KR20110031545A - 차량용 공조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 순환하는 냉매 일부를 저장하여 축냉하는 축냉저장고를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서; 상기 팽창밸브와 증발기 사이에는 이젝터가 더 설치되어, 상기 팽창밸브를 거쳐 감압 및 감온된 냉매가 상기 이젝터를 통해 상기 증발기 및 축냉저장고로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 한 개의 팽창밸브를 이용하여 증발기와 축냉재의 열부하를 동시에 제어가능하고, 이젝터의 흡입 유동을 축냉시스템에 적용하여 증발기 압력보다 낮은 냉매압력, 온도조건에서 냉각수와 열교환하므로 기존 시스템보다 축냉성능이 뛰어나며, 축냉시 열부하에 따라 이젝터를 통해 냉매의 유량 제어도 가능한 효과를 얻을 수 있다.

축냉시스템, 축냉저장고, 이젝터, 코안다 효과

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매를 이용한 축냉시스템에서 팽창밸브와 에바코어 사이에 코안다 효과를 갖는 이젝터를 설치하여 축냉시간을 단축하고 축냉성능을 향상시킬 수 있도록 개선된 차량용 공조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 공조장치는 하절기나 동절기에 차량 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자의 전후방 시야가 확보될 수 있게 할 목적으로 설치되는 차량 내장품으로, 이러한 공조장치는 통상 난방장치와 냉방장치를 동시에 갖추고 있어서 외기나 내기를 선택적으로 도입한 후 이 공기를 가열 또는 냉각시켜 차량의 실내에 송풍함으로써 차량 실내를 냉,난방하거나 또는 환기하게 된다.

이와 함께, 연비 향상과 환경보호를 목적으로 최근 출시되고 있는 하이브리드 차량 또는 전기자동차에는 축냉시스템이 장착된다.

이들 차량에 장착되는 축냉시스템은 하이브리드 자동차 또는 전기자동차가 주행중 정차시 차량 연비 향상을 위해 엔진을 오프할 때 하절기 냉방 성능 확보를 위해 구비된다.

그리하여, 주행시에는 에어컨 동작과 함께 차가운 열원을 축냉재에 보관하고, 주행중 정차시 에어컨 압축기가 오프되어도 찬바람이 토출되도록 하여 일시적인 냉방성능을 확보할 수 있게 된다.

이러한 축냉시스템은 보통 축냉재가 들어 있는 축냉저장고(Cold Storage)에 차량 에어컨으로부터 분기된 배관을 통해 차량 에어컨 작동시 냉매를 순환시켜 축냉하는 시스템으로 축냉저장고 내부에서 냉매와 축냉재 간의 열교환을 유도하고, 또 축냉재와 열교환된 냉각수가 축냉증발기로 이동되며, 이를 강제 순환시키는 순환펌프를 통해 냉기를 발생시키도록 구성되며, 축냉시키는 냉매라인은 축냉 조건에 따라 온/오프 가능하게 구성된다.

그런데, 이와 같은 종래 축냉시스템은 고 열부하 조건에서 정상적인 에어컨 작동중에 축냉재를 축냉하는 시스템이 동시에 작동되면 차량 에어컨의 성능이 저하될 수 있으며, 축냉시스템으로 작동하는 냉매 상태에 따라 에어컨 작동상태가 불완전해 질 수 있다.

또한, 도 1a 및 도 1b에 예시된 바와 같이, 축냉하기 위해 축냉저장고(30)와 연결배관된 냉매라인(10)의 온/오프용 전자변(20)을 제어할 수 있도록 별도의 장치가 요구되며, 아울러 축냉저장고(30)에서 냉매와 축냉재가 1차 열교환을 이룬 뒤 축냉재와 냉각수가 다시 2차 열교환을 해야 하므로 열교환 효율이 떨어지는 단점도 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 팽창밸브와 증발기 사이에 코안다 효과를 얻을 수 있는 이젝터를 배치하여 단일 팽창밸브로 축냉열교환기 및 증발기의 열부하를 동시에 제어하도록 구성하여 축냉부와 축냉열교환기 사이에 냉각수를 순환하는 사이클이 형성되도록 함으로써 축냉시간을 단축하고, 축냉성능을 향상시킬 수 있도록 한 차량용 공조장치를 제공함에 그 주된 해결과제가 있다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 순환하는 냉매 일부를 저장하여 축냉하는 축냉저장고를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서; 상기 팽창밸브와 증발기 사이에는 이젝터가 더 설치되어, 상기 팽창밸브를 거쳐 감압 및 감온된 냉매가 상기 이젝터를 통해 상기 증발기 및 축냉저장고로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치를 제공한다.

