KR102206973B1 - 차량용 에어컨시스템 - Google Patents

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KR102206973B1
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안용남
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최준영
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 에어컨시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 수냉식 응축기와 팽창밸브 사이의 냉매순환라인에 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하되, 상기 공냉식 응축기를 상기 수냉식 응축기의 전방측에 설치함으로써, 상기 공냉식 응축기를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기를 냉각하는데 재사용하므로 냉방성능을 향상하고 압축기의 소모 동력을 줄여 연비를 향상할 수 있으며, 상기 공냉식 응축기를 수냉식 응축기의 전방에 배치하는 구조로 인해 차량 엔진룸내의 장착성을 향상할 수 있고, 또한, 상기 공냉식 응축기의 전방측 또는 공냉식 응축기와 수냉식 응축기의 사이에 송풍팬을 설치함으로써 공기가 충분히 유입될 수 있어 아이들(Idle) 조건과 같이 유입되는 공기가 부족할 경우에도 충분한 냉방성능을 확보할 수 있으며, 또한, 공냉식 응축기를 설치함에 따라 충분이 액상이된 냉매가 리시버드라이어로 유입되므로 상기 리시버드라이어 본연의 기능을 확보할 수 있음은 물론 상기 공냉식 응축기를 과냉영역으로 활용할 수 있어 에어컨 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 에어컨시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 에어컨시스템{Air conditioner system for vehicle}
본 발명은 차량용 에어컨시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 수냉식 응축기와 팽창밸브 사이의 냉매순환라인에 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하되, 상기 공냉식 응축기를 상기 수냉식 응축기의 전방측에 설치함으로써, 상기 공냉식 응축기를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기를 냉각하는데 재사용하여 냉방성능을 향상하고 차량 엔진룸내의 장착성을 향상할 수 있는 차량용 에어컨시스템에 관한 것이다.
일반적인 차량용 에어컨시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.
상기 에어컨시스템의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진 또는 모터의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
상기의 냉매순환과정에 있어서, 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
최근에는 냉방성능의 향상을 위해 수냉식 응축기(20) 및 내부열교환기(25)를 에어컨 시스템에 적용하고 있는데, 도 2를 참조하면, 상기 수냉식 응축기(20)는 압축기(1)에 배출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 냉매를 응축시키게 된다.
즉, 차량 엔진룸에 설치된 수냉 라디에이터(50)를 순환하는 냉각수를 상기 수냉식 응축기(20)로 공급하여 압축기(1)에서 배출된 기상냉매와 열교환시킴으로써, 기상냉매가 냉각되면서 응축되어 액상냉매로 상변화 하게 된다.
또한, 상기 내부열교환기(25)는, 상기 수냉식 응축기(20)에서 배출된 냉매와 상기 증발기(4)에서 배출된 냉매를 열교환시키게 된다.
따라서, 상기 수냉식 응축기(20)에서 배출된 냉매는 상기 내부열교환기(25)에서 추가 냉각(과냉각)된 후 상기 팽창밸브(3)로 유동하므로 과냉각을 통해 에어컨 성능을 향상시키게 된다.
한편, 상기 수냉식 응축기(20)의 하류측에는, 상기 수냉식 응축기(20)에서 배출된 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하는 리시버드라이어(30)가 설치된다.
또한, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 수냉식 응축기(20)의 경우, 배플(미도시)을 통해 응축영역과 과냉영역으로 구획되며, 이 경우 냉매의 유동은, 상기 수냉식 응축기(20)의 응축영역을 통과한 냉매가 상기 리시버드라이어(30)로 유입되고, 상기 리시버드라이어(30)로 유입된 냉매는 상기 수냉식 응축기(20)의 과냉영역으로 유동하여 과냉각된 후 상기 내부열교환기(25)로 유입된다.
그러나, 상기 종래의 에어컨 시스템은, 차량 아이들(idle)시 또는 외기온도가 상승할 경우 상기 수냉 라디에이터(50)를 통과한 냉각수의 온도도 함께 상승하게 되는데, 이때 상기 냉각수의 온도가 상승하게 되면 상기 냉각수와 열교환하는 상기 수냉식 응축기(20)의 냉매 온도도 상승하여 상기 내부열교환기(25)로 유입되고, 이후 팽창밸브(3) 및 증발기(4)로 유입되어 에어컨 성능을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 상기 수냉 라디에이터(50)의 냉각수를 식혀주는 외기온도의 한계 때문에 상기 수냉 라디에이터(50)의 냉각수 온도가 높아서 상기 수냉식 응축기(20)의 응축영역에서 충분한 응축이 이뤄지지 않고, 이로인해 상기 리시버드라이어(30)로 유입되는 냉매의 건도가 높아 리시버드라이어(30)에서 기상과 액상의 분리가 원활이 이뤄지지 않으며, 결국 상기 수냉식 응축기(20)의 과냉영역으로 액상냉매만 유입되는 것이 아니라 기상냉매도 유입되게 되어 상기 리시버드라이어(30)가 본연의 기능을 수행하지 못하는 문제가 있었다.
