KR101457916B1 - 가열/냉각 장치 및 가열/냉각 장치를 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

가열/냉각 장치 및 가열/냉각 장치를 작동시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컴프레서(3), 가스 냉각기(5), 증발기(7) 및 가스 냉각기(5)와 증발기(7) 사이에 배열된 팽창 밸브를 갖는 냉매 회로를 포함하는 차량, 특히 전기 구동을 갖는 모터 차량을 위한 가열/냉각 장치에 관한 것이다. 가열/냉각 장치는 가스 냉각기(5)가 제 1 액체 냉각재 회로(9)와 상호 작용하고 증발기(7)가 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용하되, 내부 열 교환기(17)가 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로(9, 11)와 관련될 수 있고 외부-공기 열 교환기(19)가 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로(9, 11)와 관련될 수 있다는 것을 특징으로 한다.

Description

가열/냉각 장치 및 가열/냉각 장치를 작동시키기 위한 방법{HEATING/COOLING DEVICE AND METHOD FOR OPERATING A HEATING/COOLING DEVICE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 가열/냉각 장치 및 청구항 제7항의 전제부에 따른 가열/냉각 장치를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
가열/냉각 장치들 및 이를 작동시키기 위한 방법들이 알려진다. 특히 차량에서, 가열/냉각 장치들은 패신저 셀(passenger cell)의 내부 온도를 쾌적한 수준으로 야기하고, 바람직하게는 소정의 온도로 조정하는 데에 사용된다. 일반적으로, 필요조건들에 따라 상호 간에 개별적으로 활성화되거나 비활성화되는, 개별 가열 및 개별 냉각 장치가 제공된다. 냉각 장치는 냉매 회로를 포함하고, 이는 컴프레서, 가스 냉각기, 증발기 및 가스 냉각기와 증발기 사이에 배열된 팽창 밸브를 포함한다. 특히 가스 냉각기 또는 컴프레서에서, 열이 해제되고 이런 열은 패신저 셀을 가열하는 데에 사용되지 않고 알려진 장치에서 폐열로서 방출된다. 알려진 장치의 경우에, 차량에 대하여 이용가능한 다양한 열원들 및 히트 싱크(heat sink)들이 상호 연결되지 않거나 적어도 최적 방식으로 상호 연결되지 않으며, 이에 따라 상승 효과가 전혀 존재하지 않는다는 것이 대체로 발견된다. 몇몇의 경우에, 추가적인 열원들, 예를 들어 전기 가열 장치가, 제공된다. 특히 전기 구동을 갖는 차량들의 경우에, 이는 증가된 에너지 필요조건 및 동시에 이에 따른 더 짧은 범위로 유도한다.
따라서 본 발명의 목적은 차량, 특히 전기 차량의 가능한 열원들 및 히트 싱크(heat sink)들이 최적 방식으로 사용될 수 있는 방법으로 상호 연결되고, 이에 의해 상당한 상승 효과 및 에너지 절약을 달성하는 것을 가능하게 하는 차량을 위한 가열/냉각 장치를 제공하는 것이다.
이런 목적은 청구항 제1항의 특징들을 갖는 가열/냉각 장치를 제공함으로써 달성된다. 이는 가스 냉각기가 제 1 액체 냉각재 회로와 상호 작용하고 증발기가 제 2 액체 냉각재 회로와 상호 작용하되, 내부 열 교환기가 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로에 연결될 수 있고 외부-공기 열 교환기가 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로에 연결될 수 있는 것을 특징으로 한다. 2개의 열 교환기들이 각각 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로에 연결될 수 있다는 사실의 장점에 의해, 차량의 다양한 열원들 및 히트 싱크들이 상호 연결될 수 있고 이에 따라 최적 방식으로 사용될 수 있다.
가열 모드에서, 제 1 액체 냉각재 회로가 내부 열 교환기와 상호 작용하고 제 2 액체 냉각재 회로가 외부-공기 열 교환기와 상호 작용하는, 가열/냉각 장치가 바람직하다. 결과적으로, 외부-공기 열 교환기는 가열 모드를 위한 열원으로서 사용될 수 있다. 다시 말해서, 열은 이로부터 취해진다. 이런 경우에, 분무, 높은 대기 습도, 비 또는 눈은 이의 표면 상에 얼음층의 형성으로 유도할 수 있다. 이는 열원으로서 외부-공기 열 교환기의 용량이 감소한다는 결과를 갖는, 절연 효과를 갖는다. 따라서, 제빙 모드(deicing mode)에서, 제 1 액체 냉각재 회로는 바람직하게는 내부 열 교환기 및 외부-공기 열 교환기 모두와 상호 작용한다. 이런 경우에, 외부-공기 열 교환기는 히트 싱크로서 연결되고, 제빙될(deiced) 수 있다. 냉각 모드에서, 제 1 액체 냉각재 회로는 바람직하게는 외부-공기 열 교환기와 상호 작용하고, 제 2 액체 냉각재 회로는 내부 열 교환기와 상호 작용한다. 이어서 증발기는 내부를 냉각시키기 위한 히트 싱크로서 사용될 수 있다.
특히 바람직한 옵션(option)으로서, 제 1 액체 냉각재 회로는 밸브 장치와 상호 작용하고, 이에 의해 작동 모드에 따라, 액체 냉각재는 내부 열 교환기, 외부-공기 열 교환기 또는 이 모두에 공급될 수 있다. 제 2 액체 냉각재 회로는 밸브 장치와 상호 작용하고, 이에 의해 작동 모드에 따라, 액체 냉각재는 외부-공기 열 교환기, 또는 내부 열 교환기에 공급될 수 있거나, 열 교환기들 중 어느 것에도 공급되지 않을 수 있다.
가열 모드 및 냉각 모드에서, 컴프레서는 바람직하게는 외부-공기 열 교환기와 상호 작용하는 액체 냉각재 회로에 연결된다. 이는 특히 냉각 모드에서, 이의 작동열을 소멸시키는 것을 가능하게 한다. 가열 모드에서, 컴프레서의 폐열은 바람직하게는 내부 열 교환기에 공급되는 열 출력(heat output)에 포함된다.
제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로가 제 3 액체 냉각재 회로와 상호 작용하는 가열/냉각 장치가 또한 바람직하다. 상기 회로는 전기 저장 요소의 온도를 제어하는 데에 사용된다. 이는 특히 전력을 갖는 차량의 전기 구동을 공급하기 위한, 어큐뮬레이터 및/또는 배터리일 수 있다. 전기 저장 요소가 온도 변화에 꽤 민감하게 응답하기에, 최적 범위에서 가능한 만큼 일정하게 이의 온도를 제어하거나 이의 온도를 유지하는 것이 편리하다.
결국, 차량의 전기 모터가 특히 열원 또는 가능하다면 히트 싱크로서 작용한다는 결과를 갖는, 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로에 연결될 수 있는 가열/냉각 장치가 바람직하다. 따라서, 전기 모터는 바람직하게는 가열/냉각 장치의 온도 경제성에 있어서 열-방출 또는 가능하다면 또한 열-흡수 요소로서 포함된다.
또한 본 발명의 목적은 청구항 제1항 내지 제6항에 따른 가열/냉각 장치를 작동시키기 위한 방법을 제공하는 것이고, 이에 의해 차량에 존재하는 열원들 및 히트 싱크들은 최적 방식으로 사용될 수 있는 방법으로 상호 연결될 수 있다.
