KR20160014737A

KR20160014737A - 자동차용 공조 시스템

Info

Publication number: KR20160014737A
Application number: KR1020160005961A
Authority: KR
Inventors: 델라 로베 로베르토; 두라니 나비드; 그라프 마르크
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2016-02-11
Also published as: WO2015049642A1; KR102103257B1; US20160207371A1; US9821627B2; KR20150039545A; DE102013110965A1; KR20190084219A

Abstract

본 발명은 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템(1)에 관한 것으로, 그러한 공조 시스템(1)은 공기를 이송하는 제1 및 제2 유동 채널들(3, 4)을 구비한 하우징(2)과, 적어도 2개의 열교환기들을 구비하되, 제1 열교환기가 제1 유동 채널(3)에 배치되고, 제2 열교환기가 제2 유동 채널(4)에 배치되는 냉매 회로를 포함한다. 공조 시스템(1)은 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 작동에 맞춰 그리고 재가열 모드의 작동에 맞춰 형성된다. 이때, 제1 열교환기는 작동 모드와 상관없이 증발기(6)로서 형성되어 작동될 수 있고, 제2 열교환기는 작동 모드와 상관없이 응축기(7)로서 형성되어 작동될 수 있다. 하우징(2)은 공조 시스템(1)에서 조절된 공기 질량 흐름을 주위로 배출할 수 있는 적어도 하나의 공기 안내 장치(12, 20)를 포함한다. 냉매 회로에는, 하우징(2)의 외부에 배치되어 증발기로서 또는 응축기로서 작동될 수 있는 열교환기가 형성된다. 본 발명은 재가열 모드 및 히트 펌프 모드에서 공조 시스템(1)을 작동하는 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

자동차용 공조 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLE}

본 발명은 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템에 관한 것이다. 그러한 공조 시스템은 공기를 이송하는 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널을 구비한 하우징과, 적어도 2개의 열교환기들을 구비한 냉매 회로를 포함한다. 제1 열교환기는 제1 유동 채널에 배치되고, 제2 열교환기는 제2 유동 채널에 배치된다.

또한, 본 발명은 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 재가열 모드와 히트 펌프 모드에서 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 재가열 모드에 맞춰 공조 시스템을 작동하는 방법에 관한 것이기도 하다.

오래전부터 선행 기술에 속하여 왔던 공조 시스템들은 승객 공간에 도입되는 공기를 조절하되, 히트 펌프 모드(heat pump mode) 또는 재가열 모드(reheat mode)에서 공기 질량 흐름을 가열하는데 필요한 열을 여러 열원들로부터 받는다.

차량 구동 장치의 효율적 내연 기관의 냉매 회로로부터 가열 출력을 얻는, 냉매-공기 열교환기를 구비한 전제된 타입의 공조 시스템들은 낮은 주위 온도, 예컨대 -10 ℃ 미만의 주위 온도에서는 승객 공간의 쾌적한 난방에 필요한 온도 수준에 더 이상 도달하지 못한다. 그것은 하이브리드 구동 장치를 탑재한 차량들의 시스템들에 있어서도 마찬가지이다. 그러한 차량들에 있어서는, 보조 난방 개념들을 사용하는 것이 필요하다. 환언하면, 저온에서 내연 기관이 더 오랜 시간 동안 작동되도록 냉매로부터 열을 빼앗는데, 그것은 배기 가스 방출 및 연료 소비에 악영향을 미친다. 하이브리드 차량들에서는 내연 기관이 간헐적으로 작동되기 때문에, 긴 주행 동안 충분히 높은 냉매 온도에 더 이상 도달하지 못한다. 그 때문에, 낮은 주위 온도에서는 내연 기관의 스타트-스톱 작동(start-stop operation)이 중지된다. 내연 기관이 정지되지 않는다.

또한, 예컨대 배터리들 또는 연료 전지들로 구동되는 차량들에서와 같이 구동 장치를 완전히 전기화하려는 추세에 있다. 그러한 추세에 있어서는, 내연 기관의 여열(waste heat)을 공기를 가열하기 위한 가능한 열원으로서 적용할 수 없다.

그 밖에, 차량의 배터리들에 저장할 수 있는 에너지량은 연료 탱크의 내부에 액체 연료의 형태로 저장할 수 있는 에너지량보다 작다. 또한, 그로 인해, 전기 구동 차량의 승객 공간의 공기 조절을 위해 필요한 출력이 차량의 주행 거리에 상당한 영향을 미치게 된다.

승객 공간에 공급하여 조절할 공기를 가열, 냉각, 및 제습하기 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춘 차량용 공조 시스템들이 선행 기술로부터 공지되어 있다.

DE 102 44 954 A1은 공조 시스템 하우징에 히트 펌프 사이클의 열교환기를 구비한 차량 공조 시스템을 개시하고 있다. 열교환기는 그를 통해 흐르는 공기를 가열하거나 냉각하는 역할을 한다. 공조 시스템 하우징에는 바이패스 채널이 형성되고, 그 바이패스 채널을 통해 유입 측의 공기가 열교환기를 우회하여 흐른다.

증발기가 냉각 장치 모드에서는 물론 히트 펌프 모드에서도 증발기로서 작동되고, 응축기도 역시 냉각 장치 모드에서는 물론 히트 펌프 모드에서도 응축기로서 작동되는 히트 펌프 기능을 갖는 공조 시스템이 또한 공지되어 있다. 그러한 공조시스템은 냉매 회로 측에서 및/또는 공기 측에서 제어된다.

증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창 기구만을 포함하는 종래의 냉매 회로를 구비한 차량 공조 시스템이 FR 2 743 027 A1로부터 개시되어 있다. 적어도 유체 역학 기술적으로 서로 분리되어 형성된 별개의 유동 채널들에 열교환기들이 배치된다. 그러한 유동 채널들은 크로스 링크(cross link)들 또는 바이패스들을 구비한다. 팬들에 의해 흡인되는 공기 질량 흐름들은 밸브들을 개폐함으로써 그리고 필요에 따라 및 작동 모드에 따라 바이패스를 통과하여 안내됨으로써 열교환기들의 면들에 걸쳐 이송된다. 이때, 공기 질량 흐름들은 냉각 및/또는 제습 또는 가열되고, 이어서 승객 공간 및/또는 주위로 배출된다.

그러나 공기 측에서 제어되는 공조 시스템들에 의해서는, 재열(reheat)로 지칭되기도 하는 재가열 모드의 작동이 전혀 가능하지 않다. 부가의 재가열 작동에 맞춰 형성된 공조 시스템들도 역시 열교환기들, 스위칭 밸브들, 및 팽창 밸브들과 같은 다수의 구성 요소들을 갖는 복잡한 냉매 회로를 포함하고 있다.

"재열" 또는 재가열 작동 시에, 승객 공간에 공급되는 공기가 냉각되면서 제습되고, 이어서 제습된 공기가 약간 가열된다. 그러한 작동 모드에서, 필요한 재가열 출력은 대부분 공기를 냉각 및 제습하는데 필요한 냉각 출력보다 작다.

