KR102005418B1

KR102005418B1 - 자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 공조 시스템 및 상기 공조 시스템 내로 공기 질량 흐름을 목적에 맞게 공급하기 위한 공기 안내 장치

Info

Publication number: KR102005418B1
Application number: KR1020160123952A
Authority: KR
Inventors: 제랄드 릭터; 마크 그라프
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2019-10-01
Also published as: KR20170037850A; CN106965640A; US10279655B2; US20170087956A1

Abstract

본 발명은 자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 공조 시스템(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)에 관한 것으로서, 상기 공조 시스템은 냉각 장치 모드와 열 펌프 모드 그리고 재열 모드로 작동을 위해 형성되어 있다. 상기 작동 모드의 설정은 에어 플랩(7, 9, 31l, 33c, 36)들과 에어 디플렉터 장치(31c, 34, 37)들의 제어 동작을 통해서 이루어진다. 상기 공조 시스템(1c, 1d, 1e)은 공기를 안내하기 위한 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)와 온풍 유동 경로(8) 그리고 공기 토출구(30a, 30b)를 갖는 하우징(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)을 구비한다. 상기 공기 토출구(30a, 30b)는 상기 공조 시스템(1)의 주변으로 공기를 유출하기 위해 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e) 영역에 형성되어 있다. 상기 온풍 유동 경로(8)는 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)로부터 분기된다. 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)와 온풍 유동 경로(8)는 제1 혼합 챔버(10)로 이어진다. 상기 공조 시스템(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)은 또한 증발기로서 작동되는 열교환기(21), 압축기(22), 제1 응축기(23), 제2 응축기(24) 및 팽창 기관(26)을 갖는 냉매 순환계를 구비하여 형성되어 있다. 상기 증발기(21)는 상기 냉풍 유동 경로(6c, 6e) 내부에, 상기 제1 응축기(23)는 가열 열교환기(23)로서 상기 온풍 유동 경로(8) 내부에 그리고 제2 응축기(24)는 상기 하우징(2a, 2b, 2c, 2d, 2e) 외부에 배치되어 있다. 상기 공기 토출구(30a, 30b)와 온풍 유동 경로(8)는 공기 유동 방향으로 볼 때 증발기로서 작동되는 상기 열교환기(21) 뒤에, 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)로부터 분기되는 방식으로 형성되어 있다.
본 발명은 또한 공조 시스템 내로 공기 질량 흐름을 목적에 맞게 공급하기 위한 공기 안내 장치(40)와도 관련이 있다.

Description

자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 공조 시스템 및 상기 공조 시스템 내로 공기 질량 흐름을 목적에 맞게 공급하기 위한 공기 안내 장치 {AIR-CONDITIONING SYSTEM FOR CONDITIONING THE AIR OF A PASSENGER COMPARTMENT OF A MOTOR VEHICLE AND AIR GUIDING ARRANGEMENT FOR SELECTIVELY SUPPLYING AIR MASS FLOWS IN THE AIR-CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 공조 시스템에 관한 것이다. 상기 공조 시스템은 공기를 냉각하기 위한 냉각 장치 모드와 공기를 가열하기 위한 열 펌프 모드 그리고 재열 모드로 작동하기 위해 형성되어 있다. 상기 작동 모드 설정은 에어 플랩(air flap)들과 에어 디플렉터 장치(air deflector device)들의 제어 동작을 통해서 이루어진다.

또한, 본 발명은 자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 공조 시스템의 하우징 내로 공기 질량 흐름을 목적에 맞게 공급하기 위한 공기 안내 장치 그리고 공기의 유동 방향으로 볼 때 앞에 배치된 공기 안내 장치를 구비한 공조 시스템과도 관련이 있다.

상당히 오랫동안 선행 기술에 포함된 자동차용 공조 시스템들은 통상적으로 차량 전방에 배치된 응축기, 차량 엔진에 연결되고 이러한 엔진에 의해 구동되는 압축기, 객실 내에 배치된 증발기 및 연결 라인들과 같은 여러 가지 개별 부품들을 포함한다. 상기 공조 시스템은 공기를 조화하고, 이어서 이러한 공기는 객실로 유입된다.

차량 드라이브의 효율적인 내연 기관의 냉각제 순환계로부터 가열 능력을 얻는 냉각제-공기-열교환기를 구비한 종래의 공조 시스템들은 낮은 주변 온도(예컨대 -10℃ 이하)에서는 더 이상 객실 온도를 안락하게 가열하는 데 필요한 온도 레벨에 도달할 수 없다. 이러한 사실은 하이브리드 드라이브를 구비한 자동차의 시스템들에도 유사하게 적용된다.

내연 기관 구동 방식의 드라이브의 지속적인 효율 상승 또는 전동기들을 구비한 드라이브로 인해 보조 가열 시스템들이 요구되며, 이러한 보조 가열 시스템들은 객실 공기 예열 공정과 더불어 자동차에 탑승한 승객의 안락함을 상승시킨다.

선행 기술에는 차량용 에어컨을 위한 상이한 보조 가열 시스템들이 공지되어 있다. 이 경우 전기식 보조 가열 시스템 외에 열 펌프 모드로 작동하는 냉매 순환계들도 사용된다. 예컨대, 글리콜-공기-열 펌프들은 내연 기관의 냉각제를 열원으로 사용한다. 이 경우 냉각제로부터 열이 탈취된다. 그 결과로서 내연 기관은 더 오랜 시간 동안 낮은 온도에서 작동되며, 이는 배기가스 배출과 연료 소비에 부정적인 영향을 미친다. 하이브리드 차량의 경우 내연 기관의 작동이 때때로 중단됨으로써, 장시간 주행 시 충분히 높은 냉각제 온도에 도달할 수 없다. 따라서 내연 기관의 시작-정지-동작(start-stop operation)이 낮은 주변 온도에 노출된다. 내연 기관은 스위치-오프되지 않는다.

그 외에 예를 들면 배터리 또는 연료 전지에 의해 구동되는 차량들의 경우와 같이 완전히 전화된 드라이브들의 경우, 예상할 수 있는 공기 가열용 열원으로서 내연 기관의 폐열이 생략된다. 또한, 차량의 배터리에 저장 가능한 에너지량은 액상 연료 형태로 연료 탱크 내부에 저장 가능한 에너지량보다 적다. 따라서 전기 구동 차량의 객실 온도 조절에 필요한 출력은 차량의 유효 범위에 중요한 영향을 미친다.

냉매 순환계 내부에 있는 냉매의 유동 경로를 전환함으로써 객실에 공급될 공기 질량 흐름의 가열 기능을 보장하는 공조 시스템들 외에도, 선행 기술에는 소형 모듈로 형성된 공조 시스템들이 공지되어 있으며, 이들 시스템의 경우 표준 냉매 순환계에 의해 가열, 냉각 및 습기 제거 및 재열 기능을 의도한 바대로 공기측 제어함으로써 객실에 공급될 공기의 임의의 모든 혼합 온도가 제공될 수 있다.

DE 10 2011 052 752 A1호에는 공기를 가열 및 냉각하기 위한 모듈식 차량용 에어컨이 기술된다. 상기 차량용 에어컨은 팬 및 공기 유동 경로들을 조절하기 위한 플랩들을 갖는 하우징 그리고 응축기, 증발기, 압축기, 팽창 기관 및 관련된 연결 라인들을 갖는 냉매 순환계를 구비한다. 상기 하우징 내에는 증발기가 집적된 증발기-공기 유동 경로 그리고 응축기가 집적된 응축기-공기 유동 경로가 형성되어 있다. 각각의 공기 유동 경로에는 외기(fresh air), 객실의 순환 공기 또는 이들의 혼합물이 공급될 수 있다. 오로지 공기 유동 경로 조정을 통해서만 객실 가열 또는 냉각이 이루어지도록 상기 두 공기 유동 경로는 제어 가능한 플랩들을 통해서 서로 연결되어 있다.

DE 10 2012 108 891 A1호에는 객실에 공급될 공기를 냉각 및 가열하고 그리고 재열 작동을 위한 공조 시스템이 기술되는데, 이때 상기 공조 시스템은 공기를 안내하기 위한 2개의 유동 채널을 갖는 하우징 그리고 증발기와 응축기를 갖는 냉매 순환계를 구비한다. 이러한 경우 상기 증발기는 제1 유동 채널 내에 배치되어 있고, 그리고 상기 응축기는 제2 유동 채널 내에 배치되어 있다. 상기 작동 모드 설정은 공기 디플렉터 장치들의 제어 동작을 통해서만 이루어진다. 이 경우 상기 열교환기들 중 하나의 열교환기, 즉 증발기 또는 응축기는 각각 열 전달 면적의 일부분을 구비하여 제1 유동 채널과 제2 유동 채널 모두에 배치되어 있다.