이런 목적은 청구항 제7항의 특징들을 갖는 방법을 제공함으로써 달성된다. 이는 가열 모드에서, 외부-공기 열 교환기가 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로에 연결되는 것을 특징으로 한다. 이런 경우에, 이는 - 이미 서술된 바와 같이 - 결빙될(ice up) 수 있다. 따라서 제빙 모드에서, 외부-공기 열 교환기는 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로에 연결된다. 이는 외부-공기 열 교환기가 제빙되는 것을 가능하게 한다. 냉각 모드에서, 외부-공기 열 교환기는 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로에 연결된다. 이런 방법으로, 특히, 가스 냉각기에서 해제된 열을 소멸시키는 것이 가능하다.
제빙 모드에서, 전기 모터가 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로에 연결되는, 방법이 바람직하다. 이어서 전기 모터의 폐열이 이용될 수 있고, 이는 내부 열 교환기에 공급되는 열 출력에 포함된다.
가열/냉각 장치는 바람직하게는 외부-공기 열 교환기의 결빙이 확인된다면 제빙 모드로 스위칭된다(switched).
이는 바람직하게는 열원으로서 외부-공기 열 교환기의 성능의 감소가 확인된다는 사실에 의해 검출된다.
외부-공기 열 교환기의 결빙이 다음과 같이 확인되는 방법이 특히 바람직하다: 외부-공기 열 교환기는 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로와 상호 작용한다. 시간에 대한 제 1 온도 구배가 기록된다. 대안적인 열원, 바람직하게는 전기 모터는 제 2 액체 냉각재 회로와 상호 작용한다. 시간에 대한 제 2 온도 구배가 기록된다. 기록된 온도 구배들이 비교되고, 제 1 온도 구배가 제 2 온도 구배보다 가파르다면 외부-공기 열 교환기의 결빙이 확인된다. 제 1 온도 구배의 더 가파른 프로파일은 외부-공기 열 교환기가 열원으로서 연결될 때, 얼음의 절연층 때문에 환경으로부터의 추가 열이 충분히 재빠르게 공급될 수 없기 때문에 측정된 온도는 더 신속하게 하락한다는 것을 나타낸다. 따라서 대응하는 더 가파른 구배가 검출된다면 시스템은 제빙 모드로 스위칭된다. 온도 구배들을 기록하기 위하여, 바람직하게는 가열/냉각 장치를 조정하기 위한 어떤 경우에 사용되는, 검출 요소의 사용이 이루어진다. 이들은 액체 냉각재 회로 또는 냉매 회로에 연결될 수 있다. 특히 바람직한 옵션으로서, 검토 중인 2개의 열원들에 상대적으로 근접하고, 바람직하게는 직접 제공되는 검출 요소들의 사용이 이루어진다. 이는 특히 정확한 방법으로 이의 거동을 결정하는 것을 가능하게 한다. 특히 검출 요소들이 열원들에 직접 장착된다면, 모든 열원들이 제 2 액체 냉각재 회로에 연결되는 - 바람직하게는 동시에 또는 병렬로, 즉 예를 들어 시간 중첩(time overlap)을 갖는 - 모든 구배들을 기록하는 것이 가능하다. 하지만, 적어도 외부-공기 열 교환기는 바람직하게는 대안적인 열원의 온도 구배가 기록되고 있을 때 제 2 액체 냉각재 회로로부터 제거된다. 이어서 바람직하게는 구배들은 연속해서 측정된다. 꽤 특히 바람직한 옵션으로서, 온도 구배가 측정되고 있는 열원은 제 2 액체 냉각재 회로에 연결된다. 따라서, 연속해서 또는 동시에 또는 병렬로, 예를 들어 시간 중첩을 갖는 제 1 및 제 2 온도 구배를 측정하는 것이 가능하다.
결국, 외부-공기 열 교환기의 결빙이 적어도 하나의 센서, 바람직하게는 광학 센서에 의해 확인되는 방법이 바람직하다. 광학 센서는 바람직하게는 외부-공기 열 교환기 상의 얼음층을 직접 검출할 수 있는 방법으로 배열된다.
센서는 또한 대안으로서 또는 온도 구배들의 평가 이외에 제공될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 하기에 더 상세하게 설명된다:
도 1은 제 1 작동 상태에서 가열/냉각 장치의 일 예시적인 구체예의 액체 냉각재 회로들의 개략도를 도시한다.
도 2는 제 2 작동 상태에서 도 1에 따른 예시적인 구체예를 도시한다.
도 3은 제 3 작동 상태에서 도 1에 따른 예시적인 구체예를 도시한다.
도 4는 제 4 작동 상태에서 도 1에 따른 예시적인 구체예를 도시한다.
도 5는 제 5 작동 상태에서 도 1에 따른 예시적인 구체예를 도시한다.
가열/냉각 장치의 필수적인 양상들은 하기에 서술될 것이다; 하지만, 방법은 작동 상태 및 이의 기능의 서술로부터 손쉽게 명백할 것이다.
도 1은 전기 저장 요소가 바람직하게는 냉각되고, 모터 차량의 내부가 가열되는 작동 상태에서 가열/냉각 장치의 일 예시적인 구체예의 액체 냉각재 회로들의 개략도를 도시한다. 가열/냉각 장치에 포함된 냉각 장치의 냉매 회로는 도시되지 않는다. 이런 회로는 컴프레서(compressor)(3), 가스 냉각기(5) 및 증발기(7)를 포함하고, 가스 냉각기와 증발기 사이에 배열된 팽창 밸브가 존재한다. 이산화탄소 또는 몇몇 다른 종래의 냉매는 바람직하게는 냉매로서 사용된다.
액체 냉각재로서, 도 1에 도시된 액체 냉각재 회로들은 바람직하게는, 물 및 글리콜(glycol), 특히 물/글리콜 혼합물을 함유한다. 또한 다른 액체 냉각재들이 가능하다.
가스 냉각기(5)는 (여기서 큰 대시 기호들로 표시된) 제 1 액체 냉각재 회로(9)와 상호 작용하고, 증발기(7)는 (여기서 일점 쇄선들에 의해 표시된) 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용한다. 액체 냉각재 회로들(9, 11)을 따라 액체 냉각재를 펌핑하는(pump) 펌프들(13, 15)이 제공된다. 비활성 액체 냉각재 경로들이 실선들로 도시되고 십자표에 의해 표시된다.
가열/냉각 장치는 바람직하게는 통과하는 공기의 유동이 존재하고 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로(9, 11)에 연결될 수 있는, 내부 열 교환기(17)를 포함한다. 또한 이는 바람직하게는 통과하는 공기의 유동이 존재하고 마찬가지로 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로(9, 11)에 연결될 수 있는, 외부-공기 열 교환기(19)를 포함한다.
