KR20160110063A - 자동차의 공조 시스템, 그리고 공조 시스템의 작동 방법 - Google Patents

자동차의 공조 시스템, 그리고 공조 시스템의 작동 방법 Download PDF

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로베르토 델라 로베레
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차의 차실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템(1)에 관한 것이다. 상기 공조 시스템은, 압축기(2), 압축 후에 냉매에서 열 회수하기 위한 냉매-냉각제 열교환기(3)뿐 아니라, 제1 냉매-공기 열교환기(5) 및 제2 냉매-공기 열교환기(8)를 구비하는 냉매 회로와, 하나 이상의 냉각제 회로를 포함한다. 이 경우, 냉각제 회로는 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 가열하기 위한 가열 열교환기(13)를 구비하여 형성되고, 냉매-냉각제 열교환기(3)는 가열 열교환기(13)를 포함하는 냉각제 회로의 컴포넌트로서 형성된다. 상기 공조 시스템(1)은 차실로 공급될 공기를 가열, 냉각 및 탈습하기 위한 냉동 장치 모드, 열 펌프 모드, 및 재가열 모드의 작동용으로 형성되며, 냉매 회로는 다양한 작동 모드들 간에 공조 시스템(1)을 전환하기 위한 밸브 어셈블리(4, 4')를 포함한다. 또한, 본 발명은 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법에도 관한 것이다.

Description

자동차의 공조 시스템, 그리고 공조 시스템의 작동 방법{AIR-CONDITIONING SYSTEM OF A MOTOR VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE AIR-CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 자동차의 차실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템에 관한 것이다. 상기 공조 시스템은, 압축기, 압축 후에 냉매에서 열 회수하기 위한 냉매-냉각제 열교환기, 및 2개의 냉매-공기 열교환기를 구비한 냉매 회로(refrigerant circuit)와, 하나 이상의 냉각제 회로(coolant circuit)를 포함한다. 냉각제 회로 내에는 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 가열하기 위한 가열 열교환기(heating heat exchanger)가 배치된다. 냉매-냉각제 열교환기는 가열 열교환기를 포함하는 냉각제 회로의 컴포넌트로서 형성된다. 그 밖에도, 본 발명은 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법에도 관한 것이다.
가열, 냉각 및 탈습 기능들을 갖는 종래 기술에 속하는 공조 시스템들은 전기 및 하이브리드 구동 장치 및 내연기관형 구동 장치를 포함하는 자동차의 차실 내로 유입되는 공기의 조절을 위해 이용된다. 냉각제-공기 열교환기 내지 가열 열교환기를 포함하여 효율적인 내연기관 또는 하이브리드 구동 장치의 냉각제 회로에서 열 출력을 얻는 일반적인 공조 시스템들은 한편으로 예컨대 -10℃ 미만의 낮은 외기 온도 조건에서 차실의 쾌적한 난방을 위해 필요한 온도 레벨을 더 이상 달성하지 못한다. 이란 차량의 경우 부가 가열 개념의 이용이 필요하다. 다른 한편으로는 냉각제에서 열이 추출되며, 그럼으로써 내연기관은 낮은 온도 조건에서 상대적으로 더 오랜 시간 작동되며, 이는 배기가스 배출량 및 연료 소모량에 부정적으로 작용한다. 하이브리드 자동차의 경우 내연기관의 간헐적인 작동으로 인해, 상대적으로 더 오랜 주행 시 충분히 높은 냉각제 온도는 더 이상 달성되지 않는다. 그 결과로서, 내연기관의 스타트-스톱 작동은 낮은 외기 온도 조건에서 정지된다. 내연기관은 작동 중지되지 않는다.
또한, 예컨대 배터리들 또는 연료 전지들로 구동되는 차량의 경우처럼 구동 장치의 완전한 전기화(electrification) 경향도 존재한다. 이 경우, 공기의 가열을 위한 가능한 열원으로서 내연기관의 폐열은 제외된다. 또한, 차량의 배터리에 저장될 수 있는 에너지량은 액상 연료의 형태로 연료 탱크의 내부에 저장될 수 있는 에너지량보다 더 낮다. 또한, 그에 따라, 전기로 구동되는 차량의 차실의 공조를 위해 필요한 출력은 차량의 작동 범위에 실질적인 영향을 미친다.
EP 2 629 040 A2에서는, 응축기, 통합된 집수기, 및 냉매 회로의 과냉각 열교환기(undercooling heat exchanger)를 구비하는 열교환기 유닛을 포함한 자동차용 콤팩트 열 펌프 시스템이 개시된다. 열교환기 유닛은 냉매 회로를 고온 냉각제 회로와 연결한다. 또한, 냉매 회로는 증발기로서 작동되는 열교환기를 포함하며, 이 열교환기는 저온 냉각제 회로로 향하는 연결부를 나타낸다. 그 결과로, 냉매 회로는 고온 냉각제 회로를 저온 냉각제 회로와 연결한다. 저온 냉각제 회로는 특히 구동 유닛의 컴포넌트들로부터 열 방출하도록 형성되며, 증발기 내의 열은 냉각제로부터 냉매로 전달된다. 냉매는 저온 냉각제로부터 흡수된 열을 응축기 내지 과냉각 열교환기 내에서 고온 냉각제로 다시 방출한다. 고온 냉각제는 흡수된 열을 예컨대 차실로 공급될 공기 질량 흐름으로, 또는 주변 공기로 전달한다.
그 결과로, 전달될 열은 저온 냉각제로부터 완전히 냉매로, 그리고 냉매로부터 완전히 고온 냉각제로 방출된다.
공지된 열 펌프 시스템의 경우, 회수 열 및 응축열뿐 아니라 냉매의 과냉각 열은 완전히 고온 냉각제로 전달된다. 이어서 열은 냉각제-공기 열교환기를 관류할 때 냉각제로부터 차실 내로 공급되는 공기로 방출될 수 있다. 열은 예컨대 주변 환경으로도 방출될 수도 있거나, 또는 배터리의 가열을 위해 이용될 수도 있다.
