KR20200115099A - System for air conditioning of a passenger compartment and for heat transfer with drive components of a motor vehicle and method for operating the system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 승객실의 에어 컨디셔닝 및 자동차의 구동 부품과의 열 전달을 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 승객실로의 공급 공기를 컨디셔닝하기 위한 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기 및 적어도 하나의 냉매-냉각제 열교환기를 갖는 냉매 회로, 냉매-냉각제 열교환기 및 가열 열교환기로서 작동되는 냉각제-공기 열교환기를 갖는 제1 냉각제 회로, 및 자동차의 구동 부품을 템퍼링하기 위한 냉각제 열교환기를 갖는 제2 냉각제 회로를 포함한다. 본 발명은 또한 상기 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system for air conditioning in a passenger compartment and for heat transfer to a driving part of an automobile. The system comprises a refrigerant circuit having at least one refrigerant-air heat exchanger and at least one refrigerant-coolant heat exchanger, a refrigerant-coolant heat exchanger and a coolant operating as a heating heat exchanger, operating as an evaporator for conditioning supply air to the passenger compartment. -A first coolant circuit having an air heat exchanger, and a second coolant circuit having a coolant heat exchanger for tempering a driving part of an automobile. The invention also relates to a method of operating the system.
상이한 구동 개념을 갖는 자동차는 종래 기술에 알려져 있다. 이 개념은 내연 기관, 전기 모터 또는 두 유형의 조합에 의한 구동을 기반으로 한다. 내연 기관과 전동 드라이브의 조합을 갖는 자동차는 하이브리드 드라이브를 포함하므로, 자동차는 필요에 따라 전기로, 전기/내연 기관으로 또는 내연 기관으로 구동될 수 있다. 내연 기관을 통해 그리고 전원 공급 장치에서 충전될 수 있는 배터리를 갖는 하이브리드 드라이브가 장착된 자동차는 플러그-인 하이브리드 또는 "플러그-인 하이브리드 전기 자동차"에 대한 약어 PHEV라고 하며, 주로 내연 기관을 통해서만 충전될 수 있는 배터리를 구비한 자동차보다 더 강력한 배터리를 포함하여 설계된다.Automobiles with different drive concepts are known in the prior art. This concept is based on drive by an internal combustion engine, an electric motor, or a combination of both types. Since a vehicle having a combination of an internal combustion engine and an electric drive comprises a hybrid drive, the vehicle can be driven by electric, electric/internal combustion or internal combustion engine as required. Vehicles equipped with a hybrid drive with a battery that can be charged through the internal combustion engine and from the power supply are called plug-in hybrid or the abbreviation PHEV for "plug-in hybrid electric vehicle", which will be charged only through the internal combustion engine. It is designed to contain a battery that is more powerful than a car with a capable battery.
전기 모터와 내연 기관으로 구성된 하이브리드 드라이브가 장착된 종래의 자동차는 고전압 배터리, 내부 충전기, 변압기, 인버터 및 전기 모터와 같은 추가 부품을 포함하는 설계로 인해, 대개 순수 내연 기관 드라이브가 장착된 자동차보다 더 큰 냉각 요구량을 갖는다. 하이브리드 구동식 자동차는 에어 컨디셔닝 시스템의 냉매 회로에 더하여, 냉각제 회로를 포함하여 설계되고, 상기 냉각제 회로 내에서 구동 부품에 의해 방출된 열을 제거하기 위해 순환하는 냉각제가 공랭식 열교환기를 통해 안내된다.Conventional vehicles equipped with hybrid drives consisting of electric motors and internal combustion engines are usually better than cars equipped with pure internal combustion engine drives, due to their designs including additional components such as high voltage batteries, internal chargers, transformers, inverters and electric motors. It has a large cooling requirement. Hybrid driven vehicles are designed to include a coolant circuit in addition to the refrigerant circuit of the air conditioning system, in which the coolant circulating to remove heat released by the driving components in the coolant circuit is guided through an air-cooled heat exchanger.
특히 고전압 배터리의 허용 온도 한계를 준수하기 위해, 배터리의 냉각을 위해 에어 컨디셔닝 시스템의 냉매 회로와의 열 결합을 위한 추가 냉매-냉각제 열교환기를 갖는 냉각제 회로 또는 배터리 냉각기로서 설계된 직접 냉매 냉각식 열교환기가 제공된다. 배터리 냉각을 위해 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-냉각제 열교환기는 칠러라고도 한다.Direct refrigerant cooled heat exchangers designed as battery coolers or coolant circuits with an additional refrigerant-coolant heat exchanger for thermal coupling with the refrigerant circuit of the air conditioning system for cooling the battery, especially to comply with the permissible temperature limits of high voltage batteries. do. A refrigerant-coolant heat exchanger that operates as an evaporator of refrigerant for battery cooling is also called a chiller.
따라서, PHEV의 열 분배 시스템은 적어도 하나의 냉매 회로 및 하나의 냉각제 회로를 포함하는 것으로 알려져 있다. 자동차의 에어 컨디셔닝 시스템의 에어 컨디셔너 내에는, 승객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 제습하기 위한 증발기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기 및 각각 승객실용 공급 공기를 가열하기 위한 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기 및 냉각제-공기 열교환기와 함께 적어도 3개의 열교환기가 배치된다.Accordingly, it is known that the heat distribution system of a PHEV includes at least one refrigerant circuit and one coolant circuit. In the air conditioner of the air conditioning system of the automobile, a refrigerant-air heat exchanger that operates as an evaporator for cooling and/or dehumidifying the supply air for the passenger compartment and a refrigerant that operates as a condenser/gas cooler for heating the supply air for the passenger compartment, respectively. At least three heat exchangers are arranged with an air heat exchanger and a coolant-air heat exchanger.
예컨대, DE 10 2013 105 747 A1에는 증발기, 압축기, 냉매로부터 승객실용 컨디셔닝될 공기로 열을 공급하기 위한 열교환기, 및 냉매 회로의 냉매와 엔진 냉각 회로의 냉각제 사이의 열 전달을 위한 열교환기를 구비한 냉매회로, 및 엔진 냉각 회로를 포함하는 하이브리드 차량 내의 열 분배 장치가 개시되어 있다. 냉매와 냉각제 사이의 열전달을 위한 열교환기는 냉각제로부터 증발 냉매로의 열전달을 위한 증발기로서 그리고 응축 냉매로부터 냉각제로의 열전달을 위한 응축기로서 작동될 수 있다.For example, DE 10 2013 105 747 A1 has an evaporator, a compressor, a heat exchanger for supplying heat from the refrigerant to air to be conditioned for the passenger compartment, and a heat exchanger for heat transfer between the refrigerant in the refrigerant circuit and the coolant in the engine cooling circuit. A heat distribution device in a hybrid vehicle including a refrigerant circuit and an engine cooling circuit is disclosed. The heat exchanger for heat transfer between the coolant and the coolant can be operated as an evaporator for heat transfer from the coolant to the evaporating coolant and as a condenser for heat transfer from the condensed coolant to the coolant.
종래 기술에 공지된, PHEV 내의 열 분배 시스템의 형성은 매우 복잡하고 냉매 측 및 냉각제 측 및 공기 측에서 다수의 부품들을 필요로 하므로, 높은 시스템 비용이 발생한다.As known in the prior art, the formation of a heat distribution system in a PHEV is very complex and requires a large number of components on the refrigerant side and on the coolant side and on the air side, resulting in high system cost.
본 발명의 과제는 승객실의 에어 컨디셔닝 및 자동차, 특히 조합형 전기 및 내연기관 드라이브가 장착된 자동차의 구동 부품과의 열 전달을 위한 모듈식 시스템을 제공하는 것이다. 시스템은 승객실용 공급 공기의 편안한 가열 외에도, 구동 트레인의 부품들의 컨디셔닝, 특히 전기 드라이브의 고전압 배터리의 템퍼링과 특히 냉매 회로를 통한 내연 기관의 사전 컨디셔닝을 가능하게 해야 한다. 시스템은 최대 효율로 작동될 수 있어야 한다. 시스템의 필요한 설치 공간뿐만 아니라 제조 비용, 유지 보수 비용 및 작동 비용이 최소이어야 한다.It is an object of the present invention to provide a modular system for air conditioning in a passenger compartment and for heat transfer with driving parts of automobiles, particularly automobiles equipped with a combined electric and internal combustion engine drive. In addition to the comfortable heating of the supply air for the passenger compartment, the system must allow for the conditioning of the components of the drive train, in particular for the tempering of the high-voltage batteries of the electric drive and in particular for the preconditioning of the internal combustion engine through the refrigerant circuit. The system must be able to operate at maximum efficiency. Manufacturing costs, maintenance costs and operating costs as well as the required installation space of the system should be minimal.
