CN104114391A - 用作脉动电热除冰热泵的空气调节循环 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特别地用于车辆的乘客舱的加热、通风和/或空气调节设备的空气调节循环(200)，冷却剂在所述空气调节循环中循环，并且所述孔调节循环能够在至少一个所谓的“热泵”运行模式下起作用，以加热乘客舱，所述空气调节循环包括至少：压缩机(210)，其包括连接至传输管(20)的冷却剂出口和连接至吸入管(21)的冷却剂入口；内部热交换器(220)，其能够至少用作冷凝器，并且其经由所述传输管(20)连接至所述压缩机(210)；以及外部单元(230)，其经由所述吸入管(21)连接至所述压缩机(210)，并且其包括能够用作蒸发器的至少一个外部热交换器(250)，所述内部热交换器(220)经由包括至少一个膨胀元件(300)的第一中间管(22)连接至所述外部单元(230)。所述空气调节循环(200)包括除冰管(30)，所述除冰管连接至所述压缩机(210)和/或至所述传输管(20)，以及连接至所述外部单元(230)。

Description

用作脉动电热除冰热泵的空气调节循环
技术领域
本发明涉及具有用于意图分配于机动车辆的乘客舱中的内部空气流的加热、通风和/或空气调节***中的压缩机和冷却剂的空气调节循环的技术领域。
背景技术
在这样的加热、通风和/或空气调节***的领域中，已知实现有机动化的风扇，其抽入空气流以将空气流吹进空气流热调节壳体，从而产生的被热处理并且导向乘客舱内的内部空气流。所述空气流热调节壳体的主要作用是将内部空气流调节在由车辆的使用者确定的设定温度点。为此，热调节壳体包括用于内部空气流的加热、除湿和/或冷却的装置。
在具有内燃机的车辆的情况下，这样的装置一方面最通常地通过连接至内燃机的冷却***的散热器形成以用于内部空气流的加热，另一方面通过用于空气调节循环的蒸发器形成以用于内部空气流的除湿和/或冷却。
在纯电动或混合动力车辆的情况下，不可能将内燃机的冷却回路用作热源。
并且，已经提出实现一种加热、通风和/或空气调节***，其适于具有所谓的“冷却”运行模式，以保证内部空气流的除湿和/或冷却，以及具有所谓的“热泵”的运行模式，以保证内部空气流的加热具有相比于能从电散热器获得的更高的输出。这样的加热、通风和/或空气调节***是可逆的，并且从而特别地适合于能耗将被控制的车辆。这样的空气调节循环在专利申请FR2954463中被描述。
在所谓的“热泵”的运行模式的情况下，内部热交换器被用作冷凝器，以经由热传递流体直接或间接地加热内部空气流，同时外部热交换器被用作蒸发器以从外部空气流中抽取热量。考虑到外部空气流的湿度，外部热交换器趋于由冰层遮盖，使得外部热交换器不再能够有效地保证蒸发器的功能。
为了进行外部热交换器的除冰，已经提出逆转空气调节循环的运行模式，使得以向外部热交换器供应热的冷却气体并且从而除冰。
然而，在空气调节循环的运行模式的逆转期间，内部热交换器不再供应有热的冷却剂气体，使得加热乘客舱不再可能进行。在冬季期间，这样的停止会对车辆的乘客舱中的乘客的舒适度来说是不利的。
发明内容
从而，对于能够在所谓的“热泵”运行模式下运行并且其外部热交换器能在不损害车辆的乘客舱中的乘客的舒适度的情况下除冰的新型的空气调节循环的需求是显而易见的。
为了达到该目的，本发明提出一种特别地用于车辆的乘客舱的加热、通风和/或空气调节***的空气调节循环，和/或空气调节***，冷却剂在该循环中流通，并且该循环适于至少在所谓的“热泵”运行模式中起作用，以加热乘客舱，该循环包括至少一个压缩机、一个内部热交换器和外部单元，其中所述压缩机包括连接至传输管的冷却剂出口和连接至吸入管的冷却剂入口，所述内部热交换器能够至少用作冷凝器并且经由传输管连接至压缩机，所述外部单元经由吸入管连接至压缩机并且包括至少一个能够至少用作蒸发器的外部热交换器，所述内部热交换器经由包括至少一个第一膨胀元件的第一中间管而连接至所述外部单元。
