用于車輛空調系統的制冷劑回路和對車輛內部進行空氣調節的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種車輛空調系統的制冷劑回路，特別是用于電動車輛，以及涉及對車輛內部進行空氣調節的方法，特別是借助這樣的制冷劑回路進行空氣調節。
【背景技術】
[0002]現代的機動車輛如今通常配備有用于對車輛內部進行空氣調節的空調系統。這些車輛空調系統主要基于卡諾(Carnot)原理通過制冷劑回路操作，以當存在高的外部溫度時實現車輛內部的冷卻。為了當外部溫度低時加熱車輛內部，通常使用來自機動車輛的內燃發動機的廢熱。
[0003]但是，在電動車輛作為整體的情況下，以及在具有內燃發動機的機動車輛的情況下熱車階段期間，來自車輛發動機的廢熱很小，以致于不可能滿足車輛內部的加熱。為此，常常使用額外的電加熱設備，但是所述額外的電加熱設備與非常高的能量消耗有關，且還與對安裝空間的額外需求以及額外的設備成本相關。
[0004]為了改進車輛內部的加熱，現有技術中已經提出當需要時將已存在用于冷卻車輛內部的車輛空調系統操作為熱泵，且因此將外部空氣用作用于加熱車輛內部的熱源。
[0005]因此，DE 103 13 850 Al提出了提供一種用于高效地冷卻和加熱機動車輛的器具的目標，其具體地通過作為制冷劑的二氧化碳操作，且適于該制冷劑的特性，以及還適于具有二級壓縮的組合的熱泵和制冷劑單元操作。所述文檔提出一種制冷劑回路和方法，用于具有二級壓縮的制冷劑回路的組合的制冷劑單元和熱泵操作，其中在第二壓縮級之后，制冷劑釋放熱能。在制冷劑單元操作中，制冷劑膨脹至蒸發壓力，隨后在第一壓縮級中吸收熱量并被壓縮。這之后是中間冷卻，在制冷劑供應至第二壓縮級之前。相反地，在熱泵操作中，在第一壓縮級之后，不存在制冷劑的中間冷卻。

【發明內容】

[0006]本發明的目標是提供一種車輛空調系統的制冷劑回路以及對車輛內部進行空氣調節的方法，通過所述制冷劑回路和方法，空調系統可以特別節能的方式操作為制冷機和熱泵。
[0007]該目標根據本發明通過以下實現:一種車輛空調系統的制冷劑回路，包括壓縮機單元，所述壓縮機單元14包括第一壓縮機和布置在下游的第二壓縮機，用于壓縮制冷劑；冷凝器，用于加熱可供應至車輛內部的空氣；第一壓力減少單元，布置在冷凝器的下游，用于將來自冷凝器的制冷劑減壓；熱交換器，制冷劑流動通過該熱交換器，用于與車輛環境空氣熱交換；蒸發器，用于冷卻可供應至車輛內部的空氣；和第二壓力減少單元，布置在蒸發器的上游，用于將來自熱交換器的制冷劑減壓；第二壓縮機、冷凝器和第一壓力減少單元在車輛空調系統的冷卻模式下被繞過，蒸發器和第二壓力減少單元在車輛空調系統的加熱模式下被繞過。該制冷劑回路使得可以將第一壓縮機具體地用于空調系統的冷卻模式，以及將第二壓縮機具體地用于空調系統的加熱模式。在冷卻模式下，第二壓縮機關閉，使得空調系統以能量高效的方式僅通過第一壓縮機來冷卻車輛內部。為了確保車輛內部的令人滿意的加熱，特別是在寒冷天氣下，在加熱模式下需要較高的壓縮機功率和較高的壓力比，這就是為什么第二壓縮機級被激活的原因。該第二壓縮機具體地用于加熱模式，且因此與第一壓縮機一起，使得車輛空調系統的能量高效的加熱操作可行。
[0008]在制冷劑回路的一個實施例中，制冷劑的通流通過設置定向閥而被控制，所述定向閥在冷卻模式下占據第一開關位置，在加熱模式下占據第二開關位置。在一些情況下，還可另外設置切斷閥和/或止回閥，以使制冷劑回路中的通流具體符合冷卻模式和加熱模式下的需求。
[0009]優選的是，所述第一壓力減少單元和/或所述第二壓力減少單元是具有切斷功能的膨脹閥。這使得可以最小化制冷劑回路中的單獨部件的數量，以及有利地在所述特定膨脹閥的幫助下控制所述通流。替代地，還可設想將膨脹閥和切斷閥的預制組件用作壓力減少單元。