이때, 상기 이젝터는 코안다 효과를 이용한 코안다 이젝터인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 이젝터는 노즐의 출구측 벽면의 곡률반경을 가변시키는 것에 의해 축냉성능 및 축냉효율을 제어할 수 있는 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 축냉저장고는 상기 이젝터와 증발기 사이의 냉매파이프에서 분기되고, 상기 이젝터의 흡입측으로 연결된 냉매파이프에 의해 별도의 냉매순 환유로가 구성된 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 축냉저장고에는 축냉재와 열교환되는 냉각수가 흐르는 냉각수파이프가 배관되고, 상기 냉각수 파이프의 일부에는 순환펌프 및 축냉열교환기가 설치되어 폐회로를 구성하는 것에도 그 특징이 있다.

그리고, 상기 이젝터의 주유동 냉매 유입구는 팽창밸브와 연결됨과 아울러 이젝터의 흡입유동 냉매 흡입구는 축냉저장고와 연결되며, 상기 이젝터의 출구는 증발기와 연결되도록 설치된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 흡입유동 냉매 흡입구와 상기 주유동 냉매 유입구가 연결되는 부분은 냉매가 유출되는 방향으로 굽은 벽면을 갖는 슬릿 형상으로 형성된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 한 개의 팽창밸브를 이용하여 증발기와 축냉재의 열부하를 동시에 제어가능하고, 이젝터의 흡입 유동을 축냉시스템에 적용하여 증발기 압력보다 낮은 냉매압력, 온도조건에서 냉각수와 열교환하므로 기존 시스템보다 축냉성능이 뛰어나며, 축냉시 열부하에 따라 이젝터를 통해 냉매의 유량 제어도 가능한 효과를 얻을 수 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 축냉시스템이 구축된 차량용 공조장치의 냉각사이클 을 보인 회로도이고, 도 3은 본 발명에 따른 축냉시스템에 사용되는 이젝터를 보인 예시적인 모식도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 축냉시스템은 기본적인 차량 에어컨 시스템의 냉각사이클에서 사용되는 냉매를 동시에 이용하여 냉방과 축냉을 병행할 수 있도록 팽창밸브(TXV)(130)와 증발기(100) 사이에 코안다 효과를 갖는 코안다 이젝터(140)를 설치한 구성으로 이루어진다.

그리하여, 냉매의 주 유동을 증발기(100)와 축냉저장고(Cold Storage)(200)로 분기하여 보내고, 축냉저장고(200)로 흐르는 냉매를 다시 이젝터(140)로 재흡입시킬 수 있게 된다.

이때, 기본적인 차량 에어컨 시스템은 증발기(100), 압축기(110), 응축기(120) 및 팽창밸브(130)를 냉매파이프(P1)가 연결된 상태에서 장입된 냉매가 압축기(110)에 의해 고온 고압상태로 토출되고, 토출된 냉매가 응축기(120)를 거치면서 방열되어 저온 고압상태를 유지한 채 팽창밸브(140)를 지나 증발기(100)로 유입되면서 저온 저압상태로 바뀌면서 증발 잠열에 의해 증발기(100) 주변을 냉각시키고, 냉각된 공기는 블로어(B)에 의해 필요 개소로 송풍되게 된다.

