KR102080807B1 - Device for heat transfer for a refrigerant circuit of an air conditioning systme of a motor vehicle and air conditioning system with the device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차의 공조 시스템(1', 1")의 냉각제 회로(2', 2")를 위한 열전달 장치(9a, 9b), 특히 기화기로서 작동하는 냉각제-공기-열전달기에 관한 것으로서, 냉각제를 위한 유입부(54)와 배출부(55), 제1 수집 튜브(50a, 50b)와 제2 수집 튜브(51a, 51b)뿐만 아니라, 수집 튜브(51a, 51b)들 사이에서 연장되고 서로에 대해 평행하게 정렬되어 배치된 튜브 부재들(52-1, 52-2)을 포함한다. 열전달을 위한 장치(9a, 9b) 내에는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치(57a, 57b)가 통합되어 형성된다. 이 경우, 열전달을 위한 장치(9a, 9b)는 오로지 액체 냉각제의 작용을 위한 기화 영역(64a, 64b)과, 오로지 기체 냉각제의 작용을 위한 과류 영역(65a, 65b)을 포함한다.
또한, 본 발명은 냉각수 회로(30)와 냉각제 회로(2', 2")를 구비한 자동차의 공조 시스템(1', 1")에 관한 것으로서, 이때 냉각제 회로(2', 2")는 본 발명에 따른 열전달 장치(9a, 9b)를 포함한다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to heat transfer devices 9a, 9b for coolant circuits 2 ', 2 "of air conditioning systems 1', 1" of automobiles, in particular coolant-air-heat transferers operating as vaporizers. The inlet 54 and outlet 55, the first collection tubes 50a, 50b and the second collection tubes 51a, 51b, as well as between the collection tubes 51a, 51b and Tube members 52-1 and 52-2 arranged in parallel and aligned with respect to each other. In the devices 9a and 9b for heat transfer, devices 57a and 57b for the deposition of the gas coolant from the liquid coolant are formed integrally. In this case, the apparatuses 9a and 9b for heat transfer include vaporization regions 64a and 64b solely for the action of the liquid coolant and overflow regions 65a and 65b solely for the action of the gas coolant.
The present invention also relates to an automotive air conditioning system 1 ', 1 "having a coolant circuit 30 and a coolant circuit 2', 2", wherein the coolant circuits 2 ', 2 " Heat transfer devices 9a, 9b according to the invention.
Description
본 발명은 자동차의 공조 시스템의 냉각제 회로를 위한 열전달 장치, 특히 기화기로서 작동하는 냉각제-공기-열전달기에 관한 것이다. 상기 장치는 냉각제를 위한 유입부와 배출부, 제1 수집 튜브와 제2 수집 튜브뿐만 아니라, 수집 튜브들 사이에서 연장되고 서로에 대해 병렬로 정렬되어 배치된 튜브 부재들을 포함한다.The present invention relates to a heat transfer device for a coolant circuit of an air conditioning system of a motor vehicle, in particular a coolant-air-heat transferer operating as a vaporizer. The apparatus includes inlets and outlets for coolant, first and second collection tubes, as well as tube members extending between the collection tubes and arranged in parallel with one another.
또한, 본 발명은 냉각제 회로와 냉각수 회로를 구비한 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템에 관한 것이다. 냉각제 회로는 상기 열전달 장치를 구비하여 형성된다.The invention also relates to an air conditioning system for regulating the air in a passenger space of a motor vehicle having a coolant circuit and a coolant circuit. The coolant circuit is formed with the heat transfer device.
종래 기술에 공지된 자동차의 경우, 승객 공간을 위한 공급 공기를 가열하기 위해 엔진의 폐열이 사용된다. 이러한 폐열은 엔진 냉각수 회로에서 순환하는 냉각수에 의해 공조 설비 쪽으로 전달되어 그곳에서 히터 열전달기를 통해 승객 공간 내로 유입 유동하는 공기에 전달된다. 차량 구동부의 효율적인 연소 엔진의 냉각수 회로로부터 가열 성능에 관계하는 냉각수-공기-열전달기를 구비한 공지된 장치는, 주변 온도가 낮을 경우 승객 공간의 전체적인 가열 요구를 충족시키기 위한 승객 공간의 쾌적한 가온에 필요한 수준에는 더이상 도달하지 못한다. 하이브리드 구동을 사용하는 자동차, 다시 말해 전기 모터식 구동뿐만 아니라 연소 엔진식 구동을 사용하는 자동차 내의 공조 설비에 대해서도 유사하게 적용된다.In automobiles known in the art, the waste heat of the engine is used to heat the supply air for the passenger compartment. This waste heat is transferred to the air conditioning system by the coolant circulating in the engine coolant circuit, where it is transferred to the air flowing into the passenger space through the heater heat transfer. Known devices having a coolant-air-heat transferer which relates heating performance from the cooling water circuit of an efficient combustion engine of the vehicle drive are required for the pleasant heating of the passenger space to meet the overall heating needs of the passenger space when the ambient temperature is low. You no longer reach the level. The same applies to air conditioning installations in automobiles using hybrid drives, ie electric motor drives as well as automobiles using combustion engine drives.
승객 공간의 전체적인 가열 수요가 엔진의 냉각수 회로로부터의 가열에 의해 충족될 수 없는 경우, 예를 들어 영어 약자로 PTC("Positive Temperatur Coefficient-Thermistor")라 지칭되는 전기 저항 히터 또는 연료 히터와 같은 추가의 가열 조치가 필요하다. 순수하게 전기 모터에 의해서만 구동되는 자동차 또는 연료 전지 차량 내의 공조 설비에 대해서도 동일하게 적용된다. 승객 공간을 위한 공기를 가열하기에 더 효율적으로 가능한 수단은 열원으로서 공기를 이용하는 가열 펌프이며, 이 경우 냉각제 회로는 유일한 가열 수단일뿐만 아니라 추가 가열 조치로서도 사용된다.If the overall heating demand of the passenger compartment cannot be met by heating from the engine's cooling water circuit, for example, an additional, such as an electrical resistance heater or fuel heater, which is abbreviated in English abbreviation as PTC ("Positive Temperatur Coefficient-Thermistor"). Heating measures are required. The same applies to air conditioning equipment in automobiles or fuel cell vehicles which are driven purely by electric motors. A more efficient means for heating the air for the passenger space is a heat pump using air as the heat source, in which case the coolant circuit is used not only as a means of heating but also as an additional heating measure.
전기 저항 히터가 하류에 연결된 공조 시스템은 한편으로 비용 효율적으로 제조될 수 있고 임의의 자동차에 사용될 수 있지만, 매우 큰 전기 에너지의 수요를 포함하는데, 그 이유는 냉각제 회로의 기화기의 과류 시에 승객 공간을 위한 공급 공기가 우선 냉각되고/냉각되거나 제습된 다음에, 이어서 공급 공기 또는 냉각수 회로에 열을 직접 전달하는 전기 저항에 의해 가열되기 때문이다.An air conditioning system in which an electrical resistance heater is connected downstream can, on the one hand, be manufactured cost-effectively and used in any vehicle, but involves a very large demand for electrical energy because of the passenger space upon overflow of the carburetor of the coolant circuit. This is because the supply air for the air is first cooled and / or dehumidified and then heated by an electrical resistance that directly transfers heat to the supply air or cooling water circuit.
가열 펌프로서 작동하는 종래의 공조 시스템의 작동은 실제로 효율적이긴 하지만, 공조 시스템을 위한 구조 공간이 전혀 확보되지 않은 자동차의 내부에 위치시키는 데에도 매우 큰 구조 공간을 필요로 한다. 특히, 제조와 유지 보수의 비용이 상승하는 것뿐만 아니라 큰 구조 공간을 필요로 하는 것도 방해가 된다.The operation of conventional air conditioning systems operating as heat pumps is practically efficient, but also requires very large structural spaces to be placed inside the vehicle where no structural space for the air conditioning system is secured. In particular, not only is the cost of manufacture and maintenance rising but also the need for a large structural space is a hindrance.
조합된 냉각 설비 모드와 가열 펌프 모드를 위해, 다시 말해 가열 모드뿐만 아니라 재가열-작동으로도 지칭되는 후속 가열 모드를 위해 형성되어 있는, 종래 기술에 속하는 공기-공기-가열 펌프는 주변 공기로부터 열을 흡수한다. 따라서, 주변 공기는 냉각제의 기화를 위한 열원으로서 사용된다. 종래의 공기-공기-가열 펌프는 냉각제와 주변 사이의 열전달을 위한 열전달기, 승객 공간의 조절될 공기의 열을 냉각제에 공급하기 위한 열전달기, 및 냉각제로부터 승객 공간을 위한 조절될 공기에 열을 전달하기 위한 열전달기를 포함한다. 성능은 각각 냉각제와 공기 사이에 전달된다.For the combined cooling plant mode and the heat pump mode, that is to say not only for the heating mode but also for the subsequent heating mode, also referred to as reheating-operation, the air-air-heating pump of the prior art is designed to draw heat from the ambient air. Absorb. Thus, ambient air is used as a heat source for vaporization of the coolant. Conventional air-air-heating pumps employ heat transfer for heat transfer between the coolant and the surroundings, heat transfer to supply heat to the coolant to be regulated in the passenger space, and heat from the coolant to the air to be regulated for the passenger space. Heat transfer for delivery. Performance is transferred between coolant and air, respectively.
소위 "재가열" 또는 후속 가열 모드에서 승객 공간에 공급될 공기가 냉각되고, 이 경우 제습된 다음, 이어서 약간 다시 가열된다. 이러한 작동 모드에서는 필요한 후속 가열 성능이 공기의 냉각 및 제습을 위해 필요한 냉각 성능보다 더 낮다.The air to be supplied to the passenger space in the so-called "reheat" or subsequent heating mode is cooled, in this case dehumidified, and then slightly heated again. In this mode of operation the subsequent heating performance required is lower than the cooling performance required for cooling and dehumidification of the air.
DE 10 2012 111 672 A1호에는 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 공조 설비의 냉각제 회로가 기재되어 있다. 냉각제 회로는 냉각 설비 모드와 가열 펌프 모드에서 조합된 작동을 위해 그리고 후속 가열 모드를 위해 형성되고, 압축기, 냉각제와 주변 사이에 열을 전달하기 위한 열전달기, 제1 팽창기뿐만 아니라, 승객 공간의 조절될 공기의 열을 냉각제에 공급하기 위한 열전달기, 냉각제로부터 승객 공간을 위해 조절될 공기에 열을 전달하기 위한 열전달기, 그리고 냉각제의 유동 방향으로 이에 이어지는 제2 팽창기를 포함한다.DE 10 2012 111 672 A1 describes a coolant circuit in an air conditioning system for regulating the air in the passenger compartment of a motor vehicle. The coolant circuit is formed for combined operation in the cooling plant mode and the heat pump mode and for the subsequent heating mode, and control of the passenger space as well as heat transfer, first expander for transferring heat between the compressor and the coolant and the surroundings. A heat transfer for supplying heat to the coolant to the coolant, a heat transfer for transferring heat from the coolant to the air to be regulated for the passenger space, and a second expander following in the flow direction of the coolant.