更特别地，空气调节循环包括除冰管，该除冰管一方面连接至压缩机和/或传输管，另一方面连接至外部单元。
本发明使得可以有利的方式在外部单元的除冰期间维持冷却剂到内部热交换器的供应，使得乘客舱的加热不会被中断。从而乘客舱在加热期间的舒适度不会改变。
根据本发明的一个特性，除冰管包括第二膨胀元件。
此外，空气调节循环包括控制单元，该控制单元控制第一膨胀元件和/或第二膨胀元件，以将来自于压缩机的冷却剂分配在内部热交换器和外部单元之间和/或将外部单元置于高于0℃的温度。
优选地，空气调节循环包括连接至控制单元的外部单元中的冰检测装置。根据该布置，控制单元适于使得：
—如果在外部单元中的冰的量少于预定的阈值，将空气调节循环设置为所谓的“热泵”运行模式，其中第二膨胀元件关闭；
—如果在外部单元中的冰的量高于预定的阈值，将空气调节循环设置为所谓的“除冰”运行模式，其中第一膨胀元件和第二膨胀元件至少部分打开。
根据本发明，可以根据预定义的周期来执行第一膨胀元件和/或第二膨胀元件的打开和关闭，以相应于冷却剂在除冰管中循环的顺序来限定脉动的除冰。
本发明还覆盖一种这样的空气调节循环的控制方法，以使得第一膨胀元件和/或第二膨胀元件能够打开和关闭。
本发明的特性使得可以在所谓的“除冰”运行模式中将运行的持续时间限定在严格需要的范围内，使得在内部热交换器的区域中可用的输出热量的减少的持续时间是有限的。
根据本发明的另一个特性，在所谓的“除霜”运行模式中，控制单元适合于在外部单元的至少一部分中建立高于冷却剂的温度高于0℃的压力值的压力。
有利地，外部单元可由一个或多个热交换器组成。
根据本发明的第一实施例，外部热交换器是能够用作蒸发器或冷凝器的可逆的热交换器。
有利地，外部热交换器连接至中间管并且连接至吸入管。
此外，外部单元包括额外的外部热交换器。该额外的外部热交换器优选地平行于所述外部热交换器设置。
根据该替代实施例，外部热交换器连接至除冰管并且连接至吸入管。
额外的外部热交换器优选地是能够用作蒸发器或冷凝器的可逆的热交换器。
替代地，额外的外部热交换器能够仅仅用作冷凝器。
根据另一个实施例，外部单元包括两个可逆的热交换器，该两个可逆的热交换器能够用作冷凝器或蒸发器，并且平行设置。根据该特定的示例，第一可逆交换器连接至除冰管并且连接至吸入管，而第二可逆交换器连接至中间管并且连接至吸入管。
根据本发明的另一个特性，外部单元包括连接至除冰管和第一中间管的旁通管。该旁通管有利地包括阀，该阀优选地由控制单元控制。
根据本发明的另一个实施例，外部单元包括第一外部热交换器和第二外部热交换器，其中第一外部热交换器能够仅用作蒸发器并且连接至中间管和吸入管，而第二外部热交换器能够仅用作冷凝器，平行于第一外部热交换器设置并且连接至除冰管和吸入管。
根据本发明的额外的特性，外部单元适于外部空气流从其流过。外部空气流优选地在流经外部热交换器之前流通通过用作冷凝器的额外的外部热交换器。外部单元的这种运行模式使得外部空气流能够由用作冷凝器的额外的外部热交换器加热，以融化在外部热交换器上的冰。
根据本发明的一个特性，该空气调节循环在外部单元的下游包括连接至吸入管的冷却剂积聚器。
有利地，该压缩机为可变流量压缩机。类似地，优选地，第一膨胀元件或第二膨胀元件分别具有由控制单元控制的可变压力和可变流量。
当然，在本发明的不同特性、变量和/或实施例与根据多个组合的另一个不彼此排斥或不兼容的范围内，本发明的不同特性、变量和/或实施例可与根据多个组合的另一个相关联。
