소비자는 자동차 에어컨 제작자에게 시원함만을 요구하기보다는 엔진 출력에 따른 주행성, 저 소음 에어컨, 실내 공기의 청정도 관리의 필요성, 편일사시의 느낌이 좋은 에어컨 등의 구체적 이고 수준 높은 요구를 하고 있다. 이러한 요구는 에어컨 제조업체로 하여금 전문화된 고급 인 력과 고도의 기술, 실험 장비, 정밀한 부품생산체제를 갖추지 않으면 안되게 되었다. 이러한 쾌 적성에 대한 소비자의 요구는 점차로 높아져서 차량의 내외기와 차량의 주행정보를 각종센서가 감지하여 인체가 가장 쾌적하게 느끼는 실내를 항상 유지할 수 있는 시스템의 개발을 촉구하고 있다. 현재 업계에서는 지구 환경 보호에 대응하기 위한 신냉매 에어컨 시스템의 개발은 물론 공해 문제로 인하여 새로운 자동차의 등장에 따른 차세대 에어컨 시스템의 개발과 관련된 연구 개발에 활발한 투자가 이루어지고 있다. 이 글에서는 '70년부터 시작된 한국 자동차에어컨의 변 천을 뒤돌아보고, 현재 사용되는 차량용 에어컨 시스템과 앞으로 사용될 차량용 에어컨 시스템이 어떻게 변화할 것인지에 대하여 살펴보고자 한다.
차량용 에어컨은 열적 쾌적감을 고려해서 제품설계를 해야 하는 아주 민감한 제품이다. 본 연구에서는 차량용 에어컨의 성능 향상을 위한 기초연구의 하나로서 시간의 흐름에 따른 피실험자의 주관적 쾌적감과 피부온, 구강온, 맥박, 혈압의 변화를 비교 분석하고자 한다. 차량 운행중 에어컨을 사용한다면 바람을 직접적으로 받는 머리 부분은 10-20분 후에 급격히 피부온이 떨어지고, 등을 제외한 나머지 신체 부위는 40분 전후에서야 34$^{\circ}C$ 정도의 피부온을 보였다. 차량에 탑승한 후 50분과 70-80분 이후의 구강온이 초기의 30 분 이전의 구강온과는 유의한 차이를 보이고 있었다. 이것은 구강온이 떨어질 때 졸음의 욕구가 커지기 때문에 운행중 에어컨의 가동은 50 분 이하로 하는 것이 좋고 늦어도 70-80 분 이상을 하는 것은 안전 운행상 문제가 있는 것으로 생각된다.
열적 쾌적감은 각 개인간의 대사작용의 차이, 실행중인 작업 의복의 종류나 계절의 영향, 환경순응, 습관이나 전통도 많은 영향을 미친다. 열적 쾌적감을 조절하는 기기중 하나인 에어컨은 특히 열적 쾌적감을 고려해서 제품설계를 해야 하는 아주 민감한 제품이다. 본 연구에서는 차량용 에어컨의 영향을 평가하기 위한 기초연구의 하나로서 차량용 에어컨이 작동 중일 때 피 실험자의 신체 부위별 주관적 쾌적감과 피부온, 구강온, 맥박, 혈압간의 관계를 분석하고자 한다. 실험은 1 인의 피실험자를 대상으로 9 회에 걸쳐 chamber 에서 1 회에 약 90 분간 실험했다. 차량용 에어컨에 대한 주관적 쾌적감에 가장 영향을 많이 미치는 요소로서는 머리 부위의 피부온과 구강온이 선택되었으며, 다른 부위의 피부온, 맥박, 혈압등은 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.
차량용 에어컨 시스템은 엔진의 가동(주행 또는 공회전)에 의해 발생되는 에너지를 이용하여 운전자가 원하는 차량 실내온도를 유지시켜주는 장치를 말한다. 이러한 기계식 에어컨 시스템의 작동은 엔진 구동력의 일부를 활용하고 있어 자동차의 연비와 큰 관련성 있다. 때문에 하절기 작업 대기시나 차량 내 야간취침 등이 빈번한 상용차량의 경우 운전자의 운행습관에 따라 연료 소비량이 증가하는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 개선하고자 대형 상용차량이 정차중인 무시동 기간에도 일정 온도의 유지가 가능 하도록 전력변환장치가 적용된 에어컨 시스템을 제안하였다.
차량용 에어컨의 증발기 표면에 공기가 지나갈 때 결로로 인한 통풍저항 증대와 비산 현상을 억제하며 세균번식과 냄새가 발생하는 증발기에 항균성과 탈취효과를 주기 위해, 친수-항균재가 세계적으로 1980년대부터 적용되어 왔다. 본 고에서는 친수-항균재의 기술개발 동향과 평가기술을 소개하고자 한다.
