KR102266483B1 - Heat exchanger arrangement for an air conditioning system and air conditioning system of a motor vehicle and method for operating the air conditioning system - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 냉매 순환계(2) 및 냉각재 순환계(3)를 구비하는, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템(1)용 열 교환기 어레인지먼트(40)에 관한 것이다. 냉매 순환계(2)는 냉매-공기-열 교환기(6)를 구비하여 형성되어 있고, 냉각재 순환계(3)는 냉각재-공기-열 교환기(37)를 구비하여 형성되어 있다. 열 교환기 어레인지먼트(40)는, 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 하나 이상의 제1 열 교환기 열(40-6a), 냉각재 순환계(3)의 냉각재를 공급할 수 있는 냉각재-공기-열 교환기(37)의 제2 열 교환기 열(40-37), 및 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 구비한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트(40)를 갖는, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템(1), 및 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있다.The present invention relates to a heat exchanger arrangement (40) for an automobile air conditioning system (1) for regulating supply air for a cabin, comprising a refrigerant circulation system (2) and a coolant circulation system (3). The refrigerant circulation system 2 is provided with a refrigerant-air-heat exchanger 6 , and the coolant circulation system 3 is formed with a refrigerant-air-heat exchanger 37 . The heat exchanger arrangement 40 includes one or more first heat exchanger rows 40 - 6a of the refrigerant-air-heat exchanger 6 capable of supplying the refrigerant of the refrigerant circulation system 2 , the coolant of the refrigerant circulation system 3 . The second heat exchanger heat 40-37 of the coolant-air-heat exchanger 37 can supply, and the third heat exchanger of the refrigerant-air-heat exchanger 6 can supply the coolant of the refrigerant circulation system 2 . and rows 40-6b.
The invention also relates to a motor vehicle air conditioning system ( 1 ) for regulating supply air for a passenger compartment, with a heat exchanger arrangement ( 40 ) according to the invention, and a method for operating the air conditioning system ( 1 ). have.
Description
본 발명은, 냉매 순환계 및 냉각재 순환계를 갖춘, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트에 관한 것이다. 냉매 순환계는 냉매-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있고, 냉각재 순환계는 냉각재-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있다.The present invention relates to a heat exchanger arrangement for an automobile air conditioning system for regulating supply air for a passenger compartment, comprising a refrigerant circulation system and a coolant circulation system. The refrigerant circulation system is provided with a refrigerant-air-heat exchanger, and the coolant circulation system is formed with a coolant-air-heat exchanger.
본 발명은 또한, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차용 공기 조화 시스템 및 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법과도 관련이 있다.The invention also relates to an air conditioning system for a motor vehicle for regulating supply air for a passenger compartment and a method for operating the air conditioning system.
종래의 자동차 공기 조화 시스템은 공기, 특히 객실용 공급 공기를 조절, 이송 및 안내하기 위한 공기 조화 유닛, 냉매 순환계, 그리고 냉각재 순환계 및 제어 유닛을 구비한다. 냉매 순환계 내에서는 냉매가 제1 열 교환기 유체로서 순환하는 한편, 냉각재 순환계 내에서는 냉각재가 제2 열 교환기 유체로서 순환한다. 공기 조화 유닛은 공기를 하우징 내로 흡인하기 위한 그리고 공기를 하우징을 통해서 이송하기 위한 송풍기를 구비한다.A conventional automobile air conditioning system includes an air conditioning unit for regulating, conveying and guiding air, particularly supply air for a cabin, a refrigerant circulation system, and a coolant circulation system and control unit. In the refrigerant circulation system, the refrigerant circulates as the first heat exchanger fluid, while in the coolant circulation system, the coolant circulates as the second heat exchanger fluid. The air conditioning unit has a blower for drawing air into the housing and for conveying the air through the housing.
자동차의 공기 조화 유닛은, 흡인된 공기를 세척하거나 필터링 하도록, 발생 가능한 악취를 공기로부터 제거하도록, 공기를 조절하도록, 다시 말해 필요에 따라 냉각 및/또는 탈습 또는 가열하도록 그리고 이어서 공급 공기로서 객실에 공급하도록 형성되어 있다. 따라서, 공기 조화 유닛은 객실의 환기를 위해서 이용된다. 조절된 공기에 의해서는, 한 편으로는 객실 내 공기의 온도가 설정될 수 있고, 다른 한 편으로는 객실 내 공기가 분배될 수 있다.The air conditioning unit of the motor vehicle is configured to clean or filter the drawn air, to remove possible odors from the air, to condition the air, ie to cool and/or dehumidify or heat it as required, and then to the cabin as supply air. designed to supply. Accordingly, the air conditioning unit is used for ventilation of the cabin. By means of the conditioned air, on the one hand the temperature of the air in the cabin can be set and, on the other hand, the air in the cabin can be distributed.
종래 기술에 공지된 공기 조화 유닛은 객실로부터 유래하는 순환 공기를 위한 유입구 및 주변으로부터 유래하는 신선한 공기를 위한 유입구를 구비한다. 이들 유입구는 공기 안내 장치에 의해서 필요에 따라 개방 또는 폐쇄된다. 송풍기에 의해서 하나 이상의 유입구를 통해 흡인된 공기 질량 흐름은 먼저 냉매 순환계의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기를 통과해서 안내된다. 필요에 따라 그리고 온도 플랩으로서도 지칭되는 추가 공기 안내 장치의 위치에 따라, 증발기를 관류할 때 냉각되는 그리고/또는 탈습되는 공기는 한 편으로는 제1 유동 경로 내로 그리고 이와 동시에 냉각재 순환계의 가열 열 교환기로서 작동되는 냉각재-공기-열 교환기를 통과해서 흐를 수 있고 가열될 수 있다. 이 경우, 가열 열 교환기는 주로 연소 엔진의 폐열을 공급 공기용 열원으로서 이용한다. 다른 한 편으로, 증발기를 관류할 때 냉각되는 그리고/또는 탈습되는 공기는 제1 유동 경로 쪽으로의 바이패스로서 형성된 제2 유동 경로 내로 안내되고, 이로써 냉각재 순환계의 가열 열 교환기를 스쳐서 안내될 수 있다. 이들 유동 경로의 유동 횡단면은 0% 내지 100%에서 무단으로 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 그 다음에, 유동 경로를 통과해서 안내되는 공기 질량 흐름은 작동 모드에 따라 혼합된 상태로 또는 혼합되지 않은 상태로 객실 내부로 안내된다.Air conditioning units known in the prior art have an inlet for circulating air from the cabin and an inlet for fresh air from the surroundings. These inlets are opened or closed as required by means of an air guiding device. The air mass flow drawn through the one or more inlets by the blower is first directed through a refrigerant-air-heat exchanger operating as an evaporator of the refrigerant circulation system. Depending on the need and depending on the location of the additional air conduction device, also referred to as temperature flap, the cooled and/or dehumidified air flowing through the evaporator is, on the one hand, into the first flow path and at the same time the heating heat exchanger of the coolant circulation system. It can flow through and be heated through a coolant-air-heat exchanger operated as In this case, the heating heat exchanger mainly uses waste heat of the combustion engine as a heat source for supply air. On the other hand, the air cooled and/or dehumidified when flowing through the evaporator can be guided into a second flow path formed as a bypass towards the first flow path, thereby passing through the heating heat exchanger of the coolant circulation system. have. The flow cross-section of these flow paths can be closed or open endlessly from 0% to 100%. The air mass flow guided through the flow path is then guided into the cabin interior, either mixed or unmixed, depending on the mode of operation.
증발기를 관류할 때에는, 공기가 원하는 온도 수준으로 냉각된다. 증발기로부터 배출되는 공기의 배출 온도는 통상적으로 2℃ 내지 10℃의 범위 안에 놓여 있다. "재가열(reheat)"로서도 지칭되는 공기 조화 시스템의 작동 모드로서의 소위 재가열 모드 동안에는, 객실에 공급될 공기가 증발기를 관류할 때 냉각되는 동시에 탈습되고, 그 다음에 이어서 탈습된 공기가 약간 가열된다. 재가열 모드에서는, 필요한 재가열 능력이 대부분 공기의 냉각 및 탈습을 위해서 필요한 냉방 능력보다 적다.When flowing through the evaporator, the air is cooled to the desired temperature level. The exhaust temperature of the air exiting the evaporator typically lies in the range of 2°C to 10°C. During the so-called reheat mode, as the operating mode of the air conditioning system, also referred to as "reheat", the air to be supplied to the cabin is cooled and dehumidified while flowing through the evaporator, and then the dehumidified air is slightly heated. In the reheat mode, the required reheating capacity is mostly less than the cooling capacity required for cooling and dehumidifying the air.
공기 조화 시스템의 제어에 의해서, 특별히 온도 플랩을 갖는 공기 조화 유닛의 제어의 의해서, 객실용 공급 공기의 온도가 시스템 내에서 최소값과 최대값 사이에 있는 각각의 임의의 값으로 설정될 수 있다. 가열 열 교환기를 갖춘 제1 유동 경로를 통과하는 그리고 가열 열 교환기 둘레의 바이패스로서의 제2 유동 경로를 통과하는 공기 질량 흐름의 분배에 의해서, 공급 공기의 온도가 원하는 수준으로 설정된다. 제1 유동 경로는 또한 따뜻한 공기 경로로서 지칭되는 한편, 제2 유동 경로는 찬 공기 경로로서 공지되어 있다.By means of the control of the air-conditioning system, in particular of the air-conditioning unit having a temperature flap, the temperature of the supply air for the cabin can be set to each arbitrary value between the minimum and maximum values in the system. By distribution of the air mass flow through the first flow path with the heating heat exchanger and through the second flow path as a bypass around the heating heat exchanger, the temperature of the supply air is set to the desired level. The first flow path is also referred to as the warm air path, while the second flow path is known as the cold air path.
간략히 EV로서 지칭되는 전기차 및 간략히 HEV로서 지칭되는 하이브리드 차량과 같은 전기식으로 구동되는 자동차에서는, 특히 구동 모터에 의해 한 편으로는 객실의 가열을 위해 불충분한 폐열이 얻어짐으로써, 결과적으로 전기식으로 구동되는 자동차의 공기 조화 시스템은 자동차의 작동 효율 및 자동차의 에너지 소비에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 자동차의 에너지 소비 및 작동 효율을 높이기 위하여, 다양한 열원을 이용할 수 있는 열 펌프 기능을 갖춘 공기 조화 시스템이 사용된다.In electrically driven vehicles, such as electric vehicles, referred to briefly as EVs and hybrid vehicles, referred to simply as HEVs, in particular insufficient waste heat is obtained on the one hand by the drive motor for heating the cabin, resulting in electrically driven vehicles The air-conditioning system of a vehicle that becomes a vehicle has a very large influence on the operating efficiency of the vehicle and the energy consumption of the vehicle. In order to increase the energy consumption and operating efficiency of a vehicle, an air conditioning system with a heat pump function that can use various heat sources is used.
