用于运行机动车的制冷设备的再加热方法的制冷剂管理方法、制冷设备和具有制冷设备的机动车

摘要

本发明涉及一种用于运行具有热泵功能的、用于机动车的制冷设备(10)的再加热方法(500)，其中，所述制冷设备(10)包括：制冷剂压缩机(12)，其与主线路(14)和次线路(16)连接或能连接；外部换热器(18)，其布置在主线路(14)中；蒸发器(22)，其布置在主线路(14)中；加热调节器(26)，其布置在次线路(16)中；至少一个再加热膨胀阀(AE4)，其在次线路(16)中布置在加热调节器(26)与外部换热器(18)之间。在此，再加热方法包括以下步骤：通过比较在加热调节器(26)处的热输出实际值(Wist)与热输出目标值(Wsoll)来确定(S503)热差值(Wdiff)；当热差值(Wdiff)大于0并且小于热差值阈值(Wds)时，调整(S507)制冷设备(10)的至少一个运行设定，使得制冷设备(10)中的负载消耗增加。本发明还涉及用于执行再加热方法的制冷设备和具有这种制冷设备的机动车。

说明书

技术领域

本发明涉及用于运行具有热泵功能的、用于机动车的制冷设备的再加热方法(RHIII)、制冷设备和具有这种制冷设备的机动车。特别地，再加热方法包括被布置用于在制冷设备的特定操作条件范围内优化制冷剂管理的步骤。

背景技术

具有热泵功能的制冷设备通常包括：制冷剂压缩机，其可连接至或连接至主线路和次线路；外部换热器，其布置在主线路中；蒸发器，其布置在主线路中；加热调节器(Heizregister)，其布置在次线路中；至少一个可动的调温活门，其相对于送入空气流动方向布置在所述加热调节器之前或之后；以及至少一个再加热膨胀阀，该再加热膨胀阀在次线路中布置在加热调节器和外部的换热器之间。

这种具有热泵功能的制冷设备例如在DE 10 2018 213 232.1中描述，该文献在本申请提交时还没有公开。

关于制冷设备或热泵的其他背景信息例如在文献DE 10 2015 210 414 A1、DE 102011 118 162 A1和DE 10 2015 002 166 A1中获得。

在再热方法中，其在专业领域也被称为再热、再热运行、再热方法，在对车辆内室进行空气调节时，通过蒸发器冷却和除湿的空气通过借助于加热调节器至少部分地加热而达到所期望的吹出温度。

在此，加热调节器是热源，在该热源中，在制冷剂中存储的热量被输出给其他介质，例如空气、水-乙二醇混合物等。当直接被作为舱室送入空气的(环境)空气——所述空气吸收排出的热量——穿流或环流时，加热调节器能够构成为加热式冷凝器或加热气体冷却器。当渐热调节器被不同于(环境)空气的流体、例如水、水-乙二醇混合物等穿流或环流时，加热调节器可以构造为流体换热器，其中，将在制冷剂中存储的热量输出给流体。在作为流体换热器的实施方式中，然后发生从加热的流体到(环境)空气的进一步热交换。就这方面而言，通过流体换热器实现了(环境)空气的间接加热。

在再加热或再热运行中，可以通过调节再加热膨胀阀来调节所期望的用于加热车辆内室的功率。用于热量输出或加热功率的可能的特征值在此可以是被调节的空气被吹送到汽车内室中的吹出温度。

如果确定了热功率盈余或加热功率盈余，其中，例如实际吹出温度大于目标吹出温度，则再加热膨胀阀可以尤其是被逐步地打开。由此，在加热调节器中高压下降并且在外部的换热器上出现(升高的)中压或中间压力。相应地，冷凝温度升高并且与环境的温差升高，从而通过外部的换热器将更多的热量输出到环境。

如果确定了热功率不足或加热功率不足，其中，例如实际吹出温度小于目标吹出温度，那么可以尤其是逐步地关闭再加热膨胀阀。

由此，在加热调节器中高压升高，并且在外部的换热器中压或中间压力下降。相应地，冷凝温度降低并且与环境的温度差减小，使得通过外部的换热器将较少的热量输出到环境。

已经表明，在热功率盈余或加热功率盈余时，在制冷设备中可能产生以下情况。在外部换热器中，制冷剂几乎完全以液态形式存在。相应地，这可能在制冷设备的低压侧上、即在蒸发器下游出现制冷剂不足，这导致制冷剂从蒸发器过热地排出。

