KR102087819B1 - 자동차 내 열 분배 장치 및 상기 장치의 작동 방법 - Google Patents

자동차 내 열 분배 장치 및 상기 장치의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 냉각재 회로(18a, 18b) 및 냉매 유로(3)를 구비한 자동차 내 열 분배 장치(1a, 1b)에 관한 것이다. 냉각재 회로(18a, 18b)는 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 열 교환기(17, 27b), 및 냉각재용 열원 또는 히트 싱크로서 주변 공기가 제공될 수 있는 냉각재/공기 열 교환기(25)를 포함한다. 냉각 장치 모드에서, 열 펌프 모드에서 그리고 재가열 모드에서 조합형 작동을 위해 형성된 냉매 유로(3)로서, 승객실의 공급 공기를 냉각, 가열 및 재가열하기 위한 그리고 전기 컴포넌트를 냉각 및 가열하기 위한 상기 냉매 유로(3)는 냉매를 압축하기 위한 압축기(4), 공급 공기의 컨디셔닝을 위한, 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능한 제 1 냉매/공기 열 교환기(5), 및 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능한 제 2 냉매/공기 열 교환기(6), 작동 모드들 간의 전환을 위한 밸브 장치(7), 관류 횡단면을 변화시키는 적어도 하나의 부재(10, 11, 12), 및 상기 냉매 유로(3)의 냉매와 적어도 하나의 냉각재 회로(18a, 18b)의 냉각재 간의 열 교환을 위한 적어도 하나의 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9)를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 장치의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

자동차 내 열 분배 장치 및 상기 장치의 작동 방법{DEVICE FOR HEAT DISTRIBUTION IN A MOTER VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE DEVICE}
본 발명은 적어도 하나의 냉각재 회로 및 냉매 유로를 구비한 자동차 내 열 분배 장치에 관한 것이다. 냉각재 회로는 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 열 교환기 및 냉각재/공기 열 교환기를 포함한다. 냉각 장치 모드에서, 열 펌프 모드에서 그리고 재가열 모드에서 조합형 작동을 위해 형성된 냉매 유로로서, 승객실의 공급 공기를 컨디셔닝하기 위한 상기 냉매 유로는 압축기, 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능한 냉매/공기 열 교환기, 및 냉매 유로의 냉매와 냉각재 회로의 냉각재 사이의 열 교환을 위한 냉매/냉각재 열 교환기를 포함한다.
본 발명은 또한 상기 장치의 작동 방법에 관한 것이다.
배터리 작동식 전기차(약어: BEV; "Battery Electric Vehicle") 및 전기 구동 컴포넌트를 구비한 하이브리드차(약어: HEV; "Hybrid Electric Vehicle")용 효율적인 에너지 저장기로서, 특히 리튬 이온 배터리가 점점 더 중요해진다. 리튬 이온 배터리 기술은 다른 배터리 기술에 비해 한편으로는 매우 높은 인출 출력에서 매우 높은 출력 밀도를 가능하게 하므로, 자동차 내에 작은 설치 공간 및 적은 중량을 갖는 배터리가 기술적으로 그리고 경제적으로 사용될 수 있다. 그러나 리튬 이온 배터리들은 다른 한편으로는 배터리의 수명, 인출 출력 및 저장 용량을 줄이는 작동 온도의 변화에 대해 민감하다. 특히, 극단의 온도 값 및 온도 변화를 갖는 기후 구역에서, 열 노화에 의한 배터리의 저장 용량의 감소는 자동차의 기술적 실시에 대한 도전이다. 배터리 셀의 낮은 온도에서, 특히 0℃까지의 온도에서, 배터리 셀의 손상을 방지하기 위해, 배터리의 전력이 감소하여야 한다. 0℃까지의 온도 범위에서 배터리의 충전은 불가능하다. 작동 온도의 상승에 따라, 리튬 이온 배터리의 전기 효율이 커진다. 그러나 40℃를 초과하는 온도에서, 배터리 셀의 노화가 증가하고, 이런 노화는 50℃를 초과하는 온도에서 배터리 셀의 손상을 일으킬 수 있다. 따라서, 리튬 이온 배터리는 최적의 온도로 작동되어야 한다. 이 경우, 한편으로는 생성 열 및 방출된 열이 방산되어야 하고, 배터리 셀들은 액티브하게 냉각되어야 하며, 다른 한편으로는 차가운 배터리의 너무 낮은 주변 온도에서, 특히 시동 시에 열이 공급되어야 한다. 주변 온도가 낮을 때 배터리는 예비 컨디셔닝되어야 한다. 배터리 모듈의 액티브 냉각 및 액티브 가열이 이루어지는 열 배터리 관리 시스템에 의해, 배터리의 작동 온도는 특히 배터리의 열 노화를 최소화하는 약 0℃ 내지 40℃ 범위의 온도 레벨로 유지될 수 있다.
선행 기술에는 자동차의 구동 트레인의 배터리를 온도 조절하기 위한 여러 시스템이 개시되어 있다. DE 10 2012 100 525 A1은 여러 작동 모드에서 승객실 공기의 컨디셔닝, 즉 가열, 냉각 및/또는 제습을 위한 냉각 장치로서 그리고 열 펌프로서 사용되는 냉매 유로를 구비한 자동차의 에어컨 시스템을 개시한다. 열 펌프 회로 내의 냉매 유로의 작동 시에, 냉각재 회로의 열 펌프 응축기, 냉각 장치 증발기 및 열 펌프 증발기 그리고 냉매/냉각재 열 교환기는 추가의 열 펌프 증발기로서 직렬로 접속되어 배치된다. 에어컨 시스템은 자동차의 구동 트레인의 배터리를 냉각시킬 수 있다. 이 경우, 배터리에는 냉매/냉각재 열 교환기 내에서 냉각된 냉각재 또는 직접 냉매가 제공된다.
선행 기술에 개시된 에어컨 및 냉각 시스템에서, 배터리는, 특히 주변 온도 값이 낮을 때, 열 펌프 기능을 갖는 에어컨 시스템의 냉매 유로에 의해 가열될 수 없고, 그에 따라 예비 컨디셔닝 될 수 없으며, 배터리의 작동 온도는 규정된 범위 내로 유지될 수 없다.
높은 열 용량으로 인해 배터리는, 낮은 주변 온도일 때 가열의 작동 모드에서 자동차의 전기 측에서 제한된 범위를 증가시키기 위해, 열 저장기로서 사용될 수 있다. 열 저장기로서 배터리의 충전 및 배터리의 가열의 기능들은 종래에는 추가 전기 가열 소자들에 의해 충족되었다. 전기 가열 소자들이 열 펌프 모드에서 작동되는 냉각 장치보다 더 낮은 효율을 갖기 때문에, 선행 기술에 따른 전기 가열 소자들을 구비한 시스템은 열 펌프 모드에서 작동되는 냉각 장치보다 더 낮은 효율을 갖는다.
본 발명의 과제는 자동차 내 열 분배 장치, 및 열 펌프 기능을 갖는 냉매 유로 및 냉각재 회로를 구비한 상기 장치의 작동 방법을 제공하는 것이며, 상기 방법에서는 승객실의 공급 공기의 가열, 냉각 및/또는 제습 그리고 전기 컴포넌트, 특히 전기 구동 트레인의 배터리의 냉각의 기능들과 더불어, 상기 전기 컴포넌트가 예비 컨디셔닝, 특히 가열될 수 있다. 상기 장치는 최소 개수의 컴포넌트들을 포함해야 한다. 제조, 유지 관리 및 작동을 위한 비용은 최소화되어야 한다. 상기 장치는 최대 효율로 작동될 수 있어야 한다.
상기 과제는 독립 청구항의 특징들을 갖는 대상에 의해 해결된다. 개선예들은 종속 청구항들에 제시된다.
상기 과제는 적어도 하나의 냉각재 회로 및 냉매 유로를 구비한 자동차용 본 발명에 따른 장치에 의해 해결된다. 적어도 하나의 냉각재 회로는 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 열 교환기, 및 냉각재용 열원 또는 히트 싱크로서 주변 공기가 제공될 수 있는 냉각재/공기 열 교환기를 포함한다. 본 발명의 컨셉에 따라, 냉각 장치 모드에서, 열 펌프 모드에서 그리고 재가열 모드에서 조합형 작동을 위해 형성된 냉매 유로는 승객실의 공급 공기를 냉각, 가열 및 재가열하도록 그리고 전기 컴포넌트를 냉각 및 가열하도록 형성되고, 냉매를 압축하기 위한 압축기, 공급 공기의 컨디셔닝을 위한, 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능한 제 1 냉매/공기 열 교환기, 및 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능한 제 2 냉매/공기 열 교환기를 포함한다. 냉매 유로는 또한 작동 모드들 간의 전환을 위한 밸브 장치 및 냉매용 관류 횡단면을 변화시키는 적어도 하나의 부재를 포함한다. 냉매 유로의 내부에는, 냉매 유로의 냉매와 적어도 하나의 냉각재 회로의 냉각재 간의 열 교환을 위한 적어도 하나의 냉매/냉각재 열 교환기가 통합된다.
승객실의 공급 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉매/공기 열 교환기들은 에어컨의 내부에 배치된다. 냉매와 승객실에 공급될 공급 공기 사이의 열 교환을 위한 제 1 냉매/공기 열 교환기는 필요 및 장치의 작동 모드에 따라 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능하게 형성된다. 증발기로서 열 교환기의 작동시, 공급 공기가 냉각 및/또는 제습된다. 응축기/가스 냉각기로서 열 교환기의 작동시 공급 공기는 가열된다. 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기에서, 냉매는 과열 저감되고 경우에 따라 유동화된다. 냉매의 유동화가 냉매 유로의 소위 임계치 이하의 작동 시에 예컨대 냉매 R134a로 이루어지거나 또는 특정 주변 조건에서 천연 냉매인 이산화탄소에 상응하는 냉매 R744로 이루어지면, 열 교환기를 응축기라고 한다. 열 교환의 일부는 일정한 온도에서 이루어진다. 냉매 유로의 소위 임계치 이상의 작동 시에 또는 열 교환기에서 임계치 이상의 열 방출 시에, 냉매의 온도는 계속 떨어진다. 이 경우, 열 교환기를 가스 냉각기라고 한다. 임계치 이상의 작동은 특정 주변 조건 하에서 또는 예컨대 냉매인 이산화탄소로 냉매 유로의 작동 모드 하에서 나타날 수 있다. "Reheat"라고도 하는 재가열 모드에서, 승객실에 공급될 공기가 냉각되며 제습되고, 그리고 나서 제습된 공기는 약간 가열된다. 재가열 모드에서 필요한 재가열 출력은 대부분 공기의 냉각 및 제습을 위해 필요한 냉각 출력보다 더 작다.
제 2 냉매/공기 열 교환기는 바람직하게 압축기와 냉매 유로의 밸브 장치 사이에 형성된다.
본 발명의 개선예에 따라, 전기 컴포넌트를 온도 조절하기 위한, 예컨대 전기 컴포넌트를 냉각 및 가열하기 위한 열 교환기는 냉각재용 열원 또는 히트 싱크로서 형성되고, 온도 조절할 전기 컴포넌트는 배터리로서 형성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 장치의 적어도 하나의 냉매/냉각재 열 교환기는 필요 및 장치의 작동 모드에 따라 냉매의 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동될 수 있다. 냉매/냉각재 열 교환기는 냉매 측에서 바람직하게 양방향으로 관류될 수 있다.
제 1 냉매/냉각재 열 교환기는 냉매 유로 내에서 냉매의 유동 방향에 따라 바람직하게는 직접 밸브 장치의 상류에 또는 하류에 배치되도록 형성된다. 따라서, 냉매는 냉매 유로의 다른 컴포넌트의 관류 없이 밸브 장치와 냉매/냉각재 열 교환기 사이로 흐른다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 냉매 유로는 서로 분리되어 형성되며 동시에 냉매가 제공될 수 있는 2개의 유동 경로를 포함하고, 상기 유동 경로들은 각각 제 1 연결점과 제 2 연결점 사이로 연장된다. 유동 경로들은 바람직하게는 양방향으로 관류될 수 있다.