그리고, 상기 수냉식 응축기(20)와 리시버드라이어(30) 및 내부열교환기(25)가 단순히 냉매의 흐름을 따라 일렬로 배치됨으로 인해 차량 엔진룸내의 장착성이 용이하지 않은 문제도 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수냉식 응축기와 팽창밸브 사이의 냉매순환라인에 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하되, 상기 공냉식 응축기를 상기 수냉식 응축기의 전방측에 설치함으로써, 상기 공냉식 응축기를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기를 냉각하는데 재사용하므로 냉방성능을 향상하고 압축기의 소모 동력을 줄여 연비를 향상할 수 있으며, 상기 공냉식 응축기를 수냉식 응축기의 전방에 배치하는 구조로 인해 차량 엔진룸내의 장착성을 향상할 수 있고, 또한, 상기 공냉식 응축기의 전방측 또는 공냉식 응축기와 수냉식 응축기의 사이에 송풍팬을 설치함으로써 공기가 충분히 유입될 수 있어 아이들(Idle) 조건과 같이 유입되는 공기가 부족할 경우에도 충분한 냉방성능을 확보할 수 있으며, 또한, 공냉식 응축기를 설치함에 따라 충분이 액상이된 냉매가 리시버드라이어로 유입되므로 상기 리시버드라이어 본연의 기능을 확보할 수 있음은 물론 상기 공냉식 응축기를 과냉영역으로 활용할 수 있어 에어컨 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 에어컨시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기와, 상기 수냉식 응축기에서 배출되어 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 배출되어 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기를 각각 냉매순환라인으로 연결하여 이루어진 차량용 에어컨시스템에 있어서, 상기 수냉식 응축기와 상기 팽창밸브 사이의 냉매순환라인에 연결되며, 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기와, 상기 공냉식 응축기측으로 공기를 유동시키는 송풍팬을 더 포함하며, 상기 공냉식 응축기는, 상기 공냉식 응축기를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기를 냉각하는데 재사용할 수 있도록, 상기 수냉식 응축기의 전방측에 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 수냉식 응축기와 팽창밸브 사이의 냉매순환라인에 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하되, 상기 공냉식 응축기를 상기 수냉식 응축기의 전방측에 설치함으로써, 상기 공냉식 응축기를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기를 냉각하는데 재사용하므로 냉방성능을 향상하고 압축기의 소모 동력을 줄여 연비를 향상할 수 있다.
또한, 상기 공냉식 응축기를 수냉식 응축기의 전방에 배치하는 구조로 인해 패키지 구성이 용이하고 다양한 디자인이 가능하여 차량 엔진룸내의 장착성을 향상할 수 있다.
그리고, 상기 공냉식 응축기의 전방측 또는 공냉식 응축기와 수냉식 응축기의 사이에 송풍팬을 설치함으로써, 공기가 충분히 유입될 수 있어 아이들(Idle) 조건과 같이 유입되는 공기가 부족할 경우에도 충분한 냉방성능을 확보할 수 있다.
또한, 공냉식 응축기를 설치함에 따라 충분이 액상이된 냉매가 리시버드라이어로 유입되므로 상기 리시버드라이어 본연의 기능을 확보할 수 있음은 물론 상기 공냉식 응축기를 과냉영역으로 활용할 수 있어 에어컨 성능을 향상할 수 있다.
