KR100484635B1 - 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브 - Google Patents

차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 냉방 및 난방의 운전 모드를 자유로이 전환시킬 수 있는 냉 ·난방 겸용의 멀티형 구조에 의해 히트 펌프 장치의 구성을 단순화하고 설치를 위한 점유 공간을 저감할 수 있는 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브를 개시한다.
본 발명의 구성은, 냉방모드시 냉매가 흐르는 제1유로와, 난방모드시 냉매가 흐르는 제2유로가 각각 형성된 밸브 바디; 상기 제1유로와 상기 제2유로의 교차 부위에서 냉매의 유량을 조절하는 솔레노이드밸브; 냉방 모드시에는 냉매의 유입구가 되고, 난방 모드시에는 냉매의 유출구가 되는 제1출입구; 난방 모드시에는 냉매의 유입구가 되고, 냉방 모드시에는 냉매의 유출구가 되는 제2출입구; 상기 제1출입구와 상기 솔레노이드밸브 사이의 제1유로중에 설치되어, 냉방 모드시에만 개방되는 제1체크밸브; 상기 솔레노이드밸브와 상기 제2출입구 사이의 제1유로중에 설치되어, 냉방 모드시에만 개방되는 제2체크밸브; 상기 제2출입구와 상기 솔레노이드밸브 사이의 제2유로중에 설치되어, 난방 모드시에만 개방되는 제3체크밸브; 및 상기 솔레노이드밸브와 상기 제1출입구 사이의 제2유로중에 설치되어, 난방 모드시에만 개방되는 제4체크밸브를 포함하여 이루어진 것을 기술적 요지로 한다.

