WO2015111913A1 - 차량용 에어컨시스템 - Google Patents

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WO2015111913A1
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air
cooled condenser
vehicle
refrigerant
duct
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이해준
안용남
최준영
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한라비스테온공조 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle air conditioning system, and more particularly, between the water-cooled condenser and the expansion valve to install an air-cooled condenser to further cool the refrigerant by exchanging the refrigerant discharged from the water-cooled condenser with air, the water-cooled condenser
  • the present invention relates to a vehicle air conditioner system for cooling an additional coolant in the air-cooled condenser even when the temperature of the coolant rises due to an increase in temperature of the supplied cooling water.
  • a vehicle air conditioner system as shown in Figure 1, a compressor (Compressor 1) for compressing and sending out the refrigerant, a condenser (2) for condensing the high-pressure refrigerant from the compressor (1),
  • a compressor for compressing and sending out the refrigerant
  • a condenser for condensing the high-pressure refrigerant from the compressor (1)
  • an expansion valve 3 for condensing the liquefied refrigerant condensed in the condenser 2
  • Evaporator (4) for cooling the air discharged to the room by the endothermic action by the latent heat of evaporation by the evaporation of the refrigerant consists of a refrigeration cycle consisting of a refrigerant pipe, through the refrigerant circulation process as follows Cool it.
  • the compressor 1 When the cooling switch (not shown) of the air conditioner system is turned on, the compressor 1 first drives and compresses the low-temperature, low-pressure gaseous refrigerant while driving by the power of an engine or a motor to condense the gas into a high-temperature, high-pressure gas state. ), And the condenser 2 heat-exchanges the gaseous refrigerant with outside air to condense it into a liquid of high temperature and high pressure.
  • the liquid refrigerant discharged from the condenser 2 in the state of high temperature and high pressure rapidly expands by the throttling action of the expansion valve 3 and is sent to the evaporator 4 in the low temperature low pressure wet state, and the evaporator 4 is
  • the refrigerant is heat-exchanged with the air blower (not shown) blowing into the vehicle interior. Accordingly, the refrigerant is evaporated from the evaporator 4, discharged into a gas state at low temperature and low pressure, and then sucked back into the compressor 1 to recycle the refrigeration cycle as described above.
  • cooling of the vehicle interior is cooled by latent heat of evaporation of the liquid refrigerant circulating in the evaporator 4 while the air blown by the blower (not shown) passes through the evaporator 4 as described above. It is made by being discharged to the vehicle interior in a cool state.
  • a water-cooled condenser 20 and an internal heat exchanger 25 are applied to an air conditioner system to improve cooling performance.
  • the water-cooled condenser 20 cools the refrigerant discharged to the compressor 1. Heat exchange with to condense the refrigerant.
  • the gaseous refrigerant is condensed while being cooled to form a liquid refrigerant Will change.
  • an internal heat exchanger 25 is installed to exchange heat between the refrigerant discharged from the water-cooled condenser 20 and the refrigerant discharged from the evaporator 4.
  • the refrigerant discharged from the water-cooled condenser 20 is further cooled (supercooled) in the internal heat exchanger 25 and then flows to the expansion valve 3, thereby improving cooling performance through supercooling.
  • the temperature of the cooling water passing through the water cooling radiator 50 also increases when the vehicle is idle or when the outside air temperature increases, wherein the temperature of the cooling water increases.
  • the refrigerant temperature of the water-cooled condenser 20 that exchanges heat with the cooling water also rises and flows into the internal heat exchanger 25, and then flows into the expansion valve 3 and the evaporator 4 to decrease cooling performance.
  • the temperature of the discharged refrigerant of the compressor (1) has an upper limit.
  • the durability and stability of the air conditioner system are deteriorated due to the leakage of the refrigerant and the endurance of the service life.
  • the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 1 has risen above the upper limit, and also the temperature of the inflow refrigerant of the compressor 1 and the discharge refrigerant of the water-cooled condenser 20. It can be seen that the temperature of the elevated state than the present invention.
  • An object of the present invention for solving the above problems is installed between the water-cooled condenser and expansion valve by installing an air-cooled condenser to heat the refrigerant discharged from the water-cooled condenser with air to further cool the refrigerant, the cooling water supplied to the water-cooled condenser Even if the temperature of the refrigerant rises due to the increase of the temperature, the refrigerant is further cooled in the air-cooled condenser, thereby lowering the temperature of the refrigerant to be introduced into the internal heat exchanger, thereby improving cooling performance and lowering the temperature of the refrigerant flowing into the compressor. It is to provide a vehicle air conditioning system that can prevent the rise of the temperature of the discharge refrigerant of the compressor and thereby improve the durability and stability of the air conditioning system.
  • the present invention for achieving the above object is a compressor for compressing a refrigerant, a water-cooled condenser for condensing the refrigerant compressed and discharged from the compressor by cooling water with the cooling water, expansion to expand the refrigerant condensed and discharged from the water-cooled condenser
  • a vehicle air conditioner system formed by connecting a valve and an evaporator for evaporating refrigerant discharged from the expansion valve with refrigerant pipes, between the water-cooled condenser and the expansion valve, the refrigerant discharged from the water-cooled condenser is air.
  • Heat exchange with and characterized in that the air-cooled heat exchanger is installed to further cool the refrigerant.
  • the present invention provides an air-cooled condenser between the water-cooled condenser and the expansion valve to heat-exchange the refrigerant discharged from the water-cooled condenser with air, thereby increasing the temperature of the coolant supplied to the water-cooled condenser. Even if it rises, by further cooling the refrigerant in the air-cooled condenser, the temperature of the refrigerant can be further lowered and introduced into the internal heat exchanger, thereby improving cooling performance.
  • the air supply means is operated to supply cool air in the vehicle to the air-cooled condenser to cool the refrigerant, thereby further lowering the temperature of the refrigerant, thereby further improving cooling performance.
  • the refrigerant is further cooled by the air-cooled condenser separately from the water-cooled condenser, and by supplying the air in the cold compartment to the air-cooled condenser through the air supply means to further lower the temperature of the refrigerant, the temperature of the refrigerant flowing into the compressor The lower the temperature of the refrigerant discharged from the compressor can be prevented, thereby improving the durability and stability of the air conditioning system.
  • the air supply means is operated to supply the interior air to the air-cooled condenser, thereby enabling stable air supply at all times, thereby ensuring a uniform refrigerant cooling performance.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a general vehicle air conditioning system
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a case where a water-cooled condenser and an internal heat exchanger are applied to a conventional air conditioner for a vehicle;
  • FIG. 3 is a block diagram showing a vehicle air conditioning system according to the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a water-cooled condenser, an air-cooled condenser and an internal heat exchanger in a vehicle air conditioner system according to the present invention
  • FIG. 5 and 6 schematically show a case where a water-cooled condenser, an air-cooled condenser and an internal heat exchanger are installed in a vehicle.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a case in which an air supply means is installed in a vehicle in an air conditioner system for a vehicle according to the present invention
  • FIG. 8 is a plan view illustrating a case in which air in a blower case is supplied to an air-cooled condenser through an air supply device in FIG. 7;
  • FIG. 9 is a plan view illustrating a case in which traveling wind introduced into a cowl through an air supply device is supplied to an air-cooled condenser in FIG. 7;
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a case in which air in the air conditioning case upstream of the evaporator is supplied to the air-cooled condenser through the air supply device of FIG. 7;
  • FIG. 11 is a view schematically showing a case in which an air supply means of another embodiment is installed in a vehicle in an air conditioner system for a vehicle according to the present invention
  • FIG. 12 is a view showing another embodiment of the opening and closing door in the air supply means of FIG.
