KR20050086100A

KR20050086100A - 차량용 냉동 사이클

Info

Publication number: KR20050086100A
Application number: KR1020040012452A
Authority: KR
Inventors: 김영철
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-08-30

Abstract

본 발명은 차량용 냉동 사이클에 관한 것으로, 그 기술적 구성은, 냉매를 흡입·압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 응축 및 감압하여 액화시키는 냉매액화수단과; 상기 냉매액화수단으로부터 액화된 냉매를 증발기로 공급하는 액체펌프와; 상기 액체펌프에 의해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기와; 상기 냉매액화수단에서 냉매 액화시 발생된 에너지를 상기 압축기로 공급하는 동력공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 냉동 사이클에 의하면, 별도의 응축기를 두지 않기 때문에, 응축열이 그대로 손실되는 것이 방지되며, 압축기와 증발기 사이에 설치되는 냉매액화수단에서 발생되는 에너지를 이용할 수 있어, 공조시스템의 열효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Description

차량용 냉동 사이클{Refrigeration Cycle for a Vehicle}

본 발명은 차량용 냉동 사이클에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압축기와 증발기 사이에 냉매액화수단을 설치함으로써 응축기가 없더라도 시스템의 열효율이 극대화될 수 있는 새로운 방식의 냉동 사이클을 형성하는 차량용 냉동 사이클에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 냉동 사이클(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 기체 상태의 냉매를 고온·고압 상태의 냉매로 압축하기 위한 압축기(11)와, 상기 압축기와 연결되어 상기 냉매가스를 응축시키기 위한 응축기(12)와, 상기 응축기에 연결되어 상기 응축기에서 응축된 냉매를 교축과정(등엔탈피 과정)을 통해 저온·저압의 냉매로 변환시키기 위한 팽창밸브(13)와, 상기 팽창밸브에 연결되어 저온·저압의 냉매를 공기와 열교환시키는 증발기(14)를 포함하여 구성된다.

이러한 일반적인 차량용 냉동 사이클(10)에서, 냉매는 압축기(11)에 의해 압축되고, 압축된 냉매는 고온·고압의 기체 상태에서 도 1의 화살표 방향과 같이, 상기 응축기(12)로 보내진다. 또한, 상기 응축기(12)에서 냉매는 냉각팬(미도시)에 의해 강제 냉각되어 응축된다. 이 응축된 냉매는 상기 팽창밸브(13)를 거치면서 저온·저압의 상태로 증발기(14)로 유입되며, 증발기(14)에서는 저온·저압의 냉매가스에 의해 주위의 공기 잠열을 빼앗고, 이때 발생한 차가운 공기는 송풍기(미도시됨)에 의해 차량 실내로 송풍된다.

최근에는, 상기 일반적인 냉동 사이클(10)과는 전혀 다른 새로운 구조를 갖는 냉동 사이클이 개발된 바 있다.

즉, 미국 특허 제6,418,747호에는 기존의 냉매와는 다른 He가스를 냉매로 하는 한편, 열효율을 높인 냉동 사이클이 개시되어 있다. 이 냉동 사이클(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전동압축기(Electromagnetic Compressor, 21)와, 상기 전동압축기에 연결되는 개스 쿨러(Gas Cooler, 22), 상기 개스 쿨러에 연결되는 발전기(Power Generator, 23) 및 상기 발전기에 연결된 증발기(24)를 포함하여 구성된다.

