KR101443000B1

KR101443000B1 - 차량용 에어컨디셔닝 장치 및 차량의 에어컨디셔닝 방법

Info

Publication number: KR101443000B1
Application number: KR1020137008647A
Authority: KR
Inventors: 마티아스 퓌를; 스테판 슈미트; 호르스트 아힘 슈뢰터; 스테판 브뤽크; 그레고르 호만
Original assignee: 폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 2010-09-04
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2014-09-22
Also published as: DE102011109055A1; US20130152611A1; EP2611634B1; EP2611634A1; KR20130086215A; US10093146B2; CN103189223A; WO2012028307A1; CN103189223B

Abstract

차량용 에어컨디셔닝 장치에 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로로서 형성된 냉각제가 관류할 수 있는 냉각제 회로, 내부 열 전달 매체와 내부 가열 응축기에 열적으로 커플링될 수 있는 공기 유동을 형성하는 장치 및, 도우징 장치가 제공되고, 상기 냉각제 회로에 압축기(1), 적어도 하나의 외부 열 전달 매체(4), 내부 가열 응축기(12)가 할당된 적어도 하나의 내부 열 전달 매체(3)가 배치되고, 상기 도우징 장치에 의해 열적으로 커플링 된 공기 유동의 적어도 부분 유동에 의한 내부 가열 응축기의 관류가 도우징될 수 있고, 열 펌프 모드에서 냉각제는 압축기의 고압측으로부터 내부 가열 응축기로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 상기 내부 가열 응축기로부터 제 1 팽창 밸브(5b)를 통해 내부 열 전달 매체로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 내부 열 전달 매체로부터 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)를 통해 외부 열 전달 매체로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 외부 열 전달 매체로부터 압축기의 저압측으로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 냉각 장치 모드에서 냉각제는 압축기의 고압측으로부터 내부 가열 응축기로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 내부 가열 응축기로부터 제 1 팽창 밸브(5a)를 우회하여 외부 열 전달 매체로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 외부 열 전달 매체로부터 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)를 통해 내부 열 전달 매체로, 내부 열 전달 매체로부터 압축기의 저압측으로 이송될 수 있다. 또한, 본 발명은 열 펌프 모드 또는 냉각 장치 모드에서 에어컨디셔닝을 작동하기 위한 방법을 포함한다.

Description

차량용 에어컨디셔닝 장치 및 차량의 에어컨디셔닝 방법{AIR-CONDITIONING SYSTEM FOR A VEHICLE AND METHOD FOR AIR-CONDITIONING A VEHICLE}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 차량용 에어컨디셔닝 장치 및 차량의 에어컨디셔닝 방법에 관한 것이다.

열 펌프 모드 및 냉각 장치 모드에서 에어컨디셔닝 장치의 냉각제 회로들을 사용하는 것이 공지되어 있다. 이러한 방식으로 작동되는 에어컨디셔닝 장치는 특히 차량에서 사용에 적합한데, 그 이유는 최근의 엔진 컨셉은 차량 객실의 난방을 위해 사용될 수 있는 폐열을 예전보다 더 적게 생성하기 때문이다. DE 10 310 992 B4 호에는 압축기, 외부 열 전달 매체, 내부의 열 전달 매체 및 내부 열 전달 매체를 포함하는 조합된 냉각 장치 회로 및 열 펌프 회로가 공지되어 있다. 열 펌프 모드에서는 압축기에서 압축된 냉각제가 다경로 밸브를 통해 내부 열 전달 매체로 안내되고, 거기에서 열은 냉각제에 의해 차량 객실을 위한 공기로 방출된다. 그리고 나서 냉각된 냉각제는 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브를 관류하고, 열 펌프 전환시 낮은 냉각제 압력 레벨 상태가 되는 내부의 열 전달 매체에 저압에 의해 도달하고, 후속해서 외부 열 전달 매체에 도달하고, 여기에서 냉각제는 열을 흡수하면서 증발한다. 어큐물레이터를 통해 냉각제 증기는 낮은 압력 레벨 상태의 내부의 열 전달 매체로 압축기의 저압측으로 흐른다.

EP 1 472 106 B1호에는 에어컨디셔닝 장치의 냉각 모드에서 압축기가 응축기 및 팽창 밸브를 통해 냉각제를 이송하고, 가열 모드에서는 응축기를 우회하여 증발기로 이송하도록 냉각제 회로에 배치된 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창 밸브를 포함하는 차량용 에어컨디셔닝 장치가 공지되어 있다. 또한, 에어컨디셔닝 장치는 열원의 냉각제 회로를 포함하고, 이 경우 냉각제 회로는 커플링 열교환기를 통해 열원의 냉각제 회로에 커플링 된다. 커플링 열교환기는 냉각제의 유동 방향으로 압축기와 팽창 밸브 사이에 배치된다.

DE 10 123 830 A1호에는 내연기관의 냉각 유체 회로에 연결된 열 교환기를 포함하는 에어컨디셔닝 장치가 공지되어 있고, 상기 열교환기 상류에 팬의 유동 방향으로 증발기가 배치되고, 이 경우 압축기는 냉각 모드 동안 냉각제를 가스 냉각기 및 팽창 밸브를 통해 냉각제 회로로 이송하고, 가열 모드 동안은 가스 냉각기를 우회하여 이송한다. 냉각제 회로와 냉매 회로 사이에 커플링 열 교환기가 배치되고, 상기 커플링 열 교환기는 가스 냉각기 앞의 압축기의 압력측에 있는 냉각제 회로 측에 배치된다.