선행 기술로부터 공지된 공조 시스템들은 상류 측에서 흡기구 작동 타입에 따라 신선 공기가 주위로부터 흡인되거나 재순환 공기가 승객 공간으로부터 흡인되면서 통과하는 유동 채널을 포함하는데, 흡인된 공기는 조절되어 하류 측에서 배기구 스위칭 장치를 통해 승객 공간으로 이송된다. 그러나 그러한 공조 시스템들은 냉각되거나 가열된 공기를 공조 시스템의 주위로 또는 적어도 승객 공간의 외부로 배출할 수 있는 공기 배출 밸브를 포함하고 있지 않다.

본 발명의 과제는 가열 기능을 갖는 공조 시스템, 특히 자동차에 사용하기 위한 공조 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 그러한 시스템은 조절할 승객 공간의 공기를 가열, 냉각, 및 제습하기 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동 및 재가열 모드에 맞춰 설계되어야 한다. 이때, 그러한 작동은 예컨대 에너지 효율적 내연 기관 또는 내연 기관과 전기 모터로 이뤄진 하이브리드 구동 장치에서와 같이 작은 용량의 열원들을 갖는 환경들에서도 또는 예컨대 전기 구동 차량에서와 같이 구동 장치로부터의 열원이 존재하지 않는 경우에도 승객 공간의 쾌적한 공조에 요구되는 제반 요건들을 충족하면서 가능하여야 한다.

그러한 과제는 본 발명에 따라 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템에 의해 해결된다. 그러한 공조 시스템은 공기를 이송하는 제1 유동 채널 및 제2 유동 채널을 구비한 하우징과, 적어도 2개의 열교환기들을 구비하되, 제1 열교환기가 제1 유동 채널에 배치되고, 제2 열교환기가 제2 유동 채널에 배치되는 냉매 회로를 포함한다.

본 발명의 개념에 따르면, 공조 시스템은 승객 공간을 냉각 및 가열하기 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 재가열 모드에 맞춰 형성된다. 제1 열교환기는 작동 모드와 상관없이 증발기로서 형성되어 작동될 수 있고, 제2 열교환기는 작동 모드와 상관없이 응축기로서 형성되어 작동될 수 있다.

하우징은 공조 시스템에서 조절된 공기 질량 흐름을 주위로 배출할 수 있는 적어도 하나의 공기 안내 장치를 포함한다.

냉매 회로에는, 본 발명에 따라 하우징의 외부에 배치되어 필요에 따라 및 작동에 따라 증발기로서 또는 응축기로서 작동될 수 있는 열교환기가 형성된다.

제1 유동 채널에 배치된 열교환기가 작동 모드와 상관없이 항상 증발기로서 그리고 제2 유동 채널에 배치된 열교환기가 작동 모드와 상관없이 항상 응축기로서 작동되고 그에 상응하게 형성되는 반면에, 하우징의 외부에 배치된 제3 열교환기는 필요에 따라 및 작동 모드에 따라 냉매를 통한 열 흡수를 위해 증발기로서 작동되거나, 아니면 냉매로부터의 열 방출을 위해 응축기로서 작동된다. 전적으로 증발기로서만 또는 응축기로서만 작동될 수 있는 열교환기들은 유동 채널들에 그에 따라 하우징의 내부에 배치되기 때문에, 내부 열교환기로서 지칭되는 반면에, 제3 열교환기는 하우징의 외부에 배치되고, 따라서 외부 열교환기로서 지칭된다.

본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 제1 유동 채널에서 공기의 유동 방향으로 증발기의 뒤에 공기 안내 장치 및 추가의 냉기 유로(cold air flow path)가 배치된다. 그럼으로써, 제1 유동 채널을 통해 안내되어 조절된 공기 질량 흐름이 부분 공기 질량 흐름들로 분할될 수 있는데, 제1 부분 공기 질량 흐름은 냉기 유로를 통해 승객 공간으로 이송될 수 있고, 제2 부분 공기 질량 흐름은 추가의 냉기 유로를 통해 하우징의 주위로 이송될 수 있다.

본 발명의 부가의 구성은 제2 유동 채널에서 공기의 유동 방향으로 응축기의 뒤에 공기 안내 장치 및 추가의 열기 유로(hot air flow path)가 배치되는 것이다. 그럼으로써, 제2 유동 채널을 통해 안내되어 조절된 공기 질량 흐름이 부분 공기 질량 흐름들로 분할될 수 있는데, 제1 부분 공기 질량 흐름은 열기 유로를 통해 승객 공간으로 이송될 수 있고, 제2 부분 공기 질량 흐름은 추가의 열기 유로를 통해 하우징의 주위로 이송될 수 있다.

추가의 냉기 유로 또는 추가의 열기 유로를 갖는 공기 안내 장치를 형성함으로써, 가열된 및/또는 냉각된 공기 질량 흐름이 각각 승객 공간으로, 아니면 하우징의 주위로, 즉 하우징으로부터 밖으로 이송될 수 있다. 그와 같이 조절된 공기 질량 흐름들은 예컨대 전기 차량 및 하이브리드 차량에 적용될 경우에 배터리들, 연료 전지들, 또는 다른 구동 요소들을 가열하거나 냉각하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 증발기, 응축기, 및 하우징의 외부에 배치된 열교환기는 냉매-공기 열교환기로서 형성된다.

따라서 외부 열교환기는 필요에 따라 및 작동 모드에 따라 냉매를 통한 열 흡수 시에는 공기를 열원(heat source)으로서 사용하고, 냉매로부터의 열 방출 시에는 공기를 히트 싱크(heat sink)로서 사용한다.

공조 시스템에는, 공조 시스템을 통해 공기 질량 흐름을 급송하는 적어도 하나의 팬이 형성되는 것이 바람직하다.

공기 질량 흐름은 작동 모드에 따라 제1 유동 채널을 통해 또는 제2 유동 채널을 통해 이송되거나, 제1 유동 채널과 제2 유동 채널에 그 비율에 따라 분배된다.

대안적 구성에 따르면, 공조 시스템에는, 서로 별개로 작동될 수 있는 2개의 팬들이 형성되는데, 제1 팬은 제1 유동 채널에 공기 질량 흐름을 급송하고, 제2 팬은 제2 유동 채널에 공기 질량 흐름을 급송한다.

본 발명의 부가의 구성에 따르면, 증발기를 우회하는 바이패스 채널이 형성된다. 그러한 바이패스 채널은 팬에 의해 급송되는 공기 질량 흐름이 공기 안내 장치의 개방 시에 증발기를 우회하여 안내될 수 있도록 공기 안내 장치에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있는 것이 바람직하다. 바이패스 채널은 제2 유동 채널과 연통하는 것이 바람직하다.

각각의 유동 채널은 주위로부터 신선 공기를 인가받을 수 있거나, 승객 공간으로부터 재순환 공기를 인가받을 수 있거나, 신선 공기와 재순환 공기의 혼합기를 인가받을 수 있는 것이 바람직하다. 유동 채널들은 승객 공간 쪽으로의 공기 질량 흐름들의 유동 방향들이 대략 동일하도록 배치되는 것이 바람직하다.

