KR20140033223A - 차량의 부품들 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화 시스템 - Google Patents

차량의 부품들 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1 냉각수 회로(100)를 구동하기 위한 제1 워터 펌프(C3), 제2 냉각수 회로(200)를 구동하기 위한 제2 워터 펌프(C.4), 고압 측과 저압 측을 구비하며 냉매 회로(300)를 구동하기 위한 압축기(A.1), 물 측으로 제1 냉각수 회로(100)에 접속되고 공기 측으로 실내의 상류에 접속되는 공기-물-열 교환기(C.5), 냉매 측으로 냉매 회로(300)에 접속되고 물 측으로 공기-물-열 교환기(C.5)의 상류에 접속되는 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 및, 냉매 측으로 냉매 회로(300)에 접속되고 물 측으로 잠재적 열 공급원들의 하류에 접속되는 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)를 구비하는, 차량의 부품들 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화 시스템에 관한 것이다.

Description

차량의 부품들 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR CONTROLLING THE TEMPERATURE OF COMPONENTS AND OF AN INTERIOR OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 실내의 공기 조화 및 차량의 부품의 온도를 제어하기 위한 장치와 방법 및 이러한 장치 및 방법과 관련한 차량에 관한 것이다.
차량의 실내의 부품들의 공기 조화 및 온도 조절이 공지되어 있다. 이를 위해 냉각수로 작동되는 냉각수 회로와 냉매로 작동되는 냉매 회로가 사용될 수 있다. 냉각수는 특히 물 또는 부동액과 물의 혼합물일 수 있다. 냉매는 고압 측과 저압 측을 가진 냉매 회로의 작동을 위한 증발 매질일 수 있다. 차량의 부품 및/또는 실내의 가열을 위해 히트 펌프 모드에서 냉매 회로를 사용하는 것이 공개되어 있다. 차량의 부품은 특히 전기 트랙션(electric traction) 부품 및 차량의 전기 트랙션의 작동을 위한 전력원의 부품일 수 있다. 출원번호 DE 10 2010 044 416호를 갖는 동일한 출원인의 공개되지 않은 출원에 차량용 공기 조화 시스템이 공개되어 있으며, 상기 공기 조화 시스템은, 냉매가 관통하여 흐를 수 있는 히트 펌프 및 냉각 시스템 회로로서 형성되는 냉매 회로, 이와 관련된 압축기, 적어도 하나의 외부 열 교환기 및 내부 가열 응축기가 할당된 적어도 하나의 내부 열 교환기, 내부 열 교환기 및 내부 가열 응축기에 열적으로 결합될 수 있는 공기 유동을 형성하기 위한 장치, 및 열적으로 결합된 공기 유동의 적어도 하나의 부분적 흐름을 구비하는 내부 가열 응축기를 관통하는 유동에 의해 계량될 수 있는 주입 디바이스(dosing device)를 포함한다.
이 경우, 히트 펌프 모드에서, 압축기의 고압 측으로부터의 냉매는 내부 가열 응축기 내부로 이송되고, 내부 가열 응축기로부터 이송되는 냉매는 팽창 밸브를 관통하여 내부 열교환기로 이송되며, 내부 열교환기로부터의 냉매는 양 측으로 유동되는 팽창 밸브를 통해 외부 열교환기로 이송되고, 외부 열교환기로부터의 냉매는 압축기의 저압 측으로 이송되도록, 그리고 냉각 시스템 작동에서, 압축기의 고압 측으로부터의 냉매는 내부 가열 응축기 내부로 직접적으로 이송되고, 내부 가열 응축기로부터 이송되는 냉매는 팽창 밸브를 우회하는 가운데 외부 열 교환기로 이송되며, 외부 열 교환기로부터 이송되는 냉매는 팽창 밸브를 관통하여 내부 열 교환기의 양 측으로 유동할 수 있고, 내부 열 교환기로부터의 냉매는 압축기의 저압 측으로 이송되도록 제공된다.
DE 10 2005 048 241 A1호는, 스위칭 디바이스를 통해 제어되는 압축기를 포함하는 열역학적 일차 회로 및, 일차 회로의 스위칭 디바이스의 신호에 응답하는 적어도 하나의 부품을 포함하는 전기 유닛의, 예를 들어 배터리의 냉각을 위한, 일차 회로에 열역학적으로 결합될 수 있는 이차 냉각 회로를 구비하는, 차량 공기 조화 시스템을 개시한다. US 2003 018296 A1호는 격실용 공기 조화 시스템에 관한 것이다. 공기 조화 시스템은 압축기, 외부 열 교환기 및 내부 열 교환기를 포함한다. 또한, 공기 조화 시스템은 냉각 열 교환기 및, 냉각 열 교환기 상류에 배치되고 냉각 작동시 개방되는 감압 디바이스를 포함한다. DE 103 01 006 A1호는 차량용 가열 회로/냉각 회로에 관한 것으로, 공급될 실내 공기의 냉각을 위한 증발기, 공급될 실내 공기의 가열을 위한 가열 열 교환기, 외부 열 교환기, 냉매의 이송을 위한 압축기, 증발기에 연관되는 제1 팽창 디바이스, 외부 열 교환기에 연관되는 제2 팽창 디바이스 및, 상기 부품들을 서로 연결하는 냉매 라인을 구비하며, 이 경우 회로의 제상 회로는 압축기, 외부 열 교환기 및 제2 팽창 디바이스를 포함한다.
본 발명의 목적은, 가능한 한 소수의 열 교환기로 차량의 가능한 한 다수의 온도 및 작동 상태들이 충족될 수 있도록, 차량의 부품들 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 제1 냉각수 회로를 구동하기 위한 제1 워터 펌프, 제2 냉각수 회로를 구동하기 위한 제2 워터 펌프, 고압 측과 저압 측을 구비하는 냉매 회로를 구동하기 위한 압축기, 물 측으로 제1 냉각수 회로에 접속되고 공기 측으로 실내의 상류에 접속되는 공기-물-열 교환기, 냉매 측으로 냉매 회로에 접속되고 물 측으로 공기-물-열 교환기의 상류에 접속되는 제1 냉매-냉각수 열 교환기를 포함하는, 차량의 부품 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화 시스템에 의해 해결된다. 유익하게, 열은 냉매 회로의 냉매-냉각수-열 교환기로부터 제1 냉각수 회로에 전달될 수 있다. 유익하게, 제1 냉각수 회로는 공기 조화 시스템의 공기 조화기 내에 배치되고, 차량의 실내로 유입되는 공기의 가열 및/또는 냉각을 위해 이용된다. 유익하게, 제1 냉매-냉각수-열 교환기는 공기 조화기의 외부에 배치되므로, 상기 공기 조화기는 자체에 제공되는 공기-물-열 교환기를 제외하고 열원을 포함하지 않는다. 유익하게, 공기 조화기 내에서 실내로 유입되는 공기의 가열은 제1 냉각수 회로의 공기-물-열 교환기에 의해서만 이루어진다. 공기-물-열 교환기에 열이 공급되지 않는다면, 공기 조화기는 유익하게 열원을 포함하지 않는다. 유익하게 이로 인해 효율적인 실내의 가열 및/또는 실내의 냉각이 가능해질 수 있다.