본 발명의 개선예에 따라, 제 1 유동 경로는 관류 횡단면을 변화시키는 2개의 부재 및 제 1 냉매/공기 열 교환기를 포함한다. 이 경우, 관류 횡단면을 변화시키는 하나의 부재는 제 1 연결점과 냉매/공기 열 교환기 사이에, 그리고 관류 횡단면을 변화시키는 하나의 부재는 제 2 연결점과 냉매/공기 열 교환기 사이에 배치된다. 냉매/공기 열 교환기 및 관류 횡단면을 변화시키는 부재들은 냉매 측에서 바람직하게는 양방향으로 관류될 수 있다.
제 2 유동 경로는 바람직하게는 관류 횡단면을 변화시키는 하나의 부재 및 냉매와 냉각재 사이의 열 교환을 위한 제 2 냉매/냉각재 열 교환기를 포함한다. 이 경우, 관류 횡단면을 변화시키는 부재는 냉매/냉각재 열 교환기와 제 1 연결점 사이에 배치된다. 냉매/냉각재 열 교환기 및 관류 횡단면을 변화시키는 부재는 냉매 측에서 바람직하게는 양방향으로 관류될 수 있다.
관류 횡단면을 변화시키는 적어도 하나의 부재는 바람직하게는 장치의 작동 모드 및 그에 따라 관련 열 교환기의 작동에 따라 차단 부재로서, 특히 차단 밸브로서, 또는 팽창 부재, 특히 팽창 밸브로서, 또는 완전히 개방된 통로를 가지고, 특히 통과 밸브로서, 작동 가능하게 형성된다.
본 발명의 개선예에 따라 냉매 유로는 고압에서의 냉매와 저압에서의 냉매 사이의 열 교환을 위한 내부 열 교환기를 포함한다. 이 경우, 내부 열 교환기는 한편으로는 제 1 냉매/냉각재 열 교환기와 제 1 연결점 사이에 그리고 다른 한편으로는 압축기 상류에 배치된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 냉각재 회로의 열 교환기들은 각각 2개의 연결점들 사이에 연장되는 유동 경로 내에 배치된다. 냉각재 회로의 각각의 열 교환기는 고유의 유동 경로에 할당된다. 하나의 열 교환기를 포함하는 각각의 유동 경로는, 바람직하게는 3 방향 밸브로서 형성되어 냉각재 회로의 유동 경로를 개폐하는 연결점을 포함한다.
냉각재 회로는 바람직하게 하나의 전기 컴포넌트를 냉각 및 가열하기 위한 열 교환기와 더불어, 다른 전기 컴포넌트를 온도 조절, 특히 냉각하기 위한 열 교환기를 포함한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기를 구비한 유동 경로와 전기 컴포넌트를 온도 조절하기 위한 열 교환기를 구비한 유동 경로 사이에 연장되는 바이패스를 구비한 냉각재 회로가 형성된다. 냉각재 회로는 바람직하게는 냉각재/공기 열 교환기를 구비한 유동 경로에 대해 병렬로 배치된 바이패스를 포함한다.
상기 과제는 또한 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드에서 자동차 내 열 분배 장치의 본 발명에 따른 작동 방법에 의해 해결된다. 전기 컴포넌트를 온도 조절하기 위한 열 교환기 내에서, 전기 컴포넌트의 열은 냉각재 회로의 냉매로 전달된다.
본 발명의 개선예에 따라, 냉각 장치 모드에서 또는 재가열 모드에서 냉매 유로의 작동과 결합하여 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드에서 장치의 작동 시에, 제 2 냉매/냉각재 열 교환기에서 냉각재의 열은 냉매 유로의 냉매로 전달된다. 이 경우, 제 2 냉매/냉각재 열교환기는 증발기로서 작동된다. 전기 컴포넌트, 특히 배터리는 이 경우 바람직하게 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 열원으로서 사용된다.
본 발명의 제 1 대안적 실시예에 따라, 냉각 장치 모드에서 냉매 유로의 작동과 결합하여 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드에서 장치의 작동 시에 제 1 냉매/냉각재 열 교환기에서 냉매의 열이 냉각재로, 그리고 냉각재/공기 열 교환기에서 냉각재의 열이 주변 공기로 전달된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기는 응축기/가스 냉각기로서 작동된다. 필요에 따라 제 1 냉매/공기 열 교환기에서 공급 공기의 열이 냉매로 전달되고, 이 경우 냉매/공기 열 교환기는 증발기로서 작동되며, 공급 공기는 냉각 및/또는 제습된다. 주변 공기는 바람직하게는 히트 싱크로서 사용된다.
본 발명의 제 2 대안적 실시예에 따라, 재가열 모드에서 냉매 유로의 작동과 결합하여 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드에서 장치의 작동 시에, 필요에 따라 제 1 냉매/냉각재 열 교환기에서 냉매의 열이 냉각재로, 그리고 냉각재/공기 열 교환기에서 냉각재의 열이 주변 공기로 전달된다. 필요에 따라 제 1 냉매/공기 열 교환기에서 공급 공기의 열이 냉매로 전달되고, 이 경우 냉매/공기 열 교환기는 증발기로서 작동되며, 공급 공기는 냉각 및/또는 제습된다. 필요에 따라, 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제 2 냉매/공기 열 교환기에서 냉각재의 열이 공급 공기로 전달되고, 이 경우 제 1 냉매/냉각재 열 교환기 및 냉매/공기 열 교환기는 각각 응축기/가스 냉각기로서 작동된다. 주변 공기는 바람직하게는 히트 싱크로서 사용된다.
본 발명의 개선예에 따라, 열 펌프 모드에서 또는 재가열 모드에서 냉매 유로의 작동과 결합하여 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드에서 장치의 작동 시에, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기에서 냉각재의 열이 냉매 유로의 냉매로 전달되고, 이 경우 제 1 냉매/냉각재 열 교환기는 증발기로서 작동된다. 온도 조절될 모든 전기 컴포넌트들은 바람직하게는 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 열원으로서 사용된다.
상기 과제는 또한 열 펌프 모드에서 또는 재가열 모드에서 냉매 유로의 작동과 결합하여 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 열 교환기 내에서 전기 컴포넌트의 액티브 가열이 이루어지는 모드에서 자동차 내 열 분배 장치의 본 발명에 따른 작동 방법에 의해 해결된다. 이 경우, 냉각재/공기 열 교환기에서 주변 공기의 열은 냉각재 회로의 냉각재로 및/또는 전기 컴포넌트용 열 교환기에서 전기 컴포넌트의 열이 냉각재 회로의 냉각재로 그리고 제 1 냉매/냉각재 열 교환기에서 냉각재의 열이 냉매로 전달된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기는 증발기로서 작동된다. 전기 컴포넌트용 열 교환기에서 냉각재의 열은 전기 컴포넌트로 전달된다. 주변 공기는 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 또는 전기 컴포넌트, 특히 배터리를 예비 컨디셔닝하기 위한 열원으로서 사용된다.
본 발명의 개선예에 따라, 각각 열 펌프 모드에서 냉매 유로의 작동과 결합하여 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드에서 또는 전기 컴포넌트의 액티브 가열이 이루어지는 모드에서 장치의 작동 시에, 필요에 따라 제 1 냉매/공기 열 교환기에서 및/또는 제 2 냉매/공기 열 교환기에서 냉매의 열이 공급 공기로 전달된다. 이 경우 냉매/공기 열 교환기는 응축기/가스 냉각기로서 작동되고 공급 공기는 가열된다.
본 발명의 개선예에 따라 각각 재가열 모드에서 냉매 유로의 작동과 결합하여 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드에서 또는 전기 컴포넌트의 액티브 가열이 이루어지는 모드에서 장치의 작동 시에, 필요에 따라 제 1 냉매/공기 열 교환기에서 공급 공기의 열이 냉매로 전달된다. 이 경우 냉매/공기 열 교환기는 증발기로서 작동되며, 공급 공기는 냉각 및/또는 제습된다. 또한, 필요에 따라 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제 2 냉매/공기 열 교환기에서 냉각재의 열은 공급 공기로 전달된다. 이 경우 냉매/공기 열 교환기는 응축기/가스 냉각기로서 작동된다.
특히 열 펌프 모드에서 냉매 유로의 작동 시에, 전기 컴포넌트, 특히 배터리, 및/또는 승객실의 공급 공기가 가열되고, 이 경우 주변 공기 및/또는 다른 전기 컴포넌트는 열원으로서 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 내부 열 교환기는 냉매 유로의 작동 시에 항상 양측에서 냉매에 의해 관류된다. 이 경우, 냉각 장치 모드에서 작동 시에 그리고 특정 재가열 모드에서 작동 시에, 열이 전달되는 한편, 열 펌프 모드에서 작동 시에 그리고 특정 재가열 모드에서 작동 시에 열은 전달되지 않는다.
상기 과제는 또한 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 모드에서 자동차 내 열 분배 장치의 본 발명에 따른 작동 방법에 의해 해결된다. 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매/공기 열 교환기에서 고압 레벨의 냉매의 열이 승객실의 공급 공기로 전달된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기는 냉각재 측에서 관류되지 않으므로, 냉매의 열이 냉각재로 전달되지 않는다. 냉매는, 팽창 밸브로서 작동되며 관류 횡단면을 변화시키는 부재 내에서 저압 레벨로 팽창된다. 내부 열 교환기 내에서, 회로 내부의 열이 고압 레벨의 냉매로부터 저압 레벨의 냉매로 전달된다.
요약하면, 자동차 내 본 발명에 따른 열 분배 장치는 다양한 장점을 갖는다:
- 공지된 플랫폼을 구비한 표준화된 에어컨 내에 간단한 통합,
- 많은 수의 작동 모드를 제공하면서 낮은 시스템 복잡성 및 그에 따라 선행 기술에 따른 종래의 열 펌프 시스템과 유사한 시스템 복잡성이지만 훨씬 더 많은 기능,
- 최소 개수의 팽창 밸브 및 밸브 장치, 특히 제어 밸브일 때 다양한 작동 모드에서 작동을 위한 냉매 유로,
- 적은 개수의 컴포넌트에 의해 냉매 유로의 낮은 복잡성,
- 제조 및 유지 관리 시에 낮은 비용,
- 냉각 장치 모드에서 그리고 재가열 모드에서 작동 시에, 냉매 유로의 내부 열 교환기에서 열이 전달되는 한편, 열 펌프 모드에서 작동 시에 내부 열 교환기에서 열이 전달되지 않는다 - 내부 열 교환기는 순환 경로의 형성 없이 냉각 장치 모드에서 그리고 재가열 모드에서 작동 시에 자동으로 액티브하게 되고, 열 펌프 모드에서 작동 시에 자동으로 인액티브하게 되며, 항상 양측에서 냉매에 의해 관류된다,
- 작동 모드들 간의 전환 시에도 항상 많은 수의 냉매 라인이 관류되므로, 압축기의 윤활, 냉각 및 밀봉을 위해 사용되는 오일의 침적 위험이 최소화되고, 냉매 유로를 통한 오일의 연속 순환이 보장되며, 이는 또한 냉매 유로 내의 오일 양을 줄인다,
- 내연기관 없는 HEV 또는 BEV 또는 연료 전지 작동식 자동차와 같이 적은 폐열 생성을 갖는 자동차의 작동 시에 장치의 최대 효율,
- 승객실의 공급 공기의 효율적인 냉각, 가열 및 제습,
- 상대적으로 더 낮거나 또는 더 높은 온도를 갖는 기후 조건에서 온도 작동 한계를 보장하고 준수하기 위해 한편으로는 열 펌프 기능의 이용에 의해 및 그에 따라 범위의 큰 증가에 의해 그리고 다른 한편으로는 배터리의 냉각에 의해, 배터리, 특히 고전압 배터리의 예비 컨디셔닝,
- 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 배터리의 폐열의 이용,
- 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 또는 배터리의 예비 컨디셔닝을 위해 열원으로서 주변 공기의 이용, 또는
- 열 펌프 모드에서 작동 시에 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 또는 배터리의 예비 컨디셔닝을 위해 자동차의 폐열 및 주변 공기의 이용.
본 발명의 다른 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 관련 도면을 참고로 하는 하기의 실시예 설명에 제시된다. 각각 냉매 유로를 구비한 차량 내 열 분배 장치가 도시된다.