본 발명에서는 상기 이젝터(140)와 상기 축냉저장고(200) 사이를 별도의 냉매파이프(P2)로 연결하되, 이젝터(140)와 증발기(100) 사이의 냉매파이프(P1)로부터 분기하여 축냉저장고(200)로 연결배관하고, 축냉저장고(200)를 지난 냉매파이프(P2)를 이젝터(140)의 흡입측으로 연결 배관하는 형태로 축냉시스템이 구현된다.

이때, 상기 축냉저장고(200)에는 냉매와 냉각수가 열교환되어 저장될 수 있 도록 축냉재가 내장되어 있으며, 주행중 정차시 축냉된 냉각수는 순환펌프(300)를 통해 HVAC 내부에 장착된 열교환기인 축냉열교환기(310)로 유입되어 열교환 된 후 다시 축냉저장고(200)로 순환될 수 있도록 냉각수파이프(P3)에 의해 냉매순환유로가 구성된다.

따라서, 차량의 기본적인 냉각사이클인 차량 에어컨 시스템은 앞서 설명한 바와 같이, 장입된 냉매가 압축기(110) → 응축기(120) → 팽창밸브(130) → 이젝터(140) → 증발기(100) → 압축기(110)를 반복 순환하면서 냉기를 생성하게 되고, 주행중 정차시 가동되는 축냉시스템은 이젝터(140) → 축냉저장고(200) → 이젝터(140)를 반복 순환하면서 축냉저장고(200) 내부에 축냉시키게 되며, 상기 축냉저장고(200)에 내장된 축냉재와 열교환하는 냉각수는 순환펌프(300) → 축냉열교환기(310) → 축냉저장고(200) → 순환펌프(300)의 폐회로를 순환하면서 주행중 정차시 차량내 냉방 성능을 확보하게 된다.

여기에서, 상기 이젝터(140)는 코안다 효과(Coanda effect)를 갖는 일명 코안다 이젝터로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 팽창밸브(130)의 주유동(M)이 환형의 노즐을 통과하면서 노즐 출구 한쪽 면에 있는 벽면의 곡률반경(R)을 따라 유동방향이 변하면서 유동방향의 반대방향에 흡입유동(s)을 유도하게 되므로 주유동(M)이 있으면 흡입유동(s)에 의한 추진력으로 별도의 독립적인 사이클(Cycle)을 구성할 수 있게 된다.

이 경우, 독립적인 사이클이란 축냉저장고(200)로 유입되는 냉매사이클을 흡입력에 의해 작동시킬 수 있음을 의미한다.

이때, 코안다 효과란 물리적 현상으로서 물체 표면에서 수평방향으로 분출된 유체는 물체 표면을 따라 빠르게 진행해 나가고 이로 인해 주위에 낮은 압력 분포가 형성되는 현상을 말한다.

이 현상은 유체가 모세관과 같은 가는 슬릿을 통해 분출되는 경우 슬릿과 인접한 곳에 유출 방향에 대해 굽은 벽면이 있다면 그 표면을 따라 휘어져 흐르게 되는데 본 발명에서는 이를 이용한 것이다.

이를 위해, 상기 이젝터(140)의 주유동(M) 냉매 유입구(a)는 팽창밸브(130)와 연결됨과 아울러 이젝터(140)의 흡입유동(s) 냉매 흡입구(b)는 축냉저장고(200)와 연결되며, 상기 이젝터(140)의 출구(c)는 증발기(100)와 연결되도록 설치된다.

또한, 상기 흡입유동(s) 냉매 흡입구(b)와 주유동(M) 냉매 유입구(a)가 연결되는 부위는 냉매가 유출되는 방향으로 굽은 벽면을 갖는 슬릿(e) 형상으로 형성됨이 바람직하다.

뿐만 아니라, 축냉저장고(200)에는 냉매와 직접 열교환하여 냉기를 축적하는 축냉재가 내장되어 있고, 이 축냉재는 냉각수와 열교환할 수 있도록 설치되어 있기 때문에 순환펌프(300)가 구동되면 실내에 있는 축냉열교환기인 축냉열교환기(310)로 냉각수가 유입, 순환되면서 주행중 정차시 냉기를 공급할 수 있게 된다.

