KR20100059286A - Air conditioning system of vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A vehicle air-conditioner is provided to improve vehicle mileage and engine efficiency by operating a compressor using the pressure of exhaust gas. CONSTITUTION: A vehicle air-conditioner comprise a compressor(20), a condenser(30), an expanding unit(40), and an evaporator(50). The compressor receives the power delivered from the engine(10) of a vehicle and compresses refrigerant at a high temperature and a high pressure. The condenser condenses the compressed refrigerant. The expanding unit expands the refrigerant passed through the condenser. A turbine(60) generating the torque with exhaust gas is installed at the exhaust pipe(13) of the engine. The power of the turbine is delivered to the compressor by a power transfer unit(62).

Description

차량의 공조시스템{air conditioning system of vehicle}Air conditioning system of vehicle

본 발명은 차량의 공조시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 엔진 작동시 발생하는 배기가스의 압력을 이용하여 압축기를 구동하는 차량의 공조시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a vehicle air conditioning system, and more particularly, to a vehicle air conditioning system using a pressure of the exhaust gas generated when the engine of the vehicle is operated.

일반적으로 차량의 공조시스템은 엔진에서 발생하는 동력을 사용하여 압축기를 구동시킨다. 도1은 종래 차량의 공조시스템을 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이 차량의 공조시스템은 엔진(1)에서 전달된 동력을 받아 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기(2)와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기(3)와, 상기 응축기(3)를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(4)와, 상기 팽창밸브(4)를 통과한 냉매를 상온의 공기와 열교환을 이루며 주위의 잠열을 빼앗아 증발하는 증발기(5)로 이루어지며, 도시하지 않은 공조 케이스와 팬 및 블로아를 구비한다. 그리고, 공조 시스템에 따라 다수의 보조열교환기를 구비하며, 상기 팽창밸브는 캐필러리 튜브로 대치되기도 한다.In general, an air conditioning system of a vehicle uses a power generated by an engine to drive a compressor. 1 is a configuration diagram showing an air conditioning system of a conventional vehicle. As shown in the drawing, the air conditioning system of the vehicle receives a power transmitted from the engine 1 and compresses the refrigerant to a high temperature and a high pressure, a condenser 3 to condense the compressed refrigerant, and the condenser 3. An expansion valve 4 for expanding the refrigerant passing through the evaporator, and an evaporator 5 for exchanging the refrigerant passing through the expansion valve 4 with air at room temperature and taking away latent heat of evaporation, not shown. An air conditioning case, a fan and a blower are provided. In addition, a plurality of auxiliary heat exchangers are provided depending on the air conditioning system, and the expansion valve may be replaced by a capillary tube.

그런데 종래 차량의 공조시스템에서는 엔진의 동력을 압축기에 전달하여 냉매를 압축하는 동력으로 사용하므로, 필연적으로 엔진의 출력손실이 발생하게 되며 이로 인해 연비가 저하되고, 공조시스템의 구동으로 더 많은 연료를 소모시키는 원인이 되어 그에 따른 배출가스의 증가로 인해 지구 온난화의 원인으로 작용하게 된다는 문제점이 있었다.However, in the air conditioning system of the conventional vehicle, the power of the engine is transmitted to the compressor to use the power to compress the refrigerant, which inevitably causes an output loss of the engine, thereby lowering fuel efficiency and driving more fuel by driving the air conditioning system. There was a problem that the cause of global warming due to the increase of the resulting exhaust gas caused by the consumption.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 작동시 발생하는 배출가스의 압력을 이용하여 압축기를 구동하므로써 차량의 연비와 엔진효율을 개선하는 차량의 공조시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a vehicle air conditioning system that improves the fuel economy and engine efficiency of the vehicle by driving the compressor by using the pressure of the exhaust gas generated during engine operation. There is.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 차량의 공조시스템은, 엔진에서 전달된 동력을 받아 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창수단과, 상기 팽창수단을 통과한 냉매가 공기와 열교환하면서 증발하는 증발기를 포함하며, 상기 엔진의 배출관에는 배출가스에 의해 회전력을 발생하는 터빈이 구비되고, 상기 터빈의 동력은 동력전달수단에 의해 상기 압축기에 전달하게 되어 있는 것을 특징으로 한다.An air conditioning system for a vehicle according to the present invention for achieving the above object is a compressor for compressing a refrigerant at a high temperature and high pressure by receiving power transmitted from an engine, a condenser for condensing the compressed refrigerant, and a refrigerant passing through the condenser. An expansion means for expanding and an evaporator for evaporating the refrigerant passing through the expansion means while exchanging heat with air; a discharge tube of the engine is provided with a turbine which generates rotational force by the exhaust gas, and the power of the turbine is power transmission. It is characterized in that the transfer to the compressor by means.

