KR100851507B1 - 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치 - Google Patents

차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치에 관한 것이다. 구체적으로, 시험 증발기(112)가 설치되는 풍동(111)을 가지는 챔버(110)를 구비하고, 상기 챔버(110)의 외부에는 상기 시험 증발기(112)로 냉매를 유동시키는 압축기(121)가 설치되며, 상기 압축기(121)에서 나오는 냉매를 방열시키는 제1히터(122)와 이 제1히터(122)를 냉각시키는 제1냉각기(123)를 구비하며, 상기 챔버(110) 내부의 냉매유로 상에는 상기 제1히터(122)에서 나오는 냉매를 2차로 방열시키는 제2히터(113)가 설치되고, 상기 시험 증발기(112)와 상기 제2히터(113) 사이에 팽창밸브(114)가 설치되며, 상기 제2히터(113)를 냉각시키는 제2냉각기(124)를 구비하되, 액체상태의 냉매가 상기 압축기(121)로 유입되지 않도록, 상기 제1히터(122)에서 나온 냉매와 상기 압축기(121)로 들어가는 냉매를 열교환하는 내부열교환기(115)를 구비하는 한편 상기 시험 증발기(112)에서 압축기(121)로 유입되는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 어큐뮬레이터(116)를 구비하고, 상기 시험 증발기(112) 출구와 압축기(121) 입구 사이에는 상기 내부열교환기(115)로 유입되는 냉매 유량을 조절하는 제1바이패스 밸브(117)가 구비되어, 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능을 효과적으로 평가할 수 있으며, 보조 증발기(118)(218)와 제2바이패스 밸브(119)(219)를 추가로 구비하여, 증발기로 유입되는 공기 풍량이 300 CMH 이하의 저풍량에서도 증발기의 냉방성능평가를 효과적으로 실시할 수 있다.

Description

차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치{apparatus evaluating evaporator performance for CO2 air conditioner system for vehicle}
본 발명은 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화탄소를 냉매로 이용하는 에어컨 시스템에서 증발기의 성능을 평가하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 에어컨 시스템의 냉동 사이클에 사용되는 증발하기 쉬운 액체를 냉매라고 하고, 냉매를 사용하여 연속적으로 저열원을 얻기 위해서 액체 -> 기체 -> 액체로 상태 변화를 반복해 줄 필요가 있으며, 이것을 냉동사이클이라고 한다.
냉동사이클은, 먼저 냉매가스가 증발기에서 압축기로 흡입 압축되어 고온 고압의 가스 상태로 응축기에 들어가고, 상기 응축기에서 전동팬 등에 의해 강제냉각되어 액화되며, 액화된 냉매는 팽창밸브로 들어가서 급격히 팽창되고, 저온 저압의 안개상태의 냉매가 되어 증발기에 들어가서 블로워를 통해 주위의 공기에서 열을 빼앗아 안개상태의 냉매에서 가스 모양의 냉매가 되어 압축기에 유입되는 순환을 계속하여 냉방작용을 한다.
이러한 에어컨 시스템에 사용되는 냉매는 대기의 물질 중에 염화불화탄 소(CFC : 프레온가스)의 분자중 염소가 오존층 파괴 즉 성층권의 오존과 반응하여 오존층의 두께 감소 내지는 오존층에 구멍을 형성함으로써 지표면에 다량의 자외선을 유입하여 생태계를 파괴하고 염화불화탄소의 열흡수 능력이 크기 때문에 대기중의 염화불화탄소로 인한 지표면의 온도 상승을 유발하는 물질로 판명됨에 따라 이의 생산과 사용을 규제하여 오존층을 보호하고자 신냉매인 R-134a로 적용하였으나, 온실효과가 있어 지구 온난화 문제를 야기시키므로 향후 회수 및 재생문제에 어려움이 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 이산화탄소(CO2 )를 냉매로 이용하는 이산화탄소 에어컨 시스템이 개발되었다.
