KR100200277B1

KR100200277B1 - 차량용 냉동기

Info

Publication number: KR100200277B1
Application number: KR1019970030557A
Authority: KR
Inventors: 오종식
Original assignee: 서상기; 재단법인 한국기계연구원
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR19990008554A

Abstract

공기를 냉매로 사용하는 차량용 냉동기가 개시된다. 컨테이너로부터 유입되는 공기 냉매가 엔진에 의하여 구동되는 제1원심 공기 압축기에 의하여 압축된 후, 제1열교환기에서 냉각된다. 공기 냉매는 이후 제2원심 공기 압축기에서 압축되고, 제2열교환기에서 다시 냉각된다. 제2열교환기에서 냉각된 공기 냉매는 구심 터빈에 의하여 팽창되어 냉각된 후 컨테이너에 공급된다. 엔진과 제1원심 공기 압축기 사이에는 증속 기어 박스가 제공되어 제1원심 공기 압축기 임펠러에서 요구되는 높은 회전 속도를 유지시킨다. 본 차량용 냉동기는 공기를 냉매로 사용하므로 프레온 가스 등을 냉매로 사용하는 경우에 비하여 환경에 미치는 악영향이 적다.

Description

차량용 냉동기

본 발명은 차량용 냉동기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기를 냉매로 이용하는 차량용 냉동기에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 냉동 시스템에는 프레온 가스 등을 냉매를 사용하는 냉동 사이클이 이용되는 반면, 항공기용 공기 조화 시스템에는 공기를 냉매로 사용하는 냉동 사이클을 이용한 냉동기가 이용된다. 일반적인 차량용 냉동기와 비교하여 볼 때, 이러한 공기 냉매를 이용하는 냉동기는 그 무게가 가벼울 뿐 아니라, 그 냉매로서 사용되는 공기의 고도에 따른 물성치 변화가 프레온 가스 등에 비하여 적으며, 항공기 운행시 고압의 공기가 주엔진의 압축기로부터 용이하게 유입될 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 프레온 가스 등을 이용하는 냉동기가 대기 성층권의 오존층을 파괴함으로써 환경 문제를 유발하는 것과는 달리, 냉매로서 공기를 사용하는 항공기용 냉동기는 냉동 사이클 중에 유해한 물질을 배출하지 않는다.

따라서, 본 발명의 목적은 공기 냉매 냉동 사이클을 이용하는 차량용 냉동기를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 냉동기는 컨테이너; 상기 컨테이너로부터 유입되는 공기 냉매를 압축하는 제1원심 공기 압축기; 상기 제1원심 공기 압축기를 구동하는 엔진; 상기 제1원심 압축기에서 압축된 공기 냉매를 냉각하는 제1열교환기; 상기 제1열교환기에서 냉각된 공기 냉매를 압축하는 제2원심 공기 압축기; 상기 제2원심 공기 압축기에서 압축된 공기 냉매를 냉각하는 제2열교환기; 그리고 제2열교환기에서 냉각된 공기 냉매를 팽창시키므로써 추가로 냉각시켜 상기 컨테이너에 공급하는 구심 터빈을 구비한다.

본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 차량용 냉동기는 입력 기어 및 출력 기어를 구비하는 다수의 기어를 가지며, 상기 입력 기어 및 출력 기어가 상기 엔진과 상기 제1원심 공기 압축기에 각각 연결되는 증속 기어 박스를 추가로 구비하며, 상기 증속 기어 박스의 증속비는 10 이상으로 설정된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 구심 터빈으로부터 동력에 의하여 구동될 수 있도록 상기 제2원심 공기 압축기는 상기 구심 터빈에 연결된다.

상기 제1 및 제2열교환기는 크로스 유동 방식이 사용되며, 상기 제1 및 제2열교환기는 덕트를 통하여 차량 외부로부터 강제로 유입되며 제1 및 제2열교환기를 지나는 공기 냉매에 비하여 상대적으로 온도가 낮은 냉각 공기와 접촉하므로써 공기 냉매를 냉각한다. 상기 차량용 냉동기는 덕트를 통하여 상기 냉각 공기를 강제로 유입하기 위한 냉각 공기용 팬을 추가로 구비한다.

