WO2015178744A1 - 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법 - Google Patents

순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법 Download PDF

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박윤철
천원기
응김춘
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제주대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle cooling apparatus capable of instantaneous cooling, a vehicle including the same, and a method of instantaneous cooling of a vehicle.
  • the inside of the vehicle In the case of a vehicle parked for a long time in the summer, the inside of the vehicle is exposed to a high temperature outside air and direct sunlight by sunlight, and is already at a high temperature before driving. In this case, the inside temperature of the vehicle is raised to 50 ° C or higher. Therefore, the vehicle driver is exposed to a very high temperature until the air conditioner reaches the normal state after starting the vehicle, and the driver and the passenger of the vehicle have a high discomfort. This takes about three to five minutes to achieve the cooling effect of the existing automatic cooling device, that is, the air conditioner to reach a normal state, so during this time the user feels uncomfortable due to the high temperature inside the vehicle.
  • the present invention connects the pre-cooling means of the adsorption tank filled with the adsorbent between the evaporator outlet of the vehicle air conditioner and the compressor inlet to operate the vehicle in a state where the start of the vehicle is stopped to supply instant cooling to the interior of the vehicle.
  • the vehicle cooling device that can be cooled at one time to prevent the environmental pollution by reducing the carbon dioxide emissions while improving the driver's comfort and reducing fuel waste due to unnecessary idling, including It provides a vehicle and a method of instantaneous cooling of the vehicle.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereby.
  • a main cooling system comprising a compressor, a condenser, a receiver, an expansion valve and an evaporator connected to circulate a refrigerant, and between the receiver, the expansion valve, the evaporator and the evaporator and the compressor. And an instant cooling system through which the coolant flows to the precooling means disposed in the coolant means, wherein the coolant does not circulate in a line of the main cooling system when the instant cooling system is operated, and a pressure difference between the receiver and the precooling means.
  • a vehicle cooling device capable of instantaneous cooling is instantaneous cooling in the vehicle by the refrigerant stored in the receiver flows through the evaporator to the pre-cooling means.
  • the precooling means includes an adsorption tank in which an adsorbent is stored, and the adsorbent may be any one of silica gel, activated carbon, graphite, and a combination thereof.
  • the cooling water supply line is connected between the radiator of the vehicle and the cooling water moving line between the radiator and the stack and the precooling means through a three-way valve, and the cooling water discharge line is discharged to discharge the supplied cooling water so as to receive a high temperature cooling water. It can be characterized in that connected to the cooling water moving line from.
  • the operating means may be characterized in that the operation button or operation switch or remote control.
  • the receiver may be additionally charged with a refrigerant more than an appropriate amount of charge of the vehicle air conditioner to cool for a predetermined time when the instant cooling system is operated.
  • the instant cooling system may further include a heater for heating the adsorber.
  • a vehicle comprising a vehicle body, the above-described cooling device installed on the vehicle body.
  • a compressor, a condenser, a receiver, an expansion valve, an evaporator, and a first valve between the condenser and the receiver, a second valve between the receiver and the expansion valve, and the evaporator In the instantaneous cooling method of the vehicle air conditioner installed in connection with the air conditioner of the vehicle comprising a third valve between the compressor and the compressor, when the start of the vehicle is stopped and the first and third valves are closed, Operating the actuating means, and by the pressure difference between the receiver and the adsorption tank connected through the fourth valve opened between the evaporator and the compressor by the actuating means, the refrigerant stored in the receiver is evaporated.
  • a method for instantaneous cooling of a vehicle comprising the step of instantaneous cooling by moving to an adsorption tank through.
  • the fourth valve of the adsorption tank is closed and the first to third valves connected between the compressor and the evaporator of the air conditioner of the vehicle are opened. It may include the step of the cooling device can be operated.
  • the fourth valve may be closed, and the high temperature cooling water supplied to the suction tank may be further supplied to a radiator of the vehicle.
  • an instantaneous cooling apparatus for a vehicle, a vehicle including the same, and an instantaneous cooling method of a vehicle may include instantaneous cooling until the cooling apparatus is normally operated before starting the vehicle. There is an effect that can improve the comfort by eliminating the discomfort caused by the internal high temperature.
  • FIG. 1 is a schematic conceptual view of a vehicle instant cooling apparatus according to the present invention
  • auxiliary cooling system 20 main cooling system
  • the vehicle cooling apparatus capable of instant cooling includes a main cooling system and an instant cooling system.
  • the main cooling system includes an evaporator 250, a compressor 210, a condenser 220, a receiver 230, and an expansion valve 240 connected to circulate a refrigerant.
  • the instant cooling system 10 includes a receiver 230, an expansion valve 240, an evaporator 250, and precooling means 110 disposed between the evaporator and the compressor, wherein the refrigerant is a receiver 230, an expansion valve. 240, the evaporator 250 and the precooling means 110 disposed between the evaporator and the compressor.
  • the instant cooling system 10 is a precooling means such as an adsorption tank 111 through a valve 340 in the refrigerant movement line 265 between the evaporator 250 and the compressor 210 of the main cooling system 20. 110 is connected.
  • the instant cooling system 10 may share the main cooling system 20, the receiver 230, the expansion valve 240, and the evaporator 250.
