KR20190103009A - 자동차의 공기 조화 시스템용 장치 및 상기 장치의 작동 방법 - Google Patents

자동차의 공기 조화 시스템용 장치 및 상기 장치의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1a, 1b, 1c)에 관한 것이다. 상기 장치(1a, 1b, 1c)는 하나 이상의 제1 냉매 순환계(2a, 2c)와 제2 냉매 순환계(3)를 구비하고, 이들 냉매 순환계는, 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매에서 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매로의 열전달을 위해 제1 냉매-냉매 열교환기(18)를 통해 그리고 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매에서 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로의 열전달을 위해 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해 서로 열적으로 연결되어 있다. 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)는 냉매의 유동 방향으로, 압축기(4), 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23), 상기 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 그리고 증발기로서 작동할 수 있는 열교환기(20)를 구비하여 형성되어 있으며, 이 경우 상기 제1 냉매-냉매-열교환기(18) 앞에는 제1 팽창 부재(17)가 그리고 상기 열교환기(20) 앞에는 제2 팽창 부재(19)가 장치되어 있다. 상기 제2 냉매 순환계(3)는 냉매의 유동 방향으로, 압축기(25), 상기 제1 냉매-냉매 열교환기(18), 하나 이상의 팽창 부재(33, 34) 그리고 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 구비하여 형성되어 있다.
본 발명은 또한, 상기 장치의 작동 방법과도 관련이 있다.

Description

자동차의 공기 조화 시스템용 장치 및 상기 장치의 작동 방법{DEVICE FOR AN AIR-CONDITIONING SYSTEM OF A MOTOR VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE DEVICE}
본 발명은, 하나 이상의 제1 및 제2 냉매 순환계를 구비한 자동차 공기 조화 시스템용 장치에 관한 것이다. 상기 냉매 순환계들은 상기 제2 냉매 순환계의 냉매에서 상기 제1 냉매 순환계의 냉매로의 열전달을 위해 제1 냉매-냉매 열교환기를 통해, 그리고 상기 제1 냉매 순환계의 냉매에서 상기 제2 냉매 순환계의 냉매로의 열전달을 위해 제2 냉매-냉매 열교환기를 통해 서로 열적으로 연결되어 있다.
또한, 본 발명은 상기 자동차 공기 조화 시스템용 장치의 작동 방법과도 관련이 있다.
SUV로도 명명되는 스포츠 유틸리티 차량과 같이 넓은 규모의 객실을 갖는 종래 기술에 공지된 승용차들, 차체가 높아진 차량들, VAN으로도 명명되는 하이 루프 자동차들 또는 소형 버스들, 혹은 고급 대형 차량들은 각각 높은 냉난방 수요를 가지며, 예를 들면 객실의 여러 영역을 각기 따로 공기 조화하기 위해 공기 조화 시스템 그리고 2개 이상의 증발기를 갖는 냉매 순환기들을 구비하여 형성된다. 이 경우 객실은 특히 전방 영역과 후방 영역으로 나누어진다. 프런트 영역으로도 언급되는 전방 영역과 리어 영역으로도 언급되는 후방 영역은 자동차의 주행 방향과 관련이 있다.
제1 공기 질량 흐름은, 운전자와 조수석 동승자에게 쾌적한 실내 공기를 제공하기 위해 제1 증발기, 소위 프런트 증발기의 과류 시 컨디셔닝되어 객실의 전방 영역으로 가이드된다. 제2 공기 질량 흐름은, 객실 내에서 2열 및 경우에 따라 3열 좌석에 있는 승객에게 쾌적한 실내 공기를 제공하기 위해 제2 증발기, 소위 리어 증발기의 과류 시 컨디셔닝되어 객실의 후방 영역으로 가이드된다.
상기 프런트 증발기와 리어 증발기는 서로 분리되어 형성된 공기 조화 유닛들 내에 배치되어 있다. 이 경우 각 공기 조화 유닛은 서로 독립적으로 원하는 공기 체적 유량을 요구되는 공기 온도와 미리 정해진 공기 유동 방향으로 제공할 수 있다.
객실용 유입 공기 가열과 관련하여, 종래 기술에 공지된 자동차들의 경우에는 예를 들어, 엔진의 폐열이 이용된다. 이러한 폐열은 엔진 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제에 의해서 공기 조화 시스템으로 이송되고, 그곳에서 가열 열교환기를 통해서 객실로 유입되는 공기로 전달된다. 차량 구동 장치의 효율적인 내연 기관이 냉각제 순환계로부터 가열 용량을 얻는 냉각제-공기 열교환기를 구비한 공지된 시스템들은 주변 온도가 낮을 경우, 객실의 총 열 수요를 충족하기 위한, 객실의 쾌적한 가열에 필요한 레벨에 도달하지 못한다. 이러한 점은 하이브리드 드라이브, 즉 전기 모터 구동식 드라이브와 내연 기관 구동식 드라이브를 모두 갖는 자동차들의 시스템에도 유사하게 적용된다.
예를 들어, 엔진 냉각제 순환계의 열에 의해 객실 및 드라이브 컴포넌트들의 총 열 수요가 충족될 수 없는 경우에는, PTC 서미스터(english: "Positive Temperature Coefficient-Thermistor")용 PTC 저항기로도 언급되는 전기 저항 히터 또는 연료 히터와 같은 보조 가열 조치가 필요하다. 이는 연료 전지 차량들의 시스템들에도 동일하게 적용된다.
열 흡수, 특히 객실용 공기 가열 또는 드라이브 컴포넌트들의 예열에 효과적인 방법은 공기를 열원으로 사용하는 열 펌프로서, 이러한 열 펌프에서는 냉매 순환계가 유일한 가열 시스템인 동시에 보조 가열 조치로도 사용된다. 그러나 열 펌프 기능을 갖는 시스템은 많은 공간을 필요로 한다.
또한, 하이브리드 드라이브를 갖는 종래의 자동차들 및 전기 자동차로 명명되는, 순수 전기 모터 구동식 드라이브를 구비한 자동차들은 배터리의 내부 충전기, 변압기, 인버터, 구동 배터리 자체와 전기 구동 모터와 같은, 특히 전기 드라이브 트레인의 추가 컴포넌트들의 형성으로 인해 일반적으로 순수 내연 기관식 드라이브를 갖는 자동차보다 상대적으로 높은 열 수요 또는 냉각 수요를 갖는다. 특히, 통상 20℃ 내지 35℃에 이르는 고전압 배터리의 허용 가능한 온도 한계를 준수하기 위해, 칠러로도 언급되는 추가적인 냉매-냉각제 열교환기 또는 배터리 냉각기로서 형성된, 냉매에 의해 직접 냉각되는 열교환기가 제공될 수 있다. 이와 같이 객실용 유입 공기를 컨디셔닝하기 위한 원래의 공기 조화 시스템의 냉매 순환계 외에 전기 드라이브 또는 하이브리드 드라이브를 갖는 종래의 자동차들은 냉각제 순환계도 구비하여 형성될 수 있으며, 이러한 냉각제 순환계 내에는 드라이브 컴포넌트들로부터 방출된 열의 배출을 위해 또는 드라이브 컴포넌트들의 예열을 위해 냉각제가 순환된다.
따라서, 예를 들어, 전기-내연 기관 구동식 하이브리드를 갖추고 객실 면적이 큰 자동차는 비교적 높은 냉각 수요를 갖는다. 단일 압축기를 갖는 냉매 순환계를 구비한 종래 기술에 공지된 공기 조화 시스템은 객실 및 전기 컴포넌트들의 냉각에 필요한 냉매의 질량 흐름을 제공할 수 없다.
비교적 높은 냉각 용량을 제공하기 위한 목적과 관련해서는 다른 공조 시스템이 공지되어 있다. 이 경우 한편으로, 종래의 냉매 순환계에서는 2개 이상의 압축기가 동시에 작동하여, 냉매의 질량 흐름이 배가되거나 또는 몇 배로 증가된다. 다른 한편으로는, 2개 이상의 냉매 순환계가 서로 독립적으로 형성되어 있으며, 이 경우 각각의 추가 냉매 순환계는 추가 컴포넌트들을 갖는다.
US 7,228,707 B2호 및 US 2013/0145781 A1호에는 각각 서로 평행하게 배치된 압축기들을 갖는 냉매 순환계가 기술된다. 서로 병렬로 연결된 압축기들은 냉매를 공통 압력 라인 내로 압축하며, 이때 상기 압력 라인은 응축기로서 작동되는 열교환기로 냉매를 가이드한다.
US 7,228,707 B2호에 공지된, 이코노마이저 접속(economizer connection)의 냉매 순환계는 또한, 증발기로서 작동하고, 다양한 주변을 컨디셔닝하기 위해 사용되는 다수의 열교환기를 구비한다. 이 경우 각각의 증발기는 압축기와 연결되어 있다.
US 2013/0145781 A1호는 2개의 압축기를 갖는 냉매 순환계를 개시하고 있으며, 이 경우 제1 압축기는 속도 제어되고, 제2 압축기는 고정 속도로 작동하도록 설계되어 있다.
종래 기술에 공지된 냉매 순환계들에서, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 열교환기와 같은 개별 컴포넌트들, 이러한 컴포넌트들의 연결 라인으로서 냉매 라인들, 경우에 따라 내부 열교환기 및 밸브들은 냉매의 최대 높은 질량 흐름에 상응하게 매우 크게 사이즈 설계되어야 한다.
전기 하이브리드 드라이브를 갖는 자동차들과 순수 내연 기관 구동식 드라이브를 갖는 자동차에는 이미 추가의 냉각제-공기 열교환기가 통합되어 있음으로써, 자동차의 프런트 영역에서 더 큰 규모로 사이즈 설계된 응축기/가스 냉각기를 위한 공간이 존재하지 않는다. 또한, 대규모로 사이즈 설계되거나 시스템의 다수의 작동점과 관련하여 초과 사이즈 설계되는 냉매 라인들이 설치되어야 한다.
각각 별도로 형성된 컴포넌트들을 구비한, 서로 독립적으로 작동되는 냉매 순환계들을 갖는 공기 조화 시스템들에서는 항상 하나 이상의 추가 응축기/가스 냉각기가 필요하다. 전기 하이브리드 드라이브 또는 순수 내연 기관 구동식 드라이브를 갖는 자동차들에서 냉각제 순환계 내에는 추가 냉각제-공기 열교환기가 통합되어 있기 때문에, 자동차 전방 영역의 여유 공간은, 추가 응축기/가스 냉각기의 통합이 거의 불가능하도록 제한되어 있다.
