用于机动车辆的空调系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于机动车辆的空调系统以及一种具有这种空调系统的机动车辆。


背景技术：

2.为了对电动车辆的车辆内部进行节能加热，经常使用配备有热泵的空调系统。这些热泵利用车辆或车辆的外部环境中存在的废热作为热源。然而，由于这些热源无法一直提供所需的热量，因此这种常规系统通常配备附加的电加热装置以产生额外的热量。然而，提供这种附加的加热装置通常涉及相当大的附加费用。


技术实现要素：

3.因此，本发明的一个目的是为空调系统创造考虑到上述问题的改进的实施例。特别地，将创造一种改进的空调系统，其具有低制造成本，其特征在于有效地提供用于加热车辆内部的额外热量。
4.该目的通过独立专利权利要求的主题解决。优选的实施例是从属专利权利要求的主题。
5.因此，本发明的基本构思是：除了现有的用作热泵的制冷剂回路之外，还为空调系统配备有冷却剂回路，所述冷却剂回路与制冷剂回路热耦合。以这种方式，能够加热在冷却剂回路中循环的冷却剂，并且在热交换器的帮助下将以较低温度引入的热量传递到在制冷剂回路中循环的制冷剂。传递到制冷剂的热量能够在制冷剂回路中传递到另一种流体，特别是传递到例如空气的气体，然后借助于所述流体相应地能够加热机动车辆的车辆内部。因此，本文介绍的方案不需要在制冷剂回路中设置前序提到的用于加热制冷剂的附加的电加热装置。仅需在冷却剂回路中设置足够有效的热源，该热源能够用于加热冷却剂。
6.详细地，根据本发明所述的空调系统包括供制冷剂流过的制冷剂回路。作为制冷剂，例如能够使用流体，其在运行期间既能够存在于液相和气相中。可能的制冷剂特别是本领域技术人员已知的名称为“r-134a”或“r-1234yf”的制冷剂。
7.然而，也可以使用本领域技术人员已知的主要以气态存在的制冷剂，例如名称为“r744”的制冷剂。
8.在另一备选方案中，二氧化碳(co2)也能够用作制冷剂。
9.在制冷剂回路中，设置有用于压缩制冷剂的压缩机、用于冷凝制冷剂的冷凝器，所述冷凝器将冷凝热传递到被引导通过冷凝器的流体、用于膨胀制冷剂的膨胀装置和用于蒸发制冷剂的蒸发器。
10.一方面，本文中的“冷凝器”是指将气态制冷剂冷凝成液态制冷剂的热交换器。另一方面，还包括热交换器，其中气态制冷剂在没有相变的情况下在热交换器中传递热量，特别是在气态制冷剂没有冷凝的情况下，使得制冷剂被冷却。因此，此处使用的名称“冷凝器”明确包括其中在不必伴随从气相到液相的相变的情况下(即制冷剂的冷凝)，气态制冷剂在
冷凝器中被冷却的实施例。
11.此处，“蒸发器”是指将热量供应至气相或液相的制冷剂使得制冷剂被加热的热交换器。在此过程中，能够蒸发以液相存在的制冷剂。因此，此处使用的名称“蒸发器”明确包括其中在蒸发器中加热已经以气相存在的制冷剂，使得在蒸发器中，制冷剂的加热能够不再伴随制冷剂的蒸发的实施例。
12.另外，空调系统包括冷却剂回路，所述冷却剂回路为与制冷剂回路流体分离形成以供冷却剂流过。根据本发明，用于加热冷却剂的至少一个热源设置在冷却剂回路中。根据本发明，冷却剂回路经由制冷剂回路的蒸发器热连接到制冷剂回路，使得在蒸发器中作为蒸发热的热量能够从冷却剂传递到制冷剂，以便加热并且在制冷剂以液相存在的情况下蒸发制冷剂。
13.当装备有根据本发明所述的空调系统的机动车辆已经在环境温度下长时间停车时，根据本发明所述的空调系统被证明对机动车辆的车辆内部的有效加热特别有效，并且在机动车辆启动后，车辆内部的加热将在空调系统的帮助下尽可能快地进行。
14.根据优选的实施例，设置在冷却剂回路中的所述至少一个热源是电加热装置。这允许利用所述加热装置(本领域技术人员也称为“电附加加热器”)甚至在低温下为制冷剂回路提供热量。冷却剂的温度优选地在电加热装置的帮助下升高至高于空调系统的环境温度水平的温度水平。在这种情况下，为了避免通过将热量传递到外部环境而造成的热量损失，冷却剂回路也能够设置有隔热层。以这种方式，能够改善冷却剂的加热行为，从而也能够改善为制冷剂回路提供热量的效率。
