KR20220127295A - 승객실 공기 공조 및 자동차 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달 시스템 및 시스템 작동 방법 - Google Patents

승객실 공기 공조 및 자동차 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달 시스템 및 시스템 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 승객실의 공기를 공조(空調)하고 파워트레인, 특히 자동차의 전기 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달을 위한 시스템(1a, 1b, 1c)에 관한 것이다. 상기 시스템(1a, 1b, 1c)은 상기 승객실의 공급 공기 가열용 1개의 제1 냉매-공기 열교환기(5); 1개의 상류 제1 팽창 요소(7)를 이용하여 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 1개의 제2 냉매-공기 열교환기(6); 상기 승객실의 공급 공기를 공조하기 위한 1개의 제3 냉매-공기 열교환기(8)와 1개의 상류 제2 팽창 요소(9)가 있는 1개의 제1 유로(16); 및 -1개의 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)와 1개의 상류 제3 팽창 요소(11)가 있는 1개의 제2 유로(17);를 가지는 1개의 냉매 회로(2a, 2b, 2c) 뿐만 아니라 2개의 냉매-냉각제 열교환기(10, 12) 및 주변 공기로의 열 전달을 위한 1개의 냉각제-공기 열교환기(50)를 가지는 1개의 냉각제 회로(3)를 보여준다. 또한, 상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c)는 상기 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)와 1개의 상류 제4 팽창 요소(13)를 가지는 1개의 제3 유로(18)를 가지도록 생성된다. 상기 제3 유로(18)는 상기 제1 및 제2 유로(16, 17)의 냉매 하류의 흐름 방향으로 배치된다. 또한, 본 발명은 상기 시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법에 관한 것이다.

Description

승객실 공기 공조 및 자동차 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달 시스템 및 시스템 작동 방법
본 발명은 승객실의 공기를 공조(空調)하고 파워트레인, 특히 자동차의 전기 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달을 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 1개의 냉매 회로뿐만 아니라 주변 공기로의 열 전달을 위한 1개의 냉각제-공기 열교환기와 냉매-냉각제 열교환기가 있는 1개의 냉각제 회로를 보여준다. 냉매 회로는 승객실의 공급 공기를 가열하고 주변 공기를 통한 열 전달을 위해 이용되는 냉매-공기 열교환기 및 팽창 요소를 가지도록 생성된다. 여기서 냉매 회로는 서로 다른 유로들을 보여준다. 또한, 본 발명은 상기 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
상이한 구동 개념들을 가지는 자동차들은 선행 기술로부터 공지되어 있다. 이 개념은 연소 기관, 전기 모터 또는 두 모터 유형의 조합을 통한 구동을 기반으로 한다. 결과적으로, 연소 기관 구동과 전기 모터 구동이 결합된 자동차는 하이브리드 구동을 나타내므로 자동차는 전기 모터 또는 연소 기관, 또는 전기 모터와 연소 기관 모두에 의해 구동될 수 있다. 연소 기관과 전기 공급 장치 모두를 통해 배터리를 충전할 수 있고 플러그-인 하이브리드 또는 간단히 '플러그-인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)'로 지정되는 하이브리드 구동 자동차는 연소 기관을 통해서 배타적으로 배터리를 충전할 수 있는 자동차보다 더 강력한 배터리를 이용하여 대부분 생산된다.
한편으로, 전기 또는 하이브리드 구동 장치를 용하는 기존 자동차는 전기 모터뿐만 아니라 고전압 배터리, 내부 충전 장치, 변압기, 인버터와 같은 추가 구성 요소들로 생산되기 때문에, 순수하게 연소 기관으로 구동되는 구동 장치가 장착된 동력 자동차보다 일반적으로 더 높은 냉각 요구 사항을 보여준다. 공조 시스템의 냉매 회로 외에도, 하이브리드 전기 자동차(HEV)는 순환하여 구동 장치 구성 요소들에 의해 방출되는 열을 분산시키는 냉각제가 공랭식 열교환기를 통해 전송되는 냉각제 회로로 생산된다.
특히, 고전압 배터리의 허용 온도 한계를 유지하기 위해, 공조 시스템의 냉매 회로와 열 결합을 위한 추가 냉매-냉각제 열교환기가 있는 냉각제 회로 중 1개는 배터리 냉각을 위한 것이거나 냉각제로 직접 냉각되어 배터리 냉각기로서 생산되는 열교환기의 냉각을 위한 것이다. 냉매의 증발기로서 배터리 냉각을 위해 작동하는 냉각제-냉매 열교환기를 냉각 장치(chiller)라고도 한다.
알려진 바와 같이, PHEV의 열 분배용 시스템은 결과적으로 적어도 1개의 냉매 회로 및 1개의 냉각제 회로를 보여준다.
다른 한편으로는, 연료 전지 차량 및 고효율 연소 기관으로 구동되는 차량 뿐만 아니라 전기 자동차 및 하이브리드 구동 장치의 차량은 알려진 바와 같이 열적 쾌적성에 대한 요구 사항에 따라 낮은 주변 온도로 승객실을 가열하기 위해 충분한 폐열을 생성하지 않는다.
예를 들어, 승객실로 유입되는 공급 공기를 가열하기 위해 PTC 히터(heater)로서 생산된 전기 히터는 저렴하고 장착 공간을 절약하는 제1 해결책을 나타낸다. 그러나, PTC 히터가 구비된 시스템은 승객실 난방을 위한 공급 공기의 낮은 배기 온도에서 높은 에너지 소비를 나타낸다. 또한, 에너지 효율적인 방식으로 작동할 수 없는 전기 보조 히터에 의해 배터리 전기 자동차(BEV)의 범위가 축소된다.
제2 에너지 절약 해결책은 상이한 열원과 방열체를 이용하지만 전기 히터를 가지는 상기 제1 해결책보다 훨씬 더 큰 장착 공간이 필요한 열 펌프 기능을 가지는 공조 시스템이다.
종래 기술에서 공지된 배터리 전기 자동차(BEV) 내부의 열 분배를 위한 열 펌프 기능을 가지는 공조 시스템의 형성은 매우 복잡하고 냉매 측, 냉각제 측 및 공기 측 모두에 다수의 구성 요소를 필요로 하는데, 이는 높은 시스템 비용을 발생시킨다.
본 발명의 과제는 승객실의 공기를 공조하고, 자동차, 특히 순수 전기 구동 장치를 가지는 또는 전기 모터와 연소 기관 구동 장치가 결합된 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 시스템을 제공하는 것이다. 승객실의 공급 공기를 편안하게 가열하는 것 외에도 파워트레인의 구성 요소를 조절하는 시스템의 이용도 가능해야 하며, 특히 상이한 방열체 및 열원을 이용하여 전기 구동 장치의 고전압 배터리의 온도를 유지해야 한다. 상기 시스템은 수많은 다양한 작동 모드에서의 특정 작동에서 항상 낮은 복잡성과 최대의 작동 효율로 높은 유연성과 기능성을 보여주도록 설계되어야 한다. 시스템에 필요한 장착 공간 뿐만 아니라 제조, 유지 보수 및 운영 비용이 최소화되어야 한다.
본 발명의 과제는 독립항의 특징을 가지는 목적을 통해 해결된다. 추가 실시예는 종속항에 명시되어 있다.
이 과제는 승객실의 공기를 공조하기 위한 그리고 파워트레인, 특히 자동차의 전기 파워트레인의 구성 요소를 통해, 또한 열 흐름 관리 시스템이라고도 하는 상이한 열원 및 방열체를 연결함으로써 열 전달을 하기 위한 본 발명에 따른 시스템에 의해 해결된다.
예를 들어, 전기 모터, 내부 충전 장치, 변압기 또는 인버터는 자동차의 전기 파워트레인의 구성 요소로 간주된다. 배터리, 특히 고전압 배터리도 전기 파워트레인의 구성 요소로 간주될 수 있다.
시스템은 하나의 냉매 회로와 하나 이상의 냉각제 회로를 보여준다. 냉각제 회로는 1개의 제1 냉매-냉각제 열교환기, 1개의 제2 냉매-냉각제 열교환기, 주변 공기로의 열 전달을 위한 1개의 냉각제-공기 열교환기를 가지도록 생성된다.
냉매 회로는 1개의 압축기, 상기 승객실의 공급 공기 가열용 1개의 제1 냉매-공기 열교환기, 상류 팽창 요소를 이용하여 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기를 보여준다. 또한, 냉매 회로는 1개의 제1 유로 및 1개의 제2 유로를 가지도록 생성된다. 승객실의 공급 공기를 조절하기 위한 1개의 제3 냉매-공기 열교환기는 1개의 상류 제2 팽창 요소와 함께 제1 유로 내부에 배치된다. 배터리와 같은 자동차의 적어도 하나의 제1 구동 장치 구성 요소의 온도를 유지하기 위한 냉각제와 냉매 사이의 열 전달을 위한 제1 냉매-냉각제 열교환기는 1개의 상류 제3 팽창 요소와 함께 제2 유로 내부에 배치된다. 제1 유로 및 제2 유로는 각각 1개의 분기점으로부터 1개의 합류점까지 연장되고 서로 독립적으로 동시에 냉매를 공급받을 수 있도록 생성된다.
본 발명의 개념에 따르면, 냉매 회로는 내부 충전 장치, 변압기 또는 인버터와 같은 파워트레인의 구성 요소들을 냉각시키기 위한 제2 냉매-냉각제 열교환기 및 1개의 상류 제4 팽창 요소를 가지는 1개의 제3 유로를 보여준다. 상기 제3 유로는 상기 제1 유로(16) 및 상기 제2 유로(17)의 냉매 하류, 특히, 제 1 유로와 제 2 유로의 합류점의 흐름 방향으로 배치된다.
제3 유로 내부에 제4 팽창 요소를 형성함으로써, 제1 유로 내부의 승객실의 공급 공기를 조절하기 위한 제3 냉매-공기 열교환기와 제2 유로 내부의 제1 냉매-냉각제 열교환기는 증발기 및 냉매용 응축기/가스 냉각기 모두로서 작동 가능하다. 팽창 요소들은 각각 바람직하게는 팽창 밸브로서 생성된다.
냉매의 액화가 예를 들어 냉매 R134a 또는 특정 주변 조건에서 이산화탄소를 이용하여 과소 임계 작동에서 수행되는 경우, 열교환기를 응축기라고 한다. 열 전달의 일부는 일정한 온도에서 수행된다. 과대 임계 작동 또는 열교환기의 과대 임계 열 출력의 경우, 냉매의 온도가 지속적으로 감소한다. 이 경우, 열교환기를 가스 냉각기라고도 한다. 과대 임계 작동은 특정 주변 조건 또는 예를 들어 이산화탄소를 냉매로 이용하는 냉매 회로의 작동 모드에서 발생할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 특히 제1 냉매-냉각제 열교환기에서 열이 전달되지 않는 모드에서 시스템이 작동되는 경우 냉매의 압력 손실을 줄이기 위해, 제2 유로의 냉매 회로는 제1 냉매-냉각제 열교환기 및 제3 팽창 요소 주위에 1개의 제1 우회 유로를 가지도록 생성된다. 제1 냉매-냉각제 열교환기 및 제3 팽창 요소 주위의 제1 우회 유로는 바람직하게는 1개의 차단 밸브를 보여준다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 1개의 제4 유로는 냉매 회로 내부에 의도되고, 제3 유로 및 제4 유로는 서로 독립적으로 동시에 냉매를 공급받을 수 있고, 각각 1개의 분기점으로부터 1개의 합류점까지 연장되도록 생성된다.
