KR20210011037A - 자동차의 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

자동차의 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 경우 공기 조화 시스템(1)은 냉매 순환계(2) 및 물 순환계(3)를 구비하고, 이들 순환계는 응축기 또는 가스 냉각기(5)를 통해 열적으로 서로 결합되어 있다. 물 순환계(3)는 펌프(8) 옆에 차량의 차량 실내를 위한 공기(10)를 가열하기 위한 가열 열 교환기(9)를 구비하고, 냉매 순환계(2)는 압축기(4), 팽창 기관(6) 및 증발기(7)를 구비한다. 본 발명에 따른 방법은 특히, 물 순환계(3)가 가열 열 교환기(9) 내의 열을 유사한 온도 범위 안에 있는 공기(10)로 전달하도록, 물 순환계(3)가 낮은 체적 유량 및 높은 온도차로 응축기 또는 가스 냉각기(5)를 관류하는 것을 특징으로 하며, 이 경우 냉매 순환계(2)는 65℃ 내지 70℃의 온도로부터 -10℃ 내지 +30℃의 온도로 냉각되고, 물 순환계(3)는 55℃ 내지 65℃의 온도로 상승하며, 그리고 응축기 또는 가스 냉각기(5) 내에서의 물 순환계(3)의 온도 프로파일은 냉매의 온도 활주(temperature glide)를 이용해서 냉매 순환계(2)의 온도 프로파일에 맞게 조정되며, 이 경우에는 냉매가 강하게 냉각되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법{METHOD FOR OPERATING AN AIR-CONDITIONING SYSTEM OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은, 자동차의 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 더 넓은 의미에서의 공기 조화 시스템이란, 자동차 객실 내의 공기를 조절하는 장치로 이해된다. 이로써, 공기는 공기 조화 시스템 내에서 가열되거나 냉각되고, 경우에 따라서는 습도도 조절된다.
본 발명에 따른 공기 조화 시스템은, 더 좁은 의미에서 특별히 전동식 또는 전기 화학식 구동 장치를 갖춘 미래의 차량 애플리케이션에 적응되어 있고, 특히 가열 시스템을 포함한다. 이와 같은 사실이 특별하게 중요한 이유는, 상기와 같은 구동 장치를 갖춘 최근의 차량에서의 열 관리가 연소 파워 엔진을 갖춘 종래의 차량과 비교할 때, 최근의 구동 장치에서는 아주 일반적으로 폐열이 내연 기관의 폐열의 높은 온도 수준에서 객실의 가열을 위해 이용되지 않는다는 점에서 서로 상이하기 때문이다. 따라서, 열 펌프로서의 냉매 순환계는, 본 발명의 의미에서의 공기 조화 시스템의 구성 요소 또는 회로 변형예로서 포함되어 있다.
미래의 공기 조화 시스템의 경우에는, 또한 냉매 순환계 내에서 R1234yf 또는 R744와 같은 냉매가 임계 초과의 공정 및 임계 이하의 공정으로, 환경 제약을 충족시키기 위해 보강된 상태에서 사용된다. 전술된 냉매들은, 차량의 냉각 및 가열을 위한 순환계 내에서의 적용예에 따라 사용하기에는 기본적으로 적합하지만, 물질 특유의 특성에 대해서는 주의를 기울여야 한다.
예를 들어 R744, 즉 이산화탄소는 특히 큰 온도 활주(temperature glide)를 통해 매질을 가열하기에 적합하다. 이 경우, 열 전달 매체로서 사용되는 매질은 예를 들어 10℃로부터 60℃로, 20℃로부터 50℃로 가열되거나 30℃로부터 60℃로도 가열된다. 이산화탄소를 냉매로 사용하는 순환계에서 출력 및 효율을 위해 결정적으로 중요한 것은, 팽창 완화 이전의 이산화탄소의 온도이다. 이 온도가 40℃ 위에 놓여 있으면, 시스템의 성능이 감소하고, 효율도 현저히 떨어진다.
냉매 순환계 내의 온도는, 냉각 모드에서 냉각 패킷의 제1 행에 또는 추가의 가열기로서 공기 조화 유닛 내에 배열되어 있는 가스 냉각기에 의해서 주로 결정되거나, 차가운 주변 공기를 공급받아서 냉각되는 응축기 또는 가스 냉각기에 의해서 주로 결정된다. R744를 냉매로서 사용하는 순환계는 자체 경계 조건들로부터 또한 종래 방식으로도 거의 최적으로 작동될 수 있다.
