KR100803523B1 - 자동차의 축냉식 냉방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축냉기와 열교환기를 이용하여 압축기가 정지된 후에도 잉여 냉기를 이용하여 냉방이 이루어지도록 한 자동차의 축냉식 냉방장치에 관한 것이다.

그 구조는 자동차용 구동장치에 의해 연동되도록 구동되는 압축기와, 그 압축기로부터 압축된 냉매가 응축기를 통과하여 팽창밸브를 통해 팽창되어 공급되고 자동차용 에어덕트 내에 설치되는 증발기와, 그 증발기에서 열교환된 냉매가 다시 압축기측으로 순환되는 냉매회로를 구비하며; 그 기존의 냉매회로중 증발기와 압축기 사이에 마련되고 잉여냉기의 발생 유무에 따라 냉매의 흐름 방향을 제어하는 방향 제어밸브와, 그 방향 제어밸브의 동작시 냉매가 일측 내부로 유입되어 압축기측으로 공급되도록 연결되며 타측 내부에 다른 냉매가 통과되도록 연결되고 그 일측과 타측의 사이 내부에 냉기를 일시 저장하기 위한 축냉재가 수용된 축냉기와, 그 축냉기의 타측 내부와 연결되고 에어덕트의 내부에 설치되며 내부에 다른 냉매가 충전된 열교환기와, 그 축냉기와 열교환기 사이에 마련되어 축냉기의 냉기를 열교환기측으로 공급하기 위한 냉기공급부와, 축냉기와 열교환기에 근접된 위치에 각각 마련되어 온도를 감지하고 그 온도의 변화에 따라 그 방향 제어밸브 및 냉기공급부의 동작들을 제어하는 제어신호를 출력하는 제 1,2서미스터로 구성된다.

이에 따르면, 본 발명은 증발기가 설치된 에어덕트내에 추가 열교환기를 두어 축냉기에서 저장된 냉기를 공급할 수 있으므로, 압축기의 정지 후에도 냉기의 지속시간을 연장시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Description

자동차의 축냉식 냉방장치{air conditioning apparatus using accumulator for automobile}

도 1은 일반적인 자동차용 냉방장치를 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 자동차의 축냉식 냉방장치의 구성을 나타낸 구성도.

도 3은 본 발명의 요부인 축냉기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 4a는 본 발명의 축냉식 냉방장치에서 잉여냉기가 발생되기 전의 냉매 흐름을 나타낸 사용상태도.

도 4b는 본 발명의 축냉식 냉방장치에서 잉여냉기가 발생된 후의 냉매 흐름상태를 나타낸 사용상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 압축기 20 : 응축기

30 : 팽창밸브 40 : 증발기

50 : 에어덕트 100 : 축냉기

105 : 축냉기 본체 110 : 제 1열교환부

120 : 제 2열교환부 130 : 축냉재

150 : 열교환기 210 : 방향 제어밸브

250 : 냉기공급부 310,320 : 제 1,2서미스터

400 : 제어부

본 발명은 자동차의 축냉식 냉방장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축냉기와 열교환기를 이용하여 에어컨디셔닝장치의 가동시 축적한 냉기를 에어컨디셔닝장치의 미가동시 차실내로 공급함으로써, 엔진의 구동상태나 에어컨디셔닝장치의 가동상태에 관계없이 차실내를 냉방시킬 수 있도록 한 축냉기를 이용한 자동차의 축냉식 냉방장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 운전자 및 탑승자가 쾌적한 환경에서 주행할 수 있도록 여러가지 편의 시설이 구비되어 있다.

이러한 편의 시설 중에서 한여름에 냉기를 제공해 주는 에어 컨디셔닝 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 구동시 엔진과 벨트로 연결되어 선택적으로 회전되는 압축기(10)와, 고온 고압의 상태인 냉매를 강제 냉각 방식으로 액화시켜 주는 응축기(20)와, 액상의 냉매를 팽창시켜 저압의 안개 상태로 만들어 주는 팽창밸브(30)와, 팽창된 냉매를 통해 외부로부터 열을 흡수하게 되는 증발기(40)로 이루어져 있다.

