KR101592037B1 - 차량용 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 냉방시스템에 관한 것으로, 냉매를 압축하여 냉매순환 관로로 유동하도록 하는 압축기(10)와; 상기 압축기(10)를 통과한 냉매를 방열하는 응축기(20)와; 상기 응축기(20)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 팽창밸브(30)와; 상기 팽창밸브(30)를 통과한 냉매를 공급받아 외기와 열교환을 하는 증발기(40)를 포함한 차량용 냉방시스템에 있어서, 상기 압축기(10)의 상, 하류측 냉매순환 관로에 각각 설치되는 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)와; 상기 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)로의 냉매 흐름을 제어하는 1개 이상의 제어밸브(70)를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
이를 통해 차량의 정차시에 압축기의 작동 없이 저장된 고압냉매를 사용하여 냉방을 지속할 수 있으므로 압축기 작동으로 인한 엔진부하를 줄여 연비를 감소시킬 수 있으며, 압축기의 미작동 구간에서도 냉방의 성능을 유지할 수 있다.

Description

차량용 냉방시스템 {A Car air control system}

본 발명은 차량용 냉방시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 압축기의 상, 하류측에 고압 및 저압냉매용 리저버 탱크를 각각 설치하고, 냉방시스템이 작동하고 실내온도가 일정온도에 도달하면 고압용 리저버 탱크에 순환되는 냉매의 일부를 저장하였다가, 저속 주행시 또는 정차시에 압축기의 가동 없이도 저장된 냉매를 사용하여 냉방시스템을 유지할 수 있게 하여, 차량의 정차시 압축기 작동으로 인한 엔진부하를 줄여 연비를 감소시킬 수 있는 축냉용 리저버 탱크를 이용한 차량용 냉방시스템에 관한 것이다.

차량용 공조장치(HVAC)는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 실내를 난방하기 위한 난방시스템으로 구분되는데, 이중 냉방시스템은 일반적으로 도 1에서와 같이 압축기(100)의 구동에 의해 응축기(110), 팽창밸브(120) 및 증발기(130)를 순차적으로 거쳐 다시 압축기(100)로 냉매를 순환시키고, 송풍기에 의해 증발기의 표면을 거치는 송풍공기를 열교환기에 의해 냉기로 바꾸어 차량의 실내로 토출됨으로써 차량의 실내가 냉방 제어된다.

이러한 냉방시스템은 압축기가 작동하는 상태에서만 냉방제어가 가능한데, 차량의 정차시에는 압축기의 가동이 엔진에 많은 부하를 주기 때문에 엔진의 출력이 저하되고, 또한 연료의 소모량이 많아진다.

따라서 압축기의 작동으로 인해 엔진의 부하가 커져 연료의 소모가 많아져 연비가 낮아지는 문제를 해결하기 위해, 차량의 엔진의 출력이 커서 압축기가 작동하더라고 큰 부하가 발생하지 않는 경우에는 생성된 냉매를 일정량 저장하고, 차량의 엔진 출력이 작아 압축기의 작동이 엔진에 큰 부하를 주게 되면, 저장된 냉매를 사용토록 하는 축냉식 차량용 냉방제어 시스템이 개발되고 있다.

이러한 종래기술로는 한국공개특허 제10-2007-0067933호(축냉시스템을 이용한 차량용 공조장치)가 개시되어 있다.

상기 기술은 도 2에서와 같이 압축기(200), 응축기(210), 팽창밸브(220), 증발기(230)를 구비하고, 상기 증발기를 통과한 냉매를 액분리하여 기상 냉매만을 압축기에 공급하는 어큐뮬레이터(240)와, 냉각수를 온수회로로부터 공급받아 송풍공기와 열교환시키도록 상기 공조케이스에 내장되는 히터코어(250)와, 상기 공조케이스의 냉기통로와 온기통로의 개도를 조절하는 온도조절도어(260)와, 상기 냉각수와 상기 어큐뮬레이터의 냉매를 열교환시키도록 상기 어큐뮬레이터를 경유하여 상기 온수회로에 연결되는 축냉회로(270)와, 상기 온수회로와 상기 축냉회로의 연결부에 냉각수의 유동방향을 선택적으로 전환하도록 설치되는 한 쌍의 삼방향밸브(280)와, 상기 축냉회로에 설치되는 펌프를 포함하여 실시된다.

