KR100336128B1 - 공기조화기의 팽창장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방 능력을 가변시키기 위해 냉매의 유량을 조절할 수 있는 공기조화기의 팽창장치에 관한 것으로서,

적절한 열에 의해 부피가 증감되는 팽창물질로 인하여 상호 대향되게 설치된 팽창막간의 간격이 변화됨에 따라 냉매의 배출이 시작되는 부분에 형성되어 있는 오리피스의 면적이 조절됨과 동시에 냉매의 유량도 조절되기 때문에, 냉방은 물론 난방시에도 냉매유량 조절이 가능해질 수 있고 기존의 스테핑 모터나 별도의 제어 회로가 필요 없어지므로 가격이나 부피가 감소될 수 있는 효과를 제공하게 된다.

Description

공기조화기의 팽창장치{ An expansion apparatus for air conditioner}

본 발명은 냉난방 능력을 가변시키기 위해 냉매의 유량을 조절할 수 있는 공기조화기의 팽창장치에 관한 것으로서, 특히 냉매가 통과되는 유로의 면적을 조절할 수 있도록 기존의 스테핑 모터(stepping motor) 대신에 팽창물질이 저장되어 있는 케이스와 그 케이스에 부착되어 있는 멤브레인(membrane)을 사용하게 됨으로써, 냉방뿐만 아니라 난방시에도 냉매의 유량 조절이 가능하고 히트 펌프(heat pump)식에도 사용될 수 있는 공기조화기의 팽창장치에 관한 것이다.

일반적으로, 부하의 변동이 큰 멀티에어컨이나 인버터 압축기를 사용하는 에어컨은 시스템 내를 지나는 냉매의 유량을 부하 또는 압축기의 회전수에 따라 변화시켜 냉방 능력을 자유롭게 변화시킬 수 있는 팽창장치가 필요하게 된다. 또한, 온/오프(on/off) 압축기를 사용하는 단일 에어컨이나 냉방 및 난방이 모두 가능한 히트 펌프식 에어컨은 냉방시와 난방시에 필요한 냉매의 유량이 달라지며, 이로 인해 냉매 유량을 변경시킬 수 있는 팽창장치가 필요하게 된다.

이러한, 팽창장치는 냉매의 유동 면적이 변화되는지에 따라 유동면적 고정형과 유동면적 가변형으로 크게 나누어진다. 이때, 대표적인 유동면적 고정형은 모세관으로서 냉매의 유량 변화가 크지 않은 소용량 또는 온/오프 압축기로 구동되는 시스템의 팽창장치로 널리 사용되고 있고, 반대로 대표적인 유동면적 가변형은 전자팽창변으로서 인버터 압축기로 구동되는 시스템 또는 멀티 에어컨과 같이 시스템 내의 냉매 유량이 변하는 시스템의 팽창장치로 널리 사용되고 있다.

특히, 상기 전자팽창변은 스테핑 모터의 회전력으로 밸브를 구동하는 전동식과 전류값에 비례하는 여자력(勵磁力)을 이용하여 밸브의 개도를 결정하는 전자식으로 다시 구분될 수 있다.

종래 기술에 의한 전동식 전자팽창 밸브를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 기술에 따른 전동식 전자팽창 밸브의 구성이 개략적으로 도시된 구성도이다.

일반적으로, 전동식 전자팽창 밸브는 회전자(1a) 및 고정자(1b)로 이루어지는 스테핑 모터(1)와, 상기 스테핑 모터(1)에 연결되어 회전운동을 상하의 직선 운동으로 변환시켜 주는 나사산 형태의 회전축(2)과, 냉매가 유입 및 배출되는 냉매입구(3)와 냉매출구(5)와, 상기 냉매입구(3)와 냉매출구(5) 사이에 위치되어 냉매의 유량을 가변시키는 오리피스(orifice)(4)와, 상기 회전축(2)의 끝단에 설치되어 상기 오리피스(4)의 면적이 결정되는 니들(needle)(2a)과, 냉매의 유량을 검출하는 검출부(미도시)와, 상기 검출부의 검출 결과에 따라 상기 오리피스(4)의 면적을 결정하고 상기 스테핑 모터(1)에 설치되어 있는 전자코일을 순차적으로 통전시켜 상기 회전자(1a)를 회전시킴으로써 시스템을 제어하는 마이컴(6)을 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 전동식 전자팽창 밸브의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 검출부의 검출 결과에 따라 마이컴(6)이 오리피스(4)의 면적을 결정한 후에 회전자(1a)를 회전시키기 위해 스테핑 모터(1)에 형성되어 있는 전자코일에 전원을 가하게 된다. 그 후, 나사산 형태로 형성되어 있는 회전축(2)이 상기 회전자(1a)의 회전운동을 상하의 직선운동으로 변환시키게 되고, 상기 회전축(2)의 상하 직선운동으로 인해 회전축(2)의 끝단에 설치되어 있는 니들(2a)의 위치가 결정되게 된다.

