KR20190124777A - 에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로로서 그리고 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로로서 작동될 수 있는 냉각제 회로를 포함하는 차량의 냉각 시스템 - Google Patents

에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로로서 그리고 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로로서 작동될 수 있는 냉각제 회로를 포함하는 차량의 냉각 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로(2.1)로서 그리고 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로(2.2)로서 작동될 수 있는, 냉각제 회로(2)를 포함하는 차량의 냉각 시스템(1)에 관한 것으로서, 증발기(3), 냉각제 압축기(4), 냉각제 회로(2.1)를 위한 냉각제 응축기 또는 가스 냉각기의 형태의 또는 히트 펌프 회로(2.2)를 위한 히트 펌프 증발기의 형태의 열 교환기(5), 증발기(3)에 할당되는 제1 팽창 요소(6.1), 히트 펌프 증발기로서의 그의 기능이 열 교환기(5)에 할당되는 제2 팽창 요소(6.2), 및 고압 섹션(8.1) 및 저압 섹션(8.2)을 갖는 내부 열 교환기(8)로서, 저압 섹션은 하류 측 냉각제 압축기(4)에 유동적으로 연결되는 것인, 내부 열 교환기(8)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션(8.1)은, 제2 팽창 요소(6.2)를 열 교환기(5)에 연결하는, 냉각제 회로 섹션(2.4) 내에 배치된다.

Description

에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로로서 그리고 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로로서 작동될 수 있는 냉각제 회로를 포함하는 차량의 냉각 시스템
본 발명은 특허 청구범위 제 1항의 전제부에 따른, 에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로로서 그리고 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로로서 작동될 수 있는 냉각제 회로를 포함하는 차량의 냉각 시스템에 관한 것이다.
탑승자 객실을 가열하기 위한 히트 펌프 기능에 의한 가열 작동 및 냉각 작동(에어컨디셔너 작동) 모두를 위한 차량 공조 시스템의 냉각제 회로를 형성하는 것이 공지되어 있다. 히트 펌프로서의 기능에서, 냉각제 회로는, 공기 또는 물 유동 또는 냉매 유동을 가열할 수 있고, 이 열을 탑승자 객실의 공급 공기에 직접 또는 간접적으로 전달할 수 있다.
히트 펌프 기능을 갖거나 또는 갖지 않는 이러한 냉각제 회로에서, 내부 열 교환기는, 성능 향상 및 효율성 향상 조치로서 사용되고, 이러한 내부 열 교환기에 의해, 열 에너지가 냉각제 회로의 고압 측으로부터 그의 저압 측으로 전달되어, 이를 통해 냉각제 회로의 팽창 요소에 유입되기 전에 냉각제의 온도는 하강되고, 이와 동시에 압축기에 유입되기 전에 온도는 상승된다.
내부 열 교환기의 사용과 관련하여, 냉각제 압축기 이전의 저압 측에서, 문제가 되는 온도 상승이 발생하고, 여기서 특히 고부하 작동 시에, 이러한 추가적인 열 입력은, 냉각제 압축기의 임계 작동 온도, 특히 고온 가스 문제로 이어질 수 있다. 내부 열 교환기에 의해 발생하는 이러한 온도 증가는 또한, 냉각제 회로의 히트 펌프 모드에서도 발생할 수 있는데, 왜냐하면 고압 측과 저압 측 사이에서 냉각제 온도에 관해 마찬가지로 현저한 온도차 및 이에 따른 더 높은 온도 구배가 발생할 수 있기 때문이다. 이러한 문제는, DE 100 06 513 B4로부터 공지되는 일반적인 냉각제 회로에서는 다루어지지 않지만, 이러한 공지된 냉각제 회로에서의 히트 펌프 모드에서, 내부 열 교환기는, 고압 측 및 저압 측 모두에서 냉각제에 의해 유동된다.
EP 1 456 046 B1로부터, 에어컨디셔너 작동에서는 냉각 시스템으로서 그리고 가열 작동에서는 히트 펌프 모드로 작동될 수 있는, 차량을 위한 일반적인 냉각제 회로를 구비한 냉각 시스템이 공지된다. 히트 펌프 모드에서, 압축된 냉각제는, 냉각제 회로의 히트 펌프 라인 섹션에 의해 에어 컨디셔너에 배치되는 가열 코일로 공급되어, 차량 내부 공간으로의 공급 공기를 직접 가열한다. 그 후, 냉각제는, 공급 공기의 열을 냉각제로부터 또는 냉각제로 전달하기 위해, 특히 차량 내부 공간으로의 공급 공기를 가열하기 위해, 체크 밸브를 통해 팽창 요소에 의해 에어 컨디셔너에 배치되는 열 교환기 내에서 중간 압력 레벨로 팽창된다. 이러한 열 교환기는, 이와 동시에 공급 공기를 냉각시키기 위해 에어컨디셔너 작동에서 증발기로서 역할을 한다. 중간 압력 레벨로부터, 냉각제는, 가열 작동에서 추가의 팽창 요소에 의해 히트 소스로부터 열을 흡수한 상태에서, 냉각제-냉매 열 교환기에 의해 저압 레벨로 팽창된다. 이러한 냉각제-냉매 열 교환기에 의해, 엔진 열은, 냉매 회로로부터 냉각제로 전달된다.