상기 과제는 독립 청구항들의 특징들을 갖는 대상들에 의해 해결된다. 개선 예들은 종속 청구항들에 제시된다.This task is solved by objects having the features of the independent claims. Examples of improvements are presented in the dependent claims.
상기 과제는 승객실의 에어 컨디셔닝 및 자동차의 구동 부품과의 열 전달을 위한 본 발명에 따른 시스템에 의해 해결된다. 시스템은 냉매 회로 및 제1 냉각제 회로 및 제2 냉각제 회로를 포함한다. 냉매 회로는 압축기, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-냉각제 열교환기, 및 상류에 팽창 요소를 갖는, 승객실의 공급 공기를 컨디셔닝하기 위한 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기를 포함하여 설계된다.The above problem is solved by the system according to the invention for air conditioning in the passenger compartment and for heat transfer to the driving parts of automobiles. The system includes a refrigerant circuit and a first coolant circuit and a second coolant circuit. The refrigerant circuit comprises a compressor, a first refrigerant-coolant heat exchanger operating as a condenser/gas cooler, and at least one refrigerant-air heat exchanger operating as an evaporator for conditioning the supply air of the passenger compartment, having an expansion element upstream. Designed by
예컨대 냉매 R134a와 같은 아임계 작동 동안 또는 이산화탄소가 있는 특정 환경 조건에서 냉매가 액화되는 경우, 열교환기는 응축기라고 한다. 열전달의 일부는 일정한 온도에서 이루어진다. 열교환기에서 초임계 작동 시 또는 초임계 열방출 시, 냉매 온도가 꾸준히 감소한다. 이 경우, 열교환기는 가스 냉각기라고도 한다. 초임계 작동은 냉매 회로의 특정 환경 조건 또는 작동 모드에서, 예컨대 냉매 이산화탄소에 의해 발생할 수 있다. When the refrigerant is liquefied during subcritical operation, for example refrigerant R134a, or under certain environmental conditions in the presence of carbon dioxide, the heat exchanger is referred to as a condenser. Part of the heat transfer takes place at a constant temperature. During supercritical operation in the heat exchanger or during supercritical heat dissipation, the refrigerant temperature steadily decreases. In this case, the heat exchanger is also referred to as a gas cooler. Supercritical operation can take place in certain environmental conditions or modes of operation of the refrigerant circuit, for example by means of refrigerant carbon dioxide.
제1 냉각제 회로는 냉매 회로의 냉매-냉각제 열교환기 및 가열 열교환기로서 작동되는 냉각제-공기 열교환기를 포함하여 설계된다. 제2 냉각제 회로는 구동 부품, 특히 내연 기관을 템퍼링하기 위한 냉각제 열교환기를 포함한다.The first coolant circuit is designed including a coolant-coolant heat exchanger of the refrigerant circuit and a coolant-air heat exchanger operating as a heating heat exchanger. The second coolant circuit comprises a drive component, in particular a coolant heat exchanger for tempering the internal combustion engine.
본 발명의 개념에 따르면, 제1 냉각제 회로 및 제2 냉각제 회로는 서로 분리되어 형성된다. 냉각제 회로들은 냉각제 회로들에서 순환하는 냉각제들 사이의 열전달을 위한 냉각제-냉각제 열교환기를 포함한다. 냉각제-냉각제 열교환기는 냉각제 회로들의 열 접속부로서 설계된다. According to the concept of the present invention, the first coolant circuit and the second coolant circuit are formed separately from each other. The coolant circuits comprise a coolant-coolant heat exchanger for heat transfer between coolants circulating in the coolant circuits. The coolant-coolant heat exchanger is designed as a thermal connection of coolant circuits.
본 발명의 개선 예에 따르면, 냉매 회로는 상류에 팽창 요소를 구비하여 구동 부품들을 템퍼링하기 위한 냉각제와 냉매 사이의 열전달을 위한 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 제2 냉매-냉각제 열교환기를 포함한다. 구동 부품은 바람직하게는 자동차의 전기 구동 트레인의 전기 부품, 예컨대 고전압 배터리 또는 전기 모터이다.According to a refined example of the present invention, the refrigerant circuit comprises at least one second refrigerant-coolant heat exchanger having an expansion element upstream and operating as an evaporator for heat transfer between the refrigerant and the refrigerant for tempering the driving parts. The drive component is preferably an electric component of an electric drive train of an automobile, such as a high voltage battery or an electric motor.
상류에 팽창 요소를 구비하여 승객실로의 공급 공기를 컨디셔닝하기 위한 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기, 및 상류에 팽창 요소를 구비하여 구동 부품의 템퍼링을 위한 냉각제와 냉매 사이의 열 전달을 위한 제2 냉매-냉각제 열교환기는 바람직하게는 서로 병렬로 그리고 서로 독립적으로 냉매를 공급받을 수 있다. 냉매 회로는 적어도 2개의 유로를 포함하며, 상기 유로들은 각각 증발기로서 작동되는 열교환기, 및 냉매의 유동 방향으로 볼 때 상기 열교환기 상류에 배치된 팽창 요소를 포함한다. 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기는 제1 유로 내에 배치되는 한편, 냉매-냉각제 열교환기는 제2 유로 내에 제공된다. 유로들는 서로 평행하게 배치되며, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 병렬로 냉매를 공급받을 수 있다.At least one refrigerant-air heat exchanger for conditioning the supply air to the passenger compartment with an expansion element upstream, and a second for heat transfer between the coolant and the refrigerant for tempering of the driving part by providing an expansion element upstream for conditioning the supply air to the passenger compartment. The refrigerant-coolant heat exchanger can preferably be supplied with refrigerant in parallel and independently of each other. The refrigerant circuit includes at least two flow paths, each of the flow paths including a heat exchanger operating as an evaporator and an expansion element disposed upstream of the heat exchanger when viewed in a flow direction of the refrigerant. At least one refrigerant-air heat exchanger is disposed in the first flow path, while the refrigerant-coolant heat exchanger is provided in the second flow path. The flow paths are arranged parallel to each other, and refrigerants may be supplied individually or in parallel to each other as necessary.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 냉매 회로는 냉매로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 추가 냉매-공기 열교환기를 포함하며, 상기 추가 냉매-공기 열교환기는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 제1 냉매-냉각제 열교환기의 하류에 배치된다. 냉매 회로와 제1 냉각제 회로 사이의 열 접속부로서 설계된 제1 냉매-냉각제 열교환기와, 냉매로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 냉매-공기 열교환기가 직렬로 연결된다. 냉매-공기 열교환기는 냉매의 유동 방향으로 볼 때 냉매-냉각제 열교환기의 하류에 제공된다. According to a preferred embodiment of the present invention, the refrigerant circuit includes an additional refrigerant-air heat exchanger for transferring heat from the refrigerant to the surrounding air, and the additional refrigerant-air heat exchanger comprises a first refrigerant-coolant when viewed in a flow direction of the refrigerant. It is arranged downstream of the heat exchanger. A first refrigerant-coolant heat exchanger designed as a thermal connection between the refrigerant circuit and the first coolant circuit, and a refrigerant-air heat exchanger for heat transfer from the refrigerant to the surrounding air are connected in series. The refrigerant-air heat exchanger is provided downstream of the refrigerant-coolant heat exchanger when viewed in the flow direction of the refrigerant.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제 사이의 열 전달을 위한 냉각제-냉각제 열교환기와 가열 열교환기로서 작동되는 냉각제-공기 열교환기는 제1 냉각제 회로의 냉각제의 유동 방향으로 차례로 배치된다. 따라서, 열교환기들은 직렬로 연결되고 바람직하게는 직접 차례로 냉각제가 흐르도록 설계된다. 열교환기들을 차례로 직접 배치한다는 것은, 열교환기들 사이의 유로 상의 냉각제가 상응하는 연결 라인 또는 예컨대 이송 장치를 제외하고, 특히 냉각제에 의한 열 흡수 또는 열 방출을 위한, 냉각제 회로의 추가 부품을 통과하지 않도록, 열교환기들이 냉각제 라인을 통해 서로 연결되어 있음을 의미한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the coolant-coolant heat exchanger for heat transfer between the coolant circulating in the coolant circuit and the coolant-air heat exchanger operating as a heating heat exchanger are sequentially in the flow direction of the coolant in the first coolant circuit. Is placed. Thus, the heat exchangers are connected in series and are preferably designed so that the coolant flows directly one after the other. Direct arrangement of the heat exchangers in turn means that the coolant in the flow path between the heat exchangers does not pass through the corresponding connection lines or additional parts of the coolant circuit, in particular for heat absorption or heat dissipation by the coolant, except for the transfer device. To avoid this, it means that the heat exchangers are connected to each other through coolant lines.
