KR102193569B1 - 특히 전기 자동차용 콤팩트 열 교환기 유닛 및 공기 조화 모듈 - Google Patents

특히 전기 자동차용 콤팩트 열 교환기 유닛 및 공기 조화 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자동차 공기 조화 장치 내 콤팩트 열 교환기 유닛(1)에 관한 것으로서, 냉매의 응축을 위한 응축기 영역(6)이 열 교환 면으로서 형성되어 있고, 냉매용 수집기로서의 고압-냉매 수집 영역(5)이 플레이트 열 교환기 내 열 교환기의 플레이트 패킷으로서 통합된 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

특히 전기 자동차용 콤팩트 열 교환기 유닛 및 공기 조화 모듈{COMPACT HEAT EXCHANGER UNIT AND AIR CONDITIONING MODULE, PARTICULARLY FOR ELECTRIC VEHICLES}
본 발명은, 자체의 구성 방식, 콤팩트성 및 연결 조건으로 인해 특히 전기 자동차용으로 적합한 콤팩트 열 교환기 유닛 및 공기 조화 모듈에 관한 것이다.
공기 조화 모듈이란, 공기 조화 유닛의 부분으로서 차량 실내의 공기를 조화시키는, 열기 및/또는 냉기를 발생 또는 제공하기 위한 장치로 이해될 수 있다. 공기 조화 모듈은, 다름 아니라 폐열 온도 수준이 전형적으로 낮고 전기 압축기를 이용하는 편이 바람직한 전기 자동차에서 사용할 수 있기 위하여, 냉매 순환계의 모든 중요한 구성 요소들을 구비하고 특별한 방식으로 설계되어 있다.180
종래 기술에서는, 주로 공랭식 응축기가 자동차 공기 조화 시스템에 사용되고 있다. 이와 같은 상황은, 공기 냉각기가 냉방 설비 작동을 위한 열 방출의 비용적으로 유리한 가능성을 허용한다는 사실과 관련되어 있다.
하지만, 대안적으로는, 공기 조화 모듈의 수랭식 응축기도 공지되어 있으며, 이로 인해서는 공기 냉각과 상이한 액체 냉각에 의한 열 교환시의 더 높은 효율에 의해서, 액체 냉각된 응축기를 더 적게 설계할 수 있는 가능성도 나타난다.
차량 공기 조화 분야에서 수랭식 응축기의 단점은, 추가의 냉각수 순환계가 추가의 장치적인 소비 그리고 이로써 또한 비용적인 소비를 야기한다는 것이며, 그와 달리 공랭식 응축기는 기관실 내에서 추가의 장치적인 소비 없이 연소 기관용 기관 냉각기에 대해 평행하게 위치 결정될 수 있고 작동될 수 있다.
공랭식 응축기뿐만 아니라 수냉식 응축기까지도 갖춘 공기 조화 시스템에서의 단점은, 공기 조화 시스템의 개별 구성 요소들의 집적이 차량 내부의 다양한 장소에서 이루어지기 때문에, 차량 조립 공정 안에서는 이들 구성 요소가 부분적으로 복잡한 작업 시퀀스와 서로 결부될 수밖에 없다는 것이다.
더 나아가, 간단히 장착될 수 있고 또한 보수를 위해 간단히 교환 또는 교체될 수도 있는 공기 조화 모듈 및 콤팩트 열 교환기 유닛을 제공하려는 당업자의 노력도 존재한다.
따라서, 본 발명의 과제는, 특히 전기 자동차용으로 적합하고, 전기 자동차의 구성 요소 주변에 간단히 집적될 수 있는 공기 조화 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 과제는, 비용 효율적으로 제조 가능하고 특히 공간 절약적으로 구현된 다양한 열 교환기 영역들을 통합시키는 콤팩트 열 교환기 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는, 독립 특허 청구항들에 따른 특징들을 갖는 공기 조화 모듈 및 콤팩트 열 교환기 유닛에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.
본 발명의 과제는, 특히 냉매의 응축을 위한 응축기 영역이 열 교환 면으로서 형성되어 있고, 냉매용 수집기로서의 고압-냉매 수집 영역이 플레이트 열 교환기 내 열 교환기의 플레이트 패킷으로서 통합된 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 자동차 공기 조화 장치 내 콤팩트 열 교환기 유닛에 의해서 해결된다. 이로써, 냉매 응축 기능 및 냉매 수집 기능은 냉매 순환계의 고압 측에서는 구조적으로 콤팩트 열 교환기 유닛의 일 구성 요소 내에 배열되어 있고, 이로써 결과적으로는 상기 구성 요소 내부에 집적되어 있다. 이와 같은 구성에서는, 콤팩트 열 교환기 유닛이 특히 바람직하게 액체 냉각된 그리고 특히 수냉된 응축기로서 공기 조화 장치 내에 사용될 수 있다. 플레이트 열 교환기는 본 발명의 이해에 따르면 기능에 따라 영역으로 통합되는 플레이트 패킷으로서 이루어진다. 이로써, 응축기 영역은 냉매의 응축이 이루어지는 열 교환 면의 영역이 된다. 응축기 영역은 상응하는 크기의 플레이트 패킷 및 열 교환 면으로서 형성되어 있고, 고압-냉매 수집기 영역의 플레이트 패킷과 함께 공동으로 하나의 일체형 플레이트 열 교환기로 결합된다. 플레이트 패킷의 열 교환기 플레이트는 열 교환 특성을 개선하기 위한 리브 또는 얇은 판을 구비하여 구현될 수 있다.
특별한 장점은, 리시버로서도 지칭되는 고압-냉매 수집기 영역이 구조적으로 콤팩트 열 교환기 유닛 내에 집적되어 있다는 것이다. 리시버는 바람직하게 냉매 순환계 내에서 응축기 영역 바로 뒤에 배열되어 있고, 리시버 뒤에는 또 다른 바람직한 실시예에 따른 응축물용 초과 냉각 구간이 연결된다.
바람직하게는, 내부 열 교환기의 고압 측이 초과 냉각 구간에 연결된다. 콤팩트 열 교환기 유닛의 구성 요소 내에 또는 대안적으로 콤팩트 열 교환기 유닛 외부에 배열된 이완 기관 및 증발기 그리고 내부 열 교환기의 저압 측이 이하의 실시예들에서 더 설명되는 바와 같이 냉매 순환계 내에서 연속된다.
전술된 바와 같이 응축기 영역, 초과 냉각 영역, 고압-냉매 수집기 영역 및 내부 열 교환기 영역을 갖는 콤팩트 열 교환기 유닛의 구성에서는, 고압-냉매 수집기 영역이 대안적으로 바람직하게는 별도의 고압-냉매 수집기로서 구현되어 있다.
특히 바람직하게, 응축기 영역 뒤에는 냉매의 초과 냉각을 위한 별도의 초과 냉각 영역이 접속된 상태로 형성되어 있고, 추가의 플레이트 패킷으로서 콤팩트 열 교환기 유닛 내에 집적되어 있다.
응축기 영역, 초과 냉각 영역 및 고압-냉매 수집기 영역의 배열은 바람직하게 나란히 이루어지며, 이 경우 이들 영역은 플레이트 열 교환기의 플레이트 패킷으로서 구현되어 있다. 냉매는 먼저 응축기 영역에 도달하고, 이곳으로부터 직접적인 연결을 통해서 고압-냉매 수집기 영역에 도달한다. 이곳에서 냉매가 수집된 후에 초과 냉각 영역으로 가이드 된다.
