KR101427920B1 - 차량용 에어컨 시스템 - Google Patents

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KR101427920B1
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차용웅
박만희
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현대자동차 주식회사
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Abstract

차량용 에어컨 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템은 냉매라인을 통해 상호 연결되며, 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통해 응축된 액체상태의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 공기와 열교환을 통해 증발시키는 증발기와, 엔진의 구동력으로 작동되며, 상기 증발기로부터 기체상태의 냉매를 공급받아 압축시키는 기계식 압축기를 포함하는 차량용 에어컨 시스템에 있어서, 상기 증발기와 응축기 사이에는 별도의 분기라인을 통해 상기 냉매라인과 연결되며, 상기 증발기로부터 기체상태로 공급된 냉매를 압축시키는 전동식 압축기; 및 상기 기계식 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력과 유량을 조절하도록 상기 기계식 압축기와 상기 응축기의 사이에서 상기 기계식 압축기 측의 냉매라인에 장착되는 조절밸브를 더 포함한다.

Description

차량용 에어컨 시스템{AIR CONDITIONER SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 에어컨 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 ISG 모드가 적용된 차량에서 주행조건에 따라 냉매의 압력 및 유량을 최적으로 제어하여 냉방 능력을 향상시키고, 연비를 향상시키도록 하는 차량용 에어컨 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 에어컨 시스템은 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있도록 하는 것이다.
이러한 에어컨 시스템은 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하여 액화시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축되어 액화된 냉매를 급속히 팽창시키는 팽창밸브, 및 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발 잠열을 이용하여 상기 에어컨 시스템이 설치된 실내로 송풍되는 공기를 냉각하는 증발기 등을 주요한 구성요소로 포함한다.
상기한 에어컨 시스템은 일반적인 냉동 사이클에 따라 작동하는 것으로서, 냉매는 상기 각 구성원들을 순차적으로 반복 순환하면서 고온 고압의 액체상태에서 저온저압의 기체상태로 연속적으로 상변화되어 냉방과정을 수행하게 된다.
한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 전기배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.
여기서, 엔진과 전기배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차는 불필요한 동력소모를 방지하고 연비를 향상시키기 위해 ISG(Idle Stop and Go) 시스템이 적용됨에 따라, 정차에 따른 아이들 스톱 및 저속 주행 시에 엔진이 정지되고, 전기배터리에 의해 모터가 구동된다.
이 때, 사용자가 에어컨 시스템을 작동시켰을 경우에는 엔진과 연결된 압축기에 구동력이 전달되지 못함에 따라, 에어컨 시스템의 작동이 중지되어 사용자의 요구를 충족시키기 못하기 때문에 하이브리드 차량에서 주행상태에 따라 차량의 냉방을 조절하는 새로운 에어컨 시스템의 개발이 요구되는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 2개의 압축기를 적용하여 주행조건에 따라 냉매의 압력 및 유량을 최적으로 제어하여 냉방 능력을 향상시키고, 연비를 향상시키도록 하는 차량용 에어컨 시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템은 냉매라인을 통해 상호 연결되며, 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통해 응축된 액체상태의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 공기와 열교환을 통해 증발시키는 증발기와, 엔진의 구동력으로 작동되며, 상기 증발기로부터 기체상태의 냉매를 공급받아 압축시키는 기계식 압축기를 포함하는 차량용 에어컨 시스템에 있어서, 상기 증발기와 응축기 사이에는 별도의 분기라인을 통해 상기 냉매라인과 연결되며, 상기 증발기로부터 기체상태로 공급된 냉매를 압축시키는 전동식 압축기; 및 상기 기계식 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력과 유량을 조절하도록 상기 기계식 압축기와 상기 응축기의 사이에서 상기 기계식 압축기 측의 냉매라인에 장착되는 조절밸브를 더 포함하며, 상기 조절밸브는 차량의 주행 조건과 냉방 조건에 따라 개도량이 조절되고, 상기 기계식 압축기와 연결된 냉매라인으로 유동되는 냉매의 압력과 유량을 조절하며, 상기 분기라인은 일단이 상기 증발기와 기계식 압축기 사이에서 냉매라인과 연결되고, 타단은 상기 조절밸브와 상기 응축기 사이의 냉매라인에 연결될 수 있다.