상기 기술은 압축기에 기상 냉매만을 분리하여 보내는 어큐뮬레이터의 낮은 온도를 냉방시스템의 가동중에 히터코어나 보조쿨러에 축냉하여 필요에 따라 방냉하도록 한 기술이나, 냉각수 또는 축냉재를 어큐뮬레이터를 거치는 냉매의 낮은 온도를 이용하여 축냉하는 것이어서 축냉되는 온도를 적정 온도로 유지하기 곤란한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명은 냉방 시스템에 있어서 압축기가 작동하더라도 엔진에 부하가 발생하지 않으면, 생성되는 냉매의 일정량을 저장하고, 이후, 압축기를 정지하게 되면 저장된 냉매가 압축기를 제외한 별도의 순환 라인으로 냉매가 이동하면서 냉방이 지속될 수 있도록 한 개선된 차량용 냉방시스템을 제공하는 데에 목적이 있다.

상기와 같은 목적에 따른 본 발명은 냉매를 압축하여 냉매순환 관로로 유동하도록 하는 압축기와; 상기 압축기를 통과한 냉매를 방열하는 응축기와; 상기 응축기를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 팽창밸브와; 상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 공급받아 외기와 열교환을 하는 증발기를 포함한 차량용 냉방시스템에 있어서, 상기 압축기의 상, 하류측 냉매순환 관로에 각각 설치되는 고압, 저압용 리저버 탱크와; 상기 고압, 저압용 리저버 탱크로의 냉매 흐름을 제어하는 1개 이상의 제어밸브를 포함하는 것에 의해 달성된다.

본 발명의 사용으로 차량의 주행속도에 따라 다소 차이가 있으나, 통상적으로 주행 중에 압축기가 작동하더라도 엔진의 토크에 따른 연비의 소비량이 크게 증가하지 않으므로, 이때에 냉매 사이클로 순환 이동하는 냉매를 저장하고, 차량이 정차하여 엔진에 부하가 발생하게 되면, 압축기를 정지시키면서 저장된 냉매를 압축기를 제외한 별도의 냉매사이클로 순환시키게 되어 압축기의 작동 없이도 냉방을 지속할 수 있다.

이를 통해 차량의 정차 시 냉방성능이 감소하는 문제를 해결할 수 있으며, 더욱이 정차 시 압축기의 작동으로 인한 엔진에 부하가 발생하여 연비가 낮아지던 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 차량용 냉방시스템의 냉방회로의 예를 보인 구성도,
도 2는 종래의 축냉시스템을 이용한 차량용 공조장치의 예를 보인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉방시스템의 예를 보인 구성도,
도 4, 5는 본 발명에 따른 냉방시스템의 냉매의 흐름을 보인 사용상태도이다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 차량의 실내를 냉방 제어하는 냉방시스템으로서, 냉방시스템의 가동 중에 발생하는 엔진의 부하를 줄이기 위해 엔진의 고출력 시에 순환하는 냉매의 일정량을 저장하였다가, 차량의 엔진 출력이 낮아지거나 차량이 정차했을 때에 압축기를 구동하지 않고 저장된 냉매를 사용하여 실내 냉방을 유지토록 한 차량용 냉방시스템에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 도 3에서와 같이 냉매를 압축하여 냉매순환 관로로 유동하도록 하는 압축기(10)와; 상기 압축기(10)를 통과한 냉매를 방열하는 응축기(20)와; 상기 응축기(20)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 팽창밸브(30)와; 상기 팽창밸브(30)를 통과한 냉매를 공급받아 외기와 열교환을 하는 증발기(40)를 포함한 차량용 냉방시스템에 있어서, 상기 압축기(10)의 상, 하류측 냉매순환 관로에 각각 설치되는 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)와; 상기 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)로의 냉매 흐름을 제어하는 1개 이상의 제어밸브(70)를 포함한다.

압축기(10)는 저온 저압의 냉매를 공급 받아 고압 고온의 냉매로 만드는 장치로서, 압축기(10)를 작동하기 위해 차량의 엔진 출력을 이용하기 때문에 냉방시스템을 작동하여 압축기(10)가 가동되면 엔진에 부하가 발생한다.