附图说明
当阅读下面详细的说明时，本发明将被更好地理解，并且本发明的其他特征和优势将变得更加显而易见，所述详细的说明包括通过参考附图以例示的方式给出的、以非限制性示例的方式给出的实施例，这些实施例可用于加强对本发明和其实施方式的描述的理解，并且如适用的，给出了对本发明的限定，其中：
—图1是用于车辆乘客舱的内部空气流的热调节的壳体的示意图，
—图2是根据本发明的第一替代实施例的空气调节循环的简化的示意图，
—图3是根据本发明的第二替代实施例的空气调节循环的简化的示意图，
—图4是根据本发明的第三替代实施例的空气调节循环的简化的示意图，
—图5是根据本发明的第四替代实施例的空气调节循环的简化的示意图，
应当注意到在附图中，不同实施例的共同的结构和/或功能元件可具有相同的附图标记。此外，除非另外指明，这些元件具有相同的结构、尺寸和材料性质。
具体实施方式
图1是用于意于在车辆乘客舱中分配的内部空气流的热处理的热调节壳体100的示意图。在箭头F指示的内部空气流的流通的方向上，热调节壳体100包括通风单元110、热处理单元120和分配单元130。
根据图1的实施例，通风单元110包括通风盒1，所述通风盒1包括至少一个空气入口2和至少一个空气出口3。通风盒1包括由电机5以旋转的方式驱动的涡轮4，以使得内部空气流在热调节壳体100中流通。
通风单元110的空气出口3连接至热处理单元120的入口。此外，热处理单元120包括连接至分配单元130的入口的经处理的空气出口7。
为了保证加热功能，热处理单元120包括至少一个加热装置10。根据本发明，加热装置10由布置在空气调节循环200中的内部热交换器220、特别是冷凝器220组成，如图2-5所示。当然，加热装置10还可包括电加热元件。
热处理单元120还包括至少一个冷却装置11。根据本发明，冷却装置11由布置在空气调节循环200中的蒸发器组成。
热处理单元120还包括用于内部空气流的流通通道12和13，所述循环通道的打开和关闭由至少一个混合装置14控制，所述混合装置特别地制成为两个翼片(flap)的形式。混合装置14根据预期的内部空气流的热处理而被控制。
有利地，所谓的“冷空气通道”的第一循环通道12是允许不经过加热、直接来自于冷却装置11的内部空气流循环的通道。所谓的“热空气通道”的第二循环通道13是允许来自冷却装置11的内部空气流循环的通道，所述内部空气流通过加热装置10，从而在在加热装置处被加热。
因此，第一循环通道12和第二循环通道13组合以将内部空气流限定在意于在车辆的乘客舱中分配的预期的温度。
分配单元130布置在热处理单元120的出口，并且包括至少一个空气出口18，该空气出口意于为空气到车辆的乘客舱的分配供应不同的喷口。空气出口18与至少一个分配翼片(未示出)关联，所述分配翼片根据来自于车辆的使用者的命令而被控制。有利地，分配单元130包括多个空气出口18。
这样的热调节壳体100的实施例对于本领域的技术人员来说是已知的，并且从而不需要进一步的解释。
本发明更特别地涉及一种空气调节循环200，其根据本发明的第一替代实施例以简化的示意图的方式示于图2中。
根据本发明，术语“下游”、“上游”和“平行”限定了一个部件根据在空气调节循环200中的冷却剂的流通的方向相对于另一个部件的位置。
此外，根据本发明，术语“打开”和“关闭”限定了用于分别允许和/或阻挡冷却剂的通过的阀的状态。
空气调节循环200包括压缩机210，其保证在空气调节循环200中流通的冷却剂的压缩和流通。压缩机210有利地被控制单元140控制。
在空气调节循环200中流通的冷却剂可为任意合适的类型。例如，冷却剂可为超临界流体，诸如代号为R744的二氧化碳。然而，冷却剂可为亚临界流体，诸如氢氟烃，例如代号为R134a的冷却剂，或者具有低的环境影响的冷却剂，例如代号为R1234yf的冷却剂，或者为卤代烃或多种卤代烃的混合物。