냉각과 가열을 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 재가열 모드에 맞춰 공조 시스템을 작동하는 본 발명에 따른 방법은 재가열 모드에서 다음의 단계들을 포함한다:

- 공기 질량 흐름을 공조 시스템의 하우징에 급송하는 단계,

- 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 증발기를 지나 유동할 때에 냉각하는 단계,

- 냉각된 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름, 및 냉기 질량 흐름으로 분할하되, 냉각된 공기 질량 흐름을 0 %와 100 % 사이의 비율로 각각 분할하고, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름의 비율을 0 %보다 크게 하는 단계,

- 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 응축기를 지나 유동할 때에 가열하되, 증발기에서 냉매가 흡수한 열을 응축기와 하우징의 외부에 배치된 열교환기에서 그 비율에 따라 방출하는 단계,

- 재가열된 부분 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 단계, 및

- 혼합된 공기 질량 흐름을 승객 공간에 도입하는 단계.

냉각된 공기 질량 흐름을 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름의 비율을 0 %보다 크게 하면서 0 % 또는 100 %의 비율로 분할한다는 것은 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름으로서 안내되지 않는 공기 질량 흐름의 부분을 완전히 주위로 배출하거나 완전히 냉기 질량 흐름으로서 이송한다는 것을 의미하는 것이다. 0 % 또는 100 %가 아닌 분할의 경우에는, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름으로서 안내되지 않는 공기 질량 흐름의 일부를 주위로 배출하고, 일부를 냉기 질량 흐름으로서 이송한다.

따라서 재가열된 부분 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 것은 냉각된 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름과 냉기 질량 흐름으로 분할하는 비율에 의존하여 달라진다. 재가열된 부분 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 것은 미리 조절된 냉기 질량 흐름이 0 %보다 큰 비율을 갖는 경우에만 이뤄진다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

냉각과 가열을 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 재가열 모드에 맞춰 공조 시스템을 작동하는 본 발명에 따른 대안적 방법은 재가열 모드에서 다음의 단계들을 포함한다:

- 제1 부분 공기 질량 흐름과 제2 부분 공기 질량 흐름을 공조 시스템의 하우징에 급송하는 단계,

- 제1 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 증발기를 지나 유동할 때에 냉각하는 단계,

- 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름, 및 냉기 질량 흐름으로 분할하되, 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름을 0 %와 100 % 사이의 비율로 각각 분할하는 단계,

- 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름을 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합하는 단계,

- 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름으로부터 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합된 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 응축기를 지나 유동할 때에 가열하되, 증발기에서 냉매가 흡수한 열을 응축기와 하우징의 외부에 배치된 열교환기에서 그 비율에 따라 방출하는 단계,

- 응축기를 지나 유동할 때에 가열된 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 단계, 및

- 혼합된 공기 질량 흐름을 승객 공간에 도입하는 단계.

냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름을 0 % 또는 100 %의 비율로 분할한다는 것은 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름의 전체를 주위로 배출하거나 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름으로서 또는 냉기 질량 흐름으로서 이송한다는 것을 의미하는 것이다. 0 % 또는 100 %가 아닌 분할의 경우에는, 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름의 일부를 주위로, 일부를 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름으로서, 및/또는 일부를 냉기 질량 흐름으로서 안내한다. 이때, 안내되는 부분 공기 질량 흐름들 중의 일부는 0일 수도 있다.

따라서 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름을 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합하는 것은 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름, 및 냉기 질량 흐름으로 분할하는 비율에 의존하여 달라진다. 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름을 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합하는 것은 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름이 0 %보다 큰 비율을 갖는 경우에만 이뤄진다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 상응하게, 뒤이어 냉매 회로의 응축기를 지나 유동할 때에 가열하는 것도 역시 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름으로부터 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합된 공기 질량 흐름 또는 혼합되지 않은 제2 부분 공기 질량 흐름에 대한 것이다.

응축기를 지나 유동할 때에 가열된 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 것도 또한 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름, 및 냉기 질량 흐름으로 분할하는 비율에 의존하여 달라진다. 가열된 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 것은 미리 조절된 냉기 질량 흐름이 0 %보다 큰 비율을 갖는 경우에만 이뤄진다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

재가열 모드에서의 그러한 대안적 방법에 있어서, 증발기에서 냉매가 흡수한 열을 각각 응축기에서 100 %까지 다시 방출하거나, 아니면 방출할 열의 일부를 하우징의 외부에 배치된 열교환기를 통해 반출하되, 그 반출 비율을 100 % 미만으로 한다.

냉각과 가열을 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 재가열 모드에 맞춰 공조 시스템을 작동하는 본 발명에 따른 방법은 히트 펌프 모드에서 다음의 단계들을 포함한다:

- 제1 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 증발기를 지나 유동할 때에 냉각 및/또는 제습하되, 제1 부분 공기 질량 흐름을 승객 공간으로부터 흡인하는 단계,

- 제1 부분 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름과 승객 공간에 도입하기 위한 부분 공기 질량 흐름으로 분할하되, 제1 부분 공기 질량 흐름을 0 %와 100 % 사이의 비율로 분할하는 단계,

- 제2 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 응축기를 지나 유동할 때에 가열하되, 응축기에서 냉매 회로가 방출한 열을 증발기와 하우징의 외부에 배치된 열교환기에서 흡수하는 단계,

- 승객 공간에 도입하기 위한 부분 공기 질량 흐름을 가열된 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합하는 단계, 및

- 혼합된 공기 질량 흐름을 승객 공간에 도입하는 단계.

제1 부분 공기 질량 흐름을 0 % 또는 100 %의 비율로 분할한다는 것은 그 부분 공기 질량 흐름의 전체를 주위로 배출하거나 승객 공간에 도입한다는 것을 의미하는 것이다. 0 % 또는 100 %가 아닌 분할의 경우에는, 제1 부분 공기 질량 흐름의 일부를 주위로 안내하고, 일부를 승객 공간으로 안내한다.

요컨대, 본 발명에 따른 과제 해결 방안은 다음과 같은 다양한 이점들을 갖는다:

- 동시에 제습과 가열을 하는 효율적 공조 시스템,

- 주위 온도가 낮고 내연 기관을 탑재한 자동차의 엔진 냉각수가 차가울 때에 더운 공기를 신속하게 공급,

- 재순환 공기 작동 및/또는 유동 채널들의 내부에서의 의도된 공기 안내에 의해 승객 공간의 가열에 필요한 출력을 감소,

- 흡인 압력 측(suction pressure side)에서 냉매를 주위 온도 이상으로 가열하되, 증발기 이전의 공기의 온도가 주위 공기의 온도보다 높도록 부분 재순환 공기 또는 재순환 공기를 증발기에 인가하는 것에 의한 히트 펌프 모드에서의 효율적 작동,

- 승객 공간에서 필요로 하지 않는 공기를 주위로 배출, 및

- 외부 열교환기를 공조 시스템의 하우징과 상관없이 배치 및 그에 따라 하우징의 구조 공간 체적에 미치는 영향 없음.

