KR20190045849A

KR20190045849A - 자동차 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템 및 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법

Info

Publication number: KR20190045849A
Application number: KR1020180125187A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 바라; 나비드 두라니; 마틴 호트젤
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2019-05-03
Also published as: KR102231254B1; DE102017124811A1; DE102017124811B4

Abstract

본 발명은, 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)를 구비하는 자동차의 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템(1a, 1b, 1c)에 관한 것이다. 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)는 압축기(3), 냉매와 주변 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 제1 냉매-공기-열 교환기(4), 제1 팽창 기관(5), 및 객실용 유입 공기를 조절하기 위한 제2 냉매-공기-열 교환기(6), 내부 열 교환기(7) 그리고 제1 유동 경로(9) 및 제2 유동 경로(16)를 구비한다. 제1 유동 경로(9)는 압축기(3)의 배출구에 형성된 분기 지점(10)으로부터 제2 냉매-공기-열 교환기(6)와 내부 열 교환기(7) 사이에 형성된 연결 지점(11)까지 연장된다. 제2 유동 경로(16)는 분기 지점(10)과 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 사이에 형성된 연결 지점(17a, 17b)으로부터 냉매의 유동 방향으로 볼 때 압축기(3) 앞에 형성된 입구 지점(18)까지 연장된다. 내부 열 교환기(7)는 한 편으로는 제1 유동 경로(9) 내부에 배치되어 있고, 다른 한 편으로는 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)과 제2 유동 경로(16)의 입구 지점(18) 사이에 배치되어 있다. 본 발명은 또한 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있다.

Description

자동차 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템 및 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법{CLIMATE CONTROL SYSTEM FOR CONDITIONING THE AIR OF A PASSENGER COMPARTMENT OF A VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE CLIMATE CONTROL SYSTEM}

본 발명은, 냉매(refrigerant) 순환계를 구비하는 자동차의 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템에 관한 것이다. 냉매 순환계는 압축기, 냉매와 주변 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 제1 냉매-공기-열 교환기, 제1 팽창 기관, 및 객실용 유입 공기를 조절하기 위한 제2 냉매-공기-열 교환기, 내부 열 교환기 그리고 제1 및 제2 유동 경로를 구비한다. 더 나아가, 본 발명은 공조 시스템을 작동시키기 위한, 특히 냉매 순환계를 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있다.

선행 기술에 공지된 자동차에서는, 객실용 유입 공기를 가열하기 위해 엔진의 폐열이 이용된다. 폐열은, 엔진 냉각수(coolant) 순환계 내에서 순환하는 냉각수를 이용하여 공조 설비로 운송되고, 그곳에서 가열 열 교환기를 통해 객실 내부로 유입되는 공기로 전달된다. 냉각수-공기-열 교환기를 구비하는, 차량 구동 장치의 효율적인 내연 기관의 냉각수 순환계로부터 가열 능력(heating capacity)을 획득하는 공지된 설비들은, 특히 주변 온도가 낮은 경우에 객실의 공기를 열적인 안락감의 요구 조건에 상응하게 가열하기 위한 또는 객실의 안락한 가열을 위해서 필요한 수준에 도달하기 위한 그리고 객실의 총 열 수요를 커버하기 위한 충분한 폐열을 발생하지 않는다. 이와 유사한 내용은 하이브리드 구동 장치를 구비하는 차량, 특히 전동식 구동 장치뿐만 아니라 내연 기관식 구동 장치까지도 구비하는 차량에 대해서도 적용된다.

객실의 총 열 수요가 엔진 냉각수 순환계로부터 나오는 열에 의해서 커버될 수 없는 경우에는, 간략히 PTC-저항("Positive Temperature Coefficient-Thermistor")으로서 지칭되는 전기 저항 가열기 또는 연료 가열기와 같은 추가 가열 조치가 필요하다. 이와 동일한 내용은 전동식으로 구동되는 자동차 또는 연료 전지 차량에 대해서도 적용된다. 객실용 공기를 가열하기 위한 더 효율적인 한 가지 가능성은, 열원으로서 공기를 이용하기 때문에 열 펌프로서도 지칭되는, 열 펌프 기능을 갖춘 냉매 순환계를 구비하는 공조 시스템이며, 이와 같은 공조 시스템에서는 냉매 순환계가 유일한 가열기로서 이용될 뿐만 아니라 추가 가열 조치로서도 이용된다. 이때, 냉매 순환계는, 순전히 공기를 서서히 냉각시킬 목적으로만 설계되어 전기 저항 가열기와 조합된 냉매 순환계보다 훨씬 더 많은 공간을 요구한다.

전기 저항 가열기가 뒤에 접속되어 있는 공조 시스템은 한 편으로는 저렴하게 제조될 수 있고, 임의의 자동차에서 사용될 수 있지만, 전기 에너지에 대한 요구가 매우 큰데, 그 이유는 냉매 순환계의 증발기에서 과류(overflow) 현상이 발생하는 경우에는 객실용 유입 공기가 처음에는 서서히 냉각되고/서서히 냉각되거나 탈습되며, 그 다음에 열을 유입 공기 또는 냉각수 순환계로 직접 전달하는 전기 저항 가열기에 의해서 가열된다. 열 펌프로서 작동될 종래의 냉매 순환계의 작동은 효율적이기는 하지만, 공조를 위한 설치 공간을 전혀 제공해주지 않는 자동차 내부에 있는 위치에서도 매우 많은 설치 공간을 필요로 한다.

열 펌프로서 작동될 냉매 순환계를 구비하는 자동차의 모든 공조 시스템에서 나타날 수 있는 사실은, 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에는 냉매의 증발을 위해서 필요한 열이 객실용 유입 공기 또는 냉각수 순환계로부터, 예를 들어 트랙션 배터리(traction battery)와 같은 구동렬(drive train)의 전기 구성 요소를 템퍼링하기 위하여 흡수된다는 것이다. 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기 내에서는, 증발시에 흡수되는 열이 더 높은 온도 수준에서 주변으로 방출된다. 냉매 순환계가 열 펌프 모드에서 작동하는 경우에는, 냉매의 증발을 위해서 필요한 열이 예컨대 주변 공기와 같은 폐열원 또는 냉각수 순환계로부터, 예를 들어 구동렬의 전기 구성 요소를 템퍼링하기 위하여 흡수된다. 소위 내부 공간- 또는 객실-응축기/가스 냉각기로서 배치된 열 교환기 내에서는, 열이 높은 온도 수준에서 객실의 유입 공기로 방출된다.

DE 10 2006 026 359 A1호 및 DE 10 2012 111 672 A1호에서는, 자동차 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템의 냉매 순환계가 각각 개시된다. 이 냉매 순환계는 냉동 설비 모드 및 열 펌프 모드에서의 조합된 작동을 위해 설계되었으며, 압축기, 냉매와 주변 사이에서 열을 전달하기 위한 열 교환기, 제1 팽창 기관, 및 객실의 조절될 공기로부터 냉매로 열을 공급하기 위한 열 교환기, 냉매로부터 객실용의 조절될 공기로 열을 전달하기 위한 열 교환기, 및 냉매의 유동 방향으로 볼 때 상기 열 교환기에 연결되는 제2 팽창 기관을 구비한다.

선행 기술에 속하며, 냉동 설비 모드와 열 펌프 모드가 조합된 모드용으로, 다시 말해 가열 모드용으로, 그리고 리히트(reheat)-작동으로서도 지칭되는 재가열 모드용으로 설계된 공기-공기-열 펌프는 주변 공기로부터 열을 흡수한다. 이 경우, 냉매는 주변 공기로부터 열을 흡수함으로써 증발되며, 주변 공기는 냉매-공기-열 교환기 내에서 직접적으로 냉매로 전달되거나, 냉매-냉각수-열 교환기 내에서 그리고 이로써 간접적으로 냉매로 전달된다. 따라서, 주변 공기는 냉매의 증발을 위한 열원으로서 이용된다. 시스템의 출력 및 효율은 특히 얼마나 많은 열이 어느 온도 수준에서 냉매의 증발을 위해 이용되는지에 의존한다. 종래의 공기-공기-열 펌프는 냉매와 주변 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 열 교환기 외에, 객실의 조절될 공기로부터 냉매로 열을 공급하기 위한 열 교환기 및 냉매로부터 객실용의 조절될 공기로 열을 전달하기 위한 열 교환기를 구비한다. 출력은 각각 냉매와 공기 사이에서 전달된다. 소위 "리히트"- 또는 재가열 모드에서는, 객실에 공급될 공기가 서서히 냉각되고, 이때 탈습되며, 그 다음에 약간 재차 가열된다. 이와 같은 작동 모드에서는, 필요한 재가열 출력이 냉각 및 탈습을 위해서 필요한 냉동 출력보다 적다.

공기-공기-열 펌프의 주변 공기와 냉매 사이에서 열을 전달하기 위한, 주변 열 교환기로서도 지칭되는 열 교환기는 공조 시스템의 하우징 외부에서, 특별히 공조 설비 외부에서, 자동차의 정면에 배치되어 있고, 특히 상대 바람에 의해서 공기를 공급받는다. 냉매 순환계가 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에는 주변 열 교환기가 냉매로부터 주변 공기로 열을 방출하기 위한 응축기/가스 냉각기로서 작동되고, 냉매 순환계가 열 펌프 모드에서 작동하는 경우에는 주변 열 교환기가 주변 공기로부터 냉매로 열을 흡수하기 위한 증발기로서 작동된다. 냉매가 예컨대 냉매 R134a를 구비하는 경우와 같은 냉매 순환계의 미임계적인(subcritical) 작동에서 또는 특정한 주변 조건에서 이산화탄소에 의해 액화되면, 열 교환기는 응축기로서 지칭된다. 열 전달의 일 부분은 일정한 온도에서 이루어진다. 초임계적인 작동에서 또는 열 교환기 내에서 열이 초임계적으로 방출되는 경우에는, 냉매의 온도가 일정하게 감소한다. 이 경우에는, 열 교환기가 가스 냉각기로서도 지칭된다. 초임계적인 작동은 예컨대 이산화탄소를 냉매로 사용하는 냉매 순환계의 특정한 주변 조건 또는 작동 방식하에서 발생할 수 있다.

냉매 순환계가 열 펌프 모드에서 그리고 주변 공기를 열원으로 사용해서 작동하는 경우, 공기의 온도가 0℃ 및 0℃ 아래의 범위 안에 있는 경우에는, 증발기로서 작동되는 열 교환기의 열 전달 면이 빙결될 위험이 존재하며, 이와 같은 위험 상황은 열 교환기의 출력을 제한한다. 공기로부터 열을 흡수하는 결과로서, 서서히 냉각된 공기의 상대적인 습도가 증가한다. 노점(dew point) 온도에 미달하는 경우에는, 공기 중에 존재하는 수증기가 응결되고, 열 전달 면에 물로서 침전된다. 공기로부터 열 전달 면에서 응결된 물은 0℃ 및 0℃ 아래의 범위 안에 있는 표면 온도에서 얼음으로 응고된다. 증가하는 얼음 층은 공기 측의 열 전달 면적 및 공기 측에서의 열 전달을 감소시키고, 이로써 공기와 증발될 냉매 사이에서 전달될 수 있는 출력을 감소시키며, 이와 같은 상황은 전체 공조 시스템의 효율을 감소시킨다. 통상적으로, 주변 열 교환기 내부로 유입되는 공기의 온도와 냉매의 온도 간의 최대 온도차는 제한되어 있으며, 이와 같은 상황은 재차 주변 공기로부터 최대로 흡수할 수 있는 열을 한정한다. 주변 열 교환기의 열 전달 면의 빙결의 필수적인 회피의 결과로서, 공기-공기-열 펌프로서 형성된 공조 시스템에서도 0℃ 및 0℃ 아래의 범위 안에 있는 공기의 온도에서는, 오로지 주변 공기만이 열원으로 이용됨으로써 결과적으로 추가 가열 조치가 필요한 경우에, 객실을 충분히 가열하는 것이 가능하지 않다. 고려되고 있는 전기 저항 가열 장치는 에너지 효율적이지 않으며, 또한 매우 드물게만 작동된다.