Description

차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브{Expansion Valve of Heat Pump System for Automobile}
본 발명은 공기조화기에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는, 차량의 냉 ·난방을 위한 히트 펌프 장치에서 냉매를 단열 팽창시키되 냉방 모드와 난방 모드에 모두 적용이 가능한 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브에 관한 것이다.
통상적으로 냉매 싸이클을 이용하여 실내에 대한 냉 ·난방을 비롯한 공기청정 및 가습을 수행하는 공기조화기는, 차내의 쾌적한 운행 환경을 조성하기 위해 대다수의 현행 차량에도 적용되고 있는 실정이다.
이러한 공기조화기 가운데, 특히 냉 ·난방은 히트 펌프(즉, 열펌프)에 의해 수행되는데, 이 히트 펌프는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 가하는 장치로서, 냉매계통의 절환을 통한 배열과 흡열에 의해 냉 ·난방을 하게 된다.
첨부도면 도 1에는 이와 같은 차량용 히트 펌프 장치에 대한 통상적인 예가 도시되어 있다. 도면에서와 같이, 히트 펌프 장치은, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(110), 냉각팬(121)에 의해 냉매를 고압 액상의 상태로 강제 냉각하는 응축기로서의 실외기(120), 응축기에서 액화한 냉매를 일시 저장하는 냉방 및 난방용 수액기(130,130'), 고압 액상의 냉매를 저온 저압의 상태로 단열 팽창시키는 냉방 및 난방용 팽창밸브(140,140'), 블로어(151)에 의해 주위 공기의 열을 빼앗아 다시 압축기(110)로 냉매를 이송시키는 증발기를 구비한 실내기(150), 엔진(200)을 순환하면서 가열된 냉각수에 의해 가열되어 그 열기를 차실내로 유입시키는 히터(160) 등으로 이루어져 있다. 한편, 상기 히터(160)를 제외한 각각의 장치들은 냉매가 흐르는 배관으로 연결되어 있는데, 특히 압축기(110)와 실내기를 연결하는 배관에는 냉방 모드와 난방 모드에 따라 냉매의 흐름방향을 변경하기 위한 방향전환밸브(170)가 개재되어 있다. 또, 실내기(150)와 실외기(120)의 사이에도 냉방 모드와 난방 모드에 따라 냉방용 수액기(130)와 냉방용 팽창밸브(140) 또는 난방용 수액기(130')와 난방용 팽창밸브(140')로 냉매의 흐름을 유도하기 위한 삼방향밸브(180)가 설치되어 있다.
그런데, 이와 같은 통상적인 차량용 히트 펌프 장치에서는, 위의 구성에서도 알 수 있듯이, 냉방 모드 또는 난방 모드에서 개별적으로 작동하는 두개의 팽창밸브가 소요된다. 이것은, 냉방 모드와 난방 모드간의 전환시에 용량의 차이로 인해 한개의 감온식 팽창밸브만으로는 제어가 불가능하기 때문인데, 운전 모드의 전환에 따라 입출구가 바뀌게 되므로 바이-패스 라인(by-pass line)을 구성하든가 아니면 위의 예에서 처럼 두개의 밸브를 사용해야 하는 것이다.
이와 같이, 종래의 차량용 히트 펌프 장치에서는 두개의 팽창밸브가 소요됨으로 인해, 시스템의 구조가 복잡해지고, 설치공간이 부족해지는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 차량용 히트 펌프 장치에서 초래되는 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉방 및 난방의 운전 모드를 자유로이 전환시킬 수 있는 냉 ·난방 겸용의 멀티형 구조에 의해 히트 펌프 장치의 구성을 단순화하고 설치를 위한 점유 공간을 저감할 수 있는 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브를 제공하는 데에 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브는, 냉방모드시 냉매가 흐르는 제1유로와, 난방모드시 냉매가 흐르는 제2유로가 각각 형성된 밸브 바디; 상기 제1유로와 상기 제2유로의 교차 부위에서 냉매의 유량을 조절하는 솔레노이드밸브; 냉방 모드시에는 냉매의 유입구가 되고, 난방 모드시에는 냉매의 유출구가 되는 제1출입구; 난방 모드시에는 냉매의 유입구가 되고, 냉방 모드시에는 냉매의 유출구가 되는 제2출입구; 상기 제1출입구와 상기 솔레노이드밸브 사이의 제1유로중에 설치되어, 냉방 모드시에만 개방되는 제1체크밸브; 상기 솔레노이드밸브와 상기 제2출입구 사이의 제1유로중에 설치되어, 냉방 모드시에만 개방되는 제2체크밸브; 상기 제2출입구와 상기 솔레노이드밸브 사이의 제2유로중에 설치되어, 난방 모드시에만 개방되는 제3체크밸브; 및 상기 솔레노이드밸브와 상기 제1출입구 사이의 제2유로중에 설치되어, 난방 모드시에만 개방되는 제4체크밸브를 포함하여 이루어진 것을 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 밸브 바디는, 상기 솔레노이드밸브가 설치되는 어퍼 바디; 상기 제1 및 제2출입구와 상기 제1 및 제3체크밸브가 구비되는 로어 바디; 상기 어퍼 바디와 상기 로어 바디의 사이에 개재되어 상기 제2 및 제4체크밸브가 설치되는 씰링판으로 구성된 구조로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 팽창밸브의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 3a와 도 3b는 각각 냉방 모드와 난방 모드에서의 냉매 흐름을 나타낸 도 2의 팽창밸브에 대한 종단면도이다.
이들 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 팽창밸브는, 상측의 어퍼 바디(11)와 하측의 로어 바디(12) 및 이들 사이에 개재된 씰링판(13)으로 구성된 단일체화된 구조의 밸브 바디(10)로 이루어져 있다.
특히, 밸브 바디(10) 즉, 어퍼 바디(11)와 로어 바디(12)의 내부에는 냉매가 흐르게 되는 유로가 형성되어 있는데, 이 유로는, 냉방 모드시에 냉매가 흐르는 제1유로(F1)와, 난방 모드시에 냉매가 흐르는 제2유로(F2)로 구분된다.
그리고, 이들 제1유로(F1)와 제2유로(F2)가 교차하는 부위, 예컨대 어퍼 바디(11)의 중앙부위에는, 제1유로(F1)와 제2유로(F2)를 통해 흐르는 냉매의 양을 조절하는 솔레노이드밸브(14)가 설치되어 있다.
또, 로어 바디(12)의 양측에는 각각 히트 펌프 장치의 응축기측과 증발기측에 대해 냉매가 유입 및 유출되는 출입구가 구비되어 있다. 특히, 이 출입구는, 냉방 모드시에는 냉매의 유입구로 기능하다가 난방 모드시에는 냉매의 유출구로 기능하는 제1출입구(12a)와, 난방 모드시에는 냉매의 유입구로 기능하다가 냉방 모드시에는 냉매의 유출구로 기능하는 제2출입구(12b)로 구분된다.
한편, 로어 바디(12)와 씰링판(13)에는 제1 및 제2출입구(12a,12b)를 통해 유입된 냉매가 제1유로(F1)와 제2유로(F2)중 어느 한쪽으로만 흐르도록 유도하는 체크밸브가 각각 설치되어 있다. 먼저, 도 3a에서와 같이, 냉방 모드시에는 제1출입구(12a)를 통해 냉매가 유입되어 제1유로(F1)를 거쳐 제2출입구(12b)로 배출되는데, 제1출입구(12a)로부터 솔레노이드밸브(14)에 이르는 로어 바디(12)내의 제1유로(F1)의 도중에 제1체크밸브(15)가 설치되어 있고, 다시 솔레노이드밸브(14)로부터 제2출입구(12b)에 이르는 제1유로(F1)의 도중 즉 씰링판(13)상에 제2체크밸브(16)가 설치되어 있다. 이에 따라, 이들 제1 및 제2체크밸브(15,16)에 의해 제1유로(F1)가 냉방 모드시에만 개방되고 난방 모드시에는 폐쇄된다. 다음으로, 도 3b에서와 같이, 난방 모드시에는 제2출입구(12b)를 통해 냉매가 유입되어 제2유로(F2)를 거쳐 제1출입구(12a)로 배출되는데, 제2출입구(12b)로부터 솔레노이드밸브(14)에 이르는 로어 바디(12)내의 제2유로(F2)의 도중에 제3체크밸브(17)가 설치되어 있고, 다시 솔레노이드밸브(14)로부터 제1출입구(12a)에 이르는 제2유로(F2)의 도중 즉 씰링판(13)상에 제4체크밸브(18)가 설치되어 있다. 이에 따라, 이들 제3 및 제4체크밸브(17,18)에 의해 제2유로(F2)가 난방 모드시에만 개방되고 냉방 모드시에는 폐쇄된다.
이하에서는, 상기와 같은 구성을 갖는 실시예의 팽창밸브가 히트 펌프 장치에 적용되었을 때의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 냉방 모드에서의 작동은 다음과 같다. 도 4a를 참조하면, 압축기(P)로부터 응축기(C)와 수액기(R)를 거친 고온 고압의 냉매는 팽창밸브(V)에서 저온 저압의 상태로 변환되어 증발기(E)로 보내어지는데, 팽창밸브(V)에서의 냉매 흐름은 도 3a에 나타난 바와 같다. 즉, 제1출입구(12a)를 통해 밸브 바디(10)로 유입된 냉매는, 제1 및 제2체크밸브(15,16)가 개방되고 제3 및 제4체크밸브(17,18)는 폐쇄됨으로써 형성된 제1유로(F1)와 솔레노이드밸브(14)를 통과하여 제2출입구(12b)를 통해 팽창밸브 밖으로 배출된다. 도면에서, 미설명 부호 (F)는 사방밸브(4-way valve)이고, (A)는 어큐뮬레이터(accumulator)이다.
다음으로, 난방 모드에서의 작동은 다음과 같다. 도 4b에서와 같이, 압축기(P)로부터 증발기(E)로 이송된 냉매는 팽창밸브(V)를 거치면서 저온 저압의 상태로 수액기(R)를 지나 응축기(C)로 들어가는데, 이때 팽창밸브(V)에서의 냉매 흐름은 도 3b에 도시된 바와 같다. 즉, 제2출입구(12b)를 통헤 밸브 바디(10)로 유입된 냉매는, 제3 및 제4체크밸브(17,18)가 개방되고 제1 및 제2체크밸브(15,16)는 폐쇄됨으로써 형성된 제2유로(F2)와 솔레노이드밸브(14)를 통과하여 제1출입구(12a)를 통해 팽창밸브 밖으로 배출된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브는, 냉방 및 난방의 운전 모드에 따라 냉매의 유로가 자동으로 절환되는 냉 ·난방 겸용의 멀티형 구조를 가짐으로써, 히트 펌프 장치의 구성이 단순화되고 다양한 방법의 시스템 설계가 가능해지는 효과를 나타낸다.
도 1은 통상적인 공기조화기의 히트 펌프 장치를 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 팽창밸브의 외관을 나타낸 사시도,
도 3a는 냉방 모드에서의 냉매 흐름을 나타낸 도 2의 팽창밸브에 대한 종단면도,
도 3b는 난방 모드에서의 냉매 흐름을 나타낸 도 2의 팽창밸브에 대한 종단면도,
도 4a는 본 발명이 적용된 히트 펌프 장치에서 냉방 모드에 대한 냉매 흐름을 나타낸 구성도,
도 4b는 도 4a에 대응하여 난방 모드에 대한 냉매 흐름을 나타낸 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 밸브 바디 11 : 어퍼 바디
12 : 로어 바디 12a : 제1출입구
12b : 제2출입구 13 : 씰링판
14 : 솔레노이드밸브 15∼18 : 제1∼제4체크밸브
F1 : 제1유로 F2 : 제2유로