压缩机210在其下游连接至传输管20，在其上游连接至吸入管21。
在压缩机210的下游，在冷却剂的流通方向上，空气调节循环200包括内部热交换器220、外部单元230和冷却剂储存器或积聚器240。
内部热交换器220一方面连接至传输管20，另一方面连接至第一中间管22。此外，第一中间管22将内部热交换220连接至外部单元230。中间管由第一膨胀元件300控制。第一膨胀元件300有利地具有可变压力和可变流量，并且由控制单元140控制。此外，替代地或额外地，第一膨胀元件300还可类似地包括截流装置，使得可以防止冷却剂的流通。优选地，第一膨胀元件300是膨胀阀，例如恒温膨胀阀或电子膨胀阀。
外部单元230通过第二中间管23连接至冷却剂积聚器240。最终，冷却剂积聚器240通过吸入管21连接至压缩机210。
额外地或替代地，特别是组成热调节壳体100的冷却装置11和额外的膨胀元件的蒸发器，可设置在外部元件230的下游以及压缩机210的上游。这样的蒸发器可布置在外部单元230外部或在外部单元230中。该蒸发器还可设置在第二中间管23和除冰管30之间的连结点的下游，其功能和布置将在下文中描述。
当空气调节循环200在所谓的“热泵”的运行模式下操作以保证内部空气流在车辆的乘客舱的分配之间被加热时，内部热交换器220适合于至少用作冷凝器。
此外，外部单元230相对于乘客舱位于外部环境中，使得与外部空气流Fe交换热量。为了允许热量的抽取，外部单元230包括至少一个外部热交换器250，例如为空气/冷却剂类型，其适于至少用作蒸发器。根据例示的实施例，外部热交换器250是可逆的热交换器250，其根据空气调节循环200的运行模式可适于用作蒸发器或用作冷凝器。
当空气调节循环200在所谓的“热泵”运行模式中运行时，外部热交换器250的温度可能较低，并且从而在外部空气流Fe中的湿气可在外部单元230中冷凝，并且在外部热交换器250的表面上形成一层冰。
形成在外部热交换器250的表面上的冰层超过给定的阈值时能够显著地影响外部热交换器250的性能，并且从而显著地影响空气调节循环200的输出，从而需要为外部单元230除冰，并且更特别的为外部热交换器250除冰。
为此，本发明提出实现除冰管30。除冰管30使得可以将吸入管21或压缩机210连接至外部单元230。更特别地，根据图2中示出的示例，除冰管20使得可以将吸入管21连接至外部热交换器250。
除冰管由第二膨胀元件310控制。有利地，第二膨胀元件310包括可变压力和可变流量，并且由控制单元140控制。此外，替代地或额外地，第二膨胀元件310还可类似地包括截流装置，使得可以防止冷却剂的流通。优选地，第二膨胀元件310是膨胀阀，例如恒温膨胀阀或电子膨胀阀。
最终，空气调节循环200还包括冰检测装置31。优选地，冰检测装置31设置在外部元件230中。冰检测装置31连接至控制单元140。
现在将描述因此而构建的空气调节循环200的所谓的“热泵”运行模式。
只要在外部单元230的区域中的冰的数量，特别是在外部热交换器250的区域中的冰的数量低于预定的阈值(所述的数量特别地由冰检测装置31确定)，控制单元140将空气调节循环200保持在所谓的最大“热泵”运行模式下。
在所谓的最大“热泵”运行模式下，第二膨胀元件310关闭，并且控制单元140根据用于将被分配在乘客舱中的内部空气流的加热的设定温度点而控制第一膨胀元件300和压缩机210的打开。
压缩机210优选地为可变流量和/或可变位移的类型，以提供调节的更大的灵活性。
