KR100201689B1 - 압축기의 언로딩밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어컨을 구동하는 압축기의 개선된 언로딩밸브를 개시한다.

종래에는 언로딩밸브가 상시 닫혀 있는 구성이었으므로 이의 단락시등에는 에어컨을 압축기의 절반의 용량으로 밖에 구동할 수 없었다.

본 발명에서는 크랭크케이스의 냉매유입구멍을 개폐하는 피스톤을, 라이너의 내부에 이동 가능하게 결합되는 몸체와, 이 몸체의 하단으로부터 연장되어 라이너의 하단을 그 외측에서 접촉함으로써 폐쇄하는 헤드 및 몸체와 헤드 사이에 소정길이로 형성되어 라이너의 내경보다 작은 외경을 가지는 네크로 구성하여, 언로딩밸브를 상시 개방시킴으로써 단락시등에도 압축기의 전용량으로 에어컨을 구동할 수 있도록 하였다.

Description

압축기의 언로딩밸브

본 발명은 에어컨(air conditioner)에 관한 것으로서, 더 상세하게는 압축기(compressor)로의 냉매의 유입량을 조절하는 언로딩밸브(unloading valve)에 관한 것이다.

냉각사이클(cooling cycle)을 이용하여 실내를 냉각시키는 에어컨은 압축기에서 고압으로 압축된 냉매가스(冷媒gas)를 응축기(condenser)에서 액화시킨 뒤, 팽창밸브(expansion valve)를 통해 증발기(evaporator)에서 기화시킴으로써 냉매의 기화열에 의해 냉각작용을 수행하는 공기조절장치로, 사회전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있다.

예를들어 자동차에 있어서도 여름철 쾌적한 차내환경을 위해 사용되고 있는데, 승용차등은 냉각할 공간이 비교적 좁으므로 소형의 냉각시스템(cooling system)으로도 충분하나, 버스(bus)등은 냉각할 공간이 상당히 넓기 때문에 대형의 냉각시스템이 채용된다. 이에 따라 버스용 에어컨은 그 냉각사이클을 구동하는 압축기도 대용량의 것이 요구되는 바, 다기통 압축기가 사용되는 것이 일반적이다.

한편 에어컨에는 실내의 온도를 적절히 조절하기 위한 온도조절장치가 구비되는데, 그 온도조절방법으로는 에어컨에 구비된 온도조절기의 선택온도에 따라 그때의 실내온도를 기준으로 압축기의 클러치(clutch)를 온(ON)/오프(OFF) 시킴으로써 압축기의 구동을 제어하는 방법이 주로 사용된다.

그런데 이러한 온도조절방법은 온도조절 작동이 원활하지 못하고, 냉매의 압력맥동 변화가 심해 냉매이동관로등의 내구성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 이를 구동하는 엔진(engin)에 순간적인 과부하가 걸려 차량의 주행성능과 엔진의 내구성에 악영향을 끼치게 된다.

이에 따라 최근에는 압축기는 상시 구동하고, 이에 유입되는 냉매의 양을 적절히 조절하여 복수의 실린더(cylinder) 중 일부, 예를들어 4기통 압축기의 경우 2개의 실린더를 선택적으로 구동함으로써 선택온도에 따른 에어컨의 냉각성능을 제어하는 구동방식이 출현하였다.

도 1에는 이를 위한 종래 언로딩밸브의 일례를 개략적으로 도시하였다. 이것은 코일(coil:6)에 전원이 인가되지 않으면, 플런저(plunger:7)가 스프링(8)에 의해 하방으로 탄성바이어스(elestic bias)되어 밸브본체(1)의 바이패스(bypass)유로(1b)를 폐쇄하게 된다. 이에 따라 크랭크케이스(crank case:C)의 고압부(H) 압력이 밸브본체(1)의 작동유로(1a)를 통해 피스톤(piston:3)상에 작용함으로써 피스톤(3)이 라이너(liner:2)를 따라 하방으로 이동하여 크랭크케이스(C)의 냉매유입구멍(R)을 폐쇄시킨다. 그러면 압축기는 2개의 실린더가 상시 닫혀 있게 되어 냉매가 흐르지 못하므로 그 총용량의 절반만 출력하게 된다. 이 상태에서 언로딩밸브의 코일(6)에 전원이 인가되면, 이의 자기력에 의해 플런저(7)가 스프링(8)을 압축하면서 상승하여 밸브본체(1)의 바이패스유로(1b)를 개방시키게 된다. 그러면 크랭크케이스(C)의 고압부 압력이 바이패스유로(1b)를 통해 저압부(L)로 빠져나가게 되고, 이에 따라 피스톤(3)은 그 압축스프링(4)에 의해 라이너(2)의 상부로 복귀됨으로써 크랭크케이스(C)의 냉매유입구멍(R)이 개방되게 된다. 따라서 냉매가 압축기의 모든 실린더에 흐르게 되므로 압축기는 그 용량의 전부를 출력하게 된다. 나머지 부호 P1과 P2는 크랭크케이스(C)의 고압 및 저압유로이고, 5는 코일하우징( coil housing)이다.

