KR19980065266A - 차량용 공조장치 및 차량의 공조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로, 공조장치의 실내기에 순환시키는 차내의 공기풍량을 저감하고, 실내송풍기의 용량을 작게 함과 동시에 차체의 측벽내를 지나는 송풍덕트를 소단면화하여 차량의 차내스페이스를 유효하게 활용할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다. 또한 환기용 송풍기의 차내에의 소음전파를 저감하는 것도 본 발명의 목적이다.

이 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 급배기일체형의 환기용 송풍기(10), 제 1증발기(11), 제 2증발기(12), 실내송풍기(13)로 구성되는 실내기(2)를 차량의 하부에 매다는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 제 1증발기에서 환기용 송풍기(10)로 차외로부터 흡입된 신선한 공기를 냉각한 후, 차내로부터의 순환공기와 혼합시켜 제 2증발기에서 다시 냉각하도록 한 차량용 공조장치에 특징이 있다.

Description

차량용 공조장치 및 차량의 공조방법

본 발명은 철도차량 및 자기부상차량(마그레브)에 가장 적합한 차량의 공조장치 및 차량의 공조방법에 관한 것이다.

종래, 차량에 탑재되는 공조장치에서 환기용 송풍기를 가진 공조장치로서는 신칸센에 사용되고 있는 것이 있다. 이 종래의 공조장치는 일본국 특개평 5-69824에 기재되어 있는 바와같이 차체의 하부에 매달아 바닥으로부터 흡입한 차내의 공기와, 환기용 송풍기에 의하여 흡입한 신선공기를 혼합시켜 증발기(실내열교환기)에서 열교환시키고, 냉각한 공기를 차체의 측벽내로 지나는 덕트에 의하여 천정까지 유도하여 천정에 설치한 그릴로부터 조화공간인 차내로 뿜어내어 냉방을 행하였다.

상기 종래방식에서는 차외로부터 도입하는 신선공기량에 대하여 증발기로의 차내로부터의 순환공기량이 약 3배가 많기 때문에 신선공기온도가 차내온도에 비하여 높아도 신선공기와 순환공기가 혼합된 공기의 온도는 그다지 상승하지 않고, 증발기의 배관내를 흐르고 있는 냉매와 관밖을 지나는 혼합공기와의 온도차가 커지지 않기 때문에 정격의 열교환량을 얻기 위해서는 통과하는 공기풍량을 많게 할 필요가 있었다. 그 결과, 순환용 송풍팬의 동력이 커짐과 동시에 풍속을 억제하기 위하여 차체의 측벽내로 지나는 송풍덕트의 단면이 커진다는 문제가 있었다.

상기 종래기술은 차내로부터의 순환공기의 일부를 환기용 송풍기에 의하여 차외로 배출한 후, 마찬가지로 차외로부터 흡입한 동량의 신선공기와 혼합시킨 후, 증발기를 통과시키도록 구성하고 있기 때문에 증발기에서의 냉매와 공기의 온도차가 작고, 또 환기용 송풍기의 송풍량이 증발기의 열교환풍량에 전혀 기여하지 않기 때문에 정격의 열교환량을 확보하기 위해서는 순환풍량을 많게 할 필요가 있었다.

본 발명이 목적으로 하는 것은 공조능력을 저하시키는 일 없이 조화공간으로 공급되는 조화공기량을 감소시켜 공조장치자체를 소형경량화하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉방운전시의 냉각공기를 차내의 필요한 부분으로 송풍하는 덕트의 공기유로면적을 저감하여 차내의 거주공간을 가능한한 넓게 확보하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 차량용 공조장치의 일실시예의 개략구성도,

도 2는 도 1에 나타낸 차량용 공조장치의 공기계통도,

도 3은 본 발명에 의한 차량용 공조장치의 다른 실시예의 개략구성도,

도 4는 도 3에 나타낸 차량용 공조장치의 공기계통도,

도 5는 본 발명에 의한 차량용 공조장치의 또다른 실시예의 개략구성도이다.

본 발명의 특징은 리턴공기를 냉각하는 리턴공기용 열교환기와, 상기 리턴공기보다도 온도가 높은 신선공기를 냉각하는 신선공기용 열교환기와, 냉각된 상기 신선공기 및 리턴공기를 공기유로를 거쳐 송풍하는 송풍기와, 상기 신선공기용 열교환기 및 상기 리턴공기용 열교환기와 함께 냉동사이클을 구성하는 실외열교환기 및 압축기를 구비한 차량용 공조장치에 있다.