특히, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 이젝터(140)는 곡률반경(R)에 의해 노즐 유속이 결정되기 때문에 흡입유동(s)을 쉽게 조절할 수 있는 장점도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 축냉시스템은 차량 에어컨 시스템에서 냉매를 분기하여 구현되는 것으로, 이는 코안다 효과를 갖는 이젝터(140)를 팽창밸브(130)와 증발기(100) 사이에 설치함으로써 가능하게 된다.

그리하여, 차량 에어컨 시스템 보다 낮은 압력 및 온도의 냉매로 축냉시스템을 작동시킬 수 있어 축냉효율이 우수하고, 축냉성능이 기존 보다 월등히 향상된다.

더구나, 상기 코안다 효과를 갖는 이젝터(140)는 축냉시 열부하가 큰 경우 증발기(100) 쪽으로도 냉매를 많이 공급해야 하므로 팽창밸브(130)를 통해 냉매 유량이 증가되게 되고 동시에 분기된 축냉저장고(200) 쪽으로도 냉매 공급량이 늘어나게 되며, 충분히 축냉된 후에는 축냉쪽 열부하가 줄어들게 되고 동시에 증발기(100) 쪽도 열부하가 줄어들게 되므로 이젝터(140)로 유입되는 냉매량이 열부하가 많을 때에 비해 상대적으로 줄어들게 되므로 코안다 효과를 갖는 이젝터(140)를 통해 열부하에 따른 냉매의 유량 제어도 가능하게 된다.

도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 축냉시스템을 보인 요부 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 축냉시스템이 구축된 차량용 공조장치의 냉각사이클을 보인 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 축냉시스템에 사용되는 이젝터를 보인 예시적인 모식도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....증발기 110....압축기

120....응축기 130....팽창밸브

140....이젝터 200....축냉저장고

300....순환펌프 310....축냉열교환기

Claims (7)

1. 압축기(110), 응축기(120), 팽창밸브(130), 증발기(100)를 순환하는 냉매 일부를 저장하여 축냉하는 축냉저장고(200)를 포함하는 차량용 공조장치에 있어서;

   상기 팽창밸브(130)와 증발기(100) 사이에는 이젝터(140)가 더 설치되어, 상기 팽창밸브(130)를 거쳐 감압 및 감온된 냉매가 상기 이젝터(140)를 통해 상기 증발기(100) 및 축냉저장고(200)로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
2. 청구항 1에 있어서;

   상기 이젝터(140)는 코안다 효과를 이용한 코안다 이젝터인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
3. 청구항 2에 있어서;

   상기 이젝터(140)는 노즐(142)의 출구측 벽면의 곡률반경(R)을 가변시키는 것에 의해 축냉성능 및 축냉효율을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
4. 청구항 1에 있어서;

   상기 축냉저장고(200)는 상기 이젝터(140)와 증발기(100) 사이의 냉매파이 프(P1)에서 분기되고, 상기 이젝터(140)의 흡입측으로 연결된 냉매파이프(P2)에 의해 별도의 냉매순환유로가 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
5. 청구항 1에 있어서;

   상기 축냉저장고(200)에는 축냉재와 열교환되는 냉각수가 흐르는 냉각수파이프(P3)가 배관되고, 상기 냉각수 파이프(P3)의 일부에는 순환펌프(300) 및 축냉열교환기(310)가 설치되어 폐회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서;

   상기 이젝터(140)의 주유동(M) 냉매 유입구(a)는 팽창밸브(130)와 연결됨과 아울러 이젝터(140)의 흡입유동(s) 냉매 흡입구(b)는 축냉저장고(200)와 연결되며, 상기 이젝터(140)의 출구(c)는 증발기(100)와 연결되도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
7. 청구항 6에 있어서;

   상기 흡입유동(s) 냉매 흡입구(b)와 상기주유동(M) 냉매 유입구(a)의 연결 부분은 냉매의 유출방향으로 굽은 벽면을 갖는 슬릿(e) 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.

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