미설명부호 "60"은 에어덕트(50)내에 설치되어 난방기능을 수행하는 히터를 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 에어 컨디셔닝 구조는 상술한 압축기(10) →응축기(20) → 팽창밸브(30) →증발기(40) →압축기(10)를 지속적으로 순환하면서 실내로 공급되는 외기로부터 열을 흡수하여 냉방 효과를 얻게 된다.

그러나, 기존의 에어 컨디셔닝 구조는 냉매를 순환시켜 주기 위해 고온 고압으로 압축시켜 주는 압축기(10)가 엔진에 연결되어 구동되기 때문에, 에어컨디셔너를 사용하기 위해서는 엔진 시동 후 조작 스위치를 조작해야 하게 되고, 결국 엔진 시동이 걸려 있지 않은 상태에서는 냉방 효과를 얻을 수 없게 되어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

이와 같이 에어컨에 의해 냉각된 공기는 에어덕트(50)를 통해 차량의 실내로 유입되어 실내의 온도를 낮추게 되나, 엔진의 가동이 중지된 시간에는 에어콘을 사용할 수 없으므로 근래에는 대형차량의 경우 별도의 축냉장치를 사용하게 되었다.

그 축냉장치는 운전자가 엔진 가동을 정지한 채, 운행을 일시 중지하고 쉬거나 잘 때, 실내의 공기를 냉각시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.

그러나 이와 같이 사용되는 종래의 축냉기는 에어컨을 가동하면서 축냉을 하여야 하나, 실내공기의 압력 및 온도와 무관하게 작동시켰기 때문에 실내 공기를 충분히 냉각시키지 못한 상태에서 축냉작동을 하는가 하면, 축냉이 충분히 이루어지지 않았음에도 불구하고 에어컨을 꺼야 하는 경우가 발생하는 등 운용이 불합리한 문제점도 있었다.

또한, 엔진 구동방식의 압축기가 아닌 전동식 압축기를 사용할 때에도 상술한 바와 같이 압축기를 구동시키기 위해서는 전동 모터를 계속 가동해야만 압축기의 성능을 유지할 수 있으므로, 압축기를 계속 구동시키기 위한 구동장치의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 제반문제점을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 압축기가 정지된 상태에서도 열교환기와 축냉기를 이용하여 저장한 잉여냉기를 이용하여 차량의 실내로 공급하여 냉기의 공급을 지속적으로 연장할 수 있도록 한 자동차의 축냉식 냉방장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자동차용 구동장치에 의해 연동되도록 구동되는 압축기와, 그 압축기로부터 압축된 냉매가 응축기와 팽창밸브를 통해 팽창되어 공급되고 자동차용 에어덕트 내에 설치되는 증발기와, 그 증발기에서 열교환된 냉매가 다시 압축기측으로 순환되는 냉매회로와, 상기 증발기와 압축기 사이에 마련되고 상기 증발기에서 나오는 잉여냉기를 축냉하여 선택적으로 상기 에어덕트 내로 공급하기 위한 축냉수단과, 상기 축냉수단의 축냉 및 냉기 공급을 선택적으로 제어하기 위한 제어수단을 구비하되,

상기 축냉수단은 상기 증발기와 압축기 사이에 마련되고 잉여 냉기의 유무에 따라 냉매 흐름을 선택적으로 제어하는 방향 제어밸브와,

상기 방향 제어밸브의 유도에 따라 유입되는 제 1냉매가 통과되면서 상기 제 1냉매의 냉기를 저장하는 축냉기와,

상기 에어덕트내에 상기 증발기와 근접되게 설치되고 내부에 제 2냉매가 충전되며 상기 축냉기의 일부와 연통되도록 연결되어 상기 축냉기로부터 전달되는 냉 기를 상기 에어덕트측으로 공급하기 위한 열교환기와,