- 동시에 제습과 가열을 하는 효율적 공조 시스템,

- 승객 공간에서 필요로 하지 않는 공기를 주위로 배출, 및

본 발명의 구체적인 명세들, 특징들, 및 이점들은 첨부 도면들을 참조로 한 이후의 실시예들의 설명으로부터 명확히 드러날 것이다. 도 1 내지 도 4에는, 2개의 유동 채널들 또는 냉기 유로 및 열기 유로와, 증발기 및 응축기로서 작동될 수 있는 2개의 열교환기들을 구비한 공조 시스템이 각각 도시되어 있다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 2개의 공기 안내 밸브들 및 냉기 유로에 있는 1개의 공기 배출 밸브를 구비한 공조 시스템을 나타낸 도면,
도 2는 2개의 공기 안내 밸브들, 냉기 유로에 있는 1개의 공기 배출 밸브, 및 증발기를 우회하고 공기 안내 밸브가 부속된 바이패스 채널을 구비한 공조 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 3개의 공기 안내 밸브들 및 냉기 유로와 열기 유로에 있는 1개씩의 공기 배출 밸브를 구비한 공조 시스템을 나타낸 도면,
도 4는 3개의 공기 안내 밸브들, 냉기 유로와 열기 유로에 있는 1개씩의 공기 배출 밸브, 및 증발기를 우회하고 공기 안내 밸브가 부속된 바이패스 채널을 구비한 공조 시스템을 나타낸 도면,
도 5는 2개의 독립된 팬들, 2개의 공기 안내 밸브들, 및 냉기 유로에 있는 1개의 공기 배출 밸브를 구비한 공조 시스템을 나타낸 도면.

도 1은 제1 유동 채널(3) 및 제2 유동 채널(4)을 구비한 하우징(2)을 포함하는 공조 시스템(1)을 도시한 것으로, 팬(5)에 의해 제1 유동 채널(3)을 통해서는 물론 제2 유동 채널(4)을 통해서도 공기 질량 흐름이 급송될 수 있다. 유동 채널들(3, 4)은 주위로부터 신선 공기를 인가받을 수 있거나, 승객 공간으로부터 재순환 공기를 인가받을 수 있거나, 신선 공기와 재순환 공기의 혼합기를 인가받을 수 있다.

공기의 유동 방향으로 팬(5)의 뒤에 도시되지 않은 냉매 회로의 증발기(6)가 배치된다. 증발기(6)의 뒤에서는, 공기 질량 흐름이 공기 안내 장치들(11, 12, 13)에 의해 유동 채널들(3, 4)에 분배될 수 있다. 제1 및 제2 유동 채널들(3, 4)은 분리 벽(8)에 의해 서로 분리된다.

공기 안내 장치(11)는 제1 유동 채널(3)을 통해 연장되는 냉기 유로(9)를 개폐하는 역할을 한다. 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 공기 질량 흐름의 일정 부분이 공기 안내 장치(12)에 의해 공조 시스템으로부터 반출될 수 있다. 공기 안내 장치(13)는 제2 유동 채널(4)에의 유입을 개폐하는 역할을 한다. 공기 안내 장치(13)에 이어서, 제2 유동 채널(4)의 내부에 냉매 회로의 응축기(7)가 마련된다. 증발기(6)와 응축기(7)는 공기가 인가되는 열교환기로서 각각 형성된다. 이때, 증발기(6)는 유동 채널들(3, 4)의 유동 횡단면의 전체를 차지한다. 증발기(6)와 응축기(7)는 유동 채널들(3, 4)의 내부에 그에 따라 하우징(2)의 내부에 배치되기 때문에 내부 열교환기로도 지칭된다.

팬(5)은 흡인된 공기를 공기 질량 흐름으로서 증발기(6)로 안내한다. 그러한 공기 질량 흐름은 증발기(6)의 열교환 면들을 지나 유동할 때에 냉각 및/또는 제습된다.

증발기(6)로부터 나온 냉기 질량 흐름은 부분 공기 질량 흐름으로서 제1 유동 채널(3)을 통해 냉기 유로(9)를 거쳐 승객 공간 쪽으로, 냉기 유로(10)를 거쳐 공조 시스템(1)의 주위로, 및/또는 제2 유동 채널(4)을 통해 승객 공간 쪽으로 이송된다. 이때, 냉기 질량 흐름은 필요한 비율로 분할되거나, 냉기 유로들(9, 10) 중의 하나 또는 제2 유동 채널(4)에 완전히 할당된다. 여기서, 냉기 질량 흐름은 밸브들로서 형성된 공기 안내 장치들(11, 12, 13)에 의해 분할된다.

부분 공기 질량 흐름은 응축기(7)의 열교환 면들을 지나 유동할 때에 가열된다.

냉각 장치 모드의 작동 시에는, 즉 승객 공간으로 공급할 공기를 냉각할 때에는, 공기 안내 장치들(10, 13)이 닫힌다. 공기 안내 장치(11)는 공기 질량 흐름이 냉기 유로(9)를 통해 승객 공간으로 이송되도록 정향되어 있다. 냉기 유로(9)가 개방된다.

팬(5)은 공기를 증발기(6)로 급송한다. 공기는 냉각되거나 제습되고, 제1 유동 채널(3)을 통해 냉기 유로(9)를 거쳐 승객 공간으로 유동한다.

증발기(6)에서 냉매가 흡수한 열은 냉매 회로에 통합된 도시되지 않은 열교환기에서 방출된다. 냉각 장치 모드에서 응축기로서 작동되는 열교환기는 하우징(2)의 외부에 배치된다. 주위 공기를 히트 싱크로서 사용하는 열교환기를 차량 전방에 배치함으로써, 주행 바람이 열교환 면들에 유입되는 것이 가능하게 되고, 그것은 송풍기와 같은 부가의 구성 요소들의 사용 없이도 열교환 과정을 개선해 준다. 하우징(2)의 외부에 배치되기 때문에, 그러한 열교환기는 외부 열교환기로도 지칭된다.

히트 펌프 모드의 작동 시에는, 즉 승객 공간에 공급할 공기를 가열할 때에는, 공기 안내 장치들(10, 11)이 닫힌다. 공기 질량 흐름이 열기 유로(17)를 통해 승객 공간으로 이송되도록 공기 안내 장치(13)가 열린다. 증발기(6)에서는 열이 교환되지 않는다.

응축기(7)에서 냉매가 공기에 방출한 열은 히트 펌프 모드에서 증발기로서 작동되는 도시되지 않은 외부 열교환기에서 흡수된다.

재가열 모드의 작동 시에는, 공기 안내 장치들(11, 12, 13)이 필요에 따라 완전히 닫힌 위치와 완전히 열린 위치 사이의 상이한 위치들에 배치된다. 공기 안내 장치들(11, 12, 13)의 위치들 및 팬(5)의 회전 속도에 의해 가열할 공기 질량 흐름이 달라진다.

공기 안내 장치들(11, 13)이 열리면, 응축기(7)의 열교환 면들을 지나 유동할 때에 다시 가열된 부분 공기 질량 흐름이 냉기 유로(9)를 통해 유동하는 냉기 질량 흐름의 부분 공기 질량 흐름과 혼합된다. 제1 유동 채널(3)을 통한 부분공기 질량 흐름은 공기 안내 장치(12)의 조절을 통해 제어될 수 있다. 공기 안내 장치(12)가 열리면, 공기 안내 장치(12)의 위치에 따라 제1 유동 채널(3)을 통한 부분 공기 질량 흐름이 감소한다.

