KR20200008504A - 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트, 및 자동차의 공기 조화 시스템, 그리고 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트, 및 자동차의 공기 조화 시스템, 그리고 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200008504A
KR20200008504A KR1020190080818A KR20190080818A KR20200008504A KR 20200008504 A KR20200008504 A KR 20200008504A KR 1020190080818 A KR1020190080818 A KR 1020190080818A KR 20190080818 A KR20190080818 A KR 20190080818A KR 20200008504 A KR20200008504 A KR 20200008504A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchanger
coolant
air
refrigerant
heat
Prior art date
Application number
KR1020190080818A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102266483B1 (ko
Inventor
나비드 두라니
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Publication of KR20200008504A publication Critical patent/KR20200008504A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102266483B1 publication Critical patent/KR102266483B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00021—Air flow details of HVAC devices
    • B60H1/00035—Air flow details of HVAC devices for sending an air stream of uniform temperature into the passenger compartment
    • B60H1/00057—Air flow details of HVAC devices for sending an air stream of uniform temperature into the passenger compartment the air being heated and cooled simultaneously, e.g. using parallel heat exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2221—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3227—Cooling devices using compression characterised by the arrangement or the type of heat exchanger, e.g. condenser, evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32281—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising a single secondary circuit, e.g. at evaporator or condenser side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/0408—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids
    • F28D1/0426—Multi-circuit heat exchangers, e.g. integrating different heat exchange sections in the same unit or heat exchangers for more than two fluids with units having particular arrangement relative to the large body of fluid, e.g. with interleaved units or with adjacent heat exchange units in common air flow or with units extending at an angle to each other or with units arranged around a central element
    • F28D1/0435—Combination of units extending one behind the other
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00021—Air flow details of HVAC devices
    • B60H2001/00114—Heating or cooling details
    • B60H2001/00121—More than one heat exchanger in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0085—Evaporators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0091—Radiators
    • F28D2021/0096—Radiators for space heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/06—Derivation channels, e.g. bypass

Abstract

본 발명은, 냉매 순환계(2) 및 냉각재 순환계(3)를 구비하는, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템(1)용 열 교환기 어레인지먼트(40)에 관한 것이다. 냉매 순환계(2)는 냉매-공기-열 교환기(6)를 구비하여 형성되어 있고, 냉각재 순환계(3)는 냉각재-공기-열 교환기(37)를 구비하여 형성되어 있다. 열 교환기 어레인지먼트(40)는, 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 하나 이상의 제1 열 교환기 열(40-6a), 냉각재 순환계(3)의 냉각재를 공급할 수 있는 냉각재-공기-열 교환기(37)의 제2 열 교환기 열(40-37), 및 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 구비한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트(40)를 갖는, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템(1), 및 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있다.

Description

공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트, 및 자동차의 공기 조화 시스템, 그리고 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법{HEAT EXCHANGER ARRANGEMENT FOR AN AIR CONDITIONING SYSTEM AND AIR CONDITIONING SYSTEM OF A MOTOR VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은, 냉매 순환계 및 냉각재 순환계를 갖춘, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트에 관한 것이다. 냉매 순환계는 냉매-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있고, 냉각재 순환계는 냉각재-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있다.
본 발명은 또한, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차용 공기 조화 시스템 및 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있다.
종래의 자동차 공기 조화 시스템은 공기, 특히 객실용 공급 공기를 조절, 이송 및 안내하기 위한 공기 조화 유닛, 냉매 순환계, 그리고 냉각재 순환계 및 제어 유닛을 구비한다. 냉매 순환계 내에서는 냉매가 제1 열 교환기 유체로서 순환하는 한편, 냉각재 순환계 내에서는 냉각재가 제2 열 교환기 유체로서 순환한다. 공기 조화 유닛은 공기를 하우징 내로 흡인하기 위한 그리고 공기를 하우징을 통해서 이송하기 위한 송풍기를 구비한다.
자동차의 공기 조화 유닛은, 흡인된 공기를 세척하거나 필터링 하도록, 발생 가능한 악취를 공기로부터 제거하도록, 공기를 조절하도록, 다시 말해 필요에 따라 냉각 및/또는 탈습 또는 가열하도록 그리고 이어서 공급 공기로서 객실에 공급하도록 형성되어 있다. 따라서, 공기 조화 유닛은 객실의 환기를 위해서 이용된다. 조절된 공기에 의해서는, 한 편으로는 객실 내 공기의 온도가 설정될 수 있고, 다른 한 편으로는 객실 내 공기가 분배될 수 있다.
종래 기술에 공지된 공기 조화 유닛은 객실로부터 유래하는 순환 공기를 위한 유입구 및 주변으로부터 유래하는 신선한 공기를 위한 유입구를 구비한다. 이들 유입구는 공기 안내 장치에 의해서 필요에 따라 개방 또는 폐쇄된다. 송풍기에 의해서 하나 이상의 유입구를 통해 흡인된 공기 질량 흐름은 먼저 냉매 순환계의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기를 통과해서 안내된다. 필요에 따라 그리고 온도 플랩으로서도 지칭되는 추가 공기 안내 장치의 위치에 따라, 증발기를 관류할 때 냉각되는 그리고/또는 탈습되는 공기는 한 편으로는 제1 유동 경로 내로 그리고 이와 동시에 냉각재 순환계의 가열 열 교환기로서 작동되는 냉각재-공기-열 교환기를 통과해서 흐를 수 있고 가열될 수 있다. 이 경우, 가열 열 교환기는 주로 연소 엔진의 폐열을 공급 공기용 열원으로서 이용한다. 다른 한 편으로, 증발기를 관류할 때 냉각되는 그리고/또는 탈습되는 공기는 제1 유동 경로 쪽으로의 바이패스로서 형성된 제2 유동 경로 내로 안내되고, 이로써 냉각재 순환계의 가열 열 교환기를 스쳐서 안내될 수 있다. 이들 유동 경로의 유동 횡단면은 0% 내지 100%에서 무단으로 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 그 다음에, 유동 경로를 통과해서 안내되는 공기 질량 흐름은 작동 모드에 따라 혼합된 상태로 또는 혼합되지 않은 상태로 객실 내부로 안내된다.
증발기를 관류할 때에는, 공기가 원하는 온도 수준으로 냉각된다. 증발기로부터 배출되는 공기의 배출 온도는 통상적으로 2℃ 내지 10℃의 범위 안에 놓여 있다. "재가열(reheat)"로서도 지칭되는 공기 조화 시스템의 작동 모드로서의 소위 재가열 모드 동안에는, 객실에 공급될 공기가 증발기를 관류할 때 냉각되는 동시에 탈습되고, 그 다음에 이어서 탈습된 공기가 약간 가열된다. 재가열 모드에서는, 필요한 재가열 능력이 대부분 공기의 냉각 및 탈습을 위해서 필요한 냉방 능력보다 적다.
공기 조화 시스템의 제어에 의해서, 특별히 온도 플랩을 갖는 공기 조화 유닛의 제어의 의해서, 객실용 공급 공기의 온도가 시스템 내에서 최소값과 최대값 사이에 있는 각각의 임의의 값으로 설정될 수 있다. 가열 열 교환기를 갖춘 제1 유동 경로를 통과하는 그리고 가열 열 교환기 둘레의 바이패스로서의 제2 유동 경로를 통과하는 공기 질량 흐름의 분배에 의해서, 공급 공기의 온도가 원하는 수준으로 설정된다. 제1 유동 경로는 또한 따뜻한 공기 경로로서 지칭되는 한편, 제2 유동 경로는 찬 공기 경로로서 공지되어 있다.
간략히 EV로서 지칭되는 전기차 및 간략히 HEV로서 지칭되는 하이브리드 차량과 같은 전기식으로 구동되는 자동차에서는, 특히 구동 모터에 의해 한 편으로는 객실의 가열을 위해 불충분한 폐열이 얻어짐으로써, 결과적으로 전기식으로 구동되는 자동차의 공기 조화 시스템은 자동차의 작동 효율 및 자동차의 에너지 소비에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 자동차의 에너지 소비 및 작동 효율을 높이기 위하여, 다양한 열원을 이용할 수 있는 열 펌프 기능을 갖춘 공기 조화 시스템이 사용된다.
전기차 또는 하이브리드 차량은 다른 한 편으로 하이 볼트 배터리, 내부 충전 장치, 변압기, 인버터 및 전동기와 같은 추가 구성 요소를 구비하는 형성으로 인해, 대부분 순수한 연소 엔진식 구동 장치를 갖는 자동차보다 높은 냉방 수요 또는 추가의 냉각 수요를 갖는다. 또한, 특히, 통상적으로 0℃ 내지 35℃의 범위 안에, 특히 20℃ 내지 35℃의 범위 안에 놓여 있는 하이 볼트 배터리의 허용된 온도 한계를 유지하기 위해서도, 바람직하게는 활성 냉각 컨셉 및 가열 컨셉의 구현을 위해서 이용되는 열 펌프 기능을 갖춘 시스템이 사용된다. 전기 구동렬의 추가 구성 요소들은 예를 들어 열원으로 이용 가능하다.
