KR20030023024A - 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템 - Google Patents

엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템 Download PDF

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Abstract

목적 : 본 발명은 엔진 냉각과 공기 조화를 하나의 통합된 시스템으로 구축하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
구성 : 이 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템은 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부, 이 압축 공기 공급부로부터 공급되는 공기를 저온의 공기와 고온의 공기로 분리하는 보텍스 튜브(vortex tube), 이 보텍스 튜브로부터 공급되는 저온의 공기가 순환되어 엔진의 냉각수를 냉각시키는 라디에이터, 이 라디에이터를 순환한 고온의 공기와 보텍스 튜브를 순환한 고온의 공기를 조절하여 외부 및 실내로 선택적으로 공급하는 풍량/온도 조절부를 포함하고 있다.
효과 : 본 발명은 압축 공기 공급부의 공기 중 보텍스 튜브에서 분리된 저온의 공기를 라디에이터로 순환시키므로 고온의 냉각수를 저온의 냉각수로 변환시켜 엔진 냉각을 담당케 하고, 또 보텍스 튜브에서 분리된 고온의 공기와 라디에이터를 순환한 고온의 공기를 합류시켜 실내 유입 풍량 및 온도를 조절하여 공기 조화를 담당케 함으로서, 시스템 구성의 간소화 및 제조 원가의 저감을 실현할 수 있다.