전기차 또는 하이브리드 차량은 다른 한 편으로 하이 볼트 배터리, 내부 충전 장치, 변압기, 인버터 및 전동기와 같은 추가 구성 요소를 구비하는 형성으로 인해, 대부분 순수한 연소 엔진식 구동 장치를 갖는 자동차보다 높은 냉방 수요 또는 추가의 냉각 수요를 갖는다. 또한, 특히, 통상적으로 0℃ 내지 35℃의 범위 안에, 특히 20℃ 내지 35℃의 범위 안에 놓여 있는 하이 볼트 배터리의 허용된 온도 한계를 유지하기 위해서도, 바람직하게는 활성 냉각 컨셉 및 가열 컨셉의 구현을 위해서 이용되는 열 펌프 기능을 갖춘 시스템이 사용된다. 전기 구동렬의 추가 구성 요소들은 예를 들어 열원으로 이용 가능하다.Electric or hybrid vehicles, on the other hand, have higher cooling demands or additional cooling requirements than cars with mostly pure combustion engine driven units, due to their formation with additional components such as high volt batteries, internal charging units, transformers, inverters and electric motors. of cooling demand. Furthermore, in particular in order to maintain the permissible temperature limits of high volt batteries, which typically lie in the range of 0 °C to 35 °C, in particular in the range of 20 °C to 35 °C, preferably also the implementation of an active cooling concept and a heating concept. A system with a heat pump function is used for this purpose. Additional components of the electric drive train are available, for example, as heat sources.
종래 기술에는, 배터리의 활성 냉각을 위해, 칠러(chiller)로서도 지칭되고 배터리 또는 구동렬의 다른 구성 요소의 온도를 조절하기 위해 냉각재 순환계와 냉매 순환계를 열적으로 연결시키는 냉매-냉각재-열 교환기를 사용하는 것이 공지되어 있다. 냉매 순환계는 특히 명백하게 주변 공기의 온도 아래에 놓여 있는 온도에서 배터리의 폐열을 흡수하기 위해서 이용된다. 냉매-냉각재-열 교환기에는, 종래 방식에 따라 마찬가지로 냉매의 증발기로서 작동되는 그리고 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 냉매-공기-열 교환기에 대해 평행하게 냉매가 공급됨으로써, 결과적으로 증발기의 배출구에서는 냉매가 동일한 압력 수준을 갖게 된다.In the prior art, for active cooling of the battery, a refrigerant-coolant-heat exchanger, also referred to as a chiller, thermally connecting the coolant circulation system and the refrigerant circulation system to regulate the temperature of the battery or other components of the drive train is used. that is known. Refrigerant circulatory systems are used to absorb the waste heat of the battery, especially at temperatures which obviously lie below the ambient air temperature. The refrigerant-coolant-heat exchanger is supplied with refrigerant parallel to the refrigerant-air-heat exchanger which likewise operates as an evaporator of the refrigerant and for regulating the supply air for the cabin according to the prior art, so that the refrigerant at the outlet of the evaporator will have the same pressure level.
냉매-냉각재-열 교환기는 냉각재 측에서 저온-냉각재 순환계 내부에 통합되어 있으며, 저온-냉각재 순환계는 냉매-냉각재-열 교환기를 이송 장치를 통해서, 특히 냉각재 펌프를 통해서 배터리-열 교환기와 연결시킨다. 배터리-열 교환기 및 이로써 냉각재를 이용한 배터리의 능동적인 가열을 위해, 영어식 표현인 "Positive Temperature Coefficient - Thermistor"에 대해 간략히 PTC-저항으로서 지칭되거나 하이 볼트-PTC에 대해 HV-PTC로서 지칭되는 전기식 저항 가열 장치를 갖는 냉각재 순환계가 형성될 수 있다.The refrigerant-coolant-heat exchanger is integrated inside the low-temperature-coolant circulation system on the coolant side, and the low-temperature-coolant circulation system connects the refrigerant-coolant-heat exchanger with the battery-heat exchanger through a conveying device, in particular through a coolant pump. For the battery-heat exchanger and thus the active heating of the battery with the coolant, the electrical type, referred to briefly as PTC-resistor for the English expression "Positive Temperature Coefficient - Thermistor" or as HV-PTC for high volt-PTC A coolant circulation system with a resistance heating device may be formed.
DE 10 2017 114 136 A1호에서는, 냉매 순환계 및 냉각재 순환계를 구비하는 열 시스템을 갖춘 자동차가 기술된다. 냉매 순환계 및 냉각재 순환계는 열 교환기를 통해서 열적으로 서로 연결되어 있다. 냉매 순환계는 객실용 공급 공기의 온도를 조절하기 위해서 그리고 특히 배터리와 같은 자동차의 전기식 구동렬의 구성 요소들의 냉각을 위해서 이용되는 냉각재 순환계로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해서 이용된다.DE 10 2017 114 136 A1 describes a motor vehicle with a thermal system comprising a refrigerant circulation system and a coolant circulation system. The refrigerant circulation system and the coolant circulation system are thermally connected to each other through a heat exchanger. The refrigerant circulation system is used to regulate the temperature of the supply air for the cabin and to absorb heat from the coolant circulation system which is used in particular for cooling the components of the electric drive train of the vehicle, such as the battery.
본 발명의 과제는, 냉매-공기-열 교환기의 장점과 냉각재-공기-열 교환기의 장점을 연결하는, 자동차 공기 조화 시스템용 열 교환기 어레인지먼트 또는 열 교환 장치를 제공하는 데 있다. 이 경우에는, 제조 비용, 관리 비용 및 작동 비용 그리고 어레인지먼트의 필요한 설치 공간이 최소로 되어야 한다. 또한, 자동차의 공기 조화 시스템 및 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 방법이 제안되어야 하며, 이 경우 공기 조화 시스템 및 이로써 자동차는 최대 효율로 작동되어야 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heat exchanger arrangement or heat exchange device for an automobile air conditioning system, which connects the advantages of a refrigerant-air-heat exchanger with the advantages of a coolant-air-heat exchanger. In this case, manufacturing costs, maintenance costs and operating costs and the required installation space of the arrangement should be kept to a minimum. Furthermore, an air conditioning system of a motor vehicle and a method for operating the air conditioning system should be proposed, in which case the air conditioning system and thus the motor vehicle should be operated with maximum efficiency.
상기 과제는, 독립 특허 청구항의 특징들을 갖는 대상들 및 방법에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.The above problem is solved by objects and methods having the features of the independent patent claims. Improvements are specified in the dependent patent claims.
상기 과제는, 냉매 순환계 및 냉각재 순환계를 갖춘, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한 자동차 공기 조화 시스템용의 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트에 의해서 해결된다. 냉매 순환계는 냉매-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있고, 냉각재 순환계는 냉각재-공기-열 교환기를 구비하여 형성되어 있다.The above object is solved by a heat exchanger arrangement according to the invention for an automobile air conditioning system for regulating supply air for a passenger compartment, with a refrigerant circulation system and a coolant circulation system. The refrigerant circulation system is provided with a refrigerant-air-heat exchanger, and the coolant circulation system is formed with a coolant-air-heat exchanger.
본 발명의 컨셉에 따라, 열 교환기 어레인지먼트는, 냉매 순환계의 냉매가 공급될 수 있는, 냉매-공기-열 교환기의 하나 이상의 제1 열 교환기 열, 냉각재 순환계의 냉각재가 공급될 수 있는, 냉각재-공기-열 교환기의 하나 이상의 제2 열 교환기 열, 및 냉매 순환계의 냉매가 공급될 수 있는, 냉매-공기-열 교환기의 하나 이상의 제3 열 교환기 열을 구비한다.According to the concept of the present invention, the heat exchanger arrangement comprises at least one first heat exchanger row of a refrigerant-air-heat exchanger, to which a refrigerant of a refrigerant circulation system may be supplied, a coolant-air to which a coolant of a refrigerant circulation system may be supplied. - at least one second heat exchanger row of heat exchangers, and at least one third heat exchanger row of refrigerant-air-heat exchangers, to which the refrigerant of the refrigerant circulation system can be supplied.
열 교환기 열들은 바람직하게 연속으로 공기가 공급될 수 있도록 배열되어 있다. 이 경우, 열 교환기 열들에는 바람직하게 순서에 따라 제1 열 교환기 열, 제2 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열에 연속으로 공기가 공급될 수 있음으로써, 결과적으로 제1 및 제3 열 교환기 열은 각각 열 교환기 어레인지먼트의 외부 열 교환기 열로서 형성되어 있고, 제2 열 교환기 열은 외부 열 교환기 열들 사이에 배열된 중간 열 교환기 열로서 형성되어 있다. 열 교환기 어레인지먼트는 제1 외부 열 교환기 열, 제2 중간 열 교환기 열 및 제3 외부 열 교환기 열의 순서로 공기에 의해서 관류된다.The heat exchanger rows are preferably arranged such that they can be continuously supplied with air. In this case, the heat exchanger rows can preferably be supplied with air successively to the first heat exchanger row, the second heat exchanger row and the third heat exchanger row according to the sequence, so that the first and third heat exchanger rows are consequently Each is configured as an external heat exchanger row of the heat exchanger arrangement, and the second heat exchanger row is configured as an intermediate heat exchanger row arranged between the external heat exchanger rows. The heat exchanger arrangement is flowed through by air in the order of a first external heat exchanger row, a second intermediate heat exchanger row, and a third external heat exchanger row.
본 발명의 일 개선예에 따라, 제1 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열은 연속으로 냉매가 공급될 수 있도록 배열되어 있다. 이 경우, 열 교환기 열들에는 바람직하게 제3 열 교환기 및 제1 열 교환기 열의 순서로 연속으로 냉매가 공급될 수 있다. 결국, 열 교환기 어레인지먼트는 바람직하게 제3 열 교환기 및 제1 열 교환기 열의 순서로 냉매에 의해서 관류된다.According to one refinement of the invention, the first heat exchanger row and the third heat exchanger row are arranged such that the refrigerant can be supplied continuously. In this case, the heat exchanger rows may preferably be continuously supplied with refrigerant in the order of the third heat exchanger and the first heat exchanger row. Consequently, the heat exchanger arrangement is preferably flowed through by the refrigerant in the order of the third heat exchanger and the first heat exchanger row.
본 발명의 한 가지 특별한 장점은, 각각의 열 교환기 열이 유입구 및 배출구를 구비하여 형성되어 있다는 데 있다.One particular advantage of the present invention is that each heat exchanger row is formed with an inlet and an outlet.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 제3 열 교환기 열의 배출구와 제1 열 교환기 열의 유입구는 냉매의 통과를 위하여 연결 라인을 통해 서로 연결되어 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the outlet of the third heat exchanger heat and the inlet of the first heat exchanger heat are connected to each other through a connection line for the passage of the refrigerant.