종래 기술에는, 배터리의 활성 냉각을 위해, 칠러(chiller)로서도 지칭되고 배터리 또는 구동렬의 다른 구성 요소의 온도를 조절하기 위해 냉각재 순환계와 냉매 순환계를 열적으로 연결시키는 냉매-냉각재-열 교환기를 사용하는 것이 공지되어 있다. 냉매 순환계는 특히 명백하게 주변 공기의 온도 아래에 놓여 있는 온도에서 배터리의 폐열을 흡수하기 위해서 이용된다. 냉매-냉각재-열 교환기에는, 종래 방식에 따라 마찬가지로 냉매의 증발기로서 작동되는 그리고 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 냉매-공기-열 교환기에 대해 평행하게 냉매가 공급됨으로써, 결과적으로 증발기의 배출구에서는 냉매가 동일한 압력 수준을 갖게 된다.
냉매-냉각재-열 교환기는 냉각재 측에서 저온-냉각재 순환계 내부에 통합되어 있으며, 저온-냉각재 순환계는 냉매-냉각재-열 교환기를 이송 장치를 통해서, 특히 냉각재 펌프를 통해서 배터리-열 교환기와 연결시킨다. 배터리-열 교환기 및 이로써 냉각재를 이용한 배터리의 능동적인 가열을 위해, 영어식 표현인 "Positive Temperature Coefficient - Thermistor"에 대해 간략히 PTC-저항으로서 지칭되거나 하이 볼트-PTC에 대해 HV-PTC로서 지칭되는 전기식 저항 가열 장치를 갖는 냉각재 순환계가 형성될 수 있다.
DE 10 2017 114 136 A1호에서는, 냉매 순환계 및 냉각재 순환계를 구비하는 열 시스템을 갖춘 자동차가 기술된다. 냉매 순환계 및 냉각재 순환계는 열 교환기를 통해서 열적으로 서로 연결되어 있다. 냉매 순환계는 객실용 공급 공기의 온도를 조절하기 위해서 그리고 특히 배터리와 같은 자동차의 전기식 구동렬의 구성 요소들의 냉각을 위해서 이용되는 냉각재 순환계로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해서 이용된다.
본 발명의 과제는, 냉매-공기-열 교환기의 장점과 냉각재-공기-열 교환기의 장점을 연결하는, 자동차 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트 또는 열 교환 장치를 제공하는 데 있다. 이 경우에는, 제조 비용, 관리 비용 및 작동 비용 그리고 어레인지먼트의 필요한 설치 공간이 최소로 되어야 한다. 또한, 자동차의 공기 조화 시스템 및 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법이 제안되어야 하며, 이 경우 공기 조화 시스템 및 이로써 자동차는 최대 효율로 작동되어야 한다.
상기 과제는, 독립 특허 청구항의 특징들을 갖는 대상들 및 방법에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.
상기 과제는, 냉매 순환계 및 냉각재 순환계를 갖춘, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템용의 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트에 의해서 해결된다. 냉매 순환계는 냉매-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있고, 냉각재 순환계는 냉각재-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있다.
본 발명의 컨셉에 따라, 열 교환기 어레인지먼트는, 냉매 순환계의 냉매가 공급될 수 있는, 냉매-공기-열 교환기의 하나 이상의 제1 열 교환기 열, 냉각재 순환계의 냉각재가 공급될 수 있는, 냉각재-공기-열 교환기의 하나 이상의 제2 열 교환기 열, 및 냉매 순환계의 냉매가 공급될 수 있는, 냉매-공기-열 교환기의 하나 이상의 제3 열 교환기 열을 구비한다.
열 교환기 열들은 바람직하게 연속으로 공기가 공급될 수 있도록 배열되어 있다. 이 경우, 열 교환기 열들에는 바람직하게 순서에 따라 제1 열 교환기 열, 제2 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열에 연속으로 공기가 공급될 수 있음으로써, 결과적으로 제1 및 제3 열 교환기 열은 각각 열 교환기 어레인지먼트의 외부 열 교환기 열로서 형성되어 있고, 제2 열 교환기 열은 외부 열 교환기 열들 사이에 배열된 중간 열 교환기 열로서 형성되어 있다. 열 교환기 어레인지먼트는 제1 외부 열 교환기 열, 제2 중간 열 교환기 열 및 제3 외부 열 교환기 열의 순서로 공기에 의해서 관류된다.
본 발명의 일 개선예에 따라, 제1 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열은 연속으로 냉매가 공급될 수 있도록 배열되어 있다. 이 경우, 열 교환기 열들에는 바람직하게 제3 열 교환기 및 제1 열 교환기 열의 순서로 연속으로 냉매가 공급될 수 있다. 결국, 열 교환기 어레인지먼트는 바람직하게 제3 열 교환기 및 제1 열 교환기 열의 순서로 냉매에 의해서 관류된다.
본 발명의 한 가지 특별한 장점은, 각각의 열 교환기 열이 유입구 및 배출구를 구비하여 형성되어 있다는 데 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 제3 열 교환기 열의 배출구와 제1 열 교환기 열의 유입구는 냉매의 통과를 위하여 연결 라인을 통해 서로 연결되어 있다.
제3 열 교환기 열의 배출구 및 제1 열 교환기 열의 유입구는 바람직하게 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 제1 측면에 형성되어 있다. 또한, 바람직하게 제3 열 교환기 열의 유입구 및 제1 열 교환기 열의 배출구는 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 제2 측면에 제공되어 있다.
냉각재를 통과시키기 위한 제2 열 교환기 열의 유입구 및 배출구는 바람직하게 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 일 측면에 형성되어 있다.
이 경우, 제1 열 교환기 열의 유입구, 제2 열 교환기 열의 유입구 및 배출구, 그리고 제3 열 교환기 열의 배출구는 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 제1 측면에 제공될 수 있다.
제1 측면 및 제2 측면은 바람직하게 서로 마주 놓이도록 그리고 이로써 서로로부터 멀어지는 방향을 향하도록 열 교환기 어레인지먼트에 배열되어 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 열 교환기 열들은 각각 서로에 대해 평행하게 배열된 2개의 수집기 파이프 사이에서 연장되는 유동 경로들로부터 형성되어 있다. 이 경우, 유동 경로들은 바람직하게 파이프, 특히 서로에 대해 평행하게 배열된 플랫 파이프로부터 형성되어 있다.
제1 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열의 수집기 파이프들은 바람직하게 수평 방향으로 배열되어 있는 한편, 제1 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열의 유동 경로들은 수직 방향으로 배열되어 있다.
본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따라, 제2 열 교환기 열의 수집기 파이프들은 수직 방향으로 정렬되어 있고, 제2 열 교환기 열의 유동 경로들은 수평 방향으로 정렬되어 있다.
본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따라, 열 교환기 열의 수집기 파이프들은 공동의 제1 방향으로 배열되어 있고, 유동 경로의 파이프들은 공동의 제2 방향으로 배열되어 있으며, 이 경우 유동 경로의 이웃하여 배열된 파이프들 사이에는 열 교환기 열들 위로 연장되는 리브가 형성되어 있다.
본 발명의 일 개선예에 따라, 열 교환기 열들은 연결 요소를 통해 기계적으로 서로 연결되어 있고, 서로에 대해 고정되어 있다.
상기 과제는, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한, 자동차용의 본 발명에 따른 공기 조화 시스템에 의해서도 해결된다. 공기 조화 시스템은, 압축기, 커패시터/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기, 제1 증발기로서 작동되고 냉매의 유동 방향으로 볼 때 앞에 배치된 제1 팽창 기관을 갖는 냉매-공기-열 교환기, 및 제2 증발기로서 작동되고 냉매의 유동 방향으로 볼 때 앞에 배치된 제2 팽창 기관을 갖는 냉매-냉각재-열 교환기를 갖춘 냉매 순환계, 및 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기를 갖춘 냉각재 순환계를 구비한다.
냉매의 액화가 예컨대 냉매 R134a를 사용하는 임계 이하의 모드에서 이루어지거나 이산화탄소를 사용하는 특정 주변 조건에서 이루어지면, 열 교환기는 커패시터로서 지칭된다. 열 교환의 일 부분은 일정한 온도에서 이루어진다. 임계 이하의 모드에서 또는 열 교환기 내에서의 초 임계 열 송출의 경우에는, 냉매의 온도가 계속해서 감소한다. 이 경우, 열 교환기는 가스 냉각기로서도 지칭된다. 초 임계 모드에서는, 특정 주변 조건에서 또는 예컨대 냉매를 사용하는 냉매 순환계의 작동 방식에서 이산화탄소가 발생할 수 있다.