DE 10 2005 048 241 A1호에는 전환 장치에 의해 제어되는 압축기를 포함하는 열역학적 1차 회로 및 전기 유닛, 예컨대 배터리의 냉각을 위해 1차 회로에 열역학적으로 커플링 될 수 있고 적어도 1차 회로의 전환 장치의 신호에 응답하는 적어도 하나의 부재를 포함하는 2차 냉각 회로를 가진 차량 에어컨디셔닝 장치가 공지되어 있다. US 2003 0182961 A1 호에는 객실용 에어컨디셔닝 장치가 공지되어 있다. 에어컨디셩 장치는 압축기, 외부의 열 교환기 및 내부의 열 교환기를 포함한다. 또한, 에어컨디셔닝 장치는 냉각 열 교환기 및 냉각 열 교환기 상류에 배치된 압축 해제 장치를 포함하고, 상기 압축 해제 장치는 냉각 모드에서 개방된다. DE 103 01 006 A1호는 실내로 공급될 공기를 냉각하기 위한 증발기, 실내에 공급될 공기를 가열하기 위한 열 교환기, 냉각제 이송을 위한 압축기를 가진 외부 열 교환기, 증발기에 할당된 제 1 팽창 밸브, 외부 열 교환기에 할당된 제 2 팽창 밸브 및, 상기 구성 요소들을 서로 연결하는 냉각제 라인을 포함하는 차량용 가열/냉각 회로에 관한 것으로, 이 경우 회로의 제상 회로는 압축기, 외부 열 교환기 및 제 2 팽창 밸브를 포함한다.

DE 196 44 583 B4 호에는 냉각제 회로를 포함하는 차량 에어컨디셔닝 장치가 공지되어 있고, 이 경우 압축기의 고압측에 연속해서 배치된 2개의 응축기들이 배치되고, 상기 응축기들 중 하나의 응축기는 장치의 가열 모드 및 재열 모드에서 공조 공기 유동을 가열하도록 설계되고, 다른 하나의 응축기는 시스템의 냉각 모드에서 및 선택적으로 재열 모드에서 차량 외부로 배출된 냉각 공기 유동에 의해 냉각제를 냉각하도록 설계된다.

본 발명의 과제는, 내부 가열 응축기를 이용하여 특히 간단하게 차량 객실의 필요에 따른 난방이 이루어지는, 냉각제가 관류할 수 있는 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로에 의한 차량의 에어컨디셔닝을 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 독립 청구항의 특징에 의해 해결된다.

압축기, 적어도 하나의 외부 열 전달 매체 및, 내부 가열 응축기가 할당된 적어도 하나의 내부 열 전달 매체가 배치되고, 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로로 형성된 냉각제가 관류할 수 있는 냉각제 회로, 내부 열 전달 매체와 내부 가열 응축기에 열적으로 커플링될 수 있는 공기 유동을 형성하는 장치 및, 열적으로 커플링 된 공기 유동의 적어도 부분 유동에 의한 내부 가열 응축기의 관류를 도우징할 수 있는 도우징 장치를 포함하는 본 발명에 따른 차량용 에어컨디셔닝 장치는,

- 열 펌프 모드에서 냉각제는 압축기의 고압측으로부터 내부 가열 응축기 내로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 내부 가열 응축기로부터 팽창 밸브를 통해 내부 열 전달 매체로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 내부 열 전달 매체로부터 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브를 통해 외부 열 전달 매체로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 외부 열 전달 매체로부터 압축기의 저압측으로 이송될 수 있거나 또는 이송되고,

- 냉각 장치 모드에서 냉각제는 압축기의 고압측으로부터 직접 내부 가열 응축기로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 내부 가열 응축기로부터 팽창 밸브를 우회하여 외부 열 전달 매체로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 외부 열 전달 매체로부터 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브를 통해 내부 열 전달 매체로, 내부 열 전달 매체로부터 압축기의 저압측으로 이송될 수 있는 것을 특징으로 한다.

내부 가열 응축기의 영구적인 관류는 내부 가열 응축기에 의해 이루어지는 가열의 짧은 반응 시간을 가능하게 한다. 열 펌프 회로에서 내부 가열 응축기와 증발기 사이에 팽창 밸브를 배치함으로써 내부 가열 응축기를 통해 유동하는 공기로 열 방출 및 내부 열 전달 매체에 커플링 된 공기 유동의 온도와 습도에 의존하여 내부 열 전달 매체에 의한 공기 유동의 융통성 있게 제어되는 가열 또는 냉각이 가능해진다. 팽창 밸브는 바람직하게 전환될 수 있으므로, 냉각 장치 모드에서 관류를 저지하기 위한 다른 전환 부재는 필요 없다. 냉각제는 열 펌프 모드 및 냉각 장치 모드에서 직접 내부 가열 응축기로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 냉각제는 내부 가열 응축기를 영구적으로 관류하고, 이 경우 열적으로 커플링 된 공기 유동의 적어도 부분 유동에 의한 내부 가열 응축기의 관류는 도우징 장치에 의해 도우징될 수 있고, 따라서 특히 간단하게 차량 객실 내로 유입되는 공기의 온도 레벨에 영향을 미칠 수 있다. 바람직하게 내부 열 전달 매체와 내부 가열 응축기는 차량 내에 배치된 에어컨디셔너의 하우징에 함께 수용된다. 내부 열 전달 매체는 특히 증발기로서 형성된다. 외부 열 전달 매체는 바람직하게, 응축기 또는 열 펌프 모드에서 증발기로서 작동하는 가스 냉각기이다. 열 전달 매체 및 내부 가열 응축기에 열적으로 커플링 된 공기 유동을 형성하기 위한 장치는 특히, 바람직하게 제어 또는 조절되는 팬이다. 형성된 공기 유동과 내부 열 전달 매체의 열 커플링은 특히 적절하게 형성된 내부 열 전달 매체의 관류에 의해 이루어진다. 선택적으로 열 펌프 회로에 및/또는 냉각제 회로에 압축기 이전의 저압측에 액 분리기가 배치될 수 있고, 상기 액 분리기에 의해 압축기는 증발되지 않은 냉각제의 액 압축으로부터 보호될 수 있다.