작동 모드에 따라, 액체 냉각재가 내부 열 교환기(17), 외부-공기 열 교환기(19) 또는 이 모두에 공급될 수 있는 방법으로 제 1 액체 냉각재 회로(9)와 상호 작용하는 밸브 장치가 제공된다. 대응하는 방식으로, 작동 모드에 따라, 액체 냉각재가 외부-공기 열 교환기(19), 또는 내부 열 교환기(17)에 공급되거나 또는 열 교환기들 중 어느 것에도 공급되지 않을 수 있는 방법으로 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용하는 밸브 장치가 제공된다. 이런 기능들은 동일한 밸브 장치에 의해 수행될 수 있으나 또한 2개의 개별 밸브 장치들을 제공하는 것이 가능하다. 밸브 장치 또는 밸브 장치들은 바람직하게는 적어도 하나의 밸브, 특히 바람직하게는 복수 개의 밸브들을 포함한다. 도시된 예시적인 구체예에서, 다양한 온-오프(on-off) 및 전환 밸브들은, 전부 서술된 기능을 제공하는 밸브 장치를 형성하면서, 제공된다. 다른 바람직한 예시적인 구체예들에서, 밸브들의 개수, 유형 및 배열이 변경될 수 있다. 필수적인 점은 본 예시적인 구체예와 관련하여 설명된 기능이 확보된다는 점이다.
(도면들에 미도시된) 냉매 회로의 지식이 발명의 이해를 위하여 중요하다. 냉매는 컴프레서(3)에서 압축되고 공정에서 상당히 가열된다. 이는 가스 냉각기(5)로 넘어가고, 여기서 이는 컴프레서(3)에 흡수된 열의 대부분을 액체 냉각재 회로로 방출한다.
중간 열 교환기는 바람직하게는 냉매가 열을 컴프레서(3)로 다시 유동하는 냉매로 방출하는 - 유동의 방향으로 도시된 바와 같이 - 가스 냉각기의 하류에 배열된다. 거기서부터, 압축되고 예열된 냉매는 팽창 밸브로 넘어가고, 여기서 팽창된다. 이런 공정 동안에, 이는 대부분 냉각된다. 이는 전진하여 증발기(7)로 유동하고, 여기서 액체 냉각재로부터 열을 흡수한다. 거기서부터, 이는 바람직하게는 중간 열 교환기를 경유하여 유동하고, 여기서 이는 다시 컴프레서(3)로, 가스 냉각기(5)로부터 비롯된 냉매로부터의 추가 열을 흡수한다. 냉매를 위한 팽창 베셀(vessel) 또는 탱크는 바람직하게는 유동의 방향으로 도시된 바와 같이 - 증발기의 하류에 제공된다.
패신저 셀(passenger cell)을 가열하기 위한 가열/냉각 장치의 가열 모드는 도 1을 참조하여 하기에 더 상세하게 설명될 것이다:
가스 냉각기(5)에서, 펌프(13)로 유동하는 유체는 열 압축된 냉매(hot compressed refrigerant)로부터 열을 흡수하여 왔다. 따라서 가열/냉각 장치의 가장 뜨거운 지점은 유동의 방향으로 도시된 바와 같이 - 거의 가스 냉각기(5)의 하류 및 펌프(13) 상류에 존재한다. 상기 펌프는 액체 냉각재를 전환 밸브(21)로 펌핑하고, 이는 - 하기에 언급되는 모든 전환 밸브들과 같이 - 하나의 미지정된 포트 및 하나는 A가 지정되고 다른 하나는 B가 지정된 2개의 포트들을 갖는다. 가열 모드에서, 미지정된 포트와 A가 지정된 포트 사이의 연결이 개방되고, 포트(B)는 폐쇄된다.
전환 밸브들에서, 바람직하게는 제 3 포트가 폐쇄되면서, 작동 상태들의 각각에서 미지정된 포트에 연결되어 있는 지정된 포트들의 중 하나로, 2개의 작동 상태들을 실시하는 것이 가능하다.
액체 냉각재는 전환 밸브(21)부터 내부 열 교환기(17)로 넘어가되, 이는 열의 일부를 패신저 셀, 바람직하게는 패신저 셀로 유동하는 공기 스트림(stream)으로 방출한다. 이는 전진하여 전환 밸브(23)로 유동하고, 이의 미지정된 포트는 포트(A)에 연결된다. B가 지정된 포트는 폐쇄된다. 따라서 액체 냉각재는 밸브(23)로부터 다시 가스 냉각기(5)로 유동하고, 여기서 이는 한 번 더 압축된 열 냉매(compressed hot refrigerant)로부터 열을 흡수한다.
제 2 액체 냉각재 회로(11)에서 액체 냉각재는 증발기(7)로부터, 펌프(15)를 경유하여, 전환 밸브(25)로 유동한다. 증발기(7)에서 이는 팽창된 한 냉매(cold refrigerant)로 열을 방출하여 왔다. 따라서 가열/냉각 장치에서 가장 차가운 지점은 - 유동의 방향으로 도시된 바와 같이 - 거의 증발기(7)의 하류 및 펌프(15)의 상류에 위치된다.
도시된 작동 상태에서, 미지정된 포트는 포트(A)에 연결되면서, 포트(B)는 폐쇄된다. 따라서 액체 냉각재는 진전하여 전환 밸브(27)로 유동하고, 이의 포트(A)는 미지정된 포트에 연결되면서, 포트(B)는 폐쇄된다.
거기서부터, 액체 냉각재는 외부-공기 열 교환기(19)를 통해 전환 밸브(29)로 유동한다. 여기서 액체 냉각재는 외부 온도보다 낮기에, 외부-공기 열 교환기(19)에서 환경으로부터 열을 흡수한다. 따라서 상기 열 교환기는 열원으로서 작용한다. 도시된 작동 상태에서, 전환 밸브(29)의 미지정된 포트는 포트(A)에 연결된다. 액체 냉각재는 전진하여 연결 지점(a)으로 유동하고, 여기서 이는 바람직하게는 전기 모터(31)를 제어하는 데에 사용되는, 제어 장치(33) 및/또는 전기 모터(31)의 액체 냉각 재킷(jacket) 사이에 분리된다. 다른 바람직한 예시적인 구체예에서, 액체 냉각재는 전기 모터(31) 또는 제어 장치(33)로만 유동할 수 있다. 제어 장치(33)는 바람직하게는 펄스-제어되는 인버터(inverter)로서 설계된다. 액체 냉각재는 바람직하게는 전기 모터(31) 및/또는 제어 장치(33)로부터 폐열을 흡수하고, 이에 따라 이런 요소들은 도시된 작동 상태에서 열원으로서 작용한다.
다른 바람직한 예시적인 구체예에서, 전기 모터(31) 및 제어 장치(33)가 액체 냉각재의 유동에 대하여 - 도 1에 도시된 바와 같은 - 병렬이 아닌 직렬로, 즉 세로로 줄지어 배열되는 것이 가능하다. 이런 경우에, 제어 장치(33)는 바람직하게는 전기 모터(31)의 상류에 제공되고; 이에 따라 바람직하게는 액체 냉각재는 초기에는 제어 장치(33)의 액체 냉각 재킷 및 이어서 전기 모터(31)의 액체 냉각 재킷을 통해 유동한다.
연결 지점(b)에서, 액체 냉각재의 바람직하게 분리된 유동들은 재결합된다. 거기서부터, 상기 냉각재는 마찬가지로 열원으로서 작용하는, 컴프레서(3)의 액체 냉각 재킷으로 유동하고, 이에 따라 액체 냉각재는 이의 폐열을 흡수한다. 이어서 이는 전환 밸브(35)로 넘어가고, 이의 포트(A)는 미지정된 포트에 연결되면서 포트(B)가 폐쇄된다. 거기서부터, 냉각재는 다시 증발기(7)로 유동한다.
