用于车辆的空调系统的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的空调系统，其中，该空调系统包括适于输送冷却剂流体的冷却管路和连接到该冷却管路的第一热交换装置。本发明还涉及一种用于车辆的空调系统的冷却剂流体的热交换的方法。

背景技术

车辆里的空调系统通过空调系统中的冷却剂流体和外部空气之间的热交换而工作，这两者都用于冷凝在冷凝器中的被压缩的冷却剂流体并且用在蒸发器中，以在热天期间为车厢提供冷却的空气。空调系统已经在车辆中使用了很长时间，以增加车辆驾驶员和乘客的舒适度。然而，例如当启动已经在阳光下停放一段时间后的车辆时，当今的空调系统需要被设计成用于处理峰值负载。这意味着需要使空调系统的冷却功率足够大，以用于不常见的情况，因而部件变得大且昂贵。

已经提供了替代性的解决方案。例如，JP H10 211816公开了一种空调系统，其中车辆燃料的一部分被用作冷却剂流体。

然而，这没有解决必须设计用于峰值负载的空调系统的问题。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种用于车辆的空调系统。该目的通过一种用于车辆的空调系统来实现，其中该空调系统包括适于输送冷却剂流体的冷却管路和连接到该冷却管路的第一热交换装置。该空调系统还包括被设置成容纳第一液体热交换介质的第一液体容器。该第一热交换装置布置在第一液体容器内，以用于在冷却剂流体和第一液体热交换介质之间进行热交换。

本发明的优点在于，它利用比与气体进行热交换的效率更高的与液体进行热交换。如今，空调系统的冷却剂流体与外部空气交换热，以便冷却剂流体在继续进入空调系统之前冷凝。通过将第一热交换装置放置在车辆的第一液体容器内，可以提高热交换的效率，从而引起更小和更轻的第一热交换装置。此外，随着效率的增加，将车厢内的温度降低到期望温度所需的时间可以减少，从而增加了热天期间的舒适性。

另一个优点是，在冷却剂流体与第一液体热交换介质进行热交换期间和之后，第一液体热交换介质用作热缓冲部。这引起空调系统不需要基于峰值负载冷却功率来设计，而是基于行驶的典型持续时间内的平均负载冷却功率来设计。第一液体热交换介质将在第一液体容器内缓慢冷却，使得在行驶结束时达到第一液体热交换介质的期望温度。

本公开的空调系统的另一优点在于，其能够有助于加热处于在低温下的第一液体热交换介质。如果第一液体热交换介质是可燃燃料，这将引起更好的燃烧，并且引起需要更少的能量来预热第一液体热交换介质，例如通过来自电池或外部源的电力来供能。

空调系统可还包括连接到第一热交换装置的换向阀，该换向阀被设置成能够选择性地使空调系统中的冷却剂流体的流动换向。

通过具有带换向阀的空调系统，空调系统的第一热交换装置可用作冷凝器和蒸发器。这意味着，根据期望的操作模式，空调系统可选择性地用于与第一液体热交换介质交换热，以降低冷却剂流体的温度或提高冷却剂流体的温度。

第一液体热交换介质可以是以下之一：

－液体燃料，诸如汽油、柴油、液化天然气或液化氢，

－挡风玻璃清洗流体，

－发动机油，

－变速器油。

车辆包括布置在液体容器中的多种不同液体。根据期望的冷却/加热功率将空调系统设计成能产生前述功率，所使用的液体可以是上述液体之一。

该系统还可包括与空调系统分离的冷却系统，该冷却系统被设置成冷凝从第一液体热交换介质蒸发的任何蒸气。

如上所述，第一液体热交换介质可用作热缓冲部，并且当车辆被驱动时将缓慢冷却。为了增加第一液体热交换介质的冷却，可以将外部或单独的冷却系统连接到第一液体容器。该冷却系统可有助于冷凝由加热第一液体热交换介质而产生的任何蒸气，并将液体输送回第一液体容器或将该液体输送至使用其的地方，如果第一液体热交换介质是液体燃料，例如将其输送到内燃机中。在本申请人的欧洲专利申请EP19163436.9中描述了这种系统的一个示例。

当第一液体热交换介质是液体燃料中的一种时，诸如汽油、柴油或液化天然气，系统还可包括被设置成连接到液体容器的蒸发排放物罐。蒸发排放物罐被设置成捕获从第一液体热交换介质蒸发的碳氢化合物。

