자동차 에어컨 시스템

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본문내용
자동차 실내는 태양, 대기, 도로 또는 엔진 등과 같이 외부 및 내부에서 가해지는 여러 가지 열에 의해 실내좌석이나 계기류 등이 뜨거워 지며, 이렇게 차내 공기가 더워지게 되면 에어컨을 가동하게 된다.
자동차용 에어컨시스템은 에어컨 냉매를 압축-응축-팽창-증발시키는 과정을 반복함으로써 난방, 냉방, 제습을 시스템적으로 조절하여 사계절 언제나 차 실내를 쾌적한 상태로 유지하게 해주는 공기조절 시스템이다. 에어컨시스템을 구성하는 주요부품으로는 냉매를 증발시키는 기능을 하는 에바포레이터(Evaporator), 압축하는 컴프레서(Compressor) 그리고 응축하는 컨덴서(Condenser)와 이를 연결하는 파이프와 호스(Pipe & Hose) 등이 있으며, 또한 이를 자동 혹은 수동으로 통제하는 컨트롤러(Controller)와 여러 가지 안전장치가 있다.
환기와 냉난방시스템은 승객의 안락함을 결정하는 주요 인자이다. 이 시스템은 모든 승용차에 기본으로 장착되고 있지만 에어컨디셔닝시스템의 경우 최근까지도 자동차 구입 시 선택하는 옵션 사양이었다. 대부분 환기시스템은 주행 중 위나 아래의 환기구를 통해 객실 내로 공기를 유입하고 정지 시 히터 팬으로 강제 환기할 수 있도록 설계된다. 압입된 공기는 객실과 트렁크 공간을 순환한 다음 배기 구역을 통해 차 외부로 배출된다. 난방시스템은 실내온도를 적당하게 유지하기 위해 냉방시스템과 조화롭게 작동될 수 있도록 설계되는데 객실 내의 온도를 적당하게 유지하고 안개나 성에가 낀 유리창을 맑게 하는 것이 주요 임무이다. 히터코어, 블로워모터와 팬, 히터와 서리 제거용 호스들로 구성된다. 압력이 걸리는 밀폐된 에어컨디셔닝시스템은 압축기, 컨덴서, 리시버드라이어 또는 어큐뮤레이터, 팽창밸브, 오리피스 튜브, 에바퍼레이터로 구성된다. 열이 흡수되고 전달되는 단계는 다음과 같다. 1. 냉매는 고온고압 상태의 기체로 압축기를 출발한다. 2. 컨덴서를 통과하면서 열이 제거된 기체는 고온고압의 액체가 된다. 3. 습기와 오염물질들은 리시버드라이어에 의해 제거되고 깨끗해진 냉매는 필요할 때까지 저장된다. 4. 팽창밸브는 에바퍼레이터로 흐르는 냉매를 제어한다. 5. 열은 압력이 낮고 따뜻한 냉매에 의해 객실 내의 공기로부터 흡수되고 냉매는 기화하여 온도가 크게 떨어진다. 6. 냉매는 저온저압의 기체가 되어 압축기로 돌아온다
차량의 에어컨 작동원리 :
알코올을 피부에 발랐을 때 피부가 차가워지는 것과 같다. 이것은 알코올이 증발할 때마다 주위에서 다량의 열을 빼앗아 기화하기 때문에 이루어지는 것이다. 이처럼 액체가 기체로 바뀔 때 주위의 물체에서 열을 빼앗는 성질을 이용한 것이 바로 에어컨의 기초 원리다.
두 종류의 압력차이에서 작동하는 히터코어(heater core) 및 에바포레이터(evaporator)와 콘덴서로 구성된 세 개의 열 교환기가 있고, 이는 컴프레서와 확장밸브(expansion valve)에 의해 조절된다. 에어컨은 난방과 냉각 순환기능이 합쳐진 것이다. 성형된 호스 앗세이에 의한 순환시스템은 냉매 순환 안에 있는 각각의 부품들을 또 다른 쪽으로 연결시켜준다. 시스템 안의 냉매 순환은 컴프레서(compressor)에 의해 작동된다. 회로(circuit)는 일반적으로 두 부분으로 나누어지는데 , 컴프레서(compressor)와 확장밸브 사이의 부분은 고압부분(황색/적색)이라 부르며, 확장밸브와 컴프레서(compressor) 사이의 영역을 저압부분(청색)이라 부른다. 기체상태의 냉각제는 높은 압력을 거쳐가기 전에 먼저 열이 가해지고 압축되게 된다. 냉매가스 (Refrigerant gas) 가 바로 이것을 식혀주는 것이고 압축하고 액체(유동체)로 되돌려주는 것이다. 다음 단계에서, 드라이어가 혼합물(불순물)과 공기의 함유 물을 액체 냉매로부터 분해한다. 그런 다음 다시 드라이어에서 확장밸브로 보내진다. 이 밸브는 댐과 비슷하다. 댐 앞에서 이것은 일정한 압력을 유지한다. 확장밸브가 에바포레이터(evaporator)의 앞에 직접 놓여있으므로, 냉각제는 에바포레이터(evaporator)속으로 팽창한다. 증발이 일어나는 동안 액체(유동체)는 가스(gas)로 바뀌고, 컨덴서(condenser)와 비슷한 열 교환기인 에바포레이터(증발기)의 넓은 표면이 주변으로부터 열을 흡수함으로써 차량 실내로 차가운 공기가 들어오게 된다. 저압부분에서 냉매는 다시 가스상태로 바뀌어 회로가 처음 시작되는 컴프레서(compressor)로 다시 흘러 들어가게 되고, 계속해서 위의 반응을 반복하게 되는 것이다
에어컨에 대한 연구 (경향신문 2004-07-26)
한국과학기술연구원(KIST) 열·유동제어연구센터 이대영 박사팀은 프레온가스 대신 물을 이용한 ‘물 에어컨’을 개발 중이다. 원리는 물이 증발함으로써 주변 공기를 차갑게 만드는 것. 축축하고 더운 공기가 습기 제거 장치를 거치면 건조해진다. 이 건조 공기가 물이 뿌려진 그물망을 통과하면 물이 증발하면서 주변 공기를 냉각시키고 차가워진 공기가 실내에 공급된다. 물 에어컨은 기존 에어컨처럼 냉매를 압축하는 압축기나 건물 밖에 설치되는 실외기가 필요 없어 전기 소비가 적다는 장점이 있다.
한국과학기술원(KAIST) 재료공학과 이재영 교수팀은 냉매 대신 수소를 이용하는 방법을 개발했다. 기술의 핵심은 수소저장합금으로, 이 물질은 압력이 낮아지면 저장하고 있던 수소 기체를 내보내고, 이때 주위의 열을 흡수하면서 온도를 떨어뜨린다. 이런 방법을 이용해서 주위의 온도를 영하 30도까지 떨어뜨릴 수 있고, 반대로 수소가 들어올 때에는 열을 방출하기 때문에 난방기로도 사용할 수 있다
또 미국 에임즈연구소의 칼 슈나이더 교수팀은 냉매없이 차가운 공기를 뿜어내는 ‘자석 냉장고’를 개발했다. 원리는 자기장을 걸어주면 열을 발산하고 자기장에서 벗어나면 반대로 온도가 내려가는 이른바 ‘자기(磁氣) 냉동’ 성질을 이용한 것이다. 자기냉동으로 발생한 온도차는 자석 주변을 흐르는 냉각수로 전달돼 냉장효과를 낸다
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