KR102343522B1 - 냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리(10)에 관한 것으로, 상기 밸브 어셈블리는 2개의 볼 밸브(20, 30)를 포함하고, 각각의 상기 볼 밸브는 조절 부재로서의 볼(24, 34) 및 관련 볼(24, 34)을 조절하기 위한 액추에이터(28, 38)를 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 밸브 어셈블리(10)를 포함하는, 차량을 위한 히트 펌프 기능을 갖는 냉매 회로에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 적어도 2개의 볼 밸브(20, 30)는 각각 3개의 접속부(A1, B1, C1, A2, B2, C2)를 갖는, 양방향으로 관류 가능한 3-방향 밸브로서 설계되며, 제 1 볼 밸브(20)의 제 1 볼(24)은 T자형 보어를 갖고, 상기 보어는 3개의 접속부(A1, B1, C1) 중 2개의 접속부(A1, B1; A1, C1)의 선택적 관류 및 3개의 접속부(A1, B1, C1) 중 하나의 접속부(B1, C1)의 차단 또는 3개의 접속부(A1, B1, C1)의 동시 관류를 허용하고, 제 2 볼 밸브(30)의 제 2 볼(34)은 L자형 보어를 가지며, 상기 보어는 3개의 접속부(A2, B2, C2) 중 2개의 접속부(A2, B2; A2, C2)의 선택적 관류 및 3개의 접속부(A2, B2, C2) 중 하나의 접속부(B2, C2)의 차단 또는 3개의 접속부(A2, B2, C2)의 차단을 허용한다.

Description

냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리
본 발명은 특허 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리 및 이러한 밸브 어셈블리를 구비한 차량을 위한 히트 펌프 기능을 갖는 냉매 회로에 관한 것이다.
차량 내의 냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리의 많은 변형예가 공개되어 있다. 이러한 밸브 어셈블리는 예를 들어 적어도 2개의 볼 밸브를 포함할 수 있으며, 각각의 볼 밸브는 조절 부재로서의 볼 및 관련 볼을 조절하기 위한 액추에이터를 구비한다. 밸브 어셈블리는 예를 들어 차량용 히트 펌프 시스템에서 사용될 수 있으며, 상기 밸브 어셈블리의 냉매 회로는 압축기, 응축기, 간접 응축기, 냉각기, 증발기 및 2개의 팽창 부재를 포함한다. 냉매 회로의 다양한 작동 모드는 적어도 2개의 볼 밸브를 가진 밸브 어셈블리에 의해 설정될 수 있다.
히트 펌프 시스템은 전기 자동차에 사용될 수 있다. 이들은, 차량의 실내를 난방하기 위해, 냉매 회로가 이용될 수 있다는 장점을 제공한다. 전기 보조 히터를 이용한 차량 난방과 달리 더 적은 전력 소비로 난방이 달성될 수 있다. 이로 인해 더 큰 전기 범위가 주어진다. 냉각 회로의 여러 기능 사이의 전환을 가능하게 하기 위해, 차단 밸브가 사용된다. 상기 차단 밸브는 냉각 기능을 위한 응축기의 관류 또는 가열 기능을 위한 간접 응축기의 관류 사이에서 선택적으로 전환하는 데 이용된다. 이들 2개의 작동 모드에 있어서 냉각 회로의 각 활성 부분에서 충분한 양의 냉매를 이용할 수 있도록 하기 위해, 냉매 흡입 기능도 추가로 사용된다. 이 경우 냉매는 각각의 비활성 열교환기에서 추출되어 냉각 회로의 활성 영역에 공급된다. 냉각 작동 모드에서, 차량의 전방 영역에 위치한 냉매 응축기가 관류된다. 동시에 간접 응축기는 압축기에 의해 흡입이 이루어진다. 가열 작동 모드에서는 간접 응축기가 관류된다. 동시에 응축기는 압축기에 의해 흡입이 이루어진다. 이를 구현하기 위해, 4개의 차단 밸브가 사용된다. 이들은 원형으로 배치되며 밸브들 사이에 각각 라인 출력부를 갖는다. 4개의 밸브는 동일하게 구성된다. 상기 밸브들은 볼-밸브 원리에 따라 작동한다. 4개의 밸브 각각에는 축을 따라 보어를 갖는 볼이 위치한다. 하우징은 대향측에 2개씩의 개구를 갖는다. 볼은 서보 모터에 의해 회전될 수 있다. 보어가 하우징의 개구와 정렬되도록 볼이 회전되면, 매체는 밸브를 관류할 수 있다. 보어가 하우징 개구와 겹치지 않도록 볼이 회전되면, 밸브는 폐쇄된다. 즉, 상기 밸브는 관류될 수 없다. 4개의 밸브를 구동하기 위해, 4개의 전기 서보 모터가 필요한 것이 단점으로서 고려될 수 있다. 4개의 밸브와 해당 서보 모터의 사용은 비용이 많이 든다. 또한, 4개의 밸브의 무게는 차량 연비에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 4개의 밸브에 필요한 공간이 비교적 크다.
