KR20070059347A - 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치 - Google Patents

하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치에 관한 것으로 자동차용 에어컨의 압축기(10), 응축기(20), 리시버탱크(30), 팽창밸브(40), 증발기(40)에 증발기(40)를 통과한 냉매를 저장하는 증발기탱크(60)와, 상기 리시버탱크(30)와 증발기탱크(60)에 구비되어 이 두 탱크에 압력차를 발생시키는 압력차발생수단(70)을 추가로 구성하여 엔진(1)이 멈춰 압축기(10)가 작동하지 않는 정차 시에는 압력차발생수단(70)이 작동하여 압력 차로 리시버탱크(30)의 냉매를 강제로 팽창밸브(40)를 통해 증발기(50)로 공급하고 사용된 냉매를 엔진(1)이 작동되기 전까지 증발기탱크(60)에 일시적으로 저장함으로써 에어컨을 작동시킬 수 있게 되는 것이다.
즉, 차량 정차 시 축전지 전원을 소비하지 않고 리시버탱크(30)에 저장된 냉매를 압력차로 증발기(50)로 공급하여 일시적인 냉방을 수행함으로써 하이브리드 전기 자동차의 축전지 전원을 절약하여 차량 출발 및 가속 시에 필요한 구동모터의 작동 전원을 유지할 수 있는 것이다.
또 정차 시 에어컨 작동을 위한 별도의 압축기(10) 및 응축기(20)의 작동 동력원이 불필요함으로 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.
따라서 하이브리드 전기 자동차의 축전지 효율을 높이고, 이에 따라 차량의 연비와 출력을 향상시킬 수 있어 차량의 상품성을 증대시킬 수 있는 것이다.

Description

하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치{Air Conditioner In Hybrid Electricalvehicle}
도 1은 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 에어컨 시스템을 도시한 구성도
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 에어컨 시스템의 일 실시예를 도시한 구성도
도 3은 종래의 하이브리드 전기자동차의 에어컨디셔너 동력 제어시스템을 도시한 구성도
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
1 : 엔진 10 : 압축기
20 : 응축기 30 : 리시버탱크
40 : 팽창밸브 50 : 증발기
60 : 증발기탱크 70 : 압력차발생수단
71 : 제 1 에어벨로우즈 72 : 압축공기탱크
73 : 제 1 솔레노이드밸브 74 : 제 2 에어벨로우즈
75 : 진공탱크 76 : 제 2 솔레노이드밸브
본 발명은 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 차량이 정차 중 에어컨 작동 시 과도한 전류 소비를 방지할 수 있도록 발명된 것이다.
하이브리드 자동차는 동력원을 복 수개 사용하는 것으로, 이는 통상적으로 가솔린이나 경유, 천연가스 등을 사용하는 내연기관과 전기를 사용하는 전기모터를 접목하여 구동 동력원으로 사용하고 있다.
상기의 하이브리드 자동차는 도심지역에서의 저속 운행이나 최초 출발 시에 너지의 효율과 주변 환경을 고려하여 전기모터의 구동으로 자동차를 운행하고, 도심 외곽의 지역이나 고속 주행시 에너지 효율성을 감안하여 내연기관의 구동을 통해 운행을 진행한다.
이 하이브리드 전기자동차는 기본적으로 아이들 스톱모드 기능을 구현하여야 하는데, 이 때, 가장 큰 문제점은 아이들 스톱모드에서 편의장치인 에어컨의 에어컨 컴프레서가 엔진의 구동 정지에 따라 그 작동이 멈추게 되어 에어컨디셔너의 기능을 유지할 수 없다는 것이다.