대안적으로, 고압-냉매 수집기 영역의 플레이트 패킷은 플레이트 열 교환기 내에서 응축기 영역의 플레이트 패킷과 초과 냉각 영역의 플레이트 패킷 사이에 배열되어 있다.
바람직하게, 콤팩트 열 교환기 유닛의 고압-냉매 수집기 영역은 아래로부터 충전 및 비워질 수 있도록 형성되어 있다. 본 실시예에 따르면, 고압-냉매 수집기 영역은 아래로부터 위로 액체 냉매로 채워지며, 이 경우 액체 냉매는 또한 아래로부터 방출되어 초과 냉각 영역 내로 안내된다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 증발기 영역, 내부 열 교환기 영역 및 응축기 영역이 플레이트 패킷으로서 형성되어 있고, 일체형 플레이트 열 교환기 내에 통합된 상태로 배열되어 있다. 이와 같은 구성은 경우에 따라 고압-냉매 수집기 영역만큼 보완되며, 이로 인해 콤팩트 열 교환기 유닛은 냉방 설비 순환계의 모든 열 교환기 기능 및 경우에 따라서는 추가로 또한 수집기 기능도 갖게 된다. 높은 기능 통합율은 공기 조화 모듈의 특히 공간 절약적인 구조 방식을 허용한다.
그에 대해 대안적으로, 고압-냉매 수집기 영역은 별도의 고압-냉매 수집기로서 구현된다.
바람직하게는, 냉매용 필터 및/또는 건조기 그리고 팽창 기관이 콤팩트 열 교환기 유닛 내부에 집적된다.
열역학적인 관점에서 순환계의 최상의 효율을 보증하기 위하여, 바람직하게 개별 열 교환기 영역 및 기능 영역은 영역들 사이에 있는 절연 플레이트에 의해 상이한 온도 레벨로 상호 열적으로 절연된 상태로 형성된다. 적용예, 온도 레벨 및 공간 상황에 따라, 적어도 2개의 또는 그 이상의 영역이 절연 플레이트에 의해서 상호 열적으로 절연되어 있다. 이 경우, 절연 플레이트는, 일 영역으로부터 다른 영역으로 절연 플레이트를 통과하는 열 통과 과정을 최소화하기 위하여, 전혀 관류가 이루어지지 않거나 공기 또는 질소로 채워져 있거나 진공 상태에 있는 플레이트로서 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 콤팩트 열 교환기 유닛의 열 교환기 영역 및/또는 기능 영역 사이에, 냉매를 콤팩트 열 교환기 유닛의 하부 면으로부터 상부 면으로 안내하기 위한 플레이트 열 교환기의 플레이트 패킷으로서의 전달 채널이 배열되어 있다. 이 경우, 전달 채널은 하나 이상의 플레이트로 이루어지고, 2개 영역 사이에서 수직 방향으로 냉매의 안내를 가능하게 하며, 그 결과 일 영역에서는 냉매가 예를 들어 바닥에 수집되고, 전달 채널을 통해 위로 안내되며, 그 다음에 이웃하는 영역에서 위로부터 재차 분배될 수 있다.
콤팩트 열 교환기 유닛의 특히 바람직한 일 실시예는, 냉매의 수집 및 분배가 개별 영역 내에서 동일한 측에서 이루어지지 않고 오히려 콤팩트 열 교환기 유닛의 마주 놓인 측에서 이루어지는 경우를 위해 존재한다. 이 경우에는, 냉매가 예를 들어 응축기 영역의 하부 면으로부터 고압-냉매 수집기 영역 또는 초과 냉각 영역의 상부 면으로 가이드 될 수밖에 없다. 이와 같은 과정은, 바람직하게 수집기 채널로서도 지칭되고 콤팩트 열 교환기 유닛 내부에 집적된 명시된 전달 채널을 통해서 이루어지며, 상기 수집기 채널은 플레이트 열 교환기 내에 전달 플레이트로서 구현되어 있고, 상기 수집기 채널 내에서는 냉매가 채널 형태의 공동 내에서 아래로부터 위로 또는 경우에 따라서는 다른 방식으로 우회해서 가이드 된다.
콤팩트 열 교환기 유닛의 영역들의 열 교환 과제 및 결선에 따라, 또한 냉매는 집적된 전달 플레이트를 통해 플레이트 열 교환기 내부에서 아래로부터 위로 또는 그 반대로 가이드 될 수 있다.
일반적으로, 냉매 흐름 및 냉각재 흐름은 단일 통과 디자인 또는 다중 통과 디자인으로 이루어질 수 있다.
제조 기술적으로, 개별 영역 및 플레이트 패킷은 바람직하게 서로 납땜되어 있다.
특히, 본 발명의 과제는, 콤팩트한 자체 구조에 의해 특히 전기 자동차용으로 적합한 공기 조화 모듈에 의해서 해결된다. 공기 조화 모듈은 이 공기 조화 모듈 내부에서 완전히 폐쇄되어 있는 냉매 순환계를 구비하며, 이 경우 연결 라인 및 밀폐식 압축기로서의 압축기가 상응하게 구현된 경우에는 공기 조화 모듈을 차량 내에 장착할 때 냉매 순환계의 구성 요소들 사이에 냉매 연결부가 만들어질 필요가 없다.
공기 조화 모듈은, 공기 조화 유닛에 냉각수를 공급하기 위해서 이용되는 냉각수 순환계용의 2개의 연결부를 구비한다. 또한, 공기 조화 모듈은, 냉매의 냉각을 위해서 이용되는 냉각수 순환계용의 2개의 연결부를 구비한다. 냉매 순환계는 하나 이상의 압축기, 팽창 기관, 그리고 냉매의 증발 및 응축을 위한 2개 이상의 열 교환기를 구비한다. 특별한 방식으로, 공기 조화 모듈은, 열 교환기가 콤팩트 열 교환기 유닛 내에 열 교환기 영역으로서 통합된 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 콤팩트 열 교환기 유닛은 복수의 플레이트 패킷으로 이루어진 일체형의 플레이트 열 교환기로서 형성되어 있다.
본 발명의 컨셉에 따라, 개별 열 교환기는 냉매 순환계의 별도의 구성 요소로서 구현되어 있지 않고, 오히려 공기 조화 모듈의 핵심을 형성하는 일체형 플레이트 열 교환기 내에 통합된 형태로 구현되어 있다. 이로써, 결과적으로는, 공기 조화 모듈 내부에서 냉매 순환계의 개별 구성 요소들 사이에 냉매 연결부를 사전에 제조하는 것이 가능해진다. 공기 조화 모듈은, 차량 내에 장착할 때 계속 연결되어야만 하는, 냉각수 순환계 및 냉각수 순환계를 위한 전방 흐름용 연결부 및 후방 흐름용 연결부를 각각 구비한다.
이렇게 함으로써는 특히 누설에 안전한 그리고 열 교환기를 콤팩트 열 교환기 유닛 내에 집적함으로써는 특히 콤팩트하고도 공간 절약적인 구성 요소 컨셉이 구현된다. 그 결과, 누설 위험이 강하게 줄어든 상태에서 적은 냉매 충전량이 실현된다.
이로써, 콤팩트 열 교환기 유닛은 기능적으로 그리고 온도 범위에 따라 분리된 소수의 구획으로 이루어지게 되며, 이들 구획은 구조적으로 콤팩트 열 교환기 유닛의 공기 조화 모듈의 하부 유닛 내에 통합되어 있다.