또한, 동시에 작동되는 압축기들을 갖는 하나의 냉매 순환계 또는 여러 냉매 순환계들을 구비한 종래 기술에 공지된 공기 조화 시스템들의 경우, 리어 증발기 및 경우에 따라 추가 증발기는 각각 냉매 라인들에 의해 자동차의 프런트 영역에 배치된 응축기/가스 냉각기에 연결되어야 한다. 상기 냉매 라인들은 자동차 전체를 통과하여 설치되어야 하기 때문에 많은 공간을 차지한다. 상기 냉매 라인들은 고압으로 설계되어야 하고 특수한 연결 부재들이 필요하므로 매우 많은 비용이 든다. 또한, 길이가 긴 상기 냉매 라인들은 냉매 순환계 내에서 높은 압력 손실을 야기하며, 이는 냉각 용량의 감소 또는 더 높은 압축기 출력을 초래한다.
본 발명의 과제는, 많은 냉각 수요와 동시에 가능한 한 높은 열 수요를 갖는 자동차들에서, 예를 들어 전기 드라이브를 갖는 또는 전기와 내연 기관 구동 방식이 결합된 드라이브를 갖는 자동차들에서 충분한 냉각 용량과 열 출력을 갖는 장치를 제공하는 것이다. 제조 비용, 유지 보수 비용 및 작동 비용뿐만 아니라 필요한 설치 공간이 최소화되어야 한다. 상기 시스템은 최대 효율로 작동 가능해야 한다.
또한, 본 발명의 과제는, 다수의 열원 또는 히트 싱크가 상이하거나 동일한 온도 레벨로 집적될 수 있는 공기 조화 시스템용 장치를 작동시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립항들의 특징들을 갖는 대상에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속항들에 기재되어 있다.
상기 과제는 높은 냉각 수요와 가열 수요를 갖는 자동차의 공기 조화 시스템용 장치에 의해서 해결된다. 상기 장치는 하나 이상의 제1 냉매 순환계와 제2 냉매 순환계를 구비하고, 이 냉매 순환계들은, 제1 냉매-냉매 열교환기를 통해서 상기 제1 냉매 순환계의 냉매로 상기 제2 냉매 순환계의 냉매의 열전달을 위해 그리고 제2 냉매-냉매 열교환기를 통해서 상기 제2 냉매 순환계의 냉매로 상기 제1 냉매 순환계의 냉매의 열전달을 위해 서로 열적으로 연결되어 있다. 상기 제1 냉매 순환계와 제2 냉매 순환계는 바람직하게는 서로 캐스케이드 접속(cascade connection)으로 배치되어 있다.
본 발명의 구상에 따르면, 상기 제1 냉매 순환계는 냉매의 유동 방향으로 압축기, 특히 상기 제1 냉매 순환계의 냉매를 위해 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제2 냉매-냉매 열교환기, 특히 상기 제1 냉매 순환계의 냉매를 위해 증발기로서 작동할 수 있는 제1 냉매-냉매 열교환기 그리고 증발기로서 작동할 수 있는 추가 열교환기를 구비하여 형성되어 있다. 이 경우 상기 제1 냉매 순환계 내에서 상기 제1 냉매-냉매-열교환기 앞에는 제1 팽창 부재가 그리고 상기 추가 열교환기 앞에는 제2 팽창 부재가 장치되는 방식으로 배치되어 있다.
상기 제2 냉매 순환계는 냉매의 유동 방향으로 압축기, 특히 상기 제2 냉매 순환계의 냉매를 위해 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제1 냉매-냉매 열교환기, 하나 이상의 팽창 부재, 그리고 특히 상기 제2 냉매 순환계의 냉매를 위해 증발기로서 작동할 수 있는 제2 냉매-냉매 열교환기를 구비하여 형성되어 있다.
상기 제1 냉매 순환계는 바람직하게는 어큐뮬레이터를 구비하고, 이 어큐뮬레이터는 냉매의 유동 방향으로 압축기의 유입구 앞에 그리고 이와 더불어 저압측에 배치되어 있다.
냉매의 액화가 예컨대 냉매 R134a를 사용하는 경우와 같은 개별 냉매 순환계의 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.
본 발명의 한 개선예에 따르면, 상기 제1 냉매 순환계는 특히, 제1 냉매 순환계의 냉매를 위해 응축기/가스 냉각기로 작동할 수 있는 열교환기를 구비하고, 이 열교환기는 제1 유동 경로 내부에서 냉매의 유동 방향으로 상기 제2 냉매-냉매 열교환기 앞에 배치되어 있다.
본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따르면, 상기 열교환기는 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 냉매-공기 열교환기로서 형성되어 있다.
본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따르면, 상기 열교환기는 제1 냉매 순환계의 냉매에서 냉각제로의 열전달을 위한 냉각제 열교환기의 냉매-냉각제 열교환기로서 형성되어 있다. 상기 냉매-냉각제 열교환기가 배치된 냉각제 순환계는 바람직하게는 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 가열 열교환기를 구비한다. 상기 냉각제 순환계는 또한, 냉각제에서 주변 공기로의 열전달을 위한 냉각제-공기 열교환기를 구비하여 형성되어 있을 수 있으며, 이 경우 상기 가열 열교환기와 냉각제에서 주변 공기로의 열전달을 위한 상기 냉각제-공기 열교환기는 바람직하게는 냉각제가 동시에 관류될 수 있다.
본 발명의 바람직한 한 실시예에 따르면, 상기 제1 냉매 순환계는 제1 분기점을 갖는 밸브 장치 및 제1 합류점을 구비한다. 이때 상기 제1 분기점과 제1 합류점 사이에는, 상기 제1 유동 경로 및 특히, 상기 제1 냉매 순환계의 냉매를 위해 응축기/가스 냉각기로 작동할 수 있고, 상기 제1 냉매 순환계의 냉매에서 주변 공기로의 열전달을 위한 냉매-공기 열교환기를 갖는 유동 경로가 연장된다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예에서, 상기 제1 냉매-냉매-열교환기 및 상기 제1 냉매 순환계의 냉매의 유동 방향으로 상기 제1 냉매-냉매 열교환기 앞에 지지되어 배치된 제1 팽창 부재는 제2 유동 경로 내부에, 그리고 증발기로서 작동할 수 있는 상기 추가 열교환기 및 상기 제1 냉매 순환계의 냉매의 유동 방향으로 증발기로서 작동할 수 있는 상기 추가 열교환기 앞에 지지되어 배치된 제2 팽창 부재는 제3 유동 경로 내부에 형성되어 있다. 이때 상기 유동 경로들은 제2 분기점에서 상기 제1 냉매 순환계의 제2 합류점까지 연장되고, 서로 평행하게 배치되어 있으며, 그 결과 상기 유동 경로들과 열교환기들은 냉매가 동시에 관류될 수 있다.
증발기로서 작동할 수 있는, 상기 제1 냉매 순환계의 상기 추가 열교환기는 바람직하게 자동차의 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 온도 조절을 위한 냉각제 순환계의 냉매-냉각제 열교환기로서 형성되어 있다.
본 발명의 한 개선예에 따르면, 상기 제2 냉매 순환계는 특히, 제2 냉매 순환계의 냉매를 위해 증발기로서 작동할 수 있는, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매와 객실용 유입 공기 간의 열전달을 위한 냉매-공기 열교환기를 구비하여 형성되어 있다. 이때 냉매의 유동 방향으로 상기 냉매-공기 열교환기 앞에는 상기 제2 냉매 순환계의 제1 팽창 부재가 지지되어 배치되어 있다.
상기 제2 냉각제 순환계가 특히, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매를 위해 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매와 객실용 유입 공기 간의 열전달을 위한 냉매-공기 열교환기를 구비하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이때 냉매의 유동 방향으로 상기 냉매-공기 열교환기 앞에는 상기 제2 냉매 순환계의 제2 팽창 부재가 지지되어 배치되어 있다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예에 따르면, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매의 유동 방향으로, 제3 팽창 부재가 그 앞에 지지되는 방식으로 배치된, 장치의 제2 냉매-냉매 열교환기는 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 상기 냉매-공기 열교환기 다음에 배치되어 있다.
증발기로서 작동할 수 있고, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매와 객실용 유입 공기 간 열전달을 위한 상기 냉매-공기 열교환기 및 상기 제2 냉매 순환계의 냉매의 유동 방향으로 상기 냉매-공기 열교환기 앞에 지지되는 방식으로 배치된 제1 팽창 부재는 바람직하게 제1 유동 경로 내부에 형성되어 있으며, 반면에 증발기로서 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 냉매-공기 열교환기, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매의 유동 방향으로 상기 냉매-공기 열교환기 앞에 지지되는 방식으로 배치된 제2 팽창 부재 및 상기 제2 냉매 순환계의 냉매의 유동 방향으로 상기 제2 냉매-냉매 열교환기 앞에 지지되는 방식으로 배치된 제3 팽창 부재는 제2 유동 경로 내부에 형성되어 있다. 이때 상기 유동 경로들은 일 분기점에서 제2 냉매 순환계의 일 합류점까지 연장되고, 서로 평행하게 배치되어 있음으로써, 상기 유동 경로들과 냉매-공기 열교환기들은 냉매가 동시에 관류될 수 있다.
상기 과제는 자동차의 공기 조화 시스템용 장치를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해서도 해결된다. 이때 상기 공기 조화 시스템은, 특히 자동차 객실의 유입 공기를 가열, 냉각 및/또는 제습하기 위해 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드뿐만 아니라 재열 모드로도 작동될 수 있다.
본 발명의 구상에 따르면, 제1 방법에서 상기 공기 조화 시스템이 냉각 장치 모드로 작동할 때, 제1 중간 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되고, 이 경우 냉매-냉각제 열교환기 내에서 열은 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제에서 제1 냉매 순환계의 냉매로 전달된다. 또한, 낮은 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되며, 이 경우 하나 이상의 냉매-공기 열교환기 내에서 열은 객실용 유입 공기에서 제2 냉매 순환계의 냉매로 전달된다.
본 발명에 따른 추가 방법에서 상기 공기 조화 시스템이 재열 모드로 작동할 때, 낮은 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되고, 이 경우 냉매-공기 열교환기 내에서 열은, 객실용 유입 공기에서 제2 냉매 순환계의 냉매로 전달된다. 또한, 높은 온도 레벨의 열 출력, 특히 재가열 출력이 제공되며, 이 경우 냉매-공기 열교환기 내에서 열은 제1 냉매 순환계의 냉매에서 객실용 유입 공기로 직접 전달되거나, 또는 냉매-냉각제 열교환기 내에서는 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제로 그리고 가열 열교환기 내에서는 냉각제에서 객실용 유입 공기로 전달된다.
본 발명의 한 개선예에 따르면, 제1 중간 온도 레벨에서 냉각 용량이 제공되며, 이 경우 냉매-냉각제 열교환기 내에서 열은 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제에서 상기 제1 냉매 순환계의 냉매로 전달된다. 냉각제는 바람직하게 객실용 유입 공기를 재가열하기 위한 열원으로서 이용된다.
