KR20050092015A - 자동차를 위한 에어 컨디션닝 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특별히 자동차를 위한 에어-컨디션닝 장치(air-conditioning installation)에 관한 것으로서, 상기 장치는 고압 영역(high pressure region)을 가지는 A/C 동작을 위한 냉각제(refrigerant)의 압축 냉각 회로(compression refrigeration circuit), 흡입 영역(suction region) 및 상기 압축 냉각 회로가 연결된 정지 냉각회로가 꺼질 때 정지 에어-컨디션닝 동작(stationary air-conditioning operation)을 위한 연결된 정지 에어-컨디션닝 회로(connected stationary air-conditioning circuit)를 가지며, 압축기(compressor), 팽창 밸브(expansion valve), 주위로 냉각(refrigeration)을 방출하기 위한 냉각기로서의 증발기(evaporator) 및 열 저장매체(heat storage medium)를 포함한다.
상기 축열기는 냉각 어큐뮬레이터(refrigeration accumulator) 및 정지 에어-컨디션닝 동작 동안 응축기(condenser)로서 작용한다. 여기서의 냉각제는 상기 축열기로부터 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 증발기로 상기 냉각(refrigeration)을 전달하기 위해 열 전달매체(heat transfer medium)로서 작용한다. 상기 증발기(5) 및 상기 축열기(6)는 냉각제 흐름에 대하여 직렬로 연결된다.

Description

자동차를 위한 에어 컨디션닝 장치{AIR CONDITIONING INSTALLATION, ESPECIALLY FOR MOTOR VEHICLES}
본 발명은 청구항 1 의 전문과 일치하는 특히 자동차를 위한 에어-컨디션닝 장치에 관한 것이다.
일반적인 유형의 에어-컨디션닝 장치는 DE 37 04 182 A1 으로부터 알려져 있다. 그와 같은 장치에서, 냉각 장치(cooling installation)는 냉각 어큐뮬레이터(refrigeration accumulator)와 결합하여 동작되고, 냉각제(refrigerant)는 순환 펌프(circulation pump)에 의하여 냉각 어큐뮬레이터로부터 증발기(evaporator)로 냉각(refrigeration)을 전달하는 열-전달 매체(heat-transfer medium)로서 이용된다. 증발기 및 냉각 어큐뮬레이터는 상기 냉각제 측부상에 병렬로 연결되고, 그것은 연결(connections) 및 구성요소(components)에 대한 높은 레벨의 경비(outlay)가 소요되며, 그러므로 높은 제조비용이 드는 단점이 있다. 더구나 이와 같은 유형의 장치는 또한 자동차 내에서, 특히 승용차(passenger automobile) 내에서 유용한 공간을 차지한다.
차량 내의 통상적인 냉각 시스템은 일반적으로 냉각제 압축기(refrigerant compressor)만에 의하여 구동되고, 상기 냉각제 압축기는 벨트 구동(belt drive)에 의하여 상기 차량 엔진에 고정적으로 연결된다. 만약 상기 엔진이 동작중이 아니라면, 상기 에어-컨디션닝 장치도 그렇다. 탑승부(passenger compartment)는 여름에 매우 빠르게 가열될 수 있다. 그것은 운전자가 상기 에어-컨디션닝 장치가 동작되도록 하기 위하여 교통 체증 또는 기다리는 동안 엔진을 가동시킨 채 유지한 결과이다. 이것은 오염물질 및 소음 방출 그리고 연료를 추가적으로 소모하기 때문에 환경에 상당한 부담이 되는 실시이다.
출발/정지 기능(start/stop function)을 가지는 차량의 경우에, 상기 엔진은 연료 소비를 줄이기 위하여 상기 차량이 정지상태(예를 들면, 적색 교통신호에서 상대적으로 짧은 멈춤의 경우)에 있자마자 자동적으로 꺼진다. 결과적으로 상기 냉각장치가 유사하게 멈추고, 결과적으로 탑승부를 위해 들어오는 공기의 냉각 및 건조와 같은, 안전 및 편안함에 관련된 기능들이 수행되는 것이 불가능하다.