발명자 들의 연구에 의하면, 차량의 냉방열 의 약 절반은 환기를 위해 차외로부터 차내로 도입하는 신선공기를 차내온도까지 냉각하기 위한 열부하이다. 본 발명의 구성에 의하면, 신선공기용 열교환기(제 1증발기)에서는 냉매와 공기의 온도차를 크게 취할 수 있고, 또 리턴공기용 열교환기(제 2증발기)에서는 열교환하는 공기풍량을 크게 할 수 있음으로 증발기의 전열효과가 향상하고, 그 만큼 순환풍량을 적게 할 수 있다. 신선공기용 열교환기의 열교환효율이 종래의 공조보다도 좋아지기 때문에 조화공기량을 저감할 수 있고, 거주공간을 넓게 확보할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량용 공조장치에 있어서, 상기 신선공기용 열교환기에서 냉각된 신선공기를 상기 리턴공기용 열교환기로 송풍하여 냉각하는 데 있다. 이 구성에 의하면, 조화공기온도를 더욱 내릴 수 있어, 전체의 조화공기량을 저감할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량용 공조장치에 있어서, 상기 공기유로가 신선공기를 도입하는 신선공기도입구와, 리턴공기를 도입하는 리턴공기도입구와, 냉각공기를 토출하는 냉각공기토출구에 접속된 주공기유로를 구비하고 있고, 상기 주공기유로의 상기 신선공기도입구와, 상기 냉각공기토출구와의 사이에 상기 신선공기용 열교환기를 설치함과 동시에 상기 주공기유로의 상기 리턴공기유로의 접속부보다도 신선공기도입구측에 상기 신선공기용 열교환기를 설치한 데 있다. 이 구성에 의하면, 리턴공기와 신선공기를 혼합하여 냉각하기 때문에 온도제어가 용이해지는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량용 공조장치에 있어서, 차외의 신선공기를 승압시켜 차내로 공급하는 급기송풍기를 상기 주공기유로의 상기 신선공기도입구와 상기 신선공기용 열교환기의 설치부사이에 설치한 데 있다. 이 구성에 의하면, 단열압축한 신선공기를 냉각하기 때문에 냉매와의 온도차가 커지고, 열교환효율을 향상할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량용 공조장치에 있어서, 상기 실외열교환기는 제 1 및 제 2실외열교환기로 이루어지고, 상기 압축기는 제 1 및 제 2압축기로이루어지고, 상기 신선공기용 열교환기와 상기 제 1실외열교환기 및 상기 제 1압축기에 의하여 제 1냉동사이클을 구성하고 있고, 상기 리턴공기용 열교환기와 상기 제 2실외열교환기 및 상기 제 2압축기에 의하여 제 2냉동사이클을 구성하고 있는 데 있다.

이 구성에 의하면, 조화공기의 온도변화를 억제하여 제 1사이클을 효율적으로 운전할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량용 공조장치에 있어서, 배기송풍기와 급기송풍기로 이루어지는 환기수단을 구비하고 있고, 상기 배기송풍기의 공기유로에 보조실외열교환기를 설치하고 있고, 상기 급기송풍기의 공기유로에 보조실내열교환기를 설치하고 있고, 상기 보조실외열교환기 및 상기 보조실내열교환기에 의하여 보조냉동사이클을 구성하는 보조압축기를 구비한 데 있다.

이 구성에 의하면, 보조실외열교환기 및 보조실내열교환기에 의하여 급기수단의 공기유로 및 배기수단의 공기유로의 공기와 열교환을 행하게 함으로써 종래 행하였던 순환공기와 신선공기를 혼합한 후, 열교환을 행하는 경우에 비하여 냉매에 대한 공기의 온도차를 크게 취할 수 있어 많은 열교환을 행하게 할 수 있다. 따라서 공조장치의 소형경량화가 도모된다. 또 차외로 방출되는 배기의 냉열을 회수함으로써 에너지절약을 도모할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량용 공조장치에 있어서, 배기송풍기와 급기송풍기로 이루어지는 환기수단을 구비하고 있고, 상기 배기송풍기의 공기유로에 보조실외열교환기를 설치하고 있고, 상기 급기송풍기의 공기유로에 보조실내열교환기를 설치하고 있고, 상기 보조실외열교환기 및 상기 보조실내열교환기에 의하여 보조냉동사이클을 구성하는 보조압축기를 구비한 데 있다.