Description

엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템 {SYSTEM COMBINING A COOLING ENGINE WITH A CONDITIONING AIR}
본 발명은 엔진의 냉각 시스템과 차실의 공기 조화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 보텍스 튜브(vortex tube)를 이용하여 엔진 냉각과 공기 조화를 함께 실현하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 엔진을 냉각시키는 냉각 시스템과 차실의 냉방 및 난방을 실현하는 공기 조화 시스템이 구비되어 있다.
이 엔진 냉각 시스템은 고온의 냉각수를 라디에이터로 공급하고, 이 냉각수의 열을 쿨링 펜에 의한 기류와 주행 중 그릴을 통하여 들어오는 기류를 이용하여 라디에이터로 발산하도록 구성되어 있다.
또, 공기 조화 시스템은 냉매의 증발 잠열을 이용하는 방식이므로 냉매를 압축 및 응축시키고, 열교환시키기 위한 많은 부대 장비들을 필요로 하고 있다.
이와 같이 각각 독립적으로 구성된 엔진 냉각 시스템 및 공기 조화 시스템은 쿨링 펜을 모터로 구동하고 압축기를 엔진의 구동력으로 구동케 하므로 전체적인 구조를 복잡하게 하고, 이에 따라 제조 원가를 상승시킨다.
본 발명은 상기와 같은 점들을 감안한 것으로서, 엔진 냉각과 공기 조화를 하나의 통합된 시스템으로 구축하여 구성의 간소화 및 제조 원가의 저감을 실현하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
이를 실현하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템은 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부,
이 압축 공기 공급부로부터 공급되는 공기를 저온의 공기와 고온의 공기로 분리하는 보텍스 튜브,
이 보텍스 튜브로부터 공급되는 저온의 공기가 순환되어 엔진의 냉각수를 냉각시키는 라디에이터,
이 라디에이터를 순환한 고온의 공기와 보텍스 튜브를 순환한 고온의 공기를조절하여 외부 및 실내에 선택적으로 공급하는 풍량/온도 조절부를 포함하고 있다.
여기서, 압축 공기 공급부는 공기 압축기, 이 공기 압축기에 안전 밸브를 개재하여 연결되는 저장탱크, 이 저장 탱크와 보텍스 튜브의 보텍스 회전실 사이에 설치되는 공기 흐름 제어 장치를 포함하고 있다.
보텍스 튜브는 그 양측에 보텍스 회전실과 조절 밸브를 구비하고 있으며, 보텍스 회전실 측이 라디에이터에 연결되고, 조절 밸브가 풍량/온도 조절부 측에 연결되어 있다.
그리고, 풍량/온도 조절부는 보텍스 튜브의 고온 공기 측과 라디에이터 측이 합류하는 부분에 순차적으로 연결되는 머플러, 건조제, 에어 필터, 그리고 외기 또는 실내로의 공기 흐름을 선택하고 풍량을 조절하는 풍량/온도 조절 장치를 포함하고 있다.
이와 같이 본 발명은 압축 공기 공급부, 보텍스 튜브, 라디에이터 그리고 풍량/온도 조절부로 구성되는 통합 시스템으로 엔진 냉각 시스템과 공기 조화 시스템을 구축하여, 압축 공기 공급부의 공기 중 보텍스 튜브에서 분리된 저온의 공기를 라디에이터로 순환시키므로 고온의 냉각수를 저온의 냉각수로 변환시켜 엔진 냉각을 담당케 하고, 또 보텍스 튜브에서 분리된 고온의 공기와 라디에이터를 순환한 고온의 공기가 합류한 공기의 실내 유입 풍량 및 온도를 조절하여 공기 조화를 담당케 함으로서, 구성의 간소화 및 제조 원가의 저감을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템의 구성도.
도 2는 보텍스 튜브 내에서 공기의 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
5 : 라디에이터 9 : 공기 압축기
13 : 저장 탱크 15 : 공기 흐름 제어 장치
17 : 조절 밸브 19 : 저온 출구
21 : 고온 출구 29 : 풍량/온도 조절 장치
b : 1차 보텍스 c : 2차 보텍스
본 발명의 이점과 장점은 이하의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여상세히 설명함으로서 보다 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템의 구성도로서, 압축 공기 공급부(1), 보텍스 튜브(3), 라디에이터(5) 그리고 풍량/온도 조절부(7)로 구성되어 있다.
압축 공기 공급부(1)는 공기 압축기(9)를 주요 요소로 하여, 외부의 공기를 흡입 압축하여, 압축된 공기압이 일정 치 이상일 때 안전 밸브(11)를 통하여 저장탱크(13)로 공급하도록 구성되어 있다.
이 공기 압축기(9)는 소형 승용 차량의 경우에 냉방장치에 사용되는 냉매 압축기를 적용하고, 대형 버스나 트럭의 경우에는 공압 브레이크 시스템에 사용되고 있는 공기 압축기를 사용함으로서 구성이나 비용 면에서 유리하게 한다.
압축 공기 공급부(1)는 공기 흐름 제어 장치(15)를 더 구비하여, 저장탱크(13)에 저장되어 있는 압축 공기를 보텍스 튜브(3)로 제어 공급한다.
이 보텍스 튜브(3)는 보텍스 회전실(15)과 조절 밸브(17)를 그 양측에 구비하고, 그 양단에 저온 출구(19)와 고온 출구(21)를 구비하고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 보텍스 튜브(3)로 압축 공기(a)를 공급하게 되면, 압축 공기(a)는 1차로 보텍스 회전실(15)에 투입되어 1,000,000RPM의 초고속 회전하여 1차 보텍스(b)를 형성하게 된다.
이 1차 보텍스(b)는 고온 출구(21)를 향하여 나가며, 이 고온 출구(21) 측으로 향하는 일부의 1차 보텍스(b)는 조절 밸브(17)에서 회송되어 2차 보텍스(c)를 형성하면서 저온 출구(19)로 향하게 된다. 이때 2차 보텍스(c)는 1차 보텍스(b)보다 낮은 압력 지역인 1차 보텍스(b)의 안쪽을 통과하여 열량을 잃으면서 저온 출구(19)로 나가게 된다.
한편, 회전하는 두개의 공기 흐름에 있어서, 내부 흐름의 공기 입자는 바깥 흐름의 공기 입자와 1회전하는 시간이 동일하므로 실제 운동 속도에서 바깥 흐름의 공기 입자보다 낮다.