정지 에어-컨디션닝 시스템(stationary air-conditioning systems)은 이미 상업적 차량영역에서 일괄 생산(series production)을 도입하였다. 이것은 승용차의 에어-컨디션닝에서 결코 도달되지 않는 표준이다. 현재의 개념들은 공간 및 무게에 대한 실행 비율 때문에, 승용차에서 사용하기에는 아직 적당하지 않다.
빈약한 냉각 동력(cooling dynamics)을 가지며, 엔진이 정지된 후에 즉시 냉각하는 효과를 가지는, 일반적으로 간접적으로 로드(load)되는 저장 증발기(storage evaporates)를 가지는 정지 에어-컨디션닝 개념이 실제적인 응용에 알려져 있다.
게다가, 전기적으로 구동되는 압축기는 예를 들면 벨트-구동 시동 발전기(belt-driven starter generator), 통합된 시동 발전기와 결합되거나 또는 하이브리드 압축기(hybrid compressor)로서, 즉 통합된 전기 모터를 가지는 압축기로서 알려져 있다. 그러나 이것은 더 큰 배터리 및 발전기를 필요로 하는 단점을 갖는다. 그 다음에 상기 차량은 그것이 정지 상태일 때 높은 에너지 소비를 갖는다. 게다가 상기 효율은 매우 긴 일련의 동작(발전기/배터리/냉각제 압축기) 때문에 매우 좋지 않다.
2차 냉각제 회로(secondary coolant circuit)를 가지는 냉각 장치 및 냉각제 R744/CO2를 이용하는 상기 2차회로가 유사하게 알려져 있다. 이 상황에서 하나의 결점은 하드웨어, 공간 및 무게에 대한 상대적으로 높은 비용이다. 또한 제한되고 낮은 열역학(thermodynamics)만이 실현될 수 있다. 게다가 효율은 상기 냉각제로부터 상기 열-전달 매체로 그리고 상기 열-전달 매체로부터 상기 유용한 공기로의 열전달 때문에 좋지 않다.
장거리 상용 차량을 위한 엔진-독립(engine-independent) 에어-컨디션닝 시스템이 또한 알려져 있다. 이 경우에, 축열기(thermal accumulator)에는 2차 회로에 의해서 냉각이 로드(load) 되고, 상기에서 언급된 연관된 결점들(하드웨어, 공간 및 무게)을 가지며, 그것은 또한 이와 같은 종류의 정지 에어-컨디션닝이 승용차에 사용하기에는 다소 적당하지 않다는 것을 의미한다.
본 발명의 유리한 구조(configurations) 및 세부사항(refinements)은 도면을 참조하여 하기에서 아웃트라인되는 예시적인 실시예 및 하위청구항(subclaims)으로부터 나타날 것이다.
도 1a 는 AC 동작에서 본 발명에 따른 에어-컨디션닝 장치의 제 1 실시예에 대한 아우트라인 회로 다이어그램.
도 1b 는 정지 에어-컨디션닝 동작(stationary air-conditioning operation)에서 도 1a 에서 도시되는 발명에 따른 실시예에 대한 아웃트라인 회로 다이어그램.
도 2 는 정지 에어-컨디션닝 동작에서 본 발명에 따른 에어-컨디션닝 장치의 제 2 실시예에 대한 아웃트라인 회로 다이어그램.
도 3 은 AC 동작에서 바이패스(bypass)를 가지는 본 발명에 따른 에어-컨디션닝 장치의 제 3 실시예에 대한 아웃트라인 회로 다이어그램.
도 4 는 AC 동작에서 분리되어 배열된 축열기 및 냉각제 수집기를 가지는 본 발명에 따른 에어-컨디션닝 장치의 제 4 실시예에 대한 아웃트라인 회로 다이어그램.
도 5a 는 정지 에어-컨디션닝 동작에서 열사이폰(thermosiphon) 효과를 이용하여, 본 발명에 따른 에어-컨디션닝 장치의 제 5 실시예에 대한 아웃트라인 회로 다이어그램.
도 5b 는 AC 동작에서 도 5a 에 도시되는 발명에 따른 제 5 실시예에 대한 아웃트라인 회로 다이어그램.
도 6 은 본 발명에 따른 에어-컨디션닝 장치의 제 6 실시예에 대한 아웃트라인 회로 다이어그램.
도 7 은 아웃트라인 압력-엔탈피 다이어그램.