따라서 다음이 관찰된다: 증발기(7)로부터 비롯된 한 액체 냉각재(cold liquid coolant)는 가열 모드에서 외부-공기 열 교환기(19)에서 주위 열을 흡수한다. 냉각재는 증발기(7)로 다시 공급되고, 여기서 이는 (미도시된) 냉매 회로의 냉매로 열을 방출한다. 따라서 이런 냉매는 예열된 이후에 컴프레서(3)로 넘어간다. 따라서 이는 외부-공기 열 교환기(19)에 의해 환경으로부터 취해져 왔던 열을 흡수하여 왔다. 냉매는 추가로 컴프레서(3)에서 가열되고 가스 냉각기(5)에 공급되며, 여기서 이는 제 1 액체 냉각재 회로(9)에서 액체 냉각재로 적어도 열의 일부를 방출한다.
따라서, 결국, 외부-공기 열 교환기(19)에 의해 환경으로부터 취해진 열은 추가로 내부를 가열하기 위한 내부 열 교환기(17)에 이용가능하다. 따라서 가열/냉각 장치는 컴프레서(3)에 공급되고 있는 기계적 작업을 갖는, 비교적 냉(cool) 외부-공기 열 교환기(19)로부터 비교적 온(warm) 내부 열 교환기(17)까지 열을 전달하는 열 펌프(heat pump)를 제공한다.
열이 외부-공기 열 교환기(19)로부터 취해지기에, 얼음층은 특히 일 년 중 추운 기간에 대기 습도, 빗물, 분무, 눈 또는 다른 소스들의 습기로 인해, 이의 표면 상에 형성할 수 있다. 이는 외부-공기 열 교환기(19)가 더 이상 열원으로서 효율적으로 작동할 수 없다는 결과를 갖는, 절연층으로서 점차 작용한다. 따라서 제빙 모드(deicing mode)가 바람직하게는 외부-공기 열 교환기(19)로부터 얼음층을 제거하기 위하여 제공된다. 이는 도 2와 관련하여 설명될 것이다.
도 1에서, 제 3 액체 냉각재 회로(37)는 작은 대시 기호들로 도시되고, 상기 회로는 전기 저장 요소(39)의 온도를 제어하기 위하여 제 1 또는 제 2 액체 냉각재 회로(9, 11) 중 어느 하나와 상호 작용한다. 도시된 작동 모드에서, 전기 저장 요소(39)가 냉각되고 있다.
전환 밸브(41)가 제공되고, 이의 포트(A)는 미지정된 포트에 연결되면서, 포트(B)는 폐쇄된다. 따라서 한 액체 냉각재는 연결 지점(c)에서 액체 냉각재 회로(11)로부터 방향 전환되고 제 3 액체 냉각재 회로(37)로 공급된다. 거기서부터, 이는 조정가능한 밸브(43)로 넘어가고, 이는 컨트롤러(45)에 의해 제어된다. 결국, 컨트롤러는 전기 저장 매체(39) 주위에서 유동하는, 내부 액체 냉각재 회로에서 온도를 검출하는, 온도 센서(47)에 연결된다. 이는 전기 저장 요소(39)로부터 나오는 액체 냉각재, 특히 전기 저장 요소(39)의 액체 냉각 재킷의 액체 냉각재를 다시 냉각재 입구로 펌핑하는 펌프(51)가 제공되는, 바이패스(bypass)(49)에 의해 형성된다. 전환 밸브(53)는 전기 저장 요소(39)의 하류 및 또한 바이패스(49)의 지류의 하류에 제공되고, 상기 밸브의 미지정된 포트가 포트(A)에 연결되면서, 포트(B)는 도시된 작동 상태에서 폐쇄된다. 거기서부터, 액체 냉각재는 연결 지점(d)으로 넘어가고, 여기서 이는 다시 제 2 액체 냉각재 회로(11)로 공급되고 다시 증발기(7)로 유동한다. 컨트롤러(45)는 펌프(51)에 의해 바이패스(49)를 경유하여 순환되는 액체 냉각재에 공급된 액체 냉각재의 품질이 실질적으로 소정의 값으로 내부 회로에 온도를 유지하기에 적절한 방법으로 조정가능한 밸브(43)를 제어한다. 바람직하게는 펌프(51)는 연속하여 가동 중이고 작동하는 내부 회로를 유지한다. 액체 냉각재가 실질적으로 압축가능하지 않기에, 전환 밸브(53)로부터 나오는 냉각재의 품질은 바람직하게는 밸브(43)를 경유하여 공급된 품질에 상응한다.
바람직한 예시적인 구체예에서, 컨트롤러(45)는 또한 전환 밸브(53)를 제어하고, 이에 따라 내부 회로로부터 유동하는 액체 냉각재의 품질이 조정될 수 있다. 이런 경우에, 특히 효율적인 방식으로 내부 회로에서 온도를 일정하게 유지하는 것이 가능할 수 있다.
다른 바람직한 예시적인 구체예에서, 전환 밸브(53)는 가열/냉각 장치의 작동 모드에 따라 스위칭되고(switched), 조정되지 않는다.
이미 서술된 바와 같이, 외부-공기 열 교환기(19)는 가열/냉각 장치의 가열 모드에서 열원으로서 포함될 때 특정 조건들 하에서 결빙한다(ice). 이런 경우에, 가열/냉각 장치는 바람직하게는 제빙 모드로 스위칭한다(switch).
도 2는 제빙 모드에서 도 1에 따른 가열/냉각 장치의 예시적인 구체예의 액체 냉각재 회로들의 개략도를 도시한다. 동일하고 동일한 기능을 갖는 요소들은 동일한 참조 표시를 구비하고 이에 따라 이런 점에서 추후의 서술에 대하여 관심을 가진다. 간단함 때문에, 도 1에 따른 작동 상태와 상이한 특징들이 하기에 서술될 것이다.
전환 밸브(23)에서, 포트(A)가 폐쇄되면서, 미지정된 포트가 포트(B)에 연결된다. 따라서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에서 내부 열 교환기(17)를 경유하여 가스 냉각기(5)로부터 유동하는 온 액체 냉각재(warm liquid coolant)는 다시 전환 밸브(23)에 의해 가스 냉각기(5)가 아닌 전환 밸브(27)로 배향된다. 거기서부터, 이는 외부-공기 열 교환기(19)를 통해 전환 밸브(29)로 유동한다. 전환 밸브의 포트(A)는 폐쇄되고 포트(B)는 미지정된 포트에 연결된다. 따라서 액체 냉각재는 다시 전환 밸브(29)부터 가스 냉각기(5)로 유동할 수 있다.
전환 밸브(25)에서, 포트(A)는 폐쇄되고 포트(B)는 미지정된 포트에 연결된다. 따라서 제 2 액체 냉각재 회로(11)로부터 아무런 한 액체 냉각재도 증발기(7)로부터 외부-공기 열 교환기(19)로 넘어갈 수 없다. 대신에, 액체 냉각재는 직접 전환 밸브(25)로부터 연결 지점(a)으로 유동한다.
