KR100588183B1 - 자동차의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템 - Google Patents

자동차의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템 Download PDF

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Abstract

조화된 열전달 유체를 받도록 배관이 되어있는 객실 내의 열교환기(20, 114)가 구비된 차량의 객실을 위한 난방 및 공기조화 시스템과, 객실 외부에 위치하며 제1 및 제2 반응기(32, 34, 102, 104)가 구비된 수착 냉각 시스템과, 염 또는 복합 화합물을 담고 있고, 열전달 유동 및/또는 응축된 극성 기체 냉매와 상기 금속염 또는 상기 복합 화합물간의 열교환을 위한 부분이 구비되어 있는 각각의 반응기, 공기조화 과정 동안에 조화된 열전달 유체를 열교환기(20, 114)로 전달하기 위해 배관이 되어있는 증발기(40, 112)를 구비한 냉매 루프, 열전달 유체를 가열하기 위한 가열기(54, 110), 그리고 가열기(54, 110)에 의해 가열된 열전달 유체를 제어하기 위한 밸브조립체(65, 128, 130)로 구성이 되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템이다. 바람직한 실시예에서, 각각의 반응기는 극성 기체에 활성이 없는 기질재료로 구성되고, 염 또는 복합 화합물을 결합시키는 구성으로 되어있다.
난방, 냉방, 공기조화, 냉매, 수착, 흡수

Description

자동차의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템{AUXILIARY ACTIVE MOTOR VEHICLE HEATING AND AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템에 관한 것이다.
차량이 달리고 있지 않은 때에도 지속적으로 작동하도록 형성된 수착(sorption) 시스템이 미국 특허 제5,901,780호에서 공개된바 있다. 상기 시스템은 조화된(conditioned) 열전달 유체를 받도록 파이프가 장착된 탑승공간내의 열교환기(heat exchanger)와, 탑승공간 밖에 위치하며 미리 결정된 시간간격동안 객실의 냉각 요구를 만족시키면서 냉매 루프(refrigerant loop) 주위로 냉매를 흐르게 하기 위해 한쪽 베드는 흡수하고 다른 베드는 제거하며 미리 결정된 시간 간격에 대응하는 사용률(duty cycle)로 선택적으로 작동되도록 파이프가 장착되어 있고 각각이 충분한 용량을 가진 2개의 수착 베드(sorption bed)가 있는 수착기 냉각 시스템(sorber cooling system)과, 조화된 열전달 유체를 공기조화 과정동안(냉각과정동안) 열교환기로 보내기 위한 증발기(evaporator)를 포함하는 냉매 루프와, 하나의 수착 베드에서 열을 제거하기 위한 충분한 열 용량을 가진 승객 탑승공간 밖의 연료연소가열기(fuel fired heater)와, 연료연소가열기에 의해 가열된 열전달 유체를 제어하기 위한 하나 또는 그 이상의 밸브들을 포함한다. 상기 시스템은 연 료연소가열기에 의해 가열된 열전달 유체가 열교환기로 보내지는 난방모드와 연료연소가열기에서 가열된 열전달 유체가 냉매의 흡수, 방출을 위해 선택적으로 각각의 수착 베드로 보내지는 냉방모드로 작동한다.
본 발명에 따른 개선된 보조 난방 및 공기조화 시스템은 앞서 언급한 미국 특허 제5,901,780호에 설명된 시스템을 포함하고, 금속염 상에서 이온 기체, 바람직하게는 암모니아를 흡수함에 의해 형성되는 복합 화합물을 담고 있는 고체-증기 수착 반응기를 이용한다. 바람직한 실시예에서 반응기들은 금속염 또는 복합 화합물을 결합하는 기질 재료를 담고 있다. 암모니아를 결합시키는 복합 화합물은 높은 반응률을 가질 뿐만 아니라 많은 량의 냉매를 흡수할 수 있다. 금속염이나 복합 화합물을 결합시키는 수착제/기질 복합체를 사용함으로써 본 발명에서 공개되는 것과 같이 시스템의 반응기는 향상된 성능을 가지며 수명이 연장된다.
도 1은 본 발명의 실시예를 설명하는, 운전실과 침상으로 나뉘어 있는 탑승공간을 가진 트랙터-트레일러 차량에서의 트랙터의 개략도이다.
도 2는 난방작용을 제공하기 위해 작동하는 시스템을 보여주는, 본 발명에 따른 두 개의 수착기 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템의 개략도이다.
도 3은 왼쪽 수착기가 열을 제거하면서 냉각작용을 제공하기 위해 작동되는 본 발명에 따른 두 개의 수착기 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템의 개략도이다.
도 4는 오른쪽 수착기가 열을 제거하면서 냉각작용을 제공하기 위해 작동되는 본 발명에 따른 두 개의 수착기 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템의 개략도이다.
도 5는 엔진을 예열하기 위해 작동되는 본 발명에 따른 두 개의 수착기 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템의 개략도이다.
도 6은 난방모드에서 밸브의 또다른 실시예를 보여주는 본 발명에 따른 두 개의 수착기 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템의 개략도이다.
도 7은 각각의 수착기에서 제거와 흡수를 하도록 하기 위해 하나의 열전달 유체 루프를 사용하는, 본 발명에 따른 두 개의 수착기 시스템의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 1에는 트랙터-트레일러 차량의 트랙터(10)가 도시되어 있다. 트랙터-트레일러 차량의 트랙터(10)에는 운전석(14) 및 침상영역(16)을 포함한 객실(12)을 이루는 내부공간이 존재한다. 상기 침상영역(16)은 장거리 운행 중에 트랙터(10) 운전자의 간헐적인 휴식을 위해 사용될 수 있다. 트랙터(10)가 작동하는 동안, 일반적으로 객실(12)은 트랙터(10)의 엔진(도시되어 있지 않음)에 의해 동력이 공급되는 주 난방 및 공기조화 시스템에 의해 가열되거나 냉각된다. 난방모드에서 뜨거운 엔진 냉각수는 파이프를 타고 객실에 있는 열교환기로 흐른다. 냉방모드에서 엔진은, 압축기를 작동시켜 냉매를 압축하고, 객실의 증발기 코일(evaporator coil)을 갖는 통상의 공기조화 회로 주위로 냉매가 흐르게 한다. 운전자의 휴식시간 동안에는 연료를 절약하고 엔진 마모를 줄이며 환경오염을 줄이기 위해 트랙터(10)의 엔진을 정지시킬 수 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 난방 및 공기조화 시스템은 엔진이 정지되어 있는 동안에도 소정의 기간 동안 트랙터-트레일러 차량(10)의 객실(12)로 뜨거운 공기 또는 조화된 공기를 지속적으로 공급할 수 있도록 독립적인 동력원을 가진다는 점에서 보조적이고 능동적이라는 특성을 갖고 있다. 본 발명의 시스템은 트랙터-트레일러 차량의 객실과 관련하여 도시되고 설명되기는 하지만 상기 시스템은 트랙터-트레일러 차량, 승용차, 트럭, 캠프용 자동차, 이동식 주택차, 버스, 레크리에이션용 차량, 일정한 보트, 경비행기, 또는 예를 들어 트랙터-트레일러 차량의 객실이나 트랙터-트레일러 차량의 취침 공간, 캠프용 차량, 이동식 주택차, 또는 레크리에이션용 차량의 거실, 일정한 보트의 침실과 같이 승객이 위치하는 어떤 분야의 자동차의 난방과 냉방을 위해 사용될 수 있다.