  • FIG. 13 is a P-H diagram of the present invention and a conventional air conditioning system.
  • the vehicle air conditioner system in the system configured by connecting the compressor 100-> water-cooled condenser 110-> expansion valve 140-> evaporator 150 with a refrigerant pipe (P)
  • the air-cooled condenser 120 and the internal heat exchanger 130 are installed.
  • the compressor (100) is driven by receiving power from a power supply source (engine or motor, etc.) while sucking and compressing the low-temperature low-pressure gaseous refrigerant discharged from the evaporator 150 to discharge the gas in a high-temperature, high-pressure gas state. do.
  • a power supply source engine or motor, etc.
  • the water-cooled condenser 110 condenses and discharges the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 with cooling water to condense it into a liquid refrigerant.
  • the water-cooled condenser 110, the refrigerant heat exchanger 111 through which the refrigerant discharged from the compressor 100 flows, and the coolant heat exchanger 112 through which the coolant circulating in the water cooling radiator 200 installed in the vehicle engine room flows. ) are configured to be heat exchangeable with each other, so as to heat exchange the refrigerant and the cooling water.
  • the water-cooled condenser 110 may use a variety of known forms,
  • the coolant heat exchanger 112 may be configured in a tank form as shown in FIG. 4, and the coolant heat exchanger 112 may be inserted into the coolant heat exchanger 112 so as to be capable of heat exchange with each other.
  • a tube (not shown) constituting the cooling water heat exchange part 112 and a tube (not shown) constituting the refrigerant heat exchange part 111 may be configured in the form of a plate heat exchanger (not shown). have.
  • the water cooling radiator 200 is connected to the cooling water heat exchanger 112 through a cooling water pipe 205, and a water pump 210 for circulating the cooling water is installed in the cooling water pipe 205.
  • the coolant circulating in the coolant pipe 205 when the water pump 210 is operated is cooled by heat exchange with air while passing through the water cooling radiator 200, and the coolant thus cooled is exchanged with the coolant heat exchanger. It is supplied to 112 to heat exchange with the refrigerant flowing through the refrigerant heat exchange unit (111).
  • the water-cooled radiator 200 is mainly used for cooling the electrical equipment of the vehicle.
  • the expansion valve 140 rapidly expands the liquid refrigerant discharged from the water-cooled condenser 110 by throttling to send it to the evaporator 150 in a low temperature and low pressure wet state.
  • the liquid refrigerant passing through the water-cooled condenser 110, the air-cooled condenser 120, and the internal heat exchanger 130 is sequentially supplied to the expansion valve 140.
  • the evaporator 150 is an endothermic action by the latent heat of evaporation of the refrigerant by heat-exchanging the low pressure liquid refrigerant throttled by the expansion valve 140 with the air blown to the vehicle interior in the air conditioning case 181. It cools the air discharged to the room.
  • the low-temperature low-pressure gaseous refrigerant evaporated and discharged from the evaporator 150 is sucked into the compressor 100 again to recycle the refrigeration cycle as described above.
  • the cooling of the vehicle interior is a liquid phase that circulates inside the evaporator 150 while the air blown by the blower (not shown) flows into the air conditioning case 181 and passes through the evaporator 150. It is made by cooling the latent heat of evaporation of the refrigerant and discharging it to the interior of the vehicle in a cool state.
  • an air-cooled condenser 120 is installed between the water-cooled condenser 110 and the expansion valve 140 to heat-exchange the refrigerant discharged from the water-cooled condenser 110 with air.
  • the air-cooled condenser 120 is connected to the outlet side of the water-cooled condenser 110, the refrigerant flowing out of the water-cooled condenser 110 flows inside the air-cooled condenser 120 and the air-cooled condenser 120
  • the air passing through the heat exchange is mutually.
  • the air-cooled condenser 120 is a pair of header tanks 121 which are installed side by side spaced apart from each other and a pair of header tanks 121 are coupled to both ends of the pair of header tanks 121.
  • Comprising a plurality of tubes 122 and the heat dissipation fin 123 is interposed between the plurality of tubes (122).
  • the refrigerant introduced into the header tank 121 of the air-cooled condenser 120 is further cooled by heat exchange with air passing between the plurality of tubes 122 while flowing along the plurality of tubes 122. (Sub cool)
  • the air-cooled condenser 120 by installing the air-cooled condenser 120 on the outlet side of the water-cooled condenser 110, by further cooling the refrigerant in the air-cooled condenser 120 even if the temperature of the refrigerant flowing through the water-cooled condenser 110 rises
  • the refrigerant may be introduced into the internal heat exchanger 130, thereby improving the cooling performance.
  • the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 100 may be lowered, thereby increasing the temperature of the discharged refrigerant of the compressor 100. This can improve the durability and stability of the air conditioning system.
  • FIG. 13 is a graph showing PH diagrams of the air conditioner system of the present invention and the conventional air conditioner system.
  • the refrigerant temperature of the water-cooled condenser 20 is increased.
  • the discharge side refrigerant temperature of the water-cooled condenser 20 increases, and the inlet refrigerant temperature of the compressor 1 also increases.
  • the temperature of the discharge refrigerant of the compressor 1 rises above the upper limit. The durability and stability of the deterioration
  • the present invention even if the temperature of the cooling water circulating in the water-cooled radiator 200 rises and the temperature of the refrigerant in the water-cooled condenser 110 rises, additional cooling is performed in the air-cooled condenser 120 so that it is subcooled.
  • the discharge side refrigerant temperature of the water-cooled condenser 110 and the inlet side refrigerant temperature of the compressor 100 are lower than the conventional one, and in particular, the temperature of the discharge refrigerant of the compressor 100 is the upper limit. It will not exceed this will improve the durability and stability of the air conditioning system.
  • an internal heat exchanger 130 is installed between the air-cooled condenser 120 and the expansion valve 140 to mutually heat-exchange the refrigerant discharged from the air-cooled condenser 120 and the refrigerant discharged from the evaporator 150. .
  • the internal heat exchanger 130 is a heat exchanger for exchanging refrigerant to refrigerant, and is schematically illustrated in FIG. 4 and may be configured in the form of a plate heat exchanger or a double tube.
  • the refrigerant passing through the air-cooled condenser 120 is discharged from the evaporator 150 in the course of flowing the internal heat exchanger 130, is further cooled by heat exchange with the refrigerant flowing through the internal heat exchanger 130, and the expansion is performed.
  • Flowing into the valve 140, if the temperature of the refrigerant is further lowered can increase the enthalpy difference of the evaporator 150 can improve the cooling performance.
  • the temperature of the refrigerant discharged from the evaporator 150 and then introduced into the compressor 100 through the internal heat exchanger 130 is also lowered, the temperature of the refrigerant discharged from the compressor 100 does not exceed the upper limit. Will be.
  • the water-cooled condenser 110, the air-cooled condenser 120, and the internal heat exchanger 130 are installed in the engine room of the vehicle and are adjacent to the partition wall 105 partitioning the engine room and the vehicle compartment.
  • the conventional condenser is mounted on the front side of the engine room to exchange heat with the front wind of the vehicle, but the present invention provides the water-cooled condenser 110, the air-cooled condenser 120 and the internal heat exchanger 130 to the engine room and the cabin. It is installed adjacent to the partition wall 105 for partitioning, wherein the air-cooled condenser 120 is introduced through the cow's cowl (126) or by using air flowing through the upper or lower side of the vehicle when the vehicle is running Air is used to cool the refrigerant.
