KR100213174B1 - 보조 열교환기 및 그것을 구비한 차량용 에어 콘디셔너 장치 - Google Patents

보조 열교환기 및 그것을 구비한 차량용 에어 콘디셔너 장치 Download PDF

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Abstract

보조 열교환기 및 그것을 구비한 차량용 에어 콘디셔너 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면,측면에 유입구가 형성된 케이스 부재, 상기 케이스 부재의 상부 및 저부를 폐쇄하는 상부 캡 부재와 하부 캡 부재, 상기 케이스 부재를 통해서 케이스 부재내에 형성된 공간에 대하여 독립적으로 연장되는 제 1 파이프, 유입구는 케이스 부재내의 공간에 개방되고 유출구는 케이스 부재의 외측에 개방된 상태로 연장되는 제 2 파이프를 구비하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기 및, 그것을 구비한 에어 콘디셔너 장치가 제공된다. 본 발명의 보조 열교환기를 통해서 증발기에 과냉각된 냉매가 공급되고, 압축기에 완전히 증발된 기체 상태의 냉매가 공급될 수 있다.

Description

보조 열교환기 및 그것을 구비한 차량용 에어 콘디셔너 장치
본 발명은 보조 열교환기 및 그것을 구비한 차량용 에어 콘디셔너 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 응축기로부터 유입된 고온의 액체 냉매와 증발기로부터 유입된 저온의 기체 냉매 사이에서 열교환을 수행할 수 있는 보조 열교환기 및 그것을 구비한 차량용 에어 콘디셔너 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량 공기 조화 장치에는 차량의 실내에 냉기를 공급하거나 습기를 제거할 목적으로 에어 콘디셔너가 포함되며, 에어 콘디셔너는 일반 공기 냉동 사이클에 의해 구성된다. 즉, 증발기에서 냉매를 증발시킬 때 필요한 증발 잠열을 증발기 주위의 공기로부터 획득하도록 함으로써 냉기를 발생시키고, 이러한 냉기를 차량의 실내에 송풍함으로써 소기의 냉방 및 습기 제거 목적을 달성하는 것이다. 차량의 통상적인 에어 콘디셔너에는 위의 증발기 이외에, 냉매를 압축시키기 위한 압축기, 냉매를 응축시키는 응축기, 냉매의 습기를 제거하는 리시버 드라이어(receiver dryer), 액체 냉매를 급속 팽창시키는 익스팬젼 밸브등이 구비된다. 또한 다른 형태의 에어 콘디셔너에는 어큐뮬레이터가 구비되기도 한다.
도 1에는 통상적인 차량용 에어 콘디셔너 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 에어 콘디셔너는 액체 상태인 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발기(11)와, 증발기(11)로부터 유입된 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기(12)와, 압축기(12)로부터 유입된 고압의 기체 상태인 냉매를 액체 상태로 응축시키는 응축기(13)를 구비한다. 응축기(13)로부터 유입된 액체 상태의 냉매는 리시버 드라이어(14)에서 수분이 제거되고, 팽창 밸브(15)에서 급속 팽창되며, 증발기(11)로 유입되어 다시 증발된다. 모터(17a)에 의해 구동되는 팬(17)은 응축기(13)에 근접 설치되어 냉매 응축시에 발생하는 열을 외부로 방출될 수 있도록 하며, 모터(18a)에 의해 구동되는 블로워(18)는 증발기(11)에서 발생하는 냉기를 차량의 실내로 송풍하는 역할을 한다.
위와 같은 에어 콘디셔너는 다양한 시도를 통해서 성능 향상이 도모되고 있다. 다양한 종래 기술의 성능 향상 시도들중 하나는, 응축기와 리시버 드라이어를 일체형으로 구성하여 증발기로 유입되기 직전에 냉매의 과냉각 효과를 얻을 수 있도록 하는 것이다. 그러나 이러한 방법은 협소한 차량의 엔진 룸 내에서 일체형의 응축기와 리시버 드라이어를 배치하는데 따른 공간의 제약 때문에 실제 적용하기가 곤란하다는 문제점을 가진다. 또한 냉매를 과냉각 시키기 위해서 차량 외부의 공기나, 라디에이터용 팬, 또는 콘덴서용 팬을 사용하는 방법을 사용하고 있으나 이들은 실제적인 효과를 기대할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 에어 콘디셔너의 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 응축기로부터 유입되는 고온의 냉매와 증발기로부터 유입되는 저온의 냉매 사이에서 상호 열교환이 이루어질 수 있는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉매가 완전히 증발된 기체 상태로 압축기에 공급될 수 있는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉매와 혼합된 윤활용 오일이 압축기에 적절히 공급될 수 있는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 증발기로부터 유입된 저온의 기체 냉매와 응축기로부터 유입된 고온의 액체 냉매 사이에서 열교환을 수행하는 보조 열교환기를 구비한 차량용 에어 콘디셔너 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량용 에어 콘디셔너의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 보조 열교환기를 구비하는 차량용 에어 콘디셔너의 개략적인 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 보조 열교환기의 단면도.