아래의 설명에서 "흡수(absorption)"와 "흡착(adsorption)"이라는 용어는 여기 개시된 동등한 복합 화합물을 생성하는 이온 기체와 금속염간에 수착(sorption)반응을 설명하기 위해 혼용된다. 본 발명의 난방 및 공기조화 시스템은 금속염 상에서 이온 기체를 흡수함으로써 생성된 복합 화합물(complex compound)을 담고있는 고체-증기 수착 반응기와 결합되어 이를 이용한다. 여기서의 복합 화합물은 미국 특허 제RE. 34,259호에서 공개된 것들이다. 흡수반응 동안 생성된 복합 화합물의 부피 팽창은 미국 특허 제5,298,231호, 제5,328,671호, 및 제5,441,716호에서 설명된 것과 같이 제한된다. 바람직한 극성 기체 반응체들은 암모니아, 물, 저가 알칸 올(lower alkanols)(C1-C5), 알킬아민(alkylamines), 폴리아민(polyamines)이다. 이산화황(sulfur dioxide), 피리딘(pyridine), 포스핀(phosphine) 또한 사용될 수 있다. 바람직한 금속염은 질산염(nitrates), 아질산염(nitrites), 과염소산염(perchlorates), 수산염(oxalates), 황산염(sulfates), 아황산염(sulfites), 할로겐 화합물(halides), 특별한 경우 염화물(chlorides), 브롬화물(bromides), 알칼리 금속의 요오드화물(iodides of alkali metals), 알칼리토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석, 알루미늄뿐만 아니라 특히 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 탄탈륨, 레늄을 포함한다. 금속 중에 적어도 하나는 알칼리나 알칼리토금속, 알루미늄, 크롬, 구리, 아연, 주석, 망간, 철, 니켈, 또는 코발트인 이중의 금속염화물이나 취화염 또한 사용될 수 있다. 특별히 중요한 또 다른 염은 NaBF4이다. 다른 유용한 복합 화합물은 미국 특허 제5,186,020호와 제5,263,330호에 공개되어 있다. 본 발명의 반응에서 사용되는 바람직한 복합 화합물은 다음에 나오는 것이거나 적어도 다음에 나오는 것 중의 하나를 요소로 하는 흡수 및/또는 제거 복합체이다. 다음에 나오는 복합 화합물 중에서 염의 몰수에 해당하는 암모니아의 몰수("X")의 수치적인 값이 주어져 있음에도 불구하고 어떤 복합체에서는 주어진 몰 범위가 몇몇의 등위관계 단계로 이루어져 있다. 예를 들어 NaBF4 화합물에서는 몇몇의 다른 반응 단계가 주어진 수치적인 제한 사이에서 일어난다. 그러나 일반적으로 실용적인 관점에서는 단지 설계된 등위 관계 범위의 부분을 사용할 수 있다. 따라서 아래의 범위들은 당해 기술 분야의 숙련된 사람들에 의 해 이해될 수 있을 만큼 대략적인 것으로 의도된다.
복합 화합물 X 값
SrCl2 X(NH3) 0-1, 1-8
CaCl2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-4, 4-8
ZnCl2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-4, 4-6
ZnBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-4, 4-6
ZnI2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-4, 4-6
CaBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
CoCl2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
CoBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
CoI2 X(NH3) 0-2, 2-6
BaCl2 X(NH3) 0-8
MgCl2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
MgBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
MgI2 X(NH3) 0-2, 2-6
FeCl2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
FeBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
FeI2 X(NH3) 0-2, 2-6
NiCl2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
NiBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
NiI2 X(NH3) 0-2, 2-6
SrI2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6, 6-8
SrBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-8
SnCl2 X(NH3) 0-2.5, 2.5-4, 4-9
SnBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-3, 3-5, 5-9
BaBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-4, 4-8
MnCl2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
MnBr2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6
MnI2 X(NH3) 0-2, 2-6
CaI2 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-6, 6-8
CrCl2 X(NH3) 0-3, 3-6
LiCl X(NH3) 0-1, 1-2, 2-3, 3-4
LiBr X(NH3) 0-1, 1-2, 2-3, 3-4
NaCl X(NH3) 0-5
NaBr X(NH3) 0-5.25
NaBF4 X(NH3) 0.5-2.5
NaI X(NH3) 0-4.5
K2FeCl5 X(NH3) 0-5, 5-6, 6-11
K2ZnCl4 X(NH3) 0-5, 5-12
Mg(ClO4)2 X(NH3) 0-6
Mg(NO3) X(NH3) 0-2, 2-4, 4-6
Sr(ClO4)2 X(NH2) 0-6, 6-7
CrBr3 X(NH3) 0-3
CrCl2 X(NH3) 0-3, 3-6
VCl3 X(NH3) 0-3, 3-5, 5-6, 6-7, 7-12
AlCl3 X(NH3) 0-1, 1-3, 3-5, 5-6, 6-7, 7-14
CuSO4 X(NH3) 0-1, 1-2, 2-4, 4-5

CaCl2 X(NH3) 복합체, SrCl2 1-8(NH3), SrBr2 2-8(NH 3), CaBr2 2-6(NH3), CaI2 2-6(NH3), FeCl2 2-6(NH3), FeBr2 2-6(NH3), FeI 2 2-6(NH3), CoCl2 2-6(NH3), CoBr2 2-6(NH3), BaCl2 0-8(NH3), MgCl2 2-6(NH3), MgBr 2 2-6(NH3), MnCl2 2-6(NH3) 및 MnBr2 2-6(NH3) 중에서 어느 것이든지 바람직하며, 이 것들의 둘 또는 그 이상의 혼합물도 바람직하다.
본 발명의 시스템에서 선호되는 반응기는 1999년 5월4일에 출원된 미국 특허 제6,224,842호에서 공개된 개선점들과 결합되어 있다. 더 구체적으로는 반응기의 열교환기 표면들 사이의 공간은, 실질적으로 금속염, 또는 금속염과 극성 기체로부터 만들어지는 복합 화합물을 함유하는 기질 재료(substrate material)를 포함하는 수착제/기질 복합체로 채워져 있다. 금속염이나 복합 화합물을 함유하는 기질 재료는, 직물이나 천과 같은 우븐(woven) 재료, 펠트(felt), 매트(mat), 또는 동등한 기질을 형성하기 위해 가닥이나 섬유질이 그 안에서 뒤엉키거나, 아니면 뒤섞이거나, 꼬이거나, 압축되거나, 또는 꽉 채워진 유사한 재료와 같은 비(非)우븐(unwoven) 재료일수 있다. 우븐 직물 층은 비우븐 섬유질층 사이에서 사용될 수 있는데, 특히 우븐 층과 비우븐 층이 교대로 결합되어 사용될 수 있다. 기질 섬유의 방사(yarn), 로프(rope), 또는 리본(ribbon)이 특정 반응기 열교환기 설계를 위하여 사용될 수 있다.
