KR100205148B1 - 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이아프램의 상부에 봉입된 설정압력에 의한 힘(Fset)에 대응할 정도의 탄성을 가지는 코일 스프링을 온도를 감지하는 감온부에 설치하여, 상기 코일스프링에 의한 힘과, 상기 증발기 출구압력에 의한 힘(Feva)과 상기 코일 스프링에 의한 힘(Fsp)의 합력과의 차이에 의해 오리피스부의 개도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 스프링에 의해 잘못된 온도감응으로 인한 오작동을 방지하고, 여름철 자동차 에어콘의 가동시, 압축기 회전수가 과도하게 변화한다 하더라도, 스프링의 탄성강도에 의해 팽창밸브의 오리피스부의 개도를 서서히 증감시킴으로서 액냉매의 압축기로의 유입가능성 및 헌팅현상을 방지하고, 압축기의 높은 토출온도를 저감시켜, 에어콘 성능향상 및 탑승자의 승차감을 증대시키고, 외국 수입에 의존하던 자동차 에어콘 시스템의 팽창밸브의 수입대체 효과를 가진다.

Description

자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브

본 발명은 팽창밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 에어콘 시스템에 있어서 압축기로의 액냉매의 유입 및 팽창밸브의 오작동으로 인한 에어콘 시스템의 헌팅현상을 방지할 수 있는 자동차의 에어콘 시스템의 블록식 팽창밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 에어콘 시스템은 증기 압축 냉동사이클로서, 크게 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브의 4가지 주요부품으로 구성된다. 도 1는 이러한 증기 압축 냉동사이클을 블록다이아그램으로 나타낸 것으로, 증발기(100)내에서 흡열작용에 의해 증발된 냉매가스는 압축기(200)로 보내지고, 압축기(200)에서는 외부로부터 일을 받아 고온고압의 기체상태로 압축되어 응축기(300)로 보내진다. 고온고압의 냉매가스는 응축기(300)에서 공기로 강제냉각되면 상변화가 일어나서 고압의 액체냉매로 되어 저장용기(400)에 보내진다. 팽창밸브(500)는 저장용기(400)내의 고압의 냉매를 증발하기 쉽도록 교축시키면서 압력강하를 시켜서 냉매를 분무상태로 하는 것이다. 이러한 분무상태의 냉매는 다시 증발기(100)로 보내져서 흡열작용에 의해 냉동효과를 얻게된다.

이러한 자동차용 에어콘시스템의 팽창밸브(500)는 내부 균압식과 외부 균압식으로 나누어지며, 외부 균압식이 절대적으로 사용되고 있다. 하지만, 현재에는 증발기 출구 온도를 감지하는 감온통과 증발기 출구의 압력을 감지하는 이쿨라이져 포트(equalizer port)를 필요로 하는 외부 균압식대신에, 이들이 필요없는 블록식 팽창밸브가 고안되어, 점차 블록식으로 전환되는 추세이다.

이러한 블록식 팽창밸브는 외부 균압식 팽창 밸브와 증발기 출구온도와 압력을 감지하는 방식은 다르지만, 봉입방식은 동일하며, 블록식 팽창밸브는 원기둥형상으로, 그 본체(10)가 저장용기(400)내의 고압의 냉매를 유입하도록 하부일측에 형성된 유입구(12)와, 상기 유입구(12)로 부터의 고압의 냉매를 증발기(100)로 유입하도록 상기 유입구(12)에 인접하는 상부타측에 형성된 증발기 유입구(14)와, 증발기(100)내에서 흡열작용에 의해 증발된 냉매가스를 압축기(200)로 유출하도록 상부를 관통하여 형성된 증발기 유출구(16)와, 상부에 형성된 다이아프램장착부(18)와, 상기 유입구(12)와 상기 증발기 유입구(14)사이를 연통하는 오리피스부(19)와, 이 오리피스부(19)를 선택적으로 개폐하여 증발기 유출구(16)로의 유출압력을 제어하도록 하부에 형성된 압력제어부(20)를 구비한다.

다이아프램(30)은 본체(10)의 다이아프램장착부(18)에 장착되어 그 상부에 소정의 설정압력이 봉입된다. 또한, 본체(10)의 중심에서 길이방향으로는 로드부재(40)가 내장되어 증발기 유출구(16)의 유출압력에 따라 상단에 부착된 가이더(42)가 다이아프램(30)내을 슬라이딩하고, 하부의 로드(44)의 하단부가 유입구(12)와 증발기 유입구(14)사이의 오리피스부(19)를 슬라이딩하게 된다. 로드부재(40)의 중간에는 O-링(46)이 부착된다. 본체(10)의 압력제어부(20)에는 오리피스부(19)에 인접하여 볼(22)이 장착되고, 이 볼(22)을 코일 스프링(24)이 탄성지지하고, 코일 스프링(24)의 탄성을 조절하는 조절너트(26)가 설치되어 증발기 유출구(16)의 압력을 제어한다.