  • a guide duct 125 for guiding air toward the air-cooled condenser 120 is installed at the front side of the air-cooled condenser 120. That is, the air flowing through the upper, lower, or cowl 126 of the engine room of the vehicle is smoothly guided to the air-cooled condenser 120 through the guide duct 125 to improve the heat exchange performance with the refrigerant.
  • the water-cooled condenser 110, the air-cooled condenser 120, and the internal heat exchanger 130 are connected to each other in a line adjacent to the front side of the partition wall 105 in the engine room. That is, since the compressor 100 installed in the engine room and the evaporator 150 installed in the interior of the vehicle are arranged in a line and are arranged in close proximity to each other, the pressure loss for the refrigerant movement can be reduced, and the compact installation is performed. It takes up little space and is connected to the process of condensation and subcooling.
  • the refrigerant of the air-cooled condenser 120 is cooled by using the driving wind when the vehicle is driven, and when the air supply means 160, 170 to be described later are additionally installed, the driving is performed. Even when the wind is reduced, air may be supplied to the air-cooled condenser 120 to cool the refrigerant.
  • the air supply means 160 is installed at one side of the air-cooled condenser 120 to supply air to the air-cooled condenser 120.
  • the coolant of the air-cooled condenser 120 is cooled by using the driving wind, and when the driving wind is weakened as in the vehicle idle, the air-cooled condenser through the air supply means 160. Air is supplied to 120 to cool the refrigerant of the air-cooled condenser 120.
  • the air supply unit 160 is installed to connect the air-cooled condenser 120 and the vehicle air conditioner 180 to supply the air in the air-conditioner 180 to the air-cooled condenser 120.
  • a second duct 162 installed to connect the first duct 161 and the outside of the vehicle to supply air from the vehicle to the air-cooled condenser 120, and the first duct 161 and the second duct ( It is provided at the branch point of 162 and comprises an opening and closing door 163 to open and close the first duct 161 and the second duct 162.
  • the air conditioning apparatus 180 the air conditioner case 181 is installed inside the evaporator 150 and the heater core 151, and is connected to one side of the air conditioning case 181, the air toward the air conditioning case 181 It is configured to include a blowing case 185 having a blowing fan 186 to blow.
  • the inlet of the first duct 161 may be connected in communication with the blower case 185 so that a part of air flowing in the blower case 185 may be supplied to the first duct 161.
  • the inlet of the first duct 161 is connected in communication with the air conditioning case 181 upstream of the evaporator 150, before passing through the evaporator 150 in the air conditioning case 181. Part of the air may be supplied to the first duct 161.
  • the outlet of the first duct 161 is connected to the air-cooled condenser 120 and the rear side.
  • the blower fan 186 of the air conditioning apparatus 180 when the blower fan 186 of the air conditioning apparatus 180 is operated, a part of the air flowing inside the air conditioning apparatus 180 is transferred to the air-cooled condenser 120 through the first duct 161.
  • the refrigerant flowing through the air-cooled condenser 120 can be cooled even when the running wind is weakened, such as when the vehicle enters the idle.
  • the second duct 162 is branched from the first duct 161, where the inlet of the second duct 162 is connected to the cowl 126 of the vehicle.
  • the outside air (driving wind) introduced to the cowl 126 side is supplied to the air-cooled condenser 120 through the second duct 162 to heat-exchange the refrigerant flowing through the air-cooled condenser 120.
  • an actuator for operating the opening and closing door 163 through the control of a control unit (not shown) is installed.
  • the control unit controls the actuator so that the opening / closing door 163 opens the first duct 161 when the vehicle is idle, and supplies the air in the air conditioning device 180 to the air-cooled condenser 120.
  • the opening / closing door 163 controls the actuator to open the second duct 162 to supply air (running wind) outside the vehicle to the air-cooled condenser 120.
  • the cool air in the vehicle can flow into the air conditioner 180 to be supplied to the air-cooled condenser 120 through the first duct 161 to cool the refrigerant in the air-cooled condenser 120 with a small amount of air. It is possible to reduce the air volume loss during the air conditioning unit 180 operation.
  • the first duct 161 is closed and air in the air conditioner 180 is not used, thereby reducing the air volume loss and cooling performance. You can prevent it.
  • control unit is supplied to the blowing fan 186 to compensate for the air volume loss of the air conditioning apparatus 180 when the opening and closing door 163 opens the first duct 161 when the vehicle is idle. Control to raise the voltage to be performed.
  • the control unit exits to the air-cooled condenser 120.
  • the blowing fan 186 operating voltage + ⁇ voltage in consideration of the air volume, even if the first duct 161 is opened, there is no change in the air volume discharged into the cabin through the air conditioning unit 180. .
  • the air supply unit 160 is operated to supply cool air inside the air to the air-cooled condenser 120 to cool the refrigerant, thereby lowering the temperature of the refrigerant to further improve cooling performance. Is improved.
  • the coolant is further cooled through the air-cooled condenser 120 separately from the water-cooled condenser 110, and the air in the cold compartment is supplied to the air-cooled condenser 120 through the air supply unit 160 to provide a temperature of the coolant.
  • the temperature of the refrigerant flowing into the compressor 100 is lowered, thereby preventing the temperature rise of the refrigerant discharged from the compressor 100, thereby improving durability and stability of the air conditioning system.
  • the air supply means 170 is formed through the partition 105 partitioning the vehicle engine room and the interior of the vehicle compartment.
  • a guide that connects an air supply hole 171, the air supply hole 171, and the air-cooled condenser 120 to guide the interior air supplied through the air supply hole 171 toward the air-cooled condenser 120.
  • Ducts 173 and opening and closing doors 172 and 172a installed at one side of the air supply hole 171 to open and close the air supply hole 171 and installed inside the guide duct 173 are provided in the air supply hole. It includes a fan 174 for forcibly blowing the in-vehicle air supplied through the 171 to the air-cooled condenser 120.
  • the air-cooled condenser 120 When the vehicle is running, the air-cooled condenser 120 is cooled by using the driving wind flowing into the engine room or the driving wind flowing through the cowl 126, and the fan 174 only in a condition in which the driving wind is reduced, such as when the vehicle is idle. This operation is forced to blow the air in the vehicle interior to the air-cooled condenser 120.
  • the opening and closing doors (172, 172a) can be configured in two forms,
  • the opening and closing door 172 is formed of an elastic material as shown in Figure 11, one end is coupled to one end of the air supply hole 171, the other end is supplied to the air when the fan 174 is inoperative
  • the air supply hole 171 is opened while closing the hole 171 and moving elastically during the operation of the fan 174.
  • the opening / closing door 172 of the elastic material opens the air supply hole 171 by the negative pressure, and at this time, the inside of the vehicle sucked through the air supply hole 171. Air is supplied to the air-cooled condenser 120 through the guide duct (173).
  • the opening and closing door 172a is rotatably installed on one side of the air supply hole 171, as shown in Figure 12, one side of the opening and closing door 172a is provided with an actuator (not shown), the actuator The opening / closing door 172a closes the air supply hole 171 when the fan 174 is not operated by the driving of the fan 174, and the opening / closing door 172a opens the air supply hole 171 when the fan is operated. To work.
  • the fan 174 is operated under the condition that driving wind is reduced, such as when the vehicle is idle, and the air supply hole 171 is opened by the opening / closing door 172a only when the fan 174 is operated.