그런데 이와 같은 종래의 언로딩밸브는 상시 닫혀 있는 구성이기 때문에 전용량을 사용할 경우 코일(6)에 대해 전원을 온(ON)시켜 피스톤(3)을 열어주어야 하므로 에어컨의 평상운전시 코일(6)에 상시 전원을 인가해야 하며, 과도한 냉각시에만 선택적으로 피스톤(3)을 닫아주게 된다. 이에 따라 전력소모가 과도하고, 코일(6)의 단락위험이 매우 많으며 이 경우 압축기의 절반의 용량만으로 에어컨을 구동할 수 밖에 없어 냉각효율이 저하되는 문제가 있었다. 그러므로 종래의 언로딩밸브는 에어컨의 구동의 안정성과 신뢰성 등을 보장할 수 없었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제들을 감안하여 코일의 단락 등에 구애받지 않고 에어컨을 압축기의 전용량으로 안정되게 구동시킬 수 있으며, 소비전력도 대폭 줄일 수 있는 압축기의 언로딩밸브를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 압축기의 언로딩밸브는, 크랭크케이스의 고압부와 저압부 사이에 그 냉매유입구멍과 동축으로 설치되며 주면에 냉매 유로구멍을 가지는 라이너와, 이 라이너내에 이동 가능하게 결합되어 냉매유입구멍의 개방측으로 탄성바이어스 되는 피스톤과, 크랭크케이스에 고정되며 그 고압부 압력을 라이너내로 유도하는 작동유로 및 고압부 압력을 저압부로 유도하는 바이패스유로를 가지는 밸브본체와, 이 밸브본체상에 설치되며 전원이 선택적으로 인가되는 코일이 내장된 하우징과, 이 하우징내에 바이패스유로를 폐쇄하도록 탄성바이어스 되며 코일의 자기력에 의해 바이패스유로를 선택적으로 개방하는 플런저를 구비하는 압축기의 언로딩밸브에 있어서, 피스톤이, 라이너의 내부에 이동 가능하게 결합되는 몸체와, 이 몸체의 하단으로부터 연장되며 라이너의 하단을 그 외측에서 접촉하여 폐쇄하는 헤드(head)와, 몸체와 헤드 사이에 소정길이로 형성되며 라이너의 내경보다 작은 외경을 가지는 네크(neck)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 몸체의 하면과 헤드의 상면이 상호간에 대략 V자형을 이루도록 각각 일정각도씩 경사지게 구성된다.

이와 같은 본 발명은, 피스톤이 크랭크케이스의 냉매유입구멍을 상시 개방한 상태에서 선택적으로 차단하게 되어 코일의 단락 등에 관계없이 압축기가 전용량으로 에어컨을 구동시킬 수 있게 되므로 에어컨의 냉각효율과 안정성 및 신뢰성 향상 등에 큰 효과를 발휘하게 된다.

도 1은 종래의 언로딩밸브를 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 의한 언로딩밸브를 보인 열린상태 단면도,

도 3은 그 닫힌상태 단면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

11 : 밸브본체11a : (밸브본체의) 작동유로

11b : (밸브본체의) 바이패스(bypass)유로

15 : 라이너(liner) 16 : (라이너의) 플랜지(flange)

17 : 피스톤(piston) 18 : (피스톤의) 몸체

19 : (피스톤의) 헤드(head) 20 : (피스톤의) 네크(neck)

21 : 가이드(guide) 22 : 덮개판

23 : 압축스프링 25 : 코일(coil)

26 : 플런저(plunger)

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3에서, 본 발명에 의한 압축기의 언로딩밸브는 냉매가 압축기로 유입되는 냉매유로에 구비되는 바, 예를들어 크랭크케이스(C)의 고압부(H)와 저압부(L) 사이의 냉매유로(S)에는 그 냉매유입구멍(R)과 연통하는 라이너(15)가 동축으로 설치된다. 라이너(15)의 주면, 바람직하기로 냉매유입구멍(R) 측으로 치우친 위치에는 크랭크케이스(C)의 냉매유로(S)와 연통하는 복수의 유로구멍(15a)이 형성된다.

