KR20140048559A

KR20140048559A - 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기

Info

Publication number: KR20140048559A
Application number: KR1020120114657A
Authority: KR
Inventors: 오동석; 유진영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-24
Also published as: KR101867572B1

Abstract

본 발명은 자동차에 사용되는 응축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉매가 유동되는 튜브와, 상기 튜브에 연결된 일측 헤더와 타측 헤더를 가지고, 상기 일측 헤더에 압축기로부터 전달되는 고온 고압의 냉매가 유입되는 유입구와 상기 튜브를 통과한 중온 고압의 냉매를 팽창밸브로 배출하는 배출구가 형성되고, 상기 일측 헤더의 내측은 고온 고압의 냉매가 유동되는 외측유로를 형성하고, 상기의 일측 헤더에 증발기가 생성한 저온 저압의 냉매를 유입시키는 증발기냉매유입구를 형성하고, 상기 일측 헤더의 내부에 상기 증발기냉매유입구로부터 유입된 저온 저압의 냉매가 유동되는 중간유로를 가진 증발기냉매관을 설치하고, 상기 일측 헤더에 상기 증발기냉매관로 유입된 저온 저압의 냉매를 압축기로 배출하는 증발기냉매배출구를 형성한 구성을 특징으로 한다.

Description

자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기{Self internal heat exchanging type condensor apparatus for a car}

일반적으로, 자동차의 냉방을 위한 에어컨디셔너(air-conditioner)장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 연결 배관으로 이루어진다.

압축기는 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체로 만들어 응축기로 보내는 기능을 하며, 응축기는 대기와의 열교환을 통하여 상기 압축기로부터 전달된 고온 고압의 냉매를 응축시켜 중온 고압의 액체 상태의 냉매로 조성한다.

팽창밸브는 상기 응축기로부터 중온 고압의 냉매를 전달받아 이를 급속하게 팽창시켜 그 후단에 위치한 증발기로 전달하고, 증발기는 상기 팽창밸브를 통하여 팽창된 냉매를 실내 블로워에 의하여 기화시키면서 공기중의 열을 빼앗아 냉기를 생성하여 자동차 실내로 전달하는 기능을 수행한다. 상기 증발기에서 열을 흡수한 냉매는 저온 저압 상태로 변화되어 압축기로 전달된다.

이러한 에어컨디셔너 장치의 구성요소 중, 도 1 을 참조하여 상기 응축기를 보다 상세하게 설명하면, 종래의 응축기(1)는 대기와의 열교환을 위하여 고온 고압의 냉매를 유동시키는 중공의 튜브(5)를 가지며, 이 튜브(5)의 양측으로 수직 방향의 냉매통로(8)를 형성한 일측 헤더(header)(2) 및 타측 헤더(3)가 형성된다.

또한, 상기 일측 헤더(2)에 압축기의 토출부에서 토출되어 고압 호스를 통하여 전달되는 고온 고압의 냉매가 유입되는 유입구(6)와, 상기 튜브(5)를 통과한 중온 고압의 냉매를 증발기의 전단에 연결된 팽창밸브로 배출하는 배출구(7)가 형성된다.

미설명부호 4 는 상기 타측 헤더(3)에 연결된 리시버 드라이버(receiver driver)(4)로서, 응축기로 유입되는 냉매의 수분 및 불순물을 여과시키는 기능을 수행하는 부품이다.

따라서, 연비 개선을 위하여 에어컨디셔너 장치의 효율성을 향상시키기 위한 방안도 지속적으로 요구된다.

또한, 근래에 연료전지와 연료를 이용하여 모터와 엔진을 구동시키는 하이브리드(hybrid) 자동차가 점차 상용화되고 있는데, 이러한 하이브리드 자동차는 연료전지 및 이의 부속회로 등의 전장품의 갯수가 증가되는 추세이며, 이들로부터 발생되는 폐열을 보다 효율적으로 제거 및 이용할 수 있는 방안이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안된 것으로서, 하이브리드 자동차의 연료전지 및 이의 부속회로에서 발생하는 전장품 폐열을 효과적으로 이용하고, 에어컨디셔너 장치의 자체적인 내부 열교환 능력 증대를 통하여 에어컨디셔너 장치의 작동 연비를 개선하고자 하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기의 구성은, 냉매가 유동되는 튜브와, 상기 튜브에 연결된 일측 헤더와 타측 헤더를 가지고, 상기 일측 헤더에 압축기로부터 전달되는 고온 고압의 냉매가 유입되는 유입구와 상기 튜브를 통과한 중온 고압의 냉매를 팽창밸브로 배출하는 배출구가 형성되고, 상기 일측 헤더의 내측은 고온 고압의 냉매가 유동되는 외측유로을 형성하고, 상기의 일측 헤더에 증발기가 생성한 저온 저압의 냉매를 유입시키는 증발기냉매유입구를 형성하고, 상기 일측 헤더의 내부에 상기 증발기냉매유입구로부터 유입된 저온 저압의 냉매가 유동되는 중간유로를 가진 증발기냉매관을 설치하고, 상기 일측 헤더에 상기 증발기냉매관로 유입된 저온 저압의 냉매를 압축기로 배출하는 증발기냉매배출구를 형성한 구성을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기는 에어컨디셔너 장치의 작동 연비를 개선하고 그 성능을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 전장품의 폐열 흡수 및 보관을 통한 전장부의 냉각 효율을 개선시키는 효과가 있다.

