專利名稱：車輛加熱和/或空氣調(diào)節(jié)的方法
車輛加熱和/或空氣調(diào)節(jié)的方法本發(fā)明涉及用于使汽車的車廂加熱和/或空氣調(diào)節(jié)的設備。在汽車中，熱機具有其中流動傳熱流體的回路，所述傳熱流體用于冷卻所述熱機且還用于加熱車廂。為此目的，所述回路特別包括泵和回收所述傳熱流體儲存的熱以使車廂加熱的空氣加熱器。另外，用于使車廂冷卻的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、膨脹閥和可改變其狀態(tài)(在液體和氣體之間)的通常稱作冷卻劑的流體。通過皮帶和滑輪由車輛發(fā)動機直接驅(qū)動的壓縮機將所述冷卻劑壓縮并將其在高壓和高溫下送回所述冷凝器。所述冷凝器具有強制通風，導致在高的壓力和溫度下以氣態(tài)到達的氣體冷凝。所述冷凝器由于流過其的空氣溫度的降低使所述氣體液化。所述蒸發(fā)器為從待吹入車廂中的空氣中吸取熱量的熱交換器。所述膨脹閥取決于所述蒸發(fā)器的溫度和壓力可通過改變通道橫截面而調(diào)節(jié)氣體向所述環(huán)路中的流入。因此，來自汽車外部的熱空氣在流過所述冷凝器時被冷卻。汽車空氣調(diào)節(jié)中通常使用的冷卻劑為1，1，1,2-四氟乙烷(HFC_134a)。文獻WO 2008/107623描述了汽車能量管理系統(tǒng)，包括冷卻劑流過其中的可逆冷卻環(huán)路；使所述冷卻環(huán)路的工作循環(huán)倒轉(zhuǎn)的裝置，其可在冷卻模式位置和熱泵模式位置之間移動；用于從所述冷卻劑回收能量的至少第一源；和用于在所述流體從液體膨脹到兩相狀態(tài)之后使所述冷卻劑蒸發(fā)的至少第二源，當所述倒轉(zhuǎn)裝置位于與對應于熱泵模式的位置相同的位置時其能夠使冷卻劑從所述第一回收源向至少一個蒸發(fā)源流動。然而，當在系統(tǒng)例如WO 2008/107623所述的系統(tǒng)中使用HFC_13^作為冷卻劑時， 并且當外部溫度為約_15°C時，甚至在啟動壓縮機之前在所述蒸發(fā)器中開始產(chǎn)生壓降。導致空氣滲入所述系統(tǒng)的這種壓降促進腐蝕現(xiàn)象和部件如壓縮機、交換器和膨脹閥的惡化。本發(fā)明的目的是防止當啟動壓縮機時空氣滲入冷卻環(huán)路的蒸發(fā)器中、和/或改善冷卻環(huán)路的效率。因此，本發(fā)明提出使用其中流動冷卻劑的可逆冷卻環(huán)路使汽車的車廂加熱和/或空氣調(diào)節(jié)的方法，所述可逆冷卻環(huán)路包括第一熱交換器、膨脹閥、第二熱交換器、壓縮機和使所述冷卻劑的流動方向倒轉(zhuǎn)的裝置，特征在于所述冷卻劑包含2，3，3，3_四氟丙烯。使冷卻回路中冷卻劑的流動方向倒轉(zhuǎn)以使該環(huán)路的工作循環(huán)倒轉(zhuǎn)的裝置可為四通閥。除了 2，3，3，3-四氟丙烯之外，所述冷卻劑可包含飽和或不飽和的氫氟烴?？商峒暗娘柡蜌浞鸁N的實例特別地為二氟甲烷、二氟乙烷、四氟乙烷和五氟乙烷?？商峒暗牟伙柡蜌浞鸁N的實例特別地為1，3，3，3_四氟丙烯、三氟丙烯如3，3， 3-三氟丙烯、及單氯三氟丙烯如1-氯，3，3，3-三氟丙烯和2-氯，3，3，3-三氟丙烯。以下組成可適合用作在根據(jù)本發(fā)明的方法中的冷卻劑-80 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 20重量％二氟甲烷，-40 95重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和5 60重量％ 1，1，1，2_四氟乙烷，-90 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 10重量％二氟乙烷，-90 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 10重量％五氟乙烷。