EP 1 456 046 B1에 따른 이러한 공지된 냉각제 회로는 또한, 고압 섹션 및 저압 섹션을 갖는 내부 열 교환기를 포함한다. 에어컨디셔너 작동에서, 이러한 내부 열 교환기는, 고압 섹션뿐만 아니라 저압 섹션에서도 냉각제에 의해 유동되어, 냉각제의 잔류 열을 냉각제의 고압 측으로부터 저압 측으로 전달한다. 히트 펌프 작동에서, 에어컨디셔너 작동을 위해 제공되는 증발기 및 관련 팽창 요소는, 히트 펌프 라인 섹션을 통해 냉각제에 의해 유동된다. 이 경우, 체크 밸브는, 냉각제가 내부 열 교환기의 고압 섹션으로 역류하는 것을 방지한다.
EP 1 456 046 B1에 따른 이러한 공지된 냉각제 회로에서 히트 펌프 작동 시 히트 소스로서 차량의 주변 공기가 사용되는 경우, 중간 압력 레벨로 팽창된 냉각제는, 에어 컨디셔너에 배치되는 증발기로부터 팽창 요소에 의해 형성되는 라인 섹션을 통해 가스 냉각기와 직접적으로 유동적으로 연결되고, 이 가스 냉각기는, 에어컨디셔너 작동에서 열을 주변으로 전달하기 위해 반대 방향으로 냉각제에 의해 유동된다. 여기서, 내부 열 교환기의 어큐뮬레이터 및 저압 섹션을 압축기에 연결시키는 라인 섹션은, 밸브에 의해 폐쇄된다. 따라서, 내부 열 교환기의 고압 섹션 및 저압 섹션은, 냉각제에 의해 유동되지 않는다. 차량의 주변의 공기가 히트 펌프를 구현하기 위한 히트 소스로서 사용되는 이러한 냉각제 회로에서, 내부 열 교환기를 비-활성으로 전환하기 위해 높은 배관 비용이 요구된다.
DE 101 58 385 A1은 차량 내부 공간의 가열 작동을 위한 히트 펌프로서 작동될 수 있는 냉각제 회로를 설명하고, 여기서 냉각될 매체, 예를 들어 내연 기관의 충전 공기가, 히트 소스로서 사용된다. 이러한 공지된 냉각제 회로는 또한, 내부 열 교환기를 포함하며, 이 내부 열 교환기는, 가열 작동에서 고압 측 및 저압 측 모두에서 냉각제에 의해 유동된다. 이러한 내부 열 교환기의 저압 측은, 스위칭되는 바이패스 라인에 단락되어, 압축기의 고압 측에서의 냉각제의 압축 종료 온도를 허용 한계 이내에서 유지할 수 있다. 따라서, 이러한 내부 열 교환기는, 비-활성 상태로 전환되어, 이를 통해 열이 고압 측으로부터 저압 측으로 전달되지 않는다. 그러나, 이러한 추가적인 바이패스 라인은, 그러한 냉각제 회로의 구현을 위한 배관 비용을 증가시킨다.
종래 기술에서 나타나는 배관에 대한 추가 비용은, 추가적인 시스템 체적으로 이어지고, 이에 따라 냉각제 회로의 충전량 요구를 증가시키며, R744를 냉각제로 사용할 때, 250 g/l 사양에 대한 불리한 근사화를 초래한다.
본 발명의 목적은, 히트 펌프 모드에서, 내부 열 교환기가, 예를 들어 바이패스 라인에 요구되는 것과 같은 배관에 대한 추가 비용 없이, 기능적으로 비-활성으로 작동되는, 서두에 언급된 유형의 냉각제 회로를 갖는 냉각 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 본원의 청구범위 제 1항의 특징을 갖는 냉각 시스템에 의해 달성된다.
에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로로서 그리고 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로로서 작동될 수 있는 냉각제 회로를 포함하는 차량의 이러한 냉각 시스템은,
- 증발기,
- 냉각제 압축기,
- 상기 냉각제 회로를 위한 냉각제 응축기 또는 가스 냉각기로서의 또는 상기 히트 펌프 회로를 위한 히트 펌프 증발기로서의 열 교환기,
- 상기 증발기에 할당되는 제1 팽창 요소,
- 히트 펌프 증발기로서의 그의 기능이 상기 열 교환기에 할당되는 제2 팽창 요소, 및
- 고압 섹션 및 저압 섹션을 구비하는 내부 열 교환기로서, 상기 저압 섹션은 하류 측의 상기 냉각제 압축기에 유동적으로 연결되는 것인, 내부 열 교환기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 내부 열 교환기의 고압 섹션은, 제2 팽창 요소를 열 교환기와 연결하는, 냉각제 회로 섹션 내에 배치되는 것이 제안된다.
본 발명에 따른 이와 같은 냉각 시스템에서, 내부 열 교환기는, 히트 펌프 작동에서 원래 고압 섹션이 내부 열 교환기의 저압 섹션 내의 저압 레벨에 대응하는 저압 레벨에서 작동되도록, 냉각제 회로에 연결된다. 따라서, 내부 열 교환기의 이러한 2개의 유동 섹션은, 동일한 압력 레벨, 즉 또한 거의 동일한 온도 레벨에 놓이고, 그 결과 또한 내부 열 교환기의 두 섹션 사이에서 열 전달이 발생할 수 없다. 따라서, 내부 열 교환기는, 히트 펌프 작동에서, 활성으로 유동이 발생하지만, 그러나 기능적으로 비-활성인 상태로 작동된다. 이는 본 발명에 따르면, 내부 열 교환기의 2개의 섹션을 통한 활성 유동에도 불구하고 추가적인 조대화(coarsening)를 사용하지 않고, 단지 공기 히트 펌프 기능을 위해 히트 펌프 증발기로서 사용되는 열 교환기에 대해 팽창 장치를 재배치함으로써 달성된다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면:
- 가열 코일을 갖는 히트 펌프 라인 섹션이, 상기 히트 펌프 회로를 형성하기 위해, 밸브 요소를 통해 상기 냉각 회로와 연결될 수 있으며, 그리고 에어컨디셔너 작동을 위해 상기 냉각제 회로로부터 분리될 수 있으며,
- 상기 열 교환기에 의해 공기 히트 펌프 기능을 수행하기 위해, 상기 히트 펌프 라인 섹션은, 상기 제2 팽창 요소를 통해 상기 내부 열 교환기의 상기 고압 섹션과 유동적으로 연결될 수 있다.