상기 냉동 사이클(20)은, He가스를 냉매로 하여 상기 전동압축기(21)에서 냉매를 압축하여 개스 쿨러(22)로 보내고, 개스 쿨러(22)에서 냉매의 상변화(Phase Transformation)없이 냉매의 온도를 떨어뜨린 후, 이 냉매에 의해 발전기를 구동하는 한편 증발기(24)에서 냉매를 증발시켜 시스템을 구현하고 있다. 상기 냉동 사이클(20)의 경우 발전기에서 발생되는 에너지를 효율적으로 운용할 수 있다는 장점은 있으나, 상기 냉동 사이클(20)상의 개스 쿨러(22)는 일종의 응축기의 역할을 수행하게 되어, 압축기(21)에 의해 압축된 냉매가스가 개스 쿨러(12)에서 응축되는 동안 발생되는 응축열이 그대로 시스템 밖으로 손실될 수 밖에 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 별도의 응축기를 두지 않고 압축기와 증발기 사이에 새로운 냉매액화수단를 설치함으로써, 응축열이 그대로 손실되는 것을 방지하여 시스템의 열효율을 극대화할 수 있는 새로운 구조의 냉동 사이클을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 차량용 냉동 사이클에 의하면, 냉매를 흡입·압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매를 응축 및 감압하여 액화시키는 냉매액화수단과; 상기 냉매액화수단으로부터 액화된 냉매를 증발기로 공급하는 액체펌프와; 상기 액체펌프에 의해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기와; 상기 냉매액화수단에서 냉매 액화시 발생된 에너지를 상기 압축기로 공급하는 동력공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 압축기는, 전동부와 압축부로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉매액화수단은, 터빈(Turbine)인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 동력공급수단은, 상기 터빈의 회전력을 전기 에너지로 변환시키는 발전기와 상기 발전기에 의해 생성된 전기 에너지를 저장 및 상기 압축기의 전동부에 공급하는 축전지인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 냉매액화수단과 상기 액체펌프 사이에는, 상기 냉매액화수단에서 토출된 냉매 중 기체와 액체를 분리하여 기체는 상기 압축기로 공급하고 액체는 상기 액체펌프로 공급하는 기액분리기가 더 설치된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 3은, 본 발명에 따른 차량용 냉동 사이클에 대한 일례를 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 냉매를 흡입·압축하는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)로부터 토출된 냉매를 응축 및 감압하여 액화시키는 냉매액화수단(3)과; 상기 냉매액화수단(3)으로부터 액화된 냉매를 증발기(4)로 공급하는 액체펌프(5)와; 상기 액체펌프(5)에 의해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기(4)와; 상기 냉매액화수단(3)에서 냉매 액화시 발생된 에너지를 상기 압축기(1)로 공급하는 동력공급수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉동 사이클을 구성하는 냉동 사이클(100)은, 압축기(1)와, 상기 압축기에 직접 연결되는 냉매액화수단(3) 및 상기 냉매액화수단(3)에 연결되는 증발기(4)를 포함하여 구성되며, 별도의 응축기가 구비되지 않는데 특징이 있다.

또한, 상기 압축기(1)는, 전동부(1a)와 압축부(1b)로 이루어진 전동압축기인것이 바람직하다.

본 발명에서 적합한 냉매액화수단(3)은, 일반적인 터빈(Turbine) 또는 스크롤 냉매액화수단이다. 상기 스크롤 냉매액화수단은 스크롤 형태(Scroll Type)의 유체기계를 역회전시켜 증발기로 유입되는 유체온도를 낮추고 발전시스템과 연동하여 발전한다.

도 3과 같은 구조를 갖는 냉동 사이클(100)은, 냉매가 압축기(1)에서 고온·고압의 가스로 압축되어 높은 에너지를 지니게 되며, 이 냉매가스는 높은 에너지 상태에서 직접 냉매액화수단(3)으로 공급되어 냉매액화수단(3)를 구동시키게 된다.

또한, 본 발명의 냉동 사이클에서 상기 냉매액화수단(3)과 증발기(4) 사이에는 액체펌프(5)가 설치될 수 있다.

상기 냉매액화수단(3)를 구동시키는 동안 팽창되면서 에너지를 방출하게 되므로 압력과 엔탈피(Enthalpy)가 감소되고, 이에 따라 냉매가스가 저온·저압 상태에서 응축을 일으키게 된다. 이렇게 응축된 냉매는 증발기(4)로 이송되어 주변의 공기와 열교환되며, 열교환된 냉기는 송풍기(미도시됨)에 의해 차량의 실내로 공급된다.