제3 열 교환기 열의 배출구 및 제1 열 교환기 열의 유입구는 바람직하게 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 제1 측면에 형성되어 있다. 또한, 바람직하게 제3 열 교환기 열의 유입구 및 제1 열 교환기 열의 배출구는 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 제2 측면에 제공되어 있다.The outlet of the third heat exchanger heat and the inlet of the first heat exchanger heat are preferably formed on the first side of the cavity of the heat exchanger arrangement. Also preferably, the inlet of the third heat exchanger heat and the outlet of the first heat exchanger heat are provided on the second side of the cavity of the heat exchanger arrangement.
냉각재를 통과시키기 위한 제2 열 교환기 열의 유입구 및 배출구는 바람직하게 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 일 측면에 형성되어 있다.The inlet and outlet of the second heat exchanger heat for passing the coolant are preferably formed on one side of the cavity of the heat exchanger arrangement.
이 경우, 제1 열 교환기 열의 유입구, 제2 열 교환기 열의 유입구 및 배출구, 그리고 제3 열 교환기 열의 배출구는 열 교환기 어레인지먼트의 공동의 제1 측면에 제공될 수 있다.In this case, the inlet of the first heat exchanger row, the inlet and outlet of the second heat exchanger row and the outlet of the third heat exchanger row may be provided on the first side of the cavity of the heat exchanger arrangement.
제1 측면 및 제2 측면은 바람직하게 서로 마주 놓이도록 그리고 이로써 서로로부터 멀어지는 방향을 향하도록 열 교환기 어레인지먼트에 배열되어 있다.The first side and the second side are preferably arranged in the heat exchanger arrangement to face each other and thereby face away from each other.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 열 교환기 열들은 각각 서로에 대해 평행하게 배열된 2개의 수집기 파이프 사이에서 연장되는 유동 경로들로부터 형성되어 있다. 이 경우, 유동 경로들은 바람직하게 파이프, 특히 서로에 대해 평행하게 배열된 플랫 파이프로부터 형성되어 있다.According to a preferred embodiment of the invention, the heat exchanger rows are formed from flow paths each extending between two collector pipes arranged parallel to each other. In this case, the flow paths are preferably formed from pipes, in particular flat pipes arranged parallel to each other.
제1 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열의 수집기 파이프들은 바람직하게 수평 방향으로 배열되어 있는 한편, 제1 열 교환기 열 및 제3 열 교환기 열의 유동 경로들은 수직 방향으로 배열되어 있다.The collector pipes of the first heat exchanger row and the third heat exchanger row are preferably arranged in a horizontal direction, while the flow paths of the first heat exchanger row and the third heat exchanger row are arranged in a vertical direction.
본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따라, 제2 열 교환기 열의 수집기 파이프들은 수직 방향으로 정렬되어 있고, 제2 열 교환기 열의 유동 경로들은 수평 방향으로 정렬되어 있다.According to a first alternative embodiment of the invention, the collector pipes of the second heat exchanger row are vertically aligned and the flow paths of the second heat exchanger row are horizontally aligned.
본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따라, 열 교환기 열의 수집기 파이프들은 공동의 제1 방향으로 배열되어 있고, 유동 경로의 파이프들은 공동의 제2 방향으로 배열되어 있으며, 이 경우 유동 경로의 이웃하여 배열된 파이프들 사이에는 열 교환기 열들 위로 연장되는 리브가 형성되어 있다.According to a second alternative embodiment of the invention, the collector pipes of the heat exchanger heat are arranged in a first direction of the cavity, and the pipes of the flow path are arranged in a second direction of the cavity, in this case adjacent to the flow path. Between the arranged pipes are formed ribs extending over the heat exchanger rows.
본 발명의 일 개선예에 따라, 열 교환기 열들은 연결 요소를 통해 기계적으로 서로 연결되어 있고, 서로에 대해 고정되어 있다.According to one development of the invention, the heat exchanger rows are mechanically connected to each other via a connecting element and are fixed to each other.
상기 과제는, 객실용 공급 공기를 조절하기 위한, 자동차용의 본 발명에 따른 공기 조화 시스템에 의해서도 해결된다. 공기 조화 시스템은, 압축기, 커패시터/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기, 제1 증발기로서 작동되고 냉매의 유동 방향으로 볼 때 앞에 배치된 제1 팽창 기관을 갖는 냉매-공기-열 교환기, 및 제2 증발기로서 작동되고 냉매의 유동 방향으로 볼 때 앞에 배치된 제2 팽창 기관을 갖는 냉매-냉각재-열 교환기를 갖춘 냉매 순환계, 및 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기를 갖춘 냉각재 순환계를 구비한다.The above problem is also solved by an air conditioning system according to the invention for a motor vehicle, for regulating the supply air for the passenger compartment. The air conditioning system comprises a compressor, a heat exchanger operating as a capacitor/gas cooler, a refrigerant-air-heat exchanger operating as a first evaporator and having a first expansion engine disposed in front as viewed in the flow direction of the refrigerant, and a second evaporator and a refrigerant circulation system equipped with a refrigerant-coolant-heat exchanger operating as an evaporator and having a second expansion engine disposed in front when viewed in a flow direction of the refrigerant, and a refrigerant circulation system equipped with a refrigerant-coolant-heat exchanger operating as an evaporator.
냉매의 액화가 예컨대 냉매 R134a를 사용하는 임계 이하의 모드에서 이루어지거나 이산화탄소를 사용하는 특정 주변 조건에서 이루어지면, 열 교환기는 커패시터로서 지칭된다. 열 교환의 일 부분은 일정한 온도에서 이루어진다. 임계 이하의 모드에서 또는 열 교환기 내에서의 초 임계 열 송출의 경우에는, 냉매의 온도가 계속해서 감소한다. 이 경우, 열 교환기는 가스 냉각기로서도 지칭된다. 초 임계 모드에서는, 특정 주변 조건에서 또는 예컨대 냉매를 사용하는 냉매 순환계의 작동 방식에서 이산화탄소가 발생할 수 있다. If the liquefaction of the refrigerant takes place, for example, in a subcritical mode with the refrigerant R134a or under certain ambient conditions with carbon dioxide, the heat exchanger is referred to as a capacitor. Part of the heat exchange takes place at a constant temperature. In subcritical mode or in the case of supercritical heat transfer in a heat exchanger, the temperature of the refrigerant continues to decrease. In this case, the heat exchanger is also referred to as a gas cooler. In the supercritical mode, carbon dioxide may be generated under certain ambient conditions or in the manner of operation of the refrigerant circulation system using, for example, refrigerant.
본 발명의 컨셉에 따라, 냉각재 순환계는 냉각재와 객실용 공급 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기를 구비하며, 이 경우 공기 조화 시스템은 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트를 구비하여 형성되어 있다. 냉각재-공기-열 교환기는 냉각재로부터 객실용 공급 공기로 열을 전달하도록 구성 및 배열되어 있을 뿐만 아니라 또한 공급 공기로부터 냉각재로 열을 전달하도록 구성 및 배열되어 있다.According to the concept of the invention, the coolant circulation system has a coolant-air-heat exchanger for transferring heat between the coolant and the supply air for the cabin, in which case the air conditioning system is formed with a heat exchanger arrangement according to the invention has been The coolant-air-heat exchanger is constructed and arranged not only to transfer heat from the coolant to the supply air for the cabin, but also to transfer heat from the supply air to the coolant.
본 발명의 일 개선예에 따라, 제1 팽창 기관을 갖는 냉매-공기-열 교환기는 제1 유동 경로 내부에 배열되어 있고, 제2 팽창 기관을 갖는 냉매-냉각재-열 교환기는 냉매 순환계의 제2 유동 경로 내부에 배열되어 있다. 유동 경로들은 각각 분기 지점으로부터 냉매 순환계의 입구 지점까지 연장되고, 서로에 대해 평행하게 배열되어 있으며, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉매를 공급받을 수 있도록 형성되어 있다.According to one refinement of the invention, a refrigerant-air-heat exchanger with a first expansion engine is arranged inside the first flow path, and a refrigerant-coolant-heat exchanger with a second expansion engine is arranged in the second flow path of the refrigerant circulation system. arranged inside the flow path. The flow paths each extend from the branch point to the inlet point of the refrigerant circulation system, are arranged parallel to each other, and are formed so that the refrigerant can be supplied individually or simultaneously with each other as needed.
또한, 냉매 순환계는 내부 열 교환기를 구비하여 형성될 수도 있다. 이 경우, 내부 열 교환기란, 고압 상태의 냉매와 저압 상태의 냉매 사이에서의 열 교환을 위해 이용되는 순환계 내부 열 교환기로서 이해될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 한 편으로는 액체 냉매가 응축 또는 액화 후에 계속 냉각되고, 다른 한 편으로는 흡입 가스가 압축기 앞에서 과열된다.In addition, the refrigerant circulation system may be formed with an internal heat exchanger. In this case, the internal heat exchanger may be understood as a circulation system internal heat exchanger used for heat exchange between a refrigerant in a high pressure state and a refrigerant in a low pressure state. In this case, for example, on the one hand the liquid refrigerant continues to cool after condensation or liquefaction, on the other hand the suction gas is superheated in front of the compressor.
또한, 냉매 순환계는, 저압 측에 배열되어 있고 커패시터로서도 지칭되는 냉매 수집기를 구비하여 형성될 수도 있다.Further, the refrigerant circulation system may be formed with a refrigerant collector arranged on the low pressure side and also referred to as a capacitor.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 공기 조화 시스템은 객실용 공급 공기를 하우징을 통해서 이송하기 위한 송풍기를 갖춘 공기 조화 유닛을 구비한다. 이 경우, 열 교환기 어레인지먼트는 하우징 내부에서 바람직하게 상기 하우징의 전체 유동 횡단면을 차지하도록 배열되어 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the air conditioning system comprises an air conditioning unit with a blower for conveying supply air for the cabin through the housing. In this case, the heat exchanger arrangement is arranged inside the housing to preferably occupy the entire flow cross-section of said housing.
하우징은 바람직하게 제1 유동 경로 및 제2 유동 경로를 구비하며, 이들 유동 경로는 서로에 대해 평행하게 배열되어 있고, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 공급 공기를 공급받을 수 있도록 형성되어 있다. 제1 유동 경로 내부에 가열 열 교환기가 배열되어 있다. 이때, 제2 유동 경로는 제1 유동 경로 쪽으로의 바이패스로서 형성되어 있다.The housing preferably has a first flow path and a second flow path, which flow paths are arranged parallel to each other and are configured so as to be supplied with supply air individually or simultaneously with one another as required. A heating heat exchanger is arranged inside the first flow path. At this time, the second flow path is formed as a bypass toward the first flow path.
