KR20140000922A - 차량 냉장고용 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 차량용 냉장고용 냉각 장치는 사이클 내부를 순환하는 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 공기를 공조장치와 열교환하는 인터쿨러; 상기 인터쿨러로부터 나온 공기를 팽창시킨 후 냉각 챔버로 공급하는 터빈; 상기 인터쿨러로부터 상기 터빈으로 이동하는 공기를 상대적으로 저온의 공기와 열교환 하기 위한 재생기를 포함한다.

Description

차량 냉장고용 냉각장치{Cooling Apparatus for Vehicle Refrigerator}
본 발명은 차량용 냉장고의 냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어를 냉매로 사용하는 에어 사이클에 기초한 차량용 냉장고용 냉각장치에 관한 것이다.
최근의 자동차는 운전자와 탑승객을 위한 각종 편의 장치들을 갖추고 있다. 편의 장치의 일례로서, 음료수, 과일 등과 같은 각종 음식물들을 냉장 보관할 수 있는 냉장고가 있다.
이러한 차량에 사용되는 차량 냉장고는 통상적으로 세단 형태의 차량일 경우 뒷좌석에 설치되며, 필요에 따라 내부의 냉각 챔버 내에 냉장식과 냉동실을 구별하여 구비할 수 있다.
이와 같은 차량 냉장고는 냉각 챔버를 냉각시키는 냉각 시스템을 구비한다. 냉각 시스템의 일례로서 HC 계열의 냉매를 사용하는 냉각 시스템이 있었다. 그러나, HC 계열의 냉매를 사용하는 냉각 시스템은 환경 문제를 야기시키는 문제가 있었다.
다른 기술로서, 펠티어(Peltier) 효과를 이용하는 열전 소자를 사용하여 열전 소자에서 발생된 냉기를 냉장고에 송풍하는 냉각 시스템이 고려되었다. 그러나, 열전 소자는 흡열부의 면적이 매우 작아서 냉기의 발생량이 매우 낮고 결국 냉동 효율이 낮은 관계로 원하는 수준의 냉동이 불가능하거나, 동일한 냉동을 위해서는 많은 전력이 소비되어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공기를 냉매로서 사용하는 에어 사이클을 구동시켜 차량 냉장고의 냉각 챔버를 냉각하되, 인터쿨러로 유입되는 공기를 차량의 공조 장치에서 공조된 공기를 이용함으로써 냉각 효율을 향상시킬 있는 차량 냉장고용 냉각 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 사이클 내부를 순환하는 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 공기를 공조장치와 열교환하는 인터쿨러와, 상기 인터쿨러로부터 나온 공기를 팽창시킨 후 냉각 챔버로 공급하는 터빈과, 상기 인터쿨러로부터 상기 터빈으로 이동하는 공기를 상대적으로 저온의 공기와 열교환 하기 위한 재생기를 포함한다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 공조 장치에서 공조된 공기를 상기 인터쿨러로 유도하는 공조 덕트를 추가로 포함한다.
한편, 본 발명이 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는 상기 재생기는 인터쿨러로부터 상기 터빈으로 이동하는 공기를 상기 냉각 챔버로부터 상기 압축기로 이동하는 공기와 열교환한다.
선택적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 상기 재생기는 인터쿨러로부터 상기 터빈으로 이동하는 공기를 상기 터빈에서 상기 냉각 챔버로 이동하는 공기와 열교환한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 상기 공조 덕트 내부에 차량 실내로부터 유입되는 공기가 유동하는 실내풍 유입로와, 상기 공조 장치로부터 공조된 공기가 유동하는 공조풍 유입로를 추가로 구비한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 상기 실내풍 유입로와 상기 공조풍 유입로의 단부에 형성되어 상기 인터쿨러로 유입되는 공기가 혼합되는 공간을 제공하는 혼합실을 공조 덕트 내에 추가로 구비한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치에서, 상기 공조 덕트는 상기 실내풍 유입로와 상기 공조풍 유입로에서 각각 유입되는 공기의 양을 조절하는 도어를 추가로 구비한다.
본 발명에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는 다음과 같은 효과를 가지고 있다.
첫째, 냉각 장치의 사이클의 냉매로서 공기를 사용하기 때문에 환경 오염의 문제점을 해결할 수 있다.
둘째, 냉매로서 공기를 사용하기 때문에 저렴한 장치 구성이 가능하다.
셋째, 냉각 장치의 기본적 작동은 에어컨의 작동과는 독립적으로 작동이 가능하게 된다.
넷째, 열전 방식에 비하여 성능 및 효율이 우수하다.