이렇게 하이브리드 전지자동차 중 주, 정차 중 에어컨 기능이 멈춰져 날씨가 매우 더운 여름에 운전자나 탑승자에게 쾌적한 실내환경을 제공할 수 없는 문제점이 있었던 것이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 특허 등록 제 405740호 '하이브리드 전기 자동차의 에어컨디셔너 동력 제어시스템'에서 에어컨 컴프레서 풀리(6b)를 장착하는 회전축 상에 상기 컨트롤 유닛(7)에 의해 작동 제어되는 마그네틱 클러치(3)를 구성하고, 상기 에어컨 컴프레서(2)의 별도의 구동원으로 엔진(1)의 일측에서 상기 에어컨 컴프레서(2)와 동력전달 가능하도록 연결되는 구동모터(4)를 구비하여 아이들 스톱모드에서 배터리(5)의 전원을 이용하여 상기 에어컨 컴프레서(2)를 구동시킨 것을 제안한 바 있다.
즉, 엔진이 구동 중일 경우에는, 상기 컨트롤 유닛(7)의 제어신호에 의해 상기 마그네틱 클러치(3)가 작동되고, 이에 따라 상기 엔진(1)의 댐퍼풀리(6a)를 통하여 엔진(1)의 구동력이 동력전달용 벨트(6)에 의해 상기 에어컨 컴프레서 풀리(6b)로 전달되어 구동하게 된다.
엔진(1)이 정지되는 아이들 스톱모드에서는, 상기 컨트롤 유닛(7)은 상기 마그네틱 클러치(3)의 작동을 해제시키고, 그 대신 배터리(5)의 전원을 상기 구동모터(4)에 공급하여 이를 구동시킴으로서, 상기 구동모터(4)의 구동력이 상기 에어컨 컴프레서(2)를 직접 구동시켜 아이들 스톱모드에서도 에어 컨디셔너가 제 기능을 할 수 있도록 하는 것이다.
그러나 상기한 종래의 하이브리드 전기자동차의 에어컨디셔너 동력 제어시스템은 차량이 정지되었을 경우 배터리의 전원을 공급받아 작동하는 구동모터가 에어컨의 압축기를 구동하는 방식으로 구성되어 압축기 구동 시 많은 전류가 소비되는 문제점이 있었던 것이다.
이렇게 에어컨디셔너의 구동모터를 작동시키기 위하여 많은 전류를 소비하면 정차 후 출발 시 하이브리드 전기자동차에 필요한 전류가 부족하게 되는 문제점이 있으며, 하이브리드 자동차의 전기로 주행하는 능력이 저하되어 하이브리드 자동차에서 연료절감효과를 기대하기 어려워지는 폐단이 있었던 것이다.
본 발명의 목적은 엔진 정지 시 리시버탱크의 증발기로 냉매를 압력 차이를 이용하여 지속적으로 공급하여 냉기를 발생시킬 수 있도록 하여 하이브리드 전기자동차의 축전지를 사용하지 않고 정차 중 에어컨을 작동시킬 수 있는 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치를 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 목적은 엔진의 구동에 의해 냉매를 고온 고압의 기체상태로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 공급받아 열을 방출하고 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 응축된 고압의 액체 냉매를 저장하는 리시버탱크와, 상기 리시버탱크의 고압의 냉매를 증발하기 쉽도록 분무상태로 만드는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 연결되어 분무상태의 냉매를 흡열작용에 의해 증발시켜 냉기를 발생시키며, 압축기에 연결되어 사용된 냉매를 압축기로 이송하는 증발기와, 증발기와 압축기 사이에 구비되며 내부에 냉매를 저장할 수 있는 증발기탱크와, 상기 리시버탱크와 증발기탱크에 구비되어 이 두 탱크에 압력차를 발생시켜 엔진정지시 리시버탱크에 저장된 냉매를 팽창밸브를 통해 증발기로 공급하고 사용된 냉매를 증발기탱크의 내부에 저장하도록 하는 압력차발생수단으로 구성됨으로써 달성된다.