본 발명의 컨셉에 따라, 냉각재 순환계는 냉각재와 객실용 공급 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기를 구비하며, 이 경우 공기 조화 시스템은 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트를 구비하여 형성되어 있다. 냉각재-공기-열 교환기는 냉각재로부터 객실용 공급 공기로 열을 전달하도록 구성 및 배열되어 있을 뿐만 아니라 또한 공급 공기로부터 냉각재로 열을 전달하도록 구성 및 배열되어 있다.
본 발명의 일 개선예에 따라, 제1 팽창 기관을 갖는 냉매-공기-열 교환기는 제1 유동 경로 내부에 배열되어 있고, 제2 팽창 기관을 갖는 냉매-냉각재-열 교환기는 냉매 순환계의 제2 유동 경로 내부에 배열되어 있다. 유동 경로들은 각각 분기 지점으로부터 냉매 순환계의 입구 지점까지 연장되고, 서로에 대해 평행하게 배열되어 있으며, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉매를 공급받을 수 있도록 형성되어 있다.
또한, 냉매 순환계는 내부 열 교환기를 구비하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 내부 열 교환기란, 고압 상태의 냉매와 저압 상태의 냉매 사이에서의 열 교환을 위해 이용되는 순환계 내부 열 교환기로서 이해될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 한 편으로는 액체 냉매가 응축 또는 액화 후에 계속 냉각되고, 다른 한 편으로는 흡입 가스가 압축기 앞에서 과열된다.
또한, 냉매 순환계는, 저압 측에 배열되어 있고 커패시터로서도 지칭되는 냉매 수집기를 구비하여 형성될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 공기 조화 시스템은 객실용 공급 공기를 하우징을 통해서 이송하기 위한 송풍기를 갖춘 공기 조화 유닛을 구비한다. 이 경우, 열 교환기 어레인지먼트는 하우징 내부에서 바람직하게 상기 하우징의 전체 유동 횡단면을 차지하도록 배열되어 있다.
하우징은 바람직하게 제1 유동 경로 및 제2 유동 경로를 구비하며, 이들 유동 경로는 서로에 대해 평행하게 배열되어 있고, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 공급 공기를 공급받을 수 있도록 형성되어 있다. 제1 유동 경로 내부에 가열 열 교환기가 배열되어 있다. 이때, 제2 유동 경로는 제1 유동 경로 쪽으로의 바이패스로서 형성되어 있다.
본 발명의 한 가지 특별한 장점은, 배터리-열 교환기가 냉매 순환계의 제1 유동 경로 내부에 배열되어 있고, 냉각재-공기-열 교환기가 냉매 순환계의 제2 유동 경로 내부에 배열되어 있다는 데 있다. 이들 유동 경로는 각각 분기 지점으로부터 입구 지점까지 연장되고, 서로에 대해 평행하게 배열되어 있으며, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉각재를 공급받을 수 있도록 형성되어 있다.
따라서, 자동차의 공기 조화 시스템은, 배터리의 온도를 허용 가능한 범위 안에서 설정하기 위하여, 열적인 시스템, 특히 자동차의 구동 구성 요소용 열 관리 시스템, 특별히 배터리와 결합되어 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 냉각재 순환계 내부에서는, 열을 냉각재로 전달하기 위한 추가 가열 열 교환기 및 냉매-냉각재-열 교환기가 연속으로 냉각재를 공급받을 수 있도록 냉각재의 유동 방향으로 입구 지점과 분기 지점 사이에 배열되어 있다.
상기 과제는 또한, 조절될 객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 그리고 가열 모드 또는 재가열 모드에서의 작동을 위해, 컨셉에 따른 자동차 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해서도 해결된다.
본 발명의 컨셉에 따라, 객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드에서 공기 조화 시스템이 작동되는 경우에는, 공급 공기로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기를 갖는 냉매 순환계의 제1 유동 경로에 냉매가 공급되고, 냉각재로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해 제2 증발기로서 작동되는 냉매 순환계의 냉매-냉각재-열 교환기를 갖는 제2 유동 경로에 냉매가 공급된다. 이 경우, 이송 장치에 의해 냉각재 순환계를 통과해서 이송되는 냉각재는 적어도 냉매-냉각재-열 교환기와 냉각재-공기-열 교환기 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환되며, 그 결과 냉각재-공기-열 교환기 내에서 냉각재에 의해 공급 공기로부터 흡수된 열이 냉매-냉각재-열 교환기 내에서 냉매로 전달된다.
본 발명의 일 개선예에 따라, 공급 공기는 열을 냉매로 그리고 냉각재로 전달하기 위해 열 교환기 어레인지먼트를 통과해서 안내되며, 이 경우 열 교환기 어레인지먼트는 냉매-냉각재-열 교환기로서 형성된 구성 요소 및 냉각재-공기-열 교환기로서 형성된 하나 이상의 구성 요소를 구비한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 냉각재는 배터리의 능동적인 냉각 모드에서 작동되는 경우에 자동차 구동렬의 구성 요소로서, 적어도 냉매-냉각재-열 교환기와 배터리-열 교환기 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 그 결과 배터리-열 교환기 내에서 냉각재에 의해 배터리로부터 흡수된 열은 냉매-냉각재-열 교환기 내에서 냉매로 전달된다.
본 발명의 또 다른 컨셉에 따라, 공기 조화 시스템이 객실용 공급 공기를 위한 가열 모드에서 작동되는 경우에는, 이송 장치에 의해 냉각재 순환계를 통과해서 이송되는 냉각재가 적어도 냉각재-공기-열 교환기와 추가 열 교환기 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 그 결과 추가 열 교환기 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열이 냉각재-공기-열 교환기 내에서 공급 공기로 전달된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 자동차 구동렬의 구성 요소로서의 배터리가 가열 모드에서 작동하는 경우에는, 냉각재가 추가 가열 열 교환기와 배터리 열 교환기 사이에서 적어도 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 그 결과 추가 가열 열 교환기 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열이 배터리-열 교환기 내에서 배터리로 전달된다.
공기 조화 시스템, 특히 냉매 순환계는 사용된 냉매와 무관하게 설계되었고, 이로써 또한 R134a, R744, R1234yf 또는 다른 냉매용으로도 설계되었다.
본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트 또는 열 교환기 어레인지먼트를 갖는 본 발명에 따른 공기 조화 시스템은 다양한 장점들을 갖는다. 열 교환기 어레인지먼트는 조합 열 교환기로서 냉매-공기-증발기를 대체하고, 냉각재-공기-열 교환기와 조합된 상태로 공기 조화 유닛 내부에 배열되어 있으며, 이 경우에는 냉매-공기-열 교환기의 장점과 냉각재-공기-열 교환기의 장점이 하나의 구성 요소 내에 통합되어 있다. 이 경우, 열 교환기 어레인지먼트는 객실용 공급 공기의 냉각을 위해서뿐만 아니라 가열을 위해서도 작동될 수 있으며, 이와 같은 상황은 공기 조화 시스템의 작동 중에 최대 효율에서 최소의 설치 공간을 결과로서 야기한다. 공기 조화 시스템의 효율적인 작동은 더 적은 에너지 소비를 유도하고, 이로써 자동차의 더 높은 유효 범위를 유도한다. 또한, 열 교환기 어레인지먼트 및 공기 조화 시스템은 제조 및 관리시에 그리고 작동 동안에 더 적은 비용을 야기한다.
본 발명의 또 다른 세부 사항, 특징들 및 장점들은 관련 도면들을 참조해서 이루어지는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 나타난다. 여기서:
도 1은 구동 구성 요소, 특히 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계로 송출하기 위한 냉각재 순환계를 갖춘, 공기 조화 시스템의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한, 종래 기술에 따른 냉매 순환계를 도시하고,
도 2는 구동 구성 요소, 특히 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계로 송출하기 위한 그리고 열을 객실용 공급 공기와 함께 전달하기 위한 냉각재 순환계를 갖춘, 본 발명에 따른 공기 조화 시스템의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한 냉매 순환계를 도시하며,
도 3은 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기 및 객실용 공급 공기와 냉각재 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기의 공기 조화 유닛 내부에서의 배열 상태를 도시하고,
도 4a는 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기와 냉각재-공기-열 교환기의 조합 열 교환기로서의 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트를 사시도로 도시하며,
도 4b는 열 교환기 어레인지먼트를 측면도로 도시하고,
도 5는 객실용 공급 공기의 냉각 장치 모드에서 그리고 배터리의 냉각 모드에서 동작하는 경우에, 도 2에 도시된 공기 조화 시스템을 도시하며, 그리고
도 6은 객실용 공급 공기의 가열 모드에서 그리고 배터리의 가열 모드에서 동작하는 경우에, 도 2에 도시된 공기 조화 시스템을 도시한다.