또 다른 중요한 일 양상은, 예컨대 전기차에서 파워 전자 장치를 더욱 우수하게 냉각시킬 수 있기 위하여 또는 연소 기관을 갖춘 몇몇 차량에서 충전 공기를 더욱 우수하게 냉각시킬 수 있기 위하여, 다양한 차량 모델에서 냉매 순환계의 응축기 또는 가스 냉각기가 더 이상 냉각을 위해 열 교환기의 제1 행에 배열되어 있지 않다는 데 있다. 그 결과, 응축기 또는 가스 냉각기는 열 교환기의 제2 행으로 변위되고, 냉매의 냉각은 더 이상 최적이 아니게 된다. 이와 같은 상황은 특히 효율 및 출력 측면에서 R744에 큰 영향을 미치고, 또한 냉매 R1234yf의 경우에도 압력 위치 및 출력과 관련해서 부정적으로 작용한다.
종래 기술에서는, 병렬로 관류하고 파워 전자 장치 또는 충전 공기와 동일한 냉각수를 받는 수냉식 응축기 또는 가스 냉각기를 사용함으로써 상기와 같은 상황을 고려한다. 이와 같은 조치가 전기차에서 이루어진다는 사실이 특히 흥미로운데, 그 이유는 주변과 접촉하는 단 하나의 열 교환기만 있기 때문이다. 다양한 열원의 전체 잔류 열은 차량 내에 수집되고, 초과의 경우에는 주변으로 송출된다. 그 이외의 경우에는, 상기 잔류 열이 실내를 가열시키기 위해서 또는 열 펌프용 열원으로서 사용될 수 있다.
더 나아가, 종래 기술에는, 전기차의 경우에도 몇몇 상황에서는 냉매에 의해 직접 가열이 이루어지지 않고, 오히려 물-글리콜-혼합물을 갖는 물 순환계 내에서 작동되는 가열 열 교환기에 의해 가열이 이루어지는 것도 공지되어 있다. 이 경우, 물은 높은 체적 유량 및 낮은 온도차로 가열 열 교환기를 관류한다. 물 순환계의 가열 단계 후에는, 온도 범위가 50℃ 내지 60℃의 최적의 범위 안에 놓여 있다. 이와 같은 사실이 열 펌프의 작동을 위해서 의미하는 바는, 물 가열 후의 냉매의 온도와 온도차를 합산한 값이 거의 전술된 온도 범위 안에 놓여 있다는 것이다. 그 결과, 냉매 R744에 대해서는 매우 나쁜 효율이 나타나게 된다.
본 발명의 과제는, 냉매 순환계의 높은 효율을 가능하게 하는 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 과제는, 냉매 순환계, 특히 열 펌프의 효율적인 작동이 가능하도록 순환계를 개선하는 것이다.
상기 과제는, 특허 청구항 1에 따른 특징들을 갖는 방법에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.
본 발명의 컨셉은, 냉매의 온도가 팽창 완화 이전에는 -20℃ 내지 +30℃의 범위에 그리고 이로써 통상적인 온도 범위인 +30℃ 내지 50℃보다 훨씬 더 아래에 놓여 있다는 데 있다. 선택된 온도 범위는 원칙적으로는 차가운 공기에 의해서 냉각에 도달할 수 있지만, 종래 기술에서 물 순환계를 갖춘 동류의 공기 조화 시스템의 경우에는 이와 같은 냉각이 실현되기 어렵거나 전혀 실현되지 않는다. 증발 이전의 온도 범위도 예를 들어 R744의 경우에는 초임계적인 순환 공정의 압력 수준에 중대한 영향을 미친다.
본 발명의 토대가 되는 또 다른 발견은, 물 순환계의 온도 프로파일을 냉매 순환계의 온도 프로파일에 맞게 조정함으로써 뚜렷한 효율 개선이 가능하다는 것이다. 이와 같은 효율 개선은, 가열 열 교환기가 더 이상 낮은 온도차에서 높은 체적 유량으로 작동되지 않고, 오히려 낮은 체적 유량 및 높은 온도차로 작동됨으로써 성취된다. 이렇게 함으로써는, 냉매, 특히 R744 또는 R1234yf도 상응하는 온도로 냉각될 수 있다. 공기-물-열 교환기, 즉 가열 열 교환기는 냉매-물-열 교환기, 즉 응축기 또는 가스 냉각기와 마찬가지로 바람직하게는 역류 방식으로 또는 교차 역류 방식으로 설계되거나 작동된다.
