KR20100005751A - 축열 인터쿨러 및 이를 포함하는 공조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축열 인터쿨러 및 이를 포함하는 공조 시스템에 관한 것으로서, 터보과급기(Turbo Charger)를 통해 공급되는 고온의 흡기를 열교환하는 인터쿨러에 축열부가 형성되어 폐열을 용이하게 저장하고, 이를 난방원으로 사용함으로써 난방성능을 향상시키고 에너지를 저감할 수 있는 축열 인터쿨러 및 이를 포함하는 공조 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 공조 시스템(1000)은 엔진(300); 상기 엔진(300)에 과급 공기를 공급하는 터보과급기(200); 상기 터보과급기(200)와 엔진(300) 사이에 상기 과급 공기를 냉각하는 인터쿨러(100); 상기 엔진(300)에 인접하여 형성되고 제1열교환매체를 순환시켜 상기 엔진(300)을 냉각하는 엔진 냉각부(400); 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 열교환기(600); 상기 엔진 냉각부(400)를 통해 엔진(300)열을 흡수한 제1열교환매체가 상기 열교환기(600)로 이송되는 제1공급로(410); 및 상기 열교환기(600) 내부를 유동하여 열교환된 제1열교환매체가 다시 상기 엔진 냉각부(400)로 이송되는 제1배출로(420); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 축열 인터쿨러 및 이를 이용한 공조 시스템은 인터쿨러 내부 과급 공기의 흐름에는 영향을 주지 않으면서도 과급 공기가 유동되는 전체 영역에 축열부가 일체로 형성되어 소형화가 가능하며 과급 공기를 효과적으로 냉각할 수 있어 인터쿨러의 열교환 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 축열 인터쿨러 및 이를 이용한 공조 시스템은 축열 인터쿨러의 열을 난방원으로 이용함으로써 난방에 이용되는 에너지를 절약할 수 있으며, 엔진열이 크지 않아 난방이 어려운 최초 가동시에도 효과적으로 난방이 가능하고 축열재에 저장된 온기를 이용하여 난방함으로써 사용자의 난방 쾌적성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
터보과급기, 축열, 인터쿨러, 열교환기

Description

축열 인터쿨러 및 이를 포함하는 공조 시스템{Hot reserving Intercooler And Air conditioner System for an Automobile equipped with same}
본 발명은 축열 인터쿨러 및 이를 포함하는 공조 시스템에 관한 것으로서, 터보과급기(Turbo Charger)를 통해 공급되는 고온의 흡기를 열교환하는 인터쿨러에 축열부가 형성되어 폐열을 용이하게 저장하고, 이를 난방원으로 사용함으로써 난방성능을 향상시키고 에너지를 저감할 수 있는 축열 인터쿨러 및 이를 포함하는 공조 시스템에 관한 것이다.
근래 자동차 산업에 있어서 세계적으로 환경과 에너지에 대한 관심이 높아짐에 따라 연비 개선을 위한 연구가 이루어지고 있으며 다양한 소비자의 욕구를 만족시키기 위해 경량화ㆍ소형화 및 고기능화를 위한 연구개발이 꾸준히 이루어지고 있다. 특히, 동력과 전기에너지를 동시에 사용하는 하이브리드 차량에 대한 연구 개발이 증가되는 추세이다.
상기 하이브리드 차량뿐만 아니라 기존 내연기관을 이용한 차량의 경우에도 에너지를 절감하기 위한 다양한 방법이 고안되고 있으며, 이에 따라 자동차 실내의 난방에 사용할 열원이 부족한 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 일본특허공개 2006-176042호(발명의 명칭 : 폐열 회수 장치 및 이를 위한 열교환기)가 제안된 바 있으며, 폐열 회수 장치를 도 1에 도시하였다.
상기 도 1에 도시한 폐열 회수 장치(10)는 공조장치(7)의 엔진 냉각수와 공기가 열교환되는 열교환기(6)에 엔진 배기가스의 폐열을 회수한 열교환매체가 더 유동되어 상기 열교환매체, 엔진냉각수, 및 공기 간에 각각 열교환이 이루어져 상기 배기가스의 폐열을 난방을 위한 열원으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
더욱 상세하게, 상기 폐열 회수 장치(10)는 엔진(1)의 배기관(2)에 접속되어 배기가스와 열교환되는 열교환매체가 유동되어 배기가스의 열을 회수하는 열 회수 장치(3)를 포함하는 배기가스열 회수 회로(4), 상기 엔진(1)을 냉각하기 위해 순환되는 엔진냉각수 회로(5), 상기 엔진냉각수 회로(5)를 순환한 냉각수 및 상기 배기가스열 회수 회로(4)를 순환한 열교환매체가 유동되어 외부의 공기와 열교환되는 열교환기(6)를 포함하여 형성된다.