본 발명의 특별한 장점은 제1 냉각제 회로가 냉각제로부터 주변 공기로의 열전달을 위한 냉각제-공기 열교환기를 포함하여 설계된다는 것이다.A particular advantage of the invention is that the first coolant circuit is designed including a coolant-air heat exchanger for heat transfer from the coolant to the ambient air.
제1 냉각제 회로는 바람직하게는 제1 유로 및 제2 유로를 포함하며, 상기 유로들은 각각 분기점으로부터 개구점까지 연장되고 서로 병렬로 그리고 서로 독립적으로 냉각제를 공급받을 수 있다. 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 냉각제-공기 열교환기는 제1 유로 내에 배치되고, 가열 열교환기로서 작동되는 냉각제-공기 열교환기는 제2 유로 내에 배치된다.The first coolant circuit preferably includes a first flow path and a second flow path, and each of the flow paths extends from a branch point to an opening point, and may be supplied with a coolant in parallel and independently of each other. A coolant-air heat exchanger for heat transfer from the coolant to the ambient air is disposed in the first flow path, and a coolant-air heat exchanger operating as a heating heat exchanger is arranged in the second flow path.
제1 냉각제 회로의 개구점 또는 분기점은 바람직하게 3방향 밸브로서 설계된다.The opening or branching point of the first coolant circuit is preferably designed as a three-way valve.
본 발명의 개선 예에 따르면, 제2 냉각제 회로는 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 냉각제-공기 열교환기를 포함하여 설계된다.According to an improved example of the invention, the second coolant circuit is designed including a coolant-air heat exchanger for heat transfer from the coolant to the ambient air.
제2 냉각제 회로는 바람직하게는 제1 유로 및 제2 유로를 포함하며, 상기 유로들은 각각 분기점으로부터 개구점까지 연장되고 서로 병렬로 그리고 서로 독립적으로 냉각제를 공급받을 수 있다. 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 냉각제-공기 열교환기는 제1 유로 내에 배치되고, 냉각제-냉각제 열교환기는 제2 유로 내에 배치된다.The second coolant circuit preferably includes a first flow path and a second flow path, each of the flow paths extending from a branch point to an opening point, and may be supplied with coolant in parallel and independently of each other. A coolant-air heat exchanger for heat transfer from the coolant to the ambient air is disposed in the first flow path, and the coolant-coolant heat exchanger is disposed in the second flow path.
제2 냉각제 회로의 분기점 또는 개구점은 바람직하게는 3방향 밸브로서 설계된다.The branch point or opening point of the second coolant circuit is preferably designed as a three-way valve.
냉매로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 냉매 회로의 냉매-공기 열교환기, 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 제1 냉각제 회로의 냉각제-공기 열교환기, 및 냉각제로부터 주변 공기로 열 전달을 위한 제2 냉각제 회로의 냉각제-공기 열교환기는 바람직하게는 차례로 또는 병렬로 그리고 그에 따라 서로 독립적으로 주변 공기를 공급받을 수 있다. 주변 공기의 직렬 공급을 위해 냉매-공기 열교환기 및 냉각제-공기 열교환기를 배치하는 경우, 냉매-공기 열교환기는 주변 공기의 유동 방향으로 볼 때 바람직하게는 냉각제-공기 열교환기의 상류에 배치되며, 상기 제1 냉각제 회로의 냉각제-공기 열교환기에는 상기 제2 냉각제 회로의 냉각제-공기 열교환기의 상류에서 주변 공기가 유입된다.Refrigerant-air heat exchanger in the refrigerant circuit for heat transfer from the refrigerant to the ambient air, coolant-air heat exchanger in the first coolant circuit for heat transfer from the coolant to the ambient air, and for heat transfer from the coolant to the ambient air The coolant-air heat exchangers of the second coolant circuit can preferably be supplied with ambient air in sequence or in parallel and thus independently of each other. When the refrigerant-air heat exchanger and the coolant-air heat exchanger are arranged for the series supply of ambient air, the refrigerant-air heat exchanger is preferably disposed upstream of the coolant-air heat exchanger when viewed in the flow direction of the surrounding air, and the Ambient air is introduced into the coolant-air heat exchanger of the first coolant circuit from upstream of the coolant-air heat exchanger of the second coolant circuit.
상기 과제는 또한 승객실의 에어 컨디셔닝 및 자동차의 구동 부품과의 열을 전달을 위한 상기 시스템을 작동시키는 본 발명에 따른 방법에 의해 해결된다. 이 방법은 다음 단계들을 포함한다:The problem is also solved by the method according to the invention for operating the system for air conditioning in the passenger compartment and for heat transfer to the driving parts of the vehicle. This method includes the following steps:
- 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기를 통해 유동할 때 승객실용 공급 공기로부터 냉매 회로에서 순환하는 냉매로 열을 전달하는 단계, 및/또는-Transferring heat from the supply air for the passenger compartment to the refrigerant circulating in the refrigerant circuit when flowing through at least one refrigerant-air heat exchanger operated as an evaporator, and/or
- 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 냉매-냉각제 열 교환기를 통해 유동할 때 냉각제로부터 냉매 회로에서 순환하는 냉매로 열을 전달하고, 적어도 하나의 구동 부품, 바람직하게는 전기 구동 트레인을 템퍼링, 특히 냉각하는 단계, 및-Transferring heat from the coolant to the refrigerant circulating in the refrigerant circuit when flowing through at least one refrigerant-coolant heat exchanger operating as an evaporator, and tempering, in particular cooling, at least one drive part, preferably an electric drive train. Step, and
- 냉매-냉각제 열교환기를 통해 유동할 때 냉매 회로에서 순환하는 냉매로부터 제1 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 냉매는 과열 저감(desuperheating)되고 적어도 부분적으로 액화되며, 제1 냉각제 회로의 냉각제는 가열되는 단계.-Transferring heat from the refrigerant circulating in the refrigerant circuit to the refrigerant circulating in the first coolant circuit when flowing through the refrigerant-coolant heat exchanger, wherein the refrigerant is desuperheated and at least partially liquefied, and the first The coolant in the coolant circuit is heated.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 본 방법은 냉각 시스템 모드로 시스템을 작동시킬 때 다음 추가 단계를 포함한다:In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the method comprises the following additional steps when operating the system in cooling system mode:
- 냉각제-공기 열교환기를 통해 유동할 때 제1 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하는 단계로서, 상기 냉각제는 냉각되는 단계, 및-Transferring heat from the coolant circulating in the first coolant circuit to ambient air when flowing through the coolant-air heat exchanger, wherein the coolant is cooled, and
- 냉각제 열교환기를 통해 유동할 때 내연 기관으로부터 제2 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로의 냉각제가 가열되는 단계, 및 냉각제-공기 열교환기를 통해 유동할 때 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로의 냉각제가 냉각되는 단계.-Transferring heat from the internal combustion engine to the coolant circulating in the second coolant circuit when flowing through the coolant heat exchanger, wherein the coolant in the second coolant circuit is heated, and the coolant when flowing through the coolant-air heat exchanger Transferring heat from the air to ambient air, wherein the coolant of the second coolant circuit is cooled.