15.根据另一个优选的实施例，设置在冷却剂回路中的所述至少一个热源是电能存储器(特别是电池)，其在运行期间产生的废热能够被传递到冷却剂。以这种方式，能够以节能的方式利用在运行期间由电能存储器或电池产生的废热，以便将热量供应到用作热泵的冷却剂或制冷剂回路。实际上，该电能存储器或该电池能够作为标准安装在配备有根据本发明所述的空调系统的机动车辆中。在这种情况下，所述电能存储器或所述电池例如能够被设置为用于为机动车辆的电传动系供电(特别是当机动车辆是具有纯电池电力驱动的电动车辆或具有内燃机和电传动系的混合动力车辆时)。
16.根据另一优选的实施例，设置在冷却剂回路中的所述至少一个热源因此能够是电传动系(特别是电动机)，其在运行期间产生的废热能够传递到冷却剂。特别优选地，这能够是使用根据本发明所述的空调系统的机动车辆的电传动系，特别是具有纯电传动系的电动车辆或具有内燃机和电传动系的混合动力车辆。
17.根据有利的另外的改进，流体串联连接的第一热源和第二热源设置在冷却剂回路中。以这种方式，甚至能够使用两个不同的热源来提供热量。优选地，第一热源是上述电加热装置，第二热源是上述电能存储器(特别是电池)。
18.特别实际地，冷却剂回路能够包括旁路线路，冷却剂能够借助于所述旁路线路被引导绕过第二热源。以这种方式能够实现仅在需要时将由第二热源提供的可用热量供应给冷却剂，并由冷却剂传递到制冷剂。
19.根据有利的另外的改进，冷却剂回路包括阀装置。通过阀装置，能够调节通过旁路线路被引导绕过第二热源的冷却剂的部分。所述旁路能够借助于配置为三通阀的阀装置以技术上特别简单且因此成本低廉的方式实现，所述三通阀配备有一个输入连接部和两个输
出连接部或者替代地配备有一个输出连接部和两个输入连接部。在这种情况下，例如输入连接部与蒸发器流体连通，而所述两个输出连接部中的一个与第一流体分支流体连通，第二热源设置在第一流体分支中并且所述两个输出连接部中的另一个与形成旁路线路的第二流体分支流体连通。
20.根据本发明的另一个有利的另外的改进，两个或更多个热源能够借助于流体并联连接部流体并联地设置在冷却剂回路中。
21.根据有利的另外的改进，冷凝器是双流式热交换器，制冷剂能够流过所述双流式热交换器，待加热的流体或气体也能够与制冷剂流体分离地流过所述冷凝器。以这种方式，来自制冷剂的热量能够传递到待加热的流体或气体(通常是空气)，以对机动车辆的车辆内部进行温度控制或供暖，且安装空间要求较低。
22.根据有利的另外的改进，在制冷剂回路中能够设置有用于缓冲-存储制冷剂的收集容器。
23.此外，本发明涉及一种机动车辆，特别是涉及一种具有电池电力驱动的电动车辆。根据本发明所述的机动车辆包括根据本发明中上文介绍的空调系统，用于对车辆内部进行空气调节。因此，上述根据本发明的空调系统的优点也适用于根据本发明所述的机动车辆。另外，根据本发明所述的机动车辆包括用于驱动机动车辆的电传动系。此外，机动车辆包括用于冷却电传动系的车辆冷却剂回路。根据本发明，空调系统的冷却剂回路至少部分地由车辆冷却剂回路形成。因此，能够省略为空调系统提供单独的冷却剂回路，这伴随着机动车辆的制造中的成本优势。
24.根据根据本发明所述的机动车辆的有利的另外的改进，用于将热量从冷却剂传递到被引导通过冷却剂散热器的气体的冷却剂散热器设置在车辆冷却剂回路中。以这种方式，被冷却剂吸收的来自电传动系形式的热源的热量能够直接传递到流体或气体，并以这种方式传递到环境。
25.本发明的其他重要特征和优点从从属权利要求、附图和借助附图的相关附图描述中获得。
26.应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上文提到的以及下文中仍将解释的特征不仅能够以所述的各个组合使用，而且能够以其他组合使用或单独使用。
27.本发明的优选示例性实施例在附图中示出并且在下面的描述中被更详细地解释，其中相同的附图标记涉及相同的或相似的或功能相同的部件。
附图说明
28.分别示意性地示出了：
29.图1是以类似电路图的表示的根据本发明所述的空调系统的示例，
30.图2是图1的示例的另外的改进，其具有两个热源而不是仅有单一热源，
31.图3是图1和图2的示例的变体，其中空调系统集成在机动车辆中，使得空调系统的冷却剂回路由机动车辆的车辆冷却剂回路部分地形成。
具体实施方式
