KR20100069861A - 차량의 냉방 시스템 - Google Patents

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이홍열
박정상
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주식회사 두원공조
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Abstract

본 발명은 차량의 냉방 시스템에 관한 것이다. 구체적으로는 공조케이스의 내부에 증발기(140)가 설치되고, 상기 증발기의 냉매와 열교환하면서 발생된 냉기가 차량 실내로 공급되어 냉방하며, 상기 증발기 외부에는 냉기로 인해 응축수(W)가 발생하는 차량의 냉방 시스템에 있어서, 상기 증발기(140)의 앞측에는 상기 응축수에 의해 공기와 열교환하여 냉기를 발생시키는 보조열교환기(150)가 설치되어 있으므로, 냉방 시스템에 공급되는 동력을 줄이고 차량의 연비를 향상시키는 효과가 있다.

Description

차량의 냉방 시스템{air cooling system of vehicle}
본 발명은 차량의 냉방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 증발기에서 발생하는 응축수를 이용하여 냉기를 추가로 공급하는 차량의 냉방 시스템에 관한 것이다.
종래 일반적인 차량의 냉방 시스템은 도1에 도시한 바와 같이, 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(10)와, 상기 압축기에 나온 냉매를 응축하면서 방열시키는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(30)와, 상기 팽창밸브(30)를 통과한 냉매를 상온의 공기와 열교환시켜 주위의 잠열을 빼앗아 증발시키는 증발기(40)로 이루어지며, 상기 증발기(40)는 공기를 송풍하는 블로아(B)가 설치된 공조케이스(H)의 내부에 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 차량의 냉방 시스템에서 팽창밸브(30)를 통하여 증발기(40)로 유입된 저온저압의 냉매는 블로아(B)에 의해 유동하는 공기와 열교환을 이루면서 증발되는 과정에서 공기의 온도를 낮추게 된다. 이때 공기의 온도가 내려가면서 공기 중의 수분 포화도가 낮아져 증발기 외부에서는 응축수(W)가 생기게 되는데, 이 응축수(W)는 공조케이스(H)의 하측을 통해 외부로 배출된다.
그런데, 차량의 냉방 시스템의 증발기에서 발생하는 응축수는 냉방 시스템의 입구 공기를 냉각하는 과정에서 발생하고 있으며, 이 응축수는 냉방 시스템의 일량에 의해서 결정되며, 공기가 냉각하는 과정에서 발생하므로 소비동력을 빼앗게 되며, 냉방 시스템의 가동으로 인해 차량의 연비가 감소된다는 문제점이 있다.
냉방 시스템의 냉방 부하(Q)는 온도변화에 의한 현열 부하(Qs)와 응축수에 의한 잠열 부하(QL)로 이루어지는데, 이 잠열 부하(QL)는 전체 냉방 부하의 20~40%를 이루고 있으며, 이 버려지는 응축수는 차량에서 손실로 처리된다.
그리고, 차량이 혼잡한 시내의 주행이나 비교적 짧은 시간 내에 정차와 주행을 반복적으로 해야 하는 경우에 요구되는 냉방성능을 만족하기 위해서는 많은 에너지를 차량에서 가져와야 하므로 연료소비가 많아지며, 블로아나 팬을 계속적으로 가동해야 하므로 정차시 소음이 심하다는 문제점도 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 증발기에서 발생하는 응축수를 이용하여 냉기를 발생시킴으로써 냉방 시스템에 공급되는 동력을 줄이고 차량의 연비를 향상시키는 차량의 냉방 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 차량의 냉방 시스템은, 공조케이스의 내부에 증발기가 설치되고, 상기 증발기의 냉매와 열교환하면서 발생된 냉기가 차량 실내로 공급되어 냉 방하며, 상기 증발기 외부에는 냉기로 인해 응축수가 발생하는 차량의 냉방 시스템에 있어서, 상기 증발기의 앞측에는 상기 응축수에 의해 공기와 열교환하여 냉기를 발생시키는 보조열교환기가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 공조케이스의 하측에는 상기 응축수를 모으는 응축수 탱크가 설치되고, 상기 응축수 탱크의 응축수를 펌핑하여 상기 보조열교환기에 공급하는 펌프가 설치되어 있다.
상기 응축수는 상기 보조열교환기의 하측으로 유입하여 상측으로 유출된다.
상기 보조열교환기의 헤더는 상기 증발기의 헤더와 일체로 형성되어 있다.