특별히 바람직한 기질 재료로는 비방향성 나일론이나 폴리아미드, 방향성 폴리아미드나 아라미드, 섬유질 유리, 및 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfides)를 포함하는 나일론 고분자를 포함한다. 아라미드는 150℃미만의 반응 온도에서 작동하는 복합 화합물에 적합하다. 고온을 위해서는 섬유질 유리와 폴리페닐렌 설파이드가 바람직하다. 반면에 120℃미만의 온도에서는 나일론을 기초로 하는 고분자 재료가 적당하다. 150℃이상의 반응 온도에서는 아라미드가 바람직하지 않다. 높은 열전도도를 갖는 기질 재료는 열교환기 수착기 핵의 열전달 특성을 개선하므로 유리하다. 전술한 기질 재료의 열전도도는 섬유질, 미립자와 같이 열전도도가 높은 재료를 기질에 결합함으로써 강화될 수 있다.
기질복합체의 높은 열역학적 질량 효율을 얻기 위해서는 수착제의 높은 질량 분율(mass fraction)로 충전될 수 있는 재료의 물리적인 형태를 이용하는 것이 바람직하다. 수착제/기질복합체의 부피의 적어도 50%, 그리고 바람직하게는 70%, 그리고 가장 바람직하게는 85% 또는 그 이상이 수착제 그 자체를 구성한다. 따라서, 본 발명의 수착제/기질복합체를 생산하는데 쓰이는 바람직한 기질복합체는 대략 50% 또는 그 이상 그리고 최대 98%까지의 작은 구멍(porosity)을 가진다. 그러한 성긴 부피와 다공성 요구를 만족시키기 위해 사용되는 직물의 종류의 예들은 비우븐 형태뿐만 아니라 주로 짜거나 떠서 만들어진 천, 직물, 펠트, 매트 등과 같은 짜여진 재료를 포함하지만, 솜 등과 같이 결합력이 있는 형태는 포함하지 않는다. 냉매 기체가 통과할 수 있도록 충분한 기체 투과성을 가지고 있으면서도 작은 염 입자들이 관통하는 것을 막을 수 있도록 충분히 구멍 크기가 작은 기질 재료를 사용하는 것이 유리하다는 것이 밝혀졌다. 대개 우븐 재료가 더 우수한 물리적인 그리고, 구조적인 균일성을 제공함에도 불구하고, 비우븐 또는 비결정질인 섬유 기질을 사용하게 되면 재료의 구멍, 공간, 그리고 틈까지 전체적으로 고체 수착제를 더욱 균일하게 분포시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 수착기 열교환기에서 설치되는 수착제/기질복합체를 형성하기 위해 두 가지 요소들을 끼워 넣거나 스며들게 하거나 아니면 묶음으로써 수착제는 기질 재료에 결합된다. 수착제를 기질 재료에 결합시키는 바람직한 방법은 스며들게 하는 것이다. 그러한 스며드는 방법은 액체 용액, 슬러리(slurry), 현탁액, 또는 수착제를 담고 있는 혼합물을 살포하는 것, 또는 건조시키거나 가열함에 의해서 용매나 운반체를 제거한 후 흡수제의 액체 용액, 슬러리, 또는 수착제의 현탁액에 있는 기질을 흡수하는 것, 및/또는 진공을 적용함에 의하는 것과 같은 적절한 수단에 의해서 수행된다. 그러나 수착제를 기질 재료로 결합시키기 위한 다른 방법은 미세한 수착제 입자들을 기질로 불어넣거나 소결시키는 방법과 기술을 포함한다. 더욱이 그 입자들은 기질 펠트나 직물이 제조되는 때나 그 직후에 기질 재료로 보내지거나 결합된다. 수착제는 또한 예를 들어 수화물처럼 녹을 수 있고, 액체 수착제는 기질 제조 후 또는 그 동안에 기질에 적용될 수 있다. 반응기에 설치하기 전에 기질에 흡수제를 스며들게 하는 것이 바람직하다. 그러나 기질은 또한 흡수제 염을 담고 있는 용액이 스며들어지기 전에 설치될 수도 있다.
반응기의 질량 확산 경로는 기체가 분포된 표면과 흡수제 입자사이를 기체 분자가 지나가야 하는 거리이다. 질량 확산 경로 길이의 특별한 설명과 정의는 미국 특허 제5,441,716호에서 개시되어 있다. 냉매로써 암모니아 및 암모니아 복합 화합물을 사용하는 반응기에서 평균 최대 질량 확산 경로는 바람직하게는 대략 15mm 미만이다. 상기 거리는 앞서 언급한 미국 특허에 개시된 바람직한 평균 질량 확산 경로 길이에 대응된다. 최적의 치수는 수착제 투입 밀도, 기질 재료 기체 투과정도뿐만 아니라 특정한 수착제, 과정 중에 사용되는 냉매, 작동 압력, 접근 압력, 온도의 작용에 의해 결정된다. 바람직한 평균 질량 확산 경로 길이는 15mm미만이며 가장 바람직하게는 약 12mm이다. 열 확산이나 열 경로 길이는 주위의 열교환기 표면들간의 거리, 더 구체적으로는 열전도도가 매우 좋은 가장 가까운 표면으로부터 흡수제 질량의 중심까지의 거리에 달려있다. 예를 들어 도 7에 도시된 형태의 반응기에 있어서, 열 경로 길이는 인접한 핀(fin)들 사이의 거리의 절반이다. 바람직하게는 열 경로 길이는 4.5mm 이하이고, 더욱 바람직하게는 4mm이하, 가장 바람직하게는 3.0mm 또는 그 이하이다. 핀(fin)이 달린 튜브(tube) 열교환기 설계를 위해서는 이와 같은 열 경로 길이는 반응기 모듈의 길이(높이)의 인치당 적어도 네 개의 반응기 핀 총수에 해당한다. 바람직한 반응기 핀 총수는 인치당 9개 내지 25개 사이이다(0.5mm 내지 1.4mm의 열 경로 길이).
열교환기 수착기 코어는, 금속이나 탄소 섬유와 같이 열전도도가 매우 높은 재료를 사용함으로써 훨씬 개선될 수 있다. 기질 재료에 있어서 그러한 재료나 첨 가제의 결합은 앞서 언급한 특허에서 공개된 다른 것보다 핀의 총합을 더 작게 하거나 또는 핀이 달린 관으로 이루어진 열교환기에서의 인치당 핀의 수를 더 줄일 수 있다. 이와 같이 기질 직물이나 펠트는 그 짜여진 구조 안에서 열전도도가 좋은 금속, 탄소, 또는 흑연 섬유나 입자를 담고 있다. 열전도도가 좋은 재료의 사용은 기질 재료가 비교적 낮은 열전도도를 가지고 있는 경우에 특히 알맞으며 바람직하다. 예를 들어 낮은 열전도도를 갖는 것으로 알려진 유리 섬유는 본질적으로 그러한 열전도도가 높은 섬유를 결합함으로써 개선될 것이다.