  • the instant cooling system 10 may share a portion of the refrigerant moving line with the main cooling system 20.
  • the main cooling system 20 includes refrigerant moving lines 261, 262, and 263 in which the refrigerant moves in the order of the evaporator 250, the compressor 210, the condenser 220, the receiver 230, and the expansion valve 240.
  • 264, 265, and 266, which are sequentially connected to each other a first valve 310 is installed on the refrigerant movement line 262 between the outlet of the condenser 220 and the inlet of the receiver 230.
  • a second valve 320 is installed on the refrigerant movement line 263 between the outlet of the receiver 230 and the inlet of the expansion valve 240, and between the outlet of the evaporator 250 and the inlet of the compressor 210.
  • the third valve 330 is installed on the refrigerant movement line 265 of the.
  • Such a porous silica gel (Silica Gel) in a separate refrigerant transfer line 266 connected to the refrigerant transfer line 265 between the outlet of the evaporator 250 of the main cooling system 20 and the third valve 330.
  • the adsorption agent 112 is filled inside and connected to the stored adsorption tank 111 to configure the instant cooling system 10, and the fourth valve 340 is installed on the refrigerant movement line 265.
  • the porous silica gel serves to adsorb the gas refrigerant evaporated when the evaporated refrigerant moving from the receiver 230 through the expansion valve 240 as the adsorbent 112 is stored in the adsorption tank 111. do.
  • activated carbon or graphite may be used as the porous material as well as silica gel.
  • the gas refrigerant adsorbed on the adsorbent (porous silica gel) of the adsorption tank 111 is decompressed by the gas refrigerant from the adsorbent in the refrigerant circulation in a normal vehicle air conditioner. It is necessary to induce the next instantaneous cooling by sending to 210, that is, regeneration of silica gel by refrigerant desorption. That is, the silica gel, which is an adsorbent, is desorbed when the internal gas is desorbed when it receives heat.
  • waste heat of the engine 40 and the radiator 30 are used.
  • a fuel cell vehicle such as a hydrogen cell
  • a stack and a radiator for generating electricity are used.
  • the engine 40 and the adsorption tank 111 are supplied to supply the high temperature cooling water to the adsorption tank 111. Will be connected. That is, after the coolant for cooling the engine becomes the high temperature coolant through the engine, the bellows valve 45 and the coolant movement line 41 connected between the engine 40 and the radiator 30 provide the high temperature coolant. Cooling water enters the radiator 30 and is cooled. The cooling water supply line enters the adsorption tank 111 through a 3-way valve 130 between the cooling water movement line 41 and the adsorption tank 111.
  • connection (121), and the cooling water discharge line 42 from the adsorption tank 111 is connected to the cooling water moving line (41).
  • the engine will be replaced by a stack that produces electricity by the battery in the case of a vehicle using a battery such as a hydrogen battery.
  • the compressor 210 When the main cooling system 20 is operated, the compressor 210 is operated to send high temperature / high pressure gas to the condenser 220, and the high temperature / high pressure refrigerant gas supplied from the compressor 210 is heated at high temperature. / High pressure liquid refrigerant, the high temperature / high pressure liquid refrigerant is collected in the receiver 230, by the throttling action of the expansion valve 240 is supplied to the evaporator 250 as a low-temperature / low pressure liquid refrigerant, the evaporator In operation 250, the temperature inside the vehicle is dropped to perform cooling operation. This becomes a normal vehicle cooling operation.
  • the instant cooling system 10 may proceed in a state where the vehicle is stopped driving or a parking state where the driving is stopped. That is, when driving of the vehicle is stopped, the first to fourth valves 310 to 340 are locked. Then, the portion including the condenser 220, the compressor 210, and the expansion valve 240 on the dotted line P displayed between the refrigerant movement line 262 and the refrigerant movement line 265 becomes a high pressure state, and the dotted line. (P) The lower end is in a low pressure state. At this time, the receiver 230 stores the liquid refrigerant supplied from the condenser 220 during the operation of the air conditioner.
  • the instantaneous cooling system 10 uses the liquid refrigerant stored in the receiver 230.
  • an operation means such as an operation button or an operation switch or a remote control before starting the vehicle.
  • the second valve 320 and the fourth valve 340 are opened.
  • a pressure difference is generated between the receiver 230 and the adsorption tank 111, which is the precooling means 110, and the refrigerant moves from the receiver 230 toward the adsorption tank 111.
  • the liquid refrigerant discharged from the receiver 230 passes through the expansion valve 240, in which the high-pressure liquid refrigerant is made into a low-temperature liquid refrigerant to the evaporator 250,
  • the evaporator 250 instantaneous instant cooling is possible inside the vehicle through heat exchange between air and refrigerant, and the gas refrigerant evaporated by heat exchange is stored in the adsorption tank 111 in which the adsorbent made of porous silica gel is stored. do.
  • the refrigerant is moved from the receiver 230 to the evaporator 250 by the pressure gradient between the initial high pressure and the low pressure, but after the high pressure and the low pressure are equal, the refrigerant continuously moves by the siphon phenomenon to evaporator 250. ), And the gas refrigerant discharged through the evaporator 250 is adsorbed to the adsorbent 112 of the porous silica gel by the refrigerant adsorption of the adsorption tank 111.