종래 차량용 에어컨 시스템에 구비되는 상기 증발기의 냉매 증발 작용에 의한 냉방성능 상태를 차량에 장착하기 전에 평가하여야만 양질의 제품을 공급할 수 있게 되는데, 증발기에 대한 성능평가는 도1에 도시한 바와 같은 장치에서 이루어진다.
도1에 도시한 바와 같이 증발기의 성능을 평가하기 위한 장치는, 시험 증발기(14)가 설치되는 풍동(12)을 가지는 챔버(10)를 구비하고, 상기 챔버(10)의 외부에는 상기 시험 증발기(14)로 냉매를 유동시키는 압축기(22)가 설치되며, 상기 압축기(22)에서 나오는 냉매를 방열시키는 제1히터(24)와 이 제1히터(24)를 냉각시키는 제1냉각기(26)를 구비하며, 상기 챔버(10)의 내부의 냉매유로 상에는 상기 제1히터(24)에서 나오는 냉매를 2차로 방열시키는 제2히터(16)가 설치되고, 상기 시험 증발기(14)와 상기 제2히터(16) 사이에 팽창밸브(18)가 설치되며, 상기 챔버(10)의 외부에는 상기 제2히터(16)를 냉각시키는 제2냉각기(28)를 구비한 구조로 되어 있다.
이와 같이 구성된 종래 차량용 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치는, 압축기(22)에 의해 냉매를 시험 증발기(14)로 유동시키고, 상기 제1히터(24)와 제1냉각기(26) 및 제2히터(16)와 제2냉각기(28)에 의해 각각 팽창밸브(18)에 직전에서 검출된 냉매의 압력 및 온도조건을 제어하며, 상기 팽창밸브(18)에 의해 냉매 유량을 조절함으로써 증발기 출구측 과열도를 제어하고, 상기 압축기(22)의 회전수를 조절하여 증발기 출구측 압력 조건을 제어하여, 시험 증발기(14)의 성능을 평가하게 된다.
종래 증발기의 성능을 평가하기 위한 장치는 R-134a 냉매를 이용한 시스템에 국한되어, 지구 온난화 문제로 인해 대체냉매로써 개발 중인 이산화탄소를 이용한 에어컨 시스템의 증발기에 대한 성능평가는 이루어지지 못하고 있었다.
그리고, 이산화탄소를 이용한 에어컨 시스템의 증발기에 대한 성능평가가 이루어지더라도 증발기로 유입되는 공기 풍량이 300 CMH (Cubic Meter per Hour) 이하의 저풍량에서는 냉매 유량이 적어서, 팽창밸브 직전의 압력조건을 맞추기 위해서 팽창밸브의 개구율을 낮추고, 압축기 회전수를 올려야 하기 때문에 압축기에 무리한 부하가 발생되어 실험조건을 만족시키기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 이산화탄소를 냉매로 사용하는 에어컨 시스템의 증발기에 대한 성능평가가 가능하며, 증발기로 유입되는 공기 풍량이 300 CMH 이하의 저풍량에서도 증발기의 냉방성능평가를 효과적으로 실시할 수 있는 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치는, 시험 증발기가 설치되는 풍동을 가지는 챔버를 구비하고, 상기 챔버의 외부에는 상기 시험 증발기로 냉매를 유동시키는 압축기가 설치되며, 상기 압축기에서 나오는 냉매를 방열시키는 제1히터와 이 제1히터를 냉각시키는 제1냉각기를 구비하며, 상 기 챔버 내부의 냉매유로 상에는 상기 제1히터에서 나오는 냉매를 2차로 방열시키는 제2히터가 설치되고, 상기 시험 증발기와 상기 제2히터 사이에 팽창밸브가 설치되며, 상기 제2히터를 냉각시키는 제2냉각기를 구비하되, 액체상태의 냉매가 상기 압축기로 유입되지 않도록, 상기 제1히터에서 나온 냉매와 상기 압축기로 들어가는 냉매를 열교환하는 내부열교환기를 구비하는 한편 상기 시험 증발기에서 압축기로 유입되는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 어큐뮬레이터를 구비하고, 상기 시험 증발기 출구와 압축기 입구 사이에는 상기 내부열교환기로 유입되는 냉매 유량을 조절하는 제1바이패스 밸브가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 챔버의 냉매유로에는 상기 시험 증발기로 유입되는 냉매의 일부를 열교환시켜 상기 압축기측으로 바이패스시키는 보조 증발기가 설치되며, 상기 보조 증발기의 입구측에는 바이패스 유량을 조절하는 제2바이패스 밸브가 설치된다.