도 1은 일반적인 차량용 에어컨시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 차량용 에어컨시스템에 수냉식 응축기와 리시버드라이어 및 내부열교환기가 적용된 경우를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 에어컨시스템을 나타내는 구성도,
도 4는 도 3에서 수냉식 응축기와 리시버드라이어, 공냉식 응축기, 내부열교환기를 구체적으로 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 에어컨시스템에서 수냉식 응축기, 리시버드라이어, 내부열교환기, 공냉식 응축기, 송풍팬을 나타내는 배치도,
도 6은 도 5에서 송풍팬을 공냉식 응축기와 수냉식 응축기의 사이에 배치한 경우를 나타내는 배치도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 에어컨시스템을 나타내는 구성도,
도 8은 도 7에서 수냉식 응축기와 리시버드라이어, 공냉식 응축기, 송풍팬, 내부열교환기를 구체적으로 나타내는 사시도,
도 9는 도 8의 평면도,
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 에어컨시스템에서 수냉식 응축기, 내부열교환기, 리시버드라이어, 공냉식 응축기, 송풍팬을 나타내는 배치도,
도 11은 도 10에서 송풍팬을 공냉식 응축기와 수냉식 응축기의 사이에 배치한 경우를 나타내는 배치도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 에어컨시스템은, 압축기(100) -> 수냉식 응축기(110) -> 팽창밸브(140) -> 증발기(150)를 냉매순환라인(P)으로 연결하여 구성된 시스템에서, 상기 수냉식 응축기(110)와 팽창밸브(140)의 사이에 공냉식 응축기(120)와 리시버 드라이어(160) 및 내부열교환기(130)를 설치한 것이다.
먼저, 상기 압축기(Compressor)(100)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(150)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 토출하게 된다.
상기 수냉식 응축기(Condenser)(110)는 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 고온 고압의 기상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상냉매로 응축하여 토출하게 된다.
상기 수냉식 응축기(110)는, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 유동하는 냉매열교환부(111)와, 차량 엔진룸내에 설치된 수냉 라디에이터(200)를 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수열교환부(112)가 서로 열교환가능하게 구성되어, 냉매와 냉각수를 열교환하도록 이루어진다.
한편, 상기 수냉식 응축기(110)는 공지된 다양한 형태를 사용할 수 있는데,
일예로, 상기 냉각수열교환부(112)를 탱크 형태로 구성하고, 상기 냉각수열교환부(112)의 내부에 냉매열교환부(111)를 삽입하여 서로 열교환가능하게 구성할 수도 있고,
또는, 판형 플레이트를 적층한 판형 열교환기(미도시) 형태로 구성할 수도 있다. 판형 열교환기의 경우 복수개의 냉각수 유로와 복수개의 냉매 유로가 교대로 배치되어 서로 열교환하는 구조로 되어 있다.
상기 수냉 라디에이터(200)는, 냉각수파이프(205)를 통해 상기 냉각수열교환부(112)와 연결되며, 상기 냉각수파이프(205)에는 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프(210)가 설치된다.
따라서, 상기 워터펌프(210)의 가동시 상기 냉각수파이프(205)를 순환하는 냉각수는 상기 수냉 라디에이터(200)를 통과하면서 공기와의 열교환에 의해 냉각되며, 이렇게 냉각된 냉각수가 상기 냉각수열교환부(112)로 공급되어 상기 냉매열교환부(111)를 유동하는 냉매와 열교환하게 된다.
한편, 상기 수냉 라디에이터(200)는 주로 차량의 전장품을 냉각하는 용도로 사용된다.
그리고, 상기 팽창밸브(Expansion Valve)(140)는 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되어 유동하는 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(150)로 보내게 된다.
물론, 도 3과 같은 실시예에서는, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출된 액상 냉매가 리시버드라이어(160)와, 공냉식 응축기(120) 및 내부열교환기(130)를 순차적으로 통과한 후 상기 팽창밸브(140)로 공급되고, 도 7과 같은 실시예에서는 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출된 액상 냉매가 공냉식 응축기(120)와 리시버드라이어(160) 및 내부열교환기(130)를 순차적으로 통과한 후 상기 팽창밸브(140)로 공급되게 된다.
상기 증발기(Evaporator)(150)는 상기 팽창밸브(140)에서 배출되어 유동하는 저압의 액상 냉매를 공조케이스(155)내에서 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.
계속해서, 상기 증발기(150)에서 증발하여 배출된 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(100)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 공조케이스(155)내로 유입되어 증발기(150)를 통과하면서 증발기(150)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
그리고, 상기 수냉식 응축기(110)와 상기 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에는, 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기(120)와, 상기 공냉식 응축기(120)측으로 공기를 유동시키는 송풍팬(125)이 설치된다.
또한, 상기 팽창밸브(140)의 상류측 냉매순환라인(P)에는 상기 내부열교환기(130)가 설치된다.
한편, 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 액상냉매를 저장하는 리시버드라이어(160)는, 상기 수냉식 응축기(110)와 공냉식 응축기(120) 사이의 냉매순환라인(P)에 설치될 수도 있고, 또는 공냉식 응축기(120)의 응축영역(120a)과 과냉영역(120b)을 연결하는 냉매순환라인(P)에 연결 설치될 수도 있다.
