KR100340247B1 - Air conditioner system with no compressor in the engine - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 공조 장치로서 하절기 냉방과 난방을 겸한 장치로서 현재의 자동차는 하절기의 냉방을 위해 자동차축에 압축기가 연결되어 이 압축기에 의해 압축된 냉매가 응축기, 팽창변, 증발기를 통하여 유체에 의해 냉방이 되는 장치이고 난방기는 내연기관에서 발생하는 열을 이용하여 배관을 통하여 유체가 이동하여 열을 전도하는 형식이다.The present invention is an air conditioner of a vehicle, which combines cooling and heating in summer, and the current vehicle has a compressor connected to an automobile shaft for cooling of the summer. It is a device for cooling and a heater is a type that conducts heat by moving fluid through a pipe by using heat generated from an internal combustion engine.

이 장치는 자동차의 축에 의해 동작되는 압축기로 인하여 통상보다 많은 연료의 소모와 아울러 출력의 저하와 내연기관의 과열을 가져왔다.The device has consumed more fuel than usual due to the compressor operated by the shaft of the vehicle, leading to a decrease in output and overheating of the internal combustion engine.

이에 본 발명은 냉방의 경우 자동차의 내연기관에서 발생하는 열원을 이용하여 열교환이 일어나게 하여 이 열을 냉매가 흡수한 후 이를 인식한 압력센서에 의해 2단 압축장치(열펌퍼)를 통하여 재 압력의 상승이 있은 후 응축기, 팽창변, 증발기를 통하여 역카르노싸이클을 구성하도록한 냉동법의 발명이다.Therefore, in the present invention, in the case of cooling, heat is generated by using a heat source generated in an internal combustion engine of a vehicle, so that the refrigerant absorbs this heat, and the pressure sensor recognizes the heat and re-compresses the pressure through a two-stage compression device (heat pump). It is an invention of the refrigerating method that constitutes an inverse carnocycle through a condenser, an expansion valve, and an evaporator after a rise.

난방의 경우는 이 장치의 체크밸브를 열린상태로 열어 유체에 흐름을 만들어 준 상태의 난방이다.In the case of heating, the check valve of the device is opened to create a flow in the fluid.

Description

내연기관에 직렬된 압축기 없는 공조장치{Air conditioner system with no compressor in the engine}Air conditioner system with no compressor in the internal combustion engine

본 발명은 내연기관의 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기(Compressor) 없는 내연기관용 공조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air conditioning apparatus for an internal combustion engine, and more particularly, to an air conditioning apparatus for an internal combustion engine without a compressor.

일반적으로 자동차용 공조장치의 가동형태는 태양, 대기, 도로 또는 엔진 등과 같이 외부 및 내부에서 가해지는 여러 가지의 열들에 의해 실내의 좌석이나 계기류도 뜨거워지게 되어 차내에 열이 쌓여있게 되면 에어컨을 가동하게 되는데 이때 이루어지는 냉방은 송풍기가 증발기(Evaporator)를 통해 차가운 바람을 실내로 불어주게 되고, 공기중에 포함된 수분이 물방울로 응축되어 외부로 배출하게 되므로 차 실내의 온도와 습도가 낮아져 쾌적한 실내 환경이 이루어지게된다. 자동차 에어컨시스템은 히타와 쿨러의 조합으로 난방, 냉방, 제습을 시스템을 조절하여 사계절 언제나 차 실내를 쾌적한 상태로 유지하게 해주는 공기조절시스템이며 에어컨시스템 컨트롤의 지시에 따라 에어컨 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발시키는 과정을 반복함으로써 쾌적한 실내를 유지해주는 시스템으로 증발기능의 증발기(Evaporator), 압축하는 압축기(Compressor) 그리고 응축하는 응축기(Condenser)와 이를 연결하는 파이프와 호스등으로 구성되어 있고 이를 자동 혹은수동으로 통제하는 컨트롤러와 여러가지의 안전장치로 구성되어 있다.In general, the operation type of the air conditioner for the vehicle is heated by various heat applied from the outside and the inside, such as the sun, the atmosphere, the road, or the engine, and the seats and instruments of the interior are also heated. At this time, the cooling is performed by the blower blows cold wind into the room through the evaporator, and the moisture contained in the air is condensed into water droplets and discharged to the outside. Will be done. A car air conditioning system is a combination of a heater and a cooler that controls heating, cooling, and dehumidification. The air conditioning system keeps the interior of the car pleasant all year round. The air conditioner refrigerant is compressed, condensed, and expanded according to the instructions of the air conditioning system control. It is a system that maintains a comfortable room by repeating the evaporation process. It consists of an evaporator of evaporation function, a compressor to compress, and a condenser to condense and pipes and hoses connected to it. It consists of a manually controlled controller and various safety devices.

