KR900008584B1 - 자동차 폐열을 이용한 냉·난방 겸용 동력발생장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자동차 폐열을 이용한 냉·난방 겸용 동력발생장치

제1도는 본 발명의 전체 계통도로써 A는 냉각수 순환 계통도, B는 동력발생 장치의 계통도, C는 냉방싸이클 계통도, D는 난방싸이클 계통도, E는 과급기 작동상태 계통도이다.

제2도는 본 발명의 p-h(Pressure-Enthalpy)선도로써 A는 냉방을 겸한 동력발생장치선도이며, B는 난방을 겸한 동력발생장치선도이다.

제3도는 본 발명을 설치하여 R-12(CCL₂F₂)냉매를 사용 하였을때의 p-h선도로써, A는 냉방을 겸한 동력발생장치선도이며, B는 난방을 겸한 동력발생장치선도이다.

제4도는 본 발명의 장치 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 라디에이터 3 : 배기관

4 : 흡열기 5 : 가압펌프

6 : 가열기 7 : 팽창터빈

8 : 절환밸브 9 : 응축기

10 : 수액기 11 : 냉난방기

12 : 휜튜브 13 : 압축기

본 발명은 자동차 엔진에서 발생되는 폐열을 이용하여 차내의 냉난방을 겸하면서 동력을 발생하는 자동차 폐열을 이용한 냉난방 겸용 동력발생장치에 관한 것으로서, 최근 산업의 발달로 자동차가 생활의 필수 수단으로 등장하면서 되도록이면 연료 소모가 적은 소형이면서도 그 기능이 완벽하고 구동력이 떨어지지 않는 자동차가 요구됨에 따라 자동차 엔진에서 발생되는 폐열원을 에너지화하여 자동차 실내의 냉난방은 물론, 동력을 발생토록 하여 과급기나 발전기등을 가동하는 부수적인 동력에너지로 사용하도록 하므로서 자동차 엔진에서 얻은 출력을 순수한 자동차 구동에만 사용토록 하였기 때문에 자동차 엔진을 보호하고 연료 소비가 적은 소형으로서 그 기능이 완벽하면서도 구동력이 떨어지지 않는 자동차를 제공하여 유지비 및 에너지를 절감토록 함에 그 목적이 있다.

종래의 경우에 있어서는, 자동차내의 냉난방에 필요한 에너지나 전기발생장치 및 과급기등 부수적인 장치를 작동하는데 필요한 에너지를 자동차엔진의 축 출력에만 의존하였기 때문에 자동차 구동에 사용되는 엔젠의 효율이 상대적으로 그만큼 떨어졌으며, 일반 소형 승용차에서는 이로인하여 엔진에 무리한 부하가 걸리기 때문에 엔진이 쉽게 망가지는 것은 물론, 연료 사용량이 증가하여 관리 유지비가 많이 들고 에너지 절약에 역행하는 원인이 되었고, 이를 보완하고자 고안된 것으로 자동차 폐열을 이용한 흡수식 냉방장치가 있었으나, 이또한 그 효율에 비하여 구조가 복잡하고 부피가 크기 때문에 전체 중량이 많이 나가며 사용범위가 단순하여 실용화되지 못하는 것이 허다한 현실정이었다.

본 발명은 상기한 바와같은 종래의 문제점을 감안하여 자동차 엔진에서 발생하는 폐열을 이용하여 차내의 냉난방과 동시에 동력을 발생시켜 이를 자동차에 필요한 부수 에너지로 사용토록 하여 엔진을 보호하고 구동력을 증대시킨 것으로 이를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