DE 10 2014 105 097 A1호에 복수의 밸브, 특히 팽창 밸브 및/또는 차단 밸브를 위한 일반적인 밸브 블록 어셈블리가 공개되어 있으며, 상기 어셈블리는 유체를 위한 복수의 유동 경로를 갖는 밸브 블록 및 관련된 구동 유닛을 갖는 복수의 조절 유닛을 포함한다. 밸브 블록은 유동 경로를 갖는 유동 경로 부재와 제한 부재로 2개의 부분으로 형성된다. 제한 부재는 유동 경로 및 추가로 경우에 따라서 유동 경로 부재에 제공된 공동부 또는 리세스의 외부로의 제한부 및 커버부로서 작용한다. 조절 유닛이란 밸브 바디를 갖는 밸브로서 이해되며, 상기 밸브 바디는 조절 부재에 의해 이동된다. 볼 밸브는 바람직하게 조절 유닛으로써 이용된다. 조절 유닛이 볼 밸브로서 설계되면, 각각의 밸브 바디는 결과적으로 볼로서 형성되고 조절 부재는 볼에 대한 핀형 접속부로서 형성된다.
본 발명의 과제는, 훨씬 더 낮은 비용과 무게는 물론 작은 조립 공간과 동시에 냉각 회로에서 다양한 기능, 특히 히트 펌프의 기능의 구현을 가능하게 하는, 냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리 및 이러한 밸브 어셈블리를 구비한 차량을 위한 히트 펌프 기능을 갖는 냉매 회로를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는 특허 청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리를 제공함으로써 그리고 특허 청구항 제 13 항의 특징들을 갖는, 차량을 위한 히트 펌프 기능을 갖춘 냉매 회로에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예들은 종속 청구항에 제시된다.
훨씬 더 낮은 비용과 무게는 물론 작은 조립 공간과 동시에 냉각 회로에서 다양한 기능, 특히 히트 펌프의 기능의 구현을 가능하게 하는, 냉매 회로를 위한 밸브 어셈블리를 제공하기 위해, 적어도 2개의 볼 밸브는 각각 3개의 접속부를 갖는, 양방향으로 관류 가능한 3-방향 밸브로서 설계되고, 각각의 상기 볼 밸브는 조절 부재로서의 볼 및 관련 볼을 조절하기 위한 액추에이터를 포함한다. 이 경우 제 1 볼 밸브의 제 1 볼은 T자형 보어를 가지며, 상기 보어는 3개의 접속부 중 2개의 접속부의 선택적 관류 및 3개의 접속부 중 하나의 접속부의 차단 또는 3개의 접속부의 동시 관류를 허용한다. 제 2 볼 밸브의 제 2 볼은 L자형 보어를 가지며, 상기 보어는 3개의 접속부 중 2개의 접속부의 선택적 관류 및 3개의 접속부 중 하나의 접속부의 차단 또는 3개의 접속부의 차단을 허용한다.
또한, 차량을 위한 히트 펌프 기능을 갖는 냉매 회로가 제안되며, 상기 냉매 회로는 압축기, 응축기, 간접 응축기, 냉각기, 증발기, 2개의 팽창 부재 및 적어도 2개의 볼 밸브를 갖는 본 발명에 따른 밸브 어셈블리를 포함하며, 상기 볼 밸브에 의해 냉매 회로의 다양한 작동 모드가 설정될 수 있다. 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 실시예에 의해 바람직하게 2개의 볼 밸브만을 갖는 히트 펌프의 다양한 기능을 재현하는 것이 가능하므로, 히트 펌프의 다양한 기능 사이의 전환을 위해, 바람직하게 전기 서보 모터로서 설계된 2개의 액추에이터만이 필요하다. 또한, 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 실시예는 바람직하게 냉매 회로의 복잡성을 감소시킨다. 이로 인해 히트 펌프 기능을 구현하기 위한 냉매 회로는 더욱 견고해질 수 있다.
냉각기란 히트 펌프 모드 동안 열원으로서 작용하고, 예를 들어 배터리와 같은 장치의 냉각을 위한 공조 모드에서 사용되는 냉각제-냉매 열교환기를 의미한다.
본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 바람직한 실시예에서, 각각의 볼 밸브는 유동 채널을 갖는 밸브 블록을 가질 수 있고, 상기 밸브 블록 내에 접속부들이 형성되고 볼이 회전 가능하게 장착될 수 있다. 또한, 제 1 연결 부재를 갖는 제 1 연결 블록은 제 1 볼 밸브의 제 2 접속부를 제 2 볼 밸브의 제 2 접속부에 연결할 수 있고, 제 2 연결 부재를 갖는 제 2 연결 블록은 제 1 볼 밸브의 제 3 접속부를 제 2 볼 밸브의 제 3 접속부에 연결할 수 있다. 볼 밸브의 이러한 배치에 의해 히트 펌프의 다양한 기능이 특히 공간 절약 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 연결 블록, 제 2 연결 블록, 제 1 밸브 블록 및 제 2 밸브 블록은 서로 연결될 수 있으며, 바람직하게는 서로 나사 결합될 수 있다. 대안으로서, 제 1 연결 블록, 제 2 연결 블록, 제 1 밸브 블록 및 제 2 밸브 블록은 공통의 유체 블록에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있어서, 바람직하게 조립 단계들이 절약될 수 있다.
