KR20050016298A - 모터차량용 냉각 및 오염제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 운전실를 공기조절하고 차량의 모터블록(22)의 냉각을 위한 모터차량용 냉각 및 오염제거장치에 관한 것이다. 상기 장치의 구성부재들은 부동액을 수용하고 있는 주요 튜브(25)를 통해서 연결되어 있다. 또한, 상기 장치는 모터블록(22)의 일정한 압력을 유지하도록 모터블록(22)의 하류부분에 위치된 온도-압력조절밸브(17)와, 모터차량의 운전실을 냉각시킬 수 있도록 환기용 물-공기 교환기(6), 모터차량의 엔진실을 냉각시킬 수 있도록 환기용 물-공기 교환기(1), 모터차량을 시동할 때에 냉각시킬 수 있도록 환기용 물-공기 교환기(6)와 증발기(24) 사이에 위치된 적어도 하나의 냉각수 저장조(3) 및, 모터차량의 운전실 내부온도를 조절하도록 환기용 물-공기 교환기(6)의 하류부분에 위치된 솔레노이드밸브(9)로 이루어져 있다. 물-증기 교환기(20)의 하류부분에 위치된 물-증기 교환기(21)는 배기가스를 냉각시키고 탄화수소의 잔여물들을 응축시킬 뿐만 아니라 상기 배기가스의 미립자들을 응기(凝氣)시켜서 모터(18)에서 배출되는 배기가스의 오염제거를 돕는다.

Description

모터차량용 냉각 및 오염제거장치{MOTOR VEHICLE COOLING AND DEPOLLUTING DEVICE}

본 발명은 모터차량에 관한 것으로서, 특별하기로는 모터차량의 냉각과 온도조절 및 오염제거를 제공하는 장치에 관한 것이다.

냉각시스템은 냉열을 생산하는 것이 아니라 단지 열을 방출하는 것이다. 개략적으로, 이 시스템은 다음과 같은 기능을 한다.

폐쇄계에서, 유체냉매(액체 혹은 가스)는 압축기와, 응축기, 팽창판(또는 제한부) 및, 증발기로 된 4개의 기관을 지나간다. 압축기는 증기가스를 흡수하고, 압축공정으로 압력이 증가함에 따라서 결과적으로 온도도 상승한다. 고온 고압의 증기가스는 응축기(실제로는 교환기)로 안내되며, 이 응축기에서 가스/공기 혹은 가스/물 혹은 가스/오일(oil)의 교환으로 열을 잃게 되어 액체로 변하고, 이 액체는 온도는 감소되지만 압력은 증가한다.

유체가 확장판(혹은 제한부)으로 가는 경로를 따라 증발되어 압력을 방출한다. 따라서, 유체는 압력을 잃고 현저하게 온도도 떨어지게 된다. 그런 다음에, 증발된 액체는 증발기(교환기)로 향하며 그 내부에서 냉각시킬 구성원의 열기를 제거한다. 열로 채워진 증발된 액체는 열을 잃게 되고 압축기로 가면서 순환과정이 다시 시작되고, 지정된 서모스탯이 압축기를 멈출 때까지 반복된다. 일반적으로, 유체냉매는 CFC 계열인 R22 이나 HFC 계열인 R134A 를 주로 사용하고 있다.

상기의 시스템은 차량 내에서 다음과 같은 방법으로 설치된다:

압축기는 모터의 크랭크축 상에 있는 클러치 시스템과 함께 설치된다. 클러치는 공기조절의 필요성에 따라 서모스탯(thermostat)으로 작동한다. 응축기는 모터실의 차량 라디에이터 전면부에 설치되며, 라디에이터의 환기에 의해서 냉각된다. 증발기는 운전자와 조수석 사이의 조종가널에 설치된다. 환기 시스템은 증발기에서 공기를 순환시키는 바, 이러한 재순환으로 열과 냄새 및 습기를 제거한다.