상기 배출관에는 공조시스템을 작동하지 않을 때에 터빈을 작동시키지 않도록 상기 배기가스를 대기중으로 배출시키는 바이패스 수단이 설치되어 있는 한편, 배기가스 역압에 의해 엔진 성능이 저하되는 것을 방지하는 압력조절수단이 설치되어 있다.The discharge pipe is provided with a bypass means for discharging the exhaust gas into the atmosphere so as not to operate the turbine when the air conditioning system is not operating, while a pressure regulating means is provided to prevent the engine performance from being deteriorated by the exhaust gas back pressure. It is.

상기 압축기의 일측에는 상기 엔진에서 동력을 입력받는 제1구동부가 구비되고, 상기 압축기의 타측에는 상기 터빈에서 동력을 입력받는 제2구동부가 구비되어있다.One side of the compressor is provided with a first driving unit for receiving power from the engine, and the other side of the compressor is provided with a second driving unit for receiving power from the turbine.

상기 제1구동부에는 상기 터빈에서 입력받는 동력으로 압축기의 구동이 가능할 경우에 상기 엔진에서 입력받는 동력을 차단하는 클러치가 구비되어 있다. The first driving unit is provided with a clutch for cutting off the power input from the engine when the compressor can be driven by the power input from the turbine.

본 발명에 의한 차량의 공조시스템에 의하면, 엔진 작동시 발생하는 배출가스의 압력을 이용하여 압축기를 구동하므로써 차량의 연비와 엔진효율을 개선하는 효과가 있다.According to the air conditioning system of the vehicle according to the present invention, by driving the compressor using the pressure of the exhaust gas generated during the operation of the engine there is an effect to improve the fuel economy and engine efficiency of the vehicle.

이하, 본 발명에 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도2는 본 발명이 적용된 차량의 공조시스템을 나타내는 구성도이고, 도3은 도2의 터빈과 동력전달수단을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명이 적용된 차량의 공조시스템은, 엔진(10)에서 전달된 동력을 받아 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기(20)와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기(30)와, 상기 응축기(30)를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창수단(40)과, 상기 팽창수단(40)을 통과한 냉매가 공기와 열교환하면서 증발하는 증발기(50)를 포함하며, 도시하지 않은 공조 케이스와 팬 및 블로아를 구비한다. 그리고, 공조 시스템에 따라 다수의 보조열교환기를 구비하며, 상기 팽창수단(40)은 팽창밸브 또는 캐필러리 튜브로 되어 있다.Figure 2 is a block diagram showing an air conditioning system of the vehicle to which the present invention is applied, Figure 3 is a perspective view schematically showing the turbine and the power transmission means of FIG. As shown, the air conditioning system of the vehicle to which the present invention is applied includes a compressor 20 for compressing a refrigerant at a high temperature and a high pressure by receiving power transmitted from the engine 10, a condenser 30 for condensing the compressed refrigerant, and And an expansion means 40 for expanding the refrigerant passing through the condenser 30 and an evaporator 50 for evaporating the refrigerant passing through the expansion means 40 while exchanging heat with air. And a fan and a blower. In addition, a plurality of auxiliary heat exchangers are provided according to the air conditioning system, and the expansion means 40 is an expansion valve or a capillary tube.

상기 엔진(10)의 출력축(11)은 제1동력전달수단(12)에 의해 상기 압축기(20)의 일측에 구비된 제1구동부(21)에 연결되고, 상기 엔진(10)의 배출관(13)에는 배출가스에 의해 회전력을 발생하는 터빈(60)이 설치되어 있다.The output shaft 11 of the engine 10 is connected to the first driving unit 21 provided on one side of the compressor 20 by a first power transmission means 12, the discharge pipe 13 of the engine 10 ), A turbine 60 for generating rotational force by the exhaust gas is installed.

