CN103373197B - 具有热泵功能和再热功能的空调设备的制冷剂回路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路。该制冷剂回路能以制冷设备/热泵组合模式运行并可在再热模式下运行，具有压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器、第一膨胀机构以及用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器、用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器以及沿制冷剂流向连接在该传热器后面的第二膨胀机构。该制冷剂回路包括通流横截面可变的第三膨胀机构，使得在完全打开状态下确保制冷剂无压力损失地流过并且通过减小通流横截面可使用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器中的压力水平超过用于在制冷剂和环境之间传热的传热器中的压力水平。本发明还涉及一种运行该制冷剂回路的方法。

Description

具有热泵功能和再热功能的空调设备的制冷剂回路
技术领域
本发明涉及一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路。所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在再热模式下运行，其具有压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器、第一膨胀机构以及用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器和用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器。
本发明还涉及一种运行该空调设备的制冷剂回路的方法。
背景技术
现有技术中的已知汽车利用发动机余热来加热乘客室进风。借助在发动机制冷剂回路中循环的制冷剂将余热送往空调设备，再由采暖传热器传递给流入乘客室的空气。通过制冷剂-空气传热器从车辆驱动装置的高效内燃机的制冷剂回路中获取加热功率的已知设备，在环境温度较低时无法再达到使乘客室得到足够供暖所需要的水平，无法满足乘客室的总需热量。混合动力车辆或仅靠电力驱动的车辆中的设备亦是如此。
当来自发动机制冷剂回路的热量无法满足乘客室的总需热量时，就需要采取辅助加热措施，例如采用电阻加热(PTC)或燃料加热器。使用以空气为热源的热泵可以更有效地为乘客室加热空气，热泵中的制冷剂回路既用作唯一的加热装置，又起到辅助加热的作用。
被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行，因而也可以加热模式运行并且从环境空气中获取热量的空气-空气热泵属于公知技术。在制冷剂和空气之间传递功率。有些热泵***无法同时为待送入乘客室的空气除湿和加热，当环境温度较低时，就无法用循环空气(即来自于乘客室的再循环空气)运行。而由于除湿功能的缺失，空气中的残余水分以及乘客以蒸汽形式释放出来的水分就会使车窗蒙上水汽。此外在环境温度约为0℃至20℃的气候温和地区，往往要求空调***能够以为乘客室的进风除湿为目的来运行蒸发器。
当环境温度超过20℃时，传统的空调设备会在达到热舒适程度后将待送入乘客室的空气冷却至2℃至10℃左右，并在此过程中进行充分的除湿处理。但由于环境温度较低，经冷却和除湿后的空气无法被直接送入乘客室。设有内燃机的车辆随后会利用内燃机的余热将空气再加热至期望的进风温度。达到热舒适程度的乘客室温度标称值例如为20℃至25℃左右。
因此，在所谓的“再热(reheat)”即再热模式下将待送入乘客室的空气冷却，并在此过程中进行除湿处理，而后再略微加热。以该模式工作时，所需要的再热功率小于冷却空气和为空气除湿所需要的制冷功率。
DE 10 2006 026 359 A1描述一种制冷剂回路能以制冷设备/热泵组合模式运行的空调设备。该案中所揭示的热泵***由初级回路和划分成不同区段的次级段构成，其中初级回路包含了已知的传统压缩式制冷机所具有的组件，例如压缩机、两个传热器和节流机构。次级段具有用作热泵冷凝器的附加传热器。这种空调设备只能在热泵模式下实现再加热。此外，在次级段的附加传热器中被传递给空气的加热功率始终大于初级回路实施为蒸发器的传热器中所获得的制冷功率。这样就无法以前述的再热模式运行。
然而，从该现有技术中也知道能以这种再热模式运行的热泵***。