도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명
11.21. 증발기 12.22. 압축기
13.23. 응축기 14.24. 리시버 드라이어
15.25. 팽창 밸브 26. 보조 열교환기
31. 케이스 32. 상부 캡
33. 하부 캡 34. 제 1 파이프
35. 제 2 파이프 36. 측면 유입구
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 측면에 유입구가 형성된 케이스 부재, 상기 케이스 부재의 상부 및 저부를 폐쇄하는 상부 캡 부재와 하부 캡 부재, 상기 케이스 부재를 통해서 케이스 부재내에 형성된 공간에 대하여 독립적으로 연장되는 제 1 파이프, 유입구는 케이스 부재내의 공간에 개방되고 유출구는 케이스 부재의 외측에 개방된 상태로 연장되는 제 2 파이프를 구비하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기가 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 제 1 파이프는 그 일부가 나선형으로 연장되고, 상기 제 2 파이프는 상기 제 1 파이프의 나선부 중심을 통해 연장되며, 제 2 파이프의 유입구가 형성된 단부는 U 자형으로 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 파이프의 유입구 및 유출구는 상부 캡 부재와하부 캡 부재에 각각 설치되고, 상기 제 2 파이프의 유출구는 케이스 부재의 일측면에 설치된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 케이스 부재의 바닥면에 접한 상기 제 2 파이프의 U 자형 부분에 오일 흡입용 홀이 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 2 파이프의 유입구는 상기 케이스 부재에 형성된 유입구의 수직 하부로부터 케이스 부재의 내측면을 따라 이격되도록 배치된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 제 1 파이프를 통해서 고온의 액체 상태인 냉매가 유입되고, 상기 케이스 부재의 유입구를 통해서 저온의 기체 또는 액체 상태인 냉매가 유입되고, 상기 제 2 파이프의 유입구를 통해 완전 증발된 기체 상태의 냉매가 유입된다.
또한 본 발명에 따르면, 액체 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발기와; 상기 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기와; 상기 기체 상태의 냉매를 액체 상태로 응축시키는 응축기;를 포함하는 차량용 에어 콘디셔너 장치에 있어서, 상기 증발기로부터 유입되는 기체 냉매와 상기 응축기로부터 유입되는 액체 냉매 사이에서 열교환을 수행하는 위의 보조 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어 콘디셔너 장치가 제공된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2에는 본 발명에 따른 보조 열교환기가 설치되는 차량용 에어 콘디셔너의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 차량용 에어 콘디셔너는 저온 액체 상태인 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발기(21)와, 증발기(21)로부터 유입된 저온 저압 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기(22)와, 압축기(22)로부터 유입된 고압의 기체 상태인 냉매를 액체 상태로 응축시키는 응축기(23)를 구비한다. 응축기(23)로부터 유출된 액체 상태의 냉매는 리시버 드라이어(24)에서 수분이 제거되고, 팽창 밸브(25)에서 급속 팽창되며, 증발기(21)로 유입되어 다시 증발된다. 모터(27a)에 의해 구동되는 팬(27)은 응축기(23)에 근접 설치되어 냉매 응축시에 발생하는 열을 외부로 방출될 수 있도록 하며, 모터(28a)에 의해 구동되는 블로워(28)는 증발기(21)에서 발생하는 냉기를 차량의 실내로 송풍하는 역할을 한다.
본 발명에 따르면, 증발기(21)로부터 유출되어 압축기(22)로 유입되는 저온의 기체 또는 액체 상태의 냉매와, 응축기(23)로부터 유출되어 리시버 드라이어(24)로 유입되는 고온의 액체 냉매 사이에서 열교환을 수행할 수 있는 보조 열교환기(26)가 제공된다. 보조 열교환기(26)는 서로 다른 온도와 상(相)을 가지고 있는 냉매 사이에서 열교환을 수행함으로써, 증발기(21)로 유입되는 냉매를 과냉각 상태로 유지하고, 압축기(22)로 유입되는 냉매를 완전 증발된 기체 상태로 유지할 수 있다.