즉, 차량의 엔진이 작동 중에는 압축기가 엔진의 구동력을 전달받아 작동함으로써 냉매가 응축기, 리시버탱크, 팽창밸브, 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환되면서 에어컨이 작동하게 되고, 엔진이 멈춰 압축기가 작동하지 않는 정차 시에는 압력차발생수단이 작동하여 리시버탱크의 냉매를 강제로 팽창밸브를 통해 증발기로 공급하고 사용된 냉매를 엔진이 작동되기 전까지 증발기탱크에 일시적으로 저장함으로써 에어컨을 작동시킬 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 에어컨 시스템을 도시한 구성도로서, 엔진 작동 시 정상적인 에어컨 작동 상태를 나타내고 있다.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 전기자동차의 에어컨 시스템의 일 실시예를 도시한 구성도로서, 엔진 작동이 멈추었을 때 제 1 에어벨로우즈에는 압축공기가 유입되어 팽창되어 리시버탱크 내의 냉매를 가압하고, 제 2 에어벨로우즈에는 진공압이 작용되어 수축됨으로써 증발기탱크에 증발기를 통과한 냉매가 저장되는 것을 나타내고 있다.
이하, 도 1에서 도시한 바와 같이 볼 발명인 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치의 압축기(10)는 엔진(1)의 크랭크 축에 벨트풀리(1b)로 연결되어 엔진(1) 작동 시 크랭크축(1a)의 회전력을 전달받아 전달받은 회전력을 피스톤의 상, 하 작동으로 변환하여 증발기(50)를 통해 유입되는 냉매를 고온 고압의 기체로 압축하는 것이다.
이 압축기(10)에서 고온 고압의 기체로 압축된 냉매는 응축기(20)로 전달되어 응축기(20)에서 공기로 강제 냉각되면서 상변화가 일어나서 고압의 액체 냉매로 변환되는 것이다.
이렇게 응축기(20)에서 변환된 고압의 액체 냉매는 리시버탱크(30)로 이송되어 저장되며, 응축기(20)와 리시버탱크(30) 사이에는 체크밸브(21)가 장착되어 냉매의 역류를 방지한다.
이 리시버탱크(30)는 종래에 비하여 많은 양의 냉매를 저장할 수 있도록 형성하여 엔진(1) 정지 중 냉매가 순환되지 않더라도 증발기(50)로 공급할 수 있는 냉매를 충분히 저장할 수 있도록 제조된다.
또 이 리시버탱크(30)에는 압력차발생수단(70)이 구비되며, 이 압력차발생수단(70)은 엔진(1) 정지 시 리시버탱크(30)의 내부에서 냉매를 압축시켜 후술될 증발기탱크(60) 내의 압력보다 높은 압력을 가지도록 리시버탱크(30)의 내부 압력을 증대시킴으로써 냉매를 팽창밸브(40)를 거쳐 증발기(50)로 공급시키도록 한다.
이 리시버탱크(30)에 저장된 고압의 액체 냉매는 팽창밸브(40)를 거쳐 증발기(50)로 공급되고 , 이 팽창밸브(40)는 고압의 냉매를 교축시키면서 압력 강하하여 냉매를 분무상태로 만들어 냉매를 증발하기 쉽도록 하는 것이다.
이렇게 팽창밸브(40)에서 냉매가 분무 상태로 증발기(50)로 공급되고, 이 증발기(50)는 분무상태의 냉매를 저온, 저압의 가스 상태로 냉매를 기화시키고 기화 시 냉매가 그 주변의 열을 빼앗게 됨으로써 주변의 공기를 냉각시키는 것이다.
열을 빼앗겨 냉각된 공기는 에어덕트를 통해 차량의 실내로 공급되어 실내의 온도를 낮추게 되는 것이다.
상기 증발기(50)를 거쳐 팽창된 냉매는 상기 압축기(10)로 다시 전달되어 재순환되게 되는 것이다.
그리고 상기 압축기(10)와 증발기(50) 사이에는 엔진(1) 정지 시 리시버탱크(30)에서 팽창밸브(40)를 통해 증발기(50)로 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하는 증발기탱크(60)가 구비된다.
