KR20190138271A

KR20190138271A - 흡입 측에 배열된 열 교환기를 갖는 차량 공기 조화 유닛

Info

Publication number: KR20190138271A
Application number: KR1020190060747A
Authority: KR
Inventors: 데틀레프 핸드워크
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2019-12-12
Also published as: KR102246982B1; US20190366797A1; DE102018113176A1; US11097593B2

Abstract

본 발명은, 증발기(2), 가열 열 교환기 및 송풍구(4)를 갖는 차량 공기 조화 유닛(1)에 관한 것으로서, 이 차량 공기 조화 유닛은, 증발기(2) 및 가열 열 교환기가 공기 유동 방향으로 흡입 측에서 송풍기(4) 앞에 배열되어 있으며, 추가의 가열 열 교환기가 배출 측에서 송풍기(4) 뒤에 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

흡입 측에 배열된 열 교환기를 갖는 차량 공기 조화 유닛{VEHICLE AIR CONDITIONING UNIT WITH HEAT EXCHANGER ARRANGED IN SUCTION SIDE}

본 발명은, 송풍기를 기준으로 흡입 측에 배열된 열 교환기를 갖는 차량 공기 조화 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 따른 차량 공기 조화 유닛은, 이와 같은 구조적 형상에서도 공기 배출구에서 조절 가능한 온도 성층을 실현하기에 특별한 방식으로 적합하다.

종래 기술에는, 다양한 디자인의 차량 공기 조화 유닛이 공지되어 있다. 통상적으로, 공기 조화 유닛의 열 교환기, 증발기 및 가열 열 교환기는 공기 용적 흐름을 기준으로 송풍기 또는 팬의 배출 측에 배열된다. 하지만, 열 교환기가 전형적인 디자인과 달리 송풍기의 흡입 측에 배열되어 있는 차량 공기 조화 유닛들도 공지되어 있다.

JP 2009 0202734 A호로부터는, 예를 들어 공기 송풍기의 흡입 측에 있는 열 교환기를 개시하는 자동차 공기 조화 시스템이 나타난다. 이와 같은 열 교환기의 배열 상태에서는, 공기 조화 유닛의 다양한 공기 배출구에서 온도 성층을 구현하기가 어려운데, 그 이유는 송풍기 앞에 배열된 열 교환기의 배열 상태가, 차가운 공기 및 따뜻한 공기로 이루어진 송풍기 내에서 온도 성층을 갖지 않는 혼합 용적 흐름의 생성을 야기하기 때문이다. 이로써는, 온도 성층을 갖는 공기 용적 흐름을 공기 배출구용 송풍기의 배출 측에서 제공하는 것이 불가능해진다.

열 교환기가 배출 측에 배열된 공기 조화 유닛의 경우에는, 증발기 내에서 습기를 제거한 후에 공기 흐름을 가열하는 것이 통상적이다. 또한, JP 19990147413 A호 및 JP 20030112517 A호로부터는, 공기 배출구 앞에 있는 공기 채널 내에서 공기 용적 흐름의 재가열을 실현하는 차량 공기 조화 유닛이 나타나며, 이 경우에는 공기 조화 유닛 내의 공기가 먼저 통상적인 방식으로 조절되었다.

이로써, 송풍기의 흡입 측에서의 열 교환기의 배열은 공지되어 있지만, 이와 같은 배열은 다만 특정한 경계 조건 하에서만 구현된다. 이와 같은 구조적 형상의 선택 여부는, 다른 무엇보다 차량 내에서 제공되는 설치 공간의 기존의 기하학적 구조에 의존한다. 또 다른 경계 조건은, 서비스를 위한 개별 구성 요소들의 접근 가능성, 공기 조화 유닛의 제조 비용 및 이와 같은 유닛 컨셉의 구현을 타당하게 보이게 하는 또 다른 인자들이다.

상기와 같은 배열 상태의 중요한 한 가지 단점은, 공기 송풍기에 의해서 유입되는 차가운 공기와 따뜻한 공기의 완전 혼합이 이루어지고, 이로써 차량 내 배출 측의 모든 공기 배출구가 동일하게 온도 조절된다는 것이다. 이와 같은 사실은 일반적으로, 차량 공기 조화 유닛의 공기 배출구에서 상이한 온도 조절 및 특히 온도 성층을 요구하는 차량 제조자의 통상적인 요구 조건들에 모순이 된다.