본 발명은 상기 종래 기술의 결점들을 해결하는, 도입부에서 기술된 유형의 에어-컨디션닝 시스템을 제공하는 목적에 기반을 두고 있으며, 더욱 상세하게는 공간(space), 구성요소(components), 연결(connections) 및 전기 에너지(electric energy)에 관하여 작은 비용을 가지는, 특히 추가적으로 달성되는 양호한 냉각 동력을 가지며 승용차에서 사용되고, 유용한 공기의 제습(dehumidification) 및 냉각을 가지는 정지 에어-컨디션닝 기능을 제공하는 목적을 기반으로 한다.
이와 같은 목적은 청구항 1 의 특징부에 의해 본 발명에 의해서 구현된다.
본 발명에 따른 측정들은 상기 압축 냉각 회로가 꺼질 때, 단순하고 유리한 방식으로 정지 에어-컨디션닝 기능을 가지며, 냉각제 측부 상에 또는 냉각제 회로 내에 있는 축열기 및 증발기의 구조적으로 간단한 직렬 배열 때문에 연결 및 구성성분에 대한 비용이 낮은 에어-컨디션닝 장치를 생성한다. 따라서 에어-컨디션닝 기능은 상기 차량 엔진이 작은 패키징 및 하드웨어 비용으로 동작되지 않는 동안 달성될 수 있다. 게다가 본 발명에 따른 에어-컨디션닝 장치는 또한 전진 및 정지 에어 컨디션닝(advance and stationary conditioning)에 적당하다. 상기 차량이 가열될 때의 더 좋은 냉각 동력 및 상기 냉각 장치가 로드(load)된 축열기에 의해 가동되기 시작할 때의 선택적인 더 낮은 고온 피크(lower high-temperature)가 또한 제공된다. 게다가 공간, 구성요소 및 전기 에너지에 대한 추가적인 비용을 방지하는 추가적인 냉각 회로(2차 냉각 회로)가 필요하지 않다. 실질적으로 통합된 축열기를 가지는 수정된 냉각 장치(modified refrigeration installation)를 포함하는 본 발명에 따른 회로 연결은 상기 냉각 장치가 꺼질 때에도 매우 양호한 에어-컨디션닝이 달성되는 것을 가능하게 한다. 냉각제 컬렉터 내에 존재하는 냉각제는 축열기로부터 증발기로 냉각을 전달하기 위한 열-전달 매체(heat-transfer medium)로서 기능한다. 상기 냉각제가 에너지를 잠재적으로 전달하고, 증발 및 응축이 사실상 동일한 압력 레벨에서 일어나기 때문에, 단지 매우 낮은 펌프 전력이 상기 정지 에어-컨디션닝 회로를 유지하기 위해 요구된다. 차량의 전진 에어 컨디션닝은 상기 엔진이 축열기 및 냉각제 컬렉터의 선택적인 단열에 의해서, 오랜 기간동안 운전되지 않은 후에도 제공될 수 있다.
본 발명은 상기 냉각제 컬렉터가 흡입 영역 내에, 즉 증발기의 상향흐름(upstream) 및 하향흐름(downstream)에 위치되는 냉각 장치에 특히 적당하다. 이와 같은 이유로, 냉각제로서 이산화탄소를 이용하는 냉각 장치는, 이 경우에 상기 냉각 컬렉터가 일반적으로 냉각제 유압회로(refrigerant hydraulic circuit)에 대하여 증발기의 하향흐름에 위치되기 때문에 특히 적당하다.
본 발명에 따르면, 냉각제 컬렉터가 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내에 또는 축열기의 하향흐름 및 순환펌프 또는 증발기의 상향흐름에 배열되도록 제공하는 것이 추가적으로 가능하다.
냉각제가 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내에서 순환할 때, 액체 냉각제가 증발기로 들어가고 그 안에서 부분적으로 또는 완전히 증발되자마자 압력 증가가 상기 장치 내에서 일어나기 때문에, 이것은 닫힌 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 압력 증가를 최소화한다. 이와 같은 부피의 증가는 상기 장치내의 압력 증가가 될 수 있다. 상기 냉각제 압력 레벨이 증발 온도를 결정하고, 상기 압력 레벨이 더 높을 수록 상기 증발 온도도 더 높아진다는 것이 알려져 있다.