물 순환계의 공기-물-열 교환기, 즉 가열 열 교환기의 경우에는, 공기가 연속으로 접속된 복수의 물 열 교환기 세그먼트를 거쳐서 흐를 수 있다.
냉매 순환계의 경우에는, 사용된 냉매에 따라, 또한 내부 열 교환기, 경우에 따라서는 복수의 압축기, 복수의 응축기 또는 가스 냉각기, 체크 밸브, 차단 밸브, 열에 의한 팽창 밸브 및 전기식 팽창 밸브, 오리피스 및 직렬 또는 병렬 접속된 증발기도 배열될 수 있다.
바람직하게, 물 순환계는 밸브를 줄이기 위해 유압식으로 튜닝 될 수 있다.
또 다른 바람직한 일 실시예는, 물 펌프 및 냉매 압축기의 회전수가 조절된 바대로 구현된다는 데 있다.
본 발명은 특히 자동차 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법에 의해서 구현되며, 이 경우 공기 조화 시스템은 냉매 순환계 및 물 순환계를 구비한다.
냉매 순환계와 물 순환계는 유체/유체-열 교환기, 응축기 또는 가스 냉각기를 통해 열적으로 서로 결합되어 있으며, 이 경우에는 일 측에서 냉매로부터 물로, 더 상세하게 말하자면 냉매 순환계로부터 물 순환계로 열이 전달된다.
물 순환계는 펌프 옆에 차량의 차량 실내를 위한 공기를 가열하기 위한 가열 열 교환기를 구비한다. 냉매 순환계는 또한 압축기, 팽창 기관 및 증발기와 같은 냉증기 공정을 위한 통상적인 구성 요소를 구비한다.
본 발명은 이제 특히, 물 순환계가 가열 열 교환기 내의 열을 유사한 온도 범위 안에 있는 공기로 전달하도록, 물 순환계가 낮은 체적 유량 및 높은 온도차를 갖는 응축기 또는 가스 냉각기를 관류하는 것을 특징으로 한다. 냉매 순환계는 65℃ 내지 70℃로부터 -10℃ 내지 +30℃로 냉각되고, 물 순환계는 55℃ 내지 65℃의 온도로 상승되며, 이 경우 물 순환계의 온도 프로파일은 응축기 또는 가스 냉각기 내에서 냉매의 온도 활주(temperature glide)를 이용하여 냉매 순환계의 온도 프로파일에 맞게 조정된다. 이때, 냉매는 강하게 냉각된다.
바람직하게, 물 순환계는 시간당 1 kg 내지 시간당 540 kg의 유속으로 작동된다.
특히 바람직하게, 냉매 순환계는 냉매 R744, 즉 이산화탄소로써 작동되거나, 대안적으로는 냉매 R1234yf로써 작동된다.
바람직하게, 냉매 순환계는 냉매 R744의 경우에 시간당 10 내지 300 kg의 냉매 유동률로 작동된다.
이 경우, 물 순환계의 펌프의 회전수는 주변 온도 및 이용되는 열원의 출력에 따라 연속으로 조절된다.
바람직하게, 물 순환계는 물-글리콜-혼합물로써 작동된다.
본 발명의 바람직한 실시예는, 냉매 순환계가 하나의 내부 열 교환기 및 경우에 따라서는 복수의 압축기 및/또는 복수의 응축기 또는 가스 냉각기 그리고 복수의 증발기로써 작동된다.
가열 열 교환기 및/또는 응축기 또는 가스 냉각기는 바람직하게 역류 방식으로 또는 교차 흐름 방식으로 관류된다.
가열 열 교환기(9)는 바람직하게, 가열될 공기가 연속으로 접속된 복수의 열 교환기 세그먼트를 거쳐서 이송되도록 구현된다. 이와 같이 다수 행으로 구현된 경우에는, 가열될 공기가 고온으로 가열되고, 다른 한 편으로 냉매는 바람직하게 역류- 및 교차 흐름 방식으로 상대적으로 낮은 온도로 냉각될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 가열 능력뿐만 아니라 열원 능력과 관련하여 열 펌프를 작동시키기 위한 설정 파라미터로서 고압 및 물의 체적 유량이 사용된다.