이 증발기탱크(60) 내부에는 압력차발생수단(70)이 구비되며, 이 압력차발생수단(70)이 냉매를 저장할 수 있는 내부 용량을 늘림으로써 내부 압력을 저하시키고 증발기(50)를 통과한 냉매를 저장할 수 있게 하는 것이다.
한편, 상기 압력차발생수단(70)은 상기 리시버탱크(30)의 내부에 장착되며, 내부에 공기가 유입되어 팽창, 수축되는 제 1 에어벨로우즈(71)와;
상기 제 1 에어벨로우즈(71)에 압축공기를 공급하는 압축공기공급관(72a)으로 연결되며 내부에 압축공기가 저장되는 압축공기탱크(72)와;
상기 압축공기탱크(72)의 압축공기공급관(72a)에 장착되며 엔진(1) 상태에 따라 제 1 에어벨로우즈(71)의 내부에 압축공기를 공급, 배출하도록 작동하는 제 1 솔레노이드밸브(73)와;
상기 증발기탱크(60) 내부에 장착되며, 내부에 팽창된 상태를 탄성적으로 지지하는 팽창지지스프링(74a)이 구비되며 팽창, 수축이 가능한 제 2 에어벨로우즈(74)와;
상기 제 2 에어벨로우즈(74)에 진공연결관(75a)으로 연결되며 내부가 진공상 태인 진공탱크(75)와;
상기 진공탱크(75)의 진공연결관(75a)에 장착되며 엔진(1) 정지 시 열리는 제 2 솔레노이드밸브(76)로 구성된다.
상기 제 1 에어벨로우즈(71)는 초기 상태 시 내부의 공기가 배출되어 완전 수축된 상태로 제 1 솔레노이드밸브(73)에 의해 압축공기가 유입되는 것이 차단된 상태이다.
또 제 2 에어벨로우즈(74)는 초기 상태 시 팽창지지스프링(74a)에 의해 탄성적으로 지지되어 최대한 팽창되어 증발기탱크(60)의 내부를 대부분 차지하여 증발기(50)를 통과한 냉매가 저장될 공간이 없도록 된 상태이며 제 2 솔레노이드밸브(76)가 닫혀 진공탱크(75)와 차단된 상태이다.
상기 제 1, 2 솔레노이드밸브(73, 76)는 차량의 전자제어장치(ECU)에 연계되어 엔진(1)의 정지, 작동을 감지하여 이 상태에 따라 작동하며 제 1 솔레노이드밸브(73)는 엔진(1) 작동 시 제 1 에어벨로우즈(71) 내부의 공기를 배출하여 제 1 에어벨로우즈(71)를 수축시킴으로써 초기상태로 복귀시키고, 엔진(1) 정지 시 압축공기공급관(72a)을 열어 압축공기탱크(72)로 부터 압축공기를 제 1 에어벨로우즈(71) 내부로 공급하고 제 2 솔레노이드밸브(76)는 엔진(1)의 정지 시에 진공연결관(75a)을 열어 진공탱크(75)와 제 2 에어벨로우즈(74)를 연계시키고 엔진(1) 작동 시에 팽창지지스프링(74a)에 의해 팽창될 경우 외부공기가 유입되도록 열리는 것이다.
본 발명의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.
차량의 엔진(1)이 시동이 꺼지지 않은 상태에서 작동 중인 경우에는 압축기 (10)가 크랭크축(1a)의 구동력을 전달받아 작동됨으로 냉매가 증발기(50)에서 압축기(10)로 흡입되어 압축되어 고온, 고압의 가스상태로 응축기(20)로 보내지고, 이 응축기(20)에서 강제 냉각된 냉매는 리시버탱크(30)로 보내져 저장된다.
이 리시버탱크(30)에 저장된 냉매는 팽창밸브(40)를 지나면서 저온, 저압의 상태로 팽창되어 분무상태로 만들어져 증발기(50)로 공급되고 이 증발기(50)에서 냉매가 기화되면서 외부 공기의 열을 빼앗아 냉각공기를 생성하게 되는 것이다.