도 3에는 본 발명에 따른 보조 열교환기(26)에 대한 단면도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 보조 열교환기(26)는 측면에 유입구(36)가 형성된 케이스(31)와, 상기 케이스(31)의 상부 및 저부를 폐쇄하는 상부 캡(32) 및 하부 캡(33)과, 상기 케이스(31)를 통해서 케이스(31)내에 형성된 공간에 대하여 독립적으로 연장되는 제 1 파이프(34)와, 케이스(31)내에 유입구(35b)가 개방된 상태로 연장되는 제 2 파이프(35)를 구비한다. 상기 제 1 파이프(34)의 유입구(34a) 및 유출구(34b)는 상부 캡(32) 및 하부 캡(33)에 각각 설치되는 것이 바람직스럽고, 상기 제 2 파이프(35)의 유출구(35b)는 케이스(31)의 일측면에 설치되는 것이 바람직스럽다.
제 1 파이프(34)와 제 2 파이프(35)는 그 내부를 통과하는 냉매들 사이에서 충분한 열교환 작용이 일어날 수 있도록 형성되는 것이 바람직스럽다. 도면에 도시된 실시예에서, 제 1 파이프(34)는 나선형으로 형성되고, 제 2 파이프(35)는 상기 제 1 파이프(34)의 나선형 중앙부를 통과하여 그 단부가 U 자형으로 형성된 것을 알 수 있다. 제 1 파이프(34)의 나선 형상은 케이스(31)의 내부 공간을 통해 냉매가 통과되는 시간을 연장시킴과 동시에, 그 내부에 제 2 파이프(34)를 통과시킴으로써 냉매의 열교환이 보다 효율적으로 일어나도록 한다.
제 2 파이프(35)의 단부는 U 자형으로 형성됨으로써, 제 2 파이프(35)의 유입구(35b)는 케이스(31)의 바닥면으로부터 소정 높이로 이격되어 있다. 이러한 제 2 파이프(35)의 유입구(35b)의 형상은, 케이스(31)의 측면 유입구(36)를 통해서 케이스(31)의 내부로에 유입된 냉매가 완전히 증발된 기체 상태인 경우에만 제 2 파이프(35)를 통해 유동할 수 있도록 한 것이며, 따라서 케이스(31)의 측면 유입구(36)를 통해서 유입된 냉매가 액체인 경우에는 케이스(31)의 바닥면에 고이게 될 것이다. 한편, 제 2 파이프(35)의 U 자형 부분에는 오일 흡입용 홀(35c)이 형성되어 있다. 오일 흡입용 홀(35c)은 케이스(31)의 바닥면에 고이는 압축기 윤활용 오일을 흡입하게 될 것이다. 이에 관해서는 이후에 보다 상세히 설명될 것이다. 측면 유입구(36)를 통해서 유입된 액체 상태의 냉매가 제 2 파이프(35)의 유입구(35a)를 통해 흘러들어가지 않도록, 제 2 파이프(35)의 유입구(35a)는 측면 유입구(36)의 수직 하부로부터 케이스(31)를 따라 이격된 위치에 배치되거나, 또는 제 2 파이프(35)의 유입구(35a)가 케이스(31)의 내측면으로부터 이격되어 설치되는 것이 바람직스럽다.
도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 보조 열교환기(26)의 제 1 파이프(34)의 상부 유입구(34a)는 응축기(23)에 연결되며, 따라서 응축기(23)로부터 고온의 액체 상태인 냉매가 제 1 파이프(34)의 상부 유입구(34a)를 통해서 유입된다. 또한 제 1 파이프(34)의 유출구(34b)는 리시버 드라이어(24)와 팽창 밸브(25)를 통해서 증발기(21)의 냉매 유입부에 연결된다. 한편, 케이스(31)의 측면 유입구(36)는 증발기(21)의 냉매 유출부에 연결되며, 따라서 증발기(21)로부터 저온의 기체 또는 액체 상태인 냉매가 측면 유입구(36)를 통해서 케이스(31)의 내부로 유입된다. 다른 한편으로, 제 2 파이프(35)의 유출구(35b)는 압축기(22)에 연결된다. 케이스(31)의 내부로 유입된 냉매와 그에 혼합된 윤활유는 제 2 파이프(34)의 유입구(35a)와 오일 흡입구(35c)를 통해서 유입되어, 제 2 파이프(35)를 통해서 압축기(22)로 유출된다.
응축기(23)로부터 제 1 파이프(34)를 통해 유동하는 고온 액체 상태인 냉매는, 증발기(21)로부터 케이스(31)내로 유입되는 저온의 기체 또는 액체 상태인 냉매와 상호 열교환이 이루어진다. 즉, 보조 열교환기(26)를 통과하는 동안, 제 1 파이프(34)내의 액체 냉매의 온도는 낮아져서 과냉각 상태로 변환되어 증발기(21)에 공급되고, 케이스(31)내로 유입된 저온의 기체 또는 액체 상태인 냉매는 완전히 증발된 과열 냉매로서 제 2 파이프(34)를 통해 압축기(22)로 공급된다.
