KR102556958B1 - 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 공조시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 냉매를 순환시킴에 따라 차량내 온도를 조절하는 냉방기와, 증발기를 통과한 냉매를 1차 증압하여 상기 압축기로 전달하는 과급기와, 냉방기와 과급기의 작동을 제어하여 냉방기와 과급기의 냉매 순환을 조절하는 순환조절부를 포함한다.

Description

에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR VEHICLES WITH IMPROVING ENERGY EFFICIENCY}
본 발명은 차량용 공조시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉방기를 전동식 과급기와 연계시켜 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 공조시스템은 차량 외부의 공기를 차량의 실내로 도입하거나 차량 실내의 공기를 순환시키는 과정에서 차량을 냉방 또는 난방하기 위한 장치이다. 여기서, 차량용 공조시스템의 냉방기는 냉방된 차가운 공기를 차량 실내로 전달하기 위하여 '압축→응축→팽창→증발' 과정을 거친다.
하지만, 냉방기의 냉동 사이클을 구동시키기 위해서는, 엔진의 구동력이나 전력과 같은 외부 동력을 이용하여 압축기를 구동시키기 때문에, 냉매를 강제 순환시키는 과정에서 많은 에너지가 소모된다. 다시 말해, 냉방기의 증발기에서 응축기로 이동하는 저온 저압의 기체 냉매를 압축시키기 위해선 압축기에서 많은 구동력이 필요하다.
본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허번호 10-2018-0036126호(공개일자 2018년 4월 9일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 차량용 냉방시스템에 관한 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 냉방기를 전동식 과급기와 연계시킴에 따라 과급기의 발열을 최소화하고, 압축기의 분당 회전수를 저감시킬 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 공조시스템을 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 냉매를 순환시킴에 따라 차량내 온도를 조절하는 냉방기; 상기 증발기를 통과한 냉매를 1차 증압하여 상기 압축기로 전달하는 과급기; 및 상기 냉방기와 상기 과급기의 작동을 제어하여 상기 냉방기와 상기 과급기의 냉매 순환을 조절하는 순환조절부;를 포함한다.
상기 순환조절부는 상기 과급기가 작동하고 상기 냉방기가 미작동할 시에, 상기 냉방기와 상기 과급기의 연결로를 개방하여 상기 냉방기의 냉매가 상기 과급기로 유입되도록 제어할 수 있다.
상기 순환조절부는 상기 냉방기가 작동하고 상기 과급기가 미작동할 시에, 상기 냉방기에만 냉매가 순환되도록 제어할 수 있다.
상기 순환조절부는 상기 냉방기만 작동시킬 때보다 상기 냉방기와 상기 과급기를 병행하여 작동시킬 때, 상대적으로 낮은 분당 회전수로 상기 압축기를 구동시킬 수 있다.
상기 순환조절부는 냉매 순환이 가능하도록 상기 증발기와 상기 압축기 및 상기 과급기를 하나의 관로로 연결하는 냉매라인; 상기 냉매라인에서 순환하는 냉매의 압력을 감지하는 압력센서; 상기 냉매라인에 구비되어 냉매의 유량을 조절하는 개폐수단; 및 상기 압력센서로부터 감지된 냉매의 압력에 따라 상기 냉매라인이 개폐되도록 상기 개폐수단을 전자적으로 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
상기 개폐수단은 상기 과급기가 상기 증발기 및 상기 압축기와 연결되는 구간마다 구비될 수 있다.
상기 개폐수단은 삼방밸브(3-way valve)일 수 있다.
상기 냉매라인은 상기 증발기의 출구와 상기 과급기의 입구를 연결하는 제1분기관; 상기 증발기의 출구와 상기 압축기의 입구를 연결하는 제2분기관; 및 상기 과급기의 출구와 상기 제2분기관을 연결하는 제3분기관;을 포함하며, 상기 개폐수단은 상기 증발기의 출구, 상기 1분기관 및 상기 제2분기관을 교차 연결하는 제1삼방밸브와, 상기 제2분기관, 상기 제3분기관 및 상기 압축기의 입구를 교차 연결하는 제2삼방밸브를 포함할 수 있다.
