KR101866157B1 - 다단분할 독립제어 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단분할 독립제어 냉방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버스나 철도차량의 냉방시스템을 담당하는 증발기를 단일 구성으로 하지 않고 복수의 병렬형 증발기로 구성한 다음 냉방 조절에 따라 독립제어가 이루어질 수 있도록 하여 에너지효율을 높이는 기술에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 거치면서 열교환이 이루어지는 냉방시스템에 있어서, 상기 증발기는 복수개로 분할 구성되며 팽창밸브에서 분배된 복수의 냉매관에 각각 결합되어 제어부를 통해 독립적으로 가동되고,상기 증발기의 일측에는 각각 증발팬이 설치되어 증발기의 가동에 따라 연동제어가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

다단분할 독립제어 냉방시스템{Multi-stage split independent control cooling system}

본 발명은 다단분할 독립제어 냉방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 버스나 철도차량의 냉방시스템을 담당하는 증발기를 단일 구성으로 하지 않고 좌우단 병렬형 및 세로방향의 복수 분할형 증발기로 구성한 다음 냉방 조절에 따라 독립제어가 이루어질 수 있도록 하여 에너지효율을 높이는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 버스나 철도차량과 같은 대중교통에는 승객의 쾌적한 환경을 제공하기 위해 냉방시스템이 적용되어 있으며, 이러한 냉방시스템은 저온/저압의 기체 상태의 냉매를 고온/고압의 기체로 변환시키는 압축기, 압축기로부터 공급된 냉매를 액체 상태로 변화시키는 응축기, 저온/저압의 액체 상태의 냉매를 저온/저압의 기체 상태로 증발시키는 증발기로 구성되어 있다.

상기 냉방 시스템은 크게 냉매를 압축하는 압축구간, 압축된 냉매의 열 에너지를 시스템 외부로 방출하는 응축구간, 객실의 열 에너지를 흡수하여 차내를 냉방시키는 증발구간으로 나눌 수 있다.

종래의 증발구간에 설치된 증발기의 구성은 도 1을 참조하면 알 수 있듯이 하나의 대형 증발기에 다수의 동관이 연결되어 냉매가 주입되는 동코일 방식의 대형증발기가 사용되며, 복수의 팬에 의해 차가운 공기가 실내로 유입되게 된다. 그러나 이러한 구성은 냉방성능에 비해 부피와 무게를 많이 차지하며, 대형 증발기 전체를 가동해야 하기 때문에 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

관련 선행기술로서, 등록특허 제10-0931078호(버스용 냉방장치)에는 외관을 형성하는 케이스 및 골격을 형성하는 메인프레임과, 상기 케이스의 전면에 천공 형성되어 외기가 유입되는 흡기공과, 상기 흡기공으로 유입된 외기의 유동경로를 형성하며, 응축기의 장착공간을 제공하는 덕트와, 상기 응축기의 상측에서 상기 덕트에 의해 지지되는 응축팬과, 상기 응축기의 좌우 양측에서 냉매와 유입된 공기를 열교환시켜 실내로 토출시키는 증발기를 포함하는 구성을 가지며, 상기 덕트에는 실내로 외기가 유입되도록 하는 실내측 덕트 홀과 응축기로 외기가 유입되도록 하는 실외측 덕트 홀이 형성되는 구성이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 외기유입 덕트가 응축기 및 응축팬을 지지하는 것에 특징이 있는 기술로서, 상기 선행기술에는 증발기의 에너지효율을 높이기 위한 구성이 전혀 포함되어 있지 않다.