다섯째, 공기라는 냉매의 특성상 매우 낮은 온도까지 유지가 가능하다.
여섯째, 냉매로서 공기를 사용함으로써 냉매가 습기를 품고 순환하므로 습기를 유지할 수 있어서 냉각 챔버 내에 수용된 수용체를 신선한 상태로 유지할 수 있게 된다.
일곱째, 압축기와 터빈이 동축으로 연결되어 있어서, 압축기에 소요되는 동력을 저감할 수 있다.
여덟째, 공조풍 유입로와 실내풍 유입로로 각각 유입된 공기가 혼합실에서 혼합된 후에 인터쿨러와 열교환하게 됨으로써 인터쿨러의 표면에서의 열교환 온도 편차를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치의 개략적인 구성도이며,
도 2는 도 1의 냉각 장치의 에어 사이클의 TS 선도이며,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치의 개략적인 구성도이며,
도 4는 도 3의 냉각 장치의 에어 사이클의 TS 선도이다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치의 개략적인 구성도를 도시하면, 도 2는 도 1의 냉각 장치의 에어 사이클의 TS 선도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는 냉각되는 공간이 되어 차량 냉장고의 냉장실이나 냉동실이 되는 냉각 챔버(50)와, 사이클 내부를 순환하는 냉매인 공기를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기에서 압축된 공기를 공조장치(미도시)와 열교환하는 인터쿨러(20)를 구비한다.
또한, 도 1에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 상기 인터쿨러(20)로부터 나온 공기를 팽창시킨 후 냉각 챔버(50)로 공급하는 터빈(40)과, 상기 인터쿨러(20)로부터 상기 터빈(40)으로 이동하는 공기를 상대적으로 저온의 공기와 열교환 하기 위한 재생기(30)를 포함한다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 공조 장치에서 공조된 공기를 상기 인터쿨러(20)로 유도하는 공조 덕트(22)를 포함한다. 따라서, 상기 인터쿨러(20)는 차량용 공조 장치에서 냉각된 차가운 공기와 열교환을 함으로써 인터쿨러(20) 내부를 유동하는 공기는 차량용 공조 장치에 의해 냉각된 공조된 공기에 의해 냉각될 수 있다.
한편, 상기 재생기(30)는 상기 인터쿨러(20)로부터 상기 터빈(40)으로 이동하는 공기를 상기 냉각 챔버(50)로부터 상기 압축기(10)로 이동하는 공기와 열교환하게 된다. 상기 재생기(30)에서의 열교환에 의하여, 상기 인터쿨러(20)를 빠져나온 공기는 상기 재생기(30)를 통과한 후 온도가 더욱 하강하게 되며, 상기 냉각 챔버(50)를 빠져나온 공기는 온도가 더욱 상승하게 된다.
한편, 상기 인터쿨러(20)에 연결되는 상기 공조 덕트(22) 내부에는 차량 실내로부터 유입되는 공기가 유동하는 실내풍 유입로(24)와, 상기 공조 장치(미도시)로부터 공조된 공기가 유동하는 공조풍 유입로(26)가 설치된다.
또한, 상기 공조 덕트(22)에는 상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26)의 단부에 형성되어 상기 인터쿨러(20)로 유입되는 공기가 혼합되는 공간으로서 혼합실(28)이 설치된다. 상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26) 각각에서 도입된 공기는 상기 혼합실(28)에서 서로 혼합된 후 상기 인터쿨러(20)와 열교환하게 된다.
또한, 상기 공조 덕트(22)에는 상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26)에서 각각 유입되는 공기의 양을 조절하는 도어(27)가 구비된다.
따라서, 상기 공조 덕트에서 실내풍 유입로(24)와 공조풍 유입로(26)를 통하여 유입되는 공기는 도어(27)에 의해 조절될 수 있어서 인터쿨러와 열교환하게 되는 공기의 온도를 조절할 수 있게 된다. 또한, 공조풍 유입로(26)와 실내풍 유입로(24)로 각각 유입된 공기가 혼합실(28)에서 혼합된 후에 인터쿨러와 열교환하게 됨으로써 인터쿨러(20)의 표면에서의 열교환 온도 편차를 줄일 수 있다.
한편, 상기 압축기(10)와 터빈(40)은 동축 연결되어 있어서, 터빈(40)에서 발생되는 에너지를 상기 압축기(10)에 이용할 수 있게 된다.
