KR20060118583A - 차량용 공조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기식으로 구동되는 압축기(2), 응축기(4), 팽창 밸브(10) 및 잠재형 냉각부(12)를 포함하는 냉각제 회로(1)를 포함하는 차량용 공조 시스템에 관한 것이다. 냉각제 회로(1)에 의해 잠재형 냉각부(12)로부터 열이 제거되며, 이것을 잠재형 냉각부(12)의 차징(charging)이라고 한다. 공조 시스템에는 또한 공기 냉각 수단이 장착되는데, 이 공기 냉각 수단은 상기 공기로부터 열을 제거하여 이 열을 잠재형 냉각부(12)로 공급하도록 구성된다. 따라서, 비용 효과적이고 효율적인 공조 시스템은 특히 차량의 정지 상태에서 사용될 수 있다.

Description

차량용 공조 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 잠재형 냉각부를 포함하는 냉각제 회로를 구비하며, 상기 잠재형 냉각부의 열이 냉각제 회로에 의해 회수되는 것인 차량용 공조 시스템에 관한 것이다. 이러한 열의 회수를 차징(charging)이라고 한다. 더욱이, 공조 시스템은 공기 냉각 수단을 포함하며, 이 냉각 수단은 공기로부터 열을 회수하여 이 열을 잠재형 냉각부로 공급하도록 형성된다. 이러한 열의 공급을 디스차징이라고 한다. 특히, 그러한 공조 시스템은 화물 차량용으로 사용된다. 특히, 화물 차량에서 그러한 공조 시스템은 고정식 공조 시스템으로서 사용된다.
압축기, 액화기, 어큐뮬레이터 및 하나 이상의 아이스 저장 유닛을 지닌 냉각제 회로를 구비하는 차량용 고정식 공조 시스템이 DE 198 52 641 C1에 공지되어 있다. 아이스 어큐뮬레이터 유닛은 팽창 기관을 지닌 증발기와, 팽창 기관을 둘러싸는 아이스 어큐뮬레이터로 구성된다. 더욱이, 팽창 기관을 지닌 다른 증발기가 하나 이상의 아이스 어큐뮬레이터 유닛에 병렬로 연결되며, 상기 다른 증발기는 냉각제가 아이스 어큐뮬레이터 유닛의 증발기 또는 다른 증발기를 통해 흐르는 경우에 개별 스위칭 밸브에 의해 제어될 수 있다. 압축기는 차량의 구동 모터에 의해 기계식으로 구동되며, 팬 벨트를 통해 자석 클러치에 의해 구동 모터에 커플링된다.
도 1은 공조 시스템의 제1 실시예를 도시하고,
도 2는 공조 시스템의 제2 실시예를 도시하며,
도 3은 공조 시스템의 제3 실시예를 도시하고,
도 4는 공조 시스템의 제4 실시예를 도시하며,
도 5는 공조 시스템의 제5 실시예를 도시하고,
도 6은 공조 시스템의 제6 실시예를 도시한다.
본 발명의 목적은 차량의 정지 작동 중에 차량을 냉각시키도록 되어 있는 콤팩트한 공조 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항의 특징에 의해 해결된다. 본 발명의 다른 유리한 구성은 종속항의 내용이다.
본 발명은 전동식 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 잠재형 냉각부를 포함하는 제1 냉각제 회로와, 공기로부터 열을 회수하고 이 열을 잠재형 냉각부로 공급하도록 형성된 공기 냉각 요소를 구비하며, 상기 잠재형 냉각부의 열이 냉각제 회로에 의해 회수되는 것인 차량용 공조 시스템에 의해 특징 지워진다. 압축기를 전동식으로 함으로써, 압축기의 동력을 차량의 구동 샤프트의 회전 속도와는 무관하게 조정할 수 있고, 필요하다면 압축기에도 또한 차량의 구동과는 무관하게 전기 에너지가 제공된다. 이에 따라, 매우 뜨거운 와중에도 또한 간단한 방식으로 잠재형 냉각부로부터 소정량의 열을 회수할 수 있다.
다른 주요한 공조 시스템이 차량에 배치되는 경우, 이 공조 시스템의 압축기는 차량의 구동 샤프트, 예컨대 크랭크 샤프트에 의해 구동되며, 주요한 공조 시스템이 최대 용량으로 작동될 때에 공조 시스템에 있는 잠재형 냉각부의 차징이 신속하게 영향을 받을 수 있다.