크랭크케이스(C)의 외면에는 밸브본체(11)가 설치되는데, 이는 바람직하기로 상호 결합된 상부 및 하부몸체(13)(12)로 이루어진다. 하부몸체(12)의 외면에는 라이너(15)의 내부에 위치되는 지지볼트(14)가 적정길이로 연장 형성되고, 이 지지볼트(14)에는 원통형의 가이드(guide:21)가 나사 결합된다.

라이너(15)의 내부에는 크랭크케이스(C)의 냉매유입구멍(R), 즉 라이너(15)의 하단부를 개폐하는 피스톤(17)이 이동 가능하게 삽입된다. 이 피스톤(17)은 본 발명의 특징에 따라 라이너(15)에 이동가능하게 삽입되는 실린더(cylinder)형의 몸체(18)와, 이 몸체(18)의 하단으로부터 연장되어 라이너(15)의 하단에 외부에서 접촉하는 헤드(19) 및 이 헤드(19)와 몸체(18)를 연결하는 네크(20)로 구성된다. 이와 같이 피스톤(17)의 헤드(19)가 라이너(15)의 하단에 외부에서 접촉되기 위해서는 헤드(19)의 직경을 라이너(15)의 내경보다 크게 구성할 수도 있으나, 바람직하기로는 피스톤(17)의 헤드(19) 직경을 그 몸체(18)와 동일하게 구성하고 라이너(15)의 하단부 내주에 적정높이로 돌출하는 플랜지(16)를 구비하여 구성된다.

피스톤(17)의 네크(20)는 냉매가 흐를 수 있도록 라이너(15)의 플랜지(16) 내경보다 작은 외경을 갖도록 구성되는데, 그 지름의 차이는 냉매의 원활한 흐름을 고려하여 적절히 설정된다. 또한 피스톤(17)의 몸체(18) 하면과 헤드(19)의 상면 역시 냉매의 원활한 흐름을 위해 도시된 바와 같이 상호간에 대략 V자형을 이루도록 적절한 각도로 경사지게 구성되는 것이 바람직하다.

한편 피스톤(17) 몸체(18)의 개구된 상단부에는 그 내부를 차폐함과 함께 피스톤(17)의 스트로크(stroke)를 한정하는 덮개판(22)이 설치되고, 이 덮개판(22)과 가이드(21)의 플랜지(flange:21a) 사이에는 압축스프링(23)이 개재되어 냉매유입구멍(R)을 폐쇄하도록 피스톤(17)을 라이너(15)의 상부측으로 탄성바이어스 시킨다. 이를 위해 가이드(21)의 외주는 덮개판(22)의 스트로크만큼 단차지게 형성되는데, 바람직하기로 그 스트로크는 피스톤(17)이 최하측으로 하강한 상태에서 그 몸체(18)의 하면이 라이너(15)의 플랜지(16)상에 접촉되지 않는 범위로 설정된다.

한편 밸브본체(11)의 하부몸체(12)에는 크랭크케이스(C)의 고압을 라이너(15)의 내부로 유도하는 작동유로(11a) 및 이 작동유로(11a)와 연통하며 크랭크케이스(C)의 고압을 그 저압부(L)로 유도하는 바이패스유로(11b)가 형성되고, 상부몸체(13)의 중앙에는 하부몸체(12)의 각 유로(11a)(11b)와 연통하는 슬롯(slot:13a)이 형성된다.

밸브본체(11)의 상부몸체(13) 상에는 선택적으로 전원이 인가되는 코일(25)을 내장한 코일하우징(24)이 설치되고, 이 코일하우징(24)의 중앙에는 상부몸체(13)의 슬롯(13a)을 통해 바이패스유로(11b)를 선택적으로 개폐하는 플런저(26)가 이동 가능하게 설치되어 스프링(27)에 의해 바이패스유로(11b)를 폐쇄하도록 탄성바이어스 된다. 나머지 부호 P1과 P2는 크랭크케이스(C)의 고압 및 저압유로이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 압축기의 언로딩밸브의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 언로딩밸브는 에어컨의 평상구동시에는 코일(25)에 전원이 인가되지 않는다. 이에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 플런저(26)가 스프링(27)에 의해 하방으로 탄성바이어스 되어 밸브본체(11)의 바이패스유로(11b)를 크랭크케이스(C)의 고압부(H)와 상시 차단하게 된다. 따라서 고압부(H)의 압력은 크랭크케이스(C)의 고압유로(P1)과 밸브본체(11)의 작동유로(11a)를 통해 라이너(15)의 내부, 즉 피스톤(17)의 덮개판(22)상에만 작용하게 됨으로써 피스톤(17)이 그 스트로크만큼 하방으로 밀린상태로 있게 된다.