以下組成特別適合用作冷卻劑-90 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 10重量％二氟甲烷，-90 95重量％ 2,3,3,3-四氟丙烯和5 10重量％ 1,1,1,2-四氟乙烷，-95 98重量％ 2，3，3，3-四氟丙烯和2 5重量％二氟乙烷，-95 98重量％ 2，3，3，3_四氟丙烯和2 5重量％五氟乙烷。特別優(yōu)選基本上包含2，3，3，3-四氟丙烯的組成。所述冷卻劑還可包含2，3，3，3-四氟丙烯的穩(wěn)定劑?？商峒暗姆€(wěn)定劑的實例特別地為硝基甲烷，抗壞血酸，對苯二甲酸，唑如甲基苯并三唑或苯并三唑，酚類化合物如生育酚、氫醌、叔丁基氫醌、2，6-二叔丁基-4-甲酚，環(huán)氧化物(可被氟化或全氟化的烷基、或鏈烯基或芳族)如正丁基縮水甘油醚、己二醇二縮水甘油醚、烯丙基縮水甘油醚、丁基苯基縮水甘油醚，亞磷酸酯，磷酸酯，膦酸酯，硫醇和內(nèi)酯。取決于可為冷卻模式或熱泵模式的所述環(huán)路的工作模式，所述第一熱交換器可作為蒸發(fā)器或能量回收裝置。對于所述第二熱交換器的情況也是一樣。在冷卻模式中，所述第二交換器可用于冷卻待吹入汽車的車廂中的空氣流。在熱泵模式中，所述第二交換器可用于加熱意在供汽車的車廂使用的空氣流。所述第一和第二熱交換器為空氣/冷卻劑型。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述冷卻環(huán)路可通過熱交換器與整個冷卻回路熱耦合。 因此，所述環(huán)路可包括至少一個冷卻劑和傳熱流體同時流過其中的熱交換器，所述傳熱流體特別地為熱機冷卻回路的空氣或水。在所述方法的變型中，冷卻劑和來自汽車熱機的廢氣兩者同時流過所述第一熱交換器；這些流體可通過傳熱流體回路熱連通。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述冷卻環(huán)路可包括具有至少一個熱交換器的支路，所述熱交換器與待進入汽車熱機中的空氣流熱連同或者與從汽車熱機排出的廢氣熱連通。當外部溫度低于_15°C或優(yōu)選低于-20°C時，根據(jù)本發(fā)明的方法是特別合適的。根據(jù)本發(fā)明的方法同樣適合于設計為用熱機和電動機交替工作的混合動力車。其可用于對車廂和電池兩者根據(jù)氣候條件(熱或冷)提供能量貢獻的最佳管理，和特別地通過傳熱流體回路對電池供給熱或冷。其中流動含有2，3，3，3_四氟丙烯的冷卻劑的安裝在汽車中的可逆冷卻環(huán)路特別適合于從熱機和/或從電池回收能量，用于加熱車廂和在冷啟動階段加熱熱機。當這種可逆冷卻環(huán)路包括泵時，其可以蘭金(Rankine)模式(即壓縮器作為渦輪機)工作以利用熱機產(chǎn)生的并隨后在傳熱后通過冷卻劑輸送的熱能。本發(fā)明還提出包括如上所述冷卻環(huán)路的設備。在本發(fā)明的第一實施方式中，在