고압-냉매 수집기 영역은, 대안적으로 별도의 용기로서 또는 종래 기술에 따른 병(bottle)으로서 구현되어 있고, 콤팩트 열 교환기 유닛 옆에서 공기 조화 모듈 내에 집적되어 있다. 본 실시예에서도 냉매 연결부의 형성은, 본 형상 변형예에서도 간단하고도 비용적으로 유리한 그리고 오류가 발생하지 않는 조립을 가능하게 하기 위하여, 강성으로 그리고 사전에 제조된 형태로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 냉매 순환계의 추가 구성 요소들이 직접 콤팩트 열 교환기 유닛 내에 집적되어 있다. 이들 추가 구성 요소는, 예를 들어 직접 콤팩트 열 교환기 유닛 내에 집적된 형태로 형성되어 있는, 냉매를 위한 필터 및/또는 냉매를 위한 건조기 및/또는 팽창 기관이다.
대안적으로, 이들 구성 요소는 콤팩트 열 교환기 유닛 외부에 배열되어 있다.
콤팩트 열 교환기 유닛의 기능적으로 상이한 영역들의 집적은 - 이들 영역이 상호 단열된 상태로 형성된 경우에는 - 구성 요소들을 별도로 형성하는 방식에 비해 단점 없이 열역학적으로 이루어진다. 그렇기 때문에, 개별 영역 사이에는 플레이트 열 교환기의 각각 하나의 절연 플레이트가 배열되어 있고, 이로 인해 개별 영역들은 서로에 대해 상호 이격된 배열 상태로 그리고 열적으로 상호 절연된 상태로 형성되어 있다. 이웃하는 영역들이 두드러진 온도차를 가질 수 없는 한, 상응하게 절연 플레이트가 생략될 수 있다.
제조 기술적으로 특히 바람직하게, 콤팩트 열 교환기 유닛의 영역들이 서로 납땜되어 있음으로써, 결과적으로 다양한 순환계, 즉 냉각수 또는 냉각수용 물 순환계뿐만 아니라 냉매 순환계도 개별 플레이트, 플레이트 패킷 및 영역의 납땜에 의해서 각각 서로에 대해 그리고 또한 주변에 대해서 특히 누설에 안전하게 구현된다.
콤팩트 열 교환기 유닛의 열 교환 특성은, 바람직하게 플레이트 열 교환기의 플레이트가 리브를 구비하고, 이들 리브는 오프셋-디자인, 딤플-디자인 또는 셰브런-디자인으로 형성되어 있으며, 이 경우 오프셋-디자인으로 형성된 리브가 구비된 플레이트는, 2개의 플레이트 사이에 삽입되는 삽입 플레이트(27)로서 구현되어 있다.
이 경우에는, 고압-냉매 수집기 영역 내의 플레이트 열 교환기의 플레이트가 바람직하게 오프셋-디자인으로 형성된 리브가 구비된 삽입 플레이트(27)를 포함하며, 이 경우 삽입 플레이트(27)는 고압-냉매 수집기 영역의 용적을 확대하기 위한 리세스를 구비하며, 이 리세스는 곡류 구조, 전나무 구조 또는 장공 구조를 갖는다. 가급적 압력에 강한 형상에 도달하기 위하여, 상기 삽입 플레이트(27)는 납땜 또는 용접을 통해서 측면 플레이트와 연결되어 있다.
바람직하게, 상기 특성은, 플레이트들이 서로 나란히 배열된 경우에는, 고압-냉매 수집기 영역의 용적을 확대하기 위한 리세스의 구조와 패턴이 중첩되고, 그 결과 삽입 플레이트들 사이의 연결부는 다양한 평면에 놓이게 되며, 이와 같은 상황은 연결부용 점들의 개선된 분포를 야기하고, 전체 구조를 더욱 균일하게 구현한다.
바람직하게, 내부 열 교환기 영역 내에 있는 플레이트 열 교환기의 플레이트들은, 냉매 순환계의 저압 측에서는 딤플-디자인으로 형성된 리브를 구비하여 구현되어 있고, 오프셋-디자인으로 형성된 리브가 구비된 삽입 플레이트(27)로서 구현되어 있다.
응축기 영역 및 초과 냉각 영역 내에 있는 플레이트 열 교환기의 플레이트들은 바람직하게 오프셋-디자인으로 형성된 리브를 구비하는 삽입 플레이트 또는 세브런-디자인으로 형성된 리브를 구비하는 삽입 플레이트로서 구현되어 있는데, 그 이유는 이와 같은 디자인이 고압용으로 더 우수하게 적합하기 때문이다.
그와 달리, 증발기 영역 내에 있는 플레이트 열 교환기의 플레이트들은 바람직하게 딤플-디자인으로 형성된 리브를 구비하는데, 그 이유는 이와 같은 디자인이 더 낮은 압력용으로 적합하기 때문이다.
유체를 관류시키기 위한 콤팩트 열 교환기 유닛의 영역의 플레이트 패킷들은 2중, 3중 또는 4중 파이프를 갖는 섹션 내에 채널로서 형성되어 있다. 이들 채널은 콤팩트 열 교환기 유닛 내부에서 유체의 관류를 가능하게 한다. 이와 같은 관류 방식은, 예를 들어 플레이트 패킷들이 서로 나란히 배열되어 있지만 유체 가이드가 먼저 패킷 위로 뛰어 넘고 그 다음에 비로소 유체가 뛰어 넘은 패킷 내부로 역으로 안내되는 콤팩트 열 교환기 유닛의 실시예들에서 바람직하다.
또 다른 바람직한 일 실시예에서는, 냉매용 건조기가 제공되어 있고, 또한 플레이트 열 교환기의 플레이트 내에 집적되어 있다. 이에 대해 대안적으로, 건조기는, 플레이트 열 교환기로서 형성된 콤팩트 열 교환기 유닛의 냉매 출구에서 별도로 완성될 그리고 조립될 요소로서 구현되어 있다.
특히 바람직하게, 공기 조화 모듈의 폐열의 이용은, 공기 조화 유닛에 열을 공급하기 위한 응축기의 냉각수 순환계가 접속된 상태로 실시됨으로써 구현된다. 이 경우, 냉매의 응축 열은 공기 조화 유닛 내부에서 필요에 따라 차량 실내의 가열을 위한 유효 열로서 이용될 수 있다. 바람직하게, 압축기는 전기식 압축기로서 구현되어 있으며, 이로 인해 공기 조화 모듈은 조립 친화적으로 구현될 수 있는 단 하나의 전기식 연결부만을 구비하면 된다.
냉매로서는, 적은 GWP(Global Warming Potential: 지구 온난화 지수)를 특징으로 하고 이로써 미래에 바람직하게 사용될 수 있는, R134a, R152a, R1234yf, R1234ze, R744, 프로판, 프로필렌 또는 암모니아와 같은 바람직하게 가연성의 또는 독성의 냉매가 냉매 순환계 내에 사용된다.
바람직하게, 공기 조화 모듈의 냉각수 순환계는 저온 열 교환기를 구비하며, 이 저온 열 교환기는 냉매의 응축으로부터 유래하는 상대적으로 더 낮은 온도 수준의 열을 저온 열 교환기를 통해 주변으로 방출한다.