따라서 소형 모듈로서 형성된 공조 시스템들의 경우, 응축기의 열 전달 면적을 통해 안내된 온풍 흐름과 증발기의 열 전달 면적을 통해 안내된 냉풍 흐름이 필요한 송풍 온도에 상응하게 혼합된다. 그 외에 냉풍 흐름은 냉풍 및/또는 습기 제거 후 응축기의 열 전달 면적을 통해 안내되는 동시에 재가열될 수 있다. 소위 재열 작동 시에는 객실에 공급될 공기가 냉각되는 동시에 습기가 제거되고, 후속해서 약간 가열된다. 상기 재열 작동 모드에서는 필요한 재열 능력이 적어도 공기 냉각과 습기 제거에 필요한 냉각 능력보다 낮다.

조화된 공기는, 하나 이상의 앞유리 방향 공기 토출구, 승객 방향 공기 토출구 및 레그룸 방향 공기 토출구와 같은 상이한 공기 토출구 및 상응하는 공기 토출구의 토출구 온도 부재들을 갖는 공기 분배 시스템에 의해 객실로 안내된다. 초과량분의 공기는 추가 공기 토출구들을 통해 공기 분배 시스템으로부터 자동차의 주변으로 이송된다.

그러나 소형 모듈로서 형성되어 있고 공기측 제어되는 공조 시스템들은 공지된 자동차들에 비해 뚜렷하게 변경된 차량 설계를 요구하고, 이러한 설계는 종래 방식의 차량들에 사용 가능하지 않다.

객실에 공급될 그리고 조화될 공기를 가열, 냉각 및 습기 제거하기 위한 냉각 장치 및 열 펌프 동작이 결합된, 냉매 순환계측 제어되는 공조 시스템들에서, 특히 냉매 순환계들은 대개 다수의 부품, 예를 들면 리버싱 밸브(reversing valve)를 구비한다. 냉매 순환계들은 매우 복잡하며, 이러한 복잡한 구조는 높은 비용과 기술적으로 많은 복잡성을 야기한다. 또한, 이러한 공조 시스템들의 출력은 특히 주변 온도가 낮을 경우 객실 승객에 필요한 안락함을 충분히 보장할 수 없다.

본 발명의 과제는 특히 자동차용 소형 공조 시스템을 제공하는 것이다. 냉매 순환계는 최소 부품 수로 형성되어야만 하며, 따라서 구조가 단순하고, 비용이 경제적인 동시에 유지보수가 많이 필요하지 않아야 한다. 가능한 한 기본 부품으로서 형성된 부품들은 종래 방식대로 자동차 내에 배치되어야 한다. 상기 공조 시스템은 또한 조화될 객실 공기를 가열, 냉각 및 습기 제거하기 위한 냉각 장치 모드와 열 펌프 모드 그리고 재열 모드로 작동이 결합되는 방식으로 형성되어야 한다. 이 경우 작동은 적은 용량의 열원을 갖는 환경에서도 최대 효율로 작동될 수 있어야 하는데, 예를 들면 에너지 효율적인 내연 기관 또는 내연 기관과 전동기로 이루어진 하이브리드 드라이브의 경우 또는 예컨대 전기 구동 자동차와 같이 드라이브의 열원이 없는 경우에도 객실 내 안락한 실내 공기에 대한 모든 요건을 충족해야 한다.

상기 과제는 독립 특허 청구항의 특징들을 갖는 대상들에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 기재되어 있다.

상기 과제는 자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 본 발명에 따른 공조 시스템에 의해서 해결된다. 상기 공조 시스템은 공기를 냉각하기 위한 냉각 장치 모드와 공기를 가열하기 위한 열 펌프 모드 그리고 재열 모드로 작동하기 위해 형성되어 있다. 상기 작동 모드 설정은 에어 플랩들과 에어 디플렉터 장치들의 제어 동작을 통해서 이루어진다.

본 발명의 구상에 따르면, 상기 공조 시스템은 공기를 안내하기 위한 냉풍 유동 경로와 온풍 유동 경로 및 공기 토출구를 갖는 하우징을 구비한다. 이때 상기 공기 토출구는 공조 시스템의 주변으로 공기를 배출하기 위한 냉풍 유동 경로 영역에 그리고 상기 온풍 유동 경로는 상기 냉풍 유동 경로로부터 분기되는 방식으로 형성되어 있다. 상기 냉풍 유동 경로와 온풍 유동 경로는 제1 혼합 챔버로 이어진다.

또한, 상기 공조 시스템은 증발기로 작동되는 열교환기, 압축기, 제1 응축기로 작동하는 열교환기, 제2 응축기로 작동하는 열교환기 및 팽창 기관을 갖는 냉매 순환계를 구비하여 형성되어 있다. 이때 증발기는 냉풍 유동 경로 내에, 가열 열교환기로서 제1 응축기는 온풍 유동 경로 내부에 그리고 제2 응축기는 하우징 외부에 배치되어 있다.

본 발명에 따르면, 상기 공기 토출구와 온풍 유동 경로는 공기 유동 방향으로 볼 때 증발기로서 작동되는 열교환기 뒤에, 냉풍 유동 경로로부터 분기되는 방식으로 형성되어 있다.

냉매의 액화가 예컨대 냉매 R134a를 사용하는 경우와 같은 임계 이하의 모드에서 이루어지거나 이산화탄소를 사용하는 특정 주변 조건에서 이루어지는 경우에는, 냉매를 액화하기 위한 열교환기가 응축기로서 명명된다. 열 전달의 일부분은 일정한 온도에서 이루어진다. 임계 초과의 모드 또는 열교환기 내에서 임계 초과의 열이 방출되는 경우에는, 냉매의 온도가 일정하게 감소한다. 이 경우에는 열교환기가 가스 냉각기로도 명명된다. 임계 초과의 모드는, 예컨대 이산화탄소를 냉매로서 사용하는 냉매 순환계의 특정 주변 조건 또는 작동 방식에서 나타날 수 있다.

공조 시스템의 작동 모드 설정은 바람직하게는 에어 플랩들과 에어 디플렉터 장치들의 제어를 통해서 이루어진다.

에어 플랩은 예를 들면 개별 유동 경로, 특히 공기 채널을 폐쇄하고 개방하기 위해 형성된 부재를 의미한다. 그에 비해 공기 제어 부재는 다수의 유동 경로, 특히 2개 이상의 공기 채널을 동시에 개방하고 폐쇄하기 위해 사용된다.

에어 플랩들과 에어 디플렉터 장치들은 바람직하게는, 증발기로서 작동되는 열교환기의 열 전달 면적을 통해 안내되는 공기 질량 흐름이 공기 토출구를 통해 곧바로 주변으로 안내되도록 조절 가능하게 형성되고 배치되어 있다.

본 발명의 한 개선예에 따르면, 제1 응축기 및 제2 응축기는 냉매 유동 방향으로 볼 때 냉매 순환계 내부에 차례로 배치되어 있다. 이때 제1 및 제2 응축기의 명칭은 냉매의 유동 방향과 더불어 지정된 순서대로 차례로 관류되는 열교환기들 관류와 관련이 있다. 이때 서로 일렬로 스위칭 되도록 배치된 열교환기들은 바람직하게 추가 부품들 없이 연결 라인을 통해서만 서로 연결되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 제2 응축기는 주변 공기가 공급될 수 있도록 배치되어 있어 있다. 이 경우 주변 공기의 공기 질량 흐름을 설정하기 위해 주변 공기 유동 방향으로 볼 때 응축기/가스 냉각기 앞에 에어 플랩들이 배치되어 있다.

이 경우 에어 플랩들은 바람직하게 가동성으로 연속 조절 가능하게 형성되어 있다. 에어 플랩들의 위치에 따라, 외기 공기 질량 흐름은 최대 수준과 0 사이에서 조절된다.

본 발명의 바람직한 한 실시예에 따르면, 공조 시스템의 하우징은 증발기로서 작동되는 열교환기를 우회하는 바이패스 유동 경로를 구비한다. 이러한 경우 상기 바이패스 유동 경로는 가동성으로 연속 조절 가능한 에어 플랩 또는 에어 디플렉터 장치에 의해 폐쇄와 개방이 가능하게 형성되어 있다.

본 발명의 한 개선예에 따르면, 바이패스 유동 경로와 냉풍 유동 경로는 제2 혼합 챔버로 이어지도록 형성되어 있다. 온풍 유동 경로는 바람직하게 공통의 제2 혼합 챔버로부터 분기된다.

하우징 내부에 제공된 에어 플랩들과 에어 디플렉터 장치들은 바람직하게, 바이패스 유동 경로를 통해 안내된 공기 질량 흐름이 곧바로 온풍 유동 경로로 안내되도록 조정 가능하게 형성되고 배치되어 있다.

본 발명의 대안적인 제1 실시예에 따르면, 에어 디플렉터 장치는 2개의 끝 위치(end position) 사이에서 연속 조절 가능하게 형성되어 있다. 이때 에어 디플렉터 장치의 제1 끝 위치에서는 공기 토출구가 폐쇄되어 있고, 냉풍 유동 경로는 제2 혼합 챔버와 온풍 유동 경로 방향으로 개방되어 있다. 에어 디플렉터 장치의 제2 끝 위치에서는 공기 토출구가 개방되어 있고, 냉풍 유동 경로는 제2 혼합 챔버와 온풍 유동 경로 방향으로 폐쇄되어 있다.