제3 유로와 제4 유로의 분기점은 제1 유로와 제2 유로의 합류점과 함께 생성될 수 있으며, 이는 하나의 구성 요소, 특히 4개의 연결이 있는 분기점으로서 의미한다.
제4 유로는 바람직하게는 냉매의 흐름 방향이고 1개의 차단 밸브 및 1개의 축압기를 가지도록 생성된다.
본 발명의 다른 유리한 실시예에 따르면, 냉매 회로는 주변 공기 및 제1 팽창 요소를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기 주위의 1개의 제2 우회 유로를 보여준다. 제2 우회 유로는 1개의 분기점으로부터 1개의 합류점까지 연장된다. 분기점은 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제1 냉매-공기 열교환기와 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기의 상류에 배치되는 제1 팽창 요소 사이에 배치된다. 합류점은 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기와 제1 분기점 사이에 배치된다.
주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기 주위의 제2 우회 유로 및 제1 팽창 요소는 바람직하게는 차단 밸브를 보여준다.
본 발명의 특별한 이점은 냉매 회로는, 한편으로는 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기와 제1 유로 및 제2 유로의 분기점 사이에 배치되고 다른 한편으로는 제4 유로의 내부, 특히 냉매의 흐름 방향으로 축압기의 하류에 배치되는 1개의 순환-내부 열교환기를 보여준다.
순환-내부 열교환기는 일반적으로 고압의 냉매와 저압의 냉매 사이의 열 전달을 위한 역할을 하며, 한편으로는 예를 들어 액체 냉매가 응축 또는 액화 후에 더 냉각되고, 다른 한편으로는 압축기의 흡입 가스 상류는 과열된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉매 회로는 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제1 냉매-공기 열교환기 주위에 1개의 제3 우회 유로를 보여준다. 제3 우회 유로는 압축기와 제1 냉매-공기 열교환기 사이에 배치된 1개의 분기점으로부터 제1 냉매-공기 열교환기 및 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기의 상류에 배치되는 제1 팽창 요소 사이에 배치된 1개의 합류점까지 연장된다. 제3 우회 유로의 분기점은 바람직하게는 3방향 밸브로서 생성된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 냉각제 회로는 냉매 회로와 열적으로 결합되는 2개의 냉각제 부분 회로를 보여준다. 제1 냉매-냉각제 열교환기는 냉매 회로와 1개의 제1 냉각제 부분 회로 사이의 열적 연결로서 생성되고, 제2 냉매-냉각제 열교환기는 냉매 회로와 1개의 제2 냉각제 부분 회로 사이의 열적 연결로서 생성된다.
제1 냉각제 부분 회로는 바람직하게는 1개의 제1 공급 장치 및 1개의 제1 냉각제-열 교환기를 포함하는 반면, 제2 냉각제 부분 회로는 바람직하게는 1개의 제2 공급 장치 및 1개의 제2 냉각제-열 교환기를 보여준다. 제1 냉각제-열 교환기는 바람직하게는 자동차의 파워트레인의 1개의 제1 구성 요소, 특히 배터리, 예를 들어 고전압 배터리의 온도를 유지하도록 생성되는 반면, 제2 냉각제-열 교환기는 바람직하게는 전기 모터, 내부 충전 장치, 변압기 또는 인버터와 같은 자동차의 파워트레인의 구성 요소들을 냉각하기 위해 생성된다.
제1 냉각제 부분 회로는 1개의 제1 분기점과 1개의 제1 합류점을 통해 냉각제 회로에 내장되는 반면, 제2 냉각제 부분 회로는 바람직하게는 1개의 제2 분기점과 1개의 제2 합류점을 통해 냉각제 회로에 통합된다는 특별한 이점이 있다. 분기점들은 3방향 밸브로서 생산될 수 있다.
제1 냉각제-열 교환기 및 제2 냉각제-열 교환기가 냉각제 측에서 각각 냉각제-공기 열교환기에 연결되도록 냉각제 부분 회로 각각은 바람직하게는 합류점에서 냉각제 회로의 1개의 제1 연결부에 연결되고, 분기점에서 냉각제 회로의 1개의 제2 연결부에 연결된다. 냉각제 부분 회로들은 냉각제 회로로서 공통적으로 또는 서로 독립적으로 작동될 수 있고 유체적으로 완전히 별개로 작동될 수 있으며, 냉각제 부분 회로 각각에는 냉각제의 1개의 폐쇄된 부분량이 할당된다.
본 발명의 과제는 또한 승객실의 공기를 공조하기 위한 전술한 시스템의 작동 및 승객실의 공급 공기의 가열을 위한 가열 모드에서 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 본 발명에 따른 1개의 제1 방법에 의해 해결된다. 상기 방법은 다음 단계를 나타낸다.
- 냉매 회로에서 고압 레벨로 순환하는 냉매가 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기를 통해 승객실의 공급 공기로 흐르는 경우- 상기 공급 공기는 최종 온도로 가열됨-, 상기 냉매로부터의 열 전달 단계;
- 상기 냉매는 거의 압력 손실 없이 완전히 개방된 1개의 제2 팽창 요소(9)를 통과하고, 열은 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 1개의 제3 냉매-공기 열교환기(8)에 있어서 상기 승객실의 공급 공기로 전달되고, 상기 공급 공기는 예열되며, 상기 냉매를 1개의 제1 유로(16)를 통해 연속적으로 보내는 단계; 및
- 상기 냉매가 제4 팽창 요소(13)를 통해 흐르는 경우 상기 냉매는 저압 레벨로 팽창되고 냉각제 회로(3)의 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발 및 과열되며, 상기 냉각제는 냉각되고, 상기 냉매를 1개의 제3 유로(18)를 통해 연속적으로 보내는 단계.
공급 공기가 제3 냉매-공기 열교환기 위로 흐를 때 승객실의 공급 공기는 예열되고 이어서 공급 공기가 제1 냉매-공기 열교환기 위로 흐를 때 공급 공기는 원하는 출구 온도로 가열된다. 자동차의 파워트레인의 구성 요소들은 열원 역할을 한다.
본 발명의 과제는 또한 승객실의 공기를 공조하기 위한 전술한 시스템의 작동 및 승객실의 공급 공기의 가열을 위한 가열 모드에서 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 본 발명에 따른 제2 방법에 의해 해결된다. 상기 방법은 다음 단계를 나타낸다.
-냉매 회로에서 고압 레벨로 순환하는 냉매가 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기를 통해 승객실의 공급 공기로 흐르는 경우- 상기 공급 공기는 최종 온도까지 가열됨-, 상기 냉매로부터의 열 전달 단계;
-상기 냉매가 제1 팽창 요소를 통해 흐르는 경우 상기 냉매를 중압 레벨 또는 저압 레벨로 팽창시키고, 증발기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기를 통해 상기 냉매가 흐르는 경우 주변 공기로부터 상기 냉매로 열을 전달하고, 주변 공기로부터 흡수되는 열의 양은 중압 레벨에 의해 조절되는 단계; 및
-상기 냉매가 제4 팽창 요소를 통해 흐르는 경우 상기 냉매는 중압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되거나, 상기 제4 팽창 요소가 완전히 개방되고, 상기 냉매는 냉각제 회로의 제2 냉각제 부분 회로에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기에서 증발 및 과열되며, 상기 냉각제는 냉각되고, 상기 냉매를 1개의 제3 유로를 통해 연속적으로 보내는 단계.
주변 공기와 자동차의 파워트레인의 구성 요소들은 열원 역할을 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉매가 제1 팽창 요소를 흐르는 경우 냉매가 저압 레벨로 팽창될 때, 냉매 회로의 흡입측에 있는 냉매는 제3 유로를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름 및 1개의 제4 유로를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름으로 분할된다. 냉매의 부분 질량 흐름은 합류점에서 혼합되어 압축기에 의해 흡입된다.
본 발명의 과제는 또한 승객실의 공기를 공조하기 위한 전술한 시스템의 작동 및 1개의 구동 장치 구성 요소, 특히 배터리를 가열하는 모드에서 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 본 발명에 따른 제2 방법에 의해 해결된다. 상기 방법은 다음 단계를 나타낸다.
-냉매는 완전히 개방된 제3 팽창 요소를 통과하고, 열은 응축기/가스 냉각기로 작동하는 제1 냉매-냉각제 열교환기에 있어서 제1 냉각제 부분 회로에서 순환하는 냉각제로 전달되고, 상기 냉각제는 가열되고 가열된 냉각제는 가열될 구동 장치 구성 요소에 공급되고, 제2 유로를 통해 고압 레벨로 냉매 회로에서 순환하는 냉매를 보내는 단계; 및
- 기 냉매가 제4 팽창 요소를 통해 흐르는 경우 상기 냉매는 저압 레벨로 팽창되고 냉각제 회로의 제2 냉각제 부분 회로에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기에서 증발 및 과열되며, 상기 냉각제는 냉각되고, 상기 냉매를 제3 유로를 통해 연속적으로 보내는 단계.
냉각된 냉각제는 바람직하게는 파워트레인의 적어도 1개의 구성 요소에 공급되고 구성 요소는 냉각된다.
본 발명의 유리한 실시예는 전기 모터 구동 장치 또는 전기 모터와 연소 기관으로 구성된 하이브리드 구동 장치를 가지는 자동차에서 시스템의 이용을 허용한다.
특히 순수 전기 구동 또는 연소 기관이 장착된 하이브리드 전기 자동차(HEV)를 위한 통합 열 펌프 기능을 가지는 본 발명에 따른 시스템은 요약하면 다양한 이점을 보여준다:
- 승객실의 공기를 냉방, 제습, 난방으로 공조하고 온도를 유지, 특히 배터리의 냉각 또는 가열 및 파워트레인의 구성 요소의 냉각함으로써 매우 넓은 범위의 주변 온도에서 전기 자동차의 열 관리에 관한 모든 요구 사항을 충족한다.
- 냉매 회로의 폐열을 이용하여 승객실의 공급 공기를 에너지 효율적으로 가열함으로써 폐열 회수율이 높다.
- 높은 유연성과 기능성으로 폐열을 많이 이용하여 작동 효율 극대화하여 전기 파워트레인 구성 요소로부터 열을 회수한다.
- 냉매 측과 공기 측 모두에서 복잡성이 낮은 컴팩트한 설계;
- 제조, 유지 보수 및 작동 중 저렴한 비용
시스템, 특히 냉매 회로는 냉매와 독립적이므로 R134a, R744, R1234yf, R290 또는 기타 냉매용으로도 설계된다.
본 발명의 실시예의 추가 세부 사항, 특징 및 이점은 대응하는 도면을 참조하여 실시예의 예들에 대한 다음의 설명으로부터 기인한다. 도면들은 이하와 같다.
도 1은 1개의 냉매 회로 및 상기 냉매 회로와 열적으로 결합된 2개의 냉각제 부분 회로를 포함하는 1개의 냉각제 회로를 가지는 자동차의 구동 장치 구성 요소를 통해 승객실의 공기를 공조하고 열 전달을 위한 1개의 제1 시스템을 도시한다.
도 2는 1개의 순환-내부 열교환기를 가지며 도 1에 도시된 시스템과 유사하며, 자동차의 구동 장치 구성 요소를 통해 승객실의 공기를 공조하고 열 전달을 위한 1개의 제2 시스템을 도시한다.