특히 바람직하게, 냉각수 순환계는 - 차량이 전기 자동차로 구현되어 있는 한 - 공기 조화 유닛 옆에서 배터리 냉각 순환계와 직렬로 또는 병렬로 연결되어 있다. 이로써, 공기 조화 모듈에 의해 제공되는 냉각수가 하나의 공동 배터리 냉각 순환계 내에서 배터리의 냉각을 위해 사용될 수 있다.
그에 대해 대안적으로, 배터리 냉각 순환계는 냉매 순환계 내부에서 콤팩트 열 교환기 유닛의 증발기 영역에 대해 병렬로 또는 직렬로 접속된 상태로 형성되어 있다. 이 경우, 냉매는 직접 배터리 또는 배터리 냉각 순환계의 냉각을 위해서 이용된다.
본 발명의 특히 바람직한 일 실시예에 따라, 냉매 순환계의 구성 요소들은 냉매 순환계가 또한 열 펌프 모드에서도 작동될 수 있도록 형성되어 있다.
특히 바람직한 방식으로, 본 발명에 따른 공기 조화 모듈에 의해서는, 단 4개의 물 연결부 및 단 하나의 전류 연결부가 제공된 콤팩트한 구성 요소들이 제공된다. 냉매 순환계가 냉매 측에서 압축기 및 추가의 구성 요소와 연결되어 있고 완전히 폐쇄되어 있음으로써, 결과적으로 냉매를 전혀 가이드 하지 않는 공기 조화 모듈들은 냉매 순환계 내부에서 공기 조화 모듈을 자동차 내에 조립할 때에 폐쇄될 수밖에 없다. 이로써, 공기 조화 모듈은 간단히 장착될 수 있고, 다만 상대적으로 적은 냉매 충전량만을 필요로 한다. 열 교환기 영역을 콤팩트 열 교환기 유닛 내에 집적하는 과정은 누설 위험이 적은 상황에서 경제적으로 유리하게 이루어질 수 있는데, 그 이유는 연결 라인이 강성으로 구현될 수 있고, 이로써 누설 가능성이 줄어들었기 때문이다.
콤팩트 열 교환기 유닛은 요약적으로 바람직하게는 리시버 및/또는 응축 및/또는 초과 냉각 및 절연이 통합된 수냉 응축기의 구성 요소로서 자동차 공기 조화 장치의 냉매 순환계 내 영역들 사이에서 사용된다. 이 경우, 구성 요소는 내부 열 교환기 및/또는 영역들 사이의 절연부를 구비하여 구현될 수 있다. 더 나아가, 구성 요소들은 바람직하게 내부 또는 외부 팽창 장치 및/또는 영역들 사이에 있는 절연부를 구비하여 구현된다. 구성 요소들의 일 개선예에서는, 구성 요소들이 증발기 및/또는 영역들 사이의 절연부를 구비하여 구현된다.
본 발명의 추가의 세부 사항, 특징들 및 장점들은, 해당 도면을 참조해서 이루어지는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 나타난다. 여기서:
도 1은 콤팩트 열 교환기 유닛을 갖춘 공기 조화 모듈의 회로도를 도시하며,
도 2는 별도의 고압-냉매 수집기를 갖춘 콤팩트 열 교환기 유닛을 도시하고,
도 3은 콤팩트 열 교환기 유닛 내부에 열 교환기 영역들 그리고 집적된 고압-냉매 수집기를 갖춘 공기 조화 모듈을 도시하며,
도 4는 콤팩트 열 교환기 유닛을 구비하고 배터리 냉각이 직접적으로 이루어지는 공기 조화 모듈을 도시하고
도 5는 고압-냉매 수집기 영역을 갖는 콤팩트 열 교환기 유닛을 도시하며,
도 6은 내부 열 교환기 및 고압-냉매 수집기 영역이 집적된 액체 냉각된 응축기를 도시하고,
도 6a는 외부 고압-냉매 수집기를 갖는 액체 냉각된 응축기를 도시하며,
도 7은 전달 채널을 갖는 콤팩트 열 교환기 유닛을 도시하고,
도 8은 건조기를 갖는 액체 냉각된 응축기를 도시하며,
도 9는 채널로서의 3중 파이프를 갖는 플레이트를 측면도로 도시하고,
도 10은 셰브런-디자인으로 형성된 리브를 갖는 플레이트를 도시하며,
도 11은 오프셋-디자인으로 형성된 리브를 갖는 플레이트를 도시하고,
도 12는 딤플-디자인으로 형성된 리브를 갖는 플레이트를 도시하며, 그리고
도 13a, 도 13b, 도 13c 및 도 13d는 리세스를 구비하여 오프셋-디자인으로 형성된 플레이트를 도시한다.
도 1에는, 공기 조화 모듈의 회로도가 도시되어 있으며, 이 공기 조화 모듈의 중심에 콤팩트 열 교환기 유닛(1)이 있다. 콤팩트 열 교환기 유닛(1)은 본 도면에서 로마식 부호로 표기된 3개의 열 교환 영역으로 세분되어 있다. 이와 같은 세분은 상세하게는 증발기 영역(2)(Ⅲ), 내부 열 교환기 영역(3)(Ⅱ) 및 응축기 영역(6)(Ⅰ)과 관련이 있다. 냉매 순환계 내부에 있는 이들 열 교환 기능 영역은 하나의 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에 통합되어 있다. 콤팩트 열 교환기 유닛(1)은 소수의 열 교환기 플레이트로 이루어진 플레이트 열 교환기로서 구성되어 있다. 개별 영역들은 하나의 플레이트 패킷으로 통합된 복수의 플레이트로부터 형성되어 있다.
결국, 개별 기능 영역의 플레이트 패킷들은 일체형 구성 요소로서 형성된 하나의 플레이트 열 교환기 내에 통합되어 있다.
응축기 영역(6)은 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내부에 액체 냉각된 또는 수냉된 응축기로서 형성되어 있다.
팽창 장치는 구성 요소 내에서 (1)(Ⅱ)과 (2)(Ⅲ) 사이에 또는 별도로 배열될 수 있다.
공기 조화 모듈의 냉매 순환계는 통상적인 구성 요소들, 즉 압축기(7), 응축기 영역(6), 내부 열 교환기 영역(3), 상세하게 도시되지 않은 팽창 기관 그리고 증발기 영역(2)을 포함한다. 증발기 영역(2) 뒤에는, 내부 열 교환기(3)를 통해 압축기(7) 쪽으로 통상적인 방식으로 냉매 순환계가 연결된다. 도면에 도시된 냉매 순환계의 회로는 내부 열 교환기를 위한 기능 영역을 포함하고, 이 기능 영역은 각각의 디자인에서 모든 냉매를 위해 사용될 필요가 없으며, 이로써 냉매 순환계 내부에서 대안적인 특성을 갖게 된다. 내부 열 교환기 영역(3)은 바람직하게 초과 냉각 카운터 흐름기로서 접속되어 있고, IHX로서도 지칭된다.
