KR20110096179A

KR20110096179A - 흡수 냉동기를 구비한 차량, 특히 자동차

Info

Publication number: KR20110096179A
Application number: KR1020117018075A
Authority: KR
Inventors: 블라디미르 다노프; 안드레아스 슈뢰터
Original assignee: 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2011-08-29
Also published as: DE102009007231A1; JP2012516800A; BRPI0924273A2; EP2393681A1; CN102292229A; US20120031131A1; WO2010088978A1

Abstract

본 발명은 폐열을 발생시키는 구동 장치(2), 특히 엔진과, 내부 공간을 냉각시키기 위해 냉각 장치(8)를 포함하는 에어 컨디셔닝 장치(10) 및/또는 하나의 냉각 장치 또는 냉각 장치(8)에 의해 냉각될 하나 이상의 구성 요소(11)를 포함하는 차량, 특히 자동차(1, 1')에 관한 것이며, 냉각 장치(8)는 구동 장치(2)의 폐열을 사용하는 흡수 냉동기(9), 특히 확산 흡수 냉동기로서 형성된다.

Description

흡수 냉동기를 구비한 차량, 특히 자동차{VEHICLE, IN PARTICULAR MOTOR VEHICLE, HAVING ABSORPTION REFRIGERATING MACHINE}

본 발명은 폐열을 발생시키는 구동 장치, 특히 엔진과, 내부 공간을 냉각시키기 위해 냉각 장치를 포함하는 에어 컨디셔닝 장치 및/또는 하나의 냉각 장치 또는 상기 냉각 장치에 의해 냉각될 하나 이상의 구성 요소를 포함하는 차량, 특히 자동차에 관한 것이다.

차량의 구동 장치에서, 특히 자동차의 내연 기관에서도 무시할 수 없을만한 양의 폐열이 작동 중에 발생한다. 이러한 폐열은 냉각제(대부분은 물)가 가열되면서 구동 냉각 장치를 통해 배출되고 그리고/또는 상응하는 배기 가스 배출 장치를 통해 배출되는 가열된 배기 가스로도 표출된다.

이 경우, 기본적으로 연료 소비를 감소시키기 위해 내연 기관의 폐열을 사용하는 자동차가 제안되었다. 예를 들어, 펠티에 요소들(peltier elements)에 기초한 열전기 제너레이터를 사용하는 것이 제시되었으며, 이러한 열전기 제너레이터는 내연 기관의 기계적 에너지를 더 적게 사용하기 위해 발전기(dynamo)의 부하를 경감시키기 위해 사용된다. 추가의 개선예는 폐열로부터 기계적 에너지를 얻기 위해 증기 회로를 사용한다. 또한, 차량을 구동시키기 위해 스털링 엔진(stirling engine)을 사용하여 추가의 운동 에너지를 발생시키는 것(예를 들어 DE 10 2007 000 189 A1호 참조)이 제시되었다. 발생하는 기계적 에너지는 예를 들어 EVT 변속기에 의해, 차량을 구동시키기 위해 사용된다.

따라서, 본 발명의 목적은 폐열이 특히 바람직하게 사용될 수 있는 차량, 특히 자동차를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 도입부에 언급된 유형의 차량에서는 본 발명에 따라 냉각 장치가 구동 장치의 폐열을 사용하는 흡수 냉동기, 특히 확산 흡수 냉동기로서 형성되는 것이 제공된다.

이러한 방식으로, 구동 장치, 특히 엔진의 폐열은 냉기를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 경우, 냉각될 구성 요소를 위한 종래 방식의 냉각 장치 또는 종래 방식의 에어 컨디셔닝 압축기 대신에 엔진의 폐열을 특히 바람직하게 사용하는 흡수 냉동기를 사용하는 것이 제시된다.