엔진(1)에서 발생하는 폐열이 냉각수에 의하여 라디에이터(2)로 방출되고 나머지는 배기관(3)을 따라 배기가스와 함께 방출되는 자동차에 있어서, 상기 엔진(1)과 라디에이터(2)를 연결하는 냉각수관(23)에는 흡열기(4)를, 연소가스 배출용 배기관(3)에는 가열기(6)를 설치하고, 압축기(13)와 가압펌퍼(5)는 물론 과급기(17) 및 발전기(20)를 구동시키는 팽창터빈(7)을 설치하여, 상기 흡열기(4)에서 1차 가열되고 가열기(6)에서 2차 가열된 냉매가 팽창터빈(7)을 가동시키고 절환밸브(8)를 거쳐 응축기(9)에서 방열과 동시에 응축되어 수액기(10)에서 저장된후 다시 상기 가압펌퍼(5)에 의하여 흡열기(4)로 압송되는 폐순환 회로를 구성하였으며, 상기 수액기(10)에 저장된 일부 냉매가 팽창변(11')을 통하여 냉난방기(11)에서 증발되면서 증발잠열을 흡수하여 실내를 냉방하고 배기관(3)에 설치된 휜튜브(12)를 거치면서 배기가스 열에 의하여 완전 증발된후, 팽창터빈(7)의 동력으로 가동되는 압축기(13)에서 가압되어 상기 절환밸브(8)를 거쳐 응축기(9)에서 응축되어 수액기(10)로 회수되면서 동력 발생과 동시에 냉방을 하는 것이며, 또한 흡열기(4)와 가열기(6)에서 가열되어 팽창터빈(7)을 돌린 냉매를 절환밸브(8)의 조작으로 냉난방기(11)로 보내서 난방용 열을 방출토록 하여 자동차 실내를 난방시키고 열의 방출로 응축된 냉매는 다시 상기 수액기(10)로 유입토록 하여 동력발생과 동시에 난방을 하는 장치인 것으로, 미설명 부호 20은 자동차용 발전기이며, 21은 냉방시 냉매가 역류하지 못하게 하는 역지변이다.

이와같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면, 먼저 본 발명의 전체 계통도인 제1도의 냉각수 순환계통도(A)에서 엔진(1)과 라디에이터(2)를 연결하는 냉각수관에 설치한 흡열기(4)내부로 과열된 엔진(1)를 냉각시키고 엔진열을 흡수한 냉각수가 통과하면서 흡열기(4)속의 냉매를 가열하고 라디에이터(2)로 가서 냉각된후 순환펌프(14)에 의하여 다시 엔진(1)으로 압입되어 강제 순환되는데, 이때 흡열기(4)내부의 냉매가 너무 과열되어 압력이 일정한 기준치 이상으로 상승하면 센서(4')에 의하여 작동되는 조절밸브(15)가 엔진 냉각수 일부를 엔진(1)에서 라디에이터(2)로 직접 보내어 흡열기(4)에 통과되는 냉각수량을 조절하여 냉매의 가열정도를 조절하게 된다.

이와같은 방법에 의하여 흡열기(4)에서 1차 가열된 냉매가 본 발명에서 원하는 열에너지를 흡수하지 못하면 배기관(3)에 설치된 가열기(6)에서 배기가스에 의하여 재차 가열되어 고온고압으로 되며, 이때 가열기(6)내의 냉매가 기준치 이상으로 가열되면 센서(6')에 의하여 조절밸브(16)가 가열기(6)를 통과하는 배기가스량을 조절하게 된다.

상기와 같이 흡열기(4)와 가열기(6)에서 엔진(1)으로 부터 방출되는 폐열에너지를 흡수한 고온고압의 냉매가 동력발생장치 계통도(B)의 팽창터빈(7)에서 팽창하면서 터빈을 돌려 동력을 발생하고 절환밸브(8)를 거쳐 응축기(9)에서 방열과 동시에 응축되어 냉매 저장통인 수액기(10)에 저장되면 팽창터빈(7)의 동력으로 가동되는 가압펌프(5)에 의하여 다시 흡열기(4)내로 압송되어서 계속하여 순환하며 동력을 발생하게 되고, 이때 여기서 발생되는 동력 에너지로 냉방시에 필요한 압축기(13)를 가동시킴은 물론,과급기(17) 및 발전기(20) 작동에 필요한 부수적인 에너지로 사용토록 한것이다.