  • the refrigerant when the main cooling system 20 is operated while the vehicle is running, the refrigerant is stored in the receiver 230 in a high pressure state as described above.
  • the vehicle may be heated to a high temperature state in which the driver feels uncomfortable.
  • the driver uses the operating means to operate the instant cooling system 10 before driving the vehicle.
  • the second valve 320 and the fourth valve 340 are opened to flow the refrigerant from the receiver 230 to the adsorption tank 111 that is the precooling means 110.
  • the refrigerant passes through the evaporator 250 and absorbs heat inside the vehicle.
  • the actuation means may be an actuation button or actuation switch or a remote control.
  • the operation button may be a separate button provided inside the vehicle for operating the instant cooling system 10.
  • the operation switch may be a switch provided in a remote control key of the vehicle.
  • the remote control may be a remote control device provided separately from the remote control keys.
  • the present invention additionally charges a refrigerant necessary for instant cooling than an appropriate amount of refrigerant of a general vehicle air conditioner, and thus, a refrigerant having an amount capable of cooling for 5 to 10 minutes when the instant air conditioner is operated is charged more than the normal amount of charge. Therefore, the capacity of a sufficient amount to charge the refrigerant required for instant cooling may also be added to the receiver 230 of the general air conditioner of the vehicle, thereby charging more than the normal charging amount.
  • the instantaneous cooling system 20 When the instantaneous cooling system 20 is about 5 to 10 minutes after operation and the high pressure and the low pressure are the same and the adsorbent 112 of the adsorption tank 111 no longer adsorbs the refrigerant, it is connected with the adsorption tank 111.
  • the fourth valve 340 is closed and the first to third valves 310 to 330 may be opened to switch to the operation of the existing general cooling apparatus, that is, the operation of the main cooling system 20.
  • the instant cooling system 20 may be stopped.
  • the vehicle cooling apparatus capable of instant cooling may further include a configuration for removing the refrigerant.
  • a configuration for removing the refrigerant will be described.
  • the required heat is used to cool the engine, and the coolant of the engine 40 cools the engine 40, and when the temperature becomes higher than a predetermined temperature, the bellows valve 45 installed in the coolant movement line 41 opens the coolant.
  • the bellows valve 45 After being supplied to the radiator 30 through the moving line 41 and cooled by the outside air, low-temperature cooling water is supplied to the engine 40 again.
  • the bellows valve 45 is opened, and the high temperature cooling water supplied to the radiator 30 is preferentially supplied to the adsorption tank 111 by using the three-way valve 130 to transfer heat to the silica gel.
  • the refrigerant adsorbed on the silica gel is desorbed, and when the desorption is completed, the fourth valve 340 is closed, and the three-way valve 130 supplies high-temperature cooling water to the radiator 30 of the vehicle to provide a general cooling system of the engine 40. Go back.
  • the compressor 210 sucks the refrigerant from the evaporator 250 and the refrigerant of the adsorption tank 111 at the same time, and controls the amount of refrigerant desorbed from the adsorption tank 111 by controlling the refrigerant circulation of the expansion valve 240.
  • the same mass of refrigerant is stored in the liquid receiver 230 in a liquid state, and only the refrigerant necessary for the operation of the main cooling system 20 is supplied through the expansion valve 240 to the evaporator 250, the compressor 210, and the condenser 220. Will cycle).
  • a pump provided in the refrigerant moving line 266 for flowing the refrigerant from the adsorption tank 111 to the compressor 210 may be further installed.
  • the operation of the fourth valve 340 that sends the gas refrigerant from the adsorption tank 111 to the compressor 210 is made by the pressure of the adsorption tank 111, the refrigerant when the pressure of the adsorption tank 111 is a predetermined or more As it is determined that all are removed, the fourth valve 340 connected to the adsorption tank 111 is locked, so that the cooling operation of the general vehicle is continuously performed.
  • the vehicle may include a vehicle body and a vehicle cooling apparatus for instant cooling according to the above-described embodiments installed on the vehicle body.

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Abstract

본 발명은 차량 내부의 순간 냉방장치와 그에 의한 냉방법에 관한 것으로서,냉매를 순환시키도록 연결된 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 메인 냉방 시스템, 그리고 상기 수액기, 상기 팽창밸브, 상기 증발기 및 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치된 예냉수단으로 냉매가 유동할 수 있는 순간 냉방 시스템을 포함하고, 상기 순간 냉방 시스템이 작동 시 상기 냉매는 상기 메인 냉방 시스템의 라인을 순환하지 않으며, 상기 수액기와 상기 예냉수단 사이의 압력차에 의해 상기 수액기에 저장된 냉매가 상기 증발기를 거쳐 상기 예냉수단으로 유동함으로써 차량 내부의 순간 냉방이 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법을 제공한다.

Description

순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법
본 발명은 순간 냉방이 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법에 관한 것이다.