Claims (2)

  1. 냉방모드시 냉매가 흐르는 제1유로와, 난방모드시 냉매가 흐르는 제2유로가 각각 형성된 밸브 바디;
    상기 제1유로와 상기 제2유로의 교차 부위에서 냉매의 유량을 조절하는 솔레노이드밸브;
    냉방 모드시에는 냉매의 유입구가 되고, 난방 모드시에는 냉매의 유출구가 되는 제1출입구;
    난방 모드시에는 냉매의 유입구가 되고, 냉방 모드시에는 냉매의 유출구가 되는 제2출입구;
    상기 제1출입구와 상기 솔레노이드밸브 사이의 제1유로중에 설치되어, 냉방 모드시에만 개방되는 제1체크밸브;
    상기 솔레노이드밸브와 상기 제2출입구 사이의 제1유로중에 설치되어, 냉방 모드시에만 개방되는 제2체크밸브;
    상기 제2출입구와 상기 솔레노이드밸브 사이의 제2유로중에 설치되어, 난방 모드시에만 개방되는 제3체크밸브; 및
    상기 솔레노이드밸브와 상기 제1출입구 사이의 제2유로중에 설치되어, 난방 모드시에만 개방되는 제4체크밸브를 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브 바디는,
    상기 솔레노이드밸브가 설치되는 어퍼 바디;
    상기 제1 및 제2출입구와 상기 제1 및 제3체크밸브가 구비되는 로어 바디;
    상기 어퍼 바디와 상기 로어 바디의 사이에 개재되어 상기 제2 및 제4체크밸브가 설치되는 씰링판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 장치의 팽창밸브.
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