본 발명의 대안적인 제2 실시예에 따르면, 에어 디플렉터 장치는 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능하게 형성되어 있다. 이때 에어 디플렉터 장치의 제1 끝 위치에서는 바이패스 유동 경로가 폐쇄되어 있고, 냉풍 유동 경로는 온풍 유동 경로 방향으로 개방되어 있으며, 그리고 에어 디플렉터 장치의 제2 끝 위치에서는 바이패스 유동 경로가 개방되어 있고, 냉풍 유동 경로는 온풍 유동 경로 방향으로 폐쇄되어 있다.

본 발명의 바람직한 추가 실시예에서는, 온풍 유동 경로 내부에 냉매 순환계의 제1 응축기뿐만 아니라 추가 가열 열교환기가 배치되어 있다. 이 경우 상기 가열 열교환기들은 온풍 유동 경로를 통해 안내되는 공기 질량 흐름의 유동 경로 방향으로 차례로 배치되어 있다.

제1 가열 열교환기로도 명명되는 상기 추가 가열 열교환기는 바람직하게 냉각제 순환계의 부품으로도 형성되어 있다. 제1 가열 열교환기는 이때 온풍 유동 경로를 통해 안내되는 공기 질량 흐름의 유동 방향으로 볼 때 응축기/가스 냉각기로서 형성된 제2 가열 열교환기 앞에 배치되어 있다.

제1 및 제2 가열 열교환기의 명칭은 온풍 유동 경로를 통과하는 공기 질량 흐름의 유동 방향과 더불어 지정된 순서대로 차례로 그리고 연속하여 관류되는 열교환기들 관류와 관련이 있다.

본 발명의 상기 과제의 해결은 자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 공조 시스템의 하우징 내로 공기 질량 흐름을 목적에 맞게 공급하기 위한 본 발명에 따른 공기 안내 장치에 의해서도 이루어진다. 상기 공기 안내 장치는 외기 및/또는 객실의 순환 공기를 흡인하기 위한 팬과 각 하나씩의 에어 플랩을 갖는 순환 공기 토출구를 구비한다. 상기 외기 토출구와 순환 공기 토출구의 단면적은 개별 에어 플랩에 의해 폐쇄와 개방이 가능하도록 형성되어 있다.

본 발명의 구상에 따르면, 공기 안내 장치는 2개 이상의 유동 경로를 갖는 디퓨저(diffuser)를 구비하는데, 상기 유동 경로들은 유동 기술상 서로 분리되어 있다. 또한, 상기 팬은 2개의 임펠러를 구비하여 복류식으로 형성되어 있으며, 제1 임펠러는 제1 유동 경로를 통해 공기 질량 흐름을 이송하기 위해 그리고 제2 임펠러는 제2 유동 경로를 통해 공기 질량 흐름을 이송하기 위해 형성되어 있다.

본 발명의 한 개선예에 따르면, 외기 토출구와 순환 공기 토출구는 유동 기술상 서로 연결될 수 있다. 이러한 경우 상기 외기 토출구와 순환 공기 토출구 사이에 형성된 개구는 에어 플랩에 의해 폐쇄와 개방이 가능하도록 형성되어 있다.

본 발명의 바람직한 한 실시예에서, 디퓨저 내부에 형성된 유동 경로들은 유동 기술상 서로 연결될 수 있으며, 이 경우 상기 유동 경로들 사이에 형성된 개구는 에어 디플렉터 장치에 의해 폐쇄와 개방이 가능하도록 형성되어 있다.

그 외에 본 발명의 상기 과제는 하우징의 냉풍 유동 경로와 바이패스 유동 경로로 공기 질량 흐름을 목적에 맞게 공급하기 위한, 공기 유동 방향으로 볼 때 앞쪽에 배치된 공기 안내 장치를 구비한 본 발명에 따른 공조 시스템에 의해서도 해결된다.

본 발명의 구상에 따라, 증발기로서 작동하는 열교환기는 냉풍 유동 경로 내부에 배치되어 있고, 공기 안내 장치의 디퓨저는 하우징에 대한 연결 부재로서 형성되어 있으며, 이 경우 상기 디퓨저 내부에 형성된 제1 유동 경로는 공조 시스템의 하우징의 바이패스 유동 경로 이어지고, 상기 디퓨저 내부에 형성된 제2 유동 경로는 공조 시스템의 하우징의 냉풍 유동 경로로 이어진다.

본 발명의 바람직한 한 실시예에 따르면, 환기 장치의 에어 디플렉터 장치는 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능하게 형성되어 있다. 이러한 경우 에어 디플렉터 장치의 제1 끝 위치에서는 유동 경로들 사이에 형성된 개구가 폐쇄되어 있고, 상기 유동 경로들은 개방되어 있다. 에어 디플렉터 장치의 제2 끝 위치에서는 유동 경로들 사이에 형성된 개구가 개방되어 있고, 반면에 제1 유동 경로는 폐쇄되어 있다.

요약적으로 말하자면, 본 발명에 따른 공조 시스템은 또한 본 발명에 따른 환기 장치에 의해 다음과 같은 다양한 장점을 갖는다:

- 열 펌프로서 작동되는 종래 방식의 시스템들에 비해 특히 낮은 주변 온도에서 작동 시 효율이 상당히 상승하고, 특히

- 낮은 주변 온도에서 신속한 온풍 공급뿐만 아니라 내연 기관을 구비한 자동차의 엔진 냉각제 순환계 내부에서 신속한 저온 냉각제 공급이 가능하며, 그리고

- 공기 안내 장치에 있는 복류식 팬을 통해 개별 영역들에 외기와 순환 공기를 공급함으로써 정해진 작동 포인트에서 효율이 추가로 상승하며,

- 순환 공기 모드를 통해 그리고/또는 유동 채널들 내부에서 의도한 바대로 공기를 안내함으로써, 경우에 따라 객실 내에 필요하지 않은 공기를 외부로 배출함으로써 객실 난방에 필요한 출력이 감소하고,

- 냉매 순환계 내 복잡성 최소화, 다시 말해 실제로 리버싱 밸브가 생략되고 팽창 밸브, 열교환기 및 냉매 라인의 수가 최소화됨으로써 냉매 순환계 내 복잡성이 최소화되며, 이 경우 추가 열교환기가 보충되는 종래 방식의 냉매 순환계의 사용으로

- 가열 기능 또는 보조 가열 기능이 가능하며,

- 자동차의 냉매 순환계의 부품 배열이 변동 없이 유지되고, 더불어 종래의 시스템들에 비해 차량 구조를 단지 약간만 변경하는 것만으로도 설계가 가능하며, 그리고

- 제조, 조립 및 관리에 드는 비용이 최소화된다.

본 발명의 또 다른 세부 사항들, 특징들 및 장점들은 관련 도면들을 참조하는 실시예들에 대한 하기의 상세한 설명으로부터 드러난다. 도면에 대한 설명:
도 1은 냉풍 유동 경로와 온풍 유동 경로 및 객실로 통하는 공기 토출구들을 갖는 하우징 그리고 공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기들을 구비한 선행 기술에 따른 공조 시스템을 도시하고,
도 2는 추가 가열 열교환기를 구비한 공조 시스템의 냉매 순환계를 도시하며,
공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기들 그리고 냉풍 유동 경로와 온풍 유동 경로 및 객실로 통하는 공기 토출구들을 갖는 하우징을 구비한 공조 시스템으로서,
도 3a, 3b는 냉풍 유동 경로 영역에 그리고 온풍 유동 경로로 이어지는 유입구 앞에 형성되어 있고, 주변으로 통하는 공기 토출구를 구비하는 공조 시스템을 도시하고,
도 4a, 4b는 냉풍 유동 경로 영역에 형성되어 있고, 주변으로 통하는 공기 토출구를 구비하는 공조 시스템을 도시하며,
도 5a, 5b는 냉풍 유동 경로 영역에 그리고 온풍 유동 경로로 이어지는 유입구 앞에 형성되어 있고, 주변으로 통하는 도 3a, 3b에 따른 공기 토출구, 증발기로서 작동되는 열교환기를 우회하는, 혼합 챔버로 이어지는 바이패스 유동 경로 그리고 주변으로 통하는 공기 토출구의 에어 디플렉터 장치를 구비하는 공조 시스템을 도시하고,
도 6a, 6b는 냉풍 유동 경로 영역에 그리고 온풍 유동 경로로 이어지는 유입구 앞에 형성되어 있고, 주변으로 통하는 도 3a, 3b에 따른 공기 토출구, 증발기로서 작동되는 열교환기를 우회하는, 혼합 챔버로 이어지는 바이패스 유동 경로 그리고 바이패스 유동 경로의 입구 영역에 배치된 에어 디플렉터 장치를 구비하는 공조 시스템을 도시하며,
도 7a, 7b는 냉풍 유동 경로 영역에 형성되어 있고, 주변으로 통하는 도 4a, 4b에 따른 공기 토출구, 증발기로서 작동되는 열교환기를 우회하는, 온풍 유동 경로로 이어지는 바이패스 유동 경로 그리고 바이패스 유동 경로의 에어 디플렉터 장치를 구비하는 공조 시스템을 도시하고,
도 8a, 8b는 도 5a, 5b에 따른 그리고 외기 및/또는 순환 공기를 흡인하기 위한 복류식 팬 그리고 에어 플랩으로서 형성된 에어 디플렉터 장치를 갖는, 공기 유동 방향으로 볼 때 앞쪽에 배치된 공기 안내 장치를 구비하는 공조 시스템을 도시하며,
도 9a, 9b는 도 5a, 5b에 따른 그리고 외기 및/또는 순환 공기를 흡인하기 위한 복류식 팬 그리고 폴딩 가능한 벽 부재로서 형성된 에어 디플렉터 장치를 갖는, 공기 유동 방향으로 볼 때 앞쪽에 배치된 공기 안내 장치를 구비하는 공조 시스템을 도시하며, 그리고
도 10은 공조 시스템의 작동 모드가 기술된 표이다.