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상기 응축기는 리시버 드라이어가 일체로 형성될 수 있다.
상기 응축기는 차량의 전방에 배치되는 라디에이터와 쿨링팬으로 구성된 쿨링모듈의 전방에 배치될 수 있다.
상기 증발기에서 배출되는 냉매가 유동되는 상기 냉매라인에는 어큐뮬레이터가 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템에 의하면, 주행조건에 따라 냉매의 압력 및 유량을 최적으로 제어하도록 기계식 압축기와 함께 별도의 전동식 압축기를 더 구비하고, 엔진과 연결된 기계식 압축기의 토출 압력을 조절함으로써, 전체적인 냉방 능력을 향상시키고, 기계식 압축기와 전동식 압축기의 불필요한 가동을 방지하여 연비를 향상시키는 효과가 있다.
또한, 기계식 압축기의 토출압력을 조절함에 따라, 전동식 압축기의 용량 차이에 의해 냉매의 순환량이 전동식 압축기에 원활히 공급되지 않는 현상을 방지함으로써, 전동식 압축기의 고착 및 소손을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템의 차량 주행조건과 냉방조건에 따른 작동 제어표이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템의 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템의 차량 주행조건과 냉방조건에 따른 작동 제어표이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템(1)은, 2개의 압축기(40, 50)를 적용하여 주행조건에 따라 냉매의 압력 및 유량을 최적으로 제어하여 냉방 능력을 향상시키고, 연비를 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템(1)은, 도 1에서 도시한 바와 같이, 냉매라인(3)을 통해 상호 연결되며, 응축기(10), 팽창밸브(20), 증발기(30), 기계식 압축기(40), 전동식 압축기(50), 및 조절밸브(60)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 응축기(10)는 냉매라인(3)을 통해 냉매를 공급받아 외기와의 열교환을 통해 응축시키고, 응축된 냉매를 상기 팽창밸브(20)로 공급한다.
여기서, 상기 응축기(10)의 내부에는 리시버 드라이어(13)가 일체로 형성될 수 있으며, 상기 리시버 드라이어(13)는 상기 응축기(10)를 통해 응축된 냉매에 포함된 불응축 기체냉매를 분리하여 액체상태의 응축된 냉매만 상기 팽창밸브(20)로 유동시키는 기능을 하게 된다.
이러한 응축기(10)는 차량의 전방에 배치되는 라디에이터(71)와 쿨링팬(73)으로 구성된 쿨링모듈(70)의 전방에 배치되어 주행 중 유입되는 외기와 쿨링팬(73)의 작동에 따라 내부로 유입된 고온고압 상태의 냉매를 외기와의 열교환을 통해 냉각하여 응축시키게 된다.
상기 팽창밸브(20)는 상기 응축기(10)를 통해 응축된 액체상태의 냉매를 팽창시킨 후, 상기 증발기(30)로 공급하며, 상기 증발기(30)는 상기 팽창밸브(20)를 통해 팽창된 냉매를 공기와 열교환을 통해 증발시키게 된다.
여기서, 상기 증발기(30)는 미도시된 HVAC 모듈의 내부에 구비될 수 있으며, HVAC 모듈은 외부에서 유입되는 외기를 상기 증발기(30)를 통해 상기 응축기(10)로부터 공급된 저온상태의 냉매와 열교환시켜 냉각한 후, 차량의 실내로 공급함으로써, 차량 실내를 냉방하게 된다.
여기서, 상기 증발기(30)에서 배출되는 냉매가 유동되는 상기 냉매라인(3)에는 어큐뮬레이터(80)가 구비될 수 있다.
상기 어큐뮬레이터(80)는 상기 증발기(30)를 통해 증발된 액체상태의 냉매에 포함된 기체상태의 냉매를 분리하여 상기 기계식 압축기(40)와 전동식 압축기(50)로 기체상태의 냉매만 공급하도록 내부에 액체냉매를 저장 후, 저장된 액체냉매를 기화시켜 각 압축기(40, 50)로 기체냉매를 공급하여 각 압축기(40, 50)의 효율 및 내구성을 향상시키게 된다.
본 실시예에서, 상기 기계식 압축기(40)는 엔진(미도시)의 구동력으로 작동되며, 상기 냉매라인(3)을 통해 상기 증발기(30)로부터 기체상태의 냉매를 공급받아 고온고압 상태로 압축시키게 된다.
상기 전동식 압축기(50)는 차량에 구비된 배터리를 통해 작동되며, 상기 증발기(30)와 응축기(10) 사이에 별도의 분기라인(5)을 통해 상기 냉매라인(3)과 연결되며, 상기 증발기(30)로부터 기체상태로 공급된 냉매를 압축시키게 된다.