상기 보조 증발기는, 내부열교환기 고압측 출구와 제2히터 사이에서 분기되어 설치되거나, 제2히터와 팽창밸브 사이에서 분기되어 설치되어 있다.
본 발명에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치에 의하면, 이산화탄소를 냉매로 사용하는 에어컨 시스템의 증발기에 대한 성능평가가 가능하며, 시험 증발기로 유입되는 냉매의 일부를 보조 증발기를 통해 바이패스시킴으로써 증발기로 유입되는 공기 풍량이 300 CMH 이하의 저풍량에서도 증발기의 냉방성능평가를 효과적으로 실시할 수 있다는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 제1실시예에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 실시예의 성능평가장치(100)는, 시험 증발기(112)가 설치되는 풍동(111)을 가지는 챔버(110)를 구비하고, 상기 챔버(110)의 외부에는 상기 시험 증발기(112)로 냉매를 유동시키는 압축기(121)가 설치되며, 상기 압축기(121)에서 나오는 냉매를 방열시키는 제1히터(122)와 이 제1히터(122)를 냉각시키는 제1냉각기(123)를 구비한다.
상기 챔버(110) 내부의 냉매유로 상에는 상기 제1히터(122)에서 나오는 냉매를 2차로 방열시키는 제2히터(113)가 설치되고, 상기 시험 증발기(112)와 상기 제2히터(113) 사이에는 팽창밸브(114)가 설치되며, 상기 제2히터(113)를 냉각시키는 제2냉각기(124)가 챔버(110)의 외부에 설치되어 있다.
그리고, 액체상태의 냉매가 상기 압축기(121)로 유입되지 않도록, 상기 챔버(110)의 내부에는 상기 제1히터(122)에서 나온 냉매와 상기 압축기(121)로 들어가는 냉매를 열교환하는 내부열교환기(115)가 설치되어 있는 한편 상기 시험 증발기(112)에서 압축기(121)로 유입되는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 어큐뮬레이터(116)가 내부열교환기(115)의 저압측 입구에 설치되어 있으며, 상기 시험 증발기(112) 출구와 압축기(121) 입구 사이에는 상기 내부열교환기(115)로 유입되는 냉매 유량을 조절하는 제1바이패스 밸브(117)가 설치되어 있다.
상기 제1바이패스 밸브(117)를 조절함에 따라 상기 내부열교환기(115)에서 열교환되는 냉매유량을 조절할 수 있으므로 상기 압축기(121)로 유입되는 냉매조건 을 더욱 용이하게 조정할 수 있다.
상기 챔버(110)내부의 냉매유로상(제2히터와 팽창밸브 사이)에는 냉매의 유량을 측정하도록 유량계(M)가 설치되어 있다.
