[发明专利]具有加热泵功能的模块化车辆空调单元

说明书

技术领域

本发明涉及具有加热泵功能的车辆空调单元，用于加热、冷却和除湿机动车辆的车辆内部的空气，尤其是电动和混合动力车的车辆内部的空气。

背景技术

为了调节输送至车辆内部的空气，在现有技术中使用具有用于冷却的冷却片和用于加热空气的乙二醇-空气热交换器、以及乙二醇-空气加热泵和空气-空气加热泵的车辆空调单元。

目前的车辆空调系统由多种独立的部件组成。它们是，例如：

·冷凝器，通常布置在车辆前部

·压缩机，其连接至车辆发动机并由车辆发动机驱动

·空调器，其布置在乘客舱，并将调节后的空气输送给乘客，以及

·制冷剂线路。

这些部件通常都分别运送给车辆生产商并在那里安装。由于在制造车间生产线上部件的数量，需要多个安装步骤。此外，在组装过程中不可避免建立大量的连接，这导致了潜在的泄漏，如果发生了，就必须以昂贵的成本来纠正。

从DE 102007046663A1得知预装系统的解决方案。提出了具有Z形布置的鼓风机热换器布置的空调系统。

此外，在DE 102007046663中描述了一种封闭的、预填充的制冷剂回路。

对于加热操作，在现有技术中，DE 102 53 357 A1和JP7009844描述了具有将空气-乙二醇热交换器作为乙二醇-空气加热泵的车辆空调单元，在DE 42 44 137 C2、JP8216667和JP2003291635中具有空气-空气加热泵。

用于制冷剂R134a的高效制冷剂回路存在用于冷却操作。

现有技术在加热操作中的缺点包括，在低的外界温度时，例如低于-10℃，在高效内燃机、例如是直喷的柴油和奥托循环(汽柴油混合技术)发动机的情况下，冷却水温度达不到乘客舱舒适加热所需的水平。在未来的发展中，可以预见到这些问题将会变得更加糟糕，例如，作为示例，在混合动力车中。基于该原因，必须使用有效的辅助加热设计。

此外，驱动系统有完全电气化的趋势。由于驱动电池能量的高效转化，所以在这个发展中，可用于加热内部的废热进一步的减少。此外，电池中存储的能量接下来要比现有技术的燃料箱中的小很多。因此，在未来的电动车辆中，用于调节内部空气的动力对于这些范围里的车辆具有实质上的影响。

现有技术的乙二醇-空气加热泵的另一个缺点是，所述泵使用内燃机的冷却水作为加热源。在该过程中，热量从冷却水中去除。由此，内燃机需要在更低的温度下运行更长的时间。这对于废气的排放和燃料的消耗具有负面的影响。

由于混合动力车辆中内燃机的间歇性操作，所以即使是在长途旅行中也达不到足够的冷却水的温度。因此，内燃机的起动-停止操作在低温的外界温度下会被中断。

空气-空气加热泵去除外界空气的热量。在一些情况下，这会导致冷凝器的结冰，在加热泵操作时它用作蒸发器。如果可以通过加热泵的智能调节避免结冰，那么加热泵可用的加热动力因此就减少了。如果气体冷却片的结冰是可以接受的，那么可通过作为空调单元的制冷剂回路的简单操作来主动地解冻加热泵。这减少了加热泵的平均有效输出。

将它们的输出物释放至空气的加热泵系统经常无法同时除湿和加热输送给车辆的空气。这带来的后果是，机动车辆的空调单元在低温的外界温度下无法使用再循环的空气、也就是已从车辆内部再循环过的空气来操作。由于缺失了除湿的功能，所以这将导致因冷凝而在车窗内部产生水雾。

加热泵系统以及燃料辅助加热器将它们的输出物释放到发动机冷却回路，经常缺少动力并表现为低效。

在DE 102009028522 A1中，描述了一种具有加热泵功能的紧凑的空调单元。然而，通过冷却回路的主动转换来执行加热泵的功能。这给冷却回路带来了极大的复杂性，这相应地带来高的成本和技术风险。

在DE 602005004667 T2中，描述了这样一种安装，其与吸收盘合作，其中系统循环地工作，从而相邻布置的热交换器单元持续地从加热转换到冷却，反之亦然。这里第二热交换器反循环地运转，并且因为这样，对于加热或冷却，可以被循环地调节的风门片可以按照需求将空气导入乘客舱或环境中。用于冷却和除湿空气的再加热操作、以及由此带来的再加热或连续的操作明显可不行；循环空气的部分使用不被描述。由于循环移动的风门片，安装在技术上是非常复杂的。