본 발명의 냉동 사이클(100)에서는, 기존의 냉동 사이클들과는 달리, 별도의 응축기를 구비하지 않기 때문에 응축기에서 발생되는 응축열의 손실이 발생하지 않는다. 오히려 본 발명의 냉동 사이클(100)에서는, 상기 냉매액화수단(3)의 구동에 의해 발생되는 에너지를 압축기(1)로 공급하는 동력공급수단 등을 구동하기 위한 에너지로 활용할 수 있다.

여기서, 상기 동력공급수단은, 상기 터빈의 회전력을 전기 에너지로 발전기와 상기 발전기에 의해 생성된 전기 에너지를 저장 및 상기 압축기(1) 의 전동부(1a)에 공급하는 축전지인 것이 바람직하다. 상기 동력공급수단의 축전지는, 별도 구비 또는 기존 차량의 배터리(Battery)를 이용할 수 있다.

또한, 상기 냉매액화수단(3)에 의해 발생된 에너지는, 상기 압축기(1)로 공급되는 에너지 뿐만 아니라 축전을 위해서도 사용 가능하므로 냉동 사이클의 열효율을 극대화시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 냉동 사이클을 도시한 구성도이다.

이 냉동 사이클(101)의 경우 도 3의 냉동 사이클(100)과 마찬가지로, 압축기(1)와, 상기 압축기에 직접 연결되는 냉매액화수단(3) 및 상기 냉매액화수단(3)에 연결되는 증발기(4)를 포함하여 구성된다.

도 4의 냉동 사이클(101)도 역시, 별도의 응축기를 구비하지 않고 있으며, 상기 냉매액화수단(3)과 상기 액체펌프(5) 사이에는, 상기 냉매액화수단(3)에서 토출된 냉매중 기체와 액체를 분리하여 기체는 상기 압축기(1)로 공급하고, 액체는 상기 액체펌프(5)로 공급하는 기액분리기(7)가 더 설치될 수 있다.

상기 기액분리기(4)는, 한 쪽이 상기 냉매액화수단(3)에 연결되고, 다른 쪽은 압축기(1) 및 증발기(4) 측으로 각각 분기되어 연결된다. 이 때, 상기 압축기(1)는, 도 3의 냉동 사이클(101)에서와 같이, 전동부(1a)와 압축부(1b)로 이루어진 전동압축기인 것이 바람직하다.

도 4와 같은 구조의 냉동 사이클(101)은, 도 3에 도시된 냉동 사이클(100)과 마찬가지로, 압축기(1)에서 고온·고압의 가스로 압축되어 높은 에너지를 지닌 냉매가스가 높은 에너지 상태에서 직접 냉매액화수단(3)로 공급되어 냉매액화수단(3)를 구동시킨다. 그리고, 상기 냉매액화수단(3)를 구동시키는 동안 냉매가스는 팽창되면서 에너지를 방출하게 되므로 저온·저압 상태에서 응축을 일으키게 된다.

그러나, 이러한 응축과정에서 냉매는 액체 상태와 기체 상태로 공존한다. 상기 냉동 사이클(101)의 경우, 대부분의 액체 상태의 냉매는 증발기(4)로 보내지며, 냉매액화수단(3)에 존재하는 일부 냉매는 상기 기액분리기(7)에서 분리되어, 액체 냉매는 증발기(4)로 이송되고, 기체 상태의 냉매가스는 다시 압축기(1)로 보내어 압축된다.

따라서, 상기 냉동 사이클(101)은, 도 3의 냉동 사이클(100)에 비하여 증발기(4)의 효율을 증대할 수 있게 된다. 상기 증발기(4)에서 액체냉매는 열교환을 통해 주변의 공기의 잠열, 즉 증발열을 흡수하여 냉동 효과를 발생하고, 기상의 냉매 상태가 되어 압축기(1)로 이송된다.