여름철 장시간 주차된 차량의 경우, 차량 내부는 고온의 외기온도와 태양 빛에 의한 직사광선에 노출되어 운전 전에 이미 고온의 상태가 되는데, 이때 보통 차량의 내부온도가 50℃ 이상까지 상승하게 된다. 따라서 차량의 시동을 걸어 주행 후에 냉방장치가 정상상태에 도달할 때까지 차량 내부는 매우 높은 온도에 노출됨으로 인해 차량의 운전자와 탑승자는 높은 불쾌감을 느끼게 된다. 이는 기존의 자동의 냉방장치, 즉 에어컨이 정상상태에 도달하기까지 냉방효과를 얻기 위하여 약 3∼5분의 시간이 소요되므로 이 시간 동안에는 차량 내부의 높은 온도로 인해 불쾌감을 느끼게 되는 것이다.
또한 보통 차량의 에어컨은 주행 전 엔진의 공회전을 통해 가동하게 되므로 연료가 불필요하게 소모되며 배기가스의 배출로 환경오염을 유발할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 선행기술문헌의 특허문헌 1에 기재된 종래 차량 시동 전 냉, 난방장치가 있으나, 상기 종래 차량 시동 전 냉, 난방장치는 차량의 냉, 난방을 탑승 전 또는 시동 전에 할 수 있도록 한 목적에 있어서는 본 발명과 유사한 면이 있으나, 이러한 목적에 있어서만 유사할 뿐 상기 목적을 달성하기 위한 구성으로서 전원 공급부와 제어수단 및 전자냉각기를 차량에 설치하여 보조적인 냉방을 할 수 있도록 한 것이어서, 이러한 종래 차량 시동 전 냉, 난방장치의 구성 및 기능은 본 발명의 구성 및 기능과 차이가 있는 것이다.
본 발명은 차량의 시동이 정지된 상태에서 동작하여 차량 실내에 순간적인 냉방을 공급하도록, 차량 냉방장치의 증발기 출구와 압축기 입구 사이에 흡착제가 채워져 저장된 흡착탱크로 된 예냉수단을 연결하여, 차량의 초기 시동 전 또는 주차된 상태에서 미리 냉방을 제공함으로써, 운전자의 쾌적감을 향상시키고, 불필요한 공회전에 따른 연료낭비를 줄이면서 이산화탄소 배출량을 저감시켜 환경오염을 방지하도록 한 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법을 제공한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 냉매를 순환시키도록 연결된 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 메인 냉방 시스템, 그리고 상기 수액기, 상기 팽창밸브, 상기 증발기 및 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치된 예냉수단으로 냉매가 유동할 수 있는 순간 냉방 시스템을 포함하고, 상기 순간 냉방 시스템이 작동 시 상기 냉매는 상기 메인 냉방 시스템의 라인을 순환하지 않으며, 상기 수액기와 상기 예냉수단 사이의 압력차에 의해 상기 수액기에 저장된 냉매가 상기 증발기를 거쳐 상기 예냉수단으로 유동함으로써 차량 내부의 순간 냉방이 이뤄지는 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치가 제공된다.
상기 응축기와 상기 수액기 사이에 설치된 제1 밸브, 상기 수액기와 상기 팽창밸브 사이에 설치된 제2 밸브, 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 설치된 제3 밸브 및 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 냉매 이동라인 상에 설치된 제4 밸브를 더 포함하며, 상기 예냉수단은 상기 냉매 이동라인과 연결되어 있고, 상기 메인 냉방 시스템의 동작이 중지되면 상기 제1 밸브 내지 제3 밸브는 닫히며 상기 순간 냉방 시스템이 동작되면 상기 제2 밸브 및 상기 제4 밸브가 개방될 수 있다.
상기 예냉수단은 흡착제가 저장된 흡착탱크를 포함하며, 상기 흡착제는 실리카 겔, 활성탄, 그라파이트 및 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다.
고온의 냉각수를 공급받도록 차량의 라디에이터와 엔진 또는 라디에이터와 스택 사이의 냉각수 이동라인과 상기 예냉수단 사이에 삼방밸브를 통해 냉각수 공급라인을 연결하고, 공급된 냉각수를 배출하도록 냉각수 배출라인이 상기 예냉수단으로부터 냉각수 이동라인에 연결한 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 순간 냉방 시스템을 작동시켜 순간 냉방을 하도록 한 작동수단을 더 포함하며, 상기 작동수단은 작동버튼이나 작동스위치 또는 리모컨인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 수액기에는 순간 냉방 시스템이 작동될 때 일정시간 동안 냉방을 할 수 있도록 냉매가 차량 에어컨의 적정 충전량보다 많이 부가적으로 충전되어 있을 수 있다.
상기 순간 냉방 시스템은 상기 흡착기를 가열하는 가열기를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 차체, 상기 차체에 설치되는 전술한 냉방장치를 포함하는 차량이 제공된다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기 및 상기 응축기와 상기 수액기 사이의 제1 밸브, 상기 수액기와 상기 팽창밸브 사이의 제2 밸브, 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 제3 밸브로 이루어지는 차량의 냉방장치에 연결하여 설치되는 차량용 냉방장치의 순간 냉방 방법에서, 차량의 시동이 정지되어 상기 제1 및 제3 밸브가 닫힌 상태에서, 순간 냉방장치의 작동수단을 작동시키는 단계, 그리고 상기 작동수단의 작동에 의해 상기 증발기와 상기 압축기 사이에서 개방되는 제4 밸브를 통해 연결된 흡착탱크와 상기 수액기 사이의 압력차에 의해, 상기 수액기에 저장된 냉매가 증발기를 거쳐 흡착탱크로 이동함으로써 순간 냉방이 이루어지는 단계를 포함하는 차량의 순간 냉방방법이 제공된다.