이 구성에 의하면, 환기장치의 급기측 및 배기측에 설치되는 보조실내열교환기 및 보조실외열교환기를 한 개의 냉동사이클로서 구성함으로써 열교환되는 공기와 냉매와의 온도차를 크게 취할 수 있어 냉방능력의 향상 또는 조화공기로서 조화공간으로 공급되는 공기량을 종래에 비해 적게 하여 덕트계의 점유면적을 작게 할 수 있다. 또 배기의 냉열회수에 의하여 에너지절약을 도모할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 신선공기를 제 1열교환기에서 냉각하고, 다음에 냉각된 상기 신선공기와 리턴공기를 제 2열교환기에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조방법에 있다.

이 구성에 의하면, 조화공기의 온도를 종래보다 내려 조화공기의 송풍량을 저감하고, 덕트의 소형화를 도모할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량의 공조방법에 있어서, 상기 신선공기는 급기송풍기에 의하여 차내로 도입되어 승압된 상태에서 상기 제 1열교환기로 공급되는 데 있다.

이 구성에 의하면, 신선공기와 냉매의 온도차를 크게 하여 열교환효율향상을 도모할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명의 다른 특징은 상기 차량의 공조방법에 있어서, 상기 신선공기는 제 1열교환기에서 상기 리턴공기의 온도근방까지 냉각되고, 냉각된 상기 신선공기는 상기 리턴공기와 혼합한 후, 제 2열교환기에서 냉각되는 데 있다.

이 구성에 의하면, 온도제어를 용이하게 할 수 있다는 효과가 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 일실시예를 도 1에 나타내는 실시예에 의하여 냉방의 경우에 관하여 상세하게 설명한다. 여기서 도 1은 공조장치의 실내기의 개략도이다. 도 1에 있어서, 1은 차체, 2는 공조장치의 실내기이다. 또 도시생략하였으나, 실외기는 실내기(2)의 안측에 배치된다.

본 실내기는 차내의 환기용으로서 양축 모터의 양단에 블레이드를 설치한 급배기일체형의 환기용송풍기(10)를 내장하고 있고, 본 도에서는 우측의 블레이드가 배기용 송풍기, 좌측의 블레이드가 급기용 송풍기가 된다. 신선공기는 차끝에 설치한 급기구(30)로부터 흡입되어 급기덕트(20)를 지나 급기측 환기용 송풍기(10)로부터 제 1증발기(11)즉 제 1실내열교환기로 송풍된다.

한편, 실내송풍기(13)에 의하여 차량의 바닥으로부터 흡입된 순환공기(QR)즉 리턴공기는 리턴덕트(22)의 도중에서 배기덕트(21)로부터 배기공기(QE)의 풍량만큼 빼내진 후, 증발기(11)에서 냉각된 신선공기(QF)와 혼합된다. 여기서 신선공기(QF)와 배기공기(QE)의 풍량은 동일하다. 따라서 제 2증발기(12)즉 제 2실내열교환기에서 냉각되어 실내송풍기(13)에 의하여 송풍덕트(23)로부터 객실로 송풍되는 조화공기(QS) 는 순환공기(QR)와 풍량이 같아진다. 또 환기용 송풍기(10)에 의하여 배기덕트(21)로 흡입된 차내의 공기는 배기구(31)로부터 차외로 배출된다.

종래는 본 실시예의 제 1증발기와 제 2증발기를 더한 능력을 가지는 증발기가 상기 제 2증발기와 동일 위치에 병렬로 배치되어 있고(한개의 큰 증발기의 경우임), 차내의 순환공기와 차외에서 도입되는 신선공기와의 혼합공기를 냉각하도록 구성되어 있었으나, 순환공기의 풍량이 신선공기의 풍량에 비하여 수배 많기 때문에 혼합공기의 온도는 그다지 상승하지 않아, 정격의 열교환량을 얻기 위해서는 순환풍량을 많게 할 필요가 있었다.

이것에 대하여 본 실시예의 구성에서는 제 1증발기(11)에 있어서, 송풍기(10)의 단열압축에 의하여 승온되어 외기온도보다 더욱 고온도가 된 신선공기와 열교환시키기 때문에 냉매와 공기와의 온도차가 커져 공기풍량은 적으나 열교환량을 종래의 한 개의 증발기와 거의 같은 정도로 할 수 있다. 또 제 2증발기(12)의 통풍량은 종래배치에서는 제 1과 제 2증발기(11, 12)가 병렬로 늘어서 있기 때문에 순환풍량(QR)의 절반이 되나, 본 실시예의 기기구성에서는 순환풍량(QR)과 같은 풍량이 되어 증발기를 지나는 풍속이 빨라지기 때문에 전열효율이 향상하여 열교환량이 증가한다. 따라서 정격의 열교환량을 얻는 데 순환풍량을 적게 할 수 있다.