에어 컨디셔너가 정상적으로 작동할 경우에, 증발기(21)로부터 보조 열교환기(26)의 케이스(31)로 유입되는 냉매는 저온의 기체 상태이다. 그러나 에어 컨디셔너에 걸리는 부하가 정상보다 클 경우에, 증발기(21)에서 냉매가 완전히 증발하지 못하고 액체 상태의 냉매가 케이스(31)의 내부로 유입될 수 있다. 이처럼 액체 상태의 냉매는 제 1 파이프(34)를 통해 흐르는 고온 액체 상태의 냉매로부터 발생되는 열에 의해 케이스(31)의 내부에서 완전히 증발하게 되며, 따라서 기체 상태로 제 2 파이프(35)를 통해 압축기(22)로 공급될 수 있다.
공지된 바로서, 에어 컨디셔너의 냉매에는 압축기용 윤활유가 혼합되어 있다. 이러한 윤활유는 냉매의 유동에 따라 함께 유동하지만, 냉매와는 달리 기체 상태로 증발되지 않으므로, U 자형 단부를 가지는 제 2 파이프(34)의 유입구(35a)를 통해 유입될 수 없다. 따라서 케이스(31)의 바닥면에 접하는 제 2 파이프(34)에 오일 흡입구(35c)를 형성함으로써, 케이스(31)의 바닥면에 고이는 액체 상태의 오일을 흡입할 수 있도록 한다. 이때 오일은 냉매에 비해서 비중이 작으므로, 비록 냉매가 액체 상태로 케이스(31)의 바닥면에 고이더라도 오일의 상부에 있게되며, 따라서 오일 흡입구(35c)를 통해서 액체 상태인 냉매가 흡입될 가능성은 없다.
본 발명에 따른 차량 공기 조화 장치용 보조 열교환기는 응측기로부터 유입되는 고온의 액체 냉매와 증발기로부터 유입되는 저온의 기체 또는 액체 냉매 사이에서 상호 열교환이 이루어지도록 함으로써, 증발기에 대하여 과냉각 상태의 냉매를 공급할 수 있게 하고, 압축기에 대하여 완전 증발된 기체 냉매를 공급할 수 있게 한다. 따라서 보조 열교환기의 작용에 의해 에어 컨디셔너의 효율이 향상되며 압축기가 액체 냉매에 의해 손상되는 것이 방지될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 측면에 유입구가 형성된 케이스 부재,
    상기 케이스 부재의 상부 및 저부를 폐쇄하는 상부 캡 부재와 하부 캡 부재, 상기 케이스 부재를 통해서 케이스 부재내에 형성된 공간에 대하여 독립적으로 연장되는 제 1 파이프,
    유입구는 케이스 부재내의 공간에 개방되고 유출구는 케이스 부재의 외측에 개방된 상태로 연장되는 제 2 파이프를 구비하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 파이프는 그 일부가 나선형으로 연장되고, 상기 제 2 파이프는 상기 제 1 파이프의 나선부 중심을 통해 연장되며, 제 2 파이프의 유입구가 형성된 단부는 U 자형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 파이프의 유입구 및 유출구는 상부 캡 부재와하부 캡 부재에 각각 설치되고, 상기 제 2 파이프의 유출구는 케이스 부재의 일측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 케이스 부재의 바닥면에 접한 상기 제 2 파이프의 U 자형 부분에 오일 흡입용 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 파이프의 유입구는 상기 케이스 부재에 형성된 유입구의 수직 하부로부터 케이스 부재의 내측면을 따라 이격되도록 배치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 파이프를 통해서 고온의 액체 상태인 냉매가 유입되고, 상기 케이스 부재의 유입구를 통해서 저온의 기체 또는 액체 상태인 냉매가 유입되고, 상기 제 2 파이프의 유입구를 통해 완전 증발된 기체 상태의 냉매가 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어 콘디셔너 장치의 보조 열교환기.
  7. 액체 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발기와; 상기 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기와; 상기 기체 상태의 냉매를 액체 상태로 응축시키는 응축기;를 포함하는 차량용 에어 콘디셔너 장치에 있어서,
    상기 증발기로부터 유입되는 기체 냉매와 상기 응축기로부터 유입되는 액체 냉매 사이에서 열교환을 수행하는 제 1 항의 보조 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어 콘디셔너 장치.
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