이 운동 속도의 차이는 운동 에너지가 줄었음을 의미하며, 줄어든 운동 에너지는 열로 변환되어 바깥 흐름의 공기 온도를 상승시킨다. 따라서 내부 흐름의 공기 입자는 더욱 더 온도가 내려가게 된다.
예를 들어, 공급 공기가 7㎏/㎠, 25℃일 경우 저온 공기 비율을 20%로 맞추면, 온도 강하는 68.6℃이고 온도 상승은 14.4℃의 데이터를 얻을 수 있다. 이 경우, 저온 공기의 온도는 25-68.6=(-)43.6℃, 고온 공기의 온도는 25+14.4=39.4℃가 됨을 알 수 있다. 이때 사용 가능한 공기 압력의 범위는 3~10㎏/㎠이며, 압력이 높을 수록 냉각 및 가열의 정도는 더 커지게 된다.
상기와 같이 구성 및 작용하는 보텍스 튜브(3)의 저온 출구(19) 측에는 상기한 라디에이터(5)가 연결되어 있다.
이 라디에이터(5)는 보텍스 튜브(3)의 저온 출구(19)로부터 공급되는 저온의 공기로 엔진(미도시, 이하 생략)을 순환한 고온의 냉각수를 저온의 냉각수로 냉각시키도록 구성 및 연결되어 있다.
즉, 라디에이터(5)에는 엔진의 냉각수를 유입, 순환 및 유출시키는 냉각수 라인과 저온의 공기를 유입(d), 순환 및 유출(e)시키는 저온의 공기 라인을 동시에형성하고 있다. 냉각수 라인은 엔진에 연결되고, 저온의 공기 라인은 저온 출구(19)와 풍량/온도 조절부(7)에 연결되어 있다.
그리고 보텍스 튜브(3)의 고온 출구(21) 측에는 상기한 풍량/온도 조절부(7)가 연결되어 있다.
이 풍량/온도 조절부(7)는 라디에이터(5)를 순환한 고온의 공기와 보텍스 튜브(4)를 순환한 고온의 공기를 조절하여 외부로 또는 실내로 선택 공급하도록 구성되어 있다.
이 풍량/온도 조절부(7)는 보텍스 튜브(3)의 고온 공기 측과 라디에이터(5) 측의 고온 공기가 합류하는 부분으로서, 머플러(23), 건조제(25), 에어 필터(27) 그리고 풍량/온도 조절 장치(29)로 구성되어 있다. 이 풍량/온도 조절 장치(29)는 풍량/온도 조절부(7)를 경유한 고온의 공기를 실내로 유입할 것인가 외기로 방출할 것인가를 선택하고, 그 유입의 정도를 제어한다.
이와 같이 구성된 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템의 작용은 다음과 같다.
엔진의 기동으로 공기 압축기(9)가 작동하여, 압축된 공기를 저장 탱크(13)에 저장시킨다. 이 공기 압축기(9)는 저장 탱크(13)의 압이 일정 치에 도달하게 되면 작동 정지한다.
저장 탱크(13) 내의 압축 공기는 공기 흐름 제어 장치(15)로 제어되어 보텍스 튜브(3)의 보텍스 회전실(15)로 공급되어 1차 보텍스(b)를 형성한다.
이 1차 보텍스(b)는 고온 출구(21)로 배출됨과 동시에 조절 밸브(17)에 의하여 2차 보텍스(c)를 형성하여 저온 출구(19)로 배출된다.
저온 출구(19)로 배출된 2차 보텍스(c), 즉 저온의 공기는 라디에이터(5)로 공급되어 엔진의 냉각수를 냉각시키고 고온의 공기로 되어 머플러(23)로 공급된다. 저온으로 냉각된 냉각수로 엔진의 냉각을 담당하게 된다. 이 라디에이터(5)에 엔진의 냉각수가 아닌 브로어(미도시)에 의한 공기를 순환시킬 경우 냉각된 공기로 실내의 냉방, 즉 공기 조화를 담당케 할 수 있다.
한편, 고온 출구(21)로 배출되는 1차 보텍스(b), 즉 고온의 공기는 머플러(23)로 공급된다.
머플러(23)로 공급된 고온의 공기는 건조제(25) 및 에어 필터(27)를 경유하여 풍량/온도 조절 장치(29)로 공급된다.
이 풍량/온도 조절 장치(29)의 작동에 의하여 실내로 유입되는 공기의 온도 및 풍량을 조절하여 실내의 난방, 즉 공기 조화를 담당하게 된다.
이와 같이 본 발명의 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템은 압축 공기 공급부, 보텍스 튜브, 라디에이터 그리고 풍량/온도 조절부로 통합 시스템을 구축하여, 압축 공기 공급부의 공기 중 보텍스 튜브에서 분리된 저온의 공기를 라디에이터로 순환시키므로 고온의 냉각수를 저온의 냉각수로 변환시켜 엔진 냉각 및 냉방을 담당케 하고, 또 보텍스 튜브에서 분리된 고온의 공기와 라디에이터를 순환한 고온의 공기가 합류한 공기의 실내 유입 풍량 및 온도를 조절하여 난방에 의한 공기 조화를 담당케 함으로서, 엔진 냉각 시스템과 공기 조화 시스템이 별도로 구비된 종래기술에 비하여, 구성이 간소화되고 제조 원가를 저감시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급부,
    상기 압축 공기 공급부로부터 공급되는 공기를 저온의 공기와 고온의 공기로 분리하는 보텍스 튜브,
    상기 보텍스 튜브로부터 공급되는 저온의 공기가 순환되어 엔진의 냉각수를 냉각시키는 라디에이터,
    상기 라디에이터를 순환한 고온의 공기와 상기 보텍스 튜브를 순환한 고온의 공기를 조절하여 외부 및 실내로 선택적으로 공급하는 풍량/온도 조절부를 포함하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 압축 공기 공급부는 공기 압축기,
    상기 공기 압축기에 안전 밸브를 개재하여 연결되는 저장탱크,
    상기 저장 탱크와 상기 보텍스 튜브의 보텍스 회전실 사이에 설치되는 공기 흐름 제어 장치를 포함하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보텍스 튜브는 그 양측에 보텍스 회전실과 조절 밸브를 구비하고 있으며, 상기 보텍스 회전실 측이 상기 라디에이터에 연결되고, 상기 조절 밸브가 풍량/온도 조절부 측에 연결됨을 특징으로 하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 풍량/온도 조절부는 상기 보텍스 튜브의 고온 공기 측과 상기 라디에이터 측이 합류하는 부분에 순차적으로 연결되는 머플러, 건조제, 에어 필터, 그리고 외기 또는 실내로의 공기 흐름을 선택하고 풍량을 조절하는 풍량/온도 조절 장치를 포함하는 엔진 냉각 및 공기 조화 겸용 시스템.
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