이와 같이 구성된 팽창밸브(500)의 작동에는 3가지의 힘이 작용한다. 즉, 다이아프램(30)상부의 봉입된 설정압력에 의한 힘(Fset)과, 코일 스프링(24)에 의한 힘(Fsp)과, 증발기 유출구의 유출압력에 의한 힘(Feva)이 작용한다. 이들 힘의 관계는 다음식과 같다.

Fset = Feva + Fsp

따라서, 증발기 유출구(16)의 출구압력이 높아지면,

Fset Feva + Fsp

가 되어, 다이아프램(30)의 하부에서 작용하는 힘의 합이 다이아프램(30)의 상부에서 작용하는 힘보다 커져서 다이아프램(30)이 상부로 움직이게 되고, 볼(22)이 상승하여 증발기 유입구(14)로 유입되는 냉매의 압력을 감소하고, 이는 결국 증발기 유출구(16)의 압력감소를 초래하여,

Fset Feva + Fsp

의 식으로 변화되고, 이러한 힘의 관계는 다시 다이아프램(30)을 아래쪽으로 움직이게하여 증발기 유출구(16)의 출구압력을 증가시키는 방향으로 작동하게 된다. 따라서, 이러한 작동과정을 팽창밸브에 작용하는 힘이 평형상태를 유지할 때 까지 반복해서 이루어지게 된다.

하지만, 상술한 종래의 블록식 팽창밸브는 첫째, 여름철에는 주위온도가 높아서 팽창밸브의 감온부는 그 주위온도를 감지하여 오리피스부를 충분히 개방한 상태로 유지하고 있고, 이러한 상태에서 에어콘을 작동시켰을 경우, 오리피스부를 통과하여 증발기로 유입되는 냉매가 충분히 팽창하지 못한 상태로 압축기로 유입되므로, 액냉매가 압축기로 유입될 가능성이 있고, 둘째, 팽창밸브를 이용하는 에어콘의 가동초기에 발생하는 헌팅(Hunting)현상이, 압축기 회전수가 과도하게 변화하거나, 감온부 온도의 급격한 변화시에 발생하므로, 자동차의 엔진과 맞물려 돌아가는 압축기의 상태를 불안정하게하여 소음과 함께 엔진에 무리를 주게되며, 셋째, 온도감응식 팽창밸브의 가장 큰 문제점으로 증발기 출구의 공기 유출 온도를 낮추기 위해 과열도를 높게 설정할 경우, 압축기 토출온도가 상승하게 되어 자동차의 여름철 엔진 룸내부의 온도를 더욱 상승시키는 결과를 초래한다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 온도를 감지하는 감온부를 스프링 방식으로 바꿈으로서 잘못된 온도감응으로 인한 오작동을 방지하고, 여름철 자동차 에어콘의 가동시, 압축기 회전수가 과도하게 변화한다 하더라도, 스프링의 탄성강도에 의해 팽창밸브의 오리피스부의 개도를 서서히 증감시킴으로서 액냉매의 압축기로의 유입가능성 및 헌팅현상을 방지할 수 있는 자동차 에어콘 시스템의 팽창밸브를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브는 내면에 나사홈이 형성된 장착부재와, 상기 장착부재의 나사홈에 나사결합되는 중공의 조절 나사부재와, 다이아프램의 상부와 상기 조절나사부재내에 설치되어, 상기 다이아프램의 상부에 봉입된 설정압력에 의한 힘(Fset)에 대응할 정도의 탄성을 가지는 코일 스프링으로 구성되어, 상기 코일스프링에 의한 힘과, 상기 증발기 출구압력에 의한 힘(Feva)과 상기 코일 스프링에 의한 힘(Fsp)의 합력과의 차이에 의해 오리피스부의 개도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브에 따르면, 종래에 압축기로 액냉매가 유입될 가능성과 헌팅 현상을 방지하고, 또한 압축기의 높은 토출온도를 저감시켜, 자동차의 에어콘 성능향상 및 탑승자의 승차감을 증대시킬 뿐만아니라, 외국 수입에 의존해오던 자동차 에어콘 시스템의 팽창밸브의 수입대체 효과를 가진다.