본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 볼 밸브의 제 1 접속부는 밸브 어셈블리의 제 1 유체 접속부에 연결될 수 있고, 제 2 볼 밸브의 제 1 접속부는 밸브 어셈블리의 제 2 유체 접속부에 연결될 수 있다. 제 1 연결 부재는 밸브 어셈블리의 제 3 유체 접속부를 가질 수 있고, 제 2 연결 부재는 밸브 어셈블리의 제 4 유체 접속부를 가질 수 있다. 이로써 밸브 어셈블리를 위한 4개의 유체 접속부가 형성되고, 상기 유체 접속부는 연결 라인을 통해 냉매 회로의 다른 구성 요소에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 다른 바람직한 실시예에서, 제 1 볼은 2개의 하프 보어 및 하나의 관통 보어를 가질 수 있다. 이 경우 2개의 하프 보어와 관통 보어의 각각의 축은 바람직하게 서로 직교하여 볼 중심에서 만난다. 제 1 볼의 이러한 설계에 의해 회전축을 중심을 조절 운동 및 필수적인 밀봉 기능이 특히 간단하게 구현될 수 있다. 제 1 볼은, 제 1 볼의 제 1 회전 위치에 대응하는 제 1 볼 밸브의 제 1 스위칭 위치에서, 제 1 접속부를 제 2 접속부에 연결할 수 있고 제 3 접속부를 차단할 수 있으며, 제 1 볼의 제 2 회전 위치에 대응하는 제 1 볼 밸브의 제 2 스위칭 위치에서, 제 1 접속부를 제 2 접속부 및 제 3 접속부에 연결하며, 제 1 볼의 제 3 회전 위치에 대응하는 제 1 볼 밸브의 제 3 스위칭 위치에서, 제 1 접속부를 제 3 접속부에 연결하고 제 2 접속부를 차단한다. 또한, 제 1 볼 밸브는 2개의 스위칭 위치 사이의 전환 과정 동안 유체 흐름을 위해 규정된 최소 유동 횡단면을 제공하는 보상 수단을 가질 수 있다. 이로 인해 바람직하게, 압축기가 완전히 스위치 오프될 필요 없이 냉매 회로의 작동 모드의 변경을 실행하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 다른 바람직한 실시예에서 제 2 볼은 2개의 하프 보어를 가질 수 있다. 이 경우 2개의 하프 보어의 축은 서로 직교하며 볼의 중심에서 만날 수 있다. 제 2 볼의 이러한 설계에 의해, 회전축을 중심으로 조절 운동 및 필요한 밀봉 기능이 특히 간단하게 구현될 수 있다. 이 경우 제 2 볼은, 제 2 볼의 제 1 회전 위치에 대응하는 제 2 볼 밸브의 제 1 스위칭 위치에서, 제 1 접속부를 제 2 접속부에 연결하고 제 3 접속부를 차단할 수 있으며, 제 2 볼의 제 2 회전 위치에 대응하는 제 2 볼 밸브의 제 2 스위칭 위치에서, 제 1 접속부, 제 2 접속부 및 제 3 접속부를 차단하며, 제 2 볼의 제 3 회전 위치에 대응하는 제 2 볼 밸브의 제 3 스위칭 위치에서, 제 1 접속부를 제 3 접속부에 연결하고 제 2 접속부를 차단한다.