도 3은 1개의 제1 냉매-공기 열교환기 주위에 1개의 추가적인 우회 유로(bypass flow path)를 가지고 도 2에 도시된 시스템과 유사하며, 자동차의 구동 장치 구성 요소를 통해 승객실의 공기를 공조하고 열 전달을 위한 1개의 제3 시스템을 도시한다.
도 4a는 냉동 시스템 모드에서 냉매 회로의 작동 중 및 파워트레인 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 냉각제 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 4b는 배터리의 능동 냉각으로 냉매 회로의 작동 중 및 파워트레인 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 냉각제 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 4c는 배터리의 능동 냉각으로 냉동 시스템 모드에서의 냉매 회로의 작동 중 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 냉각제 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 5a는 배터리 및 파워트레인 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 냉각제 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 5b는 재가열 모드에서의 냉매 회로의 작동 중 및 배터리 및 파워트레인 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 냉각제 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 5c는 배터리 및 파워트레인 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 능동 냉각으로 재가열 모드에서 냉매 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 6a는 냉매용 열원으로서 주변 공기를 이용하여 가열 모드에서 냉매 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 6b는 파워트레인 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 능동 냉각으로 냉매용 열원으로서 가열 모드에서 냉매 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 6c는 냉매용 열원으로서 주변 공기 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 능동 냉각으로 냉매용 열원으로서 가열 모드에서 냉매 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 6d는 저압 측에서 냉매 질량 흐름을 분할하여 도 6c에 따른 냉매 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 7은 배터리의 가열 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 능동 냉각으로 냉매용 열원으로서 냉매 회로의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다.
도 1은 1개의 냉매 회로(2a) 및 상기 냉매 회로(2a)와 열적으로 결합되는 2개의 냉각제 부분 회로(3-1, 3-2)를 포함하는 1개의 냉각제 회로(3)를 가지는 자동차의 구동 장치 구성 요소를 통해 승객실의 공기를 공조하고 열 전달을 위한 1개의 제1 시스템(1a)을 도시한다.
냉매 회로(2a)는 냉매를 흡입 및 압축하기 위한 냉매의 흐름 방향으로 1개의 압축기(4), 응축기/가스 냉각기로서 작동되고 승객실의 공급 공기를 가열시키는 역할을 하는 1개의 제1 냉매-공기 열교환기(5), 및 1개의 상류 제1 팽창 요소(7), 특히 팽창 밸브를 이용하여 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 1개의 제2 냉매-공기 열교환기(6)를 보여준다.
또한, 냉매 회로(2a)는, 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소들을 냉각시키기 위한 1개의 제2 냉매-냉각제 열교환기(12) 및 1개의 상류 제4 팽창 요소(13)-이들은 1개의 제3 유로(18)에 함께 배치됨- 뿐만 아니라 승객실의 공급 공기를 이용하여 열 전달을 하기 위한 1개의 제3 냉매-공기 열교환기(8) 및 1개의 상류 제2 팽창 요소(9)-이들은 1개의 제1 유로(16)에 함께 배치됨-, 및 배터리의 정확한 온도를 유지하는 데 이용되는 1개의 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 및 1개의 상류 제3 팽창 요소(11)-이들은 1개의 제2 유로(17)에 함께 배치됨-을 가지도록 생성된다.
제1 유로(16) 및 제2 유로(17)는 각각 1개의 제1 분기점(14)에서 1개의 제1 합류점(15)으로 연장되며, 필요에 따라 냉매가 개별적으로 또는 공통으로 동시에 흐를 수 있다.
주변 공기를 통한 열 전달을 위해 제2 냉매-공기 열교환기(6)로부터 유출된 후, 냉매 질량 흐름은 제1 분기점(14)에서 2개의 부분 질량 흐름으로 분할될 수 있다. 부분 질량 흐름의 백분율은 필요에 따라 0%에서 100% 범위일 수 있다.
1개의 제4 유로(19)는, 바람직하게는 제1 유로(16)에 배치되는 1개의 제2 분기점(20)으로부터 제2 합류점(21)까지 연장된다. 제2 분기점(20)은 제1 유로(16) 및 제2 유로(17)의 제1 합류점(15)과 함께 생성될 수도 있다.
제2 냉매-냉각제 열교환기(12) 및 상류 팽창 요소(13)가 있는 제3 유로(18)가 제2 분기점(20)으로부터 제2 합류점(21)까지 연장된다는 사실로 인해, 냉매 질량 흐름은 제2 분기점(20)에서 차례로 2개의 부분 질량 흐름으로 분할될 수 있다. 부분 질량 흐름의 백분율은 필요에 따라 0 ~ 100% 범위일 수 있다.
추가적인 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)의 형성에 의해, 냉매 회로(2a)의 높은 열흡수력이 달성된다.
냉매는 제2 합류점(21)에서 압축기(4)에 의해 흡입된다. 냉매 회로(2a)는 폐쇄된다.
또한, 제2 유로(17)는 1개의 제3 분기점(22)과 1개의 제3 합류점(23)을 보여주며, 상류의 제3 팽창 요소(11)가 있는 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 주위의 제3 분기점과 제3 합류점 사이에서 1개의 제1 우회 유로(24)가 연장된다. 결과적으로, 제3 분기점(22)은 제1 분기점(14)과 제3 팽창 요소(11) 사이에 생성되는 반면, 제3 합류점(23)은 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)와 제1 합류점(15) 및 제2 분기점(20) 사이에 각각 배치된다. 제1 우회 유로(24)는 1개의 제1 차단 밸브(25)를 가지도록 생성된다.
제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 주위에 배치되는 제1 우회 유로(24)를 이용함으로써, 냉매 회로(2a)의 저압측에서 냉매측 압력 손실이 최소화될 수 있다.
또한, 냉매 회로(2a)는 1개의 제4 분기점(26)과 1개의 제4 합류점(27)을 보여주며, 그들 사이에서 1개의 제2 우회 유로(28)는 상류 제1 팽창 요소(7)를 가지고, 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위로 연장된다. 결과적으로, 제4 분기점(26)은 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제1 냉매-공기 열교환기(5)와 제1 팽창 요소(7) 사이에 생성되는 반면, 제4 합류점(27)은 제2 냉매-공기 열교환기(6)와 제1 분기점(14) 사이에 배치된다. 제2 우회 유로(28)는 1개의 제2 차단 밸브(29)를 가지도록 생성된다.
제2 우회 유로(28)를 통해 전송된 냉매 질량 흐름의 제2 냉매-공기 열교환기(6)로의 복귀 흐름을 방지하기 위해, 1개의 제1 역류 방지 장치(30), 특히 역류 방지 밸브가 제4 합류점(27)과 제2 냉매-공기 열교환기(6) 사이에 의도된다.
유사하게, 제2 유로(17)를 통해 전송된 냉매 질량 흐름의 제1 유로(16)에 배치된 제3 냉매-공기 열교환기(8)로의 복귀 흐름을 방지하기 위해, 제2 역류 방지 장치(31), 특히 역류 방지 밸브가 제2 분기점(20)과 제3 냉매-공기 열교환기(8) 사이에 배치된다.
제4 유로(19)는 1개의 축압기(accumulator)(32) 및 1개의 제3 차단 밸브(33)를 나타낸다.
축압기(32)가 있는 제4 유로(19)뿐만 아니라 제2 분기점(20)에서 시작하여 제2 합류점(21)까지 연장되고 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)가 있는 제3 유로(18)에는 동시에 냉매가 공급될 수 있다.
냉각 장치(chiller), 특히 배터리 냉각 장치로도 지칭되는 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 및 제3 냉매-공기 열교환기(8)가 요구 사항 또는 작동 모드에 따라 저압측에서 증발기로서 냉매 회로(2a)의 고압측에서 응축기/가스 냉각기로서 모두 작동될 수 있도록 시스템(1a)이 구성되어, 제3 냉매-공기 열교환기(8)가 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 공랭식 응축기/가스 냉각기로서 작동될 수 있고, 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)는 배터리를 가열하기 위한 냉각제-냉각식 응축기/가스 냉각기로서의 작동될 수 있다. 기존 시스템들에 비해, 냉매 회로(2a)의 고압측과 저압측에서 열교환기(8, 10)의 대안적인 작동은 시스템(1a)의 사용 유연성을 최대화하고 많은 작동 모드를 발생시킨다.
바람직하게 팽창 밸브로서 구성되는 팽창 요소들(7, 9, 11, 13)은 필요에 따라 완전히 닫히도록 생성되어, 작동 모드들 사이, 특히 가열 모드와 냉동 시스템 모드 사이의 전환(switching)이 무단계로 압축기(4)를 끄지 않고 수행된다. 제2 냉매-공기 열교환기(6)를 통한 냉매의 흐름 방향의 역전과 함께 냉매 회로(2a)의 형성은 필요하지 않으며, 그 결과 특히 오일 관리가 단순화되는데, 이는 냉매 회로(2a)에서의 오일 트랩 및 냉매 트랩이 회피되기 때문이다.
제1 냉매-냉각제 열교환기(10)는 냉각제 회로(3)의 제1 냉각제 부분 회로(3-1)에 열적 연결을 설정한다. 제1 냉각제 부분 회로(3-1)는 1개의 제1 공급 장치(40), 특히 예를 들어, 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 및 1개의 제1 냉각제-열교환기(41)를 이용하여 제1 냉각제 부분 회로(3-1)를 통해 냉각제를 공급하는 펌프 또는 냉각제 펌프를 나타낸다. 제1 냉각제-열교환기(41)는 특히 배터리, 예를 들어 고전압 배터리의 온도를 유지하기 위해 생성된다.
제1 냉각제 부분 회로(3-1)는 특히 주변 공기의 온도 값이 높은 경우 배터리를 냉각하고 배터리의 온도를 지정된 한계값 아래로 유지하는 역할을 한다.
제1 냉각제 부분 회로(3-1)는 1개의 제1 분기점(42) 및 1개의 제1 합류점(43)을 통해 냉각제 회로(3)에 통합된다. 한편으로는 제1 공급 장치(40)와 제1 냉각제-열교환기(41)는 그리고 다른 한편으로는 제1 공급 장치(40)와 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)는 냉각제 회로(3)의 제1 분기점(42)과 제1 합류점(43) 사이에 배치된다. 제1 분기점(42)은 3방향 밸브로서 생성된다.
제2 냉매-냉각제 열교환기(12)는 냉각제 회로(3)의 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에 열적 연결을 설정한다. 제2 냉각제 부분 회로(3-2)는 1개의 제2 공급 장치(44), 특히 예를 들어, 제2 냉매-냉각제 열교환기(12) 및 1개의 제2 냉각제-열교환기(45)를 이용하여 제2 냉각제 부분 회로(3-2)를 통해 냉각제를 공급하는 펌프 또는 냉각제 펌프를 나타낸다. 제2 냉각제-열교환기(45)는 차량의 파워트레인의 구성요소, 특히 전기 모터, 내부 충전 장치, 변압기 또는 인버터와 같은 전기 파워트레인의 구성 요소의 냉각을 위해 생성된다.