또한, 상기 공조 덕트(22)를 통하여 상기 인터쿨러(20)를 통과하는 공기는 상기 압축기(10)에서 압축되어 상기 인터쿨러(20)를 통과하는 공기와 유동방향이 서로 수직으로 되어 있다. 따라서 상기 인터쿨러(20)는 상기 공조 덕트(22)를 통하여 통과하는 공기와 상기 압축기(10)에서 압축되어 통과하는 공기가 서로 수직하게 열교환하면서 통과하는 공기 유동 경로를 구비한다.
도 2를 참고하면 도 1에 도시된 차량 냉장고용 냉각 장치의 각 구성요소에서의 온도와 엔트로피 변화 추이를 확인할 수 있다.
도 2에 의하면, 압축기(10)에서 공기는 이상적으로 단열 압축되면서 고온 고안 상태로 된다. 따라서, 압축기(10)를 통과하기 이전에 a 지점에서의 공기의 온도는 b 지점에서 상승하게 된다. 이 과정에서 압축기(10)에서의 압축 과정은 이상적으로 관찰하면 엔트로피(s)가 증가하지 않지만, 실제로는 엔트로피가 증가하게 된다. 다만, 본 발명에서는 압축기와 터빈에서의 압출 및 팽창 과정은 이상적으로 단열 압축되거나 이상적으로 단열 팽창되는 것으로 가정하여 고찰한다.
b 지점에서 상기 인터쿨러(20)를 통과하여 c 지점에 도달한 공기는 온도가 하강하게 되며, 재생기(30)를 통과하여 d 지점에 도달하면 온도는 추가로 하강하게 된다. 이후 터빈(40)을 통과하여 공기가 팽창하면서 e 지점에 이르게 되면 압력과 온도가 모두 하강하여 저온 저압 상태로 된다.
터빈(40)을 빠져 나와 e 지점의 저온 저압의 공기가 냉각 챔버(50)를 통과하여 f 지점에 이르게 된 공기는 온도가 상승하게 되며, 재생기(30)를 추가로 통과하여 a 지점에 이르게 되면 공기는 추가로 상승하게 된다.
도 2를 참고하면 폐곡선으로 표시되는 면적이 냉각 용량을 나타내게 되는데, 재생기(30)를 사용함으로써 냉각 용량이 더 커지게 됨을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치의 개략적인 구성도를 도시하면, 도 4는 도 3의 냉각 장치의 에어 사이클의 TS 선도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는 냉각되는 공간이 되어 차량 냉장고의 냉장실이나 냉동실이 되는 냉각 챔버(50)와, 사이클 내부를 순환하는 공기를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기에서 압축된 공기를 공조장치(미도시)와 열교환하는 인터쿨러(20)와, 상기 인터쿨러(20)로부터 나온 공기를 팽창시킨 후 냉각 챔버(50)로 공급하는 터빈(40)과, 상기 인터쿨러(20)로부터 상기 터빈(40)으로 이동하는 공기를 상대적으로 저온의 공기와 열교환 하기 위한 재생기(30)를 포함한다.
한편, 상기 재생기(30)는 상기 인터쿨러(20)로부터 상기 터빈(40)으로 이동하는 공기를 상기 터빈(40)으로부터 상기 냉각 챔버(50)로 이동하는 공기와 열교환하게 된다. 상기 재생기(30)에서의 열교환에 의하여, 상기 인터쿨러(20)를 빠져나온 공기는 재생기를 통과한 후 온도가 더욱 하강하게 되며, 상기 터빈(40)를 빠져나온 공기는 온도가 더욱 상승하게 된다.
또한, 도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량 냉장고용 냉각 장치는, 공조 장치에서 공조된 공기를 상기 인터쿨러(20)로 유도하는 공조 덕트(22)를 포함한다. 따라서, 상기 인터쿨러(20)는 차량용 공조 장치에서 냉각된 차가운 공기와 열교환을 함으로써 인터쿨러(20) 내부를 유동하는 공기는 차량용 공조 장치에 의해 냉각된 공조된 공기에 의해 냉각될 수 있다.
도 1의 경우와 마찬가지로, 상기 인터쿨러(20)에 연결되는 상기 공조 덕트(22) 내부에는 차량 실내로부터 유입되는 공기가 유동하는 실내풍 유입로(24)와, 상기 공조 장치(미도시)로부터 공조된 공기가 유동하는 공조풍 유입로(26)가 설치된다. 또한, 상기 공조 덕트(22)에는 상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26)의 단부에 형성되어 상기 인터쿨러(20)로 유입되는 공기가 혼합되는 공간으로서 혼합실(28)이 설치된다. 상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26) 각각에서 도입된 공기는 상기 혼합실(28)에서 서로 혼합된 후 상기 인터쿨러(20)와 열교환하게 된다. 또한, 상기 공조 덕트(22)에는 상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26)에서 각각 유입되는 공기의 양을 조절하는 도어(27)가 구비된다.