자동차의 저온 시동에서는 또한, 주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에도, 고온 가스 모드로서도 지칭되는 소위 삼각형 공정(triangle process)으로 이루어지는 냉매 순환계의 작동에 의해 가열 능력을 확연하게 증가시킬 수 있는 가능성도 존재한다. 이 경우에는, 압축기, 객실용 유입 공기를 가열시키기 위해 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기 및 팽창 기관을 이용하여, 실질적으로 다만 냉매 순환계의 3개 구성 요소에만 냉매가 공급된다. 도 1a는, 냉매 순환계가 삼각형 공정으로 작동하는 경우에 냉매의 상태 변경을 대수적인(logarithmic) 압력(p) - 엔탈피 (h) - 다이어그램으로 보여준다. 냉매 순환계 내에서 냉매를 순환시키기 위해 이용되는 압축기에 의해서는, 냉매의 압력 수준이 증가하며(A), 이 경우에는 냉매가 압축기 내에서 생성되는 열을 흡수한다. 유동 방향으로 볼 때 압축기 다음에 배치되어 있고 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기를 관류할 때에는, 열이 고압 수준에서 객실용 유입 공기로 전달된다(B). 응축기/가스 냉각기로부터 배출된 후에는, 냉매가 팽창 기관 내에서 저압 수준으로 팽창되고(C), 압축기에 의해서 흡인된다. 삼각형 공정에서의 또는 고온 가스 모드에서의 냉매 순환계의 작동에 의해서는, 객실의 유입 공기가 전기 저항 가열 장치를 이용하는 경우에서와 유사한 효율로 가열될 수 있지만, 이 경우에는 추가의 구성 요소에 의존할 필요가 없다.

삼각형 공정에서 이루어지는 선행 기술에 공지된 냉매 순환계의 작동 모드들에서는, 저압 측에서 열 교환기에 냉매가 전혀 공급되지 않음으로써, 결과적으로 흡인 측에서는 흡인 압력을 결정하는 규정된 온도 수준이 사전에 결정되지 않는다. 냉매 순환계가 다른 작동 모드들에서 작동하는 경우에는, 냉매의 압력 수준이 흡인 측 열 교환기의 자체적으로 설정되는 온도 수준에 의해서 규정된다. 따라서, 예를 들어 냉매 순환계가 냉매 설비 모드에서 작동하는 경우에는, 증발기 내에 있는 객실용 유입 공기가 3℃로 서서히 냉각되며, 이 경우 냉매는, 소위 냉매의 2-상-영역에서 특정 압력에 할당되어 있는 1℃의 온도에서 증발된다. 냉매 순환계가 저압 측에서 삼각형 공정에서 작동하는 동안에는 온도 수준이 제공되지 않고, 이로써 또한 압력 수준도 제공되지 않기 때문에, 특히 자동차의 저온 시동 동안에는 흡인 압력(pS)이 도 1a에 따라 매우 강하게 강하하며, 이와 같은 상황은 예컨대 액체 충격에 의한 압축기의 손상 위험을 증가시킨다. 이와 같은 이유에서 압축기의 출력이 제한될 수는 있지만, 이와 같은 제한도 마찬가지로 공조 시스템의 전체적인 성능을 저하시킨다.

본 발명의 과제는, 냉동 설비 모드 및 열 펌프 모드에서 뿐만 아니라 재가열 모드에서도 효율적으로 작동될 수 있는, 열 펌프 기능을 갖춘 자동차용 공조 시스템을 제공하는 데 있다. 본 발명에서는, 주변 공기가 작동 모드에 따라, 예를 들어 열 펌프 모드에서 작동하는 경우에는 열원으로서 이용되어야 할 뿐만 아니라 예를 들어 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에는 히트 싱크로서도 이용되어야 한다. 이 경우, 공조 시스템은, 다만 최소의 작동 비용, 제조 비용 및 관리 비용만을 야기하기 위해 그리고 최소의 설치 공간 수요를 갖기 위해, 특히 추가 가열 조치 없이, 필수적인 최소 개수의 구성 요소로써 구조적으로 간단히 구성되어야만 한다. 냉매 순환계는 또한, 자동차의 저온 시동 중에 최대 출력으로 가열하도록 설계되어야만 한다.

상기 과제는, 독립 특허 청구항들의 특징들을 갖는 대상 및 방법에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.

상기 과제는, 냉매 순환계를 구비하는 자동차의 객실의 공기를 조절하기 위한 본 발명에 따른 공조 시스템에 의해서 해결된다. 냉매 순환계는 압축기, 냉매와 주변 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 제1 냉매-공기-열 교환기, 제1 팽창 기관, 및 객실용 유입 공기를 조절하기 위한 제2 냉매-공기-열 교환기, 내부 열 교환기 그리고 제1 및 제2 유동 경로를 구비한다. 제1 유동 경로는 압축기의 배출구에 형성된 분기 지점으로부터 제2 냉매-공기-열 교환기와 내부 열 교환기 사이에 형성된 연결 지점까지 연장된다. 제2 유동 경로는 제1 유동 경로의 분기 지점과 제1 냉매-공기-열 교환기 사이에 형성된 연결 지점으로부터 냉매의 유동 방향으로 볼 때 압축기 앞에 형성된 입구 지점까지 연장된다.

본 발명의 컨셉에 따르면, 내부 열 교환기는 한 편으로는 제1 유동 경로 내부에 배치되어 있고, 다른 한 편으로는 제1 유동 경로의 연결 지점과 제2 유동 경로의 입구 지점 사이에 배치되어 있다.

본원에서 내부 열 교환기란, 고압 상태의 냉매와 저압 상태의 냉매 사이에서 열을 전달하기 위해 이용되는 순환계 내부의 열 교환기로서 이해될 수 있다. 제1 냉매-공기-열 교환기 및/또는 제2 냉매-공기-열 교환기는 바람직하게 냉매용 응축기/가스 냉각기로서 그리고 증발기로서 작동할 수 있도록 형성되어 있다. 제1 냉매-공기-열 교환기 및/또는 제2 냉매-공기-열 교환기 및/또는 제1 팽창 기관은 바람직하게 냉매에 의해서 양방향으로 관류될 수 있도록 형성되어 있다.

본 발명의 일 개선예에 따라, 제1 유동 경로는, 이 유동 경로를 통과하는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기 앞에 배치되어 있는 열 교환기를 구비한다. 열 교환기는 바람직하게 냉각수 순환계의 냉매-냉각수-열 교환기로서 형성되어 있다. 이 경우, 냉각수 순환계는 또한, 객실용 유입 공기에 의해서 관류될 수 있는 공조 설비 내부에 배치되어 있는 냉각수-공기-열 교환기를 구비한다. 또한, 객실용 유입 공기에 의해서 관류될 수 있는 공조 설비 내부에는 바람직하게 냉매 순환계의 냉매-공기-열 교환기도 배치되어 있으며, 이 경우 냉매 순환계의 제2 냉매-공기-열 교환기 및 냉각수 순환계의 냉각수-공기-열 교환기는 유입 공기의 유동 방향으로 연속으로 유입 공기를 공급받을 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 제1 유동 경로 내부에는 제2 팽창 기관이 형성되어 있으며, 이 제2 팽창 기관은 유동 경로를 통과하는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기 뒤에 배치되어 있다. 제1 유동 경로는 바람직하게 또한 밸브, 특히 스톱 밸브(stop valve)로서 형성된 밸브를 구비한다. 제2 유동 경로 내부에는 바람직하게 밸브, 특히 스톱 밸브로서 형성된 밸브가 제공되어 있다.

본 발명의 또 다른 한 가지 장점은, 냉매 순환계가 밸브, 특히 스톱 밸브로서 형성된 밸브를 구비하고, 이 밸브가 제1 유동 경로의 분기 지점과 제2 유동 경로의 연결 지점 사이에 배치되어 있다는 데 있다. 냉매 순환계가 밸브, 특히 스톱 밸브로서 형성된 밸브를 구비하고, 이 밸브가 제1 유동 경로의 연결 지점과 내부 열 교환기 사이에 형성되어 있다는 것도 장점이다.

본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따라, 냉매 순환계는 제3 유동 경로를 구비하고, 이 제3 유동 경로는 일 분기 지점으로부터 제2 유동 경로의 연결 지점까지 연장된다. 이 경우, 분기 지점은 제1 유동 경로 내부에서 이 유동 경로를 통과하는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기 뒤에, 특히 내부 열 교환기와 제2 팽창 기관 사이에 형성되어 있다. 제3 유동 경로 내부에는 바람직하게 밸브, 특히 스톱 밸브로서 형성된 밸브가 배치되어 있다.

본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따라, 냉매 순환계는 제3 유동 경로 및 제4 유동 경로를 구비한다. 제3 유동 경로는 제1 냉매-공기-열 교환기와 제1 팽창 기관 사이에 형성된 분기 지점으로부터 제1 유동 경로 내부에서 내부 열 교환기 앞에 배치된 열 교환기와 내부 열 교환기 사이에 형성된 입구 지점까지 연장된다. 제3 유동 경로 내부에는 바람직하게 체크 요소, 특히 체크 밸브가 배치되어 있다. 제4 유동 경로는 제1 팽창 기관과 제2 냉매-공기-열 교환기 사이에 형성된 분기 지점으로부터 내부 열 교환기와 제1 유동 경로의 연결 지점 사이에, 특히 내부 열 교환기와 상기 내부 열 교환기 앞에 설치된 밸브 사이에 형성된 입구 지점까지 연장된다. 제4 유동 경로 내부에는 바람직하게 밸브, 특히 스톱 밸브로서 형성된 밸브가 제공되어 있다.

본 발명의 또 다른 한 가지 장점은, 냉매 순환계가 제5 유동 경로를 구비한다는 데 있다. 이 경우, 제5 유동 경로는 제1 유동 경로의 연결 지점과 제2 냉매-공기-열 교환기 사이에 형성된 분기 지점으로부터 제2 유동 경로의 입구 지점과 압축기 사이에 형성된 입구 지점까지 연장된다. 제5 유동 경로는 바람직하게 증발기로서 작동할 수 있는 열 교환기 및 상기 열 교환기 앞에 설치되어 배치된 제3 팽창 기관을 구비한다. 증발기로서 작동할 수 있는 제5 유동 경로의 열 교환기는 바람직하게 냉매-냉각수-열 교환기로서 형성되어 있다.

본 발명의 일 개선예에 따라, 냉매 순환계 내부에서 냉매의 유동 방향으로 볼 때 압축기 앞에는 냉매 저장기로서의 어큐뮬레이터(accumulator)가 배치되어 있다.