전체 실시예에 대해 하기 내용이 적용된다: 냉각제에 의해 관류될 수 있는 에어컨디셩닝 장치의 구성 요소들, 예컨대 압축기, 외부 열 전달 매체, 내부 열 전달 매체, 내부 가열 응축기, 팽창 밸브 또는 이와 유사한 것들은 냉각제 라인을 통해 연결된다. 바람직하게 적어도 하나의 팽창 밸브, 특히 바람직하게 모든 팽창 밸브는 온도 조절식 또는 전자식 팽창 밸브로서 형성된다. 온도 조절식 팽창 밸브의 경우에, 하류에 접속된 증발기 내로 주입된 냉각제 양은 온도에 따라 조절될 수 있다. 조절은 증발기 배출부에서 냉각제 증기의 과열에 따라 이루어진다. 항상 주입된 양 전체를 완전히 증발시킬 수 있을 만큼의 냉각제만 증발기에 주입된다. 전자식 팽창 밸브는 온도 조절식 팽창 밸브와 동일한 기능을 하지만, 저항 온도계에 의해 유체량을 조절한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 냉각제에 의해 관류될 수 있는 전환 밸브가 제공되고, 상기 전환 밸브는 열 펌프 회로에서 외부 열 전달 매체의 하류 및 압축기의 저압 스위치의 상류에 그리고 냉각 장치 회로에서 내부 열 전달 매체의 하류 및 외부 열 전달 매체의 상류에 배치된다.

또한, 바람직하게 냉각제에 의해 관류될 수 있는 차단 밸브가 제공되고, 상기 차단 밸브는 열 펌프 회로에서 팽창 밸브의 하류에 그리고 냉각 장치 회로에서 내부 열 교환기의 하류 및 압축기의 저압측 상류에 배치된다.

따라서 전환될 수 있는 팽창 밸브, 전환 밸브 및 차단 밸브에 의해 가열 펌프 모드로부터 냉각 장치 모드로 및 그 반대로 전환이 특히 간단하게 가능해진다.

다른 실시예에서, 에어컨디셔닝 장치는 제 1 유체-냉각제 열 교환기에 의해 제 1 유체 회로에 열적으로 커플링 되고, 상기 유체 회로는 유체측으로 유체-냉각제 열 교환기에 연결된 적어도 하나의 히트 및/또는 콜드 싱크를 포함한다. 히트/콜드 싱크는 특히 차량에 장착된 유체 관류 장치들, 예컨대 차량의 내연기관, 전기 기계 또는 배터리의 냉각기이고, 상기 냉각기에 의해 에어컨디셔닝 장치로 상당한 양의 열이 커플링 및/또는 디커플링 될 수 있다. 유체는 바람직하게 물이고, 상기물에 다른 유체가 혼합되어 있을 수도 있다.

제 1 및 하기에서 언급되는 다른 유체-냉각제 열 교환기는 소위 칠러이고, 상기 칠러는 자동차 분야에서 사용이 점차 증가하고 있다. 사용 목적은 열에 민감한 구성 요소들, 예를 들어 전술한 고압 배터리, 파워 전자장치 구성 요소 또는 충전기와 같은 열원의 냉각이다. 칠러는 콤팩트하고 저렴한 장치이고, 자동차 분야에서 지금까지는 전반적으로 판형 열 전달 매체가 사용된다. 상기 판형 열전달 매체는 예컨대 DE 10 2008 017 113 A1호에 공지되어 있고, 상기 판형 열 전달 매체는 냉각제로서 형성된 제 1 유체 및 제 2 유체를 안내하고 배출하는 일직선으로 배치된 개구들을 가진 수직으로 서로 평행하게 적층된 다수의 플레이트를 포함한다.

에어컨디셔닝 장치의 다른 실시예에서, 냉각제 회로 및/또는 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로는 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브와 외부 열 전달 매체 사이에 제 1 분기점을 갖고, 압축기의 저압측에 제 1 접속점을 갖고, 이 경우 열 펌프 모드 및/또는 냉각 장치 모드에서 냉각제는 냉각제 측으로 유체-냉각제 열 교환기를 통해 분기점으로부터 접속점으로 이송될 수 있으므로, 유체 회로로부터 열 에너지가 제거되거나 또는 상기 유체 회로에 공급될 수 있고, 차량 객실의 난방 또는 냉방에 이용될 수 있다.

바람직하게 분기점과 유체-냉각제 열 교환기 사이에 제 2 팽창 밸브가 배치되므로, 팽창 밸브의 하류에서 유체-냉각제 열 교환기를 관류하기 전에 냉각제의 온도 레벨이 감소될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 열 펌프 회로 및 냉각제 장치 회로에서 분기점과 유체-냉각제 열 교환기 사이에 전환 밸브가 배치되고, 상기 전환 밸브는 냉각제에 의해 관류될 수 있고, 상기 전환 밸브에 의해 유체-냉각제 열 교환기로 냉각제의 이송이 중단되거나 또는 상기 밸브에 의해 제 2 팽창 밸브가 릴리스 될 수 있거나 또는 상기 전환 밸브에 의해 제 2 팽창 밸브는 우회될 수 있다. 이러한 전환 밸브의 배치에 의해 차량 객실의 온도 레벨의 조절시 간단하게 에어컨디셔닝 장치의 융통성이 높아진다.