当液体燃料用作第一液体热交换介质时，可产生不被净化就不被允许排放到大气中的蒸气。作为一种确保蒸气中的碳氢化合物不存在于排放到大气中的任何蒸气中的方式，可安装与第一液体容器连接的蒸发排放物罐。蒸发排放物罐可单独安装或与单独的冷却系统组合安装。蒸发排放物罐还可以吸收由于为车辆加燃料而产生的蒸气中的碳氢化合物。

该系统还可包括被设置成容纳第二液体热交换介质的第二液体容器和设置在第二液体容器中的冷却剂流体连接部，以用于在冷却剂流体和第二液体热交换介质之间进行热交换。

为了提高空调系统的能力或者减少第一液体热交换介质中温度的最大升高，可以使用第二液体容器，其中冷却剂流体被引导到冷却剂流体连接部中。这样，与仅具有第一液体容器的系统相比，允许冷却剂流体与更多的流体交换热，并且可以提高空调系统的能力。此外，如果第一液体容器中的第一液体热交换介质用于降低冷却剂流体的温度，则第二液体容器中的第二液体热交换介质可用于提高冷却剂流体的温度，反之亦然，以便精调车厢热交换装置的空调系统的输出温度。

冷却剂流体连接部可以是设置在第二液体容器中的第二热交换装置。

在一个示例中，冷却剂流体连接部是贯穿第二液体容器的导管。为了提高热交换能力，在第二示例中，冷却剂流体连接部可以是热交换装置，例如在车辆空调系统中使用的冷凝器或蒸发器。

第一热交换装置和第二热交换装置可以串联设置或者并联设置。

取决于根据以上描述的第一热交换装置和第二热交换装置的期望功能，如果仅需要加热或者冷却冷却剂流体，则第一热交换装置和第二热交换装置可设置成串联运行。可替代地，如果选择能够冷却一部分冷却剂流体并且能够加热一部分冷却剂流体，以便提供对空调系统的改进调节，则第一热交换装置和第二热交换装置可以并联设置。

由于第一液体容器中的第一液体热交换介质的体积、以及第二液体容器(如果安装的话)中的第二液体热交换介质的体积在第一液体热交换介质和/或第二液体热交换介质没有达到不希望的温度的情况下确定了可以交换的热量，空调系统的最大可用冷却功率可以由第一液体容器和/或第二液体容器中剩余的第一液体热交换介质和/或第二液体热交换介质的体积确定。

本发明的另一目的是提供一种用于车辆的空调系统的冷却剂流体的热交换的方法。该目的通过一种用于空调系统的冷却剂流体的热交换的方法来实现，其中该空调系统包括适于输送冷却剂流体的冷却管路和连接到该冷却管路的第一热交换装置，其中至少一个液体容器被设置成容纳第一液体热交换介质，并且第一热交换装置设置在该液体容器内。该方法包括