상기 제 1증발기(11)에서 냉각된 신선공기(QF)는 순환공기(GR)와 혼합된 후, 상기 제 2증발기에서 다시 냉각되기 때문에 조화공기(QS)의 온도를 종래의 공조장치보다도 내릴 수 있다. 즉 상기 실시예에 의하면, 상기 제 1증발기(11)에 의하여 신선공기(QF)를 냉각함으로써 동일한 냉방능력을 가지는 종래의 공조장치에 비하여 조화공기(QS)의 온도를 내릴 수 있다. 이로써 종래와 동일능력을 구비한 공조장치에 비하여 차내로 공급되는 조화공기량을 저감할 수 있다. 이와같이 조화공기량을 저감함으로써 송풍덕트(23)의 공기유로단면적이 종래에 비해 감소함으로써 차체(1)의 바닥아랫부분에 공조장치본체를 설치하고, 상기 공조장치본체로부터 객실의 천정부분까지 상기 송풍덕트(23)를 연장하여 설치하는 구조에 있어서 거주공간을 가능한한 넓게 확보할 수 있다. 즉 상기 송풍덕트(23)를 바닥부분으로부터 차체의 측벽, 간막이벽 또는 박공벽에 설치하여 천정부로 올라가는 구조에 있어서, 그 송풍덕트(23)의 통로단면적 즉 공기의 흐름방향에 직각인 방향의 단면적을 감소시킬 수 있기 때문에 차내의 거주공간으로의 상기 송풍덕트(23)의 돌출을 극력 억제 할수 있다. 따라서 상기 송풍덕트(23)의 설치에 의한 차내의 거주공간의 감소를 방지할 수 있어 거주공간을 가능한한 넓게 확보할 수 있다.

또 제 1증발기(11)가 환기용 송풍기(10)의 급기유로의 토출측에 배치되어 있기 때문에 급기용 송풍기의 소음이 리턴덕트를 지나 차내로 전파되는 것을 저감시키는 효과가 있다.

도 2에 도 1의 실시예의 공기계통도를 나타낸다. 제 1냉동사이클(50)은 환기용 송풍기(10)의 급기송풍기로부터 차외에서 흡입되는 신선공기(QF)를 냉각하기 위한 보조냉동사이클이고, 압축기(51), 제 1실외열교환기인 제 1응축기(16a), 실외팬(17), 팽창수단(52), 제 1증발기(11)로 구성되어 있다.

제 2냉동사이클(60)은 객실(1)로부터 흡입한 순환공기와 제 1증발기(11)에서 냉각된 공기와의 혼합공기를 냉각하기 위한 냉동사이클이고, 압축기(61), 제 2응축기(16b), 실외팬(17), 감압기구(62), 제 2증발기(12), 실내팬(13)으로 구성되어 있다. 상기 제 2응축기는 차외의 공기를 실외팬(17)에 의하여 공급함으로써 방열한다.

여기서 순환공기(QR)의 일부는 환기용 송풍기(10)의 배기수단인 배기송풍기에 의하여 차외로 배출되고, 거의 동량의 공기가 같은 환기용송풍기(10)의 급기수단인 급기송풍기로 차외로부터 도입된다.

본 실시예는 상기 제 2냉동사이클만에 의하여 구성된 종래의 공조장치만으로 같은 열량을 냉각하는 경우에 비하여 이하의 이점이 있다. 냉동운전시에 있어서, 차내보다도 고온의 외기가 신선공기로서 환기용 송풍기(10)의 급기송풍기에 의하여 흡입되고, 송풍기의 돌출측에서는 단열압축작용에 의하여 다시 8℃전후 온도상승한 공기가 된다. 이 때문에 제 1증발기(11)에서는 전열관내의 냉매와 송풍공기와의 온도차가 크게 취해져 외기온도의 상승에 따라 냉방능력이 증대한다. 또 환기열부하를 전용으로 냉각하는 제 1냉동사이클을 설치함으로써 순환공기(QR)와 신선공기(QF)의 혼합공기를 냉각하는 제 2증발기(12)의 능력을 작게 할 수 있고, 차내의 조화공간으로 냉풍을 송풍하는 실내팬(13)의 풍량을 적게 할 수 있다. 송풍덕트(23)를 소형의 것으로 할 수 있어 차내의 거주공간을 넓힐 수 있다.