공기 조화 시스템의 일 실시예에서, 제1 냉매-냉각수-열 교환기는 냉매 회로의 고압 측에 접속된다. 유익하게 냉매 회로의 고압 측에 안내된 열은 제1 냉매-냉각수-열 교환기를 통해 방출될 수 있다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 공기 조화 시스템은 밸브 장치를 구비하고, 상기 밸브 장치에 의해 제1 냉매-냉각수-열 교환기는 냉매 측으로 냉매 회로로부터 접속 차단될 수 있다. 유익하게 밸브 장치에 의해 공기 조화 시스템의 제어가 이루어질 수 있다. 특히 밸브 장치는 중앙 제어 유닛에 의해 제어될 수 있고, 상기 제어유닛은 특히 측정 신호 및 센서 신호를 수신하고 밸브 장치의 제어를 위한 제어 신호로 변환한다. 유익하게, 밸브 장치에 의해 제1 냉매-냉각수-열 교환기는 냉매 측으로 냉매 회로로부터 접속 차단될 수 있으므로, 상기 냉매-냉각수-열 교환기는 냉매 회로로부터 열을 공급받지 않고, 즉 제1 냉각수 회로로부터의 상당한 열전달 없이 관통하여 흐를 수 있다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 공기 측으로 공기-물-열 교환기 상류에 공기-물-열 교환기를 통해 실내로 유동하는 공기 유동을 제어하기 위한 에어 플랩이 접속된다. 바람직하게, 에어 플랩에 의해 공기 유동과 공기-물-열 교환기 사이의 열 전달 및/또는 냉기 전달이 중단될 수 있다. 이 경우, 공기 유동 전체는 공기-물-열 교환기를 통해 유동할 수 있고, 이때 에어 플랩의 폐쇄에 의해 상기 공기 유동이 완전히 중단된다. 대안으로서 및/또는 추가로 공기 유동의 적어도 일부는 공기-물-열 교환기를 스쳐 지나갈 수 있으므로, 에어 플랩의 폐쇄는 공기 유동으로부터 공기-물-열 교환기의 공기 측의 접속 차단을 의미한다. 대안으로서 및/또는 추가로 또한 에어 플랩에 의해 공기-물-열 교환기의 일부만이 공기 유동으로부터 접속 차단될 수 있으므로, 열 전달 및/또는 냉기 전달이 제어될 수 있고, 특히 감소할 수 있다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 밸브 장치에 의해 차량의 열원이 제1 냉각수 회로에 접속될 수 있고, 따라서 냉매-냉각수-열 교환기 상류에 접속될 수 있다. 바람직하게 제1 냉각수 회로는, 제1 냉매-냉각수-열 교환기로부터 공기 조화기의 공기-물-열 교환기로 열 전달 목적 외에, 추가로 접속될 수 있는 열원의 온도 조절, 특히 냉각 및/또는 가열도 담당할 수 있다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 차량의 열원은 전기 부품, 전기 트랙션 부품, 파워 전자장치, 배터리, 내연기관, 전기 보조 히터를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 구성요소를 포함한다. 바람직하게 차량의 다양한 부품들은 온도 조절될 수 있고, 즉 가열 및/또는 냉각될 수 있다. 특히 상기 부품들의 폐열은 예를 들어 냉매-냉각수-열 교환기에 결합에 의해 실내를 가열하는데 이용될 수 있다. 또한, 냉각 회로에 의해 발생되는 냉기 및/또는 열은 다양한 전기 부품들의 냉각 및/또는 가열을 위해 이용될 수 있다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 공기 조화 시스템은 냉매 측으로 냉매 회로의 저압 측에 접속되고 공기 측으로 공기-물-열 교환기의 상류에 접속되는 증발기를 포함한다. 바람직하게 증발기에 의해 실내로 유동하는 공기 유동이 냉각될 수 있다. 따라서, 이로 인해 냉매 회로에 열이 공급될 수 있다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 공기 조화 시스템은 물 측으로 제2 냉각수 회로에 그리고 냉매 측으로 냉매 회로의 저압 측에 접속되는 제2 냉매-냉각수-열 교환기를 포함한다. 바람직하게 제2 냉매-냉각수-열 교환기에 의해 열은 냉매 회로로부터 제2 냉각수 회로에 전달될 수 있다. 대안으로서 및/또는 추가로, 제2 냉각수 회로는 열원을 포함하고, 상기 열은 제2 냉매-냉각수-열 교환기에 의해 냉매 회로에 전달될 수 있는 것이 고려될 수 있다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 냉매 회로는 주변 공기 유동이 관통하여 흐르게 되는 응축기를 포함하고, 상기 응축기는 밸브 장치에 의해 선택적으로 냉매 회로의 고압 측 또는 저압 측에 접속될 수 있다. 바람직하게 응축기는 밸브 장치의 제어에 의해 열의 공급을 위해 또는 대안으로서 냉매 회로로부터 열의 방출을 위해 이용될 수 있다. 이는 특히 히트 펌프 모드에서 바람직하게 활용될 수 있는데, 그 이유는 밸브 장치에 의해 전환될 수 있는 응축기와 증발기에 의해 공기 순환 작동 시 확대된 열 교환 표면이 이용되기 때문이다.
공기 조화 시스템의 다른 실시예에서, 공기 조화 시스템은 내연기관의 별도의 냉각을 위한, 제3 워터 펌프에 의해 구동되는 제3 냉각수 회로를 포함한다. 바람직하게는, 예를 들어 내연기관이 나머지 회로에 의해 방출될 수 없거나 이용될 수 없는 높은 열 출력을 형성하는 경우에, 상기 내연기관은 제3 냉각수 회로에 의해 경우에 따라서 별도로 냉각될 수 있다.
또한, 상기 목적은, 전술한 공기 조화 시스템에 의해 전기 트랙션을 포함하는 차량의 공기 조화 방법에 의해 해결되고, 상기 방법은 공기 조화 시스템의 가열 작동 시 제1 냉매-냉각수-열 교환기로부터 공기-물-열 교환기 내로 열 유동의 이송을 포함하며, 이 경우 열 유동은 밸브 장치에 의해 제어되어, 차량의 하기 부품들, 즉 차량의 열원, 전기 부품, 전기 트랙션 부품, 파워 전자장치, 배터리, 내연기관 및/또는 냉매 회로의 고압 측 중 적어도 하나로부터 발생하고, 부품 냉각 작동 시 제2 냉매-냉각수-열 교환기로부터 차량의 하기 부품들, 즉 열원, 배터리, 내연기관 및/또는 전기 보조 히터 중 적어도 하나로 냉기 유동의 이송을 포함한다. 바람직하게 가열 작동 시 차량의 실내는 가열될 수 있고, 이 경우 제1 냉매-냉각수-열 교환기에 의해 공기-물-열 교환기 내로 열 유동의 공급을 위한 자체의 열 교환은 공급 라인을 통해 이루어지므로, 바람직하게 공기 조화기는 열원을 포함하지 않고, 즉 제1 냉매-냉각수 열 교환기는 공기 조화기 외부에 배치된다. 바람직하게, 냉매 회로의 히트 펌프 모드에서, 열은 가열 열 교환기의 제1 냉각수 회로에서 형성되고, 공기 유동에 의해 실내로 이송될 수 있다. 바람직하게, 부품 냉각 작동 시, 냉각수 회로에 의해 형성될 수 있는 냉기는 차량의 부품을 냉각하기 위해 이용될 수 있다. 대안으로서 및/또는 추가로 가열 작동 및 부품 냉각 작동은 서로 무관하게 제어될 수 있으므로, 순수 부품 냉각 작동, 순수 가열 작동 및, 조합된 가열 작동 및 부품 냉각 작동은 밸브 장치에 의해 바람직하게 제어될 수 있다.
방법의 실시예에서, 실내 냉각 작동 시 또는 실내 재가열 작동 시 증발기로부터 차량의 실내로 냉기 유동의 이송이 이루어진다. 실내 냉각 작동이란, 차량의 실내가 공기 유동에 의해 냉각되는 것이다. 가열 작동이란, 차량의 실내가 공기 유동에 의해 가열되는 것이다. 실내 재가열 작동이란, 실내로 유입되는 공기 유동이 제습되는 것이다. 이때 경우에 따라서 선택적으로 실내의 냉방 및/또는 난방이 이루어질 수 있는데, 그 이유는 이를 위해 실내로 유입되는 공기 유동이 먼저 냉각되고 이어서 제습된 후에 다시 가열되기 때문이다. 열 유동 및 냉기 유동의 제어에 따라 냉각된 또는 가열된 그리고 제습된 공기 유동이 실내로 유입될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은 전술한 방법의 실시를 위해 설계되고, 형성되고, 구성되고 소프트웨어가 장착된 및/또는 전술한 공기 조화 시스템이 장착된 차량에서 해결된다. 이로써 전술한 장점들이 제공된다.