圖1中示意性地示出，冷卻環(huán)路(16)包括第一熱交換器(13)、膨脹閥(14)、第二熱交換器(15)、壓縮機(11)和四通閥(12) 0所述第一和第二熱交換器為空氣/冷卻劑型。所述環(huán)路(16)的冷卻劑和風扇供給的空氣流通過所述第一熱交換器(1 。該空氣流的一部分或全部還通過發(fā)動機冷卻回路的熱交換器(圖中未示出)。同樣地，風扇供給的空氣流通過所述第二換熱器(1 。該空氣流的一部分或全部還通過發(fā)動機冷卻回路的另一熱交換器(圖中未示出)?？諝獾牧鲃臃较蚴撬霏h(huán)路(16) 的工作模式和熱機需求的函數(shù)。因此，當熱機為靜止模式且所述環(huán)路(16)為熱泵模式時，空氣可被熱機冷卻回路的交換器加熱，然后可被吹到交換器(1 以加速所述環(huán)路(16)的流體蒸發(fā)并因此改善該環(huán)路的性能。所述冷卻回路的交換器可根據(jù)熱機的需求(用于加熱進入發(fā)動機的空氣或用于利用該發(fā)動機產(chǎn)生的熱量)通過閥門激活。在冷卻模式中，由壓縮機(11)推動的冷卻劑流過閥門(12)，然后流過作為冷凝器的交換器(1 (即，其向外部釋放熱量)，隨后流過膨脹閥(14)，然后流過交換器(15)，該交換器(15)作為用于冷卻待吹入汽車車廂的空氣流的蒸發(fā)器。在熱泵模式中，冷卻劑的流動方向通過閥門(1 倒轉(zhuǎn)。熱交換器(1 作為冷凝器，而交換器(13)作為蒸發(fā)器。然后熱交換器(15)可用于加熱意在用于汽車車廂的空氣流。在本發(fā)明的第二實施方式中，在圖2示意性地顯示，對于在冷卻模式中的流體流動，冷卻環(huán)路06)包括第一熱交換器(23)、膨脹閥(M)、第二熱交換器(25)、壓縮機(21)、 四通閥02)和一端與交換器03)的出口連接且另一端與交換器05)的出口連接的支路 (d3)。該支路包括熱交換器(dl)和膨脹閥(d2)，待進入熱機的空氣流或廢氣流通過該熱交換器(dl)。所述第一和第二熱交換器(23和25)為空氣/冷卻劑型。環(huán)路06)的冷卻劑和由風扇供給的空氣流通過第一熱交換器(23)。該空氣流的一部分或全部還通過發(fā)動機冷卻回路的熱交換器(圖中未示出)。同樣地，風扇供給的空氣流通過第二交換器0幻。該空氣流的一部分或全部還通過發(fā)動機冷卻回路的另一熱交換器(圖中未示出)。所述空氣流動的方向是所述環(huán)路06)工作模式和熱機需求的函數(shù)。例如，當熱機為靜止模式且所述環(huán)路06)為熱泵模式時，空氣可被熱機冷卻回路的交換器加熱，然后可被吹至交換器03) 以加速所述環(huán)路06)的流體蒸發(fā)并因此改善該環(huán)路的性能。所述冷卻回路的交換器可根據(jù)熱機的需求(用于加熱進入發(fā)動機的空氣或用于利用該發(fā)動機產(chǎn)生的熱量)通過閥門激活。熱交換器(dl)也可根據(jù)冷卻或熱泵模式中的能量需求而激活?？稍谥?d3)中安裝單向閥以激活或禁止該支路。由風扇供給的空氣流通過交換器(dl)。同樣的空氣流可通過發(fā)動機冷卻回路的另一熱交換器并且還通過置于廢氣回路中的其它交換器、至發(fā)動機的進氣口、或至混合動力車的電池。在本發(fā)明的第三實施方式中，在圖3示意性地示出，冷卻環(huán)路(36)包括第一熱交換器(33)、膨脹閥(34)、第二熱交換器(35)、壓縮機(31)和四通閥(3 。所述第一和第二熱交換器(33和35)為空氣/冷卻劑型。交換器(33和35)的工作與圖1所示第一實施方式的相同。在冷卻環(huán)路回路(36)和熱機冷卻回路或第二乙二醇-水回路兩者中安裝兩個流體/液體交換器(38和37)。安裝流體/液體交換器而不使用流過它們的中間氣態(tài)流體 (空氣)相對于空氣/流體交換器有助于改善熱交換。在本發(fā)明的第四實施方式中，在圖4中示意性地示出，冷卻環(huán)路G6)包括第一熱交換器組(43和48)、膨脹閥(44)、第二熱交換器組(45和47)、壓縮機(41)和四通閥(42) 0 對于在冷卻模式中的流體流動，支路(dl) —端與交換器的出口連接且另一端與交換器G7)的出口連接。該支路包括熱交換器(dl)和膨脹閥(d2)，待進入熱機的空氣流或廢氣流通過該熱交換器(dl)。該支路的工作與圖2所示第二實施方式的相同。