这种过热例如可能影响蒸发器上的空气侧的温度，从而由此负面地影响车辆中的内室舒适性。换言之，在蒸发器的排流中产生高的温度分布，这由于温度不均匀性但是也更差的除湿功率而导致舒适性损失。

此外，根据制冷设备的设计方案也可能在制冷剂存储器中出现油积存。由于制冷剂在制冷剂储存器中的液相缺失或大量减少，油可保留在制冷剂储存器中并且不再被供应到压缩机，这可导致压缩机处的润滑问题。

发明内容

本发明的目的在于，说明一种再加热方法，其中可以避免上述缺点。

该目的通过具有权利要求1的特征的再加热方法、具有权利要求8的特征的制冷设备和具有权利要求12的特征的机动车实现。具有适宜的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

因此提出一种用于运行用于机动车的具有热泵功能的制冷设备的再加热方法，其中，所述制冷设备包括：

制冷剂压缩机，其连接至或可连接至主线路和次线路；

外部换热器，其布置在主线路中；

蒸发器，其布置在主线路中；

加热调节器，其布置在次线路中；

至少一个再加热膨胀阀，其在次线路中布置在加热调节器与外部换热器之间。在此，再加热方法包括以下步骤：

通过比较在加热调节器处的热输出实际值与热输出目标值来确定热差值；当所述热差值大于0并且小于热差值阈值时，调整制冷设备的至少一个运行设定，使得制冷设备中的负载消耗增加。

在此，例如可以根据所测量的或预先给定的、被调节的送入空气到车辆内室中的吹出温度来确定热输出实际值和热输出目标值。但是，也可以根据制冷设备的其他可测量的参量或参数来确定热输出实际值和热输出目标值。尤其是，热输出实际值和热输出目标值也可以由可供使用的制冷设备参数或者空调参数的组合来确定。

在此，可以如此确定热差值阈值，使得其表示小的热功率盈余或加热功率盈余。如果例如假设，热差值由实际吹出温度和目标吹出温度计算，那么热差值阈值例如可以被设置为5或者更小、但是大于0。

在再加热方法中，运行设定的调整可以包括：测量送入空气在穿流蒸发器之后的温度，并且降低在穿流蒸发器之后的送入空气温度的目标温度。

在蒸发器之后调节空气的目标温度也称为在蒸发器之后改变空气温度的设定点。如果在蒸发器之后空气降低了要达到的目标温度，则提供被更强地冷却的空气，并且制冷设备的总系统中的功率消耗提高。

可以降低目标温度，直至实现最小目标温度，尤其是能够重复地和/或逐步地实施该措施。在此，目标温度例如可被调节到最小2℃至4℃的允许值，以便防止蒸发器由于从蒸发器送入空气流中冷凝出水而结冰。

在再加热方法中，运行设定的调整可另选或补充地包括：调节供应到蒸发器的送入空气的状态或品质，其中增加送入空气中的循环空气份额。如果给蒸发器输送较热的送入空气，这可以通过混合来自车辆内部的已经加热的循环空气来实现，则蒸发器必须产生更高的冷却功率，这导致在制冷设备的总系统中提高功率消耗。

在再加热方法中，运行设定的调整可以另选或补充地包括：接上制冷设备的在流体技术上与蒸发器并联或串联布置的至少一个另外的部件，尤其是作为水热泵蒸发器工作的冷却机或/和用于对车辆后部区域进行空气调节的尾部蒸发器。在此，冷却机通常用于冷却车辆的电气部件，例如电池。尾部蒸发器可以早就存在于车辆中，但是例如由于车辆乘员的数量而停用，这是因为车辆的后部区域(后座)不需要特别地进行空气调节。为了整体上提高负载消耗，可以一同接上这种尾部蒸发器。