전술된 시스템은 개선된 카르노 싸이클(cycle of Carnot)을 따르며, 작동중에는 부수적으로 연료의 17% 부가소비까지 발생시킨다.

상기에서 언급된 원칙은 냉각에 관한 것으로서, 에어컨디셔너(air-conditioner)에서도 동일하게 적용된다.

에어컨디셔너는 현재 대다수의 자동차에 설치되어 있다. 에어컨디셔너는 편안함과 안전을 위한 장치이며, 자동 혹은 수동으로 차량 내부를 냉방시킬 수 있는 방식으로 작동한다.

냉방은 에어컨디셔너만의 유일한 기능이 아니다. 또한, 냉방은 습도를 낮추고, 증기뿐만 아니라 먼지와 냄새까지 제거한다. 냉방은 유리창에 서리를 신속하게 제거시켜 더 나은 시야를 확보할 수 있으며, 운전자에게는 일정하고 적당한 분위기를 유지시켜 운전에 위한 스트레스를 제한시킨다. 그럼으로 냉방은 교통안전에 입증할 수 있는 장치이며, 기능의 재장비의 원칙은 전술된 바와 같이 유체냉매의 순환이 압축과 팽창의 순환을 필요로 한다.

흡수과정을 제외한 장치에 관한 기술은 미국 특허공보 제5,383,341호로 공지되어 있다. 이 공보는 냉각시스템에 관해 기술하고 있으며 배기가스로 에너지가 공급된다. 이러한 시스템은 단지 배기가스에 의해 제한된 에너지활용에 관한 것이며, 조종패널의 공기조절을 위해서 이용되는 냉각제를 생산하기 위해 사용되는 열에너지에 관한 것이다. 공보 제WO 01/18366호는 연소가스의 오염제거장치에 관한 것이며 재생 및 열에너지로 냉각에너지를 생산하는 것이다. 공보 제WO 01/18463호에서는 흡수에 의한 냉각장치에 관하여 공지하고 있으며, 냉각을 위한 시스템의 일련의 기능들로부터 냉기를 발생시킬 수 있도록 허용하는 것에 대해 기술한다.

전형적인 모터용 냉각장치는 전술된 바와 같이 라디에어터 위의 환기장치를 보조하는 것이었다. 이러한 장치는 차량의 연료소비를 증가시키는 단점을 가지며 모터의 구동으로 온도가 상승되고 안정성이 떨어지며 차량용 모터의 제조업자들은 모터실에 고가의 장치들을 사용하므로 이를 해결할 수 있는 방안을 간구해야 한다.

도 1은 유체냉매를 재가열시키기 위해 배기가스와 모터의 열을 이용하는 모터차량의 모터실 및 차량 내부의 오염제거와 온도조절을 위한 장치를 도시한 도면이다.

도 2는 압력-온도 조절판을 나타내며 도 1에서 완전하게 폐쇄한 장치에서 압력-온도 조절판을 도시한 도면이다.

도 3은 개방되어지는 압력-온도 조절판을 나타낸다.

본 발명의 목적은 단순하면서 경제적인 시스템을 제안하여서, 모터실의 온도를 냉각시켜 안정성을 확보할 수 있도록 차량의 온도조절과 배기가스를 효과적인 방법으로 오염제거할 수 있도록 한다.

상기 목적은 모터블록의 냉각 뿐만 아니라 조종패널의 상황에서 야기된 모터 차량의 오염제거와 냉각용 장치로써 성취된다. 그리고 구성부재들은 젤 상태를 제외한 용액을 수용하는 주요 튜브로 연결되며, 이 구성부재는 펌프와, 흡수기, 고압생성기, 저압생성기, 응축기 및, 증발기로 이루어진다. 이것은 온도-압력조절 게이트는 모터블록의 하류부분(downstream)에 위치하여, 모터와 모터블록 내부를 둘러싸고 있는 냉각순환과정에서 압력을 일정하게 유지시킨는 것을 특징으로 한다. 내부 모터에서 수분증발은 모터블록 뿐만 아니라 모터차량의 모터실의 냉각을 유지시킨다.