도 1 은 종래의 응축기의 구성도,
도 2 는 본 발명 응축기의 구성도,
도 3 은 도 2 의 B-B' 선 단면 및 C-C' 선 단면도,
도 4 는 본 발명 응축기를 이용한 에어컨디셔너 장치의 실시예의 구성도,
도 5 는 본 발명의 응축기를 이용한 에어컨디셔너 장치의 다른 실시예의 구성도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기의 구성을 상세하게 설명한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2 는 본 발명 응축기의 구성도이다.

본 발명 응축기(10)는 대기와의 열교환을 위하여 고온 고압의 냉매를 유동시키는 중공의 튜브(50)를 가지며, 상기 튜브(50)의 양측으로 상기 튜브(50)와 수직 방향으로 연결된 일측 헤더(header)(20) 및 타측 헤더(30)가 각각 형성된다.

상기 일측 헤더(20)에 압축기의 토출부에서 토출되어 고압 호스를 통하여 전달되는 고온 고압의 냉매가 유입되는 유입구(60)가 형성되고, 상기 튜브(50)를 통과하는 동안 대기와의 열교환을 통하여 온도가 하강한 상태의 중온 고압의 냉매를 팽창밸브로 배출하는 배출구(70)가 형성된다. 상기 일측 헤더(20)의 내측은 고온 고압의 냉매가 유동되는 외측유로(21)을 형성한다.

또한, 상기 타측 헤더(30)에 이와 수직방향으로 응축기로 유입되는 냉매의 수분 및 불순물을 여과시키는 리시버 드라이버(receiver driver)(40)가 취부된다.

그러므로, 본 발명의 응축기(10)는 압축기 토출부에서 고압 호스(미도시)를 통하여 고온 고압의 냉매가 유입되고, 튜브(50)를 통한 열교환으로 중온 고압의 냉매로 전환되어 팽창밸브로 유출되는 경로는 전술한 종래의 응축기(1)와 동일하다.

이때, 본 발명의 응축기(10)는 에어컨디셔너 장치의 작동시 에어컨디셔너의 냉각 효율을 보다 향상시키고, 자동차의 연료전지 및 이의 부속회로에서 발생하는 전장품 폐열을 효과적으로 제거 및 이용하기 위하여, 도 3 에 도시된 바와 같은 일측 헤더(20)의 구성을 가진다.

도 3 은 도 2 의 B-B' 선 단면 및 C-C' 선 단면도로서, 상기의 일측 헤더(20)의 외주에 증발기가 생성한 저온 저압의 냉매를 유입시키는 증발기냉매유입구(80)를 형성하고, 상기 일측 헤더(20)의 내부에 상기 증발기냉매유입구(80)로부터 유입된 저온 저압의 냉매가 유동되는 중간유로(101)를 가진 증발기냉매관(100)을 설치하고, 상기 일측 헤더(20)의 외주면에 상기 증발기냉매관(100)로 유입된 저온 저압의 냉매를 압축기로 배출하는 증발기냉매배출구(90)를 형성한다.

또한, 상기 증발기냉매관(100)의 내부에 자동차의 전장품을 냉각시키는 냉각수를 유입시키는 전장품냉각수유입구(121)를 형성하고 상기 전장품냉각수유입구(121)로 유입된 전장품냉각수를 유동시키는 내측유로(123)를 가진 전장품냉각수관(120)을 설치한다. 상기 전장품냉각수관(120)에는 상기 내측유로(123)를 통과한 전장품냉각수를 자동차의 라디에이터(400)로 회송하는 전장품냉각수배출구(122)가 형성된다.