도 1에는 냉풍 유동 경로(6')와 온풍 유동 경로(8) 그리고 객실로 통하는 공기 토출구(3, 4, 5)를 갖는 하우징(2')을 구비한 선행 기술에 따른 공조 시스템(1')을 도시한다. 상기 공조 시스템(1')은 2개의 가열 열교환기(11, 23') 및 도면에 도시되지 않은 냉매 순환계의 증발기로서 작동되고 공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기(21)를 구비한다.

조화될 공기 질량 흐름은 도면에 도시되지 않은 팬에 의해 상기 하우징(2') 내로 흡인되고 상기 증발기(21)의 열 전달 면적을 통해서 안내된다. 이때 증발기(21)는 하우징(2')의 전체 유동 단면적을 점유한다. 증발기(21)의 열 전달 면적에서 과류 현상이 발생하면, 열은 공기에서 증발되는 냉매로 전달된다. 이 경우 공기 질량 흐름이 냉각되고/되거나 습기가 제거된다.

증발기(21)로부터 유출되는 냉풍 질량 흐름은 각각 부분 공기 질량 흐름으로서 냉풍 유동 경로(6')와 온풍 유동 경로(8)를 통해 혼합 챔버(10)로 안내될 수 있다. 냉풍 질량 흐름은 이때 필요한 비율로 분할되거나 전체가 유동 경로(6', 8)들 중 하나의 유동 경로로 할당된다. 냉풍 유동 경로(6')의 단면적은 에어 플랩(7)에 의해 폐쇄되거나 개방되며, 온풍 유동 경로(8)의 단면적은 에어 플랩(9)에 의해 폐쇄되거나 개방된다. 2개의 끝 위치 사이에서 개방 및 폐쇄되는 연속 조절 가능한 에어 플랩(7, 9)들은 각각 유동 경로(6', 8)로 이어지는 유입구에 배치되어 있다.

온풍 유동 경로(8) 내부에는 제1 가열 열교환기(11)와 제2 가열 열교환기(23')가 형성되어 있는데, 이들 열교환기는 공기 질량 흐름과 관련하여 서로 일렬로 배치되어 있고 상기 공기 질량 흐름에 의해 차례로 과류된다. 상기 가열 열교환기(11, 23')들은 각각 온풍 유동 경로(8)의 전체 유동 단면적을 점유한다. 가열 열교환기(11, 23')들의 열 전달 면적이 과류될 때, 필요에 따라 열은 공기 질량 흐름으로 전달되고, 이때 상기 공기 질량 흐름은 가열된다.

제1 가열 열교환기(11)는 바람직하게 냉각제 순환계의 부품으로서, 예를 들면 내연 기관에 의해 구동되는 자동차의 경우 내연 기관의 부품으로서 형성되어 있다. 제2 가열 열교환기(23')는 추가 가열 열교환기로서 예를 들면 전기 저항 가열기(electric resistance heating) 또는 연료 버너(fuel burner)의 부품이다. 그러나 상기 저항 가열기의 도움을 받아 이루어지는 전기적 보조 가열은 예를 들면 전기 차량, 특히 에어컨의 효율에 영향을 미친다. 자동차의 유효 범위가 대폭 감소된다.

냉풍 유동 경로(6')와 온풍 유동 경로(8)는 각각 혼합 챔버(10) 내로 이어지며, 그 결과 상기 냉풍 유동 경로(6')와 온풍 유동 경로(8)로 분할되는 부분 공기 질량 흐름이 상기 혼합 챔버(10) 내에서 최대로 광범위하게 혼합되어 조화된 공기 질량 흐름으로서 필요에 따라 앞유리 방향의 공기 토출구(3)로, 승객 방향의 공기 토출구(4)로 그리고 레그룸 방향의 공기 토출구(5)로 분할되어 객실로 유입된다. 상기 공기 토출구(3, 4, 5)들의 단면적은 각각 에어 플랩(3l, 4l, 5l)에 의해 폐쇄 또는 개방된다.

도 2에는 제1 가열 열교환기(11)에 추가로 배치된 제2 가열 열교환기(23)를 구비한 공조 시스템의 냉매 순환계(20)가 도시되어 있다. 상기 제1 가열 열교환기(11)도 마찬가지로 바람직하게는 도면에 도시되지 않은 냉각제 순환계의 부품이다.

상기 냉매 순환계(20)는 압축기(22), 과열 저감기(desuperheater)로서 그리고 경우에 따라 제1 응축기(23), 경우에 따라 과열 저감기로서 그리고 제2 응축기(24), 팽창 기관(26) 및 증발기(21)를 구비한다.

고압 가스(hot gas)로서 고압 레벨의 압축기(22)로부터 유출되는 냉매는 필요에 따라, 다시 말해 개방된 온풍 유동 경로(8)에 따라 그리고 제1 가열 열교환기(11) 내에서 부분 공기 질량 흐름으로 열 전달에 따라 제1 응축기(23) 관류 시 과열 제거되어 액화되며, 그리고 이어서 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제2 열교환기(24)를 통해 안내된다.

냉매 순환계(20)는 제1 응축기(23)와 함께 종래의 공조 시스템의 냉매 순환계들과 비교하면 추가 열교환기를 구비하는데, 이러한 추가 열교환기는 상기 냉매 순환계(20) 내부에서 냉매의 유동 방향으로 볼 때 곧바로 압축기(22)에 이어서 배치되어 있다.

냉매는 바람직하게 차량 전방에, 특히 냉각 모듈 내부에 배치되어 있는 열교환기(24) 관류 시에 액화되고, 경우에 따라 과냉각(supercooling)된다. 열은 냉매에서 주변 공기로 전달된다. 그 결과 냉매 순환계(20)의 폐열이 주변으로 방출된다. 주변 공기의 공기 질량 흐름은 공기 디플렉터 시스템들, 특히 에어 플랩(25)들의 위치에 의해 조절된다.

제2 응축기(24)로부터 유출된 후, 액상 냉매는 팽창 기관(26)으로 안내된다. 상기 팽창 기관(26)을 관류할 때 냉매는 증발 압력으로 팽창되어 증발기(21)로 안내된다.

상기 증발기(21)를 관류할 때 냉매는 열을 흡수하면서 증발되고 과열된다. 이때 열은 조화될 객실용 공기 질량 흐름에서 냉매로 전달된다. 팬에 의해 증발기(21)의 열 전달 면적을 통해 이송된 공기는 냉각되고/되거나 습기가 제거된다. 과열된 그리고 증발기(21)로부터 가스 상태로 유출되는 냉매는 압축기(22)에 의해 흡인된다. 냉매 순환계(20)는 폐쇄되어 있다.

열교환기(21, 11, 23)들은 조화될 공기 질량 흐름의 유동 방향으로, 도면에 도시되지 않은 공기가 공급되는 하우징 내부에 지정된 순서로 배치되어 있다. 따라서 추가의 제2 가열 열교환기(23)는 증발기(21) 뒤에 배치되어 있으며, 예를 들면 전동기에 의해 구동되는 자동차 또는 하이브리드 차량의 경우 엔진 냉각제 순환계의 냉각제가 공급된 가열 열교환기(11) 대신에 배치되어 있거나, 또는 내연 기관에 의해 구동되는 자동차의 보조 가열 시스템의 경우, 엔진 냉각제 순환계의 냉각제가 공급되는 가열 열교환기(11)에 추가로 배치되어 있다.

공조 시스템, 특히 냉매 순환계(20)가 공기측 제어 기능을 갖춘 열 펌프 모드로 작동할 때, 객실에 공급될 공기 질량 흐름으로 전달될 열은 공기 질량 흐름의 냉각 및/또는 습기 제거에 필요한 냉방 능력보다 크며, 그 결과 증발기(21) 내에서 냉각될 공기 질량 흐름이 객실에 공급될 공기 질량 흐름보다 명확히 크다.