본 발명에서는, 냉각장치와 모터실 및 온도를 조절하는 조정패널은 배기가스의 오염을 제거하는 동안에, 모터블록의 열공급으로 부가적인 연료소비 없이도 모터의 배기연기 또한 오염을 제거한다.

모터차량의 운전실의 온도조절에 따른 장점은 다음과 같다. 모터실의 냉각은 실내에 위치하고 있는 전자 및 기계부품들의 조합체의 사용수명에 내구성을 증가시켜줄 뿐만 아니라 동등하면서 다양한 장점을 제공한다.

그러나 본 발명의 주된 장점은 모터 내에 설치되어 있는 전자부품의 증가에서 보여지듯이, 상기 전자부품들을 별다른 제한없이 사용할 수 있으며 이것은 비용의 절감을 가져온다는 것이다.

실제적으로, 모터실 내의 온도는 모터의 강력한 파워를 이용하는 냉각장치로 안정화되고, 따라서 차량의 발동기 위에 소량의 열만을 방출시켜, 전자부품은 고온에 대한 제약을 크게 받지 않는다. 전술된 바와 같이, 이러한 시스템은 유체냉매를 가열하기 위해서 배기가스를 유용하게 사용한다.

온도-압력 조절판은 모터블록 내부의 압력을 약 1.5 바아(bar)로 유지시켜 모터 내부에서 수분증발을 방지한다. 이 시스템을 통해 종래의 라디에이터-환기 시스템보다는 모터의 냉각이 더욱 정확하고 안정화된다. 시스템의 나머지 부분에서의 압력은 고온하에서 증발기는 약 8 밀리바아(mbar) 정도이고 생성기는 약 175 밀리바아 정도이며, 고온하에서 증발기는 온도가 약 5~7℃ 로 상승하고, 생성기는 약 130~135℃로 상승한다.

유체냉매(이 경우에는 바람직하게 브롬화리튬 수용액에 흡수제가 아닌 냉각제가 포함되어 있으며, 이 냉각제는 운전실을 냉각시키는 것을 가능하게 하고 차량 내부를 온도조절하는데, 특히 브롬화리튬은 암모니아와는 달리 취급시 어떠한 위험성도 내포하지 않는다)는 대기압보다 낮은 압력상태로 유지되어 침투와 같은 문제점을 피할 수 있다.

본 발명은 개략도를 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다:

본 발명과 도 1에 따르면, 조정패널의 냉각과 공기조절(air-conditioning) 순환과정의 구성부재들은 일체로 연결되되, 모터차량의 모터실은 주요 튜브(25)로 연결되고, 튜브는 (젤을 제외한) 유체를 포함하여서 냉기를 분배시킨다. 냉기는 브롬화리튬 수용액와 같은 수용액을 사용하여 생성된다. 상기 계(係)에서, 펌프(13)는 흡수기(23)의 수용액을 공급받는데, 상기 수용액의 일부는 물-물 교환기(14)를 관통하여 모터(18)로 전송되며, 다른 일부는 물-증기 교환기(20)로 전송된다. 상당량의 수용액의 일부가 물-물 교환기(14)를 관통하여 흐르면서 대략 40 내지 85℃ 정도로 재가열되기 시작한다. 그리고, 차량용 모터(18)를 통과하면서 대략 85 내지 100℃로 지속하여 가열된다. 유체는 온도-압력조절밸브(17)에 도달되어져 온도와 압력을 조절할 뿐만 아니라 (모터 내부에서 비등점(沸騰點)을 피하기 위해 유체는 대략 80 내지 105℃의 온도로 유지되어야 하며 압력은 대략 0.98 내지 1.5 바아로 유지되어야 한다) 고압생성기(19)에서 (대략 0.98 바아 내지 175 밀리바아의 압력으로 지나가는) 수용액을 분무시켜 팽창게이트로서의 역할을 수행한다.