본 발명에 따른 냉매 회로의 바람직한 실시예에서, 밸브 어셈블리의 제 1 유체 접속부는 압축기의 고압 측에 연결될 수 있고, 밸브 어셈블리의 제 2 유체 접속부는 압축기의 흡입 압력 측에 연결될 수 있으며, 밸브 어셈블리의 제 3 유체 접속부는 응축기에 연결될 수 있고, 밸브 어셈블리의 제 4 유체 접속부는 간접 응축기에 연결될 수 있다. 2개의 볼 밸브를 갖춘 밸브 어셈블리를 이렇게 연결함으로써 냉매 회로에서 필요한 모든 냉매 흐름 방향은 추가의 히트 펌프 기능을 갖도록 설정될 수 있다. 따라서 예를 들어, 2개의 볼 밸브의 제 1의 조합된 스위칭 위치에 의해 냉각 작동 모드가 설정될 수 있거나 2개의 볼 밸브의 제 2의 조합된 스위칭에 의해 냉매 회로의 가열 작동 모드가 설정될 수 있거나 2개의 볼 밸브의 제 3의 조합된 스위칭 위치에 의해 응축기와 간접 응축기의 동시 관류가 설정될 수 있거나 2개의 볼 밸브의 추가의 조합된 스위칭 위치에 의해 냉매 회로의 냉매 충전 또는 다양한 방식의 세척이 설정될 수 있다. 또한, 볼 밸브들은, 냉매 회로의 작동 모드들 사이에서의 변경을 위해, 미리 정해진 순서로 전환될 수 있다. T자형 보어를 갖는 제 1 볼 밸브에 의해 응축기에 또는 간접 응축기에 또는 양자 모두에 동시에 관류될 수 있다. L자형 보어를 갖는 제 2 볼 밸브는 응축기 또는 간접 응축기로부터 냉매의 흡입을 허용하거나 완전히 폐쇄된다. 2개의 볼 밸브의 스위칭 위치는 서로 매칭되어, 예를 들어, 제 1 볼 밸브를 통해 간접 응축기만이 관류되는 동시에 제 2 볼 밸브를 통해 간접 응축기에 흡입이 이루어지는 2개의 볼 밸브의 조합된 스위칭 위치는 불가능하다. 이러한 스위칭 위치는 단락의 원인이 될 수 있다. 또한, 제 1 볼 밸브를 통해 응축기만이 관류되는 동시에 제 2 볼 밸브를 통해 응축기에 흡입이 이루어지는, 2개의 볼 밸브의 조합된 스위칭 위치가 방지된다. 이러한 스위칭 위치는 마찬가지로 단락의 원인이 될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되고 다음의 설명에서 상세하게 설명된다. 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 구성 요소 또는 부재를 나타낸다.
도 1은 히트 펌프 기능을 갖는, 차량을 위한 본 발명에 따른 냉매 회로의 실시예의 개략적인 회로도를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 냉매 회로를 위한 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 실시예의 개략적인 회로도를 도시한 도면.
도 3은 위에서 본, 도 2의 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 개략적인 사시도를 도시한 도면.
도 4는 아래에서 본, 도 2 및 도 3의 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 개략적 인 사시도를 도시한 도면.
도 5는 도 2 내지 도 4의 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 제 1 볼 밸브의 제 1 볼의 개략적인 사시도를 도시한 도면.
도 6은 도 2 내지 도 4의 본 발명에 따른 밸브 어셈블리의 제 2 볼 밸브의 제 2 볼의 개략적인 사시도를 도시한 도면.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 도시된 실시예에서 히트 펌프 기능을 갖는, 차량을 위한 냉매 회로(1)는 압축기(3), 응축기(5), 간접 응축기(7), 냉각기(8), 증발기(9), 2개의 팽창 부재(EO1, EO2) 및 본 발명에 따른 밸브 어셈블리(10)를 가지며, 상기 밸브 어셈블리는 냉매 회로(1)의 다양한 작동 모드를 설정할 수 있는 적어도 2개의 볼 밸브(20, 30)를 포함한다. 냉매 회로(1)의 개별 구성 요소는 도시된 바와 같이 서로 연결된다.
도 1 내지 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 도시된 실시예에서 냉매 회로(1)를 위한 밸브 어셈블리(10)는 2개의 볼 밸브(20, 30)를 가지며, 각각의 상기 볼 밸브는 조절 부재로서의 볼(24, 34) 및 관련 볼(23, 24)을 조절하기 위한 액추에이터(28, 38)를 갖는다. 본 발명에 따르면, 2개의 볼 밸브(20, 30)는 각각 3개의 접속부(A1, B1, C1, A2, B2, C2)를 갖는 양방향으로 관류 가능한 3-방향 밸브로서 설계된다. 이 경우 제 1 볼 밸브(20)의 제 1 볼(24)은 3개의 접속부(A1, B1, C1) 중 2개의 접속부(A1, B1; A1, C1)의 선택적 관류 및 3개의 접속부(A1, B1, C1) 중 하나의 접속부(B1, C1)의 차단 또는 3개의 접속부(A1, B1, C1)의 동시 관류를 허용하는 T자형 보어(26)를 갖는다. 제 2 볼 밸브(30)의 제 2 볼(34)은 3개의 접속부(A2, B2, C2) 중 2개의 접속부(A2, B2; A2, C2)의 선택적 관류 및 3개의 접속부(A2, B2, C2) 중 하나의 접속부(B2, C2)의 차단 또는 3개의 접속부(A2, B2, C2)의 차단을 허용하는 L자형 보어(36)를 갖는다.