DE 10 2011 100 301 A1에는 가열 펌프로서 작동할 수 있는 냉각제 회로를 구비한 차량 공조 시스템이 기재되어 있다. 냉각제 회로는 압축기, 공기의 작용을 받는 외부 열전달기의 유입 측과 내부 공간 응축기 사이에 배치되어 있는 밸브 바디, 냉각제의 팽창을 위한 팽창기, 3방향 밸브뿐만 아니라, 내부 기화기를 포함한다.DE 10 2011 100 301 A1 describes a vehicle air conditioning system with a coolant circuit capable of operating as a heat pump. The coolant circuit includes a compressor, a valve body disposed between the inlet side of the external heat transfer under the action of the air and the internal space condenser, an expander for expansion of the coolant, a three-way valve, as well as an internal vaporizer.
냉각제 회로들은, 기존의 구조 공간 내에 통합되는 것이 쉽지 않은 연결 라인들로 구성된 각각 하나의 분기된 시스템을 포함한다. 또한, 추가의 밸브와, 큰 부피로 설계된, 저압 수준에 배치된 냉각제 저장기는 각각 큰 구조 공간을 필요로 한다. 게다가, 밸브는 증가된 시스템 비용을 초래하는 매우 높은 내부 밀도를 포함한다. The coolant circuits comprise one branched system each consisting of connecting lines that are not easy to integrate into existing structural space. In addition, additional valves and coolant reservoirs arranged at low pressure levels, designed for large volumes, each require a large construction space. In addition, the valve includes a very high internal density which results in increased system cost.
이 경우, 공기의 작용을 받는 외부 열전달기 또는 주변 열전달기로도 지칭되는, 공기-공기-가열 펌프의 주변 공기와 냉각제 사이에 열을 전달하기 위한 열전달기는 자동차의 전방측에서 공조 시스템의 하우징 외부에, 특히 공조장치 외부에 배치되고, 특히 주행 바람을 통해 공기의 작용을 받는다.In this case, a heat transfer for transferring heat between the ambient air of the air-air-heating pump and the coolant, also referred to as an external heat transfer or ambient heat transfer under the action of air, is provided outside the housing of the air conditioning system at the front side of the vehicle. In particular, it is arranged outside the air conditioning system, in particular through the wind through the action of the air.
냉각 설비 모드에서 냉각제 회로의 작동 중에는 주변 열전달기가 응축기/기체냉각기로서 냉각제로부터 주변 공기에 열을 제공하기 위해 작동되고, 가열 펌프 모드에서 냉각제 회로의 작동 중에는 기화기로서 주변 공기로부터 냉각제에 의해 열을 흡수하기 위해 작동된다. 따라서, 주변 열전달기는 두 가지 기능으로 작동하기 위해 설계되지만, 결과적으로 이러한 설계는 두 기능 중 어느 하나에 대해서도 최적으로 설계되지 않으므로 일종의 절충을 찾아야만 한다.Ambient heat transfer is operated as a condenser / gas cooler to provide heat from the coolant to the ambient air during operation of the coolant circuit in the cooling plant mode, and absorbs heat from the ambient air as a vaporizer during operation of the coolant circuit in the heat pump mode. To work. Thus, the ambient heat transfer is designed to operate in two functions, but as a result such a design is not optimally designed for either function, and therefore must find some sort of compromise.
이러한 상이한 기능들을 위해서는 열전달기에 대해 부분적으로 모순되는 설계 기준들이 도출된다. 응축기/기체냉각기로서 작동하는 열전달기는, 예를 들어 높은 냉각제 압력을 위해 설계되어야 하며, 이때 유동 단면과 관련하여 벽 두께는 매우 크게 설정되어야 하므로, 결과적으로 응축기/기체냉각기를 위한 유동 단면은, 더 낮은 냉각제 압력 수준에서 기화기로서 작동하는 열전달기의 유동 단면보다 실질적으로 더 작게 제공된다. 주변 열전달기의 작은 유동 단면은, 열전달기가 기화기로서 작동하는 경우에 높은 압력 손실을 초래하며, 이러한 압력 손실은 중요한 설계 기준으로서 공조 시스템의 전체적인 성능 및 효율을 심하게 저하시킨다.These different functions result in partially contradictory design criteria for heat transfer. The heat transfer operating as a condenser / gas cooler, for example, must be designed for high coolant pressure, where the wall thickness must be set very large with respect to the flow cross section, so that the flow cross section for the condenser / gas cooler, It is provided substantially smaller than the flow cross section of a heat transferer operating as a vaporizer at a lower coolant pressure level. The small flow cross section of the ambient heat transferr results in high pressure losses when the heat transferer operates as a vaporizer, which is a significant design criterion that severely degrades the overall performance and efficiency of the air conditioning system.
또한, 가열 펌프 모드에서 냉각제 회로의 작동 중에 냉각제는 20% 내지 60%의 범위에서 증기 함량을 가지고 주변 열전달기 내에 유입된다. 냉각제의 증기 함량은 주변 공기로부터 냉각제에 열을 전달하기 위해 단지 중요하지 않을 정도로만 포함되지만, 주변 열전달기의 관류 중에 압력 손실을 결정적으로 야기한다.In addition, during operation of the coolant circuit in the heat pump mode, the coolant is introduced into the ambient heat transfer with a vapor content in the range of 20% to 60%. The vapor content of the coolant is included only to an insignificant amount to transfer heat from the ambient air to the coolant, but it crucially causes pressure loss during perfusion of the ambient heat transfer.
기화기로서 주변 열전달기의 작동 중에 냉각제의 압력 손실은 냉각제의 온도 저하를 초래하고, 결과적으로 주변 열전달기로의 유입부에서 냉각제는 배출부에서 보다 더 높은 온도를 갖는다. 주변 열전달기의 동결 위험을 방지하기 위해, 주변 열전달기에 유입되는 공기의 온도와 냉각제의 온도 사이의 최대 온도차는 특히 2 K 내지 10 K의 범위로 제한된다. 이때, 최대로 허용되는 온도차는 주변 열전달기에 유입되는 공기의 온도와, 기화기 내에서 가장 낮은 온도를 갖는 위치에서, 즉 배출부에서 냉각제의 온도와 관련이 있다. 따라서, 가장 큰 온도차는 주변 열전달기에 유입되는 공기와 기화기로부터 냉각제의 배출부에서 냉각제의 온도 사이에 발생한다. 냉각제의 가능한 과열은 고려되지 않는다. 이 경우, 주변 열전달기 내로 유입되는 냉각제의 유입부에는 허용되는 온도차보다 더 작은 온도차가 제공된다. 냉각제 측의 압력 손실이 더 클수록, 냉각제가 주변 열전달기 내에 유입되는 유입부에서의 온도차가 작아지게 되고, 이후 승객 공간의 가열에 이용되는 열이 주변 공기로부터 더 적게 흡수될 수 있다.The pressure loss of the coolant during the operation of the ambient heat transfer as a vaporizer results in a decrease in the temperature of the coolant, and consequently the coolant at the inlet to the ambient heat transfer has a higher temperature at the outlet. In order to avoid the risk of freezing the ambient heat transfer, the maximum temperature difference between the temperature of the air entering the ambient heat transfer and the temperature of the coolant is in particular limited to the range of 2K to 10K. The maximum allowable temperature difference is then related to the temperature of the air entering the ambient heat transfer and the temperature of the coolant at the location with the lowest temperature in the vaporizer, ie at the outlet. Thus, the largest temperature difference occurs between the air entering the ambient heat transfer and the temperature of the coolant at the outlet of the coolant from the vaporizer. Possible overheating of the coolant is not taken into account. In this case, the inlet of the coolant entering the ambient heat transfer is provided with a temperature difference smaller than the allowable temperature difference. The greater the pressure loss on the coolant side, the smaller the temperature difference at the inlet at which the coolant enters the surrounding heat transfer, and then less heat can be absorbed from the ambient air used to heat the passenger space.
종래 기술에 공지된 시스템의 경우, 적어도 부분적으로 기체 형태인 냉각제가 주변 열전달기 내에 유입됨으로써 원치 않는 압력 손실이 발생하고, 결과적으로 냉각제에 의해 주변 공기로부터 최대로 전달될 수 있는 열이 제한되어, 예를 들어 최대 3 kW를 차지한다.In systems known in the art, at least partially gaseous coolants are introduced into the ambient heat transferr, resulting in unwanted pressure losses and consequently limiting the heat that can be transferred to the maximum from ambient air by the coolant, For example, it occupies up to 3 kW.
0℃ 범위의 온도에서 그리고 0℃ 미만인 공기의 온도에서 기화기의 열전달 표면은 동결될 수 있다. 공기로부터 열을 흡수한 결과로서, 냉각된 공기의 상대 공기 습도가 상승한다. 이슬점 온도에 미달하게 되면, 공기 중에 존재하는 수증기는 응축되고 열전달 표면에 물로서 침작된다. 이 경우, 열전달 표면에서 공기로부터 응축된 물은 표면 온도가 0℃ 및 0℃ 미만인 경우 얼음으로 고착된다. 얼음 층이 증가되면 공기 측의 열전달 표면 및 공기 측의 열전달이 감소하므로, 결과적으로 공기와 기화된 냉각제 사이의 열전달이 감소한다.At temperatures in the range of 0 ° C. and at temperatures of air below 0 ° C., the heat transfer surface of the vaporizer can be frozen. As a result of absorbing heat from the air, the relative air humidity of the cooled air rises. Upon reaching the dew point temperature, water vapor present in the air condenses and is deposited as water on the heat transfer surface. In this case, water condensed from air at the heat transfer surface is fixed with ice when the surface temperature is 0 ° C and below 0 ° C. As the ice layer increases, the heat transfer surface on the air side and the heat transfer on the air side decrease, resulting in a decrease in heat transfer between the air and the vaporized coolant.
US 6 457 325 B1에는 압축기, 기체냉각기/응축기로서 작동할 수 있는 주변 열전달기, 팽창기, 기체 냉각제의 침작을 위한 장치뿐만 아니라, 승객 공간에 공급될 공기를 조절할 수 있는 기화기를 구비한 공조 시스템이 기재되어 있다. 기체냉각기/응축기와 기화기 사이에 배치되고 기체 냉각제의 침작을 위한 장치는 기체냉각기/응축기에 연결된 유입부를 구비한 챔버, 바이패스 라인을 통해 기화기에 연결된 증기 배출부뿐만 아니라, 기화기에 연결된 액체 냉각제를 위한 배출부를 포함한다. 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치를 형성함으로써, 액체 냉각제만 기화기 쪽으로 안내되는 것이 보장된다.US 6 457 325 B1 has an air conditioning system with a vaporizer to control the air to be supplied to the passenger space, as well as a device for the deposition of ambient heat transfer, expander, gas coolant which can act as a compressor, gas cooler / condenser. It is described. The device for deposition of gas coolant, which is arranged between the gas cooler / condenser and the vaporizer, comprises a chamber with an inlet connected to the gas cooler / condenser, as well as a vapor outlet connected to the vaporizer via a bypass line, as well as a liquid coolant connected to the vaporizer. For the discharge. By forming a device for the deposition of the gaseous coolant from the liquid coolant, it is ensured that only the liquid coolant is directed towards the vaporizer.