개별적인 부분 공기 흐름의 가열은, 종래 기술에서 열 교환기를 배출 측에 배열하는 컨셉과의 조합에 의해서 구현된다. 이 경우의 단점은, 추가의 열 교환기가 사용된다는 것 그리고 이와 관련하여 높은 기술적 복잡성 및 더 높은 비용이 생성된다는 것이다.

본 발명의 과제는, 가급적 적은 설치 용적을 요구하고 더 나아가서는 공기 조화 유닛의 배출구에서 온도 성층의 가능성을 가능하게 하는 차량 공기 조화 유닛을 제공하는 데 있다.

상기 과제는, 특허 청구항 1에 따른 특징들을 갖는 대상에 의해서 해결된다. 개선예들은 종속 특허 청구항들에 명시되어 있다.

본 발명의 과제는 특히, 우선 증발기로서의 그리고 가열 열 교환기 및 송풍기로서의 열 교환기를 갖는 통상적인 구성 요소들로 구성된 차량 공기 조화 유닛에 의해서 해결된다. 이와 같은 해결책에서 나타나는 본 발명에 따른 차량 공기 조화 유닛의 한 가지 독특성은, 증발기 및 가열 열 교환기가 공기 유동 방향으로 송풍기 앞에 그리고 이로써 송풍기의 흡입 측에 배열되어 있다는 데 있다. 컨셉에 따라, 또한 추가의 가열 열 교환기가 송풍기의 배출 측에서 송풍기 뒤에 배열되어 있다. 공기 유동 방향이란, 공기 조화 유닛의 유입구로부터 공기 배출구로 흘러가는, 공기 조화 유닛을 관류하는 공기의 방향으로 이해된다. 이로써, 열 교환기를 송풍기에 대하여 흡입 측에 배열하는 것은, 차량 실내의 공기 조절을 위한 규정에 상응하게, 특정 공기 배출구에서 온도 성층을 형성하기 위해 공기 흐름 또는 부분 공기 흐름을 선택적으로 재가열하는 것과 조합된다.

특히 바람직한 일 실시예에 따라, 2개의 기능 영역, 즉 예열 영역 및 재가열 영역을 구비하는 단 하나의 가열 열 교환기가 공기 가열을 위해 제공되어 있다. 예열 영역 및 재가열 영역의 영역들은 송풍기에 대한 이들 영역의 배열 상태와 관련하여 기능적으로 관련이 있다. 이로써, 가열 열 교환기의 예열 영역은 흡입 측에서 송풍기 앞에 배열되어 있는 한편, 공기 흐름 내 가열 열 교환기의 재가열 영역은 배출 측에서 송풍기 뒤에 배열되어 있다.

특히 바람직하게, 가열 열 교환기의 예열 영역 및 증발기는 공기 조화 시스템 유입 흐름 내에 병렬로 배열되어 있다. 이 경우, 차량 공기 조화 유닛으로 유입되는 공기는 가열 열 교환기의 예열 영역 및 증발기를 병렬로 관류하고, 이로써 공기는 상황에 따라 증발기와 가열 열 교환기가 직렬로 연결된 경우보다 덜 탈습된다. 하지만, 병렬 연결의 장점은 대체로 특히 공간을 절약하는 차량 공기 조화 유닛의 디자인에 있다.

병렬 배열의 한 가지 중요한 장점은, "완전히 차가운" 위에서 온도를 설정하는 경우에는 공기 측에서 더 적은 압력 손실이 발생한다는 데 있다. 이와 같은 설정에서는, 더 적은 압력 손실이 송풍기의 전력 요구를 줄이고, 일반적으로는 또한 공기량이 동일한 경우 직렬 연결에 비해 잡음도 더 적게 발생한다.

전술된 열 교환기의 병렬 배열에 대해 대안적으로, 추가의 일 실시예에 따라 열 교환기들은 공기 조화 시스템 유입 흐름 내에 직렬로 연결된 상태로 배열되어 있으며, 이와 같은 배열 상태는 공기의 더 강한 탈습을 유도하지만 대부분 더 높은 공간 수요를 유도한다.