게다가 이와 같은 냉각제 컬렉터의 위치는 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 순환 펌프가 상기 냉각제 컬렉터로부터 100% 액체 냉각제를 흡수하는 것을 보증하며, 그러므로 가스 거품(gas bubble)에 의한 파괴적인 소음을 발생하지 않고 완벽하게 동작한다.
결과적으로, 부속된 축열기에 의하여, 상기 압축 냉각 회로가 가동중일 때 상기 정지 에어-컨디션닝 회로를 단순히 연결함으로써 높은 냉각 동력을 달성하는 것이 가능한 장점이 있다.
도 1a 는 AC 동작에서, 도면 부호 (101)에 의해 전체적으로 표시되는 에어-컨디션닝 장치를 도시한다. 압축 회로(compression circuit)가 가동되고 있을 때(점선으로 표시된 고압영역 및 실선으로 표시된 흡수 영역(suction area)), 냉각제(refrigerant, 11)는 압축기(compressor, 1) 내의 고온 및 고압 레벨로 옮겨지고, 내측 열교환기(internal heat exchanger, 3)를 통하여 추가로 냉각되기 전에, 주위 열 교환기(ambient heat exchanger, 2) 내에서 냉각된다. 그 다음에 그것은 팽창 밸브(expansion valve, 4)를 통과하고, 낮은 압력 및 온도 레벨(온도 조건에 따라서, 10℃에서 0℃로)로 팽창된다. 증발기(evaporator, 5)에서, 상기 냉각제(refrigerant, 11)는 내부(탑승부(passenger compartment)-도시되지 않음)로 통과되는 유용한 공기로부터 에너지를 흡수하고, 상기 공기를 냉각 및 건조 시키며, 상기 프로세스 내에서 그것이 축열기(thermal accumulator, 6)로 통과하기 전에 부분적으로 또는 완전히 증발된다. 본 예시적인 실시예에서, 상기 축열기(6)는 상기 냉각제 유압회로(hydraulic circuit)에 관하여 상기 에어-컨디션닝 장치(air-conditioning installation, 101)를 구성하는 증발기(5)의 아래흐름(downstream)에 위치된다. 만약 상기 냉각제(11)가 상기 축열기(6) 내에 존재하는 열저장 매체(heat storage medium, 6')보다 더 차갑다면, 상기 매체는 상기 냉각제(11)가 냉각제 컬렉터(refrigerant collector, 7)로 건네지기 전에 냉각 상태로 채워진다. 상기 냉각제 컬렉터(7)로부터, 상기 냉각제(11)는 추가적인 내측 교환기(8)의 저압 측부를 통해 흐르며, 상기 프로세스 내에서 압축기(1)로 되돌아오기 전에 과열된다.
공간(space) 문제를 위해서, 상기 축열기(6) 내의 열 저장매체(6')는 고체 및 액체 상태 사이의 상변화(phase change)를 적절하게 경험하여야 하며, 그러므로 가장 높은 가능한 체적 열 저장용량(volumetric heat storage capacity)이 달성된다. 이 경우에, 상기 열의 도입 및 제거는 주로 잠재적이며, 즉 상기 상변화 동안 융해열(heat of fusion) 형태로 등온 레벨에서 일어난다. 하기에 기술된 것들을 포함하는 예시적인 실시예에서, 상기 열 저장매체는 파라핀(paraffin, 6')의 형태다. 물론 다른 예시적인 실시예에서, 알코올 또는 염수화물(salt hydrates)을 사용하는 것이 그 중에서도 가능하다.
AC 동작에서 또는 상기 압축 냉각회로(compression refrigeration circuit)가 가동되고 있을 때(도 1a), 상기 축열기(6)는 냉각 상태로 로드(load)된다.
도 1b에서, 상기 에어-컨디션닝 장치(101)는 정지 에어-컨디션닝 동작 상태로 작동하며, 즉 상기 에어-컨디션닝 회로(실선)가 활성화 상태인 동안 상기 압축 냉각회로는 스위치가 끊어진다(점선). 상기 축열기(6)가 완전히 냉각상태로 로드 되었을 때, 상기 정지 에어-컨디션닝 회로는 또한 더 좋은 냉각 동력(cooling dynamics)을 달성하기 위하여 상기 압축 냉각회로와 병렬상태로 동작될 수 있다.