  • In-vehicle air is used to cool the air-cooled condenser 120 to minimize the increase in the interior temperature.
  • the cooling performance may be further lowered by lowering the temperature of the refrigerant flowing into the internal heat exchanger 130. .
  • the fan 174 of the air supply unit 170 is operated to supply air in the vehicle to the air-cooled condenser 120 so that stable air supply is possible at all times and thus uniformity is achieved. Refrigerant cooling performance can be secured.
  • the high temperature and high pressure gaseous refrigerant compressed and discharged from the compressor 100 is introduced into the refrigerant heat exchange part 111 of the water-cooled condenser 110.
  • the gaseous refrigerant introduced into the refrigerant heat exchanger 111 of the water-cooled condenser 110 exchanges heat with the cooling water introduced into the cooling water heat exchanger 112 of the water-cooled condenser 110 while circulating the water-cooled radiator 200. In this process, the refrigerant is cooled and the phase changes to a liquid phase.
  • the liquid refrigerant discharged from the water-cooled condenser 110 flows into the air-cooled condenser 120 and is further cooled (supercooled) through heat exchange with air, and then flows into the internal heat exchanger 130.
  • the refrigerant introduced into the internal heat exchanger 130 is discharged from the evaporator 150 and further cooled by heat exchange with the refrigerant flowing in the internal heat exchanger 130, and then flows into the expansion valve 140 to expand under reduced pressure.
  • the refrigerant expanded under reduced pressure in the expansion valve 140 becomes a low temperature low pressure atomization state and flows into the evaporator 150, and the refrigerant introduced into the evaporator 150 evaporates by exchanging heat with air blown to the vehicle interior. At the same time, the air blown into the vehicle interior is cooled by an endothermic action caused by latent heat of evaporation of the refrigerant.
  • the low temperature low pressure refrigerant discharged from the evaporator 150 is introduced into the internal heat exchanger 130.
  • the refrigerant is discharged from the air-cooled condenser 120 to exchange heat with the refrigerant flowing in the internal heat exchanger 130.
  • the compressor 100 is introduced, and then the refrigeration cycle as described above is recycled.
  • the air-cooled condenser 120 when the vehicle is running, the air-cooled condenser 120 is cooled by using the driving wind flowing into the engine room or the driving wind flowing through the cowl 126.
  • the air supply means 160,170
  • the air cooled cold condenser 120 By operating the air supply means (160,170) is supplied to the air cooled cold condenser 120 to cool the vehicle interior.

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Abstract

본 발명은 차량용 에어컨시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 수냉식 응축기와 팽창밸브의 사이에 상기 수냉식 응축기에서 배출된 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하여, 상기 수냉식 응축기로 공급되는 냉각수의 온도 상승으로 인해 냉매의 온도가 상승 하더라도 상기 공냉식 응축기에서 냉매를 추가 냉각시켜줌으로써, 냉매의 온도를 더욱 낮춰서 내부열교환기로 유입시킬 수 있어 냉방성능을 향상시키고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되어 압축기의 토출 냉매의 온도 상승을 방지하고 이로인해 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있는 차량용 에어컨시스템에 관한 것이다.

Description

[규칙 제91조에 의한 정정 16.02.2015]　차량용 에어컨시스템
본 발명은 차량용 에어컨시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 수냉식 응축기와 팽창밸브의 사이에 상기 수냉식 응축기에서 배출된 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하여, 상기 수냉식 응축기로 공급되는 냉각수의 온도 상승으로 인해 냉매의 온도가 상승 하더라도 상기 공냉식 응축기에서 냉매를 추가 냉각시켜주도록 한 차량용 에어컨시스템에 관한 것이다.
일반적인 차량용 에어컨시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.
상기 에어컨시스템의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진 또는 모터의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
상기의 냉매순환과정에 있어서, 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
최근에는 냉방성능의 향상을 위해 수냉식 응축기(20) 및 내부열교환기(25)를 에어컨 시스템에 적용하고 있는데, 도 2를 참조하면, 상기 수냉식 응축기(20)는 압축기(1)에 배출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 냉매를 응축시키게 된다.
즉, 차량 엔진룸에 설치된 수냉 라디에이터(50)를 순환하는 냉각수를 상기 수냉식 응축기(20)로 공급하여 압축기(1)에서 배출된 기상냉매와 열교환시킴으로써, 기상냉매가 냉각되면서 응축되어 액상냉매로 상변화 하게 된다.
또한, 상기 수냉식 응축기(20)에서 배출된 냉매와 상기 증발기(4)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(25)가 설치된다.
따라서, 상기 수냉식 응축기(20)에서 배출된 냉매는 상기 내부열교환기(25)에서 추가 냉각(과냉각)된 후 상기 팽창밸브(3)로 유동하므로 과냉각을 통해 냉방성능을 향상시키게 된다.
그러나, 상기 종래의 에어컨 시스템은, 차량 아이들(idle)시 또는 외기온도가 상승할 경우 상기 수냉 라디에이터(50)를 통과한 냉각수의 온도도 함께 상승하게 되는데, 이때 상기 냉각수의 온도가 상승하게 되면 상기 냉각수와 열교환하는 상기 수냉식 응축기(20)의 냉매 온도도 상승하여 상기 내부열교환기(25)로 유입되고, 이후 팽창밸브(3) 및 증발기(4)로 유입되어 냉방성능을 저하시키는 문제가 있다.
또한, 상기 증발기(4)에서 배출된 냉매는 상기 내부열교환기(25)로 유입되어 상기 온도가 상승한 냉매와 열교환 한 후 압축기(1)로 유입되기 때문에 상기 압축기(1)의 토출 냉매의 온도가 상한선 이상으로 상승하게 되고, 이로인해 냉매의 리크발생이나 내구 수명이 하락하는 등 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성이 저하되는 문제도 있었다.
도 13의 종래 부분을 참고하면, 압축기(1)에서 토출된 냉매의 온도가 상한선 이상으로 상승한 것을 알 수 있고, 또한 상기 압축기(1)의 유입 냉매의 온도와 상기 수냉식 응축기(20)의 토출 냉매의 온도도 본발명 보다 상승된 상태임을 알 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 수냉식 응축기와 팽창밸브의 사이에 상기 수냉식 응축기에서 배출된 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하여, 상기 수냉식 응축기로 공급되는 냉각수의 온도 상승으로 인해 냉매의 온도가 상승 하더라도 상기 공냉식 응축기에서 냉매를 추가 냉각시켜줌으로써, 냉매의 온도를 더욱 낮춰서 내부열교환기로 유입시킬 수 있어 냉방성능을 향상시키고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되어 압축기의 토출 냉매의 온도 상승을 방지하고 이로 인해 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있는 차량용 에어컨시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 배출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기와, 상기 수냉식 응축기에서 응축되어 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창되어 배출된 냉매를 증발시키는 증발기를 각각 냉매파이프로 연결하여 이루어진 차량용 에어컨시스템에 있어서, 상기 수냉식 응축기와 상기 팽창밸브의 사이에는, 상기 수냉식 응축기에서 배출된 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 열교환기가 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 수냉식 응축기와 팽창밸브의 사이에 상기 수냉식 응축기에서 배출된 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기를 설치하여, 상기 수냉식 응축기로 공급되는 냉각수의 온도 상승으로 인해 냉매의 온도가 상승 하더라도 상기 공냉식 응축기에서 냉매를 추가 냉각시켜줌으로써, 냉매의 온도를 더욱 낮춰서 내부열교환기로 유입시킬 수 있어 냉방성능이 향상된다.