바람직하게, 메인 온도 플랩이 제공되어 있고, 증발기와 가열 열 교환기의 예열 영역 사이에 배열되어 있다. 이 경우, 메인 온도 플랩은 가열된 공기 대 냉각된 공기의 비율을 제어한다. 플랩을 열 교환기 뒤에 그리고 송풍기 앞에 배열하는 것은, 송풍기 내로 유입되는 따뜻한 공기와 차가운 공기의 유입 비율을 메인 온도 플랩의 플랩 위치를 통해서 조절하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는, 재가열 흐름 내에 보조 온도 플랩이 추가로 배열되어 있다는 데 있으며, 이 경우 보조 온도 플랩은 가열 열 교환기 또는 추가 가열 열 교환기의 재가열 영역의 바이패스와 관류의 비율을 제어한다. 이 경우, 보조 온도 플랩은, 상응하는 설정 가능성에 의해서 가열 열 교환기의 재가열 영역의 완전한 바이패스 또는 가열 열 교환기의 재가열 영역의 완전한 관류 그리고 중간 위치를 구현할 수 있도록 위치 결정되어 있다.

바람직하게, 보조 온도 플랩은 메인 온도 플랩과 기계식으로 결합되어 있고, 메인 온도 플랩을 통해서 구동될 수 있도록 설계되어 있다. 이와 같은 설계 방식은, 상황에 따라, 보조 온도 플랩의 추가 구동 장치가 경우에 따라 중간 연결되는 기계식 트랜스미션과 상호 작용 연결된 상태에서 또한 메인 온도 플랩의 동작을 통해서도 구동되는 경우에는, 보조 온도 플랩의 추가 구동 장치의 생략을 가능하게 한다.

대안적으로, 상황에 따라서는, 보조 온도 플랩이 별도의 구동 장치를 구비하도록 설계하는 것도 장점이 될 수 있으며, 이와 같은 설계 방식은 추후에 재가열 흐름의 더욱 독립적인 제어를 유도한다.

차량 공기 조화 유닛은 바람직하게 송풍기의 배출 측에 복수의 공기 배출구를 구비하며, 이 경우 하나 이상의 공기 배출구는 재가열 되지 않은 혼합 공기 흐름을 위해 제공되어 있고, 하나 이상의 공기 배출구는 재가열 된 재가열 흐름을 위해 제공되어 있다.

본 발명의 컨셉은 일반적으로, 차량 공기 조화 유닛이 흡입 측에 배열된 열 교환기를 구비하지만, 차량 공기 조화 유닛의 열 교환기의 공간 절약적인 배열 방식 외에, 송풍기의 배출 측에 하나 이상의 공기 부분 용적 흐름을 위한 재가열 가능성을 제공함으로써, 공기 조화 유닛의 기존의 온도 성층에 대한 차량 제조자의 요구 조건들을 충족시킬 수 있다는 데 있다.

상기 컨셉을 실현하기 위해, 바람직하게 가열 열 교환기는 다양한 섹션들로, 또는 공기 흐름의 예열 및 재가열을 위한 기능 영역들로 세분된다. 가열 열 교환기의 제1 섹션은 전통적인 방식으로 동작하며, 공기가 증발기로부터 유래하는 차가운 공기와 혼합된 상태에서 송풍기에 공급되기 전에 공기를 가열시킨다. 차량을 위한 유입 공기 온도는 송풍기 앞에 있는 메인 온도 플랩에 의해서 조절된다. 송풍기를 통과한 후에는, 유입 공기가 혼합 공기 흐름으로서 차량 실내에 공급될 수 있다.

컨셉에 따르면, 가열 열 교환기의 일 섹션을 새로이 통과함으로써, 특정의 공기 배출구를 위한 공기 온도가 추가로 상승 될 수 있다. 상기 영역에는, 온도 상승의 제어 또는 조절을 가능하게 하는 보조 온도 플랩 및 바이패스가 제공되어 있다. 보조 온도 플랩 및 가열 열 교환기의 재가열 영역을 통과하면, 재가열된 공기가 차량 공기 조화 유닛의 상응하는 공기 배출구를 통해서 차량의 차량 실내로 유입된다.

본 발명에 따른 해결책의 한 가지 특별한 장점은, 열 교환기를 흡입 측에 배열하는 공기 조화 유닛 컨셉에도 불구하고 배출구에서 공기의 온도 성층을 형성할 수 있다는 가능성에 있다. 이와 같은 가능성에 의해서는, 송풍기가 열 교환기 뒤에 있는 차량 공기 조화 유닛 컨셉을 위한 새로운 적용 분야가 열리거나 확대된다.

