KR20050081255A - 차량 공조장치용 보조 응축 시스템 - Google Patents

차량 공조장치용 보조 응축 시스템 Download PDF

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KR20050081255A
KR20050081255A KR1020040009445A KR20040009445A KR20050081255A KR 20050081255 A KR20050081255 A KR 20050081255A KR 1020040009445 A KR1020040009445 A KR 1020040009445A KR 20040009445 A KR20040009445 A KR 20040009445A KR 20050081255 A KR20050081255 A KR 20050081255A
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이동원
박태용
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Abstract

본 발명은 차량 공조장치용 보조 응축 시스템에 관한 것으로, 그 기술적 구성은, 압축기로부터 팽창밸브쪽으로 냉매가 유동하는 제1열교환부 및 상기 제1열교환부의 냉매를 열교환에 의해 응축시키도록 열교환매체가 유동하는 제2열교환부를 구비하고 냉각팬에 의해 방열되는 응축기와; 상기 제2열교환부로부터 배출되는 열교환매체를 저장하는 축냉조와; 상기 축냉조에 저장된 열교환매체를 배출시키는 순환펌프와; 상기 순환펌프로부터 공급되는 열교환매체를 열교환하여 제2열교환부로 보내는 열교환기와; 그리고, 상기 열교환기에 흡열측이 접촉하도록 설치되어 열교환기를 통과하는 열교환매체를 냉각하는 열전소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량 공조장치용 보조 응축 시스템에 의하면, 차량 정차시나 압축기의 부하가 증가하는 경우에 보조 응축 시스템을 가동하면, 응축기의 제1열교환부를 흐르는 냉매가 급속하게 응축되므로, 차량 실내를 신속하게 냉방시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉방능력의 저하가 발생하지 않고, 이에 따라 항상 쾌적한 차량 주행을 도모할 수 있으며, 공조장치를 가동하지 않을 경우에도 일정시간 동안 보조 응축 시스템을 가동하여 축냉열을 저장하고, 이 저장된 축냉열을 공조장치 재가동시에 이용함으로써 온도가 높아진 실내를 초기에 급속하게 냉방할 수 있으므로, 공조장치의 성능을 높일 수 있고, 냉매의 응축효율을 높임으로써 비교적 작은 용량의 응축기의 설치를 유도할 수 있으므로 엔진룸의 전방의 좁은 설치공간을 효율적으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량 공조장치용 보조 응축 시스템{Subsidiary Condensing System for a Car Air Conditioner}
본 발명은 차량 공조장치용 보조 응축 시스템에 관한 것으로서, 특히 응축기의 설치공간상의 제약을 해소할 수 있고 정차상태에서도 응축효율을 높일 수 있는 차량 공조장치용 보조 응축 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치의 냉방시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(C)에 의하여 압축된 냉매가 응축기(20)로 유입되어 냉각팬(22)의 강제송풍에 의하여 응축된 다음, 리시버 드라이어(30), 팽창팰브(40) 및 증발기(50)를 차례로 거쳐 다시 압축기(C)로 유입되는 과정에서 송풍기(52)에 의하여 송풍되는 공기가 증발기(50)를 거치는 냉매와 열교환되어 냉기 상태로 실내로 유입됨으로써 차량의 실내를 냉방하도록 이루어진다. 상기 압축기(C)는 엔진(전기차량의 경우 구동모터)의 동력을 단속적으로 전달받아 증발기(50)로부터 공급되는 기상 냉매를 압축하여 응축기(20)로 보내고, 응축기(20)는 압축기(C)에 의하여 고온고압의 기체 상태로 변화된 냉매를 냉각팬(22)의 강제송풍에 의하여 응축시켜 고온고압의 액체상태로 만든다. 그리고, 리시버 드라이어(30)는 응축기(20)로부터 공급되는 액체상태의 냉매에 포함된 수증기, 불응축 가스, 이물질 등을 제거하고, 팽창밸브(40)는 고압의 냉매를 저압으로 만들어 증발기(50)로 공급함으로써 증발기(50)에서는 냉매가 액상에서 기상으로 증발하게 된다. 이 때 발생하는 냉매의 증발잠열에 의하여 송풍기(52)로부터 송풍되는 공기가 열교환되어 냉각된 상태로 차량 실내로 유입됨으로써 차량의 실내의 냉방이 이루어지는 것이다.
