KR102188104B1

KR102188104B1 - Thermal system for a motor vehicle and method for operating the thermal system

Info

Publication number: KR102188104B1
Application number: KR1020190009302A
Authority: KR
Inventors: 나비드 두라니; 토비아스 하스; 토니 스피스; 다니엘 젠스
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2020-12-07
Also published as: DE102018101518A1; KR20190090361A

Abstract

본 발명은, 자동차의 객실에 공급될 하나 이상의 공기 질량 흐름과 드라이브 트레인의 컴포넌트를 컨디셔닝하기 위한 하나 이상의 냉매 순환계(2, 2-1) 및 이러한 냉매 순환계(2, 2-1)로부터 열을 흡수하기 위한 하나 이상의 냉각제 순환계(3-1)를 구비한 자동차용 열 시스템(1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b), 특히 열관리 시스템에 관한 것이다. 상기 냉매 순환계(2, 2-1)는 압축기(4, 4-1), 응축기/가스 냉각기(5)로서 작동하는 냉매-냉각제 열교환기(5), 증발기(10-1, 10-2)로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재(7)를 갖는 하나 이상의 제1 열교환기 및 증발기(12)로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재(8)를 갖는 하나 이상의 제2 열교환기를 구비한다. 상기 냉각제 순환계(3-1)는 상기 냉매 순환계(2, 2-1)의 냉매-냉각제 열교환기(5), 열을 주변 공기로 전달하기 위한 냉각제-공기 열교환기(13) 및 축열기 장치(20-1, 20-2)를 구비하여 형성되어 있다.
본 발명은 또한, 상기 열 시스템(1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b)의 작동 방법 및 용도와도 관련이 있다.The present invention absorbs heat from one or more refrigerant circulation systems 2, 2-1 and one or more refrigerant circulation systems 2, 2-1 for conditioning the components of the drive train and one or more air mass flows to be supplied to the cabin of the vehicle. Automotive thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b) having one or more coolant circulation systems (3-1) for ), in particular to thermal management systems. The refrigerant circulation system (2, 2-1) is a refrigerant-coolant heat exchanger (5) that operates as a compressor (4, 4-1), a condenser/gas cooler (5), and an evaporator (10-1, 10-2). At least one first heat exchanger that operates and has an expansion member 7 disposed upstream and one or more second heat exchangers that operate as evaporator 12 and has an expansion member 8 disposed upstream. The coolant circulation system 3-1 comprises a refrigerant-coolant heat exchanger 5 of the refrigerant circulation system 2, 2-1, a coolant-air heat exchanger 13 for transferring heat to the surrounding air, and a heat storage device ( 20-1, 20-2) are provided and formed.
The present invention also relates to the method of operation and use of the thermal system (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b). have.

Description

Automotive thermal system and how the thermal system operates {THERMAL SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE THERMAL SYSTEM}

본 발명은, 높은 냉각 수요(high cooling demand)에 따라, 자동차의 객실에 공급될 하나 이상의 공기 질량 흐름과 드라이브 트레인(drive train)의 컴포넌트를 컨디셔닝(conditioning)하기 위한 하나 이상의 냉매 순환계 및 이러한 냉매 순환계로부터 열을 흡수하기 위한 하나 이상의 냉각제 순환계를 구비한 자동차용 열 시스템(thermal system), 특히 열관리 시스템(thermal management system)에 관한 것이다. 상기 냉매 순환계는 압축기, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 냉매-냉각제 열교환기 및 각각 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재를 갖는 하나 이상의 제1 및 제2 열교환기를 구비한다.The present invention relates to one or more refrigerant circulation systems and such refrigerant circulation systems for conditioning components of a drive train and one or more air mass flows to be supplied to the cabin of a vehicle according to high cooling demand. It relates to a thermal system, in particular a thermal management system, for a motor vehicle with one or more coolant circulation systems for absorbing heat from there. The refrigerant circulation system includes a compressor, a refrigerant-coolant heat exchanger operating as a condenser/gas cooler, and one or more first and second heat exchangers each operating as an evaporator and having an expansion member disposed upstream.

본 발명은 또한, 상기 열 시스템의 작동 방법 및 용도와도 관련이 있다.The invention also relates to the method and use of the thermal system.

스포츠카 및 상용차 또는 약칭 SUV로도 언급되는 스포츠 유틸리티 차량, 차체가 상승된 차량, 하이 루프 콤비 또는 약칭 VAN로도 언급되는 미니 버스 또는 고급 차량 같은 객실 공간이 넓은, 종래 기술에 공지된 승용차들은 객실의 상이한 영역을 서로 개별적으로 공기 조화하기 위해 적어도 2개의 증발기를 갖는 냉매 순환계들 및 공조 시스템을 구비하여 형성된다. 이 경우, 객실은 특히 전방 및 후방 영역으로 세분된다. 프런트 영역으로도 언급되는 전방 영역과 리어 영역으로도 언급되는 후방 영역은 자동차의 주행 방향과 관련된다.Passenger cars known in the prior art with large cabin space, such as sports cars and commercial vehicles or sport utility vehicles, also referred to as abbreviated SUVs, vehicles with elevated bodies, minibuses or luxury vehicles, also referred to as high roof combi or abbreviated VANs, have different areas of the cabin. It is formed with refrigerant circulation systems and an air conditioning system having at least two evaporators to air condition each other individually. In this case, the cabin is subdivided in particular into front and rear areas. The front area, also referred to as the front area and the rear area, also referred to as the rear area, are related to the driving direction of the vehicle.

제1 공기 질량 흐름은, 운전자와 동승자 모두를 위한 쾌적한 실내 공기를 조성하기 위해, 제1 증발기(소위 프런트 증발기)에서 과류 현상 발생 시 컨디셔닝되고 객실의 전방 영역으로 안내된다. 제2 공기 질량 흐름은, 객실 내부에서 두 번째 및 경우에 따라 세 번째 좌석 열의 동승자를 위한 쾌적한 실내 공기를 조성하기 위해, 제2 증발기(소위 리어 증발기)에서 과류 현상 발생 시 컨디셔닝되고 객실의 후방 영역으로 안내된다.The first air mass flow is conditioned when an overflow phenomenon occurs in the first evaporator (so-called front evaporator) to create comfortable indoor air for both the driver and passengers and is guided to the front area of the cabin. The second air mass flow is conditioned in the event of an overflow in the second evaporator (so-called rear evaporator) to create comfortable indoor air for the passengers in the second and, in some cases, the third row of seats inside the cabin, and in the rear area of the cabin. Is guided by.

상기 프런트 증발기와 리어 증발기는 서로 분리되어 형성된 공조 유닛들 내에 배치된다. 이 경우 각 공조 유닛은 필요한 공기 온도와 미리 주어진 공기 유동 방향에 따라 서로 독립적으로 원하는 공기량을 제공할 수 있다.The front evaporator and the rear evaporator are disposed in air conditioning units formed to be separated from each other. In this case, each air conditioning unit can independently provide a desired amount of air according to a required air temperature and a predetermined air flow direction.

또한, 약칭 EV로 언급되는 전기 자동차 또는 약칭 BEV로 언급되는 배터리 전기 자동차 또는 약칭 HEV로 언급되는 하이브리드 자동차 또는 PHEV로도 언급되는 플러그인 하이브리드 자동차 또는 약칭 FCV로 언급되는 연료 전지 차량과 같은 고도로 전동화된 자동차(high-electrified vehicle)들은 고전압 배터리 내부 충전기, 변압기, 인버터 및 전기 모터와 같은 추가 컴포넌트들에 의한 형성으로 인해 대게 순수하게 내연 기관에 의해 구동되는 드라이브를 갖는 자동차로서 비교적 높은 냉각 수요를 갖는다. 특히, 언급한 차량들은 드라이브 트레인의 고전압 배터리와 같이 전기 에너지 저장 장치의 상승된 냉각 요건으로서 상기 에너지 저장 장치의 고속 충전 옵션과 함께 형성될 수 있다. 이러한 경우 매우 높은 충전 전류는 특히 높은 전기적 손실을 야기하고, 결과적으로 에너지 저장 장치의 상당한 가열로 이어진다. 특히, 고전압 배터리의 허용 온도 한계(통상적으로 20℃ 내지 35℃)를 준수하기 위해, 칠러로도 언급되는 추가 냉매-냉각제 열교환기 또는 배터리 냉각기로서 형성된 직접 냉매 냉각식 열교환기가 제공된다.In addition, highly motorized vehicles such as electric vehicles referred to as EV or battery electric vehicles referred to as BEV or hybrid vehicles referred to as HEV or plug-in hybrid vehicles also referred to as PHEV or fuel cell vehicles referred to as FCV (high-electrified vehicles) have relatively high cooling demands as vehicles with drives driven by an internal combustion engine, usually purely due to formation by additional components such as high voltage battery internal chargers, transformers, inverters and electric motors. In particular, the vehicles mentioned can be formed with the fast charging option of the energy storage device as an elevated cooling requirement of the electrical energy storage device, such as a high voltage battery in a drive train. Very high charging currents in this case lead to particularly high electrical losses and, as a result, significant heating of the energy storage device. In particular, in order to comply with the permissible temperature limits (usually 20° C. to 35° C.) of high voltage batteries, there is provided an additional coolant-coolant heat exchanger, also referred to as a chiller, or a direct coolant cooled heat exchanger formed as a battery cooler.

추가로 전기 하이브리드 드라이브를 갖는 종래의 자동차는 저온 냉각제 순환계를 구비하고, 이러한 저온 냉각제 순환계 내에는 드라이브 컴포넌트로부터 방출된 열을 배출시키기 위해 순환하는 냉각제가 공랭식 저온 냉각기를 통해 안내된다. 상기 저온 냉각기를 관류할 때, 열의 적어도 일부가 냉각제로부터 주변 공기로 전달된다. 이 경우 예를 들면 90℃까지의 온도에서 작동을 가능하게 하는 전기 구동 모터 또는 인버터와 같은 컴포넌트들의 열이 배출될 수 있는데, 이들 컴포넌트는 주변 공기의 온도보다 높은 온도에서 작동된다.In addition, conventional automobiles with electric hybrid drives have a low temperature coolant circulation system, in which coolant circulating to dissipate heat released from the drive components is guided through an air cooled low temperature cooler. When flowing through the low temperature cooler, at least a portion of the heat is transferred from the coolant to the ambient air. In this case, for example, heat from components such as electric drive motors or inverters that allow operation at temperatures up to 90° C. can be released, which are operated at a temperature higher than the temperature of the ambient air.

종래 기술에는 드라이브 트레인의 고전압 배터리를 온도 조절하기 위한, 특히 냉각하기 위한 여러 시스템 및 방법은 공지되어 있다.Several systems and methods are known in the prior art for thermoregulating, in particular cooling, high voltage batteries of drive trains.

따라서 예를 들면, 추가 공기 송풍기에 의한 공기 냉각을 기본으로 하는 시스템이 형성되어 있고, 이때 상기 공기 송풍기는 객실로부터 공기를 흡입한다. 이 경우 객실로부터 흡인된 공기는 일반적으로 주변 공기 또는 외부 공기보다 건조하고 서늘하다. 이와 같이 서늘하고 건조한 공기는 고전압 배터리가 배치된 하우징을 통해 이송되고 배터리 셀의 열을 흡수한다. 이어서 가열된 공기는 주변으로 보내어진다. 배터리 셀에서 배터리 셀 주위로 흐르는 공기로의 열전달은 한편으로는 배터리 셀의 냉각을 야기하고, 다른 한편으로는 공기 흐름을 가열한다.Thus, for example, a system based on air cooling by an additional air blower is formed, wherein the air blower draws air from the cabin. In this case, the air sucked from the cabin is generally drier and cooler than the ambient air or outside air. This cool, dry air is transported through the housing in which the high voltage battery is placed and absorbs heat from the battery cells. The heated air is then sent to the surroundings. Heat transfer from the battery cell to the air flowing around the battery cell causes cooling of the battery cell on the one hand and heating the air stream on the other.

냉각제 냉각을 기반으로 하는 또 다른 시스템의 경우, 냉각제가 관류하는 열교환기는 고전압 배터리의 배터리 셀과 직접 접촉하여 배치된다. 이 경우 열은 배터리 셀에서 접촉 열교환기를 통해 흐르는 냉각제로 전달된다. 배터리 셀에서 배터리 셀 주위로 흐르는 냉각제로의 열전달은 한편으로는 배터리 셀의 냉각을 야기하고, 다른 한편으로는 냉각제를 가열한다. 주변 공기의 온도가 배터리 셀의 온도보다 낮은 경우에는 일반적으로 냉각제-공기 열교환기에서 접촉 열교환기 내에서 냉각제로부터 흡수된 열을 상대적으로 온도가 더 낮은 주변 공기로 전달하기에 충분하다.In another system based on coolant cooling, the heat exchanger through which the coolant flows is placed in direct contact with the battery cells of the high voltage battery. In this case, heat is transferred from the battery cell to the coolant flowing through the contact heat exchanger. Heat transfer from the battery cell to the coolant flowing around the battery cell causes cooling of the battery cell on the one hand and heating the coolant on the other. When the temperature of the ambient air is lower than the temperature of the battery cell, it is generally sufficient to transfer the heat absorbed from the coolant in the contact heat exchanger in the coolant-air heat exchanger to the relatively cooler ambient air.