상기 순간 냉방이 일정시간 동안 이루어져 냉매의 압력차가 없어지면 소정의 시간의 경과한 후 흡착탱크의 제4 밸브는 닫히고 차량의 냉방장치의 압축기 내지 증발기 사이에 연결한 제1 내지 제3 밸브가 열려 일반 차량의 냉방장치가 가동될 수 있는 단계를 포함할 수 있다.
상기 차량의 냉방장치가 가동되면 흡착탱크에 저장된 실리카 겔의 재생에 의한 냉매 탈착을 위해, 차량 엔진 또는 스택의 고온의 냉각수를 상기 흡착탱크에 공급하는 단계, 그리고 상기 냉매 탈착이 완료되면 흡착탱크의 제4 밸브는 닫히고, 상기 흡착탱크에 공급된 고온의 냉각수는 차량의 라디에이터로 공급되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법에 의하면, 차량의 시동 전에 냉방장치가 정상적으로 가동할 때까지 순간적인 냉방이 이루어져 운전자 및 탑승자의 차량 내부 고온으로 인한 불쾌감을 없애 쾌적감을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또 차량의 시동 전에 냉방장치를 가동할 필요가 없으므로 상기 냉방장치의 가동에 의한 불필요한 공회전으로 인해 낭비되는 연료를 줄일 수 있는 효과가 있고, 이로부터 이산화탄소 배출량을 저감할 수 있어 환경오염을 방지하도록 하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량 순간 냉방장치의 개략적인 개념도
10: 보조 냉방 시스템 20: 메인 냉방 시스템
110: 흡착기 111: 흡착탱크
112: 흡착제 120: 히팅 파이프
130: 삼방 밸브 210: 압축기
220: 응축기 230: 수액기
240: 팽창밸브
250: 증발기
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치의 개략적인 개념도를 도시한 것이다. 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치는 메인 냉방 시스템과 순간 냉방 시스템을 포함한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 메인 냉방시스템은 냉매를 순환시키도록 연결된 증발기(250), 압축기(210), 응축기(220), 수액기(230) 및 팽창밸브(240)를 포함한다.
순간 냉방 시스템(10)은 수액기(230), 팽창밸브(240), 증발기(250) 및 증발기와 압축기 사이에 배치된 예냉수단(110)를 포함하고, 냉매가 수액기(230), 팽창밸브(240), 증발기(250) 및 증발기와 압축기 사이에 배치된 예냉수단(110)으로 유동할 수 있다.
구체적으로 순간 냉방 시스템(10)은 메인 냉방 시스템(20)의 상기 증발기(250)와 압축기(210) 사이의 냉매 이동라인(265)에 밸브(340)를 통해 흡착탱크(111)와 같은 예냉수단(110)을 연결한 것이다.
즉 순간 냉방 시스템(10)은 메인 냉방 시스템(20)과 수액기(230), 팽창밸브(240), 증발기(250)를 공유할 수 있다. 추가적으로 순간 냉방 시스템(10)은 냉매 이동라인의 일부를 메인 냉방 시스템(20)과 공유할 수 있다.
즉 메인 냉방 시스템(20)은 증발기(250), 압축기(210), 응축기(220), 수액기(230) 및 팽창밸브(240)의 순서로 냉매가 이동하는 냉매 이동라인(261, 262, 263, 264, 265, 266)에 의해 서로 차례로 연결되어, 상기 응축기(220)의 출구와 수액기(230)의 입구 사이의 냉매 이동라인(262) 상에 제1 밸브(310)가 설치되고, 상기 수액기(230)의 출구와 팽창밸브(240)의 입구 사이의 냉매 이동라인(263) 상에 제2 밸브(320)가 설치되며, 상기 증발기(250)의 출구와 압축기(210)의 입구 사이의 냉매 이동라인(265) 상에 제3 밸브(330)가 설치된다.
이러한 메인 냉방 시스템(20)의 증발기(250)의 출구와 제3 밸브(330) 사이의 냉매 이동라인(265)에 연결된 별도의 냉매 이동라인(266)에 다공성의 실리카 겔(Silica Gel)과 같은 흡착제(112)가 내부에 채워져 저장된 흡착탱크(111)를 연결하여 설치함으로써 순간 냉방 시스템(10)을 구성하게 되며, 상기 냉매 이동라인(265) 상에 제4 밸브(340)가 설치된다.