특히 바람직한 것은, 차량 공기 조화 유닛의 더 적은 설치 공간 수요 및 차량 내에서 획득된 공간의 대안적인 활용이다. 설치 공간 축소는, 공기 조화 유닛 내의 따뜻한 공기 및 차가운 공기를 위해 필요한 삽입체를 갖는 혼합 챔버의 생략에 의해서 성취될 수 있으며, 이로 인해 공간 수요의 상당한 감소가 구현된다. 더 나아가서는, 더 큰 열 교환기도 가열 능력 또는 냉각 능력의 증가를 위해 사용될 수 있다. 또한, 온도 조절 곡선 및 공기 조화 유닛의 개발을 위한 자원도 덜 요구되며, 이와 같은 상황은 공기 조화 유닛의 비용을 전체적으로 감소시키고, 더 나아가서는 또한 장애 발생 가능성 및 유지 관리 비용도 감소시킨다. 또한, 개별 공기 배출구 내에서 온도 타래(skein)의 개발을 위한 자원도 전혀 필요치 않다.

컨셉에 따르면, 열 교환기가 송풍기의 흡입 측에 배열되어 있음에도 불구하고, 차량 실내 쪽으로의 공기 배출구 내에서 조절 가능한 온도 성층의 가능성이 구현된다. 특히 바람직한 방식으로, 개별 공기 배출 개구의 의도된 재가열에 의해서는, 온도 성층을 만들기 위해 따뜻한 공기 흐름 및 차가운 공기 흐름을 의도한 바대로 개별 공기 배출 개구로 안내하는 혼합 챔버 및 삽입체가 공기 조화 유닛 내부에서 생략될 수 있다. 이와 같은 추가의 삽입체는 일반적으로, 송풍기의 배출 측에서 열 교환기의 배열을 실현하는 공기 조화 유닛에서 반드시 필요하다.

본 발명의 디자인의 또 다른 세부 사항, 특징들 및 장점들이 관련 도면을 참조해서 이루어지는 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명으로부터 드러난다. 여기서:
도 1은 조절 가능한 온도 성층 기능을 갖춘 차량 공기 조화 유닛의 횡단면에 대한 개략도이며,
도 2는 도 1에 도시된 구조적 형상을 갖는 차량 공기 조화 유닛의 재가열에 의한 온도 확장 상태를 도시하기 위한 다이어그램이다.

도 1에는, 열 교환기의 흡입 측 배열을 구현하는 차량 공기 조화 유닛(1)의 일 실시예가 도시되어 있다. 차량 공기 조화 유닛(1)은 먼저 증발기(2) 및 예열 영역(3)을 갖는 가열 열 교환기를 구비한다. 증발기(2) 및 가열 열 교환기는 송풍기(4)에 대해 흡입 측에 배열된 상태로 있으며, 이 송풍기를 통해서 공기 조화 시스템 유입 흐름(10)이 차량 공기 조화 유닛(1) 내로 흡입된다. 공기 조화 시스템 유입 흐름(10)의 공기는 도시된 실시예에서 증발기(2) 및 가열 열 교환기의 예열 영역(3)을 병렬로 관류한다. 증발기(2) 및 가열 열 교환기와 송풍기(4) 사이에는, 플랩 위치에 따라 공기 용적 흐름의 비율을 조절하는 메인 온도 플랩(5)이 배열되어 있다. 이 경우에는, 송풍기(4)로 유입되는 공기의 완전한 가열 또는 송풍기(4)로 유입되는 공기의 완전한 냉각뿐만 아니라 냉각된 그리고 가열된 공기의 비례적인 혼합까지도 메인 온도 플랩(5)의 플랩 위치를 통해서 조절될 수 있다.

송풍기(4) 내에서는, 경우에 따라 다양한 구성 요소 내에도 존재하는 온도 조절된 공기 흐름이 혼합되며, 그 다음에 송풍기(4)로부터 혼합 공기 흐름(11)이 배출된다. 배출되는 혼합 공기 흐름(11)은 도시된 실시예에서 배출구 플랩을 갖는 공기 배출구(7)로부터 유래하는 일 부분 흐름으로 구성된다. 공기 배출구(7)는 또한 대쉬보드 벤트(dashboard vent)로서도 지칭된다. 혼합 공기 흐름(11)의 또 다른 일 부분 흐름은 푸트 영역에 있는 공기 배출구(8)로 안내되며, 이곳에서 상기 부분 흐름이 배출되어야만 한다. 공기 배출구(8)로 가는 경로 상에서, 상기 혼합 공기 흐름(11)의 부분 흐름은, 가열 열 교환기의 재가열 영역(9)의 영역에 배열된 보조 온도 플랩(6)을 통과한다. 바이패스를 위한 일 플랩 위치에서는, 관련 혼합 공기 흐름(11)이 가열 열 교환기의 재가열 영역(9)을 스쳐서 재가열 없이 푸트 영역 내 공기 배출구(8)로 안내된다. 반대 방향의 플랩 위치에서는, 전체 혼합 공기 흐름(11)이 가열 열 교환기의 재가열 영역(9)을 통해서 안내되며, 이로 인해서는, 추후에 가열된 혼합 공기 흐름(11)이 재가열 흐름(12)으로서 푸트 영역 내 공기 배출구(8)를 통해 차량 공기 조화 유닛(1)으로부터 배출되기 전에 재가열이 이루어진다.