주변 공기의 온도가 배터리 셀의 온도보다 높거나, 대략 배터리 셀의 온도에 상응하면 냉각제는 냉각제-냉매 열교환기를 통해 안내되며, 이 경우 상기 냉각제-냉매 열교환기에서, 접촉 열교환기 내에서 냉각제로부터 흡수된 열이 냉매로 전달된다. 각각의 필요한 냉각제 질량 흐름은 냉각제 순환계 내부에 형성된 이송 장치를 통해, 특히 냉각제 펌프를 통해서 제공된다. 바람직하게는 증발기로서 작동하는 냉각제-냉매 열교환기는 냉매 순환계의 저압 측에 배치되어 있다. 배터리 셀에서 배터리 셀 주위로 흐르는 냉각제로 전달된 열은 냉각제에서 냉매로 전달되며, 이때 냉각제가 냉각되고, 상기 냉매는 증발 및 과열될 수 있다. 후속해서 냉매로부터 흡수된 열은 냉매 순환계에서 고압 측에 배치되고, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 냉매-공기 열교환기 내에서 주변 공기로 전달된다.When the temperature of the ambient air is higher than the temperature of the battery cell or approximately corresponds to the temperature of the battery cell, the coolant is guided through the coolant-refrigerant heat exchanger, in which case it is absorbed from the coolant in the coolant-refrigerant heat exchanger and in the contact heat exchanger. The resulting heat is transferred to the refrigerant. Each required coolant mass flow is provided through a transfer device formed inside the coolant circulation system, in particular through a coolant pump. The coolant-refrigerant heat exchanger, preferably operating as an evaporator, is arranged on the low pressure side of the refrigerant circulation system. Heat transferred from the battery cell to the coolant flowing around the battery cell is transferred from the coolant to the refrigerant, where the coolant is cooled, and the refrigerant may be evaporated and overheated. Subsequently, the heat absorbed from the refrigerant is placed on the high pressure side in the refrigerant circulation system and transferred to the surrounding air in the refrigerant-air heat exchanger, which acts as a condenser/gas cooler.

냉매 냉각을 기반으로 하는 또 다른 시스템의 경우, 냉매가 관류하는 열교환기는 고전압 배터리의 배터리 셀과 직접 접촉하여 배치된다. 이 경우 주변 공기의 온도와 관계없이 열은 일시적으로 배터리 셀에서 증발기로서 작동하는 접촉 열교환기를 관류하는 냉매로 전달된다. 이 경우 냉매는 증발하고 경우에 따라 과열된다. 후속해서 냉매로부터 흡수된 열은 냉매 순환계 내에서 고압 측에 배치되고, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 냉매-공기 열교환기에서 주변 공기로 전달된다.In another system based on refrigerant cooling, the heat exchanger through which the refrigerant flows is placed in direct contact with the battery cells of the high voltage battery. In this case, regardless of the temperature of the surrounding air, heat is temporarily transferred from the battery cell to the refrigerant passing through the contact heat exchanger acting as an evaporator. In this case, the refrigerant evaporates and in some cases overheats. Subsequently, the heat absorbed from the refrigerant is placed on the high pressure side in the refrigerant circulation system and transferred to the ambient air in the refrigerant-air heat exchanger, which acts as a condenser/gas cooler.

종래 기술에서 공지된 자동차 드라이브 트레인의 고전압 배터리를 냉각하기 위한 시스템들과 방법들의 경우, 자동차 정지 상태에서 고전압 배터리 충전 시, 충분한 냉각 용량을 달성하는 데 필요한 공기량이 이용 가능한 공기 송풍기들에 의해 제공될 수 없다. 상응하는 냉각 용량에 필요한 충분한 양의 공기를 공급한다고 가정하더라도, 높은 공기량의 흐름으로 인해 소음 수준이 현저하게 증가할 수 있다. 또한, 사용 가능한 컴포넌트가 있는 냉매 순환계를 사용해도 최대 16kW 이상의 필요한 최대 냉각 용량을 달성할 수 없다.In the case of systems and methods for cooling a high voltage battery of an automobile drive train known in the prior art, when charging the high voltage battery in a vehicle standstill state, the amount of air required to achieve sufficient cooling capacity will be provided by available air blowers. Can't. Even assuming supplying a sufficient amount of air required for the corresponding cooling capacity, the noise level can increase significantly due to the high air volume flow. In addition, even with refrigerant circulation systems with available components, the required maximum cooling capacity of up to 16 kW or more cannot be achieved.

DE 10 2017 101 217 A1호에는 축열기 장치, 냉각제 밸브, 온도 센서 및 제어 장치를 구비한 열 배터리 시스템이 개시된다. 상기 축열기 장치는 제1 위상 전이 온도를 갖는 제1 위상 전이 물질 그리고 제1 위상 전이 온도와 다른 제2 위상 전이 온도를 갖는 제2 위상 전이 물질을 포함한다. 상기 냉매 밸브는, 상기 축열기 장치를 의도한 대로 엔진 냉각제 순환계와 연결하고 상기 축열기 장치를 통해 순환하는 냉각제의 양을 조절하기 위해 제1 위치와 제2 위치 사이에서 조정 가능하게 형성되어 있다. 배터리 셀 가열 시 그리고 위상 변화 물질(phase change material)의 적합한 융점 선택 시 열이 배터리 셀에서 위상 변화 물질로 직접 전달되도록, 위상 변화 물질은 배터리 셀과 직접 접촉한다.DE 10 2017 101 217 A1 discloses a thermal battery system with a regenerator unit, a coolant valve, a temperature sensor and a control unit. The heat accumulator device includes a first phase transition material having a first phase transition temperature and a second phase transition material having a second phase transition temperature different from the first phase transition temperature. The refrigerant valve is formed to be adjustable between a first position and a second position in order to connect the heat accumulator device with the engine coolant circulation system as intended and adjust the amount of coolant circulating through the heat accumulator device. The phase change material is in direct contact with the battery cell so that heat is transferred directly from the battery cell to the phase change material upon heating the battery cell and upon selection of a suitable melting point of the phase change material.

충분한 냉각 성능과 내구성을 보장하기 위해 배터리 셀은 20℃ 내지 35℃, 특히 25℃ 내지 35℃의 온도 범위에서 작동해야 하므로, 위상 변화 물질은 35℃보다 낮은 융점을 가져야 하며, 그 결과 열이 배터리 셀에서 위상 변화 물질로 전달될 수 있다. 주변 공기의 온도가 35℃를 초과하고, 잠열 축열기(latent heat accumulator)가 완전히 충전된 경우(이때 위상 변화 물질은 액체 상태임) 자동차 정지 상태에서는 배터리 셀의 열로부터 열이 흡수될 수 없다. 위상 변화 물질의 용융 온도보다 낮은 온도 레벨로 배터리 셀을 냉각하기 위해서는 먼저 잠열 축열기에서 저장된 전체 잠열이 제거되어야 한다.In order to ensure sufficient cooling performance and durability, the battery cell must operate in a temperature range of 20°C to 35°C, especially 25°C to 35°C, so the phase change material must have a melting point lower than 35°C, resulting in heat being It can be transferred from the cell to the phase change material. When the ambient air temperature exceeds 35°C and the latent heat accumulator is fully charged (at this time, the phase change material is in a liquid state), heat cannot be absorbed from the heat of the battery cell when the vehicle is stopped. In order to cool the battery cell to a temperature level lower than the melting temperature of the phase change material, the entire latent heat stored in the latent heat accumulator must first be removed.

본 발명의 과제는, 높은 냉각 수요를 갖는 자동차, 예를 들어 고도로 전동화된 자동차에 충분한 냉각 용량을 갖는 열적 시스템, 특히 열관리 시스템을 제공하는 것이다. 이 경우 예를 들어, 주변 공기의 온도가 높은 경우에도 피크 열 부하가 고려되고 기본 열 부하기 주변으로 배출될 수 있도록, 축열기 장치가 상기 열 시스템에 통합되어야 한다. 또한, 상기 축열기 장치는 필요에 따라, 증가된 요건에 상응하게 냉각될 수 있어야 한다. 그 외에도 제조, 유지 보수 및 운영 비용뿐만 아니라 필요한 설치 공간이 최소화되어야 한다. 상기 시스템은 최대 효율로 작동 가능해야 한다.It is an object of the present invention to provide a thermal system, in particular a thermal management system, having sufficient cooling capacity for vehicles with high cooling demands, for example highly motorized vehicles. In this case, for example, even when the temperature of the surrounding air is high, a regenerator device must be integrated into the heat system so that the peak heat load can be taken into account and discharged to the surroundings of the basic heat load. In addition, the heat accumulator device must be able to be cooled according to the increased requirements, if necessary. In addition, manufacturing, maintenance and operating costs as well as required installation space must be minimized. The system must be capable of operating with maximum efficiency.

상기 과제는 독립항들의 특징들을 갖는 대상에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속항들에 기재되어 있다.This task is solved by an object having the features of the independent claims. Improvements are described in the dependent claims.

상기 과제는 본 발명에 따른 자동차용 열 시스템, 특히 열관리 시스템에 의해서 해결된다. 상기 열 시스템은 자동차의 객실에 공급될 하나 이상의 공기 질량 흐름과 드라이브 트레인의 컴포넌트를 컨디셔닝하기 위한 하나 이상의 냉매 순환계 그리고 이러한 냉매 순환계로부터 열을 흡수하기 위한 하나 이상의 냉각제 순환계를 구비한다. 상기 하나 이상의 냉매 순환계는 압축기, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 냉매-냉각제 열교환기, 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재를 갖는 하나 이상의 제1 열교환기 및 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재를 갖는 제2 열교환기를 구비하여 형성되어 있다.The above problem is solved by a thermal system for a vehicle according to the present invention, in particular a thermal management system. The thermal system has one or more refrigerant circulation systems for conditioning components of the drive train and one or more air mass flows to be supplied to the cabin of the vehicle and one or more coolant circulation systems for absorbing heat from such refrigerant circulation systems. The at least one refrigerant circulation system operates as a compressor, a refrigerant-coolant heat exchanger operating as a condenser/gas cooler, an evaporator, at least one first heat exchanger having an expansion member disposed upstream and an evaporator, and disposed upstream. It is formed with a second heat exchanger having an expansion member.

냉매의 액화가 예컨대, 냉매 R134a를 사용하는 경우와 같이 임계 이하의 작동에서 이루어지거나 이산화탄소를 사용하는 특정 주변 조건에서 이루어지는 경우에는, 열교환기가 응축기로서 명명된다. 열전달의 일부분은 일정한 온도에서 이루어진다. 임계 초과의 작동 또는 열교환기 내에서 임계 초과의 열이 방출되는 경우에는, 냉매의 온도가 일정하게 감소한다. 이 경우에는 열교환기가 가스 냉각기로도 명명된다. 임계 초과의 작동은, 예컨대 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉매 순환계의 특정 주변 조건 또는 작동 방식에서 나타날 수 있다.When the liquefaction of the refrigerant takes place in subcritical operation, such as when using refrigerant R134a, or under certain ambient conditions using carbon dioxide, the heat exchanger is referred to as a condenser. Part of the heat transfer takes place at a constant temperature. In the case of over-critical operation or when over-critical heat is released in the heat exchanger, the temperature of the refrigerant is constantly reduced. In this case, the heat exchanger is also referred to as a gas cooler. Exceeding critical operation may occur, for example, in certain ambient conditions or modes of operation of the refrigerant circulation system using carbon dioxide as the refrigerant.

본 발명의 개념에 따르면, 상기 냉각제 순환계는 냉매 순환계의 냉매-냉각기 열교환기, 주변 공기로 열을 전달하기 위한 냉각제-공기 열교환기 및 축열기 장치를 구비한다.According to the concept of the present invention, the coolant circulation system includes a refrigerant-cooler heat exchanger of the refrigerant circulation system, a coolant-air heat exchanger and a heat storage device for transferring heat to ambient air.

본 발명의 한 개선예에 따르면, 상기 열 시스템은 특히, 배터리, 특수하게는 고전압 배터리의 에너지 저장 장치를 컨디셔닝하고, 그리고 열을 증발기로서 작동하는, 냉매 순환계의 제1 열교환기를 통해 흐르는 냉매로 전달하기 위한 열교환기를 구비한다.According to one refinement of the invention, the thermal system, in particular, conditions the energy storage device of the battery, in particular the high voltage battery, and transfers the heat to the refrigerant flowing through the first heat exchanger of the refrigerant circulation system, which acts as an evaporator. And a heat exchanger for

본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따르면, 상기 열 시스템은 에너지 저장 장치를 컨디셔닝하기 위한 열교환기를 갖는 제2 냉각제 순환계 및 증발기로서 작동하는, 냉매 순환계의 제1 열교환기를 구비하여 형성되어 있으며, 그 결과 증발기를 관류하는 동안 냉각제가 열교환기 관류 시 흡수된 열을 냉매 순환계로 전달한다.According to a first alternative embodiment of the present invention, the thermal system is formed with a second coolant circulation system having a heat exchanger for conditioning the energy storage device and a first heat exchanger of the refrigerant circulation system, which operates as an evaporator, As a result, while passing through the evaporator, the coolant transfers the heat absorbed when passing through the heat exchanger to the refrigerant circulation system.

제1 냉각제 순환계는 바람직하게는 제2 냉각제 순환계보다 낮은 온도 레벨에서 작동되며, 따라서 상기 제1 냉각제 순환계는 저온 냉각제 순환계로, 상기 제2 냉각제 순환계는 고온 냉각제 순환계로 언급된다.The first coolant circulation system is preferably operated at a lower temperature level than the second coolant circulation system, so that the first coolant circulation system is referred to as a low temperature coolant circulation system and the second coolant circulation system is referred to as a high temperature coolant circulation system.

본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따르면, 증발기로서 작동하는, 냉매 순환계의 제1 열교환기가 열을 냉매로 직접 전달하기 위해 에너지 저장 장치를 컨디셔닝하기 위한 열교환기와 결합하여 형성되어 있다. 대안적인 제1 실시예와 비교하여, 열교환기들은 중간 접속되는 냉각제 순환계 없이 서로 직접 열적으로 연결된다.According to a second alternative embodiment of the present invention, a first heat exchanger of the refrigerant circulation system, acting as an evaporator, is formed in combination with a heat exchanger for conditioning the energy storage device to transfer heat directly to the refrigerant. Compared to the first alternative embodiment, the heat exchangers are thermally connected directly to each other without intervening coolant circulation systems.