현재 자동차의 공조장치의 문제점은 자동차의 축에 연결된 동력을 사용한 압축장치(Compressor)에 의해 냉매를 흡입 압축하여 저온 저압의 냉매 가스를 온도와 압력을 상승시켜 상온의 응축기에 쉽게 액화할 수 있도록 되어있는 시스템이 자동차의 축에 연결된 압축기는 자동차의 동력을 사용하고 있으므로 자동차의 연료를 20에서 30%정도 소모하게 되며, 자동차의 추진동력에 영향을 주어서 소형 자동차는 얻고자 하는 힘을 발휘할 수 없도록 하고, 자동차의 엔진이 과열되는 현상을 가져오고 있다.The current problem of the vehicle air conditioning system is that the refrigerant is sucked and compressed by a compressor using power connected to the shaft of the vehicle, so that the refrigerant gas of low temperature and low pressure can be easily liquefied to the condenser at room temperature by increasing the temperature and pressure. Since the compressor connected to the shaft of the car uses the power of the car, it consumes 20 to 30% of the fuel of the car, and affects the propulsion power of the car so that the small car cannot exert its power. This is causing the engine of the car to overheat.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자동차가 대체로 수냉방식의 라디에이터(냉각기)를 엔진전면에 부착하여 강제대류 방식을 채택하고 있으며, 카르노사이클에서 발생하는 열(에너지)은 대기중에 방열하고 있으므로, 상기 방열되는 폐열을 이용한 방법으로써 라디에이터 내부에 폐열을 흡수할 수 있는 열교환 장치를 부착시키고, 자동차의 베터리 전원과 연결된 모터의 구동 펌퍼력으로 압력과 온도를 보충적으로 추가 상승시켜 이를 응축기(Condenser)에 보내어, 공조장치의 엔진에 의한 냉방효율을 향상을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems described above, the automobile is generally a water-cooled radiator (cooler) is attached to the front of the engine by adopting a forced convection method, the heat (energy) generated in the carno cycle Since heat is radiated in the air, a heat exchanger capable of absorbing the waste heat is attached to the inside of the radiator by using the waste heat that is radiated, and the pressure and temperature are supplementally increased by the driving pump power of the motor connected to the battery power of the vehicle. This is sent to a condenser to improve the cooling efficiency by the engine of the air conditioner.

도 1은 발명에 따른 공조장치의 개념도1 is a conceptual diagram of an air conditioning apparatus according to the invention

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

1 : 주순환 모터 2 : 라디에이터역류방지 체크벨브1: Main circulation motor 2: Radiator backflow prevention check valve

3 : 라디에이터 4 : 보조순환 모터3: radiator 4: auxiliary circulation motor

5 : 응축기 6 : 수액기5: condenser 6: receiver

7 : 팽창변 8 : 증발기7: expansion valve 8: evaporator

9 : 증발기역류방지 체크벨브 10 : 엔진냉각수 유입구9: evaporator backflow prevention check valve 10: engine coolant inlet

11 : 엔진냉각수 토출구11: engine coolant discharge port

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내연기관 압축기 없는 공조장치구조는 압축기 대신 주순환 모터와 보조순환모터로 냉매를 순환할 수 있도록 되어있으며 고압발생은 라디에이터의 열을 이용하여 압력을 생성이 가능하도록 하고 냉매의 역류를 방지하기 위해 역류방지용 체크벨브를 설치한 것을 특징으로 한다.An internal combustion engine compressor-less air conditioner structure according to the present invention for achieving the above object is to circulate the refrigerant to the main circulation motor and the auxiliary circulation motor instead of the compressor, and the high pressure generation generates pressure by using the heat of the radiator To enable this and to prevent the backflow of the refrigerant is characterized in that the check valve for preventing the backflow is installed.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 공조장치의 개념이 도시된 것으로서, 압축기대신 주순환모터(1), 역지변(2, 9), 라디에이터(3), 보조순환모터(4)로 연결되어 있어 압축기의 압력정도를 라디에이터에서 발생하는 열을 이용하여 냉매 압력을 유지하도록 설치한 구조이다.1 is a concept of the air conditioner according to the present invention, instead of the compressor is connected to the main circulation motor (1), reverse displacement (2, 9), radiator (3), auxiliary circulation motor (4) pressure of the compressor It is a structure installed to maintain the refrigerant pressure by using the heat generated from the radiator.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the present invention configured as described above are as follows.