또 다른 선행기술로서, 공개특허 제10-2013-0031164호(버스용 온냉방 장치의 송풍량 실시간 제어 시스템 및 그 제공 방법)에는 설정된 온도의 공기를 공급하는 온냉방 장치와, 상기 온냉방 장치로부터 설정된 온도의 공기를 이송하는 메인 덕트와, 상기 메인 덕트로부터 분기되어 각 좌석별로 설정된 온도의 공기를 이송하는 복수 개의 개별 덕트와, 상기 개별 덕트의 개폐를 조절하는 송풍량 조절부와, 상기 송풍량 조절부의 개폐량에 따라 변화하는 상기 메인 덕트 내의 풍량의 변화를 실시간으로 측정하는 풍량 센서와,상기 풍량 센서로부터 측정된 풍량의 변화에 따라 상기 온냉방 장치의 동작 레벨을 결정하는 제어부를 포함하는 기술이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 승객이 송풍구 개폐 행위에 따라 조절되는 개폐 여부를 센서를 통해 측정하고, 이를 이용하여 전체적인 냉풍의 공급 수준 및 송풍량을 조절하도록 제어하고 있지만, 송풍량 조절만으로 냉방사이클에 가동시 소모되는 전기에너지를 절감할 수 없다. 또한 상기선행기술 역시 대형증발기 사용으로 인한 구조적인 냉방효율 저하의 문제점을 전혀 해결하지 못하고 있다.

그리고 본 발명에서 제시하고자 하는 냉방시스템과는 관련이 없는 기술이지만 복수의 증발기를 이용한 다른 기술로서, 등록실용신안 제20-0306048호(복수개의 증발기를 구비한 냉각 시스템을)를 살펴보면 냉각공간과 접촉하여 열교환을 수행하며 서로 병렬로 연결된 복수개의 증발기와, 상기 증발기와 연결되어, 상기 각 증발기에서 증발된 저온 저압의 가스냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기와 연결되어, 상기 압축기에서 압축된 고온 고압의 가스냉매를 주위 환경(대기 또는 냉각수)과 열교환시켜 응축시키는 응축기; 및 상기 응축기와 연결되어 액체냉매를 교축 팽창시켜 증발기로 공급하는 팽창밸브를 포함하는 기술이 개시되어 있다.

그러나 상기 선행기술은 냉동고에 적용되는 냉각시스템에 관한 것으로, 2개의 증발기를 이용하여 가동타임을 서로 다르게 설정하여 제상을 위해 하나의 증발기가 가동을 중단하고 있을 때 다른 하나의 증발기를 가동하여 냉동작용이 지속적으로 유지하기 위한 기술로서, 제상이 필요한 냉동고에만 국한되는 기술이다. 따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 문제점을 전혀 해결할 수 없는 기술이다.

등록특허 제10-0931078호 공개특허 제10-2013-0031164호 등록실용신안 제20-0306048호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 종래의 냉방시스템에서 냉방효율을 높이기 위해 주로 사용되었던 단순 송풍조절방식이 아닌 좌우단 병렬형 및 세로방향 분할형 복수의 증발기를 독립적으로 배치하고 증발기의 구동 자체를 제어할 수 있도록 구성하여 요구되는 냉방수준에 따라 증발기의 용량(냉방능력)을 실시간으로 조절할 수 있도록 구성하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 한 다단분할 독립제어 냉방시스템를 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 거치면서 열교환이 이루어지는 냉방시스템에 있어서, 상기 증발기는 좌우단으로 병렬배치되고 세로방향으로 복수개로 분할 구성되며 팽창밸브에서 분배된 복수의 냉매관에 각각 결합되어 제어부를 통해 독립적으로 가동되고,상기 증발기의 일측에는 각각 증발팬이 설치되어 증발기의 가동에 따라 연동제어가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 증발기로 공급되는 냉매관에는 각각 전자밸브가 설치되어, 증발기의 가동에 맞게 상기 전자밸브의 개폐제어가 독립적으로 이루어질 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 증발기는 라미네이트 타입으로 이루어진 알루미늄 코일방식의 증발기로 적용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 증발기를 좌우단으로 병렬배치하고 세로방향으로 분할배치하여 요구되는 냉방수준에 따라 독립제어가 이루어질 수 있도록 하여, 증발기의 용량(냉방능력)을 실시간으로 조절이 가능하며 증발기 사용에 다른 에너지 소비를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 종래의 동코일 방식의 증발기가 아닌 라미네이트 타입으로 이루어진 알루미늄 코일방식의 증발기를 채택함으로써, 종래에 비해 증발기 무게를 현저히 줄여 연비를 향상시킬 수 있고, 열교환 효율을 높일 수 있는 이점을 갖는다.

