KR20190128382A - Device for absorbing and releasing heat in a heat pump system for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a vehicle heat pump system, which comprises: a refrigerant circulation system (12) having at least one refrigerant-coolant-heat exchanger (2, 3) upstream and downstream of a compressor (1); and a coolant circulation system (28) having at least one heat source such as a radiator (4), a supercharging air cooler (6), an electric motor (7), and/or electronic components (8). The coolant circulation system (28) is selectively connected to one or two heat exchangers (2, 3).

Description

자동차용 열 펌프 시스템의 열 흡수 및 방출 장치{DEVICE FOR ABSORBING AND RELEASING HEAT IN A HEAT PUMP SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE}Heat-absorbing and releasing device for heat pump system for automobiles {DEVICE FOR ABSORBING AND RELEASING HEAT IN A HEAT PUMP SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE}

본 발명은 저온 냉각제 순환계를 구비한 자동차의 열 펌프 시스템에서 냉매의 증발 열을 흡수하고 완열 또는 응축 열(desuperheated or condensation heat)을 방출하기 위해 사용되는 장치에 관한 것이다. 바람직하게는 각각 냉매 압축기 바로 앞에 또는 뒤에 배치되는 2개의 냉매-냉각제-열교환기의 본 발명에 따른 배열에 의해서 냉매 순환계는 고압 측과 저압 측 모두에서 차량의 저온 냉각제 순환계에 연결될 수 있다.The present invention relates to a device used for absorbing the evaporative heat of a refrigerant and dissipating desuperheated or condensation heat in a heat pump system of an automobile having a low temperature coolant circulation system. The arrangement according to the invention of two refrigerant-coolant-heat exchangers, preferably arranged immediately before or after the refrigerant compressor, can be connected to the low temperature coolant circulation system of the vehicle on both the high pressure side and the low pressure side.

차량 탑승자의 쾌적함을 위하여, 차량 실내는 주위 온도에 따라 가열 또는 냉각 또는 제습되어야 한다. 냉각 시에는 실내로부터 열이 탈취된 다음 응축기에서 주변으로 방출된다. 이러한 방식은 예를 들면 전기 차량의 경우 배터리를 과열되지 않은 서늘한 상태로 유지하기 위하여, 상기 배터리로부터 방출되는 열에도 동일하게 해당된다.For the comfort of the vehicle occupant, the vehicle interior should be heated or cooled or dehumidified according to the ambient temperature. In cooling, heat is desorbed from the room and then released to the environment in the condenser. This applies equally to the heat dissipated from the battery, for example in the case of an electric vehicle, in order to keep the battery cool and not overheated.

가열 시에는 특히, 증발 시 냉매가 흡수하는 열이 사용된다. 이러한 경우 주요 열원은 주변이 언급될 수 있는데, 이러한 열원은 특정 제한(certain restriction)을 초래한다.In heating, in particular, heat absorbed by the refrigerant during evaporation is used. In this case the main source of heat may be mentioned around, which leads to certain restrictions.

예를 들면 추운 주위 온도에서는 열 펌프 시스템의 출력 및 성능 계수(COP)가 제한적인데, 그 이유는 증발기의 표면에서 수증기가 결빙될 수 있기 때문이다. 이러한 점은 공기 측 열전달에 나쁜 영향을 주고, 더불어 전반적으로 열 펌프 시스템의 효율에도 악영향을 미친다. 그러므로 주변으로부터 흡수된 증발 열을 조절하거나 제한하기 위하여, (약 5℃의) 상대적으로 낮은 주위 온도에서는 일반적으로 냉매 순환계의 압축기의 입구 압력(inlet pressure)이 하향 제한되어야 한다. 이로 인해 야기되는 열 출력(heat output) 감소는 차량의 실내를 충분히 가열하기에는 부족한 열 출력 레벨로 이어질 수 있다.For example, at cold ambient temperatures, the heat pump system's output and coefficient of performance (COP) are limited because water vapor can freeze on the surface of the evaporator. This adversely affects the air side heat transfer and, in turn, adversely affects the efficiency of the heat pump system. Therefore, at a relatively low ambient temperature (of about 5 ° C.), the inlet pressure of the compressor of the refrigerant circulation system should generally be downwardly restricted in order to regulate or limit the evaporative heat absorbed from the environment. The resulting decrease in heat output can lead to heat output levels that are insufficient to heat the vehicle's interior sufficiently.