따라서 다음이 관찰된다: 제빙 모드에서, 외부-공기 열 교환기(19)는 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결된다. 이는 온 액체 냉각재에 의해 제빙된다(deiced).
따라서 대안적인 열원은 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결되거나 연결되어 와야만 한다. 이런 경우에, 이는 바람직하게는 전기 모터(31)이다. 도시된 예시적인 구체예에서, 제어 장치(33)는 또한 바람직하게는 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 열원으로서 포함된다. 컴프레서(3)는 또한 열원을 형성한다.
차량의 작동 조건들에 대하여, 다음이 관찰된다: 차량이 정지되거나 단지 천천히 이동하고 있을 때, 적어도 소량의 분무만이 외부-공기 열 교환기의 표면에 도달할 수 있기 때문에 외부-공기 열 교환기(19)에 대한 비교적 낮은 결빙(icing)의 위험이 존재한다. 따라서 이런 경우에, 가열 모드에서 제 2 액체 냉각재 회로(11)에서 열원으로서 외부-공기 열 교환기(19)를 포함하는 데에 있어 아무런 문제점도 존재하지 않는다. 한편, 차량이 재빨리 이동하고 있다면, 증가된 결빙의 위험이 존재하고, 이에 따라 제빙 모드로 스위칭하는 것이 필요할 수 있다. 동시에, 전기 모터(31)의 더 높은 출력이 요구되고 이에 따라 폐열의 형태로 큰 손실이 거기서 발생한다. 따라서 제 2 액체 냉각재 회로(11)에서 열원으로서 전기 포터를 포함하는 데에 있어 아무런 문제점도 존재하지 않는다.
아무런 관련 없는 폐열이 전기 모터(31)에서 발생하는 작동 상태에서 제빙 모드로 스위칭하는 것이 필요하더라도, 이는 유해하지 않다: 이런 경우에, 전기 모터(31)는 냉각되면서 열은 이로부터 제거된다. 이런 공정 동안에, 이는 꽤 큰 열 용량을 갖기 때문에 이의 온도는 단지 약간 하락한다. 특히, 이는 바람직하게는 큰 체적을 갖는 액체 냉각 재킷을 포함한다. 전기 모터(31)는 효율적으로 작업할 수 있기 위하여 높은 온도를 가질 필요가 없다. 이의 효율은 심지어 낮은 온도에서도 높다. 따라서, 전체적으로, 어떤 작동 상태에서도 제 2 냉각재 회로(11)에서 열원으로서 전기 모터(31)를 포함하는 것에 대하여 주저함이 없다.
도 1과 도 2로부터 명백한 바와 같이, 도시된 바람직한 예시적인 구체예에서 전기 모터(31)는 가열 모드 및 제빙 모드 모두에서 제 2 액체 냉각재 회로에 열원으로서 연결된다. 제빙 모드에서, 외부-공기 열 교환기(19)만이 추가적인 열원으로서 액체 냉각재 회로(11)로부터 제거되고 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결된다. 이런 절차는 말할 것도 없이 전기 모터(31) 및/또는 대안적인 열원이 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결된다는 언급에 포함된다. 따라서, 대안적인 열원을 다시 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 관련시키는 어떠한 부득이한 이유가 존재하지 않고; 대신에, 워딩(wording)은 대안적인 열원이 계속 회로와 관련되어 남은 예시적인 구체예를 포함한다.
외부-공기 열 교환기(19)의 결빙을 직접 확인할 수 있는 센서를 제공하는 것이 가능하다. 바람직하게는 광학 센서가 사용된다. 하지만, 대안으로서 또는 추가로, 외부-공기 열 교환기(19)의 결빙은 바람직하게는 열원으로서 이의 용량의 감소에 의해 확인된다.
이런 목적을 위하여, 하기의 단계들이 바람직하다: 외부-공기 열 교환기(19)는 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용한다. 이런 경우에, 시간에 대한 제 1 온도 구배가 기록된다. 바람직한 구체예에서, 외부-공기 열 교환기(19)는 바람직하게는 소정의 측정 시간 이후에 제 2 액체 냉각재 회로(11)로부터 제거되고, 시간에 대한 제 2 온도 구배는 기록되되, 대안적인 열원, 바람직하게는 전기 모터(31)는, 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용한다. 이런 목적을 위하여, 대안적인 열원은 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결되거나, 계속 이에 연결된다. 다시 한 번, 바람직하게는 소정의 측정 시간 이후에, 이런 방법으로 기록된 온도 구배는 상호 간에 비교된다. 특히 바람직한 옵션으로서, 온도 구배가 기록될 열원이 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용한다. 이런 경우에, 열원들은 대응하는 온도 구배가 측정되기 이전에 회로에 연결되고, 적절하다면, 측정 이후에 회로로부터 제거된다. 이어서 온도 구배는 연속하여 측정된다. 다른 구체예들에서, 적어도 대안적인 열원, 예를 들어 전기 모터(31)는 모든 온도 구배들을 기록하는 동안에 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용하는 것이 가능하다.
검출 요소들은 바람직하게는 온도 구배들을 기록하는 데에 사용되고, 이들은 어떤 경우에도 가열/냉각 장치에 포함된다. 예를 들어, 이들은 패신저 셀의 영역에서 온도 검출 요소를 포함할 수 있다. 또한 외부-공기 열 교환기(19) 및 대안적인 열원, 바람직하게는 전기 모터(13) 상에 직접 온도 검출 요소를 배열하는 것이 가능하다. 이런 경우에, 특히, 모든 열원들이 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용하면서 동시에 또는 시간 중첩을 갖는 모든 열원들의 온도 구배를 결정하는 것이 방법의 일 구체예에서 가능하다.
방법의 일 구체예에서, 제 2 온도 구배가 여전히 기록되고 있으면서 제빙 모드로 스위칭하는 것이 가능하다. 따라서 외부-공기 열 교환기(19)는 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결되면서 대안적인 열원을 위한 온도 구배는 여전히 기록되고 있다. 온도 구배들의 비교 이후에, 제빙 모드는 지속되거나 중단될 수 있다.
높은 열 용량 때문에, 전기 모터(31)는 일반적으로 덜 가파른 온도 구배를 나타내고, 즉 이의 온도는 열원으로서 사용 동안 시간에 걸쳐 천천히 하락한다. 외부-공기 열 교환기(19)의 온도 구배의 프로파일은 이의 결빙의 정도에 따른다. 얼음의 절연층이 더 두껍게 형성될수록, 열은 외부로부터 외부-공기 열 교환기(19)로 단위 시간 당 더 적게 공급될 수 있다. 따라서, 이의 온도는 열원으로서 이의 사용 동안에 더 빠르게 하락하고, 더 많은 결빙이 진행되어 왔다. 따라서 이의 온도 구배가 대안적인 열원 또는 전기 모터(31)의 온도 구배보다 더 가파를 때 외부-공기 열 교환기(19)의 결빙을 확인하는 것이 가능하다. 이런 경우에, 시스템은 제빙 모드로 스위칭한다.
여기서 외부-공기 열 교환기(19)의 온도 구배가 대안적인 열원 또는 전기 모터(31)의 온도 구배보다 덜 가파르다면 시스템이 다시 제빙 모드로부터 가열 모드로 스위칭할 수 있다는 것을 제외하고, 동일한 방법이 외부-공기 열 교환기(19)의 적절한 제빙을 확정하기 위하여 채택될 수 있다.