상기 폐열 회수 장치는 엔진 작동에 따라 발생되는 배기가스의 폐열을 이용함으로써 난방에 소요되는 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있으나, 엔진 구동에 의한 배기가스의 폐열을 이용하므로 차량의 초기 구동시에는 상기 폐열 회수 장치에 의한 효과를 얻기 어려운 문제점이 있다.
특히, 상기 문제점은 외부 온도가 낮은 겨울철의 장기 주차후 차량을 이용할 경우에 자동차 실내 난방을 위한 열원을 마련하기 어려워 효율적인 난방이 어려우며, 사용자의 온도 쾌적성을 더욱 저하시키게 된다.
한편, 내연기관에서 공기의 흡입시, 밸브가 열려있는 짧은 시간 동안 충분한 흡기가 어려워 공기 밀도를 높이기 위해 터보과급기가 이용되고 있다.
그러나 상기 터보과급기에 의해 과급된 공기는 고온으로 밀도가 내려가므로 엔진 성능을 유지하기 위해 상기 터보과급기에 의해 과급된 고온ㆍ고압의 공기는 인터쿨러(Intercooler)를 이용하여 냉각한 후 엔진에 공급하고 있다.
즉, 상기 인터쿨러는 상기 터보과급기에 의해 공기가 압축되는 과정에서 온도가 상승되고, 상기 온도의 상승에 의해 산소의 밀도가 떨어져 결과적으로 실린더 내의 충전 효율이 오히려 저하되는 문제점을 해결하기 위한 구성으로, 특히 발열량이 많은 고성능 엔진 장착 차량에 필수적인 부품이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인터쿨러에 일체로 축열부가 형성되어 과급 공기의 열교환율을 증가시키고, 별도의 장치가 구비되는 공간이 필요치 않아 차량의 소형화ㆍ경량화를 이룰 수 있도록 하는 축열 인터쿨러를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 축열 인터쿨러 내부의 축열재를 순환하거나 상기 인터쿨러 내부의 공기와 연결되는 매체가 순환되어 자동차 실내에 공급되는 공기를 가열함으로써 상기 인터쿨러 내부를 유동하는 과급 공기의 폐열을 난방원으로 사용함으로써 난방에 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 자동차의 초기 구동시에도 빠르게 난방할 수 있어 사용자의 난방 쾌적성을 향상시킬 수 있는 축열 인터쿨러 및 이를 포함하는 공조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 공조 시스템(1000)은 엔진(300); 상기 엔진(300)에 과급 공기를 공급하는 터보과급기(200); 상기 터보과급기(200)와 엔진(300) 사이에 상기 과급 공기를 냉각하는 인터쿨러(100); 상기 엔진(300)에 인접하여 형성되고 제1열교환매체를 순환시켜 상기 엔진(300)을 냉각하는 엔진 냉각부(400); 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 열교환기(600); 상기 엔진 냉각부(400)를 통해 엔진(300)열을 흡수한 제1열교환매체가 상기 열교환 기(600)로 이송되는 제1공급로(410); 및 상기 열교환기(600) 내부를 유동하여 열교환된 제1열교환매체가 다시 상기 엔진 냉각부(400)로 이송되는 제1배출로(420); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공조 시스템(1000)은 상기 인터쿨러(100)에 인접하여 형성되고 제2열교환매체를 순환시켜 상기 인터쿨러(100)를 냉각하는 인터쿨러 냉각부(500)가 형성되며, 상기 인터쿨러 냉각부(500)의 제2열교환매체는 상기 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기와 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 것을 특징으로 하고, 상기 공조 시스템(1000)은 상기 인터쿨러 냉각부(500)를 통해 과급 공기의 열을 흡수한 제2열교환매체가 상기 열교환기(600)로 이송되는 제2공급로(510); 및 상기 열교환기(600) 내부를 유동하여 열교환된 제1열교환매체 및 제2열교환매체 혼합물이 다시 상기 인터쿨러 냉각부(500)로 이송되는 제2배출로(520)가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 공조 시스템(1000)은 상기 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 제1보조열교환기(700); 상기 인터쿨러 냉각부(500)를 통해 과급 공기의 열을 흡수한 제2열교환매체가 상기 제1보조열교환기(700)로 이송되는 제3공급로(710); 및 상기 제1보조열교환기(700) 내부를 유동하여 열교환된 제2열교환매체가 다시 상기 인터쿨러 냉각부(500)로 이송되는 제3배출로(720)가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 인터쿨러(100)는 내부에 축열재가 유동되는 축열부(120)가 형성되고, 상기 공조 시스템(1000)은 상기 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환 되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 제2보조열교환기(800); 상기 축열부(120)로부터 상기 제2보조열교환기(800)로 축열재가 이송되는 제4공급로(810); 상기 제2보조열교환기(800) 내부를 유동하여 열교환된 축열재가 다시 상기 축열부(120) 내부로 이송되는 제4배출로(820); 및 상기 제4공급로(810)의 전단부에 형성되어 온도에 따른 축열재순환여부를 제어하는 축열재순환제어부(830)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 공조 시스템(1000)은 상기 