用于运行具有制冷介质回路的车辆制冷设备的方法与流程

本发明涉及一种用于在制冷设备运行中运行具有制冷介质回路的车辆制冷设备的方法。

背景技术：

在车辆空调设备中使用制冷介质回路是已知的，其中，一些方案设置双重蒸发设备，即，前蒸发器和后蒸发器。根据相应的热交换的连接方案和主动运行，在制冷介质回路中所需的主动的制冷介质的需求变化。

除了作为至少一个内室蒸发器的前蒸发器之外，电动车辆需要用于为通常实现成高压电池的蓄能器调节和调温度的独立的冷却装置。这种冷却装置可借助于制冷介质回路实现并且被称为主动电池冷却。这种冷却装置实现成制冷介质-冷却介质-热交换器，其作为蒸发器(通过冷却空气流)或冷却器(通过冷却冷却介质流)工作。

车辆制冷设备的制冷介质回路在热泵运行中用于加热客舱也是已知的。在其作为热泵的功能中，制冷介质回路能够加热空气或者水流，确切的说冷却介质流，并且将热直接或间接输出给客舱的空气。根据车辆制冷设备的运行方式，即，是加热还是冷却或者多少数量的热交换器主动工作，在这种情况中为了最优运行方式所需、在制冷介质回路中实际所需的制冷介质量也变化。

从专利文献de102016201835a1中已知一种具有制冷介质回路的用于车辆制冷设备，除了空气-制冷介质-热交换器之外，制冷介质回路作为冷凝器包括两个蒸发器，即，具有相关联的膨胀机构的冷却器和具有相关联的膨胀机构的内室蒸发器。此外，制冷介质回路具有两个制冷介质压缩机，其在高压侧汇聚到冷凝器上并且在吸入侧通过通风机构的网络以不同的方式与两个蒸发器流连接。因此，两个蒸发器的制冷介质流可分配到两个同时运行的制冷介质压缩机上，或者分别将一个蒸发器的制冷介质流分别输送给制冷介质压缩机。也可行的是，为两个蒸发器仅仅运行两个制冷介质压缩机中的一个。由锁止阀和多个膨胀机构组成通风机构网络。

在已知的制冷设备的运行模式中，两个蒸发器在通过两个膨化机构调整的相同的压力水平上运行。同时通过以相同的吸入压力运行的两个制冷介质压缩机进行制冷介质的压缩。在该运行模式中，内室蒸发器可通过锁止阀与第一制冷介质压缩机相连接并且可通过另一膨胀机构与第二制冷介质压缩机相连接。冷却器一方面直接与第一制冷介质压缩机相连接，并且通过另一膨胀机构与第二制冷介质压缩机相连接。在该运行模式中，以或者打开或者以调节的方式使连接在内室蒸发器之后的膨胀机构运行，从而可以低的冷却功率或以高的冷却功率运行冷却器。

根据专利文献de102011016613a1的热管理系统由低温回路、高温回路、制冷介质回路和电池冷却回路组成，其中，制冷介质回路具有制冷介质压缩机、冷凝器、具有从属的膨胀机构的蒸发器和具有从属的膨胀机构的冷却器。通过这种热管理，应实现具有尽可能低的能量消耗和材料消耗的舒适的加热功能。

由专利文献de102015016394a1已知一种用于机动车的内燃机的压缩空气冷却器的冷却组件。该冷却组件包括具有低温冷却器和压缩空气冷却器的低温冷却回路和制冷介质回路，制冷介质回路具有冷凝器、具有相关联的膨胀阀的蒸发器以及具有相关联的膨胀阀的作为冷却器的另一蒸发器。该另一蒸发器与低温冷却器-冷却回路热耦合。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种用于在制冷运行中运行具有制冷介质回路的车辆制冷设备的方法，使得在同时运行内室蒸发器和冷却器时实现最大冷却器制冷功率，也就是说，在冷却器上提供用于冷却介质的最大可能的功率。