만약 상기 압축기(1)의 스위치가 끊어지면, 역지 밸브(nonreturn valve, 9) 및 상기 닫힌 팽창 밸브(4)는 냉각제(11)가 고압 영역(도 1b에서 점선으로 표시됨)으로부터 증발기(5) 및 냉각제 컬렉터(7)를 포함하는 상기 정지 에어-컨디션닝 회로의 동력부(power section)로 들어가는 것을 방지하고, 냉각제 압력이 증가하도록 한다. 그 다음에 상기 정지 에어 컨디션닝은 상기 정지 에어-컨디션닝 회로를 통하여 일어나고, 회전 펌프(circulation pump, 13)의 도움을 받아 액체 냉각제(11)는 상기 냉각제 컬렉터(7)로부터 응축수 배관(condensate line, 14)을 통하여 상기 증발기(5)를 향한다. 상기 증발기(5)에서, 상기 냉각제(11)는 유용한 공기로부터 에너지를 흡수하고, 이 공기를 냉각 및 건조시키며, 상기 축열기(6)로 넘어가기 전에 상기 프로세스 내에서 부분적으로 또는 완전하게 기화된다. 여기서 상기 냉각제(11)는 응축하고, 상기 회로가 다시 시작되는 곳으로부터 상기 냉각제 컬렉터(7)로 흐른다. 따라서 상기 정지 에어-컨디션닝 회로에서, 상기 축열기(6)는 응축기(condenser)의 기능을 수행한다. 상기 냉각기 컬렉터(7) 내에 존재하고, 상기 압축기(1)에 요구되는 윤활유(lubricant, 12)의 열역학적 성질이 좋지 않기 때문에, 상기 응축수 배관(14)의 개구부(opening, 14')는 액체 냉각제(11)만이 상기 회전 펌프(13)에 의해서 빨아들여지는 깊이로 상기 냉각제 컬렉터(7) 내부로 돌출되어야 한다. 이 상황에서, 만약 가스 및 액체 냉각제(11)의 혼합물이 빨아들여지면, 상기 냉각제(11)의 모든 이용 가능한 엔탈피 차이(enthalpy difference)(0 에서 과열까지)가 이용되는 것이 아니고, 그리고 가스 거품(gas bubbles)이 전달되어 소음이 상기 회로 내에서 발생되기 때문에, 상기 냉각제(11)는 액체 상태이어야 하는 것이 보증되어야 한다. 본 예시적인 실시예에서, 상기 냉각제 컬렉터(7)는 상기 흡입 영역 내에, 즉 상기 증발기의 상향흐름(upstream) 또는 하향흐름(downstream)에 배열되며, 상기 냉각제 컬렉터(7)가 상기 냉각제 유압회로에 관하여 상기 증발기(5)의 하향흐름에 위치되기 때문에, 상술된 상기 에어-컨디션닝 장치(101)가 환경 친화적 냉각제인 이산화탄소를 이용하는데 적당하게 된다. 따라서 본 예시적인 실시예에서 이산화탄소는 또한 냉각제(11)로서 이용된다.
응축 및 기화가 말하자면 등압으로(isobarically) 발생하기 때문에, 냉각제는 일반적으로 열을 거의 전적으로 잠재적으로 전달하며, 상기 회전 펌프(13)가 상기 정지 에어-컨디션닝 회로를 유지하는데 단지 낮은 전력이 요구된다. 축열기(6) 및 냉각제 컬렉터(7)의 단열재(thermal insulation, 10)는 냉각 에너지가 오랜 시간동안 저장될 수 있도록 하며, 결과적으로 유용한 공기의 전진 에어 컨디션닝(advance air conditioning)을 위해 이용되도록 한다. 상기 단열재(10)의 추가적인 장점은 상기 에어-컨디션닝 장치(101)가 꺼지고(switched off), 상당히 가열될 때, 상기 액체 냉각제(11)의 증발이 상당히 늦다는 것이다. 결과적으로, 상기 냉각제 압력은 강하게 증가되지 않고, 상기 에어-컨디션닝 장치(101)를 시동할 때 더 높은 냉각 전력 및 더 낮은 냉각제 고압(refrigerant high pressure)이 달성된다.