공기 조화 모듈은 차량에 냉기를 공급하고, 경우에 따라서는 열기를 공급하며, 이 경우 냉방 설비 회로 내에서 상세하게 도시되지 않은 펌프를 갖는 냉각수 순환계(8)는 증발기 영역(2)으로부터 공기 조화 유닛(14) 내로 그리고 그곳에서 냉각기/가열기(13) 내로 이송된다. 냉각수 순환계(8)가 동작하는 경우에 냉방 설비 회로 내에서는, 공기 조화 유닛(14)의 열 교환기가 냉각기(13)로서 동작한다. 추가의 가열이 요구되는 차량 작동 상태에서는, 공기 조화 유닛(14)이 냉각수 순환계(12)를 통해 열을 공급받음으로써, 결과적으로 이 경우에 공기 조화 유닛(14)의 열 교환기는 가열기(13)로서 동작하게 된다. 냉각수 순환계(12)는 작동 중에 응축기 영역(6)으로부터 유래하는 냉매 순환계(12)의 열을 흡수하고, 이 열을 저온 열 교환기(11)를 통해 예를 들어 주변으로 방출한다.
도 2에는, 별도의 고압-냉매 수집기(5)를 이용하는 콤팩트 열 교환기 유닛(1)을 갖춘 공기 조화 모듈이 도시되어 있다. 콤팩트 열 교환기 유닛(1)은 도시된 실시예에서 기능적으로 분리된 4개의 열 교환기 영역을 구비한다. 열 교환기 영역은, 도 1과 대등한 도면에 따른 증발기 영역(2) 및 내부 열 교환기 영역(3) 그리고 응축기 영역(6)이다. 열 교환을 위한 추가의 기능 영역으로서는, 초과 냉각 영역(4)이 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 고유 영역으로서 기능적으로 분리된 상태로 형성되어 있다. 이들 영역은 상호 단열되어 있고, 이들 영역 사이에 배열되어 있는 절연 플레이트(16)에 의해서 분리되어 있다. 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내부에서 순서대로 서로 연결되어 있는 개별 영역들 사이에 유체 연결부가 집적되어 있음으로써, 결과적으로 바람직한 방식으로 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 기능 영역들 사이에서는 외부에 놓인 연결 라인들을 볼 수가 없다. 이와 같은 상황이 제공해주는 큰 장점은, 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에 집적된 짧은 연결 라인들에 의해서 누설 위험이 뚜렷하게 저하되고, 더 나아가서는 공기 조화 모듈 내부에 매우 조립 친화적인 콤팩트 열 교환기 유닛(1)이 제공될 수도 있다는 것이다. 냉매 순환계 내에는 또한 리시버로서도 지칭되는 고압-냉매 수집기(15)가 배열되어 있다. 고압-냉매 수집기(15)는 도 2에 따른 개략도에서 병 형태의 별도의 구성 요소로서 통상적인 방식으로 형성되어 있다. 냉매 순환계는 압축기(7) 및 팽창 기관에 의해서 완전해지며, 상기 팽창 기관은 내부 열 교환기 영역(3)과 증발기 영역(2) 사이에 팽창 밸브(9)로서 배열되어 있다. 냉매 연결 라인 및 팽창 밸브(9)도 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에 특별한 방식으로 콤팩트하게 집적되어 있다. 공기 조화 유닛(14)은 증발기 영역(2)으로부터 도면에 상세하게 도시되지 않은 냉각수 펌프를 갖는 냉각수 순환계(8)를 통해서 차량 실내 공기를 조화하기 위한 냉각수를 공급받는다.
도 3에는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내부에 추가의 기능 영역을 구비하는 공기 조화 모듈이 도시되어 있다. 이 경우에는, 도 2에 따른 공기 조화 모듈에 대한 기능적인 보완 및 구조적인 형성을 위해, 고압-냉매 수집기 영역(5)으로서의 고압-냉매 수집기의 기능 영역이 또한 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에 집적된 상태로 형성되어 있다. 상이한 온도 수준에서 작동되는 열 교환기 영역을 상호 단열시키기 위하여, 기능 영역들 사이에는 재차 절연 플레이트(16)가 배열되어 있다.
도 2에 따른 도시와 달리, 도 3에는 또한 저온 열 교환기(11)를 갖는 냉각수 순환계(12)도 도시되어 있으며, 이와 같은 냉각수 순환계는 응축기 영역(6) 및 냉각수 순환계(12) 내부에 있는 초과 냉각 영역(4)을 저온 열 교환기(11)와 연결시킨다.
마지막으로, 도 4에는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 구성에 있어서 도 2와 유사하게 별도의 고압-냉매 수집기(15)에 의해서 동작하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1)을 갖는 공기 조화 모듈이 도시되어 있다. 도시된 실시예에는, 추가의 배터리 냉각 순환계(10)가 제공되어 있으며, 이 추가의 배터리 냉각 순환계는 냉매를 이용해서 차량 제어 요구 조건에 따라 전기 자동차의 배터리를 직접 냉각시킬 수 있다. 냉각수 순환계(8)를 갖는 공기 조화 유닛(14)이 개략적으로 도시되어 있는 반면, 냉각수 순환계는 도 4에 명시적으로 도시되어 있지 않다.
냉매 순환계에 의한 배터리의 직접적인 냉각에 대해 대안적으로, 배터리는 또한 간접적으로 냉각수 순환계(8)에 의해서도 냉각될 수 있다.
궁극적으로 다만 공급부 및 배출부를 각각 하나씩 갖는 2개의 물 순환계를 위한 연결부 및 전기식 압축기를 위한 전자식 연결부만을 구비하는 조립 친화적인 구현에 의해서 공기 조화 모듈을 형성하는 것이 특히 바람직하다.
도 5에는, 3개의 플레이트 패킷으로 이루어진 콤팩트 열 교환기 유닛(1)이 도시되어 있다. 일 플레이트 패킷은 응축기 영역(6)에 의해서 형성되어 있고, 또 다른 일 플레이트 패킷은 초과 냉각 영역(4)에 의해서 형성되어 있으며, 보완적으로 플레이트 열 교환기는 고압-냉매 수집기 영역(5)의 플레이트 패킷에 의해서 형성되어 있다. 개별 플레이트 패킷은 각각 절연 플레이트(16)에 의해서 열적으로 상호 절연되어 있다. 2개의 열 교환기 영역, 응축기 영역(6) 및 초과 냉각 영역(4)은 수냉된 또는 액체 냉각된 응축기로서 그리고 초과 냉각기로서 작용을 한다. 냉매는 고압 상태의 냉매 입구(18)에서 응축기 영역(6) 내로 위에서 헤드에서 삽입되고, 아래로는 냉각재 입구(20)에서 아래에서 응축기 영역(6) 내로 유입되는 냉각수와 반대 흐름으로 흐른다. 응축된 냉매는 응축기 영역(6)의 바닥으로부터 이 바닥에서 수직으로 콤팩트 열 교환기 유닛 내부에 집적된 냉매 라인 내부로 고압-냉매 수집기 영역(5)까지 도달하며, 위로 라인으로부터 배출되고, 이로써 고압-냉매 수집기 영역(5)을 아래로부터 채운다. 고압-냉매 수집기 영역(5)으로부터는, 액체 냉매가 이웃하는 초과 냉각 영역(4)으로 안내되고, 상기 초과 냉각 영역에서는 액체 냉매가 플레이트 패킷의 바닥에서 배출되고, 위로는 초과 냉각 영역(4)의 헤드 단부 쪽으로 흐르며, 이곳으로부터 액체 냉매가 고압 상태의 냉매 출구(19)를 통해서 배출된다. 초과 냉각 영역(4)에서는, 냉각재가 아래로부터 위로 그리고 이로써 냉매와 반대 방향으로 흐르고, 헤드 단부에서 상응하는 냉각재 라인을 통해 냉각재 출구(21)까지 응축기 영역(6)으로부터 유래하는 냉각재와 함께 흐른다. 따라서, 콤팩트 열 교환기 유닛(1)은 제1 단계에서는 수냉된 응축기로서 형성되어 있고, 이 응축기는 리시버로서도 지칭되는 고압-냉매 수집기 영역(5)과 조합되어 있다. 리시버를 수냉된 응축기 내부에 집적하는 것은 바람직한 공간 절약을 유도하고, 또한 개별 구성 요소들 간에 냉매 연결 및 냉각재 연결을 감소시키는 모듈 방식이 적용될 수 있다. 두 가지 조치에 의해서, 전체 용적 및 비용이 절약될 수 있다.
콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에서 플레이트 패킷 내에서는 다양한 형태의 리브가 사용된다. 이들 리브는 다양한 디자인으로 형성되어 있는데, 예를 들면 오프셋-디자인, 딤플-디자인 또는 셰브런-디자인으로 형성되어 있다. 이들 디자인은 조합될 수 있는데, 예컨대 고압 측에서는 오프셋 핀 또는 셰브런 핀으로서 그리고 저압 측에서는 딤플 디자인으로서 구현될 수 있다. 집적된 고압-냉매 수집기 영역(5) 내에서는, 가급적 큰 냉매 저장 용적을 가능하게 하기 위하여, 오프셋 핀 채널이 원형으로, 장공 형상으로, 뱀 디자인 또는 전나무 디자인으로 형성된 리세스로서 형성될 수 있다. 구성 요소들의 안정성을 높이기 위하여, 집적된 고압-냉매 수집기 영역(5) 내에서 리브의 디자인이 교체될 수 있다.
도 6에는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1)로서의 내부 열 교환기를 갖는 액체 냉각된 응축기가 도시되어 있다. 콤팩트 열 교환기 유닛(1)로서의 플레이트 열 교환기는 도 5에 따른 실시예와 상이하게 이제 도 6에서는 플레이트 패킷으로서의 내부 열 교환기 영역(3)만큼 보완된다. 도 5에 따른 기능 방식 및 형성 방식에 대해 보완적으로, 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 내부 열 교환기 영역(3)에 의해서는 기능에 따라 냉매 순환계의 고압 영역으로부터 저압 영역으로의 내부 열 교환을 위해 저압 상태의 냉매 입구(22)가 내부 열 교환기 영역(3)의 바닥에 배열되어 있고, 저압 상태의 냉매 출구(23)가 내부 열 교환기 영역(3)의 헤드 단부에 배열되어 있다. 초과 냉각 카운터 흐름의 본 실시예에서는, 냉매 흐름이 반대 방향 흐름으로 구현되어 있다. 이 목적을 위해, 초과 냉각 영역(4)으로부터 유래하는 냉매는 헤드 단부로부터 직접 내부 열 교환기 영역(3)의 헤드 단부로 가이드 되고, 바닥에서 고압 상태의 냉매 출구(19)를 통해 콤팩트 열 교환기 유닛(1)으로부터 방출된다. 이와 같은 제2 단계에서는, 수냉된 응축기가 이제 내부 열 교환기의 집적 및 리시버의 집적에 의해서 그리고 경우에 따라서는 또한 건조기(24)의 집적에 의해서 콤팩트 열 교환기 유닛(1)로 확장된다. 증발기를 제외하고, 이제는 냉매 순환계의 모든 열 교환기 영역이 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내부에 집적되어 있다.
바람직한 것은, 적용 분야 및 자동차 내에서의 공조 장치의 구조적인 구현에 따라, 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내부에 냉기를 형성하기 위해 도면에 도시되지 않은 증발기 영역이 집적되어 있는 것이다.
도 6a는, 도 6에 따른 응축기에 대한 대안적인 일 실시예를 보여준다. 이 경우, 콤팩트 열 교환기 유닛(1)은 응축기 영역(6), 초과 냉각 영역(4) 및 상기 영역(6, 4, 3)이 절연 플레이트(16)에 의해서 상호 열적으로 절연된 내부 열 교환기 영역(3)으로 이루어진다. 고압-냉매 수집기(15)는 도 6에 따른 실시예와 달리 외부 수집기로서 구현되어 있다.
도 7에는, 2개의 열 교환기 영역 및 냉매를 위한 수집기 영역으로서의 일 기능 영역을 갖는 콤팩트 열 교환기 유닛(1)이 도 5에 따른 실시예와 유사하게 도시되어 있다. 응축기 영역(6), 초과 냉각 영역(4) 그리고 고압-냉매 수집기 영역(5)은 플레이트 패킷으로서 서로 나란히 배열되어 있고, 하나의 플레이트 열 교환기로 통합되어 있다. 응축기 영역(6)과 초과 냉각 영역(4) 사이에는 전달 채널(17)이 형성되어 있으며, 이 전달 채널 내에서는 냉매가 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 하부 면으로부터 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 상부 면으로 안내된다. 이 경우, 냉매는 열 교환기 영역의 하부에 수용 및 수집되고, 수평으로 인접하는 전달 채널(17) 내부로 이송되며, 상기 전달 채널 내에서는 냉매가 수직으로 위로 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 상부 영역으로 이송된다. 상부 영역에서는, 냉매가 수평으로 상응하는 열 교환기 영역 내의 분배기 쪽으로 이송되고, 본 경우에는 고압-냉매 수집기 영역(5) 내에서 상부 영역에 분배된다. 전달 채널(17)은, 인접하는 초과 냉각 영역(4) 쪽으로는 절연 플레이트(16)에 의해서 열적으로 절연된 형태로 형성되어 있으며, 그와 달리 응축기 영역(6) 쪽으로는 절연 플레이트(16)가 전혀 배열되어 있지 않다. 도시된 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에서는, 응축기 영역(6) 내로의 냉매 유입(18)이 플레이트 열 교환기의 헤드에서 상부 영역에서 이루어진다. 냉매는 하부 영역에서 수집되어 전달 채널(17)을 통해 수직으로 상부 영역으로 안내되며, 이곳에서 냉매는 수평으로 고압-냉매 수집기 영역(5) 내부로 안내되고, 그곳에서 분배된다. 고압-냉매 수집기 영역(5)의 하부 영역에서는, 냉매가 수집되어 수평으로 초과 냉각 영역(4)의 하부 영역으로 안내되며, 이곳에서 냉매는 분배되어 상부 영역에서 냉매 출구(19)를 통해서 콤팩트 열 교환기 유닛(1)을 떠난다. 냉각재, 통상적으로 물 또는 물-글리콜-혼합물은 응축기 영역(6) 및 초과 냉각 영역(4)의 하부 영역에 있는 냉각재 입구(20)를 통해서 콤팩트 열 교환기 유닛(1)에 공급되며, 열 교환기 영역들의 상부 영역에서 수집되어 냉각재 출구(21)를 통해서 방출된다. 전달 채널(17)의 원리는, 일 영역의 바닥으로부터 다른 영역의 헤드로 유체를 수직으로 이송하기 위해 열 교환기 플레이트 영역을 이용한다는 데 있으며, 이 경우에는 냉매 또는 또한 냉각재도 전달 채널 내에서 이송될 수 있다. 이때, 열 교환기 플레이트 영역은 필요한 용적 흐름에 따라 하나의 열 교환기 플레이트로 줄어들 수 있다. 사용예에 따라, 전달 채널(17)로부터 이웃하는 영역으로의 열 전달에 의한 열역학적인 단점들을 피하기 위하여, 전달 채널(17)용 열 교환기 플레이트는 측면에서 절연 플레이트(16)에 의해 제한되어야만 한다.