또한, 차량 아이들시와 같이 주행풍이 감소하는 조건에서는 공기공급수단을 작동시켜 차가운 차실내 공기를 공냉식 응축기로 공급하여 냉매를 냉각시키므로 냉매의 온도가 더욱 낮아져 냉방성능도 더욱 향상된다.
그리고, 상기 수냉식 응축기와는 별도로 상기 공냉식 응축기를 통해 냉매를 추가 냉각시켜주고, 공기공급수단을 통해 차가운 차실내 공기를 공냉식 응축기로 공급하여 냉매의 온도를 더욱 낮춰줌으로써, 압축기로 유입되는 냉매의 온도가 낮아지게 되어 압축기에서 토출되는 냉매의 온도 상승을 방지하고 이로인해 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있다.
또한, 차량 아이들시 및 주행풍이 감소하는 조건에서는 공기공급수단을 작동시켜 차실내 공기를 공냉식 응축기로 공급하므로, 항상 안정적인 공기 공급이 가능하고 이로인해 균일한 냉매 냉각 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 차량용 에어컨시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 차량용 에어컨시스템에 수냉식 응축기 및 내부열교환기가 적용된 경우를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 에어컨시스템을 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨시스템에서 수냉식 응축기와 공냉식 응축기 및 내부열교환기를 나타내는 사시도,
도 5 및 도 6은 수냉식 응축기와 공냉식 응축기 및 내부열교환기가 차량에 설치된 경우를 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 에어컨시스템에서 공기공급수단이 차량에 설치된 경우를 개략적으로 도시한 도면,
도 8은 도 7에서 공기공급장치를 통해 송풍케이스내의 공기가 공냉식 응축기로 공급되는 경우를 나타내는 평면도,
도 9는 도 7에서 공기공급장치를 통해 카울로 유입된 주행풍이 공냉식 응축기로 공급되는 경우를 나타내는 평면도,
도 10은 도 7에서 공기공급장치를 통해 증발기 상류측의 공조케이스내 공기가 공냉식 응축기로 공급되는 경우를 나타내는 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 차량용 에어컨시스템에서 다른 실시예의 공기공급수단이 차량에 설치된 경우를 개략적으로 도시한 도면,
도 12는 도 11의 공기공급수단에서 개폐도어의 다른 실시예를 나타내는 도면,
도 13은 본 발명과 종래 에어컨시스템의 P-H선도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 에어컨시스템은, 압축기(100) -> 수냉식 응축기(110) -> 팽창밸브(140) -> 증발기(150)를 냉매파이프(P)로 연결하여 구성된 시스템에서 상기 공냉식 응축기(120)와 내부열교환기(130)를 설치한 것이다.
먼저, 상기 압축기(Compressor)(100)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(150)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 토출하게 된다.
상기 수냉식 응축기(Condenser)(110)는 상기 압축기(100)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상냉매로 응축하여 토출하게 된다.
상기 수냉식 응축기(110)는, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 유동하는 냉매열교환부(111)와, 차량 엔진룸내에 설치된 수냉 라디에이터(200)를 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수열교환부(112)가 서로 열교환가능하게 구성되어, 냉매와 냉각수를 열교환하도록 이루어진다.
한편, 상기 수냉식 응축기(110)는 공지된 다양한 형태를 사용할 수 있는데,
일예로, 도 4와 같이 상기 냉각수열교환부(112)를 탱크 형태로 구성하고, 상기 냉각수열교환부(112)의 내부에 냉매열교환부(111)를 삽입하여 서로 열교환가능하게 구성할 수도 있고,
또는, 상기 냉각수열교환부(112)를 구성하는 튜브(미도시)와 상기 냉매열교환부(111)를 구성하는 튜브(미도시)를 교대로 적층한 판형 열교환기(미도시) 형태로 구성할 수도 있다.
상기 수냉 라디에이터(200)는, 냉각수파이프(205)를 통해 상기 냉각수열교환부(112)와 연결되며, 상기 냉각수파이프(205)에는 냉각수를 순환시키기 위한 워터펌프(210)가 설치된다.
따라서, 상기 워터펌프(210)의 가동시 상기 냉각수파이프(205)를 순환하는 냉각수는 상기 수냉 라디에이터(200)를 통과하면서 공기와의 열교환에 의해 냉각되며, 이렇게 냉각된 냉각수가 상기 냉각수열교환부(112)로 공급되어 상기 냉매열교환부(111)를 유동하는 냉매와 열교환하게 된다.
한편, 상기 수냉 라디에이터(200)는 주로 차량의 전장품을 냉각하는 용도로 사용된다.
그리고, 상기 팽창밸브(Expansion Valve)(140)는 상기 수냉식 응축기(110)에서 토출된 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(150)로 보내게 된다.
물론, 본 발명에서는 상기 수냉식 응축기(110)와 공냉식 응축기(120) 및 내부열교환기(130)를 순차적으로 통과한 액상 냉매가 상기 팽창밸브(140)로 공급된다.
상기 증발기(Evaporator)(150)는 상기 팽창밸브(140)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 공조케이스(181)내에서 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.
계속해서, 상기 증발기(150)에서 증발하여 토출된 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(100)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 공조케이스(181)내로 유입되어 증발기(150)를 통과하면서 증발기(150)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
그리고, 상기 수냉식 응축기(110)와 상기 팽창밸브(140)의 사이에는, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출된 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기(120)가 설치된다.
즉, 상기 공냉식 응축기(120)는 상기 수냉식 응축기(110)의 출구측에 연결설치되며, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출되어 공냉식 응축기(120)의 내부를 유동하는 냉매와 상기 공냉식 응축기(120)를 통과하는 공기를 상호 열교환시키게 된다.
이러한 상기 공냉식 응축기(120)는, 상호 일정간격 이격되어 나란하게 설치되는 한 쌍의 헤더탱크(121)와, 상기 한 쌍의 헤더탱크(121)에 양단부가 결합되어 한 쌍의 헤더탱크(121)를 연통시키는 복수개의 튜브(122)와, 상기 복수개의 튜브(122)들 사이에 개재되는 방열핀(123)으로 이루어진다.
따라서, 상기 공냉식 응축기(120)의 일측 헤더탱크(121)로 유입된 냉매는 상기 복수개의 튜브(122)를 따라 유동하면서 상기 복수개의 튜브(122) 사이를 통과하는 공기와 열교환하여 추가 냉각되어 과냉각(Sub cool)된다.
한편, 차량 아이들(idle)시 또는 외기온도가 상승하게 되면, 상기 수냉 라디에이터(200)를 순환하는 냉각수의 온도가 상승하게 되고 이렇게 온도가 상승한 냉각수가 상기 수냉식 응축기(110)로 공급되어 결국 수냉식 응축기(110)를 유동하는 냉매의 온도를 상승시키게 되는데,
본 발명에서는 상기 수냉식 응축기(110)의 출구측에 공냉식 응축기(120)를 설치함으로써, 상기 수냉식 응축기(110)를 유동하는 냉매의 온도가 상승 하더라도 상기 공냉식 응축기(120)에서 냉매를 추가 냉각시켜줌으로써, 냉매의 온도를 더욱 낮춰서 내부열교환기(130)로 유입시킬 수 있어 냉방성능을 향상시키고, 결과적으로 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되면서 압축기(100)의 토출 냉매의 온도 상승을 방지하고 이로인해 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있는 것이다.
