KR20130059062A - 차량용 냉방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 냉방 시스템에 관한 것으로서, 압축기의 전,후 냉매순환유로에 각각 설치되는 고압,저압용 보조탱크와; 상기 고압, 저압용 보조탱크로의 냉매 흐름을 제어할 수 있도록 설치되는 컨트롤 밸브를 구비한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 압축기의 전,후에 보조탱크들을 설치하여 엔진 효율이 높을 때 고압의 냉매를 보조탱크에 미리 저장한 뒤 엔진 효율이 낮을 때 보조탱크에 저장해 둔 고압의 냉매를 사용하여 냉방 시스템을 가동할 수 있도록 함으로써 엔진 부하를 줄여 연비를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉각 효율을 향상시킬 수가 있다.

Description

차량용 냉방 시스템{AIR CONTROL SYSTEM FOR CAR}

본 발명은 차량용 냉방 시스템에 관한 것으로서, 특히 하이브리드 차량의 에너지 절약 방식을 응용하여 엔진 효율이 높을 때 고압의 냉매를 미리 저장한 뒤 엔진 효율이 낮을 때 저장해 둔 고압의 냉매를 사용하여 냉방 시스템을 가동할 수 있도록 된 차량용 냉방 시스템에 관한 것이다.

일반적인 차량용 공조 시스템은, 냉방 시스템과 난방 시스템을 포함하여 이루어진다. 대표적인 냉방 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 압축기(10)의 구동으로 토출되는 열교환매체, 즉 냉매가 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)를 거쳐 다시 압축기(10)로 순환하는 과정에서, 블로어 팬(미도시)에 의해 발생되는 송풍공기를 증발기(40) 쪽에서 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량의 실내로 공급함으로써, 차량의 실내를 냉방하는 시스템이다.

그리고, 대표적인 난방 시스템은, 엔진에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각수가 순환하는 히터코어(Heater Core)쪽에서 송풍공기를 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량의 실내로 공급함으로써, 차량의 실내를 난방하는 사이클이며, 내연기관 차량에 적용된다.

한편, 차량의 엔진 효율이 낮을 때 냉방 시스템을 가동하는 경우, 엔진 효율이 높을 때 가동하는 경우보다 연료가 상대적으로 많이 소모된다. 예를 들면, 공회전 상태에서 냉방 시스템을 가동하는 경우, 냉방 시스템을 가동함으로써 발생되는 부하에 대응하기 위해 엔진의 RPM을 약간 높여주도록 되어 있는데, 이때 엔진의 에너지 효율은 극히 낮아지고 추가적으로 올라가는 RPM에 의해 더 많은 연료가 소모되는 문제점이 있다. 또한 차량의 RPM이 일정하지 않기 때문에 냉각 시스템의 냉각 효율이 저하되는 문제점이 있다.

종래 특허기술로서 엔진과 전기모터로 구동되는 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치를 구성함에 있어서, 상기 엔진과 전기모터에 접속된 트랜스미션의 구동출력축에 에어컨 컴프레셔를 접속하여 자동차 정지시 회생제동을 이용하여 컴프레셔를 작동시킬 수 있도록 하고, 컴프레셔의 작동으로 리저버탱크에 액상 냉매를 저장하여 아이들(IDLE) 및 도심 주행시에 엔진 구동 없이도 냉방 성능을 유지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기자동차의 에어컨 장치 및 그 제어 방법이 제안되어 있다(특허문헌1 참조).

[특허문헌1] 국내공개특허 2009-0061995

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 하이브리드 차량의 에너지 절약 방식을 응용하여 엔진 효율이 높을 때 고압의 냉매를 미리 저장한 뒤 엔진 효율이 낮을 때 저장해 둔 고압의 냉매를 사용하여 냉방 시스템을 가동할 수 있도록 하여 엔진 부하를 줄여 연비를 향상시킬 뿐만 아니라 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 된 차량용 냉방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템은, 엔진의 구동에 의해 냉매를 기체상태로 압축하여 냉매순환유로로 유동하도록 하는 압축기, 상기 압축기를 통과한 냉매를 공급받아 방열하고 응축시키는 응축기, 상기 응축기를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 팽창밸브 및 상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 공급받아 외기와 열교환하는 증발기를 포함하여 이루어진 차량용 냉방 시스템에 있어서, 상기 압축기의 전,후 냉매순환유로에 각각 설치되는 고압,저압용 보조탱크와; 상기 고압, 저압용 보조탱크로의 냉매 흐름을 제어할 수 있도록 설치되는 컨트롤 밸브를 구비한 것을 특징으로 한다.