상기 응축기(20)는, 엔진룸중 주로 차량의 전방, 즉, 엔진냉각장치인 라디에이터의 전방에 설치되며, 통상 냉각팬(22)으로서 라디에이터의 후방에 설치되는 풀러 타입(PULLER TYPE) 축류팬에 의한 강제송풍 및 차속에 의한 바람에 의해 라디에이터와 함께 방열된다.
따라서, 응축기(20)를 설치하는 데에는 공간상의 제약이 가해지고 그 크기에 제한을 가질 수밖에 없어 충분한 방열효과를 갖는데 어려움이 뒤따르게 되는데, 이러한 문제점은, 특히, 리시버 드라이어(30)와 분리된 상태로 설치되는 응축기의 경우 더욱 심각해진다. 즉, 리시버 드라이어(30)와 응축기(20)가 냉매파이프로 연결되어 있기 때문에 설치공간을 많이 차지할 뿐만 아니라, 리시버 드라이어(30)를 엔진룸 또는 응축기(20)에 지지하기 위한 지지수단이 필요하고, 또한, 지지수단의 설치공간도 확보되어야 하므로 엔진룸의 공간을 효율적으로 활용하는 것이 저해된다. 또한, 리시버 드라이어(30)를 응축기(20)와 연결하기 위해서는 냉매파이프들을 복잡하게 굴곡하여야 하기 때문에, 이로 인하여 관로저항에 의하여 냉매의 유동저항이 커짐으로써 냉방성능이 저하되는 문제점이 있다.
한편, 정차시에는 차속에 의한 바람을 이용할 수 없기 때문에 냉각팬(22)에 의한 구동으로만 방열이 이루어지므로, 응축기(20)의 방열면적이 협소할 경우 냉방시스템의 효율이 저하되는 문제점도 발생한다. 이러한 점을 고려하여 본 출원인에 의해 제안된 한국 공개특허 제2003-19701호 개시된 바와 같은 이중 유로 응축기나, 한국 등록특허 제264815호에 개시된 바와 같은 리시버 드라이어가 일체화된 다단기액분리형 응축기 등이 제안됨으로써 응축기의 콤팩트화를 도모하고 있으나, 상기한 바와 같이 차량의 정차시 또는 압축기의 부하가 높아지는 경우 등에는 적절하게 대처할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열전소자를 이용한 보조 응축 시스템을 응축 시스템과 연계시킴으로써, 차량의 정차시나 압축기의 부하가 높아지는 경우 등 악조건시에도 순간적으로 응축성능을 증가시킬 수 있는 차량 공조장치용 보조 응축 시스템의 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본발명에 따른 차량 공조장치용 보조응축시스템에 의하면, 압축기로부터 팽창밸브쪽으로 냉매가 유동하는 제1열교환부 및 상기 제1열교환부의 냉매를 열교환에 의해 응축시키도록 열교환매체가 유동하는 제2열교환부를 구비하고 냉각팬에 의해 방열되는 응축기와; 상기 제2열교환부로부터 배출되는 열교환매체를 저장하는 축냉조와; 상기 축냉조에 저장된 열교환매체를 배출시키는 순환펌프와; 상기 순환펌프로부터 공급되는 열교환매체를 열교환하여 제2열교환부로 보내는 열교환기와; 그리고, 상기 열교환기에 흡열측이 접촉하도록 설치되어 열교환기를 통과하는 열교환매체를 냉각하는 열전소자를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환매체는, 브라인(Brine) 또는 저비열 냉매로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2열교환부측에 온도센서가 더 설치되고, 이 온도센서에 의한 감지온도가 설정온도 이상일 경우 상기 열전소자 및 순환펌프가 작동되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 차량 공조장치용 보조 응축 시스템에 따르면, 순환펌프의 가동과 동시에 열전소자에 배터리의 전원이 인가되면, 축냉조에 저장된 브라인 또는 저비열 냉매로 이루어진 열교환매체가 순환펌프를 거쳐 열교환기로 유입된다. 열교환기로 유입된 열교환매체는 열교환기를 거치는 과정에서 열전소자에 의해 냉각된 채 응축기의 제2열교환부로 유입됨으로써, 그 냉열에 의하여 압축기로부터 제1열교환부로 공급되는 고온고압의 기상 냉매를 열교환시켜 고온고압의 액상으로 냉매를 냉축시킨 후, 다시 축냉조로 저장된다. 따라서, 예컨대 차량의 정차시나 압축기의 부하가 커질 경우, 응축기의 제1열교환부를 거치는 냉매가 냉각팬에 의해 응축될 뿐만 아니라, 제2열교환부를 거치는 열교환매체에 의해 신속하게 응축되어, 과냉각상태의 액상 냉매로 팽창밸브에 공급될 수가 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 2에는 본 발명에 따른 보조 응축 시스템이 적용된 차량 공조장치가 도시되어 있다. 즉, 이 공조장치는 흡입되는 냉매를 고온고압의 기상으로 압축하여 토출하는 압축기(C)와, 상기 압축기(C)로부터 공급되는 냉매를 냉각팬(116)에 의해 방열시켜 고온고압의 액상 냉매로 응축하는 응축기(110)와, 상기 응축기(110)로부터 공급되는 액상 냉매중 수분, 이물질 등을 거르는 리시버 드라이어(120)와, 상기 리시버 드라이어(120)로부터 공급되는 액상 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(130)와, 상기 팽창밸브(130)로부터 공급되는 냉매의 증발잠열에 의해 송풍기(142)에 의하여 송풍되는 공기를 열교환시켜 냉기로 만들고 상기 증발 냉매를 압축기(C)로 보내는 증발기(140)를 구비하고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 차량 공조장치의 냉동사이클 과정에서, 차량이 정차한 상태이거나 또는 압축기(C)의 부하가 커지는 등 악조건의 상태에서 응축기(110)의 응축효율을 신속하게 높임으로써 냉방성능이 저하되지 않도록 한 것이다.