이러한 전동식 압축기(50)는 ISG(IDLE STOP & GO) 모드가 적용된 차량에서 엔진이 정지되는 ISG 구간에 따른 엔진 정지 시, 기계식 압축기(40)를 대신하여 가동됨으로써, 차량의 냉방작동은 유지하면서 엔진을 중지시킬 수 있어 연비와 에어컨 상품성을 동시에 만족시키게 된다.
그리고 상기 조절밸브(60)는 상기 기계식 압축기(40)로부터 토출되는 냉매의 압력과 유량을 조절하도록 상기 기계식 압축기(40)와 상기 응축기(10)의 사이에서 상기 기계식 압축기(40)의 냉매 토출구 측 냉매라인(3)에 장착된다.
여기서, 상기 조절밸브(60)는 차량의 주행 조건과 냉방 조건에 따라 개도량이 조절되고, 상기 기계식 압축기(10)와 연결된 냉매라인(3)으로 유동되는 냉매의 압력과 유량을 조절할 수 있다.
즉, 상기 조절밸브(60)는 기계식 압축기(40)와 전동식 압축기(50)가 동시에 작동될 경우, 압축비의 차이로 전동식 압축기(50)를 구동시키는 모터의 구속 발생을 방지하도록 압축비가 높은 기계식 압축기(40)로부터 토출되는 냉매의 유량 및 압력을 개도량 조절을 통해 조절하게 된다.
한편, 본 실시예에서, 상기 분기라인(5)은 일단이 상기 증발기(30)와 기계식 압축기(40) 사이에서 냉매라인(3)과 연결되고, 타단은 상기 조절밸브(60)와 상기 응축기(10) 사이의 냉매라인(3)에 연결될 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템(1)의 차량 주행조건과 냉방조건에 따른 작동제어를 도 2를 참조하여 설명한다.
먼저, 차량의 일반 주행조건에서 냉방부하가 높거나 중간일 경우에는, 냉매의 유동량이 증가되도록 전동식 압축기(50)를 정지시킨 상태로, 상기 기계식 압축기(40)만 작동시키고, 상기 조절밸브(60)를 완전히 개방하여 상기 기계식 압축기(40)로부터 공급되는 냉매를 냉매라인(3)을 따라 원활하게 유동시켜 에어컨 시스템을 작동시키게 된다.
그리고 차량의 일반 주행모드에서 냉방부하가 낮을 경우에는, 전술한 바와는 반대로, 상기 기계식 압축기(40)를 정지시킨 상태로, 전동식 압축기(50)만 작동시켜 냉매의 유동량을 감소시킨 상태로 냉방을 수행하게 된다.
이 경우, 상기 조절밸브(60)는 폐쇄된 상태를 유지하여 작동이 정지된 기계식 압축기(40)로 유입된 냉매가 냉매라인(3)으로 토출되는 것을 미연에 방지하게 된다.
본 실시예에서, 차량의 IDLE 조건에서 냉방부하가 높을 경우에는 전동식 압축기(50)를 정지시킨 상태로, 기계식 압축기(40)를 가동하고, 조절밸브(60)를 완전히 개방하여 냉방을 수행하게 된다.
여기서, 차량의 엔진은 정지되지 않고 가동된 상태를 유지하게 된다.
반면에, 차량의 IDLE 조건에서 냉방부하가 중간이거나 낮을 경우에는 엔진의 작동이 중지됨에 따라, 기계식 압축기(40)는 정지된 상태가 됨으로써, 조절밸브(60)도 폐쇄된 상태를 유지하게 되며, 전동식 압축기(40)만 작동하여 차량의 냉방을 수행하게 된다.
한편, 사용자의 조절에 따라 차량의 실내를 최대로 냉방할 경우에는 상기 기계식 압축기(40)와 전동식 압축기(50)가 모두 가동된 상태가 된다.
이 때, 상기 기계식 압축기(40)의 압축비는 전동식 압축기(50)의 압축비보다 크기 때문에 전동식 압축기(50)를 구동하는 모터 구동토크 이상의 압력비가 걸려 모터에 구속이 발생되는 것을 방지하도록 상기 조절밸브(60)를 일정량만 부분 개방하게 된다.
따라서, 전동식 압축기(50)는 모터의 구속이 방지된 상태로 기계식 압축기(40)와 함께 원활히 작동하여 상기 냉매라인을 유동하는 냉매의 유량이 최대가 됨으로써, 차량의 실내를 최대로 냉방하게 된다.
이와 동시에, 전동식 압축기(50)를 구동시키는 모터의 구속을 방지함으로써, 모터의 내구성을 향상시키고, 냉매의 순환량이 전동식 압축기(50)로 원활히 공급되지 않는 형상을 방지할 수 있어 전동식 압축기(50)의 고착 및 소손을 방지할 수 있다.
그리고 선행 냉방 조건에서는 기계식 압축기(40)는 정지된 상태가 됨으로써, 조절밸브(60)도 폐쇄된 상태를 유지하게 되며, 전동식 압축기(50)만 작동하여 차량의 선행 냉방을 수행하게 된다.
따라서, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 에어컨 시스템(1)을 적용하면, 주행조건에 따라 냉매의 압력 및 유량을 최적으로 제어하도록 기계식 압축기(40)와 함께 별도의 전동식 압축기(50)를 더 구비하고, 엔진과 연결된 기계식 압축기(40)의 토출 압력을 조절밸브(60)를 통해 조절함으로써, 전체적인 냉방 능력을 향상시키고, 기계식 압축기(40)와 전동식 압축기(50)의 불필요한 가동을 방지하여 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, 기계식 압축기(40)의 토출압력을 조절함에 따라, 전동식 압축기(50)의 용량 차이에 의해 냉매의 순환량이 전동식 압축기(50)에 원활히 공급되지 않는 현상을 방지함으로써, 전동식 압축기의 고착 및 소손을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1 : 에어컨 시스템 3 : 냉매라인
5 : 분기라인 10 : 응축기
13 : 리시버 드라이어 20 : 팽창밸브
30 : 증발기 40 : 기계식 압축기
50 : 전동식 압축기 60 : 조절밸브
70 : 쿨링모듈 80 : 어큐뮬레이터