그리고 냉매는 이 증발기(50)와 증발기탱크(60)를 거쳐 압축기(10)로 이송되어 다시 재순환하게 되는 것이며, 이는 종래의 에어컨 시스템과 동일함을 밝혀둔다.
반면, 엔진(1) 정지 시에는 도 2에서 도시한 바와 같이 엔진(1)의 구동력에 의해 작동하는 압축기(10)가 멈춰지고, 압축기(10)로부터 전달받은 냉매를 응축하는 응축기(20)가 작동을 멈추게 된다.
이렇게 압축기(10)와 응축기(20)가 작동을 멈추면 냉매의 순환이 이루어지지 않게 되나 이 경우 본 발명에서는 전자제어장치에서 이를 감지하여 제 1 솔레노이드밸브(73)를 압축공기공급관(72a)을 열도록 작동하여 압축공기탱크(72)의 내부의 압축공기를 제 1 에어벨로우즈(71)의 내부로 공급시킨다.
이 제 1 에어벨로우즈(71)는 내부에 공급된 압축공기에 의해 팽창되어 리시버탱크(30)에 저장된 냉매를 가압하여 리시버탱크(30)의 내부 압력을 고압(15~25kg/cm2)으로 유지한다.
또 전자제어장치에서 이와 동시에 제 2 솔레노이드밸브(76)를 진공연결관(75a)을 열도록 작동하여 진공탱크(75)와 제 2 에어벨로우즈(74)의 내부를 연계시킨다.
이 제 2 에어벨로우즈(74)는 내부의 공기가 압력차에 의해 진공탱크(75)로 빨려들어가면서 수축되어 증발기탱크(60) 내부의 공간을 팽창시켜 내부 압력을 저압(2kg/cm2)으로 유지한다.
이렇게 리시버탱크(30) 내부의 압력이 고압으로 증발기탱크(60)의 압력이 저압으로 유지되면 그 압력 차이에 의해서 리시버탱크(30)에 저장된 냉매가 팽창밸브(40)를 지나면서 저온, 저압의 상태로 팽창되어 분무상태로 만들어져 증발기(50)로 공급되고 이 증발기(50)에서 냉매가 기화되면서 외부 공기의 열을 빼앗아 냉각공기를 생성하게 되는 것이다.
그리고 상기 증발기(50)에서 사용된 냉매는 증발기탱크(60) 내부로 유입되어 엔진(1)이 재작동하기 전까지 일시적으로 저장되는 것이다.
엔진(1)이 재작동하면 압축기(10)와 응축기(20)가 작동되며, 이 경우 제 1 솔레노이드밸브(73)는 압축공기공급관(72a)을 차단하고 제 1 에어벨로우즈(71)의 내부에 채워진 압축공기를 배출시켜 냉매 압력에 의해 제 1 에어벨로우즈(71)가 수축되어 초기상태로 복귀하도록 하는 것이다.
또 제 2 솔레노이드밸브(76)는 진공연결관(75a)을 차단하고 팽창지지스프링(74a)의 탄성복원력에 의해 제 2 에어벨로우즈(74)가 팽창되도록 외부공기를 유입 시켜 팽창지지스프링(74a)의 복원에 의해 제 2 에어벨로우즈(74)가 초기상태로 팽창되는 것이다.
이렇게 제 1 에어벨로우즈(71)와 제 2 에어벨로우즈(74)가 초기상태로 복귀되면서 다시 엔진(1) 정시 시 반복하여 작동되는 것이며 압축기(10)와 응축기(20)가 작동되면서 냉매는 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(40), 증발기(50)를 순환하면서 냉각된 공기를 발생시키게 되는 것이다.
상기한 본 발명의 구성에 의하면, 차량 정차 시 축전지 전원을 소비하지 않고 리시버탱크에 저장된 냉매를 압력차로 증발기로 공급하여 일시적인 냉방을 수행함으로써 하이브리드 전기 자동차의 축전지 전원을 절약하여 차량 출발 및 가속 시에 필요한 구동모터의 작동 전원을 유지할 수 있는 것이다.