그 외에, 열은 각각 간접적으로 하나 또는 그 이상의 냉각제 회로를 통해 전달된다. 간접적인 열 전달의 원리의 경우, 전체 시스템의 효율성은 냉각제 냉각식 응축기/가스 냉각기(coolant-cooled condenser/gas cooler) 내로의 유입구에서 냉각제의 회수 온도에 따라서 결정된다. 역류 열교환기로서 냉각제 냉각식 응축기/가스 냉각기를 형성하는 경우, 냉매는 응축기/가스 냉각기 내로 유입되는 냉각제의 유입 온도까지 최대로 냉각될 수 있다. 그 결과로, 냉각제의 더 높아지는 회수 온도에 의해, 응축수/가스 냉각기로부터 유출되는 냉매의 유출 온도도 높아진다. 특히 공조 시스템이 열 펌프 모드로 작동될 경우, 주변 공기의 온도가 -15℃ 내지 -20℃ 범위로 매우 낮을 때, 최대한 짧은 시간에 쾌적한 온도로 차실을 온도 조절하기 위해, 약 55℃ 내지 60℃ 범위로 냉각제의 회수 온도가 목표된다. 이런 작동 상태에서 냉매는 응축수/가스 냉각기에서 배출될 때 55℃를 웃도는 최대 온도를 나타낸다. 그러나 공조 시스템을 매우 효율적인 방식으로 작동시킬 수 있도록 하기 위해, 냉매는 55℃의 냉각제의 회수 온도를 훨씬 밑도는 온도로 냉각되어야만 한다.
US 8,156,754 B2로부터는, 냉매 회로를 포함하는 자동차의 공조 시스템이 개시되며, 냉매 회로는 냉각제 냉각식 열교환기를 통해 고온 냉각제 회로와 연결된다. 냉각제 냉각식 열교환기를 관류할 때, 냉매 회로의 압축기로부터 유출되는 고온의 기상 냉매는 가열되며, 그런 후에 냉매는 냉각제 냉각식 열교환기에서 유출된 후에 응축기/가스 냉각기 내로 유입된다. 응축기/가스 냉각기를 관류할 때, 추가 열은 냉매로부터 주변 공기로 방출된다. 냉매는 액화된다.
이 경우, 냉각제 냉각식 열교환기 내에서 냉각제로 방출되는 열은 한편으로 열교환기의 효율에 따라서, 그리고 다른 한편으로는 냉각제의 온도 레벨에 따라서 결정된다. 따라서 2개의 열교환기 상으로 이른바 열 부하로서 냉매의 응축열 및 회수 열을 분배할 수 있다. 그에 따라, 한편으로 공조 시스템의 상대적으로 더 높은 출력이 달성될 수 있으며, 그리고 다른 한편으로는 응축수/가스 냉각기는 상대적으로 더 작은 치수로 치수설계될 수 있다. 냉각제 냉각식 열교환기를 통해 냉매로부터 냉각제로 전달되는 열은 냉각제-공기 열교환기 내에서 주변 공기로 방출되고, 그에 따라 시스템의 외부로 방출된다. 그 결과로, 주변 공기로 방출된 열은 차실의 난방을 위해 이용되지 못한다. 그 밖에도, US 8,156,754 B2에 따른 공조 시스템은, 엔진 폐열이 없거나 불충분하게 존재하는 경우, 특히 외기 온도가 낮을 때 차실을 난방할 수 있는 열 펌프 기능성을 구비하지 않고 형성되어 있다. 응축기/가스 냉각기뿐만 아니라 증발기도 주변 공기를 공급받는다.
종래 기술로부터 공지된 시스템들은 각각 하나의 작동 모드에서만 작동되는 냉매 회로를 구비하여 형성된다. 이 경우, 냉매 회로들은 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 가열하기 위한 냉매-공기 열교환기를 포함하지 않는다. 또한, 냉매-공기 열교환기는, 냉각 후에 차실 내로 배출되거나, 또는 가열 후에 주변 환경으로 배출되는 주변 공기를 항상 공급받는다. 따라서 냉매에 의해 방출되는 열은 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 위해 직접적으로 이용될 수 없다.
본 발명의 과제는, 가열 기능성을 갖는 냉매 회로를 포함하는 자동차용 공조 시스템을 제공하는 것에 있다. 또 다른 과제는, 시스템이 차실의 조절할 공기를 가열, 냉각 및 탈습하기 위해, 냉동 장치 모드 및 열 펌프 모드의 조합된 작동을 위해서뿐만 아니라 재가열 모드를 위해서도 적합하게 구성되도록 하는 것에 있다. 이와 동시에, 추가 과제는, 작동이, 낮은 용량의 열원을 포함하는 환경, 특히 예컨대 에너지 효율적인 내연기관형 구동 장치, 및 내연기관과 전기 모터로 이루어진 하이브리드 구동 장치에서, 또는 전기로 구동되는 자동차에서처럼, 자동차의 구동 장치의 낮은 폐열을 포함하는 환경에서도, 차실 내 쾌적한 공기 상태에 대한 모든 요건을 충족하는 방식으로 가능하게 하는 것에 있다. 추가 과제는, 작동 모드와 무관하게 쾌적성이 항상 유지되도록 하며, 특히 열 출력의 손실이 방지되도록 하는 것에 있다. 이와 동시에, 추가 과제는, 냉매 회로가 최소의 개수의 컴포넌트로 간단하게 구성되게 하면서도 다양한 작동 모드들로 작동될 수 있게 하는 것에 있다. 또 다른 과제는, 시스템이 이미 존재하는 자동차 아키텍처에서도 이용될 수 있도록 하는 것에 있다.
상기 과제는, 특허 독립 청구항들의 특징들을 갖는 대상 및 방법을 통해 해결된다. 개선예들은 특허 종속항들에 명시되어 있다.
상기 과제는, 자동차의 차실의 공기를 조절하기 위한 본 발명에 따른 공조 시스템을 통해 해결된다. 공조 시스템은, 압축기, 압축 후에 냉매에서 열 회수하기 위한 냉매-냉각제 열교환기, 및 제1 및 제2 냉매-공기 열교환기를 구비하는 냉매 회로를 포함한다. 또한, 공조 시스템은 하나 이상의 냉각제 회로를 구비하여 형성되며, 이 냉각제 회로는 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 가열하기 위한 가열 열교환기를 포함한다. 이 경우, 냉매-냉각제 열교환기는 가열 열교환기를 포함하는 냉각제 회로의 컴포넌트로서 형성된다.
본 발명의 개념에 따라서, 공조 시스템은, 차실로 공급될 공기를 가열, 냉각 및 탈습하기 위한 냉동 장치 모드, 열 펌프 모드 및 재가열 모드의 작동용으로 형성된다. 냉매 회로는 본 발명에 따라서 다양한 작동 모드들 간에 공조 시스템을 전환하기 위한 밸브 어셈블리를 포함한다.