외부-공개 열 교환기(19)가 결빙되는지를, 서술된 방법을 이용하여, 규칙적인 간격으로 점검하는 것이 가능하다. 동일한 방법으로, 제빙이 이미 완료되었는지를 제빙 모드에서 규칙적인 간격으로 점검하는 것이 가능하다.
전체적으로, 내부 열 교환기(17) 및 외부-공기 열 교환기(19) 모두가 제빙 모드에서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 히트 싱크로서 연결된다는 것이 발견된다. 따라서, 패신저 셀을 가열하고 외부-공기 열 교환기(19)를 제빙하는 것이 동시에 가능하다. 대안적인 열원, 바람직하게는 전기 모터(31)가 제빙 모드에서 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 이용가능하기에, 패신저 셀을 가열하기 위하여 이용가능한 전력에 있어 아무런 감소도 존재하지 않는다. 따라서, 제빙은 차량의 탑승자에 대하여 어떠한 두드러진 부작용 없이 이루어질 수 있다.
도 3은 냉각 모드에서 가열/냉각 장치의 예시적인 구체예의 액체 냉각재 회로들의 개략도를 도시한다. 동일하고 동일한 기능을 갖는 요소들은 동일한 참조 표시를 구비하고 이에 따라 이런 점에서 추후의 서술에 대하여 관심을 가진다. 또한, 이런 경우에, 도 1에 도시된 작동 모드와 비교하여 상이함만이 서술된다.
전환 밸브(21)의 경우에, 미지정된 포트는 냉각 모드에서 포트(B)에 연결되면서, 포트(A)는 폐쇄된다. 따라서, 액체 냉각재는 펌프(13)에 의해 가스 냉각기(5)부터 전환 밸브(35)까지 펌핑되고(pumped), 이의 포트(B)는 미지정된 포트에 연결된다. 포트(A)는 폐쇄된다. 따라서 가스 냉각기(5)로부터 비롯된 제 1 액체 냉각재 회로(9)의 열 액체 냉각재(hot liquid coolant)는 컴프레서(3)의 액체 냉각 재킷에 들어가고, 컴프레서로부터, 전진하여 연결 지점(b)을 경유하여 전기 모터(31)의 액체 냉각 재킷 및 바람직하게는 또한 제어 장치(33)의 액체 냉각 재킷으로 유동한다. 연결 지점(a)에서, 바람직하게는 유동들이 재결합되고, 액체 냉각재는, 이의 포트(B)가 폐쇄되면서 포트(A)가 미지정된 미지정된 포트에 연결되는, 밸브(29)를 경유하여 외부-공기 열 교환기(19)로 유동한다. 거기서부터, 이는 전환 밸브(27)로 넘어가고, 이의 포트(B)가 미지정된 포트에 연결되면서, 포트(A)에 폐쇄된다. 따라서 이는 가스 냉각기(5)로 다시 유동한다.
여기서, 외부-공기 열 교환기(19)는 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 결합된다. 또한 가스 냉각기(5)로부터 비롯된 열 액체 냉각재는 컴프레서(3)의 폐열을 흡수한다. 전기 모터(31) 및/또는 제어 장치(33)의 작동 상태에 따라, 이들은 열원들 또는 히트 싱크들로서 작용한다. 어쨌든, 액체 냉각재는 다시 가스 냉각기(5)로 유동하기 이전에 외부-공기 열 교환기(19)에서 적어도 부분적으로 환경에 흡수된 열을 방출한다.
가열 모드 및 냉각 모드 모두에서, 컴프레서(3)가 외부-공기 열 교환기(19)와 상호 작용하는 액체 냉각재 회로(9, 11)에 연결되는 것이 발견된다. 따라서, 결국, 컴프레서(3)의 작동열은 패신저 셀을 위한 열 출력에 포함되지 않는 정도까지 각 작동 상태에서 외부-공기 열 교환기(19)를 경유하여 소멸될 수 있다.
제 2 액체 냉각재 회로(11)에 대하여, 다음이 냉각 모드에서 관찰된다:
증발기(7)로부터 비롯된 액체 냉각재는 펌프(15)에 의해 전환 밸브(25)로 펌핑되고, 이의 포트(A)가 미지정된 포트에 연결된다. 거기서부터, 전환 밸브(27)의 포트(A)가 폐쇄되기 때문에 이는 전환 밸브(23)로 유동한다. 전환 밸브(23)의 경우에, 포트(B)는 미지정된 포트에 연결되고, 이에 따라 액체 냉각재는 내부 열 교환기(17)를 경유하여 유동한다. 여기서, 한 액체 냉각재는 내부, 즉, 패신저 셀로부터 열을 흡수하고, 이런 방법으로 내부를 냉각시킨다.
전환 밸브(21)의 포트(A)가 폐쇄되기 때문에, 액체 냉각재는 온-오프 밸브(on-off valve)(55)로 넘어가고, 이는 가열 및 제빙 모드에서 폐쇄되나 냉각 모드에서 개방된다. 거기서부터, 액체 냉각재는 연결 지점(e)을 경유하여 증발기(7)로 다시 유동한다. 연결 지점(e)에서, 전기 저장 요소(39)가 냉각되고 있을 때, 한편으로는 온-오프 밸브(55)로부터 비롯된 냉각재 유동 및 다른 한편으로는 연결 지점(d)으로부터 비롯된 냉각재 유동이 결합된다. 이후에 명백하게 될 것인 바와 같이, 전기 저장 요소(39)가 가열되고 있을 때 아무런 냉각재도 연결 지점(d)으로부터 연결 지점(e)으로 넘어가지 않는다. 이런 경우에, 즉, 전환 밸브(53)의 포트(A)는 폐쇄된다.
내부 열 교환기(17)는 냉각 모드에서 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결되고, 이에 따라 패신저 셀이 증발기(7)로부터 비롯된 한 액체 냉각재에 의해 냉각될 수 있다는 것이 발견된다.
도 4는 가열 모드에서 가열/냉각 장치의 일 예시적인 구체예의 액체 냉각 회로들의 개략도를 도시하되, 전기 저장 요소가 동시에 가열된다. 동일하고 동일한 기능을 갖는 요소들은 동일한 참조 표시를 구비하고 이에 따라 이런 점에서 추후의 서술에 대하여 관심을 가진다. 또한 도 4에 대하여, 도 1에 도시된 작동 모드와 비교에서 상이함만이 설명된다.
도 4에 도시된 가열 모드는 실질적으로 도 1에 도시된 작동 상태에 대응한다. 내부 열 교환기(17)는 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결된다. 외부-공기 열 교환기(19)는 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결된다. 제 1 및 제 2 액체 냉각재 회로(9, 11)는 도 1과 관련하여 서술된 바와 같이 작동한다.