도 13은 본발명의 에어컨 시스템과 종래 에어컨 시스템의 P-H선도를 나타낸 그래프로서, 보는 바와 같이, 종래에는 수냉 라디에이터(50)를 순환하는 냉각수의 온도가 상승할 경우 수냉식 응축기(20)의 냉매 온도가 상승하여, 결국 수냉식 응축기(20)의 토출측 냉매온도가 높아지고, 상기 압축기(1)의 유입측 냉매온도도 높아지게 되며, 특히 상기 압축기(1)의 토출 냉매의 온도가 상한선 이상으로 상승하게 되어 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성이 저하 되었으나,
본발명의 경우, 수냉 라디에이터(200)를 순환하는 냉각수의 온도가 상승하여 상기 수냉식 응축기(110)의 냉매 온도가 상승하더라도, 상기 공냉식 응축기(120)에서 추가 냉각이 이루어져 과냉각(Sub cool) 되기 때문에, 도 13의 그래프와 같이 수냉식 응축기(110)의 토출측 냉매온도와, 상기 압축기(100)의 유입측 냉매온도가 종래 보다 낮아짐을 알 수 있고, 특히 상기 압축기(100)의 토출 냉매의 온도가 상한선을 넘지 않게 되어 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 공냉식 응축기(120)와 팽창밸브(140)의 사이에는, 상기 공냉식 응축기(120)에서 배출된 냉매와 상기 증발기(150)에서 배출된 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(130)가 설치된다.
상기 내부열교환기(130)는, 냉매 대 냉매를 열교환하는 열교환기로서, 도 4에서는 개략적으로 도시한 것이며 판형 열교환기 형태 또는 이중관 형태로 구성할 수 있다.
따라서, 상기 공냉식 응축기(120)를 통과한 냉매가 상기 내부열교환기(130)를 유동하는 과정에서 상기 증발기(150)에서 배출되어 내부열교환기(130)를 유동하는 냉매와 열교환하여 더욱 과냉각된 후 상기 팽창밸브(140)로 유입되며, 이렇게 냉매의 온도가 더욱 낮아지게 되면 증발기(150)의 엔탈피 차이를 증가시켜 냉방성능을 향상할 수 있다.
또한, 상기 증발기(150)에서 배출된 후 상기 내부열교환기(130)를 거쳐 상기 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되므로 상기 압축기(100)에서 토출되는 냉매의 온도가 상한치를 넘지 않게 되는 것이다.
그리고, 상기 수냉식 응축기(110)와 공냉식 응축기(120) 및 내부열교환기(130)는, 차량의 엔진룸 내부에 설치되되, 상기 엔진룸과 차실내를 구획하는 격벽(105)에 인접하여 설치된다.
즉, 통상적인 응축기는 엔진룸의 전방측에 장착되어 차량 전면풍과 열교환하게 되지만, 본발명은 상기 수냉식 응축기(110)와 공냉식 응축기(120) 및 내부열교환기(130)가 엔진룸과 차실내를 구획하는 격벽(105)에 인접하여 설치되며, 이때 상기 공냉식 응축기(120)는 차량의 주행시 차량의 상측 또는 하측을 통해 유입되는 공기를 이용하거나 또는 차량의 카울(Cowl)(126)을 통해 유입되는 공기를 이용하여 냉매를 냉각시키게 된다.
이때, 상기 공냉식 응축기(120)의 전방측에는 공기를 상기 공냉식 응축기(120)측으로 가이드하는 가이드덕트(125)가 설치된다. 즉, 차량의 엔진룸 상,하측 또는 카울(126)을 통해 유입되는 공기가 상기 가이드덕트(125)를 통해 상기 공냉식 응축기(120)로 원활하게 가이드되어 냉매와의 열교환성능을 향상하게 된다.
한편, 상기 수냉식 응축기(110)와 공냉식 응축기(120) 및 내부열교환기(130)는, 엔진룸내에서 상기 격벽(105)의 전방측에 인접하여 서로 일렬로 연결된다. 즉, 상기 엔진룸에 설치되는 압축기(100)와 차실내측에 설치되는 증발기(150)의 사이에 일렬로 배치되어 서로 근접하여 구성되므로 냉매 이동에 대한 압력손실을 줄일 수 있고, 컴팩트하게 장착되어 설치공간도 적게 차지하며, 응축과정과 과냉의 과정이 연결되어 이루어진다.
그리고, 상기 가이드덕트(125)를 설치한 경우에는 차량의 주행시 주행풍을 이용하여 공냉식 응축기(120)의 냉매를 냉각시키게 되며, 후술하는 공기공급수단(160),170)을 추가 설치하게 되면 주행풍이 감소하는 경우에도 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하여 냉매를 냉각시킬 수 있다.
상기 공기공급수단(160)은, 상기 공냉식 응축기(120)의 일측에 설치되어 상기 공냉식 응축기(120)로 공기를 공급하게 된다.
즉, 차량 주행시에는 주행풍을 이용하여 상기 공냉식 응축기(120)의 냉매를 냉각시키고, 차량 아이들(idle)시와 같이 주행풍이 약해지는 조건일 경우에는 상기 공기공급수단(160)을 통해 상기 공냉식 응축기(120)로 공기를 공급하여 상기 공냉식 응축기(120)의 냉매를 냉각시키게 된다.
상기 공기공급수단(160)은, 상기 공냉식 응축기(120)와 차량 공조장치(180)를 연결하도록 설치되어 상기 공조장치(180)내의 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하는 제1덕트(161)와, 상기 제1덕트(161)와 차량 외부를 연결하도록 설치되어 차량 외부의 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하는 제2덕트(162)와, 상기 제1덕트(161)와 제2덕트(162)의 분기 지점에 설치되어 상기 제1덕트(161)와 제2덕트(162)를 개폐하는 개폐도어(163)를 포함하여 이루어진다.
한편, 상기 공조장치(180)는, 내부에 증발기(150) 및 히터코어(151)가 설치된 공조케이스(181)와, 상기 공조케이스(181)의 일측에 연결되며 상기 공조케이스(181)측으로 공기를 송풍하도록 송풍팬(186)을 갖는 송풍케이스(185)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 제1덕트(161)의 입구는, 상기 송풍케이스(185)와 연통되게 연결되어 상기 송풍케이스(185)내를 유동하는 공기의 일부가 상기 제1덕트(161)로 공급되도록 할 수도 있고, 또는 상기 제1덕트(161)의 입구는, 상기 증발기(150) 상류측의 상기 공조케이스(181)와 연통되게 연결되어 상기 공조케이스(181)내에서 상기 증발기(150)를 통과하기 전의 공기 일부가 상기 제1덕트(161)로 공급되도록 할 수도 있다.
상기에서는, 상기 제1덕트(161)가 상기 공조케이스(181)나 송풍케이스(185)에 연결된 경우만 설명하였으나, 이 외에도 공조장치(180) 내부에서 공조장치(180) 외부로 토출되는 모든 공기를 활용할 수 있다. 일예로, 차량 쿨박스로 토출되는 공기나 드레인홀로 토출되는 공기 등을 활용할 수 있다.
상기 제1덕트(161)의 출구는 상기 공냉식 응축기(120)와 후방측과 연결된다.