도 3 및 도 4에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 각각의 볼 밸브(20, 30)는 유동 채널을 갖는 밸브 블록(22, 32)을 가지며, 상기 밸브 블록 내에 접속부(A1, B1, C1, A2, B2, C2)가 형성되고, 볼(24, 34)이 회전 가능하게 장착된다. T자형 제 1 연결 부재(12.1)를 갖는 제 1 연결 블록(12)은 제 1 볼 밸브(20)의 제 2 접속부(B1)를 제 2 볼 밸브(30)의 제 2 접속부(B2)에 연결한다. 또한, T자형 제 2 연결 부재(14.1)를 갖는 제 2 연결 블록(14)은 제 1 볼 밸브(20)의 제 3 접속부(C1)를 제 2 볼 밸브(30)의 제 3 접속부(C2)에 연결한다. 도시된 실시예에서, 제 1 연결 블록(12), 제 2 연결 블록(14), 제 1 밸브 블록(22) 및 제 2 밸브 블록(32)은 도시되지 않은 스크루 접속부에 의해 서로 나사 결합된다. 도시되지 않은 대안 실시예에서, 제 1 연결 블록(12), 제 2 연결 블록(14), 제 1 밸브 블록(22) 및 제 2 밸브 블록(32)은 대안적으로 공통의 유체 블록에 전체적으로 또는 부분적으로 통합될 수 있다. 도 3 및 도 4에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 액추에이터(28, 38)는 도시되지 않은 샤프트를 통해 볼(24, 34)에 결합되는 서보 모터로서 설계된다. 각각의 액추에이터(28, 38)는 샤프트를 통해 관련 볼(24, 34)을, 회전축을 중심으로, 다양한 스위칭 위치로 회전시킬 수 있다.
특히 도 2에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 밸브 어셈블리(10)의 도시된 실시예에서 제 1 볼 밸브(20)의 제 1 접속부(A1)는 밸브 어셈블리(10)의 제 1 유체 접속부(P1)에 연결된다. 제 2 볼 밸브(30)의 제 1 접속부(A2)는 밸브 어셈블리(10)의 제 2 유체 접속부(P2)에 연결된다. 또한, T자형 제 1 연결 부재(12.1)는 밸브 어셈블리(10)의 제 3 유체 접속부(P3)를 갖고, T자형 제 2 연결 부재(14.1)는 밸브 어셈블리(10)의 제 4 유체 접속부(P4)를 갖는다.
도 5에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 제 1 볼(24)은 2개의 하프 보어(26.1, 26.2) 및 하나의 관통 보어(26.3)를 갖는다. 2개의 하프 보어(26.1, 26.2)와 관통 보어(26.3)의 축은 서로 직교하며 볼의 중심에서 만난다.
도 6에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 제 2 볼(34)은 2개의 하프 보어(36.1, 36.2)를 갖는다. 2개의 하프 보어(36.1, 36.2)의 축은 서로 직교하며 볼의 중심에서 만난다.
도 2에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 제 1 볼 밸브(20)의 제 1 스위칭 위치에서 제 1 볼(24)은 제 1 접속부(A1)를 제 2 접속부(B1)에 연결하고 제 3 접속부(C1)를 차단한다. 제 1 볼 밸브(20)의 현재 제 2 스위칭 위치에서 제 1 볼(24)은 제 1 접속부(A1)를 제 2 접속부(B1) 및 제 3 접속부(C1)에 연결한다. 제 1 볼 밸브(20)의 제 3 스위칭 위치에서 제 1 볼(24)은 제 1 접속부(A1)를 제 3 접속부(C1)에 연결하고 제 2 접속부(B1)를 차단한다. 따라서, 제 1 접속부(A1)는 유입구로서 작용하고, 제 2 접속부(B1) 및 제 3 접속부(C1)는 각각 배출구로서 작용한다. 이 경우 제 1 접속부(A1)는 스위칭 위치와 무관하게 제 1 하프 보어(26.1)의 개구에 연결된다. 제 2 접속부(B1)는 제 1 스위칭 위치에서 제 2 하프 보어(26.2)의 개구에 연결되고, 제 2 스위칭 위치에서 관통 보어(26.3)의 개구에 연결된다. 제 3 접속부(C1)는 제 3 스위칭 위치에서 제 2 하프 보어(26.2)의 개구에 연결되고, 제 2 스위칭 위치에서 관통 보어(26.3)의 개구에 연결된다.
도 2로부터 추가로 알 수 있는 바와 같이, 제 2 볼(34)은 제 2 볼 밸브(30)의 제 1 스위칭 위치에서 제 1 접속부(A2)를 제 2 접속부(B2)에 연결하고 제 3 접속부(C2)를 차단한다. 제 2 볼 밸브(30)의 현재 제 2 스위칭 위치에서 제 2 볼(34)은 제 1 접속부(A2), 제 2 접속부(B2) 및 제 3 접속부(C2)를 차단한다. 제 2 볼 밸브(30)의 제 3 스위칭 위치에서 제 2 볼(34)은 제 1 접속부(A2)를 제 3 접속부(C2)에 연결하고 제 2 접속부(B2)를 차단한다.