본 발명의 또 다른 장점은, 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재를 갖는 제1 열교환기가 냉매 순환계의 제1 유동 경로 내에 배치되어 있고, 그리고 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재를 갖는 제2 열교환기가 냉매 순환계의 제2 유동 경로 내에 배치되어 있다는 것이다. 이 경우 상기 유동 경로들은 냉매가 공급될 수 있도록 병렬로 형성되어 있다.Another advantage of the present invention is that a first heat exchanger that operates as an evaporator and has an expansion member disposed upstream is disposed in the first flow path of the refrigerant circulation system, and operates as an evaporator, and provides an expansion member disposed upstream. The second heat exchanger having a second heat exchanger is arranged in the second flow path of the refrigerant circulation system. In this case, the flow paths are formed in parallel so that the refrigerant can be supplied.

냉매 순환계의 냉매-냉각제 열교환기, 주변 공기로 열을 전달하기 위한 냉각제-공기 열교환기 및 제1 냉각제 순환계의 축열기 장치는 바람직하게 서로 직렬로 접속되며, 냉각제가 관류될 수 있도록 차례로 배치되어 있다.The refrigerant-coolant heat exchanger of the refrigerant circulation system, the coolant-air heat exchanger for transferring heat to the surrounding air and the heat accumulator device of the first coolant circulation system are preferably connected in series with each other, and are arranged in sequence so that the coolant can flow through. .

본 발명의 대안적인 실시예들에 있어서, 축열기 장치는 냉각제의 유동 방향으로 냉매-냉각제 열교환기 다음에 그리고 냉각제-공기 열교환기 이전에, 또는 상기 냉각제-공기 열교환기 다음에 그리고 상기 냉매-공기 열교환기 이전에 배치되어 있다.In alternative embodiments of the present invention, the heat accumulator device is arranged after the refrigerant-coolant heat exchanger and before the coolant-air heat exchanger, or after the coolant-air heat exchanger and the refrigerant-air in the flow direction of the coolant. It is placed before the heat exchanger.

본 발명의 한 바람직한 실시예에 따르면, 제1 냉각제 순환계의 축열기 장치는 잠열 축열기로서 위상 변화 물질을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the heat accumulator device of the first coolant circulation system includes a phase change material as a latent heat accumulator.

상기 위상 변화 물질은 바람직하게는, 상기 축열기 장치 작동 시 고체와 액체 사이에서 위상 변화하도록 형성되어 있다. 이 경우, 위상 변화 물질은 바람직하게는 특히 40℃ 내지 80℃의 범위의 응고 온도 또는 일정한 용융 온도를 갖는다.The phase change material is preferably formed to change the phase between the solid and the liquid during operation of the heat accumulator device. In this case, the phase change material preferably has a solidification temperature or a constant melting temperature, in particular in the range of 40°C to 80°C.

본 발명의 한 개선예에 따르면, 제1 냉각제 순환계는 제1 유동 경로 및 제2 유동 경로를 가지며, 이들 유동 경로는 각각 분기 지점에서 합류 지점까지 연장되는 방식으로 그리고 냉각제에 의해 관류 가능하게 평행하게 형성되어 있다. 이 경우 제1 유동 경로 내에는 냉매 순환계의 냉매-냉각제 열교환기가 그리고 제2 유동 경로 내에는 드라이브 트레인의 컴포넌트를 온도 조절하기 위한 열교환기가 배치되어 있다. 분기 지점은 바람직하게 3방향 밸브로 형성되어 있다.According to one refinement of the present invention, the first coolant circulation system has a first flow path and a second flow path, each of which is in a manner that extends from a branch point to a confluence point, and in parallel to be flowable by the coolant. Is formed. In this case, a refrigerant-coolant heat exchanger of the refrigerant circulation system is disposed in the first flow path and a heat exchanger for temperature-controlling the components of the drive train is disposed in the second flow path. The branch point is preferably formed by a three-way valve.

본 발명의 바람직한 추가 실시예에 따르면, 냉매 순환계는 객실에 공급될 제1 공기 질량 흐름을 컨디셔닝하기 위해, 증발기로서 작동하고 상류에 배치된 팽창 부재를 갖는 제1 냉매-공기 열교환기를 구비하며, 이 경우 상기 요소들은 하나의 공동 유동 경로 내에 배치되어 있다. 이 경우 상기 제1 냉매-공기 열교환기는 냉매가 공급될 수 있도록 객실에 공급될 공기 질량 흐름을 컨디셔닝하기 위한 제2 냉매-공기 열교환기로서 증발기를 갖는 제1 유동 경로에 그리고 증발기를 갖는 제2 유동 경로에 평행하게 형성되어 있다.According to a further preferred embodiment of the present invention, the refrigerant circulation system has a first refrigerant-air heat exchanger that operates as an evaporator and has an expansion member disposed upstream, for conditioning the first air mass flow to be supplied to the cabin, In the case the elements are arranged in one common flow path. In this case, the first refrigerant-air heat exchanger is a second refrigerant-air heat exchanger for conditioning the mass flow of air to be supplied to the cabin so that the refrigerant can be supplied, in a first flow path having an evaporator, and a second flow having an evaporator. It is formed parallel to the path.

냉매 순환계는 바람직하게는 주변 공기로 열을 전달하기 위해 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기를 구비하여 형성되어 있고, 상기 제2 냉매-공기 열교환기는 냉매의 유동 방향으로 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-냉각제 열교환기 다음에 배치되어 있다.The refrigerant circulation system is preferably formed with a second refrigerant-air heat exchanger operating as a condenser/gas cooler to transfer heat to the surrounding air, and the second refrigerant-air heat exchanger is a condenser/gas in the flow direction of the refrigerant. It is arranged after the first refrigerant-coolant heat exchanger, which acts as a cooler.

본 발명의 대안적인 한 실시예에 따르면, 제2 냉매 순환계는 압축기, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 열교환기, 특히 주변 공기로 열을 전달하기 위한 냉매-공기 열교환기 그리고 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된 팽창 부재를 갖는 객실에 공급될 공기 질량 흐름을 컨디셔닝하기 위한 냉매-공기 열교환기를 구비하여 형성되어 있다. 이 경우 제2 냉매 순환계는 바람직하게는 객실에 공급될 공기 질량 흐름의 독립적인 컨디셔닝을 위해 사용된다.According to an alternative embodiment of the present invention, the second refrigerant circulation system operates as a compressor, a heat exchanger acting as a condenser/gas cooler, in particular a refrigerant-air heat exchanger for transferring heat to the surrounding air and an evaporator, and upstream It is formed with a refrigerant-air heat exchanger for conditioning the air mass flow to be supplied to the cabin having the arranged expansion member. In this case the second refrigerant circulation system is preferably used for independent conditioning of the air mass flow to be supplied to the cabin.

냉각제 순환계의 냉각제-공기 열교환기와 냉매 순환계의 냉매-공기 열교환기는 주변 공기의 유동 방향으로, 바람직하게는 지정된 순서대로 차례로 주변 공기가 흐를 수 있도록 배치되어 있다.The coolant-air heat exchanger of the coolant circulation system and the coolant-air heat exchanger of the refrigerant circulation system are arranged so that the surrounding air flows in the flow direction of the surrounding air, preferably in a specified order.

본 발명의 과제는 또한, 본 발명에 따른 자동차용 열 시스템, 특히 열 관리 시스템의 작동 방법에 의해서 해결된다.The object of the invention is also solved by a method of operating the thermal system for a vehicle according to the invention, in particular a thermal management system.

본 발명의 구상에 따르면, 필요에 따라 그리고 시스템으로부터 흡수된 열에 따라 냉각제 순환계로, 특히 냉매 순환계에서 냉각제 순환계로 전달된 열이 냉각제-공기 열교환기 내에서 주변 공기로 그리고/또는 축열기 장치의 위상 변화 물질로 전달된다. 이때 상기 위상 변화 물질은 고체상에서 액체상으로 변환된다.According to the inventive concept, the heat transferred from the coolant circulation system to the coolant circulation system, in particular from the coolant circulation system to the coolant circulation system, as necessary and depending on the heat absorbed from the system, is transferred from the coolant-air heat exchanger to the ambient air and/or the phase of the accumulator device. Transmitted to change material. At this time, the phase change material is converted from a solid phase to a liquid phase.

본 발명의 바람직한 한 추가 실시예에 따르면, 냉각제-공기 열교환기 내에서만 주변 공기로 전달될 수 없는 열이 축열기 장치의 위상 변화 물질로 전달된다.According to a further preferred embodiment of the invention, heat that cannot be transferred to the ambient air only in the coolant-air heat exchanger is transferred to the phase change material of the regenerator device.

본 발명의 한 개선예에 따르면, 축열기 장치의 위상 변화 물질에 축적된 열은 냉각제 순환계의 냉각제로 전달되고, 냉각제-공기 열교환기를 관류할 때 주변 공기로 전달된다. 이 경우 위상 변화 물질은 액체상에서 고체상으로 변환된다. 냉각제에서 축열기 장치의 위상 변화 물질로 그리고 위상 변화 물질에서 냉각제로의 열전달은 시간 지연 방식으로 이루어진다.According to one refinement of the present invention, the heat accumulated in the phase change material of the regenerator device is transferred to the coolant in the coolant circulation system and transferred to the surrounding air when passing through the coolant-air heat exchanger. In this case, the phase change material is converted from a liquid phase to a solid phase. Heat transfer from the coolant to the phase change material of the regenerator device and from the phase change material to the coolant is performed in a time delay manner.

본 발명의 바람직한 실시예는, 자동차의 공조 시스템으로서 열 시스템의 사용 및 피크 열 부하를 방출하기 위한 고속 충전 과정에서 전기 에너지 저장 장치의 컨디셔닝을 가능하게 한다. 이 경우 상기 열 시스템은 바람직하게 배터리 전기식으로 형성된 자동차의 전기 저장 장치의 고속 충전 과정을 최적화하기 위해 제공된다.A preferred embodiment of the present invention enables the use of a thermal system as an air conditioning system of an automobile and the conditioning of the electrical energy storage device in a fast charging process to dissipate the peak heat load. In this case, the thermal system is preferably provided for optimizing the fast charging process of the electric storage device of the vehicle, which is formed by battery electricity.

이 경우 피크 열 부하는 시스템의 기존 컴포넌트들에 의해 주변 공기로 배출될 수 있는 양보다 많은 열을 의미할 수 있다.In this case, the peak heat load may mean more heat than can be released into the ambient air by the existing components of the system.

본 발명에 따른 시스템은, 요약하면 다음과 같은 다양한 장점을 갖는다:The system according to the invention, in summary, has various advantages, including:

- 필요에 따라 총 냉각 용량의 최대화,-Maximize the total cooling capacity as needed,

- 배터리 셀의 온도 상승으로 인한 충전 전류의 스로틀 없이 고전압 배터리의 고속 충전을 가능하게 하기 위한 냉각 용량 증가,-Increased cooling capacity to enable fast charging of high voltage batteries without throttle of charging current due to temperature rise of battery cells,

- 위상 변화 물질이 물 또는 광물과 같은 민감한 축열기보다 단위 용적당 최대 14배 더 많은 열을 축적하므로, 단위 질량당 그리고 단위 용적당 에너지 밀도가 높은 잠열 저장기,-Latent heat accumulators with high energy density per unit mass and per unit volume, since phase change materials accumulate up to 14 times more heat per unit volume than sensitive accumulators such as water or minerals,

- 위상 변화 과정 동안 위상 변화 물질의 온도가 거의 일정하게 유지, 이는 온도 변동이 급격한 온도 변화없이 이루어지도록 하고, 냉각될 대상을 일정한 온도로 유지하기 위해 사용되며, 또한 방열 및 축열이 일정한 온도에서 위상 변화 물질에 의해 이루어지도록 하며,-During the phase change process, the temperature of the phase change material is kept almost constant. This is used to ensure that temperature fluctuations occur without sudden temperature change, and to keep the object to be cooled at a constant temperature, and heat dissipation and heat storage are phased at a constant temperature. To be made by the change material,

- 위상 변화 물질의 질량 또는 용적에 따라 냉각 모듈의 공기 송풍기가 작동하지 않아도 장시간에 걸쳐 열이 완전히 흡수될 수 있으며,-Depending on the mass or volume of the phase change material, heat can be completely absorbed over a long period of time even when the air blower of the cooling module is not operated.

- 잠열 축열기가 간단히 그리고 사용 가능한 모든 공간에서 냉각제 순환계에 통합될 수 있으며, 단열 없이 폐열 전용으로 사용되므로 비용과 설치 공간이 줄고 고전압 배터리의 고속 충전을 위해 절대 필요하며,-The latent heat accumulator can be simply and integrated into the coolant circulation system in any available space, and is used exclusively for waste heat without insulation, reducing cost and installation space and is absolutely necessary for fast charging of high voltage batteries,

- 특히 자동차가 정지 상태에서, 자동차의 공기 조화 시스템의 냉각 용량을 증가시키며,-Increase the cooling capacity of the car's air conditioning system, especially when the car is stationary,

- 적어도 2개의 냉매 압축기를 사용하는 경우, 공지된 시스템보다 높은 냉매의 질량 흐름 및 높은 냉각 용량을 야기하며,-If at least two refrigerant compressors are used, it results in a higher refrigerant mass flow and higher cooling capacity than known systems,

- 냉매 순환계의 연결 해제 및 적어도 2개의 압축기의 사용 시에도 전체 시스템의 냉각 능력을 매우 잘 제어하고, 또한, 증발기 상호 간의 압력 의존성도 제거되며,-Even when disconnecting the refrigerant circulation system and using at least two compressors, the cooling capacity of the entire system is very well controlled, and pressure dependence between the evaporators is also eliminated.