본 발명의 개선 예에 따르면, 본 방법은 내연 기관의 가열 모드로 시스템을 작동시킬 때 다음 추가 단계를 포함한다:According to a refinement of the invention, the method comprises the following additional steps when operating the system in the heating mode of the internal combustion engine:
- 제1 냉각제 회로에서 순환하며 가열된 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름을 냉각제-냉각제 열교환기를 통해 안내하고, 제1 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제의 부분 질량 흐름으로부터 제2 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제1 냉각제 회로의 냉각제의 상기 부분 질량 흐름은 냉각되며 상기 제2 냉각제 회로의 냉각제는 가열되는 단계, 및 -At least one partial mass flow of coolant circulating in the first coolant circuit and leading through the coolant-coolant heat exchanger, and from the partial mass flow of coolant circulating in the first coolant circuit to the coolant circulating in the second coolant circuit. Transferring heat, wherein the partial mass flow of coolant in the first coolant circuit is cooled and the coolant in the second coolant circuit is heated, and
- 냉각제 열교환기를 통해 유동할 때 제2 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제로부터 내연 기관으로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로의 냉각제는 냉각되며 상기 내연 기관은 가열되는 단계.-Transferring heat from the coolant circulating in the second coolant circuit to the internal combustion engine when flowing through the coolant heat exchanger, wherein the coolant in the second coolant circuit is cooled and the internal combustion engine is heated.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 본 방법은 가열 모드 또는 재가열 모드로 시스템을 작동시킬 때 다음 추가 단계를 포함한다:According to a preferred embodiment of the present invention, the method comprises the following additional steps when operating the system in a heating mode or a reheat mode:
- 냉각제 열교환기를 통해 유동할 때 내연 기관으로부터 제2 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로의 냉각제는 가열되는 단계,-Transferring heat from the internal combustion engine to the coolant circulating in the second coolant circuit when flowing through the coolant heat exchanger, wherein the coolant of the second coolant circuit is heated,
- 제2 냉각제 회로에서 순환하며 가열된 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름을 냉각제-냉각제 열교환기를 통해 안내하고, 제2 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제의 부분 질량 흐름으로부터 제1 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름으로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로의 냉각제의 상기 부분 질량 흐름은 냉각되며 상기 제1 냉각제 회로의 냉각제의 상기 부분 질량 흐름은 가열되는 단계, 및-Of the coolant circulating in the first coolant circuit from the partial mass flow of coolant circulating in the second coolant circuit and guiding at least one partial mass flow of the heated coolant through the coolant-coolant heat exchanger and circulating in the second coolant circuit. Transferring heat to at least one partial mass flow, wherein the partial mass flow of coolant in the second coolant circuit is cooled and the partial mass flow of coolant in the first coolant circuit is heated, and
- 제1 냉각제 회로에서 순환하며 가열된 냉각제의 부분 질량 흐름을 가열 열교환기로서 작동되는 냉각제-공기 열교환기를 통해 안내하고, 상기 냉각제로부터 승객실용 공급 공기로 열을 전달하는 단계.-Guiding the partial mass flow of the heated coolant circulating in the first coolant circuit through a coolant-air heat exchanger operating as a heating heat exchanger, and transferring heat from the coolant to the supply air for the passenger compartment.
냉매-공기 열교환기를 통해 유동할 때 바람직하게는 열은 냉매 회로에서 순환하는 냉매로부터 주변 공기로 전달되고, 상기 냉매는 액화 및/또는 과냉각된다.When flowing through the refrigerant-air heat exchanger, preferably heat is transferred from the refrigerant circulating in the refrigerant circuit to the surrounding air, which refrigerant is liquefied and/or supercooled.
제1 냉각제 회로에서 순환하며 가열된 냉각제의 부분 질량 흐름은 냉각제-공기 열교환기를 통해 안내되고, 열은 냉각제로부터 주변 공기로 전달된다. 제2 냉각제 회로에서 순환하며 가열된 냉각제의 부분 질량 흐름은 바람직하게는 냉각제-공기 열교환기를 통해 안내되므로, 열은 냉각제로부터 주변 공기로 전달된다.A partial mass flow of heated coolant circulating in the first coolant circuit is guided through the coolant-air heat exchanger, and heat is transferred from the coolant to the ambient air. The partial mass flow of the heated coolant circulating in the second coolant circuit is preferably guided through the coolant-air heat exchanger, so that heat is transferred from the coolant to the ambient air.
본 발명의 바람직한 실시 예는 전기 모터 및 내연 기관으로 이루어진 하이브리드 드라이브가 장착된 자동차 내에 상기 시스템의 사용을 가능하게 한다.A preferred embodiment of the present invention makes it possible to use the system in a vehicle equipped with a hybrid drive consisting of an electric motor and an internal combustion engine.
내연기관을 구비한 하이브리드 구동식 자동차, 특히 PHEV를 위한 통합된 열 펌프 기능을 갖는 본 발명에 따른 시스템은 다음의 다양한 장점을 갖는다:The system according to the invention with an integrated heat pump function for hybrid powered vehicles with internal combustion engines, in particular for PHEVs, has various advantages:
- 특히 내연 기관의 정지 시, 냉매 회로의 폐열을 이용하여 승객실용 공급 공기를 에너지 효율적으로 가열,-In particular, when the internal combustion engine is stopped, the air supplied for the passenger compartment is energy-efficiently heated using waste heat from the refrigerant circuit.
- 내연 기관의 연료 소비를 줄이고 배기가스 배출을 줄이기 위한 내연 기관 및 그 작동 수단의 사전 컨디셔닝,-Pre-conditioning of the internal combustion engine and its operating means to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine and reduce exhaust gas emissions,
- 전기 구동 트레인의 부품들로부터 열 회수,-Heat recovery from parts of the electric drive train,
- 높은 폐열 이용률, 모듈식 구성, 및 컴팩트한 디자인에 의한 최소 설치 공간을 갖는 작동에서 최대 효율, 및-Maximum efficiency in operation with minimum installation space due to high waste heat utilization, modular construction, and compact design, and
- 제조 및 유지 보수 시 그리고 작동 동안 낮은 비용.-Low cost during manufacturing and maintenance and during operation.
시스템, 특히 냉매 회로는 사용되는 냉매와는 무관하므로 R134a, R744, R1234yf 또는 다른 냉매에 대해서도 설계된다.The system, especially the refrigerant circuit, is designed for R134a, R744, R1234yf or any other refrigerant as it is independent of the refrigerant used.
본 발명의 실시 예들의 추가의 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 관련 도면을 참조하는 실시 예에 대한 다음 설명에 제시된다. 각각은 냉각제-냉각제 열교환기를 통해 열적으로 연결된 2개의 냉각제 회로를 포함하는, 승객실의 에어 컨디셔닝 및 자동차의 구동 부품과의 열 전달을 위한 시스템을 나타낸다.Further details, features, and advantages of embodiments of the present invention are set forth in the following description of the embodiments with reference to the associated drawings. Each represents a system for air conditioning of the passenger compartment and heat transfer to the driving parts of a motor vehicle, comprising two coolant circuits connected thermally through a coolant-coolant heat exchanger.
도 1은 냉매로부터 자동차의 주변 공기로 열을 전달하기 위한 냉매-공기 열교환기를 포함하여 냉매-냉각제 열교환기를 통해 냉각제 회로들 중 하나에 열 결합된 냉매 회로를 도시한다.
도 2는 냉매로부터 주변 공기로 열을 전달하기 위한 냉매-공기 열교환기가 없는 도 1에 따른 실시 예의 냉매 회로를 도시한다.1 shows a refrigerant circuit thermally coupled to one of the coolant circuits through a refrigerant-coolant heat exchanger including a refrigerant-air heat exchanger for transferring heat from the refrigerant to the surrounding air of a vehicle.
FIG. 2 shows the refrigerant circuit of the embodiment according to FIG. 1 without a refrigerant-air heat exchanger for transferring heat from the refrigerant to the surrounding air.