도 1a 내지 도 1i는 상이한 작동 모드에서 2개의 분리된 냉각재 회로로서, 제 2 냉각재 회로는 냉매 유로와 연결되지 않은 냉각재 회로의 회로도.
도 1a는 냉각 장치 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1b는 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1c는 패시브 배터리 냉각이 이루어지는 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1d는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 냉각 장치 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1e는 고온 가스 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1f는 각각 열원으로서 주변 공기를 갖는 열 펌프 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1g는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지며 열원으로서 배터리를 구비한 열 펌프 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1h는 액티브 배터리 가열이 이루어지며 열원으로서 주변 공기를 갖는 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1i는 각각 액티브 배터리 가열이 이루어지며 열원으로서 주변 공기를 갖는 열 펌프 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2a 내지 도 2i는 상이한 작동 모드에서 냉각재 회로를 나타낸 회로도.
도 2a는 냉각 장치 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2b는 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2c는 패시브 배터리 냉각이 이루어지는 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2d는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 냉각 장치 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2e는 고온 가스 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2f는 각각 열원으로서 주변 공기 및/또는 전기 컴포넌트를 갖는 열 펌프 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2g는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지며 열원으로서 전기 컴포넌트 및 배터리를 갖는 열 펌프 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2h는 액티브 배터리 가열이 이루어지며 열원으로서 주변 공기 및/또는 전기 컴포넌트를 갖는 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 2i는 액티브 배터리 가열이 이루어지며 열원으로서 주변 공기 및/또는 전기 컴포넌트를 갖는 열 펌프 모드 및 재가열 모드에서 작동을 나타낸 회로도.
도 1a 내지 도 1i에는 각각 상이한 작동 모드에서 하나의 냉매 유로(3) 및 2개의 서로 분리되어 형성된 냉각재 회로(18a, 26)를 구비한 자동차 내 열 분배 장치(1a)가 도시되어 있다. 제 1 냉각재 회로(18a)는 2개의 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9)를 통해 냉매 유로(3)에 연결된다. 회로 내부에서 냉매 및 냉각재의 유동 방향은 화살표로 표시되어 있다.
냉매 유로(3)는 냉매를 압축하기 위한 압축기(4), 승객실의 공급 공기와 냉매 간의 열 교환을 위한 제 1 냉매/공기 열 교환기(5), 높은 온도에서 압축된 기체 냉매를 냉각 및 유동화하기 위한 그리고 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제 2 냉매/공기 열 교환기(6), 상이한 작동 모드 간에 냉매 유로(3)를 전환하기 위한 밸브 장치(7), 및 냉매와 냉각재 간의 열 교환을 위한 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 포함한다. 냉매/공기 열 교환기들(5, 6)은 에어컨(2) 내부에 배치된다. 승객실의 공급 공기는 에어컨(2)을 통해, 거기서 열 교환기(5, 6)의 열 교환 면을 통해 안내되고, 필요에 따라 컨디셔닝된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)는 냉매 측에서 양방향으로 관류될 수 있다. 밸브 장치(7)는 예컨대 4 방향 밸브로서 형성되거나 또는 4개의 일방향 밸브들의 조합으로 형성된다.
냉매 유로(3)는 서로 분리되어 또는 서로 동시에 냉매에 의해 작동될 수 있으며 양방향으로 관류 가능한 2개의 유동 경로를 포함한다. 유동 경로들은 각각 제 1 연결점(15)과 제 2 연결점(16) 사이에 연장된다. 제 1 유동 경로는 관류 횡단면을 변화시키는 2개의 부재(10, 11), 및 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)를 포함하고, 상기 부재들(10, 11) 중 각각 하나는 냉매의 유동 방향으로 열 교환기(5)의 상류 및 하류에 배치된다. 따라서, 부재들(10, 11)은 각각 하나의 연결점(15, 16)과 열 교환기(5) 사이에 배치되고 열 교환기(5)와 똑같이 양방향으로 관류될 수 있다. 제 2 유동 경로는 냉매와 냉각재 사이의 열 교환을 위한 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 포함한다. 열 교환기(9)에는 관류 횡단면을 변화시키는 부재(12)가 할당되고, 상기 부재(12)는 열 교환기(9)와 제 1 연결점(15) 사이에 배치되며 열 교환기(9)와 똑같이 양방향으로 관류될 수 있다. 냉매 유로(3)의 병렬 배치된 2개의 유동 경로 내에 형성된 관류 횡단면을 변화시키는 부재들(10, 11, 12)은 바람직하게는 밸브들(10, 11, 12)로서 형성되고, 장치(1a)의 작동 모드에 따라 각각 팽창 밸브, 통과 밸브 또는 차단 밸브로서 작동될 수 있다.
냉매 유로(3)는 또한 내부 열 교환기(13)를 포함한다. 내부 열 교환기(13)는 여기서 고압에서 냉매와 저압에서 냉매 사이의 열 교환을 위해 사용되는 회로 내부의 열 교환기이다. 예컨대 한편으로는 유동성 냉매가 유동화 후에 더 냉각되거나 과냉각되고, 다른 한편으로는 흡입 가스로서 존재하는 냉매가 압축기(4)의 유입부 전에 과열된다. 따라서, 내부 열교환기(13)는 흡입 가스 측에서 냉매의 유동 방향으로 압축기(4)의 유입부 전에 배치된다. 유동성 냉매를 분리하고 냉매를 저장하기 위한 냉매 어큐뮬레이터(14)가 내부 열 교환기(13) 상류에 배치된다. 냉매 어큐뮬레이터(14)는 수격으로부터 압축기(4)를 보호하기 위해 사용된다. 또한, 내부 열 교환기(13)는 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 제 1 연결점(15) 사이에 배치되며 양방향으로 관류될 수 있다. 냉매 유로(3)의 컴포넌트들은 냉매 라인들을 통해 서로 연결된다.
냉매 유로(3)의 열 교환기들(8, 9)은 각각 제 1 냉각재 회로(18a)의 컴포넌트로서 형성됨으로써, 한편으로는 냉매에 의해 그리고 다른 한편으로는 제 1 냉각재, 예컨대 물/글리콜 혼합물에 의해 관류된다. 제 1 냉각재 회로(18a)는 열 교환기들(8, 9)과 더불어, 제 1 냉각재와 주변 공기 사이의 열 교환을 위한 냉각재/공기 열 교환기(25), 및 자동차의 구동 트레인의 전기 컴포넌트, 특히 배터리의 컨디셔닝을 위한 열 교환기(17)를 포함한다. 열 교환기(17)는 배터리 열교환기(17)라고도 한다.
각각의 열 교환기(8, 9, 17, 25)는 각각 2개의 연결점들(21, 22, 23, 24) 사이에 연장되는 고유의 유동 경로 내에 배치된다. 이 경우, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8) 및 냉각재/공기 열 교환기(25)는 각각 제 1 연결점(21)과 제 2 연결점(22) 사이에 연장되는 유동 경로 내에 배치된다. 냉각재/공기 열 교환기(25)를 구비한 유동 경로 및 그에 따라 냉각재/공기 열 교환기(25)가 양방향으로 관류될 수 있는 한편, 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 구비한 유동 경로는 한 방향으로만 냉각재에 의해 작동될 수 있다. 상기 유동 경로 내부에 제 1 송출 장치(19)가 배치되고, 상기 송출 장치(19)는 냉각재의 유동 방향으로 볼 때 열 교환기(8)의 상류에 배치된다. 따라서, 냉각재는 제 1 연결점(21)으로부터 송출 장치(19)를 통해 열 교환기(8)로 흐른 다음, 제 2 연결점(22)으로 흐른다. 제 1 연결점(21)은 3 방향 밸브로서 형성되는 한편, 제 2 연결점(22)은 T-부재로서 형성된다.
제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9) 및 배터리 열 교환기(17)는 각각 제 3 연결점(23)과 제 4 연결점(24) 사이에 연장되는 유동 경로들 내에도 배치된다. 유동 경로들은 한 방향으로만 냉각재에 의해 작동될 수 있다. 배터리 열 교환기(17)를 구비한 유동 경로 내부에 제 2 송출 장치(20)가 배치되고, 상기 제 2 송출 장치(20)는 냉각재의 유동 방향으로 볼 때 배터리 열 교환기(17)의 하류에 배치된다. 따라서, 냉각재는 제 3 연결점(23)으로부터 배터리 열 교환기(17)를 통해 송출 장치(20)로 흐른 다음, 제 4 연결점(24)으로 흐른다. 제 3 연결점(23)은 3 방향 밸브로서 형성되는 한편, 제 4 연결점(24)은 T-부재로서 형성된다.
냉각재를 순환시키기 위한 송출 장치들(19, 20)은 특히 펌프로서 형성된다.
제 1 냉각재 회로(18a)의 컴포넌트들은 냉각재 라인들을 통해 서로 연결되고, 또한 제 1 연결점(21)은 제 4 연결점(24)에 그리고 제 2 연결점(22)은 제 3 연결점(23)에 각각 냉각재 라인을 통해 유압 연결된다.
제 2 냉각재 회로(26)는 자동차의 구동 트레인의 전기 컴포넌트를 온도 조절하기 위한, 특히 냉각하기 위한 열 교환기(27a), 및 제 2 냉각재와 주변 공기 간의 열 교환을 위한 냉각재/공기 열 교환기(29)를 포함한다. 제 2 냉각재, 예컨대 물/글리콜 혼합물은 송출 장치(28), 특히 펌프에 의해 열 교환기들(27a, 29) 사이로 순환된다. 제 2 냉각재 회로(26)는 제 1 냉각재 회로(18a)와 무관하게 작동될 수 있으므로, 냉각재/공기 열 교환기(29) 내에서는 냉매 유로(3)의 작동과 무관하게 전기 컴포넌트의 열이 방출되어 주변 공기로 전달될 수 있다.
도 1a는 냉각 장치 모드(M1)에서 그리고 재가열 모드(M2)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동을 도시한다. 압축기(4)로부터 나온, 기체의 과열된 냉매는 냉매/공기 열 교환기(6)를 통해 안내되고, 상기 냉매/공기 열 교환기(6)는 냉각 장치 모드(M1)에서 작동 시에 공기 측에서 유입되지 않기 때문에, 냉매의 열이 방출되지 않는다. 이와 반대로, 냉매/공기 열 교환기(6)는 재가열 모드(M2)에서 작동 시에 승객실의 공급 공기를 공급받고 응축기/가스 냉각기로서 작동되며, 이 경우 응축기/가스 냉각기에서 냉매 유로(3)의 폐열의 일부가 냉매의 열 QK,M2로서 승객실의 공급 공기로 전달된다. 그리고 나서, 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 그리고 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 통해 안내되고, 상기 열 교환기(8) 내에서 냉매의 열 QK,M1,M2은 냉각재 회로(18a) 내에서 순환하는 냉각재로 전달된다. 따라서, 특히 냉각 장치 모드(M1)에서 작동 시에 작동 효율이 높아지고, 특히 자동차의 정지 시 및 매우 느린 주행 시 작동 효율이 높아진다. 내부 열 교환기(13)의 후속하는 관류 시에, 장치(1a)의 작동 효율을 더 높이고 냉각 출력 Q0,M1,M2을 증가시키기 위해, 회로 내부 열 Qi,M1,M2은 고압 레벨의 냉매로부터 저압 레벨의 냉매로 전달된다. 제 1 연결점(15)에서 냉매는 개방된 밸브(10)로 안내된다. 밸브(12)는 폐쇄되어 있다. 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(10)에서, 냉매는 저압 레벨로 그리고 그에 따라 2상 구역 내로 팽창된다. 증발기로서 작동되는 냉매/공기 열 교환기(5)의 후속하는 관류 시에, 냉매는 증발된다. 증발된 그리고 이제 기체로 존재하는 냉매는 개방된 그리고 그에 따라 통과로 조절된 밸브(11) 및 밸브 장치(7)를 통해 냉매 어큐뮬레이터(14)로 안내된다. 압축기(4)는 기체 냉매를 냉매 어큐뮬레이터(14)로부터 내부 열 교환기(13)를 통해 흡입하고, 상기 내부 열 교환기(13) 내에서 냉매가 과열된다. 냉매 유로(3)는 폐쇄되어 있다.