제2 냉각제 부분 회로(3-2)는 1개의 제2 분기점(46) 및 1개의 제2 합류점(47)을 통해 냉각제 회로(3)에 통합된다. 한편으로는 제2 공급 장치(44)와 제2 냉각제-열교환기(45)는 그리고 다른 한편으로는 제2 공급 장치(44)와 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)는 냉각제 회로(3)의 제2 분기점(46)과 제2 합류점(47) 사이에 배치된다. 제2 분기점(46)은 3방향 밸브로서 생성된다.
냉수 세트라고도 하는 제2 냉각제 부분 회로(3-2)는 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소로부터 폐열을 회수하는 데 이용될 수 있으며, 상기 열은 기화열로서 냉매 회로(2a)에서 순환하는 냉매로 전달된다. 이러한 방식으로, 가능한 가열 전력에 추가하여 시스템(1a)의 효율이 최대화된다.
특히 가열 모드에서의 작동을 위해, 제2 냉각제 부분 회로(3-2)를 가지는 시스템(1a)의 형성은 구동 장치 구성 요소, 특히 전기 구동 장치 구성 요소에 의해 생성된 폐열을 축적할 수 있게 하고, 상기 폐열을 기화열로서 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 냉매에 이용 가능하게 한다. 이러한 폐열 회수는 자동차의 전체 에너지 효율 및 열효율 향상에 기여한다. 그렇지 않으면 열 손실 전력으로서 균형을 이루어야 하는 열이 기화열로서 시스템(1a)에 흡수되고, 이는 가열 모드로 작동되는 경우 시스템(1a)의 전력 및 효율을 최대화한다.
예를 들어, 가열 모드 또는 재가열 모드로 작동되는 냉매(R134a, R1234yf 또는 R290)을 가지는 냉매 회로(2a)의 과소 임계 모드에서, 시스템(1a)의 효율 및 전력은, 특히 이하 도면들에 도시된 바와 같이, 특히 순환-내부 열교환기를 가지는 냉매 회로의 형성과 관련하여 개선된다.
한편, 냉각제 회로(3)의 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2)은 서로 독립적으로 작동될 수 있으며, 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2) 각각에는 작동 모드에 따라 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2) 중 1개의 내부를 순환하는 냉각제 일부분 양이 할당된다. 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2)은 유체적으로 서로 완전히 분리되어 있다.
다른 한편으로는, 2개의 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2)은 1개의 제1 연결부(48) 및 1개의 제2 연결부(49)를 통해 서로 연결될 수 있고, 공통 냉각제 회로(3)로서 작동될 수 있다. 냉각제 회로(3)는 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 1개의 냉각제-공기 열교환기(50)를 보여준다. 배터리 및/또는 파워트레인의 구성 요소에 의해 흡수된 열을 주변 공기로 분산시키기 위하여, 제1 냉각제-열교환기(41)를 통해 공급된 냉각제와 제2 냉각제-열교환기(45)를 통해 공급된 냉각제 모두 냉각제-공기 열교환기(50)로 보내질 수 있다. 이 작동 모드는 제1 냉각제-열교환기(41)를 통한 배터리의 수동 냉각 또는 제2 냉각-열교환기(45)를 통한 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 지칭된다. 능동 냉각의 경우, 수동 냉각에 비해, 배터리에 의해 흡수된 열은 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에 있어서 냉매로 전달되거나 파워트레인의 구성 요소에 의해 흡수된 열은 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에 있어서 냉매로 전달된다.
냉각제 회로(3)에서 냉각제 순환은 분기점 역할을 하는 제1 연결부(48)에서 제1 냉각제-열교환기(41)를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름과 제2 냉각제-열교환기(45)를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름으로 분할될 수 있다. 부분 질량 흐름들은 합류점 역할을 하는 제2 연결부(49)에서 다시 혼합되고 냉각제-공기 열교환기(50)로 보내진다. 냉각제의 부분 질량 흐름의 백분율은 필요에 따라 0%에서 100% 범위일 수 있다.
특히 제1 냉각제 부분 회로(3-1)로부터 냉각제 회로(3)의 다른 구성 요소로의 바람직하지 않은 복귀 흐름을 방지하기 위해, 제1 냉각제 부분 회로(3-1)의 제1 합류점(43)과 제1 연결부(48) 사이에 역류 방지 장치(51)가 의도된다. 역류 방지 장치(51)는 바람직하게는 역류 방지 밸브로서 제조된다.
특히 모든 냉각 구성 요소들을 1개의 개별 열교환기에 연결함으로써 야기되는 냉각제 회로(3) 내부의 추가 냉각제 밸브의 복잡성 및 필요성은 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)를 이용하여 상당히 감소된다.
공급 공기를 조절하는 공조부의 하우징(60) 내부에, 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제1 냉매-공기 열교환기(5)가 제3 냉매-공기 열교환기(8)와 함께 배치된다. 증발기 또는 응축기/가스 냉각기로서 작동될 수 있는 냉매 회로(2a)의 제3 냉매-공기 열교환기(8)는 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제1 냉매-공기 열교환기(5)의 공급 공기 상류의 흐름 방향(61)으로 배치되어, 예를 들어, 가열 모드로 작동되는 시스템(1a) 내에서 승객실의 공급 공기가 가열되거나, 냉매의 증발기로서 작동되는 제3 냉매-공기 열교환기(8)를 통해 흐를 때 승객실의 제습 및/또는 냉각된 공급 공기는 재가열 모드로 작동되는 시스템(1a) 내부에서 재가열될 수 있다.
공급된 공기를 가열할 수 있도록 추가적인 열-열 열교환기(62)가 공조부의 하우징(60) 내에 의도될 수 있다. 옵션으로 작동할 수 있는 열-열 열교환기(62)는 승객실로 흐르는 공급 공기를 가열하기 위한 전기 PTC 히터로서 생성될 수 있으며, 특히 고전압 PTC 히터로서 공기 측에 더 높고 적합한 가열 전력 및 역동성을 제공한다. 열-열 열교환기(62)는 냉매 회로(2a)의 제1 냉매-공기 열교환기(5)의 공급 공기 하류의 흐름 방향(61)으로 배치된다.
승객실의 공급 공기는 하우징(60)에 배치된 유동 안내 장치(63)에 의해 냉매 회로(2a)의 제1 냉매-공기 열교환기(5)와 제3 냉매-공기 열교환기(8) 사이의 공급 공기의 흐름 방향(61)으로, 1개의 제1 부분 질량 흐름은 제1 냉매-공기 열교환기(5) 또는 추가적인 열-열 열교환기(62)로 보내지고, 1개의 우회하는 제2 부분 질량 흐름은 제1 냉매-공기 열교환기(5) 또는 추가적인 열-열 열교환기(62) 주위로 보내지는 방식의 부분 질량 흐름들로 분할될 수 있다. 부분 질량 흐름의 백분율은 필요에 따라 0%에서 100% 범위일 수 있다.
주변 공기를 통한 열 전달을 위해 생성되는 냉각제 회로(3)의 냉각제-공기 열교환기(50) 및 냉매 회로(2a)의 1개의 제2 냉매-공기 열교환기(6)는 자동차 차체의 전방 영역에서 주변 공기의 흐름 방향(65)으로 기재된 순서로 하우징(64) 내부에 배열된다. 주변 공기는 제1 열교환기로서의 냉각제 회로(3)의 냉각제-공기 열교환기(50)로 흐른다. 대안적으로, 열교환기(6, 50)는 서로 동시에 주변 공기를 공급받을 수 있다.
도 2는 승객실의 공기 공조를 위한 그리고 1개의 냉매 회로(2b) 및 상기 냉매 회로(2b)와 열적으로 결합되는 2개의 냉각제 부분 회로(3-1, 3-2)를 나타내는 냉각제 회로(3)를 가지는 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열전달을 위한 추가 시스템(1b)을 도시한다. 도 2에 따른 시스템(1b)은 순환-내부 열교환기(34)의 형성에서만 도 1에 도시된 시스템(1a)과 차이가 있다. 시스템(1a, 1b)의 다른 구성 요소들, 특히 냉매 회로(2a, 2b)와 냉각제 회로(3)는 동일하므로 이들의 실시예 및 배치에 관한 한 도 1에 따른 시스템(1a)에 관한 설명을 참조한다.
한편으로, 냉매 회로(2b)의 순환-내부 열교환기(34)는 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열교환기(6), 특히 냉매의 흐름 방향의 제4 합류점(27)의 하류 및 제1 유로(16)와 제2 유로(17)의 제1 분기점(14) 사이에 배치된다. 냉매 회로(2b)의 이 영역에는 고압 레벨로 냉매가 공급될 수 있다.
한편, 냉매회로(2b)의 순환-내부 열교환기(34)는 제2 분기점(20) 또는 제1 합류점(15)과 제2 합류점(21) 사이에서 연장되는 제4 유로(19) 내에 의도되고 냉매의 흐름 방향으로 축압기(32)의 하류에 배치된다. 냉매 회로(2b)의 이 영역의 냉매는 항상 저압 레벨을 나타내고 압축기(4)에 의해 흡입된다.
도 3은 승객실의 공기 공조를 위한 그리고 1개의 냉매 회로(2c) 및 냉매 회로(2c)와 열적으로 결합되는 2개의 냉각제 부분 회로(3-1, 3-2)를 나타내는 냉각제 회로(3)를 가지는 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열전달을 위한 추가 대안 시스템(1c)을 도시한다. 대안적인 시스템(1c)은 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 제1 냉매-공기 열교환기(5) 주위의 1개의 추가적인 제3 우회 유로(35)만 도 2에 도시된 시스템(1b)과 상이하다. 시스템(1b, 1c), 특히 냉매 회로(2b, 2c) 및 냉각제 회로(3)의 다른 구성 요소들이 동일하므로, 도 2에 도시된 시스템(1b)에 관한 설명 또는 도 1에 도시된 시스템(1a)에 관한 설명을 참조한다.
냉매 회로(2c)의 제3 우회 유로(35)는 1개의 제5 분기점(36)으로부터 1개의 제5 합류점(37)까지 연장되며, 제5 분기점(36)은 압축기(4)와 제1 냉매-공기 열교환기(5) 사이에 배치되고 바람직하게는 3방향 밸브로서 생성된다. 제 5 합류점(37)은 특히 제2 우회 유로(28)의 제4 분기점(26)의 상류의 냉매의 흐름 방향으로 제2 냉매-공기 열교환기(6)의 상류에 배치되는 제 1 팽창 요소(7)와 냉매-공기 열교환기(5) 사이에 의도된다.
제3 우회 유로(35)를 통해 전송된 냉매 질량 흐름의 제1 냉매-공기 열교환기(5)로의 복귀 흐름을 방지하기 위해, 1개의 제3 역류 방지 장치(38), 특히 역류 방지 밸브가 제1 냉매-공기 열교환기(5)와 제5 합류점(37) 사이에서 의도된다.
다음, 도 2에 도시된 시스템(1b)은 상이한 작동 모드, 특히 냉동 시스템 모드, 재가열 모드 또는 승객실의 공급 공기와 관련되는 가열 모드로 배터리 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 능동 또는 수동 냉각을 가지는 냉매 회로(2b)가 도시된다. 이러한 맥락에서의 수동 냉각은 냉각제에 의해 열이 주변 공기로 출력되는 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제를 통한 냉각으로 이해되어야 한다. 능동 냉각의 경우, 냉각제에 전달된 열은 냉매 회로(2b)에서 순환하는 냉매로 방출된다.