이를 위하여, 상기 응축기(110)는 압축기(C)로부터 팽창밸브(130)쪽으로 냉매가 유동하는 제1열교환부(112) 및 상기 제1열교환부(112)의 냉매를 열교환에 의해 응축시키도록 열교환매체가 유동하는 제2열교환부(114)를 구비한다. 상기 제2열교환부(114)의 용량은 응축능력을 고려하여 적절하게 설정될 수 있다. 또한, 이 응축기(110)는 리시버 드라이어(120)가 일체로 설치된 형태인 것이 바람직하다.
한편, 냉각팬(116)에 의하여 응축기(110)를 방열할 때, 냉매가 더욱 효과적으로 응축될 수 있도록, 제2열교환부(114)는 냉각팬(116)에 의한 송풍방향에 대하여 제1열교환부(112)보다 상류측에 배치되는 것이 바람직하다.
예컨대, 풀러 타입의 축류팬이 냉각팬(116)으로 채용된 경우, 냉각팬(116)을 제1열교환부(112)쪽에 배치하는 것이다. 이와 같이 제2열교환부(114)가 송풍방향에 대하여 상류측에 배치되면, 후술하는 보조 응축 시스템을 순환하는 열교환매체의 냉열에 의해 제2열교환부(114)가 제1열교환부(112)보다 온도가 낮으므로, 제2열교환부(114)를 거친 저온의 공기에 의해 제1열교환부(112)가 더 방열될 수 있는 이점이 있는 것이다.
상기 제2열교환부(114)로부터 배출되는 열교환매체를 저장하기 위하여, 제2열교환부(114)에 축냉조(200)가 관로연결되고, 축냉조(200)에 저장된 열교환매체를 제2열교환부(114)쪽으로 순환시키기 위하여, 축냉조(200)의 출구측 관로에 순환펌프(210)가 설치된다. 상기 순환펌프(210)는, 예컨대 차량의 배터리로 구동될 수 있다. 그리고, 상기 순환펌프(210)의 출구측에는, 순환펌프(210)로부터 공급되는 열교환매체를 열교환에 의해 냉각시켜 제2열교환부(114)쪽으로 보낼 수 있도록 열교환기(220)가 연결되고, 이 열교환기(220)는 제2열교환부(114)와 관로연결되어 있다.
본 발명에 따르면, 상기 열교환기(220)를 거치는 열교환매체는 열전소자(230)에 의해 냉각되는데, 상기 열전소자(230)는, 전류의 흐름방향에 따라 한 쪽은 흡열작용을 하고 다른 쪽은 발열작용을 하도록 이루어짐으로써, 흡열측에 접촉하고 있는 대상물의 온도를 빼앗아 대상물을 냉각하는 기능을 한다. 본 발명에서는 상기 열전소자(230)의 흡열측에 상기 열교환기(220)가 접촉하도록 함으로써, 열교환기(220)를 거치는 열교환매체의 냉각이 이루어질 수 있게 한 것이다.