잠재형 냉각부는 매우 높은 비냉각 용량(specific cold capacity)에 의해 특징 지워진다. 이것은 공조 시스템이 매우 콤팩트하게 형성될 수 있다는 장점을 갖는다. 특히, 상기 잠재형 냉각부는 구동 샤프트가 회전하지 않을 때에 차량의 정지 작동 중에 공기로부터 많은 양의 열을 회수할 수 있다.
본 발명의 유리한 구성에 있어서, 공조 시스템은 펌프, 잠재형 냉각부 및 공기로부터 열을 회수하여 상기 잠재형 냉각부에 공급하는 열 교환기를 포함하는 냉각제 회로를 구비한다. 이것은 열 교환기를 차량 내의 임의의 위치에 배치할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 다른 유리한 구성에 있어서, 열 교환기에는 송풍기가 배속되며, 이 송풍기는 열 교환기를 통과하는 공기 흐름에 영향을 주는 동시에 가열 요소를 통과하는 공기 흐름에 영향을 준다. 이것은 한편으로는 공기를 냉각하는 데 있어서, 그리고 다른 한편으로는 공기를 가열하는 데 있어서 단지 하나의 송풍기만이 필요하다는 장점을 갖는다.
특히, 가열 요소가, 유체가 통과하여 흐르는 난방 열 교환기일 때에 유체는 연료 가열 장치에 의해 가열될 수 있는 것이 유리하다. 이러한 방식으로 형성되는 가열 요소에 의해서, 현저히 높은 화력이 가능하다.
본 발명의 다른 유리한 구성에 있어서, 잠재형 냉각부는 냉각될 공기가 잠재형 냉각부를 통해 흐르는 동시에 잠재형 냉각부에 의해 냉각되도록 배치된다. 따라서, 공조 시스템은 현저히 콤팩트하게 형성될 수 있다. 이러한 관점에 있어서, 그것은 냉각제 회로가 복수 개의 잠재형 냉각부를 포함하는 경우에 현저히 유리하다. 따라서, 차량의 여러 위치에서의 냉각이 영향을 받을 수 있다. 특히, 이것은 운전자칸 이외에도 이 운전자칸과 별개로 형성된 취침/생활 공간을 구비하는 화물 차량에 있어서 유리하다.
본 발명의 다른 유리한 구성에 있어서, 발전기가 공조 시스템에 배속되어, 연소 기관 구동부의 구동 샤프트에 의해 구동되고, 따라서 전동식 압축기의 전기 에너지를 제공한다. 그러한 방식으로, 전동식 압축기가 구동 작동 중에 높은 출력으로 작동될 수 있다.
개략도를 기초로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
모든 도면에서, 동일한 구성 및 기능을 지닌 요소는 동일한 참조 부호로 식별한다.
공조 시스템(도 1)은 차량, 특히 화물 차량에 배치된다. 상기 공조 시스템은 냉각제 회로(1)를 구비하며, 이 냉각제 회로는 전동식 압축기(2), 응축기 송풍기(6)가 배속된 응축기(4), 어큐뮬레이터(8), 팽창 밸브(10) 및 잠재형 냉각부(12)를 포함한다.
팽창 밸브(10)는 제어 가능하거나 또는 단지 흐름 제한 장치로서 형성될 수 있다. 압축기(2)는 출력부가 제1 라인(14)을 통해 응축기(4)에 연결되며, 응축기는 출력부가 제2 라인(16)을 통해 어큐뮬레이터(8)에 연결되고, 바람직하게는 건조기도 또한 포함한다. 어큐뮬레이터(8)는 제3 라인(18)을 통해 팽창 밸브(10)에 연결되며, 팽창 밸브는 출력부가 제4 라인(20)에 의해 잠재형 냉각부에 연결된다. 잠재형 냉각부(12)는 출력부가 제5 라인(22)을 통해 압축기(2)의 입력부에 연결된다. 전동식 압축기에는 바람직하게는 차량 구동부(28)의 구동 샤프트(26)에 의해 구동되는 발전기(24)로부터 전기 에너지가 공급된다. 예컨대, 구동부(28)는 연소 기관일 수 있다. 그러나, 전동식 압축기에는 또한 다른 방식, 예컨대 연료 전지 또는, 예컨대 배터리와 같이 전기 에너지를 출력하는 임의의 요소에 의해서 전기 에너지가 공급될 수도 있다. 또한, 전동식 압축기에는 예시적으로 열거된 요소들의 임의의 조합에 의해 전기 에너지가 공급될 수도 있다. 이들 요소의 치수를 개별적으로 정함으로써, 전동식 압축기(2)가 극한의 작동 조건하에서도 충분한 출력으로 작동되어 잠재형 냉각부(12)로부터 소망하는 양의 열을 회수할 수 있다.