도 2, 도 3 및 도 4에는 본 발명에 따라 구성된 난방 및 공기조화 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에 도시된 난방 및 공기조화 시스템은 여러 모드에서 작동할 수 있고, 가열되거나 냉각된 공기를 객실(12)에 있는 단일 열교환기(20)를 통해 트랙터(10)의 객실(12)로 선택적으로 공급하도록 적용될 수 있다. 도시된 열교환기(20)는 열전달 유체가 순환할 수 있는 관로를 가진 코일(22)을 포함한다. 코일(22)을 통해 순환하는 열전달 유체는 보조 난방 및 냉방 시스템에 의해 가열된 열전달 유체이거나 냉각된 열전달 유체가 되도록 "조화(conditioned)" 되어있다. 조화된 열전달 유체의 열에너지는, 코일(22)을 가로질러 공기 흐름을 만드는 송풍기(24)에 의한 대류에 의하여 코일(22)로부터 객실 또는 침상 영역(12, 16)으로 전달될 수 있다. 이와 같이 보통의 공기가 차 있는 공간에서 분리된 난방 및 공기조화 열교환기를 가지며, 난방용 열교환기 또는 공기조화용 열교환기의 어느 하나로 공기를 흐르게 하거나 또는 두 가지의 조합으로 공기를 흐르게 하는 조절판을 사용하는 기존의 자동차 난방 및 공기조화 시스템과는 달리, 본 발명의 시스템은 난방 과 공기조화를 위해 단지 하나의 열교환기만이 필요하다. 본 발명의 이러한 구성에 의해 현재의 시스템에서의 무게와 공간, 그리고 비용을 절감할 수 있게 된다.
객실의 난방 및 공기조화의 동력을 공급하기 위해, 본 발명의 보조 난방 및 공기조화 시스템은 트랙터-트레일러 차량의 엔진과 독립적으로 작동하는 동력 공급원을 포함한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 동력원은 열전달 유체가 순환되고 가열될 수 있는 통로(56)를 가지는 연료연소가열기(54)로 구성된다. 상기 연료연소가열기(54)는 트랙터-트레일러 차량(10) 위에 위치하고 연료 라인(57)에 의해 가열기(54)로 연결되는 연료 공급원(55)에 의해 작동한다. 난방 및 공기조화 모두를 위해 연료연소가열기(54)는, 가열된 열전달 유체를 제공함으로써 이 가열된 열전달 유체를 직접 열교환기(20)로 보내어 열기를 생산하고, 열기와 수착 냉동 시스템으로 열전달 유체를 보냄으로써 만들어지는 조화된 공기를 만들도록 공기조화 시스템을 작동시킨다.
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 시스템은 두 개의 흡수기, 즉 두 개의 반응기 냉각 시스템을 이용한다. 두 개의 반응기 냉각 시스템은 반응기 중에서 하나를 가열하고 다른 하나를 냉각하는 것을 교대로 함으로써 작동된다. 냉매 루프로부터 냉각 반응기가 냉매를 흡수하는 동안, 가열되는 반응기는 냉매 루프로부터 냉매를 다시 내보낸다. 그렇게 함으로써 냉매는 루프를 따라 흐르게 된다. 두 반응기의 역할은 미리 정해진 시간 간격마다 전환된다. 그래서 반응기 냉각 시스템이 지속적으로 조화된 공기를 공급할 수 있는 것이다. 본 발명의 시스템이 두 개의 반응기를 갖는 것으로 설명되었으나 당해 그 기술분야의 숙련된 기술을 가진 사람들은 각각의 "반 응기"가 둘 또는 그 이상의 반응기의 저장조로 구성될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이와 같이 반응기들의 제1 열저장조와 반응기들의 제2 열저장조가 교대로 가열되고 냉각되는 한, 두 개의 반응기 시스템은 4, 6 또는 그 이상의 반응기들을 포함할 수 있다. 더욱이 반응기들의 각 열저장조간에 순차적인 작동 또는 시간 지연된 수착기의 작동에 의해 사이클이 개선될 수 있다. 그리고 각각의 저장조간에 수착기의 수가 달라도 된다.
도시된 수착기 공기조화 시스템은 제1 및 제2 반응기(32, 34), 응축기(36), 팽창밸브(38)와 같은 유동 장치, 그리고 증발기(40)를 포함하는 밀폐된 냉매 루프(30)를 가진다. 상기 냉매 루프(30)는 또한 반응기(32, 34)에서의 제거와 흡수의 과정 동안 루프(30)를 통하는 냉매의 유동을 돕는 체크 밸브(42, 44, 46, 48)를 포함한다. 제1 및 제2 반응기(32, 34) 각각은 독립적인 관로(50, 52)들을 각각 포함한다. 그리고 열전달 유체는 제거를 위한 반응기를 가열하기 위해 그 관로를 통해 순환할 수 있다.
연료연소가열기(54)는 하절기나 동절기 모두에 보조 난방 및 공기조화 시스템을 구동하기에 충분한 열용량을 가지도록 특별하게 배열되어 있다. 더 구체적으로는 여름의 경우 연료연소가열기(54)는 반응기에서 제거 및/또는 흡수가 일어나도록 하기 위해 적당한 온도까지 열전달 유체를 가열할 수 있어야 하고 미리 결정된 시간 간격이 끝나기 전에 제거 및/또는 흡수 과정을 완료할 수 있도록 충분한 열용량을 가지고 있어야 한다. 겨울의 경우, 무엇보다도 연료연소가열기(54)는 객실(12)의 가열 요구를 만족시키기에 충분한 용량을 가지고 있어야 한다. 예를 들어 객실의 일반적인 취침 공간에 대하여, 보조 난방 및 가열 시스템은 여름에는 적어도 2000 BTU/hr의 냉각 에너지를, 그리고 겨울에는 4000 BTU/hr 이상의 난방 에너지를 제공할 수 있어야 한다. 그러한 시스템에 있어서, 암모니아가 냉매로 사용되고 종래의 차량 엔진 냉각수가 열전달 유체일 경우, 270℉까지 열전달 유체를 가열할 수 있고 최소 7500 BTU/hr를 공급할 수 있는 연료연소가열기가 제공되어야 한다. 이와 같은 시스템은, 여름에는 2000 BTU/hr의 냉각 공기를 55℉에서 공급할 수 있고 겨울에는 7500 BTU/hr의 난방 공기를 150℉에서 공급할 수 있는 시스템이며 4.5 입방피트(cubic feet) 이하의 부피와 대략 150 lbs의 무게를 가진다.