32.图1以类似电路图的表示示出了根据本发明所述的用于机动车辆20的空调系统1
的示例，其未在图中更详细地示出。根据本发明所述的空调系统1包括供制冷剂k流过的制冷剂回路2。制冷剂回路2被设计成闭合的，使得制冷剂k能够在制冷剂回路2中循环。在制冷剂回路2中，设置有用于压缩制冷剂k的压缩机3，以及在压缩机3的下游设置有用于冷凝制冷剂k的冷凝器4，冷凝器4将冷凝热传递到被引导通过冷凝器4的流体f上。所述流体f能够是气体g(例如空气l)，其相应地用于加热机动车辆20的车辆内部21，所述车辆内部在附图中未更详细地示出。冷凝器4能够被设计为双流式热交换器，制冷剂k能够流过所述双流式热交换器，并且待加热的流体f或气体g也能够与制冷剂k流体分离地流过所述热交换器。另外，在冷凝器4下游的制冷剂回路2中设置有用于使制冷剂k膨胀的膨胀装置5，在膨胀装置5下游设置有用于蒸发制冷剂k的蒸发器6。此外，在制冷剂回路2中能够设置有用于缓冲-存储制冷剂k的收集容器7。
33.此外，空调系统1包括与制冷剂回路2分离形成的冷却剂回路10，其用于被冷却剂km流过。冷却剂回路10也被设计成闭合的，使得冷却剂km能够在冷却剂回路10中循环。为了驱动冷却剂km，例如冷却剂泵形式的输送装置19设置在冷却剂回路10中。此外，在冷却剂回路10中设置有用于加热冷却剂km的热源11a。
34.在图1的示例中，热源11a是电加热装置12，借助于所述电加热装置12冷却剂km能够被加热。冷却剂回路10经由制冷剂回路的蒸发器6热连接到制冷剂回路2，使得在蒸发器6中用于蒸发制冷剂k的蒸发热能够从冷却剂km传递到制冷剂k。为此，蒸发器6设计为热交换器8，制冷剂k能够流过该热交换器8，并且冷却剂km也能够与制冷剂k流体分离地流过该热交换器8。为此，蒸发器6能够包括作为制冷剂回路2的一部分的第一流体路径(为了清楚起见未示出)和作为冷却剂回路10的一部分的第二流体路径(为了清楚起见未示出)。热交换器8的这些第一流体路径和第二流体路径彼此热耦合，使得热量能够从冷却剂km传递到制冷剂k。
35.图2示出了图1的示例的另外的改进。在图2的示例中，流体串联连接的第一热源11a和第二热源11b设置在冷却剂回路10中。第一热源11a由已经借助图1进行了说明的电加热装置12形成，第二热源由电池14形式的电能存储器13形成，电池14在运行期间产生的废热能够传递到冷却剂km。以这种方式，甚至能够利用两个不同的热源11a、11b，以便为制冷剂回路2提供可用热量。在空调系统1是机动车辆20或电动车辆的一部分的情况下，电能存储器13或电池14能够是机动车辆20或电动车辆的一部分。
36.在图2的示例中，冷却剂回路10包括旁路线路9，冷却剂km能够借助于所述旁路线路9被引导绕过第二热源11b。以这种方式能够实现，仅在需要时才将由第二热源11b供应的可用热量提供给冷却剂km。
37.在图2的示例中，所述旁路借助于具有并联设置的两个流体分支16a、16b的流体并联连接部12来实现。在第一流体分支16a中，设置有第二热源11b(即电能存储器13或电池14)。第二流体分支16b形成旁路线路9，旁路线路9被引导绕过第二热源11b。整个流体并联连接部12相应地与第一热源11a流体串联设置，使得冷却剂km不能被引导绕过第一热源。
38.在图2的示例中，冷却剂回路10包括三通阀18形式的可调阀装置17。借助于阀装置17，能够调节在冷却剂回路10中循环的被引导通过第一流体分支16a从而通过第二热源11b的冷却剂km的部分和在冷却剂回路10中循环的被引导通过流体分支16b的冷却剂km的部分，所述流体分支16b形成被引导绕过第二热源11b的旁路线路9。
39.图3示出了图1和图2的示例的变体。在图3的示例中，热源11a是机动车辆20或电动车辆的电传动系23，其能够包括电动机25。在电传动系23的运行期间产生的废热因此能够被传递到冷却剂am。此外，机动车辆20包括用于冷却电传动系23的车辆冷却剂回路22。空调系统1的冷却剂回路10形成车辆冷却剂回路22的一部分。
40.从图3中可以明显看出，用于将热量从冷却剂km传递到被引导通过冷却剂散热器24的流体f或气体g的冷却剂散热器24附加地设置在车辆冷却剂回路22中。