도 8에는, 도면에 상세하게 도시되지 않은 응축기 영역의 헤드에 고압 상태의 냉매 입구(18)를 갖는 콤팩트 열 교환기 유닛(1)이 개략적으로 도시되어 있다. 냉각재는 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 바닥에서 냉각재 입구(20)를 통해 유입되고, 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 헤드에서 냉각재 출구(21)를 통해 재차 방출된다. 도시된 실시예의 특이성은 건조기(24)의 플레이트 디자인에 있으며, 이 건조기는 콤팩트 열 교환기 유닛(1)에 직접 배열되어 있고, 건조기의 헤드 단부에는 또한 고압 상태의 냉매 출구(19)가 배열되어 있다. 이로써, 별도의 건조기(24)는 콤팩트 열 교환기 유닛(1)에 집적된 상태로 형성되어 있으며, 이와 같은 집적 방식은, 건조기(24)의 교체 가능성이 크게 복잡하지 않은 상기와 같은 구조적인 분리 형성에 의해서 가능하다는 장점을 갖는다.
콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에서의 냉각재의 바람직한 유동 형성은 단류 형성이지만, 이 경우에는 또한 콤팩트 열 교환기 유닛(1)을 구비하는 복류의 형성도 구현될 수 있다.
냉매 유동은 2개의 흐름으로 구현되어 있는데, 하나의 유동은 응축을 위해서 그리고 하나의 유동은 초과 냉각을 위해서 구현되어 있으며, 이 경우에는 또한 복류의 디자인도 가능하다. 응축 동안 냉매의 바람직한 유동은 헤드로부터 바닥으로 이루어지고, 전달 채널(17) 내에서의 냉매의 전달을 위해 2중 또는 3중 파이프가 사용될 수 있다.
도 9는, 플레이트 열 교환기의 일 플레이트를 측면도로 보여준다. 플레이트의 하부 영역에는, 초평면 내부로 진행하는 3개의 채널(25)이 도시되어 있다. 이들 채널(25)은 하나 이상의 동축 2중 파이프에 의해서 형성되어 있다. 도시된 실시예는 3중 파이프를 보여주며, 3중 파이프에 의해서는 최소 직경을 갖는 파이프 내부에서 그리고 2개의 추가 파이프 사이에서 도면에 도시된 바와 같은 총 3개의 채널(25)이 형성된다. 대안적으로, 채널(25)은 또한 나란히 또는 원 세그먼트로서도 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 채널(25)은, 플레이트 열 교환기 외부에서 파이프 또는 채널을 사용하지 않고서도, 유체가 플레이트 패킷 또는 영역을 통해 관류하는 것을 가능하게 한다. 이로써, 채널(25)이 플레이트 열 교환기의 내부에 집적됨으로써는, 열 교환기의 내부에서 예비 제조된 유체 연결부에 의한 오류 조립을 방지해주고 매우 견고하게 구현될 수 있는 특히 콤팩트한 구성 요소가 생성된다.
도 10에는, 리브(26)를 갖는 플레이트 열 교환기의 일 플레이트가 도시되어 있으며, 이 경우 도면의 하부 영역에서는 2개의 채널(25)을 볼 수 있다. 리브(26)의 구조는 고압에도 적합한 셰브런-디자인에 상응한다.
도 11에는, 리브(26)를 갖는 플레이트 열 교환기의 일 플레이트가 도시되어 있으며, 이 경우 측면에서는 각각 2개의 채널(25)을 볼 수 있다. 리브(26)의 구조는 특히 고압에 적합한 오프셋-디자인에 상응한다. 특이성은, 오프셋-디자인으로 형성된 리브(26)가 플레이트 열 교환기의 2개의 측면 플레이트 사이에 삽입되어 이들과 연결되는, 바람직하게는 납땜 또는 용접되는 삽입 플레이트(27)로서 구현되어 있다는 데 있다. 열 교환 유체는 측면 플레이트 사이에서 삽입 플레이트(27)를 통과해서 흐른다.
도 12에는, 딤플-디자인으로서 지칭되는 리브(26)를 갖는 플레이트 열 교환기의 일 플레이트가 도시되어 있다. 이 디자인은, 각각 이웃하는 플레이트와 연결되어 있는 플레이트의 돌기부 형태의 융기부로 이루어진다. 이로써, 유동 조립체로서도 작용하는 복수의 연결점이 플레이트의 표면에 걸쳐 나타나게 된다. 딤플-디자인은 예를 들어 냉매 순환계의 저압 측에서 더 적은 압력을 위해 사용될 수 있다.
도 13에는, 도 13a, 도 13b, 도 13c 및 도 13d에 따른 변형예들에 의해서, 도 11에 따른 오프셋-디자인 삽입 플레이트(27)의 바람직한 실시예들이 예시적으로 도시되어 있다. 삽입 플레이트(27)는, 측면 플레이트 사이의 용적을 확대시키는 리세스(28)를 구비한다. 리세스(28)는, 콤팩트 열 교환기 유닛의 집적된 고압-냉매 수집기 영역(5) 내의 삽입 플레이트(27) 내에 구조물 또는 패턴으로서 형성된다. 집적된 고압-냉매 수집기 영역 내부에서 냉매 저장을 위한 매칭되는 충분히 큰 용적을 가능하게 하기 위하여, 리세스는 원형, 장공 형상, 뱀 디자인 또는 전나무 디자인으로 형성된다.
도 13a는, 전나무 디자인으로 형성된 오프셋-디자인 삽입 플레이트(27) 내의 리세스(28)를 보여준다. 리세스(28)는, 채널(25)용 고정부 사이에서 삽입 플레이트(27)의 표면에 걸쳐 균일하게 분포 배열되어 있다. 리세스(28)의 간극 폭은 도시된 바와 같이 대략 3 mm이다.
도 13b는, 오프셋-디자인 삽입 플레이트(27) 내의 리세스를 마찬가지로 대략 3 mm의 폭을 갖는 비스듬하게 진행하는 채널로서 보여준다.
도 13c는, 장공 디자인으로 형성된 오프셋-디자인 삽입 플레이트(27) 내의 리세스(28)를 보여준다. 이 경우에도 리세스(28)는, 채널(25)용 고정부 사이에서 삽입 플레이트(27)의 표면에 걸쳐 균일하게 분포 배열되어 있다. 본 실시예는, 장공들이 세로 방향으로 변위 배열된 정렬을 보여주며, 이 경우에는 교체 정렬 또는 가로 방향으로 정렬이 바람직한 대안이 된다.
도 13d는, 오프셋-디자인 삽입 플레이트(27) 내의 원형 리세스(28)를 직렬로 변위 배열된 상태에서 보여준다.