도 1은, 구동 구성 요소, 특히 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계(2')로 송출하기 위한 냉각재 순환계(3')를 갖춘, 공기 조화 시스템(1')의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한, 종래 기술에 따른 냉매 순환계(2')를 보여준다.
냉매 순환계(2')는, 압축기(4), 커패시터/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기(5), 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6), 그리고 제2 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기(12) 및 상기 증발기(6, 12)에 할당된 팽창 기관(7, 13)을 구비하여 형성되어 있다. 증발기(6, 12)는 서로 동시에 냉매를 공급받을 수 있도록 배열되어 있다.
제1 증발기(6)는 앞에 놓인 팽창 기관(7)을 구비하여 제1 유동 경로(8) 내부에 배열되어 있으며, 제1 유동 경로는 분기 지점(9)으로부터 입구 지점(10)까지 연장된다. 냉매-공기-열 교환기로서 형성된 제1 증발기(6)는 객실용 공급 공기를 조절하도록, 특히 냉각 및/또는 탈습하도록 구성되어 있다.
제2 증발기(12)는 앞에 놓인 팽창 기관(13)을 구비하여 제2 유동 경로(11) 내부에 배열되어 있으며, 제2 유동 경로는 마찬가지로 분기 지점(9)으로부터 입구 지점(10)까지 연장되고, 이로써 제1 유동 경로(8)에 대해 평행하게 진행한다. 냉매 순환계(2')의 냉매-냉각재-열 교환기로서 형성되었고 냉매 순환계(2')를 냉매 순환계(3')와 열적으로 연결시키는 제2 증발기(12)는, 열을 냉각재 순환계(3')의 냉각재로부터 냉매 순환계(2')의 냉매로 전달하도록 구성되어 있다.
팽창 기관(7, 13)은 바람직하게 팽창 밸브로서 형성되어 있으며, 이들 팽창 밸브에 의해서 냉매의 질량 흐름이 유동 경로(8, 11)를 통과하는 부분 질량 흐름으로 세분될 수 있다. 이 경우, 증발기(6, 12)를 통과하는 질량 흐름은 0% 내지 100%에서 무단으로 설정될 수 있다. 부분 질량 흐름은 입구 지점(10)에서 합쳐진다.
압축기(4)는 공기 조화 시스템(1'), 특히 냉매 순환계(2')의 작동 모드에 따라 냉매를 유동 경로(8, 11)로부터 흡인한다. 냉매 순환계(2')는 폐쇄되어 있다.
냉각재 순환계(3')는, 냉매용 증발기로서 작동되고 냉매 순환계(2')에 대한 열적 연결부로서 이용되는 냉매-냉각재-열 교환기(12) 외에 이송 장치(30), 특별히 냉각재 펌프, 및 열을 냉각재로 전달하기 위한 추가 가열 열 교환기(31)를 구비한다. 추가 가열 열 교환기(31), 냉매-냉각재-열 교환기(12) 및 이송 장치(30)는 연속으로 냉각재를 공급받을 수 있도록 냉각재 순환계(3') 내에 배열되어 있다. 추가 가열 열 교환기(31), 바람직하게 저항 가열 장치와 같은 전기식 추가 가열기에 의해서는, 필요시 냉각재에 의해서 송출될 열로 추가의 열이 제공될 수 있다.
냉각재 순환계(3')는 구동렬의 구성 요소, 특히 배터리를 냉각시키기 위하여 배터리-열 교환기(32)를 구비하여 형성되어 있다. 배터리-열 교환기(32)에 의해서는, 열 교환기를 통과해서 흐르는 냉각재와 직접 배터리 사이에서, 특히 하이 볼트 배터리 사이에서 열이 전달될 수 있다. 냉각재 순환계(3') 내에서 순환하고 특히 구동렬의 구성 요소로서의 배터리를 조절하기 위한, 특별히 냉각시키기 위한 냉각재는 냉매-냉각재-열 교환기(12)를 관류할 때에 능동적으로 냉각된다.
도 2에는, 구동 구성 요소, 특히 배터리, 특별히 하이 볼트 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계(2)로 송출하기 위한 그리고 열을 객실용 공급 공기와 함께 전달하기 위한 냉각재 순환계(3)를 갖춘, 본 발명에 따른 공기 조화 시스템(1)의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한 냉매 순환계(2)가 도시되어 있다.
냉매 순환계(2)는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템(1')의 냉매 순환계(2')와 유사하게 형성되어 있다. 냉매 순환계(2, 2')의 중요한 차이점은, 도 2에 따른 냉매 순환계(2) 내에서 조합된 열 교환기로서 또는 조합 열 교환기로서 열 교환기 어레인지먼트(40) 내에 형성되어 있는, 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)의 형성에 있다. 이 경우, 냉매 순환계(2, 2')의 동일한 구성 요소들에는 동일한 참조 부호들이 제공되어 있다.
도 1에 도시된 공기 조화 시스템(1')의 냉각재 순환계(3')와 비교할 때, 구동렬의 구성 요소, 특히 배터리를 냉각시키기 위한 도 2에 도시된 공기 조화 시스템(1)의 냉각재 순환계(3)도 배터리-열 교환기(32)를 구비하여 제1 유동 경로(33) 내부에 배열된 상태로 형성되어 있다. 제1 유동 경로(33)는 분기 지점(34)으로부터 입구 지점(35)까지 연장된다.
냉각재 순환계(3)의 제1 유동 경로(33)에 대해 평행하게, 마찬가지로 분기 지점(34)으로부터 입구 지점(35)까지 연장되는 제2 유동 경로(36)가 제공되어 있다. 제2 유동 경로(36) 내부에는, 객실용 공급 공기와 냉각재 순환계(3)의 냉각재 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기(37)가 배열되어 있다. 분기 지점(34)은 바람직하게, 냉각재의 질량 흐름을 유동 경로(33, 36)를 통과하는 부분 질량 흐름으로 세분할 수 있는 3-방향-밸브로서 형성되어 있다. 이 경우, 냉각제의 질량 흐름은 0% 내지 100%에서 무단으로 설정될 수 있다. 부분 질량 흐름은 입구 지점(35)에서 재차 합쳐진다.
냉각재 순환계(3)의 냉각재-공기-열 교환기(37)는, 냉매 순환계(2)의 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)를 조합된 열 교환기로서 또는 조합 열 교환기로서 구비하여 열 교환기 어레인지먼트(40) 내에 배열되어 있다.
도 3은, 냉매의 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6) 및 객실용 공급 공기와 냉각재 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기(37)의 공기 조화 유닛(60) 내부에서의 배열 상태를 보여준다. 냉매-공기-열 교환기(6) 및 냉각재-공기-열 교환기(37)는 열 교환기 어레인지먼트(40) 내에 있는 조합 열 교환기로서 그리고 이로써 하나의 유닛으로서 형성되어 있다.
공기 조화 유닛(60)은, 객실로부터 유래하는 순환 공기용 유입구(63) 및 주변으로부터 유래하는 신선한 공기용 유입구(64)를 갖는 하우징(61)을 구비한다. 유입구(63, 64)는 공기 안내 장치(65)에 의해서 필요에 따라 개방 또는 폐쇄되며, 이 경우 유입구(63, 64)의 유동 횡단면은 0% 내지 100%에서 무단으로 차단 또는 개방될 수 있다.
송풍기(62)에 의해서 유입구(63, 64) 중 하나 이상의 유입구를 통해 흡입되는 공기 질량 흐름은 먼저 열 교환기 어레인지먼트(40)를 통과해서 안내된다. 열 교환기 어레인지먼트(40)는 냉매-공기-열 교환기(6)의 2개의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)로부터 형성되어 있다. 냉매-공기-열 교환기(6)의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b) 사이에 열 교환기 어레인지먼트(40)의 추가 열 교환기 열(40-37)로서의 냉각재-공기-열 교환기(37)가 배열되어 있음으로써, 결과적으로 조절될 공급 공기는 유동 방향(66)으로 연속으로 냉매-공기-열 교환기(6)의 제1 열 교환기 열(40-6a), 제2 열 교환기 열(40-37)로서의 냉각재-공기-열 교환기(37), 및 냉매-공기-열 교환기(6)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 관류하게 된다. 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)은 열 교환기 어레인지먼트(40)로서 각각 하우징(61)의 전체 유동 횡단면을 차지하도록 형성되어 있다.