DE 10 2011 109 055 A1揭示一种制冷剂回路能以热泵模式和制冷设备模式运行的车用空调设备。其中，制冷剂回路具有压缩机、在制冷设备模式下用作冷凝器的外部传热器及一内部传热器。用作蒸发器的内部传热器配有内部加热冷凝器。这种空调设备还包括用于产生可与内部传热器和内部加热冷凝器热耦合的空气质量流的装置及一定量装置，借助该定量装置可以为热耦合的空气质量流在内部加热冷凝器中的空气分质量流定量。因此，连续通流的内部加热冷凝器作为热泵冷凝器在空气侧与实施为蒸发器的内部传热器耦合。通过改变热泵冷凝器的空气分质量流，可以调节再热模式下的加热功率。
其中以再热模式运行时，无法使热泵冷凝器中的制冷剂压力显著超过外部传热器中的压力水平，因而也就无法将乘客室的进风加热至远超过环境空气温度的程度。外部传热器中的压力主要取决于环境空气的温度。***所能提供的加热功率虽然会随着环境空气温度的升高而增加，但是当环境空气的温度升高时，乘客室达到热舒适程度所需要的加热功率会变小。因此以再热模式运行时，***虽能在环境空气温度较高时提供足够多的加热功率，但在环境空气温度较低时，例如当温度低于20℃时，会出现加热功率不足的情况。为了产生必要的加热功率，***必须以纯热泵模式运行。然而在该模式下又无法为乘客室的进风充分除湿。如此一来，制冷剂回路就需要在热泵模式和制冷设备模式之间切换。
DE 10 2009 028 522 A1描述一种制冷剂回路被构造成热泵***的空调设备。该制冷剂回路是DE 10 2006 026 359 A1所揭示的制冷剂回路的改进，其同样具有初级回路和设有热泵冷凝器的次级段。初级回路是在蒸发器上传递制冷功率，次级段是在热泵冷凝器上传递加热功率，通过将制冷剂总质量流划分成流过初级回路的第一分质量流和流过次级段的第二分质量流，可以实现加热功率调节不受制冷功率影响的再热模式运行。
然而，即便是这种形式的制冷剂回路也无法不受环境温度影响地调节热泵冷凝器中的制冷剂压力水平，也无法使热泵冷凝器中的制冷剂压力水平显著超过初级回路的冷凝器中的压力水平。以再热模式运行时虽能提供足够多的加热功率，但当环境空气的温度低于20℃时，温度水平不足以使乘客室达到舒适程度。为了获得必要的加热功率，空调设备必须以纯热泵模式运行，但又无法为乘客室的进风充分除湿。此时，制冷剂回路就需要像DE10 2011 109 055 A1所揭示的空调设备那样在热泵模式和制冷设备模式之间切换。
发明内容
本发明的目的是，改进用于各种不同模式、尤其再热模式运行的具有制冷剂回路的空调设备，使得待送入乘客室的空气能够不依赖于所需制冷功率并且不依赖于环境空气温度水平地被加热至高达50℃至60℃的高温度水平。在此要弃用如PTC加热装置这样的高能耗附加外部热源。
本发明的目的还在于，提供一种运行该制冷剂回路的方法，用这种方法尤其能确保再热模式下的高效运行，还可以不依赖于所需制冷功率和不依赖于环境空气温度水平地将待送入乘客室的空气加热至高于环境空气温度水平的温度水平。
本发明用以达成上述目的的解决方案为一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在再热模式下运行。本发明所提供的制冷剂回路具有压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器、第一膨胀机构以及用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器。此外，所述制冷剂回路还构造有用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器以及沿制冷剂流向连接在所述传热器后面的第二膨胀机构。
依照本发明的设计理念，该制冷剂回路具有通流横截面可变的第三膨胀机构。第三膨胀机构的构造方式及其在制冷剂回路中的布置方式使得当该膨胀机构完全打开时，能确保制冷剂近乎无压力损失地流过，并且通过减小通流横截面，可以使用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器中的压力水平调整到超过用于在制冷剂和环境之间传热的传热器中的压力水平。为了实现近乎无压力损失的通流，该膨胀机构的通流横截面与制冷剂回路的布置在该膨胀机构上的连接管的通流横截面基本相当。
根据本发明的优选技术方案，用于在制冷剂和环境之间传热的传热器和用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器分别构造为可双向通流的。此外，第一膨胀机构优选具有两条可以反向地加载制冷剂的流道。第一膨胀机构为可双向通流的，即制冷剂可沿两个相反流向流过该膨胀机构。