이러한 히트 펌프 라인 섹션을 사용하면, 공기 히트 펌프 기능은, 주변 공기를 히트 소스로 사용하여 구현될 수 있다. 이를 위해, 제2 팽창 요소에 의해, 냉각제는, 내부 열 교환기의 고압 섹션뿐만 아니라 히트 펌프 증발기로서 사용되는 열 교환기에서도 저압으로 팽창된다.
본 발명의 다른 유리한 실시예는, 에어컨디셔너 작동을 수행하기 위해, 상기 내부 열 교환기의 상기 고압 섹션은, 상기 제2 팽창 요소에 의해, 상기 증발기 및 할당된 상기 제1 팽창 요소로 이루어지는 직렬 회로와 유동적으로 연결될 수 있는 것을 제안한다. 이를 위해, 제2 팽창 요소는, 제어 가능하게 설계되어, 에어컨디셔너 작동에 필요한 유동 방향으로 유동될 수 있다. 에어컨디셔너 기능을 위해 할당되는 유동 단면이 너무 작은 경우, 개선예에 따르면, 체크 밸브가, 상기 체크 밸브가 에어컨디셔너 작동 시 통과 모드에서 작동 가능하며 그리고 가열 작동 시 차단 모드에서 작동 가능하도록, 상기 제2 팽창 요소에 병렬로 연결된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 상기 증발기 및 할당된 상기 제1 팽창 요소로 이루어진 직렬 회로는, 제어 가능한 밸브 요소에 의해, 상기 내부 열 교환기의 상기 고압 섹션을 상기 제2 팽창 요소와 연결시키는 상기 냉각제 회로 섹션의 부분 섹션과 유동적으로 연결될 수 있다. 이러한 냉각제 회로의 장점은, 제어 가능한 제2 팽창 요소를 사용할 때, 양방향 유동 및 압력/유량 손실에 대해, 그 기능 및 유동 단면이 에어컨디셔너 작동을 위해 허용되는 경우, 히트 펌프 라인 섹션으로의 역류를 방지하는 체크 밸브가 필요하지 않다는 점이다.
히트 소스로서 전기적 구성요소를 사용하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면,
- 히트 소스로서 작동되는 적어도 하나의 전기적 구성요소를 포함하는 냉매 회로를 구비하는, 적어도 하나의 냉각제-냉매 열 교환기가, 제공되고,
- 상기 냉각제-냉매 열 교환기에 할당되는, 제3 팽창 요소가, 제공되며,
- 할당된 상기 제1 팽창 요소와 함께 상기 증발기로 이루어진 직렬 회로는, 할당된 상기 제3 팽창 요소와 함께 상기 냉각제-냉매 열 교환기로 이루어지는 직렬 회로와, 병렬로 유동적으로 연결된다.
더 바람직한 실시예에 따르면, 할당된 상기 제3 팽창 요소와 함께 상기 냉각제-냉매 열 교환기로 이루어진 직렬 회로는, 제어 가능한 밸브 요소에 의해, 상기 내부 열 교환기의 상기 고압 섹션과 유동적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 이러한 냉각제 회로에서, 제1 팽창 요소 및 증발기로 이루어진 냉각제 가지 및 이에 대해 병렬로 구성되며 그리고 제3 팽창 요소 및 냉각 장치(chiller)로도 지칭되는 냉각제-냉매 열 교환기로 이루어진 냉각제 가지가, 내부 열 교환기의 고압 섹션을 제2 팽창 요소와 연결시키는 냉각제 회로 섹션의 부분 섹션과 직접적으로 유동적으로 연결되고, 여기서 이러한 냉각제 회로 섹션은, 히트 펌프 증발기로서 사용되는 열 교환기를 제2 팽창 요소와 연결시킨다. 이러한 제어 가능한 밸브 요소는, 가열 모드에서 물 히트 펌프 기능을 위해 오직 냉각 장치만을 사용하여, 냉각제가, 히트 펌프 증발기로서 사용되는 열 교환기 및 내부 열 교환기의 고압 섹션으로 이루어진 라인 가지 내로 전달되지 않는 것을 방지한다.
본 발명은 이하에서 첨부 도면을 참조하여 실시예에 의해 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예로서 차량의 냉각 시스템의 회로도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예로서 차량의 다른 냉각 시스템의 회로도를 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 차량 냉각 시스템(1)은, 기본 구조가 일치하며, 그리고 에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로로서뿐만 아니라 가열 기능을 위한 히트 펌프 회로로서도 작동될 수 있는, 냉각제, 예를 들어 이산화탄소(R744)를 갖는, 냉각제 회로(2)를 포함한다.