当在外部单元230的区域中的冰的数量高于预定阈值时(该预定值由冰检测装置31确定)，控制单元140将空气调节循环200置于所谓的“除冰”的运行模式中，直到在外部单元230中的冰层再次低于预定的阈值。
在“除冰”运行模式期间，控制单元140控制第二膨胀单元310的打开，以为外部单元230，特别是外部热交换器250提供温度高于0℃的冷却剂。在所谓的“除冰”运行模式期间，控制单元140还保持第一膨胀元件300打开使得来自于压缩机210的热的冷却剂被持续地供应至内部热交换器220，并且内部热交换器220可持续地加热将被分配至乘客舱的空气流。
通过在所谓的“除冰”运行模式期间控制第一膨胀元件300、第二膨胀元件310和压缩机210，控制单元140将输出可用热输出分配在内部热交换器220和外部单元230之间。
根据之前描述的示例，外部单元230仅包括外部热交换器250。然而，外部单元230可包括多于一个热交换器，该热交换器特别地的是空气/冷却剂类型的。
根据本发明，外部单元230，特别是外部热交换器250的除冰，是通过第二膨胀元件310按比例地连续的打开和关闭而使得在合适的温度的充分量的冷却剂送向外部单元230使得冰层可被消除而实现的。
图3是根据本发明的第二替代实施例的空气调节循环的简化的示意图，并且例示了空气调节循环200的另一个实施例，其中外部单元230以及可逆的热交换器250包括额外的外部热交换器350。
根据图3的实施例，额外的外部热交换器350适合于仅仅用作冷凝器。额外的外部热交换器350在第二膨胀元件310的下游连接至除冰管30，并且在外部热交换器250的下游连接至第二中间管23。根据该替代实施例，外部热交换器250未连接至除冰管30。
由此构建的空气调节循环200在如上文所描述的所谓的“热泵”运行模式下以及在所谓的“除冰”运行模式下运行。
应当注意到，外部单元230适于外部空气流Fe通过在流经外部热交换器250之前流经额外的外部热交换器350而在那儿循环，从而被外部空气流Fe加热，该外部空气流Fe在所谓的“除冰”运行模式下的运行期间已经被外部热交换器250加热。
图4是根据本发明的第三替代实施例中的空气调节循环200的简化示意图，例示了空气调节循环200的另一个实施例。
根据图4中例示的替代实施例，外部单元230还包括由阀42控制的旁通管41，阀42有利地由控制单元140控制。根据本发明，旁通管41是可选的。
此外，额外地，在例示于图4的替代实施例中，额外的外部热交换器350可为可逆的，并且适于作用冷凝器和蒸发器。
当空气调节循环200设置在所谓的“热泵”运行模式下时，阀42打开，从而外部热交换器250和额外的热交换器350用作蒸发器。当空气调节循环200设置在所谓的“除冰”运行模式下，阀42关闭，使得额外的外部热交换器350用作冷凝器且热交换器250用作蒸发器。
这样的布置使得可以在第二中间管23和除冰管30之间的连结点的区域中得到始于额外的外部热交换器350的“热”气体和始于外部热交换器250的“冷”气体的混合物。
此外，根据两个特定的实施例，冷却剂能够从第一中间管22朝向额外的外部热交换器350，或从除冰管30朝向外部热交换器250流经阀42。
图5是根据本发明的第四实施例的空气调节循环的简化示意图，例示了空气调节循环200的另一个实施例，该实施例与图3中的描述不同在于外部热交换器250适合于仅用作蒸发器。由此产生的空气调节循环200如上文所描述地运行。
当然，在所附权利要求的范围内，根据本发明的空气调节循环200能够有多种其他变型。
非常清楚地，本发明不限制于上述描述的以及仅仅以示例方式给出的实施例。本发明包括多个变型、替代形式或其他变型，本领域的技术人员可以在本发明的范围中，特别是在上面描述的、可以单独采用或同时采用的不同的运行模式的所有组合中可以想象得到这些变型。

Claims (14)