일반적으로 내연기관의 냉각장치(Cooling System)는 기관을 냉각시켜 과열을 방지하고 또 알맞는 온도로 유지(과냉방지)하는 장치이며 라디에이터(radiator), 물펌프(water pump), 실린더 냉각수통로(cyclinder water jacket), 수온조절기(thermostat)로 구성되어 있다.Generally, the cooling system of an internal combustion engine is a device that cools the engine to prevent overheating and maintains it at an appropriate temperature (precooling), and radiator, water pump, and cylinder cyclinder It consists of a water jacket and a thermostat.

내연기관은 과열의 경우 각부의 변형 눌러붙음 노킹발생 출력저하발생이 일어난다. 이 내연기관의 폭발싸이클에서 발생하는 물의온도는 시도이 걸린후 약 5분이 경과하면 65℃에서 수온조절기가 열리기 시작하여 80에서 85℃에 달하면 완전히열리게 된다. 이에 냉각수 비등점을 112℃로 올리기 위해 0.3kg/cm²에서 0.7kg/cm²정도의 압력캡을 사용하고 있다.Internal combustion engine is deformed at each part in case of overheating, knocking occurs, output decrease occurs. The temperature of the water generated in the explosion cycle of the internal combustion engine is about 5 minutes after the attempt, the water temperature controller starts to open at 65 ° C and fully opens at 80 to 85 ° C. The pressure cap of about 0.3kg / cm ² to 0.7kg / cm ² is used to raise the cooling water boiling point to 112 ℃.

내연기관에서 표시하고 있는 물의 온도는 70℃의 온도가 가장 이상적이며, 현재 라디에이터(3)에 유출입되는 냉각수의 온도차는 10∼20℃정도가 되고 있고 엔진 제작시는 부동액을 충전하여 제작하고 있다.The temperature of the water displayed by the internal combustion engine is ideally 70 ° C, and the temperature difference between the coolant flowing into and out of the radiator 3 is about 10 to 20 ° C.

본 발명은 이러한 장치의 라디에이터 내부에 샐엔튜브방식(cell and tube)으로 관로를 내입시킨 열교환장치(heat exchange)로서, 자동차 워터자켓에서 라디에이터(3)로 강제대류되는 배관의 반대방향으로 열교환을 시키게 되면, 열교환기속에 충전된 냉매는 비등점이 -40℃정도의 물체이어서 열교환에 의해 즉시 팽창하여 압력이 증가하게 된다. 이때 라디에이터(3)로 유입된 냉각수에서 30% 정도의 열교환이 일어나게 되고 냉각수의 온도는 70℃, 냉매의 온도는 약 40에서 60℃에 이르게 된다. 상기 셀앤드투브 방식이란 일종의 이중관 구조로써 외부관 내부에 내부관이 지그재그로 형성된 방식을 지칭한다.The present invention is a heat exchanger in which a pipe is inserted into a cell and tube inside a radiator of such a device to heat exchange in a direction opposite to a pipe that is forced convection to a radiator 3 in an automobile water jacket. When the refrigerant charged in the heat exchanger has a boiling point of about -40 ° C., the refrigerant expands immediately by heat exchange to increase the pressure. At this time, about 30% of heat exchange occurs in the cooling water introduced into the radiator 3, and the temperature of the cooling water reaches 70 ° C and the temperature of the refrigerant reaches about 40 to 60 ° C. The cell and tube method refers to a method in which an inner tube is zigzag in an outer tube as a double tube structure.

본 발명이 정상적인 공조기기로 작동되기 위하여는 상기 열교환에서 얻어진 냉매는 압축기가 가동되었을 때와 같은 온도와 압력을 그리고 유량을 필요로 하게 된다.In order for the present invention to operate as a normal air conditioner, the refrigerant obtained by the heat exchange requires the same temperature and pressure as the compressor when it is operated and the flow rate.