该目的通过具有权利要求1所述的特征的方法实现。

这种用于在制冷运行中运行具有制冷介质回路的车辆制冷设备的方法，具有

-冷却器支路，其具有冷却器和第一膨胀机构并且与冷却介质回路热耦合，

-至少一个内室蒸发器支路，其具有内室蒸发器和第二膨胀机构，并且与冷却器支路并联，

-制冷介质压缩机，以及

-冷凝器或气体冷却器，

其特征在于，

-借助于第一和第二膨胀机构的调节使内室蒸发器和冷却器同时运行，

-通过控制第一膨胀机构的开度将在冷却器的制冷介质出口处的制冷介质过热度调节到目标过热度的最小额定值，以及

-借助于内室蒸发器预先确定制冷介质回路的低压水平。

在根据本发明的方法中，以相应于目标过热度的最小额定值的，例如在3k至7k之间的低的过热运行冷却器。以这种数量级给出用于过热量的值，是因为仅仅以这种方式保证，正确地获取允许的最低过热。对此决定性的是用于获取在冷却器的出口处的压力和温度的传感机构的容差。在相应在制冷介质回路中借助于制冷介质压缩机调整的低压时，所需的最低过热是这样的过热的值，即，对于该值可由冷却器受控地提供最大制冷功率。

在制冷介质回路的根据本发明的运行方式中，将在冷却器中的制冷介质调节到目标过热度的至少一个最小额定值，借助于在压缩机侧调整制冷介质侧的与蒸发温度对应的蒸发压力水平，将内室蒸发器调节到引导到车辆内室中的输入空气流的吹出温度的额定值上，而与此并行地，通过连接在蒸发器之前的膨胀机构，在同时存在低压侧的制冷介质存储器时，进行再冷却调节或者调节到在制冷介质回路中的最优的高压，使系统效率最大化。在具有高压侧的制冷介质存储器的制冷介质回路中，将所有主动的内室蒸发器和冷却组件的蒸发器，例如冷却器调节到过热，过热自身可通过连接在相应的蒸发器之前的膨胀机构可变地实现。

根据改进方案，通过以下方式实现由冷却器产生的制冷功率的进一步提高，即，使在内室蒸发器处的额定吹出温度下降到预先确定的温度下降值直至最小允许的温度下降值。额定吹出温度的这种温度下降值例如可为2℃，因为在该温度下通常还能可靠地避免空气侧的蒸发器结冰。由此，同时在冷却器上降低蒸发压力水平，并且提高在制冷介质和冷却介质之间出现的温度降，从而提高其制冷功率。最小允许的温度下降值是这样的温度值，即，在该温度值时在内室蒸发器上刚好还可保证，在空气侧不出现结冰，即，出现的冷凝不在蒸发器的网络中产生冰层。为了可靠地排除这种事件，通常调整在1℃至3℃之间的最小允许的空气侧的离开温度，相应地，得到允许该值的制冷介质侧的蒸发压力以及由此蒸发温度。

在这种情况下，可能需要的是，将进入车舱中的输入空气流在冷却或除湿之后再次加热，例如通过电的高压加热器。如果制冷介质回路配备有热泵功能，可通过制冷设备覆盖在再加热运行中的加热需求。优选地，根据由冷却器提供的冷却功率确定该预先确定的温度下降值，在例如用于高压蓄能器的冷却介质方面需要该冷却功率并且由此负责用于在内室蒸发器处的空气侧的离开温度的空调控制设备的要求一致并且此外改变更冷的温度，这最终与低压和与低压对应的制冷介质的蒸发温度的下降一致。

本发明的一种尤其有利的设计方案规定，使流入车舱中的并且被调节的输入空气流的输入空气量下降到预先确定的(直至最小的)输入空气量值。通过减小输入空气量，减小在内室蒸发器处的制冷需求，由此同时实现提高冷却器的制冷功率。优选地，根据对构件保护的需求的紧迫性，例如在高压组件的情况中，在制冷设备的当前运行条件下不能提供从冷却介质方面所需的制冷功率的情况中，确定并激活预先确定的输入空气量值。在此，以一定的程度减小空气量，并且必要时也降低空气流的再加热，从而在有限的时间段还可为乘员提供可接受的最低舒适性。

用于提高冷却器的制冷功率的另一有利的方案在于，根据空调设备的当前输入空气阀位置如何定向以及相应的空气流的能量含量，根据参与的并且加载内室蒸发器的空气流的焓值，至少部分地通过更多的循环空气或新鲜空气份额替代进入车舱中的输入空气流。