냉매 또는 냉각제가 흐르는 냉매회로(2b)와 냉각제 회로(3)의 연결관은 각각 실선으로 강조되어 있고, 냉매 또는 냉각제가 공급되지 않는 연결관은 점선으로 강조되어 있다.
냉동 시스템 모드에서 도 2에 따른 시스템(1b)의 냉매 회로(2b) 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 냉각제 회로(3)의 작동 중, 제3 냉매-공기 열교환기(8)에 있어서 승객실의 공급 공기에 의하여 냉매로 전달된 열은 제2 냉매-공기 열교환기(6)에 있어서 냉매에 의해 주변 공기로 전달된다.
압축기(4)로부터 유동하는 고압의 냉매는 응축기/가스 냉각기로 동작하는 제2 냉매-공기 열교환기(6)에서 필요에 따라 냉각 또는 과열 저감 및 액화되고 과냉각된다. 이후, 냉매는 순환-내부 열교환기(34)를 통해 보내지고 더 냉각된다.
제1 냉매-공기 열교환기(5)와 제2 냉매-공기 열교환기(6) 사이에 배치된 제1 팽창 요소(7)는 완전히 개방되어 냉매가 유사한 압력 레벨, 특히 고압 레벨로 2개의 열교환기(5, 6)를 흐른다. 냉매는 거의 압력 손실 없이 팽창 요소(7)를 통과한다.
하우징(60) 내부에 배치된 유동 안내 장치(63)는 하우징(60)을 흐르는 공급 공기가 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 우회하도록 설정된다. 제1 냉매-공기 열교환기(5)에는 승객실의 공급 공기가 공급되지 않아서 제1 냉매-공기 열교환기(5)에서 열이 전달되지 않는다.
또한, 시스템(1b)과 비교하여, 도 3에 따른 시스템(1c)의 경우, 냉매 회로(2c)의 제3 우회 유로(35)를 통해 냉매를 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 우회하는 제2 냉매-공기 열교환기(6)로 직접 보내는 것이 가능하여 제1 냉매-공기 열교환기(5)에 냉매가 공급되지 않아서, 냉매가 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 우회하여 흐르는 경우 생성될 수 있는 냉매 회로(2c)의 고압측 압력 강하를 회피한다.
제1 분기점(14)에서, 냉매는 제2 팽창 요소(9)에 이르는 제1 유로(16)로 보내지고 제2 팽창 요소(9)를 통과할 때 저압 레벨로 팽창된다. 증발기로서 작동되는 제3 냉매-공기 열교환기(8)에 있어서, 냉매는 증발되고 필요에 따라 승객실의 공급 공기로부터 열을 흡수하여 과열된다. 공급 공기는 냉각 및/또는 제습된다. 이어서, 냉매가 순환-내부 열교환기(34)의 저압측을 통해 흐르는 경우, 냉매는 가열되거나 더 과열되어 압축기(4)에 의해 흡입된다. 순환-내부 열교환기(34)에 있어서, 열은 고압 레벨의 냉매에 의하여 저압 레벨의 냉매로 전달된다.
제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위의 제2 우회 유로(28)뿐만 아니라 제2 유로(17)와 제3 유로(18)가 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니며, 특히 제 4 팽창 요소(13) 및 제 2 차단 밸브(29)뿐만 아니라 제3 팽창 요소(11)와 제1 차단 밸브(25)는 완전히 폐쇄된다.
냉각제는 구동 장치 구성 요소의 제2 냉각제-열교환기(45)와 냉각제-공기 열교환기(50) 사이에 배치되는 제2 공급 장치(44)를 통해 순환된다. 제2 냉각제-열교환기(45)에서의 구동 장치 구성 요소에 의해 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로 전달된 열은 냉각제-공기 열교환기(50)에서의 냉각제에 의해 주변 공기로 전달된다. 제1 냉각제-열교환기(41)에는 냉각제가 흐르지 않는다.
주변 공기는 바람직하게는 송풍기를 통해 흐름 방향(65)으로 하우징(64) 내로 흡입된 다음, 냉각제로부터 열흡수를 위해 냉각제-공기 열교환기(50)에 공급된 후 냉매로부터 열흡수를 위해 제2 냉매-공기 열교환기(6)에 추가로 공급된다.
도 4b는 배터리의 능동 냉각으로 냉매 회로(2b) 작동 중 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 수동 냉각으로 냉각제 회로(3)의 작동 중의 도 2에 따른 시스템(1b)을 도시한다.
도 4a에 따른 시스템(1b)의 작동 모드와 비교한 제1 차이점은 제1 냉각제 부분 회로(3-1)의 제1 공급 장치(40)의 작동 및 그에 따른 배터리의 능동 냉각에 있다. 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)와 제1 냉각제 열교환기(41) 사이의 제1 냉각제 부분 회로(3-1)에서 냉각제가 순환된다. 제1 냉각제-열교환기(41)에서 배터리가 발산하는 열은 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에 있어서 냉매 회로(2b)를 순환하는 냉매로 전달된다. 제1 냉각제 부분 회로(3-1)는 도 4a에 따른 작동 모드에서 설명된 모드와 별개로 작동된다. 제1 냉각제 부분 회로(3-1) 및 다른 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제의 일부량은 서로 섞이지 않는다.
시스템(1b), 특히 도 4a에 도시된 냉매 회로(2b)의 작동 모드와 비교하여 추가적인 차이점은 제1 분기점(14)의 냉매가 제3 팽창 요소(11)에 이르는 제2 유로(17)로 독점적으로 보내지고 제3 팽창 요소(11)를 통과할 때 저압 레벨로 팽창된다는 점이다. 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에 있어서, 냉매가 증발되고 필요시 제1 냉각제 부분 회로(3-1)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 과열된다. 냉각제는 냉각된다. 이어서, 냉매가 순환-내부 열교환기(34)의 저압측을 통해 흐르는 경우, 냉매는 가열되거나 더 과열되어 압축기(4)에 의해 흡입된다.
제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위의 제2 우회 유로(28)와 제3 유로(18)뿐만 아니라 제2 유로(17)의 제1 우회 유로(24)와 제 1유로(16)는 모두 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니며, 특히 제4 팽창 요소(13) 및 제2 차단 밸브(29)뿐만 아니라 제2 팽창 요소(9) 및 제1 차단 밸브(25)는 완전히 폐쇄된다.
배터리의 능동 냉각으로 냉매 시스템 모드에서 시스템(1b)의 냉매 회로(2b) 작동 중 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 수동 냉각으로 냉각제 회로(3)의 작동 중, 도 4c에 따라, 제3 냉매-공기 열교환기(8)의 객실용 공급 공기에 의해 냉매 회로(2b)에서 순환하는 냉매로 전달된 열, 배터리에 의해 제1 냉각제 열교환기(41)의 냉각제로 전달된 열 및 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)의 냉각제에 의해 냉매 회로(2a)를 순환하는 냉매로 전달된 열은 제2 냉매-공기 열교환기(6)의 냉매에 의해 주변 공기로 전달된다.
시스템(1b), 특히 도 4b에 따른 냉매 회로(2b)의 작동 모드와 대조적으로, 냉매는 제1 분기점(14)에서 제1 유로(16)를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름과 제2 유로(17)를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름인 2개의 부분 질량 흐름으로 분할된다.
제1 유로(16)로 보내지는 제1 부분 질량 흐름의 냉매는 제2 팽창 요소(9)로 보내지고 제2 팽창 요소(9)를 통해 유동할 때 저압 레벨로 팽창한다. 증발기로서 작동되는 제3 냉매-공기 열교환기(8)에 있어서, 냉매는 증발되고 필요에 따라 승객실의 공급 공기로부터 열을 흡수하여 과열된다. 공급 공기는 냉각 및/또는 제습된다.
제2 유로(17)로 보내지는 제2 부분 질량 흐름의 냉매는 제3 팽창 요소(11)로 보내지고 제3 팽창 요소(11)를 통해 유동할 때 저압 레벨로 팽창한다. 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에 있어서, 냉매가 증발되고 필요시 제1 냉각제 부분 회로(3-1)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 과열된다. 냉각제는 냉각된다.
이어서, 냉매의 부분 질량 흐름들은 제1 합류점(15)에서 서로 혼합되고, 순환-내부 열교환기(34)의 저압측을 통해 유동할 때, 더 가열되거나 과열되어 압축기(4)에 의해 흡입된다.
제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위의 제2 우회 유로(28)와 제3 유로(18)뿐만 아니라 제2 유로(17)의 제1 우회 유로(24)는 모두 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니며, 특히 제2 차단 밸브(29)뿐만 아니라 제1 차단 밸브(25)와 제4 팽창 요소(13)는 완전히 폐쇄된다.
도 5a 내지 도 5c는 각각 재가열 모드에서의 작동 동안 도 2에 따른 시스템(1b)을 도시한다. 도 6a 내지 도 6d는 각각 가열 모드에서의 작동 동안 도 2에 따른 시스템(1b)을 도시한다.
가열 모드 또는 재가열 모드에서 시스템(1b)이 작동하는 동안, 공조 시스템의 폐열, 특히 승객실의 공급 공기에 의해 냉매 회로(2b)에서 순환하는 냉매로 전달된 제3 냉매-공기 열교환기(8)의 열 또는 배터리 또는 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 적어도 1개의 다른 구성 요소에 의하여 냉매 회로(2b)에서 순환하는 냉매로 전달된 열 및 주변 공기에 의해 냉매 회로(2b)에서 순환하는 냉매로 전달된 열은 승객실의 공급 공기를 가열하기 위해 이용될 수 있다. 주변 공기 뿐만 아니라 배터리 및 파워트레인의 적어도 1개의 다른 구성 요소는 열원으로 작용할 수 있다.
도 5a는 배터리 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소 모두의 수동 냉각으로 냉각제 회로(3)의 작동 동안의 도 2에 따른 제2 시스템을 도시한다. 냉매 회로(2b)의 압축기(4)는 작동하지 않는다.
냉각제는 제1 공급 장치(40)를 거쳐 제1 냉각제-열교환기(41)를 통해 공급되어 배터리를 냉각하고, 제2 공급 장치(44)를 거쳐 제2 냉각제-열교환기(45)를 통해 공급되어 구동 장치 구성 요소를 냉각하는데, 각각 냉각제-공기 열교환기(50)로 공급된다. 냉각제-공기 열교환기(50)로부터 유출된 후, 냉각제는 분기점 역할을 하는 제1 연결부(48)에서 제1 냉각제-열교환기(41)를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름과 제2 냉각제-열교환기(45)를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름으로 분할될 수 있다. 부분 질량 흐름들은 합류점 역할을 하는 제2 연결부(49)에서 혼합되고 이어서 냉각제-공기 열교환기(50)로 보내진다. 병렬 유로를 통한 적절한 냉각제 질량 흐름 또는 그 병렬 유로를 통한 분배는 공급 장치(40, 44)에 의해 조절된다.
배터리 및 구동 장치 구성 요소에 의해 냉각제 회로(3)에서 순환하는 냉각제로 전달된 열은 냉각제-공기 열교환기(50)에서의 냉각제에 의해 주변 공기로 전달된다.
냉각제 회로(3)의 공급 장치(40, 44)는 또한 서로 독립적으로 작동될 수 있어서, 배터리 냉각을 위한 제1 냉각제-열교환기(41) 및 구동 장치 구성 요소 냉각을 위한 제2 냉각제-열교환기(45)에 냉각제가 서로 독립적으로 공급되고 배터리와 구동 장치 구성 요소 모두는 서로 독립적으로 수동적으로 냉각된다.