在再加热方法中，对运行设定的调整可以另选或补充地包括：增加通过所述加热调节器的空气量。

在再加热方法中，运行设定的调整可以另选或补充地包括：降低通过外部换热器的送入空气流。

通过调节在加热调节器和/或外部换热器处供应的送入空气的量，可以以期望的方式影响制冷设备的整个系统的功率消耗。

运行设定的上面提到的调整分别单独地或者以彼此任意的组合用于提高整个系统的功率消耗。由此提高了在外部的换热器上要输出的功率。尤其是，在外部换热器的入口处制冷剂的大部分以气态存在。相应地，这导致在蒸发器上提供足够的制冷剂，从而因此在系统侧设置的制冷剂储存器中也存在足够的制冷剂。

此外，提出一种用于机动车的具有热泵功能的制冷设备，其具有：

制冷剂压缩机，所述制冷剂压缩机与主线路和次线路可连接或相连接；

外部换热器，其布置在主线路中；

蒸发器，其布置在主线路中；

加热调节器，其布置在次线路中；

至少一个再加热膨胀阀，该再加热膨胀阀在次线路中布置在加热调节器与外部换热器之间；

其中，所述制冷设备被布置成利用根据前述权利要求中任一项所述的再加热方法运行，并且其中，在这种再加热运行中，制冷剂从制冷剂压缩机开始相继地流过制冷设备的下列部件：次线路中的加热调节器和再加热膨胀阀、在主线路中的外部换热器和蒸发器。

制冷设备可以包括在流体技术上并联于蒸发器布置的冷却机或/和在流体技术上并联于蒸发器布置的尾部蒸发器。然而，另选地，这些附加的蒸发器也可以相对于主蒸发器以串联的连接方式布置。

制冷设备可以被实施为具有至少一个可动的调温活门，所述调温活门关于送入空气流动方向布置在加热调节器之前或之后。

制冷设备可以包括至少一个可动的送风活门，其相对于送入空气流动方向布置在蒸发器的之前。

一个或多个调温活门和/或一个或多个送风活门可以是空调设备的一部分，在所述空调设备中接纳有用于调节流向舱室的送入空气流的换热器。

机动车可以配备有上述制冷设备。在此，机动车尤其可以是电动车。在电动车中，制冷设备的有效运行可以节省功率，从而由此可以实现电动车的更大的续驶里程。尤其可以通过上述的措施来扩大再加热运行、尤其是热泵再热运行的使用范围，从而可以更为频繁地使用这种再加热运行。由此得到降低的平均电功率消耗，这是因为通常要在很久以后才打开电加热器，或可能根本完全不必打开电加热器。

附图说明

本发明的其他优点和细节由下面参照附图对实施方式的描述得出。附图说明：

图1示出用于机动车的制冷设备的示意性且简化的线路图；

图2示出用于说明再加热运行中的循环过程的简化log(p)-h图；

图3示出尤其借助于在图1中描述的制冷设备的再加热方法的示例性实施方式的流程图。

具体实施方式

在图1中示意性地且简化地示出用于机动车的制冷设备10的一种实施方式。制冷设备10包括制冷剂循环回路11，所述制冷剂循环回路不仅能够在制冷设备运行(也简称AC运行)中运行，而且能够在热泵模式中运行。在所示的实施方式中，制冷设备10包括制冷剂压缩机12、外部换热器18、内部换热器20、蒸发器22和存储器或制冷剂收集器24。外部换热器18可以构造为冷凝器或气体冷却器。特别是，在所示实施方式中，外部换热器18可以双向地通流。

蒸发器22在此示例性地作为用于车辆的前部蒸发器示出。蒸发器22也代表了在车辆中可能的、在流动技术上彼此并联地布置的其他蒸发器、例如后部蒸发器。换言之，制冷设备10因此包括至少一个蒸发器22。

在压缩机12的下游设有截止阀A4。膨胀阀AE2被设置在蒸发器22的上游。

在本说明书的范围内，在制冷设备10的整个制冷剂循环回路11中，从压缩机12到外部换热器18、到内部换热器20和到蒸发器22的部段称作主线路14。

制冷设备10还包括加热调节器26(也被称为加热冷凝器或加热气体冷却器)。在加热调节器26的上游布置有截止阀A3。在加热调节器26的下游布置有截止阀A1。此外，膨胀阀AE4被布置在加热调节器26的下游。