본 발명에 따른 추가 방법에서 상기 공기 조화 시스템이 열 펌프 모드로 작동할 때, 높은 온도 레벨의 열 출력이 제공되고, 이 경우 냉매-공기 열교환기 내에서 열은 제1 냉매 순환계의 냉매에서 객실용 유입 공기로 직접 전달되거나, 또는 냉매-냉각제 열교환기 내에서는 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제로 전달되고, 그리고 가열 열교환기 내에서는 냉각제에서 객실용 공기로 전달된다. 또한, 제1 중간 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되며, 이 경우 냉매-냉각제 열교환기 내에서 열은 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제에서 제1 냉매 순환계의 냉매로 전달된다. 냉각제는 바람직하게 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 열원으로서 이용된다.
본 발명의 바람직한 한 실시예에 따르면, 또한 제2 중간 온도 레벨의 열 출력이 제공되고, 이 경우 냉매-공기 열교환기 내에서 열은 제2 냉매 순환계의 냉매에서 객실용 유입 공기로 전달되며, 그 결과 객실용 유입 공기가 상기 냉매-공기 열교환기 또는 가열 열교환기를 관류할 때 예열되고, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매-공기 열교환기를 관류할 때 최종 온도로 가열된다. 이에 따라 객실용 유입 공기는 2개의 열교환기에 의해 2단계로 가열된다.
본 발명의 한 개선예에 따르면, 자동차 드라이브 트레인의 전기 컴포넌트들로부터 배출되는 열이 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제로 전달된다. 상기 냉매-냉각제 열교환기(20) 내에서 제1 중간 온도 레벨의 열은 냉각제에서 상기 제1 냉매 순환계의 냉매로 방출된다.
이에 따라 특히, 고전압 배터리 및 인버터와 같은, 전기 드라이브 또는 전기 드라이브와 내연 기관 구동식 드라이브 겸용 드라이브를 갖는 자동차의 드라이브 트레인의 전기 컴포넌트들에는 중간 온도 레벨의 냉각제가 공급될 수 있으며, 그 결과 냉매 순환계들의 압축기의 소비와 같이 전기 에너지 소비가 최소화되고, 시스템 전체 효율이 증가된다.
본 발명의 추가 장점은, 제1 냉매-냉매 열교환기 내에서 열이 제2 냉매 순환계의 냉매에서 제1 냉매 순환계의 냉매로 전달되고, 그리고 제2 냉매-냉매 열교환기 내에서 열은 상기 제1 냉매 순환계의 냉매에서 상기 제2 냉매 순환계의 냉매로 전달된다는 것이다. 이때 상기 제1 냉매-냉매 열교환기 내에서는 상기 제1 냉매 순환계의 냉매가 증발 또는 과열되고, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매는 응축/냉각 또는 과냉각(supercooling)되며, 반면에 상기 제2 냉매-냉매 열교환기 내에서 상기 제1 냉매 순환계의 냉매는 완열 및 응축/냉각 또는 과냉각되고, 상기 제2 냉매 순환계의 냉매는 증발 및/또는 과열된다.
요약하면, 본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 다양한 장점이 있다:
- 2단계 압축에 의해, 특히 3가지 상이한 온도 레벨에서 높은 열 출력, 특히 높은 냉각 용량 제공, 특히
- 2개의 열교환기를 사용하여 2단계로 객실용 유입 공기를 가열함으로써 효율적인 가열 모드,
- 특히, 압축기의 작동이 상이한 압력 레벨에 적합하게 조정되어, 고출력에서도 압축 단계마다 적절한 압축비가 적용되기 때문에, 최대 사용 수명과 함께 장치를 갖는 시스템의 높은 출력,
- 각각의 압축기가 개별 압축기 특성 필드의 최적의 작동 범위에서 작동되는 방식으로, 즉 높은 등엔트로피 또는 전체 효율을 갖는 효율적인 특성 필드에서 작동되는 방식으로 압축기로 시스템의 부하 분할,
- 간접적인 내부 열교환기의 사용에 의해 또는 예를 들어 고전압 배터리 및/또는 드라이브 트레인의 전기 컴포넌트들의 냉각을 위한 평균 온도 레벨이 제공됨으로써, 장치를 사용하는 시스템의 최대 효율,
- 냉매 순환계들 사이에서 냉매의 교환이 이루어지지 않으므로, 냉매 순환계들에 임의의 냉매가 독립적으로 충전, 이 경우 임계 이하의 범위에서 작동할 수 있는 R134a, R1234yf와 같은 냉매뿐만 아니라 임계 초과의 범위에서 작동할 수 있는 R744와 같은 냉매가 사용될 수 있으며,
- 소량의 냉매 충전량,
- 이중 증발기 장치-직접 시스템에 비해 냉매 순환계들 내에서 오일 트랩 없음,
- 최소 공간 및 최소 작동 비용, 제조 비용 및 유지 보수 비용.
본 발명의 실시예들의 추가적인 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 관련된 도면들을 참조하여 이루어지는 실시예들의 하기 설명으로부터 드러난다. 도면부에서:
도 1은 제2 냉매-냉매 열교환기들을 통해서 서로 열적으로 연결된 제1 및 제2 냉매 순환기를 갖는 자동차 공기 조화 시스템용 장치를 도시하고,
도 2a는 냉각 장치 모드로 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하며,
도 2b는 드라이브 트레인의 컴포넌트들 냉각과 함께 냉각 장치 모드로 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하고,
도 2c는 드라이브 트레인의 컴포넌트들을 냉각하는 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하며,
도 3a는 재열 모드로 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하고,
도 3b는 드라이브 트레인의 컴포넌트들 냉각과 함께 재열 모드로 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하며,
도 4a는 제1 냉각제 순환계가 드라이브 트레인의 컴포넌트들을 냉각과 함께 제1 펌프 모드로 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하고,
도 4b는 드라이브 트레인의 컴포넌트들을 냉각과 함께 제2 펌프 모드로 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하며,
도 4c는 드라이브 트레인의 컴포넌트들을 냉각과 함께 제3 펌프 모드로 작동 시 도 1에 따른 장치를 도시하고,
도 5는 가열 열교환기를 갖는 냉각제 순환계를 구비한 도 1에 따른 공기 조화 시스템용 장치를 도시하며, 그리고
도 6은 주변 공기로 열을 전달하기 위한 냉각제-공기 열교환기를 구비한 도 5에 따른 공기 조화 시스템용 장치를 도시한다.
도 1a에는 제1 냉매 순환계(2a)와 제2 냉매 순환계(3)를 구비하는 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1a)가 도시되어 있다. 상기 냉매 순환계(2a, 3)들은 2개의 냉매-냉매 열교환기(18, 23)를 통해서 서로 열적으로 연결되어 있고, 그리고 서로 캐스케이드 접속으로 배치되어 있다.
상기 캐스케이드 접속의 상위 단계 또는 상위 냉매 순환계로도 언급되는 제1 냉매 순환계(2a)는 냉매의 유동 방향으로, 압축기(4), 밸브 장치(5), 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제1 냉매-공기 열교환기(11), 상기 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매를 위해 증발기로서 작동할 수 있는 후속하는 제1 냉매-냉매 열교환기(18)를 갖는 제1 팽창 부재(17) 그리고 어큐뮬레이터(21)를 구비한다.
냉매의 유동 방향으로 압축기(4) 앞에 그리고 이와 더불어 저압측에 배치된 상기 어큐뮬레이터(21)는 냉매 액체의 분리 및 수집에 이용된다. 상기 압축기(4)는 어큐뮬레이터(21)로부터 가스상 냉매를 흡입한다. 제1 냉매 순환계(2a)는 폐쇄되어 있다.
상기 밸브 장치(5)는 제1 차단 밸브(6)와 제2 차단 밸브(7) 및 제1 분기점(8)을 구비한다. 이 경우 상기 제1 차단 밸브(6)는 상기 밸브 장치(5)의 분기점(8)과 냉매-공기 열교환기(11) 사이에 배치되어 있으며, 반면에 상기 제2 차단 밸브(7)는 제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9) 내부에 형성되어 있다. 제1 유동 경로(9)는 밸브 장치(5)의 분기점(8)에서 제1 합류점(10)까지 연장되는데, 상기 제1 합류점은 냉매 공기 열교환기(11)와 제1 팽창 부재(17) 사이에 배치되어 있다. 제1 유동 경로(9)는 냉매의 유동 방향으로 차단 밸브(7) 다음에, 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제2 냉매-공기 열교환기(22a) 및 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 구비한다. 제2 냉매-냉매 열교환기는 간접적 내부 열교환기로서 작동된다.
도면에 도시되지 않은 대안적인 한 실시 형태에 따르면, 밸브 장치는 3방향 밸브로서 형성된다.
또한, 제1 냉매 순환계(2a)는 2개의 체크 밸브(12, 24)를 구비한다. 이 경우 제1 체크 밸브(12)는, 냉매-공기 열교환기(11)가 냉매에 의해 관류되지 않는 경우 제1 유동 경로(9)를 통해 가이드되는 냉매가 상기 냉매-공기 열교환기(11) 내로 역류하는 것을 방지하기 위해, 제1 냉매-공기 열교환기(11)와 제1 유동 경로(9)의 제1 합류점(10) 사이에 형성되어 있다. 제2 체크 밸브(24)는, 제1 유동 경로(9)가 냉매에 의해 관류되지 않는 경우, 냉매-공기 열교환기(11)를 통해 가이드되는 냉매가 상기 제1 유동 경로(9) 내로 역류하는 것을 방지하기 위해, 제1 유동 경로(9) 내부에서, 냉매의 유동 방향으로 제1 합류점(10) 직전에 형성되어 있다.
또한, 제1 냉매 순환계(2a)는 증발기로서 작동할 수 있는 추가 열교환기를 구비하여, 특히 칠러로도 언급되는 중간 온도 레벨의 자동차 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 온도를 조절하기 위한 냉각제 순환계의 냉매-냉각제 열교환기(20)를 구비하여 형성되어 있다. 상기 냉매-냉각제 열교환기(20) 앞에는 제1 냉매 순환계(2a)의 제2 팽창 부재(19)가 장치되어 있다. 냉매-냉각제 열교환기는 주로, 주변 공기의 온도보다 낮은 온도 레벨의 냉각제 또는 자동차 드라이브 트레인의 바람직하게는 전기 컴포넌트들의 폐열을 객실 유입 공기의 가열에 제공하는 방식으로 작동된다. 상기 냉각제, 특히 드라이브 트레인의 컴포넌트들은 이러한 경우 유입 공기를 가열하기 위한 열원으로서 사용된다.