필요에 따라 그리고 공기 안내 장치(67), 특히 온도 플랩의 위치에 따라, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류할 때 적어도 예비 조절된 공기는, 한 편으로 제1 유동 경로 내부로 흐를 수 있는 동시에 가열 열 교환기(68)를 통과해서 흐를 수 있으며, 가열될 수 있다. 다른 한 편으로, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류할 때 적어도 예비 조절된 공기는, 제1 유동 경로 쪽 바이패스로서 형성된 제2 유동 경로 내부로 안내될 수 있고, 이로써 가열 열 교환기(68)를 스쳐서 안내될 수 있다.
유동 경로의 유동 횡단면은 0% 내지 100%에서 무단으로 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 그 다음에, 유동 경로를 통과해서 안내되는 공급 공기의 질량 흐름이 작동 모드에 따라 혼합된 상태에서 또는 혼합되지 않은 상태에서 유동 방향(66)으로 객실 내부로 안내된다.
가열 열 교환기(68)는 하우징(61)의 제1 유동 경로의 전체 유동 횡단면을 차지하도록 배열되어 있고, 예를 들어 냉각재 순환계의 냉각재-공기-열 교환기로서, 간략히 공기-PTC로서 지칭되는 전기식 저항 가열 장치로서, 특히 전기식 저항-공기 가열 장치로서, 냉매 순환계의 내부 공간-커패시터/가스 냉각기 또는 객실용 공급 공기를 가열하기 위한 임의의 다른 장치로서 형성될 수 있다.
공기 조화 시스템(1)의 작동 모드에 따라, 냉각재 순환계(3)의 냉각재-공기-열 교환기(37)를 갖춘 열 교환기 어레인지먼트(40)는, 특히 또한 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)와 더불어, 냉각을 위한 냉각재 기반의 확장된 냉각 열 교환기로서 이용될 수 있거나, 객실 내부로 유입되는 공급 공기를 가열하기 위한 가열 열 교환기로서 이용될 수 있다. 열 교환기 어레인지먼트(40)는 조합 열 교환기로서, 냉매 순환계(2)와도 연결되어 있고, 냉각재 순환계(3), 특별히 저온 냉각재 순환계와도 연결되어 있다.
도 4a 및 도 4b에는, 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)와 냉각재-공기-열 교환기(37)의 조합 열 교환기로서의 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트(40)가 사시도로 그리고 측면도로 도시되어 있다.
열 교환기 어레인지먼트(40)는 3열의 직교 대향류(cross counterflow)-열 교환기로서 형성되어 있으며, 이 경우 공기 유동 방향(66)으로 외부에 배열된 제1 열 교환기 열(40-6a) 및 제3 열 교환기 열(40-6b)에는 냉매가 공급될 수 있는 한편, 외부 열 교환기 열(40-6a, 40-6b) 사이에 배열된 중간의 제2 열 교환기 열(40-37)은 냉각재에 의해서 관류될 수 있다. 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 순서에 대한 지시는 객실용 공급 공기의 유동 방향(66) 및 공급 공기가 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)을 연속해서 흐르는 것과 관련이 있다.
냉매는, 제3 열 교환기 열(40-6b)에 형성된 유입구(41)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40) 내부로 흐르고, 연결 라인(43)을 통해 제1 열 교환기 열(40-6a)로 안내되며, 제1 열 교환기 열(40-6a)에 형성된 배출구(45)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40)로부터 배출된다. 연결 라인(43)에 의해서는, 제3 열 교환기 열(40-6b)에 제공된 냉매용 배출구(42)가 제1 열 교환기 열(40-6a)에 제공된 냉매용 유입구(44)와 결합되어 있다. 따라서, 팽창 기관(7)으로부터 배출되고 2-위상 영역에 존재하는 냉매는 제3 열 교환기 열(40-6b) 내부로 안내되고, 제3 열 교환기 열(40-6b)로부터 제1 열 교환기 열(40-6a)로 전달되며, 제1 열 교환기 열(40-6a)로부터 방출된 후에 압축기(4)에 의해서 흡인된다.
냉매의 제3 열 교환기 열(40-6b)의 유입구(41) 및 냉매의 제1 열 교환기 열(40-6a)의 배출구(45)는 각각 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 제1 전면에 그리고 이로써 열 교환기 어레인지먼트(40)의 공동의 제1 측면에 배열되어 있다. 또한, 연결 라인(43)을 통해서 서로 결합된 냉매의 제3 열 교환기 열(40-6b)의 배출구(42) 및 냉매의 제1 열 교환기 열(40-6a)의 유입구(44)는 각각 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 제1 전면에 마주 놓여 있는 제2 전면에 그리고 이로써 열 교환기 어레인지먼트(40)의 공동의 제2 측면에 형성되어 있다.
냉매가 공급되는 외부 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)은 수직 방향으로 그리고 서로에 대해 평행하게 정렬된 유동 경로를 구비한다. 이들 유동 경로는 파이프, 특히 플랫 파이프로부터 형성되어 있으며, 이들 파이프는 각각 수평 방향으로 정렬 배열된 2개의 수집기 파이프 사이에서 연장된다. 각각 제1 수집기 파이프에 형성된 유입구(41, 44)를 통과해서 열 교환기 열(40-6a, 40-6b) 내부로 유입되는 냉매는 제1 수집기 파이프 내에서 유동 경로로 분배된다. 그 다음에, 냉매는 유동 경로를 형성하는 파이프를 통과해서 제2 수집기 파이프로 흐르고 혼합된다. 이때, 각각의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)은 플루트(flute)로서도 지칭되는 상이한 개수의 파이프를 갖는 복수의 냉매 관통구를 구비할 수 있다. 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 플루트의 개수에 따라, 수집기 파이프 내의 냉매는 유동 방향으로 방향 전환되고, 다른 유동 경로를 통해서 마주 놓여 있는 수집기 파이프로 역으로 안내되거나 개별 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 제2 수집기 파이프로부터 외부로 안내된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 열 교환기 어레인지먼트(40)의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)은 바람직하게 편류(single-flow)로 형성되어 있지만, 또한 냉매를 위한 홀수 개수의 플루트를 구비할 수도 있다.
냉각재는, 제2 열 교환기 열(40-37)에 형성된 유입구(46)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40) 내부로 흐르고, 마찬가지로 제2 열 교환기 열(40-37)에 형성된 배출구(47)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40)로부터 배출된다. 냉각재의 제2 열 교환기 열(40-37)의 유입구(46) 및 배출구(47)는 상기 열 교환기 열(40-37)의 공동의 일 전면에 그리고 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제2 전면에 배열되어 있다.
냉각재가 공급되는 내부 또는 중간 열 교환기 열(40-37)은 수평 방향으로 그리고 서로에 대해 평행하게 정렬된 유동 경로를 구비한다. 이들 유동 경로는 파이프, 특히 플랫 파이프로부터 형성되어 있으며, 이들 파이프는 각각 수직 방향으로 정렬 배열된 2개의 수집기 파이프 사이에서 연장된다. 각각 제1 수집기 파이프에 형성된 유입구(46)를 통과해서 열 교환기 열(40-37) 내부로 유입되는 냉각재는 제1 수집기 파이프 내에서 유동 경로로 분배된다. 그 다음에, 냉각재는 유동 경로를 형성하는 파이프를 통과해서 제2 수집기 파이프로 흐르고 혼합되며, 유동 방향으로 방향 전환되어 다른 유동 경로에 분배된다. 제2 열 교환기 열(40-37)도 마찬가지로 플루트로서 지칭되는 상이한 개수의 파이프를 갖는 2개 이상의 냉각재 관통구를 구비함으로써, 결과적으로 냉각재는 유동 경로를 통과해서 제1 수집기 파이프로 역류된다. 그 다음에, 냉각재는 제2 열 교환기 열(40-37)의 배출구(47)로부터 외부로 안내된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제2 열 교환기 열(40-37)은 바람직하게 복류(double-flow)로 형성되어 있지만, 또한 냉각재를 위한 짝수 개수의 플루트를 구비할 수도 있다.
또한, 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 파이프들은 임의의 방위로, 다시 말해 각각 수직 방향으로 또는 수평 방향으로 정렬될 수 있다. 이 경우, 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 파이프들은 항상 공동의 일 방향으로 그리고 서로에 대해 평행하게 배열되어 있다.
열 교환기 어레인지먼트(40)의 그리고 이로써 3개의 모든 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 모든 파이프가 동일하게 정렬된 경우에는, 공기 측에 연속으로 형성된 그리고 이로써 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b) 위로 연장되는 리브(49) 또는 블레이드(blade)가 제공될 수 있으며, 이들은 열 교환기 어레인지먼트(40)의 전체 코어를 통과해서 연장된다. 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 파이프들 사이에 배열되어 있고 이들 파이프를 서로 연결시키는 리브(49)에 의해서는, 예를 들어 열 교환기 면적이 확대된다.