所述熱交換器(43和4 為空氣/冷卻劑型且熱交換器(48和47)為液體/冷卻劑型。這些交換器的工作與圖3所示第三實施方式中的相同。實驗部分對于30°C的冷凝器溫度，以下給出在車輛中熱泵工作條件下冷卻劑性能的模擬。冷凝溫度+30°C(Τ cond)壓縮機入口的溫度+5°C (Te comp)Evap P是蒸發(fā)器的壓力Cond P是冷凝器的壓力T outlet comp是壓縮機出口的溫度比壓縮比是高壓與低壓之比COP:這是性能系數(shù)并且在熱泵的情況下定義為系統(tǒng)所提供的有效熱功率除以系統(tǒng)接收或消耗的功率。CAP 這是立方容量，其為每單位體積的熱容量(kj/m3)。% CAP 或 COP 是 2，3, 3, 3-四氟丙烯(HF0_l234yf)的 CAP 或 COP 值與 HFC-IMa 的CAP或COP值之比壓縮機的等熵效率這是傳輸給流體的實際能量與等熵能量之比。壓縮機的等熵效率作為壓縮率的函數(shù)表達(圖5)。η = a+b τ +C · τ 2+d · τ 3+e · τ 4η 等熵效率τ 壓縮率a、b、c 和 e:常數(shù)常數(shù) a、b、c、d禾口 e 的值由 Shan K. Wang 的"Handbook of air conditioning and refrigeration”中得到的標準效率曲線確定。對于HFC_13^，COP和蒸發(fā)器的壓力隨蒸發(fā)溫度而減小。
權(quán)利要求
1.使用其中流動冷卻劑的可逆冷卻環(huán)路使汽車的車廂加熱和/或空氣調(diào)節(jié)的方法，所述可逆冷卻環(huán)路包括第一熱交換器、膨脹閥、第二熱交換器、壓縮機和使所述冷卻劑的流動方向倒轉(zhuǎn)的裝置，特征在于所述冷卻劑包含2，3，3，3-四氟丙烯。
2.權(quán)利要求1的方法，特征在于所述冷卻劑可包含飽和的和不飽和的氫氟烴。
3.權(quán)利要求1或2的方法，特征在于所述第一和第二交換器為空氣/冷卻劑型。
4.權(quán)利要求1 3中任一項的方法，特征在于所述冷卻環(huán)路與所述熱機的冷卻回路熱華禹合。
5.權(quán)利要求1 4中任一項的方法，特征在于所述冷卻劑和來自所述汽車熱機的廢氣兩者同時流過所述第一熱交換器。
6.權(quán)利要求1 5中任一項的方法，特征在于所述冷卻環(huán)路可包括具有至少一個熱交換器的支路，所述熱交換器與待進入所述汽車熱機中的空氣流熱連通或者與由所述汽車熱機排出的廢氣熱連通。
7.權(quán)利要求1 6中任一項的方法，特征在于將所述冷卻環(huán)路安裝在車輛中用于從熱機和/或電池中回收能量。
8.包括前述權(quán)利要求中任一項的可逆冷卻環(huán)路的設備。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用其中流動含有2，3，3，3-四氟丙烯的冷卻劑的可逆冷卻環(huán)路使汽車的車廂加熱和/或空氣調(diào)節(jié)的方法。當室外溫度低于-15℃時所述方法是特別有用的。所述方法還可用于設計為用熱機和電動機交替工作的混合動力車。
文檔編號B60H1/00GK102203209SQ200980143182
公開日2011年9月28日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月3日
發(fā)明者維薩姆·雷切德 申請人:阿克馬法國公司