제1 냉매-냉매 열교환기(18) 및 이와 관련된 제1 냉매 순환계(2a)의 제1 팽창 부재(17)는 제2 유동 경로(13) 내부에 형성되어 있으며, 반면에 냉매-냉각제 열교환기(20) 및 이와 관련된 제1 냉매 순환계(2a)의 제2 팽창 부재(19)는 제3 유동 경로(14) 내부에 형성되어 있다. 유동 경로(13, 14)들은 각각 제2 분기점(15)에서 제2 합류점(16)까지 연장되어, 제1 냉매-냉매 열교환기(18)와 냉매-냉각제 열교환기(20)가 서로 평행하게 배치되고 동시에 냉매가 공급될 수 있도록 평행하게 진행된다. 이 경우 제2 분기점(15)은 냉매의 유동 방향으로 제1 유동 경로(9)의 제1 합류점(10) 다음에 배치되어 있으며, 반면에 제2 합류점(16)은 냉매의 유동 방향으로 어큐뮬레이터(21) 앞에 그리고 압축기(4) 앞에 배치되어 있다.
팽창 부재(17, 19)들은 바람직하게는 각각 팽창 밸브로서 형성되어 있다.
상기 캐스케이드 접속의 하위 단계 또는 하위 냉매 순환계로도 언급되는 제2 냉매 순환계(3)는 냉매의 유동 방향으로, 압축기(25), 제2 냉매 순환계(3)의 냉매를 위해 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제1 냉매-냉매 열교환기(18), 그리고 제2 냉매 순환계(3)의 냉매를 위해 증발기로서 작동할 수 있는 후속하는 제3 냉매-공기 열교환기(31)를 갖는 제1 팽창 부재(30)를 구비한다. 상기 압축기(25)는 제3 냉매-공기 열교환기(31)로부터 가스상 냉매를 흡입한다. 제1 냉매 순환계(3)는 폐쇄되어 있다.
응축기로서 작동할 수 있는 제1 냉매-냉매 열교환기(18)의 출구 다음에 그리고 이와 더불어 고압측에는 도면에 도시되지 않은 컬렉터 또는 액체 분리기가 배치될 수 있으며, 상기 수집기 또는 액체 분리기로부터는 액상 냉매가 팽창 부재들로 가이드된다.
제2 냉매 순환계(3)는 또한 제4 냉매-공기 열교환기(35)를 구비하여 형성되어 있으며, 상기 제4 냉매-공기 열교환기(35) 앞에는 제2 냉매 순환계(3)의 제2 팽창 부재(33)가 지지되고, 상기 제4 냉매-공기 열교환기(35) 뒤에는 제2 냉매 순환계(3)의 제3 팽창 부재(34)가 지지되는 방식으로 배치되어 있다.
제3 냉매-공기 열교환기(31) 및 이와 관련된 제2 냉매 순환계(3)의 제1 팽창 부재(30)는 제2 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로(26) 내부에 형성되어 있으며, 반면에 제4 냉매-공기 열교환기(35) 및 이와 관련된 팽창 부재(33, 34)들은 제2 유동 경로(27) 내부에 형성되어 있다. 상기 유동 경로(26, 27)들은 각각 분기점(28)에서 합류점(29)까지 연장되어 냉매-공기 열교환기(31, 35)들이 서로 평행하게 배치되어 동시에 냉매가 공급될 수 있도록 평행하게 진행된다. 이 경우 분기점(28)은 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제1 냉매-냉매 열교환기(18)와 제2 냉매 순환계(3)의 제1 팽창 부재(30) 사이에 배치되어 있으며, 반면에 합류점(29)은 냉매의 유동 방향으로 압축기(25) 앞에 배치되어 있다. 냉매의 유동 방향으로 냉매-공기 열교환기(35) 직전에 그리고 상기 냉매-공기 열교환기(35) 다음에 배치된 팽창 부재(33, 34)들은, 전방 증발기 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 냉매-공기 열교환기(35) 관류 시 냉매의 중간 압력 레벨 설정 및 그 결과 냉매의 중간 온도 레벨 설정을 가능하게 한다. 냉매-공기 열교환기(31, 35) 관류 시 냉매의 압력 레벨과 온도 레벨은 서로 독립적으로 설정될 수 있다. 팽창 부재(30, 33, 34)들은 바람직하게는 각각 팽창 밸브로서 형성되어 있다.
제2 냉매 순환계(3)의 제2 유동 경로(27) 내부에는 또한, 제2 냉매-냉매 열교환기(23)가 배치되어 있으며, 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23)는 냉매의 유동 방향으로 제2 냉매 순환계(3)의 제3 팽창 부재(34) 다음에 그리고 합류점(29) 앞에 형성되어 있다.
상기 장치(1)는 제1 냉매 순환계(2a) 및 제2 냉매 순환계(3)와 같이 소재상 서로 분리되어 형성된 2개의 냉매 순환계(2a, 3)를 구비하며, 이들 냉매 순환계는 또한 상이한 압력 레벨과 온도 레벨로 작동될 수 있다. 캐스케이드 접속의 상위 단계의 냉매 순환계로도 언급되는 제1 냉매 순환계(2a)는 실제로, 캐스케이드 접속의 하위 단계의 냉매 순환계로도 언급되는 제2 냉매 순환계(3)보다 높은 압력 레벨로 작동된다. 이와 같이 냉매 순환계(2a, 3)들이 소재상 구분됨으로써 상기 냉매 순환계(2a, 3)들 사이에서는 냉매가 교환되지 않는다.
상기 냉매 순환계(2a, 3)들의 소재상 구분으로 인해 상기 두 냉매 순환계(2a, 3)들은 서로 독립적으로 각각 임의의 냉매로 충전될 수 있다. 이러한 경우 냉매 순환계(2a, 3)들 및 작동 모드들은, 저압측에서 액상에서 가스상으로 위상 전이를 수행하는 모든 냉매를 생각할 수 있다. 고압측에서는 매질이 응축/가스 냉각 및 과냉각을 통해 흡수된 열을 히트 싱크로 방출한다. 냉매로는 R744, R717 등과 같은 자연 재료, R290, R600, R600a 등과 같은 가연성 재료, R134a, R152a, R1234yf와 같은 화학 재료 그리고 다양한 냉매 혼합물이 사용될 수 있다. 그러나 개개의 작동 압력으로 작동 시 상이한 냉매의 장점을 이용하기 위해서는, 제1 냉매 순환계(2a)는 각각 임계 이하의 작동에서 바람직하게는 냉매 R134a 또는 R1234yf가 충전될 수 있고, 그리고 제2 냉매 순환계는 바람직하게 냉매 R744가 충전될 수 있다.
냉매-냉매 열교환기(18, 23)들은 냉매 순환계(2a, 3)들의 열적 연결에 사용된다. 이 경우 각각 열은 냉매 순환계(2a, 3)들의 냉매 간에 전달된다.
제1 냉매-냉매 열교환기(18)는 저압측 제1 냉매 순환계(2a) 내부에서는, 제2 유동 경로(13) 내부에서 팽창 부재(17) 다음에 그리고 고압측 제2 냉매 순환계(3) 내부에서는, 압축기(25)와 분기점(28) 또는 상기 팽창 부재 중 하나 이상의 팽창 부재(30, 33) 사이에 형성되어 제1 냉매 순환계(2a)의 저압측을 제2 냉매 순환계(3)의 고압측과 연결한다. 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 내부에서 제2 냉매 순환계(3)의 냉매의 완열 및 응축 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매로 전달될 수 있으며, 이 경우 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매는 응축되고, 제1 냉매 순환계(2a)의 열은 증발될 수 있다.
또한, 제2 냉매-냉매 열교환기(23)는 냉매 순환계의 내부 열교환기와 유사하게 형성되어 있는데, 상기 내부 열교환기는 고압측 제1 냉매 순환계(2a) 내부에서는, 제1 유동 경로(9) 내에서 냉매의 유동 방향으로 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제2 냉매-공기 열교환기(22a) 다음에 형성되어 있고, 그리고 저압측 제2 냉매 순환계(3) 내부에서는, 제2 유동 경로(27) 내부에서 냉매의 유동 방향으로 제4 냉매-공기 열교환기(35)와 제2 냉매 순환계(3)의 제3 팽창 부재(34) 다음에 그리고 이와 더불어 압축기(25) 앞에 형성되어 있다.
그 결과 제2 냉매 순환계(3)의 흡입 라인을 제1 냉매 순환계(2a)의 고압 액체 라인과 연결하는 제2 냉매-냉매 열교환기(23)는 고압 상태의 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매와 저압 상태의 제2 냉매 순환계(3)의 냉매 사이 열전달을 위해 순환계 내부에 있는 배우 열교환기와 유사하게 사용되고, 또한 간접적 내부 열교환기로도 언급된다. 이러한 경우 한편으로는 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제2 냉매-공기 열교환기(22a)로부터 유출되는, 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매는 장치(1a)의 작동 모드 및 냉매의 상태에 따라 응축되거나 냉각되거나, 또는 과냉각되고, 다른 한편으로는 흡입 가스로서 제4 냉매-공기 열교환기(35)로부터 유출되는, 제2 냉매 순환계(3)의 냉각제가 압축기(25) 앞에서 과열될 수 있다.
액체의 수격 작용(water hammer)으로부터 압축기(25)의 보호 외에, 내부 열교환기로서 제2 냉매-냉매 열교환기(23)의 작동에 의해서는, 제2 냉매 순환계(3)의 상기 압축기(25)의 특정 압축 용량이 감소될 수 있는 동시에 제1 냉매 순환계(2a)의 특정 냉각 용량 그리고 그 결과로 장치(1a) 및 자동차 공기 조화 시스템의 작동 효율이 증가될 수 있다.
제1 냉매 순환계(2a)는 장치(1a)가 작동할 때 항상 다른 작동 모드로 활성화되어 있으며, 반면에 제2 냉매 순환계(3)는 필요에 따라 비활성화될 수도 있다.
도 2a 및 도 2b에는 공기 조화 시스템이 냉각 장치 모드로 작동할 때, 즉 객실에 공급될 공기를 냉각할 때의 장치(1a)가 도시되어 있다. 또한, 도 2b에는 공기 조화 시스템이 드라이브 트레인의 컴포넌트들을 냉각할 때의 작동이 도시된다.
장치(1a)의 상이한 작동 모드들을 도시한 도면에서 냉매가 공급되는 냉매 순환계(2a, 3)들의 라인들은 실선으로 표시되어 있고, 반면에 냉매가 공급되지 않은 라인들은 파선으로 표시되어 있다.
장치(1a)가 냉각 장치 모드로 작동할 때 제2 냉매 순환계(3)는, 증발기로서 작동하는 냉매-공기 열교환기(31, 35)들에 의해 객실 내로 유입되는 유입 공기를 냉각 및 제습하도록 스위칭된다. 제3 냉매-공기 열교환기(31)는 객실 후방 영역의 공기를 컨디셔닝하는 데 사용되고, 후방 증발기(31) 또는 리어 증발기로 언급되며, 반면에 제4 냉매-공기 열교환기(35)는 객실 전방 영역의 공기를 컨디셔닝하는 데 사용되고, 전방 증발기 또는 프런트 증발기로 언급된다. 팽창 부재(30, 33, 34)들은 개방되어 있다.