열 교환기 어레인지먼트(40)를 고정시키기 위해, 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)은 또한 연결 요소(48)를 통해 기계식으로 서로 결합되어 있다.
도 5 및 도 6에는, 도 2에 도시된 공기 조화 시스템(1)의 다양한 작동 모드가 도시되어 있다. 냉매 순환계(2) 내부에서의 냉매의 유동 방향 및 냉각재 순환계(3) 내부에서의 냉각재의 유동 방향은 각각 화살표에 의해서 표시되어 있다.
도 5에는, 객실용 공급 공기의 냉각 장치 모드에서 그리고 배터리의 냉각 모드에서 동작하는 경우에, 공기 조화 시스템이 도시되어 있다.
공기 조화 유닛(60)을 통과해서 안내되는 객실용 공급 공기는, 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)의 외부 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 열 교환 면을 관류할 때에 그리고 열 교환기 어레인지먼트(40)의 구성 요소로서의 냉각재-공기-열 교환기(37)이 중간 열 교환기 열(40-37)을 관류할 때에 냉각 및/또는 탈습된다. 열 교환기 어레인지먼트(40)를 통과해서 흐르는 공급 공기를 조절하기 위하여, 열 교환기 어레인지먼트(40)에는 냉매뿐만 아니라 냉각재도 공급된다.
가열 열 교환기(68)에는, 공기 조화 유닛(60)의 제2 유동 경로를 통과해서 가열 열 교환기(68) 둘레로 안내되는 공급 공기가 제공되지 않는다. 이로써, 가열 열 교환기(68) 내에서는 열이 전혀 전달되지 않게 된다.
냉매에 의해서 냉매 순환계(2)로부터 방출되는 열은 커패시터/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기(6) 내에서 완전히 전달된다. 그 다음에, 냉매가 유동 경로(8, 11)에 분배된다. 제1 증발기(6)의 제1 팽창 기관(7) 내에서 그리고 제2 증발기(12)의 제2 팽창 기관(13) 내에서는, 각각 냉매의 부분 질량 흐름이 저압 수준으로 이완되고, 증발기(6, 12)를 관류할 때 열 흡수에 의해서 증발된다. 냉매 순환계의 부분 질량 흐름은 입구 지점(10)에서 혼합되고, 압축기(4)에 의해서 흡인된다.
3-방향-밸브로서 형성된 분기 지점(34)의 위치를 이용해서, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3) 내부에서 이송되는 냉각재는, 제1 유동 경로(33)를 통과하고 이로써 배터리-열 교환기(32)를 통과하는 제1 부분 흐름, 및 제2 유동 경로(36)를 통과하고 이로써 냉각재-공기-열 교환기(37)를 통과하는 제2 부분 흐름으로 세분된다. 냉각재가 한 편으로는 냉매 순환계(2)의 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기(12)와 다른 한 편으로는 배터리-열 교환기(32) 및 냉각재-공기-열 교환기(37) 사이에서 순환됨으로써, 결과적으로 배터리-열 교환기(32) 내에서 배터리에 의해 흡수된 열뿐만 아니라 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 객실용 공급 공기에 의해 냉각재로부터 흡수된 열도 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서 완전히 냉매로 송출된다. 냉각재의 부분 질량 흐름은 입구 지점(35)에서 혼합된다. 추가 가열 열 교환기(31)는 작동하지 않는다.
냉매-냉각재-열 교환기(12)는, 냉방 능력을 객실용 공급 공기를 위해서 그리고 주로 배터리를 냉각시키기 위해서 제공하도록 작동된다. 이 경우, 냉각재는, 주변 온도 값 아래에 놓여 있는 온도 값으로 냉각된다.
열 교환기 어레인지먼트(40)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 통과해서 흐르는 냉매의 액체 상태의 적어도 일 부분이 증발된다. 그 다음에 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제1 열 교환기 열(40-6a)을 관류할 때에, 냉매의 액체 상태가 완전히 증발되고, 이때부터 증기 형태의 냉매는 상황에 따라 과열된다. 과열을 보장하기 위하여, 더 높은 온도의 공급 공기가 제1 열 교환기 열(40-6a)를 스쳐서 흐른다. 제1 열 교환기 열(40-6a)을 관류할 때에, 공급 공기가 예비 냉각되고, 그 다음에 제2 열 교환기 열(40-37)에서 계속 냉각된다. 마지막으로, 공급 공기는 원하는 온도로 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제3 열 교환기 열(40-6b)로부터 배출된다.
열 교환기 어레인지먼트(40)에 의해서 객실 공급 공기에 대한 냉각 능력이 확장되는데, 그 이유는 냉매뿐만 아니라 냉각재까지도 공급 공기의 조절을 위해서 사용되기 때문이다. 냉매와 냉각재의 조합된 사용에 의해서는, 또한 객실용 공급 공기의 냉각을 위한 더욱 신속한 냉각 다이내믹과 더불어 더 높은 냉방 능력이 제공될 수 있다. 이 경우, 또한 한 편으로는, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류하는 공급 공기가 종래의 냉매-증발기를 사용하는 경우보다 더 냉각될 수 있다. 다른 한 편으로는, 냉매가 더 높은 온도로 과열될 수 있으며, 이 경우에는 더 높은 과열도 허용될 수 있다. 공기 조화 시스템(1)은 종래의 시스템들보다 높은 효율로 작동될 수 있다.
3개의 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)을 갖는 열 교환기 어레인지먼트(40)의 사용에 의해서, 열 교환기 어레인지먼트(40)의 배출구에서는 공급 공기의 매우 균일한 온도 맵이 설정된다.
열 교환기 어레인지먼트(40)의 제2 열 교환기 열(40-37)의 냉각제 관통구는, 동일한 조건하에 공기 측에서는 증발기로서 작동되는 종래의 냉매-공기-열 교환기의 경우보다 적은 압력 강하가 발생하도록 형성되어 있다.
도면에 도시되지 않은 재가열 모드에서는, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류할 때 냉각된 그리고/또는 탈습된 공급 공기가 공기 조화 유닛(60)의 제1 유동 경로를 통과해서 안내되고, 가열 열 교환기(68)를 관류할 때에 가열된다. 공기 안내 장치(67)는, 공기의 적어도 일 부분 질량 흐름이 제1 유동 경로를 통과해서 안내되도록 설정되어 있다.
도 6은, 냉각재 순환계(3)의 추가 열 교환기(31)의 작동과 더불어, 객실용 공급 공기의 가열 모드에서 그리고 배터리의 가열 모드에서 동작하는 경우에, 공기 조화 시스템(1)을 보여준다. 냉매 순환계(2)의 압축기(4)는 작동하지 않는다. 냉매 순환계(2) 내에서 냉매가 순환되지 않음으로써, 결과적으로 열이 전혀 전달되지 않는다.
공기 조화 유닛(60)을 통과해서 안내되는 객실용 공급 공기는, 열 교환기 어레인지먼트(40)의 구성 요소로서의 냉각재-공기-열 교환기(37)의 중간 열 교환기 열(40-37)의 열 교환 면을 관류할 때에 가열된다. 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류하는 공급 공기를 조절하기 위하여, 열 교환기 어레인지먼트(40)에는 오로지 냉각재만 공급된다. 또한, 가열 열 교환기(68)에는, 공기 조화 유닛(60)의 제1 유동 경로를 통과해서 안내되는 공급 공기가 제공될 수 있다. 이로써, 열 교환기 어레인지먼트(40)는, 공급 공기를 예비 가열한 후에 가열 열 교환기(68) 내에서 원하는 온도로 가열하기 위하여, 객실용 공급 공기를 가열하기 위한 유일한 열원으로서 또는 추가 가열 장치로서 사용될 수 있다.
3-방향-밸브로서 형성된 분기 지점(34)의 위치를 이용해서, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3) 내부에서 이송되는 냉각재는, 제1 유동 경로(33)를 통과하고 이로써 배터리-열 교환기(32)를 통과하는 제1 부분 흐름, 및 제2 유동 경로(36)를 통과하고 이로써 냉각재-공기-열 교환기(37)를 통과하는 제2 부분 흐름으로 세분된다. 냉각재는 한 편으로는 추가 가열 열 교환기(31)와 다른 한 편으로는 배터리-열 교환기(32) 및 냉각재-공기-열 교환기(37) 사이에서 순환된다. 냉각재의 부분 질량 흐름은 입구 지점(35)에서 혼합된다. 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)는, 전체 냉매 순환계(2)와 마찬가지로 작동하지 않는다.