제4공급로(810), 및 제4배출로(820)에 온도센서(831) 및 제어밸브(832)가 각각 형성되고, 상기 축열재순환제어부(830)는 상기 온도센서(831)를 통해 축열재의 상태를 판단하여 상기 제어밸브(832)를 조절함으로써 상기 축열재가 액체 상태일 때 상기 제4공급로(810), 제2보조열교환기(800), 및 제4배출로(820)를 유동하도록 하며, 상기 축열재가 고체 상태일 때는 상기 인터쿨러(100)의 축열부(120)에 저장되도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상술한 바와 같은 공조 시스템(1000)의 상기 인터쿨러(100)는 중력방향으로 복수개의 유로가 형성되되, 복수의 유로 중 적어도 하나의 유로가 상기 터보과급기(200)를 통해 공급되는 과급 공기가 유동되는 공기 유로(111a, 111b)이고, 적어도 하나의 유로가 축열재가 저장 또는 유동되는 축열부(120)인 복수개의 튜브(130); 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(150); 상기 튜브(130)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(130)와 연통되는 탱크(140); 상기 탱크(140)에 연결되어 과급 공기가 유입되는 입구 파이프(131) 및 배출되는 출구 파이프(132); 를 포함하여 형성 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브(130)는 상기 공기 유로(111a, 111b) 및 축열부(120)가 형성된 한 쌍의 플레이트(110)가 접합되어 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 플레이트(110)는 상기 공기 유로(111a, 111b)가 좌ㆍ우 양측으로 각각 형성되고, 상기 축열부(120)가 상기 좌ㆍ우 공기 유로(111a, 111b) 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 축열 인터쿨러(100)는 상기 축열부(120)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(130) 간 축열재가 유통되는 홀(121)이 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 플레이트(110)는 좌ㆍ우 공기 유로(111a, 111b) 간에 상기 과급 공기가 연통되도록 상기 축열부(120)의 상부 또는 하부 영역에도 과급 공기가 유통되는 연통부(133)가 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 축열재의 융점은 65 내지 90 ℃인 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 축열 인터쿨러 및 이를 이용한 공조 시스템은 인터쿨러 내부 과급 공기의 흐름에는 영향을 주지 않으면서도 과급 공기가 유동되는 전체 영역에 축열부가 일체로 형성되어 소형화가 가능하며 과급 공기를 효과적으로 냉각할 수 있어 인터쿨러의 열교환 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 축열 인터쿨러 및 이를 이용한 공조 시스템은 축열 인터쿨러의 열을 난방원으로 이용함으로써 난방에 이용되는 에너지를 절약할 수 있으며, 엔진열이 크지 않아 난방이 어려운 최초 가동시에도 효과적으로 난방이 가능하고 축열재에 저장된 온기를 이용하여 난방함으로써 사용자의 난방 쾌적성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 축열 인터쿨러(100) 및 이를 포함하는 공조 시스템(1000)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 축열 인터쿨러(100)의 사시도이고, 도 3은 상기 도 2에 도시한 튜브(130)의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 축열 인터쿨러(100)의 연통부(133)가 형성된 플레이트(110)의 정면도이고, 도 5는 상기 도 2에 도시한 축열 인터쿨러(100)의 과급 공기 흐름 개략도이며, 도 6은 본 발명에 따른 축열 인터쿨러(100)의 다른 튜브(130)의 분해사시도이고, 도 7은 상기 도 6에 도시한 플레이트(110)의 정면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 공조 시스템(1000)을 나타낸 개략도이고, 도 9는 본 발명에 따른 공조 시스템(1000)을 나타낸 다른 개략도이며, 도 10은 본 발명에 따른 공조 시스템(1000)을 나타낸 또 다른 개략도이다.
본 발명에 따른 축열 인터쿨러(100)는 터보과급기(200)를 통해 엔진(300)으로 공급되는 과급 공기를 냉각하기 위한 구성으로, 더욱 상세하게, 중력방향으로 복수개의 유로가 형성되되, 복수의 유로 중 적어도 하나의 유로가 상기 터보과급 기(200)를 통해 공급되는 과급 공기가 유동되는 공기 유로(111a, 111b)이고, 적어도 하나의 유로가 축열재가 저장 또는 유동되는 축열부(120)인 복수개의 튜브(130); 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(150); 상기 튜브(130)와 튜브(130)를 연통하는 탱크(140); 과급 공기가 유입되는 입구 파이프(131) 및 배출되는 출구 파이프(132)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 튜브(130)는 상기 공기 유로(111a, 111b) 및 축열부(120)가 형성된 한 쌍의 플레이트(110)가 접합되어 형성되는 것이 바람직하다.