냉매/공기 열 교환기들(5, 6)은 에어컨 내에서 공기 측에서 승객실의 공급 공기의 유동 방향으로 차례로 배치된다. 제 1 냉매/공기 열 교환기(5) 내에서 냉매의 증발 시에, 승객실의 공급 공기가 냉각되고 및/또는 제습된다. 냉각 장치 모드(M1)에서 작동 시, 공기는 후속해서 계속 컨디셔닝되지 않은 상태로 승객실에 공급된다. 재가열 모드(M2)에서 작동 시, 냉각된 및/또는 제습된 공급 공기는 승객실 내로 유입 전에 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)를 통해 안내되고, 그때 가열된다. 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서 승객실의 공급 공기의 냉각 및/또는 제습 시에 냉매로 전달된 열은 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 관류 시에 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 사용될 수 있다.
냉각재 회로(18a)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 냉각재/공기 열 교환기(25) 내에서, 냉매 유로(3)로부터 냉매/냉각재 열 교환기(8) 내에 흡수된 열 QK,M1,M2은 열 QM1,M2로서 주변 공기로 전달된다. 밸브(12)가 폐쇄되어 있기 때문에, 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에는 냉매가 공급되지 않고 냉각재와 냉매 사이로 열이 전달되지 않는다. 배터리 열 교환기(17)를 통해 흐르는 그리고 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉각재는 컨디셔닝되지 않으므로, 배터리도 컨디셔닝되지 않는다. 그러나 배터리의 국부적 과열을 막기 위해, 냉각재가 항상 배터리 열 교환기(17)를 통해 흐르는 것이 보장된다.
도 1b에는 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 모드(M3)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다.
압축기(4)로부터 나온, 기체의, 과열된 냉매는 냉매/공기 열 교환기(6)를 통해 안내되고, 상기 냉매/공기 열 교환기(6)는 공기 측에서 유입되지 않기 때문에, 냉매의 열이 방출되지 않는다. 그리고 나서, 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 그리고 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 통해 안내되고, 상기 열 교환기(8) 내에서 냉매의 열 QK,M3은 냉각재 회로(18a) 내에서 순환하는 냉각재로 전달된다. 따라서, 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 모드(M3)에서 작동의 효율이 높아지고, 특히 자동차의 정지 시 또는 매우 느린 주행 시 작동 효율이 높아진다. 냉매/공기 열 교환기(5)도 바람직하게는 공기 측에서 유입되지 않는다. 내부 열 교환기(13)의 관류 시에, 장치(1a)의 작동 효율을 더 높이고 냉각 출력 Q0,M3을 증가시키기 위해, 회로 내부의 열 Qi,M3은 고압 레벨의 냉매로부터 저압 레벨의 냉매로 전달된다. 제 1 연결점(15)에서 냉매는 개방된 밸브(12)로 안내된다. 밸브(10)는 폐쇄되어 있다. 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(12)에서, 냉매는 저압 레벨로 그리고 그에 따라 2상 구역 내로 팽창된다. 증발기로서 작동되는 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 후속하는 관류 시에, 냉매는 증발된다. 증발된 그리고 이제 기체로 존재하는 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 냉매 어큐뮬레이터(14)로 안내된다. 압축기(4)는 기체 냉매를 냉매 어큐뮬레이터(14)로부터 내부 열 교환기(13)를 통해 흡입하고, 상기 내부 열 교환기(13) 내에서 냉매가 과열된다. 냉매 유로(3)는 폐쇄되어 있다.
냉각재 회로(18a)는 도 1a에 도시된 작동 모드에서 작동 시와 같이, 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉매/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 냉각재/공기 열 교환기(25) 내에서, 냉매 유로(3)로부터 냉매/냉각재 열 교환기(8) 내에 흡수된 열 QK,M3은 열 QM3로서 주변 공기로 전달된다. 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에서 열 Q0,M3은 냉각재로부터 증발하는 냉매로 전달된다. 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 관류 시에 냉각되며 제 2 펌프(20)에 의해 송출되는 냉각재는 배터리 열 교환기(17)를 통해 안내되고, 이 경우 배터리의 열 QB,M3은 배터리로부터 냉각재로 방출된다. 배터리는 액티브하게 냉각된다. 즉, 배터리의 폐열이 냉각재로 전달되고 냉각재로부터 냉매로 전달된다.
도 1c에는 패시브 배터리 냉각이 이루어지는 모드(M4)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다. 냉매 유로(3)는 작동되지 않는다. 예컨대 승객에게 편안한 주변 조건일 때, 승객실의 공급 공기가 컨디셔닝될 필요가 없으면, 장치(1a)는 패시브 배터리 냉각이 이루어지는 모드(M4)에서 작동된다.
냉각재 회로(18a)는, 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉각재가 배터리 열 교환기(17)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동되고, 이 경우 냉각재/공기 열 교환기(25) 내에서 배터리에 의해 흡수된 열 QB,M4은 열 QM4로서 주변 공기로 전달된다. 배터리는 패시브하게 냉각된다. 즉, 배터리의 폐열이 냉각재로 전달되며 냉각재로부터 주변 공기로 전달된다. 냉각재 회로(18a)의 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 각각 3 방향 밸브로서 형성된 제 1 연결점(21) 및 제 3 연결점(23)은, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8) 및 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 구비한 유동 경로에 냉각재가 제공되지 않도록 접속된다.
도 1d에는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 냉각 장치 모드(M5) 및 재가열 모드(M6)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다. 도 1a에 따른 냉각 장치 모드(M1) 또는 재가열 모드(M2)에서 장치(1a)의 작동에 대한 차이점은 냉매 유로(3)의 작동 방식에만 있다. 이 경우 냉매/공기 열 교환기(6)는 냉각 장치 모드(M5)에서 작동시 공기 측에서 유입되지 않기 때문에, 냉매의 열이 방출되지 않는다. 이와 달리, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매/공기 열 교환기(6)에는 재가열 모드(M6)에서 작동시 승객실의 공급 공기가 제공되고, 냉매의 열 QK,M6은 공급 공기로 전달된다. 장치(1a)의 작동 효율을 높이고 냉각 출력 Q0,M5,M6을 증가시키기 위해, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 냉매의 열 QK,M5,M6은 냉각재 회로(18a) 내에서 순환하는 냉각재로 전달되고, 내부 열 교환기(13)에서 회로 내부의 열 Qi,M5,M6이 고압 레벨의 냉매로부터 저압 레벨의 냉매로 전달된다.
제 1 연결점(15)에서 냉매는 2개의 부분 질량 흐름으로 분할된다. 이 경우, 제 1 부분 질량 흐름은 개방된 밸브(10)로 안내되며 제 2 부분 질량 흐름은 개방된 밸브(12)로 안내된다. 각각 팽창 밸브로서 작동되는 밸브들(10, 12)에서 냉매는 저압 레벨로 그리고 그에 따라 2상 구역 내로 팽창된다. 증발기로서 작동되는 냉매/공기 열 교환기(5)의 후속하는 관류 시에, 제 1 부분 질량 흐름의 냉매가 열 Q0,M5,M6의 흡수 하에 증발된다. 마찬가지로 증발기로서 작동되는 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 관류 시에, 제 2 부분 질량 흐름의 냉매가 열 Q0,M5,M6의 흡수 하에 증발된다. 증발되어 이제 기체로 존재하는 냉매의 부분 질량 흐름들은 제 2 연결점(16)에서 다시 혼합되고, 밸브 장치(7)를 통해 냉매 어큐뮬레이터(14)로 안내된다. 압축기(4)는 기체 냉매를 냉매 어큐뮬레이터(14)로부터 내부 열 교환기(13)를 통해 흡입하고, 상기 내부 열 교환기 내에서 냉매는 과열된다. 냉매 유로(3)는 폐쇄되어있다.
냉각재 회로(18a)는 다시, 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉매가 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동되고, 이 경우 냉각재/공기 열 교환기(25) 내에서는, 냉매 유로(3)로부터 냉매/냉각재 열 교환기(8) 내에 흡수된 열 QK,M5,M6은 열 QM5,M6로서 주변 공기로 전달된다. 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9) 내에서 열 Q0,M5,M6은 냉각재로부터 증발 냉매로 전달된다. 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 관류시 냉각되며 제 2 펌프(20)에 의해 송출되는 냉각재는 배터리 열 교환기(17)를 통해 안내되고, 이 경우 배터리의 열 QB,M5,M6은 냉각재로 방출된다. 제 1 냉매/공기 열 교환기(5) 내에서 승객실의 공급 공기의 냉각 및/또는 제습 시에 냉매로 전달되는 열, 및 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9) 내에서 배터리로부터 냉매 유로(3) 내로 전달되는 열은 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 관류시 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 사용될 수 있다.
도 1e에는 삼각 프로세스라고도 하는 고온 가스 모드(M7)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다. 압축기(4)로부터 나온, 기체의, 과열된 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매/공기 열 교환기(6)를 통해 안내되고, 이 경우 냉매 유로(3)의 폐열의 일부는 냉매의 열 QK,M7로서 승객실의 공급 공기로 전달된다.
후속해서, 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 그리고 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 통해 안내되고, 상기 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)는 냉각재 측에서 관류되지 않으므로, 냉매의 열이 냉각재로 전달되지 않는다. 내부 열 교환기(13)의 후속하는 관류 시에, 회로 내부의 열 Qi,M7은 고압 레벨의 냉매로부터 저압 레벨의 냉매로 전달된다. 제 1 연결점(15)에서 냉매는 개방된 밸브(10)로 안내된다. 밸브(12)는 폐쇄되어 있다. 냉매는 심한 압력 변동 없이 통과로 조절된 밸브(10)를 통해 안내된다. 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매/공기 열 교환기(5)의 후속하는 관류 시에, 냉매는 열 QK,M7의 방출 하에 더 냉각되거나 응축된다. 후속해서, 냉매는 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(11)에 의해 저압 레벨로 팽창되고, 밸브 장치(7)를 통해 냉매 어큐뮬레이터(14)로 안내된다. 압축기(4)는 냉매 어큐뮬레이터(14)로부터 내부 열 교환기(13)를 통해 기체 냉매를 흡입한다. 내부 열 교환기(13) 내에서 저압 레벨로 존재하는 냉매는 열 Qi,M7의 흡수 하에 증발되고 경우에 따라 이전에 증발된다. 냉매의 증발에 의해, 유동성 냉매가 압축기(4) 내로 유입되지 않는 것이 보장된다.
냉매/공기 열 교환기들(5, 6)은 에어컨 내에서 공기 측에서 승객실의 공급 공기의 유동 방향으로 바람직하게는 차례로 배치된다. 냉매/공기 열 교환기(5, 6)의 관류 시에, 각각 냉매의 열 QK,M7이 승객실의 공급 공기로 전달된다. 이 경우 냉매는 각각 냉각되고, 승객실의 공급 공기는 가열된다.
냉각재 회로(18a)의 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 냉각재 회로(18a)는, 제 1 연결점(21) 및 제 3 연결점(23)이 냉각재/공기 열 교환기(25)로의, 제 1 펌프(19)로의 그리고 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)로의 유동 경로를 폐쇄하도록 작동된다. 냉매 유로(3)의 밸브(12)가 폐쇄되어 있기 때문에, 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에 냉매가 공급되지 않고, 냉각재와 냉매 사이에 열이 전달되지 않는다. 배터리 열 교환기(17)를 통해 흐르며 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉각재는 컨디셔닝되지 않기 때문에, 배터리도 컨디셔닝되지 않는다. 그러나 냉각재는 배터리의 국부적 과열을 피하기 위해 항상 배터리 열 교환기(17)를 통해 흐르는 것이 보장된다.
고온 가스 모드(M7)에서 장치(1a)의 작동은 승객실을 높은 가열 출력으로 매우 신속히 가열하기 위해 사용된다. 냉매 유로(3)의 형성에 의해, 압축기(4)는 간단한 구조적 방식으로 유동성 냉매의 흡입으로부터 보호되고 삼각 프로세스의 조절이 간단하다. 고온 가스 모드(M7)에서 작동에 의해, 주변 온도가 매우 낮을 때 열 펌프 모드에서, 특히 승객실의 가열 단계에서 장치(1a)의 작동을 지원하는 보조 전기 가열 소자들이 생략될 수 있다. 따라서, 고온 가스 모드(M7)에서의 작동은 장치(1a)의 비용을 낮춘다.