다른 장점들, 특징들 및 세부사항은 도면을 참고하여 실시예가 상세히 기술된 이하의 설명에 제시된다. 동일한, 유사한 및/또는 동일한 기능을 하는 부품들은 동일한 도면부호를 갖는다.
도 1은 전기 보조 히터를 포함하는, 차량의 부품 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템과 유사하지만, 이와 달리 보조 히터 대신에 내연기관이 제공되는 다른 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 공기 조화 시스템의 다양한 작동 방식의 개관을 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 공기 조화 시스템의 다양한 작동 방식의 개관을 개략적으로 도시한 도면.
도 1은 공기 조화기(5)에 의한 차량(1)의 실내(3)의 공기 조화를 위한 공기 조화 시스템(7)을 도시한다.
도 1에 도시된 공기 조화 시스템(7)은, 제1 워터 펌프(C.3)에 의해 구동되는, 제1 냉각수 회로(100)를 포함한다.
또한, 공기 조화 시스템(7)은, 제2 워터 펌프(C.4)에 의해 구동되는, 제2 냉각수 회로(200)를 포함한다.
또한, 공기 조화 시스템(7)은, 압축기(A.1)에 의해 구동되는, 냉매 회로(300)를 포함한다. 냉매 회로(300)는 냉매와 더불어 작동되고, 공기 조화 모드 및 히트 펌프 모드에서 작동할 수 있다.
냉각수 회로(100, 200)는 냉각재, 예를 들어 냉각수, 특히 냉각수-부동액-혼합물에 의해 작동된다. 공기 조화 시스템(7)의 제어 및/또는 조절을 위해 차량(1)은, 상세히 도시되지 않은, 제어 유닛, 예를 들어 공기 조화 제어부 및/또는 중앙 제어 유닛을 포함한다. 제어부는 밸브 장치(400)를 제어하고, 상기 밸브 장치는 회로(100, 200, 300)에 작용한다. 적절한 제어 신호 및/또는 조절 신호를 생성하기 위해, 상세히 도시되지 않은 제어부는 압력-온도 센서들로부터, 즉 제1 압력-온도 센서(A.5), 제2 압력-온도 센서(A.8) 및 제3 압력-온도 센서(A.11)로부터 측정 신호를 수신한다.
압력-온도 센서들(A.5, A.8, A.11)의 신호에 따라 특히 전기 팽창 밸브들이, 즉 냉매 회로(300)의 제1 전기 팽창 밸브(A.3), 제2 전기 팽창 밸브(A.6) 및 제3 전기 팽창 밸브(A.9)가 제어된다. 전기 팽창 밸브들(A.3, A.6 및 A.9)의 하류에 증발기로서 설계되고 또는 증발기로서 작동될 수 있는 개별적인 열 교환기, 즉 증발기(A.4), 응축기(A.7) 및 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)가 접속된다.
또한, 제1 냉각수 회로(100)와 냉매 회로(300)는 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)를 포함하고, 상기 열 교환기는 냉매 측으로 제1 전기 팽창 밸브(A.3)의 상류에 접속되고, 냉각수 측으로 공기 조화기(5)의 공기-물-열 교환기(C.5)의 상류에 접속된다.
냉매 회로(300)는 압축기(A.1)의 상류에 접속되는 컬렉터(A.12)를 포함한다.
밸브 장치(400)는 회로들(100-300)에 접속되는 2/2-분배 밸브와 3/2-분배 밸브를 포함한다. 세부적으로, 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제2 2/2-분배 밸브(B.2), 제3 2/2-분배 밸브(B.3), 제4 2/2-분배 밸브(B.5). 제5 2/2-분배 밸브(B.6), 제6 2/2-분배 밸브(B.7) 및 제7 2/2-분배 밸브(B.8), 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 제2 3/2-분배 밸브(D.2) 및 제3 3/2-분배 밸브(D.3)이다. 또한, 밸브 장치(400)는 제3 2/2-분배 밸브(B.3) 하류에 접속되는 체크 밸브(B.4)를 포함하고, 상기 체크 밸브는 제3 2/2-분배 밸브(B.3)의 방향으로 차단한다.
도 1에 도시된 차량(1)은 상세히 도시되지 않은 전기 트랙션을 포함하고, 상기 전기 트랙션은 배터리(C.1)에 의해 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 배터리(C.1)는 밸브 장치에 의해 제2 냉각수 회로(200)에 접속될 수 있으므로, 상기 배터리는 냉각 또는 가열될 수 있다.
배터리가 가열되어야 하는 경우에, 차량(1)은 열원을, 이 경우 제2 냉각수 회로(200)에 열을 공급할 수 있는 전기 보조 히터(C.2)를 포함한다. 그러나 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)를 통해 냉각수 회로(100) 내부로의 냉매 회로(300)에 의한 열 유입에 의해서도 배터리는 가열될 수 있다.
하기에서 도 1에 도시된 공기 조화 시스템의 다양한 작동 상태들 또는 작동 방식이 설명된다. 이러한 작동 상태 또는 작동 방식은 밸브 장치(400)의 스위칭 상태에 의해 야기되고, 이 경우 공기 조화 시스템(7)의 회로들(100, 200, 300)은 상응하게 변경된다. 작동 상태 또는 작동 방식을 설명하기 위해 하기에서 각각 구동원, 즉 압축기(A.1)와 워터 펌프들(C.3, C.4)부터 시작해서 하류의 개별 부품들이 열거된다. 이러한 열거에 의해 3/2-분배 밸브의 각각의 스위칭 상태도 제시된다. 따라서 스위칭 밸브로서 구현된 언급되지 않은 2/2-분배 밸브는 각각의 설명된 스위칭 상태에서 폐쇄된다.
제1 경우에, 제1 냉각수 회로(100)의 경로는 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제2 3/2-분배 밸브(D.2)로, 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나, 다시 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다.
제2 냉각수 회로(200)의 경로는 제2 워터 펌프(C.4)로부터 제1 3/2-분배 밸브(D.1)로, 제3 2/2-분배 밸브(D.3), 전기 보조 히터(C.2) 및 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)를 지나, 다시 제2 워터 펌프(C.4)로 복귀하게 된다.
냉매 회로(300)의 경로는 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제1 전기 팽창 밸브(A.3), 증발기(A.4), 제1 압력-온도 센서(A.5), 제7 2/2-분배 밸브(B.8), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제3 압력-온도 센서(A.11) 및 컬렉터(A.12)를 지나, 다시 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제7 2/2-분배 밸브(B.8)는 제3 전기 팽창 밸브(A.9)에 대해 병렬 접속되고, 이 경우 제1 작동 방식의 제1 경우에서 제7 2/2-분배 밸브(B.8)는 개방된다.