상기 도 2 내지 도 5에 도시한 축열 인터쿨러(100)는 상기 플레이트(110)가 좌ㆍ우 양측으로 한 쌍이 접합되어 상기 튜브(130)를 형성하며, 상기 플레이트(110)는 상기 과급 공기가 유동되는 공기 유로(111a, 111b)가 각각 형성되고, 축열부(120)가 일체로 형성된 예를 도시하였다.
상기 공기 유로(111a, 111b)를 형성하는 플레이트(110)에는 외부 매체와의 열교환성능을 높이기 위해 상기 플레이트(110) 면의 내측 또는 외측으로 돌출되는 비드(112)가 복수개 형성될 수 있으며, 상기 축열부(120)를 형성하는 플레이트(110)에도 비드(112)가 형성될 수 있고, 상기 공기 유로(111a, 111b)와의 접촉면적을 넓히기 위한 돌출부(114)가 상기 플레이트(110)의 가로방향으로 형성될 수 도 있다.(도 6 및 도 7 참조)
상기 축열부(120)는 축열재가 저장되는 공간으로, 다양하게 형성가능하나, 가장 바람직하게는 상기 과급 공기의 폐열을 효율적으로 흡수할 수 있도록 상기 좌ㆍ우 공기 유로(111a, 111b) 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 축열 인터쿨러(100)는 상기 축열부(120)가 형성됨으로써 과급 공기를 효과적으로 냉각할 수 있고, 상기 축열재의 온기를 이용하여 공조 시스템(1000)의 난방에 이용될 수 있으며, 상기 공조 시스템(1000)과 관련한 내용은 추후 다시 설명한다.
상기 튜브(130)는 한 쌍의 플레이트(110)가 접합되어 형성되며, 상기 튜브(130)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(130)와 연통되는 탱크(140)가 형성되어, 입구 파이프(131)를 통해 유입된 과급 공기는 상기 복수개의 튜브(130) 내부의 공기 유로(111a, 111b)를 유동하며 외부의 공기 또는 제2열교환매체와 열교환되고 상기 출구 파이프(132)를 통해 배출되어 상기 엔진(300)으로 공급된다.
상기 탱크(140)는 상기 플레이트(110) 상부 또는 하부에 공기유동컵(113)이 형성되고 이들의 접합에 의해 형성될 수 있다.
이 때, 상기 플레이트(110)는 상기 과급 공기의 흐름을 조절하여 좌ㆍ우 공기 유로(111a, 111b) 간에 과급 공기가 연통되도록 상기 축열부(120)의 상부 또는 하부 영역에도 과급 공기가 유통되는 연통부(133)가 형성되어 과급 공기의 흐름을 조절할 수 있다.
상기 연통부(133)는 과급 공기의 흐름을 조절함과 동시에 상기 과급 공기와 축열부(120)가 접촉되는 면적을 늘려 축열부(120)에 의한 효과를 높일 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 축열 인터쿨러(100)의 과급 공기 흐름을 나타낸 일실시예로, 상기 과급 공기의 흐름은 상술한 바와 같이, 연통부(133)가 형성되는 영 역, 내부 배플의 위치에 따라 다양한 경로를 가질 수 있으며, 상기 도 5에 도시한 축열 인터쿨러(100)는 상부에 형성된 입구 파이프(131)를 통해 일측 탱크(140)(상측)로 과급 공기가 유입되어 상기 후열 튜브(130) 내부의 일측 공기 유로(111b)를 따라 타측 탱크(140)(하측) 및 일측 탱크(140)로 이동된 후, 상기 연통부(133)를 통해 전열 튜브(130)로 이동되고, 상기 튜브(130)의 타측 공기 유로(111a)를 따라 타측 탱크(140) 및 다시 일측 탱크(140)로 이동된 후 상기 출구 파이프(132)를 통해 배출된다.
더욱 상세히 설명하면, 본 발명의 축열 인터쿨러(100)는 상기 탱크(140)의 양측에 입구 파이프(131), 및 출구 파이프(132)가 각각 형성되고, 상기 입구 파이프(131)를 통해 유입된 과급 공기는 일측 탱크(140)(후열)로 유입되어 일측 공기 유로(111b)를 통해 타측 탱크(140)로 이동되는 제1영역(A1), 상기 제1영역에 이웃하여 위치되며 상기 타측 탱크(140)로 이동된 과급 공기가 상기 일측 공기 유로(111b)를 통해 다시 일측 탱크(140)로 이동되는 제2영역(A2), 상기 일측 탱크(140)의 연통부(133)를 통해 이동된(후열에서 전열방향) 과급 공기가 타측 공기 유로(111a)를 통해 타측 탱크(140)로 이동되는 제3영역(A3), 및 상기 제3영역에 이웃하여 형성되고 상기 타측 탱크(140)로 이동된 과급 공기가 상기 타측 공기 유로(111a)를 통해 다시 일측 탱크(140)로 이동되는 제4영역(A4)을 거쳐 상기 출구 파이프(132)를 통해 배출된다.