연결 위치의 수 및 그로인한 상기 회로 내의 누설 위치(leakage sites)를 줄이기 위하여, 축열기(6) 및 냉각제 컬렉터(7)가 도 1a, 1b 및 2 와 일치하도록 통합되는 것이 요구된다. 추가로, 또 다른 예시적인 실시예에서, 상기 회전 펌프(13) 및/또는 상기 역지 밸브(9)가 누설 위치의 수를 줄이기 위하여 상기 축열기(6) 또는 상기 냉각제 컬렉터(7) 내에 수용되는 것이 유사하게 생각될 수 있다.
도 2 는 상기 냉각제 컬렉터(7)를 둘러싸고, 상기 냉각제 컬렉터(7)의 용기에 필요한 물질의 양을 줄이기 위해 압력 용기(pressure vessels)로 디자인된, 큰 저장용량, 즉 큰 부피를 가지는 축열기(6)를 포함하는 에어-컨디션닝 장치(102)를 도시한다.
도 3은 상기 내부 구획(interior compartment)이 가열될 때 빠른 냉각을 가능하게 하는 에어-컨디션닝 장치(103)를 도시한다. 상기 축열기(6)가 가열될 때, 즉 그것의 로드(load)를 잃었을 때, 그것은 상기 냉각 장치(103)가 가동되기 시작하고 있을 때 상기 냉각 부분을 제거하고, 결과적으로 상기 증발기(5)에서의 냉각 수행에 역효과를 준다. 바이패스 배관(bypass line, 16)을 가지는 바이패스 밸브(bypass valve, 15)의 추가는 만약 모든 냉각 용량이 상기 증발기(5)에 전달된다면 상기 축열기(6)가 우회되도록 한다. 상기 바이패스 밸브(15)는 전기적으로 동작될 수 있거나 또는 본 실시예에서처럼 자동온도조절로 동작될 수 있다.
도 4 는 추가적인 에어-컨디션닝 장치(104)를 도시하며, 상기 장치에서 축열기(6)는 냉각제 컬렉터(7)로부터 공간적으로 분리되어 연결된다. 만약 상기 축열기 및 냉각제 컬렉터(7)가 분리되어 배열된다면, 상기 장치의 패키징(packaging)은 상당히 단순화된다. 이것은 공간-절약(space-saving) 디자인의 결과이다. 추가로 상기 축열기(6)는 또한 증발기(5) 및 냉각제 컬렉터(7) 사이의 에어-컨디션닝 장치(104)의 냉각제 배관이 불필요하게 길어지도록 하지 않고, 열적 조건(thermal terms)에 중요하지 않은 위치에, 예를 들면 엔진 구획(engine compartment) 밖에 수용될 수 있다.
도 5a, 5b 및 6 은 냉각제 순환 펌프(refrigerant circulation pump)(도 1a 내지 4 의 도면부호 13) 없이 상기 정지 에어-컨디션닝 회로가 작동하는 회로 다이어그램(105, 106)을 도시한다. 이와 같은 유형의 회로 배열에 의해, 상기 증발기(5)는 상기 축열기(6)보다 측지학적으로(geodetically) 더 낮은 레벨에 위치되며, 그러므로 정지 에어-컨디션닝 동작(도 5a-점선에 의해 표시되는 압축 냉각 회로) 동안 회전 펌프를 사용하지 않는 중력을 기반으로 하는 냉각제 회로(gravity-based refrigerant circuit)가 열 사이펀 효과(thermosiphon effect)에 의해 간단하게 형성된다. 상기 축열기(6)로부터 취해질 수 있는 상기 냉각 용량은 실질적으로 구동 압력 경사(driving pressure gradient), 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 배관 저항 및 상기 냉각제(11)의 엔탈피 차이에 의해서 결정된다. 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 높은 구동 압력 경사는 상기 증발기(5) 및 축열기(6) 내의 2개의 응축수 레벨(18, 19) 사이의 상당한 높이 차이 및 냉각재(11)의 응축수 흐름(condensate stream, 21) 및 증기 흐름(vapor stream, 20) 사이의 상당한 밀도차를 이용함으로써 달성된다. 최대로 가능한 엔탈피 차이를 달성하기 위하여, 상기 증발기(5)는 실질적으로 상기 냉각제(11)가 증발기 입구에서의 공기 온도 레벨로 과열될 수 있다. 도 5a, 5b, 6 에서 알 수 있듯이, 상기 응축수 배관(14)에는 이 경우에 유사하게 단열재(10)가 제공되었다. 상기 응축수 배관(14)은 정지 에어-컨디션닝 동작에서 오직 개방되는 스위칭 밸브(switching valve, 17)에 의해 닫힌다.