이때, 상기 니들(2a)은 오리피스(4) 사이에서 일정 간격을 이동하면서 상기 오리피스(4)의 면적이 결정되도록 한다. 이렇게, 상기 오리피스(4)의 면적이 결정되면 냉매입구(3)를 통해 유입된 냉매는 상기 오리피스(4)의 면적에 해당하는 냉매유량만큼 통과된 후에 냉매출구(5)로 배출되게 된다.

이러한, 상기 스테핑 모터(1)의 응답특성은 보통 완전 열림에서 완전 닫힘까지 약 20㎧ 정도밖에 걸리지 않으므로 상기 오리피스(4)와 니들(2a) 사이를 통과하는 냉매 유량이 급속히 변화되어야 하는 조건에서 그 응답이 신속하게 진행되어 최적 제어가 가능해지게 된다. 또한, 일반적으로 팽창밸브의 개도 조정은 마이컴(6)에 의해 피드백(feedback) 회로를 형성할 수 있기 때문에 그 제어 특성이 선형 특성을 유지할 수 있게 된다.

그러나, 종래 경우에는 냉매가 통과되는 오리피스(4)와 그 외에도 상기 오리피스(4)의 면적을 변화시키는 니들(2a)을 움직이기 위한 스테핑 모터(1)가 요구된다. 그리고, 이러한 스테핑 모터(1)를 구동시키기 위해서는 별도의 제어 회로가 필요하게 되며, 이로 인해 전자팽창변의 가격이 상승되고 그 부피가 커지게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,그 목적은 적절한 열에 의해 부피가 증감되는 팽창물질로 인하여 상호 대향되게 설치된 팽창막간의 간격이 변화됨에 따라 냉매의 배출이 시작되는 부분에 형성되어 있는 오리피스의 면적이 조절됨과 동시에 냉매의 유량도 조절되기 때문에, 냉방은 물론 난방시에도 냉매유량 조절이 가능해질 수 있고 기존의 스테핑 모터나 별도의 제어 회로가 필요 없어지므로 가격이나 부피가 감소될 수 있는 공기조화기의 팽창장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전동식 전자팽창 밸브의 구성이 개략적으로 도시된 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 팽창장치의 구성이 도시된 블록도,

도 3은 도 2의 일부 구성요소 중에서 팽창장치가 도시된 단면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 압축기 20 : 응축기

30 : 팽창밸브 31a, 31b : 제1 및 제2 케이스

32 : 팽창물질 33a, 33b : 히터

34a, 34b : 팽창막 40 : 증발기

50 : 온도센서 60 : 제어부

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 공기조화기의 팽창장치의 제1 특징에 따르면, 냉매가 통과되는 유로 상에 각각 설치되어 내부에 팽창물질이 내장된 외부 케이스와, 상기 외부 케이스의 대향면에 각각 부착되어 팽창물질의 부피 증감에 따라 팽창과 축소를 반복하면서 냉매의 유로면적을 조절하는 팽창막을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 외부 케이스 내부에 각각 설치되어 팽창물질의 부피 증감을 조절하기 위해 열을 제공하는 히터가 설치된다.

마지막으로, 본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 히터에 전달되는 입력전압을 조절 제어하여 그 제어결과에 따라 시스템을 구동시킴으로써 냉매의 유로면적이 결정되도록 하는 마이컴이 설치된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 공기조화기의 팽창장치의 구성이 도시된 블록도이고, 도 3은 도 2의 일부 구성요소 중에서 팽창장치가 도시된 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 냉매의 압축 작용을 수행하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)를 통해 압축된 냉매를 냉각하여 액냉매로 변환하는 응축기(20)와, 상기 액냉매를 급속팽창시켜 저온 저압의 상태로 변환하는 팽창밸브(30)와, 주변공기를 냉각시키는 증발기(40)와, 상기 증발기(40)의 출구측에 설치되어 주위의 온도를 감지하는 온도센서(50)와, 상기 온도센서(50)의 감지 결과를 전달받아 냉매의 유량을 결정하고 그에 따라 팽창밸브(30)의 동작을 제어함으로써 시스템에 적정한 양의 냉매가 공급되도록 하는 제어부(60)를 포함하여 구성된다.