에어컨디셔닝 장치의 다른 실시예는, 냉각제 회로 및/또는 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로가 내부 열 전달 매체와 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브 사이에 제 2 분기점을 갖고, 압축기의 저압측 상류에 제 1 접속점과 제 2 접속점을 갖는 것을 특징으로 하고, 이 경우 열 펌프 모드 및/또는 냉각 장치 모드에서 냉각제는 제 1 유체-냉각제 열 교환기를 통해 제 2 분기점으로부터 제 1 접속점으로 이송될 수 있고, 제 2 유체-냉각제 열 교환기를 통해 제 2 분기점으로부터 제 2 접속점으로 이송될 수 있다. 이는 증발기 직후에 외부 열 전달 매체 및 2개의 유체-냉각제 열 교환기로 냉각제 유동의 분배와 상기 구성 요소들에 의한 냉각제 내로 규정된 에너지 유입의 조절을 가능하게 한다. 또한, 이러한 실시예는 외부 열 교환기의 작동과 무관하게 제 2 유체-냉각제 열 교환기에 의한 냉각과 가열을 가능하게 한다. 또한, 이러한 실시예는 차량 실내의 동시 난방과 결빙된 외부 열 교환기의 제상을 가능하게 한다.

물론, 제 2 분기점과 제 2 접속점 사이에 다른, 제 4, 제 5 등등의 유체-냉각제 열 교환기가 제 2 유체-냉각제 열 교환기에 대해 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있다.

에어컨디셔닝 장치의 다른 실시예는, 냉각제 회로 및/또는 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로가 내부 가열 응축기와 제 1 팽창 밸브 사이에 제 3 분기점을 갖고, 압축기의 저압측의 상류에 제 3 접속점을 갖는 것을 특징으로 하고, 이 경우 제 3 분기점과 제 3 접속점 사이에 제 3 유체-냉각제 열 교환기가 배치되고, 열 펌프 모드 및/또는 냉각 장치 모드에서 냉각제는 제 3 유체-냉각제 열 교환기를 통해 제 3 분기점으로부터 제 3 접속점으로 이송될 수 있다. 이러한 실시예는 증발기의 작동과 무관하게 제 3 유체-냉각제 열 교환기에 의한 추가 가열 또는 냉각을 가능하게 한다.

에어컨디셔닝 장치의 다른 실시예는, 제 1 및/또는 제 2 유체 회로에 추가 가열기가 배치되고, 상기 추가 가열기에 의해 냉각제 장치 회로 내로 열이 공급될 수 있고, 이 경우 이 실시예는 공기로부터 공급된 열 에너지를 이용한 그리고 추가 가열기에 의한 동시 가열이 가능하다.

차량의 에어컨디셔닝을 위한 본 발명에 따른 방법은, 전술한 에어컨디셔닝 장치가 열 펌프 모드 또는 냉각 장치 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하고, 이 경우 열 펌프 모드 및 냉각 장치 모드에서 냉각제는 압축기의 고압측으로부터 내부 가열 응축기로 이송된다. 이때 달성되는 장점들은 전술한 에어컨디서닝 장치의 장점들과 동일하다.

본 발명의 다른 실시예에서 제 1 팽창 밸브는 열 펌프 모드에서 냉각제에 의해 관류되고, 냉각 장치 모드에서는 냉각제에 의해 관류되지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에서 열 펌프 모드에서 열적으로 커플링 된 공기 유동의 공기 유동량의 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 7.5%의 양이 내부 가열 응축기를 관류하므로, 차량 객실의 온도 레벨이 높아질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서 냉각 장치 모드에서 열적으로 커플링 된 공기 유동의 공기 유동량의 최대 1.5%, 바람직하게는 최대 2.5%의 양이 내부 가열 응축기를 관류하고, 따라서 내부의 열 전달 매체에 의해 냉각된 공기가 직접 차량 객실에 공급되고, 이 경우 내부 가열 응축기는 실질적으로 가열되지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에서 열적으로 커플링 된 공기 유동의 공기 유동량의 적어도 1.5%, 바람직하게는 적어도 2.5%의 양이 냉각 장치 모드에서 내부 가열 응축기를 관류하므로, 내부 열 교환기에 의해 냉각되고 건조된 공기는 내부 가열 응축기에서 가열되고, 이로써 특히 간절기에 간단하게 차량 객실을 위한 추가 난방 기능이 제공될 수 있다.

다른 장점들, 특징들 및 세부 사항들은 경우에 따라서 도면과 관련해서 적어도 하나의 실시예가 상세히 설명된 하기 설명에 제시된다. 설명된 및/또는 도시된 특징들은 단독으로 또는 임의의 의미 있는 조합으로, 경우에 따라서 청구범위와 무관하게 본 발명을 형성하고, 특히 하나 이상의 별도의 발명들의 대상일 수도 있다. 동일한, 유사한 및/또는 적어도 동일한 부분들에 도면부호가 제공된다.

도 1은 열 펌프 모드 및 냉각 장치 모드에서 냉각제가 압축기의 고압측으로부터 내부 가열 응축기로 이송될 수 있는 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로를 도시한 도면.
도 2는 히트 및/또는 콜드 싱크에 열적으로 커플링 된 열 펌프 회로를 도시한 도면.
도 3은 히트 및/또는 콜드 싱크에 열적으로 커플링 된 냉각 장치 회로를 도시한 도면.
도 4는 재열 작동 모드에서 도3의 냉각 장치 회로를 도시한 도면.
도 5는 2개의 유체-냉각제 열 교환기를 포함하는 도 1의 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로의 변형예를 도시한 도면.
도 5a는 도 5의 회로들의 변형을 도시한 도면.
도 6은 도 5에 따른 냉각 장치 회로를 도시한 도면.
도 7은 도 5에 따른 열 펌프 회로를 도시한 도면.
도 8은 외부 열 전달 매체의 동시 제상 기능을 갖는 냉각 장치 회로를 도시한 도면.
도 9는 열 펌프 모드에서 도 1의 회로들의 다른 변형예를 도시한 도면.
도 10은 냉각 장치 모드에서 도 1의 회로들의 다른 변형예를 도시한 도면.