본 발명의 과제는 또한, 객실의 조절될 유입 공기를 위해 냉동 설비 모드에서, 열 펌프 모드에서, 재가열 모드에서 그리고 고온 가스 모드에서 작동하기 위한 냉매 순환계를 구비하는 자동차의 공조 시스템을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해서도 해결된다. 냉동 설비 모드는 다른 무엇보다 냉각을 위해서 이용되며, 열 펌프 모드 및 고온 가스 모드는 가열을 위해서 이용되고, 재가열 모드는 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해서 이용된다.

공조 시스템을 작동시키기 위한 방법은, 냉매 순환계가 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 재가열 모드에서 작동하는 동안 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 압축기로부터 배출되는 냉매를 고압 수준에서 제1 유동 경로 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달되며,

- 냉각수에 의해 흡수된 열을 냉각수로부터 가열 열 교환기 내에 있는 객실용 유입 공기로 전달하는 단계,

- 냉매-냉각수-열 교환기로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기의 고압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 방출하며,

- 내부 열 교환기의 고압 측으로부터 배출되는 냉매를 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 냉매로부터 주변 공기로 전달되며,

- 제1 냉매-공기-열 교환기로부터 배출되는 냉매를 제1 팽창 기관을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,

- 제1 팽창 기관으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 유입 공기로부터 냉매로 전달되며, 유입 공기는 서서히 냉각되고/서서히 냉각되거나 탈습되며,

- 제2 냉매-공기-열 교환기로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기의 저압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 흡수하며, 그리고

- 압축기를 통해 냉매를 흡인하는 단계.

공조 시스템을 작동시키기 위한 또 다른 방법은, 냉매 순환계가 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 재가열 모드에서 작동하는 동안 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 압축기로부터 배출되는 냉매를 고압 수준에서

- 제1 유동 경로 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기를 통과하는 제1 부분 질량 흐름(이 경우 열은 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달됨), 및

- 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기를 통과하는 제2 부분 질량 흐름(이 경우 열은 냉매로부터 주변 공기로 전달됨)으로 세분하는 단계,

- 냉매-냉각수-열 교환기 내에 있는 냉각수에 의해서 흡수된 열을 가열 열 교환기 내에 있는 객실용 유입 공기로 전달하는 단계,

- 냉매-냉각수-열 교환기 및 제1 냉매-공기-열 교환기를 동시에 관류하는 냉매의 부분 질량 흐름들을 혼합하는 단계,

- 혼합된 냉매를 내부 열 교환기의 고압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 방출하며,

- 내부 열 교환기의 고압 측으로부터 배출되는 냉매를 팽창 기관을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,

- 팽창 기관으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 유입 공기로부터 냉매로 전달되며,

- 압축기를 통해 냉매를 흡인하는 단계.

본 발명의 일 개선예에서는, 저압 수준으로 이완된 냉매가 일 분기 지점에서 증발기로서 작동되는 열 교환기를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기 및 내부 열 교환기의 저압 측을 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분된다. 이 경우, 냉매는 제2 냉매-공기-열 교환기 그리고 내부 열 교환기 및 증발기로서 작동되는 열 교환기를 동시에 관류하는 동안 각각 열을 흡수한다. 이들 냉매의 부분 질량 흐름들은 압축기를 통해 흡인되기 전에 혼합된다.

공조 시스템을 작동시키기 위한 방법은, 냉매 순환계가 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동하는 동안 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 냉매-냉각수-열 교환기로부터 배출되는 냉매를 제2 팽창 기관을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 중간압 수준으로 이완되며,

- 제2 팽창 기관으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 유입 공기로부터 냉매로 전달되며, 유입 공기는 서서히 냉각되고/서서히 냉각되거나 탈습되며,

- 제2 냉매-공기-열 교환기로부터 배출되는 냉매를 제1 팽창 기관을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,

- 제1 팽창 기관으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 주변 공기로부터 냉매로 전달되며, 그리고

- 압축기를 통해 냉매를 흡인하는 단계.

본 발명의 일 개선예에서는, 중간압 수준으로 이완된 냉매가 일 분기 지점에서 증발기로서 작동되는 열 교환기를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기를 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분된다. 이 경우, 냉매의 제1 부분 질량 흐름은 팽창 기관을 관류하는 동안 저압 수준으로 이완되고, 냉매는 증발기로서 작동되는 열 교환기를 관류하는 동안 열을 흡수하며, 이들 냉매의 부분 질량 흐름들은 압축기를 통해 흡인되기 전에 혼합된다.

공조 시스템을 작동시키기 위한 또 다른 방법은, 냉매 순환계가 객실 유입 공기의 가열을 위해 고온 가스 모드에서 작동하는 동안 다음과 같은 단계들을 포함한다:

- 내부 열 교환기의 고압 측으로부터 배출되는 냉매를 제2 팽창 기관을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,

- 제2 팽창 기관으로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기의 저압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 흡수하며, 그리고

- 압축기를 통해 냉매를 흡인하는 단계.

본 발명의 일 개선예에서는, 저압 수준으로 이완된 냉매가 일 분기 지점에서 증발기로서 작동되는 열 교환기를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 내부 열 교환기의 저압 측을 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분된다. 이 경우, 냉매는 내부 열 교환기 및 증발기로서 작동되는 열 교환기를 동시에 관류하는 동안 각각 열을 흡수한다. 냉매의 부분 질량 흐름들은 압축기를 통해 흡인되기 전에 혼합된다.

요약해서 말하자면, 전기 차량의 공조 시스템의 본 발명에 따른 냉매 순환계, 전동식 구동 장치뿐만 아니라 내연 기관식 구동 장치까지도 구비하는 차량, 순전히 전동식으로만 구동되는 자동차 또는 연료 전지 차량, 및 특별히 고-효율적이고 내연 기관식으로 구동되는 자동차는 다음과 같은 다양한 장점을 갖는다:

- 최소의 에너지를 투입해서 객실 유입 공기의 공기 조절, 특히 냉각, 탈습 및/또는 가열이 가능하며,

- 내부 열 교환기의 사용에 의해 더 큰 가열 능력과 더불어 성능 및 효율이 증가하게 되는데, 그 이유는 더 높은 흡입 압력에 의해 또한 흡입 밀도 및 이와 더불어 냉매의 질량 흐름도 내부 열 교환기 없이 작동되는 경우보다 더 높아지기 때문이며,

- 수명이 증가하는데, 그 이유는 지나치게 적은 흡입 압력에 의한 압축기의 손상도 피해지기 때문이며,

- 특히 주변 공기의 온도가 낮은 경우에 고온 가스 모드에서 작동하는 경우에는, 순전히 열 펌프 모드에서 작동하는 경우에 달성되지 않는 충분한 안락감을 객실 내부에 제공할 수 있으며,

- 사용을 위해, 공지된 계획 및 기존의 설치 공간이 존재하는 자동차에 통합될 수 있는 냉매 순환계를 구비하며, 그리고

- 전기 저항 가열기와 같은 추가 구성 요소 없이도 최소의 작동 비용, 제조 비용 및 관리 비용이 성취된다.

본 발명의 또 다른 세부 사항, 특징 및 장점이 관련 도면을 참조하는 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 드러나며, 각각의 도면에는 압축기, 제1 및 제2 냉매-공기-열 교환기, 제1 및 제2 팽창 기관 그리고 내부 열 교환기를 구비하는 냉매 순환계를 갖춘 공조 시스템이 도시되어 있다.
도 1b는 내부 열 교환기를 구비하는 냉매 순환계가 고온 가스 모드에서 작동하는 동안, 냉매의 상태 변경을 log p-h-다이어그램으로 도시하며,
도 2a 내지 도 2d는 다양한 작동 모드에서 제1 냉매 순환계의 일 실시예를 도시하고,
도 3a 내지 도 3d는 다양한 작동 모드에서 제2 냉매 순환계의 일 실시예를 도시하며, 그리고
도 4는 제3 냉매 순환계의 일 실시예를 도시한다.

도 1b에는, 흡입 압력 수준을 안정화하기 위한 내부 열 교환기를 구비하여 초임계적으로 작동되는 냉매 순환계가 고온 가스 모드에서 작동되는 동안, 냉매의 상태 변경이 log p-h-다이어그램으로 도시되어 있다. 압축기, 객실용 유입 공기를 가열하기 위해 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기 및 팽창 기관 외에, 냉매 순환계 내에 있는 내부 열 교환기를 사용함으로써, 고온 가스 모드가 특정 저온 수준 및 이와 더불어 규정된 흡입 압력으로써 작동된다. 압축기에 의해서 재차 냉매의 압력 수준이 증가하며(A), 이 경우에는 냉매가 압축기 내에서 생성되는 열을 흡수한다. 유동 방향으로 볼 때 압축기 다음에 배치되어 있고 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기를 관류할 때에는, 열이 고압 수준에서 객실용 유입 공기로 전달된다(B). 유입 공기로 열이 방출된 후에는, 냉매가 내부 열 교환기의 고압 측(HD)을 관류하고 계속해서 서서히 냉각된다(D1). 내부 열 교환기로부터 배출된 후에는, 냉매가 팽창 기관 내에서 저압 수준으로 2-상 영역 내부로 팽창된다(C). 그 다음에, 냉매가 내부 열 교환기의 저압 측(ND)을 관류하고, 액체 상이 증발될 때 내부 열 교환기의 고압 측(HD)으로부터 열을 흡수한다(D2). 가스 상태의 냉매가 압축기에 의해서 흡인된다. 내부 열 교환기 내부에서 이루어지는 순환계 내의 열 전달에 의해서는, 냉매 순환계의 저압 측에서 또는 흡입 측에서 온도 수준 및 이와 더불어 관련 압력 수준이 규정된다. 냉매 순환계의 확장 및 또한 고온 가스 모드에서의 작동에 의해서는, 냉매 순환계가 열 펌프 모드에서 작동하는 동안 충분한 전력이 제공되지 않아서, 자동차의 저온 시동시에 주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에도, 예를 들어 주변 열 교환기의 열 전달 면의 결빙이 피해지기 때문에, 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 충분히 높은 전력을 공급하는 것 그리고 이로써 추가의 전기 저항 가열기 없이도 열적인 안락감의 요구 조건을 충족시키는 것이 가능하다. 냉매 순환계가 고온 가스 모드에서 작동하는 경우에는, 추가의 구성 요소에 의지하지 않고서도, 객실의 유입 공기가 전기 저항 가열기를 갖춘 경우와 유사한 효율로 가열될 수 있다. 그와 동시에, 지나치게 적은 흡입 압력에 의해 압축기를 손상시킬 위험이 최소로 된다.

도 2a 내지 도 2d에서는, 냉매 순환계(2a)를 구비하는 공조 시스템(1a)이 개시된다. 냉매 순환계(2a)는 압축기(3), 냉매와 주변 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 제1 냉매-공기-열 교환기(4), 제1 팽창 기관(5), 객실용 유입 공기를 조절하기 위한 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 내부 열 교환기(7)를 구비한다. 냉매-공기-열 교환기(4, 6) 및 제1 팽창 기관(5)은 냉매에 의해서 양방향으로 관류될 수 있다. 냉매-공기-열 교환기(4, 6)는 각각 냉매용 응축기/가스 냉각기로서 또는 증발기로서 작동될 수 있다. 냉매 순환계(2a)는 또한 냉매 액체의 침전 및 수집을 위한 어큐뮬레이터(8)를 구비하며, 이 어큐뮬레이터는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 압축기(3) 앞에 그리고 이로써 내부 열 교환기(7)와 압축기(3) 사이에서 저압 측에 배치되어 있다. 압축기(3)는 어큐뮬레이터(8)로부터 가스 상태의 냉매를 흡인한다.