예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 열전소자(230)의 흡열측에는 열교환기(220)와 접촉하여 열교환기(220)의 내부를 흐르는 열교환매체를 열전소자(230)의 흡열측의 열전달에 의해 냉각하는 알루미늄제 쿨링 블록(미도시)이 설치되고, 열전소자(230)의 발열측에는 열을 방열시키는 알루미늄제 방열판(234)이 설치될 수 있다. 그리고, 상기 방열판(234)을 강제송풍에 의해 냉각할 수 있는 냉각팬(236)이 더 설치되면, 열교환매체의 냉각이 더욱 효율적으로 수행될 수 있다.
상기 열전소자(230)의 전원은 차량의 배터리에 의해 공급될 수 있으며, 열전소자(230)와 순환펌프(210)는 연동하여 가동되도록 제어되는 것이 바람직하다. 예컨대 인스트루먼트 패널(Instrument Panel)에 설치되는 스위칭 수단을 통해 열전소자(230) 및 순환펌프(210)를 수동으로 가동할 수 있을 뿐만 아니라, 제2열교환부(114)측에 온도센서(240)가 더 설치되고, 이 온도센서(240)에 의한 감지온도가 설정온도 이상일 경우 상기 열전소자(230) 및 순환펌프(210)가 자동적으로 가동되도록 제어될 수 있다.
한편, 열교환매체로는 브라인 또는 저비열 냉매가 채용될 수 있는데, 이것들은 비등점이 낮아 축냉성능이 우수하므로 저온용으로 적당하기 때문이다.
상기 브라인은 소위 2차적 냉매이며 상태변화를 하지 않으며, 일반적으로 무기질 브라인과 유기질 브라인의 2종류가 있다. 무기질 브라인은 탄소를 포함하지 않은 브라인으로 금속에 대한 부식력은 크나 가격이 저렴한 이점이 있으며, 그 종류로 염화칼슘(CaCl2), 염화나트륨(NaCl), 염화마그네슘(MgCl2) 등이 있다. 유기질 브라인은 탄소를 포함하는 브라인으로 금속에 대한 부식성은 적은 이점이 있고, 그 종류로 에틸렌글리콜(C2H6O2), 프로필렌글리콜(HOC2H3(CH3 )OH), 에틸알콜(C2H5OH), R-11(CCl3F) 등이 있다. 따라서, 차량 공조장치의 가동조건을 고려할 때, 열용량이 크고, 전열이 양호하며, 금속 재료에 대한 부식성이 적은 브라인을 상기한 브라인들 중에서 선택적으로 채용하는 것이 바람직하다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 보조 응축 시스템이 적용된 차량 공조장치의 작용을 설명한다.
차량 공조장치를 온(On)시켜 압축기(C)를 구동하면, 증발기(140)로부터 압축기(C)로 냉매가 흡입되고, 이 흡입된 냉매는 압축기(C)에 의해 고압의 기상 냉매로 압축되어 토출된다. 압축기(C)로부터 응축기(110)의 제1열교환부(112)로 유입되는 냉매는, 냉각팬(116)에 의한 송풍공기와, 차량이 주행하는 경우 차속에 의한 바람에 의해 응축된 후, 리시버 드라이어(120)를 거치면서 수분, 이물질이 걸러진 후 팽창밸브(130)쪽으로 액상으로 유동한다. 이 액상 냉매는 팽창밸브(130)에 의해 팽창되어 증발기(140)에 공급되고, 송풍기(142)에 의한 송풍공기와 열교환되면서 증발된 후, 증발기(140)를 통해 압축기(C)로 공급된다. 이 증발되는 냉매의 증발잠열에 의하여 송풍기(142)에 의한 송풍공기가 냉기로 바뀌어 차량 실내로 토출됨으로써 차량 실내의 냉방이 수행된다.
상기한 바와 같은 공조장치의 가동중에 차량이 정차할 경우에는, 차속에 의한 바람에 의해 응축기(110)의 제1열교환부(112)를 방열시킬수가 없고, 단지 냉각팬(116)에 의한 송풍공기에 의해서만 응축기(110)의 제1열교환부(112)를 방열시켜야 하므로, 공조장치의 냉방능력이 떨어지고 압축기(C)의 부하는 증가하게 된다.
이 경우에, 인스트루먼트 패널에 배치되는 스위칭 수단이나 온도센서(240)에 의하여 순환펌프(210) 및 열전소자(230)가 동시에 가동되면, 축냉조(200)에 저장된 브라인 또는 저비열 냉매로 이루어진 열교환매체가 순환펌프(210)에 의해 본 발명의 보조 응축 시스템을 순환하면서, 응축기(110)의 제1열교환부(112)를 거치는 냉매를 급속하게 응축시키게 된다.