여기에서 상기 다공성의 실리카 겔은 흡착제(112)로써 수액기(230)로부터 팽창밸브(240)를 거쳐 이동하는 증발되는 냉매가 흡착탱크(111)에 저장되면 증발되는 기체냉매를 흡착하는 역할을 하게 된다. 상기 흡착제로는 실리카 겔뿐만 아니라 다공성 물질로 활성탄이나 그라파이트(Graphite)도 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 순간 냉방 시스템은 흡착탱크(111)의 흡착제(다공성의 실리카 겔)에 흡착된 기체냉매를 정상적인 차량 냉방장치에서의 냉매순환에서 상기 기체냉매를 흡착제로부터 탈착하여 압축기(210)로 보내는 것, 즉 냉매 탈착에 의한 실리카 겔의 재생에 의해 다음의 순간 냉방을 유도하는 것이 필요하다. 즉 흡착제인 실리카 겔은 내부에 열을 받으면 흡착된 기체냉매가 탈착되므로, 이를 위해 도 1에 도시한 바와 같이, 화석연료를 사용하는 엔진 차량에서는 엔진(40)의 폐열 및 라디에이터(30)를 이용하도록 하고, 수소전지와 같은 연료전지 차량에서는 전기를 생산하는 스택(stack)과 라디에이터를 이용하도록 한다.
흡착탱크(111)의 흡착제에 흡착된 기체냉매를 탈착하기 위해 엔진(40)의 폐열을 이용하는 경우, 고온의 냉각수가 흡착탱크(111)에 공급되도록 엔진(40)과 상기 흡착탱크(111)를 사이를 연결하게 된다. 즉 엔진을 냉각시키기 위한 냉각수가 상기 엔진을 거쳐 고온의 냉각수로 된 후, 상기 엔진(40)과 라디에이터(30) 사이에 연결한 벨로우즈 밸브(45)와 냉각수 이동라인(41)에 의해 상기 고온의 냉각수가 라디에이터(30)로 들어가 냉각되는데, 이 냉각수 이동라인(41)과 흡착탱크(111) 사이에 삼방밸브(130)(3-Way Valve)를 통해 상기 흡착탱크(111)로 들어가는 냉각수 공급라인(121)을 연결하고, 상기 흡착탱크(111)로부터 나오는 냉각수 배출라인(42)을 냉각수 이동라인(41)에 연결한다. 물론 상기 엔진은 수소전지와 같은 전지를 사용하는 차량의 경우 전지에 의해 전기를 생산하는 스택으로 대체될 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치에 의한 차량의 순간 냉방방법을 보면 다음과 같다.
메인 냉방 시스템(20)을 가동하면 압축기(210)가 운전되어 고온/고압의 가스를 응축기(220)로 보내고, 이 응축기(220)에서는 압축기(210)에서 공급된 고온/고압의 냉매가스를 고온/고압의 액 냉매로 만들며, 고온/고압의 액 냉매는 수액기(230)에 모여서 팽창밸브(240)의 교축작용에 의해 저온/저압의 액 냉매가 되어 증발기(250)에 공급되고, 이 증발기(250)에서 차량 내부의 온도를 떨어뜨려 냉방운전을 하게 된다. 이는 정상적인 차량의 냉방운전이 된다.
순간 냉방 시스템(10)은 차량이 운전이 정지된 상태 또는 운전이 정지된 주차상태에서 진행될 수 있다. 즉 차량의 운전이 정지되면 제1 내지 제4 밸브(310∼340)가 잠기게 된다. 그러면 냉매 이동라인(262)과 냉매 이동라인(265) 사이에 표시된 점선(P) 위의 응축기(220), 압축기(210) 및 팽창밸브(240)가 포함된 부분은 고압의 상태가 되고, 점선(P) 하단부는 저압상태가 된다. 이때 수액기(230)에는 냉방장치의 운전 중에 응축기(220)로부터 공급된 액 냉매가 저장되게 된다.
순간 냉방 시스템(10)은 수액기(230)에 저장된 액 냉매를 이용하는 것으로서, 운전자가 차량의 시동 전 작동버튼이나 작동스위치 또는 리모컨과 같은 작동수단을 이용하여 순간 냉방 시스템(10)을 가동하면, 제2 밸브(320)와 제4 밸브(340)가 열리게 된다.
그러면 수액기(230)와 예냉수단(110)인 흡착탱크(111) 사이의 압력차가 생겨서 상기 수액기(230)에서 흡착탱크(111) 쪽으로 냉매가 이동하게 된다. 이때 수액기(230)에서 토출된 액 상태의 냉매는 팽창밸브(240)를 거치게 되며, 이 팽창밸브(240)에서는 고압의 액 냉매를 저온의 액 냉매로 만들어 증발기(250)로 공급하게 되고, 이 증발기(250)에서는 공기와 냉매의 열교환을 통해 차량 내부에 순간적인 순간 냉방을 할 수 있게 되며, 열교환으로 증발이 된 기체 냉매는 다공성의 실리카 겔로 된 흡착제가 저장된 흡착탱크(111)에 저장되게 된다.
본 발명에서 초기의 고압과 저압의 압력구배에 의해서 냉매가 수액기(230)에서 증발기(250)로 이동하나, 고압과 저압이 같아진 이후에는 사이펀 현상에 의해 계속해서 냉매가 이동하여 증발기(250)로 이동하고, 상기 증발기(250)를 통해 배출되는 기체냉매는 흡착탱크(111)의 냉매 흡착에 의하여 다공성 실리카 겔의 흡착제(112)에 흡착된다.