냉각제의 유동 방향으로 기화기 이전에 배치된, 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치를 사용하여, 오로지 액체 냉각제만 기화기 내에 안내되므로, 결과적으로 냉각제 회로는 효율적으로 작동될 수 있다. 한편, 이러한 침작을 위한 장치, 라인 내에 배치된 팽창 밸브를 구비한 바이패스 라인, 기화기, 그리고 상기 침작 장치와 기화기 사이에 배치된 연결 라인을 구비한 냉각제 회로는 서로 별도로 형성된 복수의 구성부품들을 포함하며, 또한 이들 부품은 차량에 높은 질량을 부여할 수 있고 그렇지 않아도 매우 제한된 자동차의 구조 공간 내에 큰 자리를 차지하게 된다. 또한, 바이패스 라인에 배치된 팽창기와 함께 추가의 조절기가 필요한데, 상기 조절기는 시스템의 복잡도를 더욱 증가시키고 이와 더불어 조절 전략의 매칭(matching)이 어렵다.Using only a device for the deposition of gas coolant from the liquid coolant, which is arranged before the vaporizer in the flow direction of the coolant, only the liquid coolant is guided in the vaporizer, and consequently the coolant circuit can be operated efficiently. On the other hand, a coolant circuit having an apparatus for such a deposition, a bypass line having an expansion valve disposed in the line, a vaporizer, and a connection line disposed between the deposition apparatus and the vaporizer includes a plurality of components formed separately from each other. In addition, these parts can impart a high mass to the vehicle and even take a large place in the structural space of a very limited vehicle. In addition, additional regulators are needed along with the inflator disposed in the bypass line, which further increases the complexity of the system and, in addition, makes it difficult to match the regulation strategy.
따라서, 본 발명의 과제는 오로지 기화기로서 작동할 수 있는 주변 열전달기를 제공하는 것으로서, 이러한 주변 열전달기는 작동 중에 냉각제 측에서 최소의 압력 손실 및 이에 따라 주변 공기로부터 냉각제에 전달될 수 있는 최대의 열을 포함한다. 주변 공기로부터 열을 흡수하기 위한 열전달기로서 상기 주변 열전달기는 최적으로 설계되어야 한다.It is therefore an object of the present invention to provide an ambient heat transferr that can only act as a vaporizer, which is the minimum heat loss on the coolant side during operation and thus the maximum heat that can be transferred from the ambient air to the coolant. It includes. As a heat transferr for absorbing heat from ambient air, the ambient heat transferer must be optimally designed.
주변 열전달기는 자동차를 위한 공조 시스템 내에 통합될 수 있어야 하며, 상기 공조 시스템는 필요에 따라 주변 열전달기를 통해 주변으로부터 열을 흡수하고 주변 열전달기 이외의 구성부품들을 통해 주변에 열을 방출한다. 공조 시스템은 냉각 설비 모드 및 가열 펌프 모드에서뿐만 아니라, 후속 가열 모드에서도 작동될 수 있다. 이 경우, 주변 공기는 각각의 작동 모드 따라, 예를 들어 가열 펌프 모드에서의 작동 중에 열원으로서뿐만 아니라, 예를 들어 냉각 설비 모드에서의 작동 중에 히트 싱크로서도 사용되어야 한다. 또한, 공조 시스템은, 예를 들어 공기에 의한 열전달을 위해 냉각제 회로의 기화기의 동결 위험이 최소화되어 효율적으로 작동될 수 있고 콤팩트하게 구현되어야 한다.The ambient heat transferr must be able to be integrated into an air conditioning system for a motor vehicle, where the air conditioning system absorbs heat from the surroundings through the ambient heat transfer as needed and releases heat to the surroundings through components other than the surrounding heat transfer. The air conditioning system can be operated in the cooling installation mode and the heat pump mode as well as in the subsequent heating mode. In this case, the ambient air must be used according to each mode of operation, for example as a heat source during operation in the heat pump mode, as well as as a heat sink during operation in the cooling plant mode for example. In addition, the air conditioning system should be able to be operated efficiently and compactly, minimizing the risk of freezing of the vaporizer in the coolant circuit, for example for heat transfer by air.
이 경우, 공조 시스템의 냉각제 회로는 단지 최소의 작동 비용, 제조 비용 및 유지 보수 비용을 유발할뿐만 아니라 최소의 구조 공간을 포함하기 위해, 구조적으로 간단하게 구성되어야 하고 필요한 수의 구성부품을 최소로 포함해야 한다. In this case, the coolant circuit of the air conditioning system not only incurs the smallest operating costs, manufacturing costs and maintenance costs, but also must be structurally simple and contain the minimum number of components necessary to cover the minimum construction space. Should be.
이러한 과제는 특허청구범위의 독립항의 특징을 갖는 대상 또는 방법에 의해 해결된다. 추가의 개선예는 종속항에 기재된다.This problem is solved by an object or method having the features of the independent claims of the claims. Further refinements are described in the dependent claims.
상기 과제는, 자동차의 공조 시스템의 냉각제 회로를 위한 열전달 장치, 특히 기화기로서 작동하는 냉각제-공기-열전달기에 의해 해결된다. 상기 장치는 냉각제를 위한 유입부와 배출부, 제1 수집 튜브와 제2 수집 튜브뿐만 아니라, 수집 튜브들 사이에서 연장되고 서로에 대해 평행하게 정렬되어 배치된 튜브 부재들을 포함한다.This problem is solved by a heat transfer device, in particular a coolant-air-heat transferer, which acts as a vaporizer for a coolant circuit of an automotive air conditioning system. The apparatus includes inlets and outlets for the coolant, first and second collection tubes, as well as tube members extending between the collection tubes and arranged parallel to each other.
본 발명의 컨셉에 따르면, 열전달을 위한 장치 내에는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치가 통합되어 형성된다. 이를 위해, 열전달을 위한 장치는 오로지 액체 냉각제의 작용을 위한 기화 영역과, 오로지 기체 냉각제의 작용을 위한 과류 영역을 포함한다. According to the concept of the invention, an apparatus for the deposition of gaseous coolant from liquid coolant is formed integrally in the device for heat transfer. To this end, the apparatus for heat transfer comprises only a vaporization zone for the action of the liquid coolant and a convection zone for the action of the gas coolant only.
바람직하게, 냉각제를 위한 배출부는 제2 수집 튜브에 형성된다.Preferably, the outlet for the coolant is formed in the second collection tube.
본 발명의 제1 대안 실시예에 따르면, 수집 튜브들은 수직 방향으로 정렬되어 배치되고, 서로에 대해 평행하게 수평 방향으로 배치된 튜브 부재들을 통해 서로 연결된다.According to a first alternative embodiment of the invention, the collection tubes are arranged aligned in a vertical direction and are connected to each other via tube members arranged in a horizontal direction parallel to each other.
본 발명의 일 개선예에 따르면, 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치는 제1 수집 튜브 내에 통합되어 있다.According to one refinement of the invention, an apparatus for the deposition of gas coolant from liquid coolant is integrated in the first collection tube.
냉각제를 위한 유입부는 유리하게 제1 수집 튜브에 형성되어 있다.The inlet for the coolant is advantageously formed in the first collection tube.
또한 바람직하게, 상기 침작 장치는 수직 방향으로 정렬되어 배치된 분리 부재를 포함하며, 상기 분리 부재는 제1 수집 튜브의 내부 용적을 액체 영역과 기체 영역으로 분할한다.Also preferably, the invasion apparatus comprises a separating member arranged in a vertical direction, which separates the internal volume of the first collecting tube into a liquid region and a gas region.
본 발명의 추가의 장점은, 제1 수집 튜브의 액체 영역을 제2 수집 튜브와 연결하는 튜브 부재가 기화 영역을 형성하고 제1 수집 튜브의 기체 영역을 제2 수집 튜브와 연결하는 튜브 부재가 과류 영역을 형성하는 데에 있다. 이 경우, 기화 영역을 형성하는 튜브 부재와, 과류 영역을 형성하는 튜브 부재는 상이하게 형성되고/형성되거나 서로에 대해 구별되게 배치된다.A further advantage of the invention is that the tube member connecting the liquid region of the first collection tube with the second collection tube forms a vaporization region and the tube member connecting the gas region of the first collection tube with the second collection tube is overflowed. To form an area. In this case, the tube member forming the vaporization region and the tube member forming the overflow region are formed differently and / or arranged separately from each other.
본 발명의 제2 대안 실시예에 따르면, 수집 튜브들은 수평 방향으로 정렬되고, 서로에 대해 평행하게 수직 방향으로 배치된 튜브 부재들을 통해 서로 연결된다.According to a second alternative embodiment of the invention, the collecting tubes are aligned in a horizontal direction and connected to each other via tube members arranged in a direction perpendicular to one another.
본 발명의 일 개선예에 따르면, 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치는 제1 수집 튜브와 제2 수집 튜브 사이에서 수집 튜브들을 서로 연결하도록 배치된다. According to one refinement of the invention, an apparatus for the deposition of gas coolant from the liquid coolant is arranged to connect the collection tubes to each other between the first collection tube and the second collection tube.
바람직하게, 냉각제를 위한 유입부는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치에 형성되어 있다.Preferably, the inlet for the coolant is formed in the apparatus for the deposition of the gas coolant from the liquid coolant.
유리하게, 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치는 수직 방향으로 그리고 튜브 부재들에 대해 평행하게 배치된다.Advantageously, the device for the deposition of the gaseous coolant from the liquid coolant is arranged in the vertical direction and parallel to the tube members.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치는 액체 영역 및 기체 영역을 포함한다. 이 경우, 액체 영역은 제1 수집 튜브에 연결되고, 기체 영역은 제2 수집 튜브에 연결된다.According to one preferred embodiment of the present invention, the apparatus for the deposition of gas coolant from liquid coolant comprises a liquid region and a gas region. In this case, the liquid region is connected to the first collection tube and the gas region is connected to the second collection tube.
유리하게, 제1 수집 튜브뿐만 아니라, 제1 수집 튜브를 제2 수집 튜브와 연결하는 튜브 부재들은 기화 영역을 형성하고, 제2 수집 튜브는 과류 영역을 형성한다.Advantageously, as well as the first collection tube, the tube members connecting the first collection tube with the second collection tube form a vaporization region, and the second collection tube forms the overflow region.
냉각제 회로의, 특히 자동차의 공조 시스템의 열을 전달하기 위한 본 발명에 따른 장치의 다양한 장점은 다음과 같이 요약된다:The various advantages of the device according to the invention for transferring heat of the coolant circuit, in particular of the air conditioning system of an automobile, are summarized as follows:
- 최소의 냉각제 측 압력 손실, -Minimum coolant side pressure loss,
- 주변 공기로부터 최대의 열 흡수, 그리고Maximum heat absorption from ambient air, and
- 필요한 온도차를 유지함으로써 주변 공기 측 열전달 표면의 최소의 동결 위험.-Minimal risk of freezing of the heat transfer surface on the ambient air side by maintaining the required temperature difference.
또한, 본 발명의 과제는, 특히 냉각 설비 모드에서, 가열 펌프 모드에서뿐만 아니라, 후속 가열 모드에서 작동하기 위해, 냉각제 회로와 냉각수 회로를 구비한 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 본 발명에 따른 공조 시스템에 의해 해결된다.Furthermore, the object of the present invention is, in particular in the cooling installation mode, according to the invention for regulating the air in the passenger space of an automobile equipped with a coolant circuit and a coolant circuit for operation in a heating pump mode as well as in a subsequent heating mode. Solved by the air conditioning system.