상기와 같은 단점은 예를 들면 독일 특허 DE 10 2004 001 233 A1호에 공지된 공기 조화 시스템에도 해당된다. 상기 공기 조화 시스템에 의해서는 또한 열 펌프 모드에서 증발 열이 저온 냉각제 순환계에서 냉매 순환계로 흡수될 수 없는데, 이러한 것은 경우에 따라 불충분한 열 출력의 또 다른 원인일 수 있다. 미국 특허 2012/0183815 A1호에 공지된 공기 조화 시스템의 경우, 냉각 장치 모드에서 완열 또는 응축 열을 냉각제 순환계로 방출하는 것과 관련하여 단점이 존재한다.Such disadvantages also apply to the air conditioning systems known, for example, from German patent DE 10 2004 001 233 A1. The air conditioning system also prevents the heat of evaporation from being absorbed from the low temperature coolant circulation to the refrigerant circulation in the heat pump mode, which may be another cause of insufficient heat output in some cases. In the case of an air conditioning system known from US Pat. No. 2012/0183815 A1, there are disadvantages with respect to the release of warming or condensing heat to the coolant circulation system in the chiller mode.

이러한 점을 배경으로, 본 발명의 과제는 예를 들면 전기 차량 또는 하이브리드 차량과 같은 차량용 열 펌프 시스템에서 냉매의 증발 열을 흡수하기 위한 열원 및 완열 또는 응축 열을 방출하기 위한 히트 싱크(heat sink)를 제공하는 것이며, 이때 상기 열 펌프 시스템은 매우 넓은 주위 온도 범위에서 효율적인 실내 냉방 및/또는 난방을 가능하게 한다.Against this background, the problem of the present invention is a heat sink for absorbing evaporative heat of refrigerant and heat sink for dissipating heat or condensation in a heat pump system for a vehicle such as, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. Wherein the heat pump system enables efficient room cooling and / or heating in a very wide ambient temperature range.

상기 과제는 청구항 1에 기술된 열 펌프 시스템에 의해서 해결된다.The problem is solved by the heat pump system described in claim 1.

따라서 차량은 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 그리고 재열 모드로 겸용 작동을 위해 형성된, 차량 실내를 공기 조화하기 위한 냉매 순환계, 바람직하게는 곧바로 냉매 압축기의 상류 및 하류 측에 각각 배치된 2개 이상의 냉매-냉각제-열교환기 그리고 냉각제-공기-열교환기(라디에이터)를 갖는 냉각제 순환계를 구비하며, 이때 상기 냉각제-공기-열교환기는 전기 모터, 하나 또는 다수의 전자 부품 및/또는 과급 공기 냉각에 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 냉각제 순환계는 선택적으로 냉매 순환계의 하나 또는 2개의 냉매-냉각제-열교환기와 연결될 수 있다.The vehicle thus comprises two or more refrigerants, each arranged on the upstream and downstream sides of the refrigerant circulation system, preferably immediately upstream and downstream of the refrigerant compressor, configured for dual operation in the chiller mode, the heat pump mode and the reheat mode. A coolant circulation system having a coolant-heat exchanger and a coolant-air-heat exchanger (radiator), wherein the coolant-air-heat exchanger can be used for cooling an electric motor, one or more electronic components and / or boost air. According to the invention, the coolant circulation system may optionally be connected with one or two refrigerant-coolant-heat exchangers of the refrigerant circulation system.