냉매 유로(3) 내의 내부 열 교환기(13)에 의해, 고온 가스 모드에서 장치(1a)의 작동은 선행 기술에 공지된 시스템에 비해 간단히 조절될 수 있다. 냉매 유로(3)는, 프로세스를 안정화하기 위해 내부 열 교환기(13)가 작동되도록 접속된다. 고온 가스 모드에서 모드에 의해, 특히 신속한 가열 시에 짧은 시간 동안 충분히 큰 가열 출력을 신속히 그리고 확실하게 제공하기 위한 보조 전기 가열 소자들은 필요 없다. 장치(1a)는 보조 전기 가열 소자와 동일한 효율을 갖는다.
도 1f에는 각각 열원으로서 주변 공기를 갖는 열 펌프 모드(M8)에서 및 재가열 모드(M9)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다. 압축기(4)로부터 나온, 기체의, 과열된 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)를 통해 안내되고, 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)에는 승객실의 공급 공기가 제공됨으로써, 열 펌프 모드(M8)에서 작동시 냉매 유로(3)의 폐열 QK,M8의 일부가 그리고 재가열 모드(M9)에서 냉매의 전체 폐열 QK,M9이 승객실의 공급 공기로 전달된다. 이 경우, 냉매는 전달된 열에 따라 과열 저감되고 경우에 따라 응축된다. 그리고 나서, 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 그리고 연결점(16)을 통해 밸브(11)로 안내된다. 밸브(12)가 폐쇄됨으로써, 냉매/냉각재 열 교환기(9)에는 냉매가 공급되지 않는다. 열 펌프 모드(M8)에서 작동 시에, 냉매는 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(11)의 관류시 고압 레벨로부터 중압 레벨로 팽창되고, 이는 장치(1a)의 작동 효율을 높일 수 있으며, 그리고 상기 냉매는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)로 안내된다. 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서, 냉매 유로(3)의 폐열 QK,M8의 다른 부분이 냉매로부터 승객실의 공급 공기로 전달된다. 이 경우, 냉매는 전달되는 열에 따라 응축되고 경우에 따라 과냉각된다. 그리고 나서, 냉매는 마찬가지로 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(10)에서 저압 레벨로 2상 구역 내로 팽창된다. 재가열 모드(M9)에서 작동 시에도, 냉매는 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(11)의 관류시 고압 레벨로부터 중압 레벨로 2상 구역 내로 팽창되고, 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)로 안내된다. 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(11)는 냉매의 적합한 중압 레벨을 그리고 그에 따라 승객실의 공급 공기를 제습하기 위한 적합한 증발 온도를 조절하기 위해 사용된다. 증발기로서 작동되는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서, 냉매는 열 Q0,M9의 흡수 하에 증발된다. 후속해서, 냉매는 마찬가지로 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(10)에서 저압 레벨로 팽창된다. 후속해서 열 펌프 모드(M8)에서 작동시 및 재가열 모드(M9)에서 작동시 2상 구역 내에서 저압 레벨로 존재하는 냉매는 내부 열 교환기(13)를 통해 흐른다. 이 경우, 냉매가 양측에서 동일한 압력 레벨 및 그에 따라 동일한 온도 레벨을 갖기 때문에 열이 전달되지 않는다. 내부 열 교환기(13)가 작동하지 않기 때문에, 압축기의 배출부에서 냉매의 너무 높은 고온 가스 온도가 방지된다. 내부 열 교환기(13)로부터 배출 후에, 냉매는 증발기로서 작동되는 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 통해 흐르며 증발되고, 상기 열 교환기(8)에서, 냉각재 회로(18a) 내에서 순환하는 냉각재의 열 Q0,M8,M9은 냉매로 전달된다. 증발되어 이제 기체로 존재하는 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 냉매 어큐뮬레이터(14)로 안내된다. 압축기(4)는 냉매 어큐뮬레이터(14)로부터 내부 열 교환기(13)를 통해 기체 냉매를 흡입하고, 상기 열 교환기(13) 내에서 열은 전달되지 않는다. 냉매 유로(3)는 폐쇄되어 있다.
냉매/공기 열 교환기들(5, 6)은 에어컨에서 공기 측에서 승객실의 공급 공기의 유동 방향으로 바람직하게는 차례로 배치된다. 열 펌프 모드(M8)에서 작동 시에, 승객실의 공급 공기는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)의 과류시 및 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 과류시 가열된다. 2개의 단계에서 승객실의 공급 공기의 가열은 열 펌프 모드(M8)에서 작동 시에 장치(1a)의 효율을 높인다. 재가열 모드(M9)에서 작동 시에, 승객실의 공급 공기는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)의 과류시 냉각 및/또는 제습되고, 제 2 냉매/공기 열 교환기(5)의 과류시 승객실 내로 유입 전에 가열된다. 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서 승객실의 공급 공기의 냉각 및/또는 제습 시에 냉매로 전달되는 열은 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 관류시 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 사용될 수 있다.
냉각재 회로(18a)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출되는 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열 QM8,M9은 열 Q0,M8,M9로서 냉매로 전달된다. 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에는 냉매가 제공되지 않는다. 냉각재와 냉매 사이에 열이 전달되지 않는다. 배터리 열 교환기(17)를 통해 흐르며 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉각재는 컨디셔닝되지 않으므로, 배터리도 컨디셔닝되지 않는다. 그러나 배터리의 국부적 과열을 방지하기 위해 냉각재가 항상 배터리 열 교환기(17)를 통해 흐르는 것이 보장된다.
도 1g에는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지며 열원으로서 배터리를 구비한 열 펌프 모드(M10) 및 재가열 모드(M11)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다. 도 1f에 따른 열 펌프 모드(M8)에서 그리고 재가열 모드(M9)에서 장치(1)의 작동과의 차이점은 열원으로서 주변 공기 대신에 배터리의 사용에 있고 그에 따라 액티브 배터리 냉각에 있다. 냉매 유로(3)의 작동은 도 1f에 따른 열 펌프 모드(M8) 또는 재가열 모드(M9)에서 장치(1a)의 작동에 각각 나타난다. 열 펌프 모드(M10)에서 작동 시에, 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)의 과류시 및 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 과류시 각각 냉매의 열 QK,M10은 승객실의 공급 공기로 전달된다. 재가열 모드(M11)에서 작동 시에, 승객실의 공급 공기는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)의 과류시 냉각 및/또는 제습되며, 이 경우 열 Q0,M11은 냉매로 전달되고, 그리고 나서 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 과류 시에 승객실 내로 유입 전에 가열되며, 이 경우 냉매의 열 QK,M11은 공급 공기로 전달된다.
냉각재 회로(18a)는 선택적으로 제 1 펌프(19)에 의해 또는 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉매가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 배터리 열 교환기(17) 사이에서 순환하도록 작동된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8) 내에서, 배터리로부터 배터리 열 교환기(17)에 흡수된 열 QB,M10,M11은 열 Q0,M10,M11로서 냉매로 전달된다. 배터리는 액티브하게 냉각되고, 배터리의 폐열은 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 사용된다. 각각 3 방향 밸브로서 형성된 제 1 연결점(21) 및 제 3 연결점(23)은 냉각재/공기 열 교환기(25) 및 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 구비한 유동 경로들에 냉각재가 제공되지 않도록 접속된다.
도 1h에는 액티브 배터리 가열(M12)이 이루어지고 열원으로서 주변 공기를 갖는 모드에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다. 압축기(4)로부터 나온, 기체의, 과열된 냉매가 냉매/공기 열 교환기(6)를 통해 안내되고, 상기 열 교환기(6)는 공기 측에서 유입되지 않기 때문에, 냉매로부터 열이 방출되지 않는다. 그리고 나서, 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 그리고 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 통해 안내되고, 상기 열 교환기(9) 내에서 냉매의 열 QK,M12은 냉각재 회로(18a)에서 순환하는 냉각재로 전달된다. 이 경우, 냉매는 전달되는 열에 따라 과열 저감되고, 적어도 부분적으로 응축되며 경우에 따라 과냉각된다. 밸브(11)는 폐쇄되어 있으므로, 냉매/공기 열 교환기(5)에는 냉매가 제공되지 않는다. 냉매/공기 열 교환기들(5, 6) 내에서 각각 열이 전달되지 않는다. 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(12)의 관류 시에, 냉매는 고압 레벨로부터 저압 레벨로 2상 구역 내로 팽창된다. 후속해서 냉매는 열의 전달 없이 내부 열 교환기(13)를 통해 안내된다. 내부 열 교환기(13)로부터 배출 후에, 냉매는 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재 열 교환기(8)를 통해 흐르고 증발되며, 상기 열 교환기(8) 내에서, 냉각재 회로(18a)에서 순환하는 냉각재의 열 Q0,M2은 냉매로 전달된다. 증발되어 이제 기체로 존재하는 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 냉매 어큐뮬레이터(14)로 안내된다. 압축기(4)는 냉매 어큐뮬레이터(14)로부터 내부 열 교환기(13)를 통해 기체 냉매를 흡입하고, 상기 열 교환기(13) 내에서 열은 전달되지 않는다. 냉매 유로(3)는 폐쇄되어 있다.
냉각재 회로(18a)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열 QM12은 열 Q0,M12로서 냉매로 전달된다. 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에서, 냉매의 열 QK,M12은 냉각재로 전달된다. 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 관류 시에 가열되며 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉매는 배터리 열 교환기(17)를 통해 안내되고, 이 경우 냉각재의 열 QB,M12은 배터리로 방출된다. 배터리는 액티브하게 가열된다. 즉, 냉매 유로(3)의 폐열은 배터리로 전달된다.
액티브 배터리 가열이 이루어지는 모드에서 열 펌프 기능을 이용한 장치(1a)의 작동은 전기 구동 트레인 내에 배터리, 특히 고전압 배터리를 구비한 자동차에 대한 큰 장점을 갖는다. 외부 공기 또는 주변 공기의 온도가 낮을 때, 추가 전기 가열기의 사용 없이 배터리의 작동 온도가 최소치로서 허용된 온도값으로 예열될 수 있다. 또한, 배터리는 열 펌프 기능을 위한 열 저장기로서 사용될 수 있다. 주변 공기의 온도가 낮은 경우, 배터리는 최대로 허용된 작동 온도로 예열될 수 있는 한편, 자동차는 전기 네트워크에 접속된다. 후속하는 주행 동안, 배터리 내에 저장된 열은 증발기로서 작동되는 열 교환기에 의해 배터리로부터 승객실의 공급 공기로 전달된다. 배터리 내에 저장된 열에 의해 승객실의 공급 공기를 가열함으로써, 선행 기술에 공지된 시스템에 비해 열 펌프 시스템의 매우 높은 가열 출력 및 매우 높은 출력값이 주어진다. 열 펌프 기능을 가진 본 장치(1a)에 의해 BEV 및 HEV의 전기 범위가 60%까지 증가될 수 있다.