그러면 피스톤(17)의 헤드(19)가 라이너(15)의 하단으로부터 떨어지고, 그 네크(20)가 라이너(15)의 플랜지(16) 부위에 위치하게 됨으로써 냉매가 크랭크케이스(C)의 냉매유입구멍(R)을 통해 라이너(15)로 유입된 뒤, 이의 유로구멍(15a)을 통해 냉매유로(S)로 유입되게 된다. 그러므로 에어컨의 평상구동시에는 압축기가 전용량으로 에어컨을 구동하게 됨으로써 언로딩밸브에 단락등이 발생하더라도 종래와 같은 압축기의 용량 감소없이 전용량으로 안정되게 에어컨을 구동할 수 있게 된다.

한편 온도조절기의 선택온도에 따라 실내의 온도를 조절할 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 코일(25)에 전원이 인가되고, 이에 따라 코일(25)의 자기력에 의해 플런저(26)가 스프링(27)을 압축하면서 상방으로 이동된다. 그러면 밸브본체(11)의 바이패스유로(11b)가 개방되어 크랭크케이스(C)의 고압유로(P1)과 연통하게 되고, 이에 따라 크랭크케이스(C)내의 고압이 밸브본체(11)의 바이패스유로(11b)와 저압유로(P2)를 통해 저압부(L)로 빠져 나가게 된다.

따라서 라이너(15)의 내부에는 크랭크케이스(C)의 고압이 작용하지 않게 됨으로써 피스톤(17)이 압축스프링(23)에 의해 라이너(15)의 상부로 복귀하게 된다. 그러면 피스톤(17)의 헤드(19)가 상방으로 이동하여 라이너(15)의 하단을 접촉하여 폐쇄함으로써 냉매유로(S)를 차단시키게 된다. 이에 따라 압축기는 그 절반의 용량만으로 에어컨을 구동하게 됨으로써 실내의 온도를 조절하게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와같이 본 발명에 의하면, 언로딩밸브가 상시 개방되어 있으므로 이의 단락등에도 종래와 같은 압축기의 용량감소 없이 전용량으로 에어컨을 구동할 수 있게 된다. 또한 평상구동시에는 코일에 전원이 인가되지 않고 온도조절기의 선택온도에 따라 실내의 온도를 조절할 경우에만 전원이 인가되므로 전력소모도 최소화되어 밧데리의 수명을 최대한 연장시키게 된다.

따라서 본 발명은, 에어컨의 냉각효율과 안정성 및 신뢰성은 물론 이를 채용한 자동차등의 신뢰성을 크게 향상시키는 매우 우수한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 크랭크케이스의 고압부와 저압부 사이에 그 냉매유입구멍과 동축으로 설치되며 주면에 냉매 유로구멍을 가지는 라이너와, 상기 라이너내에 이동 가능하게 결합되어 상기 냉매유입구멍의 개방측으로 탄성바이어스 되는 피스톤과, 상기 크랭크케이스에 고정되며 그 고압부 압력을 라이너내로 유도하는 작동유로 및 고압부 압력을 저압부로 유도하는 바이패스유로를 가지는 밸브본체와, 상기 밸브본체상에 설치되며 전원이 선택적으로 인가되는 코일이 내장된 하우징과, 상기 하우징내에 상기 바이패스유로를 폐쇄하도록 탄성바이어스 되며 상기 코일의 자기력에 의해 바이패스유로를 선택적으로 개방하는 플런저를 구비하는 압축기의 언로딩밸브에 있어서,

   상기 피스톤(17)이,

   상기 라이너(15)의 내부에 이동 가능하게 결합되는 몸체(18)와,

   상기 몸체(18)의 하단으로부터 연장되며 상기 라이너(15)의 하단을 그 외측에서 접촉하여 폐쇄하는 헤드(19)와,

   상기 몸체(18)와 헤드(19) 사이에 소정길이로 형성되며 상기 라이너(15)의 내경보다 작은 외경을 가지는 네크(20)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기의 언로딩밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 몸체(18)의 하면과 상기 헤드(19)의 상면이 상호간에 대략 V자형을 이루도록 각각 일정각도씩 경사지게 구성되는 것을 특징으로 하는 압축기의 언로딩밸브.