또 정차 시 에어컨 작동을 위한 별도의 압축기 및 응축기의 작동 동력원이 불필요함으로 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.
따라서 하이브리드 전기 자동차의 축전지 효율을 높이고, 이에 따라 차량의 연비와 출력을 향상시킬 수 있어 차량의 상품성을 증대시킬 수 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 엔진(1)의 구동에 의해 냉매를 고온 고압의 기체상태로 압축시키는 압축기(10)와;
    상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 공급받아 열을 방출하고 응축시키는 응축기(20)와;
    상기 응축기(20)로부터 응축된 고압의 액체 냉매를 저장하는 리시버탱크(30)와;
    상기 리시버탱크(30)의 고압의 냉매를 증발하기 쉽도록 분무상태로 만드는 팽창밸브(40)와;
    상기 팽창밸브(40)에 연결되어 분무상태의 냉매를 흡열작용에 의해 증발시켜 냉기를 발생시키며, 압축기(10)에 연결되어 사용된 냉매를 압축기(10)로 이송하는 증발기(50)와;
    증발기(50)와 압축기(10) 사이에 구비되며 내부에 냉매를 저장할 수 있는 증발기탱크(60)와;
    상기 리시버탱크(30)와 증발기탱크(60)에 구비되어 이 두 탱크에 압력차를 발생시켜 엔진정지 시 리시버탱크(30)에 저장된 냉매를 팽창밸브(40)를 통해 증발기(50)로 공급하고 사용된 냉매를 증발기탱크(60)의 내부에 저장하도록 하는 압력차발생수단(70)으로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 압력차발생수단(70)은 상기 리시버탱크(30)의 내부에 장착되며, 내부에 공기가 유입되어 팽창, 수축되는 제 1 에어벨로우즈(71)와;
    상기 제 1 에어벨로우즈(71)에 압축공기를 공급하는 압축공기공급관(72a)으로 연결되며 내부에 압축공기가 저장되는 압축공기탱크(72)와;
    상기 압축공기탱크(72)의 압축공기공급관(72a)에 장착되며 엔진(1) 상태에 따라 제 1 에어벨로우즈(71)의 내부에 압축공기를 공급, 배출하도록 작동하는 제 1 솔레노이드밸브(73)와;
    상기 증발기탱크(60) 내부에 장착되며, 내부에 팽창된 상태를 탄성적으로 지지하는 팽창지지스프링(74a)이 구비되며 팽창, 수축이 가능한 제 2 에어벨로우즈(74)와;
    상기 제 2 에어벨로우즈(74)에 진공연결관(75a)으로 연결되며 내부가 진공상태인 진공탱크(75)와;
    상기 진공탱크(75)의 진공연결관(75a)에 장착되며 엔진(1) 정지 시 열리는 제 2 솔레노이드밸브(76)로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1, 2 솔레노이드밸브(73, 76)는 차량의 전자제어장치(ECU)에 연계되어 엔진(1)의 정지, 작동을 감지하여 이 상태에 따라 작동하며 제 1 솔레노이드밸브(73)는 엔진(1) 작동 시 제 1 에어벨로우즈(71) 내부의 공기를 배출하여 제 1 에어벨로우즈(71)를 수축시킴으로써 초기상태로 복귀시키고, 엔진(1) 정지 시 압축공기공급관(72a)을 열어 압축공기탱크(72)로 부터 압축공기를 제 1 에어벨로우즈(71) 내부로 공급하고 제 2 솔레노이드밸브(76)는 엔진(1)의 정지 시에 진공연결관(75a)을 열어 진공탱크(75)와 제 2 에어벨로우즈(74)를 연계시키고 엔진(1) 작동 시에 팽창지지스프링(74a)에 의해 팽창될 경우 외부공기가 유입되도록 열리는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치.
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