그리고, 상기 공냉식 응축기(120)와 리시버드라이어(160)와, 내부열교환기(130)와, 송풍팬(125)의 구체적인 배치구조에 대해서는 아래의 제1 내지 제2 실시예와 같이 배치할 수 있다.
먼저, 제1실시예는, 도 3 및 도 4와 같이, 상기 수냉식 응축기(110)와 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에 냉매 유동방향으로 상기 리시버드라이어(160), 공냉식 응축기(120), 내부열교환기(130)가 순차적으로 연결 설치된다.
이때, 상기 리시버드라이어(160)의 입구는 상기 수냉식 응축기(110)와 연결되고, 출구는 상기 공냉식 응축기(120)와 연결되어, 상기 수냉식 응축기(110)에서 응축된 냉매가 상기 리시버드라이어(160)를 거쳐 상기 공냉식 응축기(120)에서 과냉각 되게 된다.
상기 리시버드라이어(160)는, 상기 수냉식 응축기(110)의 좌측 또는 우측에 배치되며, 도 4에서는 수냉식 응축기(110)의 우측에 리시버드라이어(160)를 배치하였다.
이때, 상기 리시버드라이어(160)는 상기 수냉식 응축기(110)에 일체로 설치될 수도 있다.
상기 공냉식 응축기(120)는, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기(110)를 냉각하는데 재사용할 수 있도록, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측에 배치되어 설치된다.
이때, 상기 공냉식 응축기(120)는, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과하는 공기의 유동방향으로 상기 수냉식 응축기(110)와 일렬로 배치되며 서로 일정간격 이격 설치된다.
따라서, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 공기가 상기 수냉식 응축기(110)로 유동하여 수냉식 응축기(110)의 전방면을 타고 흐르게 되면서 수냉식 응축기(110)를 냉각함으로써 냉방 성능을 향상하게 된다.
이때, 도 9와 같이 상기 공냉식 응축기(120)와 마주하는 상기 수냉식 응축기(110)의 전방면은 곡면(115)으로 형성되어, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측 공기유동을 원활히 하게 된다.
즉, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 공기가 상기 수냉식 응축기(110)의 곡면(115)을 타고 양쪽으로 유동하게 되어 공기유동을 방해하지 않으므로 공기유동이 원활하게 이루어진다.
또한, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방면을 곡면(115)으로 형성하게 되면, 공기와의 접촉면적이 증대되어 열교환성능도 향상된다.
한편, 상기 수냉식 응축기(110)를 판형 열교환기로 구성할 경우에는, 판형 플레이트의 전방면을 곡면구조로 형성하여 적층함으로써 상기 곡면(115)을 갖는 판형 열교환기(수냉식 열교환기)를 제작할 수 있다.
또한, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방면에 방열핀(미도시)을 설치하여 수냉식 응축기(110)의 열교환 효율을 높일 수 있다.
그리고, 상기 송풍팬(125)은, 상기 공냉식 응축기(120)의 전방측에 설치되거나 또는 상기 공냉식 응축기(120)와 수냉식 응축기(110)의 사이에 설치된다.
상기 공냉식 응축기(120)의 전방측에 송풍팬(125)이 설치되면, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과하는 공기의 유동방향으로 상기 송풍팬(125), 공냉식 응축기(120), 수냉식 응축기(110)가 일렬로 설치되게 되고,
상기 공냉식 응축기(120)와 수냉식 응축기(110)의 사이에 송풍팬(125)이 설치되면, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과하는 공기의 유동방향으로 상기 공냉식 응축기(120), 송풍팬(125), 수냉식 응축기(110)가 일렬로 설치되게 된다.
이처럼, 상기 송풍팬(125)을 상기 공냉식 응축기(120)의 전방측 또는 상기 공냉식 응축기(120)와 수냉식 응축기(110)의 사이에 설치하게 됨으로써, 공기가 충분히 유입될 수 있어 아이들(Idle) 조건과 같이 유입 공기가 부족할 때에도 충분한 냉방성능을 확보할 수 있다.
한편, 상기 공냉식 응축기(120)는, 상기 리시버드라이어(160)에서 배출되어 공냉식 응축기(120)의 내부를 유동하는 냉매와 상기 공냉식 응축기(120)를 통과하는 공기를 상호 열교환시키게 된다.