제2 냉매 순환계(3) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(25)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 후속하는 제1 냉매-냉매 열교환기(18)의 관류 시 냉매는 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제2 냉매 순환계(3)의 냉매에서 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매로 전달된다. 그 다음 냉매는 분기점(28) 상에서 부분 질량 흐름들로 분할되고, 개방된 팽창 부재(30, 33, 34)들을 통해서 제2 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로(26) 및 제2 유동 경로(27) 내로 유입된다.
제2 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로(26) 내에서는 냉매가 제1 팽창 부재(30) 관류 시 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고 후방 증발기(31)를 통해서 가이드된다. 후방 증발기(31) 관류 시 냉매는 유동 방향(38)으로 객실에 공급될 공기 질량 흐름으로부터 열을 흡수하면서 냉각된다.
제2 냉매 순환계(3)의 제2 유동 경로(27) 내에서는 냉매가 제2 팽창 부재(33) 관류 시 마찬가지로 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고 전방 증발기로서 작동하는 냉매-공기 열교환기(35)를 통해서 가이드된다. 냉매-공기 열교환기(35) 관류 시 냉매는 유동 방향(37)으로 객실에 공급될 공기 질량 흐름으로부터 열을 흡수하면서 냉각된다. 냉매-공기 열교환기(35) 다음에 배치된 팽창 부재는 완전히 개방되어 있으며, 그 결과 냉매는 상태 변화 없이, 특히 팽창되지 않고 관류된다. 제2 냉매-냉매 열교환기(23)는 제1 냉매 순환계(2a) 측으로부터 관류되지 않고, 더불어 활성화되어 있지 않으며, 열전달이 이루어지지 않는다.
한편, 저압 레벨로 존재하는 냉매의 부분 질량 흐름들은 합류점(29) 상에서 혼합되고 압축기(25)에 의해 흡입된다.
제1 냉매 순환계(2a) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(4)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 장치(1a)가 냉각 장치 모드로 작동할 때 제1 냉매 순환계(2a)의 밸브 장치(5)의 차단 밸브(6, 7)들은, 냉매가 맨 처음 냉매-공기 열교환기(11)를 통해서 가이드되도록 스위칭되어 있다. 제1 차단 밸브(6)는 개방되어 있고, 반면에 제2 차단 밸브(7)는 폐쇄되어 있다. 제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9)에는 냉매가 공급되지 않는다.
주변 열교환기로도 언급되는 냉매-공기 열교환기(11) 관류 시 냉매는 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 유동 방향(36)으로 흐르는 주변 공기로 전달된다. 그 다음 냉매는 제1 냉매 순환계(2a)의 개방된 제1 팽창 부재(17)를 통해 제2 유동 경로(13) 내로 유입된다. 제1 팽창 부재(17) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고, 제1 냉매-냉매 열교환기(18)를 통해서 가이드된다. 냉매-냉매 열교환기(18) 관류 시 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매는 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로부터 열을 흡수하면서 증발된다.
장치(1a)를 구비한 공기 조화 시스템이 냉각 장치 모드로, 그리고 도 2b에 따른 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 냉각으로 작동할 때, 냉매는 냉매-공기 열교환기(11)로부터 유출된 다음 분기점(15) 상에서 부분 질량 흐름들로 분할되어 개방된 팽창 부재(17, 19)들을 통해 제1 냉매 순환계(2a)의 제2 유동 경로(13)와 제3 유동 경로(14) 내로 유입된다. 냉매의 제1 부분 질량 흐름은, 도 2a에 기술된 바와 같이 제2 유동 경로(13)를 통해서 안내된다. 냉매의 제2 부분 질량 흐름은 제1 냉매 순환계(2a)의 제3 유동 경로(14) 내에서 제2 팽창 부재(19)를 관류할 때 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고 냉매-냉각제 열교환기(20)를 통해서 가이드된다. 냉매-냉각제 열교환기(20)를 관류할 때 냉매는 드라이브 트레인의 컴포넌트들도 포함하는 냉각제 순환계의 냉각제로부터 열을 흡수하면서 증발된다. 이때 냉각제는 냉각된다.
도면에 도시되지 않은 대안적인 한 실시 형태에 따르면, 냉매는 드라이브 트레인의 컴포넌트들로부터 열을 직접 흡수하면서 곧바로 증발된다.
한편, 저압 레벨로 존재하는 냉매의 부분 질량 흐름들은 합류점(16) 상에서 혼합되고 어큐뮬레이터(21) 내로 가이드된다. 도 2a에 따른 공기 조화 시스템의 작동 동안, 완전히 제2 유동 경로(13)를 통해 안내된 냉매는 어큐뮬레이터(21) 내로 가이드된다. 후속해서 냉매는 압축기(4)에 의해 어큐뮬레이터(21)로부터 흡입된다.
도 2c에 따라 공기 조화 시스템의 장치(1a)가 전적으로 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 냉각으로만 작동할 때는 제1 냉매 순환계(2a)만 활성화 상태이다. 제2 냉매 순환계(3)의 압축기(25)는 비활성화되어 있다.
제1 냉매 순환계(2a) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(4)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 밸브 장치(5)의 차단 밸브(6, 7)들은, 냉매가 맨 먼저 냉매-공기 열교환기(11)를 통해서 가이드되도록 스위칭되어 있다. 제1 차단 밸브(6)는 개방되어 있고, 반면에 제2 차단 밸브(7)는 폐쇄되어 있다. 제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9)에는 냉매가 공급되지 않는다.
냉매-공기 열교환기(11) 관류 시 냉매는 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 냉매에서 유동 방향(36)으로 흐르는 주변 공기로 전달된다. 그 다음 냉매는 개방된 제2 팽창 부재(19)를 통해 제3 유동 경로(14) 내로 유입된다. 제1 팽창 부재(17)는 폐쇄되어 있고, 제2 유동 경로(13)에는 냉매가 공급되지 않는다.
제2 팽창 부재(19) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고, 제1 냉매-냉각제 열교환기(20)를 통해서 가이드되며, 이 경우 상기 제1 냉매-냉각제 열교환기 내에서 냉매는 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 온도를 조절하기 위해 형성된 냉각제 순환계의 냉각제로부터 열을 흡수하면서 증발된다. 이때 냉각제는 냉각된다. 완전히 제3 유동 경로(14)를 통해서 안내된 냉매는 어큐뮬레이터(21) 내로 가이드된 다음 압축기(4)에 의해 흡입된다.
도 3a에는 재열 모드로, 특히 약 15℃ 내지 25℃ 범위의 주변 온도에서 작동할 때 도 1에 따른 장치(1a)가 도시되어 있다.
이 경우 제2 냉매 순환계(3)는 객실 내로 유입되는 유입 공기가 증발기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35)에 의해 냉각 및 제습되도록 스위칭되어 있다. 제3 냉매-공기 열교환기(31)에는 냉매가 공급되지 않는다. 제1 팽창 부재(30) 및 제2 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로(26)는 폐쇄되어 있으며, 반면에 제2 유동 경로(27)의 팽창 부재(33, 34)들은 개방되어 있다.
제2 냉매 순환계(3) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(25)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 이어서 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 관류 시 냉매는 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제2 냉매 순환계(3)의 냉매에서 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매로 전달된다. 그 다음 냉매는 개방된 제2 팽창 부재(33)를 통해 완전히 제2 냉매 순환계(3)의 제2 유동 경로(27) 내로 유입된다.
제2 팽창 부재(33) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되며, 증발기로서 작동하는 냉매-공기 열교환기(35)를 통해 가이드된다. 냉매-공기 열교환기(35) 관류 시 냉매는 유동 방향(37)으로 객실에 공급될 공기 질량 흐름으로부터 열을 흡수하면서 증발되며, 상기 공기 질량 흐름은 이때 제습 또는 냉각된다. 냉매-공기 열교환기(35) 다음에 배치된 팽창 밸브(34)는 완전히 개방되어 있으며, 그 결과 냉매는 상태 변화 없이, 특히 팽창되지 않고 관류된다. 후속해서 제2 냉매-냉매 열교환기(23) 관류 시 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 저압 레벨로 존재하는, 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달된다. 이 경우 제2 냉매 순환계(3)의 냉매는 경우에 따라 추가로 증발되며, 그 다음 과열된다. 과열된 냉매는 압축기(25)에 의해 흡입된다.
제1 냉매 순환계(2a) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(4)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 도 3a에 따른 재열 모드로 장치(1a)의 작동 시 제1 냉매 순환계(2a)의 밸브 장치(5)의 차단 밸브(6, 7)들은, 냉매의 제1 부분 질량 흐름이 맨 먼저 냉매-공기 열교환기(11)를 통해 가이드되고, 반면에 제2 부분 질량 흐름이 제1 유동 경로(9) 내로 흐르도록 스위칭되어 있다. 밸브 장치(5)의 차단 밸브(6, 7)들은 개방되어 있다.
응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기(11) 관류 시 제1 부분 질량 흐름의 냉매는 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 유동 방향(36)으로 흐르는 주변 공기로 전달된다.
제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9)를 통해 안내된, 제2 부분 질량 흐름의 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(22a) 관류 시 마찬가지로 액화되는데, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 유동 방향(37)으로 흐르는 객실용 유입 공기로 전달된다. 사전에 증발기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35)의 열전달 표면의 과류 시 냉각 또는 제습된 유입 공기는 냉매-공기 열교환기(22a)의 열전달 표면의 과류 시 다시 가열된다.
이어서 냉매-공기 열교환기(22a)로부터 나와 적어도 부분적으로 액화/냉각된 냉매는 추가 액화/응축을 위해 그리고 경우에 따라 과냉각을 위해 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해 가이드되며, 이 경우 열은 고압 레벨로 존재하는, 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달된다.
각각 고압 레벨로 존재하는, 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매의 부분 질량 흐름은 합류점(10) 상에서 혼합된다.
그 다음 냉매는 제1 냉매 순환계(2a)의 개방된 제1 팽창 부재(17)를 통해서 제2 유동 경로(13) 내로 유입된다. 제1 팽창 부재(17) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되며, 제1 냉매-냉매 열교환기(18)를 통해서 가이드된다. 냉매-냉매 열교환기(18) 관류 시 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매는 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로부터 열을 흡수하면서 증발된다. 제3 유동 경로(14)의 제2 팽창 부재(19)는 폐쇄되어 있다. 제3 유동 경로(14)와 그 내부에 배치된 냉매-냉각제 열교환기(20)에는 냉매가 공급되지 않는다. 완전히 제2 유동 경로(13)를 통해 안내된 냉매는 어큐뮬레이터(21) 내로 가이드되어 압축기(4)에 의해 상기 어큐뮬레이터(21)로부터 흡입된다.