본 발명의 한 가지 특별한 장점은, 배터리-열 교환기가 냉매 순환계의 제1 유동 경로 내부에 배열되어 있고, 냉각재-공기-열 교환기가 냉매 순환계의 제2 유동 경로 내부에 배열되어 있다는 데 있다. 이들 유동 경로는 각각 분기 지점으로부터 입구 지점까지 연장되고, 서로에 대해 평행하게 배열되어 있으며, 필요에 따라 개별적으로 또는 서로 동시에 냉각재를 공급받을 수 있도록 형성되어 있다.One particular advantage of the invention is that the battery-heat exchanger is arranged inside the first flow path of the refrigerant circulation system and the coolant-air-heat exchanger is arranged inside the second flow path of the refrigerant circulation system. These flow paths each extend from a branch point to an inlet point, are arranged parallel to each other, and are formed so as to be supplied with coolant individually or simultaneously with each other as needed.
따라서, 자동차의 공기 조화 시스템은, 배터리의 온도를 허용 가능한 범위 안에서 설정하기 위하여, 열적인 시스템, 특히 자동차의 구동 구성 요소용 열 관리 시스템, 특별히 배터리와 결합되어 있다.Accordingly, the air conditioning system of an automobile is combined with a thermal system, in particular a thermal management system for the driving components of the automobile, in particular the battery, in order to set the temperature of the battery within an acceptable range.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 냉각재 순환계 내부에서는, 열을 냉각재로 전달하기 위한 추가 가열 열 교환기 및 냉매-냉각재-열 교환기가 연속으로 냉각재를 공급받을 수 있도록 냉각재의 유동 방향으로 입구 지점과 분기 지점 사이에 배열되어 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, in the coolant circulation system, the inlet point in the coolant flow direction so that the additional heating heat exchanger for transferring heat to the coolant and the coolant-coolant-heat exchanger can continuously receive the coolant. Arranged between branch points.
상기 과제는 또한, 조절될 객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드, 열 펌프 모드 그리고 가열 모드 또는 재가열 모드에서의 작동을 위해, 컨셉에 따른 자동차 공기 조화 시스템을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법에 의해서도 해결된다.The above task is also achieved by the method according to the invention for operating a motor vehicle air conditioning system according to the concept, for operation in a cooling system mode, a heat pump mode and a heating mode or a reheating mode for the supply air for the cabin to be regulated. is solved
본 발명의 컨셉에 따라, 객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드에서 공기 조화 시스템이 작동되는 경우에는, 공급 공기로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기를 갖는 냉매 순환계의 제1 유동 경로에 냉매가 공급되고, 냉각재로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해 제2 증발기로서 작동되는 냉매 순환계의 냉매-냉각재-열 교환기를 갖는 제2 유동 경로에 냉매가 공급된다. 이 경우, 이송 장치에 의해 냉각재 순환계를 통과해서 이송되는 냉각재는 적어도 냉매-냉각재-열 교환기와 냉각재-공기-열 교환기 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환되며, 그 결과 냉각재-공기-열 교환기 내에서 냉각재에 의해 공급 공기로부터 흡수된 열이 냉매-냉각재-열 교환기 내에서 냉매로 전달된다.According to the concept of the invention, when the air conditioning system is operated in the cooling device mode for the supply air for the cabin, it has a refrigerant-air-heat exchanger operating as a first evaporator to absorb the heat originating from the supply air. A refrigerant is supplied to a first flow path of the refrigerant circulation system, and a refrigerant is supplied to a second flow path having a refrigerant-coolant-heat exchanger of the refrigerant circulation system operated as a second evaporator to absorb heat originating from the refrigerant. In this case, the coolant conveyed by the conveying device through the coolant circulation system is circulated as a partial mass flow at least between the coolant-coolant-heat exchanger and the coolant-air-heat exchanger, as a result of which the coolant in the coolant-air-heat exchanger The heat absorbed from the supply air is transferred to the refrigerant in the refrigerant-coolant-heat exchanger.
본 발명의 일 개선예에 따라, 공급 공기는 열을 냉매로 그리고 냉각재로 전달하기 위해 열 교환기 어레인지먼트를 통과해서 안내되며, 이 경우 열 교환기 어레인지먼트는 냉매-냉각재-열 교환기로서 형성된 구성 요소 및 냉각재-공기-열 교환기로서 형성된 하나 이상의 구성 요소를 구비한다.According to one refinement of the invention, the supply air is guided through a heat exchanger arrangement to transfer heat to the refrigerant and to the coolant, in which case the heat exchanger arrangement comprises a refrigerant-coolant-component formed as a heat exchanger and a coolant- It has one or more components configured as an air-heat exchanger.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 냉각재는 배터리의 능동적인 냉각 모드에서 작동되는 경우에 자동차 구동렬의 구성 요소로서, 적어도 냉매-냉각재-열 교환기와 배터리-열 교환기 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 그 결과 배터리-열 교환기 내에서 냉각재에 의해 배터리로부터 흡수된 열은 냉매-냉각재-열 교환기 내에서 냉매로 전달된다.According to a preferred embodiment of the invention, the coolant circulates as a component of the motor vehicle drive train when operated in the active cooling mode of the battery, at least as a partial mass flow between the coolant-coolant-heat exchanger and the battery-heat exchanger, , as a result the heat absorbed from the battery by the coolant in the battery-heat exchanger is transferred to the coolant in the coolant-coolant-heat exchanger.
본 발명의 또 다른 컨셉에 따라, 공기 조화 시스템이 객실용 공급 공기를 위한 가열 모드에서 작동되는 경우에는, 이송 장치에 의해 냉각재 순환계를 통과해서 이송되는 냉각재가 적어도 냉각재-공기-열 교환기와 추가 열 교환기 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 그 결과 추가 열 교환기 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열이 냉각재-공기-열 교환기 내에서 공급 공기로 전달된다.According to another concept of the invention, when the air-conditioning system is operated in the heating mode for the supply air for the cabin, the coolant conveyed by the conveying device through the coolant circulation system has at least a coolant-air-heat exchanger and additional heat. It circulates as a partial mass flow between the exchangers, with the result that the heat absorbed by the coolant in the further heat exchanger is transferred to the feed air in the coolant-air-heat exchanger.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 자동차 구동렬의 구성 요소로서의 배터리가 가열 모드에서 작동하는 경우에는, 냉각재가 추가 가열 열 교환기와 배터리 열 교환기 사이에서 적어도 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 그 결과 추가 가열 열 교환기 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열이 배터리-열 교환기 내에서 배터리로 전달된다.According to a preferred embodiment of the present invention, when a battery as a component of a motor vehicle drive train is operated in heating mode, a coolant circulates as at least a partial mass flow between the additional heating heat exchanger and the battery heat exchanger, as a result of which the additional heating The heat absorbed by the coolant in the heat exchanger is transferred to the battery in the battery-heat exchanger.
공기 조화 시스템, 특히 냉매 순환계는 사용된 냉매와 무관하게 설계되었고, 이로써 또한 R134a, R744, R1234yf 또는 다른 냉매용으로도 설계되었다.The air conditioning system, in particular the refrigerant circulation system, is designed independently of the refrigerant used and is therefore also designed for R134a, R744, R1234yf or other refrigerants.
본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트 또는 열 교환기 어레인지먼트를 갖는 본 발명에 따른 공기 조화 시스템은 다양한 장점들을 갖는다. 열 교환기 어레인지먼트는 조합 열 교환기로서 냉매-공기-증발기를 대체하고, 냉각재-공기-열 교환기와 조합된 상태로 공기 조화 유닛 내부에 배열되어 있으며, 이 경우에는 냉매-공기-열 교환기의 장점과 냉각재-공기-열 교환기의 장점이 하나의 구성 요소 내에 통합되어 있다. 이 경우, 열 교환기 어레인지먼트는 객실용 공급 공기의 냉각을 위해서뿐만 아니라 가열을 위해서도 작동될 수 있으며, 이와 같은 상황은 공기 조화 시스템의 작동 중에 최대 효율에서 최소의 설치 공간을 결과로서 야기한다. 공기 조화 시스템의 효율적인 작동은 더 적은 에너지 소비를 유도하고, 이로써 자동차의 더 높은 유효 범위를 유도한다. 또한, 열 교환기 어레인지먼트 및 공기 조화 시스템은 제조 및 관리시에 그리고 작동 동안에 더 적은 비용을 야기한다.The heat exchanger arrangement according to the invention or the air conditioning system according to the invention with a heat exchanger arrangement has various advantages. The heat exchanger arrangement replaces the refrigerant-air-evaporator as a combined heat exchanger and is arranged inside the air conditioning unit in combination with a coolant-air-heat exchanger, in this case the advantages of the refrigerant-air-heat exchanger and the coolant -The advantages of an air-heat exchanger are integrated in one component. In this case, the heat exchanger arrangement can be operated not only for cooling but also for heating the supply air for the cabin, which results in a minimum footprint at maximum efficiency during operation of the air conditioning system. Efficient operation of the air conditioning system leads to lower energy consumption, which in turn leads to a higher effective range of the vehicle. In addition, heat exchanger arrangements and air conditioning systems result in lower costs in manufacturing and maintenance and during operation.