도 1은 도시되지 않은 차량, 특히 자동차의, 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로로서 형성된 냉각제 회로를 도시한다. 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로는 냉각제에 의해 관류될 수 있고, 에어컨디셔닝 장치를 포함하는 도시되지 않은 실내를 에어컨디셔닝 하는데 이용된다. 물론, 에어컨디셔닝 장치 또는 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로의 개별 구성 요소들은 관련 센서, 액추에이터 및 전기 접속부를 포함하는 제어장치에 의해 제어 또는 조절된다. 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로는 특히 압축기(1), 내부 가열 응축기(2), 바람직하게 증발기로서 형성된 내부 열 교환기(3), 바람직하게 응축기, 가스 냉각기 또는 증발기로서 형성된 외부 열 전달 매체(4), 팽창 밸브들(5a, 5b), 도시되지 않은 장치, 일반적으로 열 전달 매체(3) 및 내부 가열 응축기(2)에 열적으로 커플링 된, 도 1에서 화살표로 도시된 공기 유동을 형성하는 팬, 열적으로 커플링 된 공기 유동의 적어도 부분 유동의 내부 가열 응축기의 관류를 도우징할 수 있는 도우징 장치(6), 내부 열 전달 매체(3)로부터 압축기(1)의 저압측으로 냉각제의 이송을 가능하게 할 수 있고 및/또는 중단할 수 있는 차단 밸브(7), 전환 밸브(8a) 및, 저압측으로 압축기 상류에 배치된, 선택적인 액 분리기(9)를 포함한다. 도우징 장치(6)는 바람직하게 온도 플랩으로서 형성되고, 상기 온도 플랩에 의해 내부 가열 응축기(2)에 제공되는 공기 유동이 편항되고 및/또는 차단될 수 있다. 공기 유동을 형성하는 장치 및 도우징 장치(6)는 함께 에어컨디셔닝 장치의 하우징(30) 내에 수용되고, 이 경우 상기 2개의 구성 요소들의 다른 배치도 고려될 수 있다. 물론, 냉각제 회로의 개별 구성 요소들은 냉각제 라인(20)을 통해 서로 연결된다.

도 2는 열 펌프 모드에서 도 1의 냉각제 회로를 도시하고, 이 경우 추가로 유체-냉각제 열 교환기(10)에 의해 에어컨디셔닝 장치에 열적으로 커플링 된 선택적인 유체 회로가 도시되고, 상기 유체 회로는 유체측으로 냉각제 열 교환기(10)에 연결된 적어도 하나의 히트 및/또는 콜드 싱크(12)를 포함한다. 냉각제 회로에 대한 유체 회로의 열적 커플링을 위해 냉각제 회로에 분기점(14)과 접속점(16)이 제공된다. 분기점(14)과 접속점(16) 사이에 차례로 전환 밸브(8b), 팽창 밸브(5c) 및 유체-냉각제 열 교환기(10)가 배치된다. 유체 회로에 유체-냉각제 열 교환기에 의한 유체 회로의 유체 이송을 위한 펌프(11)가 배치된다. 또한, 유체 회로는 유체 라인(25)을 포함하고, 상기 유체 라인은 다양한 구성 요소들을 서로 연결한다.

열 펌프 모드에서 냉각제는 압축기(1)의 고압측으로부터 직접 내부 가열 응축기(2)로 이송되고, 제 1 팽창 밸브(5a)를 관류한 후에 팽창 밸브(5a) 하류에 접속된 내부 열 전달 매체(3)로 이송되고, 후속해서 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)를 통해 하류에 접속된 분기점(14)으로 이송되고, 상기 분기점에서부터 외부 열 전달 매체(4)로 이송되고, 여기에서 냉각제는 열을 흡수할 수 있고 계속해서 하류에 접속된 전환 밸브(8a)로 이송된다. 분기점(14)으로부터 전환 밸브(8b)의 전환 상태에 따라 냉각제의 이송이 이루어지고, 이에 관해서는 추후에 설명된다. 전환 밸브(8a)로부터 압축기(1)의 저압측으로, 경우에 따라서는 중간에 접속된 액 분리기(9)를 지나 냉각제의 이송이 이루어진다. 도 2에 도시된 열 펌프 모드에서 내부 열 교환기(3)를 관류하는 공기의 열 흡수 또는 방출은 공기의 상태, 특히 공기의 온도에 따라 이루어진다. 이렇게 컨디셔닝된 공기는 적어도 부분적으로 온도 플랩(6)의 위치에 따라 내부 가열 응축기(2)에 공급되고, 상기 내부 가열 응축기에 의해 가열되어 차량 객실에 공급된다. 전환 밸브(8b)는 냉각제가 분기점(14)으로부터 유체-냉각제 열 교환기(10)를 통해 이송되는 전환 상태에서 유체 회로 내부를 순환하는 유체의 온도 레벨에 따라 히트 싱크에서 열 흡수 또는 콜드 싱크로 열 방출 여부를 결정한다. 냉각제가 팽창 밸브(5c)를 통해 이송되고 따라 냉각되어 열 교환기(10)를 지나가는 경우에 열 흡수가 개선된다. 유체-냉각제 열 교환기(10)를 지난 후 냉각제는 접속점(16)으로 이송된 후에 하류에 접속된 액 분리기(9) 또는 압축기(1)의 저압측으로 이송된다.