根据本发明的第一替代技术方案，沿制冷剂流向在压缩机后面设有分支点，在以再热模式运行时，可以在该分支点处将制冷剂质量流划分为流过用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器的分质量流和流过用于在制冷剂和环境之间传热的传热器的分质量流。其中，第三膨胀机构优选布置在该分支点和用于在制冷剂和环境之间传热的传热器之间。
用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器在再热模式中用来再加热此前经冷却和/或除湿处理的空气，该传热器在下文中又称再热器，用于在制冷剂和环境之间传热的传热器在再热模式中用来冷凝制冷剂，该传热器在下文中又称冷凝器/气体冷却器。
特别优选地，所述制冷剂回路具有初级回路和次级段。压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器、第一膨胀机构和用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器布置在初级回路中。
次级段优选由两条通流路径构成。第一通流路径从布置于压缩机和用于在制冷剂与环境之间传热的传热器之间的分支点出发延伸至布置于用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器和压缩机之间的出口点。第一通流路径优选具有用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器和第二膨胀机构。第二通流路径从布置于压缩机和用于在制冷剂和环境之间传热的传热器之间的分支点出发延伸至布置于用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器和压缩机之间的出口点。
在以再热模式运行时，制冷剂的质量流优选可分配给初级回路和第一通流路径。第三膨胀机构在初级回路内部优选布置在次级段的第一通流路径的分支点和第二通流路径的分支点之间。
此外，初级回路在次级段的通流路径的出口点之间还具有优选实施为截止阀或切换阀的阀门。
根据本发明的第二替代技术方案，用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器和用于在制冷剂和环境之间传热的传热器通过连接管直接相连。第三膨胀机构布置在该连接管内部。在制冷剂回路中循环的总的制冷剂质量流依次流过这两个传热器。与本发明的第一替代技术方案相比，在以再热模式运行时不将制冷剂质量流划分为流过第一传热器的分质量流和流过第二传热器的分质量流。借助不同的压力水平或温度水平调节热功率。
本发明用以达成上述目的的另一解决方案为一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路，所述制冷剂回路具有压缩机、沿制冷剂流向布置在压缩机后面的分支点、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器以及用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器。所述制冷剂回路被构造用于使空调设备以制冷设备和热泵模式组合运行以及用于在再热模式中运行。在以再热模式运行时，制冷剂质量流可被划分为流过再热器的分质量流和流过冷凝器/气体冷却器的分质量流。
依照本发明的设计理念，在所述制冷剂回路内部在分支点和用于在制冷剂和环境之间传热的传热器之间设有通流横截面可变的膨胀机构。该膨胀机构的构造方式使得当该膨胀机构处于完全打开状态时能确保制冷剂无压力损失地流过，并且通过减小通流横截面，可以使用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器中的压力水平调节得超过用于在制冷剂和环境之间传热的传热器中的压力水平。因此当制冷剂回路以再热模式运行时，再热器中的制冷剂压力水平高于冷凝器/气体冷却器中的压力水平。
本发明提供一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路的运行方法，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备和热泵组合模式运行以及在再热模式中运行，所述制冷剂回路具有压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器、用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器和膨胀机构，在以再热模式运行时，该方法具有以下步骤：
-将制冷剂质量流分为流过再热器的分质量流和流过冷凝器/气体冷却器的分质量流，
-减小膨胀机构的通流横截面，并且使流过冷凝器/气体冷却器的分质量流在流过膨胀机构时膨胀，同时提高流过再热器的分质量流的压力水平。