전동식 압축기(2)의 작동 중에, 예컨대 R134a 또는 CO2일 수 있는 냉각제가 압축되어 그 온도가 증가한다. 응축기(4)는 이 응축기를 통해 흐르는 공기에 의해 냉각제로부터 열을 회수하기 위해서 응축기 송풍기와 협동하도록 형성된다.
따라서, 냉각되어 액화된 냉각제는 제2 라인(16)을 통해 어큐뮬레이터(8)로 더 흐르고, 어큐뮬레이터에서부터 제3 라인(18)을 통해 팽창 밸브(10)로 흐르며, 상기 팽창 밸브에 의해 냉각제가 저압으로 팽창되고, 이에 따라 냉각제의 온도가 현저히 감소한다. 후속하여, 냉각제가 잠재형 냉각부(12)로 흐르고, 이 잠재형 냉각부에서 냉각제를 기화시킴으로써 잠재형 냉각부 매체로부터 열을 회수한다. 그 후, 가스 상태의 냉각제가 제5 라인(22)을 통해 전동식 압축기(2)로 더 흘러서, 이 압축기에서 다시 압축된다.
잠재형 냉각부(12)의 높은 비냉각 용량은 잠재형 냉각부의 냉각부 매체가 액체 상태에서 고체 상태로 상변화가 일어나도록 냉각제에 의해서 에너지가 회수된다는 사실로부터 기인한다. 따라서, 잠재형 냉각부는 콤팩트하게 형성될 수 있다. 게다가, 잠재형 냉각부는 저렴하게 생산될 수 있다.
냉각제가 CO2인 경우에는, 응축기(4)가 가스 냉각기이고, 라인(18, 22)이 내부 열 교환기 내에서 서로 접촉하며, 어큐뮬레이터가 라인(22)에 배치되는 것이 바람직하다.
공조 시스템은 열 교환기(32), 펌프(34) 및 잠재형 냉각부(12)를 구비하는 냉각제 회로(30)를 포함한다. 잠재형 냉각부(12)는 제6 라인(36)을 통해 열 교환기(32)에 연결되고, 이 열 교환기의 출력부는 제7 라인(38)을 통해 펌프(34)의 입력부에 연결된다. 펌프(34)는 출력부가 제8 라인(40)을 통해 잠재형 냉각부(12)에 연결된다.
바람직하게는, 펌프(34)는 전동식이며, 예컨대 도시되지 않은 배터리로부터 필요한 전기 에너지를 얻을 수 있다. 펌프(34)는 잠재형 냉각부(12)를 통해 냉각제 회로의 냉각제를 펌핑하며, 이러한 방식으로 잠재형 냉각부(12)에 열이 공급되고 냉각된다. 다음에, 냉각된 냉각제가 제6 라인(36)을 통해 열 교환기(32)로 주입되거나 흐르고, 이 열 교환기에는 제어된 방식으로 송풍기(42)에 의해 공기가 공급되며, 그 후 이 공기가 열 교환기에 열을 전달하며, 이에 따라 공기가 냉각되어 소망하는 차량 내부 공간의 냉각에 기여한다. 열 교환기(32)는 승객칸 영역에 배치될 수 있거나 차량의 취침 또는 생활 공간에 배치될 수도 있다. 흐르는 공기로부터 전달된 열은 열 교환기(32)의 냉각제를 가열하고, 이에 따라 가열된 냉각제가 제7 라인(38)을 통해 펌프(34)로 흘러, 잠재형 냉각부(12)로 다시 펌핑된다.
전동식 압축기(2)는 차량의 구동 작동 중에 작동되는 것이 바람직하며, 이에 따라 잠재형 냉각부(12)로부터 열이 회수된다. 차량의 정지 작동 중에, 압축기(2)가 작동되지 않거나 또는 기껏해야 낮은 전력으로 작동되는 것이 바람직하다. 정지 작동시에, 펌프(34)는 요구되는 냉각 출력에 따라 구동되며, 따라서 공기가 냉각제 회로(30)에 의해 차량 내에서 냉각된다.