제1 작동 방식의 제1 경우는, 특히 차량(1)의 주변 온도가 -10℃ 미만일 때 차량(1)의 실내(7)를 가열하기 위해 이용된다. 이때 열원으로서 전기 보조 히터(C.2)가 이용된다. 마찬가지로 실내(7)를 가열하기 위해 이용되는 제1 작동 방식의 제2 경우에, 주변으로부터 발생하는 주변 공기 유동(9)으로부터 응축기(A.7)에 의해 냉매 회로(300)에 열이 공급될 수 있으므로, 상기 주변 공기 유동은 히트 펌프 모드에서 추가로 열원으로서 이용될 수 있다. 그에 반해서 냉매 회로(300)는 추가로 제1 압력-온도 센서(A.5)의 하류에서 병렬 분기를 지나 연장되고, 상기 병렬 분기는 제3 2/2-분배 밸브(B.3), 체크 밸브(B.4), 응축기(A.7), 제2 압력-온도 센서(A.8), 제5 2/2-분배 밸브(B.6) 및 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)로 복귀하게 된다. 바람직하게 이러한 작동 방식에서, 냉매 회로(300)의 응축기(A.7)는 증발기로서 차량(1)의 주변 또는 주변 공기 유동(9)에 포함된 열을 흡수하기 위해 이용될 수 있다.
제2 작동 방식의 제1 경우에, 공기 조화 시스템(7)은 -10℃ 까지의 온도에서 실내(3)를 가열하기 위해 작동될 수 있다. 제2 작동 방식의 제1 경우에 제1 냉각수 회로(100)는 제1 작동 방식과 유사하게 접속된다. 제2 냉각수 회로(200)는 차단되고, 이 경우 제2 워터 펌프(C.4)는 펌프 출력을 갖지 않는다. 냉매 회로(300)의 경로는 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제1 전기 팽창 밸브(A.3), 증발기(A.4), 제1 압력-온도 센서(A.5), 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 제3 2/2 분배 밸브(B.3), 체크 밸브(B.4), 증발기로서 작동되는 응축기(A.7), 제2 압력-온도 센서(A.8), 제5 2/2-분배 밸브(B.6) 및 컬렉터(A.12)를 지나, 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제2 작동 방식의 제2 경우에서, 마찬가지로 제2 냉각수 회로(200)는 차단된다.
제2 작동 방식의 이러한 제2 경우에, 배터리(C.1)는 차량(1)의 정지 상태에서 가열될 수 있다. 이는 제1 냉각수 회로(100)에 의해 이루어질 수 있고, 상기 냉각수 회로의 경로는 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제2 3/2-분배 밸브(D.2), 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 배터리(C.1), 제3 3/2-분배 밸브(D.3), 제1 냉매-냉각수 열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나, 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다.
제2 작동 방식의 제2 경우의 특징으로서, 공기 측으로 공기-물-열 교환기(C.5) 상류에 접속되는 플랩(11)은 폐쇄된다. 플랩(11)은 도 1에서 부분적으로 개방된 상태로 도시된다.
증발기(A.4)와 공기-물-열 교환기(C.5)는 실내(3)로 유동하는 공기 유동(500)이 관통하게 된다. 공기 유동(500)은 실내(3)의 온도 조절을 위해 이용된다.
제2 작동 방식의 제2 경우에, 상기 공기 유동(500)은 플랩(11)에 의해 공기-물-열 교환기(C.5)로부터 차단된다.
제2 작동 방식의 제3 경우에, 차량(1)의 정지 상태 동안 배터리(C.1)의 냉각은 냉각수 회로(200)에 의해 이루어질 수 있다.
이때 제1 냉각수 회로(100)의 경로는, 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제2 3/2-분배 밸브(D.2), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나, 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다.
제2 냉각수 회로(200)의 경로는, 제2 워터 펌프(C.4)로부터 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 배터리(C.1), 제3 3/2-분배 밸브(D.3), 전기 보조 히터(C.2), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)를 지나, 제2 워터 펌프(C.4)로 복귀하게 된다.
냉매 회로(300)의 경로는, 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제1 전기 팽창 밸브(A.3), 증발기(A.4), 제1 압력-온도 센서(A.5)를 지나, 제1 병렬 분기를 거쳐, 제3 전기 팽창 밸브(A.9), 제7 2/2-분배 밸브(B.8), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제3 압력-온도 센서(A.11)를 지나서, 그리고 제2 전기 팽창 밸브(A.6)를 포함하는 제2 병렬 분기를 거쳐, 응축기(A.7), 제2 압력-온도 센서(A.8), 제5 2/2-분배 밸브(B.6)를 지나서, 그리고 병렬 분기들의 하류의 컬렉터(A.12)를 지나, 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제3 작동 방식의 제1 경우에, 공기 조화 시스템(7)은 공기 조화 모드에서의 배터리의 냉각과 재가열 작동 시 실내(3)의 제습을 위해 이용될 수 있다. 이때 공기 유동(500)은 먼저 냉각된 후에, 실내(3)로 유입되기 전에 다시 가열된다. 제1 냉각수 회로(100)는 예를 들어 제1 작동 방식의 제1 경우와 동일하게 접속된다.
제2 냉각수 회로(200)는 예를 들어 제2 작동 방식의 제3 경우와 동일하게 접속된다.
냉매 회로(300)의 경로는, 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제4 2-2/분배 밸브(B.5), 제2 압력-온도 센서(A.8), 응축기로서 작동되는 응축기(A.7), 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 상기 밸브 하류에서 병렬 분기되는, 제1 병렬 분기의 제1 압력-온도 센서(A.5), 증발기(A.4), 제6 2/2-분배 밸브(B.7)를 지나서, 제2 병렬 분기의 제7 2/2-분배 밸브(B.8), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제3 압력-온도 센서(A.11)를 지나서, 그리고 다시 일련의 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
공기 조화 시스템의 제4 작동 방식의 제1 경우는, 냉매 회로(300)의 공기 조화 모드에서 배터리(C.1)와 실내(3)의 냉각을 위해 이용될 수 있다. 이때 제1 냉각수 회로(100)는 차단되고, 즉 제1 워터 펌프(C.3)는 이송 출력을 갖지 않는다. 제2 냉각수 회로(200)는 예를 들어 제2 작동 방식의 제3 경우와 유사하게 접속된다.
냉매 회로(300)의 경로는, 압축기(A.1)로부터 제2 2/2-분배 밸브(B.2), 제2 압력-온도 센서(A.8), 응축기(A.7), 제2 전기 팽창 밸브(A.6) 및, 거기에서부터 병렬로 분기되는, 제1 병렬 분기의 제1 압력-온도 센서(A.5), 증발기(A.4), 제6 2/2-분배 밸브(B.7), 제2 병렬 분기의 제7 2/2-분배 밸브(B.8), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제3 압력-온도 센서(A.11)를 지나서, 다시 일련의 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제4 작동 방식의 제1 경우에 특징으로서, 플랩(11)은 폐쇄된다.
제4 작동 방식의 제2 경우는, 재가열 시, 즉 공기 유동(500)의 제습에 의해 배터리(C.1)와 실내(3)의 냉각을 위해 이용될 수 있다.
제1 냉각수 회로(100)는 예를 들어 제2 작동 방식의 제2 경우와 유사하게 접속된다. 제2 냉각수 회로(200)는 차단되고, 즉 제2 워터 펌프(C.4)는 이송 출력을 갖지 않는다.
냉매 회로(300)는 제4 작동 방식의 제1 경우와 유사하게 접속된다.
도 1에 도시된 냉매 회로(300)는 각각 고압 측(700)과 저압 측(800)을 포함하고, 이 경우 저압 측(800)은 해당하는 전기 팽창 밸브(A.3, A.6, A.9)의 하류에 제공된다. 고압 측(700)은 상응하게 압축기(A.1)의 하류 및 해당하는 전기 팽창 밸브(A.3, A.6, A.9)의 상류에 배치된다.