본 발명의 또 다른 세부 사항, 특징들 및 장점들은 관련 도면들을 참조해서 이루어지는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 나타난다. 여기서:
도 1은 구동 구성 요소, 특히 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계로 송출하기 위한 냉각재 순환계를 갖춘, 공기 조화 시스템의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한, 종래 기술에 따른 냉매 순환계를 도시하고,
도 2는 구동 구성 요소, 특히 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계로 송출하기 위한 그리고 열을 객실용 공급 공기와 함께 전달하기 위한 냉각재 순환계를 갖춘, 본 발명에 따른 공기 조화 시스템의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한 냉매 순환계를 도시하며,
도 3은 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기 및 객실용 공급 공기와 냉각재 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기의 공기 조화 유닛 내부에서의 배열 상태를 도시하고,
도 4a는 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기와 냉각재-공기-열 교환기의 조합 열 교환기로서의 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트를 사시도로 도시하며,
도 4b는 열 교환기 어레인지먼트를 측면도로 도시하고,
도 5는 객실용 공급 공기의 냉각 장치 모드에서 그리고 배터리의 냉각 모드에서 동작하는 경우에, 도 2에 도시된 공기 조화 시스템을 도시하며, 그리고
도 6은 객실용 공급 공기의 가열 모드에서 그리고 배터리의 가열 모드에서 동작하는 경우에, 도 2에 도시된 공기 조화 시스템을 도시한다.Further details, features and advantages of the present invention emerge from the following detailed description of embodiments made with reference to the associated drawings. here:
1 shows according to the prior art for cooling and/or dehumidifying the supply air for the cabin of an air conditioning system, with a coolant circulation system for regulating the temperature of the drive components, in particular the batteries and for sending heat to the refrigerant circulation system; shows the refrigerant circulation system,
2 shows a passenger compartment of an air conditioning system according to the invention, with a coolant circulation system for regulating the temperature of the drive components, in particular the battery and for sending heat to the refrigerant circulation system and for transferring the heat together with the supply air for the passenger compartment; a refrigerant circulation system for cooling and/or dehumidifying supply air for
3 shows the arrangement inside the air conditioning unit of a refrigerant-air-heat exchanger operating as an evaporator of the refrigerant and a coolant-air-heat exchanger for transferring heat between the coolant and supply air for the cabin;
4a shows in perspective view a heat exchanger arrangement according to the invention as a combined heat exchanger of a refrigerant-air-heat exchanger and a coolant-air-heat exchanger operating as an evaporator of the refrigerant;
4b shows the heat exchanger arrangement in a side view;
FIG. 5 shows the air conditioning system shown in FIG. 2 , when operating in the cooling mode of the supply air for the cabin and in the cooling mode of the battery, and
6 shows the air conditioning system shown in FIG. 2 when operating in the heating mode of the supply air for the cabin and in the heating mode of the battery;
도 1은, 구동 구성 요소, 특히 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계(2')로 송출하기 위한 냉각재 순환계(3')를 갖춘, 공기 조화 시스템(1')의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한, 종래 기술에 따른 냉매 순환계(2')를 보여준다.1 shows supply air for the cabin of an
냉매 순환계(2')는, 압축기(4), 커패시터/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기(5), 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6), 그리고 제2 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기(12) 및 상기 증발기(6, 12)에 할당된 팽창 기관(7, 13)을 구비하여 형성되어 있다. 증발기(6, 12)는 서로 동시에 냉매를 공급받을 수 있도록 배열되어 있다.The refrigerant circulation system 2' consists of a compressor 4, a
제1 증발기(6)는 앞에 놓인 팽창 기관(7)을 구비하여 제1 유동 경로(8) 내부에 배열되어 있으며, 제1 유동 경로는 분기 지점(9)으로부터 입구 지점(10)까지 연장된다. 냉매-공기-열 교환기로서 형성된 제1 증발기(6)는 객실용 공급 공기를 조절하도록, 특히 냉각 및/또는 탈습하도록 구성되어 있다.A
제2 증발기(12)는 앞에 놓인 팽창 기관(13)을 구비하여 제2 유동 경로(11) 내부에 배열되어 있으며, 제2 유동 경로는 마찬가지로 분기 지점(9)으로부터 입구 지점(10)까지 연장되고, 이로써 제1 유동 경로(8)에 대해 평행하게 진행한다. 냉매 순환계(2')의 냉매-냉각재-열 교환기로서 형성되었고 냉매 순환계(2')를 냉매 순환계(3')와 열적으로 연결시키는 제2 증발기(12)는, 열을 냉각재 순환계(3')의 냉각재로부터 냉매 순환계(2')의 냉매로 전달하도록 구성되어 있다.A
팽창 기관(7, 13)은 바람직하게 팽창 밸브로서 형성되어 있으며, 이들 팽창 밸브에 의해서 냉매의 질량 흐름이 유동 경로(8, 11)를 통과하는 부분 질량 흐름으로 세분될 수 있다. 이 경우, 증발기(6, 12)를 통과하는 질량 흐름은 0% 내지 100%에서 무단으로 설정될 수 있다. 부분 질량 흐름은 입구 지점(10)에서 합쳐진다.The
압축기(4)는 공기 조화 시스템(1'), 특히 냉매 순환계(2')의 작동 모드에 따라 냉매를 유동 경로(8, 11)로부터 흡인한다. 냉매 순환계(2')는 폐쇄되어 있다.The compressor 4 draws the refrigerant from the
냉각재 순환계(3')는, 냉매용 증발기로서 작동되고 냉매 순환계(2')에 대한 열적 연결부로서 이용되는 냉매-냉각재-열 교환기(12) 외에 이송 장치(30), 특별히 냉각재 펌프, 및 열을 냉각재로 전달하기 위한 추가 가열 열 교환기(31)를 구비한다. 추가 가열 열 교환기(31), 냉매-냉각재-열 교환기(12) 및 이송 장치(30)는 연속으로 냉각재를 공급받을 수 있도록 냉각재 순환계(3') 내에 배열되어 있다. 추가 가열 열 교환기(31), 바람직하게 저항 가열 장치와 같은 전기식 추가 가열기에 의해서는, 필요시 냉각재에 의해서 송출될 열로 추가의 열이 제공될 수 있다.The coolant circulating system 3', in addition to the refrigerant-coolant-
냉각재 순환계(3')는 구동렬의 구성 요소, 특히 배터리를 냉각시키기 위하여 배터리-열 교환기(32)를 구비하여 형성되어 있다. 배터리-열 교환기(32)에 의해서는, 열 교환기를 통과해서 흐르는 냉각재와 직접 배터리 사이에서, 특히 하이 볼트 배터리 사이에서 열이 전달될 수 있다. 냉각재 순환계(3') 내에서 순환하고 특히 구동렬의 구성 요소로서의 배터리를 조절하기 위한, 특별히 냉각시키기 위한 냉각재는 냉매-냉각재-열 교환기(12)를 관류할 때에 능동적으로 냉각된다.The coolant circulation system 3' is formed with a battery-
도 2에는, 구동 구성 요소, 특히 배터리, 특별히 하이 볼트 배터리의 온도를 조절하기 위한 그리고 열을 냉매 순환계(2)로 송출하기 위한 그리고 열을 객실용 공급 공기와 함께 전달하기 위한 냉각재 순환계(3)를 갖춘, 본 발명에 따른 공기 조화 시스템(1)의 객실용 공급 공기를 냉각 및/또는 탈습하기 위한 냉매 순환계(2)가 도시되어 있다.2 shows a
냉매 순환계(2)는 도 1에 도시된 공기 조화 시스템(1')의 냉매 순환계(2')와 유사하게 형성되어 있다. 냉매 순환계(2, 2')의 중요한 차이점은, 도 2에 따른 냉매 순환계(2) 내에서 조합된 열 교환기로서 또는 조합 열 교환기로서 열 교환기 어레인지먼트(40) 내에 형성되어 있는, 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)의 형성에 있다. 이 경우, 냉매 순환계(2, 2')의 동일한 구성 요소들에는 동일한 참조 부호들이 제공되어 있다.The
도 1에 도시된 공기 조화 시스템(1')의 냉각재 순환계(3')와 비교할 때, 구동렬의 구성 요소, 특히 배터리를 냉각시키기 위한 도 2에 도시된 공기 조화 시스템(1)의 냉각재 순환계(3)도 배터리-열 교환기(32)를 구비하여 제1 유동 경로(33) 내부에 배열된 상태로 형성되어 있다. 제1 유동 경로(33)는 분기 지점(34)으로부터 입구 지점(35)까지 연장된다.In comparison with the coolant circulation system 3' of the air conditioning system 1' shown in Fig. 1, the
냉각재 순환계(3)의 제1 유동 경로(33)에 대해 평행하게, 마찬가지로 분기 지점(34)으로부터 입구 지점(35)까지 연장되는 제2 유동 경로(36)가 제공되어 있다. 제2 유동 경로(36) 내부에는, 객실용 공급 공기와 냉각재 순환계(3)의 냉각재 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기(37)가 배열되어 있다. 분기 지점(34)은 바람직하게, 냉각재의 질량 흐름을 유동 경로(33, 36)를 통과하는 부분 질량 흐름으로 세분할 수 있는 3-방향-밸브로서 형성되어 있다. 이 경우, 냉각제의 질량 흐름은 0% 내지 100%에서 무단으로 설정될 수 있다. 부분 질량 흐름은 입구 지점(35)에서 재차 합쳐진다.Parallel to the
냉각재 순환계(3)의 냉각재-공기-열 교환기(37)는, 냉매 순환계(2)의 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)를 조합된 열 교환기로서 또는 조합 열 교환기로서 구비하여 열 교환기 어레인지먼트(40) 내에 배열되어 있다.The coolant-air-
도 3은, 냉매의 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6) 및 객실용 공급 공기와 냉각재 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기(37)의 공기 조화 유닛(60) 내부에서의 배열 상태를 보여준다. 냉매-공기-열 교환기(6) 및 냉각재-공기-열 교환기(37)는 열 교환기 어레인지먼트(40) 내에 있는 조합 열 교환기로서 그리고 이로써 하나의 유닛으로서 형성되어 있다.3 shows an
공기 조화 유닛(60)은, 객실로부터 유래하는 순환 공기용 유입구(63) 및 주변으로부터 유래하는 신선한 공기용 유입구(64)를 갖는 하우징(61)을 구비한다. 유입구(63, 64)는 공기 안내 장치(65)에 의해서 필요에 따라 개방 또는 폐쇄되며, 이 경우 유입구(63, 64)의 유동 횡단면은 0% 내지 100%에서 무단으로 차단 또는 개방될 수 있다.The
송풍기(62)에 의해서 유입구(63, 64) 중 하나 이상의 유입구를 통해 흡입되는 공기 질량 흐름은 먼저 열 교환기 어레인지먼트(40)를 통과해서 안내된다. 열 교환기 어레인지먼트(40)는 냉매-공기-열 교환기(6)의 2개의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)로부터 형성되어 있다. 냉매-공기-열 교환기(6)의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b) 사이에 열 교환기 어레인지먼트(40)의 추가 열 교환기 열(40-37)로서의 냉각재-공기-열 교환기(37)가 배열되어 있음으로써, 결과적으로 조절될 공급 공기는 유동 방향(66)으로 연속으로 냉매-공기-열 교환기(6)의 제1 열 교환기 열(40-6a), 제2 열 교환기 열(40-37)로서의 냉각재-공기-열 교환기(37), 및 냉매-공기-열 교환기(6)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 관류하게 된다. 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)은 열 교환기 어레인지먼트(40)로서 각각 하우징(61)의 전체 유동 횡단면을 차지하도록 형성되어 있다.The air mass flow drawn by the