在此，本发明将再热器中的制冷剂的压力水平提高至超过冷凝器/气体冷却器中的制冷剂的压力水平，亦即，再热器中的制冷剂压力水平高于冷凝器/气体冷却器中的压力水平。这样就能与冷凝器/气体冷却器中的制冷剂的温度无关地调节再热器中的制冷剂的温度，从而将待送入乘客室的空气加热至超过环境空气温度的温度。
本发明还提供一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路的运行方法，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行以及在再热模式下运行，所述制冷剂回路包括压缩机、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器、用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器和膨胀机构，在以再热模式运行时，该方法具有以下步骤：
-减小膨胀机构的通流横截面，并且使制冷剂质量流在流过膨胀机构其从再热器中的较高压力水平膨胀至冷凝器/气体冷却器中的较低压力水平，
-与冷凝器/气体冷却器中的制冷剂温度无关地调节再热器中的制冷剂温度，从而将待送入乘客室的空气加热至超过环境空气温度的温度。
制冷剂在到达冷凝器/气体冷却器之前在流过膨胀机构时膨胀，同时，再热器中的制冷剂的压力水平提高。其中，再热器中的制冷剂压力水平超过冷凝器/气体冷却器中的制冷剂压力水平。
根据本发明的优选方案，用于在制冷剂和环境之间传热的传热器在以制冷设备和再热模式运行时相对于在以热泵模式运行时而言，制冷剂在相反的方向上流过。
根据本发明的一种有益方案，所述制冷剂回路具有用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器以及布置在该传热器和用于在制冷剂和环境之间传热的传热器之间的膨胀机构，根据该方案，膨胀机构以及用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器在以制冷设备和再热模式运行时相对于以热泵模式运行而言制冷剂在相反的方向上流过。
本发明的一个特别的优点在于，以再热模式运行时，可以使再热器中的制冷剂压力调整得显著超过作为用于在制冷剂和环境之间传热的传热器的冷凝器/气体冷却器中的压力水平，从而可以将乘客室的进风加热至远超过环境空气温度。不管环境空气的温度高还是低(例如低于20℃)，借助所述制冷剂回路都可以在再热模式下提供足够的加热功率。此外，在这个模式运行中还能为乘客室的进风充分除湿。
与现有技术相比，所述空调设备的制冷剂回路的其它优点可总结如下：
-应用于混合动力汽车中时，能够在环境温度低并且发动机冷却回路的冷却水温度低的情况下迅速提供热风，
-为乘客室供暖所需要的功率得以降低，并且可以在通风***以循环空气模式运行时实现供暖，
-与其它供暖***相比在功能相当的情况下动态性能好，复杂程度低，
-以再热模式运行时，再热器的加热功率低于蒸发器中的制冷功率。
下面结合实施例和附图对本发明的技术细节、特征和优点作进一步说明。图中分别示出空调设备的制冷剂回路处于制冷设备运行模式、热泵运行模式或再热运行模式。
附图说明
图1为包括初级回路和次级段的制冷剂回路，具有布置于初级回路的高压侧的膨胀机构；及
图2为包括膨胀机构的制冷剂回路，该膨胀机构布置在两个在再热运行模式下分别作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器之间的连接管中。
具体实施方式
图1为车辆空调设备的制冷剂回路1，其包括初级回路和次级段。在以制冷设备模式运行时，制冷剂在初级回路中沿流向依次流过作为蒸发器运行的传热器2、流过收集器3、压缩机4、作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器5和实施为可双向通流的膨胀阀的膨胀机构6。制冷剂的流向在此用虚线箭头表示。
为冷却待送入乘客室的空气而循环流动的制冷剂在压缩机4中压缩并被送入传热器5。在传热器5中，制冷剂将热量释放到环境空气中。接下来，制冷剂在流过膨胀机构6时膨胀至蒸发器2中的压力水平。在此过程中产生的两相混合物在传热器2中蒸发并将待送入乘客室的空气冷却至期望的温度。制冷剂离开传热器2后被导入收集器3，因不完全蒸发而仍存在的制冷剂液体沉积并储存于该收集器中。压缩机4从收集器3中吸出制冷剂并将其再度压缩。
如果在亚临界运行下(例如使用R134a制冷剂)或者在使用二氧化碳的特定环境条件下液化制冷剂，就将传热器5称作冷凝器。一部分传热过程在恒温下进行。在超临界运行下，或者说当在传热器5中超临界放热时，制冷剂温度持续下降。在此情况下传热器5也称气体冷却器。超临界运行可以在特定的环境条件下或者在车辆空调设备1以二氧化碳为制冷剂运行时出现。