또한, 상기 증발기냉매관(100)과 전장품냉각수관(120)의 사이에는 상변화물질(Phase Change Material, 약칭하여 'PCM'이라 불리움)(110)을 충진시킨다.

따라서, 본 발명 일측 헤더(20)는 그 관로 내부에 증발기냉매관(100)과 전장품냉각수관(120)이 설치되고, 상기 일측 헤더(20)와 증발기냉매관(100) 사이에는 압축기로부터 전달된 고온 고압의 냉매가 유동하는 외측유로(21)가 형성되며, 상기 증발기냉매관(100)과 상기 상변화물질(110) 사이에는 증발기로부터 전달되는 저온 저압의 냉매가 유동하는 중간유로(101)가 형성되며, 상기 상변화물질(110)의 코어 부분에 형성된 전장품냉각수관(120)에는 전장품 냉각수가 유동되는 내측유로(123)를 형성한 소위 멀티 채널(Multi-Channel)형 일측 헤더(20)를 구성하게 된다.

상기 상변화물질(110)은 외부로부터 열을 흡수하면 고체 상태가 액체 상태로 상변화되며, 액체 상태로 상변화된 상변화물질(110)은 본래의 고체 상태로 상변화될 때까지 주위의 열을 흡수함으로써 이러한 상변화물질(110)이 부존재하는 경우와 비교하여 장시간 동안의 축열 및 에너지 저장 기능을 수행할 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명 응축기(10)의 작동을 도 4 의 본 발명 응축기를 이용한 에어컨디셔너 장치의 실시예의 구성도를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4 의 에너컨디셔너 장치는 본 발명 응축기(10)의 유입구(60)와 압축기(300)의 냉매 토출관을 연결하고, 상기 응축기(10)의 배출구(70)와 팽창기(600)의 입력 포트를 연결한다.

그러므로, 상기 일측 헤더(20)의 내측에 형성된 외측유로(21)에는 상기 압축기(300)로부터 유입되는 고온 고압의 냉매가 유동되어 응축기(10)의 튜브(50)를 통한 열교환에 의하여 중온 고압의 냉매로 변화되고 배출구(70)를 통하여 팽창기(600)로 배출된다.

또한, 본 발명 응축기(10)의 증발기냉매유입구(80)와 상기 팽창기(600)의 후단에 연결된 증발기(200)의 토출관을 연결하고, 상기 응축기(10)의 증발기냉매배출구(90)와 압축기(300)의 냉매 입력관을 연결한다.

그러므로, 본 발명 응축기(10)의 중간유로(101)에는 상기 증발기(200)의 토출관으로부터 상기 증발기냉매유입구(80)를 경유하여 유입된 저온 저압의 냉매가 유입되어 증발기냉매배출구(90)를 통하여 압축기(300)로 배출된다.

또한, 본 발명 응축기(10)의 전장품냉각수유입구(121)와 전장품냉각수유로(500)의 토출관을 연결하고, 상기 응축기(10)의 전장품냉각수배출구(122)와 라디에이터(400)의 입력관을 연결한다.

그러므로, 본 발명 응축기(10)의 내측유로(123)에는 전장품을 냉각시키는 과정에서 폐열을 함유하게 된 냉각수가 유동하여 전장품냉각수배출구(122)를 통하여 라디에이터(400)로 배출된다.

따라서, 에어컨디셔너 장치가 작동중일 경우에는 응축기(10)와 연결된 증발기(200), 압축기(300) 및 팽창기(600)가 작동되므로, 상술한 고온 고압의 냉매가 유동되는 상기 외측유로(21)와 저온 저압의 냉매가 유동되는 상기 중간유로(101)가 상호 열 교환을 수행하게 되므로, 냉매의 과열도 및 과냉도가 추가적으로 확보되어 에어컨디셔너 장치의 성능 및 작동 연비 개선이 가능하게 된다.

또한, 본 발명 응축기(10)의 중간유로(101)의 중앙부에 설치된 내측유로(123)에는 상기 전장품냉각수유로(500)로부터 유입된 냉각수의 폐열은 전장품냉각수관(120)의 외주를 둘러싸고 있는 상변화물질(110)이 열을 흡수하여 잠열을 흡수 보관하고 있다가 에어컨디셔너 작동시에 그 열을 상기의 중간유로(101)로 전달하여 줄 수 있다.

따라서, 상기와 같은 본 발명 응축기(10)의 내측유로(123)를 통한 냉각수의 추가 냉각이 이루어지므로, 전장품냉각수유로(500)의 냉각 효율성을 보다 증대시킬 수 있게 되며, 이러한 냉각 효율성의 증대는 에어컨디셔너 장치의 미작동시에도 마찬가지로 이루어질 수 있게 된다.