공기 안내 장치(12)가 닫히면, 응축기(7)를 지나 유동할 때에 다시 가열된 공기 질량 흐름이 혼합되지 않고서 승객 공간으로 이송된다. 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 냉기 질량 흐름의 일부는 열린 공기 안내 장치(12)에 의해 냉기 유로(10)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 배출된다.

증발기(6)와 응축기(7)에서의 열교환 이외에, 역시 증발기 또는 응축기로서 작동될 수 있는 도시되지 않은 외부 열교환기에서 추가의 열이 교환될 수 있다.

도 1에는 2개의 공기 안내 밸브들(11, 13) 및 냉기 유로(10)에 있는 1개의 공기 배출 밸브(12)를 구비한 공조 시스템(1)이 도시되어 있는 반면에, 도 2는 2개의 공기 안내 밸브들(11, 16), 냉기 유로(10)에 있는 1개의 공기 배출 밸브(12), 및 증발기(6)를 우회하고 공기 안내 밸브로서 형성된 공기 안내 장치(15)가 부속된 바이패스 채널(14)을 구비한 공조 시스템(1)을 도시하고 있다.

도 1에 따른 실시 형태와는 다르게, 증발기(6)가 유동 채널들(3, 4)의 유동 횡단면 전체에 걸쳐 연장되지 않는다. 오히려, 유동 횡단면은 증발기(6)가 배치된 영역과 그와 평행하게 형성된 바이패스 채널(14)로 분할된다. 바이패스 채널(14)은 공기 안내 장치(15)에 의해 폐쇄될 수 있다.

제1 및 제2 유동 채널들(3, 4)은 2 부품으로 된 분리 벽(8a, 8b)에 의해 서로 분리된다. 분리 벽의 제1 부분(8a)은 도 1의 분리 벽(8)에 해당한다. 분리 벽의 제2 부분(8b)은 바이패스 채널(14)을 증발기(6)로부터 구분하여 경계 짓는다. 분리 벽의 2개의 부분 세그먼트들(8a, 8b)은 역시 공기 안내 밸브로서 형성된 공기 안내 장치(16)가 닫힌 상태에서 분리 벽의 부분 세그먼트들(8a, 8b)과 함께 제1 및 제2 유동 채널들(3, 4)을 유체 역학 기술적으로 서로 밀봉하도록 공기 안내 장치(16)에 의해 서로 연결된다.

냉각 장치 모드의 작동 시에는, 공기 안내 장치들(10, 16)이 닫힌다. 팬(5)에 의해 급송되어 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 공기 질량 흐름이 열린 냉기 유로(9)를 통해 승객 공간으로 이송되도록 공기 안내 장치(11)가 열린다. 증발기에서 냉매가 흡수한 열은 응축기로서 작동되고 공조 시스템(1)의 외부에 배치된 도시되지 않은 열교환기에서 다시 방출된다.

히트 펌프 모드의 작동 시에는, 즉 순수한 가열 작동 시에는, 공기 안내 장치들(11, 16)이 닫힌다. 팬(5)에 의해 급송되는 제1 부분 공기 질량 흐름이 증발기(6)를 지나 유동할 때에 냉매에 열을 방출하고 이어서 냉기 유로(10)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 보내지도록 공기 안내 장치(10, 15)가 열린다. 이때, 증발기(6)를 거쳐 이송되는, 승객 공간으로부터의 재순환 공기, 주위로부터의 신선 공기, 또는 재순환 공기와 신선 공기의 혼합물로 이뤄진 부분 공기 질량 흐름은 열원으로서의 역할을 한다. 제2 부분 공기 질량 흐름은 바이패스 채널(14)을 통해 응축기(7)로 이송되고, 거기에서 열을 흡수하여 승객 공간으로 이송된다.

공조 시스템(1)의 하우징(2)의 외부에 배치되어 증발기로서 작동되는 도시되지 않은 열교환기는 추가의 열을 냉매에 전달할 수 있고, 그 추가의 열은 필요 시에 승객 공간용으로 가열할 부분 공기 질량 흐름에 방출될 수 있다.

결과적으로, 히트 펌프 모드에서는, 증발기(6)에서뿐만 아니라 외부 열교환기에서도 열을 흡수할 가능성이 존재한다. 따라서 증발기(6)에서의 열 흡수는 외부 열교환기에서 주위로부터 흡수하여야 할 열 및 그에 수반되는 열교환기의 동결의 위험을 감소시킨다.

히트 펌프 모드에서는, 출력이 더 낮고 그에 상응하여 승객 공간 중의 공기의 온도가 더 높을 때에, 증발기(6)에서의 냉매의 증발을 위해 공급하여야 할 열을 부분적으로 100 %까지 승객 공간으로부터 빼올 수 있다. 이때, 팬(5)에 의해 재순환 공기로서의 더운 공기가 승객 공간으로부터 흡인되어 증발기(6)를 거쳐 급송된다. 승객 공간으로부터 흡인되는 공기 질량 흐름이 증발기(6)에서 공급할 열을 제공하기에 충분하지 않으면, 승객 공간으로부터 흡인되는 공기 질량 흐름이 주위로부터의 공기 질량 흐름과 혼합된다. 승객 공간으로부터 흡인되거나 혼합된 공기 질량 흐름은 냉각 및/또는 제습된다. 필요에 따라, 그와 같이 조절된 공기 질량 흐름이 주위로 반출되거나 승객 공간으로 공급될 수 있다.

증발기(6)로부터 배출되는 공기 질량 흐름의 온도가 주위 공기의 온도보다 높으면, 효율성의 이유로 제1 유동 채널(3)을 통해 급송되는 공기 질량 흐름도 또한 승객 공간을 난방하는데 사용된다. 그 경우, 제1 유동 채널(3) 및 제2 유동 채널(4)을 통해 급송되는 공기 질량 흐름이 승객 공간으로 이송된다.

히트 펌프 모드에서는, 공기로부터 증발 열을 흡수하기 위해 냉매의 증발 온도가 대부분 공기의 온도보다 5 K 내지 10 K 더 낮아야 한다. 냉매 회로에서의 흡인 압력은 결정적으로 냉매의 증발 온도에 의해 미리 주어지기 때문에, 낮은 증발 온도는 상응하게 낮은 흡인 압력을 가져온다.

냉매의 증발을 위한 열을 증발기(6)를 통해 흡수한다면, 승객 공간으로부터의 더운 공기가 주위로부터의 신선 공기와 혼합됨으로써 공기의 온도가 증발기(6)의 앞에서 주위 공기의 온도 위로 상승할 가능성이 존재한다. 그와 같이 증발기(6)의 앞에서 공기의 온도가 상승하는 것은 냉매의 증발 온도 및 그에 따른 냉매 회로에서의 흡인 압력의 증가를 가져온다. 흡인 압력의 증가는 압축기의 동력 소비를 감소시키고, 성능 계수를 증가시키며, 그에 따라 냉매 회로 및 공조 시스템(1)의 효율도 향상시킨다.