냉매 순환계(2a)는, 분기 지점(10)으로부터 출발해서 연결 지점(11)까지 연장되는 제1 유동 경로(9)를 구비하여 형성되었다. 분기 지점(10)은 냉매의 유동 방향으로 볼 때 직접 압축기(3)의 배출구에 배치되어 있거나 배출구 바로 뒤에 배치되어 있다. 이 경우, 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)은 제2 냉매-공기-열 교환기(6)와 내부 열 교환기(7) 사이에, 특별히 내부 열 교환기(7)의 저압 측의 유입구에 형성되어 있다. 제1 유동 경로(9) 내부에는, 이하에서 제1 스톱 밸브(12)로서도 지칭되는 밸브(12), 특히 냉매-냉각수-열 교환기로서 형성된 열 교환기(13), 내부 열 교환기(7), 특별히 내부 열 교환기(7)의 고압 측, 그리고 제2 팽창 기관(14)이 배치되어 있다. 또한, 냉매 순환계(2a)는 제2 스톱 밸브(15)로서도 지칭되는 밸브(15)를 구비하며, 이 밸브는 제1 유동 경로(9)의 분기 지점(10)과 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 사이에 배치되어 있다. 특히 제1 스톱 밸브(12) 및 제2 스톱 밸브(15)를 구비하여 T자형 부재로서 형성된 분기 지점(10)은 대안적으로 3-웨이-밸브(three-way-valve)로서도 형성될 수 있는 밸브 어셈블리이다.

냉매 순환계(2a)는 또한, 연결 지점(17a)으로부터 출발해서 입구 지점(18)까지 연장되는 제2 유동 경로(16)를 구비하여 형성되었다. 이 경우, 연결 지점(17a)은 제2 스톱 밸브(15)와 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 사이에 배치되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 입구 지점(18)은 내부 열 교환기(7), 특히 내부 열 교환기(7)의 저압 측의 배출구와 어큐뮬레이터(8) 사이에 형성되어 있다. 제2 유동 경로(16) 내부에는, 이하에서 제3 스톱 밸브(19)로서도 지칭되는 밸브(19)가 배치되어 있다.

저압 측에서 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기(7) 앞에는, 이하에서 제4 스톱 밸브(20)로서도 지칭되는 밸브(20)가 설치되어 있다. 따라서, 밸브(20)는 내부 열 교환기(7)의 저압 측의 유입구 바로 앞에 그리고 이로써 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)과 내부 열 교환기(7) 사이에 배치되어 있다.

냉매 순환계(2a)는 또한 분기 지점(22)과 연결 지점(17a) 사이에서 연장되는 제3 유동 경로(21)를 구비한다. 이 경우, 분기 지점(22)은 제1 유동 경로(9) 내부에서 내부 열 교환기(7)와 제2 팽창 기관(14) 사이에 배치되어 있다. 제3 유동 경로(21) 내부에는, 이하에서 제5 스톱 밸브(23)로서도 지칭되는 밸브(23)가 배치되어 있다.

냉매 순환계의 작동을 기술하는 경우에는, 냉매의 질량 흐름의 유동 방향들이 각각 화살표로 지시되어 있다. 냉매가 공급되는 각각의 유동 경로는 냉매가 공급되지 않는 유동 경로보다 굵은 선으로 표시되어 있다.

냉매 순환계(2a)가 도 2a에 따라 객실 유입 공기를 서서히 냉각시키기 위해 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에는, 냉매가 압축기(3) 내에서 저압 수준으로부터 고압 수준으로 압축되며, 이 경우 냉매는 또한 열을 흡수한다. 그 다음에, 냉매는 개방된 제2 스톱 밸브(15)를 통과하여 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매-공기-열 교환기(4) 내에서는 열이 냉매로부터 주변 공기로 전달된다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4)에는 유동 방향(25)으로 주변 공기가 공급된다. 제1 유동 경로(9)의 제1 스톱 밸브(12) 및 이와 더불어 제1 유동 경로(9)는 폐쇄되어 있다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4)로부터 배출된 후에, 냉매는 제1 팽창 기관(5) 내에서 저압 수준으로 이완되고, 이로써 흡입 압력을 이완시킨다. 그 다음에, 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 관류하는 동안에는, 냉매가 연결 지점(11)에서 내부 열 교환기(7)로 안내되기 전에, 냉매가 증발시에 객실용 유입 공기로부터 열을 흡수한다. 스톱 밸브(20)는 개방되어 있다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에는 유동 방향(24)으로 객실용 유입 공기가 공급된다. 냉매가 제1 유동 경로(9)를 관류하지 않기 때문에, 냉매 순환계(2a)가 냉동 설비 모드에서 작동하는 동안에는 내부 열 교환기(7)가 비활성 상태에 있다. 내부 열 교환기(7) 내에서는 열이 전달되지 않는다. 냉매는 내부 열 교환기(7)로부터 배출된 후에 어큐뮬레이터(8) 내부로 흐르고, 그 다음에는 가스 상태에서 압축기(3)에 의해 흡인된다. 냉매 순환계(2a)는 폐쇄되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 제3 스톱 밸브(19) 및 이와 더불어 제2 유동 경로(16)는 폐쇄되어 있다.

냉매 순환계(2a)가 도 2b에 따라 객실의 유입 공기를 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열하기 위해 재가열 모드에서 작동하는 경우에는, 냉매가 압축기(3) 내에서 저압 수준으로부터 고압 수준으로 압축되며, 이 경우 냉매는 또한 열을 흡수한다. 그 다음에, 냉매는 제1 유동 경로(9)의 개방된 제1 스톱 밸브(12)를 통과하여 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에서는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달된다. 열은 도면에 도시되지 않은 가열 열 교환기 또는 냉각수-공기-열 교환기 내에서 객실용 유입 공기로 전달된다. 이 경우, 가열 열 교환기는 공조 설비 내에서 유입 공기의 유동 방향(24)으로 볼 때 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 뒤에 배치되어 있다. 제2 스톱 밸브(15)는 폐쇄되어 있다. 냉매-냉각수-열 교환기(13)로부터 배출된 후에는, 냉매가 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 통해 안내되며, 이 경우 냉매는 열을 방출한다. 그 다음에, 냉매는 분기 지점(22) 쪽으로 흐르고, 개방된 스톱 밸브(23) 및 제3 유동 경로(21)를 통해 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 쪽으로 안내된다. 제2 팽창 기관(14)은 폐쇄되어 있다. 그 후에, 냉매는 주변 공기로 열을 방출하면서 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 통해 흐르며, 상기 제1 냉매-공기-열 교환기(4)에는 유동 방향(25)으로 주변 공기가 공급된다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 및 냉매-냉각수-열 교환기(13)는 냉각수가 관류할 수 있도록 서로에 대해 열을 지어서 또는 직렬로 배치되어 있다. 냉매-공기-열 교환기(4)로부터 배출된 후에는, 냉매가 제1 팽창 기관(5) 내에서 저압 수준으로 이완되고, 이로써 흡입 압력을 이완시킨다. 그 다음에, 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 관류하는 동안에는, 냉매가 연결 지점(11)에서 내부 열 교환기(7)로 안내되기 전에, 냉매가 증발시에 객실용 유입 공기로부터 열을 흡수한다. 스톱 밸브(20)는 개방되어 있다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에는, 서서히 냉각되고/서서히 냉각되거나 탈습되는 객실용 유입 공기가 유동 방향(24)으로 공급된다. 그 다음에, 도면에 도시되지 않은 냉각수 순환계의 가열 열 교환기를 관류하는 동안, 유입 공기가 가열된다. 냉매가 제1 유동 경로(9)를 관류하기 때문에, 냉매 순환계(2a)가 재가열 모드에서 작동하는 경우에 내부 열 교환기(7)는 활성 상태에 있다. 이 경우, 한 편으로는 제1 유동 경로(9)를 통해서 흐르는 냉매가 서서히 냉각되고, 다른 한 편으로는 흡입 가스가 압축기(3) 앞에서 과열된다. 저압 측에서 내부 열 교환기(7)로부터 배출되는 냉매는 어큐뮬레이터(8) 내부로 안내되고, 그 다음에 가스 상태에서 압축기(3)에 의해 흡인된다. 냉매 순환계(2a)는 폐쇄되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 제3 스톱 밸브(19) 및 이와 더불어 제2 유동 경로(16)는 폐쇄되어 있다.

냉매 순환계(2a)의 생성되는 폐열이 객실 유입 공기용으로 필수적인 가열 능력보다 큰 경우에 그리고 객실용 유입 공기를 탈습하고 그 다음에 냉각수-공기-열 교환기를 이용해서 안락한 온도 수준까지 가열하기 위해, 냉매 순환계(2a)는 재가열 모드에서 작동된다. 이 경우에는, 내부 열 교환기(7)의 공지된 장점들이 이용된다.

냉매 순환계(2a)가 도 2c에 따라 객실 유입 공기를 가열하기 위해 열 펌프 모드에서 작동하는 경우에는, 냉매가 압축기(3) 내에서 저압 수준으로부터 고압 수준으로 압축되며, 이 경우 냉매는 또한 열을 흡수한다. 그 다음에, 냉매는 개방된 제1 스톱 밸브(12)를 통과하여 제1 유동 경로(9)를 통해 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에서는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달된다. 열은 도면에 도시되지 않은 가열 열 교환기 내에서 객실용 유입 공기로 전달될 수 있다. 제2 스톱 밸브(15)는 폐쇄되어 있다. 냉매-냉각수-열 교환기(13)로부터 배출된 후에는, 냉매가 내부 열 교환기(7)를 통해 안내된다. 그 다음에, 냉매는 완전히 개방된 제2 팽창 기관(14)을 통과해서 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 쪽으로 흐른다. 완전히 개방된 제2 팽창 기관(14)을 관류하는 동안에는, 냉매가 압력 변동을 전혀 경험하지 않고, 고압 수준에서 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 내부로 흐른다. 제3 유동 경로(21)의 스톱 밸브(23) 및 이와 더불어 제3 유동 경로(21)는 폐쇄되어 있다.

내부 열 교환기(7) 앞에 설치된 제4 스톱 밸브(20)가 마찬가지로 폐쇄되어 있기 때문에, 내부 열 교환기(7)는 냉매 순환계(2a)가 열 펌프 모드에서 작동하는 동안에는 냉매에 의해서 관류되지도 않고 비활성 상태에 있다. 내부 열 교환기(7) 내에서는 열이 전혀 전달되지 않는다. 냉매는 고압 수준에서 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매-공기-열 교환기(6) 내에서는 열이 냉매로부터 객실용 유입 공기로 전달된다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에는 유동 방향(24)이 유입 공기가 공급된다. 객실용 유입 공기는 가열되거나 예열된다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)로부터 배출된 후에는, 냉매가 제1 팽창 기관(5) 내에서 저압 수준으로 이완되고, 이로써 흡입 압력을 이완시킨다. 그 다음에 증발기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 관류하는 동안에는, 냉매가 연결 지점(17a)에서 제2 유동 경로(16)를 통해 어큐뮬레이터(8) 쪽으로 안내된 후에 가스 상태에서 압축기(3)에 의해 흡인되기 전에, 냉매가 증발기에서 열을 주변 공기로부터 열원으로서 흡수한다. 냉매 순환계(2a)는 폐쇄되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 제3 스톱 밸브(19)는 개방되어 있다.