도 2는 차량(1)의 공기 조화 시스템(7)의 다른 실시예를 도시한다. 동일한 부품들은 동일한 도면부호를 갖고, 그렇지 않은 경우에 명시적으로 차이점이 언급된다. 또한, 하기에는 도 1에 따른 도면과 다른 회로 차이점만이 언급된다. 차이점으로서, 차량(1)은 전기 트랙션 외에 내연기관(C.2)을 포함한다. 내연기관(C.2)은 열원으로서 이용될 수 있고, 도 2의 회로 설계에 따라서 전기 보조 히터 대신에 제공된다. 다른 차이점으로서 밸브 장치(400)의 제1 2/2-분배 밸브와 제2 2/2-분배 밸브가 도면부호 D.2와 D.3으로 도시된다.
다른 차이점으로서 도 2에 따른 공기 조화 시스템(7)은, 제3 워터 펌프(C.6)에 의해 구동되는, 제3 냉각수 회로(600)를 포함한다. 제3 냉각수 회로(600)에 주변 공기 유동(9)이 관통하여 흐를 수 있는 냉각기(C.7)가 접속되고 및/또는 접속될 수 있다.
냉각기(C.7)는 공기 측으로 주변 공기 유동(9)과 관련해서 응축기(A.7)의 하류에 접속된다.
도 2에 도시된 공기 조화 시스템(7)은 하기에 상세히 설명된 5개의 상이한 작동 방식으로 작동될 수 있다.
-10℃ 미만의 온도에서 실내(3)를 가열하기 위해 이용될 수 있는 제1 작동 방식의 제1 경우에, 제2 냉각수 회로(200), 냉매 회로(300) 및 제3 냉각수 회로(600)는 차단되고, 즉 각각의 구동원은 이송 출력을 갖지 않는다.
제1 냉각수 회로(100)의 경로는, 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 제3 2/2-분배 밸브(D.2), 제5 3/2-분배 밸브(D.9), 내연기관(C.2), 제3 3/2-분배 밸브(D.7), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나, 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다. 바람직하게, 내연기관(C.2)에 의해 발생된 열은 공기-물-열 교환기(C.5)를 통해서 실내(3)로 유입되는 공기 유동(500) 내부로 실내(3)의 난방을 위해 전달될 수 있다.
제1 작동 방식의 제2 경우에서, 실내(3)와 더불어 배터리(C.1)도 가열될 수 있다.
이를 위해 제1 냉각수 회로(100)의 경로는, 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 배터리(C.1), 제2 2/2-분배 밸브(D.3), 제1 2/2-분배 밸브(D.2), 제5 3/2-분배 밸브(D.9), 내연기관(C.2), 제4 3/2-분배 밸브(D.8), 제3 3/2-분배 밸브(D.7), 제1 냉매-냉각수 열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나, 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다. 바람직하게, 공기-물-열 교환기(C.5) 이후에 남아있는 열에 의해서도 배터리(C.1)는 가열될 수 있다.
제2 작동 방식의 제1 경우에, -10℃ 미만의 온도에서 실내(3)가 가열될 수 있고 배터리(C.1)는 냉각될 수 있다.
제1 냉각수 회로(100)는 제1 작동 방식의 제1 경우와 유사하게 접속된다. 제2 냉각수 회로(200)의 경로는, 제2 워터 펌프(C.4)로부터 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제2 3/2-분배 밸브(D.4), 배터리(C.1), 제4 2/2-분배 밸브(D.6)를 지나, 제2 워터 펌프(C.4)로 복귀하도록 연장된다. 냉매 회로(300)는 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제1 전기 팽창 밸브(A.3), 증발기(A.4), 제1 압력-온도 센서(A.5) 및, 거기에서부터 병렬로 분기되는, 제1 병렬 분기의 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 응축기(A.7), 제2 압력-온도 센서(A.8), 제5 2/2-분배 밸브(B.6)를 지나, 그리고 제2 병렬 분기의 제3 전기 팽창 밸브(A.9), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제3 압력-온도 센서(A.11), 그리고 공통의 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
-10℃ 미만의 온도에서 마찬가지로 실내(3)를 가열하기 위해 접속될 수 있는 제2 작동 방식의 제2 경우에, 제1 냉각수 회로(100)의 경로는 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 제3 2/2-분배 밸브(D.5), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다.
제2 냉각수 회로(200)의 경로는, 제2 워터 펌프(C.4)로부터 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제2 3/2-분배 밸브(D.4), 제5 3/2-분배 밸브(D.9), 내연기관(C.2), 제4 3/2-분배 밸브(D.8) 및 제3 3/2-분배 밸브(D.7)를 지나, 제2 워터 펌프(C.4)로 복귀하게 된다.
냉매 회로(300)는 제2 작동 방식의 제1 경우와 유사하게, 폐쇄된 2/2-분배 밸브들(B.3, B.8)에 의해 그리고 병렬 분기의 팽창 밸브들(A.6, A.9)을 지나 접속된다.
제2 작동 방식의 제3 경우는, -10℃ 미만의 온도에서 실내(3)의 가열을 위해 그리고 배터리(C.1)의 가열을 위해 이용될 수 있다.
제1 냉각수 회로(100)의 경로는, 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 배터리(C.1), 제2 2/2-분배 밸브(D.3), 제3 2/2-분배 밸브(D.5), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다.
제2 냉각수 회로(200)는 제2 작동 방식의 제3 경우에 제2 작동 방식의 제2 경우와 유사하게 접속된다. 냉매 회로(300)는 제2 작동 방식의 제3 경우에 제2 작동 방식의 제1 및 제2 경우와 유사하게 접속된다. 제1 및 제2 작동 방식에서 각각 제3 냉각수 회로(500)는 구동장치를 포함하지 않고, 즉 제3 워터 펌프(C.6)는 차단된다.
제3 작동 방식의 제1 경우는, 실내(3)의 가열과 배터리(C.1)의 가열을 위해 이용될 수 있다.
제1 냉각수 회로(100)의 경로는, 제1 워터 펌프(C.3)로부터 제1 3/2-분배 밸브(D.1), 배터리(C.1), 제2 2/2-분배 밸브(D.3), 제3 2/2-분배 밸브(D.5), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나, 제1 워터 펌프(C.3)로 복귀하게 된다. 제2 냉각수 회로(200)는 차단된다. 제3 냉각수 회로(600)도 차단된다.
냉매 회로(300)의 경로는, 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제1 전기 팽창 밸브(A.3), 증발기(A.4), 제1 압력-온도 센서(A.5), 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 응축기(A.7), 제2 압력-온도 센서(A.8), 제5 2/2-분배 밸브(B.6) 및 컬렉터(A.12)를 지나, 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제3 작동 방식의 제2 경우는 마찬가지로, -10℃ 까지의 온도에서 실내(3)의 가열과 배터리(C.1)의 냉각을 위해 이용될 수 있다. 제1 냉각수 회로(100)는 제2 작동 방식의 제2 경우처럼 접속된다.
제2 냉각수 회로(200)는 제2 작동 방식의 제1 경우와 유사하게 접속된다.
냉매 회로(300)는 제2 작동 방식의 제1 경우와 유사하게 접속된다.
제4 작동 방식의 제1 경우는, 재가열 작동 시, 공기 유동(500)의 제습에 의해 실내(3)를 냉각하기 위해 이용될 수 있다. 제1 냉각수 회로(100)는 제3 작동 모드의 제2 경우와 유사하게 접속된다.
제2 냉각수 회로(200)와 제3 냉각수 회로(600)는 차단된다.
냉매 회로(300) 경로는, 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제4 2/2-분배 밸브(B.5), 제2 압력-온도 센서(A.8), 응축기(A.7), 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 제1 압력-온도 센서(A.5), 증발기(A.4), 제6 2/2-분배 밸브(B.7) 및 컬렉터(A.12)를 지나, 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제4 작동 방식의 제2 경우에, 재가열 작동 시, 공기 유동(500)의 제습 하에 실내(3)와 배터리(C.5)가 냉각될 수 있다.
이때 냉각수 회로(100)는 제4 작동 방식의 제1 경우와 유사하게 접속된다.