그 결과 냉각 장치 모드와 열 펌프 모드 모두에서 그리고 냉매 순환계의 저압 측뿐만 아니라 고압 측에서도 냉매 순환계와 냉각제 순환계의 열전달이 가능해진다. 다른 말로 하면 냉매 순환계는 특히 저온 냉각제 순환계에 통합된다. 이 때문에 냉각 장치 모드에서는 차량 실내뿐만 아니라 전기 모터, 전자 부품들 또는 과급 공기 냉각으로부터 발생되는 열이 라디에이터를 통해 주변으로 방출된다. 열 펌프 모드에서는 바람직하게 라디에이터만 열원으로 사용되는 것이 아니라, 전기 모터 및/또는 전자 부품 또는 과급 공기의 폐열도 냉매를 증발시키기 위한 추가 열원으로 사용될 수 있다. 그렇기 때문에 특히 바람직하게는 추가의 전기 히터 또는 보조 히터(정온도 계수, PTC; positive temperature coefficient)의 사용이 피해질 수 있다. 바람직하게 라디에이터는 주위 온도가 매우 낮을 경우 우회될 수 있으며, 그 결과 냉각제-공기-열교환기(라디에이터)의 결빙과 관련하여 전술한 문제점들을 방지하기 위해, 냉각제 순환계 내에서는 전기 모터 및/또는 전자 부품 또는 과급 공기 냉각으로부터 발생되는 폐열만 열원으로 사용된다.As a result, the heat transfer between the refrigerant circulation system and the refrigerant circulation system is possible in both the cooling device mode and the heat pump mode and not only on the low pressure side but also on the high pressure side of the refrigerant circulation system. In other words, the refrigerant circulation system is particularly integrated in the low temperature coolant circulation system. For this reason, in the cooler mode, not only the vehicle interior but also the heat generated from the electric motors, the electronic components or the charge air cooling is radiated to the surroundings through the radiator. In the heat pump mode, preferably not only the radiator is used as the heat source, but also the waste heat of the electric motor and / or the electronic components or the charge air may be used as an additional heat source for evaporating the refrigerant. As such, the use of additional electric heaters or auxiliary heaters (positive temperature coefficients, PTC) may be particularly preferably avoided. Preferably the radiator can be bypassed if the ambient temperature is very low, as a result of which the electric motor and / or the electronic components within the coolant circulation system can be avoided in order to avoid the above mentioned problems with the freezing of the coolant-air-heat exchanger (radiator). Alternatively, only waste heat generated from supercharged air cooling is used as the heat source.

또한, 본 발명에 따르면 냉각제 순환계의 냉각제가 냉매 순환계의 기술된 2개의 냉매-냉각제-열교환기로 분할되는 작동 모드도 가능하다. 그 결과 바람직하게는 열이 냉매 순환계의 저압 측과 고압 측 사이에서 전달될 수 있으며, 이 경우에는 또한 전기 모터 등과 같은 추가 열원들에 대한 냉각제 측 연결이 이루어질 수 있다. 동시에 라디에이터에서의 수증기 결빙과 관련한 단점들이 방지될 수 있다. 강조되어야 할 점으로는 냉매 순환계가 그 외에는 종래 방식과 동일하게 설계될 수 있다는 것이며, 다른 말로 하면 추가로 저압 측에서는 하나 또는 다수의 열교환기를 통해 열이 흡수될 수 있고 그리고/또는 고압 측에서는 하나 또는 다수의 열교환기를 통해 열이 방출될 수 있다는 것이다. 열 펌프 시스템은 또한 임의의 냉각제, 즉 물 또는 공기에 의해 작동될 수 있다. 이러한 사실은 모든 냉매(예: R 744, R 134a 및 R 1234yf)에 동일하게 적용된다. 마지막으로는 열 펌프 시스템이 바람직하게는 모든 동작 모드에서 전기 모터 및/또는 전자 부품들과 같은 부품들의 냉각을 가능하게 한다는 사실이 언급된다. 하나 이상의, 바람직하게는 2개의 기술된 냉매-냉각제-열교환기는 바람직하게 압축기 바로 앞에 또는 뒤에 위치한다.It is also possible according to the invention that an operating mode in which the coolant in the coolant circulation system is divided into two described coolant-coolant-heat exchangers in the coolant circulation system. As a result, heat can preferably be transferred between the low pressure side and the high pressure side of the refrigerant circulation system, in which case a coolant side connection can also be made to additional heat sources such as an electric motor. At the same time disadvantages associated with water vapor freezing in the radiator can be avoided. It should be emphasized that the refrigerant circulation system can be otherwise designed in the same manner as in the prior art, in other words heat can be absorbed through one or more heat exchangers on the low pressure side and / or one or multiple on the high pressure side. Heat can be released through the heat exchanger. The heat pump system can also be operated by any coolant, ie water or air. This applies equally to all refrigerants (eg R 744, R 134a and R 1234yf). Finally, mention is made of the fact that the heat pump system enables the cooling of components, such as electric motors and / or electronic components, preferably in all modes of operation. One or more, preferably two described refrigerant-coolant-heat exchangers are preferably located immediately before or after the compressor.