도 1i에는 각각 액티브 배터리 가열이 이루어지고 열원으로서 주변 공기를 갖는 열 펌프 모드(M13)에서 그리고 재가열 모드(M14)에서 자동차 내 열 분배 장치(1a)의 작동이 도시되어 있다. 압축기(4)로부터 나온, 기체의, 과열된 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)를 통해 안내되고, 상기 열 교환기(6)에는 승객실의 공급 공기가 제공됨으로써, 열 펌프 모드(M13)에서 작동시 냉매 유로(3)의 폐열 QK,M13의 일부가 그리고 재가열 모드(M14)에서 냉매의 전체 폐열 QK,M14이 승색실의 공급 공기로 전달된다. 이 경우, 냉매는 전달되는 열에 따라 과열 저감되고 경우에 따라 응축된다. 그리고 나서, 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 제 2 연결점(16)으로 안내된다. 제 2 연결점(16)에서 냉매는 2개의 부분 질량 흐름으로 분할된다. 이 경우, 제 1 부분 질량 흐름은 밸브(11)로 그리고 제 2 부분 질량 흐름은 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)로 안내된다. 열 펌프 모드(M13)에서 작동 시에, 냉매의 제 1 부분 질량 흐름은 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(11)의 관류시 고압 레벨로부터 중압 레벨로 팽창되며, 이는 장치(1a)의 작동 효율을 높일 수 있고, 상기 제 1 부분 질량 흐름은 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)로 안내된다. 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서, 냉매 유로(3)의 폐열 QK,M13의 다른 부분이 냉매로부터 승객실의 공급 공기로 전달된다. 이 경우, 냉매는 전달되는 열에 따라 응축되고 경우에 따라 과냉각된다. 그리고 나서, 냉매는 마찬가지로 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(10)에서 저압 레벨로 2상 구역 내로 팽창된다. 재가열 모드(M14)에서 작동 시에도, 냉매의 제 1 부분 질량 흐름은 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(11)의 관류시 고압 레벨로부터 중압 레벨로 2상 구역 내로 팽창되고, 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)로 안내된다. 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(11)는 냉매의 적합한 중압 레벨을 그리고 그에 따라 승객실의 공급 공기를 제습하기 위한 적합한 증발 온도를 조절하기 위해 사용된다. 증발기로서 작동되는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서, 냉매는 열 Q0,M14의 흡수 하에 증발된다. 후속해서, 냉매는 마찬가지로 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(10)에서 저압 레벨로 팽창된다. 냉매의 제 2 부분 질량 흐름은 열 펌프 모드(M13)에서 작동시 그리고 재가열 모드(M14)에서 작동시 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 통해 안내되고, 상기 열 교환기(9) 내에서 냉매의 열 QK,M13,M14은 냉각재 회로(18a)에서 순환하는 냉각재로 전달된다. 이 경우 냉매는 전달되는 열에 따라 과열 저감되고, 적어도 부분적으로 응축되며 경우에 따라 과냉각된다. 팽창 밸브로서 작동되는 밸브(12)의 관류 시에, 냉매는 고압 레벨로부터 저압 레벨로 2상 구역 내로 팽창된다. 각각 저압 레벨로 팽창되어 이제 2상 구역 내에 존재하는 냉매의 2개의 부분 질량 흐름은 제 1 연결점(15)에서 다시 혼합된다. 후속해서 냉매는 내부 열 교환기(13)를 통해 안내된다. 내부 열 교환기(13)로부터 배출 후에 냉매는 증발기로서 작동되는 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 통해 흐르고 증발되며, 상기 열 교환기(8)에서, 냉각재 회로(18a)에서 순환하는 냉각재의 열 Q0,M13,M14은 냉매로 전달된다. 증발되어 이제 기체로 존재하는 냉매는 밸브 장치(7)를 통해 냉매 어큐뮬레이터(14)로 안내된다. 압축기(4)는 냉매 어큐뮬레이터(14)로부터 내부 열 교환기(13)를 통해 기체 냉매를 흡입하고, 상기 열 교환기(13) 내에서 열은 전달되지 않는다. 냉매 유로(3)는 폐쇄되어 있다.
냉매/공기 열 교환기들(5, 6)은 에어컨에서 공기 측에서 승객실의 공급 공기의 유동 방향으로 바람직하게는 차례로 배치된다. 열 펌프 모드(M13)에서 작동 시에, 승객실의 공급 공기는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)의 과류시 및 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 과류시 가열된다. 2개의 단계에서 승객실의 공급 공기의 가열은 열 펌프 모드(M13)에서 작동 동안 장치(1a)의 작동 효율을 높인다. 재가열 모드(M9)에서 작동 시에, 승객실의 공급 공기는 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)의 과류시 냉각 및/또는 제습되며, 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 과류시 승객실 내로 유입 전에 가열된다. 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서 승객실의 공급 공기의 냉각 및/또는 제습 시에 냉매로 전달된 열은 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)의 관류시 승객실의 공급 공기 또는 배터리를 가열하기 위해 사용될 수 있다.
냉각재 회로(18a)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열 QM13,M14은 열 Q0,M13,M14로서 냉매로 전달된다. 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9) 내에서, 냉매의 열 QK,M13,M14은 냉각재로 전달된다. 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 관류시 가열되며 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉각재는 배터리 열 교환기(17)를 통해 안내되고, 이 경우 냉각재의 열 QB,M13,M14은 배터리로 방출된다. 배터리는 액티브하게 가열된다. 즉, 냉매 유로(3)의 폐열은 배터리로 전달된다.
에어컨 시스템(1a)의 냉각재 회로(18a)는 냉각재를 송출하기 위한 펌프(19, 20) 및 3 방향 밸브의 최소 수를 포함한다.
도 2a 내지 도 2i에는 상이한 작동 모드에서 냉매 유로(3) 및 냉각재 회로(18b)를 구비한 자동차 내 열 분배 장치(1b)가 각각 도시되어 있다. 냉각재 회로(18b)는 2개의 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9)를 통해 냉매 유로(3)에 연결된다. 회로 내에서 냉매 및 냉각재의 유동 방향들은 화살표로 표시되어 있다. 장치(1b)의 냉매 유로(3)의 형성은 도 1a 내지 도 1i에 따른 장치(1a)의 냉매 유로(3)의 형성에 상응하므로, 전술한 설명들이 참조된다.
냉매 유로(3)의 열 교환기들(8, 9)은 각각 냉각재 회로(18a)의 컴포넌트로서 형성되고, 한편으로는 냉매에 의해 그리고 다른 한편으로는 냉각재, 예를 들면 물/글리콜 혼합물에 의해 관류된다. 냉각재 회로(18b)는 열 교환기들(8, 9)과 더불어, 냉각재와 주변 공기 사이의 열 교환을 위한 냉각재/공기 열교환기(25), 자동차의 구동 트레인의 전기 컴포넌트, 특히 배터리의 컨디셔닝을 위한 열 교환기(17), 및 자동차의 구동 트레인의 전기 컴포넌트의 온도 조절, 특히 냉각을 위한 열 교환기(27b)를 포함한다. 에어컨 시스템(1b)의 냉각재 회로(18b)는 에어컨 시스템(1a)의 냉각재 회로(18a)에 비해 추가의 펌프(30) 및 추가의 3 방향 밸브를 포함한다. 도 1a 내지 도 1i에 도시된 장치(1a)와는 달리, 열 교환기(27b)는 제 2 냉각재 회로 내에 통합되는 것이 아니라 단일 냉각재 회로(18b) 내에 통합된다. 제 2 냉각재와 주변 공기 사이의 열 전달을 위한 냉각재/공기 열 교환기(29)는 생략된다. 단 하나의 냉각재/공기 열 교환기(25)가 필요하다. 냉각재 회로(18b)는 도 1a 내지 도 1i에 도시된 장치(1a)의 냉각재 회로(18a)에 비해 2개의 추가 바이패스(33, 36)를 포함하고, 상기 바이패스들(33, 36)은 각각 2개의 추가 연결점(34, 35, 37, 38) 사이에 연장된다. 이 경우, 각각 바이패스들(33, 36)의 연결점(35, 38)은 3 방향 밸브로서 그리고 각각 바이패스들(33, 36)의 연결점(34, 37)은 T-부재로서 형성된다.
냉각재 회로(18a, 18b)의 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8) 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 구비한 유동 경로에 대해, 냉각재 회로(18b)의 경우 2개의 추가 유동 경로가 배치된다. 상기 추가 유동 경로들은 냉각재/공기 열 교환기(25) 및 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)의 유동 경로에 대해 그리고 서로 병렬로 접속된다. 이 경우, 냉각재 회로(18b)의 제 5 연결점(31)과 제 6 연결점(32) 사이에 연장되는 유동 경로들 중 하나는 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 열 교환기(27b)를 포함한다. 상기 유동 경로의 내부에는 제 3 송출 장치(30) 및 제 7 연결점(34)이 배치되며, 상기 제 3 송출 장치(30)는 냉각재의 유동 방향으로 볼 때 열 교환기(27b)의 상류에 배치된다. 냉각재를 순환시키는 제 3 송출 장치(30)는 특히 펌프로서 형성된다. 제 7 연결점(34)은 냉각재의 유동 방향으로 볼 때 열 교환기(27b)의 하류에 배치된다. 따라서, 냉각재는 제 5 연결점(31)으로부터 펌프(30) 및 열 교환기(27b)를 통해 제 7 연결점(34)으로 흐른다. 제 7 연결점(34)으로부터 바이패스(33)가 제 8 연결점(35)으로 연장되고, 상기 제 8 연결점(35)은 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 구비한 유동 경로의 내부에 형성된다. 제 8 연결점(35)은 송출 장치(19)와 냉매/냉각재 열 교환기(8) 사이에 배치된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8), 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 구비한 유동 경로에 대해, 제 9 연결점(37)으로부터 제 10 연결점(38)으로 연장하는 바이패스(36)가 형성된다. 제 7 연결점(34)과 제 10 연결점(38)은 각각 3 방향 밸브로서 형성되는 한편, 제 8 연결점(35)과 제 9 연결점(37)은 각각 T-부재로서 형성된다.
각각의 열 교환기(8, 9, 17, 25, 27b)는 이 경우 각각 2개의 연결점들(22, 23, 24, 31, 34, 35, 37, 38) 사이에 연장되는 고유의 유동 경로 내에 배치된다. 냉각재/공기 열 교환기(25)를 구비한 유동 경로 및 그에 따라 냉각재/공기 열 교환기(25)가 양방향으로 관류될 수 있는 한편, 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9) 그리고 배터리 열 교환기로서 열 교환기(17, 27b) 및 전기 컴포넌트용 열 교환기를 구비한 유동 경로 및 그에 따라 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9)와 열 교환기(17, 27b)는 한 방향으로만 냉각재에 의해 작동될 수 있다.
냉각재 라인들을 통해 서로 연결된 냉각재 회로(18b)의 컴포넌트들은 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 또는 배터리를 예비 컨디셔닝하기 위해 자동차의 전기 컴포넌트들, 예컨대 트랜스포머, 인버터, 모터 또는 자동차 내에 통합된 충전 장치의 폐열을 사용하는 것을 허용한다.
이하에서 장치(1b)의 개별 모드를 설명하기 전에, 기능들이 도 1a 내지 도 1i에 도시된 장치(1a)의 기능들에 실질적으로 상응한다는 것을 지적한다. 또한, 냉매 유로(3)가 동일하게 형성되기 때문에, 이하에서는 특히 장치(1a)의 작동 모드와의 차이점이 설명된다.
도 2a에는 냉각 장치 모드(M1) 및 재가열 모드(M2)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다. 전기 컴포넌트들은 열 교환기(27b)에 의해 냉각되고, 상기 열 교환기(27b)는 냉매 유로(3)의 열 방출을 위한 열 교환기(8, 25)와 동일한 냉각재 회로(18b) 내에 형성된다. 냉각재 회로(18b)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 냉각재/공기 열 교환기(25) 내에서, 냉매 유로(3)로부터 냉매/냉각재 열 교환기(8)에 흡수된 열 QK,M1,M2은 적어도 열 QM1,M2의 일부로서 주변 공기로 전달된다. 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(34, 38)은 바이패스들(33, 36)이 폐쇄되도록 접속된다. 전기 컴포넌트의 열 QeK,M1,M2을 흡수하기 위한 열 교환기(27b)는 필요에 따라 전체 시스템과 무관하게 작동될 수 있고, 냉각재, 특히 냉각재의 부분 질량 흐름을 공급받을 수 있다. 펌프(30)의 작동시, 냉각재의 적어도 하나의 부분 질량 흐름이 연결점(31)으로부터 열 교환기(27b)를 통해 연결점(32)으로 흐른다. 냉각재는 필요에 따라 연결점(31)에서 2개의 부분 질량 흐름으로 분할되고, 상기 분할은 0 내지 100% 이다. 연결점(32)에서 부분 질량 흐름들은 다시 혼합되어 냉각재/공기 열 교환기(25)로 안내된다.