상기 제2삼방밸브는, 상기 제2분기관의 냉매와 상기 제3분기관의 냉매가 상호 혼합된 상태로 상기 압축기에 유입되도록 냉매의 순환을 조절한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 냉매를 순환시킴에 따라 차량내 온도를 조절하는 냉방기; 상기 증발기를 통과한 냉매를 1차 증압하여 상기 압축기로 전달하는 과급기; 및 상기 냉방기와 상기 과급기의 작동을 개별로 제어하여 상기 냉방기와 상기 과급기의 냉매 순환을 선택적으로 조절하는 순환조절부;를 포함할 수 있다.
본 발명은 냉방기를 전동식 과급기와 연계시킴에 따라 과급기의 발열을 최소화하고, 압축기의 분당 회전수를 저감시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 냉방기의 압축기 일량을 줄이고 과급기의 작동시간을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템을 간단하게 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 냉방기와 과급기가 동시에 작동되는 모습을 도시한 작동 관계도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 냉방기만 작동되는 모습을 도시한 작동 관계도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 과급기만 작동되는 모습을 도시한 작동 관계도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 냉방기와 과급기가 동시에 작동될 때와 냉방기만 작동될 때의 모습을 비교 도시한 몰리에르 선도.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템을 간단하게 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로, 차량용 공조시스템은 차량(1) 외부의 공기를 실내로 유입시킨 후, 그 공기를 순환시키는 과정에서 차량(1)을 냉방 또는 난방시킬 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 공조시스템(10)에 대해서는 냉방 과정에서 이루어지는 구성과 관계된 내용을 중심으로 설명한다.
차량용 공조시스템(10)은 냉방기(100)를 전동식으로 이루어진 과급기(200)와 연계시켜서, 과급기(200)의 발열을 최소화할 수 있는 구성을 갖는다. 이를 위하여, 차량용 공조시스템(10)은 냉방기(100), 과급기(200) 및 순환조절부(300)를 포함한다.
냉방기(100)는 차량(1)내 온도를 낮추거나 쾌적한 상태로 유지시킬 수 있는 장치이다. 이때 상기 냉방기(100)는 차량(1)내 실내온도 및 상기 과급기(200)의 발열온도를 낮출 수 있는 구조로 이루어진다.
과급기(200)는 차량(1) 엔진의 효율을 높이기 위해 공기의 과급량을 높이는 장치이다. 이때, 과급기(200)는 차량(1) 엔진의 출력을 높이기 위해 배기가스나 외부공기를 흡입하여 터빈을 돌리고, 그로 인해 발생하는 고온의 압축공기를 실린더(미도시) 안에 공급하는 장치일 수 있다.
일반적으로는 과급기(200)의 발열온도를 낮추고 성능을 향상시키기 위해 별도의 인터쿨러(미도시)가 구비되는 경우가 많다.
하지만 본 발명은 과급기(200)의 발열온도를 낮추기 위해 인터쿨러 등과 같은 별도의 부품을 추가로 구성할 필요없이 냉방기(100)의 냉매를 이용하는 기술적 특징을 갖는다.
따라서, 본 발명은 제조공정을 보다 단순화시키고 부품 비용을 줄일 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 상기 과급기(200)는 발열되는 부품의 온도를 낮출 수 있어, 발열로 인해 작동시간이 늦춰지는 것을 방지할 수 있다.
결과적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 공조시스템(10)은 과급기(200)를 냉각시키기 위한 별도의 냉각수 순환 시스템이 필요하지 않아 부품수와 제조 및 설치비용을 줄일 수 있다.
순환조절부(300)는 냉방기(100)와 과급기(200)를 제어하여 상기 냉방기(100)와 상기 과급기(200)의 냉매 순환을 선택적으로 조절할 수 있다. 이러한 순환조절부(300)의 작동 로직에 의해, 상기 냉방기(100)의 구동 효율을 높일 수 있고 상기 과급기(200)의 발열을 최소화할 수 있게 된다.