在本说明书的范围内，在制冷设备10的整个制冷剂循环回路中，从压缩机12到加热调节器26、到膨胀阀AE4和到支路Ab2的部段被称为次线路16。次线路16包括加热支路16.1，该加热支路从截止阀A3经由加热调节器26延伸到截止阀A1。此外，次线路16包括再加热支路或再热支路16.2，该再加热支路在上游能够与加热调节器26流体连接并且在下游能够与外部换热器5流体连接。在此，次线路16或再热支路16.2在分支点Ab2处通入主线路14中。

制冷设备10包括另一蒸发器或冷却机28。冷却机28在流动技术上与蒸发器22并联布置。冷却机28例如可以用于冷却车辆的电气部件，但也可以用于在利用至少一个电气部件的废热的情况下实现水-热泵功能。在冷却机28上游连接有膨胀阀AE1。

制冷设备10也可以具有电加热元件30，该电加热元件例如被实施为高压PTC加热元件。电加热元件30用作对引导到车辆内部空间中的送入空气流L的附加加热器。在此，电加热元件30可以与加热调节器26和蒸发器22一起布置在空调设备32中。在此，电加热元件30可以布置在加热调节器26的下游。

此外，在图1中还可看到止回阀R1和R2。此外，还示出了用于检测制冷剂的压力和/或温度的一些传感器pT1至pT5。应指出的是，传感器的数量或其布置在此仅示例性地示出。制冷设备10也可以具有更少或更多的传感器。在所示的示例中，示出组合式压力/温度传感器pT1至pT5作为传感器。然而，同样可以想到的是，彼此分离的传感器被用于测量压力或温度，并且必要时还可以沿着制冷剂管路以空间上彼此分离的方式布置。

制冷设备10可以以下面将简要描述的不同模式运行。

在制冷剂循环回路11的AC运行状态下，压缩到高压的制冷剂从制冷剂压缩机12出发在截止阀A4打开的情况下流入外部换热器18中。从那里，它流到内部换热器20的高压部分和完全打开的膨胀阀AE3。经由分支点Ab1，制冷剂可以流向膨胀阀AE2并且流入内室蒸发器22中(蒸发器部段22.1)。平行或可选择地，制冷剂可以通过分支点Ab4和膨胀阀AE1流入冷却机28(冷却机部段28.1)。制冷剂从蒸发器22或/和冷却机28在低压侧流入收集器24中并且通过内部换热器20的低压部段流回压缩机12。

在AC运行中，加热支路16.1或次线路16借助截止阀A3关断，使得热的制冷剂不能流过加热调节器26。为了从不起作用的加热支路16.1回收制冷剂，可打开构造为截止阀的截止机构A5，从而制冷剂可通过截止机构A5和止回阀R2在同时关闭截止机构A2的情况下朝收集器24的方向流动。

在制冷剂循环回路11的加热运行中，截止阀A4被关闭并且截止阀A3被打开，从而热的制冷剂可以流入到加热支路16.1中。

为了借助冷却机28实施加热功能以实现水-热泵运行，借助制冷剂压缩机12压缩的制冷剂经由打开的截止阀A3流到加热调节器26中。在加热调节器26处，热被输出到被引导到车辆内部空间中的送入空气流L处。制冷剂随后经由打开的截止阀A1和分支点Ab1流动。所述制冷剂借助膨胀阀AE1减压到冷却机28中，以吸收布置在制冷剂循环回路28.2中的电气和/或电子部件的废热。在该加热功能中，膨胀阀AE3和AE4关闭，截止阀A5关闭，并且截止阀A2打开。在此，通过截止阀A2在水-热泵运行中已转移的制冷剂能够从双向支路14.1或者说主线路14中被抽吸并且通过止回阀R2输送给收集器24。

为了借助作为热泵蒸发器的外部换热器18实施加热功能，借助制冷剂压缩机12压缩的制冷剂通过打开的截止阀A3流入到加热调节器26中，以便将热输出给送入空气流L。随后，经由打开的截止阀A1，借助于膨胀阀AE3使制冷剂膨胀到外部换热器18中，以用于从环境空气吸热。制冷剂然后经由热泵再循环支路15流动到收集器24，并返回到制冷剂压缩机12。膨胀阀AE1、AE2和AE4在此如同截止阀A5一样保持关闭。

