KR100701505B1

KR100701505B1 - 공기조화장치

Info

Publication number: KR100701505B1
Application number: KR1019990066918A
Authority: KR
Inventors: 장길상
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2007-04-02
Also published as: KR20010065902A

Abstract

본 발명은 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브 등으로 이루어진 냉매순환사이클과, 압축기 토출 냉매 라인에서 오일을 분리하여 압축기 흡입라인으로 바이패스시키는 오일 바이패스 라인을 구비하는 공기조화장치에 관한 것으로서, 특히, 팽창밸브의 개도량이 바이패스된 오일에 의한 온도상승분이 반영된 증발기 출구측 냉매라인의 냉매 온도에 의해 제어되도록 구성된 공기조화장치에 관한 것이다.

본 발명은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 오일분리기를 포함하여 이루어지는 공기조화장치에 있어서, 상기 오일분리기의 오일을 상기 증발기 출구에 근접한 회귀구를 통해 냉매라인으로 회귀시키는 바이패스 라인과; 상기 바이패스 라인을 통하여 바이패스된 오일과 혼합하여 압축기로 흐르는 냉매의 온도 및 압력을 기준으로 팽창밸브의 개도량을 제어하는 팽창밸브 개도량 제어수단으로서 감온통 및 균압관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 이와 같은 구성에 따르면, 팽창밸브의 개도량을 증대되어 냉매유량이 증대됨과 아울러 압축기 체적효율이 높아진다. 이에 증발기에서의 냉매 과열도가 낮아져 고온영역을 삭제할 수 있으며, 이에 증발기의 온도가 균일화되어 공조장치의 냉방용량을 극대화할 수 있다.

공기조화장치, 균압관, 오일, 바이패스

Description

공기조화장치{AUTOMOTIVE AIR CONDITIONER}

도 1은 종래 공기조화장치의 구성을 보인 블록도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치의 구성을 보인 블록도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치에 있어서, 오일 바이패스 라인과 냉매라인의 연결구조를 보인 단면도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치에 있어서, 냉매라인에 대한 오일 바이패스 라인의 열교환구조를 보인 확대도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 압축기 2 : 응축기

3 : 팽창밸브 4 : 증발기

4a : 증발기 출구 파이프 5 : 오일분리기

6 : 리시버 드라이어 10 : 바이패스 라인

11 : 회귀구 12 : 냉매라인

12a : 확관부 13 : 감온통

14 : 균압관

본 발명은 증발기, 압축기, 응축기 및 팽창밸브 등으로 이루어진 냉매순환사이클을 가지면서 압축기에서 압축되어 나온 냉매로부터 오일을 분리하여 압축기 흡입라인으로 바이패스시키는 오일 바이패스 라인을 구비하는 공기조화장치에 관한 것으로, 특히, 팽창밸브의 개도량이 바이패스된 오일에 의한 온도상승분이 반영된 냉매의 온도에 의해 제어되어, 냉매유량이 증대되고 압축기 체적효율이 향상되어 냉방성능이 크게 향상된 공기조화장치에 관한 것이다.

자동차의 공기조화장치는, 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드 실드에 끼게 되는 성에등을 제거하여 운전자가 전후방 시야를 확보할 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품으로, 이러한 공조장치는, 통상적으로, 난방시스템과 냉방시스템을 동시에 갖추고 있어서, 외기나 내기를 선택적으로 도입한 후 이 공기를 가열 또는 냉각시켜 자동차의 실내에 송풍함으로써 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 환기한다.

상기와 같은 공조장치가 갖추게 되는 냉방시스템은 통상적인 냉동사이클에 의해 열교환매체인 냉매를 순환시키면서 자동차 실내의 열을 냉매를 통하여 외부로 발산하여 자동차 실내를 냉방하게 된다.

통상 공기조화장치의 냉방시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 압축된 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 급속히 팽창시키는 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 팽창밸브(3)에서 팽창된 냉매를 증발시키 면서 냉매의 증발잠열을 이용하여 자동차 실내로 송풍되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등으로 이루어진 냉동사이클을 포함하고 있으며, 이에, 다음과 같은 순환과정을 통하여 자동차에 실내를 냉방하게 된다.