在以热泵模式运行时，制冷剂除流过初级回路外还流过由两条通流路径7、8构成的次级段。
第一通流路径7从分支点9延伸至初级回路的出口点10。其中，分支点9在制冷剂流向上位于压缩机4后面，即位于压缩机4的输出端，出口点10在以制冷设备模式运行时的制冷剂流向上位于传热器2后面，即位于传热器2的输出端。第一通流路径7沿制冷剂流向在分支点9后面具有阀门11、实施为冷凝器/气体冷却器的传热器12和之后的膨胀机构13。
第二通流路径8从分支点14延伸至初级回路的出口点15。分支点14在以制冷设备模式运行时的制冷剂流向上位于传热器5前面，即位于传热器5的输入端，出口点15位于收集器3前面，即位于收集器3的输入端。第二通流路径8具有阀门16。
在制冷剂回路1中在分支点9、14之间以及次级段的出口点10、15之间分别设有另一阀门17、18。阀门11、17与分支点9以及阀门16、18与出口点15分别形成一阀门装置。
在热泵模式下如此这般控制阀门11、16、17、18，使得制冷剂质量流在压缩机4之后流过第一通流路径7，从而流过作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器12。在以制冷设备模式运行期间，阀门11、16关闭，阀门17、18打开，而在以热泵模式运行期间，阀门11、16打开，阀门17、18关闭。实线箭头表示以热泵模式运行时的制冷剂流向。
在传热器12中，热量从制冷剂传递到待送入乘客室的空气中。作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器12又称再热器。制冷剂随后在实施为膨胀阀的膨胀机构13中从高压水平膨胀至中压水平，该中压水平介于在传热器12中放热时的水平与在传热器5中吸热时的水平之间。这样就能借助该中压水平来调节作为蒸发器运行的传热器2中的制冷剂侧温度水平。制冷剂在传热器2中部分蒸发，在此过程中将待送入乘客室的空气冷却并为其除湿。若能确保蒸发器2之前的空气温度高于0℃，就可以在传热面不结冰的情况下为流经传热器2的空气除湿，并且在冷凝器/气体冷却器12中将干燥空气加热或变热到为乘客室供暖所需要的温度水平。在传热器2中部分蒸发的制冷剂在构造得可双向通流的膨胀机构6中膨胀至与环境温度相应的两相区压力水平。可双向通流的膨胀机构6相对于制冷设备模式运行在反向上通流。制冷剂在传热器5中从环境中吸热并进一步蒸发。到达分支点14后，制冷剂流过次级段的第二通流路径8，流经阀门16并流入收集器3。制冷剂回路1是封闭的。
除了将环境空气用作热源外，附加地还可以对乘客室中的空气的潜热加以利用。在为循环空气除湿时所排放的热量，特别是在冷却空气流或者说空气流发生温度变化时所排放的热量，可以作为敏感分量在传热器12中被重新送入空气流中。在除湿时为使空气水分冷凝而排放的热量的未引起空气流温度变化的潜藏分量不必被重新送入空气流。由于不对从循环空气排放的热量的该分量进行再热处理，因此该潜热就成为被送入制冷剂回路1的附加热量。
制冷剂回路1在“重热(reheat)”即再热模式中的运行用点线箭头表示。其中，在阀门11、17打开的情况下如此这般调节膨胀机构13，使得在传热器12上可提供加热功率且该加热功率可以小于传热器2上的制冷功率。这样就可以与作为蒸发器运行的传热器2中的制冷功率无关地对作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器12上的加热功率进行调节。阀门18同样是打开的，阀门16则关闭。
沿制冷剂流向布置在压缩机4后面的阀门装置的阀门17实施为可调节的膨胀机构，特别实施为可在外部调节的膨胀阀。完全打开的阀门17的最大开启直径与连接管的内径相当，使得当制冷剂回路1以制冷设备模式运行时制冷剂可以近乎无压力损失地流过。
当制冷剂回路1以再热模式运行时，如此这般调节阀门17，使得在作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器12中形成的压力水平高于在作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器5中的压力水平。在此，实施为膨胀阀的膨胀机构17中的通流横截面减小。这样就可以与传热器5周围环境空气的温度无关地对用于再加热或变热待送入乘客室的空气的传热器12中的压力水平和温度水平进行调节。
除负荷、通流量和结构设计等因素外，传热器5中的制冷剂的压力水平还主要由环境空气的温度确定。借助实施为膨胀阀的膨胀机构17中的通流横截面的减小，传热器5中的制冷剂压力水平会下降。但由于这个压力水平受外部的环境条件影响，因此随着膨胀机构17的通流横截面减小，沿流向处于膨胀机构17前面的制冷剂的压力会提高。