본 발명의 컨셉에 따르면, 냉각제 회로는 위에서 언급된 특징들을 갖는 열전달 장치를 구비하여 형성된다.According to the concept of the invention, the coolant circuit is formed with a heat transfer device having the above mentioned features.
본 발명의 일 개선예에 따르면, 냉각제 회로는 냉각제의 유동 방향으로 압축기, 냉각수 회로의 냉각수와 냉각제 사이의 열전달을 위해 응축기/기체냉각기로서 작동할 수 있는 냉각제-냉각수-열전달기, 제1 팽창기뿐만 아니라, 승객 공간을 위한 공급 공기의 공기 조절을 위한 제1 냉각제-공기-열전달기를 포함한다. 냉각수 회로는 냉각수의 순환을 위한 이송 장치, 승객 공간을 위한 공급 공기의 가열을 위한 제1 냉각수-공기-열전달기, 제2 냉각수-공기-열전달기뿐만 아니라, 냉각제-냉각수-열전달기를 구비하여 형성된다.According to one refinement of the invention, the coolant circuit comprises only a coolant-coolant-heat transfer, first expander which can act as a condenser / gas cooler for heat transfer between the coolant and coolant in the coolant circuit in the flow direction of the coolant. But also a first coolant-air-heat transfer for air conditioning of the supply air for the passenger space. The coolant circuit is formed with a transfer device for circulation of coolant, a first coolant-air-heat transferr for heating the supply air for the passenger space, a second coolant-air-heat transferr, as well as a coolant-coolant-heat transferr do.
또한, 냉각제 회로는 오로지 기화기로서 작동할 수 있는 제2 냉각제-공기-열전달기로서 열전달을 위한 장치를 포함한다. 이 경우, 냉각제의 유동 방향으로 제2 냉각제-공기-열전달기의 상류에는 제2 팽창기가 위치한다. 제2 팽창기뿐만 아니라 제2 냉각제-공기-열전달기는 공동으로 제1 유동 경로 내에 배치된다.The coolant circuit also includes a device for heat transfer as a second coolant-air-heat transferr that can only act as a vaporizer. In this case, the second expander is located upstream of the second coolant-air-heat transfer unit in the flow direction of the coolant. The second coolant-air-heat transfer as well as the second expander are jointly disposed in the first flow path.
냉각 설비 모드는 무엇보다도 냉각에 사용되고, 가열 펌프 모드는 가열에 사용되며, 후속 가열 모드는 조절할 승객 공간의 공급 공기의 후속 가열에 사용된다. 후속 가열 모드의 경우, 공급 공기는 후속 가열 이전에 냉각되고/냉각되거나 제습되었다.The cooling installation mode is used above all for cooling, the heat pump mode is used for heating, and the subsequent heating mode is used for the subsequent heating of the supply air in the passenger space to be adjusted. For subsequent heating modes, the feed air was cooled and / or dehumidified prior to subsequent heating.
예를 들어 냉각제 R134a를 사용하는 것과 같은 냉각제 회로의 임계에 미달하는 작동 중에 또는 이산화탄소를 갖는 특정 주변 조건에서 냉각제가 액상인 경우, 열전달기는 응축기로 지칭된다. 열전달의 일부는 일정한 온도에서 발생한다. 열전달기에서 임계를 초과하는 작동 또는 임계를 초과하는 열전달의 경우, 냉각제의 온도는 지속적으로 감소한다. 이러한 경우에 열전달기는 기체냉각기로도 지칭된다. 임계를 초과하는 작동은 특정 주변 조건이나 냉각제 회로의 작동 방식에서 예를 들어 이산화탄소 냉각제를 사용하여 발생할 수 있다.Heat transfer is referred to as a condenser when the coolant is in liquid phase, for example, during sub-critical operation of a coolant circuit such as using coolant R134a or at certain ambient conditions with carbon dioxide. Part of the heat transfer occurs at a constant temperature. In the case of over-critical operation or over-critical heat transfer in the heat transfer, the temperature of the coolant continues to decrease. In this case the heat transfer is also referred to as a gas cooler. Operation above the threshold may occur using, for example, carbon dioxide coolant in certain ambient conditions or in the manner in which the coolant circuit operates.
냉각수 회로의 제2 냉각수-공기-열전달기 및 냉각제 회로의 제2 냉각제-공기-열전달기는, 유리하게 설비 모듈의 내부에 배치되고 공기의 유동 방향으로 언급된 순서로 서로 차례로 공기의 작용을 받을 수 있게 배치된다.The second coolant-air-heat transferr of the coolant circuit and the second coolant-air-heat transferr of the coolant circuit are advantageously arranged inside the plant module and subjected to the action of air in turn in the order mentioned in the flow direction of the air. Is arranged.
본 발명의 일 개선예에 따르면, 특히 자동차의 전방 영역에 배치된 설비 모듈은 승객 공간으로부터 배출되는 공기, 또는 주변 공기, 또는 승객 공간으로부터 배출되는 공기와 주변 공기로 이루어진 혼합 공기에 의해 관류 가능하게 형성된다.According to one refinement of the invention, the installation module, in particular arranged in the front area of the vehicle, is capable of perfusion by air discharged from the passenger space, or ambient air, or mixed air consisting of air and ambient air discharged from the passenger space. Is formed.
본 발명의 제1 대안 실시예에 따르면, 제1 냉각제-공기-열전달기 및 제2 냉각제-공기-열전달기는 냉각제 회로 내에서 서로에 대해 직렬로 관류 가능하게 배치된다.According to a first alternative embodiment of the invention, the first coolant-air-heat transfer unit and the second coolant-air-heat transfer unit are arranged in a flow-through manner with respect to each other in the coolant circuit.
유리하게 냉각제 회로는 밸브를 구비한 제2 유동 경로를 포함한다. 이 경우 제1 유동 경로는 제2 팽창기뿐만 아니라 제2 냉각제-공기-열전달기를 구비하여 연장되고, 제2 유동 경로는 각각 분기 위치로부터 합류 위치까지 연장됨으로써, 결과적으로 제2 유동 경로는 제1 유동 경로에 대해 평행한 바이패스로서 형성된다.Advantageously the coolant circuit comprises a second flow path with a valve. In this case the first flow path extends with the second expander as well as the second coolant-air-heat transfer, and the second flow paths each extend from the branch position to the confluence position, so that the second flow path results in the first flow. It is formed as a bypass parallel to the path.
본 발명의 제2 대안 실시예에 따르면, 제1 냉각제-공기-열전달기와 제2 냉각제-공기-열전달기는 냉각제 회로 내에서 서로에 대해 병렬로 관류 가능하게 배치된다.According to a second alternative embodiment of the invention, the first coolant-air-heat transfer unit and the second coolant-air-heat transfer unit are arranged to be able to flow through in parallel to each other in the coolant circuit.
본 발명의 추가의 장점은, 제2 팽창기 및 제2 냉각제-공기-열전달기를 구비한 제1 유동 경로가 분기 위치로부터 합류 위치까지 연장된다는 데에 있다. 이 경우, 제1 팽창기, 제1 냉각제-공기-열전달기, 및 제3 팽창기는 제2 유동 경로 내에 형성된다. 제3 팽창기는 냉각제-공기-열전달기의 하류에 배치된다. 제2 유동 경로는 마찬가지로 분기 위치로부터 합류 위치까지 연장되도록 형성된다.A further advantage of the present invention is that the first flow path with the second expander and the second coolant-air-heat transferr extends from the branching position to the joining position. In this case, the first expander, the first coolant-air-heat transferr, and the third expander are formed in the second flow path. The third expander is disposed downstream of the coolant-air-heat transferr. The second flow path is likewise formed to extend from the branched position to the joined position.
본 발명의 컨셉에 따른 열전달 장치를 구비한 본 발명에 따른 공조 시스템의 다양한 장점은 다음과 같이 요약된다:The various advantages of the air conditioning system according to the invention with a heat transfer device according to the inventive concept are summarized as follows:
- 승객 공간의 가열을 위해 손실 열 흐름도 사용함으로써 최소의 에너지를 사용하여 승객 공간의 공급 공기를 조절, 특히 냉각, 제습 및/또는 가열하고,By using a lossy heat flow chart for heating the passenger compartment, using a minimum of energy to regulate, in particular cooling, dehumidifying and / or heating the supply air in the passenger compartment,
- 특히 낮은 외부 온도에서 주변으로부터 열을 흡수하기 위해 가열 펌프 모드에서 작동하는 경우에 사용하기 위한, 기화기로서의 작동을 위해 특별히 형성된 냉각제-공기-열전달기가 사용되며, 이때 더 높은 외부 온도 및 냉방이 필요한 경우 열이 냉각제-공기-열전달기와는 상이한 구성부품을 통해 주변으로 방출되며,A coolant-air-heat transferer specially formed for operation as a vaporizer is used, especially for use in operation in a heat pump mode to absorb heat from the environment at low external temperatures, where higher external temperatures and cooling are required Heat is released to the environment through different components than the coolant-air-heat transfer,
- 성능, 효율 및 사용 수명이 증가할 뿐만 아니라,Not only increases performance, efficiency and service life,
- 승객 공간 내부에 충분한 쾌적성을 제공하는데, 이는Providing sufficient comfort inside the passenger compartment,
- 기존의 자동차의 공지된 구조와 제공되어 있는 구조 공간에서 사용하기 위해 통합될 수 있고, 최소 구조 공간, 최소 중량 및 최소 구성부품 수를 포함하는 구조적으로 간단한 냉각제 회로를 사용하며, 이를 통해Use of structurally simple coolant circuits that can be integrated for use in the known construction of existing vehicles and in the construction space provided, including minimum construction space, minimum weight and minimum component count.
- 최소 작동 비용, 제조 비용 및 유지 보수 비용이 이루어진다.Minimum operating costs, manufacturing costs and maintenance costs are achieved.
본 발명의 실시예의 다른 추가의 세부 사항, 특징 및 장점은 해당 도면을 참조로 하기의 실시예의 설명으로부터 제시된다.Further additional details, features and advantages of embodiments of the present invention are presented from the description of the following embodiments with reference to the corresponding drawings.
도 1 및 도 2는 각각 제1 및 제2 냉각제-공기-열전달기뿐만 아니라 내부 열전달기를 포함하는 냉각제 회로와, 제1 및 제2 냉각수-공기-열전달기를 포함하는 냉각수 회로와, 냉각제 회로 및 냉각수 회로를 열적으로 연결하는 냉각제-냉각수-열전달기를 구비한 공조 시스템을 도시하는데,
도 1은 서로에 대해 직렬로 배치된 냉각제-공기-열전달기를 구비한 것을 도시하고,
도 2는 서로에 대해 병렬로 배치된 냉각제-공기-열전달기를 구비한 것을 도시하며,
도 3 및 도 4는 각각 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 통합된 장치뿐만 아니라, 기체 냉각제를 위한 과류 영역 및 기화 영역을 구비한 열전달 장치, 특히 냉각제-공기-열전달기를 도시하는데,
도 3은 침작 장치가 수집 튜브 내부에 형성된 것을 도시하고,
도 4는 침작 장치가 두 개의 수집 튜브 사이에 형성 및 배치된 것을 도시한다.1 and 2 show a coolant circuit comprising internal heat transfer as well as first and second coolant-air-heat transfers, a coolant circuit comprising first and second coolant-air-heat transfers, a coolant circuit and a coolant, respectively. An air conditioning system having a coolant-coolant-heat transferr for thermally connecting circuits is shown.