예를 들어, 차량 운행 시 메인 냉방 시스템(20)을 가동하면, 전술한 바와 같이 냉매가 수액기(230)에 고압 상태로 저장된다. 그리고 시간이 지남에 따라 차량은 외부로부터 열을 받아 운전자가 불쾌감을 느끼는 고온 상태가 될 수 있다.
이때, 운전자는 차량을 운전하기 전에 작동 수단을 이용하여 순간 냉방 시스템(10)을 가동한다. 순간 내방 시스템(10)이 가동되면, 제2밸브(320)과 제4밸브(340)을 열어 냉매를 수액기(230)에서 예냉수단(110)인 흡착탱크(111)로 유동시킨다. 냉매는 증발기(250)을 거치며 차량 내부의 열을 흡수한다.
여기서 작동 수단은 작동버튼이나 작동스위치 또는 리모콘일 수 있다. 예를 들어, 작동버튼은 순간 냉방 시스템(10)을 가동하기 위한 차량 내부에 구비된 별도의 버튼일 수 있다. 작동스위치는 차량의 리모컨 키에 마련된 스위치일 수 있다. 그리고 리모콘은 리모콘 키와는 별도로 마련되는 원격조종장치일 수 있다.
본 발명은 일반적인 차량 에어컨의 적정 충전 냉매량보다 순간 냉방에 필요한 냉매를 부가적으로 충전하여 순간 냉방장치 가동시 5∼10분간 냉방을 할 수 있는 양의 냉매가 정상적인 충전량보다 많이 충전된다. 따라서 차량의 일반적인 에어컨의 수액기(230)에도 순간 냉방시 필요한 냉매를 충전할 수 있을 정도의 용량이 추가되어 정상적인 충전량보다 많이 충전될 수 있다.
순간 냉방 시스템(20)이 가동 후 5∼10분 정도 경과하여 고압과 저압이 같아지고 흡착탱크(111)의 흡착제(112)가 더 이상 냉매를 흡착하지 못하게 되면, 상기 흡착탱크(111)와 연결된 제4 밸브(340)가 닫히고, 제1 내지 제3 밸브(310∼330)가 열려 기존의 일반 냉방장치의 운전, 즉 메인 냉방 시스템(20)의 운전으로 전환할 수 있다.
또는, 순간 냉방 시스템(20)이 가동이더라도 차량의 시동을 걸거나, 운전자가 메인 냉방 시스템(20)을 가동하면, 순간 냉방 시스템(20)은 가동을 멈출 수 있다.
메인 냉방 시스템(20)의 운전이 지속되는 동안 흡착탱크의 냉매를 다음 차량 정지 후에 순간 냉방을 유도하기 위해 흡착제인 실리카 겔의 재생, 즉 상기 실리카 겔로부터 냉매의 탈착이 필요하다. 실리카 겔은 내부에 열을 받으면 흡착된 냉매가 탈착된다. 따라서 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치는 냉매를 탈착하는 구성을 추가로 포함할 수 있다 이하에서 냉매를 탈착하는 구성에 대해 설명한다.
이때 필요한 열은 엔진의 냉각수를 이용하며, 엔진(40)의 냉각수는 상기 엔진(40)을 냉각시키고 나서 일정온도 이상의 고온이 되면 냉각수 이동라인(41)에 설치된 벨로우즈 밸브(45)가 열려 상기 냉각수 이동라인(41)을 통해 라디에이터(30)로 공급되어 외기에 의하여 냉각된 후 다시 저온의 냉각수가 엔진(40)에 공급된다. 순간 냉방 시스템(20)에서는 벨로우즈 밸브(45)가 열려 라디에이터(30)로 공급되는 고온의 냉각수를 삼방밸브(130)를 이용하여 흡착탱크(111)에 우선적으로 공급하여 실리카 겔에 열을 전달함으로써 실리카 겔에 흡착된 냉매를 탈착시키고, 탈착이 완료되면 제4 밸브(340)가 닫히고 삼방밸브(130)가 고온의 냉각수를 차량의 라디에이터(30)에 공급하여 일반적인 엔진(40)의 냉각시스템으로 돌아간다. 탈착과정에서 압축기(210)는 증발기(250)로부터의 냉매와 흡착탱크(111)의 냉매를 동시에 흡입하게 되며, 팽창밸브(240)의 냉매순환량 제어에 의하여 흡착탱크(111)에서 탈착된 냉매량과 같은 질량의 냉매는 수액기(230)에 액체상태로 저장되고, 메인 냉방 시스템(20)의 운전에 필요한 냉매만이 팽창밸브(240)를 통하여 증발기(250), 압축기(210) 및 응축기(220)를 순환하게 된다.
여기서 냉매 이동라인(266)에 구비되 냉매를 흡착탱크(111)에서 압축기(210)으로 유동시키는 펌프가 더 설치될 수 있다.