본 발명에 따른 시스템의 바람직한 개선예들은 추가 청구항들에 기술되어 있다.Preferred refinements of the system according to the invention are described in further claims.

냉매 측 압력 손실을 방지하기 위하여, 하나 이상의 냉매-냉각제-열교환기가 차단 가능한 냉매 측 바이패스(bypass)를 구비할 경우 장점이 주어진다. 이러한 바이패스는 각각의 냉매-냉각제-열교환기에서 열전달이 필요하지 않을 경우 개방되며, 그 결과 언급된 바와 같이 불필요한 압력 손실 없이 작동이 이루어질 수 있다.In order to prevent refrigerant side pressure loss, an advantage is given when one or more refrigerant-coolant-heat exchangers have a refrigerant side bypass that can be interrupted. This bypass is opened when no heat transfer is required in each refrigerant-coolant-heat exchanger, so that operation can be made without unnecessary pressure loss as mentioned.

본 발명에 따른 다양한 작동 모드는, 냉각제 순환계가 2개의 냉매-냉각제-열교환기의 전환을 위한 그리고/또는 상기 2개의 냉매-냉각제-열교환기로의 냉각제 분할을 위한 하나 이상의 리버싱 밸브(reversing valve)를 구비함으로써 특히 효율적인 방식으로 달성될 수 있다.Various modes of operation according to the present invention allow one or more reversing valves for the coolant circulation system for switching of two refrigerant-coolant-heat exchangers and / or for splitting the coolant into the two refrigerant-coolant-heat exchangers. It can be achieved in a particularly efficient manner by having

주위 온도에 따라 작동 모드를 단계화하는 것과 관련하여서는, 냉각제 순환계의 라디에이터가 하나 이상의 리버싱 밸브에 의해 개방되는 바이패스를 구비하는 경우에 장점이 주어진다. 예를 들어 주위 온도가 보통 수준일 경우, 전기 모터 및 전자 부품과 같은 부품들의 폐열 및 차량 실내로부터 탈취된 열이, 라디에이터를 통해 주변으로 방출되고 필요에 따라 가열 시 사용됨 없이 냉각제 순환계 내에 저장되는 것으로 충분할 수 있다.Regarding stepping the operating mode according to the ambient temperature, an advantage is given when the radiator of the coolant circulation system has a bypass opened by one or more reversing valves. For example, if the ambient temperature is normal, waste heat from components such as electric motors and electronic components and heat deodorized from the vehicle interior are released into the environment through the radiator and stored in the coolant circulation system as needed without heating. May be sufficient.

바람직하게 냉각제 순환계는 싱글 펌프(single pump)를 구비하고, 이러한 싱글 펌프에 의해 가열 작동뿐만 아니라 냉각 작동도 효율적인 방식으로 실현될 수 있다.Preferably the coolant circulation system is provided with a single pump, by which the cooling operation as well as the cooling operation can be realized in an efficient manner.