흡수 냉동기는 선행 기술에 기본적으로 공지되어 있다. 이러한 흡수 냉동기에서는 압축 냉동기와 대조적으로, 압축은 냉각제가 온도에 영향을 받으면서 용매에 용해됨으로써 실행된다("열압축기"). 부가적으로 흡수 냉동기는 용매 회로를 가진다. 통상적으로 2개의 구성 요소들, 즉 용매와 냉각제는 통합하여 작동 매체로도 불린다. 냉각제가 용매에 완전히 용해 가능하다는 것이 전제 조건이다. 통상적으로 사용되는 조합은 냉각제로서 물과 용매로서 리튬 브로마이드가 있으며 또는 냉각제로서 암모니아와 용매로서 물도 있다. 회로에서 작동 매체들은 우선 용액이 가열되는, 소위 이젝터(ejector)에서 서로 분리된다. 냉각제는 더 낮은 증발 온도로 인해 맨 먼저 증발되고, 이후 냉각제의 증기는 액체 분리기를 통해, 함께 증발된 잔존 용매로부터 제거된다. 응축기에서 냉각제는 증발기 내에서 주변열을 흡수하면서 증발되도록 액화되므로, 유익한 효과가 발생한다. 이어서, 냉각제 증기는 흡수체 내에 안내되어, 재차 용액이 생성된다. 냉각제로부터 분리된 이후에 용매는, 밸브에 의해 흡수체 압력으로 팽창하고 냉각된 이후에 이러한 흡수체 내로 도입된다. 용매 회로는 마지막으로 "열압축기"로 불리는데, 이는 압축 냉동기의 압축기의 상응하는 임무를 담당하기 때문이다. 이 경우, 종래의 흡수 냉동기에서 단 하나의 가동 부품으로서, 용매 회로 내의 용매 펌프가 사용된다. 이러한 실시예에서 용매 펌프가 밸트 구동 형태로 구동 장치에 의해 그리고/또는 차량의 주행에 의해 작동 가능한 사실이 바람직하게 제공될 수 있다. 이와 같이, 흡수 냉동기를 작동하기 위한 추가의 에너지원이 요구되지 않는다.

그러나 특히 바람직하게는 확산 흡수 냉동기가 사용되며, 이러한 확산 흡수 냉동기는 압력 변화가 부분압 변화로서 구현되므로, 용매 펌프와 더불어 기계적으로 운동하는 마지막 구성 요소도 생략되는 흡수 냉동기의 변형예를 나타낸다. 그러나 작동 매체를 위한 제3의 구성 요소, 즉 비활성 기체, 예를 들어 헬륨이 필요하다. 따라서, 확산 흡수 냉동기는 신뢰 가능하게 작동하게 하기 위해 단지 구동 장치의 폐열의 공급만을 필요로 한다.

따라서, 흡수 냉동기로서 형성되는 냉각 장치에는 많은 장점들이 따른다. 한편으로, 흡수 냉동 설비는 실질적으로 마모가 없고 유지 보수가 따르지 않으므로, 오랫동안 신뢰하며 사용할 수 있다. 또한, 흡수 냉동기는 가동 부품이 거의 없이(심지어 확산 흡수 냉동기의 경우는 전혀 없이) 형성된다. 스털링 엔진과는 대조적으로 흡수 냉동기는 추가의 장점들도 포함한다. 이와 같이, 스털링 엔진은 전체 기기로서 통합되어야 하는 반면, 이러한 흡수 냉동기에서는 개별 부품들을 분할 배치하는 것이 가능하다. 더욱이, 차량, 특히 자동차 내에 생성되는 온도 및 온도 차이를 위해서는 흡수 냉동기가 더욱 적합하다.

냉각될 구성 요소 및 에어 컨디셔닝 장치가 차량 내에 존재하는 경우, 특히 바람직하게는 에어 컨디셔닝 장치 및 냉각될 구성 요소에 할당되어 있는 단 하나의 냉각 장치만이 사용된다. 냉각될 추가 구성 요소는 예를 들어 보조 조립체 및/또는 전자 구성 요소 및/또는 배터리일 수 있다. 많은 하이브리드 차량에서 이는 특히 바람직한데, 이는 대체로 전자 구성 요소를 냉각하기 위해 에어 컨디셔닝 장치가 어차피 사용되기 때문이다. 약 90℃에서 작동되는 차량의 구동 냉각 장치는 대체로 전자 시스템을 냉각하기 위해 적합하지 않다는 점이 지적되어야 하는데, 이는 전자 시스템이 통상적으로 40℃ 미만의 온도를 필요로 하기 때문이다.