본 논문은 최근 친환경 차량인 EV & HEV의 전장품에 운전 효율 및 연비를 극대화하기 위해 브러시리스 직류 (Brushless DC) 전동기 및 Sensorless Drive를 적용시키는 사례가 증가하고 있다. 특히 전 세계적으로 환경오염의 주범이 되고 있는 차량의 이산화 탄소 배출량 규제, 계속된 유가상승 등에 따라 가장 밀접하게 연관되어 있는 자동차 전장품에 전동화를 통한 연비향상을 적극적으로 추진하고 있다. 본 논문에서는 차량의 전장 제품으로 다양하게 적용되고 있는 에어컨 압축기로 냉방용 컴프레서에 브러시리스 직류전동기 및 Sensorless 제어기를 적용 에어컨 컴프레서를 개발 하여 20CC 전동식 스크롤 컴프레서에 적용하여 실험하였다. 이러한 실험으로 제품의 운전 효율 증대시킴은 물론 우월한 압축 성능을 가져 옴으로써 차량용 에어컨 컴프레서의 고효율 전동화를 유도 시킬 수 있음을 확인 할 수 있었다.
자동차 에어컨 냉매로 사용되어온 CFC-12는 1991년부터 1994년에 걸쳐 HFC 계열의 냉매인 R134a로 대체되었으며, R-134a는 현재자동차 에어컨 냉매로 널리 사용되고 있다. 그러나 R-134a는 지구온난화 지수(GWP)가 1,300으로 매우 높으며, 교토의정서에서 정한 6대 온실가스 중에 하나로 포함되어 누출량 관리 및 대체 냉매 개발이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 자동차에서 배출되는 $non-CO_2$ 온실가스 배출량 산출을 위한 기초연구로 실차 상태에서의 에어컨 냉매 누출량을 분석하기 위하여 가변온도밀폐실(VT shed)과 Running loss test shed를 이용하여 R-134a의 농도변화를 측정하였다. 대상차종에 대한 주차상태에서 R-134a 누출량을 분석한 결과, 연간 누출량이 6.46~13.28 g/yr 수준으로 기존의 에어컨 시스템을 이용한 누출량 분석결과와 유사한 수준으로 분석되었다. 동일 모델 차량에 단일증발기를 적용한 차량과 이중증발기를 적용한 차량에 대해 냉매 누출량을 비교한 결과, 단일증발기로 구성된 에어컨이 적용된 차량에 비하여 이중증발기가 적용된 에어컨이 장착된 차량에서 누출량이 높게 나타났다. 이는 이중증발기 적용에 따라 에어컨 시스템 구성시 연결부위(호스, 접합부 등)가 추가되면서 해당 부위에서의 누출이 증가된 것으로 보인다. 또한, 차속별 R-134a 농도변화를 분석한 결과, 고속주행시(100 km/hr) 냉매 누출이 증가하였으며, 송풍량 증가에 따른 누출량 변화는 나타나지 않았다.
본 연구에서는, 차량용 에어컨 시스템으로 구성된 벤치 장비에서의 실험을 통하여 에어컨 관련 북미 실차 연비 평가 모드 중의 하나인 SC03 모드 연비 평가의 벤치 모사 시험 가능성을 검증하였다.본 연구에 사용된 설비는 차량용 에어컨 시스템을 실차 조건처럼 구성할 수 있는 각각의 챔버로 구분되어져 있으며, 외부 환경을 재연할 수 있도록 온도와 습도, 풍속을 제어할 수 있도록 구성하였다. 지금까지 실차 환경 풍동에서 평가 되어지던 SC03 모드 연비 평가에 대하여 시스템 벤치에서 모사가 가능하도록 실차에서 가장 중요한 변수인 차속과 차량 전면 풍속에 대응하는 압축기 회전수와 응축기 전면풍속에 대한 신뢰성을 확보하였다.이를 바탕으로 다양한 토출 용량을 가지는 압축기를 가지고 에어컨 시스템 벤치 장비에서 SC03 연비 모사 실험을 수행하여, 압축기 토출량의 차이에 따른 연비의 차이가 특징 지어지는 것을 확인하였다.
R-410A 냉매를 적용한 9,000 Btu 군용에어컨은 2 1/2톤 쉘터카고 차량에 탑재된 쉘터를 냉, 난방하기 위해 사용된다. 이 에어컨은 차량에 탑재된 쉘터의 벽면에 설치되기 때문에 차량 이동 중의 진동, 충격 환경에서 그 기능이 유지되어야 하며, 이에 대한 진동시험을 실시한다. 진동시험은 MIL-STD-810G, 514.5C-VII Composite Wheeled Vehicle 규격에 따라 수행하며, 동특성시험을 통해 확보된 입력 진동값을 진동 규격과 비교하여 적합성을 판단한다.
상용차에서 사용되고 있는 기계식 에어컨 시스템은 엔진의 가동(주행 또는 공회전)에 의해 발생되는 에너지를 이용해 차량 실내온도를 유지시켜준다. 이러한 기계식 에어컨 시스템의 작동은 엔진 구동력의 일부를 사용하기 때문에 상용차의 연비와 큰 관련성 있다. 상용차는 하절기 작업대기, 차량 내 야간취침 등이 빈번해 운전자의 운행습관에 따라 연료 소비량이 증가하는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 단점을 개선하고자 대형 상용차량이 정차중인 무시동 기간에도 일정 온도의 유지가 가능 하도록 4kW급 Cascaded 푸쉬-풀 컨버터와 전동식 압축기 구동용 인버터로 구성된 전력변환장치를 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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