因此，本发明的一种尤其优选的改进方案提出，当新鲜空气的焓小于循环空气的焓时，以通过更多份额的新鲜空气替代输入空气流或者完全通过新鲜空气替代输入空气流。如果新鲜空气的焓小于循环空气的焓，这意味着，在车舱中的循环空气比车辆环境的空气更热且更湿，并且由此当加载内室蒸发器的输入空气流具有更高份额的新鲜空气或者完全被新鲜空气替代时，减小用于为流入车舱中的输入空气流调节的待施加的制冷功率。

相反地，当新鲜空气的焓大于循环空气的焓时，以加强的方式将循环空气的份额混合到输入空气流中。如果新鲜空气的焓大于循环空气的焓，这意味着，车舱的循环空气比车辆环境的空气更冷且更干燥并且因此在输送新鲜空气时，为了使其降温到车舱的水平，需要提供更多制冷功率以相应地为流入车舱中的输入空气流调节。因此，在这种情况中，仅仅附加份额少的新鲜空气，从而符合mak准则保持所需的co2浓度。优选地，为输入空气仅仅混合5％至10％的新鲜空气。

持续地或者可通过短暂的混合阶段，所谓的新鲜空气清洗实现该新鲜空气的混合。理想地，车辆内室此外具有co2传感器，co2传感器自身发出输入清洗需求的时刻的信号。因此，可有目的地将新鲜空气份额混合到输入空气流中，并且一直进行，直至持续地降低co2浓度。紧接着，返回循环空气运行。

附图说明

从以下对优选的实施方式以及根据附图的描述中得到本发明的其它优点、特征和细节。其中：

图1示出了用于在使用布置在低压侧的制冷介质收集器的情况下进行根据本发明的方法的实施例的制冷介质回路的线路布置，

图2示出了用于在使用布置在高压侧的制冷介质收集器的情况下进行根据本发明的方法的实施例的作为根据图1的线路布置的备选的线路布置，以及，

图3示出了配备有第三膨胀机构的用于进行根据本发明的方法的实施例的另一作为根据图1的线路布置的备选的线路布置。

具体实施方式

为清晰起见，图1至图3分别示出了车辆制冷设备的为纯粹的ac运行(制冷设备运行)设置的制冷介质回路10。省去了在热泵运行方面的功能扩展，因为为了描述该方法，已经以简单的连接方案全方面地示出了基本构思。制冷介质回路10以相同的基础结构构造，并且分别在制冷介质收集器作为低压还是高压制冷介质收集器的布置中有所不同。

根据图1至图3的制冷介质回路10包括以下组件：

-制冷介质压缩机3，

-外部的冷凝器4或气体冷却器4，其与制冷介质压缩机3的高压输出部流连接，

-冷却器支路1.0，其具有设置成用于冷却车辆的电组件(例如高压电池，电驱动组件等)的冷却器1,、连接在冷却器1之前的且构造成电膨胀阀的第一膨胀机构ae1和连接在冷却器1之后的第一压力温度传感器pt1，其中，冷却器1与用于冷却电组件的冷却介质回路1.1热耦合，

-内室蒸发器支路2.0，其具有内室蒸发器2和连接在内室蒸发器之前的并且实施成具有锁止功能的第二膨胀机构ae2，其中，内室蒸发器支路2.0与冷却器支路1.0并联，

-制冷介质收集器6.1或6.2，根据图1和图3，制冷介质收集器作为具有连接在下游的第二压力温度传感器pt2的低压制冷介质收集器6.1，低压制冷介质收集器在下游连接在冷却器支路1.0和内室蒸发器支路2.0之后，并且根据图2，制冷介质收集器作为高压制冷介质收集器6.2，高压制冷介质收集器在下游连接在外部冷凝器4或气体冷却器4之后，

-内部热交换器5，内部热交换器的高压侧使冷凝器4或气体冷却器4与冷却器支路1.0和内室蒸发器支路2.0流连接，而根据图1和图3内部热交换器的低压侧的区段在低压制冷介质收集器6.1和制冷介质压缩机3之间连结到制冷介质回路10中，并且根据图2连结在冷却器支路1.0和制冷介质压缩机3之间，