이러한 상기 공냉식 응축기(120)는, 상호 일정간격 이격되어 나란하게 설치되는 한 쌍의 헤더탱크(121)와, 상기 한 쌍의 헤더탱크(121)에 양단부가 결합되어 한 쌍의 헤더탱크(121)를 연통시키는 복수개의 튜브(122)와, 상기 복수개의 튜브(122)들 사이에 개재되는 방열핀(123)으로 이루어진다.
따라서, 상기 공냉식 응축기(120)의 일측 헤더탱크(121)로 유입된 냉매는 상기 복수개의 튜브(122)를 따라 유동하면서 상기 복수개의 튜브(122) 사이를 통과하는 공기와 열교환하여 추가 냉각되어 과냉각(Sub cool)된다.
제1실시예와 같은 배치구조에서는, 상기 수냉식 응축기(110)의 전체영역이 응축영역으로 사용되고, 상기 공냉식 응축기(120)의 전체영역이 과냉영역으로 사용된다.
즉, 상기 수냉식 응축기(110)의 전체영역이 응축영역으로 사용되므로, 상기 수냉식 응축기(110)에서 충분히 응축되어 액상이 된 냉매가 상기 리시버드라이어(160)로 유입되므로, 상기 리시버드라이어(160) 본연의 기능을 확보하여 액상냉매만 리시버드라이어(160)의 하류측으로 토출할 수 있음은 물론 시스템 용량에 맞는 적정 냉매량을 시스템내 충진이 가능하여 압축기(100)의 토출압력을 개선(감소)하고 에어컨의 소비동력을 감소할 수 있다.
또한, 상기 공냉식 응축기(120)의 전체영역을 과냉영역으로 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 냉매의 온도를 더욱 낮추어 내부열교환기(130)로 유입시킬 수 있어 에어컨 성능을 향상시키고, 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되어 압축기(100) 토출 냉매온도의 상승을 방지하여 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있다.
한편, 차량 아이들(idle)시 또는 외기온도가 상승하게 되면, 상기 수냉 라디에이터(200)를 순환하는 냉각수의 온도가 상승하게 되고 이렇게 온도가 상승한 냉각수가 상기 수냉식 응축기(110)로 공급되어 결국 수냉식 응축기(110)를 유동하는 냉매의 온도를 상승시키게 되는데,
본 발명에서는 상기 수냉식 응축기(110)의 하류측인 상기 리시버드라이어(160)의 출구측에 공냉식 응축기(120)를 설치함으로써, 상기 수냉식 응축기(110)를 유동하는 냉매의 온도가 상승 하더라도 상기 공냉식 응축기(120)에서 냉매를 추가 냉각시켜줌으로써, 냉매의 온도를 더욱 낮춰서 내부열교환기(130)로 유입시킬 수 있어 에어컨 성능을 향상시키고, 결과적으로 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되면서 압축기(100)의 토출 냉매의 온도 상승을 방지하게 되는 것이다.
한편, 상기 리시버드라이어(160)는, 상기 수냉식 응축기(110)로부터 배출된 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 액상냉매를 저장하는 역할을 하게 되는데, 즉, 상기 리시버드라이어(160)는 상기 수냉식 응축기(110)에서 미처 액상화되지 않은 기상냉매를 분리하거나 냉매 중에 함유된 수분을 흡수하여 냉방효율을 높이게 된다.
따라서, 상기 리시버드라이어(160)의 내부에는 기상냉매 및 수분을 제거할 수 있도록 건조제(미도시)가 내장된다. 물론 상기 건조제를 통과한 냉매 중에 포함된 불순물을 제거할 수 있도록 필터(미도시)가 설치될 수도 있다.
그리고, 상기 공냉식 응축기(120)와 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에는, 상기 공냉식 응축기(120)에서 배출된 냉매와 상기 증발기(150)에서 배출된 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(130)가 설치된다.
이때, 상기 내부열교환기(130)는, 상기 리시버드라이어(160)의 일측에 배치되는데, 이로인해 상기 수냉식 응축기(110)와 리시버드라이어(160) 및 내부열교환기(130)가 일렬로 배치되게 된다.
도면에서와 같이, 상기 리시버드라이어(160)가 수냉식 응축기(110)의 우측에 설치되고, 상기 내부열교환기(130)는 리시버드라이어(160)의 우측에 설치된다.
이와 같이, 상기 수냉식 응축기(110)와 리시버드라이어(160) 및 내부열교환기(130)가 일렬로 배치된 상태에서 상기 공냉식 응축기(120)는 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측, 다시말해 상기 일렬로 배치된 구성품들의 전방측에 배치됨으로써, 차량 엔진룸내의 장착성을 향상할 수 있음은 물론 패키지(Package) 구성이 용이하고 다양한 디자인이 가능한 장점이 있다.