1 shows a coolant-air-heat transferer arranged in series with respect to each other,
2 shows a coolant-air-heat transferer disposed in parallel with respect to each other,
3 and 4 respectively show a heat transfer device, in particular a coolant-air-heat transferer, having an overflow zone and a vaporization zone for the gas coolant, as well as an integrated device for the deposition of the gas coolant from the liquid coolant, respectively.
3 shows that the deposition apparatus is formed inside the collection tube,
4 shows an invasion apparatus formed and disposed between two collection tubes.
도 1에는 냉각제 회로(2')와 냉각수 회로(30)를 구비한 공조 시스템(1')이 도시되어 있다. 냉각제 회로(2')는 냉각제의 유동 방향으로 압축기(3), 응축기/기체냉각기로서 작동할 수 있는 냉각제-냉각수-열전달기(4), 제1 팽창기(5), 그리고 승객 공간을 위한 공급 공기의 조절을 위한 제1 냉각제-공기-열전달기(6)를 포함한다. 또한, 냉각제 회로(2')는 공기의 열을 냉각제에 전달하기 위해 기화기로서 작동하는 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 구비하여 형성되며, 상기 제2 냉각제-공기-열전달기의 상류에는 제2 팽창기(8)가 위치한다. 제1 냉각제-공기-열전달기(6)와 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는 서로에 대해 직렬로 또는 차례로 배치된다. 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)와 이에 할당되는 제2 팽창기(8)는 제1 유동 경로(12) 내에 형성된다. 유리하게, 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는, 공기의 작용을 받으면서 응축기/기체냉각기로서 작동하는 종래의 냉각제-공기-열전달기의 구조 공간을 포함한다.1 shows an
제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)와 압축기(3) 사이에는 수집기(11)가 배치된다. 냉각제의 유동 방향으로 압축기(3)의 전방에 그리고 그에 따라 저압 측에 배치된 수집기(11)는 어큐뮬레이터로도 지칭되는 것으로서 냉각제 액체의 침작 및 수집에 사용된다. 압축기(3)는 기체 형태의 냉각제를 수집기(11)로부터 흡입한다. 냉각제 회로(2')는 폐쇄되어 있다. 도시되지 않은 대안 실시예에 따르면, 수집기는 냉각제 저장기로서 냉각제-냉각수-열전달기(4) 내부에 통합되며, 이로써 냉각제의 고압 수준에 배치된다. 이 경우, 저압 수준에 배치된 수집기(11)가 생략될 수 있다. 또한, 냉각제-냉각수-열전달기(4)는 냉각제의 건조를 위한 장치를 구비하여 형성될 수 있다.A
냉각제 회로(2')는 제1 유동 경로(12) 이외에 추가로 제2 유동 경로(13)를 포함하며, 상기 제2 유동 경로는 각각 분기 위치(14)로부터 합류 위치(15)까지 연장된다. 제1 유동 경로(12)에 대해, 특히 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)에 대해 병렬로 형성된 제2 유동 경로(13)는 밸브(16), 특히 차단 밸브(16)를 포함하고 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 우회하여 냉각제의 질량 유동을 안내하기 위한 바이패스로서 사용된다. The
제1 유동 경로(12) 내에는 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)와 합류 위치(15) 사이에 역류 방지 부재(10), 특히 체크 밸브가 배치된다. 상기 역류 방지 부재(10)는 제2 유동 경로(13)를 통하여 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 우회하여 안내되는 냉각제 질량 유동이 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b) 내로 복귀 유동하는 것을 방지한다.In the first flow path 12 a
냉각제 회로(2')는 또한 내부 열전달기(7)도 구비하여 형성되는데, 상기 내부 열전달기는 고압 측에서 냉각제-냉각수-열전달기(4)와 제1 냉각제-공기-열전달기(6)의 제1 팽창기(5) 사이뿐만 아니라, 저압 측에서 합류 위치(15)와 수집기(11) 또는 압축기(3) 사이에 형성되어 있다. 이 경우, 내부 열전달기(7)는 고압에서의 냉각제와 저압에서의 냉각제 사이의 열전달에 사용되며, 여기서 한편으로는 응축기/기체냉각기로서 작동하는 열전달기(4)로부터 배출되는 액체 냉각제가 추가로 냉각되고, 다른 한편으로는 기화기로서 작동하는 열전달기(6, 9a, 9b)로부터 배출되는 냉각제가 흡입 기체로서 기화기(3) 이전에 과열된다.The
액체 타격 작용에 대한 압축기(3)의 보호 이외에 내부 열전달기(7)를 구비한 냉각제 회로(2')의 작동에 의해 비(specific) 압축기 성능이 감소될뿐만 아니라 동시에 비 냉각 성능과 그에 따른 공조 시스템(1')의 작동 효율이 향상될 수 있다.In addition to the protection of the
냉각수 회로(30)는 냉각수의 유동 방향으로 냉각수의 순환을 위한 이송 장치(31), 특히 펌프뿐만 아니라, 승객 공간을 위한 공급 공기의 가열을 위한 제1 냉각수-공기-열전달기로서 가열 열전달기(32)를 포함한다. 또한, 가열 열전달기(32)는 냉각제-냉각수-열전달기(4)와 연결되어 있다. 냉각수 회로(30)는 폐쇄되어 있다. 결국, 냉각제 측에서 응축기/기체냉각기로서 작동하는 냉각제-냉각수-열전달기(4)는 냉각수에 의해 냉각된다.The cooling
또한, 가열 열전달기(32)와 냉각제-냉각수-열전달기(4) 사이에 형성된 연결 라인에는, 분기 위치로서 3방향 밸브(33)뿐만 아니라 합류 위치(34)가 제공되어 있고, 이들 사이에는 공기에 열을 전달하기 위한 제2 냉각수-공기-열전달기(36)를 구비한 제1 유동 경로(35)뿐만 아니라, 냉각수-공기-열전달기(36)를 우회하는 바이패스로서 제2 유동 경로(37)가 각각 형성된다.In addition, the connection line formed between the
제1 냉각수-공기-열전달기(32)로서 가열 열전달기와 제2 냉각수-공기-열전달기(36)는 서로에 대해 직렬로 냉각수에 의해 관류 가능하게 배치된다.As the first coolant-air-
냉각수 회로(30)의 제2 냉각수-공기-열전달기(36) 및 냉각제 회로(2')의 기화기로서 작동하는 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는, 설비 모듈(42) 내에서뿐만 아니라 자동차의 기존의 구조 공간에서 그리고 공기의 유동 방향(43)으로 서로 차례로 작용을 받을 수 있게 배치된다. 이 경우, 자동차의 전방 영역에 배치된 설비 모듈(42)은 승객 공간으로부터 배출된 공기, 주변 공기, 또는 승객 공간으로부터 배출된 공기와 주변 공기의 혼합 공기에 의해 관류될 수 있다. 결국, 공조 시스템(1')은 승객 공간으로부터 배출된 공기의 잠재적 열과, 마찬가지로 주변으로부터의 열을 열원으로서 사용한다.The second coolant-air-
이 경우, 공기는 우선 냉각수-공기-열전달기(36)를 거치고 이어서 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 거쳐 안내되어, 결과적으로 이들 열전달기(9a, 9b, 36)의 배치는 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)의 열전달 표면의 동결 위험을 감소시킨다.In this case, the air is first guided through the coolant-air-
또한, 냉각수-공기-열전달기(36)에 유입되기 위한 공기는 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)에 유입되기 위해서도 사용된다.In addition, air for entering the coolant-air-
냉각제 회로(2')의 냉각제-공기-열전달기(6) 및 냉각수 회로(30)의 가열 열전달기(32)는 공조 장치(40) 내부에 배치되고 승객 공간의 공급 공기의 유동 방향(41)으로 서로 차례로 작용을 받을 수 있게 배치된다. 이로써, 기화기(6)의 과류 중에 냉각 및/또는 제습된, 승객 공간을 위한 공급 공기는 필요에 따라 가열 열전달기(32)의 과류 중에 가열될 수 있다. 먼저 냉각제-공기-열전달기(6)의 과류 중에 조절된 공기가 가열 열전달기(32)에 유입되는 것은 도시되지 않은 온도 밸브에 의해 제어될 수 있다.The coolant-air-
냉각제-냉각수-열전달기(4)는 냉각제 회로(2')를 냉각수 회로(30)와 열적으로 연결하는 데에 사용된다. 이 경우 냉각제의 열은 냉각수에 전달된다.The coolant-coolant-
공조 시스템(1')은, 특히 순환 공기에 의한 작동 중에, 다시 말해 열원으로서 승객 공간으로부터 배출된 공기에 의한 작동 중에, 외부 공기 온도 값이 0℃ 미만인 경우에도, 기화기로서 작동하는 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)의 열전달기 표면이 동결되는 위험이 없이 작동될 수 있다.The
이러한 작동을 보장하기 위해, 공조 장치(40) 내에 배치된 냉각제-공기-열전달기(6)는 중간 압력 수준에서 냉각제에 의해 작동되고 기화기로서 작동된다. 이 경우 기화기 내에 유입되는 공기의 제습 중에 공기로부터 배출되는 잠재적인 열은, 승객 공간을 위한 공급 공기를 원하는 배출 온도로 가열하기 위해, 압축기(3) 내에서 압축 중에 냉각제에 공급되는 성능과 함께 사용된다. 이 경우, 냉각제에 의해 흡수된 상기 열은 냉각수에 의해 냉각된 냉각제-냉각수-열전달기(4)에서 냉각수에 전달되고, 상기 냉각수는 흡수된 열을 가열 열전달기(32)의 관류 중에 공급 공기에 방출한다.To ensure this operation, the coolant-air-
냉각 설비 모드에서 또는 공급 공기의 제습을 위한 후속 가열 모드에서 작동하는 경우, 냉각제에 의해 흡수되고 냉각수에 전달되는 과량의 열은 냉각수 회로(30)의 제1 유동 경로(35)를 통해 안내되어, 자동차의 전방 영역 내에서 저온 냉각기로도 지칭되는 제2 냉각수-공기-열전달기(36)에서 공기에 방출된다. 냉각수는 작동 모드와는 무관하게 순환하고 냉각제-냉각수-열전달기(4)의 관류 중에 가열된다.When operating in the cooling installation mode or in the subsequent heating mode for dehumidification of the supply air, excess heat absorbed by the coolant and transferred to the cooling water is guided through the
공조 시스템(1')이 가열 펌프 모드 또는 후속 가열 모드에서 작동하는 경우, 가열 열전달기(32)에서 승객 공간의 공급 공기에 전달될 수 있는 열은, 승객 공간을 위한 공급 공기의 충분한 온도에 도달하기 위해, 기화기로서 작동하는 제1 냉각제-공기-열전달기(6)에서 또는 기화기로서 작동하는 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)에서 그리고 압축기(3)에서 냉각제에 전달되는 에너지로부터 합산되는데, 상기 에너지는 냉각제-냉각수-열전달기(4)에서 총합으로서 냉각제에 전달된다.When the
이 경우, 오로지 열의 흡수를 위해 그리고 이로써 기화기로서의 작동을 위해 구성된 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는 저압 수준에서 냉각제의 작용을 받는다.In this case, the coolant-air-
필요에 따라, 다시 말해 냉각제 회로(2')에서 승객 공간의 공급 공기의 가열을 위해 제공되는 열이 후속 가열 모드에서의 작동 중에 충분하여 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)에서 추가의 열 흡수가 전혀 필요하지 않은 경우, 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는 냉각제 회로(2')로부터 차단되어 바이패스에서 제2 유동 경로(13)를 통해 우회할 수 있다. 밸브(16)는 개방되는 반면, 팽창 밸브로서 형성되는 팽창기(8)는 폐쇄된다.If necessary, in other words, the heat provided for heating of the supply air in the passenger compartment in the coolant circuit 2 'is sufficient during operation in the subsequent heating mode to add it in the second coolant-air-