이때 차량이 주행중인 경우에는 엔진의 출력이 충분하기 때문에 이러한 압축기(10)의 부하와 상관없이 냉방시스템을 지속할 수 있으나, 저속 운전 또는 정차 중에는 엔진의 회전 RPM이 낮고 이에 압축기(10)의 부하가 가중되면 엔진이 꺼지지 않도록 엔진 출력을 올리게 된다.

이 과정에서 차량의 연료 소비가 증가하기 때문에 차량의 주행속도가 저속이거나 정차 중에는 압축기(10)의 가동을 가급적 제한하여 냉방 제어할 필요가 있고, 이렇게 압축기(10)의 가동이 중단되더라도 차량 실내의 냉방은 지속되어야 한다.

따라서 본 발명은 상기 압축기(10)의 상, 하류측에 후술하는 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)를 더 설치하고, 이 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)에 냉매를 저장하였다가 압축기(10)의 가동이 중단되면 이를 대용으로 사용토록 한다.

응축기(20)는 상기 압축기(10)에서 공급되는 고압, 고온의 냉매를 공급받아 응축하여 저온의 액체 냉매로 액화시키는 장치로서, 응축기(20)를 거친 냉매는 저온의 액체 냉매로 변화되고, 변화된 냉매를 후술하는 팽창밸브(30)로 공급한다.

팽창밸브(30)는 상기 응축기(20)에서 변화된 액체 냉매를 팽창시켜 저온, 저압의 냉매로 만드는 장치이며, 이렇게 변화된 저온, 저압의 냉매를 증발기(40)에 공급하여 공기와 열교환을시킴으로써 공기를 냉각하게 되고, 냉각된 공기는 공조장치를 통해 차실내로 공급되며, 냉매는 다시 압축기(10)로 순환되면서 냉방사이클이 유지된다.

이러한 냉방사이클에서 본 발명은 압축기(10)의 상, 하류측에 각각 별도의 냉매관을 연결하고, 이 냉매관 간에 각각 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)를 더 설치한다.

그리고 상기 고압, 저압용 리저브 탱크(50, 60)의 냉매관으로 냉매가 유입 및 배출될 수 있도록 제어밸브(70)가 구비되는데, 이때 본 발명에서는 2개의 제어밸브(70A, 70B)로 이루어지되, 이중 하나의 제어밸브(70A)는 압축기(10)와 증발기(40) 사이의 냉매순환 관로상에 설치되어 저압용 리저버 탱크(60)로 냉매가 흐르도록 냉매유로를 전환하도록 설치되고, 또 다른 하나의 제어밸브(70B)는 응축기(20)와 압축기(10) 사이의 냉매순환 관로상에 설치되어 고압용 리저버 탱크(50)로 냉매가 흐르도록 냉매유로를 전환하도록 설치된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 도 4(a)에서와 같이 차량의 냉방이 가동되면, 정상적인 순환 관로를 통해 냉매가 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30), 증발기(40)를 순서대로 통과하면서 냉매가 액체, 기체로 변화되고, 냉매가 액체에서 기체로 변환하는 과정에서 주변열을 흡수하여 증발기(40)를 통과하는 공기가 냉각된다.

이렇게 일반적인 냉매 순환사이클로 냉방 제어되는 동안에 실내 온도가 일정 온도에 도달하면, 도 4(b)에서와 같이 압축기(10)를 통해 변환되는 고온, 고압의 냉매를 고온용 리저버 탱크(60)로 일부의 냉매를 공급하여 저장하거나, 또는 저압용 리저버 탱크(60)에 저장된 냉매를 압축기(10)에 공급하여 순환시키거나 고압용 리저버 탱크(50)로 공급하도록 냉매 순환관로를 변경하여 제어한다.

여기서 냉매 순환관로를 따라 순환되는 냉매의 일부를 고압용 리저버 탱크(50)에 저장하는 경우, 제어밸브(70B)가 작동하여 압축기(10)에서 공급되는 냉매가 응축기(20)와 고압용 리저버 탱크(50)로 적정의 시간을 두고 유로를 자동변경하거나, 고압용 리저버 탱크(50)측의 냉매 관로를 개방하여 냉매가 흐를 수 있도록 하고, 이에 의해 고압용 리저버 탱크(50)에 냉매를 저장하는 동안에도 응축기(20)로 냉매가 공급되는 것을 계속하여 실내 냉방을 유지한다.