技术特征：
1.一种用于机动车辆的空调系统(1)，-具有用于由制冷剂(k)流过的制冷剂回路(2)，其中，在所述制冷剂回路(2)中设置有：用于压缩制冷剂的压缩机(3)；用于冷凝制冷剂(k)的冷凝器(4)，所述冷凝器将冷凝热传递到被引导通过所述冷凝器(4)的流体(f)上；用于膨胀制冷剂(k)的膨胀装置(5)和用于蒸发制冷剂(k)的蒸发器(6)；-具有与所述制冷剂回路(2)流体分离地形成的冷却剂回路(10)，用于由冷却剂(km)流过，-其中，在所述冷却剂回路(10)中设置有用于加热冷却剂(km)的至少一个热源(11a、11b)，-其中，所述冷却剂回路(10)经由制冷剂回路的蒸发器(6)热连接到所述制冷剂回路(2)，使得在所述蒸发器(6)中来自冷却剂(km)的热量能够传递到制冷剂(k)。2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于所述至少一个热源(11a、11b)是电加热装置(12)。3.根据权利要求1或2所述的空调系统，其特征在于所述至少一个热源(11a、11b)是电能存储器(13)，特别是电池(14)，所述电能存储器在运行期间产生的废热能够传递到冷却剂(km)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的空调系统，其特征在于所述至少一个热源(11a、11b)是电传动系(23)，特别是电动机，所述电传动系在运行期间产生的废热能够传递到冷却剂(km)。5.根据前述权利要求中任一项所述的空调系统，其特征在于-在所述冷却剂回路(10)中，设置有流体串联连接的第一热源(11a)和第二热源(11b)，-其中，优选地，所述第一热源(11a)是电加热装置(12)并且所述第二热源(11b)是电能存储器(13)，特别是电池(14)。6.根据前述权利要求中任一项所述的空调系统，其特征在于所述冷却剂回路(10)包括旁路线路(9)，冷却剂(km)能够借助于所述旁路线路被引导绕过所述第二热源(11b)。7.根据权利要求5或6所述的空调系统，其特征在于所述冷却剂回路(10)包括可调节阀装置(17)，特别是三通阀(18)，借助于所述可调节阀装置，能够调节通过旁路线路(9)被引导绕过所述第二热源(11b)的冷却剂(km)的部分。8.根据前述权利要求中任一项所述的空调系统，其特征在于所述冷凝器(4)是双流式热交换器，所述制冷剂(k)能够流过所述双流式热交换器并且待加热的流体(f)或气体(g)也能够与制冷剂(k)流体分离地流过所述双流式热交换器。
9.根据前述权利要求中任一项所述的空调系统，其特征在于在所述制冷剂回路(2)中设置有用于缓冲-存储制冷剂(k)的收集容器(7)。10.一种机动车辆，特别是具有电池电力驱动的电动车辆，-具有车辆内部(21)，-具有根据前述权利要求中任一项所述的用于对车辆内部(21)进行空气调节的空调系统(1)，-具有用于驱动机动车辆(20)的电传动系(23)，-具有用于冷却传动系(23)的车辆冷却剂回路(22)，-其中，所述空调系统(1)的冷却剂回路(10)至少部分地由车辆冷却剂回路(22)形成。11.根据权利要求10所述的机动车辆，其特征在于在所述车辆冷却剂回路(22)中设置有冷却剂散热器(24)，用于将热量从冷却剂(km)传递到被引导通过所述冷却剂散热器(24)的气体(g)。

技术总结
本发明涉及一种用于机动车辆的空调系统。空调系统包括供制冷剂流过的制冷剂回路，其中制冷剂回路中设置有用于压缩制冷剂的压缩机、冷凝制冷剂的冷凝器，冷凝器将冷凝热传递到被引导通过冷凝器的流体(特别是气体)上、用于膨胀制冷剂的膨胀装置和用于蒸发制冷剂的蒸发器。另外，空调系统包括冷却剂回路，所述冷却剂回路与制冷剂回路流体分离形成以供冷却剂流过。在冷却剂回路中，设置有用于加热冷却剂的至少一个热源。冷却剂回路经由制冷剂回路的蒸发器热连接到制冷剂回路，使得在蒸发器中来自冷却剂的热量能够传递到制冷剂。冷却剂的热量能够传递到制冷剂。冷却剂的热量能够传递到制冷剂。


技术研发人员：马库斯
受保护的技术使用者：马勒国际有限公司
技术研发日：2023.01.19
技术公布日：2023/8/1