아래에서는 본 발명의 실시 형태가 도면들을 참조하여 설명된다.
도면에서:
도 1은 본 발명에 따라 열 펌프 시스템에 연결된 차량의 난방 및 공기 조화 시스템을 개략적으로 도시하고;
도 2는 냉각 장치 모드에서 본 발명에 따라 열 펌프 시스템을 통해 흐르는 냉각제 또는 냉매의 관류를 개략적으로 도시하며;
도 3은 라디에이터에서 열이 주변으로 방출됨 없이, 냉각 장치 모드에서 본 발명에 따라 열 펌프 시스템을 통해 흐르는 냉각제 또는 냉매의 관류를 개략적으로 도시하고;
도 4는 열 펌프 모드에서 본 발명에 따라 열 펌프 시스템을 통해 흐르는 냉각제 또는 냉매의 관류를 개략적으로 도시하며;
도 5는 라디에이터에서 주변으로부터 열을 흡수함 없이, 열 펌프 모드에서 본 발명에 따라 열 펌프 시스템을 통해 흐르는 냉각제 또는 냉매의 관류를 개략적으로 도시하고; 그리고
도 6은 냉매 순환계 내부에서 고압 측과 저압 측의 내부 열전달 시 본 발명에 따라 열 펌프 시스템을 통해 흐르는 냉각제 또는 냉매의 관류를 개략적으로 도시한다.Embodiments of the present invention are described below with reference to the drawings.
In the drawing:
1 shows schematically a heating and air conditioning system of a vehicle connected to a heat pump system according to the invention;
2 schematically illustrates the perfusion of coolant or refrigerant flowing through a heat pump system in accordance with the present invention in a chiller mode;
3 schematically shows the perfusion of coolant or refrigerant flowing through a heat pump system in accordance with the present invention in a cooler mode, without heat being radiated to the radiator;
4 schematically shows the perfusion of coolant or refrigerant flowing through a heat pump system according to the invention in a heat pump mode;
5 schematically shows the perfusion of coolant or refrigerant flowing through a heat pump system in accordance with the invention in a heat pump mode without absorbing heat from the surroundings in the radiator; And
6 schematically illustrates the perfusion of coolant or refrigerant flowing through a heat pump system in accordance with the present invention upon internal heat transfer of the high pressure side and the low pressure side within the refrigerant circulation system.

차실 내로 공급될 공기의 조화와 관련하여, 도 1의 하부 영역에는 냉각 장치 모드와 가열 모드 그리고 재열 모드로 겸용 작동용으로 형성된 공기 조화 시스템이 도시되어 있다.With regard to the conditioning of the air to be supplied into the cabin, the lower region of FIG. 1 shows an air conditioning system formed for the combined operation in cooling device mode, heating mode and reheat mode.

상기 공기 조화 시스템은 냉풍 유동 채널(14)과 온풍 유동 채널(16)을 갖는 하우징 및 냉매 순환계(12)를 구비한다. 상기 냉매 순환계는 압축기, "Condenser"로 명명되고 고압 컬렉터를 갖는 응축기 유닛, 팽창 부재 그리고 "Evaporator"로 명명되는 증발기로 이루어져 있으며, 이 경우 상기 응축기는 고압 측에서 온풍 유동 채널(16) 내에 배치되어 있고, 그리고 상기 증발기는 저압 측에서 냉풍 유동 채널(14) 내에 배치되어 있다. 작동 모드에 따라, 응축기 또는 증발기를 통해 조화된 공기는 차량 실내 또는 주변으로 안내될 수 있다.The air conditioning system has a housing having a cold air flow channel 14 and a hot air flow channel 16 and a refrigerant circulation system 12. The refrigerant circulation system consists of a compressor, a condenser unit named "Condenser" and a high pressure collector, an expansion member and an evaporator named "Evaporator", in which case the condenser is arranged in the hot air flow channel 16 on the high pressure side. And the evaporator is arranged in the cold wind flow channel 14 on the low pressure side. Depending on the mode of operation, the air conditioned through the condenser or evaporator may be directed into or around the vehicle.

본 발명에 따르면, 상기 냉매 순환계는 저압 측에 있는 제1 냉매-냉각제-열교환기(2)와 고압 측에 있는 제2 냉매-냉각제 열교환기(3)를 추가로 구비한다. 도시된 실시예는 각각의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)와 관련하여 차단 밸브(10)에 의해 차단 가능하고 그리고 개방되는 바이패스(26)를 갖는다.According to the invention, the refrigerant circulation system further comprises a first refrigerant-coolant-heat exchanger (2) on the low pressure side and a second refrigerant-coolant heat exchanger (3) on the high pressure side. The illustrated embodiment has a bypass 26 which is shut off and open by the shutoff valve 10 in connection with each refrigerant-coolant-heat exchanger 2, 3.