상기 축냉기와 열교환기 사이에 마련되고 상기 제어수단의 제어신호에 따라 선택적으로 동작되어 상기 축냉기의 냉기를 상기 열교환기측으로 공급하기 위한 냉기공급부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 축냉기는 내부에 냉기의 일시 저장이 가능한 축냉재가 수용된 축냉기 본체와, 상기 축냉기 본체의 내부 일측에 설치되고 제 1냉매가 통과하면서 제 1냉매의 기화로 인한 냉기를 발산시켜 상기 축냉재측으로 냉기를 전달하기 위한 제 1열교환부와, 상기 축냉기 본체의 내부 타측에 설치되고 상기 축냉재로부터 발생된 냉기를 흡수하여 열교환기측으로 전달하기 위한 제 2냉매가 통과되는 제 2열교환부를 갖는 것이다.

상기 냉기공급부는 상기 축냉기와 열교환기의 사이에 마련되고 상기 제어수단의 제어신호를 인가받아 상기 축냉기내의 제 2냉매를 상기 열교환기측으로 압송하기 위한 전동펌프인 것이 바람직하다.

상기 제어수단은 상기 축냉기와 열교환기측에 근접된 위치에 각각 마련되어 주위의 온도를 감지하고 그 온도와 기설정된 온도를 비교하여 선택적으로 제어신호를 출력하는 제 1,2서미스터와,

상기 제 1,2서미스터로부터 인가되는 저항값을 비교하여 상기 압축기, 냉기공급부, 방향 제어밸브의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하되, 앞서 설명한 종래기술과 동일한 부품에 대해서는 동일부호를 기재하며 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 아래에서 설명하는 응축기 대신 가스 냉각기를 채용하여 다른 냉각회로를 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 자동차의 축냉식 냉방장치는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 그 구조는 자동차용 구동장치에 의해 벨트등의 연결부재(미도시)를 매개로 연동되도록 구동되는 압축기(10)와, 그 압축기(10)로부터 압축된 냉매가 응축기(또는 가스 냉각기;20)를 통과하여 팽창밸브(30)를 통해 팽창되어 공급되고 자동차용 에어덕트(50) 내에 설치되는 증발기(40)와, 그 증발기(40)에서 열교환된 냉매가 다시 압축기(10)측으로 순환되는 냉매회로를 구비하며; 그 기존의 냉매회로중 증발기와 압축기 사이에 마련되고 잉여냉기의 발생 유무에 따라 냉매의 흐름 방향을 제어하는 방향 제어밸브(210)와, 그 방향 제어밸브(210)의 동작시 냉매가 일측 내부로 유입되어 압축기측으로 공급되도록 연결되며 타측 내부에 다른 냉매가 통과되도록 연결되고 그 일측과 타측의 사이 내부에 냉기를 일시 저장하기 위한 축냉재(130)가 수용된 축냉기(100)와, 그 축냉기(100)의 타측 내부와 연결되고 에어덕트(50)의 내부에 설치되며 내부에 다른 냉매가 충전된 열교환기(150)와, 그 축냉기(100)와 열교환기(150) 사이에 마련되어 축냉기(100)의 냉기를 열교환기측으로 공급하기 위한 냉기공급부(250)와, 축냉기(100)와 열교환기(150)에 근접된 위치에 각각 마련되어 온도를 감지하고 그 온도의 변화에 따라 그 방향 제어밸브(210) 및 냉기공급부(250)의 동작들을 제어하는 제어신호를 출력하는 제 1,2서미스터(310,320;thermistor)로 구성된다.