도 1 및 도 2에 따른 각각의 냉각제 회로(2)는, 냉각 회로(2.1)를 형성하기 위한, 냉각제 압축기(4)로부터 시작하여 냉각제의 유동 방향(S)으로 배열되는, 다음의 구성 요소들로 이루어진다:
- 워터 펌프(12)에 의해 냉매가 그 내부에서 순환되는 냉매 회로(11)를 통해, 가열 열 교환기(7.1)에 열적으로 연결되는, 고압에서 작동하는 냉각제-냉매 열 교환기(7),
- 차량 냉각 시스템(1)의 에어컨디셔너 작동 시 냉각제 응축기 또는 가스 냉각기로서 작동하며 그리고 히트 펌프 작동 시 히트 펌프 증발기의 기능을 수행하며, 차단 밸브로서 설계되는 밸브 요소(A2)를 통해 냉각제-냉매 열 교환기(7)에 유동적으로 연결될 수 있는, 열 교환기(5),
- 고압 섹션(8.1) 및 저압 섹션(8.2)을 구비하는 내부 열 교환기(8),
- 차단 기능을 갖는 팽창 밸브로서 설계되는 제1 팽창 요소(6.1)를 갖는 증발기(3)로서, 이러한 제1 팽창 요소(6.1) 및 증발기(3)로 이루어진 직렬 회로는, 도 1에 따르면, 냉각제 회로(2)의 분기점(2.5)을 통해, 차단 기능을 갖는 팽창 밸브로서 설계되는 제2 팽창 요소(6.2)에 의해, 고압 섹션(8.1)과 유동적으로 연결되며, 그리고 도 2에 따르면, 제어 가능한 밸브 요소(A5)에 의해, 고압 섹션(8.1)과 유동적으로 연결되는 것인, 증발기(3), 및
- 증발기(3)의 하류에 연결되어, 냉각제가, 증발기(3)로부터 냉각제 수집기(9) 및 내부 열 교환기(8)의 저압 섹션(8.2)을 통해, 냉각제 압축기(4)의 흡입 측으로 안내되도록 하는, 체크 밸브(R3).
또한, 도 1 내지 도 2에 따르면, 냉각 회로(2.1)는 또한, 저압 레벨에서 작동하는 냉각제-냉매 열 교환기(10)를 포함하며, 냉각제의 유동 방향(S)으로 그 상류에 차단 기능을 갖는 팽창 밸브로서 설계되는 제3 팽창 요소(6.3)가 연결되고, 체크 밸브(R2)가 하류에 연결된다. 제3 팽창 요소(6.3), 냉각제-냉매 열 교환기(10) 및 체크 밸브(R2)로 이루어지는 이러한 직렬 회로는, 한편으로는 분기점(2.5)에 그리고 다른 한편으로는 냉각제 수집기(9)에 유동적으로 연결된다. 이 냉각제-냉매 열 교환기(10)는, 냉매로서 물을 사용하는 소위 냉각 장치로서, 히트 소스(13)를 포함하는 냉매 회로(14)에, 이러한 히트 소스(13)를 냉각시키기 위해, 열적으로 연결된다. 히트 소스(13)로서는, 하이브리드 또는 전기 차량으로 설계되는 차량의 견인 구성 요소(전기 구동 기계, 고전압 배터리, 충전 전자기기)가, 기능할 수 있다.
냉각제 회로(2)의 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로(2.2)를 형성하기 위해, 히트 펌프 라인 섹션(2.21)은, 차단 밸브로서 설계되는 밸브 요소(A1)를 통해 차량 냉각 시스템(1)의 냉각 회로(2.1)에 유동적으로 연결된다. 이러한 히트 펌프 라인 섹션(2.21)의 하류 측에 가열 코일(5.1)이 배치되며, 이 가열 코일은, 도 1에 따르면, 유동 방향(S)으로 체크 밸브(R1)를 통해 냉각제 회로(2)의 분기점(2.5)과 유동적으로 연결된다. 도 2에 따르면, 이러한 가열 코일(5.1)은, 하류에서, 냉각제 회로(2)의 분기점(2.5)을 통해, 차단 기능을 갖는 팽창 밸브로서 설계되는 제2 팽창 요소(6.2)와 유동적으로 연결된다.
증발기(3), 가열 열 교환기(7.1) 및 가열 코일(5.1)은, 도 1 및 도 2에 따르면, 차량 냉각 시스템(1)의 에어 컨디셔너(1.1) 내에 함께 수용된다.
도 1 및 도 2에 따른 냉각제 회로들(2) 간의 차이점은, 냉각 회로(2.1) 또는 히트 펌프 회로(2.2)에서, 제2 팽창 요소(6.2)의 배치에 있다.
이러한 제2 팽창 요소(6.2)는, 히트 펌프 작동에서 히트 펌프 증발기로서 사용되는, 열 교환기(5)에서의 냉각제를 저압 레벨로 팽창시키는 역할을 한다. 열 교환기(5)에 의해 차량의 주변 공기가 히트 소스로서 사용되는 이러한 히트 펌프 모드에서, 내부 열 교환기(8)를 기능적으로 비-활성으로 작동시키기 위해, 도 1에 따르면, 이러한 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션(8.1)은, 제2 팽창 요소(6.2)를 열 교환기(5)와 연결시키는 냉각제 회로 섹션(2.4) 내에 배치되고, 따라서 제2 팽창 요소(6.2)는, 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션(8.1)과 냉각제 회로(2)의 분기점(2.5) 사이의 유동적 연결을 구축한다. 따라서, 이 고압 섹션(8.1)의 냉각제는 또한, 내부 열 교환기(8)의 저압 섹션(8.2)에서의 저압 레벨에 실질적으로 대응하는 저압 레벨로 팽창된다. 이는, 고압 섹션(8.1)으로부터 저압 섹션(8.2)으로의 열 입력을 크게 방지한다. 압력 등가성은, 이러한 작동의 경우에, 내부 열 교환기(8)의 2개의 라인 섹션(8.1 및 8.2) 내에서의 매체의 온도 등가성에 대응한다.
열 교환기(5)에 의해 구현되는 이러한 공기 히트 펌프에 부가하여, 냉각 장치(10)의 히트 소스(13)가 또한 물 히트 펌프를 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 물 히트 펌프는, 이러한 공기 히트 펌프 대신에 또는 이러한 공기 히트 펌프에 부가하여 구현될 수 있다.