이 제 1냉동사이클은 공조장치를 냉방운전하는 경우, 항상 정격의 운전을 행하여 환기에 의한 열부하를 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또 상기 제 1냉동사이클을 외기온도를 변화에 맞추어 그 능력을 제어함으로써 거의 일정온도의 신선공기(QF)를 제 2증발기(12)로 송풍할 수 있다. 따라서 차내의 온도제어를 차외의 온도변화에 관계없이 일정하게 유지할 수 있다.

제 1냉동사이클(50)을 차외의 온도변화에 대응시켜 운전할 수 있음으로써 상기 냉동사이클(50)을 효율이 좋은 조건으로 운전할 수 있다. 즉 종래의 공조장치에서는 차외온도의 변화만을 고려하여 운전제어를 행하면, 조화공기의 온도에 변화가 생기기 때문에 가장 적합한 제어를 행할 수 없으나, 본 실시예에 있어서는 제 1냉동사이클(50)을 독립시켜 제어할 수 있기 때문에 조화공기온도를 변화시키는 일 없이 상기 냉동사이클(50)을 효율좋게 운전할 수 있다.

상기 제 1냉동사이클은 신선공기유로에 증발기를 배치하는 냉방전용의 구성으로 되어 있다. 따라서 공조장치가 난방운전시에는 운전을 정지한다. 이 운전정지시 상기 증발기를 떼어내어 공기유로저항의 감소를 도모한다. 또 그 증발기자체의 청소, 점검을 행한다.

다음에 본 발명의 다른 실시예를 도 3에 의하여 설명한다. 동도에 있어서, 상기 실시예와 동일부호는 동일부재를 나타내는 것이다. 본 실시예의 특징점은 먼저 제 1증발기(11)와 제 1응축기(16a)가 상기 제 2증발기(12)와 제 2응축기(16b)와는 다른 독립된 냉동사이클을 구성하고 있는 점이다. 상기 제 1증발기(11)는 순환공기와 혼합하기 전의 신선공기유로에 설치되어 있다. 또 상기 제 1응축기(16a)는 상기 제 2응축기(16b)에 대하여 병렬로 설치되어 겸용의 실외팬(17)에 의하여 열교환을 행하게 하는 구성으로 되어 있다.

본 실시예의 상기 일실시예와의 상위점은 보조실내열교환기인 제 3증발기(14)와 보조실외열교환기인 제 3응축기(15)를 설치하고 있는 점이다. 상기 제 3증발기(14)는 환기용송풍기(10)의 급기측 송풍기의 하류측 공기유로에 설치되어 있다. 상기 급기측 송풍기의 하류측 공기유로의 신선공기는 상기 급기측 송풍기에 의하여 단열압축되어 승온한 상태에 있다. 또 상기 제 3응축기(15)는 환기용 송풍기(10)의 배기측 송풍기의 상류측 공기유로에 설치되어 있다. 배기송풍로에 있어서, 상기 배기측 송풍기의 상류측 공기유로의 배출공기온도는 차내 즉 조화공간으로부터 도입되어 오는 것으로써, 차내의 온도와 거의 같은 온도가 되어 있다.

그런데 상기 제 3증발기(14)와 상기 제 3응축기(15)와는 감압기구 및 압축기가 접속되어 있고, 독립된 제 2보조냉동사이클을 구성하고 있다. 이 보조냉동사이클은 종래 사용되었던 차량용 공조장치에 비하여 상기 제 3증발기(14)에 공급되는 신선공기의 온도가 높기 때문에 상기 제 3증발기(14)의 냉매와의 온도차가 크다. 따라서 신선공기와 순환공기를 혼합한 후, 증발기와 열교환시키는 종래의 공조장치에 비하여 열교환량을 증대시킬 수 있다. 단, 이 보조냉동사이클의 능력은 상기 제 3응축기(15)로 유도되는 배출공기의 온도 및 유량에 의하여 결정된다. 따라서 차량 1량분의 환기량은 거의 결정되어 있어 상기 제 3증발기(14)에서 열교환된 신선공기의 온도는 상기 실내로부터의 순환공기보다도 아직 높은 상태에 있다. 그럼으로 상기 제 1증발기(11)에 의하여 상기 신선공기를 다시 열교환시켜 순환공기온도에 가까운 온도까지 내려 순환공기를 혼합시킨다. 즉 상기 제 1증발기(11)에 있어서도 신선공기와 순환공기를 혼합한 후, 증발기와 열교환시키는 종래의 공조장치보다도 냉매와 열교환하는 공기의 온도차를 크게 취할 수 있기 때문에 종래에 비하여 열교환량을 증대시킬 수 있다.