－启动空调系统，

－将冷却剂流体输送到第一热交换装置，

－在冷却剂流体和第一液体热交换介质之间进行热交换，以降低冷却剂流体的温度。

结合上述空调系统描述的优点也适用于本公开的方法。

该系统可以还包括连接至第一热交换装置的换向阀，该换向阀被设置成用于选择性地使空调系统中的冷却剂流体的流动换向，其中该方法包括：

－将冷却剂流体输送到第一热交换装置，

－在冷却剂流体和液体热交换介质之间进行热交换，以增加冷却剂流体的温度。

该方法可以还包括

－借助于与空调系统分离的冷却系统冷凝通过与第一热交换装置中的冷却剂流体的热交换而从液体容器中的液体热交换介质蒸发的任何蒸气。

该方法可以还包括：

－当第一液体热交换介质是液体燃料中的一种时，诸如汽油、柴油或液化天然气，通过连接到液体容器的蒸发排放物罐捕获从液体容器中的液体热交换介质蒸发的碳氢化合物。

该空调系统可以还包括被设置成用于容纳第二液体热交换介质的第二液体容器以及被设置在第二液体容器中的冷却剂流体连接部，其中该方法包括：

－将冷却剂流体输送到冷却剂流体连接部，

－在冷却剂流体与第二液体热交换介质之间进行热交换。

该方法可以还包括

－输送冷却剂流体到设置在第二液体容器中的第二热交换装置。

本发明还涉及包括根据上述描述的空调系统的车辆。

附图说明

图1示意性地示出了根据第一示例性实施方式的用于车辆的空调系统，

图2示意性地示出了根据第二示例性实施方式的用于车辆的空调系统，

图3示意性地示出了根据第三示例性实施方式的用于车辆的空调系统，

图4示意性地示出了根据第四示例性实施方式的用于车辆的空调系统，

图5示意性地示出了根据第五示例性实施方式的用于车辆的空调系统，

图6示意性地示出了根据第六示例性实施方式的用于车辆的空调系统，

图7示意性地示出了包括根据本公开的用于车辆的空调系统的车辆，

图8示意性地示出了展示出了在晴天冷却功率随行程时间变化的图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据第一示例性实施方式的用于车辆的空调系统1。

用于车辆的空调系统1的基本部件是众所周知的。这种系统包括适于输送冷却剂流体通过空调系统1的冷却管路2。冷却管路2连接到压缩机3、第一热交换装置4、膨胀阀5和车厢热交换装置6。在第一示例性实施方式中，根据空调系统1的期望功能，第一热交换装置4是冷凝器或者蒸发器。在第一示例性实施方式中，车厢热交换装置6是蒸发器并且被设置为连接到鼓风机(未示出)，该鼓风机被设置成吹送空气穿过车厢热交换装置6，以便将冷空气提供到车辆的车厢中。

根据现有技术的系统，第一热交换装置4通常设置在车辆中，使得环境空气能够被引导经过第一热交换装置4，以便在被引导经过第一热交换装置4的空气和经过第一热交换装置4的冷却剂流体之间进行热交换。

根据第一示例性实施方式，第一热交换装置4设置在第一液体容器7的内部，该第一液体容器被设置成用于容纳第一液体热交换介质8。第一热交换装置4设置在第一液体容器7内，以用于在冷却剂流体和第一液体热交换介质8之间进行热交换。

第一液体热交换介质8例如是液体燃料，诸如汽油、柴油、液化天然气或液化氢。在这种情况下，第一液体容器7是燃料箱。第一液体热交换介质8也可以是挡风玻璃清洗流体。在这种情况下，第一液体容器7是挡风玻璃清洗流体容器。为了使挡风玻璃清洗流体容器起到作为用于液体热交换介质的液体容器的作用，挡风玻璃清洗流体容器可需要被制造得更耐用，例如通过增加制造挡风玻璃清洗流体容器的材料的厚度。第一液体热交换介质8也可以是发动机油，第一液体容器7是发动机油槽。第一液体热交换介质8也可以是变速器油，而第一液体容器7是变速器油贮存器。

在说明书中提到的各种热交换装置在附图中表示为普通的热交换器，并且可以采用各种形式。围绕设置在液体容器中的热交换装置的虚线示出了热交换装置可被封闭或它们可浸没在液体热交换介质中的管道。

图2示意性地示出了根据第二示例性实施方式的用于车辆的空调系统1。在第二示例性实施方式中，空调系统1还包括连接到第一热交换装置4的换向阀9。换向阀9被设置成选择性地使空调系统1中的冷却剂流体的流动换向。换向阀9是通常存在于室内空调系统中的部件，在该室内空调系统中，换向阀9允许空调选择性地向其所安装在里面的空间提供冷空气或热空气。通过提供用于车辆的带有这种阀的空调系统1，可以在车辆中实现相同的功能。换向阀9的设计和功能是公知的，并且将不进一步详细描述。换向阀9可由车辆的电子控制单元基于车厢内的期望输出温度和外部温度进行自动控制，或者通过车厢内的控制器手动控制。

图3示意性地示出了根据第三示例性实施方式的用于车辆的空调系统1。在图3中，根据图2的空调系统1配备有与空调系统1分离的冷却系统10。单独的冷却系统10被设置成冷凝从第一液体热交换介质8蒸发的任何蒸气，并且将其返回到第一液体容器7。在第一液体热交换介质8是液体燃料的情况下，冷凝的燃料也可以直接输送到发动机。单独的冷却系统10包括控制阀10a和冷却器10b。冷却器10b示出为一般的热交换器，并且可以采用各种形式。箭头示出了离开第一液体容器待由单独的冷却系统10冷却的蒸气。与由分离的冷却系统10冷凝的液体的使用处的连接部或返回连接部未示出。