본 발명의 바람직한 구성에 따라서, 밸브 어셈블리는 냉매의 유동 방향에서 냉매-냉각제 열교환기의 하류에 형성된다. 이 경우, 밸브 어셈블리는 냉매의 유동 방향에서 각각의 작동 모드에 따라 바람직하게는 냉매-냉각제 열교환기와 제1 냉매-공기 열교환기 사이에, 또는 냉매-냉각제 열교환기와 제2 냉매-공기 열교환기 사이에 배치된다. 이 경우, 냉매는, 열 회수를 위해, 그리고 냉각제 회로의 냉각제로 열 방출을 위해 냉매-냉각제 열교환기를 통해 안내될 뿐 아니라, 액화를 위해, 그리고 공기로 열 방출을 위해 냉매-공기 열교환기들 중 하나의 냉매-공기 열교환기를 통해 안내된다.
따라서 냉매-냉각제 열교환기는, 냉매-공기 열교환기들 외에, 추가로 냉매의 열 방출을 위해 이용된다. 냉각제 회로 내에서 순환하는 냉각제는 냉매를 위한 부가적인 히트 싱크로서 이용된다. 이 경우, 냉매로부터 방출될 열은, 냉매-냉각제 열교환기, 및 냉매-공기 열교환기들 중 하나의 냉매-공기 열교환기 상으로 분배된다.
본 발명의 일 개선예에 따라서, 제2 냉매-공기 열교환기는 공조 시스템의 작동 모드에 따라서 냉매의 증발기 또는 응축기로서 작동 가능하게 형성된다. 이 경우, 냉매의 액화란 기상 응집 상태에서 액상 응집 상태로의 전환을 의미한다. 아임계 범위에서 냉매 회로의 작동 동안, 냉매는 액화 시에 가열되고 이어서 실질적으로 일정한 온도 조건에서 응축되며, 열교환기는 응축기로서 지칭된다. 초임계 범위에서 냉매 회로의 작동 동안에는 냉매는 유동하는 온도 조건 하에서 액화된다. 열교환기는 가스 냉각기로서 지칭된다.
제2 냉매-공기 열교환기는 냉동 장치 모드 및 재가열 모드의 작동용으로 바람직하게는 차실로 공급될 공기를 냉각하고, 그리고/또는 탈습하기 위한 냉매의 증발기로서 작동 가능하게 형성되며, 그리고 열 펌프 모드의 작동용으로는 차실로 공급될 공기를 가열하기 위한 냉매의 응축기로서 작동 가능하게 형성된다.
본 발명의 바람직한 구성에 따라서, 제1 냉매-공기 열교환기는 공조 시스템의 작동 모드에 따라서 냉매의 증발기 또는 응축기로서 작동 가능하게 형성된다. 이 경우, 제1 냉매-공기 열교환기는 바람직하게는 냉동 장치 모드 및 재가열 모드의 작동용으로 냉매의 응축기로서 작동 가능하게 형성되며, 그리고 열 펌프 모드의 작동용으로는 냉매의 증발기로서 형성된다.
본 발명의 추가의 바람직한 구성은, 제1 냉매-공기 열교환기 및 제2 냉매-공기 열교환기가 주변 공기, 차실에서 유출되는 순환 공기, 또는 주변 공기와 차실에서 유출되는 순환 공기로 이루어진 혼합 공기를 공급받을 수 있도록 형성되는 것에 있다. 이 경우, 주변 공기란 주변 환경에서 유입되는 신선 공기를 의미한다.
본 발명의 일 개선예에 따라서, 냉매 회로의 제2 냉매-공기 열교환기 및 냉각제 회로의 가열 열교환기는 차실로 공급될 공기의 유동 방향으로 차례로 배치되고, 그에 따라 차실로 공급될 공기를 차례로 공급받을 수 있다.
본 발명의 바람직한 구성에 따라서, 제1 냉매-공기 열교환기 및 제2 냉매-공기 열교환기뿐만 아니라, 제2 냉매-공기 열교환기에 할당된 제1 팽창 부재는, 냉매에 의해 양방향으로 관류될 수 있다.
밸브 어셈블리는 바람직하게는 4방향 밸브로서 형성된다. 본 발명의 제1 대체 구성에 따라서, 밸브 어셈블리는 4개의 차단 밸브를 포함하며, 2개의 차단 밸브는 NO 특성을 구비하여 형성되고 2개의 차단 밸브는 NC 특성을 구비하여 형성된다. 본 발명의 제2 대체 구성에 따라서, 밸브 어셈블리는 2개의 3방향 밸브로 형성되며, 제1 3방향 밸브는 하나의 유입구 및 2개의 유출구를 포함하고, 제2 3방향 밸브는 2개의 유입구 및 하나의 유출구를 포함한다.
본 발명의 추가의 바람직한 구성에 따라서, 냉매 회로는, 한편으로 집수기와 압축기 사이에, 그리고 다른 한편으로는 제1 냉매-공기 열교환기와 제1 팽창 부재 사이에 배치되는 내부 열교환기를 구비하여 형성된다. 내부 열교환기는 바람직하게 한편으로 냉매에 의해 양방향으로 관류 가능하게 형성된다.
본 발명의 일 개선예에 따라서, 냉매 회로는, 분기에서부터 개구 위치까지 연장되는 유동 경로를 포함한다. 바람직하게는 냉각제에서 냉매로 열 전달을 위한 냉매-냉각제 열교환기와 제2 팽창 부재로 형성되는 유동 경로는 차실로 공급될 공기를 조절하기 위한 제2 냉매-공기 열교환기에 바람직하게는 병렬로 배치된다. 냉매-냉각제 열교환기는 바람직하게는 냉매의 증발기로서 작동된다.
또한, 본원의 과제는, 자동차의 차실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법을 통해 해결된다. 본 발명의 개념에 따라서, 공조 시스템은, 냉매 회로 내에 형성된 밸브 어셈블리에 의해, 차실로 공급될 공기를 조절하기 위한 냉동 장치 모드 또는 열 펌프 모드 또는 재가열 모드의 작동 간에 전환된다. 이 경우, 냉매는 압축기 내에서 압축된 후에, 그리고 밸브 어셈블리 내로 유입되기 전에 적어도 부분적으로 열 회수되거나, 또는 열 회수되어 적어도 부분적으로 액화된다.
본 발명의 바람직한 구성에 따라서, 냉매는 냉매-냉각제 열교환기를 관류할 때 적어도 부분적으로 열 회수되거나, 또는 열 회수되어 적어도 부분적으로 액화되며, 열은 냉매에서 냉각제로 전달되고, 냉각제에 의해 흡수된 열은 각각의 필요에 따라서 가열 열교환기 내에서 차실로 공급될 공기로 방출된다.
이 경우, 냉매로부터 방출되는 열 중에서 바람직하게 일부분은 냉매-냉각제 열교환기 상으로, 그리고 제2 부분은 냉매-공기 열교환기 상으로 분배된다.
본 발명에 따른 공조 시스템 및 이 공조 시스템을 작동시키기 위한 방법은 요약하면 하기와 같은 다양한 장점들을 보유한다.