더 상세히 설명하면, 그 축냉기(100)는 냉매의 증발기능과 축냉 기능을 같이 가질 수 있도록 축냉재(130)가 충전된 축냉기 본체(105) 및 그 축냉기 본체(105)의 일측과 타측에 마련된 제 1,2열교환부(110)(120)로 대별되고, 그 제 1,2열교환부(110)(120)의 사이에 냉기의 전달을 위한 축냉재(130)가 박스형태의 축냉기 본체(105)에 수용되는 구조를 갖는다.

즉, 축냉기 본체(105)의 일측 내부에는 증발기(40)로부터 제 1냉매가 유입되어 증발기(40)와 동일한 기능을 갖도록 제 1냉매가 지나는 통로 형태의 제 1열교환부(110)가 마련되고, 타측 내부에는 에어덕트(50)내의 공기와 접촉에 따른 열 전도방식에 의해 냉기를 공급할 수 있는 제 2열교환부(120)로 구성된다.

그 제 1열교환부(110)를 통과하는 제 1냉매는 증발 잠열을 이용하여 축냉재(130)측으로 냉기를 전달하도록 하는 기능을 가지며, 일 예로 CO₂또는 R134a 등의 유체를 채용할 수 있으나, 굳이 이에 한정되지는 아니한다.

그 제 2열교환부(120)는 내부에 제 2냉매가 수용되면서 이송가능한 통로 배관 형태로 구성된 통상의 구조를 가지며, 제 1열교환부(110)측에서 발생된 냉기가 축냉재(130)를 통해 전달됨에 따라 내부에 수용된 제 2냉매(유체)의 온도가 변환되는 기능을 갖는다.

그 제 1열교환부(110)는 증발기(40)로부터 방향 제어밸브(210)를 통해 공급되는 제 1냉매가 증발되고, 압축기(10)측으로 공급되도록 제 1냉매가 이동되는 배관이 각각 연결되는 구조를 갖는다.

또한, 그 제 1,2서미스터(310,320)는 주위의 온도 변화에 따라 저항값이 가 변되는 특성을 갖는 반도체 소자로서, 여기서는 에어덕트(50)내의 온도를 감지하여 제어부(400)측으로 온도값에 해당되는 신호를 출력하면 그 제어부(400)에서 설정 온도와 비교하여 압축기(10) 및 냉기공급부(250)의 동작들을 제어하게 된다.

증발기(40)측에서 발생되는 냉기가 열교환기(150)를 거쳐 열교환된 후에 실내측으로 전달되는 구간에 제 2서미스터(320)가 위치하는 것이 바람직하며, 이는 서미스터가 증발기(40)와 열교환기(150)의 사이 중간에 위치하거나, 증발기(40)의 반대편 외측으로 위치할 경우에는 실내로 유입되는 에어의 온도를 정확하게 감지하기 어렵기 때문이다.

그리고, 냉기공급부(250)는 축냉기(100)의 제 2열교환부(120)와 열교환기(150)를 순환하는 제 2냉매가 물 등의 액체일 경우에는 전동식 워터펌프를 채용하는 것이 바람직하며, 그 제 2냉매의 일 예로 차량용 부동액을 채용할 수 있으나 굳이 액체에 한정되지 않고 기체상태의 냉매를 채용할 수도 있다.

그 축냉기 본체(105)의 내부에 수용된 축냉재(130)는 열량을 많이 저장하며 온도변화없이 열량 변화가 이루어지는 상변화물질를 채용하는 것이 바람직하다.

그 열교환기(150)는 에어덕트(50)내에 위치하며 증발기(40)와 근접된 위치에 설치되고, 상기한 축냉기(100)의 제 2열교환부(120)와 배관 연결되어 냉기공급부(250)의 작동에 따라 내부의 제 2냉매가 제 2열교환부(120)측으로 순환되는 구조를 갖는다.

그 방향 제어밸브(210)는 증발기(40)와 압축기(10) 및 축냉기(100) 사이의 배관에 마련되고, 제어부(400)의 제어신호에 따라 선택적으로 배관을 연결시키는 3-way 밸브를 채용하는 것이 바람직하다.