공조 시스템(1')이 가열 펌프 모드에서 작동하는 경우, 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)의 상류에 위치하는 팽창기(8)는, 냉각제의 유입 온도가 공기의, 특히 주변 공기의 온도보다 단지 약간 아래를 차지하는 저압 수준에서 냉각제가 팽창되도록 제어될 수 있다. 저압 수준에 해당되는 온도에서 냉각제는 기화된다.When the air conditioning system 1 'is operating in the heat pump mode, the
이 경우, 응축기/기체냉각기로서 작동하는 제1 냉각제-공기-열전달기(6)는 중간 압력 수준에서 냉각제의 작용을 받고 필요한 경우 공조 장치(40) 내로 유입되는 승객 공간을 위한 공기를 예열할 수 있다. 냉각수에 의해 작동되는 가열 열전달기(32)의 과류 중에 상기 공급 공기는 추가로 가열된다.In this case, the first coolant-air-
공급 공기의 2단계 가열은, 팽창과 그에 따른 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)에서의 기화 이전에, 냉각제의 가능한 엔탈피 편차의 증가에 의해 공조 시스템(1')의 작동 효율을 향상시킨다.Two-stage heating of the feed air reduces the operating efficiency of the air conditioning system 1 'by increasing the possible enthalpy deviation of the coolant prior to expansion and thus vaporization in the second coolant-air-
도 2에는 냉각제 회로(2")와 냉각수 회로(30)를 구비한 공조 시스템(1")이 도시되어 있다. 공조 시스템(1")은 단지 냉각제 회로(2', 2")의 구성에서만 도 1의 공조 시스템(1')과 구별된다.2, an
냉각제 회로(2")는 냉각제의 유동 방향으로 압축기(3), 응축기/기체냉각기로서 작동하는 냉각제-냉각수-열전달기(4), 제1 팽창기(5) 및 승객 공간을 위한 공급 공기를 조절하기 위한 제1 냉각제-공기-열전달기(6)를 포함한다. 냉각제-공기-열전달기(6)의 하류에는 제3 팽창기(20), 특히 팽창 밸브가 배치되어 있다. 제1 팽창기(5), 제1 냉각제-공기-열전달기(6) 및 제3 팽창기(20)로 이루어진 조합은, 분기 위치(18)로부터 합류 위치(19)까지 연장되는 제2 유동 경로(17) 내에 배치되어 있다.The
또한, 냉각제 회로(2")는 공기의 열을 냉각제에 전달하기 위해 기화기로서 작동하는 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 구비하여 형성되며, 이 열전달기의 상류에는 제2 팽창기(8)가 위치한다. 제1 냉각제-공기-열전달기(6)와 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는 서로에 대해 병렬로 배치된다. 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)와 이에 할당된 제2 팽창기(8)는, 제2 유동 경로(17)와 마찬가지로 분기 위치(18)로부터 합류 위치(19)까지 연장되는 제1 유동 경로(12) 내에 형성된다. 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)와 합류 위치(19) 사이에 역류 방지 부재(10), 특히 체크 밸브를 포함하는 제1 유동 경로(12)와 제2 유동 경로(17)는 결과적으로 병렬로 진행한다. 유리하게, 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는, 공기의 작용을 받고 응축기/기체냉각기로서 작동하는 종래의 냉각제-공기-열전달기의 구조 공간을 포함한다.The
합류 위치(19)와 압축기(3) 사이에는 다시 수집기(11)가 배치되어 있다. 도시되지 않은 대안 실시예에 따르면, 수집기는 냉각제 저장기로서 냉각제-냉각수-열전달기(4)의 내부에 통합되고 이로써 냉각제의 고압 수준에 배치되며, 이때 저압 수준에 배치된 수집기(11)는 생략될 수 있다. 또한, 냉각제-냉각수-열전달기(4)는 냉각제의 건조를 위한 장치를 구비하여 형성될 수 있다.The
공조 시스템(1")이 후속 가열 모드에서 작동하는 경우, 필요에 따라, 다시 말해 냉각제 회로(2")에서 승객 공간의 공급 공기를 가열하기 위해 제공된 열이 충분하여 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)에서 추가의 열 흡수가 전혀 필요하지 않은 경우, 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는 냉각제 회로(2")로부터 차단될 수 있다. 팽창 밸브로서 형성된 제2 팽창기(8)는, 공조 시스템(1')이 냉각 설비 모드에서 작동하는 경우와 같이, 폐쇄된다.If the
공조 시스템(1")이 가열 펌프 모드에서 작동하는 경우, 제2 팽창기(8)가 개방되면 제1 팽창기(5)는 폐쇄될 수 있다. 이 경우, 제1 냉각제-공기-열전달기(6)는 냉각제의 작용을 받지 않는다. 전체적인 냉각제 질량 유동은 열을 흡수하기 위해 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 통해 안내된다.When the
냉각제 회로의 도시되지 않은 실시예는 제1 냉각제-공기-열전달기 및 제2 냉각수-공기-열전달기의 배치가 3방향 밸브로서 형성된 분기 위치의 배치와 조합되는 것에 관한 것이다.An unillustrated embodiment of the coolant circuit relates to the arrangement of the first coolant-air-heat transferr and the second coolant-air-heat transferr combined with the arrangement of branch positions formed as three-way valves.
여기서, 3방향 밸브는 이송 장치와 가열 열전달기 사이에 형성된 연결 라인 내에 제공되는 반면, 합류 위치는 가열 열전달기와 냉각제-냉각수-열전달기 사이에 형성되어 있다. 제2 냉각수-공기-열전달기는 제1 유동 경로 내에 형성되고 가열 열전달기는 제2 유동 경로 내에 형성되는데, 이들 유동 경로는 각각 분기 위치로부터 합류 위치까지 연장된다. 따라서, 제1 냉각수-공기-열전달기로서 가열 열전달기 및 제2 냉각수-공기-열전달기는 서로에 대해 병렬로 냉각수에 의해 관류 가능하게 배치된다.Here, the three-way valve is provided in a connection line formed between the transfer device and the heat transfer heat, while the confluence position is formed between the heat transfer heat and the coolant-coolant-heat transfer heat. The second coolant-air-heat transfer unit is formed in the first flow path and the heat transfer heat transfer unit is formed in the second flow path, each of which flows from the branch position to the confluence position. Thus, the heating heat transferer and the second cooling water-air-heat transferer as the first cooling water-air-heat transferer are arranged to be perfused by the cooling water in parallel with each other.
냉각제 회로 및 작동 모드들은, 저압 측에서 액체로부터 기체 형태로의 상 전이를 거치는 각각의 냉각제에 대해 사용될 수 있다. 고압 측에서는 매체가 기체냉각/응축 및 과냉각을 통해 흡수된 열을 히트 싱크에 제공한다. 냉각제로서는, 예를 들어 R744, R717 등과 같은 천연 재료, R290, R600, R600a 등과 같은 연소 가능한 재료, R134a, R152a, HFO-1234yf와 같은 화학 재료뿐만 아니라, 다양한 냉각제의 혼합물이 사용될 수 있다.Coolant circuits and modes of operation can be used for each coolant that undergoes a phase transition from liquid to gaseous form on the low pressure side. On the high pressure side, the medium provides the heat sink with heat absorbed through gas cooling / condensation and subcooling. As the coolant, for example, natural materials such as R744, R717 and the like, combustible materials such as R290, R600, R600a and the like, and chemical materials such as R134a, R152a, HFO-1234yf, as well as mixtures of various coolants can be used.
도 3 및 도 4에는 각각 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 통합된 장치(57a, 57b)뿐만 아니라, 기체 냉각제를 위한 과류 영역(65a, 65b) 및 기화 영역(64a, 64b)을 구비한 열전달 장치, 특히 기화기로서 작동되는 냉각제-공기-열전달기 또는 주변 열전달기가 도시되어 있다. 침작 분리기 또는 상 분리기로도 지칭되는, 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치(57a, 57b)는 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b) 내부에 통합되어 형성된다.3 and 4 respectively show heat transfer with
냉각제가 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b) 중 열을 전달하는 구간을 관류하기 전에, 침작 장치(57a, 57b)는 각각 냉각제의 액체 상을 기체 상으로부터 분리시킨다. 이 경우, 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b) 중 열을 전달하는 구간은 두 개의 영역으로 분할되는데, 즉 기화 영역으로도 지칭되는 활성 영역(64a, 64b)과 과류 영역으로도 지칭되는 비활성 영역(65a, 65b)이 그것이다.Before the coolant flows through the section of heat transfer in the coolant-air-
활성 영역(64a, 64b)은 냉각제에 대해 교차 상대 유동으로 공기의 작용을 받을 수 있고, 이때 공기의 열이 냉각제에 전달될 수 있다. 비활성 영역(65a, 65b)은 바람직하게 공기의 작용을 받지 않기 때문에, 결과적으로 비활성 영역(65a, 65b) 내부에서는 열이 전혀 전달되지 않는다.
냉각제 측에서는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치(57a, 57b) 내에서 분리된 액체 냉각제가 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)의 활성 영역(64a, 64b)을 통해 유동하여 열을 흡수하면서 기화된다. 분리된 기체 냉각제는 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)의 비활성 영역(65a, 65b)을 통해 안내되어 열을 흡수하지 않으면서 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 통해 관류된다.On the coolant side, the liquid coolant separated in the
냉각제-공기-열전달기(9a, 9b) 중 열을 전달하는 활성 영역(64a, 64b)을 통해 오로지 액체 냉각제만 유동하기 때문에, 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 관류하는 동안 냉각제의 전체적인 냉각제 측의 압력 손실은, 가열 펌프 모드에서 기화기로서 작동하는 종래의 냉각제-공기-열전달기를 관류하는 동안의 압력 손실보다 훨씬 더 적다. 또한, 기체 냉각제가 비활성 영역(65a, 65b)을 통해 그리고 이에 따라 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)의 활성 영역(64a, 64b)을 우회하여 안내되기 때문에, 활성 영역(64a, 64b)은 더 적은 냉각제 질량 유동으로 작동된다.Since only liquid coolant flows through the
냉각제 측의 감소된 압력 손실뿐만 아니라 더 적은 냉각제 질량 유동으로 인해, 전달할 열에 대한 성능 요건이 동일할 경우, 종래 기술에 공지된 냉각제-공기-열전달기에 비해 구성부품의 크기가 감소될 수 있고, 결과적으로 이는 더 저렴한 제조 비용 및 더 작은 중량을 유도한다.Due to the reduced coolant mass flow as well as the reduced pressure loss on the coolant side, the component size can be reduced compared to the coolant-air-heaters known in the art, if the performance requirements for the heat to be transferred are the same, This in turn leads to lower manufacturing costs and smaller weights.
