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KR101925191B1 - 차량의 공기를 냉각하기 위한 요소 - Google Patents

차량의 공기를 냉각하기 위한 요소 Download PDF

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KR101925191B1
KR101925191B1 KR1020167001371A KR20167001371A KR101925191B1 KR 101925191 B1 KR101925191 B1 KR 101925191B1 KR 1020167001371 A KR1020167001371 A KR 1020167001371A KR 20167001371 A KR20167001371 A KR 20167001371A KR 101925191 B1 KR101925191 B1 KR 101925191B1
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protective layer
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펠스매커 조르주 드
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발레오 시스템므 떼르미끄
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Abstract

본 발명은, 상변화 물질(42)인 적어도 하나의 제 1 물질과, 그 구조가 상기 상변화 물질(42)을 지지하기 위한 매트릭스를 형성하는 하나의 제 2 물질(44)로 이루어지는 복합 상변화 물질(40)을 포함하는, 차량의 공기를 냉각하기 위한 요소에 관한 것이며, 상기 복합 상변화 물질(40)은 열 전도성 보호층(46)으로 덮여 있다.

Description

차량의 공기를 냉각하기 위한 요소{ELEMENT FOR COOLING THE AIR OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소에 관한 것이고, 보다 특별하게는 차량의 공기 조화 장치의 영역에 있고 복합 상변화 물질(composite phase-change material)을 포함하는 요소에 관한 것이다.
차량용 공기 조화 장치는 일반적으로 열전달 유체를 순환시키는 공기 조화 루프(air-conditioning loop)를 포함한다. 공기 조화 루프는 특히 압축기, 제 1 열교환기, 팽창 밸브, 및 객실로부터 공기의 흡입을 위한 덕트에 배치된 제 2 열교환기를 포함한다.
공기 조화 모드에 있어서, 공기 조화 루프는 제 1 열교환기가 응축기로서 작용하고 제 2 열교환기가 증발기로서 작용하는 경우에 객실을 위한 공기가 냉각될 수 있게 한다. 이러한 구성에 있어서, 제 2 열교환기에 의해 객실을 위한 공기로부터 제거된 열 에너지는 제 1 열교환기의 영역에서 응축에 의해 방출된다.
가역적인 공기 조화 장치로서 알려진 것의 경우에 있어서, 객실을 위한 공기는 히트-펌프 모드(heat-pump mode)에서 공기 조화 루프를 통과함으로써 가열될 수 있다. 이러한 모드에서, 제 1 및 제 2 열교환기의 기능은 역전된다. 따라서, 제 1 열교환기는 증발기로서 작용하여 외기로부터 열 에너지를 제거한다. 그 후에, 상기 열 에너지는 응축기로서 작용하여 객실을 위한 공기를 가열하는 제 2 열교환기의 영역에서 방출된다.
그럼에도 불구하고, 엔진을 자동으로 정지 및 재시동하기 위한 장치를 구현하는 교류발전기 시동기(alternator starter)를 구비한 차량에 있어서, 교통 신호등 또는 정지 신호에서 엔진을 정지시킴으로써, 공기 조화 루프 내의 압축기가 작동을 정지하게 하고, 따라서 상기 공기 조화 루프가 작동을 정지하게 한다.
공기 조화 모드에서의 객실을 위한 공기의 냉각을 연장시키기 위해서, 복합 상변화 물질을 포함하는 요소를 통합하는 것이 알려져 있다. 공기 조화 루프가 작동중일 때, 복합 상변화 물질은, 객실을 위한 공기와 같이, 고체 상태로 되면서 열 에너지를 열전달 유체에 넘겨준다. 공기 조화 루프가 정지중일 때, 상변화 물질과 접촉한 상태로 순환하는 객실을 위한 공기는 액체 상태로 되면서 공기로부터 열 에너지를 취하는 상기 상변화 물질에 의해 냉각된다.
복합 상변화 물질은 상변화 물질인 적어도 하나의 제 1 물질과, 그 구조가 상기 상변화 물질에 대한 지지 매트릭스를 형성하는 하나의 제 2 물질을 포함한다. 복합 상변화 물질은, 복합 구조로 인해, 상변화 물질이 고체 상태이든 액체 상태이든 강성 구조를 유지하도록 한다.