냉방기 및 과급기가 병행 작동하는 구성 간 관계 설명
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 냉방기와 과급기가 동시에 작동되는 모습을 도시한 작동 관계도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템(10)은 크게 냉방기(100), 과급기(200) 및 순환조절부(300)를 포함한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템(10)의 각 구성에 대해 살펴보기로 한다.
냉방기(100)는 압축기(110), 응축기(130), 팽창밸브(150) 및 증발기(170)를 구비하여 냉매를 순환시키는 장치로서, 차량내 실내온도 및 상기 과급기(200)의 발열온도를 낮출 수 있다.
압축기(110)는 기체 냉매를 압축시켜 압력을 높이는 기계적 장치로서, 컴프레서라고도 한다. 이러한 압축기(110)는 낮은 압력의 기체 냉매를 상대적으로 높은 압력의 기체 냉매로 변환시켜야 하기에, 유입되는 냉매의 압력이 낮을수록 소비 전력이 상승할 수밖에 없다.
응축기(130)는 기체 냉매를 액화시키는 장치로서, 콘덴서라고도 한다. 이러한 응축기(130)는 상기 압축기(110)을 통과한 고온 고압의 냉매를 액체 상태로 변환하여 배출할 수 있다.
팽창밸브(150)는 상기 응축기(130)에서 응축 액화된 고온 고압의 액체 냉매를 증발에 필요한 수치로 감압한다. 이때, 팽창밸브(150)는 냉매 순환의 단면적을 좁히는 교축 작용을 통해 증발기(170)에서 충분한 열을 흡수할 수 있도록 적정한 냉매량을 조절 공급할 수 있다.
증발기(170)는 상기 팽창밸브(150)를 통과하여 저온 저압으로 감압된 액체 냉매를 유입하여 차량의 실내 또는 과급기(200)와 열교환시킴으로써, 액체 상태의 냉매를 기체 상태로 변환하여 배출할 수 있다.
과급기(200)는 냉매 순환이 가능하도록 상기 냉방기(100)와 연결된다. 이러한 과급기(200)는 상기 냉방기(100)의 냉매를 흡열하여 구동으로 인한 발열 부위의 온도를 낮출 수 있다. 즉, 상기 과급기(200)는 상기 증발기(170)와 상기 압축기(110) 사이에서 냉매가 순환되도록 연결되어, 내부에 구비되는 모터(미도시)와 베어링(미도시)의 발열을 해소시킬 수 있다.
순환조절부(300)는 상기 냉방기(100) 및 상기 과급기(200)와 전기적으로 연결된다. 그래서 상기 순환조절부(300)는 상기 냉방기(100)와 상기 과급기(200)의 작동을 제어할 수 있다.
상기 순환조절부(300)는 상기 냉방기(100)와 상기 과급기(200)의 작동을 병행 또는 개별로 제어하여 상기 냉방기(100)와 상기 과급기(200)의 냉매 순환을 선택적으로 조절할 수 있다.
상기 순환조절부(300)는 자동변속기 제어를 비롯해 구동계통, 제동계통, 조향계통 등 차량의 모든 부분을 제어하는 전자제어장치(Electronic Control Unit, ECU) 기능을 담당한다.
이러한 순환조절부(300)는 냉매라인(310), 압력센서(330), 개폐수단(350) 및 컨트롤러(370)를 포함할 수 있다.
냉매라인(310)은 냉매 순환이 가능하도록 상기 증발기(170)와 상기 압축기(110) 및 상기 과급기(200)를 하나의 관로로 연결한다.
이러한 냉매라인(310)은 제1분기관(311), 제2분기관(313) 및 제3분기관(315)을 포함한다.