이를 위하여 본 발명은 주순환모터(1)와 보조순환모터(4)를 통하여 상기 열교환만으로 부족한 압력을 제공하고 부족한 압력으로 인한 냉매의 역류를 역지변(2,9)으로 방지 시키는데, 상기 열교환에서 토출되는 냉매는 상기 주순환모터에 연결된 정압센서를 통과하면서 모터를 구동하는 신호를 발생시킨다. 상기 정압센서는 통과 냉매의 압력이 부족하면 모터 구동신호를 발생시켜 부족한 냉매의 압력을 충족하게 된다. 즉 상기 열교환 냉동방식은 2원 냉동방식을 적용하여 열교환된 냉매를 다시 압축하는 형태로 초저온을 얻는 냉동방식을 적용한 것이다.To this end, the present invention provides a pressure insufficient by the heat exchange only through the main circulation motor (1) and the auxiliary circulation motor (4) and prevents the reverse flow of the refrigerant due to the insufficient pressure as a reverse displacement (2, 9), discharged from the heat exchange The refrigerant that passes through the positive pressure sensor connected to the main circulation motor generates a signal for driving the motor. When the pressure of the passing refrigerant is insufficient, the static pressure sensor generates a motor driving signal to satisfy the pressure of the insufficient refrigerant. That is, the heat exchange refrigeration method is a refrigeration method of obtaining a very low temperature in the form of compressing the heat exchanged refrigerant again by applying a two-way refrigeration method.

상기 주순환모터(1)은 실제적으로 보조적인 열펌프(heat pump)이어서 3에서 5KW의 용량을 얻기 위하여 1KW 정도의 압축용량만이 필요하므로, 현재의 엔진축에 연결된 압축기 용량의 1/4 정도로 충분하게 되며, 따라서 이런 주순환모터는 저전류의 DC 모터로 충분하므로 자동차에 탑재된 배터리로 구동할 수 있게 된다.The main circulation motor 1 is actually an auxiliary heat pump (heat pump), so only a compression capacity of about 1KW is needed to obtain a capacity of 3 to 5KW, which is about 1/4 of the compressor capacity connected to the current engine shaft. Therefore, such a main circulation motor is a low-current DC motor is enough to be driven by a battery mounted in the car.

자동차 배터리의 충전은 연료와 출력과는 무관하여 본 발명의 공조장치를 구동하는데 소요되는 연료와 손실출력 만큼을 더 얻기 위해 소모되었던 연료소모를 절감할 수 있게 된다.The charging of the vehicle battery can reduce fuel consumption, which is consumed to obtain more fuel and loss output for driving the air conditioner of the present invention regardless of fuel and power.

따라서, 상기와 같이 종래의 압축기에 의한 냉매의 고압유지와 냉매순환이 라디에이터 잡열과 소형모터에 의해 달성될 수 있어 내연기관의 경량화와 원가절감 및 에너지절감이 이루어지게 된다.Therefore, the high pressure maintenance and refrigerant circulation of the refrigerant by the conventional compressor as described above can be achieved by the radiator misalignment and the small motor, thereby reducing the weight of the internal combustion engine and reducing the cost and energy.

상기한 바와 같이 본 발명은 중.소형 자동차에 있어서 하절기에 사용 되어온 에너지를 20에서 30%를 절감하는 에너지절감의 효과와 자동차의 엔진을 냉각시켜 주는 이점이 있다.그리고 엔진구동을 위해 발생된 열에너지를 버리지 않고 재 사용함으로서 에너지의 효율적인 운용과 공조장치의 전체구성이 간단하게 되어 내연기관의 공조장치에 적용시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the present invention has the effect of saving energy from 20 to 30% of energy used in summer in small and medium-sized vehicles and cooling the engine of the automobile. And heat energy generated for driving the engine. By reusing without throwing away, the efficient operation of energy and the overall configuration of the air conditioning system are simplified, and there is an advantage that it can be applied to the air conditioning system of the internal combustion engine.

Claims (1)

내연기관의 공조장치에 있어서,In the air conditioning apparatus of an internal combustion engine, 증발기와 응축기 사이의 관로가 라디에이터 내부에 내입되어 셀앤드튜브 방식으로 형성된 압축기 대용 단열압축기와;A compressor-insulated adiabatic compressor in which a conduit between the evaporator and the condenser is inserted into the radiator and formed in a cell and tube manner; 상기 단열압축기와 증발기 사이의 관로에 형성되어 관로 내부의 냉매를 상기 단열압축기로 인입시키는 주순환 모터와;A main circulation motor formed in a conduit between the adiabatic compressor and the evaporator to draw refrigerant inside the conduit into the adiabatic compressor; 상기 주순환 모터 양단에 형성되어 관로 내부의 냉매의 역류를 방지시키는 순환역지변과;A circulation reverse region formed at both ends of the main circulation motor to prevent a reverse flow of the refrigerant in the pipeline; 상기 단열압축기와 응축기 사이의 관로에 형성되어 관로 내부의 냉매를 응축기로 인입시키는 보조순환 모터로; 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관에 직렬된 압축기 없는 공조장치.An auxiliary circulation motor formed in a conduit between the adiabatic compressor and the condenser to draw refrigerant inside the conduit to the condenser; A compressorless air conditioner in series with an internal combustion engine.