도 3b는 공기 조화 시스템이 재열 모드로, 특히 약 5℃ 내지 15℃ 범위의 주변 온도에서 그리고 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 냉각과 함께 작동할 때 도 1에 따른 장치(1a)를 도시한다.
이 경우 제2 냉매 순환계(3)는, 도 3a에 따른 공기 조화 시스템의 장치(1a)의 작동 시와 같이 스위칭되어 있으며, 그 결과 이와 관련해서는 도 3a의 실시예들이 참조된다.
제1 냉매 순환계(2a) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(4)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 도 3b에 따른 재열 모드로 장치(1a)의 작동 시 제1 냉매 순환계(2a)의 밸브 장치(5)의 차단 밸브(6, 7)들은, 냉매가 전적으로 제1 유동 경로(9)를 통해서만 가이드되도록 스위칭되어 있다. 제1 차단 밸브(6)는 폐쇄되어 있으며, 반면에 제2 차단 밸브(7)는 개방되어 있다. 제1 냉매-공기 열교환기(11)에는 냉매가 공급되지 않는다.
제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9)를 통해 안내된 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(22a) 관류 시 액화되는데, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 유동 방향(37)으로 흐르는 객실용 유입 공기로 전달된다. 사전에 증발기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35)의 열전달 표면의 과류 시 냉각 또는 제습된 유입 공기는 냉매-공기 열교환기(22a)의 열전달 표면의 과류 시 다시 가열된다.
이어서 냉매-공기 열교환기(22a)로부터 나와 적어도 부분적으로 액화/냉각된 냉매는 추가 액화/응축을 위해 그리고 경우에 따라 과냉각을 위해 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해 가이드되며, 이 경우 열은 고압 레벨로 존재하는, 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달된다.
고압 레벨로 존재하는 냉매는 냉매-냉매 열교환기(23)로부터 나온 후 분기점(15) 상에서 부분 질량 흐름들로 분할되고, 개방된 팽창 부재(17, 19)를 통해 제1 냉매 순환계(2a)의 제2 유동 경로(13)와 제3 유동 경로(14) 내로 유입된다.
제1 팽창 부재(17) 관류 시 제1 부분 질량 흐름의 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고, 제1 냉매-냉매 열교환기(18)를 통해서 가이드되며, 이 경우 냉매는 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로부터 열을 흡수하면서 증발된다.
냉매의 제2 부분 질량 흐름은 제1 냉매 순환계(2a)의 제3 유동 경로(14) 내에서 제2 팽창 부재(19) 관류 시 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되며, 냉매-냉각제 열교환기(20)를 통해서 가이드된다. 상기 냉매-냉각제 열교환기(20) 관류 시 냉매는 드라이브 트레인의 컴포넌트들도 포함하는 냉각제 순환계의 냉각제로부터 열을 흡수하면서 증발된다. 이와 동시에 상기 냉각제는 냉각된다.
저압 레벨로 존재하는 냉매의 부분 질량 흐름은 합류점(16) 상에서 혼합되며, 어큐뮬레이터(21) 내로 가이드된다. 이어서 냉매는 압축기(4)에 의해 상기 어큐뮬레이터(21)로부터 흡입된다.
도 4a에 따라, 특히 제1 냉매 순환계(2a)의 장치(1a)가 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 냉각과 함께 제1 열 펌프 모드로 작동할 때는 상기 제1 냉매 순환계(2a)만 활성 상태이다. 제2 냉매 순환계(3)의 압축기(25)는 비활성화 되어 있다.
제1 냉매 순환계(2a) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(4)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 제1 냉매 순환계(2a)의 밸브 장치(5)의 차단 밸브(6, 7)들은, 냉매가 제1 유동 경로(9)를 통해서만 가이드되도록 스위칭되어 있다. 제1 차단 밸브(6)는 폐쇄되어 있으며, 반면에 제2 차단 밸브(7)는 개방되어 있다. 제1 냉매-공기 열교환기(11)에는 냉매가 공급되지 않는다.
제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9)를 통해 안내된 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(22a) 관류 시 액화, 특히 응축/냉각되며, 경우에 따라서는 과냉각되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 유동 방향(37)으로 흐르는 객실용 유입 공기로 전달된다. 유입 공기는 가열된다.
제1 냉매 순환계(2a) 측에서 제2 냉매-냉매 열교환기(23)는 관류되지 않고, 이와 더불어 비활성 상태이기 때문에 제2 냉매-냉매 열교환기(23) 내에서는 열이 전달되지 않는다.
냉매-공기 열교환기(22a) 또는 냉매-냉매 열교환기(23)로부터 유출되는 냉매는 개방된 제2 팽창 부재(19)를 통해 제3 유동 경로(14) 내로 유입된다. 제1 팽창 부재(17)는 폐쇄되어 있고, 제2 유동 경로(13)에는 냉매가 공급되지 않는다. 제2 팽창 부재(19) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고, 제1 냉매-냉각제 열교환기(20)를 통해서 가이드되며, 상기 제1 냉매-냉각제 열교환기 내에서 냉매는 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 온도 조절을 위해 형성된 냉각제 순환계의 냉각제로부터 열을 흡수하면서 증발된다. 이와 동시에 냉각제는 냉각된다. 완전히 제3 유동 경로(14)를 통해서 안내된 냉매는 어큐뮬레이터(21) 내로 가이드된 다음 압축기(4)에 의해 흡입된다.
도 4b에는 공기 조화 시스템이 제2 열 펌프 모드로 작동할 때의 도 1에 따른 장치(1a)가 도시되어 있다.
이 경우 제2 냉매 순환계(3)는, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35)에 의해서 객실 내로 유입되는 공기가 예열되도록 스위칭되어 있다. 제3 냉매-공기 열교환기(31)에는 냉매가 공급되지 않는다. 제1 팽창 부재(30) 및 이와 더불어 제2 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로(26)는 폐쇄되어 있으며, 반면에 제2 유동 경로(27)의 팽창 부재(33, 34)들은 개방되어 있다.
제2 냉매 순환계(3) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(25)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 후속해서 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 관류 시 냉매는 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제2 냉매 순환계(3)의 냉매에서 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매로 전달된다. 그 다음 냉매는 완전히 개방된 제2 팽창 부재(33)를 통해 제2 냉매 순환계(3)의 제2 유동 경로(27) 내로 완전히 유입된다. 제2 팽창 부재(33) 내에서 냉매는 상태 변화가 일어나지 않는다.
응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35) 관류 시 냉매는 추가로 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 냉매에서 유동 방향(37)으로 흐르는 객실용 유입 공기로 전달된다. 상기 유입 공기는 예열된다.
제3 팽창 부재(34) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고, 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해서 가이드된다. 냉매-냉매 열교환기(23) 관류 시 제2 냉매 순환계(3)의 냉매는 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매로부터 열을 흡수하면서 증발되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 저압 레벨로 존재하는, 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달된다. 증발되고, 경우에 따라서 과열된 냉매는 압축기(25)에 의해서 흡입된다.
제1 냉매 순환계(2a)는 도 3b에 따른 공기 조화 시스템의 장치(1a)의 작동 시와 같이 스위칭되어 있으며, 따라서 이와 관련하여서는 도 3b의 실시예들이 참고된다.
도 3b에 따른 공기 조화 시스템의 작동 모드와의 차이점은, 제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9)를 통해 안내된 냉매가 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(22a)를 관류할 때 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열이 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 유동 방향(37)으로 흐르는 객실용 공기로 전달된다는 것이다. 사전에 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35)의 열전달 표면의 과류 시 이미 예열된 유입 공기는 냉매-공기 열교환기(22a)의 열전달 표면 과류 시 추가로 가열된다.
도 3b에 따른 공기 조화 시스템의 작동 모드와의 또 다른 차이점은, 냉매-공기 열교환기(22b)로부터 유출되는 적어도 부분적으로 액화/냉각된 냉매가 추가 액화/응축을 위해 그리고 경우에 따라 과냉각을 위해 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해서 가이드되고, 이 경우 열은 고압 레벨로 존재하는, 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달되며, 이때 상기 냉매는 제2 냉매 순환계(3)의 제3 팽창 부재(34) 내에서 팽창 직후 2상 구역(two-phase region)에 존재하고 증발된다.
도 4c는 공기 조화 시스템이 객실 공기의 최대 가열 용량으로 제3 열 펌프 모드로 작동할 때의 도 1에 따른 장치(1a)를 도시한다.
이 경우 제2 냉매 순환계(3)는 도 4b에 따른 작동 모드와 같이, 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35)에 의해 객실 내로 유입되는 유입 공기를 예열하도록 스위칭되어 있다. 제3 냉매-공기 열교환기(31)에는 냉매가 공급되지 않는다. 제1 팽창 부재(30) 및 이와 더불어 제2 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로(26)는 폐쇄되어 있으며, 반면에 제2 유동 경로(27)의 팽창 부재(33, 34)들은 개방되어 있다.
도 4b에 따른 공기 조화 시스템의 제2 열 펌프 모드와 달리, 제1 냉매-냉매 열교환기(18)는 비활성 상태이다. 제1 냉매-냉매 열교환기(18)에는 제1 냉매 순환계(2a) 측으로부터 냉매가 공급되지 않으며, 그 결과 열이 전달되지 않는다.
제2 냉매 순환계(3) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(25)에 의해서 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 후속해서 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 관류 시 냉매는, 제1 냉매-냉매 열교환기에는 제1 냉매 순환계(2a) 측으로부터 냉매가 관류되지 않기 때문에 상태 변화가 일어나지 않는다. 이어서 냉매는 완전히 개방된 제2 팽창 부재(33)를 통해서 제2 냉매 순환계(3)의 제2 유동 경로(27) 내로 완전히 유입된다. 제2 팽창 부재(33) 내에서도 냉매는 마찬가지로 상태 변화가 일어나지 않는다.
응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35) 관류 시 냉매는 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 냉매에서 유동 방향(37)으로 흐르는 객실용 유입 공기로 전달된다. 상기 유입 공기는 예열된다.
제3 팽창 부재(34) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되고, 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해서 가이드된다. 냉매-냉매 열교환기(23) 관류 시 제2 냉매 순환계(3)의 냉매는 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매로부터 열을 흡수하면서 증발되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 저압 레벨로 존재하는, 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달된다. 증발된, 그리고 경우에 따라서는 과열된 냉매는 압축기(25)에 의해서 흡입된다.