승객 공간에 공급할 공기의 제습이 필요하지 않거나 바람직하지 않은 경우에는, 공기를 조절하지 않는 순수한 가열 작동으로 전환된다.

재가열 모드의 작동 시에는, 공기 안내 장치들(11, 12, 15, 16)이 필요에 따라 완전히 열린 위치와 완전히 닫힌 위치 사이의 상이한 위치들에 배치된다. 공기 안내 장치들(11, 12, 15, 16)의 위치들 및 팬(5)의 회전 속도에 의해 가열할 공기 질량 흐름이 달라질 수 있다. 도시되지 않은 열교환기는 필요에 따라 증발기 또는 응축기로서 작동될 수 있다.

공기 안내 장치들(11, 15)이 열리고 공기 안내 장치(16)가 닫히면, 응축기(7)의 열교환 면들을 지나 유동할 때에 가열된 부분 공기 질량 흐름이 냉기 유로(9)를 통해 유동하는 냉기 질량 흐름의 부분 공기 질량 흐름과 혼합된다. 제1 유동 채널(3)을 통한 부분 공기 질량 흐름은 공기 안내 장치(12)의 조절에 의해 제어될 수 있다. 공기 안내 장치(12)가 열리면, 공기 안내 장치(12)의 위치에 따라 제1 유동 채널(3)을 통한 부분 공기 질량 흐름이 감소한다.

히트 펌프 기능을 갖는, 즉 공기 질량 흐름의 냉각 및/또는 제습과 뒤이은 가열을 수반하는 공조 시스템(1)은 재열 작동으로도 지칭되는 재가열 모드로 작동될 수 있다. 이때, 재가열 모드는 순수한 재가열 작동, 즉 조절되지 않은 공기의 혼합을 수반하지 않는 재가열 작동으로서 가능하다. 가열할 전체의 공기 질량 흐름이 가열 전에 증발기(6)의 열교환 면들을 지나 유동할 때에 냉각 및/또는 제습될 수 있다.

공기 안내 장치(11)가 닫히고 공기 안내 장치(16)가 열리면, 응축기(7)를 지나 유동할 때에 다시 가열된 공기 질량 흐름이 승객 공간으로 이송된다. 공기 안내 장치(15)가 열리면, 증발기(6)를 지나 유동할 때에 미리 조절된 냉기 질량 흐름이 바이패스 채널(14)을 통해 안내된 부분 공기 질량 흐름과 혼합된다. 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 냉기 질량 흐름의 일부는 열린 공기 안내 장치(12)에 의해 냉기 유로(10)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 배출된다.

도 3은 제2 유동 채널(4)의 내부에 배치되는 2개의 추가의 공기 안내 장치들(19, 20)을 구비한, 도 1에 따른 공조 시스템(1)의 부가의 구성을 도시하고 있다. 즉, 도 3에 따른 공조 시스템(1)은 공기 안내 밸브들로서 형성된 3개의 공기 안내 장치들(11, 13, 19) 및 냉기 유로(10)와 열기 유로(18)에 있는 공기 배출 밸브로서 형성된 1개씩의 공기 안내 장치(12, 20)를 포함한다. 제2 유동 채널(4)의 입구에 배치된 공기 안내 장치(13)는 생략될 수도 있다.

냉각 장치 모드의 작동은 도 1에서 설명한 방법과 동일하게 수행된다. 공기 안내 장치(13)가 생략된 경우에는, 공기 안내 장치들(19, 20)이 닫힌다.

히트 펌프 모드의 작동 시에는, 공기 안내 장치들(11, 12)이 닫힌다. 팬(5)에 의해 급송되는 공기 질량 흐름이 제2 유동 채널(4)을 통해 응축기(7)를 거쳐 유동하여 가열되도록 공기 안내 장치(13)가 만약 존재하는 경우에 열린다. 증발기(6)에서는, 열이 교환되지 않는다.

공기 안내 장치(20)가 닫힌다. 따라서 가열된 공기 질량 흐름이 공기 안내 장치(19)가 열릴 때에 열기 유로(17)를 통해 승객 공간으로 이송된다.

응축기(7)에서 냉매가 공기에 방출할 열은 역시 히트 펌프 모드에서 증발기로서 작동되는 도시되지 않은 외부 열교환기에서 흡수된다.

재가열 모드의 작동 시에는, 가열할 공기 질량 흐름이 공기 안내 장치들(11, 12, 13, 19, 20)의 위치들 및 팬(5)의 회전 속도에 의해 달라지는데, 공기 안내 장치들(11, 12, 13, 19, 20)은 필요에 따라 완전히 열린 위치와 완전히 닫힌 위치 사이의 상이한 위치들에 배치될 수 있다.

공기 안내 장치들(11, 13, 19)이 열리면, 응축기(7)의 열교환 면들을 지나 유동할 때에 다시 가열된 부분 공기 질량 흐름이 냉기 유로(9)를 통해 유동하는 냉기 질량 흐름의 부분 공기 질량 흐름과 혼합된다. 제1 유동 채널(3)을 통해 안내되는 부분 공기 질량 흐름은 도 1에서 설명한 방법에서와 같이 공기 안내 장치(12)의 조절에 의해 제어될 수 있다. 공기 안내 장치(12)가 열리면, 공기 안내 장치(12)의 위치에 따라 제1 유동 채널(3)을 통한 부분 공기 질량 흐름이 감소한다.

공기 안내 장치(11)가 닫히고 공기 안내 장치(19)가 열리면, 응축기(7)를 지나 유동할 때에 다시 가열된 공기 질량 흐름이 혼합됨이 없이 승객 공간으로 도입된다. 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 냉기 질량 흐름의 일부는 열린 공기 안내 장치(12)에 의해 냉기 유로(10)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 반출된다.

공기 안내 장치들(11, 19)의 위치들과는 상관없이, 공기 안내 장치(20)가 적어도 부분적으로 열리면, 다시 가열된 부분 공기 질량 흐름이 열기 유로(18)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 내보내질 수도 있다.

따라서 응축기(7)로부터 나온 열기 질량 흐름은 열기 유로(18)를 통해 주위로 안내되는 부분 공기 질량 흐름과 열기 유로(17)를 통해 승객 공간으로 도입되는 부분 공기 질량 흐름으로 필요한 비율로 분할되거나, 열기 유로들(17, 18) 중의 하나에 완전히 할당된다.

증발기(6)와 응축기(7)에서의 열교환 이외에, 증발기 또는 응축기로서 작동되는 도시되지 않은 외부 열교환기에서도 역시 추가의 열이 흡수되거나 방출될 수 있다.

도 4에는, 도 2와는 달리 3개의 공기 안내 밸브들(11, 16, 17), 냉기 유로(10)와 열기 유로(18)에 있는 공기 배출 밸브들(12, 20), 및 증발기(6)를 우회하는 바이패스 채널(14)에 있는 공기 안내 밸브(15)를 구비한 공조 시스템(1)이 도시되어 있다.