도 1 및 도 2는 각각, 승객실의 공급 공기 및 특히 자동차의 전기 구동 트레인의 구동 부품, 예컨대 배터리 또는 전기 모터를 컨디셔닝하기 위한 증발기로서 작동되는 열 교환기(7, 8, 9)를 구비한 냉매 회로(2a, 2b), 및 마찬가지로 승객실의 공급 공기를 컨디셔닝하기 위한 제1 냉각제 회로(3)를 포함하는 승객실의 에어 컨디셔닝 및 자동차의 구동 부품과의 열전달을 위한 시스템(1a, 1b)을 도시한다. 제1 냉각제 회로(3)는 열을 전달하기 위해 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 냉매 회로(2a, 2b)와 열 결합되고, 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 통해 제2 냉각제 회로(4)와 열 결합된다.1 and 2, respectively, refrigerant with
제2 냉각제 회로(4)는 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제와 내연 기관 사이의 열 전달을 위해 설계되며, 따라서 자동차의 추가 구동 부품으로서 내연 기관을 필요에 따라 템퍼링하는 작용을 한다. 제2 냉각제 회로(4)는 냉매 회로(2a, 2b)와 직접적인 열 접속을 갖지 않는다.The
시스템(1a, 1b)의 유체적으로 서로 분리된 냉각제 회로들(3, 4)에는 각각 서로 독립적으로 상이한 냉각제가 공급된다. 냉각제들은 냉각제 회로들(3, 4) 중 하나에 각각 할당되므로, 작동 모드에 따라, 제1 냉각제 회로(3) 및 제2 냉각제 회로(4) 내에서 냉각제가 순환하지 않는다. 냉각제 회로들(3, 4)은 유동 기술적으로 서로 완전히 분리되어 있다.The fluidically separated
냉매 회로(2a, 2b)는 냉매를 흡입 및 압축하기 위한 압축기(5)를 포함한다. 압축되어 과열된 기체 냉매는 냉각제 냉각식 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)로 안내된다. 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 유동할 때, 열은 냉매로부터 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로 전달된다. 이 경우, 냉매는 필요에 따라 그리고 시스템(1a, 1b)의 작동 모드에 따라 과열 저감(desuperheating)되고 액화되며 경우에 따라 과냉각된다. 냉매 회로(2a, 2b)는 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 제1 냉각제 회로(3)와 열 결합된다.The
제1 냉매-냉각제 열교환기(6)로부터 배출 후, 액체 냉매는 제1 분기점(13) 및 냉매의 유동 방향으로 볼 때 상기 제1 분기점(13)의 하류에 있는 제2 분기점(15)에서 필요에 따라 1개 내지 3개의 유로로 나눠질 수 있다. 각각의 유로는 팽창 요소(10, 11, 12) 및 증발기로서 작동되는 열교환기(7, 8, 9)를 포함한다. 유로를 통해 안내된 냉매의 부분 질량 흐름은 제1 개구점(14) 또는 제2 개구점(16)에서 다시 합쳐지고 공통 냉매 질량 흐름으로서 압축기(5)에 의해 흡입된다. 냉매 회로(2a, 2b)는 폐쇄되어 있다. 각각 증발기를 포함하여 설계된 유로들은 필요에 따라 개별적으로 또는 공동으로 그리고 병렬로 냉매를 공급받는다. 부분 질량 흐름의 비율은 필요에 따라 0 내지 100%일 수 있다.After discharge from the first refrigerant-coolant heat exchanger (6), liquid refrigerant is required at the first branch point (13) and the second branch point (15) downstream of the first branch point (13) as viewed in the flow direction of the refrigerant. It can be divided into 1 to 3 flow paths according to. Each flow path comprises an expansion element (10, 11, 12) and a heat exchanger (7, 8, 9) operating as an evaporator. The partial mass flow of the refrigerant guided through the flow path is recombined at either the
제1 분기점(13)에서, 냉매의 질량 흐름은 제1 유로를 통해 안내되는 제1 부분 질량 흐름과 제2 유로를 통해 안내되는 제2 부분 질량 흐름으로 나눠질 수 있다. 제1 유로 내에는, 증발기로서 작동되는 제1 냉매-공기 열교환기(7)가 냉매의 유동 방향으로 볼 때 상류에 연결된 제1 팽창 요소(10)와 함께 배치되는 한편, 제2 유로 내에는, 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기 열교환기(8)가 냉매의 유동 방향으로 볼 때 상류에 연결된 제2 팽창 요소(11)와 함께 배치된다. 냉매의 제1 부분 질량 흐름 및 제2 부분 질량 흐름은 제1 개구점(14)에서 서로 혼합된다.At the
각각의 냉매-공기 열교환기(7, 8)를 통해 유동할 때 증발하는 냉매는 승객실에 공급될 공기 질량 흐름의 열을 흡수한다. 이 경우, 공기 질량 흐름은 제습 및/또는 냉각된다. 제1 냉매-공기 열교환기(7)는 승객실의 전방 영역 내로 공급되는 공급 공기 질량 흐름의 컨디셔닝을 위한 에어 컨디셔너 내에 배치되는 한편, 제2 냉매-공기 열교환기(8)는 승객실의 후방 영역 내로 공급되는 공급 공기 질량 흐름의 컨디셔닝을 위한 에어 컨디셔너 내에 배치된다.The refrigerant that evaporates as it flows through the respective refrigerant-
제2 분기점(15)에서, 냉매의 질량 흐름은 제2 유로를 통해 안내되는 제2 부분 질량 흐름과 제3 유로를 통해 안내되는 제3 부분 질량 흐름으로 나눠질 수 있다. 제3 유로 내에는, 마찬가지로 증발기로서 작동되는 제2 냉매-냉각제 열교환기(9)가 냉매의 유동 방향으로 볼 때 상류에 연결된 제3 팽창 요소(12)와 함께 배치된다. 냉매의 제3 부분 질량 흐름은 제2 개구점(16)에서 나머지 질량 흐름과 혼합된다.At the
제2 냉매-냉각제 열교환기(9)를 통해 유동할 때 증발하는 냉매는 도시되지 않은 추가 냉각제 회로에서 순환하는 냉각제의 열을 흡수한다. 이 경우, 냉각제는 냉각된다. 칠러라고도 하는 제2 냉매-냉각제 열교환기(9)는 배터리, 예컨대 고압 배터리, 또는 PHEV의 전기 구동 모터를 템퍼링하기 위해 연결부(19)를 통해 냉각제 회로에 연결된다.The refrigerant that evaporates when flowing through the second refrigerant-
시스템(1a, 1b)에 대한 연결부(19)에서 냉매 회로(2a, 2b)의 저압 측에 연결된 냉각제 회로(도시되지 않음)는 주변 온도 값이 높을 때 배터리를 냉각시키고 배터리의 온도를 소정 한계값 미만으로 유지시키는 작용을 한다. 냉각기라고도 하는 냉각제 회로는 전기 구동 트레인의 부품들로부터 폐열을 회수하는데 사용될 수 있다. 열은 증발열로서 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로 전달된다. 이러한 방식으로, 가능한 가열 능력에 더하여, 시스템(1a, 1b)의 효율이 최대화된다.A coolant circuit (not shown) connected to the low pressure side of the
제3 유로를 통해 안내된 냉매의 부분 질량 흐름이 제1 또는 제2 유로 내로 역류하는 것을 방지하기 위해, 체크 장치(17), 특히 체크 밸브가 제1 개구점(14)과 제2 개구점(16) 사이에 제공된다.In order to prevent the partial mass flow of the refrigerant guided through the third flow path from flowing back into the first or second flow path, a
도 1에 따른 시스템(1a)의 실시 예에서, 냉매 회로(2a)와 제1 냉각제 회로(3) 사이의 열 결합 수단으로서 설계된 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)와 제1 분기점(13) 사이에, 냉매로부터 주변 공기로 열을 전달하기 위한 제3 냉매-공기 열교환기(18)가 배치된다.In the embodiment of the
냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매/냉각제 열교환기(6)로부터 유출된 후에, 특히 서브 쿨러/가스 냉각기로서 작동되는 제3 냉매-공기 열교환기(18)로 안내된다. 제3 냉매-공기 열교환기(18)를 통해 유동하고 냉매로부터 주변 공기로 열을 방출할 때, 냉매는 조건, 필요 및 작동 모드에 따라, 예컨대 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)에서 열이 거의 또는 전혀 전달되지 않는 경우, 과냉각 또는 과열 저감되어, 액화 및 경우에 따라 과냉각된다.After the refrigerant flows out of the first refrigerant/
제1 냉각제 회로(3)는 냉매 회로(2a, 2b)에서 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 전술한 제1 냉매-냉각제 열교환기(6) 외에, 냉각제를 순환시키기 위한 냉각제 펌프로서 설계된 제1 이송 장치(20), 냉각제와 주변 공기 사이, 특히 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 제1 냉각제-공기 열교환기(21), 냉각제로부터 승객실용 공급 공기로의 열 전달을 위한 제2 냉각제-공기 열교환기(26), 및 제2 냉각제 회로(4)와의 열 결합 수단으로서 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 포함한다.The
제1 이송 장치(20)의 냉각제의 유동 방향으로 볼 때 하류에 배치된 분기점(24)에서, 냉각제의 질량 흐름은 제1 유로(22)를 통해 안내되는 제1 부분 질량 흐름과 제2 유로(23)를 통해 안내되는 제2 부분 질량 흐름으로 나눠질 수 있다. 제1 유로(22) 내에는 제1 냉각제-공기 열교환기(21)가 배치되는 한편, 제2 유로(23) 내에는 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-냉각제 열교환기(27) 및 제2 냉각제-공기 열교환기(26)가 배치된다. 냉각제의 제1 부분 질량 흐름 및 제2 부분 질량 흐름은 특히 3방향 밸브로서 설계된 개구점(25)에서 서로 혼합된 다음, 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 흡입된다.At the
제1 냉각제-공기 열교환기(21)는 냉매로부터 냉각제로 열을 전달하기 위한 냉각제 냉각식 제1 냉매-냉각제 열교환기(6), 및 냉각제로부터 승객실용 공급 공기로 열을 전달하기 위한 가열 열교환기로서 작동되는 제2 냉각제-공기 열교환기(26)에 직접 연결되고, 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하도록 구성 된다.The first coolant-
에어 컨디셔너 내부에는, 특히 승객실의 전방 영역 내로 공급되는 공급 공기 질량 흐름을 컨디셔닝하기 위해 제2 냉각제-공기 열교환기(26)가 제공된다. 냉매 회로(2a, 2b)의 증발기로서 작동되는 제1 냉매-공기 열교환기(7)는 공급 공기의 유동 방향으로 볼 때 가열 열교환기로서 작동되는 제2 냉각제-공기 열교환기(26)의 상류에 배치되므로, 예컨대 가열 모드로 작동되는 시스템(1a, 1b) 내에서, 승객실용 공급 공기가 가열되거나 또는 재가열 모드로 작동되는 시스템(1a, 1b) 내에서, 제1 냉매-공기 열교환기(7)를 통해 유동할 때 제습 및/또는 냉각되는 승객실용 공급 공기가 다시 가열될 수 있다.Inside the air conditioner, in particular a second coolant-
