動的熱泵能夠明顯提高效率，尤其在環(huán)境溫度低時的效率。由此尤其突出的是，能夠使用傳統(tǒng)的空調器而不需要較大的調整。

附圖說明

本發(fā)明的設計方案的其它細節(jié)、特征和優(yōu)點從接下來參考相應的附圖對實施例的描述中得出。附圖示出：

圖1示出在車輛空調設備中具有附加蒸發(fā)器和附加的熱交換器的制冷劑回路，

圖2a示出具有在阻斷位置中的輸入側的封閉裝置的流體引導裝置，

圖2b示出具有在打開位置中的輸入側的封閉裝置的流體引導裝置，

圖3示出具有空氣輸入側的和空氣輸出側的封閉裝置的流體引導裝置，

圖4示出具有空氣輸入側的封閉裝置和風扇的流體引導裝置，以及

圖5示出具有兩個空氣輸入側的輸入端的流體引導裝置。

具體實施方式

在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的設計方案的制冷劑回路1。制冷劑回路1對用于對空氣流20進行調節(jié)的空調器2進行供給以加熱和冷卻未示出車輛座艙，并且必要時也用于對輸送給車輛座艙的空氣進行除濕。

在空調器2中，以常規(guī)的方式設置有用于對空氣流20進行冷卻和除濕的蒸發(fā)器3。此外，為了加熱空氣流20設有熱交換器4。以已知的方式在制冷劑回路1中還設置有壓縮機5和冷凝器6以及膨脹機構7。制冷劑回路1的特點在于：執(zhí)行熱泵功能。為此在制冷劑回路1中附加蒸發(fā)器9設為流體引導裝置8中的附加熱源。流體引導裝置8在該設計方案中構成為空氣引導裝置，并且如此在車輛中設置在具有相對于環(huán)境溫度更熱的空氣的區(qū)域中，所述空氣被利用以便從該熱空氣中提取一部分熱量并且引入到制冷劑回路1中。該熱量借助于熱泵功能轉變到更高的溫度水平上并且用于加熱空氣流20。流體引導裝置8為此具有附加蒸發(fā)器9，所述附加蒸發(fā)器從附加熱流體流18中通過進行蒸發(fā)的制冷劑提取熱量，所述附加熱流體流通常是相對于環(huán)境溫度更高溫度的空氣。為了有針對性地設置附加蒸發(fā)器9的相應的蒸發(fā)溫度水平。附加膨脹機構10在制冷劑回路1中置于附加蒸發(fā)器9的上游。

制冷劑回路1的另一特點在于：熱交換器4設置在壓縮機5的下游，以加熱在空調器2中的空氣流20。借助于該熱交換器4，利用制冷劑的高壓流的溫度水平在壓縮機5之后加熱車輛空調設備中的空氣流20。熱交換器4連接有冷凝器6，在所述冷凝器中以已知的方式從制冷劑回路1中提取因廢熱流體流19產生的其它熱量，所述廢熱流體流通常作為環(huán)境空氣流將該廢熱從制冷劑回路中導出。制冷劑被冷卻或者冷凝并且隨后在膨脹機構7中以常見的方式膨脹到蒸發(fā)壓力并且被輸送給車輛空調設備的蒸發(fā)器3，在該處制冷劑回路1結束。

綜上所述，制冷劑回路1的特點在于：流體引導裝置8在制冷劑回路1中設為用于滿足熱泵功能的附加熱源，并且此外在車輛空調設備中作為附加的冷凝器的熱交換器4將在空調器2中制冷劑的在壓縮終了溫度水平上的熱量輸出給空氣流20，以加熱該空氣流。

在圖2a和2b中，原理上分別詳細示出作為空氣引導裝置的流體引導裝置8，其作為制冷劑回路1的附加熱源。流體引導裝置8在此基本上由殼體11構成，在所述殼體中設置有附加蒸發(fā)器9，并且其中設有流體引導裝置8的封閉裝置12，所述封閉裝置能夠阻斷附加熱流體流18穿過附加蒸發(fā)器9。

在圖2a中示出處于關閉位置中的封閉裝置12，使得附加熱流體流18無法流動穿過附加蒸發(fā)器9，這例如在制冷設備運行時實現(xiàn)。附加蒸發(fā)器9結合到制冷節(jié)回路1中并且被蒸發(fā)的制冷介質從附加熱量蒸發(fā)器9到達在此未完全示出的制冷劑回路1的壓縮機5中。

不同于圖2a，在圖2b中示出具有封閉裝置12的打開位置的流體引導裝置8，使得附加熱流體流18能夠不受阻礙地穿流附加蒸發(fā)器9，由此在熱泵運行時附加熱流體流的熱量能夠由制冷劑吸收以進行蒸發(fā)，并且用于熱泵功能以加熱車輛空調設備中的空氣流。

在圖3和圖4中示出流體引導裝置8的其它優(yōu)選的設計方案。

圖3除了輸入側的封閉裝置12外還示出輸出側的回流封閉裝置13。通過回流封閉裝置13，在封閉裝置12和13的關閉位置中，附加蒸發(fā)器9能夠通過禁止空氣交換完全地斷開與圍繞附加蒸發(fā)器的空氣進行的熱量交換。這個在制冷劑回路的制冷設備運行時是有利的。

不同于圖3，圖4在空氣輸出側的位置示出風扇14，所述風扇在封閉裝置12的打開位置中將附加熱流體流18抽吸穿過附加蒸發(fā)器9，從而實現(xiàn)附加熱流體流18的密集穿流和有效利用。但是風扇在此優(yōu)選的是，與圖4中的視圖相反，即在空氣流中設置在蒸發(fā)器的上游，作為替選方案也能夠設置在蒸發(fā)器的下游。

最后，在圖5中示出流體引導裝置8的另一有利的變型形式。在空氣輸入側，殼體11以兩個用于來自車輛座艙的循環(huán)空氣16和來自發(fā)動機艙的發(fā)動機艙空氣17的接口擴展。循環(huán)空氣16和發(fā)動機艙空氣17在這種情況下用作為用于附加蒸發(fā)器9中的熱量輸出的附加熱流體流18。用于循環(huán)空氣16和發(fā)動機艙空氣17的接口可借助于活門15控制，使得附加熱流體流18的每個變化都是可調節(jié)的，并且要么僅能夠使用循環(huán)空氣16，要么僅能夠使用發(fā)動機艙空氣17，要么這兩者能夠以可自由選擇地調節(jié)的比例用作為附加熱流體流18。

附圖標記列表

1制冷劑回路

2空調器

3蒸發(fā)器

4熱交換器

5壓縮機

6冷凝器

7膨脹機構

8作為附加熱源的流體引導裝置

9附加蒸發(fā)器

10附加膨脹機構

11殼體

12封閉裝置

13回流封閉裝置

14風扇

15活門

16循環(huán)空氣

17發(fā)動機艙空氣

18附加熱流體流

19廢熱流體流

20空氣流