위에서 살펴본 바와 같이, 상기 축열부(120)는 상기 인터쿨러(100) 내부의 과급 공기 흐름에는 영향을 주지 않으면서도 과급 공기의 유동 전체 영역과 맞닿아 축열 효과를 높이고, 인터쿨러(100)의 효과를 저해하지 않으면서도 소형화가 가능한 장점이 있으며, 최초 가동시 외부의 매체(공기 또는 제2열교환매체) 뿐만 아니라 상기 축열재에 의해 냉각되어 상기 과급 공기의 온도를 효과적으로 낮출 수 있고, 상기 터보과급기(200)가 중지된 경우에도 상기 축열부(120)의 축열재에 저장된 온기를 이용하여 난방 시스템(1000)에 이용할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 축열 인터쿨러(100)를 구성하는 다른 튜브(130) 및 플레이트(110)를 나타낸 도면으로, 상기 도 2 내지 도 5에 도시한 형태와 비교하여 상기 냉매유출입컵 및 홀(121)이 상부 또는 하부(도면에서는 상부)에만 형성되어 있는 예를 도시하였다.
본 발명의 축열 인터쿨러(100)는 상기 도 2 내지 도 7에 도시한 형태 외에도 다양한 플레이트(110)를 이용하여 다양한 과급 공기 흐름을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 공조 시스템(1000)은 엔진(300), 터보과급기(200), 인터쿨러(100), 엔진 냉각부(400), 열교환기(600), 제1공급로(410), 및 제1배출로(420)를 포함하여 형성된다. 이 때, 상기 축열 인터쿨러(100) 내부의 과급 공기 폐열을 난방원으로 이용할 수 있도록 인터쿨러 냉각부(500)가 형성될 수 있다.
일반적으로, 공조 시스템(1000)은 엔진(300) 구동시 발생되는 폐열을 이용하여 난방을 수행하는 데, 상세하게는 엔진(300)에 인접하여 제1열교환매체를 순환시켜 엔진(300)을 냉각하는 엔진 냉각부(400)가 형성되고, 상기 제1공급로(410)를 통 해 열교환기(600)로 상기 제1열교환매체가 이동되어 자동차 실내로 공급되는 공기가 상기 제1열교환매체와 열교환되어 가열된 상태로 공급되고, 상기 제1열교환매체는 냉각되어 상기 제1배출로(420)를 통해 상기 엔진 냉각부(400)로 순환되는 제1열교환매체 순환 회로가 이용된다.
본 발명의 공조 시스템(1000)은 일반적인 형태의 인터쿨러(100) 뿐만 아니라 상술한 바와 같은 축열부(120)가 형성된 축열 인터쿨러(100)가 이용될 수 있으며, 아래에서는 축열 인터쿨러(100)로 지칭하여 설명하였고, 도면에서는 이를 구분하지 않고 동일한 부호 100번으로 도시하였다.
단, 본 발명에 따른 공조 시스템(1000)의 한 형태인 축열재가 순환되는 실시예는 상기 축열부(120)가 형성된 축열 인터쿨러(100)에만 적용될 수 있으며, 이를 도 10에 도시하고 아래에서 다시 설명한다.
도 8은 상기 축열 인터쿨러(100)를 냉각하는 제2열교환매체가 순환되는 인터쿨러 냉각부(500)가 형성되어 상기 제2열교환매체가 상기 열교환기(600)로 공급되도록 함으로써 상기 과급 공기의 열을 난방원으로 이용하는 예를 도시하였다.
상기 도 8에 도시한 공조 시스템(1000)은 동일한 열교환기(600)로 제1열교환매체(엔진(300) 냉각용) 및 제2열교환매체(인터쿨러(100) 냉각용)가 유입되므로, 상기 제1열교환매체와 제2열교환매체가 동일 물질이거나 섞여 순환되어도 무방한 경우에 적용될 수 있으며, 상기 축열 인터쿨러(100)에 인접하여 형성되고 제2열교환매체를 순환시켜 상기 축열 인터쿨러(100)를 냉각하는 인터쿨러 냉각부(500), 상기 인터쿨러 냉각부(500)를 통해 과급 공기의 열을 흡수한 제2열교환매체가 상기 열교환기(600)로 이송되는 제2공급로(510), 및 상기 열교환기(600) 내부를 유동하여 열교환된 제1열교환매체 및 제2열교환매체 혼합물이 다시 상기 인터쿨러 냉각부(500)로 이송되는 제2배출로(520)가 형성된다.