- 최소의 개수의 전환 밸브 및 팽창 밸브를 포함하고, 그 결과로 최소의 복잡성과 이와 결부되는 최소의 제조 및 유지보수 비용을 갖는 냉매 회로,
- 6가지 이상의 작동 모드를 통한 높은 유연성 및 이용 가능성,
- 작동 모드들 간에 전환하기 위한 밸브 어셈블리 내부에서 낮은 열 손실, 그에 따른 작동 중 효율성의 증가,
- R744로서도 지칭되는 이산화탄소 냉매를 이용한 냉매 회로의 작동 가능성,
- 열 펌프 모드에서 열 전달을 위해 이용되지 않는 내부 열교환기를 포함하는 냉매 회로, 및
- 최소의 비용으로 이미 존재하고 종래의 에어컨 디자인을 구비하여 형성된 차량 아키텍처에서의 이용 가능성.
본 발명의 구성들의 추가의 상세 내용들, 특징들 및 장점들은 대응하는 도면을 참조하는 실시예들의 하기 기술 내용에서 제시된다.
도 1a는 냉동 장치 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템이다.
도 1b는 도 1의 냉동 장치 모드에서 냉매 회로의 작동을 나타낸 압력-엔탈피 그래프이다.
도 2는 자동차의 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템이다.
도 3은 냉동 작동 모드와 자동차의 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드의 조합된 작동 동안 냉매 회로를 포함한 공조 시스템이다.
도 4는 재가열 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템이다.
도 5는 재가열 모드와 자동차의 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드의 조합된 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템이다.
도 6a는 열 펌프 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템이다.
도 6b는 도 6a의 열 펌프 모드에서 냉매 회로의 작동을 나타낸 압력-엔탈피 그래프이다.
도 7a는 4개의 차단 밸브를 포함하여 공조 시스템의 다양한 작동 모드들 간에 냉매 회로를 전환하기 위한 밸브 어셈블리이다.
도 7b는 2개의 3방향 밸브를 포함하여 공조 시스템의 다양한 작동 모드들 간에 냉매 회로를 전환하기 위한 밸브 어셈블리이다.
도 1a에는, 냉동 장치 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템(1)이 도시되어 있다. 도 1b에서는, 냉동 장치 모드에서 냉매 회로의 작동에 해당하는 압력-엔탈피 그래프가 개시된다. 그래프에는 컴포넌트들의 도면 부호들과 함께 냉매 회로의 개별 컴포넌트들을 관류할 때 상태들의 변화들이 도시되어 있다.
냉매 회로는 흡입된 냉매를 압축하기 위한 압축기(2)와, 냉매에서 열 회수하기 위한, 냉각제 냉각식 열교환기로서도 지칭되는 냉매-냉각제 열교환기(3)와, 공조 시스템(1)의 다양한 작동 모드들 간에 냉매 회로를 전환하기 위한 밸브 어셈블리(4, 4')를 포함한다. 냉매는 압축기(2) 내에서 증발 압력에서 응축 압력으로, 또는 저압에서 고압으로 압축되며, 그리고 기상으로 고온 및 과열된 상태로 압축기(2)에서 유출된다. 열 회수기 내지 가스 냉각기로서 작동되는 냉매-냉각제 열교환기(3)를 관류할 때, 열은, 냉매로부터, 냉각제 회로 내에서, 특히 고온 냉각제 회로 내에서 유동 방향(14)으로 순환하는 냉각제로 전달된다. 냉매-냉각제 열교환기(3) 내에서 냉각제로 전달된 열은, 냉각제 회로로부터 하나 이상의 히트 싱크로 이송되며, 예컨대 차실로 공급되는 공기 질량 흐름 및/또는 주변 공기로 이송된다. 대체되는 실시예에 따라서, 냉각제로 전달된 열은, 복수, 다시 말하면 2개 이상의 냉각제 회로로부터도 하나 이상의 히트 싱크로 이송될 수 있다. 냉매-냉각제 열교환기(3)는 바람직하게는 역류 열교환기로서 형성된다. 냉매의 유동 방향에서 냉매-냉각제 열교환기(3)에 후속하여 배치되는 밸브 어셈블리(4, 4')에 의해, 냉매 회로를 통과하는 냉매의 유동 방향은 냉매 회로의 작동 모드에 따라서 설정된다. 이 경우, 밸브 어셈블리(4, 4')는 냉매의 질량 흐름으로부터 높은 온도를 공급받으면서도 냉매의 질량 흐름으로부터 낮은 온도도 공급받으며, 이는 서로 다르게 온도 조절된 두 질량 흐름 간에 의도치 않은 열 전달을 초래할 수 있다. 냉매-냉각제 열교환기(3)로부터 냉매를 유출시킨 후에 밸브 어셈블리(4, 4')를 형성한 결과로, 열 손실로서 냉매 회로와 그에 따른 공조 시스템(1)의 효율성을 저하시키는 상기의 의도치 않은 열 전달은 최소화된다. 냉매-냉각제 열교환기(3)를 관류할 때, 냉매는 열 회수되며, 그럼으로써 서로 다르게 온도 조절된 질량 흐름들 사이의 열 전달의 구동력으로서의 온도차는 감소된다.
도 1a에 따른 냉동 장치 모드로 냉매 회로의 작동 동안, 이미 언급한 것처럼, 회수 열과, 응축열의 일부분 또는 냉매의 회수 열의 적어도 일부분은 냉매-냉각제 열교환기(3) 내에서 냉각제로 전달된다. 냉매-냉각제 열교환기(3) 내에서 냉각제 회로로 공급되는 열은 이어서 냉각제로부터 주변 공기로 방출된다. 이런 방식으로, 종래의 공조 시스템을 이용하는 경우보다 더 많은 부분의 열이 냉매 회로에서 방출되며, 이는 냉동 장치 모드의 작동 동안 상대적으로 더 높은 효율성을 달성한다. 열 회수 및 응축 동안 냉매에서 열 방출하기 위한 2개의 열교환기의 이용은 냉동 장치 모드에서 열 전달의 상대적으로 더 높은 교환도를 가능하게 하며, 이는 한편으로 상대적으로 더 높은 전달 가능한 열 내지 액화의 엔탈피의 더 향상된 활용을 실현할 수 있다. 다른 한편으로는, 열교환기들이 상대적으로 더 작게 치수 설계될 수 있으며, 이는 전달 가능한 열이 동일한 경우 비용 및 중량을 감소시킨다.