도 3a 및 3b에는, 공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기(21, 11, 23)들 그리고 냉풍 유동 경로(6a)와 온풍 유동 경로(8) 및 객실로 통하는 공기 토출구(3, 4, 5)들을 갖는 하우징(2a)을 구비한 공조 시스템(1a)이 도시되어 있다. 도 1의 하우징(2')과 달리, 상기 하우징(2a)은 냉풍 유동 경로(6a) 영역에 그리고 온풍 유동 경로(8) 내로 연결되는 유입구 앞에 형성되어 있고, 상기 하우징(2a), 특히 자동차의 주변으로 통하는 공기 토출구(30a)를 구비한다.

이때 공기를 하우징(2a)의 주변으로 이송하기 위한 공기 토출구(30a)는 공기 질량 흐름의 유동 방향으로 볼 때 증발기(21) 뒤에 그리고 온풍 유동 경로(8) 내로 통하는 유입구 앞에 그리고 이와 더불어 가열 열교환기(23) 앞에 배치되어 있다.

상기 공기 토출구(30a)의 단면적은 가동성 에어 플랩(31l)에 의해 폐쇄되거나 개방된다. 공기 토출구(30a) 내부에 배치된 에어 플랩(31l)은 2개의 끝 위치 사이에서 개방 및 폐쇄되는 방식으로 연속 조절 가능하다. 도 3a는 폐쇄된 끝 위치에 있는 에어 플랩(31l)을 도시하고, 도 3b는 개방된 끝 위치에 있는 에어 플랩(31l)을 보여준다.

도 4a 및 4b에는, 공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기(21, 11, 23)들 그리고 냉풍 유동 경로(6b)와 온풍 유동 경로(8) 및 객실로 통하는 공기 토출구(3, 4, 5)들을 갖는 하우징(2b)을 구비한 공조 시스템(1b)이 나타나 있다. 도 1의 하우징(2') 그리고 도 3a 및 3b의 하우징(2a)과 달리, 상기 하우징(2b)은 냉풍 유동 경로(6b) 영역에 형성되어 있고, 하우징(2b), 특히 자동차의 주변으로 통하는 공기 토출구(30b)를 구비한다. 이때 상기 공기 토출구(30b)는 실제로 공기의 유동 방향에 수직으로 배치된 영역에서, 온풍 유동 경로(8)로 통하는 유입구에 상반되는, 냉풍 유동 경로(6b) 측에 배치되어 있다.

이때 마찬가지로 공기를 하우징(2b)의 주변으로 이송하기 위한 공기 토출구(30b)는 공기 질량 흐름의 유동 방향으로 볼 때 증발기(21) 뒤에 제공되어 있다.

공기 토출구(30b)의 단면적은 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능한 에어 플랩(31l)에 의해 폐쇄되거나 개방되며, 이때 도 4a는 폐쇄된 끝 위치에 있는 에어 플랩(31l)을 도시하고, 도 4b는 개방된 끝 위치에 있는 에어 플랩(31l)을 보여준다.

냉매 순환계(20)의 가열 기능 없이, 예를 들면 객실에 공급될 공기 질량 흐름을 냉각하기 위한 냉각 장치 모드로 또는 제 1 가열 열교환기(11) 내 엔진 냉각제 순환계의 냉각제에서 객실에 공급될 공기 질량 흐름으로 열 전달 기능을 갖춘 가열 모드로 정상 작동 시에는, 공기 토출구(30a, 30b)가 폐쇄된다. 이와 더불어 필요에 따라, 냉각된 그리고/또는 습기가 제거된 전체 공기 질량 흐름이 증발기(21)로부터 냉풍 유동 경로(6a, 6b)를 거쳐 그리고 이와 더불어 제1 가열 열교환기(11)를 우회하여 혼합 챔버(10) 내부로 흐르고, 또는 가열 열교환기(11)를 통해 온풍 유동 경로(8)를 거쳐 혼합 챔버(10) 내부로 흐르거나, 부분적으로 냉풍 유동 경로(6a, 6b)와 온풍 유동 경로(8)를 통해 부분 질량 흐름으로 분할된다. 따라서 에어 플랩(7, 9)들은 객실에 공급될 공기 질량 흐름의 온도를 "냉풍 최대"와 "온풍 최대" 사이에서 설정 가능하도록 한다.

냉매 순환계(20)가 열 펌프 모드로 작동할 때 객실에 공급될 공기 질량 흐름으로 전달하기 위한 추가 열이 필요하면, 공조 시스템(1a, 1b)의 하우징(2a, 2b)을 통과하는 공기 흐름이 증가되고, 공기 토출구(30a, 30b)가 개방된다. 이 때문에 증발기(21) 내에서 더 많은 공기 질량 흐름이 냉각되고/되거나 습기가 제거되며, 이 경우 냉매 순환계(20)의 가열 기능 없이 정상 작동 시 더 많은 열이 냉매로 전달된다. 상기 증발기(21) 내에서 냉각되고/되거나 습기가 제거된, 그러나 객실에 공급되지 않은 공기 질량 흐름 부분은 초과량분의 공기로서 개방된 공기 토출구(30a, 30b)를 통해 주변으로 이동되고 객실에 공급될 공기 질량 흐름의 필요한 공기량이 조절된다. 증발기(21)를 통해 안내되는 공기 질량 흐름의 부분으로서 객실에 공급될 공기 질량 흐름은 전체가 온풍 유동 경로(8) 및 이와 더불어 제2 가열 열교환기(23)를 통해 혼합 챔버(10) 내로 안내된다. 가열 열교환기(23) 내에서 열은 냉매에서 상기 공기 질량 흐름으로 전달된다.

도 5a 및 5b에는, 공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기(21, 11, 23)들 그리고 냉풍 유동 경로(6c)와 온풍 유동 경로(8) 및 객실로 통하는 공기 토출구(3, 4, 5)들을 갖는 하우징(2c)을 구비한 공조 시스템(1c)이 도시되어 있다. 상기 하우징(2c)은 도 3a 및 3b의 하우징(2a)에 따라 냉풍 유동 경로(6c) 영역에 그리고 온풍 유동 경로(8) 내로 연결되는 유입구 앞에 형성되어 있고, 하우징(2c), 특히 자동차의 주변으로 통하는 공기 토출구(30a)를 구비한다.

또한, 상기 하우징(2c)은 제2 혼합 챔버(35c)로 이어지는 바이패스 유동 경로(32c)와 증발기로서 작동되는 열교환기(21)를 구비하여 형성되어 있다. 상기 바이패스 유동 경로(32c)의 단면적은 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능한 에어 플랩(33c)에 폐쇄되거나 개방된다. 상기 에어 플랩(33c)의 위치에 따라, 하우징(2c) 내로 이송된 공기 질량 흐름의 부분이 증발기(21)를 우회하여 안내된다.

하우징(2c)은 또한 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능하고, 주변으로 통하는 공기 토출구(30a)의 에어 디플렉터 장치(31c)를 구비한다.

하우징(2c) 내로 이송된 공기 질량 흐름은 필요에 따라 요구되는 비율로, 바이패스 유동 경로(32c)를 통과하고 그리고 이와 더불어 증발기(21) 둘레를 돌아 흐르는 부분 공기 질량 흐름과 증발기(21) 및 이와 더불어 냉풍 유동 경로(6c)를 통과하는 부분 공기 질량 흐름으로 분할되거나 각각 전체가 바이패스 유동 경로(32c) 또는 냉풍 유동 경로(6c)에 할당된다.

도 5a에 따른 에어 디플렉터 장치(31c)의 제1 끝 위치에서 주변으로 통하는 공기 토출구(30a)는 폐쇄되어 있는 반면에, 냉풍 유동 경로(6c)는 혼합 챔버(35c)와 온풍 유동 경로(8) 방향으로 개방되어 있다. 이 경우 하우징(2c) 내로 이송된 전체 공기 질량 흐름은 부분적으로 또는 전체가 바이패스 유동 경로(32c) 또는 냉풍 유동 경로(6c)를 통해 제2 혼합 챔버(35c) 내로 안내된다. 공기 질량 흐름 분할 시 부분 공기 질량 흐름은 혼합 챔버(35c) 내에서 혼합된다. 이어서 상기 공기 질량 흐름은 제2 혼합 챔버(35c)와 제1 혼합 챔버(10) 사이에 배치된 에어 플랩(36)과 온풍 유동 경로(8)의 에어 플랩(9)의 설정에 따라 부분적으로 또는 전체가 온풍 유동 경로(8)를 통해 안내되거나 온풍 유동 경로(8)의 둘레를 돌아 제1 혼합 챔버(10) 내로 안내된다. 공기 질량 흐름 분할 시 부분 공기 질량 흐름은 혼합 챔버(10) 내에서 혼합된다.