제1 냉매 순환계(2a) 내에서 순환하는 냉매는 압축기(4)에 의해 저압 레벨에서 고압 레벨로 압축되어 이송된다. 장치(1a)가 도 4c에 따라 객실 공기의 최대 가열 용량으로 제3 열 펌프 모드로 작동할 때 제1 냉매 순환계(2a)의 밸브 장치(5)의 차단 밸브(6, 7)들은, 냉매가 제1 유동 경로(9)를 통해서만 가이드되도록 스위칭되어 있다. 제1 차단 밸브(6)는 폐쇄되어 있으며, 반면에 제2 차단 밸브(7)는 개방되어 있다. 제1 냉매-공기 열교환기(11)에는 냉매가 공급되지 않는다.
제1 냉매 순환계(2a)의 제1 유동 경로(9)를 통해서 안내된 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(22a) 관류 시 액화, 특히 응축/냉각되며, 이 경우 열은 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 유동 방향(37)으로 흐르는 객실용 유입 공기로 전달된다. 사전에 응축기/가스 냉각기로 작동하는 제4 냉매-공기 열교환기(35)의 열전달 표면의 과류 시 이미 예열된 유입 공기는 냉매-공기 열교환기(22a)의 열전달 표면의 과류 시 추가로 가열된다.
후속해서 냉매-공기 열교환기(22a)로부터 유출되는 적어도 부분적으로 액화/냉각된 냉매는 추가 액화/응축을 위해 그리고 경우에 따라 과냉각을 위해 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해서 가이드되고, 이 경우 열은 고압 레벨로 존재하는, 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달되며, 이때 상기 냉매는 제2 냉매 순환계(3)의 제3 팽창 부재(34) 내에서 팽창 직후 2상 구역에 존재하고 증발된다.
제2 냉매-냉매 열교환기(23)로부터 유출되는, 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매는, 개방된 제2 팽창 부재(19)를 통해서 제3 유동 경로(14) 내로 유입된다. 제1 유동 경로(17)는 폐쇄되어 있으며, 제2 유동 경로(13)에는 냉매가 공급되지 않는다. 제2 팽창 부재(19) 관류 시 냉매는 고압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되어 제1 냉매-냉각제 열교환기(20)를 통해 가이드되며, 이러한 제1 냉매-냉각제 열교환기 내에서 냉매는 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 온도를 조절하기 위해 형성된 냉각제 순환계의 냉각제로부터 열을 흡수하면서 증발된다. 이와 동시에 상기 냉각제는 냉각된다. 제3 유동 경로(14)를 통해서 안내된 냉매는 어큐뮬레이터(21) 내로 가이드된 다음 압축기(4)에 의해 흡입된다.
도 5는 제1 냉매 순환계(2a)와 제2 냉매 순환계(3) 그리고 가열 열교환기(41)를 갖는 냉각제 순환계(39a)를 구비한 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1b)를 도시한다. 상기 냉매 순환계(2a, 3)들은 도 1에 따른 장치와 같이 2개의 냉매-냉매 열교환기(18, 23)를 통해서 서로 열적으로 연결되어 있고, 그리고 서로 캐스케이드 접속으로 배치되어 있다.
도 1에 따른 장치(1a)와 달리, 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 제2 열교환기는 냉매-공기 열교환기(22a) 대신 냉매-냉각제 열교환기(22b)로서 형성되어 있다. 상기 냉매-냉각제 열교환기(22b)는 상기 냉각제 순환계(39a)의 컴포넌트이다.
냉매-냉각제 열교환기(22b) 내에서 냉매에서 냉각제로 전달되는 열은 냉각제에서 열매체(heat carrier)로서 가열 열교환기(41)로 전달되며, 이때 상기 가열 열교환기는 예를 들면 장치(1a)의 냉매-공기 열교환기(22a) 대신 공기 조화 유닛 내에 배치되어 있다. 상기 공기 조화 유닛을 통해 이송된 객실용 유입 공기는 작동 모 및 필요에 따라 가열 열교환기(41)의 열전달 표면의 과류 시 가열될 수 있다.
냉각제는 이동 장치(40)에 의해서, 특히 펌프에 의해서 냉각제 순환계를 통해 이송된다.
도 6에는 제1 냉매 순환계(2c)와 제2 냉매 순환계(3), 가열 열교환기(41)를 갖는 냉각제 순환계(39b) 그리고 주변 공기로 열을 전달하기 위한 냉각제-공기 열교환기(46)를 구비한 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1c)가 도시되어 있다. 상기 냉매 순환계(2c, 3)들은 도 1에 따른 장치(1a) 및 도 5에 따른 장치(1b)와 유사하게 2개의 냉매-냉매 열교환기(18, 23)를 통해서 서로 열적으로 연결되어 있고, 그리고 서로 캐스케이드 접속으로 배치되어 있다.
도 1에 따른 장치(1a) 및 도 5에 따른 장치(1b)와 달리, 상기 제1 냉매 순환계(2c)는 응축기/가스 냉각기로서 작동할 수 있는 냉매-공기 열교환기(11)를 구비하지 않는다. 따라서 상기 제1 냉매 순환계(2c)는 고압 레벨로 압축되는 냉매를 분할하기 위한 밸브 장치(5) 및 체크 밸브(12, 24)들 없이 형성되어 있다. 제1 유동 경로(9)는 바람직하게 분기점(15)까지 연장된다.
도 5에 따른 장치(1b)와 달리, 냉각제 순환계(39b)는 냉각제-공기 열교환기(46)를 구비하며, 이러한 냉각제-공기 열교환기(46)는 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매-공기 열교환기(11) 대신 주변 열교환기로서 사용된다. 냉각제 순환계(39b)는 제1 냉각제 경로(42)와 제2 냉각제 경로(43)를 구비하여 형성되어 있으며, 이 경우 가열 열교환기(41)는 제1 냉각제 경로(42) 내부에 그리고 냉각제-공기 열교환기(46)는 제2 냉각제 경로(43) 내부에 배치되어 있다. 상기 냉각제 경로(42, 43)들은 각각 분기점(44)에서 합류점(45)까지 연장되고, 평행하게 진행되며, 그 결과 가열 열교환기(41)와 냉각제-공기 열교환기(46)가 서로 평행하게 배치되어 있고, 동시에 냉각제가 공급될 수 있다. 냉각제는 이송 장치(40), 특히 펌프에 의해서 냉각제 순환계를 통해 이송된다.
제1 냉매 순환계(2c)로부터 배출되는 응축/냉각 열은 장치(1c)를 갖는 공기 조화 시스템의 작동 모드에 상관없이 맨 먼저 냉매-냉각제 열교환기(22b)를 통해서 냉각제 내에서 순환하는 냉각제로 전달된다. 작동 모드에 따라, 냉각제로 배출된 열은 예를 들면, 공기 조화 시스템이 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 냉각 시 또는 냉각 장치 모드로 작동할 때에는 냉각제-공기 열교환기(46) 관류 시 주변 공기로 전달되고, 또는 예를 들면 공기 조화 시스템이 열 펌프 모드로 또는 재열 모드로 작동할 때, 가열 열교환기(41) 관류 시 객실용 유입 공기로 전달된다.
특히, 공기 조화 시스템이 재열 모드로 작동할 때 냉각제로부터 배출되는 열을 가열 열교환기(41)와 냉각제-공기 열교환기(46)로 분할하기 위해, 냉각제 순환계(39b)의 분기점은 조정 가능한 3방향 밸브로 형성되어 있으며, 그 결과 냉각제 질량 흐름은 냉각제 경로(42, 43)들로 분할될 수 있다.
장치(1b) 또는 장치(1c)를 사용하면, 예를 들어 종래의 자동차들의 직렬 공기 조화 유닛이 더 적은 비용으로 이용될 수 있다.
1a, 1b, 1c: 장치
2a, 2c: 제1 냉매 순환계
3: 제2 냉매 순환계
4: 제1 냉매 순환계(2)의 압축기
5: 밸브 장치
6: 밸브 장치(5)의 제1 차단 밸브
7: 밸브 장치(5)의 제2 차단 밸브
8: 제1 냉매 순환계(2)의 제1 분기점
9: 제1 냉매 순환계(2)의 제1 유동 경로
10: 제1 냉매 순환계(2)의 제1 합류점
11: 제1 응축기/가스 냉각기, 냉매-공기 열교환기
12: 제1 냉매 순환계(2)의 제1 체크 밸브
13: 제1 냉매 순환계(2)의 제2 유동 경로
14: 제1 냉매 순환계(2)의 제3 유동 경로
15: 제1 냉매 순환계(2)의 제2 분기점
16: 제1 냉매 순환계(2)의 제2 합류점
17: 제1 냉매 순환계(2)의 제1 팽창 부재
18: 제1 냉매-냉매 열교환기
19: 제1 냉매 순환계(2)의 제2 팽창 부재
20: 냉매-냉각제 열교환기
21: 제1 냉매 순환계(2)의 어큐뮬레이터
22a: 제2 응축기/가스 냉각기, 냉매-공기-열교환기
22b: 제2 응축기/가스 냉각기, 냉매-냉각제 열교환기
23: 제2 냉매-냉매 열교환기
24: 제1 냉매 순환계(2)의 제2 체크 밸브
25: 제2 냉매 순환계(3)의 압축기
26: 제2 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로
27: 제2 냉매 순환계(3)의 제2 유동 경로
28: 제2 냉매 순환계(3)의 분기점
29: 제2 냉매 순환계(3)의 합류점
30: 제2 냉매 순환계(3)의 제1 팽창 부재
31: 증발기, 제3 냉매-공기 열교환기
32: 제2 냉매 순환계(3)의 체크 밸브
33: 제2 냉매 순환계(3)의 제2 팽창 부재
34: 제2 냉매 순환계(3)의 제3 팽창 부재
35: 제4 냉매-공기 열교환기
36: 주변 공기의 유동 방향
37: 전방 유입 공기의 유동 방향
38: 후방 유입 공기의 유동 방향
39a, 39b: 냉각제 순환계
40: 이송 장치
41: 가열 열교환기
42: 냉각제 순환계(39b)의 제1 냉각제 경로
43: 냉각제 순환계(39b)의 제2 냉각제 경로
44: 냉각제 순환계(39b)의 분기점
45: 냉각제 순환계(39b)의 합류점
46: 냉각제-공기 열교환기

Claims (20)

  1. 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1a, 1b, 1c)로서, 상기 장치는 하나 이상의 제1 냉매 순환계(2a, 2c)와 제2 냉매 순환계(3)를 구비하고, 이들 냉매 순환계는, 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매에서 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매로의 열전달을 위해 제1 냉매-냉매 열교환기(18)를 통해 그리고 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매에서 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로의 열전달을 위해 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 통해 서로 열적으로 연결되어 있으며, 이때
    - 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)는 냉매의 유동 방향으로, 압축기(4), 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23), 상기 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 그리고 증발기로서 작동할 수 있는 열교환기(20)를 구비하여 형성되어 있으며, 이 경우 상기 제1 냉매-냉매-열교환기(18) 앞에는 제1 팽창 부재(17)가 그리고 상기 열교환기(20) 앞에는 제2 팽창 부재(19)가 지지되는 방식으로 배치되어 있고,
    - 상기 제2 냉매 순환계(3)는 냉매의 유동 방향으로, 압축기(25), 상기 제1 냉매-냉매 열교환기(18), 하나 이상의 팽창 부재(33, 34) 그리고 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23)를 구비하여 형성되어 있는, 장치(1a, 1b, 1c).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)가 열교환기(22a, 22b)를 구비하여 형성되어 있고, 이 열교환기는 제1 유동 경로(9) 내부에서 냉매의 유동 방향으로 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23) 앞에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c).