즉, 상기 제2공급로(510)는 상기 인터쿨러 냉각부(500)와 제1공급로(410)를 연결하고, 제2배출로(520)는 상기 인터쿨러 냉각부(500)와 제1배출로(420)를 연결하는 구성으로, 상기 제2공급로(510) 및 제2배출로(520)에는 상기 인터쿨러 냉각부(500) 및 열교환기(600)를 순환하는 열교환매체의 양을 조절할 수 있도록 복수개의 제어밸브(미도시)가 형성될 수 있다.
도 9는 기본적인 구성은 동일하되, 상기 열교환기(600)의 제1열교환매체가 순환되는 공간과는 독립적으로 형성되어 상기 열교환기(600)와 같이 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 제1보조열교환기(700)가 형성됨으로써 상기 인터쿨러 냉각부(500) 내부의 제2열교환매체가 상기 제1보조열교환기(700)를 통해 냉각되어 순환되는 형태를 나타내었다.
이 때, 상기 도 9는 상기 제1보조열교환기(700)는 상기 열교환기(600)와 별도의 구성으로 나란하게 형성된 예를 도시하였으나, 상기 제1열교환매체와 제2열교환매체가 서로 혼합되지 않는 형태라면 상기 열교환기(600)와 일체로 형성되어도 무방하다.
더욱 상세하게, 상기 도 9에 도시한 공조 시스템(1000)은 상기 엔진(300)을 냉각하는 엔진 냉각부(400), 열교환기(600), 상기 엔진 냉각부(400)와 열교환 기(600)를 연통하는 제1공급로(410) 및 제1배출로(420)를 포함하는 제1열교환매체 순환 회로와 함께, 상기 축열 인터쿨러(100)를 냉각하는 인터쿨러 냉각부(500), 제1보조열교환기(700), 상기 인터쿨러 냉각부(500)와 제1보조열교환기(700)를 연결하는 제3공급로(710), 및 제4배출로(820)를 포함하는 제2열교환매체 순환 회로가 독립적으로 구성된다.
상기 제3공급로(710)는 상기 인터쿨러 냉각부(500)를 통해 과급 공기의 열을 흡수한 제2열교환매체가 상기 제1보조열교환기(700)로 이송되는 공간을 의미하며, 상기 제3배출로(720)는 상기 제1보조열교환기(700) 내부를 유동하여 열교환된 제2열교환매체가 다시 상기 인터쿨러 냉각부(500)로 이송되는 공간을 의미한다.
한편, 본 발명의 공조 시스템(1000)은 상기 축열 인터쿨러(100)의 축열재가 직접 유동하여 실내 난방을 담당하도록 할 수 있으며, 이를 도 10에 도시하였다.
상기 도 10에 도시한 공조 시스템(1000)은 상기 도 8 및 도 9에 도시한 축열 인터쿨러(100)를 냉각하는 인터쿨러 냉각부(500)의 구성이 삭제되고, 상기 엔진(300)을 냉각하는 엔진 냉각부(400), 열교환기(600), 상기 엔진 냉각부(400)와 열교환기(600)를 연통하는 제1공급로(410) 및 제1배출로(420)를 포함하는 제1열교환매체 순환 회로와 함께, 상기 축열 인터쿨러(100), 제2보조열교환기(800), 상기 축열 열교환기(600)와 제2보조열교환기(800)를 연결하는 제4공급로(810), 제4배출로(820), 및 축열재순환제어부(830)를 포함하는 축열재 순환 회로가 구성된다.
상기 제2보조열교환기(800)는 상기 열교환기(600), 및 제1보조열교환기(700) 와 마찬가지로 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 장치로서, 상기 열교환기(600)에 인접하여 별도로 형성될 수도 있고, 상기 제1열교환매체와 축열재가 독립적으로 유동되는 구조라면 일체로 형성될 수 있다.
상기 제4공급로(810)는 상기 축열 인터쿨러(100)의 축열부(120)로부터 상기 제2보조열교환기(800)로 축열재가 이송되는 공간이며, 상기 제4배출로(820)는 상기 제2보조열교환기(800) 내부를 유동하여 열교환된 축열재가 다시 상기 축열부(120) 내부로 이송되는 공간이다.
이 때, 상기 축열재는 온도에 의해 고체, 액체 상태로 상변이가 이루어지므로, 상기 공조 시스템(1000)은 상기 축열재순환제어부(830)에 의해 축열재 상태를 파악하여 상기 축열재 순환 회로가 원활히 형성되도록 한다.
상세하게, 상기 공조 시스템(1000)은 상기 제4공급로(810), 및 제4배출로(820)에 온도센서(831) 및 제어밸브(832)가 각각 형성되고, 상기 축열재순환제어부(830)는 상기 온도센서(831)를 통해 축열재의 상태를 판단하여 상기 제어밸브(832)를 조절함으로써 상기 축열재가 액체 상태일 때 상기 제4공급로(810), 제2보조열교환기(800), 및 제4배출로(820)를 유동하며, 상기 축열재가 고체 상태일 때는 상기 인터쿨러(100)의 축열부(120)에 저장되도록 한다.