次级段的第一通流路径7在阀门11打开的情况下可以通流，该阀门实施为切换阀或截止阀。
这样，在阀门11打开的情况下，通过减小膨胀机构17中的通流横截面来调节传热器12中的压力水平。
尽管在以再热模式运行时流过用于再加热待送入乘客室的空气的传热器12的制冷剂分质量流不流过阀门17，但通过调节该阀门17的通流横截面可以调节传热器12内部的压力水平并从而调节温度水平。通过改变和适配传热器12内部的温度水平，可以与环境空气温度无关地调节乘客室的进风温度。
图2为车辆空调设备的制冷剂回路1'，该制冷剂回路尤其在次级段的构造上有别于图1中的制冷剂回路。
当以制冷设备模式和以再热模式运行时，制冷剂从压缩机4'出发沿流向依次流过传热器12'、阀门19、作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器5'、实施为可双向通流的膨胀阀的膨胀机构6'、作为蒸发器运行的传热器2'并且经由三通阀20流入收集器3'。制冷剂的该流向用点划线箭头表示。
当制冷剂回路1'以制冷设备模式运行时，为冷却待送入乘客室的空气而循环流动的制冷剂在压缩机4'中压缩并被送入传热器12'。在此，布置在乘客室进风通道中的传热器12'不被加载以空气。热传递不发生。实施为可在外部调节的膨胀机构、特别是膨胀阀的、完全打开的阀门19的最大开启直径与连接管内径相当，使得制冷剂可以近乎无压力损失地流过。接下来，制冷剂在流过作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器5'时将热量传出给环境空气，在此被除热和冷凝。制冷剂在传热器2'中吸收热量。待送入乘客室的空气被冷却并除湿。
当制冷剂回路1'以再热模式运行时，在压缩机4'中压缩的制冷剂同样被送入传热器12'。在冷凝器/气体冷却器12'中，制冷剂将热量传递给待送入乘客室的空气。空气被加热。传热器12'又称再热器。
如此这般调节膨胀机构19，使得在传热器12'中形成的压力水平高于在同样作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器5'中的压力水平。通过减小膨胀机构19的通流横截面，能够与传热器5'的周围环境空气温度无关地提高用于再加热或变热待送入乘客室的空气的传热器12'中的压力水平和温度水平。
传热器5'中的制冷剂压力水平由负荷、通流量和结构设计等因素确定，但主要由环境空气的温度确定。借助实施为膨胀阀的膨胀机构19中的通流横截面的减小，使传热器5'中的制冷剂的压力水平下降。但由于这个压力水平受外部的环境条件的影响，因此通过膨胀机构19的通流横截面的减小，沿流向处于膨胀机构19前面的制冷剂的压力被提高或者说调节，从而使传热器12'中的制冷剂压力被提高或者调节。
压力被调节后的制冷剂质量流流过阀门19。在此，该膨胀装置布置在分别作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器12'和传热器5'之间的连接管内部。
通过改变和适配传热器12'内部的温度水平，可以与环境空气的温度无关地调节乘客室的进风温度。
无论在以制冷设备模式运行还是以再热模式运行中，制冷剂在离开作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器5'后都会流经膨胀机构6'，以便膨胀至蒸发器2'中的压力水平。在此产生的两相混合物在传热器2'中蒸发，使待送入乘客室的空气冷却并除湿。制冷剂在从传热器2'流出后被三通阀20导入收集器3'，在不完全蒸发情况下还存在的制冷剂液体在该收集器中沉积并储存。压缩机4'从收集器3'中吸出制冷剂。制冷剂回路1'是封闭的。
在以热泵模式运行时，制冷剂以类似于图1所示的方式在制冷剂回路1'中循环。在此，制冷剂流过从传热器12'的输出端上的分支点21延伸至出口点10'的连接管。出口点10'在以制冷设备模式运行时的制冷剂流向上位于传热器2'的输出端。该连接管具有实施为膨胀阀的膨胀机构13'。阀门19是关闭的。实线箭头表示在以热泵模式运行时的制冷剂流向。
在传热器12'中，热量从经压缩机4'压缩的制冷剂传递给待送入乘客室的空气。制冷剂随后在膨胀机构13'中从高压水平膨胀至中压水平，该中压水平介于传热器12'中放热时的水平与传热器5'中吸热时的水平之间。这样就能借助该中压水平来调节蒸发器2'中的制冷剂的温度水平。其中，在传热器12'上可提供加热功率且该加热功率可以小于传热器2'上的制冷功率。这样就可以与作为蒸发器运行的传热器2'中的制冷功率无关地对作为冷凝器/气体冷却器运行的传热器12'上的加热功率进行调节。