1: 콤팩트 열 교환기 유닛
2: 증발기 영역
3: 내부 열 교환기 영역
4: 초과 냉각 영역
5: 고압-냉매 수집기 영역
6: 응축기 영역
7: 압축기
8: 냉각수 순환계
9: 팽창 기관, 팽창 밸브
10: 배터리 냉각 순환계
11: 저온 열 교환기
12: 냉각수 순환계
13: 냉각기/가열기
14: 공기 조화 유닛
15: 고압-냉매 수집기
16: 절연 플레이트
17: 전달 채널
18: 고압 냉매 입구
19: 고압 냉매 출구
20: 냉각재 입구
21: 냉각재 출구
22: 저압 냉각재 입구
23: 저압 냉각재 출구
24: 건조기
25: 채널
26: 리브
27: 오프셋-디자인 삽입 플레이트
28: 리세스

Claims (24)

  1. 냉매의 액체 냉각된 응축을 위한 자동차 공기 조화 장치 내 콤팩트 열 교환기 유닛(1)에 있어서,
    냉매의 응축을 위한 응축기 영역(6)이 열 교환 면으로서 형성되어 있고, 냉매용 수집기로서의 고압-냉매 수집기 영역(5)이 플레이트 열 교환기 내 열 교환기의 플레이트 패킷으로서 통합된 형태로 형성되고,
    상기 응축기 영역(6) 뒤에 냉매의 초과 냉각을 위한 별도의 초과 냉각 영역(4)이 접속된 상태로 형성되어 있고, 플레이트 패킷으로서 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에 집적된 상태로 배열되어,
    상기 콤팩트 열 교환기 유닛(1)에서 냉매는, 상기 응축기 영역(6)을 지나 상기 초과 냉각 영역(4)으로 유동하고, 상기 초과 냉각 영역(4)을 지나 내부 열 교환기 영역(3)으로 유동하는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 응축기 영역(6), 상기 초과 냉각 영역(4) 및 상기 고압-냉매 수집기 영역(5)이 플레이트 열 교환기의 플레이트 패킷으로서 나란히 배열되어 있으며, 냉매는 응축기 영역(6)을 관류한 후에 고압-냉매 수집기 영역(5) 내로 안내되고 수집되며, 그 다음에 초과 냉각 영역(4)으로 가이드 되어 초과 냉각되는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  4. 제1항에 있어서, 상기 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 고압-냉매 수집기 영역(5)이 아래로부터 충전 및 비워질 수 있도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  5. 제1항에 있어서, 증발기 영역(2), 내부 열 교환기 영역(3) 및 응축기 영역(6)이 플레이트 패킷으로서 형성되어 있고, 일체형 플레이트 열 교환기 내에 통합된 상태로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  6. 제1항에 있어서, 필터 또는 건조기(24) 또는 팽창 기관(9)이 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내에 집적된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  7. 제5항에 있어서, 상기 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 열 교환기 영역(2, 3, 4, 6) 및 고압-냉매 수집기 영역(5)이 열적으로 상호 절연된 상태로 형성되어 있으며, 상기 영역(2, 3, 4, 5, 6) 사이에 절연 플레이트(16)가 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 영역(2, 3, 4, 5, 6) 사이에는 전달 채널(17)이 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 하부 면으로부터 상부 면으로 냉매를 안내하기 위한 플레이트 열 교환기의 플레이트 패킷으로서 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  9. 제7항에 있어서, 상기 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 플레이트, 플레이트 패킷과 영역(2, 3, 4, 5, 6)이 서로 납땜되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  10. 제1항에 있어서, 상기 플레이트 열 교환기의 플레이트가 리브(26)를 구비하고, 상기 리브는 오프셋-디자인, 딤플-디자인 또는 셰브런-디자인으로 형성되어 있으며, 오프셋-디자인으로 형성된 리브가 구비된 플레이는 2개의 플레이트 사이에 삽입되는 삽입 플레이트(27)로서 구현되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  11. 제10항에 있어서, 상기 고압-냉매 수집기 영역(5) 내의 플레이트 열 교환기의 플레이트가 오프셋-디자인으로 형성된 삽입 플레이트(27)로서의 리브를 구비하고, 상기 삽입 플레이트(27)는 고압-냉매 수집기 영역(5)의 용적을 확대하기 위한 리세스(28)를 구비하며, 상기 리세스는 곡류 구조, 전나무 구조 또는 장공 구조를 갖고, 상기 삽입 플레이트(27)는 복수의 접촉점을 통해서 플레이트와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  12. 제11항에 있어서, 플레이트들이 서로 나란히 배열된 경우에는, 고압-냉매 수집기 영역(5)의 용적을 확대하기 위한 리세스(28)의 구조와 패턴이 중첩되는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  13. 제1항에 있어서, 내부 열 교환기 영역(3) 내에 있는 플레이트 열 교환기의 플레이트가 저압 측에는 딤플-디자인으로 형성된 리브를 구비하고, 고압 측에는 오프셋-디자인으로 형성된 리브가 구비된 삽입 플레이트(27)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  14. 제1항에 있어서, 응축기 영역(6) 내에 그리고 초과 냉각 영역(4) 내에 있는 플레이트들이 오프셋-디자인으로 형성된 리브 또는 셰브런-디자인으로 형성된 리브를 구비하는 삽입 플레이트(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  15. 제5항에 있어서, 증발기 영역(2) 내에 있는 플레이트 열 교환기의 플레이트가 딤플-디자인으로 형성된 리브를 구비하는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  16. 제5항에 있어서, 유체를 관류시키기 위한 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 영역(2, 3, 4, 5, 6)의 플레이트 패킷이 2중, 3중 또는 4중 파이프를 갖는 섹션을 채널(25)로서 구비하는 것을 특징으로 하는, 콤팩트 열 교환기 유닛(1).
  17. 냉매 순환계를 구비하며, 상기 냉매 순환계가 압축기(7), 팽창 기관(9) 그리고 증발기로서의 2개 이상의 열 교환기 및 응축기를 구비하며, 공기 조화 모듈에 공기 조화 유닛(14)에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 순환계(8)용 연결부 및 공기 조화 모듈에 냉매를 냉각시키기 위한 냉각수 순환계(12)용 연결부가 형성되어 있는, 전기 차량용 공기 조화 모듈에 있어서,
    상기 열 교환기가 콤팩트 열 교환기 유닛(1) 내 열 교환기 영역으로서 통합된 상태로 형성되어 있으며, 상기 콤팩트 열 교환기 유닛(1)이 일체형의 플레이트 열 교환기로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
  18. 제17항에 있어서, 상기 냉각수 순환계(12)가 공기 조화 유닛(14)에 열을 공급하기 위해 접속된 상태로 구현되어 있는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
  19. 제17항에 있어서, 상기 압축기(7)가 전기식 압축기로서 구현되어 있고, 상기 공기 조화 모듈이 전기식 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
  20. 제17항에 있어서, R134a, R152a, R1234yf, R1234ze, R744, 프로판, 프로필렌 또는 암모니아가 냉매 순환계 내에서 냉매로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
  21. 제17항에 있어서, 상기 냉각수 순환계(12)가 저온 열 교환기(11)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
  22. 제17항에 있어서, 상기 냉각수 순환계(8)가 공기 조화 유닛(14) 옆에서 배터리 냉각 순환계(10)와 직렬로 또는 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
  23. 제22항에 있어서, 상기 배터리 냉각 순환계(10)가 냉매 순환계 내부에서 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 증발기 영역(2)에 대해 병렬로 접속된 상태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
  24. 제17항에 있어서, 건조기(24)가 콤팩트 열 교환기 유닛(1)의 냉매 출구에서, 별도로 완성될 그리고 조립될 요소로서 구현되어 있는 것을 특징으로 하는, 공기 조화 모듈.
KR1020190079063A 2018-07-09 2019-07-02 특히 전기 자동차용 콤팩트 열 교환기 유닛 및 공기 조화 모듈 KR102193569B1 (ko)

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