도 6 에 도시된 회로 다이어그램(106)의 경우에, 축열기(6)는 상기 냉각제 컬렉터(7)(도 4 참조)로부터 분리되어 배열되고, 그 결과 상기 축열기(6)는 상기 냉각장치의 나머지로부터 공간적으로 충분히 멀리 배열될 수 있으며, 고열 저장용량(high heat storage capacity)이 제공될 수 있다. 축열기(6) 및 냉각제 컬렉터(7)를 분리하여 배열하는 것은 상기 냉각 장치(106)의 패키징을 상당히 단순하게 한다. 게다가 증발기(5) 및 냉각제 컬렉터(7) 사이에 유지되는 냉각 장치의 배관 길이는 낮은 레벨로 상기 냉각제 압력 손실을 유지하기 위하여 짧게 유지될 수 있다.
도 5a, 5b 및 6 에 도시된 회로 연결부(circuit connection, 105, 106)는 높은 냉각 전력이 요구되지 않고, 증발기(5) 및 축열기(6)의 장치 높이 사이에 상당한 차이를 달성하는 것이 가능하며, 그러므로 적당한 중력 회로(gravity circuit)가 생산되는 정지 에어-컨디션닝 시스템에 매우 적당하다. 이와 같은 엔진-독립(engine-independent) 에어 컨디션닝을 위한 하나의 가능한 응용 영역은 운전자의 운전석(cab)이 작업장(workplace), 숙소(accommodation) 및 침실(sleeping space)로 작용하고, 긴 여정이후에 상기 운전자를 위하여 휴식기간에 대한 법률상의 규제가 있는 장거리 상업용 자동차(long-haul commercial vehicles)가 된다. 이와 같은 엔진-독립 에어-컨디션닝은 뜨겁고 습기 찬 주위 조건으로부터 상기 운전자를 보호할 수 있다. 특히 밤에는, 태양 복사가 없기 때문에 냉각에 대한 요구가 그렇게 높지 않을 때, 상기 중력기반 에어-컨디션닝 회로는 상기 운전자 운적석의 에어-컨디션닝에 적당할 것이다. 만약 정지 상태에서 요구되는 냉각 용량이 높을 때, 상기 냉각제 응축수 흐름은 회전 펌프에 의해서 밀어 올려져야 할 것이다.
도 7 에 도시된 압력(p)/엔탈피(h) 다이어그램은 압축 냉각 회로(도면 부호 1(압축기), 2(주위 열교환기), 3(내측 열교환기), 4(팽창 밸브), 5(증발기) 및 8(내측 열교환기)에 의해 규정된 A/C 회로) 및 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 냉각제 CO2 의 상태에 대한 예를 도시한다. 상기 다이어그램은 정지 냉각 동안 상기 냉각제가 A/C 동작에서 보다 상기 증발기(5)에서 대략 50% 이상의 엔탈피 변화를 수행하는 것을 도시한다. 상기 냉각 용량은 냉각제 질량 흐름(mass flow)과 상기 냉각제의 엔탈피 변화의 곱으로부터 계산될 수 있으며, 즉 증발기(5)에서의 동일한 냉각 용량에 대하여, 상기 정지 냉각은 50% 더 낮은 냉각제 질량 흐름을 요구한다는 것이 알려져 있다. 이것은 상기 보조 회로(auxiliary circuit)(응축수 배관(14)) 및 상기 순환 펌프(13) 내의 배관 단면(line cross section)이 그에 대응하여 작게 만들어질 수 있다는 것을 의미한다.