밸브 어셈블리(4, 4')에서 유출된 후에, 냉매는, 특히 냉동 장치 모드의 작동 동안 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 제1 냉매-공기 열교환기(5) 쪽으로 안내된다. 냉매-공기 열교환기(5)는 바람직하게는 유동 방향(16)으로 안내되는 주변 공기를 공급받는다. 그 외에, 냉매의 유동 방향은 실선 화살표들로 식별 표시되어 있다. 이어서, 냉매는 내부 열교환기(6)를 통과하여, 예컨대 팽창 밸브로서 형성된 제1 팽창 부재(7) 쪽으로 흐른다. 제1 팽창 부재(7)를 관류할 때, 냉매는 증발 압력으로 감압되고 후속하여 제2 냉매-공기 열교환기(8)를 통해 안내된다. 제2 냉매-공기 열교환기(8)는 냉동 장치 모드의 작동 동안 증발기로서 작동되면서, 유동 방향(15)으로 안내되면서 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 냉각하고 탈습하기 위해 이용된다. 이 경우, 냉매-공기 열교환기(8)는 주변 환경에서 유입되는 신선 공기, 차실에서 유출되는 순환 공기, 또는 신선 공기와 순환 공기로 이루어진 혼합 공기를 공급받을 수 있다.
예컨대 냉매 R134a를 이용하는 경우와 같은 아임계 작동 동안, 또는 이산화탄소를 이용하는 환경 조건들에서 냉매의 액화가 수행된다면, 열교환기, 여기서는 냉매-공기 열교환기(3)는 응축기로서 지칭된다. 열 전달의 일부분은 일정한 온도 조건에서 개시된다. 초임계 작동 동안, 또는 열교환기 내 초임계 열 방출 동안, 냉매의 온도는 계속해서 감소한다. 이런 경우에, 열교환기는 가스 냉각기로서도 지칭된다. 초임계 작동은, 예컨대 이산화탄소 냉매를 이용하는 냉매 회로의 결정된 환경 조건들 또는 작동 방식 하에서 발생할 수 있다. 냉매로서 이산화탄소를 이용하는 초임계 작동은 도 1b에 따른 압력-엔탈피 그래프에서 확인된다.
냉매-공기 열교환기(8)에서 유출된 후에, 냉매는 밸브 어셈블리(4, 4')를 통해 집수기(9) 내로 안내되며, 이 집수기 내에서 2상을 함유하는 냉매는 증기상과 액상으로 분리된다. 증기상 냉매는 압축기(2)에 의해 흡입되며, 이와 동시에 내부 열교환기(6)를 통해 안내된다. 내부 열교환기(6)란, 고압 측의 냉매와 저압 측의 냉매 사이에서 열 전달을 위해 이용되는 회로 내부의 열교환기를 의미한다. 이 경우, 예컨대 한편으로 고압 측의 액상 냉매는 응축 과정과 팽창 과정 사이에서, 다시 말하면 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기(5)에서 유출된 후에 계속해서 냉각되며, 그리고 다른 한편으로 저압 측의 흡입 가스는 압축기(2) 내로 유입되기 전에 과열된다.
또한, 냉매 회로는 냉매-공기 열교환기(8)에 대해 유동 기술 측면에서 병렬로 연결되는 냉매-냉각제 열교환기(10)를 포함하며, 이 냉매-냉각제 열교환기는 유동 경로(17)의 내부에서 부가적인 제2 팽창 부재(12)와 체크 밸브(11)를 구비하여 형성된다. 이 경우, 유동 경로(17)는, 내부 열교환기(6)와 제1 팽창 부재(7) 사이에 배치되는 분기(18)에서부터 냉매-공기 열교환기(8)와 밸브 어셈블리(4, 4') 사이에 배치된 개구 위치(19)까지 연장된다. 순수 냉동 장치 모드로 냉매 회로의 작동 동안, 팽창 부재(12)는 폐쇄되며, 그럼으로써 유동 경로(17)와 그에 따른 냉매-냉각제 열교환기(10)는 냉매에 의해 관류되지 않게 된다.
또한, 공조 시스템(1)은 공기 측에서 유동 방향(15)으로 냉매-공기 열교환기(8)의 하류에 연결되는 가열 열교환기(13)를 포함한다. 가열 열교환기(13)는, 냉매-냉각제 열교환기(3)도 포함하는, 냉각제 회로의 컴포넌트로서 형성되어, 냉동 장치 모드로 냉매 회로의 작동 동안 냉각제를 공급받지 않는다.
도 2에는, 자동차의 파워 트레인의 컴포넌트, 예컨대 배터리를 냉각하기 위한 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템(1)이 도시되어 있다. 도 1a에 따른 냉동 장치 모드로 냉매 회로의 작동에 대한 차이점은 저압 측의 관류에 있다. 냉매는 내부 열교환기(6)에서 유출된 후에 분기(18)를 경유하여 유동 경로(17)를 관류하여 개구 위치(19)까지 흐르며, 그에 따라 제2 팽창 부재(12)를 관류하여 냉매-냉각제 열교환기(10) 및 체크 밸브(11)까지 흐른다. 그 결과로, 제2 팽창 부재(12)는 개방되고, 관류하는 냉매는 저압 내지 증발 압력으로 감압되며, 그에 반해 제1 팽창 부재(7)는 폐쇄된다. 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-냉각제 열교환기(10)는 동시에 유동 방향(20)에서 냉각제 회로, 특히 저온 냉각제 회로의 냉각제를 공급받는다. 냉매는 냉각제로부터 열을 흡수하며, 이와 동시에 냉각제는 후속하여 예컨대 파워 트레인의 컴포넌트의 냉각을 보장하기 위해 냉각된다. 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드로 냉매 회로의 작동 동안, 팽창 부재(7)는 폐쇄되며, 그럼으로써 냉매-공기 열교환기(8)는 냉매로 관류되지 않는다.
유동 방향(16)으로 냉매-공기 열교환기(5)를 경유하여 안내되는 공기는 냉매 회로에서 열을 흡수한 후에 주변 환경으로 안내된다. 대체되는 방식으로, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기(5)의 과류 시 가열되는 공기는 각각의 필요에 따라 차실 내로도 안내될 수 있다. 이 경우, 냉매-공기 열교환기(5)는, 주변 환경에서 유입되는 신선 공기, 차실에서 유출되는 순환 공기, 또는 신선 공기와 순환 공기로 이루어진 혼합 공기를 공급받을 수 있다.