[0010]在制冷劑回路的另一實施例中，第一壓縮機的操作壓力和/或被遞送量可被控制，優選地可以連續可變的方式被控制。第一壓縮機的功率可因此適于相應邊際條件而沒有任何問題，這引起在冷卻模式和加熱模式二者下車輛空調系統的特別能量高效的操作。
[0011]對照地，例如第二壓縮機的操作壓力和/或被遞送量可大致恒定。第二壓縮機因此是具有固定預定額定功率的簡單且廉價的部件，且可被簡單地開啟或關掉。由于第二壓縮機僅在需要時被激活，在加熱模式下作為整體的壓縮機單元的能量高效的功率調適可特別地通過第一壓縮機實現。第一壓縮機例如是被優化用于冷卻模式的傳統空調壓縮機，而第二壓縮機是例如被優化用于加熱模式的簡單的附加壓縮機。因而，在該情況下壓縮機單元包括位于分立的壓縮機殼體中的兩個分立的壓縮機。如果第二壓縮機考慮到低成本和小制造支出而要具有一定程度的功率控制，替代地可設想第二壓縮機可僅在級方面被控制，即例如具有兩個或三個功率級。
[0012]在制冷劑回路的另一實施例中，至少一個電馬達設置用于驅動第一壓縮機和/或第二壓縮機。
[0013]特別地，精確地，一個電馬達可設置用于驅動兩個壓縮機。這減少制造上和組裝上的支出，且因此降低車輛空調系統的成本。
[0014]在該情況下，優選的是第一壓縮機和第二壓縮機具有共用的驅動軸。第一壓縮機因此例如是渦旋式壓縮機或旋轉活塞式壓縮機，其可通過不同的壓縮幾何設置而適于期望的行程排量和/或壓力比。在該情況下，兩個壓縮機可還稱為單個壓縮機的第一級和第二級，且優選地容置在共用的壓縮機殼體中。
[0015]特別地，可設置有聯接件，通過所述聯接件，第二壓縮機能夠連接至所述電馬達或從所述電馬達解除聯接。如果僅單個電馬達被設置為用于兩個壓縮機的驅動裝置，則第二壓縮機可根據需要通過聯接件在很少成本的情況下被激活或停用。這使得空調系統的特別能量高效的操作可行。
[0016]在制冷劑回路的另一實施例中，每個壓縮機具有制冷劑行程體積，第二壓縮機的行程體積為第一壓縮機的行程體積的約20-50%。第二壓縮機的較低行程體積考慮了以下事實:當制冷劑進入第二壓縮機中時，其已經被第一壓縮機預壓縮。因而，第二壓縮機的行程體積可被減小而沒有功率損失，引起對用于第二壓縮機的能量以及對安裝空間的減少的需求的優勢。
[0017]此外，每個壓縮機都具有最大壓力比，第二壓縮機的最大壓力比優選地為第一壓縮機的最大壓力比的約30-50%。特別地結合較低行程體積，由于較低壓力比，第二壓縮機被設計為簡單且廉價的“插入式(cut-1n)壓縮機”，其設計不是為了車輛空調系統的獨立操作，而是僅為了第一壓縮機的支持操作。
[0018]在制冷劑回路的一個實施例變體中，在吸入側，設置有制冷劑存儲器，所述制冷劑存儲器在冷卻模式下布置在第二壓力減少單元的下游，在加熱模式中布置在第一壓力減少單元的下游。
[0019]在制冷劑回路的替代實施例中，在壓力側，設置有制冷劑存儲器，所述制冷劑存儲器在冷卻模式下布置在第二壓力減少單元的上游，在加熱模式中布置在第一壓力減少單元的上游。
[0020]制冷劑回路還具有低壓部段和高壓部段，所述低壓部段位于第一或第二壓力減少單元的下游直到第一壓縮機的吸入側，所述高壓部段位于第一或第二壓力減少單元的上游直到第一壓縮機的壓力側，低壓部段和高壓部段可以至少在一些區域中形成為內部熱交換器。在該情況下，高壓部段中的制冷劑通過內部熱交換器釋放熱能至低壓部段中的制冷劑，這引起車輛空調系統的增加的效率。
[0021]所述介紹中設定的目標還通過以下實現:一種對車輛內部進行空氣調節的方法，該方法借助車輛空調系統的制冷劑