도 1은 종래의 버스에 적용되었던 냉방시스템의 증발기 구성을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 다단분할 독립제어 냉방시스템을 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 제어부에 의한 증발기의 제어구성을 확대하여 나타낸 도면

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

종래의 버스나 철도차량에 적용되었던 냉방시스템은 도 1에 도시한 바와 같이 팽창밸브(30)에서 분기된 다수의 냉매관(11)이 하나의 대형증발기(10)로 연결되는 동코일 방식의 증발기(10)가 사용되어왔으나, 이러한 동코일 방식의 증발기(10)는 재질의 특성상 무게가 증가하여 연비가 저하되는 문제점과 냉방조절과 관계없이 증발기(10) 자체의 구동으로 인한 전기소모는 줄일 수 없었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서, 증발기를 독립적으로 배치하고 증발기의 구동 자체를 제어할 수 있도록 구성하여 요구되는 냉방수준에 따라 증발기의 용량(냉방능력)을 실시간으로 조절할 수 있도록 구성하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 한 기술이다.

본 발명은 버스나 철도차량에 적합한 냉방시스템에 관한 것으로, 냉매가 냉매라인을 따라 압축기, 응축기, 팽창밸브(300), 증발기(100)를 거치면서 열교환이 이루어지는 기술로서, 상기 냉방사이클은 공지의 냉방방식을 채택하고 있기 때문에 본 발명에서는 이의 구체적인 설명은 생략하고자 한다.

본 발명의 증발기(100)는 도 2에 명백히 도시되어 있는 바와 같이,
좌우단으로 병렬배치되고, 세로방향으로 복수개로 분할 구성되며, 세로방향으로 배치된 증발기(100)들은 하나의 팽창밸브(300)에서 분배된 복수의 냉매관(110)에 각각 결합되어 제어부(400)를 통해 독립적으로 가동되고, 상기 증발기(100)의 일측에는 각각 증발팬(200)이 설치되어 증발기(100)의 가동에 따라 연동제어가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 증발기(100)의 설치구조는 도 2에 도시된 바와 같이,
좌우 2단으로 대칭구조로 이루어지는 것이 바람직하며, 전체적으로는 도면 2, 3에 도시한 바와 같이 한쪽에 각각 4개의 증발기(100)가 설치되어 총 8개의 증발기(100)로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 증발기(100)의 독립제어에 따른 효과를 얻으려면 한쪽에 적어도 3개 이상의 증발기(100)가 설치되는 것이 좋다.

도 2에서와 같이, 상기 팽창밸브(300)는 증발기(100)의 설치구조에 맞게 좌,우측에 각각 하나씩 설치되고 각각 단일의 팽창밸브(300)에서 다수의 냉매관(110)으로 분기되어 증발기(100)에 연결된다. 그리고 나서 모든 증발기(100)에서 열교환이 이루어진 냉매는 하나의 배출관(120)으로 모아져서 배출되고 배출된 냉매는 압축기로 전달되어 냉매순환이 이루어진다.

본 발명은 단일의 팽창밸브(300)에서 증발기(100)의 개수에 맞게 분기된 다수의 냉매관(110)이 복수의 증발기(100)에 각각 병렬로 연결되는 것에 특징이 있는 것으로, 좀 더 구체적으로는 1개의 증발기(100)에 1개의 냉매관(110)이 연결되는 구조를 갖는다. 그리고 상기 증발기(100)로 연결된 냉매관(110)에는 각각 전자밸브(500)가 설치되어 증발기(100)의 가동에 맞게 상기 전자밸브(500)의 개폐제어가 독립적으로 이루어질 수 하는 것이다.