제1분기관(311)은 상기 증발기(170)의 출구와 상기 과급기(200)의 입구를 연결한다. 제2분기관(313)은 상기 증발기(170)의 출구와 상기 과급기(200)의 입구를 연결한다. 제3분기관(315)은 상기 과급기(200)의 출구와 상기 제2분기관(313)을 연결한다.
압력센서(330)는 상기 냉매라인(310)에서 순환하는 냉매의 압력을 감지한다. 이때, 상기 압력센서(330)는 상기 냉매라인(310)의 구간마다 복수개로 배치될 수 있다.
개폐수단(350)은 상기 냉매라인(310)에 구비되어 냉매의 유량을 조절한다. 이때, 상기 개폐수단(350)은 3개의 방향에 구멍을 가지고 있는 삼방밸브(3-way valve)로 이루어질 수 있다.
상기 개폐수단(350)은 제1삼방밸브(351)와, 제2삼방밸브(353)를 포함한다. 제1삼방밸브(351)는 상기 증발기(170)의 출구, 상기 1분기관(311) 및 상기 제2분기관(313)을 교차 연결한다. 제2삼방밸브(353)는 상기 제2분기관(313), 상기 제3분기관(315) 및 상기 압축기(110)의 입구를 교차 연결한다.
컨트롤러(370)는 상기 압력센서(330)로부터 감지된 냉매의 압력에 따라 상기 냉매라인(310)이 개폐되도록 상기 개폐수단(350)을 전자적으로 제어할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템(10)에서 냉방기(100)와 과급기(200)가 동시에 작동되는 구성간 작동 관계에 대해 살펴보기로 한다.
이에 앞서, 간략히 용어를 정리하고 넘어간다. 제1냉매순환로(C1)는 압축기(110)와 응축기(130) 사이에 구비되며 냉매가 순환할 수 있는 연결로이다. 제2냉매순환로(C2)는 응축기(130)와 팽창밸브(150) 사이에 구비되며 냉매가 순환할 수 있는 연결로이다. 제3냉매순환로(C3)는 팽창밸브(150)와 증발기(170) 사이에 구비되며 냉매가 순환할 수 있는 연결로이다. 상기 제1, 2, 3냉매순환로(C1, C2, C3)는 하나의 관로로 관통 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공조시스템(10)은 냉방기(100)와 과급기(200)가 연계되고, 순환조절부(300)가 상기 냉방기(100) 및 상기 과급기(200)의 작동을 제어한다.
압축기(110)는 제1냉매순환로(C1)를 통해 고온 고압의 기체 냉매를 응축기(130)로 전달한다. 응축기(130)는 상기 응축기(130)로부터 유입된 기체 냉매를 고온 고압의 액체 냉매로 변환하여 팽창밸브(150)로 전달한다.
이때, 팽창밸브(150)는 고온 고압의 액체 냉매를 증발기(170)에서 요구되는 수치로 감압시킨다. 다시 말해, 상기 팽창밸브(150)는 고온 고압의 액체 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있는 압력까지 감압해준다.
증발기(170)는 상기 팽창밸브(150)로부터 유입된 저온 저압의 습증기 냉매를 저온 저압의 기체 상태로 변환하여 배출한다. 상기 증발기(170)로부터 배출된 저온 저압의 기체 냉매는 제1분기관(311)을 통해 과급기(200)로 전달된다.
이때, 과급기(200)는 상기 증발기(170)를 통과한 냉매를 1차 증압하여 상기 압축기(110)로 전달한다. 상기 과급기(200)에서 냉매를 증압하는 이유는, 상기 과급기(200)의 발열온도를 낮추기 위함이고, 둘째로는 상기 압축기(110)의 압축 일량을 감소시켜 에너지 효율을 향상시키기 위함이다.
다시 말해, 상기 증발기(170)에서 배출되는 냉매는 저온 저압의 기체 상태이므로, 이 냉매가 상기 과급기(200)를 거치지 않고 바로 상기 압축기(110)로 전달된다면, 상기 압축기(110)의 압축 일량은 증가할 수밖에 없다. 또한, 상기 과급기(200)에도 냉매가 전달되지 않아 상기 과급기(200)의 발열온도를 낮출 수도 없다.