  3. 제2항에 있어서, 상기 열교환기(22a)가 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 냉매-공기 열교환기(22a)로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a).
  4. 제2항에 있어서, 상기 열교환기(22b)가 상기 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 냉각제로의 열전달을 위한 냉각제 순환계의 냉매-냉각제 열교환기(22b)로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1b, 1c).
  5. 제4항에 있어서, 상기 냉매-냉각제 열교환기(22b)의 냉각제 순환계가 객실용 유입 공기를 가열하기 위한 가열 열교환기(41)를 구비하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1b, 1c).
  6. 제4항에 있어서, 상기 냉매-냉각제 열교환기(22b)의 냉각제 순환계가 냉각제에서 주변 공기로의 열전달을 위한 냉각제-공기 열교환기(46)를 구비하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1c).
  7. 제2항에 있어서, 상기 제1 냉매 순환계(2a)가 제1 분기점(8)을 갖는 밸브 장치(5) 및 제1 합류점(10)을 구비하고, 이때 상기 제1 분기점(8)과 제1 합류점(10) 사이에는, 상기 제1 유동 경로(9) 및 상기 제1 냉매 순환계(2a)의 냉매에서 주변 공기로의 열전달을 위한 냉매-공기 열교환기(11)를 갖는 유동 경로가 연장되는 방식으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b).
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 냉매-냉매-열교환기(18) 및 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매의 유동 방향으로 상기 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 앞에 지지되어 배치된 제1 팽창 부재(17)가 제2 유동 경로(13) 내부에 그리고 상기 열교환기(20) 및 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매의 유동 방향으로 상기 열교환기(20) 앞에 지지되어 배치된 제2 팽창 부재(19)가 제3 유동 경로(14) 내부에 형성되어 있으며, 이때 상기 유동 경로(13, 14)들은 제2 분기점(15)에서 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 제2 합류점(16)까지 연장되고 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c).
  9. 제1항에 있어서, 상기 열교환기(20)가 자동차의 드라이브 트레인의 컴포넌트들의 온도 조절을 위한 냉각제 순환계의 냉매-냉각제 열교환기(20)로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c).
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 냉매 순환계(3)가 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매와 객실용 유입 공기 간의 열전달을 위한 냉매-공기 열교환기(31)를 구비하여 형성되어 있으며, 이때 냉매의 유동 방향으로 상기 냉매-공기 열교환기(31) 앞에 제1 팽창 부재(30)가 지지되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c).
  11. 제1항에 있어서, 상기 제2 냉매 순환계(3)가 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매와 객실용 유입 공기 간의 열전달을 위한 냉매-공기 열교환기(35)를 구비하여 형성되어 있으며, 이때 냉매의 유동 방향으로 상기 냉매-공기 열교환기(35) 앞에 제2 팽창 부재(33)가 지지되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c).
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매의 유동 방향으로 제3 팽창 부재(34)가 그 앞에 지지되어 배치된 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23)가 상기 냉매-공기 열교환기(35) 다음에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c).
  13. 제12항에 있어서,
    - 냉매-공기 열교환기(31) 및 상기 제2 냉매 순환계(3)의 유동 방향으로 상기 냉매 공기 열교환기(31) 앞에 지지되는 방식으로 배치된 제1 팽창 부재(30)가 제1 유동 경로(26) 내부에 형성되어 있고, 그리고
    - 냉매-공기 열교환기(35), 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매의 유동 방향으로 상기 냉매-공기 열교환기(35) 앞에 지지되는 방식으로 배치된 제2 팽창 부재(33) 그리고 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23) 및 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매의 유동 방향으로 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23) 앞에 지지되는 방식으로 배치된 제3 팽창 부재(34)가 제2 유동 경로(27) 내부에 형성되어 있으며,
    이때 상기 유동 경로(26, 27)들이 분기점(28)에서 제2 냉매 순환계(3)의 합류점(29)까지 연장되고, 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법으로서, 이때 상기 공기 조화 시스템은 자동차의 객실 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 및 재열 모드 작동용으로 형성되어 있으며,
    상기 공기 조화 시스템이 냉각 장치 모드로 작동할 때, 제1 중간 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되고, 이 경우 냉매-냉각제 열교환기(20) 내에서 열은 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제에서 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매로 전달되며, 그리고 낮은 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되며, 이 경우 하나 이상의 냉매-공기 열교환기(31, 35) 내에서 열은 객실용 유입 공기에서 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법으로서, 이때 상기 공기 조화 시스템은 자동차의 객실 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 및 재열 모드 작동용으로 형성되어 있으며,
    상기 공기 조화 시스템이 재열 모드로 작동할 때, 낮은 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되고, 이 경우 냉매-공기 열교환기(35) 내에서 열은 객실용 유입 공기에서 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달되며, 그리고 높은 온도 레벨의 냉각 용량이 제공되며, 이 경우 냉매-공기 열교환기(22a) 내에서 열은 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매에서 객실용 유입 공기로 직접 전달되거나, 또는 냉매-냉각제 열교환기(22b) 내에서는 열이 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제로 그리고 가열 열교환기(41) 내에서는 열이 냉각제에서 객실용 유입 공기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제1 중간 온도 레벨에서 냉각 용량이 제공되며, 이 경우 냉매-냉각제 열교환기(20) 내에서 열이 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제에서 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  17. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 자동차 공기 조화 시스템용 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법으로서, 이때 상기 공기 조화 시스템은 자동차의 객실 공기를 컨디셔닝하기 위한 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 및 재열 모드 작동용으로 형성되어 있으며,
    상기 공기 조화 시스템이 열 펌프 모드로 작동할 때, 높은 온도 레벨의 열 출력이 제공되고, 이 경우 냉매-공기 열교환기(22a) 내에서 열은 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매에서 객실용 유입 공기로 직접 전달되거나, 또는 냉매-냉각제 열교환기(22b) 내에서는 열이 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제로 전달되고, 가열 열교환기(41) 내에서는 열이 냉각제에서 객실용 공기로 전달되며, 그리고 제1 중간 온도 레벨에서 냉각 용량이 제공되며, 이 경우 냉매-냉각제 열교환기(20) 내에서 열은 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제에서 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  18. 제17항에 있어서, 제2 중간 온도 레벨의 가열 용량이 제공되고, 이 경우 냉매-공기 열교환기(35) 내에서 열은 제2 냉매 순환계(3)의 냉매에서 객실용 유입 공기로 전달됨으로써, 객실용 유입 공기가 상기 냉매-공기 열교환기(22a) 또는 가열 열교환기(41)를 관류할 때 예열되고, 상기 냉매-공기 열교환기(35)를 관류할 때 최종 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  19. 제14항에 있어서, 자동차 드라이브 트레인의 전기 컴포넌트들로부터 배출되는 열이 냉각제 순환계 내에서 순환하는 냉각제로 전달되고, 그리고 상기 냉매-냉각제 열교환기(20) 내에서 제1 중간 온도 레벨의 열은 냉각제에서 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  20. 제14항에 있어서, 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 내에서 열은 제2 냉매 순환계(3)의 냉매에서 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매로 전달되고, 제2 냉매-냉매 열교환기(23) 내에서는 열이 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매에서 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매로 전달되며, 이때
    - 상기 제1 냉매-냉매 열교환기(18) 내에서 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매가 증발되고, 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매는 응축/냉각되며, 그리고
    - 상기 제2 냉매-냉매 열교환기(23) 내에서 상기 제1 냉매 순환계(2a, 2c)의 냉매가 응축/냉각되고, 상기 제2 냉매 순환계(3)의 냉매는 증발 및/또는 과열되는 것을 특징으로 하는, 장치(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202100006896A1 (it) * 2021-03-23 2022-09-23 Aircodue S R L Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale
WO2023176380A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020201349A1 (de) 2020-02-04 2021-08-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Kältemittelkreislaufanordnung und Verfahren zum Betrieb einer Kältemittelkreislaufanordnung
DE102020201455A1 (de) 2020-02-06 2021-08-12 Ford Global Technologies, Llc System sowie Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums und gleichzeitigen Kühlung einer Fahrzeugbatterie für ein elektrisches Fahrzeug
CN111473545A (zh) * 2020-05-20 2020-07-31 万吨通科技有限公司 制冷系统中利用余热回收制取高温热水系统及制取方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013189180A (ja) * 2012-02-15 2013-09-26 Sanden Corp 車両用空気調和装置
JP2015186989A (ja) * 2014-03-12 2015-10-29 カルソニックカンセイ株式会社 車載温調装置、車両用空調装置及びバッテリ温調装置
KR20170011967A (ko) * 2015-07-23 2017-02-02 한온시스템 주식회사 자동차의 모듈 방식 공기 조절 시스템

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10224754B4 (de) * 2002-06-04 2004-11-25 Webasto Thermosysteme International Gmbh Einsatz eines Kältespeichers zur COP-Optimierung eines Kältekreislaufes
US7228707B2 (en) * 2004-10-28 2007-06-12 Carrier Corporation Hybrid tandem compressor system with multiple evaporators and economizer circuit
US20130145781A1 (en) * 2011-05-16 2013-06-13 Carrier Corporation Multi-Compressor Refrigeration System and Method for Operating It
DE102013209636B4 (de) * 2013-05-24 2022-04-21 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines Kältemittelkreislaufs
DE102014113526A1 (de) * 2014-09-19 2016-03-24 Halla Visteon Climate Control Corporation Klimatisierungssystem für ein Kraftfahrzeug
DE102017109311B4 (de) * 2017-05-02 2022-04-21 Hanon Systems Vorrichtung für ein Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013189180A (ja) * 2012-02-15 2013-09-26 Sanden Corp 車両用空気調和装置
JP2015186989A (ja) * 2014-03-12 2015-10-29 カルソニックカンセイ株式会社 車載温調装置、車両用空調装置及びバッテリ温調装置
KR20170011967A (ko) * 2015-07-23 2017-02-02 한온시스템 주식회사 자동차의 모듈 방식 공기 조절 시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT202100006896A1 (it) * 2021-03-23 2022-09-23 Aircodue S R L Impianto di condizionamento e riscaldamento ambientale
WO2023176380A1 (ja) * 2022-03-15 2023-09-21 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

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