그러나, 복합 상변화 물질의 사용은 내구성에 관한 문제를 가질 수 있다. 사실상, 사용을 통해, 지지 매트릭스에 존재하는 상변화 물질은 예를 들어 증발에 의해 또는 유동에 의해 감소될 수 있다. 그러므로, 시간 경과에 따라, 이것은 상기 복합 상변화 물질의 효율의 감소를 야기한다.
그러므로, 본 발명의 목적 중 하나는 종래 기술의 단점의 적어도 일부를 극복하는, 시간 경과에 따라 내구성을 갖는 복합 상변화 물질을 포함하는 공기를 냉각하기 위한 요소, 및 차량용 공기 조화 장치를 제안하는 것이다.
따라서, 본 발명은, 상변화 물질인 적어도 하나의 제 1 물질과, 그 구조가 상기 상변화 물질에 대한 지지 매트릭스를 형성하는 하나의 제 2 물질로 이루어지는 복합 상변화 물질을 포함하는, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소에 관한 것이며, 상기 복합 상변화 물질은 열 전도성 보호층(heat-conducting protective layer)으로 덮여 있다.
복합 상변화 물질이 열 전도성 보호층으로 덮여 있다라는 점은 상변화 물질이 유동에 의해 또는 증발에 의해 이탈되는 것을 방지한다. 또한, 보호층이 열 전도성이라는 점은 복합 상변화 물질과 접촉하여 통과하는 공기 유동과 상변화 물질 사이에서 양호한 열교환이 유지될 수 있게 한다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 보호층은 유기 및 무기 혼성 나노입자(hybrid nanoparticle)를 갖는 소유성(oleophobic) 및 소수성(hydrophobic) 표면 처리이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 보호층은 높은 열 전도성을 갖는 금속 필름이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 보호층은 열 전도성 폴리머의 증발층이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 복합 상변화 물질은 내부에 적어도 하나의 강성 구조적 보강부(rigid structural reinforcement)를 포함한다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 강성 구조적 보강부는 금속 골조(metal framework)이다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 강성 구조적 보강부는 플라스틱 골조이다.
본 발명은 또한, 외기와 접촉하는 제 1 열교환기와, 공기 조화 하우징 내에 배치되는 제 2 열교환기를 포함하는 공기 조화 루프를 포함하는 차량용 공기 조화 장치에 관한 것이며, 전술한 바와 같은 적어도 하나의 공기 냉각 요소를 포함하며, 상기 공기 냉각 요소는 객실에서의 공기 디퓨저의 영역에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기 조화 장치의 일 관점에 따르면, 적어도 하나의 공기 냉각 요소는 객실에서의 공기 디퓨저의 출구에 확산 그레이팅(diffusion grating)을 형성한다.
본 발명에 따른 공기 조화 장치의 다른 관점에 따르면, 적어도 하나의 공기 냉각 요소는 객실로 진입하는 공기 유동을 배향 및/또는 차단하기 위한 플랩을 형성한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 예시적이고 비제한적인 예로서 주어진 하기의 설명을 읽을 때 그리고 첨부 도면으로부터 보다 명확하게 드러날 것이다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 차량용 공기 조화 장치의 개략도,
도 2a 및 도 2b는 복합 상변화 물질의 구조의 개략 단면도,
도 3은 제 2 실시예에 따른 차량용 공기 조화 장치의 개략도,
도 4는 제 3 실시예에 따른 차량용 공기 조화 장치의 개략도,
도 5는 제 4 실시예에 따른 차량용 공기 조화 장치의 개략도,
도 6은 제 5 실시예에 따른 차량용 공기 조화 장치의 개략도,
도 7은 객실에서의 공기 디퓨저의 사시 분해도.
다양한 도면에 있어서, 동일한 요소는 동일한 참조 부호를 갖는다.
도 1은 공기 조화 장치(1)의 개략도이다. 상기 공기 조화 장치(1)는 열전달 유체가 순환하는 공기 조화 루프를 포함하고, 또한 제 1 열교환기(12), 팽창 밸브(14), 제 2 열교환기(16) 및 압축기(10)를 포함한다.
