자동차 공조(HVAC) 시스템 신기술 동향

자동차에 적용되는 공조 시스템의 경우 승차자의 쾌적한 상태에서의 운전을 돕기 위해 μ- Com제어에 따른 고기능화로 콘트롤러의 조작 빈발성을 억제하고 스스로 외부 열변화에 대한 실내온도를 설정치에 맞게 제어하고 있는 추세이며, 한여름 또는 한겨울 승차시 좀더 냉난방 제어가 쾌속하게 이루어 지므로 소비자의 요구에 신속히 대응하는 요구가 필요하다.

자동차 공조 시스템의 구조 및 각 부품
공조(HVAC:Heating Ventilating and Air Conditioning) 시스템은 자동차의 동력장치를 이용하여 냉매를 압축하고 다시 외부 공기에 의해 응축하여 급격히 팽창후 증발을 시킴으로 냉매가 증발시 외부의 열을 빼았아 차가워 짐으로 증발기(Evaporator)표면에 송풍을 하여 열 교환된 공기를 이용하여 찬바람을 얻게 되고, 동력 발생 장치에서 연료가 연소된 열을 이용하는데 엔진에 의해서 더위진 냉각수를 이용하여 난방기(Heater) 표면에 송풍을 하여 더운 바람을 얻는 방법을 기본으로 하여 차량 실내 공기를 제어하는 장치를 말한다.

각종 센서가 채용된 전자동 공조시스템(Full Automatic HAVC System) 구조의 한 예
일본 덴소사의 시스템의 한 예이다.
이는 실내온도(Cabin air temperature), 외기온도(Ambient air temperature), 태양광의 양(quantity of
solar radiation) 그리고 냉각수의 온도(water temperature)를 감지하는 센서를 통해 마이크로 컴퓨터가 실내의 공조시스템을 제어한다.

자동차 공조 시스템의 각 부품
압축기 (Compressor)
냉매를 고온고압의 기체 상태로 압축하는 역할을 하며 압축된 냉매를 응축기(Condenser)로 보낸다. 스와쉬플레이트 타입(Swash plate type), 베인로타리타입(Vane rotary type) 그리고 와블플레이트 타입(Wobble plate type)등이 있다.

응축기 (Condenser)
압축기에서 보내진 고온고압의 냉매를 외부공기에 의해서 액체로 응축하는 역할을 하며 팽창밸브(Expansion Valve)로 보낸다.


증발기 (Evaporator)
팽창밸브를 통해 무상의 기체로 급격히 팽창된 냉매를 받아 저온저압의 기체로 증발시킴으로 증발시 주위의 열을 빼앗아 찬바람을 얻게 된다.

히터 코어(Heater core)
히터코아는 핀과 튜브타입의 열교환기이다.

제어기 (Controller)
사용자가 원하는 상태로 공조 장치를 제어하는 장치를 말하며 μ- Com이 내장된 전자동(Full Automatic)추세이다.


최근 공조 System 관련 신기술 동향

승용차 쾌속 난방기 개발…20초내 실내온도를 30℃까지
눈보라까지 몰아치는 한 겨울 아침.
승용차가 데워지기까지 오들오들 떨며 기다릴 필요가 더 이상 없어졌다.
'쾌속 난방(Rapid Heat)'으로 이름 붙여진 새로운 히팅 시스템은 차 시동을 건지 10초 이내에 온도가 오르기 시작, 20초내에 섭씨 30도까지 차 내부를 덥힐 수 있다. 미국 '센토 서멀 시스템'사가 개발한 이 열기구는 평상시 버리는 열을 차곡히 모아뒀다가 재사용 하자는 게 기본 아이디어.
소음기(머플러) 보다 조금 큰 이 장치는 긴 원통형으로 외부는 스테인레스 철제로 단열 돼 있다. 승용차가 달리는 동안 뜨거워진 냉각수는 이 원통으로 보내져 저장된다. 시동이 걸리면 아직은 차가운 엔진 속의 냉각수는 이 통속으로 들어가는 대신, 이미 통속에 저장됐던 뜨거운 물이 흘러 나오면서 히터의 온도를 삽시간에 올려버린다는 원리이다.
센토 서멀 시스템사는 "금요일 저녁 뜨거운 커피를 보온병에 넣어 두면, 월요일 아침 뜨거운 커피를 즉시 꺼내어 먹을 수 있는 것과 마찬가지" 라고 설명했다. 달리는 도중에는 컴퓨터가 시시각각으로 엔진의 온도를 감지, 엔진이 정상 온도에 도달하면 시동 초기에 저장했던 차가운 냉각수들을 다시 서서히 엔진으로 보내 데우게 된다. 개당 단가는 500∼700달러선. 크기가 작아 소음기처럼 차량 밑부분에 쉽게 장착할 수 있다. 현재 북미와 유럽에서 팔리는 일부 포드사 차량에 장착하기 시작했다.