이와같은 구성에 의하면, 환기용 송풍기(10)의 급기송풍기로 단열압축되어 승온한 신선공기를 제 3증발기(14)와 열교환시켜 신선공기의 많은 열량을 이 부분에서 제거한다. 다시 제 1증발기(11)에 의하여 상기 신선공기의 열을 다시 제거하여 실내로부터의 순환공기의 온도에 가까운 상태까지 냉각한다. 이 신선공기를 실내로부터의 순환공기와 혼합한 후, 제 2증발기(12)로 실내온도를 설정온도로 유지하도록 온도제어를 행하기 위한 능력제어를 행하면서 상기 신선공기 및 순환공기의 혼합공기의 냉각을 행한다. 이 제 2증발기(12)에 의하여 냉각된 조화공기온도는 종래의 온도를 크게 밑도는 온도로 설정되어 있다. 이와같이 차내로 공급되는 조화공기의 온도를 내릴 수 있기 때문에 조화공기의 풍량을 감소시킬 수 있다. 따라서 차내로 상기 조화공기를 공급하기 위한 공조용 덕트의 단면적을 종래에 비하여 작게 할 수 있다. 따라서 차량의 고속화에 따르는 경량화를 위하여 차체단면적을 작게 하는 경향에 있는 고속차량에 있어서는 승객의 거주공간을 확보하기 위하여 유리하다.

도 4에 도 2의 실시예의 공기계통도를 나타낸다. 보조냉동사이클(70)은 환기용 송풍기(10)의 급기송풍기로 차외로부터 흡입되는 신선공기를 냉각하기 위한 냉동사이클이고, 압축기(71), 제 3응축기(15), 감압기구(72), 제 3증발기(14)로 구성되어 있다.

제 1냉동사이클(50)은 동일하게 환기용 송풍기(10)의 급기송풍기로 차외로부터 흡입되는 신선공기(QF)를 냉각하기 위한 냉동사이클이고, 압축기(51), 제 1응축기(16a), 실외팬(17), 감압기구(52), 제 1증발기(11)로 구성되어 있다.

제 2냉동사이클(60)은 객실(1)로부터 흡입한 순환공기와 제 3증발기(14), 제 1증발기(11)에서 2단계로 냉각된 공기와의 혼합공기를 냉각하기 위한 냉동사이클이고, 압축기(61), 제 2응축기(16b), 실외팬(17), 감압기구(62), 제 2증발기(12), 실내팬(13)으로 구성되어 있다. 여기서 제 1냉동사이클의 실외팬(17)과 제 2냉동사이클의 실외팬(17)은 겸용이다.

본 실시예는 냉각된 차내의 공기를 그대로 차밖으로 버리는 것은 비효율적인 점에 착안한 실시예이고, 보조냉동사이클(70)을 새로이 설치하여 차내의 거의 일정온도로 유지된 차가운 배기공기에 의하여 제 3응축기(15)를 냉각시키도록 한 것이다. 이 경우, 배기풍량은 예를 들어 30㎥／min으로 적기 때문에 제 3응축기(15)로 배기공기중으로 방열할 수 있는 열량은 제한된다. 따라서 제 3증발기(14)에서 열교환할 수 있는 열량도 한정되고, 외기를 냉방된 차내의 온도까지 냉각할 수는 없으며, 외기가 40℃로 높은 경우에는 제 3증발기출구에서도 공기온도는 약 40℃로 환기용 송풍기(10)의 단열압축열을 제거하는 능력밖에 가지게 할 수 없다. 따라서 다음의 제 1증발기(11)에 의하여 외기를 차내온도가까이 까지 냉각하여 순환공기와 혼합시키도록 한 것이다.