그리고, 상기 내부열교환기(130)는, 냉매 대 냉매를 열교환하는 열교환기로서, 도 4에서는 개략적으로 도시한 것이며 판형 열교환기 형태 또는 이중관 형태로 구성할 수 있다.
따라서, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 냉매가 상기 내부열교환기(130)를 유동하는 과정에서 상기 증발기(150)에서 배출되어 내부열교환기(130)를 유동하는 저온 냉매와 열교환하여 더욱 과냉각된 후 상기 팽창밸브(140)로 유입되며, 이렇게 냉매의 온도가 더욱 낮아지게 되면 증발기(150)의 엔탈피 차이를 증가시켜 에어컨 성능을 향상할 수 있다.
또한, 상기 증발기(150)에서 배출된 후 상기 내부열교환기(130)를 거쳐 상기 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되므로 상기 압축기(100)에서 토출되는 냉매의 온도가 상한치를 넘지 않게 되는 것이다.
상기 제1실시예에 따른 냉매유동과정을 설명하면, 먼저, 상기 압축기(100)에서 압축되어 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 수냉식 응축기(110)의 냉매열교환부(111)로 유입된다.
상기 수냉식 응축기(110)의 냉매열교환부(111)로 유입된 기상 냉매는, 상기 수냉 라디에이터(200)를 순환하면서 상기 수냉식 응축기(110)의 냉각수열교환부(112)로 유입된 냉각수와 열교환하게 되고, 이 과정에서 냉매가 냉각되면서 액상으로 상변화하게 된다.
상기 수냉식 응축기(110)에서 배출된 액상 냉매는, 상기 리시버드라이어(160)로 유입되는데, 상기 리시버드라이어(160)에서는 액상냉매에 포함된 기상냉매가 분리되게 되며, 이로인해 상기 리시버드라이어(160)의 내부에서 액상냉매는 하부에 기상냉매는 상부에 위치하게 된다.
계속해서, 상기 리시버드라이어(160)에 배출된 액상냉매는 상기 공냉식 응축기(120)로 유입되어 공기와의 열교환을 통해 추가 냉각(과냉각)된 후, 상기 내부열교환기(130)로 유입된다.
상기 내부열교환기(130)로 유입된 냉매는, 상기 증발기(150)에서 배출되어 내부열교환기(130)를 유동하는 냉매와 열교환하면서 더욱 과냉각된 후, 상기 팽창밸브(140)로 유입되어 감압 팽창 된다.
상기 팽창밸브(140)에서 감압 팽창된 냉매는, 저온 저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(150)로 유입되고, 상기 증발기(150)로 유입된 냉매는 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.
이후, 상기 증발기(150)에서 배출된 저온 저압의 냉매는, 상기 내부열교환기(130)로 유입되게 되는데, 이때 상기 공냉식 응축기(120)에서 배출되어 내부열교환기(130)를 유동하는 냉매와 열교환한 후, 상기 압축기(100)로 유입되고, 이후 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
다음으로, 제2실시예는, 도 7 및 도 8과 같으며, 상기 제1실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
제2실시예에서는, 상기 수냉식 응축기(110)와 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에 냉매 유동방향으로 상기 공냉식 응축기(120), 리시버드라이어(160), 내부열교환기(130)가 순차적으로 연결 설치된다.
상기 공냉식 응축기(120)는 제1실시예와 같이 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측에 배치된다.
상기 리시버드라이어(160)도 제1실시예와 같이 상기 수냉식 응축기(110)의 좌측 또는 우측에 배치되며, 도 8에서는 상기 수냉식 응축기(110)의 우측에 리시버드라이어(160)를 배치하였다.
상기 리시버드라이어(160)의 입구는 상기 공냉식 응축기(120)의 응축영역(120a)과 연결되고, 출구는 상기 공냉식 응축기(120)의 과냉영역(120b)과 연결되어, 상기 수냉식 응축기(110)에서 응축된 냉매가 상기 공냉식 응축기(120)의 응축영역(120a)에서 재차 응축된 후 상기 리시버드라이어(160)를 거쳐 상기 공냉식 응축기(120)의 과냉영역(120b)에서 과냉각 되게 된다.
즉, 제2실시예에서의 공냉식 응축기(120)는, 냉매와 공기가 열교환하는 응축영역(120a)과, 상기 응축영역(120a)을 통과한 냉매가 공기와 재차 열교환하는 과냉영역(120b)으로 구성되며, 또한 상기 수냉식 응축기(110)가 리시버드라이어(160)가 아닌 상기 공냉식 응축기(120)와 연결된다.