Claims (6)

  1. 냉매라인을 통해 상호 연결되며, 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기를 통해 응축된 액체상태의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 공기와 열교환을 통해 증발시키는 증발기와, 엔진의 구동력으로 작동되며, 상기 증발기로부터 기체상태의 냉매를 공급받아 압축시키는 기계식 압축기를 포함하는 차량용 에어컨 시스템에 있어서,
    상기 증발기와 응축기 사이에는 별도의 분기라인을 통해 상기 냉매라인과 연결되며, 상기 증발기로부터 기체상태로 공급된 냉매를 압축시키는 전동식 압축기; 및
    상기 기계식 압축기로부터 토출되는 냉매의 압력과 유량을 조절하도록 상기 기계식 압축기와 상기 응축기의 사이에서 상기 기계식 압축기 측의 냉매라인에 장착되는 조절밸브;를 더 포함하며,
    상기 조절밸브는 차량의 주행 조건과 냉방 조건에 따라 개도량이 조절되고, 상기 기계식 압축기와 연결된 냉매라인으로 유동되는 냉매의 압력과 유량을 조절하며,
    상기 분기라인은 일단이 상기 증발기와 기계식 압축기 사이에서 냉매라인과 연결되고, 타단은 상기 조절밸브와 상기 응축기 사이의 냉매라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 응축기는
    리시버 드라이어가 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 응축기는
    차량의 전방에 배치되는 라디에이터와 쿨링팬으로 구성된 쿨링모듈의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 증발기에서 배출되는 냉매가 유동되는 상기 냉매라인에는 어큐뮬레이터가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 시스템.
KR1020120143869A 2012-12-11 2012-12-11 차량용 에어컨 시스템 KR101427920B1 (ko)

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