주변 공기의 온도가 낮은 경우, 객실이 이미 가열되어 전체 공조 시스템(1a)이 자동차의 저온 시동과 달리 가열 능력에 대하여 다만 적은 요구 조건만을 갖게 된 후에는, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 가열 열 교환기를 이용해서 객실용 유입 공기를 오로지 가열만 하기 위하여, 냉매 순환계(2a)가 열 펌프 모드에서 작동된다.

냉매 순환계(2a)는 소위 재가열 모드/열 펌프 모드에서도 도 2c에 따라 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 작동될 수 있다. 이때, 냉매는 압축기(3) 내에서 저압 수준으로부터 고압 수준으로 압축되며, 이 경우에는 냉매가 또한 열을 흡수한다. 그 다음에, 냉매는 개방된 제1 스톱 밸브(12)를 통과하여 제1 유동 경로(9)를 통해 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에서는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달된다. 열은 도면에 도시되지 않은 가열 열 교환기 내에서 객실용 유입 공기로 전달된다. 제2 스톱 밸브(15)는 폐쇄되어 있다. 냉매-냉각수-열 교환기(13)로부터 배출된 후에는, 냉매가 내부 열 교환기(7)를 통해 안내된다. 그 다음에, 냉매는 제2 팽창 기관(14)을 통과해서 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 쪽으로 흐른다. 제2 팽창 기관(14)을 통과한 후에, 냉매는 저압 수준으로 이완되고, 중간압 수준에서 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 내부로 흐른다. 제3 유동 경로(21)의 스톱 밸브(23) 및 이와 더불어 제3 유동 경로(21)는 폐쇄되어 있다. 내부 열 교환기(7) 앞에 설치된 제4 스톱 밸브(20)가 마찬가지로 폐쇄되어 있기 때문에, 냉매 순환계(2a)가 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동하는 동안 내부 열 교환기(7)는 냉매에 의해서 관류되지 않고, 비활성 상태에 있다. 내부 열 교환기(7) 내에서는 열이 전달되지 않는다. 냉매는 중간압 수준에서 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매는 냉매-공기-열 교환기(6) 내에서 열을 흡수하여 증발된다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에는 유동 방향(24)으로 유입 공기가 공급된다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에는, 서냉 및/또는 탈습되는 객실용 유입 공기가 유동 방향(24)으로 공급된다. 그 다음에, 도면에 도시되지 않은 냉각수 순환계의 가열 열 교환기를 관류하는 동안 유입 공기가 가열된다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)로부터 배출된 후에는, 냉매가 제1 팽창 기관(5) 내에서 저압 수준으로 이완되고, 이로써 흡입 압력을 이완시킨다. 그 다음에 증발기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 관류하는 동안에는, 냉매가 연결 지점(17a)에서 제2 유동 경로(16)를 통해 어큐뮬레이터(8) 쪽으로 안내된 후에 가스 상태에서 압축기(3)에 의해 흡인되기 전에, 냉매가 증발기에서 열을 주변 공기로부터 또 다른 열원으로서 흡수한다. 냉매 순환계(2a)는 폐쇄되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 제3 스톱 밸브(19)는 개방되어 있다.

객실 유입 공기용으로 필수적인 가열 능력이 냉매 순환계(2a)의 생성되는 폐열보다 커서, 결과적으로 추가의 열이 주변 공기로부터 흡수될 수 있는 경우에 그리고 객실용 유입 공기를 탈습하고 그 다음에 냉각수-공기-열 교환기를 이용해서 안락한 온도 수준까지 가열하기 위해, 냉매 순환계(2a)는 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동된다.

냉매 순환계(2a)가 도 2d에 따라 주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에 객실 유입 공기를 신속하게 가열하기 위해 고온 가스 모드에서 작동하는 경우에는, 냉매가 압축기(3) 내에서 저압 수준으로부터 고압 수준으로 압축되며, 이 경우 냉매는 또한 열을 흡수한다. 그 다음에, 냉매는 개방된 제1 스톱 밸브(12) 및 제1 유동 경로(9)를 통과하여 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에서는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달된다. 열은 도면에 도시되지 않은 가열 열 교환기 또는 냉각수-공기-열 교환기 내에서 객실용 유입 공기로 전달될 수 있다. 제2 스톱 밸브(15)는 폐쇄되어 있다. 냉매-냉각수-열 교환기(13)로부터 배출된 후에는, 냉매가 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 통해 안내되며, 이 경우 냉매는 열을 방출한다. 그 다음에, 냉매는 제2 팽창 기관(14) 쪽으로 흐른다. 제3 유동 경로(21)의 스톱 밸브(23) 및 이와 더불어 제3 유동 경로(21) 그리고 제1 팽창 기관(5)은 폐쇄되어 있다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 뿐만 아니라 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에도 냉매가 공급되지 않는다. 내부 열 교환기(7)로부터 배출된 후에는, 냉매가 제2 팽창 기관(14) 내에서 저압 수준으로 이완되고, 이로써 흡입 압력을 액체 및 증기로 이루어진 2-상 영역으로 이완시킨다. 그 다음에 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 관류하는 동안에는, 냉매가 증발시에 열을 흡수한다. 냉매가 제1 유동 경로(9)를 관류하지 않기 때문에, 냉매 순환계(2a)가 고온 가스 모드에서 작동하는 경우에는 내부 열 교환기(7)가 활성 상태에 있다. 이 경우에는, 한 편으로는 제1 유동 경로(9)를 관류하는 냉매가 냉각되고, 다시 말해 임계치에 미달하거나 임계치를 초과하는 작동에 따라 적어도 부분적으로 가열되며/가열되거나 응축 또는 냉각되며, 다른 한 편으로는 팽창 밸브로부터의 배출 상태에 따라 적어도 증발되고/증발되거나 압축기(3) 앞에서 흡입 가스로서 과열된다. 저압 측에서 내부 열 교환기(7)로부터 배출되는 냉매는 어큐뮬레이터(8) 내부로 안내되고, 그 다음에 가스 상태에서 압축기(3)에 의해 흡인된다. 냉매 순환계(2a)는 폐쇄되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 제3 스톱 밸브(19) 및 이와 더불어 제2 유동 경로(16)는 폐쇄되어 있다. 상태 변경이 도 1b에서는 초임계적인 공정의 log p-H-다이어그램을 참조해서 도시되어 있다. 압축기(3)에 의해서 냉매의 압력 수준이 저압 수준으로부터 고압 수준으로 증가하며(A), 이 경우 냉매는 압축기 내에서 생성되는 열을 흡수하고, 냉매는 임계치 초과 상태로 존재한다. 유동 방향으로 볼 때 압축기(3) 다음에 배치되어 있고 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13)를 관류하는 동안에는, 열이 고압 수준에서 냉각수로 전달되고(B), 냉각수로부터 객실용 유입 공기로 전달된다. 열이 냉각수로 방출된(B) 후에는, 냉매가 내부 열 교환기(7)의 고압 측(HD)을 관류하여 계속해서 서서히 냉각된다(D1). 내부 열 교환기(7)로부터 배출된 후에는, 냉매가 팽창 기관(14) 내에서 저압 수준으로 팽창된다(C). 그 다음에, 냉매는 내부 열 교환기(7)의 저압 측(ND)을 관류하고, 증발시에 내부 열 교환기(7)의 고압 측(HD)으로부터 열을 흡수한다(D2). 가스 상태의 냉매가 압축기(3)에 의해서 흡인된다.

주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에는, 높은 가열 능력을 제공하기 위해 그리고 이로써 객실을 매우 짧은 시간 안에 안락한 온도 수준으로 가열하기 위해, 냉매 순환계(2a)가 고온 가스 모드에서 작동된다.

열 펌프 기능을 갖춘 냉매 순환계(2a)에 의해서는, 필요시 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 전력을 도 2c에 따라 순전히 열 펌프 모드에서만 작동하는 경우의 가열 능력을 훨씬 능가하는 수준으로 증가시키기 위하여, 도 2d에 따른 확장된 고온 가스 모드에서의 작동이 바람직하게 이용될 수 있다. 특히, 주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에는, 객실용 유입 공기가 매우 짧은 시간 안에 열적인 안락감의 필요 조건을 위해 상응하게 충분한 온도까지 가열될 수 있다. 냉매 순환계(2a)는 최소의 구성 요소, 특히 밸브 및 열 교환기를 구비하고, 보편적으로 사용될 수 있다. 이 경우에는 특히, 내연 기관식으로 구동되는 공지된 자동차에서 이용되는 공조 설비 또는 공기 분배 유닛이 사용될 수 있다는 사실이 장점인데, 그 이유는 냉매-공기-열 교환기(6) 및 도면에 도시되지 않은 냉각수-공기-열 교환기 외에 추가의 열 교환기가 공조 설비 내에 통합될 필요가 없기 때문이다.

도 3a 내지 도 3d에서는, 냉매 순환계(2b)를 구비하는 공조 시스템(1b)이 도시되어 있다. 냉매 순환계(2b)는 재차 압축기(3), 냉매와 주변 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 제1 냉매-공기-열 교환기(4), 제1 팽창 기관(5), 객실용 유입 공기를 조절하기 위한 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 그리고 내부 열 교환기(7) 및 냉매 액체를 침전 및 수집하기 위한 어큐뮬레이터(8)를 구비한다. 냉매-공기-열 교환기(4, 6) 및 제1 팽창 기관(5)은 냉매에 의해서 양방향으로 관류될 수 있다. 냉매-공기-열 교환기(4, 6)는 각각 냉매용 응축기/가스 냉각기로서 또는 증발기로서 작동될 수 있다. 냉매 순환계(2b)는 또한 제1 유동 경로(9) 및 제2 유동 경로(16)를 구비하고, 이들 유동 경로(9, 16) 내부에 구성 요소들이 개별적으로 배치되어 있으며, 이 경우 제2 유동 경로(16)는 연결 지점(17b)으로부터 입구 지점(18)까지 연장된다. 연결 지점(17b)이 제2 스톱 밸브(15)와 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 사이에 배치되어 있음으로써, 결과적으로 냉매 순환계(2b)의 유동 경로(9, 16)는 도 2a 내지 도 2d에 도시된 냉매 순환계(2a)의 유동 경로(9, 16)에 상응하게 된다. 저압 측에서 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기(7) 앞에는 밸브(20)가 냉매 순환계(2b)의 제4 스톱 밸브로서 설치되어 있다.