따라서, 상기 수냉식 응축기(110)에서 충분히 응축된 냉매가 상기 공냉식 응축기(120)의 응축영역(120a)에서 한번 더 냉각된 후, 상기 리시버드라이어(160)로 공급되므로, 충분히 액상이된 냉매가 상기 리시버드라이어(160)로 공급되어, 상기 리시버드라이어(160) 본연의 기능을 확보하여 액상냉매만 리시버드라이어(160)의 하류측으로 토출할 수 있음은 물론 시스템 용량에 맞는 적정 냉매량을 시스템내 충진이 가능하여 압축기(100)의 토출압력을 개선(감소)하고 에어컨의 소비동력을 감소할 수 있다.
그리고, 상기 공냉식 응축기(120)와 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에는 상기 내부열교환기(130)가 설치되는데, 이때 상기 내부열교환기(130)는 상기 공냉식 응축기(120)의 과냉영역(120b)과 연결된 상태에서 상기 수냉식 응축기(110)의 하부에 배치된다.
한편, 상기 공냉식 응축기(120)를 응축영역(120a)과 과냉영역(120b)으로 구성하는 방법으로는, 상기 한 쌍의 헤더탱크(121)의 내부에 배플(124)를 설치하여 헤더탱크(121)의 내부를 상,하로 구획함으로써, 상기 응축영역(120a)과 과냉영역(120b)을 구성할 수 있다.
이때, 상기 응축영역(120a)과 과냉영역(120b)측에는 각각 냉매를 유입하고 배출하기 위한 입,출구파이프가 구비된다.
제2실시예에 따른 냉매유동과정을 간략히 설명하면(제1실시예와 다른 부분만 설명함), 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출된 액상냉매는, 상기 공냉식 응축기(120)의 응축영역(120a)을 유동하면서 공기와의 열교환을 통해 한번 더 냉각되어 재차 응축되고, 이렇게 응축된 액상냉매는 상기 리시버드라이어(160)로 유입된다.
상기 리시버드라이어(160)에서는 액상냉매에 포함된 기상냉매가 분리되며, 이로인해 상기 리시버드라이어(160)의 내부에서 액상냉매는 하부에 기상냉매는 상부에 위치하게 된다.
계속해서, 상기 리시버드라이어(160)에 배출된 액상냉매는 상기 공냉식 응축기(120)의 과냉영역(120b)으로 유입되어 공기와의 열교환을 통해 추가 냉각(과냉각)된 후, 상기 내부열교환기(130)로 유입된다.
상기 내부열교환기(130)로 유입된 냉매는, 상기 증발기(150)에서 배출되어 내부열교환기(130)를 유동하는 냉매와 열교환하면서 더욱 과냉각된 후, 상기 팽창밸브(140)로 유입되며, 이후 증발기(150)와 내부열교환기(130)를 거쳐 압축기(100)로 유동하여 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
이와 같이, 제1,2실시예에서는, 상기 공냉식 응축기(120)가 공기유동방향에서 볼 때 앞 열에 배치되고, 상기 수냉식 응축기(110), 리시버드라이어(160), 내부열교환기(130)가 뒷열에 배치되는 구성으로서, 패키지 구성이 용이하고 다양한 디자인이 가능하여 차량 엔진룸내의 장착성을 향상할 수 있다.