1.一种用于加热、通风和/或空气调节***的空气调节循环(200)，其特别地用于车辆的乘客舱，冷却剂在所述空气调节循环中循环，并且所述空气调节循环能够在至少一种所谓的“热泵”运行模式中起作用，以加热所述乘客舱，所述空气调节循环至少包括：
—压缩机(210)，其包括连接至传输管(20)的冷却剂出口和连接至吸入管(21)的冷却剂入口；
—内部热交换器(220)，其能够至少用作冷凝器，并且所述内部热交换器经由所述传输管(20)连接至所述压缩机(210)，以及
—外部单元(230)，其经由所述吸入管(21)连接至所述压缩机(210)，并且所述外部单元包括至少能够用作蒸发器的至少一个外部热交换器(250)，所述内部热交换器(220)经由包括至少一个膨胀元件(300)的第一中间管(22)连接至所述外部单元(230)，
其特征在于所述空气调节循环(200)包括除冰管(30)，所述除冰管连接至所述压缩机(210)和/或至所述传输管(20)，以及连接至所述外部单元(230)。
2.根据权利要求1所述的空气调节循环(200)，其特征在于所述除冰管(30)包括第二膨胀元件(310)。
3.根据权利要求1所述的空气调节循环(200)，其特征在于所述空气调节循环包括控制单元(140)，所述控制单元控制所述第一膨胀元件(300)和/或所述第二膨胀元件(310)，以将来自于所述压缩机(210)的冷却剂分配在所述内部热交换器(220)和所述外部单元(230)之间和/或将所述外部单元(230)置于高于0℃的温度。
4.根据权利要求3所述的空气调节循环，其特征在于所述空气调节循环包括冰检测装置(31)，所述冰检测装置特别地处于连接至所述控制单元(140)的所述外部单元(230)中。
5.根据前述任意一项权利要求所述的空气调节循环，其特征在于所述外部热交换器(250)是能够用作蒸发器或用作冷凝器的可逆的热交换器。
6.根据前述任意一项权利要求所述的空气调节循环，其特征在于所述外部热交换器(250)连接至所述中间管(22)并且连接至所述吸入管(21)。
7.根据前述任意一项权利要求所述的空气调节循环，其特征在于所述外部单元(230)包括额外的外部热交换器(350)。
8.根据权利要求7所述的空气调节循环，其特征在于所述额外的外部热交换器(350)是能够用作蒸发器或用作冷凝器的可逆的热交换器。
9.根据权利要求7或8所述的空气调节循环，其特征在于所述额外的外部热交换器(350)平行于所述外部热交换器(250)设置。
10.根据权利要求7或8所述的空气调节循环，其特征在于所述额外的外部热交换器(350)连接至所述除冰管(30)并且连接至所述吸入管(21)。
11.根据前述任意一项权利要求所述的空气调节循环，其特征在于所述外部单元(230)包括连接所述除冰管(30)和所述第一中间管(22)的旁通管(41)。
12.根据权利要求11所述的空气调节循环，其特征在于所述旁通管(41)包括阀(42)。
13.根据前述任意一项权利要求所述的空气调节循环，其特征在于所述空气调节循环在所述外部单元(230)的下游包括连接至所述吸入管(21)的冷却剂积聚器。
14.用于控制根据前述任意一项权利要求所述的空气调节循环的方法，其特征在于：
—如果在所述外部单元(230)中的冰的量少于预定的阈值，所述空气调节循环(200)设置为在所谓的“热泵”运行模式下运行，其中所述第二膨胀元件(310)关闭，并且
—如果在所述外部单元(230)中的冰的量高于预定的阈值，所述空气调节循环(200)设置为在所谓的“除冰”运行模式下运行，其中所述第一膨胀元件(300)和所述第二膨胀元件(310)至少部分地打开。
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