즉, 상기 축열재는 충분한 온기를 저장할 때 까지는 상기 축열 인터쿨러(100) 내부의 축열부(120)에 위치되고, 온기가 저장된 액체 상태의 축열재는 상기 축열재순환제어부(830)에 의해 상기 제2보조열교환기(800)로 이동되어 열교환된 후 다시 상기 축열부(120)로 이송된다.
아울러, 상기 축열재의 융점은 상기 터보과급기(200)에 의한 과급 공기에 의해 액체화되어 유동될 수 있도록 65 내지 90 ℃인 것이 바람직하다.
상기 도 8 및 도 9는 축열재가 직접 순환되지 않으므로, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 축열재 장입을 위한 축열재장입부(141) 및 상기 축열재의 장입시에는 축열부(120) 내부의 공기가 배출도록 하는 공기배출부(142)가 형성되고, 상기 축열재장입부(141) 및 공기배출부(142)는 장입한 후 실링수단 및 마개에 의해 밀폐되도록 형성된다.
한편, 도 10에 도시한 공조 시스템(1000)은 상기 축열재가 직접 순환되므로 상기 제4공급로(810) 및 제4배출로(820)는 각각 상기 축열부(120)의 일측과 타측에 연결되어 상기 축열부(120) 내부와 연통되도록 형성된다.
이 때, 상기 제4공급로(810) 및 제4배출로(820)와의 연결을 용이하게 하기 위하여 축열재가 배출 또는 유입되는 공간이 파이프 형태로 형성될 수 도 있다.
이와 같이, 본 발명의 공조 시스템(1000)은 축열 인터쿨러(100) 내부 과급 공기의 폐열을 이용하여 보조 난방원으로 이용함으로써 난방에 이용되는 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 초기에 구동되는 터보과급기(200)의 과급 공기 열을 이용함으로써 엔진(300)열이 발생되기 이전의 최초 난방이 용이하게 이루어지도록 하고, 상기 축열부(120)에 의해 온기가 저장됨으로써 사용자의 난방 쾌적성을 더욱 상승시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 도 8 내지 도 10에서 공조 시스템(1000)의 냉방을 담당하는 증발기 및 각 벤트로의 공기 흐름을 조절하는 도어 등의 구성을 도시하지 않았으나, 본 발명의 공조 시스템(1000)은 자동차 실내의 각 부분에 공기가 배출되는 벤트, 상기 벤트로의 흐름을 조절하는 도어, 공기를 냉방하는 증발기 등의 구성이 추가 형성된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 종래의 폐열 회수장치를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 축열 인터쿨러의 사시도.
도 3은 상기 도 2에 도시한 튜브의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 따른 축열 인터쿨러의 연통부가 형성된 플레이트의 정면도.
도 5는 본 발명에 따른 축열 인터쿨러의 과급 공기 흐름 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 축열 인터쿨러의 다른 튜브의 분해사시도.
도 7은 상기 도 6에 도시한 플레이트의 정면도.
도 8은 본 발명에 따른 공조 시스템을 나타낸 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 공조 시스템을 나타낸 다른 개략도.
도 10은 본 발명에 따른 공조 시스템을 나타낸 또 다른 개략도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
100 : 축열 인터쿨러
110 : 플레이트 111a, 111b : 유로
112 : 비드 113 : 공기유동컵
114 : 돌출부
120 : 축열부 121 : 홀
130 : 튜브 131 : 입구 파이프
132 : 출구 파이프 133 : 연통부
140 : 탱크 141 : 축열재장입부
142 : 공기배출부
150 : 핀
A1 ~ A4 : 과급 공기의 각 열교환영역
200 : 터보과급기
300 : 엔진
400 : 엔진 냉각부
410 : 제1공급로 420 : 제1배출로
500 : 인터쿨러 냉각부
510 : 제2공급로 520 : 제2배출로
600 : 열교환기
700 : 제1보조열교환기
710 : 제3공급로 720 : 제3배출로
800 : 제2보조열교환기
810 : 제4공급로 820 : 제4배출로
830 : 축열재순환제어부 831 : 온도센서
832 : 제어밸브
900 : 송풍부
1000 : 공조 시스템

Claims (12)

  1. 엔진(300);
    상기 엔진(300)에 과급 공기를 공급하는 터보과급기(200);
    상기 터보과급기(200)와 엔진(300) 사이에 상기 과급 공기를 냉각하는 인터쿨러(100);
    상기 엔진(300)에 인접하여 형성되고 제1열교환매체를 순환시켜 상기 엔진(300)을 냉각하는 엔진 냉각부(400);
    송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 열교환기(600);
    상기 엔진 냉각부(400)를 통해 엔진(300)열을 흡수한 제1열교환매체가 상기 열교환기(600)로 이송되는 제1공급로(410); 및