냉매누설 검지(Refrigerant Leakage Detecting System)를 신속하게
차량에서 생산라인 조립불량 또는 출고 이후에 부품의 이상으로 냉매가 누설되는 경우 누설되는 부위를 몰라 시간을 낭비하는 시간뿐만 아니라 애프터 서비스로써 제조업체에 청구되는 비용을 현저히 줄일 수 있다. 미국의 트레이서라인(Tracerline)사는 에어컨 시스템내에 형광 물질을 삽입하여 압축기 오일에 용해됨으로써 냉동오일과 같이 시스템을 순환하다가 누설부위로 염료성분이 방출됨으로 쉽게 누설부위를 찾을 수 있게하는 개념이다.
"트레이서 웨이퍼(Tracer Wafer)"라는 형광 물질은 자동차 제조 라인에서 형광 냉각제 누출 감지 연료를 주입하는 문제에 이상적인 해결책을 제공한다. 웨이퍼는 이용하기 편리하게 외형을 다듬을 수 있으며 에어컨 시스템의 구성부분에 자동적으로 장착함으로써 염료를 완제품에 주입 하는데 필요한 노동력을 최소화한다. 웨이퍼는 마지막 조립이 완성 되었을 때 나타나는 냉매와 윤활유의 흐름을 경유해서 모든 냉각 오일이 방출될 때 까지 효력을 지속한다. 염료를 다루는 것이 간편하며 마지막 작업과정을 바꿀 필요도 없을 뿐만 아니라 잘못된 누출 표시도 피할 수 있다.
트레이서웨이퍼는 에어컨 시스템의 건조기(Receiver driver) 또는 축압기(Accumulator)내에 건조대(Desiccant Bag)안에 장착할 수 있으며 웨이퍼가 차지하는 부피는 무시할 수 있을 정도로 작다. 미국 Big "3"중의 한 회사는 1995 모델부터 전차종의 에어컨에 적용하고 있다. 트레이서 웨이퍼를 투입하는 예도는 다음과 같다.

차량실내 공기 정화 시스템
갈수록 심해지는 대기오염으로 차량에도 공기 정화를 위한 장치는 필수 조건이 되고 있는 추세이며 이를 방지하기 위해 준중형급 이상의 차량에는 에어필터를 기본으로 장착하고 있으며 장착율은 소형 차종까지 확산될 전망과 함께 에어필터의 개발 추세는 단순히 먼지만 걸러주는 방식을 탈피해서 냄새와 오염됨 화학성분뿐만 아니라 Allergy반응을 일으킬 수 있는 물질까지도 걸러주는 고기능 필터의 추세이다.
미국 GM의 해리슨의 HVAC system 사업부의 대변인은 급속도로 빠르게 에어필터의 요구가 확산되고 있다며 유럽 GM에서 생산되는 에어컨에는 에어필터를 적용할 준비가 되어있고, 미국에서는 세계시장을 겨냥해 에어필터 적용을 고려중이라고 덧붙였다.
미국의 에어필터 제조 업체인 "케비네어 프로덕트(Cabinaire Products)"사는 향후 에어필터를 장착하는 차량이 에어백이나 ABS 브레이크를 장착하는 차량보다 앞설 것이며, 경쟁사인 "3M"사는 2000년 또는 2001년에는 미국에서 생산되는 전차량에 에어필터가 장착 될 것으로 예상했다. 또하나 경쟁사인 독일의 프라우덴버그(Freudenberg)사는 12,000마일까지 성능이 유지된 반면, 자사제품은 두배의 성능인 30,000마일까지 성능이 유지 된다고 발표했다.