- 따라서 작동 중에 높은 동역학과 유연성이 보장되며,-Therefore, high dynamics and flexibility are ensured during operation,

- 분리된 냉매 순환계들의 컴포넌트가 원하는 냉각 조건으로 정확히 설계 가능하므로, 더 작고 가벼운 컴포넌트로 이어지며,-The components of the separated refrigerant circulation systems can be designed precisely to the desired cooling conditions, leading to smaller and lighter components,

- 압축기뿐만 아니라 냉각제 냉각식 응축기/가스 냉각기 또한 가변적이고 위치 독립적으로 배치될 수 있어 짧은 냉매 라인 실현, 이는 또한, 냉매 순환계 내에서 냉매 측 전체 압력 손실을 최소화하며,-Not only the compressor but also the coolant-cooled condenser/gas cooler can be arranged variable and position-independently, realizing a short refrigerant line, which also minimizes the total pressure loss on the refrigerant side in the refrigerant circulation system.

- 따라서 작동 중 공조 시스템의 최대 효율과 최소 설치 공간 실현, 그리고-Therefore, realizing the maximum efficiency and minimum installation space of the air conditioning system during operation, and

- 공지된 컴포넌트들과 비교해서 새로운 또는 추가의 컴포넌트가 필요하지 않으므로 적은 제조 비용 보장.-Compared with known components, no new or additional components are required, ensuring low manufacturing costs.

상기 열 시스템, 특히 상기 냉매 순환계들은 사용되는 냉매에 상관없이 그리고 이와 더불어 R134a, R744, R1234yf, R404a, R600a, R290, R152a, R32 또는 이들의 혼합물 또는 다른 냉매에도 적합하게 설계되었다.The thermal systems, in particular the refrigerant circulation systems, are designed to be suitable regardless of the refrigerant used and in addition to R134a, R744, R1234yf, R404a, R600a, R290, R152a, R32 or mixtures thereof or other refrigerants.

본 발명의 실시예들의 추가적인 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조해서 이루어지는 실시예들에 대한 하기의 설명으로부터 드러나며, 이때 상기 도면들에는 각각 객실의 전방 영역과 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 하나 이상의 제1 냉매 순환계 및 이러한 냉매 순환계로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치를 갖고 그리고 예를 들면 드라이브 트레인, 특히 전기 드라이브 트레인의 컴포넌트들을 냉각하기 위한 하나 이상의 제1 냉각제 순환계를 구비하는 자동차의 열 시스템이 개시된다. 이 경우 도면부에서:
도 1a는 추가의 제2 냉각제 순환계를 구비하는 시스템으로서, 이때 상기 제2 냉각제 순환계는 냉매 순환계와 열적으로 연결되어 있고, 배터리를 냉각하기 위한 열교환기를 구비하며, 이 경우 축열기 장치는 제1 냉각제 순환계 내에서 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-공기 열교환기 이전에 배치되어 있고,
도 1b는 도 1a의 시스템과 유사한 시스템으로서, 이 경우 축열기 장치는 제1 냉각제 순환계 내에서 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-공기 열교환기 다음에 배치되어 있으며,
도 1c는 배터리를 냉각하기 위한 추가 냉각제 순환계를 구비하지 않는, 도 1a의 시스템과 유사한 시스템으로서, 이 경우 배터리를 냉각하기 위한 냉매 순환계의 열교환기가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있으며,
도 1d는 배터리를 냉각하기 위한 추가 냉각제 순환계를 구비하지 않는, 도 1b의 시스템과 유사한 시스템으로서, 이 경우 배터리를 냉각하기 위한 냉매 순환계의 열교환기가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있으며,
도 2a는 추가의 제2 냉매 순환계와 추가의 제2 냉각제 순환계를 구비하는 시스템으로서, 이때 상기 제2 냉각제 순환계는 제1 냉매 순환계와 열적으로 연결되고, 배터리를 냉각하기 위한 열교환기를 구비하며, 이 경우 축열기 장치는 제1 냉각제 순환계 내에서 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-공기 열교환기 이전에 배치되어 있으며,
도 2b는 도 2a의 시스템과 유사한 시스템으로서, 이 경우 축열기 장치는 제1 냉각제 순환계 내에서 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-공기 열교환기 다음에 배치되어 있으며,
도 2c는 배터리를 냉각하기 위한 추가 냉각제 순환계를 구비하지 않는, 도 2a의 시스템과 유사한 시스템으로서, 이 경우 배터리를 냉각하기 위한 제1 냉매 순환계의 열교환기가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있으며, 그리고
도 2d는 배터리를 냉각하기 위한 추가 냉각제 순환계를 구비하지 않는, 도 2b의 시스템과 유사한 시스템으로서, 이 경우 배터리를 냉각하기 위한 제1 냉매 순환계의 열교환기가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있다.Additional details, features, and advantages of the embodiments of the present invention emerge from the following description of the embodiments made with reference to the accompanying drawings, wherein the drawings show the front area of the cabin and the rear area of the cabin, respectively. Having at least one first refrigerant circulation system for conditioning air and a regenerator device for absorbing heat from such a refrigerant circulation system and having, for example, at least one first coolant circulation system for cooling components of a drive train, in particular an electric drive train A thermal system of a vehicle is disclosed. In this case, in the drawing:
1A is a system having an additional second coolant circulation system, wherein the second coolant circulation system is thermally connected to the refrigerant circulation system, and includes a heat exchanger for cooling the battery. In this case, the heat storage device is a first coolant Disposed before the coolant-air heat exchanger in the flow direction of the coolant in the circulation system,
FIG. 1B is a system similar to the system of FIG. 1A, in which case the heat accumulator device is disposed after the coolant-air heat exchanger in the flow direction of the coolant in the first coolant circulation system,
FIG. 1C is a system similar to the system of FIG. 1A, which does not have an additional coolant circulation system for cooling the battery, in which case the heat exchanger of the refrigerant circulation system for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell,
Figure 1d is a system similar to the system of Figure 1b, which does not have an additional coolant circulation system for cooling the battery, in which case the heat exchanger of the refrigerant circulation system for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell,
2A is a system comprising an additional second refrigerant circulation system and an additional second coolant circulation system, wherein the second coolant circulation system is thermally connected to the first refrigerant circulation system, and includes a heat exchanger for cooling the battery, and In this case, the heat storage device is disposed before the coolant-air heat exchanger in the flow direction of the coolant in the first coolant circulation system
FIG. 2B is a system similar to the system of FIG. 2A, in which case the heat accumulator device is disposed after the coolant-air heat exchanger in the flow direction of the coolant in the first coolant circulation system,
Figure 2c is a system similar to the system of Figure 2a, which does not have an additional coolant circulation system for cooling the battery, in which case the heat exchanger of the first refrigerant circulation system for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell, and
Fig. 2d is a system similar to the system of Fig. 2b, which does not have an additional coolant circulation system for cooling the battery, in which case the heat exchanger of the first refrigerant circulation system for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell.

도 1a에는, 객실의 전방 영역과 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉매 순환계(2), 이러한 냉매 순환계(2)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-1)를 갖고 그리고 예를 들어 드라이브 트레인, 특히 전동기와 같은 전기 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 제1 냉각제 순환계(3-1) 및 제2 냉각제 순환계(3-2)를 구비하는 자동차의 열 시스템(1-1a)이 개시된다. In Fig. 1A, there is a refrigerant circulation system 2 for conditioning air in the front area of the cabin and the rear area of the cabin, and an accumulator device 20-1 for absorbing heat from this coolant circulation system 2, and an example Thermal system 1-1a of a motor vehicle with a first coolant circulation system 3-1 and a second coolant circulation system 3-2 for cooling the drivetrain, in particular the components 19 of the electric drivetrain such as electric motors. ) Is started.

상기 제2 냉각제 순환계(3-2)는 증발기로서 작동하는 냉매-냉각제 열교환기(10-1)를 통해서 냉매 순환계(2)와 열적으로 연결되어 있으며, 이때 상기 냉매-냉각제 열교환기(10-1)는 칠러로도 명명되며, 그리고 고전압 배터리와 같은 전기 컴포넌트를 냉각하기 위한 열교환기(21-1)를 구비하여 형성되어 있다. 이 열교환기(21-1)는 배터리 냉각기로도 명명되고, 그리고 제2 냉각제 순환계(3-2)는 냉각제의 온도 레벨 때문에 고온 냉각제 순환계로도 명명된다. 냉각제는 이송 장치(22), 특히 펌프에 의해서 냉각제 순환계(3-2) 내에서 순환된다.The second coolant circulation system 3-2 is thermally connected to the refrigerant circulation system 2 through a refrigerant-coolant heat exchanger 10-1 operating as an evaporator, and the refrigerant-coolant heat exchanger 10-1 ) Is also referred to as a chiller, and is formed with a heat exchanger 21-1 for cooling an electrical component such as a high voltage battery. This heat exchanger 21-1 is also referred to as a battery cooler, and the second coolant circulation system 3-2 is also referred to as a high temperature coolant circulation system because of the temperature level of the coolant. The coolant is circulated in the coolant circulation system 3-2 by means of a conveying device 22, in particular a pump.

냉매 순환계(2)는 냉매의 유동 방향으로 압축기(4), 응축기/가스 냉각기(5)로서 작동하는 제1 냉매-냉각제 열교환기(5), 응축기/가스 냉각기(6-1)로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(6-1) 그리고 증발기로서 작동하고, 각각 상류에 배치된 팽창 부재(7, 8, 9-1)를 갖는 열교환기(10-1, 11-1, 12)를 구비한다. 상기 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된, 예를 들면 전기 팽창 밸브로서 형성된 팽창 부재(7, 8, 9-1)들을 갖는 열교환기(10-1, 11-1, 12)들은 각각 유동 경로 내부에 배치되어 있다. 이 경우 각각 증발기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기(11-1)와 냉매의 유동 방향으로 상류에 배치된 팽창 부재(9-1)를 갖는 유동 경로 및 증발기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(12)와 냉매의 유동 방향으로 상류에 배치된 팽창 부재(8)를 갖는 유동 경로에 평행하게, 팽창 부재(7)와 냉매의 유동 방향으로 하류에 배치되고, 증발기로서 작동하는, 제2 냉각제 순환계(3-2)의 냉매-냉각제 열교환기(10-1)를 갖는 유동 경로가 형성되어 있다. 상기 증발기(10-1, 11-1, 12)들에는 냉매의 유동 방향으로 상류에 배치된 팽창 부재(7, 8, 9-1)들과 함께 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉매가 공급된다. 상기 증발기(10-1, 11-1, 12)들로부터 배출되는 냉매는 압축기(4)에 의해 흡입된다. 냉매 순환계(2)는 폐쇄되어 있다.The refrigerant circulation system (2) is a first refrigerant-coolant heat exchanger (5) that operates as a compressor (4), a condenser/gas cooler (5) and a condenser/gas cooler (6-1) in the flow direction of the refrigerant. 2 A refrigerant-air heat exchanger (6-1) and a heat exchanger (10-1, 11-1, 12) operating as an evaporator and having expansion members (7, 8, 9-1) disposed upstream, respectively. do. Heat exchangers 10-1, 11-1, 12 operating as the evaporator and having expansion members 7, 8, 9-1 disposed upstream, e.g., formed as electric expansion valves, are inside the flow path Is placed in. In this case, a flow path having a first refrigerant-air heat exchanger 11-1 operating as an evaporator and an expansion member 9-1 disposed upstream in the flow direction of the refrigerant, and a second refrigerant-air operating as an evaporator In parallel to the flow path having the heat exchanger 12 and the expansion member 8 arranged upstream in the flow direction of the refrigerant, the expansion member 7 is arranged downstream in the flow direction of the refrigerant, and operates as an evaporator. 2 A flow path with the refrigerant-coolant heat exchanger 10-1 of the coolant circulation system 3-2 is formed. Refrigerant is supplied to the evaporators 10-1, 11-1, 12 individually or simultaneously with each other as needed together with expansion members 7, 8, 9-1 arranged upstream in the flow direction of the refrigerant. . The refrigerant discharged from the evaporators 10-1, 11-1 and 12 is sucked by the compressor 4. The refrigerant circulation system 2 is closed.

제1 냉매-공기 열교환기(11-1) 내에서 냉매 증발 시 생성되는 냉각 용량은 전방 영역에 있는 객실에 공급된 공기 질량 흐름을 냉각하기 위해 사용되고, 반면에 제2 냉매-공기 열교환기(12) 내에서 냉매 증발 시 생성되는 냉각 용량은 후방 영역에 있는 객실에 공급된 공기 질량 흐름을 냉각하기 위해 사용된다. 냉매 순환계(2)와 제2 냉각제 순환계(3-2)를 열적으로 연결하는 냉매-냉각제 열교환기(10-1) 내에서 냉매 증발 시, 전기 컴포넌트 냉각을 위해 열교환기(21-1) 내에서 냉각제로 전달된 열은 냉각 용량으로서 냉각제에서 냉매로 전달된다. 그 결과 제2 냉각제 순환계(3-2) 내에서 순환하는 냉각제는 배터리 냉각기(21-1) 관류 시 고전압 배터리의 열을 흡수하며, 이 경우 상기 배터리 냉각기(21-1) 접촉 열교환기로서 형성되거나, 또는 배터리 셀 주위에 냉각제가 흐른다.The cooling capacity generated when the refrigerant evaporates in the first refrigerant-air heat exchanger 11-1 is used to cool the air mass flow supplied to the cabin in the front area, while the second refrigerant-air heat exchanger 12 ), the cooling capacity generated when the refrigerant evaporates inside is used to cool the air mass flow supplied to the cabin in the rear area. When refrigerant evaporates in the refrigerant-coolant heat exchanger (10-1) thermally connecting the refrigerant circulation system (2) and the second coolant circulation system (3-2), in the heat exchanger (21-1) to cool the electrical components. Heat transferred to the coolant is transferred from the coolant to the refrigerant as the cooling capacity. As a result, the coolant circulating in the second coolant circulation system 3-2 absorbs heat from the high voltage battery when passing through the battery cooler 21-1, and in this case, it is formed as a contact heat exchanger of the battery cooler 21-1 or , Or coolant flows around the battery cells.