상기와 같이 엔진의 출력이 충분한 상태에서 냉방이 지속될 때에 순환하는 냉매를 고압용 리저버 탱크(50)에 저장하였다가, 엔진의 출력이 낮아지거나 차량이 정차하여 엔진에 부하가 가중되면, 압축기(10)의 작동을 정지하고, 도 5(a)에서와 같이 고압용 리저버 탱크(50)에 저장된 냉매를 응축기(20)로 공급하여 냉매 순환관로를 따라 냉매가 흐르게 하고, 이렇게 흐르는 냉매는 팽창밸브(30)와 증발기(40)를 순서대로 통과한 뒤, 제어밸브(70A)의 개방에 의해 저압용 리저버 탱크(60)로 냉매가 저장되도록 냉매순환 관로를 변경하여 제어한다.

이렇게 순환되어 저압용 리저버 탱크(60)에 저장된 냉매는 도 5(b)에서와 같이 압축기(10)가 재가동되면 저장된 냉매를 압축하여 냉매 순환관로를 통해 재순환이 이루어지고, 이때 상기 과정에서 저압용 리저버 탱크(60)에 저장된 냉매가 압축기(10)로 공급되면서 냉매의 압축 및 재순환이 이루어진다.

상기한 바와 같이 실내의 온도가 적정온도가 유지되면 압축기(10)를 통과하여 응축기(20)로 흐르는 냉매를 고압용 리저버 탱크(50)에 다시 저장하고 상기 과정을 반복하는 것으로서 압축기(10)의 가동률을 줄이게 되며, 이에 따라 차량 냉방에 따른 연료 소비의 증가를 대폭 절감할 수 있다.

따라서 본 발명은 차량용 냉방시스템에서 압축기(10)의 가동중에 냉매를 저장하였다가, 필요에 따라 압축기(10)의 작동 없이 저장된 냉매를 사용하여 냉방을 유지할 수 있게 하여, 차량의 연비 향상을 도모할 수 있다.

10: 압축기 20: 응축기
30: 팽창밸브 40: 증발기
50: 고압용 리저버 탱크 60: 저압용 리저버 탱크
70: 제어밸브

Claims (4)

1. 냉매를 압축하여 냉매순환 관로로 유동하도록 하는 압축기(10)와;
   상기 압축기(10)를 통과한 냉매를 방열하는 응축기(20)와;
   상기 응축기(20)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 팽창밸브(30)와;
   상기 팽창밸브(30)를 통과한 냉매를 공급받아 외기와 열교환을 하는 증발기(40)를 포함한 차량용 냉방시스템에 있어서,
   상기 압축기(10)의 상, 하류측 냉매순환 관로에 각각 설치되는 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)와;
   상기 고압, 저압용 리저버 탱크(50, 60)로의 냉매 흐름을 제어하는 2개의 제어밸브(70A, 70B)로 이루어지되,
   상기 제어밸브(70A)는 상기 압축기(10)와 증발기(40) 사이의 냉매순환 관로상에 설치되어 상기 저압용 리저버 탱크(60)로 냉매가 흐르도록 냉매유로를 전환하고, 상기 제어밸브(70B)는 상기 응축기(20)와 압축기(10) 사이의 냉매순환 관로상에 설치되어 상기 고압용 리저버 탱크(50)로 냉매가 흐르도록 냉매유로를 전환하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉방시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   냉방시스템이 작동하여 실내온도가 일정온도에 도달하면 고압용 리저버 탱크(50)의 입구를 개방하여 압축기(10)를 통해 순환되는 냉매의 일부를 고압용 리저버 탱크(50)에 저장하는 것을 특징으로 하는 축냉용 리저버 탱크를 이용한 차량용 냉방시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어밸브(70)는 압축기(10)의 작동이 정지되면 고압용 리저버 탱크(50, 60)의 출구를 개방하여, 고압용 리저버 탱크(50)에 저장된 냉매는 냉매순환 관로를 따라 응축기(20), 팽창밸브(30), 증발기(40)를 순차적으로 흘러 차량 실내의 냉방을 유지한 후, 저압용 리저버 탱크(60)로 유입되어 냉매가 저장되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉방시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   냉방시스템이 작동하여 실내온도가 일정온도에 도달하면 저압용 리저버 탱크(60)를 개방하여 저압용 리저버 탱크의 냉매를 압축기(10) 또는 고압용 리저버 탱크(50)측으로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉방시스템.

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