필요에 따라 그리고 공기 안내 장치(67), 특히 온도 플랩의 위치에 따라, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류할 때 적어도 예비 조절된 공기는, 한 편으로 제1 유동 경로 내부로 흐를 수 있는 동시에 가열 열 교환기(68)를 통과해서 흐를 수 있으며, 가열될 수 있다. 다른 한 편으로, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류할 때 적어도 예비 조절된 공기는, 제1 유동 경로 쪽 바이패스로서 형성된 제2 유동 경로 내부로 안내될 수 있고, 이로써 가열 열 교환기(68)를 스쳐서 안내될 수 있다.Depending on the need and depending on the position of the
유동 경로의 유동 횡단면은 0% 내지 100%에서 무단으로 폐쇄 또는 개방될 수 있다. 그 다음에, 유동 경로를 통과해서 안내되는 공급 공기의 질량 흐름이 작동 모드에 따라 혼합된 상태에서 또는 혼합되지 않은 상태에서 유동 방향(66)으로 객실 내부로 안내된다.The flow cross-section of the flow path can be closed or open endlessly from 0% to 100%. The mass flow of supply air, which is guided through the flow path, is then directed into the cabin interior in a
가열 열 교환기(68)는 하우징(61)의 제1 유동 경로의 전체 유동 횡단면을 차지하도록 배열되어 있고, 예를 들어 냉각재 순환계의 냉각재-공기-열 교환기로서, 간략히 공기-PTC로서 지칭되는 전기식 저항 가열 장치로서, 특히 전기식 저항-공기 가열 장치로서, 냉매 순환계의 내부 공간-커패시터/가스 냉각기 또는 객실용 공급 공기를 가열하기 위한 임의의 다른 장치로서 형성될 수 있다.The
공기 조화 시스템(1)의 작동 모드에 따라, 냉각재 순환계(3)의 냉각재-공기-열 교환기(37)를 갖춘 열 교환기 어레인지먼트(40)는, 특히 또한 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)와 더불어, 냉각을 위한 냉각재 기반의 확장된 냉각 열 교환기로서 이용될 수 있거나, 객실 내부로 유입되는 공급 공기를 가열하기 위한 가열 열 교환기로서 이용될 수 있다. 열 교환기 어레인지먼트(40)는 조합 열 교환기로서, 냉매 순환계(2)와도 연결되어 있고, 냉각재 순환계(3), 특별히 저온 냉각재 순환계와도 연결되어 있다.Depending on the operating mode of the
도 4a 및 도 4b에는, 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)와 냉각재-공기-열 교환기(37)의 조합 열 교환기로서의 본 발명에 따른 열 교환기 어레인지먼트(40)가 사시도로 그리고 측면도로 도시되어 있다.4a and 4b, a
열 교환기 어레인지먼트(40)는 3열의 직교 대향류(cross counterflow)-열 교환기로서 형성되어 있으며, 이 경우 공기 유동 방향(66)으로 외부에 배열된 제1 열 교환기 열(40-6a) 및 제3 열 교환기 열(40-6b)에는 냉매가 공급될 수 있는 한편, 외부 열 교환기 열(40-6a, 40-6b) 사이에 배열된 중간의 제2 열 교환기 열(40-37)은 냉각재에 의해서 관류될 수 있다. 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 순서에 대한 지시는 객실용 공급 공기의 유동 방향(66) 및 공급 공기가 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)을 연속해서 흐르는 것과 관련이 있다.The
냉매는, 제3 열 교환기 열(40-6b)에 형성된 유입구(41)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40) 내부로 흐르고, 연결 라인(43)을 통해 제1 열 교환기 열(40-6a)로 안내되며, 제1 열 교환기 열(40-6a)에 형성된 배출구(45)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40)로부터 배출된다. 연결 라인(43)에 의해서는, 제3 열 교환기 열(40-6b)에 제공된 냉매용 배출구(42)가 제1 열 교환기 열(40-6a)에 제공된 냉매용 유입구(44)와 결합되어 있다. 따라서, 팽창 기관(7)으로부터 배출되고 2-위상 영역에 존재하는 냉매는 제3 열 교환기 열(40-6b) 내부로 안내되고, 제3 열 교환기 열(40-6b)로부터 제1 열 교환기 열(40-6a)로 전달되며, 제1 열 교환기 열(40-6a)로부터 방출된 후에 압축기(4)에 의해서 흡인된다.The refrigerant flows into the
냉매의 제3 열 교환기 열(40-6b)의 유입구(41) 및 냉매의 제1 열 교환기 열(40-6a)의 배출구(45)는 각각 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 제1 전면에 그리고 이로써 열 교환기 어레인지먼트(40)의 공동의 제1 측면에 배열되어 있다. 또한, 연결 라인(43)을 통해서 서로 결합된 냉매의 제3 열 교환기 열(40-6b)의 배출구(42) 및 냉매의 제1 열 교환기 열(40-6a)의 유입구(44)는 각각 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 제1 전면에 마주 놓여 있는 제2 전면에 그리고 이로써 열 교환기 어레인지먼트(40)의 공동의 제2 측면에 형성되어 있다.The
냉매가 공급되는 외부 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)은 수직 방향으로 그리고 서로에 대해 평행하게 정렬된 유동 경로를 구비한다. 이들 유동 경로는 파이프, 특히 플랫 파이프로부터 형성되어 있으며, 이들 파이프는 각각 수평 방향으로 정렬 배열된 2개의 수집기 파이프 사이에서 연장된다. 각각 제1 수집기 파이프에 형성된 유입구(41, 44)를 통과해서 열 교환기 열(40-6a, 40-6b) 내부로 유입되는 냉매는 제1 수집기 파이프 내에서 유동 경로로 분배된다. 그 다음에, 냉매는 유동 경로를 형성하는 파이프를 통과해서 제2 수집기 파이프로 흐르고 혼합된다. 이때, 각각의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)은 플루트(flute)로서도 지칭되는 상이한 개수의 파이프를 갖는 복수의 냉매 관통구를 구비할 수 있다. 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 플루트의 개수에 따라, 수집기 파이프 내의 냉매는 유동 방향으로 방향 전환되고, 다른 유동 경로를 통해서 마주 놓여 있는 수집기 파이프로 역으로 안내되거나 개별 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 제2 수집기 파이프로부터 외부로 안내된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 열 교환기 어레인지먼트(40)의 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)은 바람직하게 편류(single-flow)로 형성되어 있지만, 또한 냉매를 위한 홀수 개수의 플루트를 구비할 수도 있다.The external heat exchanger rows 40-6a, 40-6b to which the refrigerant is supplied have flow paths aligned vertically and parallel to each other. These flow paths are formed from pipes, in particular flat pipes, each extending between two collector pipes arranged in a horizontal direction. Refrigerant flowing into the heat exchanger rows 40-6a, 40-6b through the
냉각재는, 제2 열 교환기 열(40-37)에 형성된 유입구(46)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40) 내부로 흐르고, 마찬가지로 제2 열 교환기 열(40-37)에 형성된 배출구(47)를 통과해서 열 교환기 어레인지먼트(40)로부터 배출된다. 냉각재의 제2 열 교환기 열(40-37)의 유입구(46) 및 배출구(47)는 상기 열 교환기 열(40-37)의 공동의 일 전면에 그리고 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제2 전면에 배열되어 있다.The coolant flows into the
냉각재가 공급되는 내부 또는 중간 열 교환기 열(40-37)은 수평 방향으로 그리고 서로에 대해 평행하게 정렬된 유동 경로를 구비한다. 이들 유동 경로는 파이프, 특히 플랫 파이프로부터 형성되어 있으며, 이들 파이프는 각각 수직 방향으로 정렬 배열된 2개의 수집기 파이프 사이에서 연장된다. 각각 제1 수집기 파이프에 형성된 유입구(46)를 통과해서 열 교환기 열(40-37) 내부로 유입되는 냉각재는 제1 수집기 파이프 내에서 유동 경로로 분배된다. 그 다음에, 냉각재는 유동 경로를 형성하는 파이프를 통과해서 제2 수집기 파이프로 흐르고 혼합되며, 유동 방향으로 방향 전환되어 다른 유동 경로에 분배된다. 제2 열 교환기 열(40-37)도 마찬가지로 플루트로서 지칭되는 상이한 개수의 파이프를 갖는 2개 이상의 냉각재 관통구를 구비함으로써, 결과적으로 냉각재는 유동 경로를 통과해서 제1 수집기 파이프로 역류된다. 그 다음에, 냉각재는 제2 열 교환기 열(40-37)의 배출구(47)로부터 외부로 안내된다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제2 열 교환기 열(40-37)은 바람직하게 복류(double-flow)로 형성되어 있지만, 또한 냉각재를 위한 짝수 개수의 플루트를 구비할 수도 있다.The internal or intermediate heat exchanger rows 40-37 to which the coolant is supplied have flow paths aligned horizontally and parallel to each other. These flow paths are formed from pipes, in particular flat pipes, which each extend between two collector pipes aligned in a vertical direction. The coolant flowing into the heat exchanger rows 40-37 through
또한, 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 파이프들은 임의의 방위로, 다시 말해 각각 수직 방향으로 또는 수평 방향으로 정렬될 수 있다. 이 경우, 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 파이프들은 항상 공동의 일 방향으로 그리고 서로에 대해 평행하게 배열되어 있다.Further, the pipes of the heat exchanger rows 40-6a, 40-37, 40-6b may be aligned in any orientation, ie in a vertical or horizontal direction respectively. In this case, the pipes of the heat exchanger rows 40-6a, 40-37, 40-6b are always arranged in one direction of the cavity and parallel to each other.
열 교환기 어레인지먼트(40)의 그리고 이로써 3개의 모든 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 모든 파이프가 동일하게 정렬된 경우에는, 공기 측에 연속으로 형성된 그리고 이로써 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b) 위로 연장되는 리브(49) 또는 블레이드(blade)가 제공될 수 있으며, 이들은 열 교환기 어레인지먼트(40)의 전체 코어를 통과해서 연장된다. 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)의 파이프들 사이에 배열되어 있고 이들 파이프를 서로 연결시키는 리브(49)에 의해서는, 예를 들어 열 교환기 면적이 확대된다.If all pipes of the
열 교환기 어레인지먼트(40)를 고정시키기 위해, 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)은 또한 연결 요소(48)를 통해 기계식으로 서로 결합되어 있다.To secure the
도 5 및 도 6에는, 도 2에 도시된 공기 조화 시스템(1)의 다양한 작동 모드가 도시되어 있다. 냉매 순환계(2) 내부에서의 냉매의 유동 방향 및 냉각재 순환계(3) 내부에서의 냉각재의 유동 방향은 각각 화살표에 의해서 표시되어 있다.5 and 6 show various operating modes of the
도 5에는, 객실용 공급 공기의 냉각 장치 모드에서 그리고 배터리의 냉각 모드에서 동작하는 경우에, 공기 조화 시스템이 도시되어 있다.In figure 5 the air conditioning system is shown when operating in the cooling mode of the supply air for the cabin and in the cooling mode of the battery.