制冷剂在传热器2'中部分蒸发，其中，待送入乘客室的空气被冷却并除湿。干燥的空气在冷凝器/气体冷却器12'中再度被加热至为乘客室供暖所需要的温度水平。
在传热器2'中部分蒸发的制冷剂在被构造成可双向通流的膨胀机构6'中膨胀至与环境温度相应的两相区压力水平。可双向通流的膨胀机构6'相对于在制冷设备模式中运行而言在反向上通流。制冷剂在传热器5'中从环境中吸热并进一步蒸发。离开传热器5'后，制冷剂被三通阀20导入收集器3'中并被压缩机4'吸出。冷剂回路1'是封闭的。
附图标记表
1，1' 制冷剂回路
2，2' 传热器，蒸发器
3，3' 收集器
4，4’ 压缩机
5，5' 传热器
6，6' 膨胀机构
7 次级段的第一通流路径
8 次级段的第二通流路径
9 分支点
10，10' 出口点
11 阀门
12，12' 传热器，冷凝器/气体冷却器
13，13' 膨胀机构
14 分支点
15 出口点
16 阀门
17 阀门，膨胀机构
18 阀门
19 阀门，膨胀机构
20 三通阀
21 分支点

Claims (10)

1.一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路(1，1')，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在再热模式下运行，其具有：
压缩机(4，4')、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5，5')、第一膨胀机构(6，6')以及用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器(2，2')，
用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器(12，12')以及沿制冷剂流向连接在该传热器之后的第二膨胀机构(13，13')，
其特征在于，设有通流横截面可变的第三膨胀机构(17，19)，所述第三膨胀机构的构造方式及其在所述制冷剂回路(1，1')中的布置方式使得：
在完全打开状态下能确保制冷剂无压力损失地流过，
通过减小通流横截面，所述用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器(12，12')中的压力水平能够被调整得超过所述用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5，5')中的压力水平,并且
沿制冷剂流向在所述压缩机(4)后面设有分支点(9)，当以再热模式运行时，在该分支点处能够将制冷剂质量流分为一流过所述用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器(12)的分质量流和一流过所述用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5)的分质量流，其中，所述第三膨胀机构(17)布置在所述分支点(9)和所述传热器(5)之间。
2.如权利要求1所述的制冷剂回路(1，1')，其特征在于，
所述传热器(5，5')和所述传热器(2，2')分别构造为可双向通流的，并且
所述第一膨胀机构(6，6')具有两条能够在相反方向上被加载以制冷剂的流道。
3.如权利要求1所述的制冷剂回路(1)，其特征在于，构造有一初级回路和一次级段，其中，
所述压缩机(4)、所述传热器(5)、所述第一膨胀机构(6)和所述传热器(2)布置在所述初级回路中，
所述次级段由两条通流路径(7，8)构成，其中，
第一通流路径(7)从布置于所述压缩机(4)和所述传热器(5)之间的分支点(9)延伸至布置于所述传热器(2)和所述压缩机(4)之间的出口点(10)并且具有所述传热器(12)和所述第二膨胀机构(13)，
第二通流路径(8)从布置于所述压缩机(4)和所述传热器(5)之间的分支点(14)延伸至布置于所述传热器(2)和所述压缩机(4)之间的出口点(15)，
其中，当以再热模式运行时，制冷剂质量流能够分配到所述初级回路和所述第一通流路径(7)上，
所述第三膨胀机构(17)布置在所述第一通流路径(7)的分支点(9)和所述第二通流路径(8)的分支点(14)之间。
4.如权利要求1或2所述的制冷剂回路(1')，其特征在于，所述用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器(12')和所述用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5')通过连接管直接相连，其中，所述第三膨胀机构(19)布置在所述连接管内部。