하지만, 도 1에 대비하여, 전기 저장 요소(39)는 도 4에 따른 작동 상태에서 냉각되지 않으나, 가열된다. 이런 목적을 위하여, 전환 밸브(41)의 포트(B)는 미지정된 포트에 연결되면서 포트(A)는 폐쇄된다. 내부 열 교환기(17)에서 이미 열을 패신저 셀로 방출하여 왔던, 가스 냉각기(5)로부터 비롯된 열 액체 냉각재가 연결 지점(f)을 경유하여 전환 밸브(41)로 유동하고, 거기서부터, 조정가능한 밸브(43)로 유동한다. 상기 밸브는 컨트롤러(45)에 의해 도 1과 관련하여 이미 서술된 방식으로 제어되고, 이는 이에 따라 내부 회로에서 온도 및 또한 이에 따른 전기 저장 요소(39)의 온도를 일정하게 유지하기에 적절한, 온 액체 냉각재의 품질을, 전기 저장 요소(39) 주위에, 펌프(51) 및 바이패스(49)에 의해 형성된, 내부 회로에, 제공한다. 특히, 바람직하게는 전기 저장 요소(39)의 온도는 소정의 값으로 설정된다.
전환 밸브(53)의 경우에, 포트(B)는 도시된 작동 상태에서 미지정된 포트에 연결되면서 포트(A)는 폐쇄된다. 따라서 액체 냉각재는 포트(B)를 경유하여 연결 지점(g)으로 유동하고, 여기서 이는 내부 열 교환기(17)로부터의 액체 냉각재 유동과 결합되고 다시 가스 냉각기(5)로 유동한다.
따라서 다음이 관찰된다: 도 4에 도시되고 있는 상기 모드, 전기 저장 요소(39)의 가열 모드에서, 제 3 액체 냉각재 회로(37)는 제 1 액체 냉각재 회로(9)와 상호 작용한다. 이는 말하자면 바이패스로서, 제 1 액체 냉각재 회로와 병렬로 연결된다. 온 액체 냉각재는 전자 저장 요소(39)의 온도 제어를 위한 연결 지점(f)에서 제 1 액체 냉각재 회로(9)로부터 취해지고, 결국 연결 지점(g)에서 다시 공급된다. 전기 저장 요소(39)는 히트 싱크로서 작용한다.
도 1에 도시되고 있는 상기 모드, 전기 저장 요소(39)의 냉각 모드에서, 제 3 액체 냉각재 회로(37)는 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용한다. 이는 말하자면 바이패스로서, 제 2 액체 냉각재 회로와 병렬로 연결된다. 한 액체 냉각재는 연결 지점(c)에서 제 2 액체 냉각재 회로(11)로부터 취해지고, 연결 지점(d)에서 상기 회로로 다시 공급된다. 전기 저장 요소(39)는 열원으로서 작용한다.
전기 저장 요소(39)의 가열 모드에서, 연결 지점(f)은 바람직하게는 유동의 방향으로 도시된 바와 같이 - 내부 열 교환기(17)의 하류에 배열된다. 이런 경우에, 액체 냉각재는 이미 패신저 셀로 열을 방출하여 왔다. 이에 따라, 전기 저장 요소(39)는 가스 냉각기(5)로부터 비롯된 열 액체 냉각재에 직접 노출되지 않으나 이보다 더 낮은 온도에 노출된다. 전기 저장 요소(39)가 온도-감응성이 있고, 특히, 너무 높은 온도에서 작동해야만 하기 때문에 이는 편리하다.
그럼에도 불구하고, 다른 예시적인 구체예에서 특히 전기 저장 요소(39)로의 액체 냉각재의 공급이 조정가능한 밸브(43)에 의한 컨트롤러(45)에 의해 조정된다면 - 유동의 방향으로 도시된 바와 같이 - 내부 열 교환기(17)의 상류에 연결 지점(f)을 배열하는 것이 가능하다. 또한 이런 조정으로, 즉, 전기 저장 요소(39)가 너무 뜨거운 액체 냉각재와 함께 공급되는 상황을 회피하는 것이 완전히 가능하다.
도 5는 수동 모드에서 가열/냉각 장치의 예시적인 구체예의 액체 냉각 회로들의 개략도를 도시한다. 동일하고 동일한 기능을 갖는 요소들은 동일한 참조 표시를 구비하고 이에 따라 이런 점에서 추후의 서술에 대하여 관심을 가진다.
수동 모드에서, 가열/냉각 장치의 냉매 회로는 비활성화되고, 다시 말해서 특히, 컴프레서(3)는 꺼진다. 동시에, (미도시된) 냉매 회로는 이에 의해 바람직하게는 작동하지 못한다.
수동 모드에서, 제 2 액체 냉각재 회로(11), 특히 펌프(15)는, 또한 비활성화된다. 이어서 이는 바람직하게는 특히 이의 전달의 방향에 반대로 유동할 수 있는 어떤 액체 냉각재에 대하여, 충분하게 큰 유동 저항성을 제시한다. 대응하는 방식으로, 제 2 액체 냉각재 회로(11)에서 유동이 중단된다.
제 1 액체 냉각재 회로(9) 및, 특히, 펌프(13)는 능동적이다. 따라서 액체 냉각재는 가스 냉각기(5)로부터, 펌프(13)를 경유하여, 전환 밸브(21)로 유동한다. 하지만, 컴프레서(3)가 비활성화되기에, 액체 냉각재는 가스 냉각기(5)에서 어떤 열도 흡수하지 않는다. 따라서 이런 점에서, 상기 냉각기는 바람직하게는 수동 요소로서 작용하고 이에 따라 제 1 액체 냉각재 회로(9)를 위한 열원 또는 히트 싱크 중 어느 하나도 형성하지 않는다.
전환 밸브(21)의 경우에, 포트(A)는 미지정된 포트에 연결되면서, 포트(B)는 폐쇄된다. 이의 액체 냉각재는 전진하여 연결 지점(h)으로 유동하고, 이는 온-오프 밸브(55)가 개방되기 때문에 고려 중인 작동 상태로 형성된다. 상기 밸브를 경유하여, 액체 냉각재는 전환 밸브(35)로 유동하고, 이의 포트(A)는 미지정된 포트에 연결되면서 포트(B)는 폐쇄된다. 액체 냉각재는 전진하여, 이 정도로, 비활성화된 수동 컴프레서(3)의 액체 냉각 재킷으로 유동하고, 이로부터 이는 바람직하게는 연결 지점(b)을 경유하여 전기 모터(31)의 액체 냉각 재킷 및/또는 제어 장치(33)의 액체 냉각 재킷으로 넘어간다. 분리된 냉각재 유동들은 바람직하게는 연결 지점(a)에서 상기 요소들의 하류에서 재결합한다. 거기서부터, 냉각재는 전환 밸브(29)로 유동하고, 이의 포트(A)는 미지정된 포트에 연결되면서 포트(B)가 폐쇄된다.
거기서부터, 액체 냉각재는 외부-공기 열 교환기(19)를 통해 전환 밸브(27)로 유동하고, 이의 미지정된 포트는 포트(B)에 연결되면서 포트(A)는 폐쇄된다. 거기서부터, 이는 가스 냉각기(5)로 다시 유동한다.
따라서 수동 모드에서, 외부-공기 열 교환기(19)는 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결된다. 전기 모터(31) 및/또는 제어 장치(33)로부터의 폐열은 외부-공기 열 교환기를 경유하여 환경에 방출된다.
외부 온도가 한편으로는, 너무 뜨겁지 않아서 외부-공기 열 교환기(19)가 열원으로서 작용할 것이거나 또는 가열/냉각 장치의 냉각 모드로 스위칭하는 것이 필요할 것이나, 다른 한편으로는, 너무 차갑지 않아서 가열/냉각 장치의 가열 모드로 스위칭하는 것이 필요할 때, 수동 모드는 바람직하게 가을철 및 봄철에 사용될 수 있다.