도 3은 냉각 장치 모드에서 도 1의 냉각제 회로를 도시하고, 이 경우 냉각제는 압축기(1)의 저압측으로부터 내부 가열 응축기(2)로, 상기 응축기로부터 전환 밸브(8a)로, 상기 전환 밸브로부터 외부 열 전달 매체(4)로 및 상기 열 전달 매체로부터 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)로 이송된다. 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브 상류에 선택적으로 분기점(14)이 접속되고, 상기 분기점에 의해 도 2와 유사하게 선택적 열 회로의 히트 및/또는 콜드 싱크(12)가 에어컨디셔닝 장치에 열적으로 커플링 될 수 있다. 냉각제는 팽창 밸브(5b) 및 내부 열 전달 매체(3)를 통해 개방된 팽창 밸브(7) 및 선택적인 액 분리기(9)를 지나 압축기(1)의 저압측으로 이송된다. 냉각 장치 모드에서 팽창 밸브(5a)를 통한 냉각제의 이송은 이루어지지 않는다; 바람직하게 팽창 밸브(5a)는 폐쇄된다. 도 3의 유체 회로의 구성과 기능은 도 2에 도시된 유체 회로와 유사하다. 그러나 도 3에는 전환 밸브(8b)의 전환 상태만 도시되고, 상기 전환 상태에서 냉각제는 팽창 밸브(5c)를 통해 이송된다. 냉각 회로의 도 3에 도시된 냉각 장치 모드에서 온도 플랩(6)은 내부 열 전달 매체(3)를 통해 이송된 공기 유동량의 예컨대 2.5% 미만의 작은 관류량만이 내부 가열 응축기(2)를 통해 이송되는 위치에 놓인다. 따라서 차량 객실의 약한 난방만 이루어진다.

도 4는 도 3과 유사하게, 본 발명에 따른 냉각제 회로의 다른 작동 모드를 도시한다. 이 경우 도 3과의 차이점은 온도 플랩(6)이 열 전달 매체를 통해 유동하는 공기 유동의 공기 유동량의 더 많은 양이 내부 열 응축기(2)를 관류하는 위치에 있는 것이다. 도 4에서 냉각 장치 모드에서 냉각 회로가 작동되고, 이 경우 내부 가열 응축기(6)에 의해 먼저 내부 열 전달 매체(3)에 의해 건조된 공기의 가열이 이루어진다.

도 5는 도 1의 냉각제 회로의 다른 변형예를 도시하고, 이 경우 전술한 변형예들과의 차이점은 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)와 증발기(3) 사이에 분기점(14a)이 배치되고, 압축기(1)의 저압측의 상류에 제 1 접속점(16) 및 제 2 접속점(16a)이 배치되는 것이다. 분기점(14a)과 접속점(16) 사이에 차례로 체크 밸브(15b)와 분기점(17b)이 배치된다. 냉각제 회로에서 분기점(17b)과 접속점(16) 사이에 팽창 밸브(5c) 및 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10)가 배치된다. 열 교환기(10)는 도 2 내지 도 4와 유사하게 유체 회로를 통해 히트/콜드 싱크(12)에 열적으로 커플링 된다. 워터 펌프(11)와 열 교환기(10) 사이에 유체측으로 추가 가열기(50), 에컨대 워터-PTC-가열기, 연료 보조 가열기 또는 고압 배터리가 접속된다. 또한, 분기점(17)은 팽창 밸브(5b)와 외부 열 교환기(4) 사이에 배치된 분기점(17a)을 통해 냉각제 회로에 연결된다. 분기점(17a)과 분기점(17b) 사이에 차단 밸브(7e)와 체크 밸브(15c)가 배치되고, 이 경우 체크 밸브(15c)는 분기점(17a)으로부터 분기점(17b)으로 냉각제의 관류만 허용한다. 분기점(14a)과 제 2 유체-냉각제 열 교환기(10a) 사이에 차례로 체크 밸브(15a), 분기점(17) 및 팽창 밸브(5d)가 배치되고, 이 경우 체크 밸브(15a)는 분기점(14a)으로부터 분기점(17)으로만 냉각제의 관류를 허용한다. 분기점(17)과 분기점(17a) 사이에 차단 밸브가 배치된다.

도 5a는 도 5에 도시된 냉각제 회로의 변형을 도시하고, 이 경우 분기점(17a)과 분기점(17b) 사이에 체크 밸브(15c)만 배치되고, 도 5에 제공된 차단 밸브는 생략된다. 팽창 밸브(5c)가 전환 가능한 팽창 밸브로서 형성되는 경우에, 도 5 및 도 5a의 냉각제 회로들은 동일한 기능을 하고, 이는 가능한 냉각제 유동과 관련된다.

도 5 및 도 5a에서 열 교환기(10a)는 히트/콜드 싱크(12)와 유사하게 형성된 히트/콜드 싱크(40)에 연결된다. 물론, 유체측으로 열 교환기(10)와 히트/콜드 싱크(12) 사이의 구성 요소와 유사한 구성 요소들이 제공될 수 있다.

팽창 밸브(5b) 앞에 분기점(14a)을 배치함으로써 필요에 따라 냉각제의 적절한 양의 분배가 가능해지고, 이 경우 전기 팽창 밸브들(5b, 5c, 5d)의 조절에 의해 분배가 결정될 수 있다. 차단 밸브들(7d, 7e)에 의해 냉각제 유동, 특히 분기점(14, 14a) 앞에서 냉각에 회로 내의 냉각제 유동이 더 양호하게 조절될 수 있다. 물론, 본 발명은 분기점(14a)으로부터 분기점(16) 또는 분기점(16a)으로 하나의 냉각제 라인만 제공되고, 상기 분기점들 사이에 열 교환기(10 또는 10a)가 배치되는 실시예를 포함한다.

도 6은 밸브들(7d, 7e, 7a)의 조절시 도 5의 냉각제 회로를 도시하고, 이러한 조절시 외부 열 교환기(4)가 작동되지 않는 동안 열 교환기(10, 10a)에 의해 냉각되고 가열된다.