본 발명의 두드러진 한 가지 장점은, 특히 열 펌프 적용예에서의 순환계 효율의 뛰어난 개선에 있다. 이와 같은 장점은, 특히 R744를 냉매로서 사용하는 경우에 식별 가능하지만, R1234yf 또는 유사한 열역학적인 특성을 갖는 냉매의 경우에도 구현될 수 있다.
본 발명에 의한 <명칭>은, ~ 할 수 있다. 이에 의하여, ~ 할 수 있다.
또한, ~ 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 세부 사항, 특징들 및 장점들은 관련 도면을 참조해서 이루어지는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 드러난다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 조화 시스템의 개략적인 회로도를 도시하며,
도 2a는 초임계적인 공정 진행 중에 R744를 냉매로서 이용하는 종래의 냉각 공정의 Log(p), h-다이어그램을 도시하고,
도 2b는 초임계적인 공정 진행 중에 R744를 냉매로서 이용하는 본 발명의 방법에 따른 Log(p), h-다이어그램을 도시하며,
도 3은 다중 기능성 공기 조화 시스템의 개략적인 회로도를 도시하고,
도 4a는 R744에 대한 Log(p), h-다이어그램을 도시하며,
도 4b는 냉매 R744에 대한 T-S-다이어그램을 도시하고,
도 5a는 냉매 R1234yf에 대한 Log(p), h-다이어그램을 도시하며,
도 5b는 냉매 R1234yf에 대한 T-S-다이어그램을 도시하고,
도 6은 공기 조화 시스템의 일 실시예의 개략적인 회로도를 도시하며, 그리고
도 7은 공기 조화 시스템용 제어- 및 조절 장치를 도시한다.
도 1에는, 실질적으로 2개의 주요 구성 요소, 즉 냉매 순환계(2) 및 물 순환계(3)로 구성된 공기 조화 시스템이 도시되어 있다.
냉매 순환계(2)는, 통상적인 바와 같이 그리고 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 하나 이상의 압축기(4), 응축기 또는 가스 냉각기(5), 팽창 기관(6) 그리고 증발기(7)를 순환계의 기본 구성 요소로서 구비한다. 더 나아가서는, 사용된 냉매에 따라 그리고 경우에 따라서는 추가의 요구 조건에 따라, 복수의 압축기(4), 팽창 기관(6) 또는 증발기(7)도 원칙적으로 사용 가능하고 보완 가능하며, 이 경우에는 응축기 또는 가스 냉각기(5)가 기능에 따라 물 순환계(3)에 열적으로 결합된다.
물 순환계(3)는 순환계의 순환을 위한 펌프(8) 및 가열 열 교환기(9)를 구비하며, 이 가열 열 교환기는 차량의 환기 시스템 내에 통합되어 있고, 이 가열 열 교환기를 통해서 객실의 공기(10)의 가열이 이루어진다. 냉매 순환계(2)와 물 순환계(3)의 열적인 결합은, 자체 기능에 따라 냉매 순환계(2) 내에서 응축기 또는 가스 냉각기(5)로 지칭되는 열 교환기를 통해서 이루어진다. 냉매 순환계(2)로부터 유래하는 열이 응축기 또는 가스 냉각기(5)를 거쳐서 물 순환계(3)로 송출되고, 이에 따라 가열 열 교환기(9) 내에서 가열된 물은 차량의 객실을 가열하기 위해 공기(10)로 열을 송출한다.
냉매 순환계는, 측정 포인트로서, 참조 부호 (11)에 의해서는 냉매 압축 이전의 냉매-흡입 상태를 보여주고, 참조 부호 (12)에 의해서는 냉매 압축 이후의 냉매-압축 최종 상태를 보여주며, 참조 부호 (13)에 의해서는 팽창 이전의 냉매-고압 상태를 보여주고, 참조 부호 (14)에 의해서는 팽창 이후의 냉매-저압 상태를 보여준다. 이들 포인트는, 이하의 추가 도면에서 설명되는 바와 같이, 냉매에 대한 상태 다이어그램에서의 상태점들이다.