도3은 본 발명의 제2실시예에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 나타낸다. 본 실시예는 시험 증발기(112)로 유입되는 냉매의 일부를 열교환시켜 압축기(121)측으로 바이패스시키는 보조 증발기(118)가 설치된 구성이다. 이와 같이 보조 증발기(118)를 통해 냉매를 바이패스시키는 구성에 의하면, 증발기로 유입되는 공기 풍량이 300 CMH 이하의 저풍량에서도 증발기의 냉방성능평가를 효과적으로 실시할 수 있다. 상기 보조 증발기(118)의 입구측에는 바이패스 유량을 조절하는 제2바이패스 밸브(119)가 설치되어 있다. 상기 보조 증발기(118)는 내부열교환기(115)의 고압측 출구와 제2히터(113) 사이에서 분기되어 설치된다. 본 실시예(제2실시예)의 나머지 구성은 제1실시예(도2)와 동일하므로 동일한 부호를 붙이며 자세한 설명은 생략한다.
도4는 본 발명의 제3실시예에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 나타낸다. 본 실시예는 시험 증발기(112)로 유입되는 냉매의 일부를 열교환시켜 압축기(121)측으로 바이패스시키는 보조 증발기(218)가 설치되되, 상기 보조 증발기(218)는 제2히터(113)과 팽창밸브(114)사이에는 분기되어 설치된다. 그리고, 상기 보조 증발기(218)의 입구측에는 바이패스 유량을 조절하는 제2바이패스 밸브(219)가 설치되어 있다. 본 실시예(제3실시예)의 나머지 구성은 제1실시예(도2)와 동일하므로 동일한 부호를 붙이며 자세한 설명은 생략한다.
도1은 종래 차량용 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 나타내는 구성도,
도2는 본 발명의 제1실시예에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 나타내는 구성도,
도3은 본 발명의 제2실시예에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 나타내는 구성도,
도4는 본 발명의 제3실시예에 의한 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 챔버 111 : 풍동
112 : 시험 증발기 113 : 제2히터
114 : 팽창밸브 115 : 내부열교환기
116 : 어큐뮬레이터 117 : 제1바이패스 밸브
118, 218 : 보조 증발기 119, 219 : 제2바이패스 밸브
121 : 압축기 122 : 제1히터
123 : 제1냉각기 124 : 제2냉각기

Claims (5)

  1. 시험 증발기(112)가 설치되는 풍동(111)을 가지는 챔버(110)를 구비하고, 상기 챔버(110)의 외부에는 상기 시험 증발기(112)로 냉매를 유동시키는 압축기(121)가 설치되며, 상기 압축기(121)에서 나오는 냉매를 방열시키는 제1히터(122)와 이 제1히터(122)를 냉각시키는 제1냉각기(123)를 구비하며, 상기 챔버(110) 내부의 냉매유로 상에는 상기 제1히터(122)에서 나오는 냉매를 2차로 방열시키는 제2히터(113)가 설치되고, 상기 시험 증발기(112)와 상기 제2히터(113) 사이에 팽창밸브(114)가 설치되며, 상기 제2히터(113)를 냉각시키는 제2냉각기(124)를 구비하되,
    액체상태의 냉매가 상기 압축기(121)로 유입되지 않도록, 상기 제1히터(122)에서 나온 냉매와 상기 압축기(121)로 들어가는 냉매를 열교환하는 내부열교환기(115)를 구비하는 한편 상기 시험 증발기(112)에서 압축기(121)로 유입되는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 어큐뮬레이터(116)를 구비하고,
    상기 시험 증발기(112) 출구와 압축기(121) 입구 사이에는 상기 내부열교환기(115)로 유입되는 냉매 유량을 조절하는 제1바이패스 밸브(117)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 챔버(110)의 냉매유로에는 상기 시험 증발기(112)로 유입되는 냉매의 일부를 열교환시켜 상기 압축기(121)측으로 바이패스시키는 보조 증발기(118)(218) 가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 보조 증발기(118)는 내부열교환기(115)의 고압측 출구와 제2히터(113) 사이에서 분기되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 보조 증발기(218)는 제2히터(113)와 시험 증발기(112) 사이에서 분기되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 증발기(118)(218)의 입구측에는 바이패스 유량을 조절하는 제2바이패스 밸브(119)(219)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 이산화탄소 에어컨 시스템의 증발기 성능평가장치.
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