도 2b에는 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 모드(M3)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다. 냉각재 회로(18b)는 도 2a에 도시된 작동 모드로 작동 시와 같이 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동되고, 이 경우 냉매 유로(3)로부터 냉매/냉각재 열 교환기(8)에 흡수된 열 QK,M3은 적어도 냉각재/공기 열 교환기(25) 내의 열 QM3의 일부로서 주변 공기로 전달된다. 펌프(30)의 작동 시에, 냉각재의 적어도 하나의 부분 질량 흐름이 연결점(31)으로부터 열 교환기(27b)를 통해 연결점(32)으로 흐른다. 냉각재는 필요에 따라 연결점(31)에서 2개의 부분 질량 흐름으로 분할되며, 상기 분할은 0 내지 100% 이다. 연결점(32)에서 부분 질량 흐름들은 다시 혼합되어 냉각재/공기 열 교환기(25)로 안내된다. 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(34, 38)은 바이패스들(33, 36)이 폐쇄되도록 접속된다.
제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에서 냉각재의 열 Q0,M3은 증발하는 냉매로 전달된다. 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 관류시 냉각되며 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉각재는 배터리 열 교환기(17)를 통해 안내되고, 이 경우 배터리의 열 QB,M3은 냉각재로 방출된다. 배터리는 액티브하게 냉각된다. 즉, 배터리의 폐열은 냉각재로 전달되며 냉각재로부터 냉매로 전달된다.
도 2c에는 패시브 배터리 냉각이 이루어지는 모드(M4)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다. 냉매 유로(3)는 작동되지 않는다. 냉각재 회로(18b)는 제 2 펌프(20)에 의해 송출된 냉각재가 배터리 열 교환기(17)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 배터리로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열 QB,M4은 열 QM4로서 주변 공기로 전달된다. 배터리는 패시브하게 냉각된다. 즉, 배터리의 폐열은 냉각재로 전달되며 냉각재로부터 주변 공기로 전달된다. 냉각재 회로(18b)의 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 각각 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 23, 34, 35)은 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8) 및 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 구비한 유동 경로 그리고 바이패스들(33, 36)이 냉각재에 의해 관류될 수 없도록 접속된다. 전기 컴포넌트들의 열 QeK,M4을 흡수하기 위한 열 교환기(27b)에는 필요에 따라 냉각재의 부분 질량 흐름이 제공된다. 제 3 펌프(30)의 작동 시에, 배터리의 폐열로 가열된 냉각재는 연결점(31)에서 2개의 부분 질량 흐름들로 분할된다. 즉, 냉각재/공기 열 교환기(25)를 통한 부분 질량 흐름 및 열 교환기(27b)를 통한 부분 질량 흐름으로 분할된다. 냉각재/공기 열 교환기(25)를 통해 흐르는 냉각재의 부분 질량 흐름은 주변 공기로 열 QM4의 전달시 냉각된다. 열 교환기(27b)를 통해 흐르는 냉각재의 부분 질량 흐름은 냉각재로 열 QeK,M4의 전달시 더 가열된다. 따라서, 전기 컴포넌트들은 배터리보다 더 높은 온도를 갖는다. 연결점(32)에서 상이한 온도를 가진 냉각재의 부분 질량 흐름들이 다시 혼합되어 배터리 열 교환기(17)로 안내된다. 열 교환기(27b)를 통해 안내된 부분 질량 흐름은 펌프(30)에 의해, 연결점(32)에서 부분 질량 흐름들로 혼합된 냉각재가 배터리의 열 QB,M4을 냉각재로 전달하기 위해 배터리보다 더 낮은 온도를 갖도록 조절된다.
도 2d에는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지는 냉각 장치 모드(M5) 및 재가열 모드(M6)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다. 도 2a에 따른 냉각 장치 모드(M1)에서 또는 재가열 모드(M2)에서 장치(1b)의 작동에 대한 차이점은 냉매 유로(3)의 작동 방식에만 있고, 이 경우 도 1a 및 도 1d에 대한 설명이 참조된다.
도 2e에는 삼각 프로세스라고도 하는 고온 가스 모드(M7)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다. 냉각재 회로(18b)의 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 냉각재 회로(18b)는 제 1 연결점(21) 및 제 3 연결점(23)이 제 2 연결점(22)을 향한 그리고 제 4 연결점(24)을 향한, 그에 따라 제 1 펌프(19)를 향한 그리고 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 향한 유동 경로를 폐쇄하도록 작동된다. 전기 컴포넌트들은 열 교환기(27b)에 의해 냉각된다. 제 3 펌프(30)에 의해 송출된 냉각재는 연결점(31)으로부터 열 교환기(27b)를 통해 열 QeK,M7을 흡수하기 위해 연결점(32)을 향해 그리고 후속해서 열 QM7을 주변 공기로 전달하기 위해 냉각재/공기 열 교환기(25)를 통해 흐른다. 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(34, 38)은 바이패스들(33, 36)이 폐쇄되도록 접속된다.
도 2f에는 각각 열원으로서 주변 공기 및/또는 전기 컴포넌트를 갖는 열 펌프 모드(M8, M15)에서 그리고 재가열 모드(M9, M16)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다.
열원으로서 주변 공기 및 전기 컴포넌트를 갖는 열 펌프 모드(M8)에서 그리고 재가열 모드(M9)에서 장치(1b)의 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 3 펌프(30)에 의해 송출되는 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8), 냉각재/공기 열 교환기(25) 및 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19) 및 바이패스(36)를 구비한 유동 경로가 폐쇄되고 바이패스(33)가 개방되도록 접속된다. 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열 QM8,M9 및 전기 컴포넌트의 열 교환기(27b)에 흡수된 열 QeK,M8,M9은 열 Q0,M8,M9로서 냉매로 전달된다.
열원으로서 전기 컴포넌트만을 갖는 열 펌프 모드(M15)에서 그리고 재가열 모드(M16)에서 장치(1b)의 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 3 펌프(30)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 갖는 유동 경로가 폐쇄되고 바이패스들(33, 36)은 개방되도록 접속되고, 이는 파선 및 화살표로 표시된다. 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 전기 컴포넌트의 열 교환기(27b)에 흡수된 열 QeK,M15,M16은 열 Q0,M15,M16로서 냉매로 전달된다.
열원으로서 주변 공기만을 갖는 열 펌프 모드에서 그리고 재가열 모드에서 장치(1b)의 도시되지 않은 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 갖는 유동 경로가 개방되며 바이패스들(33, 36) 및 제 3 펌프(30)를 갖는 유동 경로가 폐쇄되도록 접속된다. 제 3 펌프(30)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(15)에 흡수된 열이 냉매로 전달된다.
도 2g에는 각각 액티브 배터리 냉각이 이루어지며 열원으로서 배터리 및 전기 컴포넌트를 갖는 열 펌프 모드(M10)에서 그리고 재가열 모드(M11)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다. 도 2f에 따른 열 펌프 모드(M8)에서 그리고 재가열 모드(M9)에서 장치(1b)의 작동에 대한 차이점은 열원으로서 주변 공기 대신에 배터리의 사용 및 그에 따라 액티브 배터리 냉각에 있다.
냉각재 회로(18b)는 선택적으로 제 2 펌프(20)에 의해 또는 제 3 펌프(30)에 의해 송출되는 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8), 배터리 열 교환기(17) 및 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 사이에서 순환하도록 작동된다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 배터리의 배터리 열 교환기(17)에 흡수된 열 QB,M10,M11 및 전기 컴포넌트의 열 교환기(27b)에 흡수된 열 QeK,M10,M11은 열 Q0,M10,M11로서 냉매로 전달된다. 배터리는 액티브하게 냉각되고, 또한 배터리의 폐열 및 전기 컴포넌트의 폐열은 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 사용된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 23, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로, 냉각재/공기 열 교환기(25)를 갖는 유동 경로, 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 갖는 유동 경로 및 바이패스(36)가 폐쇄되며 바이패스(33) 및 제 3 펌프를 갖는 유동 경로가 개방되도록 접속된다. 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다.
도 2h에는 액티브 배터리 가열이 이루어지며 열원으로서 주변 공기 및/또는 전기 컴포넌트를 갖는 모드(M12)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다. 냉각재 회로(18b)는 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에서 냉매의 열 QK,M12,M17이 냉각재로 전달되도록 작동된다. 냉매/냉각재 열 교환기(9)의 관류시 가열되며 제 2 펌프(20)에 의해 송출되는 냉각재는 배터리 열 교환기(17)를 통해 안내되고, 이 경우 냉각재의 열 QB,M12,M17이 배터리로 방출된다. 배터리는 액티브하게 가열된다. 즉, 냉매 유로(3)의 폐열은 배터리로 전달된다.
열원으로서 주변 공기 및 전기 컴포넌트를 갖는 모드(12)에서 장치(1b)의 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 3 펌프(30)에 의해 송출되는 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8), 냉각재/공기 열 교환기(25) 및 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성되는 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 바이패스(36)가 폐쇄되며 바이패스(33)가 개방되도록 접속된다. 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열 QM12 및 전기 컴포넌트의 열 교환기(27b)에 흡수된 열 QeK,M12은 열 Q0,M12로서 냉매로 전달된다.
열원으로서 전기 컴포넌트만을 갖는 모드(M17)에서 장치(1b)의 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 3 펌프(30)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 갖는 유동 경로가 폐쇄되며 바이패스들(33, 36)이 개방되도록 접속되고, 이는 파선 및 화살표로 표시되어 있다. 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 전기 컴포넌트의 열 교환기(27b)에 흡수된 열 QeK,M17은 열 Q0,M17로서 냉매로 전달된다.
열원으로서 주변 공기만을 갖는 모드에서 장치(1b)의 도시되지 않은 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 갖는 유동 경로가 개방되며 바이패스들(33, 36) 및 제 3 펌프(30)를 갖는 유동 경로가 폐쇄되도록 접속된다. 제 3 펌프(30)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열은 냉매로 전달된다.
도 2i에는 각각 액티브 배터리 가열이 이루어지며 열원으로서 주변 공기 및/또는 전기 컴포넌트를 갖는 열 펌프 모드(M13, M18)에서 그리고 재가열 모드(M14, M19)에서 자동차 내 열 분배 장치(1b)의 작동이 도시되어 있다.
열원으로서 주변 공기 및 전기 컴포넌트를 갖는 열 펌프 모드(M13)에서 그리고 재가열 모드(M14)에서 장치(1b)의 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 3 펌프(30)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8), 냉각재/공기 열 교환기(25) 및 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 바이패스(36)가 폐쇄되며 바이패스(33)가 개방되도록 접속된다. 제 1 펌프(19)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열 QM13,M14 및 전기 컴포넌트의 열 교환기(27b)에 흡수된 열 QeK,M13,M14은 열 Q0,M13,M14로서 냉매로 전달된다.
열원으로서 전기 컴포넌트만을 갖는 열 펌프 모드(M18)에서 그리고 재가열 모드(M19)에서 장치(1b)의 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 3 펌프(30)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 전기 컴포넌트용 열 교환기(27b) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 갖는 유동 경로가 폐쇄되며 바이패스들(33, 36)은 개방되도록 접속되고, 이는 파선 및 화살표로 표시되어 있다. 제 1 펌프는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 전기 컴포넌트의 열 교환기(27b)에 흡수된 열 QeK,M18,M19은 열 Q0,M18,M19로서 냉매로 전달된다.
열원으로서 주변 공기만을 갖는 열 펌프 모드에서 그리고 재가열 모드에서 장치(1b)의 도시되지 않은 작동 시에, 냉각재 회로(18b)는 제 1 펌프(19)에 의해 송출된 냉각재가 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 냉각재/공기 열 교환기(25) 사이에서 순환하도록 작동된다. 이 경우, 3 방향 밸브로서 형성된 연결점들(21, 34, 38)은 제 1 펌프(19)를 갖는 유동 경로 및 냉각재/공기 열 교환기(25)를 갖는 유동 경로가 개방되며 바이패스들(33, 36) 및 제 3 펌프(30)를 갖는 유동 경로가 폐쇄되도록 접속된다. 제 3 펌프(30)는 작동되지 않는다. 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서, 주변 공기로부터 냉각재/공기 열 교환기(25)에 흡수된 열은 냉매로 전달된다.