도 5b는 배터리 및 파워트레인, 특히 시스템(1b)의 전기 파워트레인의 구성 요소 모두의 수동 냉각으로 냉각제 회로(3) 및 재가열 모드에서의 냉매 회로(2b)의 작동을 도시한다.
도 5a에 따른 시스템(1b)과 대조적으로, 냉매 회로(2b)의 압축기(4)가 작동하고 있다. 압축기(4)로부터 유동하는 고압 냉매는 과열되지 않고 필요에 따라 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기 열교환기(5)에서 액화되고 가능하게는 과냉각된다. 하우징(60) 내부에 배치되는 유동 안내 장치(63)는 하우징(60)을 통해 흐르는 공급 공기가 제1 냉매-공기 열교환기(5)에 이르는 1개의 제1 부분 기류 및 제1 냉매-공기 열교환기(5) 주위의 1개의 제2 부분 기류로 보내지도록 설정된다. 결과적으로 제1 냉매-공기 열교환기(5)에는 미리 냉각 및/또는 제습된 승객실의 공급 공기의 일부만이 공급된다. 승객실의 공급 공기는 원하는 온도로 가열되고, 공급 공기로 전달된 열은 유동 안내 장치(63)의 위치를 통해 조절된다.
또한, 시스템(1b)과 비교하여, 도 3에 도시된 시스템(1c)은 제5 분기점(36)에서 냉매를 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름과 제3 우회 유로(35)를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름으로 분할하는 가능성을 제공한다. 냉매의 제 2 부분 질량 흐름은 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 우회하도록 보내어진다. 냉매의 부분 질량 흐름들은 제5 합류점(37)에서 다시 서로 혼합된다.
이어서, 냉매는 더 냉각되거나 액화되고, 필요시 응축기/가스 냉각기로 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기를 통과할 때 과냉각된다. 제1 냉매-공기 열교환기(5)와 제2 냉매-공기 열교환기(6) 사이에 배치된 제1 팽창 요소(7)는 완전히 개방되어 냉매가 유사한 압력 레벨, 특히 고압 레벨로 2개의 열교환기(5, 6)를 흐른다. 냉매는 거의 압력 손실 없이 팽창 요소(7)를 통과한다.
특히, 주변 공기의 온도가 온화한 경우, 제1 팽창 요소(7)는 냉매가 고압 레벨 및 저압 레벨 사이에서 중압 레벨로 팽창되어 주변 공기로 발산되는 열의 양을 조절하도록 설정될 수 있다.
이어서, 냉매는 순환-내부 열교환기(34)를 통해 보내지고 더 냉각된다.
제1 분기점(14)에서, 냉매는 제2 팽창 요소(9)에 이르는 제1 유로(16)로 보내지고 제2 팽창 요소(9)를 통과할 때 저압 레벨로 팽창된다. 증발기로서 작동되는 제3 냉매-공기 열교환기(8)에 있어서, 냉매는 증발되고 필요에 따라 승객실의 공급 공기로부터 열을 흡수하여 과열된다. 공급 공기는 냉각 및/또는 제습된다. 이어서, 냉매가 순환-내부 열교환기(34)의 저압측을 통해 흐르는 경우, 냉매는 더 가열되거나 과열되어 압축기(4)에 의해 흡입된다.
제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위의 제2 우회 유로(28)뿐만 아니라 제2 유로(17)와 제3 유로(18)가 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니며, 특히 제 4 팽창 요소(13) 및 제 2 차단 밸브(29)뿐만 아니라 제3 팽창 요소(11)와 제1 차단 밸브(25)는 완전히 폐쇄된다.
주변 공기는 바람직하게는 송풍기를 통해 흐름 방향(65)으로 하우징(64) 내로 흡입된 다음, 냉각제로부터 열흡수를 위해 냉각제-공기 열교환기(50)에 공급된 후 냉매로부터 열흡수를 위해 제2 냉매-공기 열교환기(6)에 추가로 공급된다.
주변 공기의 온도에 따라, 도 5c에 도시된 바와 같은 작동 모드에서 작동하는 동안, 특히 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)와 제1 냉각제-열교환기(41)를 가지는 제1 냉각제 부분 회로(3-1)를 통해 배터리 또한 능동 냉각시키는 것도 가능하다. 배터리에 의해 방출된 열은 냉매 회로(2b)에서 순환하는 냉매로 전달된다. 배터리의 폐열을 열원으로 이용할 수 있다.
시스템(1b), 특히 도 5b에 따른 냉매 회로(2b)의 작동 모드와 대조적으로, 냉매는 제1 분기점(14)에서 제1 유로(16)를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름과 제2 유로(17)를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름인 2개의 부분 질량 흐름으로 분할된다. 제2 유로(17)로 보내지는 제1 부분 질량 흐름의 냉매는 제3 팽창 요소(11)로 보내지고 제3 팽창 요소(11)를 통해 유동할 때 저압 레벨로 팽창한다. 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에 있어서, 냉매는 증발되고 필요에 따라 제1 냉각제 부분 회로(3-1)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 과열된다. 냉각제는 냉각된다.
이어서, 냉매의 부분 질량 흐름들은 제1 합류점(15)에서 서로 혼합되고, 순환-내부 열교환기(34)의 저압측을 통해 유동할 때, 더 가열되거나 과열되어 압축기(4)에 의해 흡입된다.
제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위의 제2 우회 유로(28)와 제3 유로(18)뿐만 아니라 제2 유로(17)의 제1 우회 유로(24)는 모두 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니며, 특히 제2 차단 밸브(29)뿐만 아니라 제1 차단 밸브(25)와 제4 팽창 요소(13)는 완전히 폐쇄된다.
특히, 주변 공기의 낮은 온도에서, 제1 팽창 요소(7)는 또한 냉매가 중압 레벨 또는 저압 레벨로 팽창되어 현재 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기 열교환기(6)에서 냉매에 주변 공기로부터 열을 전달할 수 있도록 설정될 수 있다. 중압 레벨을 설정하면 주변 공기로부터 흡수되는 열량이 조절된다. 주변 공기는 열원으로 이용된다.
냉매는 제2 냉매-공기 열교환기(6)로부터 유출된 후, 순환-내부 열교환기(34)를 통해 보내지고, 필요시 더 냉각된다.
냉매가 제1 팽창 요소(7)를 통해 유동할 때 이미 저압 레벨로 팽창된 반면, 제2 팽창 요소(9)는 완전히 개방되어 냉매가 거의 압력 손실 없이 팽창 요소(9)를 통과한다. 제2 냉매-공기 열교환기(6)와 제3 냉매-공기 열교환기(8)에는 유사한 압력 레벨, 즉 저압 레벨의 냉매가 공급된다.
도 6a는 주변 공기를 냉매용 열원으로써 이용하여 가열 모드에서 냉매 회로(2b)의 작동 중의 도 2에 따른 시스템(1b)을 도시한다.
압축기(4)로부터 유동하는 고압 냉매는 과열 저감되어 액화될 뿐만 아니라 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기(5)에서 과냉각될 수 있다. 하우징(60) 내부에 배치된 유동 안내 장치(63)는 하우징(60)을 흐르는 공급 공기가 제1 냉매-공기 열교환기(5)로 보내지도록 설정된다. 결과적으로, 바람직하게는 승객실의 공급 공기의 전체 공기 흐름이 제1 냉매-공기 열교환기(5)에 공급된다. 승객실의 공급 공기는 원하는 온도로 가열된다.
냉매가 제1 팽창요소(7)를 통해 유동할 때, 냉매는 저압 레벨로 팽창되어 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기 열교환기(6)에서 주변 공기로부터 열을 흡수할 수 있다. 주변 공기는 냉매용 열원으로 이용된다.
냉매 회로(2b)의 흡입측 또는 저압측에서의 압력 강하를 최소화하기 위하여, 제1 분기점(14)에서 냉매는 독점적으로 제2 유로(17)로, 그리고 제3 분기점(22)에서 제1 우회 유로(24)로 그리고 결과적으로 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 주위로 보내진다. 이어서, 압축기(4)로부터의 냉매는 순환-내부 열교환기(34)에 의해 흡입된다. 순환-내부 열교환기(34)의 양측에서 냉매의 온도 레벨이 거의 동일하기 때문에, 순환-내부 열교환기(34)에서 열이 전달되지 않는다.
제2 냉매-공기 열교환기(6) 주변의 제2 우회 유로(28) 및 제3 유로(18) 뿐만 아니라 제1 유로(16) 및 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)를 나타내는 제2 유로(17)의 일부분은 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니다. 특히, 제4 팽창 요소(13) 및 제2 차단 밸브(29) 뿐만 아니라 제2 팽창 요소(9) 및 제3 팽창 요소(11)는 완전히 폐쇄된다.
도 6a에 도시되지는 않지만, 배터리 및/또는 파워트레인 특히 시스템(1b)의 전기 파워트레인의 구성 요소들의 수동 냉각과 병렬로 냉각제 회로(3)를 작동시키는 것도 가능할 것이다.
도 6b는 파워트레인 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 능동 냉각으로 냉매용 열원으로서 가열 모드에서 냉매 회로(2b)의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템(1b)을 도시한다.
압축기(4)로부터 유동하는 고압 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기(5)에서 과열 저감되어 액화된다. 이어서, 냉매는 제2 우회 유로(28)를 통해 제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위로 보내지어 냉매 회로(2b)의 고압측에서의 압력 강하를 최소화할 수 있다.
제1 분기점(14)에서, 냉매는 제1 유로(16)로만 흐른 다음 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제3 냉매-공기 열교환기(8)로 흐른다. 제2 팽창 요소(9)는 완전히 개방되어 냉매는 거의 압력 손실 없이 팽창 요소(9)를 통과한다. 열교환기(5, 8)에는 유사한 압력 레벨, 특히 고압 레벨로 냉매가 공급된다. 냉매는 추가로 액화되고 필요한 경우 제3 냉매-공기 열교환기(8)에서 과냉각된다.
이러한 방식으로, 냉매 회로를 가지는 시스템에 비해, 시스템(1b)의 효율은 단지 1개의 응축기/가스 냉각기에 의해 증가될 수 있다.
하우징(60) 내부에 배치된 유동 안내 장치(63)는 전체 공급 공기가 제3 냉매-공기 열교환기(8) 위로 흐른 후 제1 냉매-공기 열교환기(5)로 보내지도록 설정된다. 공급 공기가 제3 냉매-공기 열교환기(8) 위로 흐를 때, 공급 공기는 예열되고 이어서 제1 냉매-공기 열교환기(5)에서 승객실에 대한 원하는 온도로 가열된다.
냉매가 제3 냉매-공기 열교환기(8)로부터 유출된 후, 제2 분기점(20)에서 제4 팽창 요소(13)에 이르는 제3 유로(18)로 보내진다. 냉매가 제4 팽창 요소(13)를 통해 유동할 때, 냉매는 저압 레벨로 팽창되어 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발 및 과열된다. 냉각제는 냉각된다. 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소들은 이후에 압축기(4)에 의해 흡입되는 냉매의 열원 역할을 한다.
제2 냉매-공기 열교환기(6)가 있는 유로 뿐만 아니라 제2 유로(17)와 제4 유로(19) 모두 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니며, 특히 제1 차단 밸브(25) 및 제3 차단 밸브(33) 뿐만 아니라 제1 팽창 요소(7) 및 제3 팽창 요소(11)는 완전히 폐쇄된다.