따라서, 고압생성기(19)는 분무된 용액과 과열을 흡수하는 바, 이 모터(18)의 배출연기에서 나오는 열(대략 400℃)로써 용액을 대략 130℃까지 상승시키고, 수용액의 일부가 증발되어 130℃의 증기가 저압생성기(4)를 가열한다. 나머지 수용액의 일부(적은 양의 유체)는 흡수기(23)를 통해 순환되어서 물-물 교환기(14)를 관통하여 저압생성기(4)에서 소량의 유체와 혼합된다.

펌프(13)를 떠나는 상당량의 유체는 물을 증기로 바꾸는 교환기(20)로 안내된다. 상기 상당량의 유체는 물-증기 교환기(20) 내에서 40 내지 60℃로 가열되고, 그런 다음에 물-물 교환기(7)로 안내된다. 다시, 저압생성기(4) 내에서 과정을 종결시키기 위해서 대략 60 내지 80℃의 온도로 유체가 재가열되기 시작하고, 다시 대략 95℃ 정도의 온도로 가열되며, 그 일부는 증발된다.

증기는 응축기(5)로 안내되어져 응축된다. 잔류하는 일부 용액(소량의 수용액)은 물-물 교환기(7)에 도달하여 (대략 95 내지 70℃ 정도로) 냉각되며, 고압생성기(19)로 전송되는 적은 양의 수용액과 혼합된다. 그런 다음에 유체는 물-물 교환기(14)로 안내되어 다시 (대략 70 내지 50℃ 정도로) 냉각되어져 흡수기(23) 회귀한다.

응축기(5)는 저압생성기(4)와 고압생성기(19)로부터 증기를 공급받는다. 응축기(5)에 도달하기 전에, 고압생성기(19)로부터 전송된 증기는 저압생성기(4)에서 재가열될 것이다. 응축기(5)는 (순수(純水)상태의) 액체에서 2종류의 증기상으로 전환시킨다. 응축기(5)가 대략 80 밀리바아의 압력으로 조절하고, 순수는 적층판(확장판;10)으로 안내되어 응축기 내에서 증발되어 압력은 대략 8 밀리바아, 온도는 대략 6℃로 된다.

실제적으로, 증발기(24)는 증기-물 교환기와 같은 작용을 하는 물 순환기(12)를 구비하고 있으며, 차량의 좌석 내부에 위치된 물-공기 교환기(6)로 흐르는 액체를 냉각시키는데, 액체는 물 순환기(2)로 작동된다.

흡수기(23)는 증발된 순수를 공급받고 증발기(24)로 전송시켜, 소량의 수용액이 고압생성기(19)와 저압생성기(4)로 전송된다. 브롬화리튬 수용액은 증발된 순수를 흡수하여 다시 순환 과정을 시작한다.

흡수기(23)와 응축기(5)는 물-공기 교환기(1)로 안내되는 용액로 냉각되며 용액은 물 순환기(11)로 순환된다.

이 시스템은 환기용 물-공기 교환기(6)와 증발기(24) 사이에 위치한 차가운 물 저장소를 이용하여 냉각시켜 차량의 시동을 가능하게 한다.

환기용 물-공기 교환기(6)는 전통적인 방식을 통해 좌석의 온도를 조절하고, 본 발명에 따르는 환기용 물-공기 교환기(1)는 차량의 모터실을 대략 50 내지 60℃ 정도의 온도로 냉각시켜 공기를 (자동차용 부품과는 달리) 매우 차갑게 유지하거나 (전자장치용 부품과는 달리) 라이에이터와 모터에 위해서 더운 공기와의 접촉을 피한다.

전자부품인 솔레노이드밸브(9)가 차량 내부의 온도를 조절한다.

물-증기 교환기(21)는 물-증기 교환기(20)의 하류부분에 위치하고, 모터(18)에 배기가스의 오염제거용으로 사용되며, 이와 같은 배기가스를 냉각시켜 탄화수소 잔류물을 응축시킴으로써 배기가스의 미립자들이 유동하지 않게 된다.