제2 냉각수 회로(200)는 제3 작동 방식의 제2 경우와 유사하게 접속된다.
냉매 회로(300)의 경로는, 압축기(A.1)로부터 제1 2/2-분배 밸브(B.1), 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2), 제4 2/2-분배 밸브(B.5), 제2 압력-온도 센서(A.8), 응축기(A.7), 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 거기에서부터 추가로 병렬로 분기되는, 제1 병렬 분기의 제1 압력-온도 센서(A.5), 증발기(A.4), 제6 2/2-분배 밸브(B.7), 제2 병렬 분기의 제7 2/2-분배 밸브(B.8), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제3 압력-온도 센서(A.11), 그리고 거기에서부터 일련의 컬렉터(A.12)를 지나 다시 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제3 냉각수 회로(600)는 차단된다.
제5 작동 방식의 제1 경우는 실내(3)의 냉각과 배터리(C.1)의 냉각을 위해 이용될 수 있고, 이 경우 재가열 작동에 의해 공기 유동(500)의 제습이 이루어진다. 제1 냉각수 회로(100)는 제3 작동 방식의 제1 경우와 유사하게 접속된다. 제2 냉각수 회로(200)와 제3 냉각수 회로(600)는 차단된다. 냉매 회로(300)의 경로는, 압축기(A.1)로부터 제2 2/2-분배 밸브(B.2), 제2 압력-온도 센서(A.8), 응축기(A.7), 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 제1 압력-온도 센서(A.5), 증발기(A.4), 제6 2/2-분배 밸브(B.7) 및 컬렉터(A.12)를 지나, 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
배터리(C.1)와 실내(3)의 냉각을 위해 이용될 수 있는 제5 작동 방식의 제2 경우에 제1 냉각수 회로(100)는 차단된다.
제2 냉각수 회로(200)는 제4 작동 방식의 제2 경우와 유사하게 접속된다.
냉매 회로의 경로는, 압축기(A.1)로부터 제2 2/2-분배 밸브(B.2), 제2 압력-온도 센서(A.8), 응축기(A.7), 제2 전기 팽창 밸브(A.6), 거기에서부터 병렬로 분기되는, 제1 병렬 분기의 제1 압력-온도 센서(A.5), 증발기(A.4), 제6 2/2-분배 밸브(B.7), 제2 병렬 분기의 제7 2/2-분배 밸브(B.8), 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10), 제3 압력-온도 센서(A.11), 그리고 다시 일련의 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)로 복귀하게 된다.
제3 냉각수 회로(600)는 차단된다.
제5 작동 방식의 제3 경우에, 추가로 내연기관(C.2)의 냉각이 이루어질 수 있다. 이를 위해 냉각수 회로(100, 200) 및 냉매 회로(300)는 제5 작동 방식의 제2 경우와 유사하게 접속되지만, 그와 달리 제3 냉각수 회로(600)의 경로는 제3 워터 펌프(C.6)로부터 제5 3/2-분배 밸브(D.9), 내연기관(C.2), 제4 3/2-분배 밸브(D.8) 및 냉각기(C.7)를 지나, 제3 워터 펌프(C.6)로 복귀하게 된다.
제5 작동 방식의 제2 및 제3 경우에 특징으로서 플랩은 폐쇄된다. 즉, 공기 유동(500)은 공기-물-열 교환기(C.5)를 통해 안내되지 않는다.
공기 유동(500)의 구동을 위해 공기 조화기(5)는 상세히 도시되지 않은 팬을 포함할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 공기 조화 시스템(7)의 4개의 다양한 작동 방식들의 개관을 도시한다. 제1 열(13)에 플러스 표시 및 마이너스 표시는, 각각의 작동 방식에서 배터리(C.1)의 강한 가열[++], 중간 가열[+], 선택적 가열[(+)], 선택적 냉각[(-)], 보통 냉각[-], 강한 냉각[--]을 의미한다. 제3 열(17)에 차량(1)의 주변의 온도가 섭씨온도[℃]로 기재된다. 제1 작동 방식은 도면부호 19로, 제2 작동 방식은 도면부호 21로, 제3 작동 방식은 도면부호 23으로 그리고 제4 작동 방식은 도면부호 25로 표시되고, 이 경우 작동 방식들은 각각 사각형으로 열들(13-17) 위에 도시된다.
제1 작동 방식(19)의 경우 0 내지 100%의 공기 순환 작동이 실행될 수 있다. 냉매 회로(300)는 히트 펌프 모드에서 열원으로서 전기 보조 히터(C.2) 또는 전기 트랙션의 다른 폐열-에너지원, 예를 들어 배터리(C.1)를 이용하여 작동될 수 있다. 이때 실내(3)는, 선택적으로 배터리(C.1)의 냉각 및/또는 가열을 동반하거나 동반하지 않고, 가열될 수 있다.
제2 작동 방식(21)에서 냉매 회로(300)는 히트 펌프 모드에서 작동될 수 있고, 그로 인해 실내(3)가 가열될 수 있다. 이는 배터리(C.1)의 가열 및/또는 냉각을 동반하거나 동반하지 않고 실행될 수 있다.
제3 작동 방식(23)에서 냉매 회로(300)는, 선택적으로 배터리(C.1)의 냉각을 동반하거나 동반하지 않고, 공기 조화 모드에서 작동될 수 있다. 제4 작동 방식(25)에서 냉매 회로(300)는, 선택적으로 배터리(C.1)의 냉각을 동반하거나 동반하지 않고, 공기 조화 모드에서 작동될 수 있다.
하기에서 온도 범위 ...℃...
Figure pct00001
15℃에서, 실내의 가열은 도 1을 참고로 설명된다.
HV-히터(C.2)는 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)에 열을 방출하고, 상기 열은 워터 펌프(C.4)를 지나며, 선택적으로 배터리(C.1)를 지나 HV-히터(C.2)로 되돌아 온다. 가열된 냉매는 흡인 측으로 컬렉터(A.12) 하류의 압축기(A.1)에 제공된다. 압축기(A.1)는 냉매를 압축하여 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)로 이송한다.
냉매-냉각수-열 교환기(A.2)에서 냉각수는 가열되고, 워터 펌프(C.3)에 의해 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나서 실내로 유입되는 공기(500)에 방출된다.
냉매가 약간 더 낮은 에너지 레벨에서 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)로부터 배출된 후에, 상기 냉매는 팽창 밸브(A.3) 내로 이송되고, 거기에서 저압으로 팽창된다. 팽창된 냉매는 AC-증발기(A.4)를 지나 제2 팽창 밸브(A.6) 및 제3 팽창 밸브(A.9)로 이송된다.
AC-증발기(A.4)에서 차량 객실을 위한 흡인 공기가 제습되고, 공기-물-열 교환기(C.5)에 의해 다시 가열된다(재가열).
팽창 밸브(A.6)에서 냉매는 주변 온도보다 낮은 온도로 팽창되고, 이로써 냉매는 주변에서 열을 흡수할 수 있다. 열 흡수는 AC-응축기(A.7)에 의해 이루어진다. 냉매가 AC-응축기에 의해 열을 흡수한 후에, 냉매는 스위칭 밸브(B.6)와 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)의 흡인 측에 안내된다.
팽창 밸브(A.9)에서 냉매는 일정 온도로 팽창되고, 상기 온도는 예를 들어, 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)를 관통하도록 안내되는 배터리(C.1)의 가열된 냉각수의 유입 온도보다 낮아야 한다. 가열된 냉매는 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)에서 배출된 후에 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)에 다시 공급된다.
하기에서 도 2를 참고로 재가열 기능에 의한 작동이 설명되고, 이 경우 온도 범위는
Figure pct00002
5℃...
Figure pct00003
...℃ 이다.