상기 배출관(13)에는 공조시스템을 작동하지 않을 때에 터빈(60)을 작동시키지 않도록 상기 배출가스를 대기중으로 배출시키는 바이패스 수단(70)이 설치되어 있는 한편, 배기가스 역압에 의해 엔진 성능이 저하되는 것을 방지하는 압력조절수단(80)이 설치되어 있다. 상기 바이패스 수단(70)은 배이패스 밸브로 되어 있고, 상기 압력조절수단(80)은 압력조절 밸브로 되어 있다. The exhaust pipe 13 is provided with a bypass means 70 for discharging the exhaust gas into the atmosphere so that the turbine 60 is not operated when the air conditioning system is not operated, while the engine performance is deteriorated by the exhaust gas back pressure. Pressure regulating means (80) is prevented from being installed. The bypass means 70 is a bypass valve, and the pressure regulating means 80 is a pressure regulating valve.

상기 압축기(20)의 일측에는 상기 엔진(10)에서 동력을 입력받는 풀리로 된 상기 제1구동부(21)가 구비되고, 상기 압축기(20)의 타측에는 상기 터빈(60)에서 동력을 입력받는 풀리로 된 제2구동부(22)가 구비되어 있다. 상기 터빈(60)의 동력은 터빈 풀리(61)에서 제2동력전달수단(62)을 통해 제2구동부(22)로 전달하게 되어 있다.One side of the compressor 20 is provided with the first driving unit 21 is a pulley for receiving power from the engine 10, the other side of the compressor 20 receives the power from the turbine 60 A second driving part 22 made of a pulley is provided. The power of the turbine 60 is transmitted from the turbine pulley 61 to the second driving unit 22 through the second power transmission means 62.

상기 제1, 제2구동부(21, 22) 및 터빈풀리(61)는 벨트풀리로 되어 있고, 상기 제1, 제2동력전달수단(12, 62)은 상기 벨트풀리를 연결하는 벨트로 되어 있으나, 제1, 제2구동부와 터빈풀리 및 동력전달수단은 기어 등 다양한 형태로 되어 동력을 전달할 수도 있다. The first and second driving parts 21 and 22 and the turbine pulley 61 are belt pulleys, and the first and second power transmission means 12 and 62 are belts connecting the belt pulleys. The first and second driving units, the turbine pulley and the power transmission means may be in various forms such as gears to transmit power.

상기 제1구동부(21)에는 상기 터빈(60)에서 입력받는 동력으로 압축기(20)의 구동이 가능할 경우에 상기 엔진(10)에서 입력받는 동력을 차단하는 클러치(23)가 설치되어 있다.The first driving unit 21 is provided with a clutch 23 that blocks the power input from the engine 10 when the compressor 20 can be driven by the power input from the turbine 60.

상기 터빈(60)은 가스터빈과 유사한 구조이다. The turbine 60 has a structure similar to a gas turbine.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 차량의 공조시스템에서, 엔진에서 폭발행정 직후 실린더의 온도는 3300℃가 넘으며 압력은 41.4bar에 달하는데, 다음 행정을 위해 피스톤이 내려가고 배출관(13)을 통해 배출되는 배출가스의 압력은 3~4kgf/㎠ 이 된다. 이 배출가스의 압력으로 터빈(60)을 회전시켜 제2동력전달수단(62)을 통해 압축기(20)를 구동하여 공조시스템의 사이클을 작동시킨다.In the vehicle air conditioning system according to the present invention configured as described above, immediately after the explosion stroke in the engine, the temperature of the cylinder is over 3300 ° C. and the pressure reaches 41.4 bar. Exhaust gas pressure is 3 ~ 4kgf / ㎠ Becomes The turbine 60 is rotated by the pressure of the exhaust gas to drive the compressor 20 through the second power transmission means 62 to operate a cycle of the air conditioning system.