5.一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路(1)，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在再热模式下运行，该制冷剂回路具有：
压缩机(4)以及沿制冷剂流向布置在所述压缩机(4)后面的分支点(9)，
用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5)以及
用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器(12)，
其中，在以再热模式运行时，制冷剂质量流能够被分为一流过所述传热器(12)的分质量流和一流过所述传热器(5)的分质量流，
其特征在于，在所述分支点(9)和所述传热器(5)之间设有通流横截面可变的膨胀机构(17)，其中，所述膨胀机构(17)的构造方式使得：
在完全打开状态下确保制冷剂无压力损失地流过，并且
通过减小通流横截面能够使所述传热器(12)中的压力水平调整到超过所述传热器(5)中的压力水平。
6.一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路(1)的运行方法，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在再热模式下运行，其中，所述制冷剂回路(1)具有压缩机(4)、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5)、用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器(12)和膨胀机构(17)，当以再热模式运行时，所述方法具有以下步骤：
将制冷剂质量流分为一流过所述传热器(12)的分质量流和一流过所述传热器(5)的分质量流，
减小该膨胀机构(17)的通流横截面，使流过传热器(5)的所述分质量流在流过所述膨胀机构(17)时其膨胀，同时提高所述流过传热器(12)的分质量流的压力水平，其中，将所述传热器(12)中的制冷剂的压力水平提高至超过所述传热器(5)中的制冷剂的压力水平，
与所述传热器(5)中的制冷剂温度无关地调节所述传热器(12)中的制冷剂的温度，使得待送入乘客室的空气被加热至超过环境空气温度的温度。
7.一种用于调节汽车乘客室的空气的空调设备的制冷剂回路(1')的运行方法，所述制冷剂回路被构造成能以制冷设备/热泵组合模式运行并且可在再热模式下运行，其中，所述制冷剂回路(1')具有压缩机(4')、用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5')、用于从制冷剂向乘客室的待调节空气传热的传热器(12')以及膨胀机构(19)，在以再热模式运行时，该方法具有以下步骤：
减小所述膨胀机构(19)的通流横截面，并且使制冷剂质量流在流过所述膨胀机构(19)时从所述传热器(12')中的较高压力水平膨胀至所述传热器(5')中的较低压力水平，
与所述传热器(5')中的制冷剂温度无关地调节所述传热器(12')中的制冷剂的温度，使得待送入乘客室的空气被加热至超过环境空气温度的温度。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5，5')在以制冷设备和再热模式运行时相对于在以热泵模式运行时而言，被制冷剂在相反的方向上流过。
9.如权利要求6或7所述的方法，其中，所述制冷剂回路(1)具有用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器(2，2')以及布置在所述传热器(2，2')和用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5，5')之间的膨胀机构(6，6')，其特征在于，所述膨胀机构(6，6')和所述传热器(2，2')在以制冷设备和再热模式运行时相对于以热泵模式运行时而言，被制冷剂在相反的方向上流过。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述制冷剂回路(1)具有用于从乘客室的待调节空气向制冷剂输热的传热器(2，2')以及布置在所述传热器(2，2')和用于在制冷剂和环境之间传热的传热器(5，5')之间的膨胀机构(6，6')，其特征在于，所述膨胀机构(6，6')和所述传热器(2，2')在以制冷设备和再热模式运行时相对于以热泵模式运行时而言，被制冷剂在相反的方向上流过。
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