도 6b에 도시되지는 않지만, 시스템(1b)의 배터리의 수동 냉각과 병렬로 냉각제 회로(3)를 작동시키는 것도 가능하다. 냉각제는 제1 냉각제-열교환기(41)와 냉각제-공기 열교환기(50) 사이에서만 순환되어, 배터리에 의해 발산된 열을 주변 공기로 전달한다.
도 2에 따른 시스템(1b), 특히 냉매 회로(2b)의 작동 중에, 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소들의 능동 냉각을 이용함과 함께 냉매용 열원으로서 주변 공기를 이용하는 가열 모드에서, 도 6c 및 도 6d에 도시된 바와 같이 냉매의 열원으로서 압축기(4)로부터 유동하는 고압 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기 열교환기(5)에서 과열 저감되고 적어도 부분적으로 액화된다.
하우징(60) 내부에 배치된 유동 안내 장치(63)는 하우징(60)을 흐르는 공급 공기가 제1 냉매-공기 열교환기(5)로 보내지도록 설정된다. 결과적으로, 바람직하게는 승객실의 공급 공기의 전체 공기 흐름이 제1 냉매-공기 열교환기(5)에 공급된다. 승객실의 공급 공기는 원하는 온도로 가열된다.
냉매가 제1 팽창요소(7)를 통해 유동할 때, 냉매는 중압 레벨 또는 저압 레벨로 팽창되어 증발기로서 작동되는 제2 냉매-공기 열교환기(6)에서 주변 공기로부터 열을 흡수할 수 있다. 중압 레벨을 설정하면 주변 공기로부터 흡수되는 열량이 조절된다. 주변 공기는 냉매용 열원으로 이용된다.
제1 분기점(14)에서 냉매는 독점적으로 제2 유로(17)로, 그리고 제3 분기점(22)에서 제1 우회 유로(24)로 그리고 결과적으로 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 주위로 보내지어 냉매 회로(2b)의 흡입측 또는 저압측에서의 압력 강하를 최소화할 수 있다.
도 6c에 따른 시스템(1b)의 작동 모드에서, 구동 장치 구성 요소들로부터 최대로 열을 흡수하기 위하여 냉매는 제2 분기점(20)에서 제4 팽창 요소(13)에 이르는 제3 유로(18)로만 보내진다. 냉매가 제4 팽창 요소(13)를 통해 흐를 때, 냉매는 중압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되어 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발 및 과열된다. 냉각제는 냉각된다. 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소들은 이후에 압축기(4)에 의해 흡입되는 냉매의 열원 역할을 한다.
냉매가 제1 팽창 요소(7)를 통해 유동할 때 이미 저압 레벨로 팽창된 반면, 제4 팽창요소(13)는 완전히 개방되어 냉매가 거의 압력 손실 없이 팽창 요소(13)를 통과한다. 제2 냉매-공기 열교환기(6)와 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에는 유사한 압력 레벨, 즉 저압 레벨의 냉매가 공급된다.
제2 냉매-공기 열교환기(6) 주변의 제2 우회 유로(28) 및 제4 유로(19) 뿐만 아니라 제1 유로(16) 및 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)를 나타내는 제2 유로(17)의 일부분은 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니다. 특히, 제2 차단 밸브(29) 및 제3 차단 밸브(33) 뿐만 아니라 제2 팽창 요소(9) 및 제3 팽창 요소(11)는 완전히 폐쇄된다.
도 6d에 따른 시스템(1b)의 작동 모드에서, 냉매는 제1 팽창 요소(7)를 통해 유동할 때 이미 저압 레벨로 팽창되고 냉매 회로(2b)의 흡입측에서 2개의 병렬 부분 질량 흐름으로 분할되어, 특히 냉매의 흡입측 압력 손실을 최소화할 수 있다. 냉매 질량 흐름은 제3 유로(18)를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름과 제4 유로(19)를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름으로 분할된다. 제4 팽창 요소(13)는 완전히 개방되어 냉매가 거의 압력 손실 없이 팽창 요소(13)를 통과한다. 부분 질량 흐름들은 제2 합류점(21)에서 혼합되어 압축기(4)에 의해 흡입된다. 도 6c에 따른 작동 모드에 대해 설명된 바와 같이, 제1 부분 질량 흐름의 냉매는 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발되고 과열된다. 순환-내부 열교환기(34)의 양측에서 냉매의 온도 레벨이 거의 동일하기 때문에, 순환-내부 열교환기(34)에서 열이 전달되지 않는다.
난방을 위해, 특히 모든 적절한 작동 모드에 대해 승객실의 공급 공기의 보충 난방을 위해 열-열교환기(62)를 연결하는 것이 가능하다.
제2 냉매-냉각제 열교환기(12)를 가지는 제2 냉각제 부분 회로(3-2)를 통한 파워트레인의 구성 요소의 능동 냉각과 동시에 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)를 가지는 제1 냉각제 부분 회로(3-1)를 통한 배터리의 능동 냉각 및 두 경우에 있어서의 기화열로서 냉매 회로(2b)로의 열 출력을 이용하여, 배터리의 폐열과 전기 구동 장치 구성 요소의 폐열 모두는 냉각제 흐름들을 서로 혼합하지 않고 회수될 수 있다. 열 시스템(1b)의 가열 전력 및 효율을 크게 증가시키고 시스템(1b)의 기능을 증가시키기 위해, 전술한 두 경우의 폐열은 시스템(1b)에 대한 추가 열원으로 이용된다.
제1 냉매-냉각제 열교환기(10)와 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)를 별도로 형성함으로써, 냉매-냉각제 열교환기(10)의 직렬 배치에 비해 열 시스템(1b)의 기능과 효율을 가열 모드에서 모두 극대화한다. 따라서, 냉각제 측의 복잡성도 최소화할 수 있다.
도 7은 배터리의 가열 및 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소의 능동 냉각으로 냉매용 열원으로서 냉매 회로(2b)의 작동 중의 도 2에 따른 제2 시스템(1b)을 도시한다.
배터리 가열용 제1 냉각제-열교환기(41)와 구동 장치 구성 요소의 능동 냉각용 제2 냉각제-열교환기(45)에는 서로 독립적으로 냉각제가 공급되도록 냉각제 회로(3)의 공급 장치들(40, 44)이 작동되고, 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2)이 서로 독립적으로 작동한다. 제1 냉각제 부분 회로(3-1)의 냉각제는 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)와 제1 냉각제-열교환기(41) 사이를 순환하며, 제1 냉각제-열교환기(41)에 있어서 배터리로 출력되는 열은 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에 있어서 냉매 회로(2b)를 순환하는 냉매로 전달된다. 제2 냉각제 부분 회로(3-2)의 냉각제는 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)와 제2 냉각제-열교환기(45) 사이를 순환하며, 제2 냉각제-열교환기(45)에 있어서 구동 장치 구성 요소에 의해 냉각제로 출력되는 열은 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에 있어서 냉매 회로(2b)를 순환하는 냉매로 전달된다.
냉매 회로(2b)의 고압측의 압력 강하를 최소화하기 위하여, 압축기(4)로부터 유동하는 고압 냉매는 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 통하여 이어서 제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위의 제2 우회 유로(28)를 통하여 보내진다.
하우징(60) 내부에 배치된 유동 안내 장치(63)는 하우징(60)을 흐르는 공급 공기가 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 우회하도록 설정된다. 제1 냉매-공기 열교환기(5)에는 승객실의 공급 공기가 공급되지 않아서 제1 냉매-공기 열교환기(5)에서 열이 전달되지 않는다.
또한, 시스템(1b)과 비교하여, 도 3에 따른 시스템(1c)의 경우, 공지된 바와 같이 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 우회하는 냉매 회로(2c)의 제3 우회 유로(35)를 통해 냉매를 제2 우회 유로(28)로 직접 보내는 것이 가능하여, 제1 냉매-공기 열교환기(5)에는 냉매가 공급되지 않으며, 추가로 결과적으로 냉매가 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 통해 흐르는 경우 생성될 수 있는 냉매 회로(2c)의 고압측의 전압 강하를 회피할 수 있다.
이어서, 제1 분기점(14)에서, 냉매는 제3 팽창 요소(11)에 이르는 제2 유로(17)로만 보내진다. 제3 팽창 요소(11)는 완전히 개방되어 고압 레벨의 냉매가 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)를 유동한다. 냉매는 거의 압력 손실 없이 팽창 요소(11)를 통과한다. 냉각제로 열을 출력하여 냉매는 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에서 과열 저감되고, 액화되며, 필요한 경우 과냉각된다. 냉각제는 가열된다.
제2 분기점(20)에서, 냉매는 제4 팽창 요소(13)에 이르는 제3 유로(18)로만 보내진다. 냉매가 제4 팽창 요소(13)를 통해 유동할 때, 냉매는 저압 레벨로 팽창되어 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발 및 과열된다. 냉각제는 냉각된다. 파워트레인, 특히 전기 파워트레인의 구성 요소들은 이후에 압축기(4)에 의해 흡입되는 냉매의 열원 역할을 한다.
제4 유로(19) 및 제2 냉매-공기 열교환기(6)가 있는 유로 뿐만 아니라 제2 유로(17)의 제1 우회 유로(24)와 제 1유로(16)는 모두 폐쇄되고 모두 냉매가 공급되는 것은 아니며, 특히, 제1 차단 밸브(25) 및 제3 차단 밸브(33) 뿐만 아니라 제1 팽창 요소(7) 및 제2 팽창 요소(9)는 완전히 폐쇄된다.
본 발명은 승객실의 공기를 공조(空調)하고 파워트레인, 특히 자동차의 전기 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달을 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은 1개의 냉매 회로뿐만 아니라 주변 공기로의 열 전달을 위한 1개의 냉각제-공기 열교환기와 냉매-냉각제 열교환기가 있는 1개의 냉각제 회로를 보여준다. 냉매 회로는 팽창 요소들 뿐만 아니라, 승객실의 공급 공기를 가열하고 주변 공기를 통한 열 전달을 위해 이용되는 냉매-공기 열교환기를 가지도록 생성된다. 여기서 냉매 회로는 서로 다른 유로들을 보여준다. 또한, 본 발명은 상기 시스템을 작동시키는 방법에 관한 것이다.