间接的三角连接可以由此实现，即在截止阀A1打开的情况下，由制冷剂压缩机12压缩的制冷剂借助膨胀阀AE1减压到冷却机28中，其中，同时在制冷剂侧、即在制冷剂循环28.2中不产生质量流，即例如用作制冷剂的流体、例如水或水-乙二醇混合物停留在冷却机28的制冷剂侧上或者冷却机28不起作用地被制冷剂穿流。在这种切换方案中，膨胀阀AE2、AE3和AE4保持关闭。

在再加热运行或再热运行中，输送到车辆内室中的送入空气流L借助蒸发器22首先被冷却并且由此被除湿。利用通过压缩机12输送给制冷剂的热可以借助于加热调节器26至少部分地再次加热送入空气流L。

为此，制冷设备10、尤其是空调设备32在蒸发器22与加热调节器26之间具有可调节的、尤其是可控制的并且可摆动的调温活门34。在所示的示例中，布置有左调温活门34L和右调温活门34R(在图1中示意性地示出)。调温活门34L、34R可以在称为100％位置的打开位置和称为0％位置的关闭位置之间调节或摆动。另选地也可能的是，调温活门34R、34L连接在加热调节器26下游。

在100％位置中，在全部的穿流过蒸发器22的送入空气流L能流入到车辆的乘客舱中之前，所述送入空气流通过加热调节器26引导并且被加热。在0％位置中，全部的穿流过蒸发器22的送入空气流L在围绕加热调节器26的旁路中在没有加热并且因此没有吸热的情况下流入到乘客舱中。

在调温活门34L和34R的具有0％

在流动技术上与蒸发器22并联地布置的尾部蒸发器22h是在制冷设备10中的可选部件。尾部蒸发器22h尤其是用于对机动车的后部区域(后部)进行空气调节。例如，尾部蒸发器22h可以连接到分支点Ab1。为尾部蒸发器22h配设有自己的膨胀阀AE5，尤其是布置在尾部蒸发器22h的上游。在尾部蒸发器22h的下游可以布置有另一止回阀R3。最后，尾部蒸发器22在止回阀R1的下游与通向制冷剂收集器的低压侧供应管路连接。

制冷剂循环回路11或制冷设备10的再加热运行或再热运行根据热平衡以不同的方式实施。

下面借助于图2的流程图并且参照在图1中示出的制冷设备10及其部件示例性地阐述再加热运行或再热运行的可能的运行方法500。这种运行方法通常在用于在车辆中的制冷设备或空调设备的控制器中作为控制程序来实施。

观察再加热运行，在该再加热运行中，制冷剂从压缩机12出发经由打开的截止阀A3流向加热调节器26(加热冷凝器或加热气体冷却器)。截止阀A1是关闭的并且制冷剂经由膨胀阀AE4流向外部换热器18。然后，制冷剂在高压侧经过内部换热器20，并且经由打开的膨胀阀AE3和膨胀阀AE2到达蒸发器22。制冷剂从蒸发器经由制冷剂收集器24和内部换热器20的低压侧部段再次到达压缩机12。在该再加热方法中，调温活门34L、34R可以运动到可以占据从0％(调温活门34L、34R关闭)至100％(调温活门34L、34R完全打开)的值的合适位置。

图2以示意性和简化的log(p)-h图纯定性地示出制冷循环过程和与这里提出的再加热方法相关的作用。该循环过程以逆时针方向进行。

用实线L_g表示的循环过程示出了如下问题：在功率盈余较小的情况下，外部换热器18中的制冷剂几乎完全或主要处于两相物理状态。这通过指向等压曲线的箭头A表示。经由膨胀阀AE2减压，并且从实线示出的循环过程可以看出：在低压侧上可能出现制冷剂不足，这导致制冷剂在蒸发器22处过热地流出，这通过点B示出。这例如可能影响蒸发器22上的空气侧温度，从而由此不利地影响车辆中的内室舒适性。换句话说，在蒸发器22下游产生送入空气的高的温度分布，这导致舒适性损失。

此外，根据制冷设备10的构型也可能在制冷剂储存器24中出现油积存。由于制冷剂储存器24中的制冷剂缺少液相或制冷剂的液相大大减少，更多的油会保留在制冷剂储存器24中，并且不再被供应至压缩机12，这会导致压缩机12上的润滑问题。