도 2a에는, 냉매로서의 R744에 대한 Log(p), h-다이어그램 및 종래 기술에 따른 초임계적인 방법이 도시되어 있으며, 도 1을 참조하여 이하에서 설명된다. t = 50℃의 등온선은 포인트(13), 즉 팽창 이전의 냉매-고압 상태를 통과한다. 이로써, 냉매는 가스 냉각기(5) 뒤에서 50℃의 온도를 갖게 되고, 팽창 이후의 냉매-저압 상태인 포인트(14)에서는 90 bar로부터 20 bar의 저압 상태로 팽창된다. 증발기(7) 내에서 그리고 약간의 과열에 의해서, 냉매는 증발하면서 에너지를 흡수하고, 마지막으로 압축 이전의 냉매-흡입 상태인 포인트(11)로부터 압축 이후의 냉매-압축 최종 상태인 포인트(12)로, 압축기(12) 내에서 고압으로 압축된다.
공정 진행을 비교하기 위하여, 도 2b에는 본 발명에 따른 Log(p), h-다이어그램이 도시되어 있다. 공정들을 비교할 수 있기 위하여, 압력 수준은 도 2a에서의 방법과 동일하게 선택된다. 하지만, 온도에 대한 상태점들은 공정 진행에 있어서의 본 발명에 따른 변경에 의해서 종래 기술과 상이하다. 특히, 팽창 이전의 냉매-고압 상태인 포인트(13)는, 가스 냉각기(5) 뒤에서의 냉매의 상태로, 다시 말해 30℃의 온도로 줄어들었다. 팽창은, 통상적인 바와 같이, 포인트(14)로, 즉 팽창 이후의 냉매-저압 상태로 이루어진다. 포인트(14)가 공정 내에서 도 2a에 비해 더 좌측에 놓여 있기 때문에, 상태 다이어그램에서는 포인트(14)로부터 포인트(11)로의 엔탈피-차이의 증가를 확인할 수 있다. 이로써, 이용 가능한 냉각 능력이 증가하게 된다. 포인트(11)로부터 포인트(12)까지의 압축은 종래 기술에 따른 방법과 유사하게 압축 최종 온도에 이르기까지 이루어지며, 이 압축 최종 온도는 냉매 R744에 대한 예에서 대략 120℃까지 달한다.
도 3에는, 순환계의 약간 더 복잡한 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있으며, 이 경우 기본적인 컨셉은 동일한 방식으로 구현되어 있다. 공기 조화 시스템(1)은 유사한 방식으로 재차, 냉매 순환계(2)의 응축기 또는 가스 냉각기(5)를 통해 열적으로 서로 결합된 냉매 순환계(2)와 및 물 순환계(3)로 이루어진다. 냉매 순환계(2)는, 다양한 압력 레벨에서 병렬로 증발될 정도까지 확장되었다. 이 목적을 위해, 상황에 따라 증발기(7)로서, 배터리 냉각기(16)로서 그리고 냉각기(17)로서 표기된 증발기(7, 16, 17)에 팽창 기관(6)이 각각 할당되어 있다. 냉각기(17)는 물 순환계(3)의 루프(loop)와 함께 물 순환계 내에 결합되어 있고, 도시된 실시예에서 공기 조화 시스템(1)은 요구 조건에 따라 물 순환계(3)를 응축기 또는 가스 냉각기(5)를 통해서 가열할 수 있거나 냉각기(17)를 통해서 냉각시킬 수 있다. 이 목적을 위하여, 물 순환계(3)를 위해 펌프(8)가 제공되어 있다. 물 순환계(3) 내에는, 응축기 또는 가스 냉각기(5) 외에, 가열 열 교환기(9) 및 추가로 예컨대 하이브리드 차량의 경우에는 충전 공기 냉각기(19)로서의 열 교환기가 제공되어 있다. 물 순환계(3)는 저온 열 교환기(15)에 의해서 보완되며, 이 저온 열 교환기를 통해서는 불필요한 폐열이 소정의 작동 상태에서 주변으로 방출될 수 있다. 물 순환계(3)의 다양한 열 교환기(5, 9, 15, 19)의 결합은 전환 밸브(18)를 통해서 이루어진다.