도 1에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 밸브 어셈블리(10)의 제 1 유체 접속부(P1)는 압축기(3)의 고압 측에 연결된다. 밸브 어셈블리(10)의 제 2 유체 접속부(P2)는 압축기(3)의 흡입 압력 측에 연결되며, 이 경우 체크 밸브(RSV)는 제 2 유체 접속부(P2)와 압축기(3) 사이에 배치된다. 밸브 어셈블리(10)의 제 3 유체 접속부(P3)는 응축기(5)의 제 1 접속부에 연결된다. 밸브 어셈블리(10)의 제 4 유체 접속부(P4)는 간접 응축기(7)의 제 1 접속부에 연결된다. 도 1에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 응축기(5)의 제 2 접속부는 팽창 밸브로서 설계된 팽창 부재(EO)의 제 1 접속부에 체크 밸브(RSV)를 통해 연결된다. 간접 응축기(7)의 제 2 접속부는 또한 체크 밸브(RSV)를 통해 팽창 부재(EO)의 제 1 접속부에 연결된다. 팽창 부재(EO)의 제 2 접속부는 증발기의 제 1 접속부에 연결된다. 증발기(9)의 제 2 접속부는 압축기(3)의 흡입 압력 측에 연결된다.
제 1 볼 밸브(20)는 제 1 스위칭 위치에 있고 제 2 볼 밸브(30)는 제 3 스위칭 위치에 있는, 2개의 볼 밸브(20, 30)의 제 1의 조합된 스위칭 위치에 의해 냉매 회로(1)의 냉각 작동 모드가 설정된다. 따라서 냉각 작동 모드에서, 응축기(5)의 제 1 접속부는 압축기(3)의 고압 측에 연결되어 관류된다. 동시에 간접 응축기(7)의 제 1 접속부는 압축기(3)의 흡입 압력 측에 연결되고 상기 압축기에 의해 흡입이 이루어진다. 대안으로서 제 1 볼 밸브(20)가 제 3 스위칭 위치에 있고 제 2 볼 밸브(30)가 제 1 스위칭 위치에 있는, 2개의 볼 밸브(20, 30)의 제 2의 조합된 스위칭 위치에 의해 냉매 회로(1)의 가열 작동 모드가 설정된다. 따라서 가열 작동 모드에서, 간접 응축기(7)의 제 1 접속부는 압축기의 고압 측에 연결되어 관류된다. 동시에 응축기(5)의 제 1 접속부는 압축기(3)의 흡입 압력 측에 연결되고, 상기 압축기에 의해 흡입이 이루어진다. 제 1 볼 밸브(20)가 제 2 스위칭 위치에 있고 제 2 볼 밸브(30)도 제 2 스위칭 위치에 있는, 2개의 볼 밸브(20, 30)의 제 3의 조합된 스위칭 위치에 의해, 응축기(5) 및 간접 응축기(7)의 동시 관류가 설정된다. 2개의 볼 밸브(20, 30)의 추가의 조합된 스위칭 위치에 의해, 냉매 회로(1)의 냉매 충전 또는 다양한 방식의 세척이 설정될 수 있다. 2개의 볼 밸브(20, 30)의 바람직하지 않은 조합된 스위칭 상태를 방지하기 위해, 볼 밸브(20, 30)는 미리 정해진 순서로 전환되어, 냉매 회로(1)의 작동 모드들 사이에서 변경될 수 있다. 바람직하게는 2개의 볼 밸브(20, 30)의 조합된 스위칭 위치는 서로 매칭되어, 예를 들어 제 1 볼 밸브(20)를 통해 간접 응축기(7)만이 관류되는 동시에 제 2 볼 밸브(30)를 통해 간접 응축기(7)에 흡입이 이루어지거나, 또는 제 1 볼 밸브(20)를 통해 응축기(5)만이 관류되는 동시에 제 2 볼 밸브(30)를 통해 응축기(5)에 흡입이 이루어지는, 2개의 볼 밸브(20, 30)의 조합된 스위칭 위치는 가능하지 않다. 바람직하게는 냉매 회로(1)의 실시예는, 압축기(3)가 스위치 오프(switch off)될 필요 없이, 작동 모드의 변경을 가능하게 한다. 이를 위해, 제 1 볼 밸브(20)는 도시되지 않은 보상 수단을 가지며, 이는 2개의 스위칭 위치 사이의 전환 과정 동안 유체 흐름을 위해 규정된 최소 유동 횡단면을 제공한다. 따라서 제 1 볼(24)은 예를 들어 제 2 하프 보어(26.2)의 개구와 관통 보어(26.3)의 개구 사이에 바이패스 채널을 가질 수 있으며, 상기 채널은 제 1 볼(24)의 케이싱 내에 홈 및/또는 노치로서 삽입된다. 이로 인해 제 1 스위칭 위치로부터 제 2 스위칭 위치를 통해 제 3 스위칭 위치로 또는 그 반대로 볼이 회전하는 동안 각 시점마다 유체 흐름을 위한 적어도 하나의 규정된 최소 유동 횡단면이 보장된다. 이 경우 바이패스 채널은 유동 기술적으로 관통 보어(26.3)의 2개의 개구를 제 2 하프 보어(26.2)의 개구에 연결한다. 바이패스 채널의 깊이 및/또는 너비를 변경함으로써 회전 과정 동안 유효한 최소 유동 횡단면에 영향을 줄 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 적어도 관통 보어(26.3)의 개구 및 제 2 하프 보어(26.2)의 개구는 각각 제 2 접속부(B1) 및 제 3 접속부(C1)보다 큰 직경을 가질 수 있다. 전술한 2개의 구조적인 조치 외에도, 시스템 관점에서 압축기(3)를 완전히 스위치 오프하는 대신에, 전환 과정 시 압축기(3)의 출력을 제한하며 이로써 압축기(3)가 작동할 때 유동 횡단면이 좁아지더라도 시스템 내부에 허용할 수 없는 고압 피크를 생성하지 않는 것이 제공된다.