이런 이유로, 상기 과급기(200)는 상기 증발기(170)로부터 배출되는 저온 저압의 기체 냉매를 중온 중압의 기체 냉매로 증압하여 상기 압축기(110)로 전달한다. 결국 상기 과급기(200)는 상기 압축기(110)에서 필요로 하는 압축을 1차적으로 수행함으로써, 상기 압축기(110)의 보조 역할을 담당할 수 있다.
상기 과급기(200)는 상기 1차 증압 과정에서 자체 발열온도가 저감될 수 있다. 엔진으로 흡입되는 쪽의 공기는 가능한 한 온도가 낮을수록 좋기 때문에 상기 과급기(200)의 발열온도를 낮추는 것은 중요하다. 왜냐하면 공기밀도는 온도가 높을수록 작아지고, 동일 체적이라면 온도가 높은 만큼 실압축비가 작아지고 함유되어 있는 산소량이 작아지기 때문이다.
결과적으로, 상기 과급기(200)는 상기 증발기(170)로부터 전달받은 저온 저압의 기체 냉매를 중온 중압의 압력으로 변환하여 상기 압축기(110)로 전달한다. 이로 인해, 상기 압축기(110)는 분당 회전수가 저감되어, 냉매 압축에 필요한 일량이 줄어든다.
상기 압축기(110)에는 제2분기관(313)의 냉매과 제3분기관(315)의 냉매가 상호 혼합된 상태로 유입될 수 있다.
냉매가 순환하는 구간인 제1, 2, 3 냉매순환로(C1, C2, C3)와 제1, 2, 3분기관(311, 313, 315)을 포함하는 냉매라인(310)에는, 복수개의 압력센서(330)가 구비됨이 바람직하다.
이러한 압력센서(330)는 순환하는 냉매의 압력을 감지한 후, 감지한 냉매압력값을 컨트롤러(370)로 전달한다.
상기 컨트롤러(370)는 상기 압력센서(330)로부터 전달받은 냉매압력값을 미리 설정된 각 구간의 냉매압력값과 비교한 후 그 기준치에 부합하는지에 따라 제1삼방밸브(351)와 제2삼방밸브(353)를 전자적으로 제어하여 개폐한다.
여기서 미리 설정된 각 구간의 냉매압력값은, 작업환경에 따라 미리 설정하는 냉매의 수치로써, 냉매가 순환하는 각 구간의 상황에 따라 달라질 수 있다.
냉방기만 작동하는 구성 간 관계 설명
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 냉방기만 작동되는 모습을 도시한 작동 관계도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템(10)은 과급기(200)가 구동되지 않을 경우, 상기 과급기(200)를 냉각시킬 필요가 없으므로, 냉방기(100)만 구동시킬 수 있다.
이때, 순환조절부(300)의 컨트롤러(370)는 제1삼방밸브(351)와 제2삼방밸브(353)를 통해, 상기 냉방기(100)에서 상기 과급기(200)로 순환되는 냉매의 경로를 차단하고, 상기 냉방기(100) 내에서만 냉매가 순환하도록 조절할 수 있다.
즉, 상기 냉방기(100)만 작동하고 상기 과급기(200)의 작동을 멈출 시, 상기 컨트롤러(370)는 냉매가 증발기(170)에서 상기 과급기(200)를 거치지 않고 바로 압축기(110)로 전달되도록, 상기 제1삼방밸브(351)와 상기 제2삼방밸브(353)를 상기 냉방기(100) 방향으로 개방한다.
이와 동시에 상기 컨트롤러(370)는 상기 과급기(200)와 연결된 구간을 차단하기 위해, 상기 과급기(200)와 연결된 상기 제1삼방밸브(351)와 상기 제2삼방밸브(353)를 폐쇄한다. 이때, 상기 압축기(110)에는 상기 증발기(170)로부터 배출되는 저온 저압의 기체 냉매가 전달된다.