도 2a 내지 도 2d에 도시된 냉매 순환계(2a)와 달리, 냉매 순환계(2b)는 상이한 제3 유동 경로(26) 및 제4 유동 경로(30)를 구비한다. 제3 유동 경로(26)는 분기 지점(27)과 입구 지점(28) 사이에서 연장되며, 이 경우 분기 지점(27)은 제1 냉매-공기-열 교환기(4)와 제1 팽창 기관(5) 사이에 배치되어 있다. 제3 유동 경로(26)의 입구 지점(28)은 제1 유동 경로(9) 내부에서 냉매-냉각수-열 교환기(13)와 내부 열 교환기(7) 사이에 형성되어 있다. 제3 유동 경로(26) 내부에는 체크 요소(29), 특히 체크 밸브가 배치되어 있다. 제4 유동 경로(30)는 분기 지점(31)과 입구 지점(32) 사이에서 연장되며, 이 경우 분기 지점(31)은 제1 팽창 기관(5)과 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 사이에 배치되어 있다. 입구 지점(32)은 내부 열 교환기(7)와 상기 내부 열 교환기(7) 앞에 설치된 스톱 밸브(20) 사이에 형성되어 있다. 제4 유동 경로(30) 내부에는, 이하에서 제5 스톱 밸브(33)로서도 지칭되는 밸브(33)가 배치되어 있다.

냉매 순환계(2b)가 도 3a에 따라 객실 유입 공기를 서서히 냉각시키기 위해 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에는, 냉매가 압축기(3) 내에서 저압 수준으로부터 고압 수준으로 압축되며, 이 경우 냉매는 또한 열을 흡수한다. 그 다음에, 냉매는 개방된 제2 스톱 밸브(15)를 통과하여 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 쪽으로 흐르며, 이 경우 냉매-공기-열 교환기(4) 내에서는 열이 냉매로부터 주변 공기로 전달된다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4)에는 유동 방향(25)으로 주변 공기가 공급된다. 제1 유동 경로(9)의 제1 스톱 밸브(12)는 폐쇄되어 있다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4)로부터 배출된 후에, 냉매는 분기 지점(27)에서 출발하여 제3 유동 경로(26)를 통과해서 입구 지점(28) 쪽으로 제1 유동 경로(9) 내부로 안내된다. 제1 팽창 기관(5)은 폐쇄되어 있다. 그 다음에, 냉매는 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 관류하며, 이 경우 냉매는 열을 방출한다. 내부 열 교환기(7)로부터 배출된 후에는, 냉매가 제2 팽창 기관(14) 쪽으로 흐르며, 제2 팽창 기관(14) 내에서 저압 수준으로 이완되고, 이로써 흡입 압력을 이완시킨다. 그 다음에 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 관류하는 동안에는, 냉매가 분기 지점(31)에서 제4 유동 경로(30)를 통과하여 내부 열 교환기(7)로 안내되기 전에, 냉매가 증발시에 객실용 유입 공기로부터 열을 흡수한다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에는 유동 방향(24)으로 객실용 유입 공기가 공급된다. 제4 유동 경로(30)의 스톱 밸브(33)는 개방되어 있다. 스톱 밸브(20)는 폐쇄되어 있다. 냉매가 입구 지점(28)과 연결 지점(11) 사이에서 제1 유동 경로(9)를 관류하기 때문에, 냉매 순환계(2b)가 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에는 내부 열 교환기(7)가 활성 상태에 있다. 이 경우에는, 한 편으로는 제1 유동 경로(9)를 관류하는 냉매가 서서히 냉각되고, 다른 한 편으로는 흡입 가스가 압축기(3) 앞에서 과열된다. 저압 측에서 내부 열 교환기(7)로부터 배출되는 냉매는 어큐뮬레이터(8) 내부로 안내되고, 그 다음에 가스 상태에서 압축기(3)에 의해 흡인된다. 냉매 순환계(2b)는 폐쇄되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 제3 스톱 밸브(19) 및 이와 더불어 제2 유동 경로(16)는 폐쇄되어 있다.

냉매 순환계(2b)에서는, 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에도 내부 열 교환기(7)가 열 전달을 위해 이용되고, 이렇게 함으로써 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 내에서의 증발시에 이용할 수 있는 엔탈피 차가 증가하게 되며, 이와 같은 상황은 증발의 유효 출력이 동일한 경우에 냉매의 질량 흐름을 감소시키고, 공조 시스템(1b)의 효율을 증가시킨다.

냉매 순환계(2b)가 도 3b에 따라 객실 유입 공기를 서서히 냉각시키고/서서히 냉각시키거나 탈습하며 재가열하기 위해 재가열 모드에서 작동하는 경우에는, 냉매가 압축기(3) 내에서 저압 수준으로부터 고압 수준으로 압축되며, 이 경우 냉매는 또한 열을 흡수한다. 그 다음에, 냉매는 분기 지점(10)에서 제1 및 제2 부분 질량 흐름으로 세분되며, 이 경우 냉매의 제1 부분 질량 흐름은 제1 유동 경로(9)의 개방된 제1 스톱 밸브(12)를 통과하여 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13) 쪽으로 흐른다. 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에서는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달되고, 이 열은 도면에 도시되지 않은 가열 열 교환기 또는 냉각수-공기-열 교환기 내에서 객실용 유입 공기로 방출된다. 이때, 가열 열 교환기는 공조 설비 내에서의 유입 공기의 유동 방향(24)으로 볼 때 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 뒤에 배치되어 있다. 냉매의 제2 부분 질량 흐름은 개방된 제2 스톱 밸브(15)를 통과하여 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)로 흐르며, 이 경우 냉매-공기-열 교환기(4) 내에서는 열이 냉매로부터 주변 공기로 전달된다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4)에는 유동 방향(25)으로 주변 공기가 공급된다. 제1 냉매-공기-열 교환기(4)로부터 배출된 후에는, 냉매의 제2 부분 질량 흐름이 분기 지점(27)에서 출발하여 제3 유동 경로(26)를 통해 입구 지점(28) 쪽으로 제1 유동 경로(9) 내부로 안내된다. 제1 팽창 기관(5)은 폐쇄되어 있다. 입구 지점(28)에서는, 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 및 냉매-냉각수-열 교환기(13)를 통해서 동시에 안내되는 냉매의 부분 질량 흐름들이 재차 혼합된다. 그 다음에, 냉매는 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 관류하며, 이 경우 냉매는 열을 방출한다. 내부 열 교환기(7)로부터 배출된 후에는, 냉매가 제2 팽창 기관(14) 쪽으로 흐르며, 제2 팽창 기관(14) 내에서 저압 수준으로 이완되고, 이로써 흡입 압력을 이완시킨다. 그 다음에 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 관류하는 동안에는, 냉매가 분기 지점(31)에서 제4 유동 경로(30)를 통과하여 내부 열 교환기(7)로 안내되기 전에, 냉매가 증발시에 객실용 유입 공기로부터 열을 흡수한다. 제2 냉매-공기-열 교환기(6)에는, 서서히 냉각되고/서서히 냉각되거나 탈습되는 객실용 유입 공기가 유동 방향(24)으로 공급된다. 그 다음에, 도면에 도시되지 않은 냉각수 순환계의 가열 열 교환기를 과류(overflow) 하는 동안, 유입 공기가 가열된다. 제4 유동 경로(30)의 스톱 밸브(33)는 개방되어 있다. 스톱 밸브(20)는 폐쇄되어 있다. 냉매가 입구 지점(28)과 연결 지점(11) 사이에서 제1 유동 경로(9)를 관류하기 때문에, 냉매 순환계(2b)가 작동하는 동안에는 내부 열 교환기(7)가 활성 상태에 있다. 이 경우에는, 한 편으로는 제1 유동 경로(9)를 관류하는 냉매가 서서히 냉각되고, 다른 한 편으로는 흡입 가스가 압축기(3) 앞에서 과열된다. 저압 측에서 내부 열 교환기(7)로부터 배출되는 냉매는 어큐뮬레이터(8) 내부로 안내되고, 그 다음에 가스 상태에서 압축기(3)에 의해 흡인된다. 냉매 순환계(2b)는 폐쇄되어 있다. 제2 유동 경로(16)의 제3 스톱 밸브(19) 및 이와 더불어 제2 유동 경로(16)는 폐쇄되어 있다.

냉매 순환계(2b)의 생성되는 폐열이 객실 유입 공기용으로 필수적인 가열 능력보다 큰 경우에 그리고 객실용 유입 공기를 탈습하고 그 다음에 냉각수-공기-열 교환기를 이용해서 안락한 온도 수준까지 가열하기 위해, 냉매 순환계(2b)는 재가열 모드에서 작동된다. 이 경우에는, 내부 열 교환기(7)의 공지된 장점들이 이용된다. 또한, 전력을 냉각수에 의해 냉각된 열 교환기(13) 및 주변 공기에 의해 냉각된 열 교환기(4)에 분배하는 과정은, 2개의 열 교환기(4, 13)를 동시에 관류함으로 인해, 도 2b에 따른 냉매 순환계(2a)의 작동 중에 2개의 열 교환기(4, 13)를 연속으로 관류하는 경우보다 우수하게 조절된다.

냉매 순환계(2a)가 도 3c에 따라 객실 유입 공기를 가열하기 위해 열 펌프 모드에서 작동하는 것, 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 소위 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동하는 것, 그리고 도 3d에 따라 주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에 객실 유입 공기를 신속하게 가열하기 위해 고온 가스 모드에서 작동하는 것이 각각 냉매 순환계(2a)가 도 2c에 따라 열 펌프 모드에서 그리고 소위 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동하는 것, 그리고 도 2d에 따라 고온 가스 모드에서 작동하는 것과 일치함으로써, 결과적으로 도 2c 및 도 2d에 대한 개별적인 설명들이 참조된다. 제3 유동 경로(21, 26)의 스톱 밸브(23, 33)가 각각 폐쇄되어 있고, 이로써 냉매 순환계(2a, 2b)의 차이를 기술하는 냉매 순환계(2b)의 제3 유동 경로(21, 26) 및 제4 유동 경로(30)에 냉매가 공급되지 않기 때문에, 냉매 순환계(2a, 2b)가 열 펌프 모드에서 그리고 소위 재가열 모드/열 펌프 모드에서 그리고 고온 가스 모드에서 작동하는 방식들은 동일하다.

열 펌프 기능을 갖춘 냉매 순환계(2b)에 의해서는, 필요시 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 전력을 도 3c에 따라 순전히 열 펌프 모드에서만 작동하는 경우의 가열 능력을 훨씬 능가하는 수준으로 증가시키기 위하여, 도 3d에 따른 확장된 고온 가스 모드에서의 작동이 바람직하게 이용될 수 있다. 특히, 주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에는, 객실용 유입 공기가 매우 짧은 시간 안에 열적인 안락감의 필요 조건을 위해 상응하게 충분한 온도까지 가열될 수 있다. 이 경우에는 특히, 내연 기관식으로 구동되는 공지된 자동차에서 이용되는 공조 설비 또는 공기 분배 유닛이 사용될 수 있다는 사실이 장점인데, 그 이유는 냉매-공기-열 교환기(6) 및 도면에 도시되지 않은 냉각수-공기-열 교환기 외에 추가의 열 교환기가 공조 설비 내에 통합될 필요가 없기 때문이다. 공조 시스템(1b)에 의해서는, 도 2a 내지 도 2d에 따른 공조 시스템(1a)에 비해, 냉동 설비 모드에서 작동하는 경우에서도(도 3a 참조), 또한 내부 열 교환기(7)가 열 전달을 위해 이용된다.