본 발명에 의한 차량의 냉방 시스템에 의하면, 증발기에서 발생하는 응축수를 이용하여 냉기를 발생시킴으로써 냉방 시스템의 압축기에 공급되는 동력을 줄이고 차량의 연비를 향상시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 제1실시예가 적용된 차량의 냉방 시스템을 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 냉방 시스템은 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(110)와, 상기 압축기(110)에 나온 냉매를 응축하면서 방열시키는 응축기(120)와, 상기 응축기(120)를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(130)와, 상기 팽창밸브(130)를 통과한 냉매를 상온의 공기와 열교환시켜 주위의 잠열을 빼앗아 증발시키는 증발기(140)로 이루어지는 데, 상기 증발기(140)는 공기를 송풍 하는 블로아(B)가 설치된 공조케이스(H)의 내부에 설치되며, 상기 증발기(140)의 앞측(공기의 흐름방향 앞측)에는 상기 증발기(140)에서 발생하는 상기 응축수에 의해 공기와 열교환하여 냉기를 발생시키는 보조열교환기(150)가 설치된 구조로 되어 있다.
상기 공조케이스(H)에서 상기 증발기(140)가 위치하는 하측에는 응축수(W)가 모이는 응축수 집적부(101)가 형성되고, 상기 응축수 집적부(101)에 고이는 응축수(W)는 배출구(102)를 통해 상기 보조열교환기(150)의 응축수 입구(152a : 도3에 도시)로 유입되어 상기 증발기(140)를 통과한 공기와 열교환되어 공기의 온도를 낮추고 응축수 출구(151a : 도3에 도시)를 통해 외부로 배출된다.
상기 배출구(102)와 상기 보조열교환기(150) 사이에는 필요에 따라 응축수(W)를 외부로 배출하는 드레인 밸브(도시안됨)가 설치되어 있다.
도3은 보조열교환기(150)를 나타내는 입면도인데, 일반적인 열교환기와 유사하게 상부헤더(151)와 하부헤더(152)사이에 튜브(153)가 연결되고, 상기 튜브(153)사이에 열교환효율을 높이는 방열핀(154)이 삽입되어 일체로 브레이징된 구조로 되어 있다. 상기 하부헤더(152)의 일측에는 응축수 입구(152a)가 형성되고, 상기 상부헤더(151)의 일측에는 응축수 출구(151a)가 형성되어 있다. 따라서, 응축수(W)는 보조열교환기(150)의 하측으로 유입하여 상측으로 유출된다.
상기 응축수(W)는 도시하지 않은 펌프 등의 펌핑수단에 의해 상기 보조열교환기(150)로 보내진다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 차량의 냉방 시스템에서, 압축기(110), 응 축기(120), 팽창밸브(130) 및 증발기(140)를 순환하는 냉매사이클의 가동 중이나 가동을 중단한 후, 응축수(W)를 상기 보조열교환기(150)로 보내어 공조케이스(H)내부에 유동하는 공기의 온도를 낮추어 실내로 공급할 수 있으므로 냉방시스템에 공급하는 엔진의 동력을 줄일 수 있으며 차량의 연비를 향상할 수 있다.
상기 응축수(W)의 온도는, 증발기 출구공기온도와 거의 동일하며, 일반적인 차량 공조회사의 평가조건인 입구공기온도가 27℃이고 상대습도가 50%일 때 약 5℃ 정도이다. 이와같이 낮은 온도의 응축수가 증발기 앞측에 설치된 보조열교환기(150)에서 열교환되어 공기의 온도를 낮추게 되면, 냉방 시스템에서 제거하는 냉방부하를 감소시켜 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.
차량의 실내 공기를 냉각하기 위해 공기측에서 제거해야 할 열량은 일반적인 준준형 차량을 기준으로 약 4000 kcal/h이고, 이때 증발기 출구공기 온도는 약 7.1℃ 정도이다.
공기측의 입구 공기량을 약 504 kg/h(일반적인 자동차 공조업체의 평가 조건)으로 하여 공기측에서 제거해야 할 열량을 산출하면 다음과 같다.
공기측 제거 열량(Qt)
= 현열 부하(Qs) + 잠열 부하(QL)
= Ma x {(Cp x ΔT) + (γ x ΔX)}
= 504 x {0.24 x (27-7.1) + 597 x (0.0112-0.0055)}
= 4122.17 kcal/h
[여기서, Ma = 입구공기 풍량(kg/h), Cp = 공기의 정압 비열(0.24kcal/kg ℃), ΔT = 입출구 공기 온도차(℃), γ= 물의 증발잠열(597 kcal/kg), ΔX = 입출구 공기의 절대 습도차(kg/kg)]
상기 공기측 제거 열량(Qt) 중에서 공기측 잠열 부하(QL)는 약 1715 kcal/h로서, 전체 부하의 약 40% 정도이다. 본 발명에서는 이 잠열을 재활용하여 냉방부하를 감소시켜 연비를 향상하는 것이다.