도 1의 상부 영역에는 냉각제 순환계(28)가 도시되어 있는데, 본 발명에 따르면 상기 냉각제 순환계는 상응하는 밸브(30)에 의해 서로 독립적으로 2개의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)와 연결될 수 있다. 또한, 아래에 설명되는 바와 같이, 냉각제 흐름이 상기 2개의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)로 분할되는 작동 모드도 가능하다. 펌프(5)는 냉각제를 이송하고, 그리고 특히 모터 또는 차량의 구조에 따라, 선택적인 과급 공기 냉각(WCAC)(6)으로부터 그리고/또는 전기 모터(7) 및/또는 전자 부품(8)들로부터 열을 흡수한다. 또한, 추가의 밸브(38, 40)들의 작동 모드 및 전환에 따라, 라디에이터(4)를 통해 주변으로의 열전달이 이루어질 수 있다.A coolant circulation system 28 is shown in the upper region of FIG. 1, which according to the invention is connected to two refrigerant-coolant-heat exchangers 2, 3 independently of one another by a corresponding valve 30. Can be. In addition, as described below, an operating mode in which a coolant flow is divided into the two refrigerant-coolant-heat exchangers 2 and 3 is also possible. The pump 5 carries coolant and from the optional boost air cooling (WCAC) 6 and / or from the electric motor 7 and / or the electronic components 8, in particular depending on the structure of the motor or vehicle. Absorbs heat. In addition, depending on the operating mode and the switching of the additional valves 38, 40, heat transfer to the surroundings via the radiator 4 can be achieved.

냉각 모드는 도 2에 도시되어 있다. 전체 도면과 관련하여 언급되어야 할 것은, 검은색으로 어둡게 처리된 화살표들은 펌프(5) 및 라디에이터(4)에와 관련하여서는 유동 그리고 마찬가지로 상기 밸브들과 관련하여서는 차단 상태를 나타낸다는 것이다. 도 2에서 알 수 있듯이, 냉매-냉각제-열교환기(2)는 우회되고, 그리고 순환계(12) 내에 있는 냉매는 냉매-냉각제-열교환기(3)에 의해 완열 또는 응축 열을 냉각제 순환계(28) 내로 방출할 수 있으며, 이러한 경우 상기 냉각제 순환계가 전환됨으로써, 더 나아가 열원(6, 7 및 8)들에 의해 열이 흡수될 수 있고 그리고 라디에이터(4)를 통해 주변으로 방출될 수 있다. 이와 같은 작동 모드에서는 제1 냉매-냉각제-열교환기(2)의 바이패스가 개방되고, 이러한 경우 상기 제1 냉매-냉각제-열교환기가 작동하지 않음으로써 불필요한 압력 손실이 방지될 수 있다.The cooling mode is shown in FIG. It should be mentioned in connection with the whole figure that the darkened arrows indicate flow in relation to the pump 5 and the radiator 4 and likewise shut off in relation to the valves. As can be seen in FIG. 2, the refrigerant-coolant-heat exchanger 2 is bypassed, and the refrigerant in the circulation system 12 is reheated or condensed by the refrigerant-coolant-heat exchanger 3 to the coolant circulation system 28. In this case, the coolant circulation system can be switched so that heat can be absorbed by the heat sources 6, 7 and 8 and released through the radiator 4 to the periphery. In this mode of operation, the bypass of the first refrigerant-coolant-heat exchanger 2 is opened, in which case the first refrigerant-coolant-heat exchanger is not operated, thereby preventing unnecessary pressure loss.