도 1은 종래의 팽창밸브를 사용한 증기 압축 냉동사이클을 나타내는 블록다이아그램이고,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브를 나타내는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 본체 12 : 유입구

14 : 증발기 유입구 16 : 증발기 유출구

18 : 다이아프램 장착부 19 : 오리피스부

20 : 압력제어부 22 : 볼

24 : 코일 스프링 26 : 조절 너트

30 : 다이아프램 40 : 로드부재

42 : 가이더 44 : 로드

46 : O-링 60 : 스프링

62 : 나사홈 64 :장착부재

70 : 조절 나사부재 80 : 금속캡

100 : 증발기 200 : 압축기

300 : 응축기 400 : 저장용기

500 : 팽창밸브

이하, 첨부된 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브를 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 팽창밸브의 요부구성을 나타내는 것으로, 나머지 구성은 상술한 종래의 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브와 동일한 것이므로, 종래와 동일한 구성에는 동일한 도면번호를 병기하였다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 팽창밸브는 다이아프램(30)의 상부에는 내면에 나사홈(62)이 형성된 장착부재(64)가 설치된다. 이 장착부재(64)의 나사홈(62)에는 중공의 조절 나사부재(70)가 나사결합된다. 이러한 장착부재(64)와 조절 나사부재(70)는 금속캡(80)으로 덮여진다. 코일 스프링(60)은 다이아프램(30)의 상부와 조절나사부재(70)내에 설치되며, 다이아프램(30)의 상부에 봉입된 설정압력에 의한 힘(Fset)에 대응할 정도의 탄성을 가지는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성의 본 발명의 팽창밸브는, 여름철에 자동차의 에어콘을 가동하거나, 증발기 유출구(16)의 공기 유출 온도를 낮추기위하여 과열도를 높게 설정하여, 압축기(200)의 토출온도가 상승하거나 압축기(200)의 회전수가 지나치게 많아지게 되면, 증발기 유출구(16)의 유출압력이 증가하게 되고, 다이아프램(30)의 하부에서 작용하는 힘의 합이 스프링(60)의 힘보다 커져서 다이아프램(30)이 상부로 움직이게 되고, 이때, 다이아프램(30)의 상부에 작용하는 힘(Fset)을 스프링(60)에 의한 힘으로 대체하고 있으므로, 스프링(60)의 탄성에 의해 볼(22)은 서서히 상승하게 되므로, 오리피스부(19)를 통과하여 증발기(100)로 유입되는 냉매가 충분히 팽창하게 된다. 따라서, 압축기(200)로 액냉매가 유입되거나 헌팅현상이 일어나는 것을 방지하게 되고, 압축기(200)의 토출온도를 저감하게 된다.

이상에서는 자동차의 에어콘 시스템에 적용된 팽창밸브에 대해 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 자동차 이외의 냉동시스템에서의 팽창밸브에도 적용할 수 있음은 당업자라면 다 알 수 있는 것임은 물론이다.

이상과 같은 본 발명의 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브에 따르면, 종래와 달리 다이아프램의 상부에 작용하는 힘을 스프링에 의한 힘으로 대체하여 오리피스부의 개도를 적절히 설정함으로서, 압축기 회전수의 과도한 변화 및 온도의 급격한 변화시에 나타나는 액냉매의 압축기로의 유입과 헌팅현상을 방지하는 동시에, 증발기 유출구의 공기유출 온도를 저감시킬수 있으므로, 자동차의 에어콘 성능향상 및 탑승자의 승차감을 증대시킬 뿐만아니라, 외국 수입에 의존해오던 자동차 에어콘 시스템의 팽창밸브의 수입대체 효과를 가진다.

Claims (1)

1. 다이아프램(30) 상부의 봉입된 설정압력에 의한 힘(Fset)이, 코일 스프링(24)에 의한 힘(Fsp)과 증발기 유출구의 유출압력에 의한 힘(Feva)의 합과 작용하는 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브에 있어서,

   내면에 나사홈(62)이 형성된 장착부재(64)와,

   상기 장착부재(64)의 나사홈(62)에 나사결합되는 중공의 조절 나사부재(70)와,

   상기 다이아프램(30)의 상부와 상기 조절나사부재(70)내에 설치되어, 상기 다이아프램(30)의 상부에 봉입된 설정압력에 의한 힘(Fset)에 대응할 정도의 탄성을 가지는 코일 스프링(60)으로 구성되어,

   상기 코일스프링(60)에 의한 힘과, 상기 증발기 출구압력에 의한 힘(Feva)과 상기 코일 스프링(24)에 의한 힘(Fsp)의 합력과의 차이에 의해 오리피스부(19)의 개도를 조절하는 것을 특징으로 하는 자동차용 에어컨 시스템의 팽창밸브.

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