또한, 도 4의 냉동 사이클(101)에서는 기존의 냉동 사이클들과 달리, 별도의 응축기를 구비하지 않기 때문에 응축기에서 발생되는 응축열의 손실이 발생하지 않는다.

또한, 상기 냉동 사이클(101)에서는 상기 냉매액화수단(3)의 구동력으로 발생되는 에너지를 압축기(1)로 공급하는, 발전기와 축전지로 이루어진 동력공급수단 등을 구동하기 위한 에너지로 활용할 수 있다. 상기 동력공급수단의 축전지는, 도 3의 구성을 갖는 냉동 사이클(100)과 같이, 별도 구비 또는 기존 차량의 배터리(Battery)를 이용할 수 있다.

그리고, 상기 냉매액화수단(3)에 의해 발생한 에너지는, 상기 압축기의 구동을 위한 에너지 뿐만 아니라 축전을 위해서도 사용 가능하므로 공조시스템의 열효율을 극대화시킬 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예에 근거하여 서술되었지만, 본 발명의 기술사상의 범주 내에서 다양한 변형 및 개량이 이루어질 수 있으며, 이러한 변형 및 개량도 본 발명에 속한다는 것을 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 냉동 사이클에 의하면, 별도의 응축기를 두지 않기 때문에, 응축열이 그대로 손실되는 것이 방지되며, 압축기와 증발기 사이에 설치되는 냉매액화수단에서 발생되는 에너지를 이용할 수 있어, 냉동 사이클의 열효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 일반적인 차량용 냉동 사이클에 대한 구성도이고,

도 2는, 일반적인 차량용 냉동 사이클에 대한 다른 구성도이며,

도 3은, 본 발명의 차량용 냉동 사이클에 대한 일례를 도시한 구성도이고,

도 4는, 본 발명의 차량용 냉동 사이클에 대한 구성의 다른 실시예를 도시한 구성도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1, 11, 21 ... 압축기,

3 ... 냉매액화수단,

4, 14, 24 ... 증발기,

5 ... 액체펌프,

7 ... 기액(氣液)분리기,

12, 22 ... 응축기,

13 ... 팽창밸브,

23 ... 발전기,

10, 20, 101, 100 ... 냉동 사이클(Refrigeration Cycle).

Claims

냉매를 흡입·압축하는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)로부터 토출된 냉매를 응축 및 감압하여 액화시키는 냉매액화수단(3)과;

상기 냉매액화수단(3)으로부터 액화된 냉매를 증발기(4)로 공급하는 액체펌프(5)와;

상기 액체펌프(5)에 의해 공급된 냉매를 증발시키는 증발기(4)와;

상기 냉매액화수단(3)에서 냉매 액화시 발생된 에너지를 상기 압축기(1)로 공급하는 동력공급수단;

을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉동 사이클.
제 1항에 있어서,

상기 압축기(1)는, 전동부(1a)와 압축부(1b)로 이루어진 전동압축기인 것을 특징으로 하는 차량용 냉동 사이클.
제 1항에 있어서,

상기 냉매액화수단(3)은, 터빈(Turbine)인 것을 특징으로 하는 차량용 냉동 사이클.
제 1항에 있어서,

상기 동력공급수단은, 상기 터빈의 회전력을 전기 에너지로 변환시키는 발전기와 상기 발전기에 의해 생성된 전기 에너지를 저장 및 상기 압축기(1)의 전동부(1a)에 공급하는 축전지인 것을 특징으로 하는 차량용 냉동 사이클.
제 1항에 있어서,

상기 냉매액화수단(3)과 상기 액체펌프(5) 사이에는, 상기 냉매액화수단(3)에서 토출된 냉매 중 기체와 액체를 분리하여 기체는 상기 압축기(1)로 공급하고 액체는 상기 액체펌프(5)로 공급하는 기액분리기(7)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉동 사이클.