한편, 하절기에 자동차 실내를 냉방하고자 할때는 동력발생장치(B)의 수액기(10)에 부착된 밸브(10')를 열어주면 수액기(10)속의 일부 냉매가 냉방 싸일클 계통도(C)와 같이 팽창변(11')을 통하여 자동차 실내에 설치된 냉난방기(11)속으로 팽창하면서 이때 필요한 기화잠열을 흡수하여 자동차 실내를 냉방시키고 포화증기 상태가 되면 이를 배기관(3)에 설치된 휜튜브(12)로서 과열증기 상태로 되게한후 압축기(13)를 이용하여 동력발생장치(B)의 절환밸브(8)로 압송하여 팽창터빈(7)을 가동시킨 냉매와 함께 응축기(9)에서 응축되어 수액기(10)로 회수되면서 동력발생과 동시에 냉방을 하도록 한것이다.

또한, 동절기에 난방을 하고자 할때는 난방싸이클(D)과 같이 흡열기(4)와 가열기(6)에서의 열에너지 흡수로 가열되어 동력발생장치(B)의 팽창터빈(7)을 돌리고난 고온고압의 냉매를 절환밸브(8)의 조작으로 냉난방기(11)로 보내서 난방용 열을 방출토록 하여 자동차 실내를 난방시키고 열의 방출로 응축된 냉매는 체크밸브(21)을 거쳐 다시 동력발생장치(B)의 수액기(10)로 유입되면서 동력발생과 동시에 난방을 하도록 하였으며, 이때 압축기(13)가 가동됨으로서 일부 냉매는 절환밸브(8), 휜튜브(12), 압축기(13)순으로 유동하게 된다.

또한, 엔진에 공급되는 공기를 과급하고자 할때는 과급기 작동상태 계통도(E)에서와 같이 과급기(17)를 설치하여 상기 팽창터빈(7)에서 발생하는 동력으로 과급기(17)를 가동시키게 되는데 엔진 시동시 팽창터빈(7)이 가동되지 않은 상태에서는 시동에 필요한 공기가 휠터(18)에서 역지변(19)을 통하여 직접 엔진(1)으로 유입되며, 팽창터빈(7)이 가동되면 여기서 발생된 동력으로 작동되는 과급기(17)에 의하여 공기를 과급하도록 한것이다.

상기한 바와같이 본 발명은 자동차 폐열을 이용하여 차내의 냉난방과 동시에 동력을 발생시켜 이를 자동차에 필요한 부수 에너지로 사용하기 때문에 엔진을 보호하고 구동력을 증대시키며, 연료 소비량을 감소하여 에너지를 절약함은 물론, 엔진에 장착되는 본 발명은 구조가 간단하고 소형경량이므로 자동차의 구동에 영향을 거의 주지 않으면서도 그 기능이 매우 완벽한 획기적인 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 엔진(1)에서 발생하는 폐열이 냉각수에 의하여 라디에이터(2)로 방출되고 나머지는 배기관(3)을 따라 배기가스와 함께 방출되는 자동차에 있어서, 상기 엔진(1)과 라디에이터(2)를 연결하는 냉각수관(23)에는 흡열기(4)를, 연소가스 배출용 배기관(3)에는 가열기(6)를 설치하고, 압축기(13)와 가압펌프(5)는 물론 과급기(17) 및 발전기(20)를 구동시키는 팽창터빈(7)을 설치하여, 상기 흡열기(4)와 가열기(6)에서 열에너지를 흡수한 냉매가 팽창터빈(7)을 가동시키고 절환밸브(8)을 거쳐 응축기(9)에서 응축되어 수액기(10)에 저장되면 가압펌프(5)로 상기 흡열기(4)에 압송토록 폐순환회로를 구성함을 특징으로 하는 자동차 폐열을 이용한 냉난방 겸용 동력발생장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 수액기(10)와 절환밸브(8)사이에 냉난방기(11)와 휜튜브(12) 및 압축기(13)로 연결 구성되는 냉방 싸이클을 구성하는것.
3. 제1항에 있어서, 팽창터빈(7)을 돌린 냉매가 절환밸브(8)에 의하여 냉난방기(11)를 거쳐서 수액기(10)로 회수되는 난방 싸이클을 구성한것.
4. 제1항에 있어서, 팽창터빈(7)에서 발생된 동력으로 가압펌프(5)와 응축기(9)를 가동하여 계속해서 냉매를 순환토록 하는것.

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