본 발명에 따른 설계가, 특히 내연 기관에 의해 구동되는 자동차를 위해서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 당연히 물로 냉각되거나 오일로 냉각되는 전기 구동 장치의 폐열을 사용하기 위해서도 사용될 수 있다는 사실도 강조되어야 한다. 예를 들어 열차 객실의 에어 컨디셔닝 작동을 위한 기관차의 구동 장치들 및/또는 전자식 주행 속도 제어 장치의 폐열을 사용하는 것이 가능할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 적용을 통해서는 특히, 에어 컨디셔닝 장치의 종래 방식의 에어 컨디셔닝 압축기가 생략될 수 있다. 이 밖에, 이러한 방식으로는 당연히 연료 소비도 감소하는데, 이는 대체로 에어 컨디셔닝 장치의 에어 컨디셔닝 압축기가 연료 소비를 약 15% 증가시키기 때문이다. 이와 관련하여, 흡수 냉동기의 추가 장점으로서 흡수 냉동기는 소음이 극히 적게 작동하며, 이에 따라 차량 내의 소음 레벨을 더 이상 상승시키지 않는다는 사실도 언급되어야 한다.

배기 가스를 발생시키는 내연 기관에 의해 작동되는 자동차에서는, 흡수 냉동기를 작동시키기 위해 사용된, 차량의 배기 가스로부터의 폐열을 흡수 냉동기에 전달하기 위한 열교환기가 제공될 수 있다. 즉, 이러한 실시예에서 엔진의 배기 가스의 열은 흡수 냉동기를 작동시키기 위해 사용된다.

부가적으로 또는 대안적으로, 냉각제를 순환시키며 구동 장치를 냉각하기 위한 구동 냉각 장치가 제공되며, 구동 장치를 냉각하기 위한 열교환기의 하류에는 냉각제로부터 안내된 폐열을 흡수 냉동기에 전달하기 위한 열교환기가 연결된다. 발생된 폐열, 즉 구동 장치의 냉각을 통해 가열된 냉각제, 예를 들어 냉각수에서의 폐열의 사용은 여기서 설정된다. 이러한 유형의, 흡수 냉동기를 위한 열교환기는 예를 들어 냉각제, 특히 물이 재차 냉각되는 압축기 이전에 배치될 수 있다. 특히 자동차에서는 예를 들어 스털링 엔진과는 대조적으로 흡수 냉동기가 특히 유용하게 사용되는데, 이는 대개 구동 냉각제 회로 내의 온도 차이가 단지 10℃ 내지 15℃이므로, 스털링 엔진이 전혀 적합하지 않을 수 있기 때문이다. 그 밖에, 구동 냉각 장치에서 얻어지는 폐열은 상술한 바와 같이 전기 구동 장치가 냉각될 때 사용된다.

구동 장치의 냉간 시동 시에는 흡수 냉동기가 자신의 작동을 수용할 수 있을 때까지 어느 정도의 시간이 소요된다. 이러한 시간을 방지하기 위해, 사전 설정된 작동 온도에 도달할 때까지 흡수 냉동기는 전기 가열 장치의 전기적으로 생성된 열에 의해 작동될 수 있다. 특히, 이 경우 에어 컨디셔닝 장치가 활성화되도록 스위칭 되었는지도 조회될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 냉각 장치는 폐열이 없는 작동 단계들을 브릿지 연결하기 위한 냉기 저장기를 포함할 수도 있다. 그러면, 에어 컨디셔닝 장치는 엔진이 작동 온도가 될 때까지, 저장된 냉기에 의해 작동될 수 있다. 이어서, 냉기 저장기는 흡수 냉동기를 통해 재충전될 수 있다.

본 발명의 추가의 장점 및 특징들은 하기에 설명된 실시예들에서 그리고 도면에 의해 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차의 제2 실시예를 도시한 도면이다.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따라, 본 발명에 따른 자동차(1)의 중요 구성 요소들이 본 발명에 대한 기본 도식으로 도시되어 있다. 자동차(1)는 구동 장치(2)로서 내연 기관을 포함하며, 이러한 내연 기관은 구동 냉각 장치(3)를 통해 냉각된다. 이 경우, 냉각제로서 물이 구동 냉각제 회로(4) 내에서 순환하며, 열교환기(5) 내에서 구동 장치(2)의 폐열이 흡수된다. 냉각제가 응축기(7) 내에서 재차 냉각되기 이전에 열교환기(5) 하류에는 추가의 열교환기(6)가 연결되어 있다.