根据图1的空调系统1同样可以设置有与空调系统1分离的冷却系统10。

图4示意性地示出了根据第四示例性实施方式的用于车辆的空调系统1。在图4中，空调系统1还包括设置成连接到第一液体容器7的蒸发排放物罐11。蒸发排放物罐可以被设置成连接到与空调系统1分离的冷却系统10(如图4所示)，或者设置成直接连接到第一液体容器7。

图5示意性地示出了根据第五示例性实施方式的用于车辆的空调系统1。在图5中，空调系统1包括被设置成容纳第二液体热交换介质13的第二液体容器12和设置在第二液体容器12中的冷却剂流体连接部14，以用于在冷却剂流体和第二液体热交换介质13之间进行热交换连接部。在图5中，冷却剂流体连接部14是设置在第二液体容器12内的直管道。在通过冷却剂流体连接部14的冷却剂流体和第二液体热交换介质13之间进行热交换。在图5中，第一热交换装置4与冷却剂流体连接部14串联布置。当第二液体热交换介质是挡风玻璃清洗流体时，该设置工作良好。

图6示意性地示出了根据第六示例性实施方式的用于车辆的空调系统1。在图6中，冷却剂流体连接部14是第二热交换装置15，诸如冷凝器/蒸发器(取决于空调系统的期望功能)，以增加第二热交换装置15内的冷却剂流体与第二液体热交换介质13之间的热交换效率。在图6中，第一热交换装置4与冷却剂流体连接部14、即第二热交换装置15并联布置。

当然也可以具有如图5所示的与第一热交换装置4串联布置的第二热交换装置15。

图7示意性地示出了包括根据图1的用于车辆16的空调系统1的车辆16。压缩机3在图7中被设置成由内燃机17驱动。在该图中，第一液体容器7是燃料箱，并且第一热交换介质4设置在其中。车厢热交换装置6靠近车厢设置，并且被设置成冷却通过鼓风机(未示出)吹送并且使之经过车厢热交换装置6进入到车厢中的外部空气。膨胀阀5被设置成与车厢热交换装置6连接。空调系统1的各种部件的放置仅用于说明目的，并且最终放置可根据车辆16的最终设计而变化。

没有明确示出具有根据结合图2至图6描述的示例性实施方式的空调系统1的车辆。可以认为，本领域技术人员理解如何将本公开中的空调系统的各种示例性实施方式适用于车辆16。

空调系统1还可以在电动车辆中实施，利用这种车辆中可获得的一种或多种液体。

图8示意性地示出了显示在晴天冷却功率随行程时间变化的图。图轴包括水平轴上的行进时间t和垂直轴上的冷却功率P。在开始时间t1，空调系统以最大冷却功率运行，以降低车辆中的温度。当车厢内的温度下降时，冷却功率在时间t2降低。最后，在时间t3，需要较低量的冷却功率来维持车厢中的期望温度。在图的下方的面积是积蓄在液体容器中的液体热交换介质中的能量E。

在已知的空调系统中，由于环境空气与空调系统中的冷却剂流体之间的热交换受到限制，因此空调系统必须针对峰值负载冷却功率来设计。在根据本公开的空调系统中，冷却剂流体可更有效地与液体容器中的液体热交换介质进行热交换，从而被设计成提供平均负载冷却功率。能量E加热液体热交换介质，液体热交换介质随着时间缓慢冷却到对于停放中的车辆安全的温度。冷却可以在有或者没有分离的冷却系统的辅助下进行。

尽管已经在附图和前面的描述中详细说明和描述了本公开，但是这样的说明和描述应被认为是说明性或者示例性的，并且本公开不限于所公开的示例性实施方式。

例如，所有示例性实施方式可包括与空调系统1分离的冷却系统10。此外，所有示例性实施方式可包括蒸发排放物罐11，具有或不具有与空调系统1分离的冷却系统10。具有第二液体容器12和第二热交换装置15的所有示例性实施方式可以包括至少一个换向阀9，使得空调系统1中的冷却剂流体的流动可以选择性地换向。以与现今相同的方式控制根据本发明的空调系统，在控制车辆空调系统的一个或多个电子控制单元中进行必要的改变以适应第一热交换装置的不同设置。