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 시스템은 또한 제1 반응기(32), 제2 반응기(34), 또는 열교환기(20)에 있는 열전달 유체 관로 중 어느 하나를 가열기(54)에 있는 열전달 유체 관로(56)와 선택적으로 서로 연결시키는 열전달 유체 순환 시스템을 포함한다. 상기 열전달 유체 순환 시스템은 적어도 세 개의 독립적인 열전달 유체 경로를 포함한다. 가열기(54)와 열교환기(20)(도 2에 가장 잘 도시되어 있다)사이에서 열전달 유체를 순환시키는 제1 경로(58), 가열기(54)와 제1 가열기(32)(도 3에 가장 잘 도시되어 있다) 사이에서 열전달 유체를 순환시키는 제2 경로(60), 가열기(54)와 제2 반응기(34)(도 4에 가장 잘 도시되어 있다) 사이에서 열전달 유체를 순환시키는 제3 경로(62)가 형성되어 있다. 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 열전달 유체의 순환을 용이하게 하기 위해서 본 발명의 시스템은 세 경로 중 하나로 열전달 유체가 흐르도록 할 수 있도록 위치가 조정되는 펌프(64)를 포함한다. 물 또는 에틸렌 글리콜이나 프로필렌 글리콜등과 같은 부동 액과 물의 혼합물을 포함하는 어떠한 형태의 열전달 유체라도 열전달 유체 순환 시스템에서 사용될 수 있다.
도면에 도시된 시스템은, 가열기가 난방과 공기조화 모두에 동력을 공급하는 데에 쓰여질 수 있도록 하기 위하여, 가열기(54)에 의해 공급되는 가열된 열전달 유체를 인도하는 밸브조립체(65)를 포함한다. 밸브조립체(65)는 난방모드에서든 냉방모드에서든 사용할 수 있다. 난방모드에서는 연료연소가열기(54)에 의해 가열되는 열전달 유체는 조화된 열전달 유체로서 열교환기(20)로 보내진다. 냉방모드에서는 연료연소가열기(54)에 의해 가열된 열전달 유체가 미리 결정된 시간 간격마다 각각의 반응기로 교대로 보내진다. 도면에 도시된 실시예에서 밸브조립체(65)에는, 가열된 열전달 유체를 받아 제1, 제2 또는 제3 열전달 유체 경로(58, 60, 62)로 보내는 연료연소가열기(54)의 출구 주위에 위치하는 다방향 밸브가 포함되어 있다. 상기 설명된 밸브조립체(65)는 반드시 연소연료가열기(54)로부터 열전달 유체의 흐르는 방향을 제어하는 것은 아니지만 가열하는 동안 반응기(32, 34)로의, 그리고 공기조화 하는 동안의 열교환기(20)와 흡수 반응기로의 열전달 유체의 역류를 막기 위하여 연료연소가열기(54) 입구 주위에 위치하는 제2 다방향 밸브를 또한 포함한다.
본 발명의 보조 난방 및 공기조화 시스템의 도면에서 열전달 유체 순환 시스템의 작동하지 않는 부분은 하나의 실선으로 그려지는 반면에, 작동하는 부분(즉, 순환하는 유체를 담고 있는 부분)은 유동의 방향을 지시하는 화살표와 함께 이중 실선으로 그려져 있다. 유사하게 냉매 순환 시스템의 작동하지 않는 부분이 점선으로 표시된 반면에 작동하는 부분은 유동의 방향을 표시하는 화살표와 함께 굵은 빗 금으로 표시되어있다.
가열하는 동안 연료연소가열기(54)의 열전달 유체 관로(56)로부터 나온 가열된 열전달 유체는 밸브조립체(65)를 통해 객실(12)에 있는 열교환기(20)로 보내진다. 도 2에 도시된 것처럼 난방모드에서는 열전달 유체는 연료연소가열기(54)의 출구로부터 가열된 열전달 유체가 객실에 있는 열교환기(20)를 통해 순환할 수 있도록 제1 유체 경로(58)를 통해 순환한다. 열교환기(20)에서 가열된 열전달 유체의 열에너지는 송풍기(24)를 통해서 객실로 전달된다. 난방모드에서는 냉매 루프(30)에 있는 냉매는 순환하지 않고, 제1 및 제2 반응기(32, 34) 각각을 통해 가열기(54)로부터 열전달 유체를 순환시키는 제2 및 제3 열전달 유체 경로(60, 62)는 차단되거나 잠겨진다.
공기조화를 하는 동안에는 열교환기(20)를 통해 가열된 열전달 유체를 순환시키는 제1 열전달 유체 경로(58)는 차단되고, 하나의 반응기가 냉각될 때 다른 반응기는 가열되는 제1 및 제2 반응기(32, 34)를 따라 밸브조립체(65)를 통해 교대로 순환된다. 도 3에는 제1 반응기(32)가 가열되고 제2 반응기(34)가 냉각되는 절반의 사이클 동안에 일어나는 열전달 유체 유동과 냉매 유동이 개략적으로 도시되어 있다. 이와 유사하게 도 4에는 제2 반응기(34)가 가열되고 제1 반응기(32)가 냉각되는 절반의 사이클 동안에 일어나는 열전달 유체 유동과 냉매 유동이 개략적으로 도시되어있다.
도 3에 도시된 것과 같이, 밸브조립체(65)는 열전달 유체 경로(58, 62)가 차단되거나 잠겨지는 동안에 연료연소가열기(54)와 제1 반응기(32)를 서로 연결하는 제2 열전달 유체 경로(60)로 열전달 유체가 순환하도록 인도하고 있다. 도 3에 도시된 냉각모드의 절반 사이클 동안 체크밸브(42, 48)는 열리고 체크밸브(44, 46)는 닫힌다. 가열된 열전달 유체가 펌프(64)를 따라 제1 반응기(32)에서 열전달 유체 관로(50)를 통해 순환됨에 따라 유체에서 열에너지는 반응기(32)에 있는 수착제 복합체로 전달된다. 수착제 조성물이 가열됨에 따라 수착제 조성물의 증기 압력이 응축기의 압력보다 높을 때까지 증가되는데, 이 때 수착제 조성물은 냉매 증기를 제거하기 시작하여 냉매 루프(30)를 통해 응축기(36)로 보낸다. 제1 반응기(32)가 냉매의 제거를 위해 가열되는 동안 제2 반응기(34) 베드는 상승된 온도로부터 냉각된다. 제2 반응기(34)가 냉각됨에 따라 수착제는 그 자리에서 지속적으로 냉매 루프(30)로부터 냉매 증기를 흡수한다. 제1 반응기(32)가 냉매를 제거하거나 냉매 루프(30)로 "밀어내는" 동작과 제2 반응기(34)가 냉매를 흡수하거나 냉매 루프(30)로부터 "끌어들이는" 동작이 결합하여 기계적인 압축기가 필요 없이 냉매를 냉매 루프(30) 주위로 보낸다.