-连接在冷凝器4或气体冷却器4之后的第三压力温度传感器pt3，

-连接在制冷介质压缩机3之后的第四压力温度传感器pt4，

-根据图2和图3在下游连接在内室蒸发器2之后的第五压力温度传感器pt5，以及

-根据图2在下游可选地根据运行策略连接在冷却器支路1.0和内室蒸发器2.0的并联线路之后的第六压力温度传感器pt6。

如果高压制冷介质收集器6.2被集成到冷凝器4或气体冷却器4中，则第三压力温度传感器pt3设置在冷凝器4或气体冷却器4下游。然而，由于这种设备通常为仅仅设置成用于亚临界的设备运行的系统，可省去第三压力温度传感器pt3。

最终为根据图1至图3的制冷介质回路10，设置空调控制设备作为控制单元(在图中未示出)，待处理的输入信号，例如压力温度传感器的实际值被输送给空调控制设备，以从中产生控制信号或额定值作为用于控制制冷介质回路10的单个组件的输出信号。

根据图1和图2，内室蒸发器支路2.0具有止回阀7。在该位置上，备选地可布置可锁止的第三膨胀机构。

在不仅内室蒸发器2而且冷却器1并行运行时，即在多蒸发器运行时，内室蒸发器2是用于制冷过程的参考变量，并且预先确定低压的水平以及由此要求的蒸发温度。在根据图1的制冷介质回路10中，这意味着，借助于低压制冷介质收集器6.1在低压制冷介质收集器6.1的输出部上以及由此同样在内室蒸发器2的制冷介质出口处调整确定的恒定的蒸气含量。借助于第一膨胀机构ae1，为在冷却器1的制冷介质输出部处的最大制冷功率设定最低过热。

为此，在根据图1和图3的制冷介质回路1运行时，持续地借助于调节装置8(在图1中未示出)由压力温度传感器pt1的测量值确定在冷却器1的制冷介质出口处的制冷介质的过热度的实际值，并且至少将其调节到目标过热度的最小额定值或者最小允许的过热度。为此，通过相应地控制从属的膨胀机构ae1的开度，至少以相应于目标过热度的最小额定值的最小过热或最低过热运行冷却器1。在相应地在制冷介质回路1中存在通过内室蒸发器2作为参考变量确定并预先确定的低压时，通过该调整可调整并实现在冷却器1上相应的最大制冷功率。

在调节制冷介质以及由此内室蒸发器2直至其最小允许的空气温度以及由此对应的允许的最小蒸发器压力的额定值时(在考虑在蒸发器2处的空气侧的结冰风险的情况下)，同时通过在并行调整最低过热时运行冷却器1产生在冷却器2处的最大制冷功率。

由此，通过借助于第一膨胀机构ae1调整穿流冷却器1的制冷介质质量流，以由此实现制冷介质回路1.1的水温的限定的降温，间接地通过调节在冷却器1的制冷介质输出部处的过热调节在冷却器1处的制冷功率，其中，通过第一膨胀机构ae1初步调整穿流冷却器1的冷却介质的额定降温，同时与在预先确定的低压下可减小到例如3k的最小值的过热的监控相结合。

在具有高压制冷介质收集器6.2的根据图2的制冷介质回路10中，在内室蒸发器2和冷却器1共同运行时，调节在其输出部处的制冷介质的过热。通过以下方式实现在冷却器1处的最大制冷功率，即，借助于调节装置8(在图2中未示出)持续地从压力温度传感器pt1的测量值中确定在冷却器1的制冷介质出口处的制冷介质的过热度的实际值，并且至少将其调节到目标过热度、确切的说允许的过热度的最小额定值。为此，通过相应地控制从属的膨胀机构ae1的开度，至少以相应于目标过热度的最小额定值的最小过热或最低过热运行冷却器1。

理想地，在此为了在冷却器1处的制冷介质出口中在相应调整的低压下实现最大冷却器功率，也在冷凝线上进行，然而不能充分调整冷凝线。由于所述的传感器测量精度，输出例如3k的最低过热。