도 4a, 도 4b 및 도 5a, 도 5b에는, R744 및 R1234yf의 상태 다이어그램들이 정성적으로 도시되어 있다. 다이어그램 4a 및 4b는 냉매 R744에 대하여 초임계적인 공정을 보여주며, 이 경우 냉각 시스템의 구성 요소 개략도에서 열 교환기는 냉매 순환계(2)로부터 유래하는 열을, 기능에 따라 가스 냉각기(5)로서, 압축 이후의 냉매-압축 최종 상태인 공정 상태(12)로부터 팽창(13) 이전의 냉매-고압 상태로 방출하기 위해서 사용되었다. 그와 달리, 도 5a 및 도 5b에는, 열 교환기가 열을 물 순환계(3)로 송출하기 위하여 도 1 및 도 3을 참조하여 응축기 또는 가스 냉각기(5)로서 동작하는 냉매 R1234yf가 정성적으로 도시되어 있다.
도 4b에는, 응축기 또는 가스 냉각기(5) 내에서 냉매로부터 물 순환계로 열을 전달할 때 냉매를 위해 온도 활주(temperature glide)를 이용하는 상황을 보여주는 T-S-다이어그램이 도시되어 있다. 이 경우에는, 응축기 또는 가스 냉각기(5)가 역류 방식으로 접속되어 있음으로써, 결과적으로 열 교환기 내에서의 물의 가열은 냉매 배출 온도를 초과하는 온도까지 이루어진다. 그와 유사하게, 도 5b에는, 냉매 R1234yf를 위한 2상-영역 내부에서 온도 안정 상태에 의해 약간 제한된 온도 활주(temperature glide)의 이용 상황이 도시되어 있다.
도 6에는, 냉매 순환계(2) 및 물 순환계(3)를 보여주는 회로도가 부분적으로 도시되어 있으며, 이 경우에는 컨셉에 따라 방법을 조절하기 위한 파라미터로서, 압축기(4)는 냉매 순환계의 압축기의 회전수(nV)를 통해서 보완되어 있고, 펌프(8)는 물 순환계의 펌프의 회전수(nP)로써 보완되어 있다. 또한, 온도(t1), 냉매 순환계(2) 내에서 팽창 기관(6) 뒤에서의 증발 온도, 및 응축기 또는 가스 냉각기(5) 뒤에 있는 물 순환계(3) 내부에서 가열 이후의 냉각수 온도가 t2로 도시되어 있다. 이 경우에, 공기(10)는 먼저 증발기(7) 내에서 예를 들어 탈습의 목적을 위해 냉각되고, 그 다음에는 가열 열 교환기(9)를 통해서 객실 내의 공기 온도까지 상승된다.
도 7에는, 공기 조화 시스템 내에서 조절 전략을 실행하는 제어- 및 조절 장치(20)가 도시되어 있으며, 이 경우에는 주변 온도(tU) 그리고 증발 온도(t1)를 통해서 균형을 맞출 때에 사전에 결정된 목표 온도(tsoll), 및 공기 체적 유량(
Figure pat00001
)을 조절한 상태에서 객실 공기 온도(tout)의 조절 그리고 압축기 냉매 순환계의 회전수(nV) 및 펌프 물 순환계의 회전수(nP)가 입력 변수로서 조절된다.
주변 온도 및 객실의 설정되고 요구된 온도에 따라, 가열 능력 및 적어도 도달 가능한 물의 전진 온도가 나타난다. 주행의 처음에는, 차량 내에 극단적인 경우에서의 잔류 열이 전혀 존재하지 않는 것으로 가정된다. 열 펌프-모드에서는, 이를 위해 상응하는 가열 능력이 낮은 온도 수준에서 수용되어야만 한다. 냉매 순환계의 고압 및 물의 체적 유량에 의해서는, 차량 실내의 가열뿐만 아니라 추가로 열원의 수용될 출력도 최적으로 조절될 수 있다. 열원은 대부분, 열 교환기의 동결이 야기될 수 있다는 사실에 의해서 제한되었다. 이에 대해 중요한 사실은, 지금까지 공지된 물 순환계는 전진과 후진 사이에서 항상 55℃ 내지 60℃의 일정한 온도를 가졌다는 것이다. 이와 같은 사실은 본 발명에 따른 작동 방식과의 중대한 차이점이다.