제2 냉각제 회로(4)는 제1 냉각제 회로(3)에 대한 열 결합 수단으로서 전술한 냉각제-냉각제 열교환기(27)에 더하여, 냉각제를 순환시키기 위한 냉각제 펌프로서 설계된 제2 이송 장치(30), 내연 기관의 템퍼링을 위한 냉각제 열교환기(31), 및 냉각제와 주변 공기 사이, 특히 냉각제로부터 주변 공기로의 열 전달을 위한 제3 냉각제-공기 열교환기(32)를 포함한다.The
내연 기관을 템퍼링하기 위한 냉각제 열교환기(31)는 냉각제의 유동 방향으로 볼 때 제2 이송 장치(30)의 하류에 배치된다. 냉각제의 유동 방향으로 볼 때 하류에 연결된, 특히 3방향 밸브로서 설계된 분기점(35)에서, 냉각제의 질량 흐름은 제1 유로(33)를 통해 안내되는 제1 부분 질량 흐름과 제2 유로(34)를 통해 안내되는 제2 부분 질량 흐름으로 나눠질 수 있다. 제1 유로(33) 내에는, 제3 냉각제-공기 열교환기(32)가 배치되는 한편, 제2 유로(34) 내에는 냉각제-냉각제 열교환기(27)가 배치된다. 냉각제의 제1 부분 질량 흐름 및 제2 부분 질량 흐름은 개구점(36)에서 서로 혼합된 다음, 제2 이송 장치(30)를 통해 흡입된다.The
따라서, 제3 냉각제-공기 열교환기(32)는 내연 기관을 템퍼링하기 위한, 특히 내연 기관으로부터 냉각제로 열을 전달하기 위한 냉각제 열교환기(31)에 직접 연결되고, 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하도록 구성된다. 제2 냉각제 회로(4)는 제1 냉각제 회로(3) 내에 배치되어 가열 열교환기로서 작동되는 제2 냉각제-공기 열교환기(26)와의 직접적인 유체 연결을 갖지 않는다.Thus, the third coolant-
제1 냉각제 회로(3) 내의 개구점(25) 및 제2 냉각제 회로(4) 내의 분기점(35)을 3방향 밸브로서 설계함으로써, 한편으로는 냉각제 회로(3, 4) 내에서 순환하는 냉각제들 사이의 열 전달이 냉각제-냉각제 열교환기(27)에서 가능하다. 다른 한편으로는, 냉각제 회로(3, 4)가 독립적으로 그리고 별도로 작동될 수 있다.By designing the
주변 공기와의 열 전달을 위해 설계된, 냉매 회로(2a)의 제3 냉매-공기 열교환기(18), 제1 냉각제 회로(3)의 제1 냉각제-공기 열교환기(21), 및 제2 냉각제 회로(4)의 제3 냉각제-공기 열교환기(32)는 제시된 순서로 주변 공기의 유동 방향(37)으로 배치된다. 제1 열교환기로서 냉매 회로(2a)의 제3 냉매-공기 열교환기(18)에는 주변 공기가 유입된다. 도 2에 따른 시스템(1b)의 냉매 회로(2b)에서는, 냉매 회로(2a)의 제3 냉매-공기 열교환기(18)가 생략된다.A third refrigerant-
냉각 시스템 모드에서 승객실의 에어 컨디셔닝 및 자동차의 구동 부품과의 열전달을 위한 시스템(1a, 1b)의 작동 동안, 제1 냉매-공기 열교환기(7) 또는 제2 냉매-공기 열교환기(8)에서 승객실용 공급 공기로부터 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로 또는 제2 냉매-냉각제 열교환기(9)에서 전기 구동 트레인의 적어도 하나의 부품으로부터 냉매 회로(2a, 2b) 내에서 순환하는 냉매로 전달되는 열은, 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)에서 적어도 비례적으로 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로 전달된다. 제3 냉매-공기 열교환기(18)를 갖는 냉매 회로(2a)의 형성시, 냉매의 열의 일부 또는 전부가 주변 공기로 직접 전달될 수 있다.During the operation of the system (1a, 1b) for air conditioning in the passenger compartment and heat transfer to the driving parts of the vehicle in the cooling system mode, the first refrigerant-air heat exchanger (7) or the second refrigerant-air heat exchanger (8) From the supply air for the passenger compartment to the refrigerant circulating in the
냉매용 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 유동할 때 가열된 냉각제는 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하기 위해, 제1 냉각제 회로(3)의 제1 유로(22) 및 그에 따라 제1 냉각제-공기 열교환기(21)를 통해 안내된다.When flowing through the first refrigerant-
또한, 냉각제 열교환기(31)를 통해 유동할 때, 열은 내연 기관으로부터 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로 전달된다. 가열된 냉각제는 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하기 위해, 제2 냉각제 회로(4)의 제1 유로(33) 및 그에 따라 제3 냉각제-공기 열교환기(32)를 통해 안내된다. 시스템(1a, 1b)을 사용하면, 냉각 시스템 모드로 작동시킬 때 큰 열 출력이 달성된다.Further, when flowing through the
가열 모드 또는 재가열 모드로 시스템(1a, 1b)을 작동시킬 때, 에어 컨디셔닝 시스템의 폐열, 특히 제1 냉매-공기 열교환기(7) 또는 제2 냉매-공기 열교환기(8)에서 승객실용 공급 공기로부터 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로, 그리고 제2 냉매-냉각제 열교환기(9)에서 전기 구동 트레인의 적어도 하나의 부품으로부터 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로 전달되는 열 또는 내연 기관으로부터 방출된 열은 승객실용 공급 공기를 가열하기 위해 사용될 수 있다.When operating the
냉매용 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 유동할 때 가열된 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름은 냉각제로부터 승객실용 공급 공기로의 열 전달을 위해, 제1 냉각제 회로(3)의 제2 유로(23) 및 그에 따라 가열 열교환기로서 작동되는 제2 냉각제-공기 열교환기(26)를 통해 안내된다.At least one partial mass flow of the heated coolant when flowing through the first refrigerant-
추가로 또는 대안으로서, 냉각제 열교환기(31)를 통해 유동할 때 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하여 가열된 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름은 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하기 위해, 제2 냉각제 회로(4)의 제2 유로(34) 및 그에 따라 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 통해 안내된다. 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 통해 유동할 때 가열된, 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제는 냉각제로부터 승객실용 공급 공기로의 열 전달을 위해, 가열 열교환기로서 작동되는 제2 냉각제-공기 열교환기(26)를 통해 안내된다.Additionally or alternatively, at least one partial mass flow of the heated coolant circulating in the
따라서, 특히 승객실용 공급 공기의 가열 모드로 시스템(1a, 1b)을 작동시킬 때, 내연 기관의 폐열 및 에어 컨디셔닝 시스템의 폐열은 승객실용 공급 공기를 가열하는데 사용될 수 있다. 폐열을 함께 사용하면, 공급 공기 및 그에 따라 승객실 내의 공기가 훨씬 빨리 가열될 수 있다.Thus, especially when operating the
또한, 냉각제-냉각제 열교환기(27)는 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로부터 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로의 열전달 및 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로부터 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로의 열전달을 가능하게 한다. 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 에어 컨디셔닝 시스템의 냉각제와 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 내연 기관의 냉각제 사이의 열이 양방향으로 전달될 수 있기 때문에, 에어 컨디셔닝 시스템의 폐열은 승객실용 공급 공기를 가열하는데 뿐만 아니라 낮은 주변 온도에서 내연 기관을 가열하는데도 사용될 수 있다. 각각 높은 폐열 이용률이 달성된다.In addition, the coolant-
냉매용 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 유동할 때 가열된 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름은 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제로부터 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제로의 열 전달을 위해 제1 냉각제 회로(3)의 제2 유로(23) 및 그에 따라 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 통해 안내된다. 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 통해 유동할 때 가열된, 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제는 냉각제로부터 내연 기관으로 열을 전달하기 위해 냉각제 열교환기(31)를 통해 안내된다.At least one partial mass flow of the heated coolant when flowing through the first refrigerant-
1a, 1b: 시스템
2a, 2b: 냉매 회로
3: 제1 냉각제 회로
4: 제2 냉각제 회로
5: 압축기
6: 제1 냉매-냉각제 열교환기
7: 제1 냉매-공기 열교환기
8: 제2 냉매-공기 열교환기
9: 제2 냉매-냉각제 열교환기
10: 제1 팽창 요소
11: 제2 팽창 요소
12: 제3 팽창 요소
13: 제1 분기점
14: 제1 개구점
15: 제2 분기점
16: 제2 개구점
17: 체크 장치
18: 제3 냉매-공기 열교환기
19: 전기 구동 트레인의 냉각제 회로의 연결부
20: 제1 냉각제 회로(3)의 제1 이송 장치
21: 제1 냉각제-공기 열교환기
22: 제1 냉각제 회로(3)의 제1 유로
23: 제1 냉각제 회로(3)의 제2 유로
24: 제1 냉각제 회로(3)의 분기점
25: 제1 냉각제 회로(3)의 개구점