상기 냉각 공기용 팬은 상기 증속 기어 박스의 기어 중의 하나에 연결되어 상기 엔진에 의하여 구동된다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 냉동기를 보여주는 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉동기를 이상적인 모델로 가정할 때의 TS 선도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 컨테이너 20 : 제1원심 공기 압축기

30 : 엔진 40 : 증속 기어 박스

50 : 제1열교환기 60 : 제2원심 공기 압축기

70 : 제2열교환기 80 : 구심 터빈

90 : 냉각 공기용 팬

이하, 본 발명에 따른 차량용 냉동기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 냉동기를 보여주는 구성도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 냉동기는 식품 등이 냉동 및/또는 냉장 저장되어 운반되는 컨테이너(10), 컨테이너로부터 유입되는 공기 냉매를 압축하는 제1원심 공기 압축기(20), 제1원심 공기 압축기(20)를 구동하는 엔진(30), 증속 기어 박스(40), 상기 압축된 공기 냉매를 냉각하는 제1열교환기(50), 제1열교환기(50)에서 냉각된 공기 냉매를 재압축하는 제2원심 공기 압축기(60), 상기 재압축된 공기 냉매를 냉각하는 제2열교환기(70), 그리고 제2열교환기(70)에서 냉각된 냉매를 추가로 냉각시켜 상기 컨테이너(10)에 공급하는 구심 터빈(80), 그리고 제1 및 제2열교환기(50, 70)와 접촉하여 공기 냉매를 냉각하는 냉각 공기를 차량 외부로부터 강제로 유입하기 위한 냉각 공기용 팬(90)을 구비한다.

제1원심 공기 압축기(20)는 컨테이너(10)로부터 유입되는 공기 냉매를 압축한다. 제1원심 공기 압축기(20)는 차량의 주행용 엔진(도시하지 않음)과는 별도의 엔진(30)에 의하여 구동되며, 일반적으로 냉동 및/또는 냉장 운반 차량이 디젤 엔진을 사용하는 점을 고려하여 본 발명에 따른 냉동기에서는 상기 엔진(30)으로서 디젤 엔진이 사용된다.

제1원심 공기 압축기(20)에서 높은 압축비를 얻을 수 있도록 디젤 엔진(30)과 제1원심 공기 압축기(20) 사이에는 증속 기어 박스(40)가 제공된다. 증속 기어 박스(40)는 입력 기어(도시하지 않음) 및 출력 기어(도시하지 않음)를 포함하는 다수의 기어를 가지며, 상기 입력 기어 및 출력 기어는 엔진(30)과 제1원심 공기 압축기(20)에 각각 연결된다.

본 발명에 따른 제1원심 공기 압축기(20)의 임펠러(도시하지 않음)는 공기 압축 효과를 발휘하기 위하여 바람직하게 20,000 rpm 이상으로 회전되며, 일반적인 디젤 엔진(30)의 회전수가 1,800 내지 3,000 rpm 정도임을 감안하여 증속 기어 박스(40)의 증속비는 10 대 1 이상이 되도록 설정된다.

제1열교환기(50)는 제1원심 공기 압축기(20)에서 압축된 공기 냉매를 냉각하며, 제2원심 공기 압축기(60)는 제1열교환기(50)에서 냉각된 공기 냉매를 이차로 압축한다. 제2열교환기(70)는 제2원심 공기 압축기(60)에서 압축된 공기 냉매를 이차로 냉각하며, 이후 공기 냉매는 구심 터빈(90)에 의하여 팽창되므로써 추가로 냉각되어 컨테이너(10)에 회귀된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 구심 터빈(80)의 샤프트(도시하지 않음)는 제2원심 공기 압축기(60)의 샤프트(도시하지 않음)와 연결되어 제2원심 공기 압축기(60)는 구심 터빈(80)의 팽창 과정에서 발생되는 동력에 의하여 구동된다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 냉동기의 제1 및 제2열교환기(50, 70)는 냉동기의 무게를 최대한 줄이기 위하여 공기 대 공기 냉각 방식을 갖는 크로스 유동 방식(cross-flow type)을 사용한다.

제1 및 제2열교환기(50, 70)는 덕트(도시하지 않음)를 통하여 차량 외부로부터 강제로 유입되며 제1 및 제2열교환기(50, 70)를 지나는 공기 냉매에 비하여 상대적으로 온도가 낮은 냉각 공기와 접촉하므로써 공기 냉매를 냉각한다. 상기 냉각 공기는 공기 순환용 팬(90)에 의하여 상기 덕트를 통해 차량 외부로부터 강제로 유입되어 제1 및 제2열교환기(50, 70)와 열을 교환한 후 다시 차량 외부로 배출된다.