특히, 상기 팽창밸브(30)는 응축기(20)에서 증발기(40)로 냉매가 통과되는 도중에 설치되어 있다. 그리고, 상기 팽창밸브(30)는 서로 일정한 간격을 두고 배치되는 동시에 상호 대향면의 소정 부분이 각각 돌출된 제1 및 제2 케이스(31a, 31b)와, 각각의 케이스(31a, 31b) 내부에 저장되어 있는 액체 상태의 팽창물질(32)과, 상기 제1 및 제2 케이스(31a, 31b) 내부에 각각 장착되어 상기 팽창물질(32)에 적절한 열을 제공하여 팽창물질(32)의 부피를 증가시키거나 점차적으로 열을 감소시켜 그 부피를 축소시키는 히터(33a, 33b)와, 상기 제1 및 제2 케이스(31a, 31b)의 대향면에 각각 부착되어 팽창물질(32)의 부피 증감에 따라 팽창과 축소를 반복하면서 냉매의 유로면적이 조절될 수 있도록 하는 제1 및 제2 팽창막(34a, 34b)을 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 공기조화기의 팽창장치의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 증발기(40)의 출구 부분과 압축기(10) 사이에 설치되어 있는 온도센서(50)가 주위 온도를 감지하여 그 감지결과를 제어부(60)에 전달하게 되면, 상기 제어부(60)는 온도센서(50)의 감지결과에 따라 냉매의 유량을 결정하게 된다. 상기에서 결정된 냉매의 유량이 통과될 수 있을 정도의 유로면적이 형성되도록 상기 제어부(60)는 팽창밸브(30)의 동작을 제어하게 된다.

즉, 냉매의 유량을 감소시킬 경우에는 히터(33a, 33b)에 입력전압을 증가시켜 제1 및 제2 케이스(31a, 31b) 내부에 저장되어 있는 팽창물질(32)의 부피를 증가시키게 되고, 그와 동시에 각 케이스(31a, 31b) 자체의 체적도 증가하게 되므로 상기 제1 및 제2 케이스(31a, 31b)의 대향면에 부착되어 있는 제1 및 제2 팽창막(34a, 34b)이 팽창되면서 서로 근접하게 된다. 이렇게, 상호 근접되어 있는 제1 및 제2 팽창막(34a, 34b) 사이를 냉매가 통과하게 되면 상기 제1 및 제2 팽창막(34a, 34b)간의 간격만큼만 통과하게 된다. 따라서, 냉매의 유로면적이 감소되게 되고, 그에 따라 냉매의 유량도 감소하게 된다.

반면에, 냉매의 유량을 증가시킬 경우에는 히터(33a, 33b)에 입력전압을 점차적으로 감소시켜 팽창물질(32)의 부피 및 상기 제1 및 제2 케이스(31a, 31b)의 체적을 감소시키게 된다. 그러면, 상기 제1 및 제2 팽창막(34a, 34b)이 축소되면서 상호간의 간격이 벌어지게 되어 냉매의 유로면적이 증가되고, 그에 따라 냉매의 유량이 증가하게 된다.

결국, 냉매의 유로면적은 증발온도와 증발기(40) 출구온도의 차를 일정한 온도로 유지되도록 각 히터(33a, 33b)의 입력전압을 제어함으로써 조절될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 공기조화기의 팽창장치는 적절한 열에 의해 부피가 증감되는 팽창물질로 인하여 상호 대향되게 설치된 팽창막간의 간격이 변화됨에 따라 냉매의 배출이 시작되는 부분에 형성되어 있는 오리피스의 면적이 조절됨과 동시에 냉매의 유량도 조절되기 때문에, 냉방은 물론 난방시에도 냉매유량 조절이 가능해질 수 있고 기존의 스테핑 모터나 별도의 제어 회로가 필요 없어지므로 가격이나 부피가 감소될 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 증발기로 공급되는 냉매가 통과되는 유로 상에 대향되게 설치되고 내부에 팽창물질이 내장되며 팽창물질의 팽창/수축 정도에 따라 그 크기가 변형되고 상호 대향면의 소정 부분이 각각 돌출된 제 1, 2 외부 케이스와; 상기 제 1, 2 외부 케이스 내부에 각각 설치되어 팽창물질의 부피 증감을 조절하기 위해 열을 제공하는 제 1, 2 히터와; 상기 외부 케이스의 대향면에 각각 부착되어 팽창물질의 부피 증감에 따른 제 1, 2 외부 케이스의 체적 변화에 따라 그 사이의 유로면적을 조절하는 제 1, 2 팽창막과; 상기 증발기의 출구측에 설치되어 증발기에서 나오는 냉매의 온도를 측정하는 온도센서와; 상기 온도센서에서 출력된 신호를 받아들여 증발기로 유입되어야 할 냉매의 유량을 결정하고 상기 제 1, 2 히터의 각각으로 전달되는 입력전압을 조절 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공기조화기의 팽창장치.