제 1 열교환기(12)는 차량 외측의 공기와 접촉하게, 예를 들어 전방면의 영역에 배치될 수도 있다. 특히, 상기 제 1 열교환기(12)는, 차량이 저속으로 이동하거나 정지하고 있는 경우에, 외기가 상기 제 1 열교환기를 통과할 수 있게 하는 팬(18)에 결합될 수 있다. 다음으로, 제 2 열교환기(16)는 공기 조화 하우징(2) 내에 배치된다. 압축기(10)는 제 2 열교환기(16)의 출구에 배치되고, 팽창 밸브(14)는 상기 제 2 열교환기의 입구에 배치된다. 공기 조화 루프가 공기 조화 모드에 있고 객실을 위한 공기를 냉각하고 있는 경우에, 제 1 열교환기(12)는 열전달 유체가 기체상으로부터 액체상으로 될 수 있게 하기 위해 열 에너지를 공기에 넘겨주는 응축기이며, 제 2 열교환기(16)는 열전달 유체가 액체상으로부터 기체상으로 될 수 있게 하기 위해 객실을 위한 공기의 열 에너지를 포획하는 증발기이다.
다음으로, 공기 조화 하우징(2)은 혼합 챔버(26) 및 공기 분배 덕트(30A, 30B, 30C)를 포함한다. 팬(22)은 또한 상기 공기 조화 하우징(2)을 통과하는 공기를 추진시키기 위해 공기 조화 하우징(2)의 상류측에 배치될 수도 있다.
객실을 위한 공기는 팬(22)에 의해 추진되고, 제 2 열교환기(16)를 통과하여 혼합 챔버(26)로 진입한다. 상기 혼합 챔버(26)로의 공기의 진입은 혼합 플랩(mixing flap)(24)에 의해 제어 및 조절된다. 혼합 플랩(24)의 배향은, 객실을 위한 공기를, 직접 분배 덕트를 향해 안내하거나(이러한 경우에는, 공기가 냉각됨), 또는 히터(32), 예를 들어 양의 온도 계수를 갖는 추가적인 전기 가열 장치를 통해 안내하는 것(이러한 경우에는, 공기가 가열됨)을 가능하게 한다. 또한, 공기가 혼합 플랩(24)의 양측을 통과하는 중간 위치가 있으며, 이것은 냉각된 공기가 혼합 챔버(24)에서 가열된 공기와 혼합될 수 있게 한다. 혼합 챔버로부터, 객실을 위한 공기는 폐쇄 플랩(28)에 의해서 공기 분배 덕트(30A, 30B, 30C)를 거쳐서 객실의 영역으로 분배될 수 있다. 예를 들면, 공기 분배 덕트(30A)는 앞유리(windscreen) 아래의 공기 출구를 향해 공기를 안내하고, 공기 분배 덕트(30B)는 대시보드(dashboard) 상의 출구를 향해 공기를 안내하며, 공기 분배 덕트(30C)는 발밑 공간 영역(foot well region)에서의 대시보드 아래의 공기 출구를 향해 공기를 안내한다.
공기 조화 하우징(2)은 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 적어도 하나의 요소를 더 포함한다. 이러한 요소는 복합 상변화 물질(40)을 포함하고, 이러한 복합 상변화 물질의 구조가 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 상기 복합 상변화 물질(40)은 상변화 물질(42)인 적어도 하나의 제 1 물질과, 그 구조가 상기 상변화 물질에 대한 지지 매트릭스를 형성하는 하나의 제 2 물질(44)을 포함한다. 복합 상변화 물질(40)은, 복합 구조로 인해, 상변화 물질(42)이 고체 상태이든 액체 상태이든 강성 구조를 유지하도록 한다.
복합 상변화 물질(40)의 사용은 제 2 열교환기(16) 내로 통합된 상변화 물질과 비교하여 증대된 열 전도성이 보장될 수 있게 하며, 또한 양호한 기계적 강도가 보장될 수 있게 한다.
복합 상변화 물질(40)은 상변화 물질(42)이 유동에 의해 또는 증발에 의해 이탈되는 것을 방지하는 열 전도성 보호층(46)으로 덮여 있다. 보호층(46)이 열 전도성이라는 점은 복합 상변화 물질(40)과 접촉하여 통과하는 공기 유동과 상변화 물질(42) 사이에서 양호한 열교환이 유지될 수 있게 한다. 외측 환경과 복합 상변화 물질(40) 사이의 양호한 열 전도성을 유지하기 위해, 보호층(46)은 0㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는다.