도 3에는, 냉동 장치 모드와, 자동차의 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드의 조합된 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템(1)이 도시되어 있다. 도 1a에 따른 냉동 장치 모드에서 냉매 회로의 작동에 대한 차이점은, 이미 도 2에 따른 모드의 경우에서처럼, 저압 측의 관류에 있다. 냉매는, 도 2에 따른 모드의 경우에서처럼, 분기(18)를 경유하여 유동 경로(17)를 관류하여 개구 위치(19)까지 흐르며, 그에 따라 제2 팽창 부재(12)를 관류하여 냉매-냉각제 열교환기(10) 및 체크 밸브(11)까지 흐른다. 그 결과로, 제2 팽창 부재(12)는 개방되며, 관류하는 냉매는 저압 내지 증발 압력으로 감압된다. 냉매의 증발기로서 작동되는 냉매-냉각제 열교환기(10)는 동시에 유동 방향(20)으로 바람직하게는 저온 냉각제 회로로서 형성된 냉각제 회로의 냉각제로 관류되며, 이 냉각제는 냉각제에서 열을 흡수하며, 이와 동시에 예컨대 파워 트레인의 컴포넌트의 냉각을 보장하기 위해 냉각된다. 제1 팽창 부재(7)도 개방된다. 제1 팽창 부재(7)를 관류할 때, 냉매는 마찬가지로 증발 압력으로 감압되며, 후속하여 증발기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기(8)를 통해 안내되며, 이 냉매-공기 열교환기는 유동 방향(15)으로 안내되면서 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 냉각 및 탈습하기 위해 이용된다.
냉매의 질량 흐름 중에서, 저압 측에서, 특히 분기(18)에서, 그 결과로 제1 부분 질량 흐름이 냉매-공기 열교환기(8)를 통해 안내되고, 제2 부분 질량 흐름은 냉매-냉각제 열교환기(10)를 통해 안내된다. 차실로 공급될 공기 질량 흐름에서, 그리고 저온 냉각제 회로에서 열을 흡수한 후에, 부분 질량 흐름들은 개구 위치(19)에서 다시 통합되어 밸브 어셈블리(4, 4') 쪽으로 안내된다.
유동 방향(16)으로 냉매-공기 열교환기(5)를 경유하여 안내되는 공기는, 냉매 회로에서 열을 흡수한 후에 주변 환경으로 안내된다. 대체되는 방식으로, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기(5)의 과류 시 가열되는 공기는 각각의 필요에 따라 차실 내로도 안내될 수 있다. 이 경우, 냉매-공기 열교환기(5)는, 주변 환경에서 유입되는 신선 공기, 차실에서 유출되는 순환 공기, 또는 신선 공기와 순환 공기로 이루어진 혼합 공기를 공급받을 수 있다.
도 4에는, 재가열 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템(1)이 도시되어 있으며, 도 5에는, 재가열 모드와 자동차의 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드의 조합된 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템(1)이 도시되어 있다.
도 4에 따른 재가열 모드에서 냉매 회로의 작동은, 냉매-냉각제 열교환기(3) 내에서 과열된 냉매로부터 냉각제로 전달되는 열이 냉각제로부터 적어도 부분적으로, 차실로 공급될 공기 질량 흐름으로 전달된다는 점에서만, 도 1a에 따른 냉동 장치 모드에서 냉매 회로의 작동과 구별되며, 그리고 도 5에 따른 재가열 모드와 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드의 조합된 작동도, 냉매-냉각제 열교환기(3) 내에서 과열된 냉매로부터 냉각제로 전달되는 열이 냉각제로부터 적어도 부분적으로, 차실로 공급될 공기 질량 흐름으로 전달된다는 점에서만, 도 3에 따른 냉동 장치 모드와 파워 트레인의 컴포넌트를 냉각하기 위한 모드의 조합된 작동과 구별된다. 열이 차실로 공급될 공기 질량 흐름으로 완전히 방출되지 않으면, 열의 일부분은 예컨대 주변 공기로도 방출될 수 있다. 냉각제로부터 차실로 공급될 공기 질량 흐름으로 열 방출을 위해, 가열된 냉각제의 적어도 일부분의 부분 질량 흐름은, 유동 방향(14')으로, 유동 방향(15)에서 냉매-공기 열교환기(8)의 하류에 연결된 가열 열교환기(13)를 통해 안내된다. 유동 방향(15)으로 공조 시스템(1)의 하우징을 통해 안내되는 공기 질량 흐름은, 증발기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기(8)의 과류 시 냉각되고, 그리고/또는 탈습되며, 이어서 가열 열교환기(13)의 과류 시 가열된다.
유동 방향(16)으로, 응축기/가스 냉각기로서 작동되는 냉매-공기 열교환기(5)를 경유하여 안내되는 공기는, 냉매 회로에서 열을 흡수한 후에 주변 환경으로 안내된다. 대체되는 방식으로, 냉매-공기 열교환기(5)를 과류할 때 가열되는 공기는, 각각의 필요에 따라서 차실로도 안내될 수 있다. 이 경우, 냉매-공기 열교환기(5)는, 주변 환경에서 유입되는 신선 공기, 차실에서 유출되는 순환 공기, 또는 신선 공기와 순환 공기로 이루어진 혼합 공기를 공급받을 수 있다.
도 6a에는, 열 펌프 모드의 작동 동안 냉매 회로를 포함하는 공조 시스템(1)이 도시되어 있다. 도 6b에는, 열 펌프 모드에서 냉매 회로의 작동에 해당하는 압력-엔탈피 그래프가 도시되어 있다. 그래프에는 컴포넌트들의 도면 부호들과 함께 냉매 회로의 개별 컴포넌트들을 관류할 때 상태들의 변화들이 도시되어 있다. 냉매의 유동 방향은 도 6a에서 파선들로 이루어진 화살표들로 식별 표시되어 있다.
냉매-냉각제 열교환기(3)를 관류할 때, 회수 열과, 응축열의 일부분 또는 냉매의 회수 열의 적어도 일부분은 냉매-냉각제 열교환기(3) 내에서 유동 방향(14)으로 순환하는 냉각제로 전달된다. 냉매의 유동 방향에서 냉매-냉각제 열교환기(3)에 후속하여 배치되는 밸브 어셈블리(4, 4')는, 냉매가, 열 펌프 모드의 작동 동안 응축수/가스 냉각기로서 작동되는 제2 냉매-공기 열교환기(8) 쪽으로 안내되는 방식으로 스위칭된다. 냉매-공기 열교환기(8)는 유동 방향(15)으로 안내되면서 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 공급받는다. 이 경우, 열은 냉매로부터 공기 질량 흐름으로 전달되며, 이와 동시에 공기 질량 흐름은 가열된다. 후속하여 냉매는 제1 팽창 부재(7)를 관류하며, 이와 동시에 증발 압력으로 감압되고, 이어서 내부 열교환기(6)를 통해 제1 냉매-공기 열교환기(5) 쪽으로 안내된다.