도 4a 내지 도 4d는, 냉매 순환계(2c)를 구비하는 공조 시스템(1c)을 보여준다. 냉매 순환계(2c)는 도 3a 내지 도 3d에 도시된 공조 시스템(1b)의 냉매 순환계(2b)와 달리, 흡입 압력 측에 배치된 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38)를 구비하여 형성되었다. 이 경우, 냉매-냉각수-열 교환기(38)에는 특히 내부 열 교환기(7)의 고압 측과 동시에 냉매가 공급될 수 있다. 한 편으로는 냉매에 의해서 그리고 다른 한 편으로는 차량 전자 장치 또는 트랙션 배터리의 구동렬, 예를 들어 내연 기관 또는 전동기의 냉각수 순환계의 냉각수에 의해서 관류되는 열 교환기(38)가 냉매 측에서 증발기로서 작동됨으로써, 결과적으로는 공조 시스템(1c)의 작동 모드에 따라 열이 냉각수로부터 냉매로 전달된다. 열 교환기(38)는 칠러(chiller)로서도 지칭된다. 냉매 순환계(2c)는 냉매 순환계(2b)와 달리 제1 유동 경로(9), 제2 유동 경로(16), 제3 유동 경로(26) 및 제4 유동 경로(30) 외에 또한 제5 유동 경로(34)도 구비한다. 제5 유동 경로(34)는 분기 지점(35)과 입구 지점(36) 사이에서 연장되며, 이 경우 분기 지점(35)은 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)과 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 사이에 배치되어 있다. 제5 유동 경로(34)의 입구 지점(36)은 제2 유동 경로(16)의 입구 지점(18)과 응축기(8) 사이에 형성되어 있다. 제5 유동 경로(34) 내부에는 제3 팽창 기관(37)이 배치되어 있으며, 이 제3 팽창 기관은 냉매의 유동 방향으로 볼 때 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38) 앞에 설치되어 있다. 따라서, 제5 유동 경로(34)는, 연결 지점(11)으로부터 입구 지점(18)까지 연장되고 내부 열 교환기(7), 특별히 상기 내부 열 교환기(7)의 고압 측 영역 및 그 앞에 설치된 밸브(20)를 구비하여 형성된 냉매 순환계(2c)의 섹션에 대해 평행하게 배치되어 있다.

제5 유동 경로(34) 및 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38)를 구비하는 냉매 순환계(2c)의 형성 및 작동 방식과 관련해서는, 도 3a 내지 도 3d의 냉매 순환계(2b)에 대한 설명들이 참조된다.

냉매 순환계(2c)가 도 4a에 따라 객실 유입 공기를 서서히 냉각시키기 위해 냉동 설비 모드에서 작동하고, 도 4b에 따라 객실 유입 공기를 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열하기 위해 재가열 모드에서 작동하는 경우에, 특히 저압 수준에 있는 냉매는 제 유동 경로(34)의 분기 지점(35)에서 제5 유동 경로(34)를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분된다. 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38) 앞에 설치된 제3 팽창 기관(37)이 완전히 개방되어 있음으로써, 결과적으로 상기 팽창 기관(37)을 관류하는 냉매는 압력 변동을 전혀 경험하지 않는다. 냉매의 부분 질량 흐름들은 제5 유동 경로(34)의 입구 지점(36)에서 재차 혼합되고, 응축기(8) 내부로 도입된다. 냉매-냉각수-열 교환기(38)에는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 내부 열 교환기(7)의 고압 측과 동시에 냉매가 공급되며, 이 경우에는 냉매가 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 연속으로 관류한다.

냉매 순환계(2c)가 도 4c에 따라 객실 유입 공기를 가열하기 위해 열 펌프 모드에서 작동하고, 객실 유입 공기를 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열하기 위해 소위 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동하는 경우에, 특히 냉매는 제5 유동 경로(34)의 분기 지점(35)에서 제5 유동 경로(34)를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분된다. 냉매 순환계(2c)가 열 펌프 모드에서 작동하는 경우에는 냉매가 분기 지점(35)에서 고압 수준에 있는 한편, 냉매 순환계(2c)가 소위 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동하는 경우에는 냉매가 분기 지점(35)에서 중간압 수준에 놓여 있다. 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38) 앞에 설치된 제3 팽창 기관(37) 및 제1 팽창 기관(5) 내에서는, 냉매가 각각 저압 수준으로 이완된다. 냉매의 부분 질량 흐름들은 제5 유동 경로(34)의 입구 지점(36)에서 재차 혼합되고, 응축기(8) 내부로 도입된다. 냉매-냉각수-열 교환기(38)에는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 제1 냉매-공기-열 교환기(4)와 동시에 냉매가 공급되며, 이 경우에는 냉매가 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 연속으로 관류한다. 냉매가 제3 팽창 기관(37) 내에서의 팽창 후에 냉매의 상태를 2-상 영역에 놓이지 않게 하는 내부 열 교환기(7)의 고압 측에서의 냉매 배출 상태와도 일치하는 상태를 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13)의 배출구에서 갖게 될 정도로 적은 열량만이 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에서 냉각수로 전달되면, 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38) 내에서도 다만 적은 열량만이 냉매로 전달될 수 있다. 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13) 및 도면에 도시되지 않은 공조 설비 내의 냉각수-공기-열 교환기의 형성, 그리고 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13)에 제공될 뿐만 아니라 냉각수-공기-열 교환기에도 공급되는 냉각수 순환계를 통과하는 냉각수 질량 흐름의 조절에 의해서는, 냉매가 제3 팽창 기관(37) 내에서의 팽창 후에 냉매의 상태를 2-상 영역에 놓이게 하는 상태를 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13)의 배출구에서 갖게 되도록, 냉매로부터 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에 있는 냉각수로의 열 전달이 영향을 받는다. 이 경우에는, 객실 유입 공기의 온도가 도면에 도시되지 않은 냉각수-공기-열 교환기 내에서 필요한 온도 수준으로는 상승하지만 초과할 정도로는 상승하지 않도록, 냉각수 질량 흐름을 설정하는 것이 필요하다. 이로써, 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13)의 유입구에서의 냉각수 온도는, 제1 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에서 이루어지는 열 전달이, 제3 팽창 기관(37) 내에서의 팽창 후에 냉매의 상태가 2-상 영역에 놓이게 될 정도로 낮은 엔탈피 값을 갖는 냉매의 배출 상태를 야기할 정도로 낮아진다.

냉매 순환계(2c)가 도 4d에 따라 주변 공기의 온도가 매우 낮은 경우에 객실 유입 공기를 신속하게 가열하기 위해 고온 가스 모드에서 작동하는 경우에, 특히 저압 수준에 있는 냉매는 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)에서 제5 유동 경로(34)를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분된다. 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38) 앞에 설치된 제3 팽창 기관(37)이 완전히 개방되어 있음으로써, 결과적으로 팽창 기관(37)을 관류하는 냉매는 압력 변동을 전혀 경험하지 않게 된다. 냉매의 부분 질량 흐름들은 제5 유동 경로(34)의 입구 지점(36)에서 재차 혼합되고, 응축기(8) 내부로 도입된다. 냉매-냉각수-열 교환기(38)에는 내부 열 교환기(7)의 고압 측과 동시에 냉매가 공급된다.

도 3a 내지 도 3d에 따른 공조 시스템(1b)에 비해 공조 시스템(1c)에 의해서는, 각각의 모드로 작동하는 경우에 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38) 내에서, 예를 들어 일 구동렬의 구성 요소들, 예를 들어 전기식으로 구동되는 자동차의 전동기, 차량 전자 장치 또는 트랙션 드라이브 배터리를 냉각시키기 위하여, 냉각수가 추가로 냉각될 수 있다. 또한, 고온 가스 모드에서 작동하는 경우에 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38) 내에서 냉각수 순환계로부터 흡수되어 객실 유입 공기를 위한 가열 능력을 증가시키는 열도 이용될 수 있다. 이때, 제2 냉매-냉각수-열 교환기(38)를 통과해서 안내되는 냉각수는 고온 가스 모드에서 또 다른 열원으로서 이용된다.

냉매 순환계 및 작동 모드들은, 저압 측에서 액체 상태로부터 가스 상태로의 상 변환 과정을 거치는 각각의 냉매를 위해 사용될 수 있다. 고압 측에서는, 매질이 흡수된 열을 가스 냉각/응축 및 과냉각(undercooling)에 의해서 히트 싱크로 방출한다. 냉매로서는, R744, R717 등과 같은 천연 물질, R290, R600, R600a 등과 같은 가연성 물질, R134a, R152a, HFO-1234yf와 같은 화학 물질, 및 다양한 냉매 혼합물이 사용될 수 있다.

1a, 1b, 1c: 공조 시스템
2a, 2b, 2c: 냉매 순환계
3: 압축기
4: 열 교환기, 제1 냉매-공기-열 교환기
5: 제1 팽창 기관
6: 열 교환기, 제2 냉매-공기-열 교환기
7: 내부 열 교환기
8: 어큐뮬레이터
9: 제1 유동 경로
10: 분기 지점
11: 연결 지점
12: 밸브, 제1 스톱 밸브
13: 열 교환기, 냉매-냉각수-열 교환기
14: 제2 팽창 기관
15: 밸브, 제2 스톱 밸브
16: 제2 유동 경로
17a, 17b: 연결 지점
18: 입구 지점
19: 밸브, 제3 스톱 밸브
20: 밸브, 제4 스톱 밸브
21: 제3 유동 경로 냉매 순환계(2a)
22: 분기 지점
23: 밸브, 제5 스톱 밸브 냉매 순환계(2a)
24, 25: 유동 경로 공기
26: 제3 유동 경로 냉매 순환계(2b, 2c)
27: 분기 지점
28: 입구 지점
29: 체크 요소
30: 제4 유동 경로 냉매 순환계(2b, 2c)
31: 분기 지점
32: 입구 지점
33: 밸브, 제5 스톱 밸브 냉매 순환계(2b, 2c)
34: 제5 유동 경로 냉매 순환계(2c)
35: 분기 지점
36: 입구 지점
37: 제3 팽창 기관
38: 제2 냉매-냉각수-열 교환기
A, B, C, D1, D2: 상태 변경 냉매
HD: 고압
ND: 저압
Δh: 엔탈피 변동