과급기만 작동하는 구성 간 관계 설명
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 과급기만 작동되는 모습을 도시한 작동 관계도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템(10)은 냉방기(100)가 작동하지 않는 상태에서 과급기(200)만 작동시킬 경우, 상기 냉방기(100)의 냉매를 상기 과급기(200)로 유입시킬 수 있다. 이를 위하여 순환조절부(300)는 상기 냉방기(100)와 상기 과급기(200)의 연결로를 개방시킨다. 다시 말해, 순환조절부(300)의 컨트롤러(370)는 제1삼방밸브(351)와 제2삼방밸브(353)를 전자적으로 제어하여 개방시킨다.
이때, 상기 냉방기(100)는 아이들(idle) 상태에서 냉매가 순환되는 형태로 이루어지므로, 상기 과급기(200)를 거친 냉매가 압축기(110)로 유입되는 순환 과정이 진행될 수 있다. 이릍 통해 본 발명은, 추후 냉방기(100)를 작동할 경우 냉매 압력을 위한 일련의 작업량을 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에서 냉방기와 과급기가 동시에 작동될 때와 냉방기만 작동될 때의 모습을 비교 도시한 몰리에르 선도이다.
도 5를 명확하게 설명하기 위하여 도 2와 도 3을 함께 참조하기로 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 몰레이르 선도의 가로축에는 엔탈피(H)가 표시되고, 세로축에는 압력(P)이 표시된다.
F지점부터 A지점까지는 냉매가 중온 중압의 기체로 압축되는 과정이고, A지점부터 B지점까지는 냉매가 고온 고압의 기체로 압축되는 과정이다. B지점부터 C지점까지는 고온 고압의 기체 냉매가 고온 고압의 액체 냉매가 되는 과정이고, C지점부터 D지점까지는 냉매가 저온 저압의 습증기가 되는 과정이다. D지점부터 E지점까지 또는 D지점부터 F지점까지는 냉매가 저온 저압의 기체가 되는 과정이고, E지점부터 A지점까지는 저온 저압의 기체 냉매가 중온 중압의 기체 냉매로 되는 과정이다.
도 3에 도시된 것처럼 냉방기(100)만 작동될 경우에는, 압축기(110)가 F지점부터 B지점까지의 면적만큼 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 압축시켜야 한다.
이와 반면에, 도 2에 도시된 것처럼 냉방기(100)와 과급기(200)가 동시에 작동될 경우에 압축기(110)가 냉매를 압축시키는 일량은, 도 5에 도시된 A지점부터 B지점까지의 면적만큼이다. 즉, 과급기(200)를 통해 저온 저압의 기체 냉매가 중온 중압의 기체 냉매로 1차 증압되면서 압축기(110)의 일량이 줄어든 것이다.
발열 반응에서는 엔탈피(H)가 감소하고, 흡열 반응에서는 엔탈피(H)가 증가하기 때문에 냉방기(100)의 냉매가 과급기(200)를 통과할 때는, E지점부터 A지점까지의 면적만큼 과급기(200)에서 냉매를 압축시킨다.
다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 공조시스템(10)은 냉방기(100)와 과급기(200)가 동시에 작동될 경우에, 도 5의 E지점부터 A지점까지 과급기(200)에서 냉매를 1차 증압하기 때문에, A지점부터 B지점까지만 압축기(110)에서 압축하면 된다. 따라서, 압축기(110)의 소비동력을 저감할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 냉방기를 전동식 과급기와 연계시킴에 따라 과급기의 발열을 최소화하고, 압축기의 분당 회전수를 저감시킬 수 있어 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다.