따라서, 상기 공조장치(180)의 송풍팬(186)이 작동하게 되면, 상기 공조장치(180)의 내부를 유동하는 공기의 일부가 상기 제1덕트(161)를 통해 상기 공냉식 응축기(120)로 공급됨으로써 차량의 아이들 진입시와 같이 주행풍이 약해지더라도 상기 공냉식 응축기(120)를 유동하는 냉매를 냉각시킬 수 있는 것이다.
또한, 상기 제2덕트(162)는 상기 제1덕트(161)로부터 분기되며, 이때 상기 제2덕트(162)의 입구는 차량의 카울(Cowl)(126)과 연결된다.
따라서, 상기 카울(126)측으로 유입된 외부 공기(주행풍)가 상기 제2덕트(162)를 통해 상기 공냉식 응축기(120)로 공급되어 상기 공냉식 응축기(120)를 유동하는 냉매를 열교환시키게 된다.
그리고, 상기 개폐도어(163)의 일측에는, 제어부(미도시)의 제어를 통해 상기 개폐도어(163)를 작동시키는 액츄에이터(미도시)가 설치된다.
상기 제어부는, 차량의 아이들(idle)시에는 상기 개폐도어(163)가 제1덕트(161)를 개방하도록 상기 액츄에이터를 제어하여 상기 공조장치(180)내의 공기를 상기 공냉식 응축기(120)로 공급하고, 차량의 주행시에는 상기 개폐도어(163)가 제2덕트(162)를 개방하도록 상기 액츄에이터를 제어하여 차량 외부의 공기(주행풍)를 상기 공냉식 응축기(120)로 공급하게 된다.
차량의 아이들시에는 차실내의 차가운 공기를 공조장치(180)내로 유동시켜 상기 제1덕트(161)를 통해 공냉식 응축기(120)로 공급할 수 있으므로 적은 풍량으로도 공냉식 응축기(120)의 냉매를 냉각할 수 있어 공조장치(180) 작동시의 풍량손실을 줄일 수 있다.
아울러, 주행풍으로 공냉식 응축기(120)를 유동하는 냉매의 냉각이 가능한 경우에는 제1덕트(161)를 폐쇄하여 공조장치(180)내의 공기를 사용하지 않으므로 이로인한 풍량손실이나 냉방성능의 저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 제어부는, 차량의 아이들시 상기 개폐도어(163)가 제1덕트(161)를 개방함에 따른 상기 공조장치(180)의 풍량손실을 보상해줄 수 있도록, 상기 송풍팬(186)에 공급되는 전압을 상승시키는 제어를 수행하게 된다.
즉, 상기 제어부는 상기 개폐도어(163)가 제1덕트(161)를 개방하여 공조장치(180)내의 공기 일부를 상기 공냉식 응축기(120)로 공급하는 경우, 상기 공냉식 응축기(120)로 빠져나가는 풍량을 고려하여 송풍팬(186) 작동전압 + α전압을 인가해주는 제어를 수행하여, 상기 제1덕트(161)를 개방하더라도 공조장치(180)를 통해 차실내로 토출되는 풍량에 변화가 없게 된다.
이와 같이, 차량 아이들시와 같이 주행풍이 감소하는 조건에서는 공기공급수단(160)을 작동시켜 차가운 차실내 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하여 냉매를 냉각시키므로 냉매의 온도가 더욱 낮아져 냉방성능이 더욱 향상된다.
또한, 상기 수냉식 응축기(110)와는 별도로 상기 공냉식 응축기(120)를 통해 냉매를 추가 냉각시켜주고, 공기공급수단(160)을 통해 차가운 차실내 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하여 냉매의 온도를 더욱 낮춰줌으로써, 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도가 낮아지게 되어 압축기(100)에서 토출되는 냉매의 온도 상승을 방지하고 이로인해 에어컨 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있다.
그리고, 상기 공기공급수단(170)의 다른 실시예로는, 도 11 및 도 12와 같이, 상기 공기공급수단(170)은, 차량 엔진룸과 차실내를 구획하는 격벽(105)에 관통 형성되는 공기공급홀(171)과, 상기 공기공급홀(171)과 상기 공냉식 응축기(120)를 연결하여 상기 공기공급홀(171)을 통해 공급된 차실내 공기를 상기 공냉식 응축기(120)측으로 가이드하는 가이드덕트(173)와, 상기 공기공급홀(171)의 일측에 설치되어 공기공급홀(171)을 개폐하는 개폐도어(172,172a)와, 상기 가이드덕트(173)의 내부에 설치되어 상기 공기공급홀(171)을 통해 공급되는 차실내 공기를 상기 공냉식 응축기(120)로 강제 송풍하는 팬(174)을 포함하여 이루어진다.
차량 주행시에는 엔진룸으로 유입되는 주행풍 또는 카울(126)을 통해 유입되는 주행풍을 이용하여 상기 공냉식 응축기(120)를 냉각하고, 차량 아이들시와 같이 주행풍이 감소하는 조건에서만 상기 팬(174)이 작동하여 공냉식 응축기(120)로 차실내 공기를 강제 송풍하게 된다.
상기 개폐도어(172,172a)는 두가지 형태로 구성할 수 있는데,
첫번째, 상기 개폐도어(172)는, 도 11과 같이 탄성재질로 형성되어 일단부는 상기 공기공급홀(171)의 일단부에 결합되며, 타단부는 상기 팬(174)의 미작동시 상기 공기공급홀(171)을 폐쇄하고 상기 팬(174)의 작동시 탄력적으로 움직이면서 상기 공기공급홀(171)을 개방하게 된다.
즉, 상기 팬(174)이 작동하게 되면 부압에 의해 상기 탄성재질의 개폐도어(172)가 상기 공기공급홀(171)을 개방하게 되고, 이때 상기 공기공급홀(171)을 통해 흡입된 차실내 공기가 가이드덕트(173)를 통해 공냉식 응축기(120)로 공급되는 것이다.
두번째, 상기 개폐도어(172a)는, 도 12와 같이 상기 공기공급홀(171)의 일측에 회전가능하게 설치되고, 상기 개폐도어(172a)의 일측에는 액츄에이터(미도시)가 설치되어, 상기 액츄에이터의 구동에 의해 상기 팬(174)의 미작동시에는 상기 개폐도어(172a)가 공기공급홀(171)을 폐쇄하고 상기 팬의 작동시에는 상기 개폐도어(172a)가 공기공급홀(171)을 개방하도록 작동하게 된다.
따라서, 차량 아이들시와 같이 주행풍이 감소하는 조건에서는 상기 팬(174)이 작동하게 되고, 상기 팬(174)이 작동할 때에만 상기 개폐도어(172a)에 의해 공기공급홀(171)이 개방되어 차실내공기를 공냉식 응축기(120)의 냉각에 사용하므로 차실내온도의 상승을 최소화하게 된다.
아울러, 상기 공기공급홀(171)을 통해 흡입되는 차가운 차실내 공기를 이용하여 공냉식 응축기(120)를 냉각하므로 상기 내부열교환기(130)로 유입되는 냉매의 온도를 더욱 낮춰 냉방성능을 향상할 수 있다.
또한, 차량 아이들시 및 주행풍이 감소하는 조건에서는 공기공급수단(170)의 팬(174)을 작동시켜 차실내 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하므로, 항상 안정적인 공기 공급이 가능하고 이로인해 균일한 냉매 냉각 성능을 확보할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 에어컨시스템의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 압축기(100)에서 압축되어 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 수냉식 응축기(110)의 냉매열교환부(111)로 유입된다.