상기 보조냉동사이클(70)에 급기수단 및 배기수단으로 이루어지는 환기용 송풍기(10)를 조합함으로써 독립한 시스템으로서 구성하는 것도 고려된다. 그리고 보조냉동사이클(70)의 능력을 차외온도에 대응하여 제어함으로써 신선공기(QF)의 온도를 소정의 범위에 일정하게 유지할 수 있고, 조화공기의 온도제어를 용이하게 행할 수 있다. 또 차외의 온도변화에 기인하는 차내의 온도변화를 방지할 수 있다. 상기 보조냉동사이클(70)로서는 히트펌프사이클을 구성하고 있고, 공조장치를 난방운전할 때에는 상기 보조냉동사이클(70)도 난방운전을 행한다. 이로써 제 1냉동사이클(50) 및 제 2냉동사이클(60)의 부하를 저감할 수 있음과 함께 난방시에 있어서도 신선공기와의 온도차를 크게 취하는 보조냉동사이클(70)의 열교환을 이용함으로써 공조장치의 효율향상이 도모된다.

도 5는 도 4의 공기계통도에 있어서 제 1냉동사이클을 제거한 경우의 공기계통도를 나타낸다. 보조냉동사이클(70)은 환기용 송풍기(10)의 급기송풍기로 차외로부터 흡입되는 신선공기를 냉각하기 위한 냉동사이클이고, 압축기(71), 제 3응축기(15), 감압기구(72), 제 3증발기(14)로 구성되어 있다.

제 2냉동사이클(60)은 객실(1)로부터 흡입한 공기와 제 3증발기(14)에서 냉각된 공기와의 혼합공기를 냉각하기 위한 냉동사이클이고, 압축기(61), 제 2응축기(16b), 실외팬(17), 감압기구(62), 제 2증발기(12), 실내팬(13)으로 구성되어 있다.

본 실시예는 환기열부하를 냉각하는 능력은 작으나, 보조냉동사이클과 환기용 송풍기를 일체화하여 인터쿨러내장형 환기장치로서 공조장치와 독립한 장치로 하는 경우에 적합하다. 환기풍을 이용하여 제 3증발기(14) 및 제 3응축기(15)로 바람을 보내기 위해 실내외팬이 불필요하여 장치를 소형화할 수 있어 간단한 구성으로 정리하기 쉬운 특징과 장점을 가지고 있다.

본 실시예에 의하면, 상기 제 2증발기(12)에 공급되는 공기의 온도는 낮고, 또한 그 송풍량도 종래의 공조장치에 비하여 적기 때문에 온도제어의 응답성이 빠르고, 세세한 쾌적한 온도제어를 행할 수 있다. 또한 송풍량의 감소에 따라 송풍시의 소음도 종래의 것에 비하여 낮게 억제할 수 있다.

또한 상기 실시예에 있어서는 각 증발기에서 열교환하는 공기와 냉매와의 온도차를 극력 크게 유지함으로써 열교환량을 증대시킬 수 있다. 따라서 공조능력을 일정하게 한 경우에는 공조장치의 소형경량화를 도모할 수 있다.

그런데 상기 실시예에서는 실내로 공급되는 조화공기온도는 실내공기의 노점온도를 밑도는 온도로 되기 때문에 이 조화공기실내로의 공급에 있어서는 단열성능이 높은 노즐로 상기 조화공기를 뿜어냄과 동시에 상기 노즐주위에 실내의 공기가 노즐로부터 토출되는 조화공기의 유인효과에 의하여 흡입되고, 그후, 양자가 혼합하여 실내로 공급되는 구조를 채용한다. 이로써 조화공기의 온도저하에 따르는 결로에 의한 단점을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면, 차내의 순환풍량을 저감할 수 있기 때문에 실내송풍기의 용량을 작게 할 수 있고, 차내의 통풍덕트도 소단면화할 수 있다. 또한 리턴덕트를 통하여 차내로 전파되는 급기송풍기의 소음을 증발기의 차음효과에 의하여 저감할 수 있다.

또한 본 발명은 이미 기술한 특징외에 다음과 같은 특징도 가진다.

본 발명의 차량용 공조장치는 차내로 도입되는 신선공기의 온도를 조정하는 보조냉동사이클과 공기조화공간으로 공급되는 조화공기의 온도를 조정하는 냉동사이클을 구비하고 있다.

본 발명의 차량용 공조장치는 상기 보조냉동사이클의 신선공기유로가 상기 냉동사이클의 실내측 열교환기와 연결되는 공기유로에 접속되어 있다.