낮은 온도를 갖는 저압 레벨의 압축기(4)로부터 흡입된 냉매는 높은 온도를 갖는 고압 레벨로 이송되어 압축된다. 냉매 순환계(2)의 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-냉각제 열교환기(5) 관류 시 각각 열교환기(10-1, 11-1, 12)들 내에서 증발 시 냉매로부터 그리고 압축기(4) 내에서 압축 시 흡수된 열이 적어도 비율적으로 냉매에서 제1 냉각제 순환계(3-1) 내에서 순환하는 냉각제로 전달될 수 있다.The refrigerant sucked from the low-pressure level compressor 4 having a low temperature is transferred to a high-pressure level having a high temperature and compressed. The first refrigerant-coolant heat exchanger (5) operating as a condenser/gas cooler of the refrigerant circulation system (2) evaporates in the heat exchangers (10-1, 11-1, 12), respectively, when passing through, from the refrigerant and the compressor (4). ), the heat absorbed during compression may be transferred from the refrigerant to the coolant circulating in the first coolant circulation system 3-1 at least proportionally.

냉매-냉각제 열교환기(5)를 통해, 냉매 순환계(2)는 제1 냉각제 순환계(3-1)와 열적으로 연결되어 있다. 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매 냉각제 열교환기(5)의 하류에 배치된, 냉매 순환계(2)의 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(6-1) 내에서는, 열이 냉매에서 주변 공기로 전달됨으로써 냉매가 계속 냉각 또는 응축되고/응축되거나 과냉각(super cooling)될 수 있다. 상기 냉매-냉각제 열교환기(5)와 냉매-공기 열교환기(6-1)는 냉매 순환계(2) 내에서 서로 직렬접속 방식으로 배치되어 있고, 냉매가 차례로 공급된다.Through the refrigerant-coolant heat exchanger 5, the refrigerant circulation system 2 is thermally connected to the first coolant circulation system 3-1. In the second refrigerant-air heat exchanger 6-1, which operates as a condenser/gas cooler of the refrigerant circulation system 2, disposed downstream of the first refrigerant coolant heat exchanger 5 operating as a condenser/gas cooler, As heat is transferred from the refrigerant to the surrounding air, the refrigerant may be continuously cooled or condensed and/or super cooled. The refrigerant-coolant heat exchanger 5 and the refrigerant-air heat exchanger 6-1 are arranged in series connection with each other in the refrigerant circulation system 2, and refrigerants are sequentially supplied.

제1 냉각제 순환계(3-1)는 냉매-냉각제 열교환기(5)와 함께 냉매 순환계(2)로부터 냉매의 열을 흡수하기 위해 사용된다. 또한, 제1 냉각제 순환계(3-1)는 저온 냉각제 순환계로서, 마찬가지로 예를 들면 전기 드라이브 트레인의 여러 컴포넌트(19)(예: 내부 충전기 또는 충전 장치, 변압기 또는 변류기, 인버터 또는 전기 구동 모터)들의 열을 배출하기 위해 또는 과급 공기 또는 트랜스미션 오일의 열을 배출하기 위해 사용된다.The first coolant circulation system 3-1 is used together with the coolant-coolant heat exchanger 5 to absorb heat of the coolant from the coolant circulation system 2. In addition, the first coolant circulation system 3-1 is a low temperature coolant circulation system, likewise, for example, of various components 19 of an electric drive train (e.g. internal charger or charging device, transformer or current transformer, inverter or electric drive motor). It is used to dissipate heat or to dissipate heat from charge air or transmission oil.

이 경우 냉각제는 2개의 상이한 유동 경로(15, 16)로 분할되는데, 이들 유동 경로는 각각 분기 지점(17)에서 합류 지점(18)까지 연장되며, 이 경우 제1 유동 경로(15)는 냉매-냉각제 열교환기(5)를 구비하고, 냉각제는 제2 유동 경로(16)를 통해 냉각될 컴포넌트(19), 특히 전기 컴포넌트로 안내된다. 이러한 경우에 상기 두 유동 경로(15, 16)에는 필요에 따라 개별적으로 또는 공동으로 그리고 동시에 냉각제가 공급된다. 냉각제 분할을 위해, 분기 지점(17)은 3방향 밸브로서 형성되어 있으며, 그 결과 질량 흐름의 비율이 필요에 따라 0% 내지 100%에 이를 수 있다.In this case, the coolant is divided into two different flow paths 15, 16, each of which extends from the branch point 17 to the confluence point 18, in which case the first flow path 15 is the refrigerant- A coolant heat exchanger 5 is provided, the coolant being guided via a second flow path 16 to the component 19 to be cooled, in particular the electrical component. In this case the two flow paths 15 and 16 are supplied with coolant individually or jointly and simultaneously as required. For coolant splitting, the branch point 17 is formed as a three-way valve, so that the proportion of mass flow can reach 0% to 100% as required.

축열기 장치(20-1)는 제1 냉각제 순환계(3-1) 내에서 냉각제의 유동 방향으로 유동 경로(15, 16)들의 합류 지점(18) 다음에 그리고 이와 더불어 냉매-냉각제 열교환기(5)의 하류에 그리고 냉각제-공기 열교환기(13) 이전에 배치되어 있으며, 그 결과 특히, 시스템(1-1a)이 높은 열 부하로 작동 시, 후속해서 냉각제-공기 열교환기(13) 관류 시 열이 냉각제에서 주변 공기로 전달되어 냉각제가 더 냉각되기 전에, 먼저 열이 온도가 높은 제1 냉각제 순환계(3-1)의 냉각제에서 잠열 축열기(20-1)의 위상 변화 물질로 전달될 수 있다.The heat accumulator device 20-1 follows the confluence point 18 of the flow paths 15 and 16 in the flow direction of the coolant in the first coolant circulation system 3-1, and in addition to the refrigerant-coolant heat exchanger 5 ) Downstream and before the coolant-air heat exchanger (13), as a result of which, in particular, when the system (1-1a) is operated with a high thermal load, the subsequent heat through the coolant-air heat exchanger (13) Before the coolant is transferred from the coolant to the surrounding air and the coolant is further cooled, first, heat may be transferred from the coolant of the high temperature first coolant circulation system 3-1 to the phase change material of the latent heat accumulator 20-1. .

특히, 배터리 냉각기(21-1)를 통해 다량의 고전압 배터리의 열이 배출되는 고전압 배터리의 고속 충전 과정에서는, 제2 냉각제 순환계(3-2) 내에서 순환하는 냉각제로 또는 냉매 순환계(2) 내에서 순환하는 냉매로 그리고 냉매-냉각제 열교환기(5)에서, 제1 냉각제 순환계(3-1) 내에서 순환하는 냉각제로 전달되어야 하며, 결국 상기 냉각제 순환계(3-1) 내에서 순환하는 냉각제의 다량의 열이 잠열 축열기(20-1)의 위상 변화 물질에 축적되며, 이 경우 상기 위상 변화 물질은 고체상에서 액체상으로 변한다.In particular, in the fast charging process of the high voltage battery in which a large amount of heat from the high voltage battery is discharged through the battery cooler 21-1, the coolant circulating in the second coolant circulation system 3-2 or the coolant circulation system 2 In the refrigerant circulating in the refrigerant and in the refrigerant-coolant heat exchanger 5, it must be transferred to the coolant circulating in the first coolant circulation system 3-1, and eventually, the coolant circulating in the coolant circulation system 3-1. A large amount of heat is accumulated in the phase change material of the latent heat accumulator 20-1, and in this case, the phase change material changes from a solid phase to a liquid phase.

그렇지 않은 경우 냉매-냉각제 열교환기(5) 내에서 또는 컴포넌트(19)에 의해 냉각제로부터 흡수된 열이 필요에 따라 축열기 장치(20-1) 관류 시 이러한 축열기 장치(20-1) 내에 배치된 위상 변화 물질로 또는 냉각제-공기 열교환기(13) 관류 시 주변 공기로 전달될 수 있다. 냉각제는 이송 장치(14)에 의해 특히 펌프에 의해 냉각제 순환계(3-1) 내에서 순환된다.If not, the heat absorbed from the coolant in the refrigerant-coolant heat exchanger 5 or by the component 19 is placed in such a regenerator device 20-1 when flowing through the regenerator device 20-1 as required. It may be transferred to the surrounding air as a phase change material or when passing through the coolant-air heat exchanger 13. The coolant is circulated in the coolant circulation system 3-1 by means of a conveying device 14 in particular by means of a pump.

잠열 축열기(20-1)의 위상 변화 물질에서, 특히 고전압 배터리의 고속 충전 과정에서 축적된 잠열은 필요에 따라 그리고 주어진 시점에 시간 연장되어, 특히 자동차의 주행 모드 동안, 냉각제 순환계(3-1) 내에서 순환하는 냉각제로 그리고 공랭식 저온 냉각기로서 냉각제-공기 열교환기(13)에서 주변 공기로 전달될 수 있다. 이 경우 잠열 축열기(20-1)의 위상 변화 물질은 액체상에서 고체상으로 위상 변화한다.In the phase change material of the latent heat accumulator 20-1, in particular, the latent heat accumulated in the process of fast charging of the high voltage battery is extended in time as necessary and at a given point, in particular during the driving mode of the vehicle, the coolant circulation system 3-1 ) As a coolant circulating within and as an air-cooled low-temperature cooler from the coolant-air heat exchanger 13 to the ambient air. In this case, the phase change material of the latent heat accumulator 20-1 changes from a liquid phase to a solid phase.

냉매 순환계(2)의 작동에 의해서는, 고전압 배터리의 고속 충전 과정 동안에도 또한, 동시에 객실용 유입 공기가 컨디셔닝될 수 있는데, 특히 냉각될 수 있다. 이 경우 잠열 축열기로서 형성된 축열기 장치(20-1)는 냉매 순환계(2)의 최대 폐열 이용 시 방출되는 열을 흡수하기 위해 열 버퍼(thermal buffer)로서 이용된다.By the operation of the refrigerant circulation system 2, also during the fast charging process of the high voltage battery and at the same time, the incoming air for the cabin can be conditioned, in particular, can be cooled. In this case, the heat accumulator device 20-1 formed as a latent heat accumulator is used as a thermal buffer to absorb heat released when the refrigerant circulation system 2 uses maximum waste heat.

도 1a에 따른 시스템 (1-1a)의 형성에 의해, 별도의 영역으로서 객실의 프런트 영역과 리어 영역용 유입 공기 흐름들이 서로 독립적으로 컨디셔닝될 수 있다. 또한, 단지 열교환기(21-1)만, 예를 들면 고전압 배터리의 냉각을 위한 배터리 냉각기로서 사용할 수 있는 반면에, 객실용 유입 공기 흐름들은 컨디셔닝되지 않을 수 있는데, 특히 냉각 및/또는 제습되지 않을 수 있다. 이 경우 열은 제2 냉각제 순환계(3-2), 냉매 순환계(2)의 냉매-냉각제 열교환기(10-1) 그리고 냉매-공기 열교환기(6-1) 또는 제1 냉각제 순환계(3-1)의 냉각제-공기 열교환기(13)와 결합하여 냉매-냉각제 열교환기(5)에 의해 고전압 배터리에서 간접적으로 주변 공기로 그리고/또는 축열기 장치(20-1)의 위상 변화 물질로 전달된다.By the formation of the system 1-1a according to FIG. 1A, the inlet air flows for the front area and the rear area of the cabin as separate areas can be conditioned independently of each other. Further, only the heat exchanger 21-1 can be used as a battery cooler, for example for cooling high voltage batteries, while the inlet air flows for the cabin may not be conditioned, in particular not being cooled and/or dehumidified. I can. In this case, the heat is the second coolant circulation system (3-2), the refrigerant-coolant heat exchanger (10-1) of the refrigerant circulation system (2), and the refrigerant-air heat exchanger (6-1) or the first coolant circulation system (3-1). ) In combination with the coolant-air heat exchanger 13 and transferred by the refrigerant-coolant heat exchanger 5 indirectly from the high voltage battery to the ambient air and/or to the phase change material of the regenerator device 20-1.

저온 냉각기로도 명명되는, 제1 냉각제 순환계(3-1)의 냉각제-공기 열교환기(13)와 냉매 순환계(2)의 냉매-공기 열교환기(6-1)는, 주변 공기로 열을 전달하기 위해 각각 자동차의 전방 영역에 배치되어 있다. 이 경우 상기 열교환기(13, 6-1)들은 주변 공기의 유동 방향으로 언급한 순서대로 배치되어 있으며, 그 결과 상기 제1 냉각제 순환계(3-1)의 냉각제-공기 열교환기(13)에는 상응하는 온도를 갖는 서늘한 주변 공기가 직접 유입된다.The coolant-air heat exchanger 13 of the first coolant circulation system 3-1 and the coolant-air heat exchanger 6-1 of the coolant circulation system 2, also referred to as a low-temperature cooler, transfer heat to the surrounding air. Each of them is arranged in the front area of the vehicle to do so. In this case, the heat exchangers 13 and 6-1 are arranged in the order mentioned in the flow direction of the surrounding air, and as a result, they correspond to the coolant-air heat exchanger 13 of the first coolant circulation system 3-1. Cool ambient air with a temperature of that temperature is directly introduced.

도 1b에는 도 1a에 따른 시스템(1-1a)과 유사하게, 객실의 전방 영역과 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉매 순환계(2), 이러한 냉매 순환계(2)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-2)를 갖는 그리고 예를 들면 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 제1 냉각제 순환계(3-1) 및 제2 냉각제 순환계(3-2)를 구비한 자동차의 열 시스템(1-2a)이 도시되어 있다. In Fig. 1b , similar to the system 1-1a according to Fig. 1a, a refrigerant circulation system 2 for conditioning the air in the front area of the cabin and the rear area of the cabin, for absorbing heat from the refrigerant circulation system 2 Heat of a motor vehicle with a regenerator device 20-2 and with a first coolant circulation system 3-1 and a second coolant circulation system 3-2, for example for cooling the components 19 of the drive train System 1-2a is shown.