도 2에 따르면, 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션(8.1)은 마찬가지로, 제2 팽창 요소(6.2)를 열 교환기(5)와 연결하는 냉각제 회로 섹션(2.4) 내에 배치되어, 냉각제는, 제2 팽창 요소(6.2)에 의해, 고압 섹션(8.1)뿐만 아니라 열 교환기(5) 내에서도 저압 레벨로 팽창되어, 이에 따라 저압 섹션(8.2)으로의 열 입력이 실질적으로 발생되지 않는다. 그러나, 도 2에 따른 이러한 차량 냉각 시스템(1)에서는, 냉각제 회로(2)의 분기점(2.5)을 제1 팽창 요소(6.1) 및 제3 팽창 요소(6.3)에 유동적으로 연결시키는, 냉각제 회로 섹션(2.4)의 부분 섹션(2.41) 내에, 제어 가능한 밸브 요소(A5)가, 배치된다. 도 1과 대조적으로, 도 2에 따른 냉각 시스템(1)에서는, 제2 팽창 요소(6.2)는, 히트 펌프 라인 섹션(2.21) 내에 배치된다.
공기 히트 펌프를 통한 히트 펌프 작동 시에 이러한 밸브 요소(A5)는 개방되고, 따라서 냉각제는, 고압 섹션(8.1) 및 열 교환기(5) 내로 팽창될 수 있다. 이와 동시에 또한, 제3 팽창 요소(6.3)가 개방되면, 추가적으로 물 히트 펌프가 구현된다. 그러나, 이러한 물 히트 펌프만이 냉각 장치(10)에 의해 활성화되면, 냉각제가 고압 섹션(8.1) 및 열 교환기(5) 내로 유동할 수 있는 것을 방지하도록, 밸브 요소(A5)는, 폐쇄된다.
냉각제 회로(2)의 히트 펌프 작동 시에는, 도 1 및 도 2에 따른 실시예에서, 냉각제는, 고압 레벨에서 작동하는 냉각제-냉매 열 교환기(7)에 의해 냉각되고, 이에 따라 냉매로서의 물로 전달되는 열은 가열 열 교환기(7.1)에 공급되고, 이 가열 열 교환기에 의해, 차량 내부 공간에 공급되는 공기가 직접 가열된다.
추가의 냉각제 냉각은, 도 1 및 도 2에 따른 실시예에서, 에어 컨디셔너(1.1) 내에서 냉각제의 유동 방향으로 냉각제-냉매 열 교환기(7)의 하류에 연결되는 가열 코일(5.1)에 의해 이루어진다.
도 1 및 도 2에 따른 냉각제 회로(2)의 다른 공통점은, 냉각제의 유동 방향(S)으로 차단 밸브로서 설계되는 밸브 요소(A4) 및 체크 밸브(R4)를 포함하고, 열 교환기(5)를 추가의 차단 밸브(A2)와 연결시키는 냉각제 라인 섹션을, 체크 밸브(R3)를 냉각제 수집기(9)와 연결시키는 냉각제 라인 섹션과 연결시키는, 추가의 히트 펌프 라인 섹션(2.22)에 있다. 추가적인 기능에서, 특히 냉각제-냉매 열 교환기(10)를 통한 유일한 히트 펌프 작동을 위한 섹션(2.22)은 또한, 흡입 라인 섹션으로서도 기능할 수 있다.
마지막으로, 도 1 뿐만 아니라 도 2에 따른 냉각제 회로(2)는, 차단 밸브로서 설계되는 밸브 요소(A3)에 의해 히트 펌프 라인 섹션(2.21)을 추가의 히트 펌프 라인 섹션(2.22)에 유동적으로 연결시킬 수 있는, 흡입 라인 섹션(2.3)을 포함한다. 추가의 히트 펌프 라인 섹션(2.22)에서, 차단 밸브(A3)는, 차단 밸브(A4)를 체크 밸브(R4)에 연결하는 추가의 히트 펌프 라인 섹션(2.22)의 라인 섹션에 상류 측에서 연결되며, 차단 밸브(A1)를 가열 코일(5.1)에 연결하는 히트 펌프 라인 섹션(2.21)의 라인 섹션에 대한 연결은 하류 측에서 이루어진다.
차량 객실을 가열하기 위한 히트 펌프 모드에서 냉각 시스템을 작동시키기 위해, 차단 밸브들(A1, A4)은 개방되고, 차단 밸브(A2)는 폐쇄되고, 즉 히트 펌프 라인 섹션(2.21) 및 추가의 히트 펌프 라인 섹션(2.22)은, 냉각 회로(2.1)에 유동적으로 연결된다.
따라서, 도 1에 따른 냉각 시스템(1)에서, 냉각제 압축기(4)에 의해 고압으로 압축된 냉각제는, 냉각제-냉매 열 교환기(7) 및 개방된 차단 밸브(A1)를 통해 히트 펌프 라인 섹션(2.21)으로 유동한다. 냉각제는, 가열 코일(5.1), 체크 밸브(R1)를 통해 유동하며, 그리고 제2 팽창 요소(6.2)를 통해, 히트 펌프 증발기로서의 자체의 기능으로 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션(8.1) 및 열 교환기(5)에서 팽창되며 그리고 증발 열로서 주변 열을 흡수한다. 후속적으로, 가스 냉각제는, 차단 밸브(A4)가 개방될 때, 추가의 히트 펌프 라인 섹션(2.22)을 통해 유동하며, 그리고 이어서, 냉각제 수집기(9), 내부 열 교환기(8)의 저압 섹션(8)을 통해, 냉각제 압축기(4)로 복귀된다. 따라서, 차량의 주변 공기의 열은, 압축기(4)를 통해 입력된 열과 함께, 제1 단계에서, 냉각제-냉매 열 교환기(7) 및 냉매 회로(11)에 의해, 가열 열 교환기(7.1)로 전달되며, 그리고 그에 따라, 제1 단계에서 예열된 공급 공기가 가열 코일(5.1) 또는 냉각제에 의해 추가로 냉각된 후에 차량의 차량 내부로 도입되는, 공급 공기로 전달된다. 제1 팽창 요소(6.1) 및 제3 팽창 요소(6.3)는, 이러한 회로에서, 히트 펌프 회로(2.2)로서 차단된다.