에어컨 시스템(1b)의 냉각재 회로(18b)에 의해, 에어컨 시스템(1a)의 냉각재 회로(18a)에 비해, 열 교환기(27b)에 전기 컴포넌트의 폐열이 흡수되어 승객실의 공급 공기를 가열하는데 사용될 수 있고, 이는 장치의 출력값을 높이며, 또한 열 펌프 모드에서 작동시 주변 공기로부터 냉각재로 열 전달을 위해 사용되는 냉각재/공기 열 교환기(25)의 결빙 위험을 최소화한다. 냉각재/공기 열 교환기(25)의 결빙은 공기 측 열 전달의 악화 및 그에 따라 전체 장치(1b)의 가열 출력 및 효율의 악화를 야기할 것이다. 열 교환기(25)의 결빙시 냉매 유로가 계속 작동되면, 또한 압축기(4)가 비가역적으로 손상될 수 있다.
전술한 접속 변형예들 및 작동 모드들은 저압 측에서 액상으로부터 기상으로 상전이되어 열을 흡수하는 여러 냉매에 적용될 수 있다. 고압 측에서 냉매는 과열 저감 또는 가스 냉각 및 후속하는 응축 또는 유동화 및 경우에 따라 과냉각에 의해 흡수된 열을 히트 싱크로 다시 방출한다. 적합한 냉매로서, 예컨대 천연 물질, 예를 들면 R744, 및 화학적 물질, 예를 들면 R134a, R152a, R1234yf가 사용될 수 있다.
1a,1b 열 분배 장치
2 에어컨
3 냉매 유로
4 압축기
5 열 교환기, 제 1 냉매/공기 열 교환기
6 열 교환기, 제 2 냉매/공기 열 교환기
7 밸브 장치
8 열 교환기, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기
9 열 교환기, 제 2 냉매/냉각재 열 교환기
10,11,12 관류 횡단면를 변화시키는 부재, 밸브
13 내부 열 교환기
14 냉매 어큐뮬레이터
15 냉매 유로(3)의 제 1 연결점
16 냉매 유로(3)의 제 2 연결점
17 열 교환기, 배터리 열 교환기
18a,18b (제 1) 냉각재 회로
19 냉각재 회로(18a, 18b)의 제 1 송출 장치, 펌프
20 냉각재 회로(18a, 18b)의 제 2 송출 장치, 펌프
21 냉각재 회로(18a, 18b)의 제 1 연결점
22 냉각재 회로(18a, 18b)의 제 2 연결점
23 냉각재 회로(18a, 18b)의 제 3 연결점
24 냉각재 회로(18a, 18b)의 제 4 연결점
25 열 교환기, 냉각재/공기 열 교환기
26 제 2 냉각재 회로
27a,27b 전기 컴포넌트용 열 교환기
28 제 2 냉각재 회로(26)의 송출 장치, 펌프
29 열 교환기, 냉각재/공기 열 교환기
30 냉각재 회로(18b)의 제 3 송출 장치, 펌프
31 냉각재 회로(18b)의 제 5 연결점
32 냉각재 회로(18b)의 제 6 연결점
33 냉각재 회로(18b)의 바이패스
34 냉각재 회로(18b)의 제 7 연결점
35 냉각재 회로(18b)의 제 8 연결점
36 냉각재 회로(18b)의 바이패스
37 냉각재 회로(18b)의 제 9 연결점
38 냉각재 회로 18b의 제 10 연결점
Q 열
0 증발, 냉각
B 배터리
eK 전기 컴포넌트
K 응축, 유동화
M1-M19 작동 모드

Claims (23)

  1. 자동차 내 열 분배 장치(1a, 1b)로서,
    - 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 적어도 하나의 열 교환기(17, 27b), 및 냉각재용 열원 또는 히트 싱크로서 주변 공기가 제공될 수 있는 냉각재/공기 열 교환기(25)를 구비한 적어도 하나의 냉각재 회로(18a, 18b), 및
    - 냉각 장치 모드에서, 열 펌프 모드에서 그리고 재가열 모드에서 조합형 작동을 위해 형성된 냉매 유로(3)로서, 승객실의 공급 공기를 냉각, 가열 및 재가열하기 위한 그리고 상기 전기 컴포넌트를 냉각 및 가열하기 위한 상기 냉매 유로(3)를 포함하고, 상기 냉매 유로(3)는
    - 냉매를 압축하기 위한 압축기(4),
    - 상기 공급 공기의 컨디셔닝을 위한, 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능한 제 1 냉매/공기 열 교환기(5), 및 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능한 제 2 냉매/공기 열 교환기(6),
    - 관류 횡단면을 변화시키는 적어도 하나의 부재(10, 11, 12),
    - 상기 냉매 유로(3)의 냉매와 상기 적어도 하나의 냉각재 회로(18a, 18b)의 냉각재 간의 열 교환을 위한 제1 및 제2 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9), 및
    - 작동 모드들 간의 전환을 위해 상기 제 2 냉매/공기 열교환기(6)로부터 토출된 냉매를 선택적으로 상기 제1 및 제2 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9) 중 어느 하나로 전달하는 밸브 장치(7),를 포함하고,
    상기 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)는 상기 냉매 유로(3)의 상기 압축기(4)와 상기 밸브 장치(7) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전기 컴포넌트의 냉각 및 가열을 위한 상기 열 교환기(17)는 상기 냉각재용 열원 또는 히트 싱크이고, 온도 조절되는 전기 컴포넌트는 배터리인 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매/냉각재 열 교환기(8, 9)는 상기 장치(1a, 1b)의 작동 모드에 따라 상기 냉매의 증발기 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)는 상기 냉매 유로(3) 내의 냉매의 유동 방향에 따라 상기 밸브 장치(7)의 상류에 또는 하류에 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로(3)는, 병렬료 배치되는 2개의 유동 경로를 포함하고, 상기 유동 경로들은 각각 상기 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)를 사이에 두고 배치되는 제 1 연결점(15)과 제 2 연결점(16) 사이에 연장되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  7. 제 6 항에 있어서, 제 1 유동 경로는 관류 횡단면을 변화시키는 2개의 부재(10, 11) 및 상기 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)를 포함하고, 부재(10)는 상기 제 1 연결점(15)과 상기 냉매/공기 열 교환기(5) 사이에 배치되며, 부재(11)는 상기 제 2 연결점(16)과 상기 냉매/공기 열 교환기(5) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  8. 제 6 항에 있어서, 제 2 유동 경로는 관류 횡단면을 변화시키는 부재(12) 및 상기 냉매와 상기 냉각재 사이의 열 교환을 위한 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)를 포함하고, 상기 부재(12)는 상기 냉매/냉각재 열 교환기(9)와 상기 제 1 연결점(15) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  9. 제 1 항에 있어서, 관류 횡단면을 변화시키는 적어도 하나의 부재(10, 11, 12)는 상기 장치(1a, 1b)의 작동 모드에 따라 차단 부재로서 또는 팽창 부재로서 또는 완전히 개방된 통로를 가지고 작동 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 냉매 유로(3)는 고압 냉매와 저압 냉매 사이의 열 교환을 위한 내부 열 교환기(13)를 포함하고, 상기 열 교환기(13)는 한편으로는 상기 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)와 상기 제 1 냉매/공기 열 교환기(5) 사이에 그리고 다른 한편으로는 상기 압축기(4)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  11. 삭제
  12. 제 2 항에 있어서, 상기 냉각재 회로(18b)는 전기 컴포넌트의 냉각 및 가열을 위한 상기 열 교환기(17), 및 다른 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 열 교환기(27b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 냉각재 회로(18b)는 바이패스(33)를 포함하고, 상기 바이패스(33)는 상기 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)를 갖는 유동 경로와 상기 전기 컴포넌트의 온도 조절을 위한 상기 열 교환기(27b)를 갖는 유동 경로 사이에 연장되는 것을 특징으로 하는 열 분배 장치(1a, 1b).
  14. 전기 컴포넌트의 액티브 냉각이 이루어지는 모드(M3, M5, M6, M10, M11)에서 제1항 내지 제3항, 제5항 내지 제10항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 따른 자동차 내 열 분배 장치(1a, 1b)의 작동 방법에 있어서, 열 교환기(17) 내에서 상기 전기 컴포넌트의 열(QB,M3,M5,M6,M10,M11)이 냉각재 회로(3)의 냉각재로 전달되고,
    열 펌프 모드(M10)에서 또는 재가열 모드(M11)에서 냉매 유로(3)의 작동과 결합한 작동 방법으로서, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서 냉각재의 열(Q0,M10,M11)이 상기 냉매 유로(3)의 냉매로 전달되고, 상기 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)는 증발기로서 작동되며,
    열 펌프 모드(M10, M13, M18)에서 상기 냉매 유로(3)의 작동과 결합한 작동 방법으로서, 선택적으로 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서 그리고 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)에서 냉매의 열(QK,M10,M13,M18)이 공급 공기로 전달되고, 상기 냉매/공기 열 교환기들(5, 6)은 응축기/가스 냉각기로서 작동되며 상기 공급 공기가 가열되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 냉각 장치 모드(M5)에서 또는 재가열 모드(M6)에서 냉매 유로(3)의 작동과 결합한 작동 방법으로서, 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)에서 냉각재의 열(Q0,M3,M5,M6)이 상기 냉매 유로(3)의 냉매로 전달되고, 상기 제 2 냉매/냉각재 열 교환기(9)가 증발기로서 작동되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 냉각 장치 모드(M5)에서 상기 냉매 유로(3)의 작동과 결합한 작동 방법으로서, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)에서 냉매의 열(QK,M5)이 냉각재로 그리고 냉각재/공기 열 교환기(25)에서 냉각재의 열(QM5)이 주변 공기로 전달되고, 상기 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)는 응축기/가스 냉각기로서 작동되며, 선택적으로 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서 공급 공기의 열(Q0,M5)이 냉매로 전달되고, 상기 냉매/공기 열 교환기(5)는 증발기로서 작동되며 상기 공급 공기는 냉각되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 재가열 모드(M6)에서 상기 냉매 유로(3)의 작동과 결합한 작동 방법으로서, 선택적으로 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8) 내에서 냉매의 열(QK,M6)이 냉각재로 그리고 냉각재/공기 열 교환기(25) 내에서 냉각재의 열(QM6)이 주변 공기로 전달되고, 선택적으로 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서 공급 공기의 열(Q0,M6)이 냉매로 전달되며, 상기 냉매/공기 열 교환기(5)는 증발기로서 작동되고, 상기 공급 공기는 냉각되며, 선택적으로 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)에서 냉각재의 열(QK,M6)이 상기 공급 공기로 전달되고, 상기 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8) 및 상기 냉매/공기 열 교환기(6)는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제 14 항에 있어서, 재가열 모드(M11, M14, M19)에서 상기 냉매 유로(3)의 작동과 결합한 작동 방법으로서, 선택적으로 제 1 냉매/공기 열 교환기(5)에서 공급 공기의 열(Q0,M11,M14,M19)이 냉매로 전달되고, 상기 냉매/공기 열 교환기(5)는 증발기로서 작동되며 상기 공급 공기는 냉각되고, 선택적으로 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제 2 냉매/공기 열 교환기(6)에서 냉각재의 열(QK,M11,M14,M19)이 공급 공기로 전달되며, 상기 냉매/공기 열 교환기(6)는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  22. 제10항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 따른 자동차 내 열 분배 장치(1a, 1b)의 작동 방법으로서,
    내부 열 교환기(13)는 상기 냉매 유로(3)의 작동 시에 항상 양측에서 냉매에 의해 관류되고, 냉각 장치 모드(M3, M5)에서 그리고 재가열 모드(M6)에서 작동 시에 열(Qi,M3,M5,M6)이 전달되고, 열 펌프 모드(M10, M12, M13, M17, M18)에서 그리고 재가열 모드(M11, M14, M19)에서 작동 시에는 열이 전달되지 않는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  23. 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 모드(M7)에서 제10항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 따른 자동차 내 열 분배 장치(1a, 1b)의 작동 방법에 있어서, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매/공기 열 교환기들(5, 6)에서 고압 레벨의 냉매의 열(QK,M7)이 승객실의 공급 공기로 전달되고, 제 1 냉매/냉각재 열 교환기(8)가 냉각재 측에서 관류되지 않으며 냉매의 열이 냉각재로 전달되지 않고, 냉매는 팽창 밸브로서 작동되는 부재(11)에서 저압 레벨로 팽창되고, 내부 열 교환기(13) 내에서 회로 내부의 열(Qi,M7)이 고압 레벨의 냉매로부터 저압 레벨의 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
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