이러한 경우 냉각제 내에 포함된 구동 장치(2)의 폐열은 열교환기(6)를 통해 냉각 장치(8)에 전달될 수 있으며, 이러한 냉각 장치는 본 실시예에서 흡수 냉동기(9)로서, 더 정확하게는 확산 흡수 냉동기로서 형성된다. 이에 따라, 구동 냉각제 회로(4)에서 추출된 폐열은 이러한 폐열을 냉기로 변환하는 흡수 냉동기(9)를 작동시키기 위해 사용된다. 이러한 현상이 어떻게 발생하는지는 선행 기술에 널리 공지되어 있으며, 본원에 더 상세히 설명될 필요는 없다.

흡수 냉동기(9) 내에서 발생하는 냉기는 에어 컨디셔닝 장치(10)를 작동시키기 위해, 그리고 냉각될 추가의 구성 요소(11), 예를 들어 전자 제품(12) 또는 배터리(13)를 냉각시키기 위해 사용된다.

도 2에는 마찬가지로 내연 기관(2)에 의해 작동되는 본 발명에 따른 자동차(1')의 추가의 일 실시예가 도시되어 있다. 내연 기관(2) 내에는 배기 가스가 생성되어 상응하는 배출 장치(14)를 통해 이송된다. 열교환기(15)를 통해서, 배기 가스 내에 함유된 폐열은 재차 흡수 냉동 설비(9)로서 형성된 냉각 장치(8)의 작동을 위해 사용된다. 재차, 이와 같이 발생된 냉기는 에어 컨디셔닝 장치(10)의 작동을 위해, 그리고 냉각될 추가의 구성 요소(11)를 냉각하기 위해 사용된다.

마지막으로, 냉기 저장기(16)의 냉기가 사용됨으로써 구동 장치(2)의 냉간 시동 시에도, 예를 들어 에어 컨디셔닝 장치(10)가 바로 작동 가능하도록 하기 위해, 제1 실시예에서 뿐만 아니라 제2 실시예에서도 냉각 장치(8)는 냉기 저장기(16)를 포함할 수 있다는 사실도 제시된다. 구동 장치(2)가 특정 작동 온도에 도달하였으면, 냉기 저장기는 더 이상 사용되지 않고 흡수 냉동기(9)를 통해 재충전된다.

대안적으로, 사전 설정된 작동 온도에 도달할 때까지 흡수 냉동기(9)를 작동시키기 위해 전기 가열 장치를 사용하는 것도 고려 가능하다.

마지막으로, 흡수 냉동기(9)가 확산 흡수 냉동기일 필요는 없고, 용매 펌프를 구비한 종래의 흡수 냉동기도 사용될 수 있다는 사실도 참고된다. 이 경우, 이러한 흡수 냉동기는 특히 바람직하게 밸트 구동 형태로 사용될 수 있다.

Claims

폐열을 발생시키는 구동 장치(2), 특히 엔진과, 내부 공간을 냉각시키기 위해 냉각 장치(8)를 포함하는 에어 컨디셔닝 장치(10) 및/또는 하나의 냉각 장치 또는 상기 냉각 장치(8)에 의해 냉각될 하나 이상의 구성 요소(11)를 포함하는 차량, 특히 자동차(1, 1')에 있어서,
냉각 장치(8)는 구동 장치(2)의 폐열을 사용하는 흡수 냉동기(9), 특히 확산 흡수 냉동기로서 형성되는 것을 특징으로 하는 차량.
제1항에 있어서, 용매 펌프를 사용하는 흡수 냉동기(9)에서, 상기 용매 펌프는 밸트 구동 형태로 구동 장치(2)에 의해 그리고/또는 차량의 주행에 의해 작동 가능한 것을 특징으로 하는 차량.
제1항 또는 제2항에 있어서, 흡수 냉동기(9)를 작동시키기 위해 사용된, 차량의 배기 가스로부터의 폐열을 흡수 냉동기(9)에 전달하기 위한 열교환기(15)가 제공되는 것을 특징으로 하는 차량.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각제를 순환시키며, 구동 장치(2)를 냉각하기 위한 구동 냉각 장치(3)가 제공되며, 구동 장치(2)를 냉각하기 위한 열교환기(5)의 하류에는 냉각제로부터 안내된 폐열을 흡수 냉동기(9)에 전달하기 위한 열교환기(6)가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각될 구성 요소(11)로서 하나 이상의 보조 조립체 및/또는 하나 이상의 전자 구성 요소(12) 및/또는 배터리(13)가 냉각 가능한 것을 특징으로 하는 차량.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각 장치(8)는 폐열이 없는 작동 단계들을 브릿지 연결하기 위한 냉기 저장기(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.