또한, 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는, 예를 들어 팽창기 또는 침작을 위한 원래의 장치와 같이 별도로 형성된 추가의 구성부품뿐만 아니라 이들 구성부품을 연결하는 냉각제 라인도 전혀 포함하지 않으므로, 이에 의해 마찬가지로 냉각제 회로의 비용 및 복잡성이 감소된다.In addition, the coolant-air-
도 3에는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 통합된 침작 장치(57a)뿐만 아니라 활성 영역(64a)으로서 기화 영역(64a) 및 비활성 영역(65a)으로서 기체 냉각제를 위한 과류 영역(65a)을 구비한 열전달 장치(9a)가 도시되어 있다. 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 침작 장치(57a)는 제1 수집 튜브(50a) 또는 분배 튜브 또는 냉각제 유입부 분배기의 내부에 배치되어 있다.3 has an integrated
상기 열전달 장치(9a)는, 서로에 대해 평행하게 그리고 수평 방향(x)으로, 특히 직선으로 형성된 튜브 부재들(52-1, 52-2)에 의해 서로 연결되어 있는 제1 수집 튜브(50a) 및 제2 수집 튜브(51a)를 포함한다. 수집 튜브(50a, 51a)의 내부 용적은 튜브 부재들(52-1, 52-2)에 의해 공통 용적으로 합산된다.The
상기 장치(9a)는 냉각제를 위한 유입부(54) 및 배출부(55)를 포함한다. 유입부(54)는 제1 수집 튜브(50a)에 형성되는 반면, 제2 수집 튜브(51a)는 배출부(55)를 포함한다.The
냉각제의 두 가지 상은 침작 침작 장치(57a)에 의해 기계적으로 서로 분리된다. 이 경우, 기계적 분리는 작용력으로서 관성력에 기반하는데, 이는 냉각제의 두 가지 상들 사이에 충분히 큰 밀도차를 필요로 한다.The two phases of the coolant are mechanically separated from each other by the
특히 수평 방향(x)으로 정렬된 유동 방향(56)으로 제1 수집 튜브(50a) 내로 유입되는 기체와 액체의 냉각제로 이루어진 혼합물은 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 침작 장치(57a)의 분리 부재(60)에 대향하여 안내되는데, 상기 분리 부재는 바람직하게 수직 방향(y)으로 정렬되도록 배치되어 충돌판(baffle plate)으로서 기능한다. 열전달 장치(9a) 내에 유입된 이후에 냉각제는 분리벽으로서 형성된 분리 부재(60)의 전면 측에 충돌한다. 유동 속도와 유동 방향의 급작스런 변동에 의해 방향이 변동된 두 개의 상이 상이하게 따르게 되는 액체 냉각제와 기체 냉각제의 상이한 관성력으로 인해, 냉각제의 상이한 상들이 서로로부터 분리된다.In particular, the mixture consisting of the coolant of the gas and the liquid entering the
액체 냉각제는 밀도가 더 크기 때문에, 특히 수직 방향(y)으로 정렬된 유동 방향(61)으로, 제1 수집 튜브(50a) 내에 형성된 액체 영역(58a) 내로 하향 유동하는 반면, 기체 냉각제는 밀도가 더 낮기 때문에, 특히 수직 방향(y)으로 정렬된 유동 방향(62)으로, 마찬가지로 제1 수집 튜브(50a) 내에 형성된 기체 영역(59a) 내로 상향 안내된다.Since the liquid coolant has a higher density, it flows downward into the
또한, 분리 부재(60)는 기체 영역(59a)으로부터 액체 영역(58a)을 분리하여 두 개의 챔버를 형성하는 수단으로서 기능한다. 이들 챔버는 단지 액체 영역(58a)에서만 서로 연결되어 액체 냉각제는 두 챔버들 사이를 관류할 수 있다.In addition, the separating
제1 수집 튜브(50a)의 액체 영역(58a)을 제2 수집 튜브(51a)와 연결하는 튜브 부재(52-1)는 활성 기화 영역(64a)을 형성하고, 외부 측에 대해, 다시 말해 구체적으로는 공기 측에 대해 열전달 표면의 확대를 위해 리브(53)가 제공된다. 튜브 부재(52-1)는 예를 들어 납작한 튜브(flat tube)로서 형성된다.The tube member 52-1 connecting the
액체 냉각제는 기화 영역(64a)의 튜브 부재(52-1)를 통해 관류되며, 이때 열이 냉각제에 전달되어 냉각제가 기화된다. 예를 들어 공기는 교차 상대 유동으로 리브(53)를 거쳐 유동한다. 완전히 기화된 후 기체 냉각제는 제2 수집 튜브(51a) 내부에서 배출부(55)의 방향으로 유동 방향(63)으로 배출된다.The liquid coolant flows through the tube member 52-1 in the
제1 수집 튜브(50a)의 기체 영역(59a)에서 제1 수집 튜브(50a)와 제2 수집 튜브(51a) 사이에 연장되는 튜브 부재(52-2)는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 침작 장치(57a)에서 분리된 기체 냉각제를 위한 비활성 과류 영역(65a)을 형성하고, 기화 영역(64a)을 형성하는 튜브 부재(52-1)와는 대조적으로 전혀 리브를 포함하지 않는다. 또한, 과류 영역(65a)의 튜브 부재(52-2)도 서로 접하도록 배치된 납작한 튜브로 형성될 수 있다. 튜브 부재(52-2)의 콤팩트한 배치는 결과적으로 열전달기(9a)의 매우 콤팩트한 구조 공간을 유도한다.A tube member 52-2 extending between the
기체 냉각제는 과류 영역(65a)의 튜브 부재(52-2)를 통해 관류하도록 안내된다. 이 경우, 냉각제에는 전혀 열이 전달되지 않는다. 과류 영역(65a)을 통해 관류되는 기체 냉각제는 제2 수집 튜브(51a) 내부에서 기화 중에 생성된 기체 냉각제와 혼합되고, 기체 냉각제의 공동 질량 유동으로서 유동 방향(56)으로 배출부(55)를 통해 열전달기(9a)로부터 배출된다.The gas coolant is guided to flow through the tube member 52-2 in the
기체 냉각제와 액체 냉각제의 질량 유동은, 결국 기화 영역(64a)과 과류 영역(65a)을 이용하여, 열전달기(9a) 중 서로 분리되도록 형성된 상이한 영역을 통해 안내된다. 이들 영역은 상이한 크기로 설정되는데, 기화 영역(64a)이 과류 영역(65a)보다 더 크게 설계된다.The mass flow of the gaseous coolant and the liquid coolant is guided through the different zones formed to separate from one another in the
제1 대안 실시예에 따르면, 기화 영역(64a)의 튜브 부재(52-1)와 과류 영역(65a)의 튜브 부재(52-2)는 하나의 공통면에 배치된다. 이 경우, 공기는 튜브 부재(52-1, 52-2)를 병렬로 과류할 수 있다. According to the first alternative embodiment, the tube member 52-1 of the
도시되지 않은 일 대안 실시예에 따르면, 기화 영역의 튜브 부재와 과류 영역의 튜브 부재가 각각 서로에 대해 평행하게 정렬된 두 개의 면에 배치된다. 이 경우, 공기는 각각의 유동 방향에 따라 우선 기화 영역의 열전달 표면을, 그리고 이어서 과류 영역의 열전달 표면을 순차적으로 유동할 수 있거나, 또는 이와 반대의 순서로 유동할 수 있다.According to an alternative embodiment, not shown, the tube member of the vaporization region and the tube member of the overflow region are each arranged on two sides aligned parallel to each other. In this case, the air may flow sequentially in accordance with the respective flow direction first through the heat transfer surface of the vaporization region and then through the heat transfer surface of the overflow region, or vice versa.
도 4에는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 통합된 장치(57b)뿐만 아니라 액체 냉각제를 위한 기화 영역(64b) 및 기체 냉각제를 위한 과류 영역(65b)을 구비한 열전달 장치(9b), 특히 냉각제-공기-열전달기가 도시되어 있다. 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치(57b)는 제1 수집 튜브(50b)와 제2 수집 튜브(51b) 사이에 배치되어 수집 튜브들(50b, 51b)을 서로 연결하도록 형성된다.4 shows a
또한, 제1 수집 튜브(50b)와 제2 수집 튜브(51b)는 서로에 대해뿐만 아니라 장치(57b)에 대해서도 평행하게 그리고 수직 방향(y)으로, 특히 직선으로 형성된 튜브 부재들(52-1)에 의해 서로 연결되어 있다. 수집 튜브(50b, 51b)의 내부 용적은 튜브 부재들(52-1) 및 침작 장치(57b)에 의해 공통 용적으로 합산된다.In addition, the
냉각제-공기-열전달기(9b)는 냉각제를 위한 유입부(54) 및 배출부(55)를 포함한다. 유입부(54)는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치(57b)에 형성되는 반면, 제2 수집 튜브(51b)는 배출부(55)를 포함한다.The coolant-air-
냉각제의 두 가지 상은 침작 장치(57b)에 의해 기계적으로 서로 분리된다. 이 경우, 기계적 분리는 작용력으로서 관성력에 기반하는데, 이는 냉각제의 두 가지 상들 사이에 충분히 큰 밀도차를 필요로 한다.The two phases of coolant are mechanically separated from each other by the
기체와 액체의 냉각제로 이루어진 혼합물은, 특히 수평 방향(x)으로 정렬된 유동 방향(56)으로, 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한, 수직 방향(y)으로 정렬되도록 배치된 장치(57b) 내로 유입된다. 상기 장치(57b)의 벽에 충돌하면서 유동 속도와 유동 방향이 급작스럽게 변동함으로써, 방향이 변동된 두 개의 상이 상이하게 따르게 되는 액체 냉각제와 기체 냉각제의 상이한 관성력으로 인해, 냉각제의 상이한 상들이 서로로부터 분리된다.The mixture consisting of a coolant of gas and liquid is arranged in a vertical direction (y) for the deposition of gas coolant from the liquid coolant, in particular in the
액체 냉각제는 밀도가 더 크기 때문에, 특히 수직 방향(y)으로 정렬된 유동 방향(61)으로, 장치(57b) 내에 형성된 액체 영역(58b) 내로 하향 유동하는 반면, 기체 냉각제는 밀도가 더 낮기 때문에, 특히 수직 방향(y)으로 정렬된 유동 방향(62)으로, 마찬가지로 장치(57b) 내에 형성된 기체 영역(59b) 내로 상향 안내된다.Since the liquid coolant flows downward into the
액체 영역(58b)은 제1 수집 튜브(50b)와 연결되는 반면, 기체 영역(59b)은 제2 수집 튜브(51b)와 유압식으로 결합되어 있다.The
제1 수집 튜브(50b)와, 제1 수집 튜브(50b)를 제2 수집 튜브(51b)와 연결하는 튜브 부재(52-1)는 활성 기화 영역(64b)을 형성한다. 예를 들어 납작한 튜브로서 형성된 튜브 부재(52-1)에는, 외부 측에 대해, 다시 말해 구체적으로는 공기 측에 대해 열전달 표면의 확대를 위해 리브(53)가 제공된다.The
액체 냉각제는 기화 영역(64b)의 튜브 부재(52-1)를 통해 관류되며, 이때 열이 냉각제에 전달되어 냉각제가 기화된다. 예를 들어 공기는 교차 상대 유동으로 리브(53)를 거쳐 유동한다. 완전히 기화된 후 기체 냉각제는 제2 수집 튜브(51b) 내로 유입된다.The liquid coolant flows through the tube member 52-1 of the
제2 수집 튜브(51b)는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 장치(57b)에서 분리된 기체 냉각제를 위한 비활성 과류 영역(65b)을 형성한다. 기체 냉각제는 유동 방향(63)으로 제2 수집 튜브(51b)를 통해 관류하도록 안내되어, 이때 기화 중에 생성된 기체 냉각제와 혼합될뿐만 아니라, 공동 질량 유동으로서 유동 방향(56)으로 배출부(55)를 통해 열전달기(9b)로부터 배출된다.The
단지 액체 냉각제만 활성 영역(64a, 64b)을 통해 관류하기 때문에, 냉각제의 2상-영역의 전체적인 기화 엔탈피가 각각 열 흡수를 위해 이용된다. 감소된 냉각제 질량 유동은 상승된 기화 엔탈피와 조합되어 활성 기화 영역(64a, 64b) 내부에서 훨씬 더 적은 냉각제 측 압력 손실을 야기하므로, 종래 기술에 공지된 냉각제-공기-열전달기에 비해 냉각제의 유입부(54)와 배출부(55) 사이에서 냉각제의 훨씬 더 적은 온도 편차를 유발한다. 따라서, 주변으로부터 훨신 더 많은 열을 흡수할 수 있다.Since only liquid coolant flows through the
냉각제 측의 압력 손실은, 특히 튜브 부재(52-1)로서 기화를 위해 형성된 냉각제 튜브를 사용함으로써 추가로 감소될 수 있다.The pressure loss on the coolant side can be further reduced, in particular by using a coolant tube formed for vaporization as the tube member 52-1.