추가 가열 열 교환기(31)는, 특히 전기식 저항 가열 장치를 사용해서 냉각재를 주변 온도 값 위에 있는 온도 값으로 가열하도록 그리고 결과적으로 객실용 공급 공기를 위한 그리고 배터리를 가열하기 위한 열 출력을 제공하도록 작동된다.
따라서, 입구 지점(35)에서 혼합된 냉각재는 열을 흡수하기 위하여 추가 가열 열 교환기(31)를 관류하게 된다. 냉매-냉각재-열 교환기(12)에 냉매가 공급되지 않기 때문에, 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서는 열이 전달되지 않으며, 그 결과 추가 가열 열 교환기(31) 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열은 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 객실용 공급 공기로 그리고/또는 배터리-열 교환기(32) 내에서 배터리로 전달된다. 그 결과, 배터리뿐만 아니라 객실용 공급 공기도 별도로 또는 동시에 가열될 수 있다. 추가 가열 열 교환기(31)는 객실용 공급 공기를 위한 또는 배터리를 위한 열원으로서 이용된다. 냉각재-공기-열 교환기(37)는 공급 공기를 위한 가열 열 교환기로서 사용된다. 공기 조화 시스템(1)는 가열 모드에서 작동되는 경우에도 종래의 시스템보다 높은 효율로 작동될 수 있다.
이 경우, 열 교환기 어레인지먼트(40)는 공기 조화 유닛(60) 내부에 배열된 가열 열 교환기(68)에 추가하여, 공급 공기를 가열하기 위한 독자적인 가열기로서 사용될 수 있으며, 이와 같은 상황은 공급 공기의 더욱 균일한 온도 성층을 가능하게 한다. 이로써, 열 펌프 시스템의 구성 요소로서의 냉매 순환계(2)가 생략된 경우에도, 객실용 공급 공기 및 배터리를 가열하기 위해 단 하나의 전기식 저항 가열 장치만을 사용하는 것이 가능해진다. 결국에는, 공급 공기를 가열하기 위한 전기식 저항 가열 장치에 대한 비용이 생략될 수 있다.
공기 조화 시스템(1)이 도면에 도시되지 않은 열 펌프 모드에서 작동되는 경우에, 열 교환기 어레인지먼트(40)는 또한, 객실의 순환 공기로부터 유래하는 열을 흡수하기 위한 그리고 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서 증발 열로서 냉매로 전달하기 위한 추가의 열원으로서 사용될 수도 있다.
공기 조화 시스템(1)은 예를 들어 우선은 도 6에 따른 작동 모드에서 작동되고, 이로써 한 편으로는 객실 내의 공기를 단시간 안에 가열하기 위하여 그리고 다른 한 편으로는 배터리를 직접 가열하기 위하여 예비 조절 모드에서 작동되는 한편, 자동차의 배터리는 플러그 소켓에서 그리고 이로써 자동차의 정지 상태에서 충전된다. 이 모드는, 특히 주변 온도가 낮은 경우에 배터리를 특정 온도 범위 안에서 유지하기 위해 필요하다. 또한, 배터리는, 특히 큰 열적인 질량으로 인해, 열 저장기로서 사용될 수도 있다. 저장된 열은 추후에 예를 들어 열 펌프 모드에서 작동될 때 냉매를 증발시키기 위한 열원으로서 사용될 수 있다.
1, 1': 공기 조화 시스템
2, 2': 냉매 순환계
3, 3': 냉각재 순환계
4: 냉매 순환계용 압축기
5: 열 교환기, 커패시터/가스 냉각기
6: 냉매-공기-열 교환기, 제1 증발기
7: 제1 팽창 기관
8: 제1 유동 경로
9: 분기 지점
10: 입구 지점
11: 제2 유동 경로
12: 냉매-냉각재-열 교환기, 제2 증발기
13: 제2 팽창 기관
30: 냉각재 순환계용 이송 장치
31: 추가 가열 열 교환기
32: 배터리-열 교환기
33: 제1 유동 경로
34: 분기 지점
35: 입구 지점
36: 제2 유동 경로
37: 냉각재-공기-열 교환기
40: 열 교환기 어레인지먼트
40-6a: 제1 열 교환기 열 - 냉매-공기-열 교환기(6)
40-37: 제2 열 교환기 열 - 냉각재-공기-열 교환기(37)
40-6b: 제3 열 교환기 열 - 냉매-공기-열 교환기(6)
41: 제3 열 교환기 열(40-6b)의 냉매용 유입구
42: 제3 열 교환기 열(40-6b)의 냉매용 배출구
43: 냉매의 연결 라인
44: 제1 열 교환기 열(40-6a)의 냉매용 유입구
45: 제1 열 교환기 열(40-6a)의 냉매용 배출구
46: 냉각재용 유입구
47: 냉각재용 배출구
48: 연결 요소
49: 리브
60: 공기 조화 유닛
61: 하우징
62: 송풍기
63: 순환 공기용 유입구
64: 신선한 공기용 유입구
65: 공기 안내 장치
66: 공급 공기용 유동 장치
67: 공기 안내 장치
68: 가열 열 교환기

Claims (22)

  1. 냉매 순환계(2) 및 냉각재 순환계(3)를 구비하며, 상기 냉매 순환계(2)는 냉매-공기-열 교환기(6)를 구비하여 형성되어 있고, 상기 냉각재 순환계(3)는 냉각재-공기-열 교환기(37)를 구비하여 형성되어 있는, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템(1)용 열 교환기 어레인지먼트(40)에 있어서,
    상기 열 교환기 어레인지먼트(40)가 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 하나 이상의 제1 열 교환기 열(40-6a), 냉각재 순환계(3)의 냉각재를 공급할 수 있는 냉각재-공기-열 교환기(37)의 제2 열 교환기 열(40-37), 및 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)용 열 교환기 어레인지먼트(40).
  2. 제1항에 있어서, 상기 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)은 연속으로 공기가 공급될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  3. 제2항에 있어서, 상기 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)은 순서에 따라 제1 열 교환기 열(40-6a), 제2 열 교환기 열(40-37) 및 제3 열 교환기 열(40-6b)에 연속으로 공기가 공급될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 열 교환기 열(40-6a) 및 상기 제3 열 교환기 열(40-6b)은 연속으로 냉매가 공급될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  5. 제4항에 있어서, 상기 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)은 순서에 따라 제3 열 교환기 열(40-6b) 및 제1 열 교환기 열(40-6a)에 연속으로 냉매가 공급될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  6. 제4항에 있어서, 제3 열 교환기 열(40-6b)의 배출구(42)와 제1 열 교환기 열(40-6a)의 유입구(44)가 연결 라인(43)을 통해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  7. 제1항에 있어서, 상기 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)이 각각 서로에 대해 평행하게 배열된 2개의 수집기 파이프 사이에서 연장되는 유동 경로로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  8. 제7항에 있어서, 상기 유동 경로가 서로에 대해 평행하게 배열되어 있는 파이프, 특히 플랫 파이프로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 열 교환기 열(40-6a)의 수집기 파이프 및 상기 제3 열 교환기 열(40-6b)의 수집기 파이프가 수평 방향으로 배열되며, 상기 제1 열 교환기 열(40-6a)의 유동 경로 및 상기 제3 열 교환기 열(40-6b)의 유동 경로가 수직 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 열 교환기 열(40-37)의 수집기 파이프가 수직 방향으로 배열되며, 상기 제2 열 교환기 열(40-37)의 유동 경로가 수평 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  11. 제8항에 있어서, 상기 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 수집기 파이프가 공동의 제1 방향으로 배열되고, 유동 경로의 파이프가 공동의 제2 방향으로 배열되며, 이웃하여 배열된 파이프들 사이에는 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b) 위로 연장되는 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는, 열 교환기 어레인지먼트(40).
  12. - 압축기(4), 커패시터/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기(5), 제1 증발기로서 작동되고 앞에 배치된 제1 팽창 기관(7)을 갖는 냉매-공기-열 교환기(6), 및 제2 증발기로서 작동되고 앞에 배치된 제2 팽창 기관(13)을 갖는 냉매-냉각재-열 교환기(12)를 갖춘 냉매 순환계(2), 및
    - 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기(12)를 갖춘 냉각재 순환계(3)를 구비하는, 공기 조화 시스템(1)에 있어서,
    상기 냉각재 순환계(3)가 냉각재와 객실용 공급 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기(37)를 구비하며, 상기 공기 조화 시스템(1)은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 열 교환기 어레인지먼트(40)를 구비하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 시스템(1).
  13. 제12항에 있어서, 제1 팽창 기관(7)을 갖는 냉매-공기-열 교환기(6)가 냉매 순환계(2)의 제1 유동 경로(8) 내부에 배열되고, 제2 팽창 기관(13)을 갖는 냉매-냉각재-열 교환기(12)가 냉매 순환계(2)의 제2 유동 경로(11) 내부에 배열되며, 상기 유동 경로들은 각각 분기 지점(9)으로부터 입구 지점(10)까지 연장되고, 서로에 대해 평행하게 배열되며, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉매를 공급받을 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 시스템(1).