열전도성 보호층(46)은, 특히,
- 탄소 섬유층,
- 유기 및 무기 혼성 나노입자(hybrid nanoparticle)를 갖는 소유성(oleophobic) 및 소수성(hydrophobic) 표면 처리,
- 높은 열 전도성을 갖는 금속 필름, 또는
- 열 전도성 폴리머의 증발층(evaporative layer)일 수 있다.
특히 탄소 섬유층 또는 열 전도성을 갖는 금속 필름의 형태인 보호층(46)은 20㎛ 이상인 두께를 갖는 반면, 표면 처리 또는 열 전도성 폴리머의 증발층의 형태인 보호층(46)은 20㎛ 미만의 두께를 갖는다.
두꺼운 보호층(46)은 보다 낮은 열 전도성을 갖지만 보다 큰 보호성을 가지며, 반대로 보다 얇은 보호층은 보다 양호한 열 전도성을 갖지만 보다 낮은 보호성을 갖는다. 그러므로, 보호층(46)의 타입의 선택은 공기 조화 장치(1) 내에의 복합 상변화 물질(40)의 배치에 따라 달라진다.
복합 상변화 물질(40)에 사용된 상변화 물질(42)은 특히 식물 또는 다른 기원의 유기 또는 무기 상변화 물질일 수도 있다. 바람직하게는, 상변화 물질은 9 내지 13℃의 용융 온도를 갖는다. 또한, 에너지 저장에 대한 높은 능력, 및 그에 따른 객실을 위한 공기로부터 열을 제거하는 높은 능력을 보장하기 위해, 상기 상변화 물질은 유리하게는 100 내지 300KJ/kg의 잠열(latent heat)을 갖는다.
복합 상변화 물질(40) 내의 상변화 물질(42)에 대한 지지 매트릭스를 형성하는 제 2 물질(44)은 탄소 모세관 섬유 또는 폴리머 모세관 섬유의 매트릭스일 수도 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 복합 상변화 물질(40)은 또한 그 내부에 적어도 하나의 강성 구조적 보강부(rigid structural reinforcement)(48)를 포함할 수도 있다. 이러한 강성 구조적 보강부(48)는 복합 상변화 물질(40)에 보다 양호한 기계적 강도를 제공한다. 강성 구조적 보강부(48)는 예를 들어 복합 상변화 물질(40)에 의해 둘러싸인 금속 골조(framework) 또는 플라스틱 골조일 수도 있다.
도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 복합 상변화 물질(40)을 포함하는, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소는 제 2 열교환기(16)를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 그러므로, 공기 조화 루프가 정지되는 경우, 열교환기를 통과하는 객실을 위한 공기는 공기와 제 2 열교환기(16) 사이에서의 열 에너지의 전달로 인해 계속해서 냉각된다. 열전달 유체에 의해 제거되는 대신에, 이러한 열 에너지는 복합 상변화 물질(40)에 의해 흡수되며, 여기서 복합 상변화 물질은 고체 상태로부터 액체 상태로 된다.
이러한 제 1 실시예의 변형예에 따르면, 복합 상변화 물질(40)은 제 2 열교환기(16)를 위한 지지부를 제공하기 위한 재료로서 사용된다. 제 2 열교환기(16) 주위의 그러한 구성은 특히 복합 상변화 물질(40)을 공기 조화 하우징(2) 내로 통합하는데 필요한 공간이 제한될 수 있게 한다.
복합 상변화 물질(40)을 포함하는, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소는 또한 공기 흡입 덕트(2) 내에서 제 2 교환기(16)의 하류측에 배치될 수도 있으며, 그에 따라 객실을 위한 공기와 직접 접촉할 수 있고, 따라서 이러한 공기와 열 에너지를 효과적으로 교환하여, 공기 조화 루프가 정지되는 경우에 사용자를 위한 편안함을 향상시킬 수도 있다. 이러한 목적을 위해, 복합 상변화 물질(40)은 유리하게는 제 2 열교환기(16)의 하류측에 배치된다.
도 3에 도시된 제 2 실시예에 따르면, 복합 상변화 물질(40)은 제 2 열교환기(16)와 혼합 및 재분배 챔버(26) 사이에 배치된다.