도 3의 열전달기(9a)에 비해 도 4의 열전달기(9b)는 동일한 구조 공간에서 더 많은 갯수의 튜브 부재(52-1)가 더 짧은 길이를 가지면서 병렬로 관류된다. 이를 통해 열전달기(9b)의 냉각제 측 압력 손실이 추가로 감소될 수 있다. Compared to the
비활성 과류 영역(65b) 내부에는 기체 냉각제가 제2 수집 튜브(51b)를 통해 유동하는데, 상기 수집 튜브의 자유 유동 단면은, 기체 냉각제에서 관류 도중에 단지 적은 냉각제 측 압력 손실이 발생하도록 형성된다.Inside the
액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 통합된 장치(57a, 57b)는, 액체 냉각제의 충전 높이가 상이한 경우에도 완전히 액체인 냉각제의 질량 유동이 항상 활성 기화 영역(64a, 64b)을 통해 관류하는 방식으로 형성되고 배치된다. 액체 냉각제의 충전 상태는 유입부(54)와 배출부(55)에서의 냉각제 사이의 압력차에 상응하게 설정된다.The
1', 1" 공조 시스템
2', 2" 냉각제 회로
3 압축기
4 열전달기, 냉각제-냉각수-열전달기
5 제1 팽창기
6 열전달기, 제1 냉각제-공기-열전달기
7 내부 열전달기
8 제2 팽창기
9a, 9b 열전달 장치, 열전달기, 제2 냉각제-공기-열전달기
10 역류 방지 부재
11 수집기
12 제1 유동 경로
13 제2 유동 경로
14 분기 위치
15 합류 위치
16 밸브, 차단 밸브
17 제2 유동 경로
18 분기 위치
19 합류 위치
20 제3 팽창기
30 냉각수 회로
31 이송 장치
32 제1 냉각수-공기-열전달기, 가열 열전달기
33 분기 위치, 3방향 밸브
34 합류 위치
35 제1 유동 경로
36 제2 냉각수-공기-열전달기
37 제2 유동 경로
40 공조 장치
41 승객 공간 공급 공기의 유동 방향
42 설비 모듈
43 공기의 유동 방향
50a, 50b 제1 수집 튜브
51a, 51b 제2 수집 튜브
52-1, 52-2 튜브 부재
53 리브
54 냉각제 유입부
55 냉각제 배출부
56 냉각제 유동 방향
57a, 57b 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작 장치
58a, 58b 액체 영역
59a, 59b 기체 영역
60 분리 부재
61 액체 냉각제의 유동 방향
62 기체 냉각제의 유동 방향
63 기체 냉각제의 유동 방향
64a, 64b 기화 영역, 활성 영역
65a, 65b 기체 냉각제의 과류 영역, 비활성 영역
x 수평 방향
y 수직 방향1 ', 1 "air conditioning system
2 ', 2' refrigerant circuit
3 compressor
4 Heat Transfer, Coolant-Coolant-Heat Transfer
5 first inflator
6 Heat transfer, first coolant-air-heat transfer
7 Internal Heat Transfer
8 second inflator
9a, 9b Heat Transfer, Heat Transfer, Second Coolant-Air-Heat Transfer
10 backflow prevention member
11 collector
12 First flow path
13 Second flow path
14 quarter position
15 confluence positions
16 valves, shut-off valve
17 Second flow path
18 branch positions
19 confluence
20 third inflator
30 coolant circuit
31 Feeding device
32 1st Coolant-Air-Heat Transfer, Heat Transfer
33 branch position, 3-way valve
34 confluence
35 first flow path
36 Second coolant-air-heat transfer
37 Second Flow Path
40 air conditioning system
41 Direction of flow of passenger space supply air
42 fixtures modules
43 Flow direction of air
50a, 50b first collection tube
51a, 51b second collection tube
52-1, 52-2 tube member
53 ribs
54 Coolant inlet
55 Coolant outlet
56 Refrigerant Flow Direction
Deposition apparatus for gaseous coolant from 57a, 57b liquid coolant
58a, 58b liquid zone
59a, 59b gas zones
60 separation member
61 Flow direction of liquid coolant
62 Flow direction of gas coolant
63 Flow direction of gas coolant
64a, 64b vaporization zone, active zone
Overflow zone, inactive zone of 65a, 65b gas coolant
x horizontal direction
y vertical direction
Claims (19)
열전달 장치(9a, 9b) 내에는 액체 냉각제로부터 기체 냉각제의 침작을 위한 침작 장치(57a, 57b)가 통합되어 형성되고, 열전달 장치(9a, 9b)는 액체 냉각제의 작용을 위한 기화 영역(64a, 64b)과, 기체 냉각제의 작용을 위한 과류 영역(65a, 65b)을 포함하고,
상기 과류 영역에서는 상기 열전달 장치를 통과하는 공기와 기체 냉각제 사이의 열전달이 일어나지 않는 것을 특징으로 하는, 열전달 장치(9a, 9b).Heat transfer devices 9a, 9b for coolant circuits 2 ', 2 "of an air conditioning system 1', 1" of an automobile, inlet 54 and outlet 55 for coolant, first collection In addition to the tubes 50a and 50b and the second collection tubes 51a and 51b, the tube members 52-1 and 52- extend between the collection tubes 51a and 51b and are arranged in parallel alignment with each other. In the heat transfer apparatus comprising 2),
The heat transfer devices 9a and 9b are formed by integrating the deposition devices 57a and 57b for the deposition of the gas coolant from the liquid coolant, and the heat transfer devices 9a and 9b form the vaporization regions 64a, 64b) and overflow zones 65a and 65b for the action of the gas coolant,
Heat transfer device (9a, 9b), characterized in that no heat transfer occurs between the air passing through the heat transfer device and the gas coolant in the overflow region.
- 냉각제 회로(2', 2")는 압축기(3), 냉각수 회로(30)의 냉각수와 냉각제 사이의 열전달을 위해 응축기/기체냉각기로서 작동할 수 있는 냉각제-냉각수-열전달기(4), 제1 팽창기(5)뿐만 아니라, 승객 공간을 위한 공급 공기의 공기 조절을 위한 제1 냉각제-공기-열전달기(6)를 포함하고,
- 냉각수 회로(30)는 이송 장치(31), 승객 공간을 위한 공급 공기의 가열을 위한 제1 냉각수-공기-열전달기(32), 제2 냉각수-공기-열전달기(36)뿐만 아니라, 냉각제-냉각수-열전달기(4)를 포함하며,
열전달 장치(9a, 9b)는 오로지 기화기로서 작동할 수 있는 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)로서 형성되고, 냉각제의 유동 방향으로 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)의 상류에는 제2 팽창기(8)가 위치하며, 이때 제2 팽창기(8)뿐만 아니라 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)는 공동으로 제1 유동 경로(12) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1', 1").The method of claim 13,
The coolant circuits 2 ′, 2 ″, coolant-coolant-heat transferr 4, which may act as a condenser / gas cooler for heat transfer between the coolant and coolant of the compressor 3, the coolant circuit 30, A first coolant-air-heat transferer 6 for air conditioning of the supply air for the passenger space, as well as an inflator 5,
The coolant circuit 30 comprises a coolant as well as a transfer device 31, a first coolant-air-heat transferr 32, a second coolant-air-heat transferr 36 for heating the supply air for the passenger space. A coolant-heat transferr (4),
The heat transfer devices 9a, 9b are formed as second coolant-air-heat transferrs 9a, 9b which can only act as vaporizers, and the second coolant-air-heat transferers 9a, 9b in the flow direction of the coolant. Upstream of the second expander 8 is located, wherein the second expander 8 as well as the second coolant-air-heat transferers 9a, 9b are jointly arranged in the first flow path 12. Air conditioning system 1 ', 1 ".
- 제2 팽창기(8) 및 제2 냉각제-공기-열전달기(9a, 9b)를 구비한 제1 유동 경로(12)는 분기 위치(18)로부터 합류 위치(19)까지 연장되도록 형성되고,
- 제1 팽창기(5), 제1 냉각제-공기-열전달기(6), 및 제3 팽창기(20)는 제2 유동 경로(17) 내에 형성되며, 이때 제3 팽창기(20)는 냉각제-공기-열전달기(6)의 하류에 배치되고, 제2 유동 경로(17)는 분기 위치(18)로부터 합류 위치(19)까지 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 공조 시스템(1").The method of claim 18,
The first flow path 12 with the second inflator 8 and the second coolant-air-heat transferers 9a, 9b is formed to extend from the branching position 18 to the joining position 19,
A first expander 5, a first coolant-air-heat transferer 6, and a third expander 20 are formed in the second flow path 17, wherein the third expander 20 is a coolant-air An air conditioning system (1 ″), characterized in that it is arranged downstream of the heat transfer (6) and the second flow path (17) is formed to extend from the branch position (18) to the joining position (19).
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