여기에서, 차량이 설정속도 이상의 고속 주행 시, 상기 컨트롤 밸브를 제어하여 상기 저압용 보조탱크에 저장된 냉매가 냉매순환유로로 배출되도록 한 후, 상기 컨트롤 밸브를 제어하여 상기 압축기에서 압축된 고압의 냉매 일부가 상기 고압용 보조탱크에 유입되어 저장되도록 할 수 있다.

또한, 상기 차량이 설정속도 이상의 고속 주행 후에 설정속도 이하의 저속 주행 또는 공회전 시, 상기 압축기의 작동을 중지한 상태에서 상기 컨트롤 밸브를 제어하여 상기 고압용 보조탱크에 저장된 냉매가 냉매순환유로로 배출되어 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 순환하도록 한 후, 상기 컨트롤 밸브를 제어하여 저압의 냉매 일부가 상기 저압용 보조탱크에 유입되어 저장되도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압축기의 전,후에 보조탱크들을 설치하여 엔진 효율이 높을 때 고압의 냉매를 보조탱크에 미리 저장한 뒤 엔진 효율이 낮을 때 보조탱크에 저장해 둔 고압의 냉매를 사용하여 냉방 시스템을 가동할 수 있도록 함으로써 엔진 부하를 줄여 연비를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉각 효율을 향상시킬 수가 있다.

도 1은 일반적인 냉동 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 제1 사용 상태도.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 제2 사용 상태도.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 제3 사용 상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러, 종래와 동일한 부분은 종래 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 개념도, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 제1 사용 상태도, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 제2 사용 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 제3 사용 상태도이다.

본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템은, 하이브리드 차량의 에너지 절약 방식을 응용하여 엔진 효율이 높을 때 고압의 냉매를 미리 저장한 뒤 엔진 효율이 낮을 때 저장해 둔 고압의 냉매를 사용하여 냉방 시스템을 가동할 수 있도록 함으로써 엔진 부하를 줄여 연비를 향상시킬 뿐만 아니라 냉각 효율을 향상시킬 수 있도록 된 것을 그 기술적 요지로 한다.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템은, 엔진의 구동에 의해 냉매를 기체상태로 압축하여 냉매순환유로로 유동하도록 하는 압축기(10), 상기 압축기(10)를 통과한 냉매를 공급받아 방열하고 응축시키는 응축기(20), 상기 응축기(20)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 팽창밸브(30) 및 상기 팽창밸브(30)를 통과한 냉매를 공급받아 외기와 열교환하는 증발기(40), 상기 압축기(10)의 전,후 냉매순환유로에 각각 설치되는 고압,저압용 보조탱크(50,60) 및 상기 고압, 저압용 보조탱크(50,60)로의 냉매 흐름을 제어할 수 있도록 설치되는 컨트롤 밸브(51,61)를 포함하여 이루어진다.

이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템은, 통상의 냉방 시스템의 구성 이외에, 고압,저압용 보조탱크(50,60) 및 컨트롤 밸브(51,61)를 추가적으로 구비하고 있다.

상기 압축기(10)는 저온 저압의 냉매를 공급받아 고압 고온의 냉매로 만드는 장치이다. 그런데, 압축기(10)를 작동하기 위해 차량의 엔진 출력을 이용하기 때문에 냉방 시스템을 작동하여 압축기(10)가 가동되면 엔진에 부하가 발생한다.

이때, 차량이 주행중인 경우에는 엔진의 출력이 충분하기 때문에 이러한 압축기(10)의 부하와 상관없이 냉방 시스템을 지속할 수 있으나, 저속 주행 또는 공회전 즉, 정차 중에는 엔진 RPM이 낮고 이에 압축기(10)의 부하가 가중되면 엔진이 꺼지지 않도록 엔진 출력을 올리게 된다.