即便在具有高压制冷介质收集器6.2的根据图2的制冷介质回路中，也首要通过第一膨胀机构ae1(利用第一膨胀机构调整在冷却器2的出口处要求的冷却介质的降温)调节在冷却器1处的制冷功率，同时与在冷却器1的制冷介质输出部处的过热监控相结合，其中，根据规定，过热不低于例如3k的最低过热并且借助于第一膨胀机构ae1调整穿流冷却器1的制冷介质质量流，以由此实现冷却介质回路1.1的水温的规定下降。

以相同的方式根据第五压力温度传感器pt5的值调节在内室蒸发器2的制冷介质输出部处的过热。

接下来描述其它用于能始终保持图1至图3的在制冷介质回路10的冷却器1上可用的制冷功率最大的措施，其中，同时(如以上描述的那样)将在冷却器1的制冷介质输出部处的制冷介质的过热调节到目标过热度或允许的过热度的最小额定值、确切的说，以便以这种方式在相应调整的低压下从冷却介质回路1.1中导出更高的废热量。

因此，通过以下方式进一步提高由冷却器产生的制冷功率，即，将在内室蒸发器处的额定吹出温度下降到预先确定的温度下降值。这相应于在内室蒸发器1中的蒸发温度的下降。例如，额定吹出温度的这种温度下降值意味着例如从6℃到3℃的变化。由此，可通过在内室蒸发器2上下降的低压同时减小在冷却器1处的低压水平，并且由此提高在制冷介质和冷却介质之间的温度降，并且由此提高在冷却器1处的冷却功率，从而在空气量保持不变的情况下在内室蒸发器2处的制冷功率提高的同时可进一步提高冷却器的制冷功率。

在这种情况下，可能需要的是，进入车舱中的输入空气流在冷却或除湿之后被加强地再次加热，例如通过电的高压加热器。如果制冷介质回路10配备有热泵功能，可通过制冷设备覆盖在再加热运行中的加热需求。根据冷却介质的冷却需求确定预先确定的温度下降值。如果制冷介质回路1还可具有例如制冷功率潜力，也就是说，例如还能借助于制冷介质压缩机3提高制冷介质体积流，则可通过采用所述温度下降值进一步利用该制冷功率潜力。

用于提高在冷却器1处的制冷功率的另一措施规定，使流入车舱中的并且被调节的输入空气流的输入空气量下降到预先确定的(直至最小的)输入空气量值。通过这种减小输入空气量，减小了在内室蒸发器2处的制冷需求和除湿份额，由此，同时实现提高冷却器1的制冷功率。根据对构件保护的需求的紧迫性，例如在高压组件的情况中，在制冷设备的当前运行条件下不能提供从冷却介质方面所需的制冷功率的情况中，确定并激活预先确定的输入空气量值。在此，以一定的程度减小空气量，并且必要时也降低空气流的再加热，从而在有限的时间段上还可为乘员提供可接受的最低舒适性。

用于提高冷却器的制冷功率的另一措施在于，根据参与的空气流的焓值，通过循环空气或新鲜空气份额主动地影响进入车舱中的输入空气流。

因此，当新鲜空气的焓小于循环空气的焓，将输入空气流完全切换成新鲜空气。如果新鲜空气的焓小于循环空气的焓，这意味着，在车舱中的循环空气比车辆环境的空气更热且可能更湿，并且由此当完全通过新鲜空气替代输入空气流时，减小待施加的制冷功率。

相反地，当新鲜空气的焓大于循环空气的焓时，仅仅更少地甚至不将新鲜空气的份额混合到输入空气流中。如果新鲜空气的焓大于循环空气的焓，这意味着，车舱的循环空气比车辆环境的空气以及由此新鲜空气更冷且更干燥，并且因此在输送新鲜空气时，为了将其降温到车舱的水平，需要提供更高的制冷功率。因此，在这种情况中，仅仅附加份额少的新鲜空气，从而符合mak准则保持所需的co2浓度。优选地，为输入空气混合5％至10％的新鲜空气。

备选地，根据图1的制冷介质回路10也可利用第三膨胀机构ae3运行，如在图3中示出的那样。第三膨胀机构ae3属于内室蒸发器支路2.0并且在下游连接在内室蒸发器2之后。在内室蒸发器支路2.0之内的制冷介质状态可通过设置在内室蒸发器2下游的压力温度传感器pt5检测，备选地也可为此使用在空气离开侧连接在内室蒸发器2之后的空气温度感应器tluft。