도 4에 도시된 제 3 실시예에 따르면, 복합 상변화 물질(40)을 포함하는, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소는 공기 분배 덕트(30A, 30B, 30C) 내에 배치된다. 이것은 공기 조화 하우징 내에서의 복합 상변화 물질(40)에 필요한 공간이 제한될 수 있게 한다.
도 5에 도시된 제 4 실시예에 따르면, 복합 상변화 물질(40)을 포함하는, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소는 폐쇄 플랩(28) 내로 통합된다. 이것은 공기 조화 하우징(2) 내에서의 복합 상변화 물질(40)에 필요한 공간을 제한하고 공기 유동에 대한 교란을 제한하는 것을 가능하게 한다.
복합 상변화 물질(40)은 유리하게는 제조의 용이성을 위해 그리고 경제적인 목적으로 상기 폐쇄 플랩(28)을 형성할 수도 있다.
도 6에 도시된 제 5 실시예에 따르면, 복합 상변화 물질(40)을 포함하는, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소는 공기 조화 하우징(2)의 벽 내로 통합된다. 동일한 방식으로, 이것은 공기 조화 하우징(2) 내에서의 복합 상변화 물질(40)에 필요한 공간을 제한하고 공기 유동에 대한 교란을 제한하는 것을 가능하게 한다.
복합 상변화 물질(40)은 또한, 유리하게는 제조의 용이성을 위해 그리고 경제적인 목적으로 공기 조화 하우징(2)의 벽을 형성할 수도 있다.
도 7에 도시된 제 6 실시예에 따르면, 복합 상변화 물질(40)을 포함하는, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 요소는 객실에서의 공기 디퓨저(32)의 영역에 배치된다. 따라서, 복합 상변화 물질(40)은 객실에서의 공기 디퓨저(32)의 출구에서 확산 그레이팅(diffusion grating)(34)을 형성할 수 있거나, 객실로 진입하는 공기 유동을 배향 및/또는 차단하기 위한 플랩(36)을 형성할 수도 있다.
따라서, 열 전도성 보호층에 의해, 복합 상변화 물질은, 함유하는 상변화 물질이 그 내에 유지되기 때문에, 보다 내구성이 있다는 것이 명확하다.

Claims (11)

  1. 외기와 접촉하는 제 1 열교환기(12) 및 공기 조화 하우징(2) 내에 배치되는 제 2 열교환기(16)를 포함하는 공기 조화 루프와, 차량 내의 공기를 냉각하기 위한 적어도 하나의 공기 냉각 요소를 포함하는 차량용 공기 조화 장치(1)에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공기 냉각 요소는, 고체-액체 상변화에 의해 공기를 냉각하기 위한 상변화 물질(42)인 적어도 하나의 제 1 물질과, 그 구조가 상기 상변화 물질(42)에 대한 지지 매트릭스를 형성하고 탄소 모세관 섬유 또는 폴리머 모세관 섬유의 매트릭스인 하나의 제 2 물질(44)로 이루어지는 복합 상변화 물질(40)을 포함하며,
    상기 복합 상변화 물질(40)은 열 전도성 보호층(46)으로 덮여 있고, 상기 적어도 하나의 공기 냉각 요소 중 하나는 상기 제 2 열교환기(16)를 위한 지지부를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층(46)은 탄소 섬유층인 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층(46)은 유기 및 무기 혼성 나노입자를 갖는 소유성 및 소수성 표면 처리인 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층(46)은 열 전도성을 갖는 금속 필름인 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층(46)은 열 전도성 폴리머의 증발층인 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 상변화 물질(40)은 내부에 적어도 하나의 강성 구조적 보강부(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 강성 구조적 보강부(48)는 금속 골조인 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 강성 구조적 보강부(48)는 플라스틱 골조인 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 공기 냉각 요소 중 다른 공기 냉각 요소가 객실에서의 공기 디퓨저(32)의 영역에 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 다른 공기 냉각 요소는 객실에서의 공기 디퓨저(32)의 출구에 확산 그레이팅(34)을 형성하는 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 다른 공기 냉각 요소는 객실로 진입하는 공기 유동을 배향 또는 차단하기 위한 플랩(36)을 형성하는 것을 특징으로 하는
    차량용 공기 조화 장치.
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