100: 압축기 110: 수냉식 응축기
111: 냉매열교환부 112: 냉각수 열교환부
115: 곡면
120: 공냉식 응축기 120a: 응축영역
120b: 과냉영역 125: 송풍팬
130: 내부열교환기
140: 팽창밸브 150: 증발기
200: 수냉 라디에이터

Claims (10)

  1. 냉매를 압축시키는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(110)와, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되어 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(140)와, 상기 팽창밸브(140)에서 배출되어 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기(150)를 각각 냉매순환라인(P)으로 연결하여 이루어진 차량용 에어컨시스템에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)와 상기 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에 연결되며 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기(120)와, 상기 공냉식 응축기(120)측으로 공기를 유동시키는 송풍팬(125)을 더 포함하며, 상기 공냉식 응축기(120)는, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기(110)를 냉각하는데 재사용할 수 있도록, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측에 설치되고,
    상기 공냉식 응축기(120)와 마주하는 상기 수냉식 응축기(110)의 전방면은 곡면(115)으로 형성되어, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측 공기유동을 원활히 한 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  2. 냉매를 압축시키는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(110)와, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되어 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(140)와, 상기 팽창밸브(140)에서 배출되어 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기(150)를 각각 냉매순환라인(P)으로 연결하여 이루어진 차량용 에어컨시스템에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)와 상기 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에 연결되며 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기(120)와, 상기 공냉식 응축기(120)측으로 공기를 유동시키는 송풍팬(125)을 더 포함하며, 상기 공냉식 응축기(120)는, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기(110)를 냉각하는데 재사용할 수 있도록, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측에 설치되고,
    상기 공냉식 응축기(120)와 마주하는 상기 수냉식 응축기(110)의 전방면에는 방열핀이 설치되어, 상기 수냉식 응축기(110)의 열교환 효율을 높이도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  3. 냉매를 압축시키는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(110)와, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되어 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(140)와, 상기 팽창밸브(140)에서 배출되어 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기(150)를 각각 냉매순환라인(P)으로 연결하여 이루어진 차량용 에어컨시스템에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)와 상기 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에 연결되며 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기(120)와, 상기 공냉식 응축기(120)측으로 공기를 유동시키는 송풍팬(125)을 더 포함하며, 상기 공냉식 응축기(120)는, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기(110)를 냉각하는데 재사용할 수 있도록, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측에 설치되고,
    상기 수냉식 응축기(110)의 좌측 또는 우측에는 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 액상냉매를 저장하는 리시버드라이어(160)가 배치되며,
    상기 공냉식 응축기(120)는, 냉매와 공기가 열교환하는 응축영역(120a)과, 상기 응축영역(120a)을 통과한 냉매가 공기와 재차 열교환하는 과냉영역(120b)을 구비하고,
    상기 리시버드라이어(160)의 입구는 상기 공냉식 응축기(120)의 응축영역(120a)과 연결되고, 출구는 상기 공냉식 응축기(120)의 과냉영역(120b)과 연결되며,
    상기 공냉식 응축기(120)와 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에는, 상기 공냉식 응축기(120)에서 배출된 냉매와 상기 증발기(150)에서 배출된 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(130)가 설치되되,
    상기 내부열교환기(130)는, 상기 수냉식 응축기(110)의 하부에 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  4. 냉매를 압축시키는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(110)와, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되어 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(140)와, 상기 팽창밸브(140)에서 배출되어 유동하는 냉매를 증발시키는 증발기(150)를 각각 냉매순환라인(P)으로 연결하여 이루어진 차량용 에어컨시스템에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)와 상기 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에 연결되며 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기(120)와, 상기 공냉식 응축기(120)측으로 공기를 유동시키는 송풍팬(125)을 더 포함하며, 상기 공냉식 응축기(120)는, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 공기를 상기 수냉식 응축기(110)를 냉각하는데 재사용할 수 있도록, 상기 수냉식 응축기(110)의 전방측에 설치되고,
    상기 수냉식 응축기(110)의 좌측 또는 우측에는 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 액상냉매를 저장하는 리시버드라이어(160)가 배치되며,
    상기 공냉식 응축기(120)는, 냉매와 공기가 열교환하는 응축영역(120a)과, 상기 응축영역(120a)을 통과한 냉매가 공기와 재차 열교환하는 과냉영역(120b)을 구비하고,
    상기 리시버드라이어(160)의 입구는 상기 수냉식 응축기(110)와 연결되고, 출구는 상기 공냉식 응축기(120)와 연결되며,
    상기 공냉식 응축기(120)와 팽창밸브(140) 사이의 냉매순환라인(P)에는, 상기 공냉식 응축기(120)에서 배출된 냉매와 상기 증발기(150)에서 배출된 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(130)가 설치되되,
    상기 내부열교환기(130)는, 상기 리시버드라이어(160)의 일측에 배치되어,
    상기 수냉식 응축기(110)와 리시버드라이어(160) 및 내부열교환기(130)가 일렬로 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송풍팬(125)은 상기 공냉식 응축기(120)의 전방측에 설치되고,
    상기 공냉식 응축기(120)를 통과하는 공기의 유동방향으로 상기 송풍팬(125), 공냉식 응축기(120), 수냉식 응축기(110)가 일렬로 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송풍팬(125)은 상기 공냉식 응축기(120)와 수냉식 응축기(110)의 사이에 설치되고,
    상기 공냉식 응축기(120)를 통과하는 공기의 유동방향으로 상기 공냉식 응축기(120), 송풍팬(125), 수냉식 응축기(110)가 일렬로 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.

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