设计成可电气地或机械调节的膨胀阀的第三膨胀阀ae3确保，在内室蒸发器2.0中，不会由于在蒸发器网络中出现的冷凝而低于导致在空气侧结冰的低压。

由此，可在内室蒸发器支路2.0中调整平均压力水平，而在冷却器1上，可借助于制冷介质压缩机3根据要求的冷却器1的冷却功率在蒸发器支路2.0中调整低于低压水平的几乎任意的低压水平，尤其是如以上描述的那样调整最大制冷功率。为此，借助于第一膨胀机构ae1首要调节冷却介质的额定降温，在相应调整的低压时在例如3k的最低过热时，额定降温达到其最大值。最终，在相应存在的低压下，可根据在冷却器1的制冷介质出口处的过热度改变在冷却器1处的制冷功率。在此，当在冷却器的制冷介质出口处在制冷介质的冷凝线附近将制冷介质调整到尤其是具有在3k至7k之间的值的目标过热度或允许的过热度的最小额定值上时，实现冷却器1的最大制冷功率。

在冷却器1的低压相对于内室蒸发器2的低压更低的时，为了提高冷却器1的制冷功率，使在冷却器1的制冷介质出口处的制冷介质在其冷凝线附近、也就是说以低的过热运行，并且借助于第三膨胀机构ae3使内室蒸发器2在中压水平上运行。为了减小冷却器1的制冷功率，通过调节制冷介质压缩机3将冷却器1的低压提高到内室蒸发器2的低压。通过继续将第一膨胀机构ae1节流，附加地可减小在冷却器1处的制冷功率。

当使在冷却器1的制冷介质出口处的制冷介质在其冷凝线附近，即，以最低的过热运行到目标过热度或允许的过热度的最小额定值上时，在冷却器1的低压相应于内室蒸发器2的低压时，在冷却器1上产生最大冷却功率。在内室蒸发器2中的压力恒定时，通过借助于第一膨胀机构ae1提高制冷介质的过热，减小冷却器1的冷却功率。

与高压制冷介质收集器6.2相结合应注意的是，在下游穿流集成到冷凝器4中的子冷却区间之前，也可将收集瓶集成到冷凝器4中。在以这种结构形式不能用于作为空气热泵的实施方案的配置中，可省去第三压力温度传感器pt3，因为借助于其中集成了高压制冷介质压缩机6.2和子冷却区间的冷凝器4已经自动地调整了制冷介质的再冷却。

用于提高在冷却器1处的功率提供或使其最大化的方法也适用于制冷介质回路1，制冷介质回路具有多于一个内室蒸发器2，并且通用地用于所有多蒸发器系统，其中，在此安装的蒸发器实施成空气-制冷介质-热交换器和/或空气-冷却介质-热交换器。

此外，所描述的方法也可在具有热泵功能的制冷介质回路10中实现。

最终，所描述的方法可用于所有已知的制冷介质，例如r744、r134a、r1234yf等，其中，特别为r744系统仅仅考虑低压制冷介质收集器6.1。

总结地说，本申请描述了制冷介质-冷却介质-热交换器的理想的调节目标，例如为实现最大制冷功率在用于预先确定的低压下作为冷凝线运行的冷却器1的理想的调节目标，其中，由于对在冷凝线处的运行点的可评估性有限(归因于测量机构)，跟踪替代调节目标“最小过热”。通过减小低压水平实现在冷却器1处的进一步制冷功率提高。

附图标记清单

1制冷介质回路10的冷却器

1.0冷却器支路

1.1冷却器1的冷却介质回路

2内室蒸发器

2.0内室蒸发器支路

3制冷介质压缩机

4冷凝器或气体冷却器

5内部的热交换器

6.1低压制冷介质收集器

6.2高压制冷介质收集器

7止回阀

10制冷介质回路

ae1第一膨胀机构

ae2第二膨胀机构

ae3第三膨胀机构

pt1压力温度传感器

pt2压力温度传感器

pt3压力温度传感器

pt4压力温度传感器

pt5压力温度传感器

pt6压力温度传感器

tluft空气温度感应器