도 3에 도시된 작동 모드는, 라디에이터(4)가 관류되지 않음으로써 구별되는데, 이때 리버싱 밸브(40)는 라디에이터(4) 쪽이 아닌 펌프(5)의 방향으로 즉각 전환된다. 이와 같은 작동 모드는, 예를 들면 5 내지 약 20℃ 범위의 주위 온도에서 중간 정도의 냉각에 적합한데, 그 이유는 이러한 경우 열원(6, 7 및 8)들의 폐열뿐만 아니라 열교환기(3)를 통해 흡수되는 차량 실내의 폐열에 대해서도 냉각제 순환계(28)의 흡수력이 충분하기 때문이다. 또한, 냉각제 순환계(28) 내에 저장된 열이 경우에 따라 추후 스위치 밸브들의 적합한 전환에 의해 가열에 사용될 수 있다.The operating mode shown in FIG. 3 is distinguished by the fact that the radiator 4 is not perfused, with the reversing valve 40 being switched immediately in the direction of the pump 5 and not the radiator 4 side. This mode of operation is suitable, for example, for moderate cooling at ambient temperatures in the range from 5 to about 20 ° C., because in this case the heat exchanger 3 as well as the waste heat of the heat sources 6, 7 and 8 can be used. This is because the absorbent force of the coolant circulation system 28 is also sufficient for the waste heat of the vehicle interior absorbed through. In addition, the heat stored in the coolant circulation system 28 may optionally be used for heating by suitable switching of the switch valves later.

도 4에 도시된 작동 모드는 중간 정도보다 더 낮은 주위 온도로 가열할 때 적합하다. 이러한 경우 주변으로부터 열을 흡수하기 위해 라디에이터(4)가 관류된다. 더 나아가, 열원(6, 7 및 8)들로부터 열이 흡수되고, 그리고 밸브(30)가 전환됨으로써 냉각제가 냉매-냉각제-열교환기(2)를 통해 흐른다. 이때, 차실 가열을 가능하게 하기 위해 증발열이 냉매 순환계(12) 내에 있는 냉매로 방출된다. 이러한 작동 모드에서는 제2 냉매-냉각제-열교환기(3)의 바이패스가 개방되고, 이러한 경우 상기 제2 냉매-냉각제-열교환기가 작동하지 않음으로써 불필요한 압력 손실이 방지될 수 있다.The operating mode shown in FIG. 4 is suitable for heating to ambient temperatures lower than moderate. In this case the radiator 4 flows through to absorb heat from the surroundings. Furthermore, heat is absorbed from the heat sources 6, 7 and 8, and the valve 30 is switched so that coolant flows through the refrigerant-coolant-heat exchanger 2. At this time, the heat of evaporation is released to the refrigerant in the refrigerant circulation system 12 to enable the vehicle heating. In this mode of operation, the bypass of the second refrigerant-coolant-heat exchanger 3 is opened, in which case the second refrigerant-coolant-heat exchanger is not operated, so that unnecessary pressure loss can be prevented.

도 5에 도시된 작동 모드는 도 2 및 도 3의 작동 모드와 유사하게 도 4의 작동 모드와 구별된다. 라디에이터(4)가 유사하게 우회되고, 오로지 열원(6, 7 및 8)들의 열만 사용됨으로써, 주위 온도가 매우 낮을 때 라디에이터 결빙으로 생기는 문제점들이 방지되며, 그 결과 열 펌프 시스템의 성능이 전체적으로 상승된다.The operating mode shown in FIG. 5 is distinguished from the operating mode of FIG. 4 similarly to the operating modes of FIGS. 2 and 3. The radiator 4 is similarly bypassed and only the heat of the heat sources 6, 7 and 8 is used, thereby avoiding problems caused by radiator icing when the ambient temperature is very low, resulting in an overall increase in the performance of the heat pump system. .