재가열 기능에 의해 먼저 AC-증발기(A.4)에서 냉각된 공기는 공기-물-열 교환기(C.5)에 의해 다시 가열된다. 압축기(A.1)가 작동되고, 압축된 냉매는 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)에 이송된다. 상기 열 교환기는 냉각수가 통과하여 흐르게 되고, 이때 상기 열 교환기는 냉매의 열을 냉각수에 방출한다. 워터 펌프(C.3)는 가열된 냉각수를 공기-물-열 교환기(C.5)를 통해 이송한다. 공기-물-열 교환기(C.5)는 냉각수의 열을 실내를 관통하여 흐르는 공기에 방출한다. 냉각된 냉각수는 스위칭 밸브(D.2 또는 D.1)에 의해 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 또는 배터리(C.1)에 제공된다. 냉각수의 체적 유동은 워터 펌프(C.3)의 전기 제어장치에 의해 조절된다.
냉매는 스위칭 밸브(B.5)에 의해 AC-응축기(A.7)에 안내되는데, 그 이유는 전기 팽창 밸브(A.3)는 완전히 폐쇄되기 때문이다. 냉매가 AC-응축기(A.7)에서 액화된 후에, 상기 냉매는 팽창 밸브(A.6)에서 팽창된 후에 분배된다.
팽창된 냉매의 일부는 AC-증발기(A.4)를 관통하여 흐르고, 상기 증발기에 의해 상기 냉매의 냉기는 실내를 관통하여 흐르는 공기에 방출된다.
냉매의 나머지 부분은 전기 팽창 밸브(A.9)에서 팽창되고 및/또는 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)를 향해 스위칭 밸브(B.8)를 관통하여 흐르며, 상기 냉매의 냉기는 배터리(C.1)의 냉각수에 방출된다. 배터리 냉각은 워터 펌프(C.4)에 의해 이루어진다. 상기 워터 펌프는 체적 유동을 설정하고, 상기 체적 유동은 배터리(C.1)를 통해서 이송될 수 있다.
2개의 냉기 유동은 컬렉터(A.12) 이전에 다시 합해져서 압축기(A.1)의 흡인 측에 안내된다.
도 4는 도 3과 유사한 도면이지만, 도 2에 도시된 공기 조화 시스템의 경우이고, 추가로 제5 작동 방식(27)이 도시된다.
제1 작동 방식(19)에서 열원으로서 내연기관(C.2)은 스위치 온 될 수 있고, 이로써 실내(3)의 가열은, 선택적으로 배터리(C.1)의 가열을 동반하거나 동반하지 않고, 이루어진다.
제2 작동 방식(21)에서도 내연기관(C.2)이 스위치 온 되고, 이 경우 실내(3)의 가열이 이루어진다. 또한, 냉매 회로(300)는 히트 펌프 모드에서 작동될 수 있고, 이 경우 내연기관(C.2)에 의해 이미 가열된 냉각수(100)의 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)에 의한 재가열 및 배터리(C.1)의 냉각 및/또는 가열이 이루어질 수 있다.
제3 작동 방식(23)에서 냉매 회로(300)는 히트 펌프 모드에서 작동될 수 있고, 이 경우 선택적으로 배터리(C.1)가 가열 또는 냉각될 수 있다.
제4 작동 방식(25)에서 냉매 회로(300)는 공기 조화 모드에서 작동될 수 있고, 이 경우 선택적으로 배터리(C.1)가 가열 및 냉각될 수 있다.
제5 작동 방식(27)에서 냉매 회로(300)는 공기 조화 모드에서 작동될 수 있고, 이 경우 실내(3)는 냉각될 수 있다. 이때 선택적으로 배터리(C.1)의 냉각 및/또는 가열이 이루어질 수 있고, 선택적으로 내연기관(C.2)은 스위치 온 될 수 있거나 스위치 온 되지 않을 수 있고 경우에 따라서 냉각될 수도 있다.
하기에서 도 2와 관련해서 내연기관(C.2)에 의한 객실의 가열이 이루어진다. 이는 압축기(A.1)가 작동하지 않고, 온도 범위
Figure pct00004
-...℃...
Figure pct00005
15℃ 에서 이루어진다.
내연기관(C.2)은 냉각수에 열을 방출하고, 상기 냉각수는 공기-물-열 교환기(C.5)에 안내되고, 거기에서 상기 냉각수는 실내를 관통하여 흐르는 공기(500)에 배출된다.
냉각수-회로(100)는 내연기관(C.2)에 의해 가열된다. 가열된 냉각수는 냉각수-회로 내의 워터 펌프(C.3)에 의해 이송된다. 냉각수는 한 측면으로만 관통하여 흐르는 스위칭 밸브(D.8, D.7)에 의해 냉매-냉각수-열 교환기(A.2) 및 공기-물-열 교환기(C.5)를 지나 안내된다. 가열된 냉각수는 공기-물-열 교환기(C.5)에서 그 열을 관통하여 흐르는 공기(500)에 방출하고, 상기 열은 팬에 의해 객실 내로 가압된다. 공기-물-열 교환기(C.5)에 의해 냉각된 냉각수는 워터 펌프(C.3)에 의해 스위칭 밸브(D.1), 스위칭 밸브(D.2) 및 차단 밸브(D.9)를 지나 다시 내연기관(C.2)으로 이송된다.
하기에서 도 2와 관련해서 내연기관-모드에서 외부 온도가 낮을 때 배터리(C.1)와 실내의 가열이 이루어질 수 있는 히트 펌프 회로가 온도 범위
Figure pct00006
-...℃...
Figure pct00007
15℃에서 설명된다. 또한, 내연기관은 스위치 오프 되고 전기적으로만 작동될 수 있고, 이 경우 배터리는 냉각되고 또는 가열될 수 있다.
외부 온도가 낮은 경우에, 배터리(C.1)는 가열되어야 하고, 이로써 배터리는 신속하게 작동 온도에 도달하므로 효율적이고 특히 긴 수명 동안 작동할 수 있다. 또한, 공기-물-열 교환기(C.5)에 의해 열은 관통하여 흐르는 공기(500)를 통해 흡수되고, 팬에 의해 객실 내로 가압된다. 이는 공기-물-열 교환기(C.5) 전방에 배치된 온도 플랩에 의해 조절될 수 있고 또는 팬의 공기 유동에 의해 조절될 수 있다.
압축기(A.1)가 작동되고, 압축된 냉매는 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)에 이송된다. 압축되어 가열된 냉매는 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)에서 그 열의 일부를 내연기관(C.2)의 냉각수-회로에 방출한다. 열 방출은 작동 방식(19)으로 설명된 바와 같이 이루어진다. 추가로 상기 작동 방식에 의해 배터리(C.1)가 냉각 또는 가열될 수 있다.
냉매가 약간 더 낮은 에너지 레벨에서 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)로부터 방출된 후에, 상기 냉매는 팽창 밸브(A.3)로 이송되고, 거기에서 저압으로 팽창된다. 팽창된 냉매는 AC-증발기(A.4)를 지나 제2 팽창 밸브(A.6) 및 제3 팽창 밸브(A.9)에 이송된다.
AC-증발기(A.4)에서 실내를 위한 흡인 공기가 제습되고, 공기-물-열 교환기(C.5)에 의해 다시 가열된다(재가열).
팽창 밸브(A.6)에서 냉매는 주변보다 낮은 온도로 팽창되므로, 이로써 냉매는 주변으로부터 열을 흡수할 수 있다. 열 흡수는 AC-응축기(A.7)에 의해 이루어진다. AC-응축기(A.7)에 의해 냉매가 열을 흡수한 후에, 냉매는 차단 밸브(B.6) 및 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)의 흡인 측에 안내된다.