본 발명의 차량용 공조장치는 배기수단 및 급기수단으로 이루어지는 차량용 환기장치를 구비하고, 상기 배기수단의 공기유로에 실외측 열교환기를 설치하고 있고, 상기 급기수단의 공기유로에 실내측 열교환기를 설치하고 있고, 상기 실외측 열교환기와 실내측 열교환기에 의하여 냉동사이클을 구성하고 있다.

본 발명의 차량용 공조장치는 상기 차량용 환기장치에 있어서, 상기 실외측 열교환기가 배기수단의 송풍기의 상류측 공기유로에 설치되어 있고, 상기 실내측 열교환기는 급기수단의 송풍기의 하류측 공기유로에 설치되어 있다.

본 발명의 철도차량은 배기수단 및 급기수단으로 이루어지는 환기장치 및 차내의 공기조화를 행하는 냉동사이클을 가지는 공조장치를 구비하고, 상기 공조장치는 복수의 냉동사이클로 구성되어 있고, 차외로부터 차내로 공급되는 신선공기의 온도제어를 상기 복수의 냉동사이클의 적어도 한 개의 냉동사이클로 행하고, 상기 복수의 냉동사이클의 다른 냉동사이클로 차내의 순환공기 및 상기 신선공기의 온도제어를 행한다.

Claims (10)

1. 리턴공기를 공급하는 리턴공기용 열교환기와,

   상기 리턴공기보다도 온도가 높은 신선공기를 냉각하는 신선공기용 열교환기와, 냉각된 상기 신선공기 및 리턴공기를 공기유로를 거쳐 송풍하는 송풍기와,

   상기 신선공기용 열교환기 및 상기 리턴공기용 열교환기와 함께 냉동사이클을 구성하는 실외열교환기 및 압축기를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 신선공기용 열교환기에서 냉각된 신선공기를 상기 리턴공기용 열교환기로 송풍하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 공기유로는 신선공기를 도입하는 신선공기도입구와, 리턴공기를 도입하는 리턴공기도입구와, 냉각공기를 토출하는 냉각공기 토출구에 접속된 주공기유로를 구비하고 있고,

   상기 주공기유로의 상기 신선공기도입구와 상기 냉각공기토출구와의 사이에 상기 신선공기용 열교환기를 설치함과 동시에 상기 주공기유로의 상기 리턴공기유로의 접속부보다도 신선공기도입구측에 상기 신선공기용 열교환기를 설치한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
4. 제 3항에 있어서,

   차외의 신선공기를 승압하여 차내로 공급하는 급기송풍기를 상기 주공기유로의 상기 신선공기도입구와 상기 신선공기용 열교환기의 설치부와의 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 실외열교환기는 제 1 및 제 2실외열교환기로 이루어지고,

   상기 압축기는 제 1 및 제 2압축기로 이루어지고,

   상기 신선공기용 열교환기와 상기 제 1실외열교환기 및 상기 제 1압축기에 의하여 제 1냉동사이클을 구성하고 있고,

   상기 리턴공기용 열교환기와 상기 제 2실외열교환기 및 상기 제 2압축기에 의하여 제 2냉동사이클을 구성하고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
6. 제 5항에 있어서,

   배기송풍기와 급기송풍기로 이루어지는 환기수단을 구비하고 있고,

   상기 배기송풍기의 공기유로에 보조실외열교환기를 설치하고 있고,

   상기 급기송풍기의 공기유로에 보조실내열교환기를 설치하고 있고,

   상기 보조실외 열교환기 및 상기 보조실내 열교환기에 의하여 보조냉동사이클을 구성하는 보조압축기를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
7. 제 1항에 있어서,

   배기송풍기와 급기송풍기로 이루어지는 환기수단을 구비하고 있고,

   상기 배기송풍기의 공기유로에 보조실외 열교환기를 설치하고 있고,

   상기 급기송풍기의 공기유로에 보조실내 열교환기를 설치하고 있고,

   상기 보조실외 열교환기 및 상기 보조실내 열교환기에 의하여 보조냉동사이클을 구성하는 보조압축기를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
8. 신선공기를 제 1열교환기에서 냉각하고,

   다음에 냉각된 상기 신선공기와 리턴공기를 제 2열교환기에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 차량의 공조방법.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 신선공기는 급기송풍기에 의하여 차내로 도입되어 승압된 상태에서 상기 제 1열교환기로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 신선공기는 제 1열교환기에서 상기 리턴공기의 온도근방까지 냉각되고, 냉각된 상기 신선공기는 상기 리턴공기와 혼합한 후, 제 2열교환기에서 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 공조방법.