공조시스템의 사이클 작동시에 상기 터빈(60)에서 얻어진 동력만으로 부족할 경우에는 엔진(10)의 출력축에서 제1동력전달수단(12)을 통해 압축기(20)에 동력을 추가로 공급한다. 그리고, 구동조건과 외기온도 및 탑승자의 설정에 따라 클러치(23)를 작동시켜 엔진측 동력을 전달 또는 차단한다. 또한 공조시스템을 작동하지 않을 때에 터빈(60)을 작동시키지 않도록 바이패스 수단(70)을 통해 상기 배출가스를 대기중으로 배출시킨다. 그리고, 압력조절수단(80)은 배출가스 역압에 의해 엔진 성능이 저하되지 않도록 배출가스의 압력을 조절한다. When only the power obtained from the turbine 60 is insufficient during cycle operation of the air conditioning system, power is further supplied to the compressor 20 through the first power transmission means 12 at the output shaft of the engine 10. Then, the clutch 23 is operated according to the driving condition, the outside temperature, and the setting of the occupant to transmit or block the engine side power. In addition, the exhaust gas is discharged to the atmosphere through the bypass means 70 so as not to operate the turbine 60 when the air conditioning system is not operated. Then, the pressure adjusting means 80 adjusts the pressure of the exhaust gas so that the engine performance is not lowered by the exhaust gas back pressure.

이러한 본 발명에 의한 차량의 공조시스템에 의하면, 엔진의 동력만으로 구동하는 종래 공조시스템에 비해 연료소비효율을 증가시킬 수 있게 된다. According to the air conditioning system of the vehicle according to the present invention, it is possible to increase the fuel consumption efficiency compared to the conventional air conditioning system driven only by the power of the engine.

도1은 종래 차량의 공조시스템을 나타내는 구성도,1 is a block diagram showing an air conditioning system of a conventional vehicle;

도2는 본 발명이 적용된 차량의 공조시스템을 나타내는 구성도,2 is a configuration diagram showing an air conditioning system of a vehicle to which the present invention is applied;

도2의 터빈과 동력전달수단을 개략적으로 나타낸 사시도이다.2 is a perspective view schematically showing the turbine and the power transmission means of FIG.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 엔진 12 : 제1동력전달수단10 engine 12: first power transmission means

13 : 배출관 20 : 압축기13: discharge pipe 20: compressor

21 : 제1구동부 22 : 제2구동부21: the first driving unit 22: the second driving unit

23 : 클러치 30 : 응축기23 clutch 30 condenser

40 : 팽창수단 50 : 증발기40: expansion means 50: evaporator

60 : 터빈 62 : 제2동력전달수단60 turbine 62 second power transmission means

70 : 바이패스수단 80 : 압력조절수단 70: bypass means 80: pressure control means

Claims (5)

엔진에서 전달된 동력을 받아 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기와, 압축된 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창수단과, 상기 팽창수단을 통과한 냉매가 공기와 열교환하면서 증발하는 증발기를 포함하며, Compressor for compressing the refrigerant to a high temperature and high pressure by the power transmitted from the engine, a condenser for condensing the compressed refrigerant, expansion means for expanding the refrigerant passing through the condenser, the refrigerant passing through the expansion means An evaporator which evaporates during heat exchange, 상기 엔진의 배출관에는 배출가스에 의해 회전력을 발생하는 터빈이 구비되고, 상기 터빈의 동력은 동력전달수단에 의해 상기 압축기에 전달하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.The exhaust pipe of the engine is provided with a turbine for generating a rotational force by the exhaust gas, the power of the turbine is delivered to the compressor by a power transmission means, characterized in that the vehicle air conditioning system. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 배출관에는 공조시스템을 작동하지 않을 때에 터빈을 작동시키지 않도록 상기 배기가스를 대기중으로 배출시키는 바이패스 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.And a bypass means for discharging the exhaust gas into the atmosphere so that the turbine is not operated when the air conditioning system is not operated. 청구항 2에 있어서, The method according to claim 2, 상기 배출관에는 배기가스 역압에 의해 엔진 성능이 저하되는 것을 방지하는 압력조절수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.And a pressure regulating means for preventing the engine performance from being deteriorated by the exhaust gas back pressure. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 압축기의 일측에는 상기 엔진에서 동력을 입력받는 제1구동부가 구비되고, One side of the compressor is provided with a first drive unit for receiving power from the engine, 상기 압축기의 타측에는 상기 터빈에서 동력을 입력받는 제2구동부가 구비되어있는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.The other side of the compressor is provided with a second drive unit for receiving power from the turbine air conditioning system, characterized in that. 청구항 1 내지 청구항 3 중의 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 제1구동부에는 상기 터빈에서 입력받는 동력으로 압축기의 구동이 가능할 경우에 상기 엔진에서 입력받는 동력을 차단하는 클러치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 공조시스템.The first driving unit is provided with a clutch for cutting off the power received from the engine when the compressor can be driven by the power input from the turbine, characterized in that the vehicle air conditioning system.
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