    상기 열교환기(600) 내부를 유동하여 열교환된 제1열교환매체가 다시 상기 엔진 냉각부(400)로 이송되는 제1배출로(420); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공조 시스템(1000)은 상기 인터쿨러(100)에 인접하여 형성되고 제2열교환매체를 순환시켜 상기 인터쿨러(100)를 냉각하는 인터쿨러 냉각부(500)가 형성되 며, 상기 인터쿨러 냉각부(500)의 제2열교환매체는 상기 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기와 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공조 시스템(1000)은
    상기 인터쿨러 냉각부(500)를 통해 과급 공기의 열을 흡수한 제2열교환매체가 상기 열교환기(600)로 이송되는 제2공급로(510); 및
    상기 열교환기(600) 내부를 유동하여 열교환된 제1열교환매체 및 제2열교환매체 혼합물이 다시 상기 인터쿨러 냉각부(500)로 이송되는 제2배출로(520)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공조 시스템(1000)은
    상기 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 제1보조열교환기(700);
    상기 인터쿨러 냉각부(500)를 통해 과급 공기의 열을 흡수한 제2열교환매체가 상기 제1보조열교환기(700)로 이송되는 제3공급로(710); 및
    상기 제1보조열교환기(700) 내부를 유동하여 열교환된 제2열교환매체가 다시 상기 인터쿨러 냉각부(500)로 이송되는 제3배출로(720)가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 인터쿨러(100)는 내부에 축열재가 유동되는 축열부(120)가 형성되고,
    상기 공조 시스템(1000)은
    상기 송풍부(900)를 통해 송풍된 공기가 열교환되어 자동차 실내의 온도가 상승되도록 하는 제2보조열교환기(800);
    상기 축열부(120)로부터 상기 제2보조열교환기(800)로 축열재가 이송되는 제4공급로(810); 상기 제2보조열교환기(800) 내부를 유동하여 열교환된 축열재가 다시 상기 축열부(120) 내부로 이송되는 제4배출로(820); 및
    상기 제4공급로(810)의 전단부에 형성되어 온도에 따른 축열재순환여부를 제어하는 축열재순환제어부(830)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공조 시스템(1000)은 상기 제4공급로(810), 및 제4배출로(820)에 온도 센서(831) 및 제어밸브(832)가 각각 형성되고,
    상기 축열재순환제어부(830)는 상기 온도센서(831)를 통해 축열재의 상태를 판단하여 상기 제어밸브(832)를 조절함으로써 상기 축열재가 액체 상태일 때 상기 제4공급로(810), 제2보조열교환기(800), 및 제4배출로(820)를 유동하도록 하며, 상기 축열재가 고체 상태일 때는 상기 인터쿨러(100)의 축열부(120)에 저장되도록 하는 것을 특징으로 하는 공조 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의한 공조 시스템(1000)의 상기 인터쿨러(100)는
    중력방향으로 복수개의 유로가 형성되되, 복수의 유로 중 적어도 하나의 유로가 상기 터보과급기(200)를 통해 공급되는 과급 공기가 유동되는 공기 유로(111a, 111b)이고, 적어도 하나의 유로가 축열재가 저장 또는 유동되는 축열부(120)인 복수개의 튜브(130); 상기 튜브(130) 사이에 개재되는 핀(150); 상기 튜브(130)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(130)와 연통되는 탱크(140); 상기 탱크(140)에 연결되어 과급 공기가 유입되는 입구 파이프(131) 및 배출되는 출구 파이프(132); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 축열 인터쿨러.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 튜브(130)는 상기 공기 유로(111a, 111b) 및 축열부(120)가 형성된 한 쌍의 플레이트(110)가 접합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 축열 인터쿨러.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 플레이트(110)는 상기 공기 유로(111a, 111b)가 좌ㆍ우 양측으로 각각 형성되고, 상기 축열부(120)가 상기 좌ㆍ우 공기 유로(111a, 111b) 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 축열 인터쿨러.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 축열 인터쿨러(100)는 상기 축열부(120)의 상부 또는 하부에 상기 튜브(130) 간 축열재가 유통되는 홀(121)이 형성되는 것을 특징으로 하는 축열 인터쿨러.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플레이트(110)는 좌ㆍ우 공기 유로(111a, 111b) 간에 상기 과급 공기가 연통되도록 상기 축열부(120)의 상부 또는 하부 영역에도 과급 공기가 유통되는 연통부(133)가 형성되는 것을 특징으로 하는 축열 인터쿨러.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 축열재의 융점은 65 내지 90 ℃인 것을 특징으로 하는 축열 인터쿨러.
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