공기 순환용 팬(90)은 상기 엔진(30)에 의하여 구동될 수 있도록 증속 기어 박스(40)의 기어 중의 하나에 연결된다.

도 1과 도 2를 참조하여, 과정 I에서 컨테이너(10)로부터 유입되는 공기 냉매가 동일한 엔트로피 S1을 유지하면서 제1원심 공기 압축기(20)에 의하여 압축되어 온도가 T1으로부터 T2로 상승한다. 상기 압축된 공기 냉매는 과정 II에서 제1열교환기(50)에 의하여 온도가 T3로 냉각되며, 이 때 공기 냉매의 엔트로피는 S1에서 S2로 강하한다. 제1열교환기(50)에서 냉각된 공기 냉매는 과정 III에서 다시 압축되어 공기 냉매의 온도는 T4로 상승하며, 상기 과정 III는 과정 I과 마찬가지로 등엔트로피 과정이다. 과정 III에서 압축된 공기 냉매는 과정 IV에서 제2열교환기(70)에 의하여 냉각되어 온도가 T4에서 T5로 강하한다. 이후, 상기 공기 냉매는 과정 V에서 구심 터빈(80)에 의하여 동일한 엔트로피 S3를 유지하면서 팽창되어 온도가 냉장 및/또는 냉동 온도인 T6로 강하하여 컨테이너(10)로 공급된다.

주지하는 바와 같이, 실제적인 냉동 사이클에 있어서는 도 2의 냉동 사이클의 전 과정에서 도 2에서보다 엔트로피가 증가하는 방향으로 거동된다.

본 발명에 따른 차량용 냉동기에 의하면, 공기를 냉매로 사용하므로써 프레온 가스 등을 냉매로 사용하는 경우에 비하여 환경에 미치는 영향이 적다. 또한, 본 발명에 따른 차량용 냉동기에 의하여 냉동 사이클이 효과적으로 수행된다.

이상에서는 실시예를 이용하여 본 발명이 설명되었으나 본 발명이 상기 실시예에 의하여 한정되지 아니하고 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변형예가 실시될 수 있음은 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명확하다.

Claims

컨테이너(10);

상기 컨테이너(10)로부터 유입되는 공기 냉매를 압축하는 제1원심 공기 압축기(20);

상기 제1원심 공기 압축기(20)를 구동하는 엔진(30);

상기 제1원심 압축기(20)에서 압축된 공기 냉매를 냉각하는 제1열교환기(50);

상기 제1열교환기(50)에서 냉각된 공기 냉매를 압축하는 제2원심 공기 압축기(60);

상기 제2원심 공기 압축기(60)에서 압축된 공기 냉매를 냉각하는 제2열교환기(70); 그리고

상기 제2열교환기(70)에서 냉각된 공기 냉매를 팽창시키므로써 추가로 냉각시켜 상기 컨테이너(10)에 공급하는 구심 터빈(80)을 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.
제1항에 있어서, 상기 차량용 냉동기는 입력 기어 및 출력 기어를 구비하는 다수의 기어를 가지며 상기 입력 기어 및 출력 기어가 상기 엔진(30)과 상기 제1원심 공기 압축기(20)에 각각 연결되는 증속 기어 박스를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.
제2항에 있어서, 상기 증속 기어 박스(40)의 증속비는 10 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.
제1항에 있어서, 상기 구심 터빈(80)으로부터 동력에 의하여 구동될 수 있도록 상기 제2원심 공기 압축기(60)가 상기 구심 터빈(80)에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2열교환기(50, 70)는 크로스 유동 방식인 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2열교환기(50, 70)는 덕트를 통하여 차량 외부로부터 강제로 유입되며 제1 및 제2열교환기(50, 70)를 지나는 공기 냉매에 비하여 상대적으로 온도가 낮은 냉각 공기와 접촉하므로써 공기 냉매를 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.
제6항에 있어서, 상기 차량용 냉동기는 덕트를 통하여 상기 냉각 공기를 강제로 유입하기 위한 냉각 공기용 팬(90)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.
제1항에 있어서, 상기 냉각 공기용 팬(90)은 상기 증속 기어 박스(40)의 기어 중의 하나에 연결되어 상기 엔진(30)에 의하여 구동되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉동기.