Claims (23)

  1. 승객실의 공기를 공조하기 위한 그리고 자동차의 파워트레인의 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 시스템(1a, 1b, 1c)으로서, 상기 시스템은
    -1개의 압축기(4);
    -상기 승객실의 공급 공기 가열용 1개의 제1 냉매-공기 열교환기(5);
    -1개의 상류 제1 팽창 요소(7)를 이용하여 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 1개의 제2 냉매-공기 열교환기(6);
    -상기 승객실의 공급 공기를 공조하기 위한 1개의 제3 냉매-공기 열교환기(8)와 1개의 상류 제2 팽창 요소(9)가 있는 1개의 제1 유로(16); 및
    - 자동차의 적어도 1개의 제1 구동 장치 구성 요소에 대한 온도를 유지하는데 이용하는 냉각제와 냉매 사이에서 열 전달을 위한 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)와 1개의 상류 제3 팽창 요소(11)가 있는 1개의 제2 유로(17);를
    가지는 1개의 냉매 회로(2a, 2b, 2c) 뿐만 아니라
    상기 1개의 제1 냉매-냉각제 열교환기(10), 1개의 제2 냉매-냉각제 열교환기(12) 및 주변 공기로의 열 전달을 위한 1개의 냉각제-공기 열교환기(50)를
    가지는 1개의 냉각제 회로(3)를 포함하고,
    -상기 제1 유로(16) 및 상기 제2 유로(17) 각각은 1개의 분기점(14)으로부터 1개의 합류점(15)까지 연장되고, 서로 독립적으로 동시에 냉매를 공급받을 수 있고,
    -상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c)는 상기 파워트레인의 구성 요소들을 냉각시키기 위한 상기 제2 냉매-냉각제 열교환기(12) 및 1개의 상류 제4 팽창 요소(13)를 가지는 1개의 제3 유로(18)를 보여주고, 상기 제3 유로(18)는 상기 제1 유로(16) 및 상기 제2 유로(17)의 냉매 하류의 흐름 방향으로 배치되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유로(17)에서의 상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c)는 상기 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 및 상기 제3 팽창 요소(11) 주위의 1개의 제1 우회 유로(24)를 가지도록 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 냉매-냉각제 열교환기(10) 및 상기 제3 팽창 요소(11) 주위의 제1 우회 유로(24)는 1개의 제1 차단 밸브(25)를 포함하는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c)는 1개의 제4 유로(19)를 보여주고, 상기 제3 유로(18)와 상기 제4 유로(19)는 서로 독립적으로 동시에 냉매를 공급받을 수 있도록 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제4 유로(19)는 1개의 제3 차단 밸브(33)와 1개의 축압기(32)를 가지도록 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  6. 제1항 내지 제5항에 있어서,
    상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c)는 분기점(26)으로부터 합류점(27)으로 연장되는 상기 제1 팽창 요소(7) 및 상기 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 상기 제2 냉매-공기 열교환기(6) 주위에서 1개의 제2 우회 유로(28)를 가지도록 생성되고,
    상기 분기점(26)은 상기 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 상기 제1 냉매-공기 열교환기(5)와 상기 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 상기 제2 냉매-공기 열교환기(6)의 상류에 배치된 상기 제1 팽창 요소(7) 사이에 배치되고, 상기 합류점(27)은 상기 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 상기 제2 냉매-공기 열교환기(6)와 상기 제1 분기점(14) 사이에 배치되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 상기 제2 냉매-공기 열교환기(6) 및 상기 제1 팽창 요소(7) 주위의 상기 제2 우회 유로(28)는 1개의 차단 밸브(29)를 나타내는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  8. 제4항 내지 제7항에 있어서,
    상기 냉매 회로(2b, 2c)는 한편으로는 상기 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 제2 냉매-공기 열 교환기(6) 및 상기 제1 유로(16)와 상기 제2 유로(17)의 상기 제1 분기점(14) 사이에 배치되고 다른 한편으로는 상기 제4 유로(19) 내부에 배치되는 1개의 순환-내부 열교환기(34)를 포함하는,
    시스템(1b, 1c).
  9. 제1항 내지 제8항에 있어서,
    상기 냉매 회로(2c)는 상기 승객실의 공급 공기를 가열하기 위한 상기 제1 냉매-공기 열교환기(5) 주위의 1개의 제3 우회 유로(35)를 보여주고, 상기 제3 우회 유로(35)는 1개의 분기점(36)으로부터 1개의 합류점(37)까지 연장되고, 상기 분기점(36)은 상기 압축기(4) 및 상기 제1 냉매-공기 열교환기(5) 사이에서 생성되고, 상기 합류점(37)은 제1 냉매-공기 열교환기(5) 및 상기 주변 공기를 통한 열 전달을 위한 상기 제2 냉매-공기 열교환기(6)의 상류에 배치되는 상기 제 1 팽창 요소(7) 사이에서 형성되는,
    시스템(1c).
  10. 제1항 내지 제9항에 있어서,
    상기 냉각제 회로(3)는 상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c)와 열적으로 결합되는 2개의 냉각제 부분 회로(3-1, 3-2)를 보여주고, 상기 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)는 상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c) 및 1개의 제1 냉각제 부분 회로(3-1) 사이에서 열적 연결로서 생성되고, 상기 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)는 상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c) 및 상기 냉각제 회로(3)의 1개의 제2 냉각제 부분 회로(3-2) 사이에서 열적 연결로서 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 냉각제 부분 회로(3-1)는 1개의 제1 공급 장치(40)와 1개의 제1 냉각제-열교환기(41)를 가지도록 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 냉각제-열교환기(41)는 상기 자동차의 파워트레인의 구성 요소의 온도를 유지하기 위하여 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  13. 제10항 내지 제12항에 있어서,
    상기 제1 냉각제 부분 회로(3-1)는 1개의 제1 분기점(42) 및 1개의 제1 합류점(43)을 통하여 상기 냉각제 회로(3)에 내장되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  14. 제10항 내지 제13항에 있어서,
    상기 제2 냉각제 부분 회로(3-2)는 1개의 제2 공급 장치(44) 및 1개의 제2 냉각제-열교환기(45)를 가지도록 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 냉각제-열교환기(45)는 상기 자동차의 파워트레인의 구성 요소들을 냉각시키기 위하여 생성되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    상기 제2 냉각제 부분 회로(3-2)는 1개의 제2 분기점(46)와 1개의 제2 합류점(47)를 통해 상기 냉각제 회로(3)에 내장되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  17. 제10항 내지 제16항에 있어서,
    상기 합류점(43, 47)에 각각 있는 상기 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2)은 상기 냉각제 회로(3)의 1개의 제1 연결부(48)에 연결되고, 상기 합류점(42, 46)에 각각 있는 상기 냉각제 부분 회로들(3-1, 3-2)은 상기 냉각제 회로(3)의 1개의 제2 연결부(49)에 연결되어, 상기 제1 냉각제-열교환기(41)와 상기 제2 냉각제-열교환기(45)는 상기 냉각제-공기 열교환기(50)에 연결되는,
    시스템(1a, 1b, 1c).
  18. 승객실 공기의 공조를 위한 그리고 열원으로서 상기 파워트레인의 구성 요소들을 통하여 상기 승객실의 공급 공기의 가열 모드에서 제1항 내지 제17항의 어느 한 항에 따른 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 상기 시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법으로서, 상기 방법은 다음의
    -냉매 회로(2a, 2b, 2c)에서 고압 레벨로 순환하는 냉매가 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 통해 승객실의 공급 공기로 흐르는 경우- 상기 공급 공기는 최종 온도로 가열됨-, 상기 냉매로부터의 열 전달 단계;
    -상기 냉매는 거의 압력 손실 없이 완전히 개방된 1개의 제2 팽창 요소(9)를 통과하고, 열은 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 1개의 제3 냉매-공기 열교환기(8)에 있어서 상기 승객실의 공급 공기로 전달되고, 상기 공급 공기는 예열되며, 상기 냉매를 1개의 제1 유로(16)를 통해 연속적으로 보내는 단계; 및
    -상기 냉매가 제4 팽창 요소(13)를 통해 흐르는 경우 상기 냉매는 저압 레벨로 팽창되고 냉각제 회로(3)의 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발 및 과열되며, 상기 냉각제는 냉각되고, 상기 냉매를 1개의 제3 유로(18)를 통해 연속적으로 보내는 단계;를 포함하는,
    시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  19. 승객실 공기의 공조를 위한 그리고 열원으로서 주변 공기와 상기 파워트레인의 구성 요소들을 통하여 상기 승객실의 공급 공기의 가열 모드에서 제1항 내지 제17항의 어느 한 항에 따른 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 상기 시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법으로서, 상기 방법은 다음의
    -냉매 회로(2a, 2b, 2c)에서 고압 레벨로 순환하는 냉매가 응축기/가스 냉각기로서 작동하는 제1 냉매-공기 열교환기(5)를 통해 승객실의 공급 공기로 흐르는 경우- 상기 공급 공기는 최종 온도까지 가열됨-, 상기 냉매로부터의 열 전달 단계;
    -상기 냉매가 1개의 제1 팽창 요소(7)를 통해 흐르는 경우 상기 냉매를 중압 레벨 또는 저압 레벨로 팽창시키고, 증발기로서 작동하는 제2 냉매-공기 열교환기(6)를 통해 상기 냉매가 흐르는 경우 주변 공기로부터 상기 냉매로 열을 전달하고, 주변 공기로부터 흡수되는 열의 양은 중압 레벨에 의해 조절되는 단계; 및
    -상기 냉매가 1개의 제4 팽창 요소(13)를 통해 흐르는 경우 상기 냉매는 중압 레벨에서 저압 레벨로 팽창되거나, 상기 제4 팽창 요소(13)가 완전히 개방되고, 상기 냉매는 냉각제 회로(3)의 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발 및 과열되며, 상기 냉각제는 냉각되고, 상기 냉매를 1개의 제3 유로(18)를 통해 연속적으로 보내는 단계;를 포함하는,
    시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 냉매 회로(2a, 2b, 2c)의 흡입측에 있는 상기 냉매는 상기 제3 유로(18)를 통한 1개의 제1 부분 질량 흐름 및 1개의 제4 유로(19)를 통한 1개의 제2 부분 질량 흐름으로 분할되고, 이들은 합류점(21)에서 혼합되고 압축기(4)에 의하여 흡입되는,
    시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  21. 승객실 공기의 공조를 위한 그리고 구동 장치 구성 요소들, 특히 배터리의 가열 모드에서 제1항 내지 제17항의 어느 한 항에 따른 자동차의 구동 장치 구성 요소들을 통한 열 전달을 위한 상기 시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법으로서, 상기 방법은 다음의
    -상기 냉매는 완전히 개방된 제3 팽창 요소(11)를 통과하고, 열은 응축기/가스 냉각기로 작동하는 제1 냉매-냉각제 열교환기(10)에 있어서 제1 냉각제 부분 회로(3-1)에서 순환하는 냉각제로 전달되고, 상기 냉각제는 가열되고 가열된 냉각제는 가열될 구동 장치 구성 요소에 공급되고, 1개의 제2 유로(17)를 통해 고압 레벨로 냉매 회로(2a, 2b, 2c)에서 순환하는 냉매를 보내는 단계; 및
    -상기 냉매가 제4 팽창 요소(13)를 통해 흐르는 경우 상기 냉매는 저압 레벨로 팽창되고 냉각제 회로(3)의 제2 냉각제 부분 회로(3-2)에서 순환하는 냉각제로부터 열을 흡수하여 제2 냉매-냉각제 열교환기(12)에서 증발 및 과열되며, 상기 냉각제는 냉각되고, 상기 냉매를 1개의 제3 유로(18)를 통해 연속적으로 보내는 단계;를 포함하는,
    시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 냉각된 냉각제는 상기 파워트레인의 적어도 하나의 구성 요소에 공급되고, 상기 구성 요소는 냉각되는,
    시스템(1a, 1b, 1c)의 작동 방법.
  23. 전기 모터에 의해 구동되고 전기 모터 및 연소 기관으로 이루어진 하이브리드 구동 장치를 가지는 자동차에서 제1항 내지 제17항의 어느 한 항에 따른 시스템(1a, 1b, 1c)의 용도.
KR1020227027858A 2020-05-29 2021-05-27 승객실 공기 공조 및 자동차 파워트레인의 구성 요소를 통한 열 전달 시스템 및 시스템 작동 방법 KR20220127295A (ko)

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