그런데, 이러한 과정에서 차량의 연료 소비가 증가하기 때문에 차량의 주행속도가 저속이거나 정차 중에는 압축기(10)의 가동을 가급적 제한하여 냉방 제어할 필요가 있고, 이렇게 압축기(10)의 가동이 중단되더라도 차량 실내의 냉방은 지속되어야 한다.

이에 따라, 본 발명에서는 상기 압축기(10)의 전, 후측에 고압, 저압용 보조탱크(50, 60)를 더 설치하고, 이 고압, 저압용 보조탱크(50, 60)에 냉매를 저장하였다가 압축기(10)의 가동이 중단되면 이를 대체하여 사용하도록 한 것이다.

상기 응축기(20)는 상기 압축기(10)에서 공급되는 고압, 고온의 냉매를 공급받아 응축하여 저온의 액체 냉매로 액화시키는 장치로서, 응축기(20)를 거친 냉매는 저온의 액체 냉매로 변화되고, 변화된 냉매를 팽창밸브(30)로 공급한다.

상기 팽창밸브(30)는 상기 응축기(20)에서 변화된 액체 냉매를 팽창시켜 저온, 저압의 냉매로 만드는 장치로서, 저온, 저압의 냉매를 증발기(40)에 공급하여 공기와 열교환을 시킴으로써 공기를 냉각하게 된다.

상기 증발기(40)는 상기 팽창밸브(30)에서 만들어진 분무상태의 냉매를 흡열작용에 의해 증발시켜 공기를 냉각하게 되고 냉각된 공기는 공조장치를 통해 차실내로 공급되며, 냉매는 다시 압축기(10)로 순환되면서 냉방 사이클이 유지된다.

특히, 본 발명에서는 이러한 냉방 사이클에서 압축기(10)의 전,후에 각각 별도의 냉매유로를 연결하고, 이 냉매유로 간에 각각 고압, 저압용 보조탱크(50, 60)를 더 설치한다.

그리고, 상기 고압, 저압용 보조탱크(50, 60)의 냉매유로로 냉매가 유입되거나 배출될 수 있도록 컨트롤 밸브(51,61)를 구비한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 차량의 냉방이 가동되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 일반적인 냉매 순환 사이클 즉, 정상적인 냉매순환유로를 통해 냉매가 압축기(10), 응축기(20), 팽창밸브(30), 증발기(40)를 순차적으로 통과하면서 냉매가 액체, 기체로 변화되고, 냉매가 액체에서 기체로 변환하는 과정에서 주변열을 흡수하여 증발기(40)를 통과하는 공기가 냉각된다.

그리고, 일반적인 냉매 순환 사이클로 냉방 제어되고 있는 도중에, 차량이 설정속도 이상으로 고속 주행하게 되면, 도 4에 도시한 바와 같이, 저압용 보조탱크(60)에 저장된 냉매가 냉매순환유로로 배출되도록 컨트롤 밸브(61)를 제어하고, 이와 더불어 압축기(10)에서 압축된 고압의 냉매 일부가 고압용 보조탱크(50)에 유입되어 저장되도록 컨트롤 밸브(51)를 제어한다.

즉, 차량이 설정속도 이상으로 고속 주행함에 따라 엔진 효율이 높을 때 압축기(10)에서 압축된 고압의 냉매 일부를 고압용 보조탱크(50)에 미리 저장하는 것이다.

그리고, 차량이 설정속도 이상으로 고속 주행한 후, 설정속도 이하의 저속 으로 주행하거나 공회전 즉, 정차하게 되면, 도 5에 도시한 바와 같이, 압축기(10)의 작동을 중지한 상태에서 고압용 보조탱크(50)에 저장된 냉매가 냉매순환유로로 배출되어 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)를 순환하도록 컨트롤 밸브(51)를 제어하고, 이와 더불어 저압의 냉매 일부가 저압용 보조탱크(60)에 유입되어 저장되도록 컨트롤 밸브(61)를 제어한다.

즉, 차량이 설정속도 이하의 저속으로 주행하거나 공회전함에 따라 엔진 효율이 낮을 때 고압용 보조탱크(50)에 저장해 둔 고압의 냉매를 사용하여 냉방 시스템을 가동할 수 있도록 하고, 저압의 냉매 일부가 저압용 보조탱크(60)에 유입되어 저장되도록 하는 것이다.