제1 반응기(32)로부터 제거되는 냉매 증기는 처음에 응축기(36)에서 응축되고 그 후 증발기(40)에서 증발된다. 최종적으로 냉매 증기는 제2 반응기(34)에 의해 흡수된다. 팽창밸브(38)와 같은 유동 장치는 냉매의 포화점을 바꾸기 위해 증발기(40)로 들어가는 액체 냉매의 압력을 낮추도록 응축기(36)와 증발기(40)사이에 배치된다. 공기조화모드에서 증발기(40)는 냉각된 열전달 유체를 경로(68)에 의해 열교환기(20)로 전달하도록 배관되어 있다. 냉각모드에서 증발기(40)를 통해 냉매의 순환에 의해 만들어지는 냉각 에너지는 증발기(40)와 열교환기(20)를 연결하는 경로(68)에서 순환하는 열전달 유체를 냉각시키는데 사용된다. 경로(68)에는 그 경로를 통해 열전달 유체를 흐르게 하는 펌프(70)가 설치되어 있다. 또한 경로(68)에는 난방모드에서 그 경로(68)를 차단하거나 잠그기 위해 배치되는 체크밸브(72)가 설치되어 있다.
수착기 냉각 시스템의 성능과 효율을 훨씬 향상시키기 위해서 바람직하게는 증발기(40)로 인도되는 더 따뜻한 액체 냉매와 증발기(40)를 떠나는 더 차가운 냉매증기 사이에서 열에너지를 교환하기 위한 냉매 루프에 배치된 보조냉각기(66)가 본 발명의 시스템에 구비되어 있다. 그에 따라 증발기에 들어가기 전에 냉매의 온도를 낮추고 흡수 반응기에 도착하기 전에 냉매를 데우게 된다. 게다가 본 발명의 수착기 냉각 시스템은 바람직하게는 시스템의 작동에 필요한 여분의 냉매를 저장하기 위한 냉매 저장조(74)를 포함한다.
흡수 반응기에 의한 냉매 루프(30)로부터의 냉매 흡수는 열을 발생시킨다. 시스템의 성능을 개선하기 위해서 본 발명의 시스템은 이 열을 제거하기 위해 냉각 반응기를 통해 냉매 루프로부터 냉매의 부분을 재순환시키는 보조적인 냉매 루프를 포함한다. 더 구체적으로 본 발명의 바람직한 실시예에서는 흡수 반응기를 냉각시키는 응축된 냉매의 일부를 사용한다. 그에 따라 시스템의 동작에서 응축된 냉매는 제거 사이클이 끝나고 흡수 사이클이 시작하는 반응기의 열전달 구간으로 인도된다. 반응기 열전달 구간에 있는 관이나 파이프는 수착제와 열을 교환한다. 열전달 관으로 인도되는 응축된 냉매는 증발된다. 그럼으로써 관을 냉각시키고 그 관은 차례로 수착제를 냉각시킨다. 그래서 수착제 증기 압력은 증발기 압력 아래로 떨어진 다. 결과적으로 낮아진 압력은 증발기로부터의 냉매 증기를 반응기로 이끌게 되고 흡수가 시작된다.
도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 수착기 냉각 시스템은, 응축기(36)의 냉매 루프의 하류방향에도, 두 가지 반응기를 포함하는 보조 냉매 루프(80)를 통해 냉매의 재순환을 제어하는 재순환 제어 밸브(78)가 구비되어있다. 도 3에 도시된 것과 같이, 제1 반응기(32)가 가열되는 냉각모드 사이클 동안에는 냉매 루프에 있는 냉매 순환 부분은 제어밸브(78)를 따라 보조 냉매 루프(80)로 전환되고 통로(88)를 통해 제2 반응기(34)로 전환된다. 재순환되는 냉매의 통로를 허용하기 위해 각각의 반응기(32, 34)에는 냉매의 재순환을 위한 통로(86, 88)가 구비될 수 있다. 라인(84)을 따라 그리고 제2 반응기(34)에 있는 통로(88)를 통해 흐르는 재순환된 냉매는 수착제 재료로부터 열을 흡수한다. 그럼으로써 반응기(34)가 적절하게 냉각되고, 이렇게 해서 보다 효율적으로 냉매를 흡수하는 것이 보장된다. 반응기 열전달 반응의 예들이 앞서 언급한 미국특허 제5,441,716호 그리고 제5,447,706호에 설명되어 있다. 흡수 반응기를 냉각하기 위하여 응축된 냉매의 부분을 인도하도록 사용하는 방법들과 시스템 요소의 작동 과정이 또한 미국특허 제5,447,706호에 설명되어 있다. 흡수 반응기를 냉각하기 위해 응축된 냉매를 사용하는 대신에, 미국특허 제5,447,706호에도 설명된 것처럼 흡수반응기의 온도나 그 미만의 온도에서 액체로부터 기체로 상변화를 일으키는 열전달 유체나 냉매를 사용할 수 있다. 흡수 반응기로부터 열을 제거하는 다른 방법은 반응기를 통과하는 강제 공기 흐름에 의해 대류로 열을 제거하는 방법을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 절반의 사이클이 미리 결정된 시간 간격동안 작동된 후에 냉각모드의 절반 사이클은 두 반응기를 변경시키면서 온도에 의해 초기화된다. 이것은 도 4에 도시된 것처럼, 가열기(54)와 제2 반응기(34)를 서로 연결하는 제3 열전달 유체 경로(62)를 통해 밸브조립체(65)를 따라 가열기(54)로부터 가열된 열전달 유체의 유동을 인도함에 의해 달성될 수 있다. 베드들의 온도 변경은 제1 및 제2 반응기(32, 34)들의 역할을 바꾸어 놓는다. 이와 같이 제2 반응기(34)가 가열됨에 따라 제2 반응기(34)는 냉매 증기를 냉매 루프(30)로 내보내고, 제1 반응기(32)가 냉각됨에 따라 제1 반응기(32)는 냉매 루프(30)로부터 냉매 증기를 흡수한다. 이 절반의 사이클 동안, 체크 밸브(44, 46)는 열리고 체크밸브(42, 48)는 닫힌다. 도 3에 도시된 절반의 사이클과 함께, 열전달 유체는 열교환기(20)가 차가운 공기를 차량의 객실(12)로 공급할 수 있도록 하기 위해 보조 열전달 유체 경로(68)를 따라 증발기(40)와 열교환기(20) 사이에서 순환된다. 더욱이 도 3에 도시되고 위에서 설명된 절반의 사이클과 함께, 주 냉매 루프(30)에서 냉매의 부분이 제어 밸브(78)를 따라 선(82)을 통해 냉매를 인도함으로써 제1 반응기(32)에 있는 냉매 통로(86)를 따라서 재순환될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 보조 난방 및 공기조화 시스템은 차량의 엔진을 예열하는 데에 사용될 수 있다. 도 5에서 개략적으로 도시된 것처럼 밸브(65)는 엔진 예열모드를 가지고 있다. 상기 예열모드에서 가열기(54)로부터 가열된 열전달 유체는 연료연소가열기(54)와 차량 엔진의 냉각수 시스템(92)을 연결하는 열전달 유체 순환 시스템에 있는 제4 경로(90)를 통해 인도된다.