도 7은 도 5의 냉각제 회로를 도시하고, 이 경우 밸브들(7a, 7d, 7e)의 전환에 의해 공기로부터 제공된 열 에너지, 히트/콜드 싱크(12) 또는 추가 가열기(50) 및 히트/콜드 싱크(40)의 열 에너지에 의한 동시 가열이 이루어질 수 있다.

도 8은 도 5의 냉각제 회로에서 밸브들(7, 7a, 7b)의 조절을 도시하고, 상기 조절시 뜨거운 냉각제는 외부 열 교환기(4)에 공급될 수 있고, 동시에 차량 객실은 가열 응축기(2)에 의해 가열될 수 있고, 이 경우 추가의 열 에너지는 경우에 따라 히트/콜드 싱크(12), 추가 가열기(50) 및 히트/콜드 싱크(40)에 의해 공급될 수 있다.

도 1의 냉각제 회로의 다른 변형은 도 9 및 도 10에 도시된다. 냉각제 회로 또는 관련된 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로에서 내부 가열 응축기(2)와 팽창 밸브(5a) 사이에 분기점(18) 및 상기 분기점에 연결된 접속점(16b)이 배치되고, 상기 접속점은 압축기의 저압측 상류에 배치된다. 분기점(18)과 접속점(16b) 사이에 차례로 차단 밸브(7f)와 분기점(18a)이 배치되고, 여기에 연결된 분기에 팽창 밸브(5d)와 유체-냉각제 열 교환기(10b)가 배치된다. 다른 분기에서 분기점(18a)은 팽창 밸브(5b)와 외부 열 교환기(4) 사이에 배치된 분기점(18b)에 연결된다. 증발기(3)와 팽창 밸브(5b) 사이에 바이패스가 제공되고, 상기 바이패스는 분기점(18c), 차단 밸브(7d) 및 체크 밸브(15d)를 포함하고, 이 경우 분기점(18c)은 분기점(18b)에 연결된다. 상기 바이패스는 열 펌프 모드에서 증발기(3)와 외부 열 전달 매체(4)를 동일한 압력 레벨에서 직렬 접속으로 작동할 수 있게 한다. 이는 특히 외부 온도가 3℃ 이상일 때 증발기(3)에서 공기의 제습에 바람직하다. 냉각제 회로의 전술한 내용과 관련해서 분기점(18c)으로부터 분기점(18b)으로 및 분기점(18b)으로부터 분기점(18a)으로만 냉각제 유동이 가능한데, 그 이유는 체크 밸브들이 다른 유동 방향을 차단하기 때문이다. 외부 열 교환기(4)와 차단 밸브(7) 사이에 분기점(18d)이 배치되고, 이 경우 분기는 체크 밸브(15f)를 통해 차단 밸브(7a)에 연결된다. 도 9에서 냉각제 회로는 열 펌프 모드에서 작동되고, 이 경우 차단 밸브들(7a, 7b)은 각각의 차단 위치에 놓인다. 대안 실시예에서 차단 밸브(7f)는 체크 밸브로서 형성될 수도 있다. 압력 및/또는 온도 측정을 위한 p,T-센서(22)의 신호 또는 측정값은 냉각 장치 회로의 조절에 이용된다. 도시되지 않은 다른 변형예에서 차단 밸브(7d)는 팽창 밸브로서 구현될 수 있고, 이 경우 상기 팽창 밸브는 열 펌프 모드에서 팽창 밸브(5b)와 함께 사용되고, 예컨대 함께 개방될 수 있다.

도 10은 냉각 장치 모드에서 도 9와 유사한 냉각제 회로를 도시하고, 이 경우 차단 밸브(7a)는 차단되고, 차단 밸브(7b)는 개방된다. 또한, 이 실시예에서 냉각제 열 교환기(10b)에 의해 열 또는 냉기가 냉각제 회로에 공급될 수 있다.

1 압축기
2 내부 가열 응축기
3 증발기
4 외부 열 전달 매체
5a, 5b, 5c, 5d, 5e 팽창 밸브
6 도우징 장치
7, 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, 7f 차단 밸브
8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f 전환 밸브
9 액 분리기
10, 10a, 10b 유체-냉각제 열 교환기
11 유체 펌프
12 히트/콜드 싱크
13 흡음기
14, 14a 분기점
15a, 15b, 15c, 15d, 152, 15f 체크 밸브
16, 16a, 16b 접속점
17, 17a, 17b 분기점
18, 18a, 18b, 18c 분기점
19 분기점
20 냉각제 라인
21 유체 라인
22 p,T 센서
25 유체 라인
30 에어컨디셔닝 장치
40 히트/콜드 싱크
50 추가 가열기