미설명부호 "60"은 에어덕트(50)내에 설치되어 난방기능을 수행하는 히터를 나타낸 것이다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 자동차의 축냉식 냉방장치는, 엔진이나 전동(모터)방식에 의해 압축기(10)가 구동되면, 냉매가 압축되어 응축기(또는 가스 냉각기;20)측으로 전달되고 응축기(20)에서 저온 고압의 냉매로 변화된 후에 팽창밸브(30)에서 팽창되며 증발기(40)측에서 냉매의 증발을 통한 증발잠열에 의해 냉기가 발산되면서 에어덕트(50)내에 흡입되는 외부공기와 혼합되어 냉각된 냉기가 실내측으로 유입되는 기존의 냉매 회로의 기능을 가지며, 이때 냉매가 팽창밸브(30)에서 증발기(40)측으로 공급되면서 발생되는 냉기가 에어덕트(50)를 통해 흡입되는 외부공기와 열교환되어 냉기를 차량의 실내로 공급하고 남은 잉여냉기가 발생할 경우, 그 잉여냉기가 축냉기(100)측에 저장된다.

즉, 평상시에는 방향 제어밸브(210)가 증발기(40)와 압축기(10)가 직접적으로 서로 연결되도록 유로가 마련되어 기존의 냉매 회로의 냉매 흐름과 동일한 방향으로 흐르게 되지만, 잉여냉기가 발생될 경우에는, 방향 제어밸브(210)의 개폐방향이 변경되어 냉매의 흐름방향이 팽창밸브(30),증발기(40),축냉기(100),압축기(10)의 순서대로 흐르게 된다.

그 냉매의 흐름방향이 변경됨에 따라, 증발기(40)뿐만 아니라, 축냉기(100)의 제 1열교환부(110)측에서도 증발잠열에 의해 냉기가 발산되어 축냉재(130)를 통 해서 제 2열교환부(120)측으로 냉기가 공급된다.

따라서, 그 증발기(40)측의 잉여냉기(축냉기(100)의 제 1열교환부(110)로부터 발생된 냉기)가 축냉재(130)를 매개로 제 2열교환부(120)측에 전달되는 것이다.

한편, 그 압축기의 구동이 정지된 경우는, 저장된 냉기가 열교환기(150)를 통해 에어덕트(50)의 내부로 냉기를 공급하게 되며, 그 열교환기(150)의 온도를 감지하는 제 2서미스터(320)측에서 감지된 온도가 제 1서미스터(310)측에서 감지된 온도보다 높을 경우, 제어부(400)에서 냉기공급부(250)를 작동시켜 제 2열교환부(120)의 제 2냉매를 열교환기(150)측으로 압송시킴으로써, 축냉기(100)에 저장된 냉기를 열교환기(150)측으로 전달시키게 된다.

이에 따라, 압축기(10)가 정지된 후에도 축냉기(100)의 제 2열교환부(120)로부터 저장된 냉기가 배관을 따라 이동되어 열교환기(150)측으로 전달됨에 따라 에어덕트(50)측으로 냉기를 전달하는 냉방기능을 수행하게 되므로, 잉여냉기를 이용하여 냉방의 지속시간을 연장시킬 수 있게 된다.

그와 반대로, 열교환기(150)를 지난 공기의 온도가 축냉기(100)의 온도보다 같거나 낮을 경우에는 냉기공급부(250)가 오프동작되어 실내로 공급되는 공기의 온도가 상승되는 것을 차단하게 된다.

그후에는, 축냉기(100)의 냉기가 사라진 후에 에어덕트(50)내의 온도가 상승하게 되면, 제어수단이 압축기(10)를 구동시키도록 제어하여 다시 압축기(10)의 냉매가 냉매회로를 통해 이동하면서 증발기(40)측에 냉기를 부여하도록 함으로써, 앞서 설명한 냉각과정들이 반복적으로 진행된다.