도 1a에 따른 시스템(1-1a)과 달리, 도 1b에 따른 시스템(1-2a)의 경우에는 제1 냉각제 순환계(3-1) 내에서 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-공기 열교환기(13) 다음에 그리고 이와 더불어 냉각제-공기 열교환기와 분기 지점(17) 또는 이송 장치(14) 사이에 단지 축열기 장치(20-2)만 배치되어 있다.Unlike the system 1-1a according to FIG. 1A, in the case of the system 1-2a according to FIG. 1B, the coolant-air heat exchanger 13 in the flow direction of the coolant in the first coolant circulation system 3-1 Next and in addition to this, only the regenerator device 20-2 is arranged between the coolant-air heat exchanger and the branch point 17 or the transfer device 14.

도 1a의 시스템(1-1a)과 비교해 상기 시스템(1-2a)은, 잠열 축열기(20-2)에만 열이 축적된다는 장점을 가지며, 이러한 열은 냉각제-공기 열교환기(13) 관류 시 냉각제에서 주변 공기로 전달될 수 없다.Compared with the system 1-1a of FIG. 1A, the system 1-2a has the advantage that heat is accumulated only in the latent heat accumulator 20-2, and this heat is transferred through the coolant-air heat exchanger 13 It cannot be transferred from the coolant to the ambient air.

도 1a의 시스템(1-1a)과 도 1b의 시스템(1-2a)의 기능, 특히 냉매 순환계(2)와 제2 냉각제 순환계(3-2)의 기능은 동일하다.The functions of the system 1-1a of FIG. 1A and the system 1-2a of FIG. 1B, particularly the refrigerant circulation system 2 and the second coolant circulation system 3-2, are the same.

도 1c는 도 1a의 시스템(1-1a)과 유사하게, 객실의 전방 영역과 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉매 순환계(2), 이러한 냉매 순환계(2)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-1)를 갖는 그리고 예를 들면 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 냉각제 순환계(3-1)를 구비하는 자동차의 열 시스템(1-3a)을 도시한다. 1C is a refrigerant circulation system 2 for conditioning air in the front area of the cabin and the rear area of the cabin, similar to the system 1-1a of FIG. 1A, and an axis for absorbing heat from this coolant circulation system 2 A thermal system 1-3a of a motor vehicle with a hot air device 20-1 and with a coolant circulation system 3-1 for cooling the components 19 of the drive train for example is shown.

도 1a에 따른 시스템(1-1a)과 달리, 도 1c에 따른 시스템(1-3a)은 고전압 배터리와 같은 전기 컴포넌트를 냉각하기 위한 열교환기(21-1)를 갖는 제2의 추가 냉각제 순환계(3-2) 없이 형성되어 있다. 냉각제에 의해 관류되는 열교환기(21-1) 대신, 배터리를 냉각하기 위한 냉매 순환계(2)의 열교환기(10-2)가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있다. 그 결과 냉매 순환계(2) 내에서 순환하는 냉매는 배터리 냉각기(21-2) 관류 시 고전압 배터리로부터 열을 흡수하고, 이 경우 상기 배터리 냉각기(21-2)는 접촉 열교환기로서, 특히 냉매 순환계(2)의 열교환기(10-2)를 갖는 접촉 열교환기로서 형성되어 있거나 배터리 셀 주위로 냉매가 흐른다.Unlike the system 1-1a according to FIG. 1a, the system 1-3a according to FIG. 1c is a second additional coolant circulation system with a heat exchanger 21-1 for cooling an electrical component such as a high voltage battery. 3-2) is formed without. Instead of the heat exchanger 21-1 through which the coolant flows, the heat exchanger 10-2 of the refrigerant circulation system 2 for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell. As a result, the refrigerant circulating in the refrigerant circulation system 2 absorbs heat from the high voltage battery when passing through the battery cooler 21-2, and in this case, the battery cooler 21-2 is a contact heat exchanger, in particular, the refrigerant circulation system ( It is formed as a contact heat exchanger having a heat exchanger 10-2 of 2) or a refrigerant flows around the battery cell.

도 1d에는 도 1b의 시스템(1-2a)과 유사하게, 객실의 전방 영역과 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉매 순환계(2), 이러한 냉매 순환계(2)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-2)를 갖는 그리고 예를 들면 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 냉각제 순환계(3-1)를 구비하는 자동차의 열 시스템(1-4a)이 도시되어 있다. In Fig. 1d , similar to the system 1-2a of Fig. 1b, a refrigerant circulation system 2 for conditioning air in the front area of the cabin and the rear area of the cabin, and an axis for absorbing heat from the refrigerant circulation system 2 The thermal system 1-4a of a motor vehicle is shown with a hot air device 20-2 and with a coolant circulation system 3-1 for cooling the components 19 of the drive train, for example.

도 1b에 따른 시스템(1-2a)과 달리, 도 1d에 따른 시스템(1-4a)은 고전압 배터리와 같은 전기 컴포넌트를 냉각하기 위한 열교환기(21-1) 갖는 제2의 추가 냉각제 순환계(3-2) 없이 형성되어 있다. 냉각제에 의해 관류되는 열교환기(21-1) 대신, 배터리를 냉각하기 위한 냉매 순환계(2)의 열교환기(10-2)가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있다. 그 결과 냉매 순환계(2) 내에서 순환하는 냉매는 배터리 냉각기(21-2) 관류 시 고전압 배터리로부터 열을 흡수하고, 이 경우 상기 배터리 냉각기(21-2)는 접촉 열교환기로서, 특히 냉매 순환계(2)의 열교환기(10-2)를 갖는 접촉 열교환기로서 형성되어 있거나 냉매가 배터리 셀 주위로 냉매가 흐른다.Unlike the system 1-2a according to FIG. 1b, the system 1-4a according to FIG. 1d has a second additional coolant circulation system 3 with a heat exchanger 21-1 for cooling an electrical component such as a high voltage battery. It is formed without -2). Instead of the heat exchanger 21-1 through which the coolant flows, the heat exchanger 10-2 of the refrigerant circulation system 2 for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell. As a result, the refrigerant circulating in the refrigerant circulation system 2 absorbs heat from the high voltage battery when passing through the battery cooler 21-2, and in this case, the battery cooler 21-2 is a contact heat exchanger, in particular, the refrigerant circulation system ( It is formed as a contact heat exchanger having the heat exchanger 10-2 of 2) or the refrigerant flows around the battery cells.

도 2a에는 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제1 냉매 순환계(2-1), 객실의 전방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제2 냉매 순환계(2-2), 상기 제1 냉매 순환계(2-1)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-1)를 갖는 그리고 예를 들면 드라이브 트레인, 특히 전동기와 같은 전기 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 제1 냉각제 순환계(3-1) 및 제2 냉각제 순환계(3-2)를 구비하는 자동차의 열 시스템(1-1b)이 도시되어 있다. 2A shows a first refrigerant circulation system (2-1) for conditioning air in the rear area of the cabin, a second refrigerant circulation system (2-2) for conditioning air in the front area of the cabin, and the first refrigerant circulation system (2). A first coolant circulation system 3-1 with a regenerator device 20-1 for absorbing heat from -1) and for cooling the components 19 of an electric drive train, for example a drive train, in particular an electric motor. ) And a second coolant circulation system 3-2 is shown.

상기 제1 냉각제 순환계(3-1)와 제2 냉각제 순환계(3-2)는 도 1a에 따른 시스템(1-1a)의 냉각제 순환계(3-1, 3-2)와 동일하게 형성되어 있다.The first coolant circulation system 3-1 and the second coolant circulation system 3-2 are formed in the same manner as the coolant circulation systems 3-1 and 3-2 of the system 1-1a according to FIG. 1A.

제1 냉매 순환계(2-1)는 냉매의 유동 방향으로 압축기(4-1), 응축기/가스 냉각기(5)로서 작동하는 냉매-냉각제 열교환기(5) 및 증발기로서 작동하고, 각각 상류에 배치된 팽창 부재(7, 8)를 갖는 열교환기(10-1, 12)를 구비한다. 상기 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된, 예를 들면 전기 팽창 밸브로서 형성된 팽창 부재(7, 8)들을 갖는 열교환기(10-1, 12)들은 각각 유동 경로 내부에 배치되어 있다. 이 경우 증발기로서 작동하는 냉매-공기 열교환기(12)와 냉매의 유동 방향으로 상류에 배치된 팽창 부재(8)를 갖는 유동 경로에 평행하게, 팽창 부재(7)와 냉매의 유동 방향으로 하류에 배치된, 증발기로서 작동하는, 제2 냉각제 순환계(3-2)의 냉매-냉각제 열교환기(10-1)를 갖는 유동 경로가 형성되어 있다. 상기 증발기(10-1, 12)들에는 냉매의 유동 방향으로 상류에 배치된 팽창 부재(7, 8)들과 함께 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉매가 공급된다. 상기 증발기(10-1, 12)들로부터 방출되는 냉매는 압축기(4-1)에 의해 흡입된다. 제1 냉매 순환계(2-1)는 폐쇄되어 있다.The first refrigerant circulation system 2-1 operates as a refrigerant-coolant heat exchanger 5 and an evaporator operating as a compressor 4-1, a condenser/gas cooler 5 in the flow direction of the refrigerant, and are disposed upstream respectively. Heat exchangers (10-1, 12) having expanded members (7, 8) are provided. Heat exchangers 10-1 and 12, which operate as the evaporator and have expansion members 7 and 8 arranged upstream, for example formed as electric expansion valves, are arranged inside the flow path, respectively. In this case, parallel to the flow path having the refrigerant-air heat exchanger 12 acting as an evaporator and the expansion member 8 disposed upstream in the flow direction of the refrigerant, the expansion member 7 and downstream in the flow direction of the refrigerant A flow path is formed with the refrigerant-coolant heat exchanger 10-1 of the second coolant circulation system 3-2 arranged, operating as an evaporator. Refrigerant is supplied to the evaporators 10-1 and 12 individually or simultaneously with each other, as necessary, together with expansion members 7 and 8 arranged upstream in the flow direction of the refrigerant. The refrigerant discharged from the evaporators 10-1 and 12 is sucked by the compressor 4-1. The first refrigerant circulation system 2-1 is closed.

냉매-공기 열교환기(12) 내에서 냉매 증발 시 생성되는 냉각 용량은 후방 영역에 있는 객실에 공급된 공기 질량 흐름을 냉각시키기 위해 사용된다. 제1 냉매 순환계(2-1)와 제2 냉각제 순환계(3-2)를 열적으로 연결하는 냉매-냉각제 열교환기(10-1) 내에서 냉매 증발 시, 전기 컴포넌트를 냉각하기 위한 열교환기(21-1) 내에서 냉각제로 전달되는 열은 냉각 용량으로서 냉각제에서 냉매로 전달된다. 그 결과 제2 냉각제 순환계(3-2) 내에서 순환하는 냉각제는 배터리 냉각기(21-1) 관류 시 고전압 배터리의 열을 흡수하며, 이 경우 상기 배터리 냉각기(21-1)가 접촉 열교환기로서 형성되어 있거나 배터리 셀 주위로 냉각제가 흐른다.The cooling capacity generated when the refrigerant evaporates in the refrigerant-air heat exchanger 12 is used to cool the air mass flow supplied to the cabin in the rear area. A heat exchanger (21) for cooling electric components when refrigerant evaporates in the refrigerant-coolant heat exchanger (10-1) thermally connecting the first refrigerant circulation system (2-1) and the second coolant circulation system (3-2) The heat transferred to the coolant within -1) is the cooling capacity and is transferred from the coolant to the refrigerant. As a result, the coolant circulating in the second coolant circulation system 3-2 absorbs heat from the high voltage battery when passing through the battery cooler 21-1, and in this case, the battery cooler 21-1 is formed as a contact heat exchanger. Or coolant flows around the battery cells.

낮은 온도를 갖는 저압 레벨의 압축기(4-1)로부터 흡입된 냉매는 높은 온도를 갖는 고압 레벨로 이송되어 압축된다. 제1 냉매 순환계(2-1)의 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 냉매-냉각제 열교환기(5) 관류 시, 각각 열교환기(10-1, 12)들 내에서 증발 시 냉매로부터 그리고 압축기(4-1) 내에서 압축 시 흡수된 열이 냉매에서 제1 냉각제 순환계(3-1) 내에서 순환하는 냉각제로 전달되며, 이 경우 냉매는 냉각 또는 응축 및/또는 과냉각된다. 냉매-냉각제 열교환기(5)를 통해 제1 냉매 순환계(2-1)는 제1 냉각제 순환계(3-1)와 열적으로 연결되어 있다.The refrigerant sucked from the low-pressure level compressor 4-1 having a low temperature is transferred to a high-pressure level having a high temperature and compressed. When passing through the refrigerant-coolant heat exchanger 5 operating as a condenser/gas cooler of the first refrigerant circulation system 2-1, when evaporating in the heat exchangers 10-1 and 12, respectively, from the refrigerant and the compressor (4- 1) During compression, the absorbed heat is transferred from the refrigerant to the coolant circulating in the first coolant circulation system 3-1, in which case the refrigerant is cooled or condensed and/or supercooled. The first refrigerant circulation system 2-1 is thermally connected to the first coolant circulation system 3-1 through the refrigerant-coolant heat exchanger 5.

예를 들어, 열교환기(21-1)에 의한 전기 컴포넌트의 냉각 활성화와 동시에 자동차 내부 공간의 유입 공기를 컨디셔닝하기 위해 사용되는 제2 냉매 순환계(2-2)는 냉매의 유동 방향으로 압축기(4-2), 응축기/가스 냉각기(6-2)로서 작동하는 냉매-공기 열교환기(6-2) 및 증발기로서 작동하고, 상류에 배치된, 예를 들면 전기 팽창 밸브로서 형성된 팽창 부재(9-2)를 갖는 열교환기(11-2)를 구비한다. 상기 증발기(11-2)로부터 방출되는 냉매는 증발기(4-2)에 의해 흡입된다. 제2 냉매 순환계(2-2)는 폐쇄되어 있다. 냉매 증발 시 제1 냉매-공기 열교환기(11-2) 내에서 생성되는 냉각 용량은 전방 영역에 있는 객실에 공급되는 공기 질량 흐름을 냉각하기 위해 사용된다.For example, the second refrigerant circulation system 2-2 used to condition the inlet air in the interior space of the vehicle at the same time as the cooling activation of the electric component by the heat exchanger 21-1 is the compressor 4 in the flow direction of the refrigerant. -2), a refrigerant-air heat exchanger 6-2 that operates as a condenser/gas cooler 6-2 and an expansion member 9- which operates as an evaporator and is disposed upstream, for example, formed as an electric expansion valve. A heat exchanger (11-2) having 2) is provided. The refrigerant discharged from the evaporator 11-2 is sucked by the evaporator 4-2. The second refrigerant circulation system 2-2 is closed. When the refrigerant evaporates, the cooling capacity generated in the first refrigerant-air heat exchanger 11-2 is used to cool the air mass flow supplied to the cabin in the front area.