마지막으로 도 6에는 2개의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)가 관류되는 작동 모드가 도시되어 있으며, 이때 순환계(28) 내에서의 냉각제 흐름은 밸브(30)에 의해서 분할된 다음 펌프(5) 앞에서 다시 결합된다. 따라서 고압 측에 있는 냉매-냉각제-열교환기(3)에서는 완열 또는 응축 열이 방출되고, 그리고 저압 측에 있는 열교환기(2)에서는 증발 열이 흡수된다. 이러한 작동 모드에서는 냉각제 순환계(28)의 라디에이터(4)가 우회된다. 그 결과 열은 말하자면 냉각제 순환계(28)를 통해 간접적으로 냉매 순환계(12)의 고압 측과 저압 측 사이에서 전달된다. 또한, 열원(6, 7 및 8)들로부터 열이 흡수된다. 또 한편으로는 특히, 주위 온도가 낮은 경우 라디에이터(4)의 결빙과 관련한 문제점들이 방지될 수 있다. 그 외에 주위 온도보다 높은 온도 레벨의 증발 열이 사용됨으로써 열 펌프 시스템의 효율적인 작동이 가능해지고, 따라서 냉매의 더 높은 흡입 밀도로 인해 냉매 질량 흐름이 증가된다. 동일한 장점이 도 5의 작동 모드에도 적용된다.Finally, FIG. 6 shows an operating mode in which two refrigerant-coolant-heat exchangers 2, 3 flow through, wherein the coolant flow in the circulation system 28 is divided by a valve 30 and then pumped ( 5) Rejoin from the front. Thus, the heat of heat or condensation is released in the refrigerant-coolant-heat exchanger 3 on the high pressure side, and the heat of evaporation is absorbed in the heat exchanger 2 on the low pressure side. In this mode of operation the radiator 4 of the coolant circulation system 28 is bypassed. As a result, heat is transferred between the high pressure side and the low pressure side of the refrigerant circulation system 12 indirectly via the coolant circulation system 28. In addition, heat is absorbed from the heat sources 6, 7 and 8. On the other hand, problems associated with freezing of the radiator 4 can be avoided, especially when the ambient temperature is low. In addition, the use of evaporative heat at a temperature level higher than the ambient temperature enables efficient operation of the heat pump system, thus increasing the refrigerant mass flow due to the higher suction density of the refrigerant. The same advantage applies to the mode of operation of FIG. 5.

Claims (5)

압축기(1)의 상류 및 하류 측에 각각 하나 이상의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)를 갖는 냉매 순환계(12) 그리고 예컨대, 라디에이터(4), 과급 공기 냉각기(6), 전기 모터(7) 및 전자 부품(8)들과 같은 하나 이상의 열원을 갖는 냉각제 순환계(28)를 구비하는 차량용 열 펌프 시스템으로서,
상기 냉각제 순환계(28)가 선택적으로 하나 또는 2개의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)와 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는, 열 펌프 시스템.Refrigerant circulation system 12 having one or more refrigerant-coolant-heat exchangers 2, 3 on the upstream and downstream sides of compressor 1 and, for example, radiator 4, charge air cooler 6, electric motor 7. And a coolant circulation system 28 having one or more heat sources, such as electronic components 8,
Heat pump system, characterized in that the coolant circulation system (28) can optionally be connected with one or two refrigerant-coolant-heat exchangers (2, 3). 제1항에 있어서, 하나 이상의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)가 차단 가능한 바이패스(bypass)(26)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 펌프 시스템.2. Heat pump system according to claim 1, characterized in that the at least one refrigerant-coolant-heat exchanger (2, 3) has a bypass (26) which can be shut off. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각제 순환계(28)가 상기 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)들의 전환을 위한 그리고/또는 상기 2개의 냉매-냉각제-열교환기(2, 3)로의 냉각제 분할을 위한 하나 이상의 리버싱 밸브(reversing valve)(30)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 펌프 시스템.The coolant circulation system (28) according to claim 1 or 2, wherein the coolant circulation system (28) is used for the conversion of the coolant-coolant-heat exchangers (2, 3) and / or the two coolant-coolant-heat exchangers (2, 3). And at least one reversing valve (30) for coolant splitting into the furnace. 제1항에 있어서, 상기 냉각제 순환계(28)의 라디에이터(4)가 하나 이상의 리버싱 밸브(38, 40)를 통해 개방되는 바이패스를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 펌프 시스템.2. Heat pump system according to claim 1, characterized in that the radiator (4) of the coolant circulation system (28) has a bypass opening through at least one reversing valve (38, 40). 제1항에 있어서, 상기 냉각제 순환계(28)가 싱글 펌프(single pump)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 열 펌프 시스템.The heat pump system according to claim 1, characterized in that the coolant circulation system (28) comprises a single pump.
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