도 5b에 따른 에어 디플렉터 장치(31c)의 제2 끝 위치에서 주변으로 통하는 공기 토출구(30a)는 개방되어 있는 반면에, 냉풍 유동 경로(6c)는 제2 혼합 챔버(35c)와 온풍 유동 경로(8) 방향으로 개방되어 있다. 이 경우 하우징(2c) 내로 이송된 공기 질량 흐름은 부분적으로 바이패스 유동 경로(32c) 또는 냉풍 유동 경로(6c)를 통해 안내된다. 상기 냉풍 유동 경로(6c) 및 이와 더불어 증발기(21)를 통해 이송된 부분 공기 질량 흐름은 냉각되고/되거나 습기가 제거되며, 이어서 공기 토출구(30a)를 통해 하우징(2c)의 주변으로 이송된다. 바이패스 유동 경로(32c)를 통해 이송된 부분 공기 질량 흐름은 에어 플랩(36 및 9)의 위치에 따라, 부분적으로 또는 전체로 온풍 유동 경로(8) 통해 또는 온풍 유동 경로(8)를 우회하여 제1 혼합 챔버(10) 내로 안내될 수 있다. 이에 따라 예를 들면 바이패스 유동 경로(32c)를 통해 이송된 부분 공기 질량 흐름은 증발기(21) 주위를 돌아서 곧바로 온풍 유동 경로(8)로 그리고 제2 가열 열교환기(23) 통해 안내될 수 있으며, 이 경우 상기 증발기(21)를 통해 흐르는 부분 공기 질량 흐름은 에어 디플렉터 장치(31c)의 도움으로 공기 토출구(30a)를 통해 주변으로 이송된다. 열교환기(23)를 갖는 온풍 유동 경로(8)는 증발기(21), 특히 냉풍 유동 경로(6c) 둘레 영역에 면하여 차단되어 있다. 이 때문에 고온의 그리고 이와 더불어 증발기(21)를 통과하지 않는 냉각되지 않은 부분 공기 질량 흐름은 곧바로 가열 열교환기(23)로 이송되며, 이러한 부분 공기 질량 흐름 이송은 상기 가열 열교환기(23)에서 부분 공기 질량 흐름의 더 높은 유입 온도로 인해 상기 부분 공기 질량 흐름을 가열하는 데 필요한 출력을 감소시킨다. 동시에 증발기(21)를 통해 흐르는 부분 공기 질량 흐름은 냉각되고/되거나 습기가 제거되며, 이때 열은 공기에서 냉매로 전달된다.

도 6a 및 6b에는, 도 5a 및 5b의 공조 시스템(1c)과 유사하게, 공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기(21, 11, 23)들 그리고 냉풍 유동 경로(6c)와 온풍 유동 경로(8) 및 객실로 통하는 공기 토출구(3, 4, 5)들을 갖는 하우징(2d)을 구비한 공조 시스템(1d)이 나타나 있다. 상기 하우징(2d)은 도 3a 및 3b의 하우징(2a)에 따라 냉풍 유동 경로(6c) 영역에 그리고 온풍 유동 경로(8) 내로 연결되는 유입구 앞에 형성되어 있고, 상기 하우징(2d)의 외부로 이어지는 공기 토출구(30a)와 제2 혼합 챔버(35c)로 이어지고 증발기로서 작동되는 열교환기(21) 둘레에 있는 바이패스 유동 경로(32c) 그리고 상기 바이패스 유동 경로(32c)의 입구 영역에 배치된, 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능한 에어 디플렉터 장치(37)를 구비한다.

도 5a 및 5b의 공조 시스템(1c)과 도 6a 및 6b의 공조 시스템(1d)의 차이점은, 상기 공조 시스템(1c)의 에어 디플렉터 장치(31c)와 온풍 유동 경로(8)의 에어 플랩(9)의 조합과 비교해서 공조 시스템(1d)의 에어 디플렉터 장치(37) 그리고 온풍 유동 경로(8)의 에어 플랩(31l)과 공기 토출구(30a)의 조합의 대안적인 구현예이다.

에어 플랩(31l, 9)들 그리고 에어 디플렉터 장치(37)의 배치 및 조절에 따라, 도 5a 및 5b의 공조 시스템(1c)과 관련하여 설명된 작동 모드들이 설정될 수 있으며, 그 결과 도 6a에 따른 제1 끝 위치에서는 주변으로 통하는 공기 토출구(30a)가 폐쇄되어 있는 반면에, 냉풍 유동 경로(6c)는 제 2 혼합 챔버(35c) 또는 온풍 유동(8) 방향으로 개방되어 있으며, 그리고 도 6b에 따른 제2 끝 위치에서 주변으로 통하는 공기 토출구(30a)가 개방되어 있는 반면에, 냉풍 유동 경로(6c)는 제 2 혼합 챔버(35c) 또는 온풍 유동 경로(8) 방향으로 폐쇄되어 있다.

도 7a 및 7b에는, 도 5a 및 5b의 공조 시스템(1c)과 유사하게 공기 질량 흐름을 조화하기 위한 열교환기(21, 11, 23)들 그리고 냉풍 유동 경로(6c)와 온풍 유동 경로(8) 및 객실로 통하는 공기 토출구(3, 4, 5)들을 갖는 하우징(2e)을 구비한 공조 시스템(1e)이 도시되어 있다. 상기 하우징(2e)은 도 4a 및 4b의 하우징(2b)에 따라, 냉풍 유동 경로(6e) 영역에 형성되어 있고, 하우징(2e), 특히 자동차 주변으로 이어지는 공기 토출구(30b)를 구비한다. 이 경우 상기 공기 토출구(30b) 또한 실제로 공기 유동 방향에 수직으로 배치된 영역에, 즉 온풍 유동 경로(8)로 이어지는 유입구에 상반되게 형성된 냉풍 유동 경로(6b)의 측에 배치되어 있다.

도 5a 및 도 5b의 공조 시스템(1c)과 달리, 하우징(2e)은 온풍 유동 경로(8) 영역에서 제2 혼합 챔버(35e) 내로 이어지고, 증발기로서 작동되는 열교환기(21)를 우회하는 바이패스 유동 경로(32e)를 구비하여 형성되어 있다. 상기 바이패스 유동 경로(32e)의 단면적은 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능한 에어 디플렉터 장치(34)에 의해 폐쇄 또는 개방된다. 상기 에어 디플렉터 장치(34)의 위치에 따라, 하우징(2e) 내로 공급된 공기 질량 흐름의 부분은 증발기(21)를 돌아 안내된다.

하우징(2e)은 또한, 2개의 끝 위치 사이에서 연속 조절 가능하고, 주변으로 통하는 공기 토출구(30b)의 에어 플랩(31l)을 구비한다.

도 7a에 따른 에어 플랩(31l)과 에어 디플렉터 장치(34)의 제1 끝 위치에서는, 주변으로 통하는 공기 토출구(30b)뿐만 아니라 바이패스 유동 경로(32e)도 폐쇄되어 있고, 반면에 냉풍 유동 경로(6e)는 온풍 유동 경로(8) 방향으로 또는 제1 혼합 챔버(10) 방향으로 개방되어 있다. 이때 하우징(2e) 내로 이송된 전체 공기 질량 흐름은 냉풍 유동 경로(6e)를 통해 제 2 혼합 챔버(35e)로 안내된다. 이어서 상기 공기 질량 흐름은 제2 혼합 챔버(35e)와 제1 혼합 챔버(10) 사이에 배치된 에어 플랩(36)과 온풍 유동 경로(8)의 에어 플랩(9) 설정에 따라 부분적으로 또는 전체가 상기 온풍 유동 경로(8) 통해 또는 상기 온풍 유동 경로(8)를 우회하여 제1 혼합 챔버(10) 내로 안내된다. 공기 질량 흐름이 분할될 경우 부분 공기 질량 흐름은 혼합 챔버(10) 내에서 혼합된다.

도 7b에 따른 에어 플랩(31l)과 에어 디플렉터 장치(34)의 제2 끝 위치에서는, 주변으로 통하는 공기 토출구(30b)가 개방되어 있고, 반면에 냉풍 유동 경로(6e)는 온풍 유동 경로(8) 방향으로 그리고 제1 혼합 챔버(10) 방향으로 폐쇄되어 있다. 이때 하우징(2e) 내로 이송된 공기 질량 흐름은 부분적으로 바이패스 유동 경로(32e) 및 냉풍 유동 경로(6e)를 통해 안내된다. 냉풍 유동 경로(6e) 및 이와 더불어 증발기(21)를 통해 이송된 부분 공기 질량 흐름은 냉각되고/되거나 습기가 제거되고, 이어서 공기 토출구(30b)를 통해 하우징(2e)의 주변으로 이송된다. 바이패스 유동 경로(32e)를 통해 이송된 부분 공기 질량 흐름은 온풍 유동 경로(8)의 에어 플랩(9)이 개방되면 전체가 상기 온풍 유동 경로(8)를 통해 제1 혼합 챔버(10)로 안내된다.

이와 더불어 바이패스 유동 경로(32e)를 통해 이송된 부분 공기 질량 흐름은, 도 5b, 도 6b의 공조 시스템(1c, 1d)의 경우와 같이 증발기(21)를 우회하여 곧바로 온풍 유동 경로(8)로 그리고 제2 가열 열교환기(23)를 통해 안내되며, 이 경우 상기 증발기(21)를 통해 흐르는 부분 공기 질량 흐름은 에어 플랩(31l) 및 에어 디플렉터 장치(34)의 도움으로 공기 토출구(30b)를 통해 주변으로 이송된다. 가열 열교환기(23)를 갖는 온풍 유동 경로(8)는 증발기(21), 특히 냉풍 유동 경로(6e)의 둘레 영역에 면하여 차단되어 있다.