如果制冷设备10的功率消耗提高，从而产生更大或更高的功率盈余，这通过虚线示出的循环过程L_h简化地示出，而在外部换热器18上要输出的功率或热也提高，从而在该外部换热器的入口上制冷剂以明显更大的份额或者以增加的份额以两相形式存在。这在虚线的循环过程中以点C示出，该点C例如由于负载增加而一定程度上从左向右移位。相应地，在制冷设备10的低压侧上现在有足够的制冷剂可供蒸发器22和/或冷却机28和/或尾部蒸发器使用。因此，在制冷剂储存器24中也含有足够份额的液态制冷剂，从而不会出现上面所述的空气侧的温度不均匀性以及压缩机12的润滑不足的问题。

图3简化地示出再加热方法500，其中，制冷设备10被调节成，使得制冷剂流如上所述从压缩机经由加热调节器26、膨胀阀AE4、外部换热器18、内部换热器20、膨胀阀AE3、至少经由蒸发器22流动并且最后流向制冷剂存储器24。

根据在图3中示出的再加热方法500，在制冷设备10的开始(S501)之后的运行中在这里未详细示出的时刻实现到再加热运行(S502)的过渡，所述再加热运行在这里用ReheatIII(S502)表示。例如，为了开始再加热运行(S502)而必须满足的可能条件可以是例如所测量的环境温度。当环境温度不超过15℃时，特别是约为5℃至15℃，则可以特别是激活再加热方法。

在这种再加热方法500中，为了改善制冷剂管理可以执行以下步骤。

首先在S503中通过加热调节器26上的热输出实际值Wist与热输出25目标值Wsoll的比较确定热差值Wdiff，其中，Wdiff＝Wist-Wsoll。

在S504中，判定在S503中确定的热差值Wdiff是否大于零(“0”)且小于热差值阈值Wds。因此，这决定了是否存在低的热或功率盈余。

在S506中，当满足S504中的条件时，进行制冷设备10的至少一个运行设定的调整(这里为了统一用词，我一般也是用适配)，使得制冷设备10中的负载消耗增大。如果不满足S504中的条件，也就是说存在功率不足或者存在高的功率过剩，那么所述再加热方法分支到步骤S505中，该步骤代表着在这些条件下有待实施的方法步骤SRH，但是在这里没有对其进行详细描述。

运行设定的调整可以包括步骤S507：测量送入空气在穿流蒸发器22之后的温度，并且降低在穿流蒸发器22之后的送入空气的温度的目标温度SP T_Verd。在此，可以实施目标温度SP T_Verd的降低，直至达到最小允许目标温度。这尤其可以重复地或/和逐步地实施。

运行设定的调整可以包括步骤S508：调节供应至蒸发器22的送入空气(L)的状态或品质，其中提高送入空气中的循环空气份额，当然前提是循环空气份额的混合由于提高流入蒸发器送入空气的焓引起蒸发器上的期望的负载升高。

运行设定的调整可以包括步骤S509：接上制冷设备10的在流动技术上与蒸发器22并联或在特殊情况下也与蒸发器串联布置的至少一个其他部件，尤其是作为水热泵蒸发器工作的冷却机28或/和用于后部车辆区域的空气调节的尾部蒸发器22h。

运行设定的调整可以包括步骤S510：增加流过加热调节器22的空气量。

运行设定的调整还可以包括步骤S511：减少经外部换热器18的送入空气流。外部换热器18也可以称为具有集成的部件(冷凝器18或气体冷却器18)的冷却组件。可以通过可封闭的和/或可无级调节的冷却空气入口和/或降低风扇操控来减少送入空气流，这导致从周围环境中吸入的空气量减少。

步骤S507至S511可以单独地或以任意组合方式相互组合动用于实现功率消耗提高的期望结果。如果通过必要时多次实施步骤S507至S511之一或者步骤S507至S511中的多个步骤的组合达到了提高的功率盈余的期望结果，则不再满足步骤S504中的条件，从而再加热方法500分支到步骤S505中，该步骤代表制冷设备10的如下状态，在该状态下，在低压侧或者在制冷剂收集器24中不存在制冷剂不足的危险、尤其是在液态的物理状态下的制冷剂不足的危险，并且在再加热方法500中特别是不需要运行步骤S507至S511。