온도-압력조절밸브(17;도 2 및 도3 참조)는 주요 튜브와 연결된 튜브(32) 폭의 압력을 측정하는 압력판(30)과 수은구(33)로 온도변화에 따라 반응하는 서모스탯(thermostat)으로 이루어진다.

1기압의 압력판(30)은 압력이 증가되어져 완전하게 폐쇄된다. 압력판은 압력이 대략 1.1기압일 때 개방되기 시작하며(도 3 참조), 압력판(30)은 대략 1.5기압에서 최대로 개방된다.

서모스탯(31)은 약 95℃에서 개방되기 시작하며(도 3 참조), 약 105℃에서 완전히 개방된다. 이와 같이 이중 금속판이 개방되어져 모터블록(22) 내부의 압력 및 온도(대략 1기압, 95℃)을 완벽하게 조절한다.

특히, 80 밀리바아의 압력을 갖는 물은 대략 40℃에서 끓는다. 따라서 온도-압력조절밸브(17)는 모터블록(22)과 모터(18) 사이에서 이루어지는 일부 냉각순환과정으로 압력과 온도를 일정하게 유지시킨다. 그리고 상기 일부 냉각순환과정의 내부에서 물증발을 방지하여 모터차량에서 모터실의 냉각을 유지한다.

Claims (11)

1. 펌프(13)와 흡수기(23), 고압생성기(19), 저압생성기(4), 응축기(5) 및, 증발기(24)로 이루어져 있되, 각 구성부재들은 주요 튜브(25)로 연결되며, 상기 튜브는 (젤(gel)을 제외한) 유체를 수용하여서 모터블록(22)의 냉각 뿐만 아니라 차량 내부의 공기를 조절할 수 있는 모터차량용 냉각과 오염제거장치에 있어서,

   모터블록(22) 내부에 위치한 모터(18)를 에워싸는 냉각순환기의 일부에서 일정한 압력과 온도를 유지시킬 수 있도록 상기 모터블록(22)의 하류부분에 위치된 온도-압력조절밸브(17)를 구비하고, 냉각순환기의 내부 일부에서 물증발을 방지하여 모터블록(22)의 냉각을 유지시키는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 온도-압력조절밸브(17)가 하류부분의 압력이 증가할 때 개방되는 압력판(30)을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 온도-압력조절밸브(17)의 압력판(30)은 하류부분의 압력이 감소할 때 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도-압력조절밸브(17)는 온도가 증가할 때 개방되는 서모스탯(31;thermostat)을 구비하는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 온도-압력조절밸브(17)의 서모스탯(31)은 온도가 감소할 때 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 환기용 물-공기 교환기(6)는 차량의 탑승실 내부 공기조절용으로 설치되되, 좌석 내부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 물-공기 교환기(1)는 모터실 내부에 위치되어 차량의 모터실을 냉각하는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 냉각수 저장조(3)는 환기용 물-공기 교환기(6)와 증발기(24) 사이에 위치되어 차량의 구동이 용이하도록 모터를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
9. 제 6항에 있어서, 상기 환기용 물-공기 교환기(6) 하류부분에 위치되어서 차량 탑승내부의 온도를 조절하는 전기식 솔레노이드밸브(9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
10. 제 1항에 있어서, 상기 차량용 냉각 및 오염제거장치는 물-증기 교환기(20) 하류부분에 위치된 물-증기 교환기(21)를 구비하여,배기가스를 냉각시키고 탄화수소의 잔여물들을 응축시킬 뿐만 아니라 상기 배기가스의 미립자들을 응기(凝氣)시켜서 모터(18)에서 배출되는 배기가스의 오염방지를 돕도록 된 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.
11. 제 1항에 있어서, 유체냉매는 브롬화리튬 수용액인 것을 특징으로 하는 모터차량용 냉각 및 오염제거장치.