  14. 제12항에 있어서, 객실용 공급 공기를 하우징(61)을 통해서 이송하기 위한 송풍기(62)를 갖춘 공기 조화 유닛(60)이 제공되며, 열 교환기 어레인지먼트(40)는 하우징(61) 내부에서 상기 하우징(61)의 전체 유동 횡단면 위를 덮도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 시스템(1).
  15. 제14항에 있어서, 상기 하우징(61)이 제1 유동 경로 및 제2 유동 경로를 구비하며, 상기 유동 경로들은 서로에 대해 평행하게 배열되고, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 공급 공기를 공급받을 수 있도록 형성되며, 상기 제1 유동 경로 내부에는 공급 공기의 유동 방향(66)으로 가열 열 교환기(68)가 배열되며, 상기 제2 유동 경로는 제1 유동 경로 쪽으로의 바이패스로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 시스템(1).
  16. 제12항에 있어서, 배터리-열 교환기(32)가 냉매 순환계(3)의 제1 유동 경로(33) 내부에 배열되고, 냉각재-공기-열 교환기(37)가 냉매 순환계(3)의 제2 유동 경로(36) 내부에 배열되며, 상기 유동 경로들이 각각 분기 지점(34)으로부터 입구 지점(35)까지 연장되고, 서로에 대해 평행하게 배열되며, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉각재를 공급받을 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 시스템(1).
  17. 제16항에 있어서, 상기 냉각재 순환계(3) 내부에서는, 추가 가열 열 교환기(31) 및 냉매-냉각재-열 교환기(12)가 연속으로 냉각재를 공급받을 수 있도록 냉각재의 유동 방향으로 입구 지점(35)과 분기 지점(34) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 시스템(1).
  18. 조절될 객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 및 가열 모드 또는 재가열 모드에서의 작동을 위해, 제13항에 따른 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드에서 작동되는 경우에는, 공급 공기로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)를 갖는 제1 유동 경로(8)에 냉매가 공급되고, 제2 증발기로서 작동되는 냉매 순환계(2)의 냉매-냉각재-열 교환기(12)를 갖는 제2 유동 경로(11)에 냉매가 공급되며, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3)를 통과해서 이송되는 냉각재는 적어도 냉매-냉각재-열 교환기(12)와 냉각재-공기-열 교환기(37) 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환되며, 상기 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 냉각재에 의해 공급 공기로부터 흡수된 열이 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서, 공급 공기는 열을 냉매로 그리고 냉각재로 전달하기 위해 열 교환기 어레인지먼트(40)를 통과해서 안내되며, 상기 열 교환기 어레인지먼트는 냉매-냉각재-열 교환기(12)로서 형성된 구성 요소 및 냉각재-공기-열 교환기(37)로서 형성된 하나 이상의 구성 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  20. 제18항에 있어서, 냉각재는 배터리의 능동적인 냉각 모드에서 작동되는 경우에 적어도 냉매-냉각재-열 교환기(12)와 배터리-열 교환기(32) 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 상기 배터리-열 교환기(32) 내에서 냉각재에 의해 배터리로부터 흡수된 열은 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  21. 조절될 객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 및 가열 모드 또는 재가열 모드에서의 작동을 위해, 제17항에 따른 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    객실용 공급 공기를 위한 가열 모드에서 작동되는 경우에는, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3)를 통과해서 이송되는 냉각재가 적어도 냉각재-공기-열 교환기(37)와 추가 열 교환기(31) 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 추가 열 교환기(31) 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열은 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 공급 공기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  22. 제21항에 있어서, 배터리가 가열 모드에서 작동하는 경우에는, 냉각재가 추가 가열 열 교환기(31)와 배터리-열 교환기(32) 사이에서 적어도 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 상기 추가 가열 열 교환기(31) 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열은 배터리-열 교환기(32) 내에서 배터리로 전달되는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
KR1020190080818A 2018-07-16 2019-07-04 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트, 및 자동차의 공기 조화 시스템, 그리고 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법 KR102266483B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018117097.1A DE102018117097A1 (de) 2018-07-16 2018-07-16 Wärmeübertrageranordnung für ein Klimatisierungssystem und Klimatisierungssystem eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Klimatisierungssystems
DE102018117097.1 2018-07-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200008504A true KR20200008504A (ko) 2020-01-28
KR102266483B1 KR102266483B1 (ko) 2021-06-17

Family

ID=69226545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190080818A KR102266483B1 (ko) 2018-07-16 2019-07-04 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트, 및 자동차의 공기 조화 시스템, 그리고 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102266483B1 (ko)
DE (1) DE102018117097A1 (ko)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019204720A1 (de) * 2019-04-03 2020-10-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums, Verdampfer für einen Kältemittelkreislauf, Verfahren zum Betreiben einer Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums
DE102019220400B4 (de) * 2019-12-20 2022-08-04 Siemens Mobility GmbH Schienenfahrzeug mit einer Kühl- und Klimatisierungsanordnung
DE102020104739A1 (de) 2020-02-24 2021-08-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Spritzwasserabhängige Regelung einer Wärmepumpe
DE102020202313A1 (de) 2020-02-24 2021-08-26 Mahle International Gmbh Wärmeübertrager
DE102020114555A1 (de) 2020-05-29 2021-12-02 Konvekta Aktiengesellschaft Verbessertes Kühl- und Heizgerät für ein Fahrzeug sowie System und Fahrzeug damit und Verfahren dazu
CN113818934B (zh) * 2021-10-19 2023-07-18 安徽普泛能源技术有限公司 一种可调节式冷电联供系统及其工艺和运行方法
DE102021213376A1 (de) 2021-11-26 2023-06-01 Mahle International Gmbh Wärmeübertrager und Kältemittelkreislauf mit einem Wärmeübertrager
CN114454689A (zh) * 2022-01-28 2022-05-10 重庆长安新能源汽车科技有限公司 一种集成化的热泵空调系统、控制方法及汽车

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180012718A (ko) * 2016-07-27 2018-02-06 한온시스템 주식회사 열전달 장치 및 상기 장치의 작동 방법
KR20180034194A (ko) * 2016-09-27 2018-04-04 한온시스템 주식회사 승객실로의 효율적인 열 전달

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10293706B2 (en) 2016-07-01 2019-05-21 Ford Global Technologies, Llc Battery coolant circuit control

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180012718A (ko) * 2016-07-27 2018-02-06 한온시스템 주식회사 열전달 장치 및 상기 장치의 작동 방법
KR20180034194A (ko) * 2016-09-27 2018-04-04 한온시스템 주식회사 승객실로의 효율적인 열 전달

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018117097A1 (de) 2020-01-16
KR102266483B1 (ko) 2021-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102233730B1 (ko) 자동차의 공기 조화 시스템 및 상기 공기 조화 시스템의 작동 방법
KR102266483B1 (ko) 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트, 및 자동차의 공기 조화 시스템, 그리고 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법
US10953727B2 (en) Air-conditioning system of a motor vehicle and method for operating the air-conditioning system
CN110576717B (zh) 用于车辆的热管理系统
JP5342520B2 (ja) 自動車用小型温度調節システム
US10279655B2 (en) HV iCool light HVAC
JP5678137B2 (ja) 自動車の熱分散のための装置及び方法
US5725048A (en) Process for cooling drive components and heating the passenger compartment of a motor vehicle, especially an electrically driven vehicle, and arrangement for implementing the process
US9242528B2 (en) Heat exchanger arrangement and air conditioning system of a motor vehicle
KR102266390B1 (ko) 자동차 공조 시스템 및 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법
US9821627B2 (en) Air-conditioning system for a motor vehicle
KR102505571B1 (ko) 차실의 공기를 공기 조화하고 자동차의 구동 부품들을 통해 열을 전달하기 위한 시스템 및 상기 시스템의 작동 방법
CN115768639A (zh) 电池供电机动车辆的具有间接电池加热的热泵布置和操作热泵布置的方法
KR20190044538A (ko) 자동차의 열 시스템 및 열 시스템을 작동시키기 위한 방법
GB2523264A (en) Thermal management system for a vehicle, in particular a commercial vehicle
CN112477545B (zh) 用于机动车辆的空调系统
EP3446900B1 (en) Air-conditioning system of a motor vehicle
KR20190045854A (ko) 자동차 객실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템 및 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법
KR20230091160A (ko) 자동차의 열 시스템 및 열 시스템 작동 방법
KR20230149105A (ko) 차량용 hvac시스템
CN115723508A (zh) 热管理系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right