도 1에 따른 차량 냉각 시스템(1)과 대조적으로, 히트 펌프 모드로 연결되는 도 2에 따른 냉각 시스템(1)에서, 가열 코일(5.1)로부터의 냉각제는, 제2 팽창 요소(6.2)로 직접 유입되며, 그리고 이곳으로부터 개방된 밸브 요소(A5)를 통해 고압 섹션(8.1) 및 열 교환기(5) 내로, 저압으로 팽창된다.
따라서, 도 1 및 도 2에 따른 냉각 시스템에서, 차량의 주변 공기의 열은, 압축기(4)를 통해 입력된 열과 함께, 제1 단계에서 냉각제 열 교환기(7) 및 가열 회로(11)에 의해 가열 열 교환기(7.1)로 전달되며, 그리고 그에 따라, 제1 단계에서 예열된 공급 공기가 가열 코일(5.1)에 의해 또는 냉각제에 의해 추가로 냉각된 후에, 차량의 차량 내부로 도입된 공급 공기로 전달된다. 제1 팽창 요소(6.1) 및 제3 팽창 요소(6.3)는, 이러한 회로에서, 히트 펌프 회로(2.2)로서 차단된다.
히트 펌프 회로(2.1)를 위한 히트 소스로서, 냉각 장치(10)의 히트 소스(13)가 또한 사용될 수 있다. 이를 위해, 제3 팽창 요소(6.3)는, 도 1 및 도 2에 따른 냉각 시스템(1)에서, 개방된다.
도 1에 따른 냉각 시스템(1)에서, 이 경우 히트 펌프 회로(2.1)는, 냉각제 압축기(4), 냉각제-냉매 열 교환기(7), 가열 코일(5.1), 체크 밸브(R1), 제3 팽창 요소(6.3), 냉각제-냉매 열 교환기(10), 체크 밸브(R2), 냉각제 수집기(9) 및 내부 열 교환기(8)과 같은, 구성 요소들로 구성되며, 그리고 이러한 구성 요소들은, 냉각제에 의한 유동 방향(S)으로 열거된 순서대로 유동된다. 이 경우, 차단 밸브(A1)는 개방되고, 차단 밸브(A2) 및 제1 팽창 요소(6.1)는 폐쇄된다. 따라서, 전기적 구성요소(13)가, 히트 소스로서, 냉각 장치(10)를 통해 사용된다. 히트 펌프 회로 변형예에서, 제2 팽창 요소(6.2) 및 차단 밸브(A4)가 변위된 냉각제의 흡입으로 인해 개방되는 경우, 주변 공기가 또한 히트 소스로서 부가적으로 사용된다. 이 경우, 2개의 팽창 요소(6.2 및 6.3)는, 개방된다. 대조적으로, 제2 팽창 요소(6.2)가 폐쇄되면, 냉각 장치(10)와 함께하는 물 히트 펌프만이, 구현된다.
도 2에 따른 냉각 시스템의 경우에서, 히트 펌프 회로(2.1)는 이 경우, 냉각제 압축기(4), 냉각제-냉매 열 교환기(7), 가열 코일(5.1), 제2 팽창 요소(6.2), 제3 팽창 요소(6.3), 냉각제-냉매 열 교환기(10), 체크 밸브(R2), 냉각제 수집기(9) 및 내부 열 교환기(8)의 구성 요소들에 의해 형성되고, 여기서 이러한 구성 요소들은, 냉각제에 의해 유동 방향(S)으로 열거된 순서대로 유동된다. 이 경우, 차단 밸브(A1)는 개방되고, 차단 밸브(A2), 제1 팽창 요소(6.1) 및 밸브 요소(A5)는, 폐쇄된다. 따라서, 냉각 장치(10)에 기초한 물 히트 펌프만이, 차량 객실을 가열하기 위해 사용된다. 밸브 요소(A5)가 또한 개방되면, 주변 공기가 또한 히트 소스로서 부가적으로 사용된다.
물 히트 펌프의 구현을 위해 도 2에 따른 냉각 시스템(1)의 냉각 장치(10)를 사용할 때, 냉각제의 팽창은, 저압 레벨에서 2개의 팽창 요소(6.2 및 6.3)에 의해 상이한 방식으로 수행될 수 있다. 밸브 요소(A5)가 차단되면, 2개의 팽창 요소 중 하나(6.2 또는 6.3)에 의해 감압이 이루어질 수 있고, 여기서 다른 팽창 요소는 완전히 개방된다. 양자 모두의 팽창 요소(6.2, 6.3)에 의해 단계적 감압을 수행하는 것 또한 가능하다.
히트 펌프 회로(2.2)로서의 냉각제 회로(2)의 작동으로부터 에어컨디셔너 작동으로 전환될 때, 도 1 및 도 2에 따르면 차단 밸브들(A1, A4)은 폐쇄되며, 그리고 차단 밸브(A2)는 개방된다.