즉, 축냉조(200)의 열교환매체는, 순환펌프(210)를 거쳐 열교환기(220)로 유입되어 열교환기(220)를 거치는 과정에서 열전소자(230)의 흡열측에 의해 온도를 빼앗겨 냉각된 채, 응축기(110)의 제2열교환부(114)로 유입된다.
따라서, 응축기(110)의 제1열교환부(112)를 거치는 냉매에 비하여 상대적으로 저온인 열교환매체가 제2열교환부(114)를 거치게 되므로, 서로간의 열교환에 의해 제1열교환부(112)를 거치는 냉매가 급속하게 응축될 수 있는 것이다.
이러한 작용은, 냉각팬(116)의 송풍방향에 대하여 제2열교환부(114)가 제1열교환부(112)보다 상류측에 배치됨으로써 더욱 효과적으로 수행될 수 있다.
따라서, 차량의 정차시나 압축기(C)의 부하가 커질 경우, 응축기(110)의 제1열교환부(112)를 거치는 냉매가 냉각팬(116)에 의해 응축될 뿐만 아니라, 제2열교환부(114)를 거치는 열교환매체에 의해 신속하게 응축되어, 과냉각상태의 액상 냉매로 팽창밸브(130)에 공급될 수 있다.
차량 공조장치를 가동하지 않을 경우에도, 본 발명에 따른 보조 응축 시스템을 일정시간 동안 가동하면 축냉조(200)에 저장되는 열교환매체의 축냉열이 점차 커지고, 이와 같이 저장된 축냉열을 이용하여 공조장치를 재가동하면 온도가 상승된 차량 실내를 급속냉방할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량 공조장치용 보조 응축 시스템에 의하면, 차량 정차시나 압축기의 부하가 증가하는 경우에, 보조 응축 시스템을 가동하면 응축기의 제1열교환부를 흐르는 냉매가 급속하게 응축될 수 있으므로, 공조장치 냉방시스템의 속효성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉방능력의 저하가 발생하지 않고, 이에 따라 항상 쾌적한 차량 주행을 도모할 수 있다.
또한, 공조장치를 가동하지 않을 경우에도 일정시간 동안 보조 응축 시스템을 가동하여 축냉열을 저장하고, 이 저장된 축냉열을 공조장치 재가동시에 이용하여 온도가 높아진 실내를 초기에 급속하게 냉방할 수 있으므로, 공조장치의 성능을 높일 수 있다.
그리고, 냉매의 응축효율을 높임으로써 비교적 작은 용량의 응축기의 설치를 유도할 수 있으므로 엔진룸의 전방의 좁은 설치공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
도 1은, 일반적인 공조장치를 나타내는 구성도이고,
도 2는, 본 발명에 따른 보조 응축 시스템이 적용된 차량 공조장치를 나타내는 구성도이며,
도 3은, 본 발명에 따른 보조 응축 시스템을 구성하는 열전소자와 열교환기의 열교환구조를 설명하기 위한 개념도이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
C : 압축기, 110 : 응축기,
112 : 제1열교환부, 114 : 제2열교환부,
116 : 냉각팬, 130 : 팽창밸브,
200 : 축냉조, 210 : 순환펌프,
220 : 열교환기, 230 : 열전소자,
240 : 온도센서.

Claims (3)

  1. 압축기(C)로부터 팽창밸브(130)쪽으로 냉매가 유동하는 제1열교환부(112) 및 상기 제1열교환부의 냉매를 열교환에 의해 응축시키도록 열교환매체가 유동하는 제2열교환부(114)를 구비하고 냉각팬(116)에 의해 방열되는 응축기(110)와;
    상기 제2열교환부로부터 배출되는 열교환매체를 저장하는 축냉조(200)와;
    상기 축냉조에 저장된 열교환매체를 배출시키는 순환펌프(210)와;
    상기 순환펌프로부터 공급되는 열교환매체를 열교환하여 제2열교환부로 보내는 열교환기(220)와;
    상기 열교환기에 흡열측이 접촉하도록 설치되어 열교환기를 통과하는 열교환매체를 냉각하는 열전소자(230);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 보조 응축 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환매체는, 브라인(Brine) 또는 저비열 냉매로 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 보조 응축 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2열교환부(114)측에 온도센서(240)가 더 설치되고, 이 온도센서에 의한 감지온도가 설정온도 이상일 경우, 상기 열전소자(230) 및 순환펌프(210)가 작동되는 것을 특징으로 하는 차량 공조장치용 보조 응축 시스템.
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