따라서, 상술한 바와 같은 작동 상태를 가지는 본 발명의 응축기(10)는 냉방 성능 및 에어컨디셔너 장치의 작동에 소요되는 연비를 개선할 수 있는 효과를 수득하게 되었다.

도 5 는 본 발명의 응축기를 이용한 에어컨디셔너 장치의 다른 실시예의 구성도로서, 기본적으로 도 4 를 통하여 설명한 에어컨디셔너 장치와 동일한 회로 구성을 가지나, 증발기(200)와 본 발명 응축기(10) 사이 및 본 발명 응축기(10)와 팽창기(600) 사이에 별도의 내부열교환기(Internal Heat Exchanger, IHX)(700)를 추가시켜 에어컨디셔너 장치의 성능과 연비를 보다 개선한 실시예이다. 상기 내부열교환기(700)는 바람직하게는 배관일체형인 것이 좋다.

이상의 설명에서 본 발명의 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1; 종래 응축기
2; 일측 헤더 3; 타측 헤더
4; 리시버 드라이버 5; 튜브
6; 유입구 7; 배출구
8; 유로
10; 본 발명 응축기
20; 일측 헤더 21; 외측 유로
30; 타측 헤더 40; 리시버 드라이버
50; 튜브 60; 유입구
70; 배출구 80; 증발기냉매 유입구
90; 증발기냉매 배출구
100; 증발기냉매관 101; 중간 유로
110; 상변화물질
120; 전장품냉각수관 121; 전장품냉각수유입구
122; 전장품냉각수배출구 123; 내측 유로
200; 증발기 300; 압축기
400; 라디에이터 500; 전장품냉각수유로
600; 팽창기 700; 내부열교환기

Claims

냉매가 유동되는 튜브(50)와, 상기 튜브(50)에 연결된 일측 헤더(20)와 타측 헤더(30)를 가진 자동차용 응축기에 있어서,
상기 일측 헤더(20)에 압축기로부터 전달되는 고온 고압의 냉매가 유입되는 유입구(60)와 상기 튜브(50)를 통과한 중온 고압의 냉매를 팽창밸브로 배출하는 배출구(70)가 형성되고, 상기 일측 헤더(20)의 내측은 고온 고압의 냉매가 유동되는 외측유로(21)을 형성하고,
상기의 일측 헤더(20)에 증발기가 생성한 저온 저압의 냉매를 유입시키는 증발기냉매유입구(80)를 형성하고, 상기 일측 헤더(20)의 내부에 상기 증발기냉매유입구(80)로부터 유입된 저온 저압의 냉매가 유동되는 중간유로(101)를 가진 증발기냉매관(100)을 설치하고, 상기 일측 헤더(20)에 상기 증발기냉매관(100)로 유입된 저온 저압의 냉매를 압축기로 배출하는 증발기냉매배출구(90)를 형성한 구성을 특징으로 하는 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기.
제 1 항에 있어서,
상기 증발기냉매관(100)의 내부에 자동차의 전장품을 냉각시키는 냉각수를 유입시키는 전장품냉각수유입구(121)를 형성하고,
상기 전장품냉각수유입구(121)로 유입된 전장품냉각수를 유동시키는 내측유로(123)를 가진 전장품냉각수관(120)을 설치하고,
상기 전장품냉각수관(120)에는 상기 내측유로(123)를 통과한 전장품냉각수를 자동차의 라디에이터(400)로 회송하는 전장품냉각수배출구(122)를 형성한 구성을 특징으로 하는 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기.
제 2 항에 있어서,
상기 증발기냉매관(100)과 전장품냉각수관(120)의 사이에 상변화물질(110)을 충진하는 것을 특징으로 하는 자동차용 자체 내부 열 교환형 응축기.
제 3 항의 응축기의 유입구(60)와 압축기(300)의 냉매 토출관을 연결하고, 상기 응축기의 배출구(70)와 팽창기(600)의 입력 포트를 연결하고,
상기 응축기의 증발기냉매유입구(80)와 상기 팽창기(600)의 후단에 연결된 증발기(200)의 토출관을 연결하고, 상기 응축기의 증발기냉매배출구(90)와 압축기(300)의 냉매 입력관을 연결하고,
상기 응축기의 전장품냉각수유입구(121)와 전장품냉각수유로(500)의 토출관을 연결하고, 상기 응축기의 전장품냉각수배출구(122)와 라디에이터(400)의 입력관을 연결한 구성을 특징으로 하는 자동차의 에어컨디셔너 장치.