예시적으로 냉각 작동 모드로부터 가열 작동 모드로의 변경이 설명된다. 전술한 바와 같이, 냉매 회로(1)의 냉각 작동 모드에서 제 1 볼 밸브(20)는 제 1 스위칭 위치에 있고, 제 2 볼 밸브(30)는 제 3 스위칭 위치에 있다. 이로 인해 응축기(5)가 관류되고, 간접 응축기(7)에 흡입이 이루어진다. 이제 제 2 볼 밸브의 모든 접속부(A2, B2, C2)가 차단되는 제 2 스위칭 위치로 제 2 볼 밸브(30)가 전환되어, 추가 냉매는 흡입되지 않는다. 그 경우에 제 1 볼 밸브(20)는, 응축기(5) 및 간접 응축기(7)가 관류될 수 있는 제 2 스위칭 위치로 전환된다. 후속해서 제 1 볼 밸브(20)는 간접 응축기(7)만이 관류되는 제 3 스위칭 위치로 전환된다. 그 경우에 제 2 스위칭 밸브(30)는 응축기(5)에 흡입이 이루어지는 제 1 스위칭 위치로 전환된다.
1 히트 펌프 기능을 갖는 냉매 회로
3 압축기
5 응축기
7 간접 응축기
8 냉각기
9 증발기
10 밸브 어셈블리
12 제 1 연결 블록
12.1 제 1 연결 부재
14 제 2 연결 블록
14.1 제 2 연결 부재
20 제 1 볼 밸브
22 제 1 밸브 블록
24 제 1 볼
26 T자형 보어
26.1 제 1 하프 보어
26.2 제 2 하브 보어
26.3 관통 보어
28 제 1 액추에이터
A1, B1, C1 밸브 접속부
30 제 2 볼 밸브
32 제 2 밸브 블록
34 제 2 볼
36 L자형 보어
36.1 제 1 하프 보어
36.2 제 2 하프 보어
38 제 2 액추에이터
A2, B2, C2 밸브 접속부
P1, P2, P3, P4 유체 접속부
EO1, EO2 팽창 부재
PSV 체크 밸브

Claims (16)

  1. 냉매 회로(1)를 위한 밸브 어셈블리(10)로서,
    상기 밸브 어셈블리는 적어도 2개의 볼 밸브(20, 30)를 포함하며, 각각의 상기 볼 밸브는 조절 부재로서의 볼(24, 34) 및 관련 볼(24, 34)을 조절하기 위한 액추에이터(28, 38)를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 볼 밸브(20, 30)는 각각 3개의 접속부(A1, B1, C1, A2, B2, C2)를 갖는, 양방향으로 관류 가능한 3-방향 밸브로서 설계되며, 제 1 볼 밸브(20)의 제 1 볼(24)은 T자형 보어(36)를 갖고, 상기 T자형 보어는 3개의 접속부(A1, B1, C1) 중 2개의 접속부(A1, B1; A1, C1)의 선택적 관류 및 3개의 접속부(A1, B1, C1) 중 하나의 접속부(B1, C1)의 차단 또는 3개의 접속부(A1, B1, C1)의 동시 관류를 허용하고, 제 2 볼 밸브(30)의 제 2 볼(34)은 L자형 보어(36)를 가지며, 상기 L자형 보어는 3개의 접속부(A2, B2, C2) 중 2개의 접속부(A2, B2; A2, C2)의 선택적 관류 및 3개의 접속부(A2, B2, C2) 중 하나의 접속부(B2, C2)의 차단 또는 3개의 접속부(A2, B2, C2)의 차단을 허용하고,
    각각의 상기 볼 밸브(20, 30)는 유동 채널을 갖는 밸브 블록(22, 32)을 가지며, 상기 밸브 블록 내에 상기 접속부(A1, B1, C1, A2, B2, C2)가 형성되고 상기 볼(24, 34)이 회전 가능하게 장착되고,
    제 1 연결 부재(12.1)를 갖는 제 1 연결 블록(12)이 상기 제 1 볼 밸브(20)의 제 2 접속부(B1)를 상기 제 2 볼 밸브(30)의 제 2 접속부(B2)에 연결하고, 제 2 연결 부재(14.1)를 갖는 제 2 연결 블록(14)이 상기 제 1 볼 밸브(20)의 제 3 접속부(C1)를 상기 제 2 볼 밸브(30)의 제 3 접속부(C2)에 연결하며,
    상기 제 1 볼 밸브(20)의 제 1 접속부(A1)는 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 1 유체 접속부(P1)에 연결되고, 상기 제 2 볼 밸브(30)의 제 1 접속부(A2)는 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 2 유체 접속부(P2)에 연결되고, 상기 제 1 연결 부재(12.1)는 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 3 유체 접속부(P3)를 갖고, 상기 제 2 연결 부재(14.1)는 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 4 유체 접속부(P4)를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 연결 블록(12), 상기 제 2 연결 블록(14), 상기 제 1 밸브 블록(22) 및 상기 제 2 밸브 블록(32)은 서로 연결되거나, 또는 공통의 유체 블록에 전체적으로 또는 부분적으로 통합되는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 