냉매-공기 열교환기(8)에 대해 유동 기술 측면에서 병렬로 연결되는 냉매-냉각제 열교환기(10)를 포함하는 유동 경로(17)는, 열 펌프 모드의 작동 동안, 냉매에 의해 관류되지 않는다. 체크 밸브는 개구 위치(19)의 방향으로부터 냉매의 유입을 방해한다. 팽창 부재(12)는 바람직하게는 폐쇄된다.
제1 냉매-공기 열교환기(5)는 증발기로서 작동되면서, 유동 방향(16)으로 냉매-공기 열교환기(5)를 경유하여 안내되는 주변 공기에서 냉매로 열을 전달하기 위해 이용된다. 주변 공기는 열원으로서 이용된다. 냉매-공기 열교환기(5)에서 유출된 후에, 냉매는, 밸브 어셈블리(4, 4')를 통해 집수기(9) 내로 안내되며, 이 집수기 내에서 2상을 함유하는 냉매는 증기상과 액상으로 분리된다. 증기상 냉매는 압축기(2)에 의해 흡입되고, 이와 동시에 내부 열교환기(6)를 통해 안내된다. 특히 도 6b에서 알 수 있는 것처럼, 내부 열교환기(6) 내에서는 열이 전달되지 않거나, 또는 무시해도 될 정도로 적은 열만이 전달된다. 내부 열교환기(6) 내로 유입 전에 팽창 부재(7)를 관류할 때 저압으로 감압되는 냉매는 실질적으로 증발 온도로 존재하고 저압 레벨에서도 증발 온도를 갖거나, 또는 약하게만 과열된 상태로 냉매-공기 열교환기(5)에서 유출되기 때문에, 냉매는 내부 열교환기(6)의 양측에서 동일하거나, 또는 적어도 매우 유사한 온도를 나타낸다. 열 펌프 모드의 작동 동안, 내부 열교환기(6)는 냉매에 의해 정류로 관류된다. 이에 비해, 내부 열교환기(6)는, 도 1a, 도 2 및 도 3에 따른 냉동 장치 모드의 작동 동안뿐만 아니라 도 4 및 도 5에 따른 재가열 모드의 작동 동안에는 역류로 작동된다.
열 펌프 모드의 작동 동안, 냉매-냉각제 열교환기(3)를 통해 냉각제 회로 내에서 순환하는 냉각제, 특히 고온 냉각제로 전달되는 열은, 가열 열교환기(13) 내에서, 차실로 공급될 공기로 다시 방출된다. 차실로 공급될 공기, 예컨대 매우 낮은 온도를 갖는 주변 공기, 차실에서 유출되는 순환 공기, 또는 주변 공기와 순환 공기로 이루어진 혼합 공기는 2개의 단계로, 다시 말하면 냉매-공기 열교환기(8)를 관류할 때 열을 흡수하면서, 그리고 가열 열교환기(13)를 관류할 때 추가로 열을 흡수하면서 가열된다. 제1 단계에서 냉매-공기 열교환기(8)를 이용하고 제2 단계에서는 가열 열교환기(13)를 이용하여 수행되는, 차실로 공급될 공기의 다단계 가열에 의해, 열 펌프 모드의 작동 동안 공조 시스템의 성능 계수 내지 그 효율성은, 특히 가열 열교환기를 통한 냉각제를 이용한 공기의 일단계 가열을 수행하는 종래 기술로부터 공지된 시스템들에 비해 분명하게 증가될 수 있다. 한편으로 냉매-공기 열교환기(8) 내의 냉매는, 유입구와 유출구 사이에서 가능한 높은 온도 분배로 인해 강하게 과냉각될 수 있으며, 그 결과 열 펌프 모드의 작동을 위해 중요한 엔탈피 차는 증가될 수 있다. 그렇지 않으면, 온도 분배는, 차실로 공급될 공기의 너무 큰 온도 차이를 방지하기 위해, 다시 말하면 온도 층화(temperature stratification)를 제한하기 위해, 제한된다. 냉매-냉각제 열교환기(3) 내에서만 냉매의 열 회수 및 응축에 의해, 냉매는, 냉매의 제한되는 온도 분배로 인해, 상기 유형으로 낮은 온도로 과냉각되지 않을 수도 있다. 그러나 냉매는, 냉매-공기 열교환기(8)의 유출구에서 가열 열교환기(13)를 이용하여 차실로 공급될 공기에 대한 후속하는 가열의 제2 단계로 인해, 냉매-냉각제 열교환기(3) 내로 유입되는 냉각제의 유입 온도를 훨씬 밑도는 온도로 냉각될 수 있다.
또한, 공기를 가열하는 제2 단계의 가열 열교환기(13)에 의해, 차실 내 쾌적성 요구에 상응하는 온도 층화가 보장된다. 이 경우, 다른 한편으로, 냉각제는 결정된 온도 분배를 초과하지 않는 점이 보장된다.
도 7a 및 도 7b에는, 공조 시스템(1)의 다양한 작동 모드들 간에 냉매 회로를 전환하기 위한 밸브 어셈블리(4, 4')가 각각 도시되어 있다. 밸브 어셈블리들(4, 4')은 냉매 라인들을 위한 4개의 포트를 구비하여 형성된다. 도 7a에는, 4개의 차단 밸브(21, 22)를 포함하는 밸브 어셈블리(4)가 도시되어 있으며, 그에 반해 도 7b에 따르는 밸브 어셈블리(4')는 2개의 3방향 밸브를 구비하고 있다.
도 7a의 밸브 어셈블리의 경우, 유동 기술 측면에서, 각각 NO 특성을 갖는 2개의 차단 밸브(21)와 NC 특성을 갖는 2개의 차단 밸브(22)가 상호 간에 병렬로 연결되는 방식으로 배치된다. NO 특성을 갖는 밸브는 스위칭되지 않고 그에 따라 전류 공급되지 않은 상태에서 "개방"되며, NO는 "평상시 열려 있음(normally open)"을 나타낸다. NC 특성을 갖는 밸브는, 스위칭되지 않고 전류 공급되지 않은 상태에서 "폐쇄"된다. 이 경우, NC는 "평상시 닫혀 있음(normally closed)"을 나타낸다. 밸브 어셈블리(4)의 경우, 제1 차단 밸브(21)의 유입구와 제1 차단 밸브(22)의 유입구는 상호 간에, 그리고 제1 냉매 라인과 연결된다. 제1 차단 밸브(21)의 유출구와 제2 차단 밸브(22)의 유입구는 상호 간에, 그리고 제2 냉매 라인과 연결되며, 그에 반해 제1 차단 밸브(22)의 유출구와 제2 차단 밸브(21)의 유입구는 상호 간에, 그리고 제3 냉매 라인과 연결된다. 마지막으로 제2 차단 밸브(21)의 유출구와 제2 차단 밸브(22)의 유출구는 상호 간에, 그리고 제1 냉매 라인과 연결된다. 이 경우, 냉매는, 냉동 장치 모드의 작동 및 재가열 모드의 작동 동안 NO 특성을 갖는 개방된 차단 밸브들(21)을 관류하고, 그에 반해 NC 특성을 갖는 차단 밸브들(22)은 폐쇄된다. 열 펌프 모드의 작동 동안 냉매는 NC 특성을 갖는 개방된 차단 밸브들(22)을 관류하고, 그에 반해 NO 특성을 갖는 차단 밸브들(21)은 폐쇄된다.