Claims

- 압축기(3), 냉매와 주변 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 제1 냉매-공기-열 교환기(4), 제1 팽창 기관(5), 및 객실용 유입 공기를 조절하기 위한 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 구비하며,
- 내부 열 교환기(7)를 구비하며,
- 분기 지점(10)으로부터 연결 지점(11)까지 연장되도록 형성된 제1 유동 경로(9)를 구비하며, 이 경우 분기 지점(10)은 압축기(3)의 배출구에 형성되어 있고, 연결 지점(11)은 제2 냉매-공기-열 교환기(6)와 내부 열 교환기(7) 사이에 형성되어 있으며, 그리고
- 연결 지점(17a, 17b)으로부터 입구 지점(18)까지 연장되도록 형성된 제2 유동 경로(16)를 구비하며, 이 경우 연결 지점(17a, 17b)은 분기 지점(10)과 제1 냉매-공기-열 교환기(4) 사이에 형성되어 있고, 입구 지점(18)은 냉매의 유동 방향으로 볼 때 압축기(3) 앞에 형성되어 있는, 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)를 구비하는 자동차의 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템(1a, 1b, 1c)에 있어서,
상기 내부 열 교환기(7)는 한 편으로는 제1 유동 경로(9) 내부에 배치되어 있고, 다른 한 편으로는 상기 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)과 상기 제2 유동 경로(16)의 입구 지점(18) 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c).
제1항에 있어서, 상기 제1 유동 경로(9)는, 상기 유동 경로(9)를 통과하는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기(7) 앞에 배치되어 있는 열 교환기(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c).
제2항에 있어서, 상기 열 교환기(13)는 냉각수 순환계의 냉매-냉각수-열 교환기(13)로서 형성되어 있으며, 상기 냉각수 순환계는, 객실용 유입 공기에 의해서 관류될 수 있는 공조 설비 내부에 배치되어 있는 냉각수-공기-열 교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c).
제1항에 있어서, 상기 제1 유동 경로(9) 내부에는 제2 팽창 기관(14)이 형성되어 있으며, 상기 제2 팽창 기관은 유동 경로(9)를 통과하는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기(7) 뒤에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c).
제1항에 있어서, 상기 제2 유동 경로(16) 내부에 밸브(19)가 배치되어 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c).
제1항에 있어서, 상기 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)가 제1 유동 경로(9)의 분기 지점(10)과 제2 유동 경로(16)의 연결 지점(17a, 17b) 사이에 배치된 밸브(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c).
제1항에 있어서, 상기 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)가 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)과 내부 열 교환기(7) 사이에 배치된 밸브(20)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c).
제1항에 있어서, 상기 냉매 순환계(2a)는 제3 유동 경로(21)를 구비하고, 상기 제3 유동 경로는 일 분기 지점(22)으로부터 연결 지점(17a)까지 연장되도록 형성되어 있으며, 상기 분기 지점(22)은 제1 유동 경로(9) 내부에서 상기 유동 경로(9)를 통과하는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 내부 열 교환기(7) 뒤에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a).
제8항에 있어서, 상기 제3 유동 경로(21) 내부에 밸브(23)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a).
제2항에 있어서, 상기 냉매 순환계(2b, 2c)는
- 제3 유동 경로(26)를 구비하며, 상기 제3 유동 경로는 분기 지점(27)으로부터 입구 지점(28)까지 연장되도록 형성되어 있으며, 상기 분기 지점(27)은 제1 냉매-공기-열 교환기(4)와 제1 팽창 기관(5) 사이에 형성되어 있고, 상기 입구 지점(28)은 제1 유동 경로(9) 내부에서 열 교환기(13)와 내부 열 교환기(7) 사이에 형성되어 있으며,
- 제4 유동 경로(30)를 구비하며, 상기 제4 유동 경로는 분기 지점(31)으로부터 입구 지점(32)까지 연장되도록 형성되어 있으며, 상기 분기 지점(31)은 제1 팽창 기관(5)과 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 사이에 형성되어 있고, 상기 입구 지점(32)은 내부 열 교환기(7)와 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11) 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1b, 1c).
제10항에 있어서, 상기 제4 유동 경로(30) 내부에 밸브(33)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1b, 1c).
제1항에 있어서, 상기 냉매 순환계(2c)는 분기 지점(35)으로부터 입구 지점(36)까지 연장되도록 형성되어 있는 유동 경로(34)를 구비하며, 상기 분기 지점(35)은 제1 유동 경로(9)의 연결 지점(11)과 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 사이에 형성되어 있고, 상기 입구 지점(36)은 제2 유동 경로(16)의 입구 지점(18)과 압축기(3) 사이에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1c).
제12항에 있어서, 상기 유동 경로(34)가 증발기로서 작동할 수 있는 열 교환기(38) 및 상기 열 교환기(38) 앞에 설치되어 배치된 팽창 기관(37)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1c).
제13항에 있어서, 상기 열 교환기(38)가 냉매-냉각수-열 교환기로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1c).
객실의 조절될 유입 공기를 위해 냉동 설비 모드에서, 열 펌프 모드에서, 재가열 모드에서 그리고 고온 가스 모드에서 작동하기 위한 제3항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 냉매 순환계(2a)를 구비하는 자동차의 공조 시스템(1a)을 작동시키기 위한 방법으로서, 냉매 순환계(2a)가 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 재가열 모드에서 작동하는 경우에는 다음과 같은 단계들, 즉
- 압축기(3)로부터 배출되는 냉매를 고압 수준에서 제1 유동 경로(9) 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달되며,
- 냉각수에 의해 흡수된 열을 냉각수로부터 가열 열 교환기 내에 있는 객실용 유입 공기로 전달하는 단계,
- 냉매-냉각수-열 교환기(13)로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 방출하며,
- 내부 열 교환기(7)의 고압 측으로부터 배출되는 냉매를 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 냉매로부터 주변 공기로 전달되며,
- 제1 냉매-공기-열 교환기(4)로부터 배출되는 냉매를 제1 팽창 기관(5)을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,
- 제1 팽창 기관(5)으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 유입 공기로부터 냉매로 전달되며, 유입 공기는 서서히 냉각되고/서서히 냉각되거나 탈습되며,
- 제2 냉매-공기-열 교환기(6)로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 흡수하며, 그리고
- 압축기(3)를 통해 냉매를 흡인하는 단계를 포함하는, 자동차의 공조 시스템(1a)을 작동시키기 위한 방법.
객실의 조절될 유입 공기를 위해 냉동 설비 모드에서, 열 펌프 모드에서, 재가열 모드에서 그리고 고온 가스 모드에서 작동하기 위한 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 냉매 순환계(2b, 2c)를 구비하는 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법으로서, 냉매 순환계(2a)가 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 재가열 모드에서 작동하는 경우에는 다음과 같은 단계들, 즉
- 압축기(3)로부터 배출되는 냉매를 고압 수준에서
- 제1 유동 경로(9) 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13)를 통과하는 제1 부분 질량 흐름(이 경우 열은 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달됨), 및
- 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 통과하는 제2 부분 질량 흐름(이 경우 열은 냉매로부터 주변 공기로 전달됨)으로 세분하는 단계,
- 냉매-냉각수-열 교환기(13) 내에 있는 냉각수에 의해서 흡수된 열을 가열 열 교환기 내에 있는 객실용 유입 공기로 전달하는 단계,
- 냉매-냉각수-열 교환기(13) 및 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 동시에 관류하는 냉매의 부분 질량 흐름들을 혼합하는 단계,
- 혼합된 냉매를 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 방출하며,
- 내부 열 교환기(7)의 고압 측으로부터 배출되는 냉매를 팽창 기관(14)을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,
- 팽창 기관(14)으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 유입 공기로부터 냉매로 전달되며,
- 제2 냉매-공기-열 교환기(6)로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 흡수하며, 그리고
- 압축기(3)를 통해 냉매를 흡인하는 단계를 포함하는, 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 냉매 순환계(2b, 2c)를 구비하는 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법으로서, 냉매 순환계(2b, 2c)가 제16항에 따라 작동하는 경우에는,
저압 수준으로 이완된 냉매가 일 분기 지점(35)에서 증발기로서 작동되는 열 교환기(38)를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분되며, 상기 냉매는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 그리고 내부 열 교환기(7) 및 열 교환기(38)를 동시에 관류하는 동안 각각 열을 흡수하고, 상기 냉매의 부분 질량 흐름들은 압축기(3)를 통해 흡인되기 전에 혼합되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법.
객실의 조절될 유입 공기를 위해 냉동 설비 모드에서, 열 펌프 모드에서, 재가열 모드에서 그리고 고온 가스 모드에서 작동하기 위한 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)를 구비하는 자동차의 공조 시스템(1a, 1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법으로서, 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)가 객실 유입 공기의 서냉 및/또는 탈습 그리고 재가열을 위해 재가열 모드/열 펌프 모드에서 작동하는 경우에는 다음과 같은 단계들, 즉
- 압축기(3)로부터 배출되는 냉매를 고압 수준에서 제1 유동 경로(9) 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달되며,
- 냉각수에 의해 흡수된 열을 냉각수로부터 가열 열 교환기 내에 있는 객실용 유입 공기로 전달하는 단계,
- 냉매-냉각수-열 교환기(13)로부터 배출되는 냉매를 제2 팽창 기관(14)을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 중간압 수준으로 이완되며,
- 제2 팽창 기관(14)으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 유입 공기로부터 냉매로 전달되며, 유입 공기는 서서히 냉각되고/서서히 냉각되거나 탈습되며,
- 제2 냉매-공기-열 교환기(6)로부터 배출되는 냉매를 제1 팽창 기관(5)을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,
- 제1 팽창 기관(5)으로부터 배출되는 냉매를 증발기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 주변 공기로부터 냉매로 전달되며, 그리고
- 압축기(3)를 통해 냉매를 흡인하는 단계를 포함하는, 자동차의 공조 시스템(1a, 1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법.
제13항 또는 제14항에 따른 냉매 순환계(2b, 2c)를 구비하는 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법으로서, 냉매 순환계(2b, 2c)가 제18항에 따라 작동하는 경우에는,
중간압 수준으로 이완된 냉매가 일 분기 지점(35)에서 증발기로서 작동되는 열 교환기(38)를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기-열 교환기(6) 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기-열 교환기(4)를 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분되며, 상기 냉매의 제1 부분 질량 흐름은 팽창 기관(37)을 관류하는 동안 저압 수준으로 이완되고, 상기 냉매는 열 교환기(38)를 관류하는 동안 열을 흡수하며, 상기 냉매의 부분 질량 흐름들은 압축기(3)를 통해 흡인되기 전에 혼합되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법.
객실의 조절될 유입 공기를 위해 냉동 설비 모드에서, 열 펌프 모드에서, 재가열 모드에서 그리고 고온 가스 모드에서 작동하기 위한 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)를 구비하는 자동차의 공조 시스템(1a, 1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법으로서, 냉매 순환계(2a, 2b, 2c)가 객실 유입 공기의 가열을 위해 고온 가스 모드에서 작동하는 경우에는 다음과 같은 단계들, 즉
- 압축기(3)로부터 배출되는 냉매를 고압 수준에서 제1 유동 경로(9) 및 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각수-열 교환기(13)를 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 열이 냉매로부터 냉각수 순환계의 냉각수로 전달되며,
- 냉각수에 의해 흡수된 열을 냉각수로부터 가열 열 교환기 내에 있는 객실용 유입 공기로 전달하는 단계,
- 냉매-냉각수-열 교환기(13)로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기(7)의 고압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 방출하며,
- 내부 열 교환기(7)의 고압 측으로부터 배출되는 냉매를 제2 팽창 기관(14)을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 저압 수준으로 이완되며,
- 제2 팽창 기관(14)으로부터 배출되는 냉매를 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 통해 안내하는 단계로서, 이 경우에는 냉매가 열을 흡수하며, 그리고
- 압축기(3)를 통해 냉매를 흡인하는 단계를 포함하는, 자동차의 공조 시스템(1a, 1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 냉매 순환계(2b, 2c)를 구비하는 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법으로서, 냉매 순환계(2b, 2c)가 제20항에 따라 작동하는 경우에는,
저압 수준으로 이완된 냉매가 일 분기 지점(35)에서 증발기로서 작동되는 열 교환기(38)를 통과하는 제1 부분 질량 흐름, 및 내부 열 교환기(7)의 저압 측을 통과하는 제2 부분 질량 흐름으로 세분되며, 상기 냉매는 내부 열 교환기(7) 및 열 교환기(38)를 동시에 관류하는 동안 각각 열을 흡수하고, 상기 냉매의 부분 질량 흐름들은 압축기(3)를 통해 흡인되기 전에 혼합되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공조 시스템(1b, 1c)을 작동시키기 위한 방법.