이때 흡착탱크(111)에서 압축기(210)로 기체냉매를 보내는 제4 밸브(340)의 작동은 흡착탱크(111)의 압력에 의해 이루어지며, 흡착탱크(111)의 압력이 일정 이상이 되면 냉매가 모두 탈착된 것으로 판단하여, 상기 흡착탱크(111)와 연결된 제4 밸브(340)가 잠기게 되어 일반 차량의 냉방운전이 계속적으로 이루어지게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 차량은 차체와, 차체에 설치된 전술한 실시예들에 따른 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치를 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예들에 따른 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치, 이를 포함하는 차량 및 차량의 순간 냉방방법에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

Claims (11)

  1. 냉매를 순환시키도록 연결된 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 메인 냉방 시스템, 그리고
    상기 수액기, 상기 팽창밸브, 상기 증발기 및 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 배치된 예냉수단으로 냉매가 유동할 수 있는 순간 냉방 시스템
    을 포함하고,
    상기 순간 냉방 시스템이 작동 시 상기 냉매는 상기 메인 냉방 시스템의 라인을 순환하지 않으며, 상기 수액기와 상기 예냉수단 사이의 압력차에 의해 상기 수액기에 저장된 냉매가 상기 증발기를 거쳐 상기 예냉수단으로 유동함으로써 차량 내부의 순간 냉방이 이뤄지는
    순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치.
  2. 제1항에서,
    상기 응축기와 상기 수액기 사이에 설치된 제1 밸브, 상기 수액기와 상기 팽창밸브 사이에 설치된 제2 밸브, 상기 증발기와 상기 압축기 사이에 설치된 제3 밸브 및 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 냉매 이동라인 상에 설치된 제4 밸브를 더 포함하며, 상기 예냉수단은 상기 냉매 이동라인과 연결되어 있고, 상기 메인 냉방 시스템의 동작이 중지되면 상기 제1 밸브 내지 제3 밸브는 닫히며 상기 순간 냉방 시스템이 동작되면 상기 제2 밸브 및 상기 제4 밸브가 개방되는 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치.
  3. 제1항에서,
    상기 예냉수단은 흡착제가 저장된 흡착탱크를 포함하며, 상기 흡착제는 실리카 겔, 활성탄, 그라파이트 및 이들의 조합 중 어느 하나인 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치.
  4. 제1항에서,
    고온의 냉각수를 공급받도록 차량의 라디에이터와 엔진 또는 라디에이터와 스택 사이의 냉각수 이동라인과 상기 예냉수단 사이에 삼방밸브를 통해 냉각수 공급라인을 연결하고, 공급된 냉각수를 배출하도록 냉각수 배출라인이 상기 예냉수단으로부터 냉각수 이동라인에 연결한 것을 특징으로 하는 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
    상기 순간 냉방 시스템을 작동시켜 순간 냉방을 하도록 한 작동수단을 더 포함하며, 상기 작동수단은 작동버튼이나 작동스위치 또는 리모컨인 것을 특징으로 하는 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수액기에는 순간 냉방 시스템이 작동될 때 일정시간 동안 냉방을 할 수 있도록 냉매가 차량 에어컨의 적정 충전량보다 많이 부가적으로 충전되어 있는 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치.
  7. 제1항에서,
    상기 순간 냉방 시스템은 상기 흡착기를 가열하는 가열기를 더 포함하는 순간 냉방 가능한 차량용 냉방장치.
  8. 차체, 상기 차체에 설치되는 제1항 내지 제4항, 제7항 중 어느 한 항의 냉방장치를 포함하는 차량.
  9. 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기 및 상기 응축기와 상기 수액기 사이의 제1 밸브, 상기 수액기와 상기 팽창밸브 사이의 제2 밸브, 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 제3 밸브로 이루어지는 차량의 냉방장치에 연결하여 설치되는 차량용 냉방장치의 순간 냉방 방법에서,
    차량의 시동이 정지되어 상기 제1 및 제3 밸브가 닫힌 상태에서, 순간 냉방장치의 작동수단을 작동시키는 단계, 그리고
    상기 작동수단의 작동에 의해 상기 증발기와 상기 압축기 사이에서 개방되는 제4 밸브를 통해 연결된 흡착탱크와 상기 수액기 사이의 압력차에 의해, 상기 수액기에 저장된 냉매가 증발기를 거쳐 흡착탱크로 이동함으로써 순간 냉방이 이루어지는 단계를 포함하는 차량의 순간 냉방방법.
  10. 제9항에서,
    상기 순간 냉방이 일정시간 동안 이루어져 냉매의 압력차가 없어지면 소정의 시간의 경과한 후 흡착탱크의 제4 밸브는 닫히고 차량의 냉방장치의 압축기 내지 증발기 사이에 연결한 제1 내지 제3 밸브가 열려 일반 차량의 냉방장치가 가동될 수 있는 단계를 포함하는 차량의 순간 냉방방법.
  11. 제9항에서,
    상기 차량의 냉방장치가 가동되면 흡착탱크에 저장된 실리카 겔의 재생에 의한 냉매 탈착을 위해, 차량 엔진 또는 스택의 고온의 냉각수를 상기 흡착탱크에 공급하는 단계; 및
    상기 냉매 탈착이 완료되면 흡착탱크의 제4 밸브는 닫히고, 상기 흡착탱크에 공급된 고온의 냉각수는 차량의 라디에이터로 공급되는 단계;
    를 더 포함하는 차량의 순간 냉방방법.
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