그 외에 각각 자동차의 냉각 모듈 내부에 배치된 제2 응축기(24)가 에어 플랩(25)들에 의해 폐쇄되어 있고 동시에 순환 공기로서 객실의 따뜻한 공기가 증발기(21)에 이송되면, 공조 시스템(1c, 1d, 1e)의 효율이 더욱 증가할 수 있다.

하우징(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)들에는 각각 외기, 객실의 순환 공기 또는 외기와 순환 공기의 혼합물이 공급될 수 있다.

도 8a 및 8b에는, 공기 유동 방향으로 볼 때 앞쪽에 배치되어 있고 증발기(21) 또는 증발기(21)를 우회하는 바이패스 유동 경로(32c)로 목적에 맞게 공기 질량 흐름을 공급하기 위한 공기 안내 장치(40)를 구비한 도 5a 및 5b의 공조 시스템(1c)이 나타나 있다. 상기 공기 안내 장치(40)는 외기 및/또는 객실의 순환 공기를 흡인하기 위한 복류식 팬(47) 및 에어 플랩(53)으로서 형성된 에어 디플렉터 장치를 구비한다.

이때 상기 팬은 외기 유입구(41)를 통해 유동 방향(43)으로 외기를 흡인하고, 순환 공기 유입구(42)를 통해 유동 방향(44)으로 순환 공기를 흡인한다. 상기 외기 유입구(41)와 순환 공기 유입구(42)의 단면적은 각각 에어 플랩(45, 46)에 의해 폐쇄되거나 개방된다. 팬(47) 영역에서는 다른 경우 유동 기술상 서로 분리되어 형성된 외기 유입구(41) 및 순환 공기 유입구(42)가 에어 플랩(48)에 의해 서로 연결될 수 있다. 에어 플랩(45, 46, 48)들은 각각 2개의 끝 위치 사이에서 개방되고 폐쇄되도록 가동성으로 조절 가능하게 형성되어 있다.

에어 플랩(45, 46, 48)들의 위치에 따라, 상기 복류식 팬(47)의 개별 임펠러들에는 외기, 순환 공기 또는 외기와 순환 공기의 혼합물이 공급된다. 이때 팬(47)의 제1 임펠러는 공기 질량 흐름을 제1 유동 경로(50)로 이송하는 반면, 팬(47)의 제2 임펠러는 공기 질량 흐름을 제2 유동 경로(51)로 이송한다. 디퓨저 내부에 형성된 상기 유동 경로(50, 51)들은 분리 벽(52)에 의해 유동 기술상 서로 분리되어 있다. 상기 디퓨저는 공기 안내 장치(40)와 하우징(2c) 사이 연결 부재로서 사용된다.

2개의 끝 위치 사이에서 가동성으로 조절 가능한 에어 디플렉터 장치(53) 영역에서 분리 벽(52)은 개구를 갖는다. 도 8b에 따라 에어 플랩으로서 형성된 에어 디플렉터 장치(53)의 제1 끝 위치에서, 에어 디플렉터 장치(53)는 분리 벽(52)에 대해 동일 평면으로 정렬되어 있다. 상기와 같은 배열로 인해 디퓨저 플랩으로도 명명되는 에어 디플렉터 장치(53)와 개구는 폐쇄되어 있다. 바이패스 유동 경로(32c)는 개방되어 있다. 이때 디퓨저를 통해 안내되는 공기 질량 흐름은, 팬(47)의 제1 임펠러로부터 이송된 공기 질량 흐름이 전적으로 바이패스 유동 경로(32c) 내로만 안내되고, 그리고 팬(47)의 제1 임펠러로부터 이송된 공기 질량 흐름은 전적으로 증발기(21)로만 공급되도록 분리되어 있다.

도 8a에 따른 에어 디플렉터 장치(53)의 제2 끝 위치에서, 상기 에어 디플렉터 장치(53)는 분리 벽(52)의 개구 및 에어 디플렉터 장치(53)가 개방되어 있고, 바이패스 유동 경로(32c)는 폐쇄되도록 공기 안내 장치(40)의 외벽에 놓여 있다. 팬(47)의 임펠러들로부터 이송되는 공기 질량 흐름들은 전체 공기 질량 흐름으로서 증발기(21)에 공급된다.

끝 위치들 사이에 있는 에어 디플렉터 장치(53)의 중간 위치에서, 팬(47)의 제1 임펠러에 의해 이송된 공기 질량 흐름은 부분적으로 바이패스 유동 경로(32c) 내로 안내되고, 팬(47)의 제2 임펠러로부터 이송되는 공기 질량 흐름에 추가로 증발기(21)에 공급된다.

공기 안내 장치(40)는, 외기가 제1 유동 경로(50)를 통해 바람직하게는 바이패스 유동 경로(32c)로 안내되고, 한편 순환 공기는 제2 유동 경로(51)를 통해 바람직하게는 증발기(21)에 공급되도록, 외기 유입구(41), 순환 공기 유입구(42), 그와 관련된 에어 플랩(45, 46, 48)들, 팬(47)의 임펠러들 그리고 유동 경로(50, 51)들을 구비하여 형성되어 있다. 이 경우 에어 플랩(45, 46, 48)들뿐만 아니라 분리 벽(52) 내에 형성된 에어 디플렉터 장치(53)도 폐쇄되어 있다.

에어 플랩(48)의 위치에 따라 공기 질량 흐름, 예컨대 외기 또는 순환 공기는 유입구(41, 42)의 폐쇄와 동시에 팬(47)의 두 임펠러로 공급될 수 있다.

팬(47)의 임펠러들은 대안적으로 서로 고정적으로 연결되거나 조절 가능하게 서로 분리되는 방식으로 형성될 수 있다. 조절 가능하게 서로 분리된 팬(47)의 임펠러들은 공조 시스템(1c)의 바람직한 동력학에 영향을 미치는데, 그 이유는 예컨대 가열 열교환기(23)로 유입 시 제1 유동 경로(50)와 증발기(21)로 가는 제2 유동 경로(51)에 상이한 속도의 공기 질량 흐름이 공급됨으로써 작동 상태 변동에 대해 신속한 반응이 가능하기 때문이다.

도 9a 및 9b에는 도 8a 및 8b와 유사하게 공기 안내 장치(40)를 구비한 공조 시스템(1c)이 나타나 있다. 상기 시스템들의 차이점은 폴딩 가능한 벽 부재로서 형성된 도 9a 및 9b에 따른 에어 디플렉터 장치(54)와 비교해서 소형 에어 플랩으로서 형성된 도 8a 및 8b에 따른 에어 디플렉터 장치(53)를 갖는 분리 벽(52)의 형성이다. 이때 상기 에어 디플렉터 장치(54)는 이 에어 디플렉터 장치(53)가 제공된 전체 분리 벽(52)을 대체한다. 에어 디플렉터 장치(54)의 개별 기능 설명과 관련해서는 도 8a 및 8b의 실시예들이 참조된다.

주변 상황에 따라, 도 8a, 8b, 9a, 9b에 따른 공조 시스템(1c)의 작동 시 에어 플랩(36, 45, 46)들과 에어 디플렉터 장치(31c, 53, 54)들의 상이한 위치들에 의해 (특히 재열 모드로 작동 시) 최대 높은 객실 공조 효율이 달성된다. 이 경우 유동 경로(32c)를 통한 그리고 증발기(21)로의 팬(47) 임펠러들의 공기 공급 및 하우징(2c)으로부터 유출의 상이한 조합이 설정된다. 주요 작동 모드들은 도 10에 따른 표에 요약되어 있다.

1', 1a, 1b, 1c, 1d, 1e: 공조 시스템
2', 2a, 2b, 2c, 2d, 2e: 하우징
3, 4, 5: 객실 공기 토출구
3l, 4l, 5l: 객실 공기 토출구(3, 4, 5)의 에어 플랩
6', 6a, 6b, 6c, 6e: 냉풍 유동 경로
7: 냉풍 유동 경로의 에어 플랩
8: 온풍 유동 경로
9: 온풍 유동 경로의 에어 플랩
10: 제1 혼합 챔버
11: 제1 가열 열교환기
20: 냉매 순환계
21: 열교환기, 증발기
22: 압축기
23': 제2 가열 열교환기
23: 열교환기, 제2 가열 열교환기, 제1 응축기
24: 열교환기, 제2 응축기
25: 열교환기(24)의 에어 플랩
26: 팽창 기관
30a, 30b: 외부 공기 토출구
31l: 외부 공기 토출구(30a, 30b)의 에어 플랩
31c: 외부 공기 토출구(30a)의 에어 디플렉터 장치
32c, 32e: 바이패스 유동 경로
33c: 바이패스 유동 경로(32c)의 에어 플랩
34: 바이패스 유동 경로(32e)의 에어 디플렉터 장치
35c, 35e: 제2 혼합 챔버
36: 혼합 챔버 에어 플랩
37: 에어 디플렉터 장치
40: 공기 안내 장치
41: 외기 유입구, 유입구
42: 순환 공기 유입구, 유입구
43: 외기 유동 방향
44: 순환 공기 유동 방향
45: 외기 유입구(41)의 에어 플랩
46: 순환 공기 유입구(42)의 에어 플랩
47: 복류식 팬
48: 팬(47) 유입부 에어 플랩
49: 디퓨저
50: 제1 유동 경로
51: 제2 유동 경로
52: 유동 경로(50, 51)의 분리 벽
53: 에어 디플렉터 장치
54: 에어 디플렉터 장치