냉각 장치 모드의 작동 시에는, 공기 안내 장치들(12, 15, 16)이 닫힐 수 있다. 그 경우, 공기 안내 장치(11)가 열리면, 팬(5)에 의해 급송되어 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 공기 질량 흐름이 냉기 유로(9)를 통해 승객 공간으로 이송된다. 냉매가 증발 시에 흡수한 열은 공조 시스템(1)의 외부에 있는 도시되지 않은 열교환기에서 다시 방출된다.

그렇지 않으면, 공기 안내 장치들(12, 16)이 닫히는 한편, 공기 안내 장치(15)가 열린다. 공기 안내 장치(11)가 열리면, 역시 팬(5)에 의해 급송되어 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 공기 질량 흐름이 냉기 유로(9)를 통해 승객 공간으로 이송된다. 이제는, 냉각 열 및 응축 열을 공기에 방출할 때에 도시되지 않은 외부 열교환기 이외에도 응축기(7)를 보조적으로 사용할 수 있는 가능성이 존재한다. 방출할 열 부하를 2개의 열교환기들에 분배함으로써 그리고 그에 수반하여 열교환 면들이 확대됨으로써, 냉매 회로에서 공기의 온도에 대해 약 15 K의 차를 갖는 통상의 응축기들에 의한 경우보다 더 낮은 5 K 내지 10 K의 차를 갖는 응축 온도가 설정된다. 냉매 회로에서는 결정적으로 응축 온도에 의해 높은 압력이 결정되기 때문에, 응축 온도의 감소는 냉매의 높은 압력을 감소시키는 결과를 가져온다. 높은 압력의 감소는 압축기의 동력 소비를 감소시키고, 그에 수반하여 성능 계수를 증가시키며, 그에 따라 냉매 회로 및 공조 시스템(1)의 효율도 향상시킨다.

히트 펌프 모드의 작동 시에는, 공기 안내 장치들(11, 16, 20)이 닫힌다. 공기 안내 장치들(12, 15, 19)이 열리면, 팬(5)에 의해 급송되어 증발기(6)를 지나 유동할 때에 냉매에 열을 방출하는 제1 부분 공기 질량 흐름이 냉기 유로(10)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 이송된다. 바이패스 채널(14)을 통해 응축기(7)로 안내되는 제2 부분 공기 질량 흐름은 열을 흡수한 후에 열기 유로(17)를 통해 승객 공간으로 이송된다.

도시되지 않은 외부 열교환기에서 추가의 열이 증발된 냉매에 전달될 수 있고, 그 추가의 열은 필요 시에 승객 공간용으로 가열할 부분 공기 질량 흐름에 방출될 수 있다.

재가열 모드의 작동 시에는, 공기 안내 장치들(11, 12, 15, 16, 19, 20)이 필요에 따라 완전히 열린 위치와 완전히 닫힌 위치 사이의 상이한 위치들에 배치된다. 공기 안내 장치들(11, 12, 15, 16, 19, 20)의 위치들 및 팬(5)의 회전 속도에 의해 가열할 공기 질량 흐름이 설정될 수 있다.

공기 안내 장치들(11, 16, 19)이 열리면, 냉각 및/또는 제습 후에 응축기(7)의 열교환 면들을 지나 유동할 때에 다시 가열된 부분 공기 질량 흐름이 냉기 유로(9)를 통해 유동하는 냉기 질량 흐름의 부분 공기 질량 흐름과 혼합된다. 도 1에서 설명한 방법에서와 같이, 제1 유동 채널(3)을 통해 안내되는 부분 공기 질량 흐름이 공기 안내 장치(12)의 조절에 의해 제어될 수 있다. 열린 공기 안내 장치(12)의 위치에 따라 제1 유동 채널(3)을 통한 부분 공기 질량 흐름이 감소한다.

공기 안내 장치(11)가 닫히고 공기 안내 장치들(16, 19)이 열리면, 응축기(7)를 지나 유동할 때에 다시 가열된 공기 질량 흐름이 혼합됨이 없이 승객 공간으로 도입된다. 증발기(6)를 지나 유동할 때에 조절된 냉기 질량 흐름의 일부는 열린 공기 안내 장치(12)에 의해 냉기 유로(10)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 이송된다.

도 2에 따른 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 공기 안내 장치(15)가 열림으로써, 공기 안내 장치들(11, 16, 19)이 열릴 경우에는 물론 공기 안내 장치(11)가 닫히고 공기 안내 장치들(16, 19)이 열릴 경우에도 증발기(6)를 지나 유동할 때에 미리 조절된 냉기 질량 흐름에 추가의 공기 질량 흐름이 첨가 혼합될 수 있다. 이어서, 혼합된 공기 질량 흐름이 응축기(7)로 안내된다.

또한, 공기 안내 장치들(11, 15, 19)이 열리고 공기 안내 장치(16)가 닫히면, 증발기(6)를 지나 유동할 때에 냉각 및/또는 제습된 냉기 질량 흐름이 열기 유로(17)를 통해 안내되어 응축기(7)를 지나 유동할 때에 가열된 열기 질량 흐름과 혼합될 수 있다.

도 3에 따른 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 다시 가열된 또는 가열된 부분 공기 질량 흐름은 공기 안내 장치들(11, 19)의 위치들과는 상관없이 공기 안내 장치(20)가 적어도 부분적으로 열릴 때에 열기 유로(18)를 통해 공조 시스템(1)의 주위로 반출될 수도 있다.

도 5로부터, 2개의 독립된 팬들(5a, 5b), 2개의 공기 안내 밸브들(11, 16), 및 냉기 유로(10)에 있는 1개의 공기 배출 밸브(12)를 구비한 공조 시스템(1)을 볼 수 있다. 도 2에 따른 실시 형태와는 다르게, 도 5의 공조 시스템(1)은 바이패스 채널(14_에 있는 공기 안내 장치(15) 대신에 독립된 제2 팬(5b)을 포함한다.

별개로 제어 가능한 팬들(5a, 5b)은 공조 시스템(1)의 유리한 역학 관계를 구현하는데, 왜냐하면 증발기(6)가 배치된 제1 유동 채널(3)과 응축기(7)가 배치된 제2 유동 채널(4)이 상이한 속도의 공기 질량 흐름들을 인가받을 수 있고, 그에 따라 변하는 작동 상태들에 신속하게 반응하는 것이 가능하게 되기 때문이다.

냉각 장치 모드, 히트 펌프 모드, 또는 재가열 모드에서의 공조 시스템(1)의 작동 방법에 대해서는, 도 2의 설명을 참조하면 된다.