도 1에 따른 냉각 시스템(1)의 에어컨디셔너 작동에서, 냉각제 압축기(4)에 의해 고압으로 압축된 냉각제는, 유동 방향(S)으로 냉각제-냉매 열 교환기(7)를 통해 유동하고, 그 후 차단 밸브(A1)가 폐쇄된 경우, 개방된 차단 밸브(A2), 가스 냉각기로서의 열 교환기(5), 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션(8.1), 완전히 최대 단면으로 개방된 제2 팽창 요소(6.2)를 통해 유동하며, 그리고 이어서 제1 팽창 요소(6.1)에 의해 증발기(3) 내로 팽창되며, 여기서 증기형 냉각제는, 그 후에 체크 밸브(R3), 냉각제 수집기(9) 및 내부 열 교환기(8)의 저압 섹션(8.2)을 통해 냉각제 압축기(4)로 복귀되기 이전에, 차량 내부 공간으로 공급된 공급 공기 유동의 열을 흡수한다. 이러한 냉각 회로(2.1)에 의해, 차량 내부로 도입된 공급 공기 유동로부터 취해진 열은, 응축 열로서, 제1 단계로 간접 열 교환기(7)에 의해 가열 회로(11)로 전달되며, 이 가열 회로는 차례로, 주변 열 교환기와 양호한 회로에 의해 연결될 수 있어서, 다음 단계에서 응축기 또는 가스 냉각기로서 기능하는 열 교환기(5)에 의해 잔류 열이 차량의 주변 공기로 방출되기 이전에, 이를 통해 과잉의 열을 주변으로 전달할 수 있다.
도 1에 따른 냉각 회로(2.1)로서의 이러한 회로에서, 차단 밸브들(A1, A4)은 폐쇄된다. 차단 밸브(A3)는, 히트 펌프 라인 섹션(2.21)으로부터 활성 회로(2.1)로 재분배되는 냉각제를 전달하기 위해 개방된 상태로 유지된다. 이러한 에어컨디셔너 작동에서, 완전히 개방된 제2 팽창 요소(6.2)의 단면이 너무 작은 경우, 체크 밸브(R5)에 의해, 이러한 제2 팽창 요소(6.2)를 우회하는 바이패스 라인이, 도 1에서 선택적으로 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.
도 2에 따른 냉각 시스템(1)의 에어컨디셔너 작동 시, 냉각제 압축기(4)에 의해 고압으로 압축된 냉각제는, 유동 방향(S)으로 냉각제-냉매 열 교환기(7)를 통해 유동하고, 그 후 차단 밸브(A1)가 폐쇄된 경우, 개방된 차단 밸브(A2), 가스 냉각기로서의 열 교환기(5), 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션(8.1), 반드시 양방향으로 유동될 수 있어야 하는(그렇지 않으면, 도 1과 유사하게, 체크 밸브(R5)가 차단 밸브(A5)와 병렬로 제공되어야 함) 개방된 밸브 요소(A5)를 통해 유동하며, 그 후 제2 팽창 요소(6.2)가 폐쇄된 경우 증발기(3)의 제1 팽창 요소(6.1)에 의해 팽창되고, 여기서 증기형 냉각제는, 그 후 체크 밸브(R3), 냉각제 수집기(9) 및 내부 열 교환기(8)의 저압 섹션(8.2)을 통해 냉각제 압축기(4)로 복귀되기 전에, 차량 내부 공간으로 공급되는 공급 공기 유동의 열을 흡수한다. 이러한 냉각 회로(2.1)에 의해, 차량 내부로 도입된 공급 공기 유동으로부터 취해진 열은, 응축 열로서, 제1 단계에서 간접 열 교환기(7)에 의해 가열 회로(11)로 전달되며, 이 가열 회로는 차례로 주변 열 교환기와 양호한 회로에 의해 연결될 수 있어서, 다음 단계에서 가스 냉각기로서 기능하는 열 교환기(5)에 의해 잔류 열이 차량의 주변 공기로 전달되기 이전에, 이를 통해 과잉의 열을 주변으로 전달할 수 있다.
도 1 및 도 2에 따른 냉각 시스템(1)의 에어컨디셔너 작동 시 제3 팽창 요소(6.3)가 또한 개방되는 경우, 이를 통해 냉각제는 냉각 장치(10) 내로 팽창되고, 여기서 증발 열로서 히트 소스(13)의 폐열을 흡수하고, 체크 밸브(R2), 냉각제 수집기(9) 및 내부 열 교환기(8)를 통해, 냉각제 압축기(4)로 복귀된다. 따라서, 히트 소스(13)의 폐열은, 응축 열/냉각 열로서 응축기 또는 가스 냉각기로서 기능하는 열 교환기(5)에 의해, 차량의 주변 공기로 전달된다.
이에 따라 이제, 냉각 시스템의 각각 선택된 히트 펌프 회로에 관계없이, 내부 열 교환기(8)가 냉각 시스템 모드를 위한 의도된 기능만을 충족시키도록 보장될 수 있다. 도 1 및 도 2에 따른 히트 펌프 모드에서, 내부 열 교환기는 비-활성 상태에 놓이며, 즉,
- 냉각 장치(10)에 의해서만 히트 펌프 기능이 수행될 때, 일 측에서 저압 섹션(8.2)은 활성으로 유동되는 가운데, 고압 섹션(8.1)에는 정지 냉각제가 공급되며,
- 응축기 또는 가스 냉각기(5)에 의해 히트 펌프 기능(냉각 장치(10)에 의한 물 히트 펌프의 유무에 관계없이)이 수행될 때, 내부 열 교환기(8)는, 양 측에서 활성으로 유동되지만, 그러나 결과적으로 생성되는 압력 레벨 및 온도 레벨로 인해, 상당한 열 전달을 야기하지 않는다.