26: 제2 냉각제-공기 열교환기
27: 냉각제-냉각제 열교환기
30: 제2 냉각제 회로(4)의 제2 이송 장치
31: 내연 기관의 냉각제 열교환기
32: 제3 냉각제-공기 열교환기
33: 제2 냉각제 회로(4)의 제1 유로
34: 제2 냉각제 회로(4)의 제2 유로
35: 제2 냉각제 회로(4)의 분기점
36: 제2 냉각제 회로(4)의 개구점
37: 주변 공기의 유동 방향1a, 1b:
3: first coolant circuit 4: second coolant circuit
5: Compressor 6: First refrigerant-coolant heat exchanger
7: first refrigerant-air heat exchanger 8: second refrigerant-air heat exchanger
9: second refrigerant-coolant heat exchanger 10: first expansion element
11: second expansion element 12: third expansion element
13: first branch point 14: first opening point
15: second branch point 16: second opening point
17: check device 18: third refrigerant-air heat exchanger
19: connection of the coolant circuit of the electric drive train
20: first conveying device of the
21: first coolant-air heat exchanger
22: first flow path of the
23: the second flow path of the
24: branch point of the
25: opening point of the
26: second coolant-air heat exchanger
27: coolant-coolant heat exchanger
30: second transfer device of the
31: coolant heat exchanger of an internal combustion engine
32: third coolant-air heat exchanger
33: the first flow path of the
34: the second flow path of the
35: branch point of the
36: opening point of the
37: flow direction of ambient air
Claims (19)
- 압축기(5), 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-냉각제 열교환기(6) 및 상류에 팽창 요소(10, 11)를 갖는, 상기 승객실의 공급 공기를 컨디셔닝하기 위한 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기(7, 8)를 구비한 냉매 회로(2a, 2b),
- 상기 제1 냉매-냉각제 열교환기(6) 및 가열 열교환기로서 작동되는 냉각제-공기 열교환기(26)를 구비한 제1 냉각제 회로(3), 및
- 구동 부품을 템퍼링하기 위한 냉각제 열교환기(31)를 구비한 제2 냉각제 회로(4)를 포함하고,
상기 제1 냉각제 회로(3) 및 상기 제2 냉각제 회로(4)는 서로 별개로 형성되며, 상기 냉각제 회로들(3, 4)에서 순환하는 냉각제들 사이의 열전달을 위한 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템(1a, 1b).
As a system (1a, 1b) for air conditioning in a passenger compartment and heat transfer to a driving part of a vehicle,
-A compressor (5), a first refrigerant-coolant heat exchanger (6) operating as a condenser/gas cooler and an expansion element (10, 11) upstream, operating as an evaporator for conditioning the supply air of the passenger compartment. Refrigerant circuits (2a, 2b) with at least one refrigerant-air heat exchanger (7, 8),
-A first coolant circuit (3) having the first refrigerant-coolant heat exchanger (6) and a coolant-air heat exchanger (26) operating as a heating heat exchanger, and
-Comprising a second coolant circuit 4 with a coolant heat exchanger 31 for tempering the driving part,
The first coolant circuit 3 and the second coolant circuit 4 are formed separately from each other, and a coolant-coolant heat exchanger 27 for heat transfer between coolants circulating in the coolant circuits 3 and 4 System (1a, 1b), characterized in that it comprises.
At least one second refrigerant according to claim 1, wherein the refrigerant circuit (2a, 2b) has an expansion element (12) upstream to operate as an evaporator for heat transfer between the coolant and the refrigerant for tempering the driving parts- System (1a, 1b), characterized in that it comprises a coolant heat exchanger (9).
The at least one refrigerant-air heat exchanger (7, 8) for conditioning the supply air of the passenger compartment with the expansion element (10, 11) upstream and the expansion element (12) upstream. ), the second refrigerant-coolant heat exchanger (9) is arranged to receive refrigerant in parallel and independently of each other.
The coolant-air heat exchanger (26) according to claim 1, operating as a heat exchanger and the coolant-coolant heat exchanger (27) for heat transfer between coolant circulating in the coolant circuits (3, 4). System (1a, 1b), characterized in that the first coolant circuit (3) is arranged in sequence in the flow direction of the coolant.
The system (1a, 1b) according to claim 2, characterized in that the first coolant circuit (3) comprises a coolant-air heat exchanger (21) for heat transfer from the coolant to the ambient air.
The method of claim 5, wherein the first coolant circuit (3) comprises a first flow path (22) and a second flow path (23), and the flow paths are formed by extending from the branch point (24) to the opening point (25), respectively. The coolant-air heat exchanger 21 for heat transfer from the coolant to the surrounding air is disposed in the first flow path 22 and is arranged to receive the coolant in parallel and independently of each other. The system (1a, 1b), characterized in that the coolant-air heat exchanger (26) operated as a group is arranged in the second flow path (23).
System (1a, 1b) according to claim 6, characterized in that the opening point (25) of the first coolant circuit (3) is designed as a three-way valve.
System (1a, 1b) according to claim 5, characterized in that the second coolant circuit (4) comprises a coolant-air heat exchanger (32) for heat transfer from the coolant to the ambient air.
The method according to claim 8, wherein the second coolant circuit (4) includes a first flow path (33) and a second flow path (34), and the flow paths are formed by extending from the branch point (35) to the opening point (36), respectively. The coolant-air heat exchanger 32 for heat transfer from the coolant to the surrounding air is disposed in the first flow path 33, and the coolant- The system (1a, 1b), characterized in that a coolant heat exchanger (27) is arranged in the second flow path (34).
System (1a, 1b) according to claim 9, characterized in that the branch point (35) of the second coolant circuit (4) is designed as a three-way valve.
The method of claim 8, wherein the refrigerant circuit (2a) comprises a refrigerant-air heat exchanger (18) for transferring heat from the refrigerant to the surrounding air, and the refrigerant-air heat exchanger (18) is in a flow direction of the refrigerant. System (1a), characterized in that it is arranged downstream of the first refrigerant-coolant heat exchanger (6) when viewed.