낮은 온도를 갖는 저압 레벨의 압축기(4-2)로부터 흡입된 냉매는 높은 온도를 갖는 고압 레벨로 이송되어 압축된다. 도면에 도시되지 않은 대안적인 실시 형태에 따라 냉매-냉각제 열교환기로도 형성될 수 있는, 제2 냉매 순환계(2-2)의 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 냉매-공기 열교환기(6-2) 관류 시, 도면에 도시되지 않은 대안적인 실시 형태에 따라 냉매-냉각제 열교환기로도 형성될 수 있는 냉매-공기 열교환기(11-2)들 내에서 증발 시 냉매로부터 그리고 압축기(4-2) 내에서 압축 시 흡수된 열이 냉매에서 주변 공기로 전달되며, 이 경우 냉매는 냉각 또는 응축 및/또는 과냉각된다.The refrigerant sucked from the low pressure level compressor 4-2 having a low temperature is transferred to a high pressure level having a high temperature and compressed. Throughflow of a refrigerant-air heat exchanger 6-2 acting as a condenser/gas cooler of the second refrigerant circulation system 2-2, which can also be formed as a refrigerant-coolant heat exchanger according to an alternative embodiment not shown in the drawings. Compression from the refrigerant and in the compressor 4-2 upon evaporation in the refrigerant-air heat exchangers 11-2, which can also be formed as a refrigerant-coolant heat exchanger according to an alternative embodiment not shown in the drawing. The heat absorbed during this time is transferred from the refrigerant to the surrounding air, in which case the refrigerant is cooled or condensed and/or supercooled.

도 2a에 따른 시스템 (1-1b)의 형성에 의해, 별도의 영역으로서 객실의 프런트 영역과 리어 영역의 유입 공기 흐름들이 서로 독립적으로 컨디셔닝될 수 있다. 또한, 단지 열교환기(21-1)만 예를 들면, 고전압 배터리 냉각을 위한 배터리 냉각기로서 사용할 수 있는 반면에, 특히, 객실의 후방 영역의 유입 공기 흐름은 컨디셔닝, 특히 냉각 및/또는 제습되지 않고, 제2 냉매 순환계(2-2)의 압축기(4-2) 및 이와 더불어 제2 냉매 순환계(2-2)가 작동하지 않는다. 이 경우 열은 제2 냉각제 순환계(3-2), 제1 냉매 순환계(2-1)의 냉매-냉각제 열교환기(10-1) 및 냉매-냉각제 열교환기(5) 또는 제1 냉각제 순환계(3-1)의 냉매-냉각제 열교환기(13)에 의해 고전압 배터리에서 간접적으로 주변 공기로 그리고/또는 축열기 장치(20-1)의 위상 변화 물질로 전달된다.By the formation of the system 1-1b according to FIG. 2A, the inlet air flows of the front area and the rear area of the cabin as separate areas can be conditioned independently of each other. In addition, only the heat exchanger 21-1 can be used, for example, as a battery cooler for high voltage battery cooling, while in particular, the incoming air flow in the rear area of the cabin is not conditioned, in particular cooled and/or dehumidified. , The compressor 4-2 of the second refrigerant circulation system 2-2 and the second refrigerant circulation system 2-2 do not operate. In this case, the heat is the second coolant circulation system 3-2, the coolant-coolant heat exchanger 10-1 and the coolant-coolant heat exchanger 5 or the first coolant circulation system 3 of the first coolant circulation system 2-1. It is transferred indirectly from the high voltage battery to the ambient air by means of the refrigerant-coolant heat exchanger 13 of -1) and/or to the phase change material of the regenerator device 20-1.

압축기(4-1), 냉각제에 의해 냉각되는 응축기/가스 냉각기(5), 팽창 부재(7, 8)들 및 제1 냉매 순환계(2-1)의 증발기(10-1, 12)와 같은 컴포넌트들의 최적의 배치에 의해, 이러한 컴포넌트들은 최소 길이를 갖는 냉매 라인에 의해 서로 연결된다. 최소 길이를 갖는 냉매 라인이 사용됨으로써, 한편으로는 냉매 라인들 관류 시 냉매의 압력 손실이 최소화된다. 다른 한편으로는, 중량 그리고 이와 관련한 냉매 라인에 대한 비용이 최소 수준으로 구현된다.Components such as compressor 4-1, condenser/gas cooler 5 cooled by coolant, expansion members 7, 8 and evaporators 10-1, 12 of first refrigerant circulation system 2-1 By an optimal arrangement of them, these components are connected to each other by a refrigerant line having a minimum length. By using a refrigerant line having a minimum length, on the one hand, the pressure loss of the refrigerant when passing through the refrigerant lines is minimized. On the other hand, the weight and associated costs for the refrigerant line are realized to a minimum.

저온 냉각기로도 명명되는, 제1 냉각제 순환계(3-1)의 냉각제-공기 열교환기(13)와 제2 냉매 순환계(2-2)의 냉매-공기 열교환기(6-2)는 주변 공기로 열을 전달하기 위해 자동차의 프런트 영역에 각각 배치되어 있다. 이 경우 상기 열교환기(13, 6-2)들은 주변 공기의 유동 방향으로 언급한 순서대로 배치되어 있으며, 그 결과 상기 제1 냉각제 순환계(3-1)의 냉각제-공기 열교환기(13)에 상응하는 온도를 갖는 서늘한 주변 공기가 유입된다.The coolant-air heat exchanger 13 of the first coolant circulation system 3-1 and the coolant-air heat exchanger 6-2 of the second coolant circulation system 2-2, also referred to as a low temperature cooler, are Each is placed in the front area of the car to transfer heat. In this case, the heat exchangers 13 and 6-2 are arranged in the order mentioned in the flow direction of the surrounding air, and as a result, they correspond to the coolant-air heat exchanger 13 of the first coolant circulation system 3-1. Cool ambient air with a temperature of that temperature is introduced.

도 2b에는 도2a의 시스템(1-1b)과 유사하게 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제1 냉매 순환계(2-1)와 객실의 전방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제2 냉매 순환계(2-2), 상기 제1 냉매 순환계(2-1)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-2)를 갖는 그리고 예를 들면 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 제1 냉각제 순환계(3-1)와 제2 냉각제 순환계(3-2)를 구비하는 자동차의 열 시스템(1-2b)이 도시되어 있다. In Fig. 2b , similar to the system 1-1b of Fig. 2a, a first refrigerant circulation system 2-1 for conditioning the air in the rear area of the cabin and a second refrigerant circulation system for conditioning air in the front area of the cabin ( 2-2), a first coolant circulation system having a regenerator device 20-2 for absorbing heat from the first refrigerant circulation system 2-1 and for cooling the components 19 of the drive train, for example A thermal system 1-2b of a motor vehicle having (3-1) and a second coolant circulation system 3-2 is shown.

도 2a에 따른 시스템(1-1b)과 달리 도 2b에 따른 시스템(1-2b)의 경우, 축열기 장치(20-2)만 제1 냉각제 순환계(3-1) 내에서 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-공기 열교환기(13) 다음에 그리고 이와 더불어 냉각제-공기 열교환기(13)와 분기 지점(17) 또는 이송 장치(14) 사이에 배치되어 있다.Unlike the system 1-1b according to FIG. 2A, in the case of the system 1-2b according to FIG. 2B, only the heat accumulator device 20-2 is in the flow direction of the coolant in the first coolant circulation system 3-1. It is arranged after and in addition to the coolant-air heat exchanger 13 and between the branch point 17 or the conveying device 14.

도 2a의 시스템(1-1b)과 비교해 상기 시스템(1-2b)은, 열이 잠열 축열기(20-2)에만 축적된다는 장점을 가지며, 냉각제-공기 열교환기(13) 관류 시 상기와 같은 열은 냉각제에서 주변 공기로 전달될 수 없다.Compared to the system 1-1b of FIG. 2A, the system 1-2b has the advantage that heat is accumulated only in the latent heat accumulator 20-2, and when the coolant-air heat exchanger 13 flows through, Heat cannot be transferred from the coolant to the surrounding air.

시스템(1-2b)과 시스템(1-1b), 특히 냉매 순환계(2-1, 2-2)와 제2 냉각제 순환계(3-2)의 기능은 동일하다.The functions of the system 1-2b and the system 1-1b, particularly the refrigerant circulation systems 2-1 and 2-2 and the second coolant circulation system 3-2, are the same.

도 2c는 도 2a의 시스템(1-1b)과 유사하게, 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제1 냉매 순환계(2-1)와 객실의 전방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제2 냉매 순환계(2-2), 상기 제1 냉매 순환계(2-1)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-1)를 갖는 그리고 예를 들면 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 제1 냉각제 순환계(3-1)를 구비하는 자동차의 열 시스템(1-3b)을 도시한다. 2C is a first refrigerant circulation system 2-1 for conditioning air in the rear area of the cabin and a second refrigerant circulation system for conditioning air in the front area of the cabin, similar to the system 1-1b of FIG. 2A. (2-2), a first coolant having an accumulator device 20-1 for absorbing heat from the first refrigerant circulation system 2-1 and for cooling the components 19 of the drive train, for example It shows a thermal system 1-3b of an automobile having a circulation system 3-1.

도 2a에 따른 시스템(1-1b)과 달리, 도 2c에 따른 시스템(1-3b)은 고전압 배터리와 같은 전기 컴포넌트를 냉각하기 위한 열교환기(21-1) 갖는 제2의 추가 냉각제 순환계(3-2) 없이 형성되어 있다. 냉각제에 의해 관류되는 열교환기(21-1) 대신, 배터리를 냉각하기 위한 제1 냉매 순환계(2-1)의 열교환기(10-2)가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있다. 그 결과 제1 냉매 순환계(2-1) 내에서 순환하는 냉매는 배터리 냉각기(21-2) 관류 시 고전압 배터리로부터 열을 흡수하고, 이 경우 상기 배터리 냉각기(21-2)는 접촉 열교환기로서, 특히, 제1 냉매 순환계(2-1)의 열교환기(10-2)를 구비하는 접촉 열교환기로서 형성되어 있거나, 또는 배터리 셀 주위로 냉매가 흐른다.Unlike the system 1-1b according to FIG. 2a, the system 1-3b according to FIG. 2c has a second additional coolant circulation system 3 with a heat exchanger 21-1 for cooling electrical components such as high voltage batteries. It is formed without -2). Instead of the heat exchanger 21-1 flowing through the coolant, the heat exchanger 10-2 of the first refrigerant circulation system 2-1 for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell. As a result, the refrigerant circulating in the first refrigerant circulation system 2-1 absorbs heat from the high-voltage battery when passing through the battery cooler 21-2. In this case, the battery cooler 21-2 is a contact heat exchanger, In particular, it is formed as a contact heat exchanger including the heat exchanger 10-2 of the first refrigerant circulation system 2-1, or the refrigerant flows around the battery cells.

도 2d에는 도 2b의 시스템(1-2b)과 유사하게, 객실의 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제1 냉매 순환계(2-1)와 객실의 전방 영역의 공기를 컨디셔닝하기 위한 제1 냉매 순환계(2-2), 상기 제1 냉매 순환계(2-1)로부터 열을 흡수하기 위한 축열기 장치(20-1)를 갖는 그리고 예를 들면 드라이브 트레인의 컴포넌트(19)들을 냉각하기 위한 제1 냉각제 순환계(3-1)를 구비하는 자동차의 열 시스템(1-4b)이 도시되어 있다. In Fig. 2d , similar to the system 1-2b of Fig. 2b, a first refrigerant circulation system 2-1 for conditioning air in the rear area of the cabin and a first refrigerant circulation system for conditioning air in the front area of the cabin (2-2), a first coolant having an accumulator device 20-1 for absorbing heat from the first refrigerant circulation system 2-1 and for cooling the components 19 of the drive train, for example The thermal system 1-4b of a motor vehicle with circulation system 3-1 is shown.

도 2b에 따른 시스템(1-2b)과 달리, 도 2d에 따른 시스템(1-4b)은 고전압 배터리와 같은 전기 컴포넌트를 냉각하기 위한 열교환기(21-1) 갖는 제2의 추가 냉각제 순환계(3-2) 없이 형성되어 있다. 냉각제에 의해 관류되는 열교환기(21-1) 대신, 배터리를 냉각하기 위한 제1 냉매 순환계(2-1)의 열교환기(10-2)가 배터리 셀과 직접 열적으로 연결되어 있다. 그 결과 제1 냉매 순환계(2-1) 내에서 순환하는 냉매는 배터리 냉각기(21-2) 관류 시 고전압 배터리로부터 열을 흡수하고, 이 경우 상기 배터리 냉각기(21-2)는 접촉 열교환기로서, 특히, 제1 냉매 순환계(2-1)의 열교환기(10-2)를 구비하는 접촉 열교환기로서 형성되어 있거나, 또는 배터리 셀 주위로 냉매가 흐른다.Unlike the system 1-2b according to FIG. 2b, the system 1-4b according to FIG. 2d has a second additional coolant circulation system 3 with a heat exchanger 21-1 for cooling electrical components such as high voltage batteries. It is formed without -2). Instead of the heat exchanger 21-1 flowing through the coolant, the heat exchanger 10-2 of the first refrigerant circulation system 2-1 for cooling the battery is directly thermally connected to the battery cell. As a result, the refrigerant circulating in the first refrigerant circulation system 2-1 absorbs heat from the high-voltage battery when passing through the battery cooler 21-2. In this case, the battery cooler 21-2 is a contact heat exchanger, In particular, it is formed as a contact heat exchanger including the heat exchanger 10-2 of the first refrigerant circulation system 2-1, or the refrigerant flows around the battery cells.