Claims

공기를 냉각하기 위한 냉각 장치 모드와 공기를 가열하기 위한 열 펌프 모드 그리고 재열 모드로 작동을 위해 형성되어 있고, 상기 작동 모드 설정은 에어 플랩(air flap)(7, 9, 31l, 33c, 36)들과 에어 디플렉터 장치(air deflector device)(31c, 34, 37)들의 제어 동작을 통해서 이루어지며, 하우징(2a, 2b, 2c, 2d, 2e) 및 냉매 순환계(20)를 구비하는, 자동차의 객실 공기를 조화하기 위한 공조 시스템(1a, 1b, 1c, 1d, 1e)으로서,
- 상기 하우징(2a, 2b, 2c, 2d, 2e)은 공기를 안내하기 위한 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)와 온풍 유동 경로(8) 그리고 공기 토출구(30a, 30b)를 구비하고, 상기 공기 토출구는 상기 공조 시스템(1)의 주변으로 공기를 유출하기 위해 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e) 영역에 형성되어 있으며, 상기 온풍 유동 경로(8)는 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)로부터 분기되고, 그리고 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)와 온풍 유동 경로(8)는 제1 혼합 챔버(10)로 이어지며,
- 상기 냉매 순환계(20)는 증발기로서 작동되는 열교환기(21), 압축기(22), 제1 응축기(23), 제2 응축기(24) 및 팽창 기관(26)을 구비하며, 상기 증발기(21)는 상기 냉풍 유동 경로(6c, 6e) 내부에, 상기 제1 응축기(23)는 가열 열교환기로서 상기 온풍 유동 경로(8) 내부에 그리고 제2 응축기(24)는 상기 하우징(2a, 2b, 2c, 2d, 2e) 외부에 배치되어 있으며,
상기 공기 토출구(30a, 30b)와 온풍 유동 경로(8)가 공기 유동 방향으로 볼 때 증발기로서 작동되는 상기 열교환기(21) 뒤에, 상기 냉풍 유동 경로(6a, 6b, 6c, 6e)로부터 분기되는 방식으로 형성되어 있고,
상기 하우징(2c, 2d, 2e)이 증발기로서 작동되는 열교환기(21)를 우회하는 바이패스 유동 경로(32c, 32e)를 구비하여 형성되어 있으며, 상기 바이패스 유동 경로(32c, 32e)는 가동성으로 연속 조절 가능한 에어 플랩(33c) 또는 에어 디플렉터 장치(34, 53, 54)에 의해 폐쇄와 개방이 가능하게 형성되어 있고,
상기 바이패스 유동 경로(32c, 32e)와 냉풍 유동 경로(6c, 6e)가 제2 혼합 챔버(35c, 35e)로 이어지도록 형성되어 있고,
상기 온풍 유동 경로(8) 내부에 상기 냉매 순환계(20)의 제1 응축기(23)뿐만 아니라 추가 가열 열교환기(11)가 배치되어 있으며, 상기 가열 열교환기 및 제1 응축기(11, 23)들은 상기 온풍 유동 경로(8)를 통해 안내된 공기 질량 흐름의 유동 방향으로 차례로 배치되어 있고,
상기 가열 열교환기(11)가 냉각제 순환계의 부품으로도 형성되어 있고, 그리고 상기 추가 가열 열교환기(11)가 상기 온풍 유동 경로(8)를 통해 안내된 공기 질량 흐름의 유동 방향으로 볼 때 상기 제1 응축기(23) 앞에 배치되어 있고,
외기(fresh air) 또는 객실 순환 공기를 흡인하기 위한 팬(47), 각 하나씩의 에어 플랩(45, 46)을 갖는 외기 토출구(41)와 순환 공기 토출구(42)를 구비하고, 상기 외기 토출구(41)와 순환 공기 토출구(42)의 단면적은 상기 에어 플랩(45, 46)에 의해 폐쇄와 개방이 가능하도록 형성되어 있으며,서로 분리되어 있는 제1 및 제2 유동 경로(50, 51)를 갖는 디퓨저(diffuser)를 포함하며, 상기 팬(47)이 복류식으로 제1 및 제2 임펠러를 구비하여 형성되어 있으며, 상기 제1 임펠러는 상기 제1 유동 경로(50)를 통해 공기 질량 흐름을 이송하기 위해 그리고 제2 임펠러는 상기 제2 유동 경로(51)를 통해 공기 질량 흐름을 이송하기 위해 형성되어 있는 공기 안내 장치(40)를 포함하고,
상기 증발기로서 작동되는 열교환기(21)를 통과한 공기를 상기 제1 응축기로가열하는 제1 내지 제3 재열모드를 포함하고,
제1 재열모드는 상기 외기 토출구(41)로부터 공급된 공기를 상기 공기 토출구(30a)를 폐쇄한 상태에서 제1 응축기로 공급하여 공기를 재가열하고,
제2 재열모드는 상기 외기 토출구(41) 및 순환 공기 토출구(42)로부터 공급된 공기를 상기 공기 토출구(30a)를 개방한 상태에서 제1 응축기로 공급하여 공기를 재가열하고,
제3 재열모드는 상기 외기 토출구(41) 및 순환 공기 토출구(42)로부터 공급된 공기를 상기 공기 토출구(30a)를 폐쇄한 상태에서 제1 응축기로 공급하여 공기를 재가열하며,
상기 공조 시스템은 외기 온도가 사전에 설정된 기준값을 초과하는 경우 제1 재열모드, 외기 온도가 사전에 설정된 기준값 이하이고 상기 냉각제의 온도가 사전에 설정된 냉각제 기준 온도보다 낮은 경우에는 제2 재열모드, 외기 온도가 사전에 설정된 기준값 이하이고 상기 냉각제의 온도가 사전에 설정된 냉각제 기준 온도보다 높은 경우에는 제3 재열모드에서 작동되는 공조 시스템(1a, 1b, 1c, 1d, 1e).
제1항에 있어서, 증발기로서 작동되는 열교환기(21)의 열 전달 면적을 통해 안내되는 공기 질량 흐름이 곧바로 상기 공기 토출구(30a, 30b)를 통해 외부로 안내되도록 상기 에어 플랩(9, 31l)들과 에어 디플렉터 장치(31c, 34, 37)들이 조절 가능하게 형성되고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c, 1d, 1e).
제1항에 있어서, 상기 냉매 순환계(20) 내부에 있는 상기 제1 응축기(23)와 제2 응축기(24)가 냉매의 유동 방향으로 차례로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c, 1d, 1e).
제1항에 있어서, 상기 제2 응축기(24)는 주변 공기가 공급될 수 있도록 배치되어 있으며, 이러한 주변 공기의 공기 질량 흐름을 조절하기 위해 주변 공기 유동 방향으로 상기 제2 응축기(24) 앞에 에어 플랩(25)들이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1a, 1b, 1c, 1d, 1e).
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제1항에 있어서, 상기 바이패스 유동 경로(32c, 32e)를 통해 안내된 공기 질량 흐름이 곧바로 온풍 유동 경로(8)로 안내되도록 상기 에어 플랩(9, 33c, 36)들과 에어 디플렉터 장치(31c, 34, 37)들이 조절 가능하게 형성되고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1c, 1d, 1e).
제7항에 있어서, 상기 에어 디플렉터 장치(31c)가 2개의 끝 위치(end position) 사이에서 연속 조절 가능하게 형성되어 있으며, 상기 에어 디플렉터 장치(31c)의 제1 끝 위치에서는 상기 공기 토출구(30a)가 폐쇄되어 있고, 냉풍 유동 경로(6c)는 상기 제2 혼합 챔버(35c) 및 온풍 유동 경로(8) 방향으로 개방되어 있으며, 그리고 상기 에어 디플렉터 장치(31c)의 제2 끝 위치에서는 상기 공기 토출구(30a)가 개방되어 있고, 냉풍 유동 경로(6c)는 상기 제2 혼합 챔버(35c) 및 온풍 유동 경로(8) 방향으로 폐쇄되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1c).
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제1항에 있어서, 상기 외기 토출구(41)와 순환 공기 토출구(42)가 유동 기술상 서로 연결될 수 있으며, 상기 외기 토출구(41)와 순환 공기 토출구(42) 사이에 형성된 개구는 에어 플랩(48)에 의해 폐쇄와 개방이 가능하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1c).
제1항에 있어서, 상기 디퓨저 내부에 형성된 상기 제1 및 제2 유동 경로(50, 51)들이 유동 기술상 서로 연결될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 유동 경로(50, 51)들 사이에 형성된 개구는 에어 디플렉터 장치(53, 54)에 의해 폐쇄와 개방이 가능하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1c).
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