Claims

압축기(1), 적어도 하나의 외부 열 전달 매체(4), 내부 가열 응축기(2)가 할당된 적어도 하나의 내부 열 전달 매체(3)가 배치되고, 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로로서 형성된 냉각제가 관류할 수 있는 냉각제 회로, 상기 내부 열 전달 매체(3)와 상기 내부 가열 응축기(2)에 열적으로 커플링 될 수 있는 공기 유동을 형성하는 장치 및, 열적으로 커플링 된 공기 유동의 적어도 부분 유동에 의한 상기 내부 가열 응축기(2)의 관류를 도우징할 수 있는 도우징 장치를 포함하는 차량용 에어컨디셔닝 장치에 있어서,
- 열 펌프 모드에서 냉각제는 상기 압축기(1)의 고압측으로부터 상기 내부 가열 응축기(2)로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 상기 내부 가열 응축기(2)로부터 제 1 팽창 밸브(5a)를 통해 상기 내부 열 전달 매체(3)로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 상기 내부 열 전달 매체(3)로부터 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)를 통해 외부 열 전달 매체(4)로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 상기 외부 열 전달 매체(4)로부터 상기 압축기(1)의 저압측으로 이송될 수 있거나 또는 이송되고,
- 냉각 장치 모드에서 냉각제는 상기 압축기(1)의 고압측으로부터 상기 내부 가열 응축기(2)로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 상기 내부 가열 응축기(2)로부터 제 1 팽창 밸브(5a)를 우회하여 상기 외부 열 전달 매체(4)로 이송될 수 있거나 또는 이송되고, 상기 외부 열 전달 매체(4)로부터 상기 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)를 통해 상기 내부 열 전달 매체(3)로, 상기 내부 열 전달 매체(3)로부터 상기 압축기(1)의 저압측으로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 에어컨디셔닝 장치는 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10)에 의해 유체 회로에 열적으로 커플링되고, 상기 유체 회로는 유체측으로 상기 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10)에 연결된 적어도 하나의 히트 또는 콜드 싱크(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 열 펌프 회로 및 냉각 장치 회로는 상기 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b)와 상기 외부 열 전달 매체(4) 사이에 제 1 분기점(14)을 갖고, 상기 압축기(1)의 저압측 상류에 제 1 접속점(16)을 갖고, 이 경우 열 펌프 모드 또는 냉각 장치 모드에서 냉각제는 상기 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10)를 통해 상기 분기점(14)으로부터 상기 접속점(16)으로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 제 1 분기점(14)과 상기 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10) 사이에 전환될 수 있는 제 2 팽창 밸브(5c)가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 열 펌프 회로 및 상기 냉각 장치 회로에서 상기 제 1 분기점(14)과 상기 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10) 사이에 냉각제에 의해 관류될 수 있는 제 1 전환 밸브(8a)가 배치되고, 상기 전환 밸브에 의해 상기 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10)로 냉각제의 이송이 중단되거나 또는 상기 제 2 팽창 밸브(5c)가 릴리스 될 수 있거나 또는 상기 제 2 팽창 밸브(5c)가 우회될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제에 의해 관류될 수 있는 제 2 전환 밸브(8b)가 제공되고, 상기 제 2 전환 밸브는 열 펌프 회로에서 상기 외부 열 전달 매체(4)의 하류 및 상기 압축기(1)의 저압측 상류에 배치되고, 냉각 장치 회로에서 상기 내부 가열 응축기(2)의 하류 및 상기 외부 열 전달 매체(4)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제에 의해 관류될 수 있는 차단 밸브(7)가 제공되고, 상기 차단 밸브는 냉각 장치 회로에서 상기 내부 열 교환기(3)의 하류 및 상기 압축기(1)의 저압측 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어컨디셔닝 장치는 제 2 유체-냉각제 열 교환기(10a)에 의해 제 2 유체 회로에 열적으로 커플링 되고, 상기 제 2 유체 회로는 유체측으로 상기 유체-냉각제 열 교환기(10a)에 연결된 적어도 하나의 히트 또는 콜드 싱크(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 열 펌프 회로 및 상기 냉각 장치 회로는 상기 내부 열 전달 매체(3)와 상기 양측으로 관류할 수 있는 팽창 밸브(5b) 사이에 적어도 하나의 제 2 분기점(14a)을 갖고, 상기 압축기(1)의 저압측 상류에 제 1 접속점(16)과 적어도 하나의 제 2 접속점(16a)을 갖고, 이 경우 열 펌프 모드 또는 냉각 장치 모드에서 냉각제는 상기 제 1 유체-냉각제 열 교환기(10)를 통해 상기 적어도 하나의 제 2 분기점(14a)으로부터 제 1 접속점(16)으로 이송될 수 있고, 제 2 유체-냉각제 열 교환기(10a)를 통해 상기 적어도 제 2 분기점(14a)으로부터 적어도 상기 제 2 접속점(16a)으로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 열 펌프 회로 및 상기 냉각 장치 회로는 상기 내부 가열 응축기(2)와 상기 제 1 팽창 밸브(5a) 사이에 제 3 분기점(18)을 갖고, 상기 압축기(1)의 저압측의 상류에 제 3 접속점(16b)을 갖고, 이 경우 상기 제 3 분기점(18)과 상기 제 3 접속점(16b) 사이에 제 3 유체-냉각제 열 교환기(10b)가 배치되고, 상기 열 펌프 모드 또는 상기 냉각 장치 모드에서 냉각제는 상기 제 3 유체-냉각제 열 교환기(10b)를 통해 상기 제 3 분기점(18)으로부터 상기 제 3 접속점(16b)으로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 또는 제 2 유체 회로에 추가 가열기(50)가 배치되고, 상기 추가 가열기에 의해 상기 냉각 장치 회로 내로 열이 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨디셔닝 장치.
차량의 에어컨디셔닝 방법에 있어서,
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 에어컨디셔닝 장치가 열 펌프 모드 또는 냉각 장치 모드에서 작동되고, 이 경우 상기 열 펌프 모드 및 상기 냉각 장치 모드에서 냉각제는 압축기(1)의 고압측으로부터 내부 가열 응축기(2)로 이송되는 것을 특징으로 하는 차량의 에어컨디셔닝 방법.
제 12 항에 있어서, 제 1 팽창 밸브(5a)는 상기 열 펌프 모드에서 냉각제에 의해 관류되고, 상기 냉각 장치 모드에서는 냉각제에 의해 관류되지 않는 것을 특징으로 하는 차량의 에어컨디셔닝 방법.
제 12 항에 있어서, 결빙이 생기는 외부 열 전달 매체(4)의 경우에 뜨거운 냉각제는 상기 내부 가열 응축기(2)의 관류 후에 제상을 위해 직접 상기 외부 열 전달 매체(4)에 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 에어컨디셔닝 방법.