상기한 본 발명은 냉기 저장 및 공급이 압축기의 구동이 정지된 후에도 온도에 따라 자동적으로 이루어지도록 된 기술적 사상을 갖는 것이다.

이상과 같이 설명한 본 발명은 압축기가 정지된 후에도 잉여 냉기를 이용하여 냉방이 이루어지도록 한 것인 바, 이에 따르면 본 발명은 잉여냉기를 선택적으로 저장하기 위한 축냉기와 에어덕트내에 열교환기가 추가로 설치되어 압축기의 정지후에 그 냉기를 이용하여 냉방기능을 수행할 수 있으므로, 차량의 구동장치의 효율을 향상시킴과 아울러 냉기의 지속시간을 연장시킬 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 자동차용 구동장치에 의해 연동되도록 구동되는 압축기와, 그 압축기로부터 압축된 냉매가 응축기와 팽창밸브를 통해 팽창되어 공급되고 자동차용 에어덕트 내에 설치되는 증발기와, 그 증발기에서 열교환된 냉매가 다시 압축기측으로 순환되는 냉매회로와, 상기 증발기와 압축기 사이에 마련되고 상기 증발기에서 나오는 잉여냉기를 축냉하여 선택적으로 상기 에어덕트 내로 공급하기 위한 축냉수단과, 상기 축냉수단의 축냉 및 냉기 공급을 선택적으로 제어하기 위한 제어수단을 구비하되,

   상기 축냉수단은 상기 증발기와 압축기 사이에 마련되고 잉여 냉기의 유무에 따라 냉매 흐름을 선택적으로 제어하는 방향 제어밸브와,

   상기 방향 제어밸브의 유도에 따라 유입되는 제 1냉매가 통과되면서 상기 제 1냉매의 냉기를 저장하는 축냉기와,

   상기 에어덕트내에 상기 증발기와 근접되게 설치되고 내부에 제 2냉매가 충전되며 상기 축냉기의 일부와 연통되도록 연결되어 상기 축냉기로부터 전달되는 냉기를 상기 에어덕트측으로 공급하기 위한 열교환기와,

   상기 축냉기와 열교환기 사이에 마련되고 상기 제어수단의 제어신호에 따라 선택적으로 동작되어 상기 축냉기의 냉기를 상기 열교환기측으로 공급하기 위한 냉기공급부를 구비하며,

   상기 축냉기는 내부에 냉기의 일시 저장이 가능한 축냉재가 수용된 축냉기 본체와,

   상기 축냉기 본체의 내부 일측에 설치되고 제 1냉매가 통과하면서 제 1냉매의 기화로 인한 냉기를 발산시켜 상기 축냉재측으로 냉기를 전달하기 위한 제 1열교환부와,

   상기 축냉기 본체의 내부 타측에 설치되고 상기 축냉재로부터 발생된 냉기를 흡수하여 열교환기측으로 전달하기 위한 제 2냉매가 통과되는 제 2열교환부를 갖는 것을 특징으로 하는 자동차의 축냉식 냉방장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 냉기공급부는 상기 축냉기와 열교환기의 사이에 마련되고 상기 제어수단의 제어신호를 인가받아 상기 축냉기내의 제 2냉매를 상기 열교환기측으로 압송하기 위한 전동펌프인 것을 특징으로 하는 자동차의 축냉식 냉방장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 제어수단은 상기 축냉기와 열교환기측에 근접된 위치에 각각 마련되어 주위의 온도를 감지하고 그 온도와 기설정된 온도를 비교하여 선택적으로 제어신호를 출력하는 제 1,2서미스터와,

   상기 제 1,2서미스터로부터 인가되는 저항값을 비교하여 상기 압축기, 냉기공급부, 방향 제어밸브의 동작을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동차의 축냉식 냉방장치.

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