도면에 도시되지 않은 실시 형태에 따르면, 제1 냉매 순환계(2, 2-1)는 증발기로서 작동하는 열교환기만 구비한다.According to an embodiment not shown in the drawing, the first refrigerant circulation systems 2 and 2-1 are provided with only heat exchangers that operate as evaporators.

또한, 냉매 순환계(2, 2-1, 2-2)들은 서로 병렬로 그리고/또는 직렬로 배치되고, 응축기/가스 냉각기 및/또는 증발기로서 작동하는 추가 열교환기들 및/또는 팽창 부재들을 구비하여 형성될 수 있다. 그 외에 상기 냉매 순환계(2, 2-1, 2-2)들은 고압 측에 하나 이상의 고압 컬렉터 또는 저압 측에 하나 이상의 저압 컬렉터(어큐뮬레이터라고도 함) 또는 하나 이상의 내부 열교환기를 구비할 수 있다. 이 경우 내부 열교환기가 통합된 어큐뮬레이터들도 형성될 수 있다.In addition, the refrigerant circulation systems 2, 2-1, 2-2 are arranged in parallel and/or in series with each other and are provided with additional heat exchangers and/or expansion members that operate as condensers/gas coolers and/or evaporators. Can be formed. In addition, the refrigerant circulation systems 2, 2-1, 2-2 may include one or more high-pressure collectors on the high-pressure side, one or more low-pressure collectors (also referred to as accumulators) or one or more internal heat exchangers on the low-pressure side. In this case, accumulators with integrated internal heat exchangers can also be formed.

이때 내부 열교환기는 순환계 내부 열교환기로 이해해야 하며, 이러한 열교환기는 고압 냉매와 저압 냉매 간 열전달을 위해 사용된다. 이 경우 예를 들어, 한편으로는 액체 냉매가 응축 또는 액화 후에 더 냉각되고, 다른 한편으로는 흡입 가스가 압축기 이전에 과열된다.At this time, the internal heat exchanger should be understood as an internal heat exchanger in a circulation system, and this heat exchanger is used for heat transfer between a high-pressure refrigerant and a low-pressure refrigerant. In this case, for example, the liquid refrigerant is further cooled after condensation or liquefaction on the one hand, and on the other hand the suction gas is superheated before the compressor.

계속해서 한편으로는 상기 냉매 순환계(2-1, 2-2)들 그리고 다른 한편으로는 냉각제 순환계 (3-1, 3-2)들이 각각 직접 또는 하나 이상의 추가 냉매-냉매 열교환기 또는 냉각제-냉각제 열교환기를 통해 서로 열적으로 연결될 수 있다.The refrigerant circulation systems 2-1, 2-2 on the one hand and the coolant circulation systems 3-1, 3-2 on the other hand are each directly or at least one additional refrigerant-refrigerant heat exchanger or coolant-coolant. They can be thermally connected to each other through a heat exchanger.

상기 열 시스템(1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b)들은 또한, 개별 시스템(1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b)이 가열 모드로 또는 재가열 모드로 작동하기 위해 도면에 도시되지 않은 냉각제 순환계 또는 냉각제 순환계의 유동 경로를 구비하여 형성될 수 있다.The thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b) are also individual systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b) have a coolant circulation system not shown in the drawing or a flow path of the coolant circulation system for operation in heating mode or in reheat mode Can be formed by

1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a: 시스템
1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b: 시스템
2, 2-1: 냉매 순환계, 제1 냉매 순환계
2-2: 냉매 순환계, 제2 냉매 순환계
3-1: 제1 냉각제 순환계, 냉각제 순환계
3-2: 제2 냉각제 순환계, 냉각제 순환계
4, 4-1: (제1) 냉매 순환계(2, 2-1)의 압축기
4-2: 제2 냉매 순환계(2-2)의 압축기
5: 냉매-냉각제 열교환기, 냉매 순환계(2)의 (제1) 응축기/가스 냉각기
6-1: 냉매-공기 열교환기, 냉매 순환계(2)의 (제2) 응축기/가스 냉각기
6-2: 냉매-공기 열교환기, 제2 냉매 순환계(2-2)의 응축기/가스 냉각기
7, 8, 9-1: (제1) 냉매 순환계(2, 2-1)의 팽창 부재
9-2: 제2 냉매 순환계(2-2)의 팽창 부재
10-1: 냉매-냉각제 열교환기, 증발기
10-2: 열교환기, 증발기
11-1, 11-2: 제1 냉매-공기 열교환기, 증발기
12: 제2 냉매-공기 열교환기, 증발기
13: 냉각제-공기 열교환기
14: 이송 장치, 펌프
15: 제1 유동 경로
16: 제2 유동 경로
17: 분기 지점, 3방향 밸브
18: 합류 지점
19: 드라이브 트레인의 컴포넌트
20-1, 20-2: 축열기 장치, 잠열 축열기
21-1, 21-2: 열교환기, 배터리 냉각기
22: 이송 장치, 펌프1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a: system
1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b: system
2, 2-1: refrigerant circulation system, first refrigerant circulation system
2-2: refrigerant circulation system, second refrigerant circulation system
3-1: first coolant circulation system, coolant circulation system
3-2: second coolant circulation system, coolant circulation system
4, 4-1: (1) Compressor of refrigerant circulation system (2, 2-1)
4-2: Compressor of the second refrigerant circulation system 2-2
5: Refrigerant-coolant heat exchanger, (1st) condenser/gas cooler of refrigerant circulation system (2)
6-1: refrigerant-air heat exchanger, (2) condenser/gas cooler of refrigerant circulation system (2)
6-2: refrigerant-air heat exchanger, condenser/gas cooler of the second refrigerant circulation system (2-2)
7, 8, 9-1: (1) expansion member of the refrigerant circulation system (2, 2-1)
9-2: Expansion member of the second refrigerant circulation system 2-2
10-1: refrigerant-coolant heat exchanger, evaporator
10-2: heat exchanger, evaporator
11-1, 11-2: first refrigerant-air heat exchanger, evaporator
12: second refrigerant-air heat exchanger, evaporator
13: Coolant-air heat exchanger
14: conveying device, pump
15: first flow path
16: second flow path
17: branch point, 3-way valve
18: confluence point
19: Components of the drive train
20-1, 20-2: heat storage device, latent heat heat storage device
21-1, 21-2: heat exchanger, battery cooler
22: conveying device, pump

Claims

-One or more air mass flows to be supplied to the car's cabin and refrigerant-coolant heat exchanger (5), evaporators (10-1, 10-2) acting as compressors (4, 4-1), condenser/gas cooler (5) ) And having at least one first heat exchanger having an expansion member 7 disposed upstream and at least one second heat exchanger having an expansion member 8 disposed upstream and acting as an evaporator 12 One or more refrigerant circulation systems (2, 2-1) for conditioning components of the drive train and
-Automotive thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a) comprising at least one coolant circulation system (3-1) for absorbing heat from the refrigerant circulation system (2, 2-1) , 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b),
The coolant circulation system 3-1 comprises a refrigerant-coolant heat exchanger 5 of the refrigerant circulation system 2, 2-1, a coolant-air heat exchanger 13 for transferring heat to the surrounding air, and a heat storage device ( 20-1, 20-2) is provided and formed,
The coolant circulation system (3-1) has a first flow path (15) and a second flow path (16), these flow paths in such a way that each extends from the branch point 17 to the confluence point 18 and Is formed in parallel so as to be able to flow through, in which case the refrigerant-coolant heat exchanger (5) of the refrigerant circulation system (2, 2-1) is in the first flow path (15) and the component (19) of the drive train. ) A heat exchanger for tempering (tempering) is disposed in the second flow path 16,
The heat accumulator devices 20-1, 20-2 are disposed downstream of the confluence point 18,
Heat exchanger (21-1, 21-2) for transferring heat to the refrigerant flowing through the evaporators (10-1, 10-2), and for conditioning the battery, the thermal system (1- 1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b).

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The second method according to claim 1, wherein the coolant during flow through the evaporator (10-1) transfers the heat absorbed during flow through the heat exchanger (21-1) to the refrigerant circulation system (2, 2-1). The coolant circulation system (3-2) is provided with a heat exchanger (21-1) for conditioning the energy storage device and a first heat exchanger of the refrigerant circulation system (2, 2-1), which operates as the evaporator (10-1). The thermal system (1-1a, 1-2a, 1-1b, 1-2b) characterized in that it is formed by doing.

The heat exchanger according to claim 1, wherein the first heat exchanger of the refrigerant circulation system (2, 2-1), which operates as the evaporator (10-1), is for conditioning the energy storage device to transfer heat directly to the refrigerant ( The thermal system (1-3a, 1-4a, 1-3b, 1-4b), characterized in that formed by combining with 21-1).

The first heat exchanger according to claim 1, operating as said evaporator (10-1, 10-2) and having an expansion member (7) arranged upstream, is arranged in the first flow path, said evaporator (12) Characterized in that the second heat exchanger is arranged in a second flow path, the second heat exchanger having an expansion member 8 disposed upstream and operating as, wherein the flow paths are formed in parallel so that the refrigerant can be supplied, Thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b).

The refrigerant-coolant heat exchanger (5) of the refrigerant circulation system (2, 2-1), the coolant-air heat exchanger (13) and the heat storage device (20) of the coolant circulation system (3-1). Thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b), characterized in that -1, 20-2 are connected in series with each other and arranged in sequence so that the coolant can flow through , 1-2b, 1-3b, 1-4b).

7. The method according to claim 6, characterized in that the heat accumulator device (20-1) is arranged after the refrigerant-coolant heat exchanger (5) and before the coolant-air heat exchanger (13) in the flow direction of the coolant. As, thermal systems (1-1a, 1-3a, 1-1b, 1-3b).

The method according to claim 6, characterized in that the heat accumulator device (20-2) is arranged after the coolant-air heat exchanger (13) and before the refrigerant-coolant heat exchanger (5) in the flow direction of the coolant. As, thermal systems (1-2a, 1-4a, 1-2b, 1-4b).

The method of claim 1, wherein the heat accumulator device (20-1, 20-2) of the coolant circulation system (3-1) is formed as a latent heat accumulator containing a phase change material, Thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b), characterized in that there is.

Thermal system (1-1a, 1) according to claim 9, characterized in that the phase change material is formed to change between the solid and liquid phases when the heat accumulator device (20-1, 20-2) is operated. -2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b).

The thermal system (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1 according to claim 10, characterized in that the phase change material has a constant melting or solidification temperature in the range of 40°C to 80°C. -1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b).

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6. A first according to claim 5, wherein the refrigerant circulation system (2) operates as an evaporator to condition the first air mass flow to be supplied to the cabin of the vehicle and has an expansion member (9-1) disposed upstream. A refrigerant-air heat exchanger (11-1) is provided, and the expansion member (9-1) and the first refrigerant-air heat exchanger (11-1) are arranged in one common flow path. 1 The refrigerant-air heat exchanger (11-1) is a second refrigerant-air heat exchanger (12) for conditioning the second air mass flow to be supplied to the cabin of the vehicle, and a first flow including the evaporator (12). Thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-, characterized in that the refrigerant is formed to be supplied in parallel to the path and the second flow path including the evaporator (10-1). 4a).

The method of claim 5, wherein the refrigerant circulation system (2) comprises a second refrigerant-air heat exchanger (6-1) operating as a condenser/gas cooler to transfer heat to the surrounding air, and the second refrigerant-air Heat exchanger (1-1a, 1-2a, 1, characterized in that the heat exchanger is arranged after the first refrigerant-coolant heat exchanger (5) operating as the condenser/gas cooler (5) in the flow direction of the refrigerant -3a, 1-4a).

The heat exchanger according to claim 1, wherein the second refrigerant circulation system (2-2) operates as a compressor (4-2), a condenser/gas cooler (6-2) and an evaporator for conditioning the air mass flow to be supplied to the cabin. Heat system (1-1b, 1-2b, 1), characterized in that it is formed with a refrigerant-air heat exchanger (11-2) having an expansion member (9-2) disposed upstream and operating as -3b, 1-4b).

The coolant-air heat exchanger (13) of the coolant circulation system (3-1) and the coolant-air heat exchanger of the coolant circulation system (2, 2-2) in the flow direction of the surrounding air according to claim 14 or 15. Thermal systems (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, characterized in that the groups (6-1, 6-2) are arranged in sequence so that the surrounding air can be introduced 1-2b, 1-3b, 1-4b).

A method of operating the thermal system according to claim 1 (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b),
Transfer to the coolant circulation system (3-1) according to the heat absorbed from the system (1-1a, 1-2a, 1-3a, 1-4a, 1-1b, 1-2b, 1-3b, 1-4b) The resulting heat is transferred from the coolant-air heat exchanger 13 to the ambient air or to the phase change material of the heat accumulator devices 20-1, 20-2, in which case the phase change material changes from solid to liquid. Characterized in that, the method.

The method according to claim 17, characterized in that heat that cannot be transferred to the ambient air only in the coolant-air heat exchanger (13) is transferred to the phase change material of the heat accumulator device (20-2).

19. The method according to claim 17 or 18, wherein the heat accumulated in the phase change material of the heat accumulator device (20-1, 20-2) is transferred to the coolant of the coolant circulation system (3-1), and the coolant-air When the heat exchanger 13 flows through, it is transferred to the surrounding air. In this case, the phase change material changes phase from liquid to solid, and heat is transferred from the coolant to the phase change material of the heat accumulator devices 20-1 and 20-2. And the phase change material of the heat accumulator device (20-1, 20-2) is transferred to the coolant in a time delay manner.

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