도 7b의 밸브 어셈블리(4')의 경우에는, 2개의 3방향 밸브(23)가 냉매 라인들을 통해 상호 간에 연결되는 방식으로 배치된다. 이 경우, 제1 3방향 밸브(23)는 하나의 유입구와 2개의 유출구로 작동되며, 그리고 제2 3방향 밸브(23)는 2개의 유입구 및 하나의 유출구로 작동된다. 제1 3방향 밸브(23)의 2개의 유출구는 각각의 냉매 라인을 통해 제2 3방향 밸브(23)의 유입구와 연결되며, 유출구들과 유입구들을 연결하는 냉매 라인들은 예컨대 T 피스(piece)로서 형성된 분기를 각각 포함한다.
1 공조 시스템
2 압축기
3 냉매-냉각제 열교환기
4, 4' 밸브 어셈블리
5 제1 냉매-공기 열교환기
6 내부 열교환기
7 제1 팽창 부재
8 제2 냉매-공기 열교환기
9 집수기
10 냉매-냉각제 열교환기
11 체크 밸브
12 제2 팽창 부재
13 고온 냉각제 회로의 가열 열교환기
14, 14' 고온 냉각제 회로의 냉각제 유동 방향
15, 16 공기 유동 방향
17 유동 경로
18 분기
19 개구 위치
20 저온 냉각제 회로의 냉각제 유동 방향
21 NO 특성을 갖는 차단 밸브
22 NC 특성을 갖는 차단 밸브
23 3방향 밸브

Claims (10)

  1. 자동차의 차실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템(1)이며, 상기 공조 시스템은
    - 압축기(2)와, 압축 후에 냉매에서 열 회수하기 위한 냉매-냉각제 열교환기(3)와, 제1 냉매-공기 열교환기(5) 및 제2 냉매-공기 열교환기(8)를 구비하는 냉매 회로와,
    - 차실로 공급될 공기 질량 흐름을 가열하기 위한 가열 열교환기(13)를 구비하여 형성되는 하나 이상의 냉각제 회로를 포함하고,
    냉매-냉각제 열교환기(3)는 가열 열교환기(13)를 포함하는 냉각제 회로의 컴포넌트로서 형성되는, 상기 공조 시스템에 있어서,
    상기 공조 시스템(1)은 차실로 공급될 공기를 가열, 냉각 및 탈습하기 위한 냉동 장치 모드, 열 펌프 모드, 및 재가열 모드의 작동용으로 형성되며, 상기 냉매 회로는 다양한 작동 모드들 간에 상기 공조 시스템(1)을 전환하기 위한 밸브 어셈블리(4, 4')를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리(4, 4')는 냉매의 유동 방향에서 상기 냉매-냉각제 열교환기(3)의 하류에 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  3. 제2항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리(4, 4')는 냉매의 유동 방향에서 각각의 작동 모드에 따라 냉매-냉각제 열교환기(3)와 제1 냉매-공기 열교환기(5) 사이에, 또는 냉매-냉각제 열교환기(3)와 제2 냉매-공기 열교환기(8) 사이에 배치되며, 냉매는 열 회수를 위해, 그리고 냉각제 회로의 냉각제로 열 방출을 위해 상기 냉매-냉각제 열교환기(3)를 통해 안내될 뿐 아니라, 액화를 위해, 그리고 공기로의 열 방출을 위해서는 상기 냉매-공기 열교환기들(5, 8) 중 하나의 냉매-공기 열교환기를 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 냉매-공기 열교환기(8)는 상기 공조 시스템(1)의 작동 모드에 따라서 냉매의 증발기 또는 응축기로서 작동 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 냉매-공기 열교환기(5)는 상기 공조 시스템(1)의 작동 모드에 따라서 냉매의 증발기 또는 응축기로서 작동 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매 회로의 제2 냉매-공기 열교환기(8) 및 상기 냉각제 회로의 가열 열교환기(13)는 차실로 공급될 공기의 유동 방향(15)으로 차례로 배치되고 차실로 공급될 공기를 차례로 공급받을 수 있는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 냉매-공기 열교환기(5) 및 상기 제2 냉매-공기 열교환기(8)뿐 아니라 제1 팽창 부재(7)는 냉매에 의해 양방향으로 관류 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 어셈블리(4, 4')는 4방향 밸브로서 형성되며,
    - 상기 밸브 어셈블리(4)는 4개의 차단 밸브(21, 22)를 포함하고, 2개의 차단 밸브(21)는 NO 특성을 구비하여 형성되며, 2개의 차단 밸브(22)는 NC 특성을 구비하여 형성되거나, 또는
    - 상기 밸브 어셈블리(4')는 2개의 3방향 밸브(23)로 형성되고, 제1 3방향 밸브(23)는 하나의 유입구와 2개의 유출구를 포함하며, 제2 3방향 밸브(23)는 2개의 유입구와 하나의 유출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따르는, 자동차의 차실의 공기를 조절하기 위한 공조 시스템(1)을 작동시키기 위한 방법에 있어서, 상기 공조 시스템(1)은, 냉매 회로 내에 형성된 밸브 어셈블리(4, 4')에 의해, 차실로 공급될 공기를 조절하기 위한 냉동 장치 모드 또는 열 펌프 모드 또는 재가열 모드의 작동들 간에 전환되며, 냉매는 압축기(2) 내에서 압축된 후에, 그리고 상기 밸브 어셈블리(4, 4') 내로 유입되기 전에, 적어도 부분적으로 열 회수되거나, 또는 열 회수되어 적어도 부분적으로 액화되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템 작동 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 냉매는 냉매-냉각제 열교환기(3)를 관류할 때 적어도 부분적으로 열 회수되거나, 또는 열 회수되어 적어도 부분적으로 액화되고, 열은 냉매에서 냉각제로 전달되며, 냉각제에 의해 흡수된 열은 각각의 필요에 따라서 가열 열교환기(13) 내에서 차실로 공급될 공기로 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 공조 시스템 작동 방법.
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