이상의 설명에서 이해될 수 있듯이 당해 분야의 숙련된 기술을 가진 사람들은 밸브조립체(65)가 연료연소가열기(54)의 입구와 출구에 도시된 다방향 밸브로 한정되지 않는다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어 밸브조립체(65)는, 가열기(54)로부터 (난방모드를 설명하는) 도 6에 개략적으로 도시된 적당한 경로들로 가열된 열전달 유체의 유동을 밸브들이 인도할 수 있도록 적어도 한 밸브가 세 개의 유체 경로(58, 60, 62)의 각각에 위치하는 상태로 적어도 세 개의 분리된 제어 밸브로 구성될 수 있다. 게다가 체크밸브는 유체가 사용되지 않을 때 적절한 경로로 열전달 유체의 역류를 막기 위해 유체가 다시 들어가는 점 부근에 있는 열전달 유체 경로 각각에 설치될 수 있다.
도 7에는 흡수와 작용을 구동하기 위하여 각각의 반응기를 통해 열 전달 유체를 인도하는 분리된 열전달 루프를 사용하는 본 발명에 따른 두 개의 수착기 시스템의 또 다른 실시예가 도시되어있다. 도시된 시스템에서 열교환기 코일(114)은 차량의 객실 안쪽에 위치하며 응축기(116)는 객실의 바깥쪽에 위치한다. 또한 객실 바깥쪽에 위치하는 증발기(112)는 냉매 코일(117)과 열전달 유체 코일(119) 간에 열에너지를 전달한다. 저장조(120)는 응축기(116)로부터 나오는 응축된 냉매(암모니아 또는 다른 이온 기체 냉매)를 저장한다. 순환수 방식의 유체 루프(134)는 에틸렌글리콜-물, 프로필렌글리콜-물 또는 다른 적당한 유체 등의 열전달 유체를 열교환기(112)와 내부 코일(114) 사이에서 인도한다. 그리고 상기 순환수 방식의 유체 루프(134)는 펌프(도면에 도시되어 있지 않음)를 포함한다. 반응기(102, 104)는 각각 열전달 루프(122, 124)를 가지며, 이 루프들을 통해 가열된 열전달 유체가 제거작용 동안 냉매를 밀어내기 위해 수착제를 가열하도록 정해지고, 이 루프들을 통해 냉각된 열전달 유체는 흡수된 열을 제거하는 동안 흡수작용을 초기화하고 유지하도록 보내진다. 열전달 루프에는 각각의 제거와 흡수의 작용을 위한 유체의 노선을 전환하기 위하여 4방향밸브(128, 130)가 구비되어 있다. 예를 들어, 연료연소가열기(110)로부터 가열된 열전달 유체는 유체 복합 화합물로부터 냉매를 제거하기 위한 반응기(102)의 열전달 구간을 통해 열전달 루프(122)를 따라 보내지는데, 이와 동시에, 외부 코일(118)을 통해 냉각된 열전달 유체는, 흡수 사이클 동안 반응기에서 흡수된 열을 제거하면서 냉각된 열전달 유체의 지속적인 유동과 함께 흡수를 시작시키는 반응기(104)의 수착제를 냉각한다. 펌프(106, 107)는 열전달 유체 루프(126)와 함께 작동한다. 냉매 루프(113)는 냉매 증기를 제거 반응기로부터 응축기(116)로 그리고 거기서부터 저장조(120)로 보낸다. 도시된 시스템은 또한 열전달 유체 루프(126)와 순환수식의 유체 루프(134) 간에서 열전달 유체를 보내기 위해 선택적으로 작동되는 몇 개의 밸브들을 포함한다. 이렇게 해서 보통의 글리콜-물 엔진 부동액 열전달 유체는 시스템에서 적절하게 사용될 수 있다. 냉각모드에서 저장조(120)로부터 나오는 응축된 냉매는 증발기(112)에서 증발된다. 그리고 생산된 냉기는 순환수식의 루프(134)를 따라 내부 코일(114)로 전달된다. 증발된 냉매는 도관(108)을 따라 흡수 반응기로 인도된다. 1방향밸브(103, 105, 109, 111)는 각각의 반응기로 그리고 반응기로부터 증발된 냉매를 인도하기 위해 냉매 루프와 도관과 함께 작동한다. 도시된 실시예에서 다수의 2방향밸브들은 도시된 4방향밸브로 대체될 수 있다. 냉매 루프는 또한 저장조(120)와 증발기(112) 사이에 있는 냉매 루프 상에 솔레노이드밸브(solenoid valve)(135)와 열팽창 밸브(thermal expansion valve, TXV)(137)를 포함한다. 차량의 승객 공간, 즉 트럭의 취침용 객실을 데우기 위해 연료연소가열기(110)로부터 나온 열전달 유체는 도관(131, 133)을 따라 내부 코일(114)로부터 그리고 내부 코일(114)로 순환된다. 선택적인 연결부(132, 123)는 또한 연료연소가열기(110)로부터 나온 열전달 유체와 함께 엔진 예열을 위해 제공된다. 가열기에는 디젤유, 가솔린, 프로판, 천연가스등의 연료를 사용할 수 있다. 선택하기에 따라서는 전기적인 가열도 사용될 수 있다.
설치, 수리, 그리고 교체를 용이하게 하기 위해서 본 발명의 난방 및 공기조화 시스템의 어떤 부분도 모듈별로 설계될 수 있다. 예를 들어 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 수착기 냉각 시스템과 연료연소가열기(54)는 도 1에 도시된 차량의 외부에 설치될 수 있는 보조 난방 및 공기조화 모듈(96)에 위치 될 수 있다. 상기 모듈(96)은 주 열전달 유체 순환 시스템과 보조 열전달 유체 순환 시스템을 따라 객실(12)에 있는 열교환기(20)와 서로 연결된다. 또한 도 1에 도시된 것처럼 상기 모듈(96)은 실질적으로 차량 운전석의 취침 공간 바로 뒤에 있는 트랙터-트레일러 차량의 골격구조에 쉽게 설치될 수 있는 사각의 모양으로 될 수 있다. 만약 본 발명의 위에서 설명된 예에 주어진 특성들을 가지도록 설계된다면 본 발명의 시스템은 단지 5 입방피트의 부피를 갖는 모듈에 담겨질 수 있다. 도 1에 도시된 위치뿐 아니라 상기 모듈(96)은 또한 프레임의 반대편에 있는 침상 영역(16) 바로 아래에 위치하거나 객실(12)의 뒷벽 밖에 설치될 수 있다.