팽창 밸브(A.9)에서 냉매는 일정 온도로 팽창되고, 상기 온도는 예를 들어, 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)를 통과하여 안내되는 배터리(C.2)의 가열된 냉각수의 온도보다 낮아야 한다. 가열된 냉매는 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)에서 배출된 후에 컬렉터(A.12)를 지나 압축기(A.1)에 다시 제공된다.
1: 차량 3: 실내
5: 공기 조화기 7: 공기 조화 시스템
9: 주변 공기 유동 11: 플랩
13: 제1 열 15: 제2 열
17: 제3 열 19: 제1 작동 방식
21: 제2 작동 방식 23: 제3 작동 방식
25: 제4 작동 방식 27: 제5 작동 방식
A.1: 압축기 A.2: 제1 냉매-냉각수-열 교환기
A.3: 제1 전기 팽창 밸브 A.4: 증발기
A.5: 제1 압력-온도 센서 A.6: 제2 전기 팽창 밸븝
A.7: 응축기 A.8: 제2 압력-온도 센서
A.9: 제3 전기 팽창 밸브 A.10: 제2 냉매-냉각수-열 교환기
A.11: 제3 압력-온도 센서 A.12: 컬렉터
B.1: 제1 2/2-분배 밸브 B.2: 제2 2/2-분배 밸브
B.3: 제3 2/2-분배 밸브 B.4: 체크 밸브
B.5: 제4 2/2-분배 밸브 B.6: 제5 2/2-분배 밸브
B.7: 제6 2/2-분배 밸브 B.8: 제7 2/2-분배 밸브
C.1: 배터리 C.2: 전기 보조 히터/ 내연기관
C.3: 제1 워터 펌프 C.4: 제2 워터 펌프
C.5: 공기-물-열 교환기 C.6: 제3 워터 펌프
C.7: 냉각기
D.1: 제1 3/2-분배 밸브 또는 2/2-분배 밸브
D.2: 제2 3/2-분배 밸브 또는 2/2-분배 밸브
D.3: 제3 3/2-분배 밸브 D.4: 제2 3/2-분배 밸브
D.5: 제3 2/2-분배 밸브 D.6: 제4 2/2-분배 밸브
D.7: 제3 3/2-분배 밸브 D.8: 제4 3/2-분배 밸브
D.9: 제5 3/2-분배 밸브 100: 제1 냉각수 회로
200: 제2 냉각수 회로 300: 냉매 회로
400: 밸브 장치 500: 공기 유동
600: 제3 냉각수 회로 700: 고압 측
800: 저압 측

Claims (14)

  1. 차량의 부품 및 실내의 온도를 제어하기 위한 공기 조화 시스템으로서,
    - 제1 냉각수 회로(100)를 구동하기 위한 제1 워터 펌프(C.3),
    - 제2 냉각수 회로(200)를 구동하기 위한 제2 워터 펌프(C.4),
    - 고압 측과 저압 측을 포함하는 냉매 회로(300)를 구동하기 위한 압축기(A.1),
    - 물 측으로 상기 제1 냉각수 회로(100)에 접속되고 공기 측으로 실내의 상류에 접속되는 공기-물-열 교환기(C.5),
    - 냉매 측으로 상기 냉매 회로(300)에 접속되고 물 측으로 공기-물-열 교환기(C.5)의 상류에 접속되는 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)를 포함하는 것인 공기 조화 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)는 상기 냉매 회로(300)의 고압 측에 접속되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 공기 조화 시스템은 밸브 장치(400)를 포함하고, 상기 밸브 장치에 의해 상기 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)는 냉매 측으로 상기 냉매 회로(300)로부터 접속 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기-물-열 교환기(C.5)를 통해 실내로 유동하는 공기 유동(500)을 제어하기 위한 에어 플랩이 공기 측으로 상기 공기-물-열 교환기(C.5)의 상류에 접속되는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 밸브 장치(400)에 의해, 차량의 열원이 제1 냉각수 회로(100)에 접속될 수 있고, 상기 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)의 상류에 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 밸브 장치(400)에 의해, 차량의 열원이 제2 냉각수 회로(200)에 접속될 수 있고, 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)의 상류에 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    차량의 열원은, 전기 부품, 전기 트랙션 부품, 파워 전자장치, 배터리, 내연기관 및 전기 보조 히터를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 공기 조화 시스템은 상기 냉매 측으로 냉매 회로(300)의 저압 측에 접속되고 공기 측으로 상기 공기-물-열 교환기(C.5)의 상류에 접속되는 증발기(A.4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 조화 시스템은 물 측으로 상기 제2 냉각수 회로(200)에 접속되고 냉매 측으로 상기 냉매 회로(300)의 저압 측에 접속되는 상기 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  10. 제 3항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 회로(300)는 주변 공기 유동이 관통하여 흐르게 되는 응축기(A.7)를 포함하고, 상기 응축기는 상기 밸브 장치(400)에 의해 선택적으로 상기 냉매 회로(300)의 고압 측 또는 저압 측에 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기 조화 시스템은 내연기관(C.2)의 별도의 냉각을 위한, 제3 워터 펌프(C.6)에 의해 구동되는 제3 냉각수 회로(600)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 조화 시스템.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 공기 조화 시스템에 의해 전기 트랙션을 포함하는 차량의 공기 조화 방법으로서,
    - 공기 조화 시스템의 가열 작동 시 제1 냉매-냉각수-열 교환기(A.2)로부터 공기-물-열 교환기(C.5) 내로 열 유동을 이송하는 단계를 포함하고, 이 경우 열 유동은 밸브 장치에 의해 제어되어 차량의 하기 부품들, 즉 차량의 열원, 전기 부품, 전기 트랙션 부품, 파워 전자장치, 배터리, 내연기관 및/또는 냉매 회로의 고압 측 중 적어도 하나로부터 발생하며,
    - 공기 조화 시스템의 가열 작동 시 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)로부터 냉매 회로(300)의 흡인 측 압력 레벨로 열 유동을 이송하는 단계를 포함하고, 이 경우 열 유동은 냉매 회로의 그리고 제1 및 제2 냉각수 회로의 밸브들을 제어함에 따라 차량의 하기 부품들, 즉 차량의 열원, 전기 부품, 전기 트랙션 부품, 파워 전자장치, 배터리, 내연기관 및/또는 냉매 회로의 저압 측 중 적어도 하나로부터 발생하고,
    - 공기 조화 시스템의 가열 작동 시 응축기(A.7)로부터 냉매 회로(300)의 흡인 측 압력 레벨로 열 유동을 이송하는 단계를 포함하고, 이 경우 열 유동은 냉매 회로와 제1 및 제2 냉각수 회로의 밸브들을 제어함에 따라 그리고 주변 공기 유동(9)에 따라, 차량의 하기 부품들, 즉 차량의 열원, 전기 부품, 전기 트랙션 부품, 파워 전자장치, 배터리, 내연기관 및/또는 냉매 회로의 저압 측 중 적어도 하나로부터 발생하고,
    - 부품 냉각 작동 시 제2 냉매-냉각수-열 교환기(A.10)로부터 차량의 하기 부품들, 즉 차량의 열원, 전기 부품, 전기 트랙션 부품, 파워 전자장치, 배터리, 내연기관 및/또는 전기 보조 히터들 중 적어도 하나의 부품으로 냉기 유동을 이송하는 단계를 포함하는 것인 차량의 공기 조화 방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    실내 냉각 작동 시 또는 실내-재가열 작동시 증발기(A.4)로부터 차량의 실내로 냉기 유동을 이송하는 단계를 포함하는 것인 차량의 공기 조화 방법.
  14. 차량의 부품 및 실내의 온도 조절을 위한 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 공기 조화 시스템을 포함하고 및/또는 제 12항 및 제 13항에 따른 방법을 실시하기 위해 설계되고, 형성되고, 구성되고 및/또는 소프트웨어가 장착된 차량.
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