볼(24)은 2개의 하프 보어(26.1, 26.2) 및 하나의 관통 보어(26.3)를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 2개의 하프 보어(26.1, 26.2)와 상기 관통 보어(26.3)의 각각의 축은 서로 직교하며 볼의 중심에서 만나는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 볼(24)은, 상기 제 1 볼 밸브(20)의 제 1 스위칭 위치에서 상기 제 1 접속부(A1)를 상기 제 2 접속부(B1)에 연결하고 상기 제 3 접속부(C1)를 차단하며, 상기 제 1 볼 밸브(20)의 제 2 스위칭 위치에서 상기 제 1 접속부(A1)를 상기 제 2 접속부(B1) 및 상기 제 3 접속부(C1)에 연결하고, 상기 제 1 볼 밸브(20)의 제 3 스위칭 위치에서 상기 제 1 접속부(A1)를 상기 제 3 접속부(C1)에 연결하고 상기 제 2 접속부(B1)를 차단하는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 볼 밸브(20)는 2개의 스위칭 위치 사이의 전환 과정 동안 유체 흐름을 위해 규정된 최소 유동 횡단면을 제공하는 보상 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 볼(34)은 2개의 하프 보어(36.1, 36.2)를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 2개의 하프 보어(36.1, 36.2)의 축은 서로 직교하며 볼의 중심에서 만나는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 볼(34)은, 제 2 볼 밸브(30)의 제 1 스위칭 위치에서 제 1 접속부(A2)를 제 2 접속부(B2)에 연결하고 제 3 접속부(C2)를 차단하며, 상기 제 2 볼 밸브(30)의 제 2 스위칭 위치에서 상기 제 1 접속부(A2), 상기 제 2 접속부(B2) 및 상기 제 3 접속부(C2)를 차단하며, 상기 제 2 볼 밸브(30)의 제 3 스위칭 위치에서 상기 제 1 접속부(A2)를 상기 제 3 접속부(C2)에 연결하고, 상기 제 2 접속부(B2)를 차단하는 것을 특징으로 하는 밸브 어셈블리.
  10. 차량을 위한 히트 펌프 기능을 갖는 냉매 회로(1)로서,
    상기 냉매 회로는 압축기(3), 응축기(5), 간접 응축기(7), 냉각기(8), 증발기(9), 2개의 팽창 부재(EO1, EO2), 및 적어도 2개의 볼 밸브(20, 30)를 갖는 밸브 어셈블리(10)를 포함하고, 상기 볼 밸브에 의해 상기 냉매 회로(1)의 다양한 작동 모드가 설정될 수 있으며,
    상기 밸브 어셈블리(10)는 제 1 항 또는 제 2 항에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 냉매 회로.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 1 유체 접속부(P1)는 상기 압축기(3)의 고압 측에 연결되고, 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 2 유체 접속부(P2)는 상기 압축기(3)의 흡입 압력 측에 연결되고, 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 3 유체 접속부(P1)는 상기 응축기(5)에 연결되고, 상기 밸브 어셈블리(10)의 제 4 유체 접속부(P4)는 상기 간접 응축기(7)에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉매 회로.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 2개의 볼 밸브(20, 30)의 제 1의 조합된 스위칭 위치에 의해 냉각 작동 모드가 설정될 수 있거나, 상기 2개의 볼 밸브(20, 30)의 제 2의 조합된 스위칭 위치에 의해 상기 냉매 회로(1)의 가열 작동 모드가 설정될 수 있거나, 상기 2개의 볼 밸브(20, 30)의 제 3의 조합된 스위칭 위치에 의해 상기 응축기(5)와 상기 간접 응축기(7)의 동시 관류가 설정될 수 있거나, 상기 2개의 볼 밸브(20, 30)의 추가의 조합된 스위칭 위치에 의해 상기 냉매 회로(1)의 냉기 충전 또는 다양한 방식의 세척이 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉매 회로.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 볼 밸브(20, 30)는, 상기 냉매 회로(1)의 작동 모드들 사이에서의 변경을 위해, 미리 정해진 순서로 전환될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉매 회로.
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