1: 공조 시스템 2: 하우징
3: 제1 유동 채널 4: 제2 유동 채널
5, 5a, 5b: 팬 6: 증발기
7: 응축기 8, 8a, 8b: 분리 벽
9: 냉기 유로 10: 냉기 유로 출구
11: 냉기 유로(9)의 공기 안내 장치/공기 안내 밸브
12: 냉기 유로(10)의 공기 안내 장치/공기 안내 밸브
13: 제2 유동 채널(4)의 공기 안내 장치/공기 안내 밸브
14: 증발기(6)를 우회하는 바이패스 채널
15: 바이패스 채널(14)의 공기 안내 장치/공기 안내 밸브
16: 제1 및 제2 유동 채널들(3, 4) 사이의 공기 안내 장치/공기 안내 밸브
17: 열기 유로 18: 열기 유로 출구
19: 열기 유로(17)의 공기 안내 장치/공기 안내 밸브
20: 열기 유로(20)의 공기 안내 장치/공기 안내 밸브

Claims

- 공기를 이송하는 제1 유동 채널(3) 및 제2 유동 채널(4)을 구비한 하우징(2)과,
- 적어도 2개의 열교환기들을 구비하되, 제1 열교환기가 제1 유동 채널(3)에 배치되고, 제2 열교환기가 제2 유동 채널(4)에 배치되는 냉매 회로를 포함하는, 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템(1)에 있어서,
- 공조 시스템(1)은 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 재가열 모드에 맞춰 형성되되, 제1 열교환기는 작동 모드와 상관없이 증발기(6)로서 형성되어 작동될 수 있고, 제2 열교환기는 작동 모드와 상관없이 응축기(7)로서 형성되어 작동될 수 있으며,
- 하우징(2)은 공조 시스템(1)에서 조절된 공기 질량 흐름을 주위로 배출할 수 있는 적어도 하나의 공기 안내 장치(12, 20)를 포함하고,
- 냉매 회로는 하우징(2)의 외부에 배치되어 증발기로서 또는 응축기로서 작동될 수 있는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
제 1 항에 있어서, 제1 유동 채널(3)을 통해 안내되어 조절된 공기 질량 흐름이 부분 공기 질량 흐름들로 분할될 수 있도록 제1 유동 채널(3)에서 공기의 유동 방향으로 증발기(6)의 뒤에 공기 안내 장치(12) 및 냉기 유로(10)가 형성되되, 제1 부분 공기 질량 흐름은 냉기 유로(9)를 통해 승객 공간으로 이송될 수 있고, 제2 부분 공기 질량 흐름은 냉기 유로(10)를 통해 하우징(2)의 주위로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제2 유동 채널(4)을 통해 안내되어 조절된 공기 질량 흐름이 부분 공기 질량 흐름들로 분할될 수 있도록 제2 유동 채널(4)에서 공기의 유동 방향으로 응축기(7)의 뒤에 공기 안내 장치(20) 및 열기 유로(18)가 형성되되, 제1 부분 공기 질량 흐름은 열기 유로(17)를 통해 승객 공간으로 이송될 수 있고, 제2 부분 공기 질량 흐름은 열기 유로(18)를 통해 하우징(2)의 주위로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 증발기(6), 응축기(7), 및 하우징(2)의 외부에 배치된 열교환기는 냉매-공기 열교환기로서 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 공조 시스템(1)을 통해 공기 질량 흐름을 급송할 수 있는 적어도 하나의 팬(5)이 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
제 5 항에 있어서, 서로 별개로 작동될 수 있는 2개의 팬들(5a, 5b)이 형성되되, 하나의 팬(5a)은 제1 유동 채널(3)로 공기 질량 흐름을 급송하고, 다른 하나의 팬(5b)은 제2 유동 채널(4)로 공기 질량 흐름을 급송하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 증발기(6)를 우회하는 바이패스 채널(14)이 형성되되, 팬(5)에 의해 급송된 공기 질량 흐름이 공기 안내 장치(15)가 열릴 때에 증발기(6)를 우회하여 이송될 수 있도록 바이패스 채널(14)이 공기 안내 장치(15)에 의해 개폐될 수 있는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
냉각과 가열을 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 재가열 모드에 맞춰 공조 시스템(1)을 작동하는 방법으로서, 상기 방법은 재가열 모드에서
- 공기 질량 흐름을 공조 시스템(1)의 하우징(2)에 급송하는 단계,
- 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 증발기(6)를 지나 유동할 때에 냉각하는 단계,
- 냉각된 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름, 및 냉기 질량 흐름으로 분할하되, 냉각된 공기 질량 흐름을 0 %와 100 % 사이의 비율로 각각 분할하고, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름의 비율을 0 %보다 크게 하는 단계,
- 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 응축기(7)를 지나 유동할 때에 가열하되, 증발기(6)에서 냉매가 흡수한 열을 응축기(7)와 하우징(2)의 외부에 배치된 열교환기에서 그 비율에 따라 방출하는 단계,
- 재가열된 부분 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 단계, 및
- 혼합된 공기 질량 흐름을 승객 공간에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
냉각과 가열을 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 재가열 모드에 맞춰 공조 시스템을 작동하는 방법으로서, 상기 방법은 재가열 모드에서
- 제1 부분 공기 질량 흐름과 제2 부분 공기 질량 흐름을 공조 시스템(1)의 하우징(2)에 급송하는 단계,
- 제1 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 증발기(6)를 지나 유동할 때에 냉각하는 단계,
- 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름, 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름, 및 냉기 질량 흐름으로 분할하되, 냉각된 제1 부분 공기 질량 흐름을 0 %와 100 % 사이의 비율로 각각 분할하는 단계,
- 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름을 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합하는 단계,
- 재가열을 위한 부분 공기 질량 흐름으로부터 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합된 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 응축기(7)를 지나 유동할 때에 가열하되, 증발기(6)에서 냉매가 흡수한 열을 응축기(7)와 하우징의 외부에 배치된 열교환기에서 그 비율에 따라 방출하는 단계,
- 응축기(7)를 지나 유동할 때에 가열된 공기 질량 흐름을 미리 조절된 냉기 질량 흐름과 혼합하는 단계, 및
- 혼합된 공기 질량 흐름을 승객 공간에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
냉각과 가열을 위한 냉각 장치 모드와 히트 펌프 모드의 조합된 작동에 맞춰 그리고 자동차의 승객 공간의 공기를 조절하기 위한 재가열 모드에 맞춰 공조 시스템을 작동하는 방법으로서, 상기 방법은 히트 펌프 모드에서
- 제1 부분 공기 질량 흐름과 제2 부분 공기 질량 흐름을 공조 시스템(1)의 하우징(2)에 급송하는 단계,
- 제1 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 증발기(6)를 지나 유동할 때에 냉각 및/또는 제습하되, 제1 부분 공기 질량 흐름을 승객 공간으로부터 흡인하는 단계,
- 제1 부분 공기 질량 흐름을 주위로 배출하는 부분 공기 질량 흐름과 승객 공간에 도입하기 위한 부분 공기 질량 흐름으로 분할하되, 제1 부분 공기 질량 흐름을 0 %와 100 % 사이의 비율로 분할하는 단계,
- 제2 부분 공기 질량 흐름을 냉매 회로의 응축기(7)를 지나 유동할 때에 가열하되, 응축기(7)에서 냉매 회로가 방출한 열을 증발기(6)와 하우징의 외부에 배치된 열교환기에서 흡수하는 단계,
- 승객 공간에 도입하기 위한 부분 공기 질량 흐름을 가열된 제2 부분 공기 질량 흐름과 혼합하는 단계, 및
- 혼합된 공기 질량 흐름을 승객 공간에 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.