그리고, 차량이 설정속도 이하의 저속으로 주행하거나 공회전한 후, 차량이 다시 설정속도 이상으로 고속 주행하게 되면, 도 4에 도시한 바와 같이, 저압용 보조탱크(60)에 저장된 냉매가 냉매순환유로로 배출되도록 컨트롤 밸브(61)를 제어하고, 이와 더불어 압축기(10)에서 압축된 고압의 냉매 일부가 고압용 보조탱크(50)에 유입되어 다시 저장되도록 컨트롤 밸브(51)를 제어한다.

즉, 차량이 설정속도 이상으로 고속 주행함에 따라 엔진 효율이 높을 때 압축기(10)에서 압축된 고압의 냉매 일부가 고압용 보조탱크(50)에 다시 저장되도록 하는 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 엔진 효율이 높을 때 고압의 냉매를 보조탱크에 미리 저장한 뒤 엔진 효율이 낮을 때 보조탱크에 저장해 둔 고압의 냉매를 사용하여 냉방 시스템을 가동하게 되어 엔진 부하를 줄여 연비를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉각 효율을 향상시킬 수가 있다.

부연하여 본 발명에 의해 개선되는 효과를 설명하자면, 엔진 효율이 높을 때만 압축기(10)가 작동하여 전체적인 냉각 효율을 향상시킬 수가 있다. 그리고, 단순히 팽창밸브(30)만을 개방하거나 폐쇄함으로써 증발기(40)에서 냉매의 온도조절이 가능하다.

그리고, 엔진 RPM이 변하더라도 고압 냉매가 보조탱크(50)에 저장된 이후에 필요할 때에만 냉각 사이클이 동작하므로, 냉매의 압력 및 유량을 일정하게 하여 냉각 효율을 향상시킬 수가 있다. 그리고, 엔진 시동이 꺼져 있더라도 고압용 보조탱크(50)에 저장된 고압 냉매로 일정시간 냉각 시스템을 가동하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 냉방 시스템을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 압축기 20 : 응축기
30 : 팽창밸브 40 : 증발기
50 : 고압용 보조탱크 51,61 : 컨트롤 밸브
60 : 저압용 보조탱크

Claims (3)

1. 엔진의 구동에 의해 냉매를 기체상태로 압축하여 냉매순환유로로 유동하도록 하는 압축기(10), 상기 압축기(10)를 통과한 냉매를 공급받아 방열하고 응축시키는 응축기(20), 상기 응축기(20)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키는 팽창밸브(30) 및 상기 팽창밸브(30)를 통과한 냉매를 공급받아 외기와 열교환하는 증발기(40)를 포함하여 이루어진 차량용 냉방 시스템에 있어서,
   상기 압축기(10)의 전,후 냉매순환유로에 각각 설치되는 고압,저압용 보조탱크(50,60)와;
   상기 고압, 저압용 보조탱크(50,60)로의 냉매 흐름을 제어할 수 있도록 설치되는 컨트롤 밸브(51,61)를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 냉방 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   차량이 설정속도 이상의 고속 주행 시, 상기 컨트롤 밸브(61)를 제어하여 상기 저압용 보조탱크(60)에 저장된 냉매가 냉매순환유로로 배출되도록 한 후, 상기 컨트롤 밸브(51)를 제어하여 상기 압축기(10)에서 압축된 고압의 냉매 일부가 상기 고압용 보조탱크(50)에 유입되어 저장되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉방 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 차량이 설정속도 이상의 고속 주행 후 설정속도 이하의 저속 주행 또는 공회전 시, 상기 압축기(10)의 작동을 중지한 상태에서 상기 컨트롤 밸브(51)를 제어하여 상기 고압용 보조탱크(50)에 저장된 냉매가 냉매순환유로로 배출되어 응축기(20), 팽창밸브(30) 및 증발기(40)를 순환하도록 한 후, 상기 컨트롤 밸브(61)를 제어하여 저압의 냉매 일부가 상기 저압용 보조탱크(60)에 유입되어 저장되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉방 시스템.

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