이에 따라, 본 발명은 냉방기의 압축기 일량을 줄이고 과급기의 작동시간을 증대시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템에 관하여 살펴보았다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이고 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 범위는 후술될 특허청구범위에 의해 정의되며, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
제1냉매순환로 : C1
제2냉매순환로 : C2
제3냉매순환로 : C3
1 : 차량
10 : 차량용 공조시스템
100 : 냉방기 110 : 압축기
130 : 응축기 150 : 팽창밸브
170 : 증발기 200 : 과급기
300 : 순환조절부 310 : 냉매라인
311 : 제1분기관 313 : 제2분기관
315 : 제3분기관 330 : 압력센서
350 : 개폐수단 351 : 제1삼방밸브
353 : 제2삼방밸브 370 : 컨트롤러

Claims (12)

  1. 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 냉매를 순환시킴에 따라 차량내 온도를 조절하는 냉방기;
    상기 증발기를 통과한 냉매를 1차 증압하여 상기 압축기로 전달하는 과급기; 및
    상기 냉방기와 상기 과급기의 작동을 병행 또는 개별로 제어하여 상기 냉방기와 상기 과급기의 냉매 순환을 선택적으로 조절하는 순환조절부를 포함하고,
    상기 순환조절부는
    상기 증발기와 압축기 및 과급기를 하나의 관로로 연결하여 냉매 순환이 가능하게 하는 냉매라인;
    상기 냉매라인에서 순환하는 냉매의 압력을 감지하는 압력센서;
    상기 냉매라인에서 순환하는 냉매의 유량을 조절하는 제1삼방밸브와 제2삼방밸브를 포함하는 개폐수단; 및
    상기 압력센서로부터 냉매압력값을 전달받아 해당 냉매압력값을 미리 설정된 각 구간의 냉매압력값과 비교한 후 그 기준치에 부합하는지에 따라 상기 제1삼방밸브와 제2삼방밸브를 전자적으로 개폐 제어하는 컨트롤러를 포함하는 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환조절부는
    상기 과급기가 작동하고 상기 냉방기가 미작동할 시에, 상기 냉방기와 상기 과급기의 연결로를 개방하여 상기 냉방기의 냉매가 상기 과급기로 유입되도록 제어하는 것인 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 순환조절부는
    상기 냉방기가 작동하고 상기 과급기가 미작동할 시에, 상기 냉방기에만 냉매가 순환되도록 제어하는 것인 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순환조절부는
    상기 냉방기만 작동시킬 때보다 상기 냉방기와 상기 과급기를 병행하여 작동시킬 때, 상대적으로 낮은 분당 회전수로 상기 압축기를 구동시키는 것인 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1삼방밸브는 상기 증발기와 과급기 사이에 위치하고,
    상기 제2삼방밸브는 상기 압축기와 과급기 사이에 위치하며,
    상기 제1삼방밸브와 제2삼방밸브는 상호 간격을 두고 연결되는 것인 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개폐수단은
    상기 과급기가 상기 증발기 및 상기 압축기와 연결되는 구간마다 구비되는 것인 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉매라인은
    상기 증발기의 출구와 상기 과급기의 입구를 연결하는 제1분기관;
    상기 증발기의 출구와 상기 압축기의 입구를 연결하는 제2분기관; 및
    상기 과급기의 출구와 상기 제2분기관을 연결하는 제3분기관을 포함하며,
    상기 제1삼방밸브는
    상기 증발기의 출구, 상기 1분기관 및 상기 제2분기관을 교차 연결하고,
    상기 제2삼방밸브는
    상기 제2분기관, 상기 제3분기관 및 상기 압축기의 입구를 교차 연결하는 것인 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2삼방밸브는,
    상기 제2분기관의 냉매와 상기 제3분기관의 냉매가 상호 혼합된 상태로 상기 압축기에 유입되도록 냉매의 순환을 조절하는 것인 에너지 효율을 향상시킨 차량용 공조시스템.
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JP2009079850A (ja) * 2007-09-27 2009-04-16 Panasonic Corp 冷凍サイクル装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004142551A (ja) * 2002-10-23 2004-05-20 Sanden Corp 車両用空調装置
JP2009079850A (ja) * 2007-09-27 2009-04-16 Panasonic Corp 冷凍サイクル装置

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