본 발명의 제2 실시예(도 2)에서는, 난방 열 교환기인 가열 요소(44)가 추가적으로 마련되어, 유체, 바람직하게는 물-글리콜계 혼합물이 난방 열 교환기를 통해 흐르고, 이 유체는 연료 가열 장치(46)에 의해 가열될 수 있고, 제9 라인(48)을 통해 난방 열 교환기(44)에 공급된다. 난방 열 교환기(44)는 송풍기(42)가 또한 이 난방 열 교환기를 통해 흐르는 공기를 제어하도록 배치된다. 따라서, 간단하게 하나의 송풍기(42)에 의해서 난방 열 교환기(44)를 통과하여 흐르는 공기와 열 교환기(32)를 통과하여 흐르는 공기 양자가 제어될 수 있다.
공조 시스템의 제3 실시예(도 3)에서는, 예컨대 PTC-저항 요소로서 형성될 수 있는 공기 가열 요소(50)가 마련되며, 이 공기 가열 요소는 전기 에너지를 열로 전환시킬 수 있고, 공기 가열 요소(50) 다음으로 흐르는 공기의 양이 송풍기(42)에 의해 제어되도록 배치된다. 예컨대, 공기 가열 요소(50)는 연료 공기 가열 장치로서 형성될 수 있다.
공조 시스템의 제4 실시예(도 4)에서는, 송풍기(42)가 잠재형 냉각부(12)에 배속되고, 이 송풍기는 냉각될 공기가 잠재형 냉각부를 통해 흐르거나 잠재형 냉각부에 배속된 냉각 핀으로 흘러 잠재형 냉각부(12)에 열을 전달하여 냉각되도록 제어한다. 이러한 방식으로, 공조 시스템은 현저히 콤팩트하게 형성될 수 있는데, 그 이유는 특히 차량 내의 복수 위치에서 공기 냉각이 영향을 받게 될 때에 냉각제 회로(30)가 생략될 수 있고 이러한 관점에서 공조 시스템이 복수 개의 잠재형 냉각부(12)를 포함하는 것이 유리하기 때문이다. 복수 개의 잠재형 냉각부(12)가 차량의 개별 위치에 배치될 수 있고, 예컨대 화물 차량의 잠재형 냉각부(12)가 승객칸에 배치될 수 있으며, 다른 잠재형 냉각부(12)가 승객칸과 별도로 형성된 취침 및/또는 생활 공간에 배치될 수 있다.
공조 시스템의 제4 실시예에서는, 도 2 및 도 3의 실시예에 따른 연료 가열 장치(46)와 난방 열 교환기(44) 또는 공기 가열 요소(50)도 또한 존재할 수 있다.
공조 시스템의 제5 실시예(도 5)에서는, 연료 가열 장치(46)가 냉각제 회로(30)의 바이패스(48)에 배치된다. 공조 시스템의 제6 실시예에서는, 연료 가열 장치(46)가 제6 라인(36)에 커플링된다.

Claims (7)

  1. 냉각제 회로(1)와 공기 냉각 수단을 구비하는 차량용 공조 시스템으로서,
    상기 냉각제 회로(1)는 전동식 압축기(2), 응축기(4), 팽창 밸브(10) 및 냉각제 회로(1)에 의해서 열이 회수되는 잠재형 냉각부(12)를 포함하며,
    상기 공기 냉각 수단은 공기로부터 열을 회수하여 이 열을 잠재형 냉각부(12)로 공급하도록 형성되는 것인 차량용 공조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공기 냉각 수단은 펌프(34), 잠재형 냉각부(12) 및 열 교환기(32)를 포함하는 냉각제 회로(30)로 이루어지며, 상기 열 교환기(32)에 의해 공기로부터 열을 회수한 후에 이 열을 잠재형 냉각부(12)로 공급하는 것인 차량용 공조 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 열 교환기(32)에는 이 열교환기(32)를 통과하는 공기 흐름에 영향을 주는 동시에 가열 요소를 통과하는 공기 흐름에 영향을 주는 송풍기(32)가 배속되는 것인 차량용 공조 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 가열 요소는 난방 열 교환기(44)이며, 연료 가열 장치(46)에 의해 가열될 수 있는 유체가 상기 난방 열 교환기를 통과하여 흐르는 것인 차량용 공조 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 잠재형 냉각부(12)는 냉각될 공기가 통과하여 흘러, 이러한 방식으로 냉각되도록 배치되는 것인 차량용 공조 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 냉각제 회로(1)는 복수 개의 잠재형 냉각부(12)를 포함하는 것인 차량용 공조 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 차량 구동부(28)의 구동 샤프트(26)에 의해 구동되는 발전기(24)가 배속되어, 전동식 압축기(2)를 구동시키기 위한 전기 에너지를 공급하는 것인 차량용 공조 시스템.
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