또한 내부 열 교환기(17)는 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결된다. 하지만, 유동의 방향으로 도시된 바와 같이 - 이는 연결 지점(h)의 하류에 배열된다. 거기서부터, 액체 냉각재는 전환 밸브(41)로 유동한다. 전환 밸브(41)의 포트(B)가 미지정된 포트에 연결되면서, 포트(A)가 폐쇄되기 때문에 이는 제 3 액체 냉각재 회로(37) 안으로 공급된다. 따라서, 여기서, 제 3 액체 냉각재 회로(37)는 제 1 액체 냉각재 회로(9)와 상호 작용한다. 다른 점에서, 전기 저장 요소(39)의 온도 제어 및 제 3 액체 냉각재 회로(37)의 기능은 이미 서술된 기능과 동일하다. 전환 밸브(53)의 경우에, 미지정된 포트가 포트(A)에 연결되고, 이에 따라 액체 냉각재가 연결 지점(d)을 경유하여 제 1 액체 냉각재 회로(9)로 다시 공급되며 거기서부터 전환 밸브(35)로 넘어간다.
내부 열 교환기(17) 및 외부-공기 열 교환기(19)에 의해, 차량의 환경과 패신저 셀 사이의 열 교환이 달성된다. 이런 방법으로, 특히 수동 모드가 가을철이나 봄철에 활성화될 때, 패신저 셀이 냉각되는 것이 추세이다.
전기 저장 요소(39)는 또한 바람직하게는 냉각된다. 이의 폐열은 외부-공기 열 교환기(19)를 경유하여 방출된다.
전체적으로, 가열/냉각 장치 및 가열/냉각 장치를 작동시키기 위한 방법이 효율적인 상호 연결 및 이에 따른 차량, 특히 전기 구동을 갖는 차량에서 존재하는 열원들 및 히트 싱크들의 최적 사용을 허용하는 것이 발견된다. 특히, 내부를 가열하도록 컴프레서(3)로부터의 폐열을 이용하고 패신저 셀을 위한 가열 모드로의 열원으로서 외부-공기 열 교환기(19)를 결합하는 것은 극도로 효율적인 작동을 허용한다. 결과적으로, 전기 저항 가열 시스템이 제공되었다면 가열/냉각 장치는 보다 현저하게 적은 에너지를 소비한다. 이런 방법으로, 특히, 전기 구동을 갖는 차량은 종래의 가열/냉각 장치를 갖는 것보다 바람직하게는 30%보다 큰 범위를 달성한다. 외부-공기 열 교환기(19)의 제빙은 가열 모드와 함께 동시에 가능하다. 더욱이, 전기 저장 요소(39)를 가열하거나 냉각하는 것이 가능하다.

Claims (13)

  1. 컴프레서(3), 가스 냉각기(5), 증발기(7) 및 가스 냉각기(5)와 증발기(7) 사이에 배열된 팽창 밸브를 포함하되,
    - 가스 냉각기(5)는 제 1 액체 냉각재 회로(9)와 상호 작용하고, 증발기(7)는 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호작용하며,
    - 내부 열 교환기(17)는 제 1 액체 냉각재 회로(9) 또는 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결될 수 있고,
    - 외부-공기 열 교환기(19)는 제 1 액체 냉각재 회로(9) 또는 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결될 수 있으며,
    - 가열 모드에서, 제 1 액체 냉각재 회로(9)는 내부 열 교환기(17)와 상호 작용하고, 제 2 액체 냉각재 회로는 외부-공기 열 교환기(19)와 상호 작용하며,
    - 냉각 모드에서, 제 1 액체 냉각재 회로(9)는 외부-공기 열 교환기(19)와 상호 작용하고 제 2 액체 냉각재 회로(11)는 내부 열 교환기(17)와 상호 작용하는, 냉매 회로를 갖는 차량을 위한 가열/냉각 장치에 있어서,
    - 제빙 모드에서, 제 1 액체 냉각재 회로(9)는 내부 열 교환기(17) 및 외부-공기 열 교환기(19) 모두와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 가열/냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 제 1 액체 냉각재 회로(9)는, 작동 모드에 따라, 액체 냉각재가 내부 열 교환기(17), 외부-공기 열 교환기(19) 또는 이 모두에 공급될 수 있도록 하는 밸브 장치와 상호 작용하고,
    - 제 2 액체 냉각재 회로(11)는, 작동 모드에 따라, 액체 냉각재가 외부-공기 열 교환기(19), 또는 내부 공기 열 교환기(17)에 공급될 수 있거나, 또는 열 교환기들(17, 19) 중 어느 것에도 공급되지 않을 수 있도록 하는 밸브 장치와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 가열/냉각 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    컴프레서(3)는 가열 모드 및 냉각 모드에서, 외부-공기 열 교환기(19)와 상호 작용하는 액체 냉각재 회로에 연결되는, 액체 냉각 재킷을 갖는 것을 특징으로 하는 가열/냉각 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 액체 냉각재 회로(9) 또는 제 2 액체 냉각재 회로(11)는 전기 저장 요소(39)의 온도를 제어하기 위하여 제 3 액체 냉각재 회로(37)와 상호 작용하는 것을 특징으로 하는 가열/냉각 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    차량의 전기 모터(31)는 제 1 액체 냉각재 회로(9) 또는 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결될 수 있는, 액체 냉각 재킷을 갖는 것을 특징으로 하는 가열/냉각 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 가열/냉각 장치를 작동시키는 방법에 있어서,
    - 가열 모드에서, 외부-공기 열 교환기(19)는 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결되고,
    - 냉각 모드에서, 외부-공기 열 교환기(19)는 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결되며,
    - 제빙 모드에서, 외부-공기 열 교환기(19)는 히트 싱크로서 제 1 액체 냉각재 회로(9)에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제빙 모드에서, 전기 모터(31)의 액체 냉각 재킷은 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로(11)에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    가열/냉각 장치는 외부-공기 열 교환기(19)의 결빙이 확인된다면 제빙 모드로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    외부-공기 열 교환기(19)의 결빙은 열원으로서 외부-공기 열 교환기의 용량의 감소가 확인된 사실에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    외부-공기 열 교환기(19)의 결빙은,
    - 외부-공기 열 교환기(19)가 열원으로서 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용하는 단계;
    - 시간에 대한 제 1 온도 구배가 기록되는 단계;
    - 전기 모터(31)의 액체 냉각 재킷이, 제 2 액체 냉각재 회로(11)와 상호 작용하는 단계;
    - 시간에 대한 제 2 온도 구배가 기록되는 단계;
    - 기록된 온도 구배들이 비교되는 단계; 및
    - 제 1 온도 구배가 제 2 온도 구배보다 가파르다면 외부-공기 열 교환기(19)의 결빙이 확인되는 단계를 갖는 방법에 의해 확인되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    제 1 온도 구배 및 제 2 온도 구배가 연속적으로 또는 동시에 또는 병렬로 시간에 대하여 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    외부-공기 열 교환기(19)의 결빙이 적어도 하나의 광학 센서에 의해 확인되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 삭제
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