따라서, 상기 공조 덕트에서 실내풍 유입로(24)와 공조풍 유입로(26)를 통하여 유입되는 공기는 도어(27)에 의해 조절될 수 있어서 인터쿨러와 열교환하게 되는 공기의 온도를 조절할 수 있게 되며, 공조풍 유입로(26)와 실내풍 유입로(24)로 각각 유입된 공기가 혼합실(28)에서 혼합된 후에 인터쿨러와 열교환하게 됨으로써 인터쿨러(20)의 표면에서의 열교환 온도 편차를 줄일 수 있다.
한편, 상기 압축기(10)와 터빈(40)은 동축 연결되어 있어서, 터빈(40)에서 발생되는 에너지를 상기 압축기(10)에 이용할 수 있게 된다.
또한, 상기 공조 덕트(22)를 통하여 상기 인터쿨러(20)를 통과하는 공기는 상기 압축기(10)에서 압축되어 상기 인터쿨러(20)를 통과하는 공기와 유동방향이 서로 수직으로 되어 있다. 따라서 상기 인터쿨러(20)는 상기 공조 덕트(22)를 통하여 통과하는 공기와 상기 압축기(10)에서 압축되어 통과하는 공기가 서로 수직하게 열교환하면서 통과하는 공기 유동 경로를 구비한다.
도 4를 참고하면 도 3에 도시된 차량 냉장고용 냉각 장치의 각 구성요소에서의 온도와 엔트로피 변화 추이를 확인할 수 있다.
도 4에 의하면, 압축기(10)에서 공기는 이상적으로 단열 압축되면서 고온 고안 상태로 된다. 따라서, 압축기(10)를 통과하기 이전에 a 지점에서의 공기의 온도는 b 지점에서 상승하게 된다.
b 지점에서 상기 인터쿨러(20)를 통과하여 c 지점에 도달한 공기는 온도가 하강하게 되며, 재생기(30)를 통과하여 d 지점에 도달하면 온도는 추가로 하강하게 된다. 이후 터빈(40)을 통과하여 공기가 팽창하면서 e 지점에 이르게 되면 압력과 온도가 모두 하강하여 저온 저압 상태로 된다.
터빈(40)을 빠져 나와 e 지점의 저온 저압의 공기가 재생기(30)를 추가로 통과하여 f' 지점에 이르게 된 공기는 온도가 추가로 상승하게 되며, 냉각 챔버(50)를 통과하여 a 지점에 이르게 되면 공기는 추가로 상승하게 된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 압축기 20: 인터쿨러
22: 공조덕트 24: 실내풍 유입로
26: 공조풍 유입로 27: 도어
28: 혼합실 30: 재생기
40: 터빈 50: 냉각 챔버

Claims (7)

  1. 사이클 내부를 순환하는 공기를 압축하는 압축기(10);
    상기 압축기에서 압축된 공기를 공조장치와 열교환하는 인터쿨러(20);
    상기 인터쿨러로부터 나온 공기를 팽창시킨 후 냉각 챔버(50)로 공급하는 터빈(40);
    상기 인터쿨러(20)로부터 상기 터빈(40)으로 이동하는 공기를 상대적으로 저온의 공기와 열교환 하기 위한 재생기(30)를 포함하는 차량용 냉장고용 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공조 장치에서 공조된 공기를 상기 인터쿨러(20)로 유도하는 공조 덕트(22)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉장고용 냉각 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생기는 인터쿨러(20)로부터 상기 터빈(40)으로 이동하는 공기를 상기 냉각 챔버(50)로부터 상기 압축기(10)로 이동하는 공기와 열교환하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉장고용 냉각 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생기는 인터쿨러(20)로부터 상기 터빈(40)으로 이동하는 공기를 상기 터빈(40)에서 상기 냉각 챔버(50)로 이동하는 공기와 열교환하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉장고용 냉각 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 공조 덕트(22) 내부에 차량 실내로부터 유입되는 공기가 유동하는 실내풍유입로(24)와, 상기 공조 장치로부터 공조된 공기가 유동하는 공조풍 유입로(26)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉장고용 냉각 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26)의 단부에 형성되어 상기 인터쿨러(20)로 유입되는 공기가 혼합되는 공간을 제공하는 혼합실을 공조 덕트(22) 내에 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉장고용 냉각 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공조 덕트(22)는 상기 실내풍 유입로(24)와 상기 공조풍 유입로(26)에서 각각 유입되는 공기의 양을 조절하는 도어(27)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉장고용 냉각 장치.
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