도4는 본 발명의 제2실시예가 적용된 차량의 냉방 시스템을 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 냉방 시스템은 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(210)와, 상기 압축기(210)에 나온 냉매를 응축하면서 방열시키는 응축기(220)와, 상기 응축기(220)를 통과한 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(230)와, 상기 팽창밸브(230)를 통과한 냉매를 상온의 공기와 열교환시켜 주위의 잠열을 빼앗아 증발시키는 증발기(240)로 이루어지는데, 상기 증발기(240)는 공기를 송풍하는 블로아(B)가 설치된 공조케이스(H)의 내부에 설치되며, 상기 증발기(240)의 앞측(공기의 흐름방향 앞측)에는 상기 증발기(240)에서 발생하는 상기 응축수에 의해 공기와 열교환하여 냉기를 발생시키는 보조열교환기(250)가 설치되고, 상기 공조케이스(H)의 하측에는 상기 응축수(W)를 모으는 응축수 탱크(260)가 설치되고, 상기 응축수 탱크(260)와 상기 보조열교환기(250) 사이에는 응축수를 펌핑하여 상기 보조열교환기(250)에 공급하는 펌프(270)가 설치된 구조로 되어 있다.
상기 응축수 탱크(260)의 출구측에는 일정량 이상의 응축수(W)를 외부로 배출시키도록 드레인 밸브(도시안됨)가 설치되어 있다.
본 실시예(제2실시예)는 응축수(W)를 일단 응축수 탱크(260)에 모아서 펌 프(270)를 통해 상기 보조열교환기(250)에 공급하는 형태로서, 나머지 구성은 제1시실예와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
도5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제3실시예가 적용된 차량의 냉방 시스템에서 증발기(340)와 보조열교환기(350)를 나타내는 입면도 및 측면도로서, 본 실시예(제3실시예)에서는, 상기 보조열교환기(350)의 상부헤더(351) 및 하부헤더(352)는 상기 증발기(340)의 상부헤더(341) 및 하부헤더(342)와 각각 일체로 브레이징된 구조로 되어 있다.
상기 증발기(340)는 2열로 되어 있으며 냉매 입구(341a)와 냉매 출구(341b)는 상기 상부헤더(341)의 각 열 일측에 형성되어 있으며, 상기 보조열교환기(350)는 1열로 되어 있으며 하부헤더(352)의 일측에는 응축수 입구(352a)가 형성되고 상부헤더(351)의 일측에는 응축수 출구(351a)가 형성된 구조이다. 공기는 보조열교환기(350)을 지나서 증발기(340)를 통과한다.
증발기(340)와 보조열교환기(350)의 튜브 및 방열핀은 제1실시예와 유사하므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 보조열교환기(350)의 상부헤더(351)와 증발기(340)의 상부헤더(341)는 압출로 제조된 하나의 헤더파이프로 이루어지고, 상기 보조열교환기(350)의 하부헤더(352)와 증발기(340)의 하부헤더(342)는 압출로 제조된 하나의 헤더파이프로 이루어질 수도 있다.
도1은 종래 차량의 냉방 시스템을 나타내는 구성도,
도2은 본 발명의 제1실시예에 의한 차량의 냉방 시스템을 나타내는 구성도,
도3은 도2의 보조열교환기를 나타내는 입면도,
도4는 본 발명의 제2실시예에 의한 차량의 냉방 시스템을 나타내는 구성도,
도5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제3실시예에 의한 차량의 냉방 시스템의 보조열교환기의 입면도 및 측면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
140, 240, 340 : 증발기 150, 250, 350 : 보조열교환기
260 : 응축수 탱크 270 : 펌프
W : 응축수

Claims (4)

  1. 공조케이스의 내부에 증발기가 설치되고, 상기 증발기의 냉매와 열교환하면서 발생된 냉기가 차량 실내로 공급되어 냉방하며, 상기 증발기 외부에는 냉기로 인해 응축수가 발생하는 차량의 냉방 시스템에 있어서,
    상기 증발기의 앞측에는 상기 응축수에 의해 공기와 열교환하여 냉기를 발생시키는 보조열교환기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 냉방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공조케이스의 하측에는 상기 응축수를 모으는 응축수 탱크가 설치되고,
    상기 응축수 탱크의 응축수를 펌핑하여 상기 보조열교환기에 공급하는 펌프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 냉방 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 응축수는 상기 보조열교환기의 하측으로 유입하여 상측으로 유출하는 것을 특징으로 하는 차량의 냉방 시스템.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 보조열교환기의 헤더는 상기 증발기의 헤더와 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 냉방 시스템.
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