1: 차량의 냉각 시스템 1.1: 냉각 시스템(1)의 에어 컨디셔너
2: 냉각제 회로 2.1: 냉각 회로
2.2: 히트 펌프 회로 2.21: 히트 펌프 라인 섹션
2.22: 추가의 히트 펌프 라인 섹션 2.3: 흡입 라인 섹션
2.4: 냉각제 회로 섹션
2.41: 냉각제 회로 섹션(2.4)의 부분 섹션
3: 증발기 4: 냉각제 압축기
5: 열 교환기 5.1: 가열 코일
6.1: 제1 팽창 요소 6.2: 제2 팽창 요소
6.3: 제3 팽창 요소 7: 냉각제-냉매 열 교환기
7.1: 가열 열 교환기 8: 내부 열 교환기
8.1: 내부 열 교환기(8)의 고압 섹션
8.2: 내부 열 교환기(8)의 저압 섹션
9: 냉각제 수집기
10: 냉각제-냉매 열 교환기, 냉각 장치
11: 가열 회로 12: 물 펌프
13: 냉매 회로(14)의 히트 소스
14: 냉각제-냉매 열 교환기(10)의 냉매 회로
R1: 체크 밸브 R2: 체크 밸브
R3: 체크 밸브 R4: 체크 밸브
R5: 체크 밸브 S: 냉각제 회로(2)의 유동 방향
A1: 밸브 요소, 차단 밸브 A2: 밸브 요소, 차단 밸브
A3: 밸브 요소, 차단 밸브 A4: 밸브 요소, 차단 밸브
A5: 밸브 요소, 차단 밸브

Claims (7)

  1. 에어컨디셔너 작동을 위한 냉각 회로(2.1)로서 그리고 가열 작동을 위한 히트 펌프 회로(2.2)로서 작동될 수 있는 냉각제 회로(2)를 포함하는 차량의 냉각 시스템(1)으로서,
    - 증발기(3),
    - 냉각제 압축기(4),
    - 상기 냉각제 회로(2.1)를 위한 냉각제 응축기 또는 가스 냉각기로서의 또는 상기 히트 펌프 회로(2.2)를 위한 히트 펌프 증발기로서의 열 교환기(5),
    - 상기 증발기(3)에 할당되는 제1 팽창 요소(6.1),
    - 히트 펌프 증발기로서의 그의 기능이 상기 열 교환기(5)에 할당되는 제2 팽창 요소(6.2), 및
    - 고압 섹션(8.1) 및 저압 섹션(8.2)을 구비하는 내부 열 교환기(8)로서, 상기 저압 섹션은 하류 측의 상기 냉각제 압축기(4)에 유동적으로 연결되는 것인, 내부 열 교환기(8)
    를 포함하는 것인, 냉각 시스템에 있어서,
    - 상기 내부 열 교환기(8)의 상기 고압 섹션(8.1)은, 상기 제2 팽창 요소(6.2)를 상기 열 교환기(5)와 연결하는, 냉각제 회로 섹션(2.4) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 가열 코일(5.1)을 갖는 히트 펌프 라인 섹션(2.21)이, 상기 히트 펌프 회로(2.2)를 형성하기 위해, 밸브 요소(A1)를 통해 상기 냉각 회로(2.1)와 연결될 수 있으며, 그리고 에어컨디셔너 작동을 위해 상기 냉각제 회로(2.1)로부터 분리될 수 있으며,
    - 상기 열 교환기(5)에 의해 공기 히트 펌프 기능을 수행하기 위해, 상기 히트 펌프 라인 섹션(2.21)은, 상기 제2 팽창 요소(6.2)를 통해 상기 내부 열 교환기(8)의 상기 고압 섹션(8.1)과 유동적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    에어컨디셔너 작동을 수행하기 위해, 상기 내부 열 교환기(8)의 상기 고압 섹션(8.1)은, 상기 제2 팽창 요소(6.2)에 의해, 상기 증발기(3) 및 할당된 상기 제1 팽창 요소(6.1)로 이루어지는 직렬 회로와 유동적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    체크 밸브(R5)가, 상기 체크 밸브(R5)가 에어컨디셔너 작동 시 통과 모드에서 작동 가능하며 그리고 가열 작동 시 차단 모드에서 작동 가능하도록, 상기 제2 팽창 요소(6.2)에 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 증발기(3) 및 할당된 상기 제1 팽창 요소(6.1)로 이루어진 직렬 회로는, 제어 가능한 밸브 요소(A5)에 의해, 상기 내부 열 교환기(8)의 상기 고압 섹션(8.1)을 상기 제2 팽창 요소(6.2)와 연결하는 상기 냉각제 회로 섹션(2.4)의 부분 섹션(2.41)과 유동적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 히트 소스(13)로서 작동되는 적어도 하나의 전기적 구성요소를 포함하는 냉매 회로(14)를 구비하는, 적어도 하나의 냉각제-냉매 열 교환기(10)가, 제공되고,
    - 상기 냉각제-냉매 열 교환기(10)에 할당되는, 제3 팽창 요소(6.3)가, 제공되며,
    - 할당된 상기 제1 팽창 요소(6.1)와 함께 상기 증발기(3)로 이루어진 직렬 회로는, 할당된 상기 제3 팽창 요소(6.3)와 함께 상기 냉각제-냉매 열 교환기(10)로 이루어지는 직렬 회로와, 병렬로 유동적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    할당된 상기 제3 팽창 요소(6.3)와 함께 상기 냉각제-냉매 열 교환기(10)로 이루어진 직렬 회로는, 제어 가능한 밸브 요소(A5)에 의해, 상기 내부 열 교환기(8)의 상기 고압 섹션(8.1)과 유동적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템.
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