공기 조화 유닛(60)을 통과해서 안내되는 객실용 공급 공기는, 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)의 외부 열 교환기 열(40-6a, 40-6b)의 열 교환 면을 관류할 때에 그리고 열 교환기 어레인지먼트(40)의 구성 요소로서의 냉각재-공기-열 교환기(37)이 중간 열 교환기 열(40-37)을 관류할 때에 냉각 및/또는 탈습된다. 열 교환기 어레인지먼트(40)를 통과해서 흐르는 공급 공기를 조절하기 위하여, 열 교환기 어레인지먼트(40)에는 냉매뿐만 아니라 냉각재도 공급된다.The supply air for the cabin, guided through the
가열 열 교환기(68)에는, 공기 조화 유닛(60)의 제2 유동 경로를 통과해서 가열 열 교환기(68) 둘레로 안내되는 공급 공기가 제공되지 않는다. 이로써, 가열 열 교환기(68) 내에서는 열이 전혀 전달되지 않게 된다.The
냉매에 의해서 냉매 순환계(2)로부터 방출되는 열은 커패시터/가스 냉각기로서 작동되는 열 교환기(6) 내에서 완전히 전달된다. 그 다음에, 냉매가 유동 경로(8, 11)에 분배된다. 제1 증발기(6)의 제1 팽창 기관(7) 내에서 그리고 제2 증발기(12)의 제2 팽창 기관(13) 내에서는, 각각 냉매의 부분 질량 흐름이 저압 수준으로 이완되고, 증발기(6, 12)를 관류할 때 열 흡수에 의해서 증발된다. 냉매 순환계의 부분 질량 흐름은 입구 지점(10)에서 혼합되고, 압축기(4)에 의해서 흡인된다.The heat released by the refrigerant from the
3-방향-밸브로서 형성된 분기 지점(34)의 위치를 이용해서, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3) 내부에서 이송되는 냉각재는, 제1 유동 경로(33)를 통과하고 이로써 배터리-열 교환기(32)를 통과하는 제1 부분 흐름, 및 제2 유동 경로(36)를 통과하고 이로써 냉각재-공기-열 교환기(37)를 통과하는 제2 부분 흐름으로 세분된다. 냉각재가 한 편으로는 냉매 순환계(2)의 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기(12)와 다른 한 편으로는 배터리-열 교환기(32) 및 냉각재-공기-열 교환기(37) 사이에서 순환됨으로써, 결과적으로 배터리-열 교환기(32) 내에서 배터리에 의해 흡수된 열뿐만 아니라 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 객실용 공급 공기에 의해 냉각재로부터 흡수된 열도 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서 완전히 냉매로 송출된다. 냉각재의 부분 질량 흐름은 입구 지점(35)에서 혼합된다. 추가 가열 열 교환기(31)는 작동하지 않는다.Using the position of the
냉매-냉각재-열 교환기(12)는, 냉방 능력을 객실용 공급 공기를 위해서 그리고 주로 배터리를 냉각시키기 위해서 제공하도록 작동된다. 이 경우, 냉각재는, 주변 온도 값 아래에 놓여 있는 온도 값으로 냉각된다.The refrigerant-coolant-
열 교환기 어레인지먼트(40)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 통과해서 흐르는 냉매의 액체 상태의 적어도 일 부분이 증발된다. 그 다음에 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제1 열 교환기 열(40-6a)을 관류할 때에, 냉매의 액체 상태가 완전히 증발되고, 이때부터 증기 형태의 냉매는 상황에 따라 과열된다. 과열을 보장하기 위하여, 더 높은 온도의 공급 공기가 제1 열 교환기 열(40-6a)를 스쳐서 흐른다. 제1 열 교환기 열(40-6a)을 관류할 때에, 공급 공기가 예비 냉각되고, 그 다음에 제2 열 교환기 열(40-37)에서 계속 냉각된다. 마지막으로, 공급 공기는 원하는 온도로 열 교환기 어레인지먼트(40)의 제3 열 교환기 열(40-6b)로부터 배출된다.At least a portion of the liquid phase of the refrigerant flowing through the third heat exchanger rows 40 - 6b of the
열 교환기 어레인지먼트(40)에 의해서 객실 공급 공기에 대한 냉각 능력이 확장되는데, 그 이유는 냉매뿐만 아니라 냉각재까지도 공급 공기의 조절을 위해서 사용되기 때문이다. 냉매와 냉각재의 조합된 사용에 의해서는, 또한 객실용 공급 공기의 냉각을 위한 더욱 신속한 냉각 다이내믹과 더불어 더 높은 냉방 능력이 제공될 수 있다. 이 경우, 또한 한 편으로는, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류하는 공급 공기가 종래의 냉매-증발기를 사용하는 경우보다 더 냉각될 수 있다. 다른 한 편으로는, 냉매가 더 높은 온도로 과열될 수 있으며, 이 경우에는 더 높은 과열도 허용될 수 있다. 공기 조화 시스템(1)은 종래의 시스템들보다 높은 효율로 작동될 수 있다.The cooling capacity for the cabin supply air is expanded by the
3개의 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)을 갖는 열 교환기 어레인지먼트(40)의 사용에 의해서, 열 교환기 어레인지먼트(40)의 배출구에서는 공급 공기의 매우 균일한 온도 맵이 설정된다.By using a
열 교환기 어레인지먼트(40)의 제2 열 교환기 열(40-37)의 냉각제 관통구는, 동일한 조건하에 공기 측에서는 증발기로서 작동되는 종래의 냉매-공기-열 교환기의 경우보다 적은 압력 강하가 발생하도록 형성되어 있다.The coolant through-holes of the second heat exchanger rows 40-37 of the
도면에 도시되지 않은 재가열 모드에서는, 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류할 때 냉각된 그리고/또는 탈습된 공급 공기가 공기 조화 유닛(60)의 제1 유동 경로를 통과해서 안내되고, 가열 열 교환기(68)를 관류할 때에 가열된다. 공기 안내 장치(67)는, 공기의 적어도 일 부분 질량 흐름이 제1 유동 경로를 통과해서 안내되도록 설정되어 있다.In a reheating mode not shown in the figure, cooled and/or dehumidified supply air is guided through the first flow path of the
도 6은, 냉각재 순환계(3)의 추가 열 교환기(31)의 작동과 더불어, 객실용 공급 공기의 가열 모드에서 그리고 배터리의 가열 모드에서 동작하는 경우에, 공기 조화 시스템(1)을 보여준다. 냉매 순환계(2)의 압축기(4)는 작동하지 않는다. 냉매 순환계(2) 내에서 냉매가 순환되지 않음으로써, 결과적으로 열이 전혀 전달되지 않는다.6 shows the
공기 조화 유닛(60)을 통과해서 안내되는 객실용 공급 공기는, 열 교환기 어레인지먼트(40)의 구성 요소로서의 냉각재-공기-열 교환기(37)의 중간 열 교환기 열(40-37)의 열 교환 면을 관류할 때에 가열된다. 열 교환기 어레인지먼트(40)를 관류하는 공급 공기를 조절하기 위하여, 열 교환기 어레인지먼트(40)에는 오로지 냉각재만 공급된다. 또한, 가열 열 교환기(68)에는, 공기 조화 유닛(60)의 제1 유동 경로를 통과해서 안내되는 공급 공기가 제공될 수 있다. 이로써, 열 교환기 어레인지먼트(40)는, 공급 공기를 예비 가열한 후에 가열 열 교환기(68) 내에서 원하는 온도로 가열하기 위하여, 객실용 공급 공기를 가열하기 위한 유일한 열원으로서 또는 추가 가열 장치로서 사용될 수 있다.The supply air for the cabin, which is guided through the
3-방향-밸브로서 형성된 분기 지점(34)의 위치를 이용해서, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3) 내부에서 이송되는 냉각재는, 제1 유동 경로(33)를 통과하고 이로써 배터리-열 교환기(32)를 통과하는 제1 부분 흐름, 및 제2 유동 경로(36)를 통과하고 이로써 냉각재-공기-열 교환기(37)를 통과하는 제2 부분 흐름으로 세분된다. 냉각재는 한 편으로는 추가 가열 열 교환기(31)와 다른 한 편으로는 배터리-열 교환기(32) 및 냉각재-공기-열 교환기(37) 사이에서 순환된다. 냉각재의 부분 질량 흐름은 입구 지점(35)에서 혼합된다. 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)는, 전체 냉매 순환계(2)와 마찬가지로 작동하지 않는다.Using the position of the
추가 가열 열 교환기(31)는, 특히 전기식 저항 가열 장치를 사용해서 냉각재를 주변 온도 값 위에 있는 온도 값으로 가열하도록 그리고 결과적으로 객실용 공급 공기를 위한 그리고 배터리를 가열하기 위한 열 출력을 제공하도록 작동된다.The additional
따라서, 입구 지점(35)에서 혼합된 냉각재는 열을 흡수하기 위하여 추가 가열 열 교환기(31)를 관류하게 된다. 냉매-냉각재-열 교환기(12)에 냉매가 공급되지 않기 때문에, 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서는 열이 전달되지 않으며, 그 결과 추가 가열 열 교환기(31) 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열은 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 객실용 공급 공기로 그리고/또는 배터리-열 교환기(32) 내에서 배터리로 전달된다. 그 결과, 배터리뿐만 아니라 객실용 공급 공기도 별도로 또는 동시에 가열될 수 있다. 추가 가열 열 교환기(31)는 객실용 공급 공기를 위한 또는 배터리를 위한 열원으로서 이용된다. 냉각재-공기-열 교환기(37)는 공급 공기를 위한 가열 열 교환기로서 사용된다. 공기 조화 시스템(1)는 가열 모드에서 작동되는 경우에도 종래의 시스템보다 높은 효율로 작동될 수 있다.Thus, the mixed coolant at the
이 경우, 열 교환기 어레인지먼트(40)는 공기 조화 유닛(60) 내부에 배열된 가열 열 교환기(68)에 추가하여, 공급 공기를 가열하기 위한 독자적인 가열기로서 사용될 수 있으며, 이와 같은 상황은 공급 공기의 더욱 균일한 온도 성층을 가능하게 한다. 이로써, 열 펌프 시스템의 구성 요소로서의 냉매 순환계(2)가 생략된 경우에도, 객실용 공급 공기 및 배터리를 가열하기 위해 단 하나의 전기식 저항 가열 장치만을 사용하는 것이 가능해진다. 결국에는, 공급 공기를 가열하기 위한 전기식 저항 가열 장치에 대한 비용이 생략될 수 있다.In this case, the
공기 조화 시스템(1)이 도면에 도시되지 않은 열 펌프 모드에서 작동되는 경우에, 열 교환기 어레인지먼트(40)는 또한, 객실의 순환 공기로부터 유래하는 열을 흡수하기 위한 그리고 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서 증발 열로서 냉매로 전달하기 위한 추가의 열원으로서 사용될 수도 있다.When the
공기 조화 시스템(1)은 예를 들어 우선은 도 6에 따른 작동 모드에서 작동되고, 이로써 한 편으로는 객실 내의 공기를 단시간 안에 가열하기 위하여 그리고 다른 한 편으로는 배터리를 직접 가열하기 위하여 예비 조절 모드에서 작동되는 한편, 자동차의 배터리는 플러그 소켓에서 그리고 이로써 자동차의 정지 상태에서 충전된다. 이 모드는, 특히 주변 온도가 낮은 경우에 배터리를 특정 온도 범위 안에서 유지하기 위해 필요하다. 또한, 배터리는, 특히 큰 열적인 질량으로 인해, 열 저장기로서 사용될 수도 있다. 저장된 열은 추후에 예를 들어 열 펌프 모드에서 작동될 때 냉매를 증발시키기 위한 열원으로서 사용될 수 있다.The
1, 1': 공기 조화 시스템
2, 2': 냉매 순환계
3, 3': 냉각재 순환계
4: 냉매 순환계용 압축기
5: 열 교환기, 커패시터/가스 냉각기
6: 냉매-공기-열 교환기, 제1 증발기
7: 제1 팽창 기관
8: 제1 유동 경로
9: 분기 지점
10: 입구 지점
11: 제2 유동 경로
12: 냉매-냉각재-열 교환기, 제2 증발기
13: 제2 팽창 기관
30: 냉각재 순환계용 이송 장치
31: 추가 가열 열 교환기
32: 배터리-열 교환기
33: 제1 유동 경로
34: 분기 지점
35: 입구 지점
36: 제2 유동 경로
37: 냉각재-공기-열 교환기
40: 열 교환기 어레인지먼트
40-6a: 제1 열 교환기 열 - 냉매-공기-열 교환기(6)
40-37: 제2 열 교환기 열 - 냉각재-공기-열 교환기(37)
40-6b: 제3 열 교환기 열 - 냉매-공기-열 교환기(6)
41: 제3 열 교환기 열(40-6b)의 냉매용 유입구
42: 제3 열 교환기 열(40-6b)의 냉매용 배출구
43: 냉매의 연결 라인
44: 제1 열 교환기 열(40-6a)의 냉매용 유입구
45: 제1 열 교환기 열(40-6a)의 냉매용 배출구
46: 냉각재용 유입구
47: 냉각재용 배출구
48: 연결 요소
49: 리브
60: 공기 조화 유닛
61: 하우징
62: 송풍기
63: 순환 공기용 유입구
64: 신선한 공기용 유입구
65: 공기 안내 장치
66: 공급 공기용 유동 장치
67: 공기 안내 장치
68: 가열 열 교환기1, 1': air conditioning system
2, 2': refrigerant circulation system
3, 3': coolant circulation system
4: Compressor for refrigerant circulation system
5: Heat exchanger, capacitor/gas cooler
6: Refrigerant-air-heat exchanger, first evaporator
7: first expansion organ
8: first flow path
9: Branch point
10: Entrance point
11: second flow path
12: refrigerant-coolant-heat exchanger, second evaporator
13: second expansion organ
30: transfer device for coolant circulation system
31: additional heating heat exchanger
32: battery-heat exchanger
33: first flow path
34: branch point
35: entrance point
36: second flow path
37: coolant-air-heat exchanger
40: heat exchanger arrangement
40-6a: first heat exchanger heat - refrigerant-air-heat exchanger (6)