- 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기(7, 8)를 통해 유동할 때 승객실용 공급 공기로부터 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로 열을 전달하는 단계, 및/또는
- 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 제2 냉매-냉각제 열교환기(9)를 통해 유동할 때 냉각제로부터 상기 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로 열을 전달하고, 적어도 하나의 구동 부품을 템퍼링하는 단계, 및
- 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 유동할 때 상기 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로부터 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 냉매는 과열 저감(desuperheating)되고 적어도 부분적으로 액화되며, 상기 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제는 가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템의 작동 방법.
A method of operating a system (1a, 1b) for air conditioning in a passenger compartment and for heat transfer to a driving part of a motor vehicle according to claim 8, comprising:
-Transferring heat from the supply air for the passenger compartment to the refrigerant circulating in the refrigerant circuits 2a, 2b when flowing through at least one refrigerant-air heat exchanger 7, 8 operated as an evaporator, and/or
-When flowing through at least one second refrigerant-coolant heat exchanger 9 operating as an evaporator, heat is transferred from the coolant to the refrigerant circulating in the refrigerant circuits 2a and 2b, and at least one driving component is tempered. And
-Transferring heat from the refrigerant circulating in the refrigerant circuits 2a and 2b to the refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 3 when flowing through the first refrigerant-coolant heat exchanger 6, wherein the refrigerant Characterized in that it comprises the step of desuperheating and at least partially liquefying, the coolant of the first coolant circuit (3) being heated.
- 냉각제-공기 열교환기(21)를 통해 유동할 때 상기 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제는 냉각되는 단계, 및
- 냉각제 열교환기(31)를 통해 유동할 때 내연 기관으로부터 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제가 가열되는 단계, 및
- 냉각제-공기 열교환기(32)를 통해 유동할 때 상기 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로부터 주변 공기로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제가 냉각되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템의 작동 방법.
The method according to claim 12, wherein when operating the system (1a, 1b) in a cooling system mode,
-A step of transferring heat from the coolant circulating in the first coolant circuit (3) to the surrounding air when flowing through the coolant-air heat exchanger (21), wherein the coolant in the first coolant circuit (3) is cooled. Step, and
-Transferring heat from the internal combustion engine to the coolant circulating in the second coolant circuit 4 when flowing through the coolant heat exchanger 31, wherein the coolant in the second coolant circuit 4 is heated, and
-Transferring heat from the coolant circulating in the second coolant circuit 4 to the ambient air when flowing through the coolant-air heat exchanger 32, wherein the coolant in the second coolant circuit 4 is cooled. A method of operating a system, characterized in that it comprises a step.
- 상기 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하며 가열된 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름을 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 통해 안내하고, 상기 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제의 부분 질량 흐름으로부터 상기 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제의 상기 부분 질량 흐름은 냉각되며 상기 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제는 가열되는 단계, 및
- 냉각제 열교환기(31)를 통해 유동할 때 상기 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로부터 상기 내연 기관으로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제는 냉각되며, 상기 내연 기관은 가열되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템의 작동 방법.
The method of claim 12, wherein when operating the system (1a, 1b) in the heating mode of the internal combustion engine,
-The portion of the coolant circulating in the first coolant circuit 3 and guiding at least one partial mass flow of the heated coolant through the coolant-coolant heat exchanger 27 and circulating in the first coolant circuit 3 Transferring heat from the mass flow to the coolant circulating in the second coolant circuit (4), wherein the partial mass flow of coolant in the first coolant circuit (3) is cooled and the second coolant circuit (4) is The coolant is heated, and
-Transferring heat from the coolant circulating in the second coolant circuit 4 to the internal combustion engine when flowing through the coolant heat exchanger 31, wherein the coolant in the second coolant circuit 4 is cooled, Characterized in that the internal combustion engine is heated.
- 냉각제 열 교환기(31)를 통해 유동할 때 내연 기관으로부터 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제가 가열되는 단계,
- 상기 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하며 가열된 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름을 냉각제-냉각제 열교환기(27)를 통해 안내하고, 상기 제2 냉각제 회로(4)에서 순환하는 냉각제의 부분 질량 흐름으로부터 상기 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제의 적어도 하나의 부분 질량 흐름으로 열을 전달하는 단계로서, 상기 제2 냉각제 회로(4)의 냉각제의 상기 부분 질량 흐름은 냉각되며 상기 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제의 상기 부분 질량 흐름은 가열되는 단계, 및
- 상기 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하며 가열된 냉각제의 부분 질량 흐름을 가열 열교환기로서 작동되는 냉각제-공기 열교환기(26)를 통해 안내하고, 상기 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제로부터 승객실용 공급 공기로 열을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템의 작동 방법.
The method according to claim 12, wherein when operating the system (1a, 1b) in a heating mode or a reheat mode,
-Transferring heat from the internal combustion engine to the coolant circulating in the second coolant circuit 4 when flowing through the coolant heat exchanger 31, wherein the coolant in the second coolant circuit 4 is heated,
-The portion of the coolant circulating in the second coolant circuit 4 and guiding at least one partial mass flow of the heated coolant through the coolant-coolant heat exchanger 27 and circulating in the second coolant circuit 4 Transferring heat from the mass flow to at least one partial mass flow of coolant circulating in the first coolant circuit (3), wherein the partial mass flow of coolant in the second coolant circuit (4) is cooled and 1 said partial mass flow of coolant in coolant circuit 3 is heated, and
-Guide the partial mass flow of the heated coolant circulating in the first coolant circuit 3 through a coolant-air heat exchanger 26 operating as a heating heat exchanger, and from the coolant of the first coolant circuit 3 A method of operating a system comprising the step of transferring heat to the supply air for the passenger compartment.
15. The method of claim 14, wherein the partial mass flow of the heated coolant circulating in the first coolant circuit (3) is guided through a coolant-air heat exchanger (21), and the heat is directed to the coolant of the first coolant circuit (3). A method of operating the system, characterized in that it is transferred from to the ambient air.
16. The method of claim 15, wherein the partial mass flow of the heated coolant circulating in the second coolant circuit (4) is guided through the coolant-air heat exchanger (32), and the heat is directed to the coolant of the second coolant circuit (4). A method of operating the system, characterized in that it is transferred from to the ambient air.
- 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 냉매-공기 열교환기(7, 8)를 통해 유동할 때 승객실용 공급 공기로부터 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로 열을 전달하는 단계, 및/또는
- 증발기로서 작동되는 적어도 하나의 제2 냉매-냉각제 열교환기(9)를 통해 유동할 때 냉각제로부터 상기 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로 열을 전달하고, 적어도 하나의 구동 부품을 템퍼링하는 단계, 및
- 제1 냉매-냉각제 열교환기(6)를 통해 유동할 때 상기 냉매 회로(2a, 2b)에서 순환하는 냉매로부터 제1 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로 열을 전달하는 단계로서, 상기 냉매는 과열 저감(desuperheating)되고 적어도 부분적으로 액화되며, 상기 제1 냉각제 회로(3)의 냉각제는 가열되는 단계를 포함하며,
냉매-공기 열교환기(18)를 통해 유동할 때 열은 상기 냉매 회로(2a)에서 순환하는 냉매로부터 주변 공기로 전달되고, 상기 냉매는 액화 및/또는 과냉각되는 것을 특징으로 하는, 시스템의 작동 방법.
A method of operating a system (1a, 1b) for air conditioning in a passenger compartment and heat transfer to a driving part of a motor vehicle according to claim 11, comprising:
-Transferring heat from the supply air for the passenger compartment to the refrigerant circulating in the refrigerant circuits 2a, 2b when flowing through at least one refrigerant-air heat exchanger 7, 8 operated as an evaporator, and/or
-When flowing through at least one second refrigerant-coolant heat exchanger 9 operating as an evaporator, heat is transferred from the coolant to the refrigerant circulating in the refrigerant circuits 2a and 2b, and at least one driving component is tempered. And
-Transferring heat from the refrigerant circulating in the refrigerant circuits 2a and 2b to the refrigerant circulating in the first refrigerant circuit 3 when flowing through the first refrigerant-coolant heat exchanger 6, wherein the refrigerant Desuperheating and at least partially liquefied, the coolant of the first coolant circuit 3 is heated,
When flowing through the refrigerant-air heat exchanger 18, heat is transferred from the refrigerant circulating in the refrigerant circuit 2a to the surrounding air, and the refrigerant is liquefied and/or supercooled. .
12. Use of the system (1a, 1b) according to any one of claims 1 to 11 in a motor vehicle with a hybrid drive comprising an electric motor and an internal combustion engine.
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