도 2에는, 대쉬보드 벤트 내 공기 배출구(7) 및 푸트 영역 내 공기 배출구(8)에서의 공기 배출 온도가, 좌표계의 횡좌표에 있는 차가운 위치로부터 뜨거운 위치로의 다양한 플랩 위치에 대하여 종좌표에 도시되어 있다. 직선의 기능 파형은 십자 마크에 의해서, 혼합 공기 흐름(11)을 위한 메인 온도 플랩(5)의 플랩 위치에 의존하는 배출 공기의 온도를 보여준다. 보조 온도 플랩(6)이 바이패스 위치로 이동되면, 푸트 영역 내 공기 배출구(8)에서 배출되는 공기는 혼합 공기 흐름(11)의 온도 프로파일에 상응한다. 보조 온도 플랩(6)이 바이패스 위치로부터 멀어지는 방향으로 반대 위치로 이동되면, 재가열 흐름(12)이 가열되고, 온도 확장이 나타나며, 이와 더불어 점 마크 및 파선의 곡선 파형을 갖는 복수의 곡선 파형에 도시된 바와 같이, 푸트 영역 내 공기 배출구(8)에서 온도 성층이 나타나게 된다.

1: 차량 공기 조화 유닛
2: 증발기
3: 가열 열 교환기의 예열 영역
4: 송풍기
5: 메인 온도 플랩
6: 보조 온도 플랩
7: 배출 플랩을 갖는 대쉬보드 벤트 내 공기 배출구
8: 배출 플랩을 갖는 푸트 영역 내 공기 배출구
9: 가열 열 교환기의 재가열 영역
10: 공기 조화 시스템 유입 흐름
11: 혼합 공기 흐름
12: 재가열 흐름

Claims

증발기(2), 가열 열 교환기 및 송풍구(4)를 갖는 차량 공기 조화 유닛(1)에 있어서,
상기 증발기(2) 및 상기 가열 열 교환기가 공기 유동 방향의 흡입 측에서 상기 송풍기(4) 앞에 배열되어 있으며, 추가의 가열 열 교환기가 공기 유동 방향의 배출 측에서 상기 송풍기(4) 뒤에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제1항에 있어서, 상기 송풍기(4)에 대한 영역들의 배열을 기준으로 예열 영역(3) 및 재가열 영역(9)을 구비하는 가열 열 교환기가 공기 가열을 위해 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제2항에 있어서, 상기 가열 열 교환기의 예열 영역(3) 및 상기 증발기(2)가 공기 조화 시스템 유입 흐름(10) 내에 병렬로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제2항에 있어서, 상기 가열 열 교환기의 예열 영역(3) 및 상기 증발기(2)가 공기 조화 시스템 유입 흐름(10) 내에 직렬로 연결된 상태로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제2항에 있어서, 메인 온도 플랩(5)이 상기 증발기(2)와 상기 가열 열 교환기의 예열 영역(3) 사이에 배열되어 있으며, 상기 메인 온도 플랩(5)은 가열된 공기 대 냉각된 공기의 비율을 제어하는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제5항에 있어서, 재가열 흐름(12) 내에 보조 온도 플랩(6)이 배열되어 있으며, 상기 보조 온도 플랩(6)은 가열 열 교환기의 재가열 영역(9)의 바이패스와 관류의 비율을 제어하는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제6항에 있어서, 상기 보조 온도 플랩(6)과 상기 메인 온도 플랩(5)은 기계식으로 결합되어 있고, 상기 메인 온도 플랩을 통해서 구동될 수 있도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제6항에 있어서, 상기 보조 온도 플랩(6)이 별도의 구동 장치를 구비하도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).
제1항에 있어서, 상기 송풍기(4)의 배출 측에 복수의 공기 배출구(7, 8)가 제공되어 있으며, 하나 이상의 공기 배출구(7)는 재가열 되지 않은 혼합 공기 흐름(11)을 위해 제공되어 있고, 하나 이상의 공기 배출구(8)는 재가열 된 재가열 흐름(12)을 위해 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 차량 공기 조화 유닛(1).