상기 전자밸브(500)의 작동제어는 도 3에 도시한 바와 같이 제어부(400)를 통해 이루어지게 되는데, 전자밸브(500)의 작동제어에 따라 해당 증발기(100)의 가동제어가 이루어지는 것이다. 이때 증발기(100)의 가동에 따라 증발팬(200) 역시 함께 가동될 수 있도록 연동제어가 이루어지게 된다. 이와 같이 제어부(400)를 통해 증발기(100)의 용량(냉방능력)을 자유자재로 조절할 수 있게 되어 증발기(100)의 무분별한 사용에 따른 에너지낭비를 최소화할 수 있게 되는 것이다.

또한 상기 제어부(400) 조작은 요구되는 냉방수준에 따라 운전자의 개인적 판단에 의해 제어할 수도 있지만, 차량에 내부온도센서, 외부온도센서, 승객감지센서를 통해 차량 내부의 온도, 외부온도, 현재 탑승인원수를 종합적으로 고려하여 자동제어가 이루어질 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 승객감지센서를 통한 현재 탑승인원수를 감지하는 방법에는 승,하차가 이루어지는 곳에 각각 감지센서가 설치되어 승,하차 인원을 가감하여 현재 탑승한 승객수를 연산하는 방법과, 차체의 중량변화를 센서로 감지하여 승객인원수를 연산하는 방법을 예로 들 수 있다.

그리고 상기 전자밸브(500)는 모든 증발기(100)에 설치되지 않고 상시 가동이 이루어지는 증발기(100)는 제외하고 전체적으로 설치되는 것이 바람직하다. 상시 가동이 이루어지는 증발기(100)는 최소한의 냉방만 이루어질 수 있도록 가동되는 것으로서, 적어도 1개의 이상의 증발기(100)로 구성되어야 한다.

본 발명의 증발기(100)는 라미네이트 타입으로 이루어진 알루미늄 코일방식의 증발기(100)로 적용되는 것에 또 다른 특징이 있다. 상기의 방식으로 이루어진 증발기(100)로 적용될 경우 재질과 구조의 차이로 인해 종래의 동코일 방식보다 증발기(100)의 무게를 현저히 줄일 수 있어 차량의 연비를 상승시킬 수 있고 높은 열교환 효율을 얻을 수 있다. 상기 라미네이트 타입의 증발기(100)는 딤플 형상의 플레이트를 적층시킨 형태의 증발기(100)로서 종래의 동코일 방식에 비해 크기를 소형화할 수 있는 이점을 갖는다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 : 증발기 11 : 냉매관
20 : 증발팬 30 : 팽창밸브
100 : 증발기 110 : 냉매관
120 : 배출관 200 : 증발팬
300 : 팽창밸브 400 : 제어부
500 : 전자밸브

Claims (3)

1. 냉매가 압축기, 응축기, 팽창밸브(300), 증발기(100)들을 거치면서 열교환이 이루어지는 냉방시스템에 있어서,
   상기 증발기(100)들은 좌우단에 배치되되, 각 단의 증발기(100)들은 세로방향으로 복수개로 분할 구성되며,
   세로방향으로 분할배치된 증발기(100)들에 냉매관(110)이 각각 연결되되,
   상기 연결되는 냉매관(110)들은 하나의 팽창밸브(300)에서 복수로 분배되어 결합되고,
   상기 냉매관(110) 각각에 결합된 증발기(100)들은 제어부(400)를 통해 독립적으로 가동되며,
   상기 증발기(100)의 일측에는 각각 증발팬(200)이 설치되어 증발기(100)의 가동에 따라 연동제어가 이루어지도록 하고,
   상기 증발기(100)로 공급되는 냉매관(110)에는 전자밸브(500)가 설치되어, 증발기(100)의 가동에 맞게 상기 전자밸브(500)의 개폐제어가 독립적으로 이루어지되,
   상기 전자밸브(500)는 상시 가동되는 하나의 증발기(100)를 제외한 나머지 증발기(100)들에 각각 연결설치되는 것을 특징으로 하는 다단분할 독립제어 냉방시스템
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 증발기(100)는 라미네이트 타입으로 이루어진 알루미늄 코일방식의 증발기(100)로 적용되는 것을 특징으로 하는 다단분할 독립제어 냉방시스템
   

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