1: 공기 조화 시스템
2: 냉매 순환계
3: 물 순환계
4: 압축기
5: 응축기 또는 가스 냉각기
6: 팽창 기관
7: 증발기
8: 펌프
9: 가열 열 교환기
10: 공기
11: 압축 이전의 냉매 흡입 상태
12: 압축 이후의 냉매 압축 최종 상태
13: 팽창 이전의 냉매 고압 상태
14: 팽창 이후의 냉매 저압 상태
15: 저온 가열 열 교환기
16: 배터리 냉각기
17: 냉각기
18: 전환 밸브
19: 충전 공기 냉각기
20: 제어- 및 조절 장치
tU: 주변 온도
tsoll: 목표 온도
t1: 증발 온도
t2: 냉각수 온도
tout: 객실 공기 온도
nV: 압축기 냉매 순환계의 회전수
nP: 펌프 물 순환계의 회전수

Claims (8)

  1. 공기 조화 시스템(1)이 냉매 순환계(2) 및 물 순환계(3)를 구비하고, 상기 순환계들이 응축기 또는 가스 냉각기(5)를 통해 열적으로 서로 결합되어 있으며, 물 순환계(3)가 펌프(8) 옆에 차량의 차량 실내를 위한 공기(10)를 가열하기 위한 가열 열 교환기(9)를 구비하고, 냉매 순환계(2)가 압축기(4), 팽창 기관(6) 및 증발기(7)를 구비하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    물 순환계(3)가 가열 열 교환기(9) 내의 열을 유사한 온도 범위 안에 있는 공기(10)로 전달하도록, 상기 물 순환계(3)가 1 kg/h 내지 540 kg/h의 유속으로 응축기 또는 가스냉각기(5)를 관류하며, 상기 물 순환계(3)는 55℃내지 65℃의 온도로 상승하며, 그리고 응축기 또는 가스냉각기(5) 내에서의 물 순환계(3)의 온도 프로파일은 냉매의 온도 활주(temperature glide)를 이용해서 냉매 순환계(2)의 온도 프로파일에 맞게 조정되며, 이 경우에는 상기 냉매 순환계(2)는 65℃내지 70℃의 온도로부터 -10℃내지 +30℃의 온도로 냉각되고,
    주변 온도(tU), 객실의 설정되고 요구된 온도(tsoll), 냉매 순환계(2) 내에서 팽창 기관(6)의 뒤에서의 증발 온도(t1), 물 순환계(3) 내에서 응축기 또는 가스 냉각기(5)의 뒤에서의 냉각수 온도(t2) 및 승객실의 공기 온도 조절(tout)에 따라 공기 체적 유량(
    Figure pat00002
    ), 압축기 회전수(nV) 및 펌프 회전수(nP)를 제어하는 제어 및 조절 장치(20)가 구비되고,
    상기 증발기(7)와 상기 가열 열 교환기(9)는 차량 환기 시스템(HVAC) 내에 수용되고,
    상기 냉각수 온도(t2)는 상기 물 순환계(3) 내에서 상기 차량 환기 시스템(HVAC)에 유입되기 전인 상기 응축기 또는 가스 냉각기(5)의 뒤에서 측정되고, 상기 증발 온도(t1)는 상기 냉매 순환계(2) 내에서 상기 차량 환기 시스템(HVAC)에 유입되기 전인 상기 팽창 기관(6)의 뒤에서 측정되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 냉매 순환계(2)가 냉매 R744 또는 R1234yf로 임계 초과의 상태에서뿐만 아니라 임계 이하의 상태에서도 작동되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 냉매 순환계(2)가 냉매 R744의 경우에는 10 내지 300 kg/h의 냉매 유동률로 작동되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 물 순환계(3)가 물-글리콜-혼합물로써 작동되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉매 순환계(2)가 하나의 내부 열 교환기 및 복수의 압축기(4) 및 복수의 응축기 또는 가스 냉각기(5)로써 작동되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열 열 교환기(9) 및 상기 응축기 또는 가스 냉각기(5)가 역류 방식으로 또는 교차 흐름 방식으로 관류되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가열 열 교환기(9)의 경우에는 공기(10)가 연속으로 접속된 복수의 열 교환기 세그먼트를 거쳐서 이송되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 가열 능력뿐만 아니라 열원 능력과 관련하여 열 펌프를 작동시키기 위한 설정 파라미터로서 고압 및 물의 체적 유량이 사용되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.
KR1020210005822A 2017-07-10 2021-01-15 자동차의 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법 KR20210011037A (ko)

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