Claims (17)

  1. 고압 영역(high pressure region)을 가지는 A/C 동작을 위한 냉각제(refrigerant)의 압축 냉각 회로(compression refrigeration circuit), 흡입 영역(suction region) 및 상기 압축 냉각 회로가 연결된 정지 냉각회로가 꺼질 때 정지 에어-컨디션닝 동작(stationary air-conditioning operation)을 위해 연결된 정지 에어-컨디션닝 회로(connected stationary air-conditioning circuit)를 가지며,
    - 압축기(compressor);
    - 팽창 밸브(expansion valve);
    - 주위로 냉각(refrigeration)을 방출하기 위한 냉각기로서의 증발기(evaporator); 및
    - 열 저장매체(heat storage medium)를 포함하는 축열기(thermal accumulator)를 모두 포함하며, 상기 축열기는 냉각 어큐뮬레이터(refrigeration accumulator) 및 정지 에어-컨디션닝 동작 동안 응축기(condenser)로서 작용하고, 열 전달매체로서 존재하는 냉각제는 상기 축열기로부터 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 증발기로 상기 냉각(refrigeration)을 전달하기 위해 사용되는 자동차를 위한 에어-컨디션닝 장치(air-conditioning installation)에 있어서,
    상기 증발기(5) 및 상기 축열기(6)가 냉각제 흐름에 대하여 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 냉각제 컬렉터(refrigerant collector, 7)는 상기 냉각 회로의 흡입 영역(suction area), 상기 냉각제 측부 상의 증발기(5)의 상향흐름(upstream) 또는 하향흐름(downstream) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각제(11)는 이산화탄소(CO2)인 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 냉각제(11)는 상기 축열기(6) 또는 상기 냉각제 컬렉터(7)로부터 응축수 배관(condensate line, 14)을 통하여 순환 펌프(circulation pump, 13)에 의해 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 증발기로 전달되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  5. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 냉각제(11)는 상기 축열기(6) 또는 상기 냉각제 컬렉터(7)로부터 응축수 배관(condensate line, 14)을 통하여 순환 펌프(circulation pump, 13)에 의해 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 증발기로 전달되고, 스위칭 밸브(switching valve, 17)에 의해 닫힐 수 있으며, 상기 증발기(5)는 상기 축열기(6) 또는 상기 냉각제 컬렉터(7) 보다 측지학적으로(geodetically) 더 낮은 레벨에 배열되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정지 에어-컨디션닝 회로 내의 또는 상기 냉각제 측부 상의 냉각제 어큐뮬레이터(7)는 상기 축열기(6)의 하향흐름 및 상기 순환펌프(13) 또는 상기 증발기(5)의 상향흐름에 배열되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 냉각제 컬렉터(7) 및/또는 상기 축열기(6) 및/또는 상기 응축수 배관(14)은 열적으로 절연되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 응축수 배관(14)의 개구부(14')는 상기 순환 펌프(13) 또는 열사이폰(thermosiphon) 효과가 액체 냉각제(11) 내에서 단지 흡수하는 깊이까지 상기 냉각제 컬렉터(17)로 돌출되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 에어-컨디션닝 동작에서 역지 밸브(nonreturn valve, 9)는 냉각제(11)가 상기 고압 영역으로부터 상기 증발기(5) 및 상기 냉각제 컬렉터(7)를 포함하는 동력부(power section) 내로 관통하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 순환 펌프(13) 및/또는 상기 역지 밸브(9)는 상기 축열기(6) 또는 상기 냉각제 컬렉터(7) 내에 통합되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  11. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축열기(6) 및 상기 냉각제 컬렉터(7)는 서로 통합되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축열기는 상기 냉각제 컬렉터(7)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  13. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축열기(6) 및 상기 냉각제 컬렉터(7)는 분리되어 배열되는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축열기(6) 및 상기 압축 냉각 회로가 가동중일때 A/C 동작 내의 냉각 로딩(loading)은 바이패스 배관(bypass line, 6)을 가지는 전기적 또는 열역학적 바이패스 밸브(bypass valve, 15)에 의해 우회될 수 있는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축열기(6) 내의 상기 열 저장매체(6')는 고체 및 액체 상 사이의 상변화(phase change)를 경험하는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발기(5)는 십자형-역류(cross-countercurrent) 디자인인 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축열기(6)가 냉각으로 완전히 로드(load)될 때, 상기 압축 냉각 회로 및 상기 정지 에어-컨디션닝 회로는 병렬로 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는, 에어-컨디션닝 장치.
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