상기 수냉식 응축기(110)의 냉매열교환부(111)로 유입된 기상 냉매는, 상기 수냉 라디에이터(200)를 순환하면서 상기 수냉식 응축기(110)의 냉각수열교환부(112)로 유입된 냉각수와 열교환하게 되고, 이 과정에서 냉매가 냉각되면서 액상으로 상변화하게 된다.
상기 수냉식 응축기(110)에서 배출된 액상 냉매는, 상기 공냉식 응축기(120)로 유입되어 공기와의 열교환을 통해 추가 냉각(과냉각)된 후, 상기 내부열교환기(130)로 유입된다.
상기 내부열교환기(130)로 유입된 냉매는, 상기 증발기(150)에서 배출되어 내부열교환기(130)를 유동하는 냉매와 열교환하면서 더욱 과냉각된 후, 상기 팽창밸브(140)로 유입되어 감압 팽창 된다.
상기 팽창밸브(140)에서 감압 팽창된 냉매는, 저온 저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(150)로 유입되고, 상기 증발기(150)로 유입된 냉매는 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.
이후, 상기 증발기(150)에서 배출된 저온 저압의 냉매는, 상기 내부열교환기(130)로 유입되게 되는데, 이때 상기 공냉식 응축기(120)에서 배출되어 내부열교환기(130)를 유동하는 냉매와 열교환한 후, 상기 압축기(100)로 유입되고, 이후 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
상기의 과정에서, 차량 주행시에는 엔진룸으로 유입되는 주행풍 또는 카울(126)을 통해 유입되는 주행풍을 이용하여 상기 공냉식 응축기(120)를 냉각하고, 차량 아이들시와 같이 주행풍이 감소하는 조건에서는 공기공급수단(160,170)을 작동시켜 차가운 차실내 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하여 냉각시키게 된다.

Claims (15)

  1. 냉매를 압축시키는 압축기(100)와,
    상기 압축기(100)에서 압축되어 배출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(110)와,
    상기 수냉식 응축기(110)에서 응축되어 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(140)와,
    상기 팽창밸브(140)에서 팽창되어 배출된 냉매를 증발시키는 증발기(150)를 각각 냉매파이프(P)로 연결하여 이루어진 차량용 에어컨시스템에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)와 상기 팽창밸브(140)의 사이에는, 상기 수냉식 응축기(110)에서 배출된 냉매를 공기와 열교환시켜 냉매를 추가 냉각시키는 공냉식 응축기(120)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공냉식 응축기(120)와 팽창밸브(140)의 사이에는, 상기 공냉식 응축기(120)에서 배출된 냉매와 상기 증발기(150)에서 배출된 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(130)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)와 공냉식 응축기(120) 및 내부열교환기(130)는, 차량의 엔진룸 내부에 설치되되, 상기 엔진룸과 차실내를 구획하는 격벽(105)에 인접하여 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)와 공냉식 응축기(120) 및 내부열교환기(130)는, 서로 일렬로 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 공냉식 응축기(120)의 전방측에는 공기를 상기 공냉식 응축기(120)측으로 가이드하는 가이드덕트(125)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수냉식 응축기(110)는, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 유동하는 냉매열교환부(111)와, 차량 엔진룸내에 설치된 수냉 라디에이터(200)를 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수열교환부(112)가 서로 열교환가능하게 구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 공냉식 응축기(120)의 일측에는, 상기 공냉식 응축기(120)로 공기를 공급하는 공기공급수단(160,170)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기공급수단(160)은,
    상기 공냉식 응축기(120)와 차량 공조장치(180)를 연결하도록 설치되어 상기 공조장치(180)내의 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하는 제1덕트(161)와,
    상기 제1덕트(161)와 차량 외부를 연결하도록 설치되어 차량 외부의 공기를 공냉식 응축기(120)로 공급하는 제2덕트(162)와,
    상기 제1덕트(161)와 제2덕트(162)의 분기 지점에 설치되어 상기 제1덕트(161)와 제2덕트(162)를 개폐하는 개폐도어(163)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공조장치(180)는, 내부에 증발기(150) 및 히터코어(151)가 설치된 공조케이스(181)와, 상기 공조케이스(181)의 일측에 연결되며 상기 공조케이스(181)측으로 공기를 송풍하도록 송풍팬(186)을 갖는 송풍케이스(185)를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1덕트(161)의 입구는, 상기 송풍케이스(185)와 연통되게 연결되어 상기 송풍케이스(185)내를 유동하는 공기의 일부가 상기 제1덕트(161)로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 공조장치(180)는, 내부에 증발기(150) 및 히터코어(151)가 설치된 공조케이스(181)와, 상기 공조케이스(181)의 일측에 연결되며 상기 공조케이스(181)측으로 공기를 송풍하도록 송풍팬(186)을 갖는 송풍케이스(185)를 포함하여 이루어지고,
    상기 제1덕트(161)의 입구는, 상기 증발기(150) 상류측의 상기 공조케이스(181)와 연통되게 연결되어 상기 공조케이스(181)내에서 상기 증발기(150)를 통과하기 전의 공기 일부가 상기 제1덕트(161)로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 개폐도어(163)의 일측에는, 제어부의 제어를 통해 상기 개폐도어(163)를 작동시키는 액츄에이터가 설치되고,
    상기 제어부는, 차량의 아이들(idle)시에는 상기 개폐도어(163)가 제1덕트(161)를 개방하도록 상기 액츄에이터를 제어하여 상기 공조장치(180)내의 공기를 상기 공냉식 응축기(120)로 공급하고, 차량의 주행시에는 상기 개폐도어(163)가 제2덕트(162)를 개방하도록 상기 액츄에이터를 제어하여 차량 외부의 공기를 상기 공냉식 응축기(120)로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는, 차량의 아이들시 상기 개폐도어(163)가 제1덕트(161)를 개방함에 따른 상기 공조장치(180)의 풍량손실을 보상해줄 수 있도록, 상기 송풍팬(186)에 공급되는 전압을 상승시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기공급수단(170)은,
    차량 엔진룸과 차실내를 구획하는 격벽(105)에 관통 형성되는 공기공급홀(171)과,
    상기 공기공급홀(171)과 상기 공냉식 응축기(120)를 연결하여 상기 공기공급홀(171)을 통해 공급된 차실내 공기를 상기 공냉식 응축기(120)측으로 가이드하는 가이드덕트(173)와,
    상기 공기공급홀(171)의 일측에 설치되어 공기공급홀(171)을 개폐하는 개폐도어(172,172a)와,
    상기 가이드덕트(173)의 내부에 설치되어 상기 공기공급홀(171)을 통해 공급되는 차실내 공기를 상기 공냉식 응축기(120)로 강제 송풍하는 팬(174)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 개폐도어(172)는, 탄성재질로 형성되어 일단부는 상기 공기공급홀(171)의 일단부에 결합되며, 타단부는 상기 팬(174)의 미작동시 상기 공기공급홀(171)을 폐쇄하고 상기 팬(174)의 작동시 탄력적으로 움직이면서 상기 공기공급홀(171)을 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 개폐도어(172a)는, 상기 공기공급홀(171)의 일측에 회전가능하게 설치되고,
    상기 개폐도어(172a)의 일측에는 액츄에이터가 설치되어, 상기 액츄에이터의 구동에 의해 상기 팬(174)의 미작동시에는 상기 개폐도어(172a)가 공기공급홀(171)을 폐쇄하고 상기 팬(174)의 작동시에는 상기 개폐도어(172a)가 공기공급홀(171)을 개방하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템.
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