난방 및 공기조화 시스템이 주로 차량의 객실(12)의 바깥에 위치하기 때문에 시스템은 차량에 들어가거나 엔진실을 열지 않고도 상당히 쉽게 수리를 위해 접근될 수 있다. 모듈별 설계와 외부설치는 또한 공간이 객실이나 엔진실 내부에 마련될 필요가 없기 때문에 기존의 트럭을 개조하여 본 발명의 시스템을 장착하는 것을 용이하게 한다. 유사하게 시스템의 구성단위별 설계는 시스템이 수리되어야할 때 다른 시스템으로의 교환을 용이하게 한다. 무엇보다도 엔진에 연결된 중요한 요소를 갖거나 주 공기조화 시스템에 연결되거나 또는 엔진실에 위치하는 보조 난방 및 공기조화 시스템과 달리, 모듈(96)의 외부 위치는 자동차의 통상의 작동에 어떤 방해도 끼칠 가능성을 제거한다.

Claims (28)

  1. 차량의 객실을 위한 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템에 있어서,
    조화된 열전달 유체를 받기 위해 배관이 구비된 객실의 열교환기(20,114);
    조화된 열전달 유체를 공기조화 과정 동안 열교환기(20,114)로 전달하기 위해 관으로 연결된 증발기(40,112)와 응축기(36,116)을 포함하는 냉매 루프(30,117);
    열전달 유체를 가열하기 위한 객실 외부의 연료연소가열기(54,110); 및
    상기 연료연소가열기에 의해 가열된 열전달 유체를 보내기 위한 하나 또는 그 이상의 밸브 수단을 구비하고 있으며, 가열된 열전달 유체가 열교환기로 보내지는 난방모드와 가열된 열전달 유체가 반응기로 보내지는 냉방모드를 포함하는 다양한 모드를 갖는 밸브조립체(65,128,130)를 포함하며,
    객실 외부에 위치하고, 제1 및 제2 반응기(32,34,102,104)를 갖는 수착 냉동 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템으로써, 상기 반응기는 극성기체에 활성이 없는 기질 재료로 구성되고 금속염이나 2이상의 금속염의 혼합물 또는 금속염 위에서 이온기체를 흡수함에 의해 형성되는 복합화합물이 결합되는 수착제/기질 복합체로 채워진 열교환면의 부분의 사이 공간을 갖는 열교환면으로 구성되고, 상기 금속염은 알칼리금속, 알칼리토금속, 전이금속, 아연, 카드뮴, 주석, 또는 알루미늄의 할로겐 화합물(halide), 질산염(nitrate), 아질산염(nitrite), 수산염(oxalate), 과염소산염(perchlorate), 황산염(sulfate), 또는 아황산염(sulfite), 또는 소듐 보로플루오라이드(sodium borofluoride), 또는 이중 금속염화물로 구성되며, 상기 반응기들은 금속염 또는 상기 복합 화합물과 열교환을 하는 응축된 극성 기체 냉매 및/또는 열전달 유체를 열적으로 노출시키기 위한 열전달 구간을 갖는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 기질 재료는 방사(yarn), 로프(rope), 펠트(felt), 또는 직물로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기질 재료는 금속염과 결합하기 전에 50% 내지 98%의 공극률을 갖는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 금속염 또는 복합 화합물은 부피에 있어서 50% 이상의 수착제/기질 복합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 금속염 또는 복합 화합물은 부피에 있어서 85% 이상의 수착제/기질 복합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 극성 기체가 물, 아민, 알코올 또는 암모니아인 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 염은 알칼리, 알칼리토 또는 전이 금속염의 혼합물인 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 핀이 달린 관형 또는 판형 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 15mm 이하의 평균 질량 확산 경로 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 4mm 이하의 열 확산 경로 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기질 재료가 유리 섬유로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기질 재료가 폴리페닐렌 설파이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기질 재료가 방향성 폴리아미드 또는 나일론으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 차량은 열전달 유체를 받도록 관이 연결되어 있는 엔진 냉각 시스템을 구비하고 있으며, 상기 밸브 수단은 연료연소가열기로부터의 열전달 유체가 차량 엔진 냉각 시스템으로 보내지는 예열모드를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 수착기 냉각 시스템과 연료연소가열기가 자동차의 외부에 설치된 보조 난방 및 공기조화 모듈에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 상기 가열기는 디젤 연료, 프로판 또는 가솔린에 의해서 연료가 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 상기 냉매 루프는 열을 제거하기 위해 흡수 반응기의 열전 달 구간을 통해 응축된 극성 기체 냉매를 보내는 보조적인 냉매 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 연료연소가열기와 수착기 베드는 객실에 2000 BTU/hr 이상의 공기조화 에너지와 4000 BTU/hr 이상의 난방 에너지를 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 극성 냉매가 암모니아이고, 상기 열전달 유체는 엔진 냉각수이며, 상기 가열기는 7500 BTU/hr 이상의 열에너지를 생산할 수 있고 270℉까지 열전달 유체를 가열할 수 있는 열용량을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 연료연소가열기와 두 개의 반응기를 포함하는 반응기 냉각 시스템은 차량의 프레임에 설치되는 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  22. 제1항에 있어서, 상기 밸브 수단은 연료연소가열기에 의해 가열되는 열전달 유체를 보내는 하나의 다방향제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 밸브 수단은 난방모드에서는 열전달 유체가 반응기로 역류하는 것을 막으며 냉방모드에서는 열교환기와 흡수용 반응기 베드로 역류하는 것을 막기 위한 밸브(72)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  24. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    가열된 열전달 유체를 연료연소가열기(54,110)로부터 열교환기(20,114) 중 어느 하나 또는 제1 반응기(32,102), 또는 제2 반응기(34,104)로 선택적으로 순환시키는 열전달 유체 순환 시스템(58,60,62,126)을 포함하며;
    상기 밸브조립체(65,128,130)는, 난방모드에서는 가열된 열전달 유체를 연료연소가열기로부터 열교환기를 통하도록 보내고, 냉방모드에서는 제거작용을 하도록 연료연소가열기로부터 반응기의 열전달 구간으로 보내기 위한 하나 이상의 밸브를 포함하며;
    상기 수착냉동 시스템은, 차량의 외부에 설치되어 있고 냉방모드에서 열전달 유체를 열교환기로 전달하도록 배관이 된 증발기를 포함하는 냉매 루프를 가지는 보조 난방 및 공기조화 모듈에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 차량은 열전달 유체 순환 시스템과 서로 연결된 엔진 냉각 시스템을 가지고 있으며, 상기 밸브조립체는 연료연소가열기에서 나온 열전달 유체가 차량의 엔진 냉각 시스템으로 보내지는 엔진 예열모드를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 증발기(40)와 열교환기(20) 사이의 배관(68)에는 난방모드에서 유체 유동을 차단하기 위한 체크밸브(72)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  27. 제24항에 있어서, 상기 냉매 루프는 열을 제거하기 위하여 흡수 반응기의 열전달 구간을 통해 응축된 극성 기체 냉매를 보내기 위한 보조적인 냉매 경로(80)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
  28. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 증발기(112)와 상기 열교환기(114) 사이의 순환수 방식의 열전달 루프(134)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 보조 능동 난방 및 공기조화 시스템.
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