40-37: second heat exchanger heat-coolant-air-heat exchanger (37)
40-6b: third heat exchanger heat - refrigerant-air-heat exchanger (6)
41: inlet for refrigerant of the third heat exchanger row 40-6b
42: outlet for the refrigerant of the third heat exchanger row (40-6b)
43: connection line of refrigerant
44: inlet for refrigerant of the first heat exchanger row 40-6a
45: outlet for the refrigerant of the first heat exchanger column (40-6a)
46: inlet for coolant
47: outlet for coolant
48: connection element
49: rib
60: air conditioning unit
61: housing
62: blower
63: inlet for circulating air
64: fresh air inlet
65: air guide device
66: flow device for supply air
67: air guide device
68: heating heat exchanger
Claims (22)
상기 열 교환기 어레인지먼트(40)가 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 하나 이상의 제1 열 교환기 열(40-6a), 냉각재 순환계(3)의 냉각재를 공급할 수 있는 냉각재-공기-열 교환기(37)의 제2 열 교환기 열(40-37), 및 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 구비하며,
상기 열 교환기 열(40-6a, 40-37, 40-6b)은 순서에 따라 제1 열 교환기 열(40-6a), 제2 열 교환기 열(40-37) 및 제3 열 교환기 열(40-6b)에 연속으로 공기가 공급될 수 있도록 배열되고,
상기 제1 열 교환기 열(40-6a) 및 상기 제3 열 교환기 열(40-6b)에는 냉매가 공급되고, 상기 제1 열 교환기 열(40-6a) 및 상기 제3 열 교환기 열(40-6b) 사이에 배열된 상기 제2 열 교환기 열(40-37)은 냉각재에 의해 관류되는, 3열의 직교 대향류(cross counterflow) 열교환기로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)용 열 교환기 어레인지먼트(40).A refrigerant circulation system (2) and a coolant circulation system (3) are provided, wherein the refrigerant circulation system (2) is provided with a refrigerant-air-heat exchanger (6), and the coolant circulation system (3) is a coolant-air-heat A heat exchanger arrangement (40) for an automobile air conditioning system (1) for regulating supply air for a passenger compartment, the heat exchanger arrangement (40) being provided with an exchanger (37),
One or more first heat exchanger rows 40-6a of the refrigerant-air-heat exchanger 6, the heat exchanger arrangement 40 being able to supply the refrigerant of the refrigerant circulation system 2, the coolant of the refrigerant circulation system 3 The second heat exchanger heat 40-37 of the coolant-air-heat exchanger 37 can supply, and the third heat exchanger of the refrigerant-air-heat exchanger 6 can supply the coolant of the refrigerant circulation system 2 . having a row (40-6b),
The heat exchanger rows 40-6a, 40-37, 40-6b are, in order, a first heat exchanger row 40-6a, a second heat exchanger row 40-37 and a third heat exchanger row 40 arranged so that air can be continuously supplied to -6b),
Refrigerant is supplied to the first heat exchanger row 40-6a and the third heat exchanger row 40-6b, and the first heat exchanger row 40-6a and the third heat exchanger row 40- 6b) The second heat exchanger row (40-37) arranged between is formed as three rows of cross counterflow heat exchangers, which are flown through by the coolant, an automobile air conditioning system (1) For heat exchanger arrangement (40).
- 증발기로서 작동되는 냉매-냉각재-열 교환기(12)를 갖춘 냉각재 순환계(3)를 구비하는, 공기 조화 시스템(1)에 있어서,
상기 냉각재 순환계(3)가 냉각재와 객실용 공급 공기 사이에서 열을 전달하기 위한 냉각재-공기-열 교환기(37)를 구비하며, 상기 공기 조화 시스템(1)은 열 교환기 어레인지먼트(40)를 구비하여 형성되고,
상기 열 교환기 어레인지먼트(40)가 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 하나 이상의 제1 열 교환기 열(40-6a), 냉각재 순환계(3)의 냉각재를 공급할 수 있는 냉각재-공기-열 교환기(37)의 제2 열 교환기 열(40-37), 및 냉매 순환계(2)의 냉매를 공급할 수 있는 냉매-공기-열 교환기(6)의 제3 열 교환기 열(40-6b)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 시스템(1).- a compressor (4), a heat exchanger (5) operating as a condenser or gas cooler, a refrigerant-air-heat exchanger (6) operating as a first evaporator and having a first expansion engine (7) arranged in front, and a second a refrigerant circulation system (2) having a refrigerant-coolant-heat exchanger (12) operating as an evaporator and having a second expansion engine (13) disposed in front, and
- an air conditioning system (1) comprising a coolant circulation system (3) with a refrigerant-coolant-heat exchanger (12) operating as an evaporator,
The coolant circulation system (3) has a coolant-air-heat exchanger (37) for transferring heat between the coolant and supply air for the cabin, the air conditioning system (1) having a heat exchanger arrangement (40) formed,
One or more first heat exchanger rows 40-6a of the refrigerant-air-heat exchanger 6, the heat exchanger arrangement 40 being able to supply the refrigerant of the refrigerant circulation system 2, the coolant of the refrigerant circulation system 3 The second heat exchanger heat 40-37 of the coolant-air-heat exchanger 37 can supply, and the third heat exchanger of the refrigerant-air-heat exchanger 6 can supply the coolant of the refrigerant circulation system 2 . Air conditioning system (1), characterized in that it has rows (40-6b).
객실용 공급 공기를 위한 냉각 장치 모드에서 작동되는 경우에는, 공급 공기로부터 유래하는 열을 흡수하기 위해 제1 증발기로서 작동되는 냉매-공기-열 교환기(6)를 갖는 제1 유동 경로(8)에 냉매가 공급되고, 제2 증발기로서 작동되는 냉매 순환계(2)의 냉매-냉각재-열 교환기(12)를 갖는 제2 유동 경로(11)에 냉매가 공급되며, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3)를 통과해서 이송되는 냉각재는 적어도 냉매-냉각재-열 교환기(12)와 냉각재-공기-열 교환기(37) 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환되며, 상기 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 냉각재에 의해 공급 공기로부터 흡수된 열이 냉매-냉각재-열 교환기(12) 내에서 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.A method for operating a motor vehicle air conditioning system (1) according to claim 13 for operation in a cooling device mode, a heat pump mode and a heating mode or a reheating mode for supply air for the passenger compartment to be conditioned, the method comprising:
When operated in the cooling system mode for the supply air for the cabin, in the first flow path (8) with a refrigerant-air-heat exchanger (6) operated as a first evaporator to absorb the heat originating from the supply air. Refrigerant is supplied and the refrigerant is supplied to the second flow path 11 having the refrigerant-coolant-heat exchanger 12 of the refrigerant circulation system 2 operating as a second evaporator, and is supplied by the conveying device 30 to the coolant circulation system The coolant conveyed through (3) is circulated as a partial mass flow between at least the refrigerant-coolant-heat exchanger (12) and the coolant-air-heat exchanger (37), in said coolant-air-heat exchanger (37). A method for operating a motor vehicle air conditioning system (1), characterized in that heat absorbed from the supply air by the coolant is transferred to the refrigerant in a refrigerant-coolant-heat exchanger (12).
객실용 공급 공기를 위한 가열 모드에서 작동되는 경우에는, 이송 장치(30)에 의해 냉각재 순환계(3)를 통과해서 이송되는 냉각재가 적어도 냉각재-공기-열 교환기(37)와 추가 열 교환기(31) 사이에서 부분 질량 흐름으로서 순환하며, 추가 열 교환기(31) 내에서 냉각재에 의해 흡수된 열은 냉각재-공기-열 교환기(37) 내에서 공급 공기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법.18. A method for operating a motor vehicle air conditioning system (1) according to claim 17 for operation in a cooling device mode, a heat pump mode and a heating mode or a reheating mode for supply air for the passenger compartment to be conditioned, comprising:
When operated in the heating mode for the supply air for the cabin, the coolant conveyed by the conveying device 30 through the coolant circulation system 3 is at least a coolant-air-heat exchanger 37 and an additional heat exchanger 31 . It circulates as a partial mass flow between the motor vehicle air conditioning system, characterized in that the heat absorbed by the coolant in the further heat exchanger (31) is transferred to the supply air in the coolant-air-heat exchanger (37) ( 1) How to make it work.
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