먼저, 압축기(1)가 엔진의 동력으로 구동되면서 저온 저압의 냉매를 압축하여 응축기(2)로 토출하고, 응축기(2)는 압축기(1)에 의해 고온 고압의 냉매를 냉각팬(미도시)의 송풍작용으로 응축시켜 중온 고압의 액체로 만든다. 응축기(2)에서 중온 고압의 상태로 나온 냉매는 팽창밸브(3)에 의해 급속히 팽창되어 저온저압의 습포화 기체 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 팽창된 냉매를 외부공기와의 열교환으로 증발시켜 기체 상태로 다시 압축기(1)로 보낸다. 이 때 송풍팬(미도시)이 자동차 실내/외 공기를 도입하여 증발기(4)를 거쳐 자동차 실내로 송풍함으로써 그 송풍공기가 증발기(4)에서 액상 냉매의 증발잠열로 냉각된 후 자동차 실내로 유입되면서 자동차 실내가 냉방된다. 참고로, 도 1에서 부호 6은 응축기(2)에서 나온 액상의 냉매에 혼합된 기상의 냉매를 분리하여 액상의 냉매만 팽창밸브(3)로 보내는 역할을 하는 리시버 드라이어를 나타낸 것이다.

상기와 같은 구성에 있어서, 팽창밸브(3)는 교축작용을 통하여 액상의 냉매를 저온저압의 습포화 기체 상태로 변화시키는 것으로서, 그 개도량에 따라 냉매유량을 조절함과 아울러 증발기(4) 출구의 냉매 과열도(過熱度)에 직접 영향을 주어 압축기(1)에 유입되는 냉매를 완전과열증기상태로 할 수도 있고 액냉매를 일부 포함하게도 할 수 있다. 이에 팽창밸브(3)는 냉동시스템이 최고의 능력을 발휘할 수 있도록 증발기(4) 열부하 변동에 따라 개도량 제어수단에 의하여 개도량이 적정하 게 변화하여 냉매유량을 적정하게 조절하고 과열도를 일정하게 유지시키는 작용을 한다.

종래 공기조화장치에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 팽창밸브(3) 개도량을 결정하는 개도량 제어수단으로서, 공기조화장치의 열부하 변동에 대응할 수 있도록 증발기(4)의 출구 온도 및 압력을 센싱하여 그 온도 및 압력변화에 따라 팽창밸브(3)의 개도량을 조정할 수 있는 감온통(感溫筒)(8)과 균압관(均壓管)(9)이 사용되었다.

이러한 공기조화장치에 있어서 팽창밸브(3)는 증발기(4) 출구에 인접한 냉매라인의 압력을 그대로 전해오는 균압관(9)의 압력과 그 내부의 냉매온도에 비례하는 압력을 출력하는 감온통(8)의 압력 비교차에 의해 개도량이 자동으로 조절되도록 구성되었다. 즉, 증발기(4) 흡입공기의 온도가 높거나 풍량이 증가하면(열부하가 커지면), 공기의 열을 증발잠열로 흡수하는 냉매가 부족하여 증발기(4) 온도가 상승하므로(과열도 증가) 온도에 비례하는 감온통(8) 압력이 균압관(9) 압력보다 상대적으로 커짐에 따라 팽창밸브(3)의 개도량이 증가되어 냉매유량을 증가시키고, 반대로 증발기(4) 흡입공기의 온도가 낮거나 풍량이 감소되어(열부하가 작아지면) 과열도가 적어지면, 증발기(4) 출구온도가 낮아서 감온통(8)의 압력이 균압관(9)의 압력보다 낮아지게 되고 이에 이 압력차이만큼 개도량이 작아져 냉매유량을 감소시키게 된다.

한편, 공기조화장치에는 압축기(1)의 구동을 원활하게 하기 위한 오일이 냉매에 혼합된 상태로 사용되는 바, 상술한 바와 같은 종래 공기조화장치에서는, 압 축기(1) 토출측 냉매라인에서 냉매로부터 오일을 분리하여 압축기 흡입측 냉매라인으로 바이패스시키는 오일분리기(5)와 바이패스 라인(7)이 구성되고 또 증발기(4) 출구에 인접한 냉매라인의 압력을 그대로 전해오는 균압관(9)과 그 내부의 냉매온도에 비례하는 압력을 출력하는 감온통(8)에 의해 팽창밸브(3)의 개도량이 자동으로 조절되도록 구성되었다.

그러나, 이와 같은 종래 공기조화장치는 팽창밸브(3)가, 앞서 설명한 바와 같이, 균압관(9) 및 감온통(8)이 증발기(4) 출구측 냉매의 온도와 압력을 기준으로 냉매유량을 조절하므로, 증발기(4) 출구측 과열도는 5∼25 ℃ 사이에서 적정한 상태로 유지되지만, 압축기(1) 흡입측은 바이패스 라인(7)을 통하여 유입된 고온의 오일에 의하여 냉매온도가 대폭 상승하게 된다. 이 결과 압축기(1) 흡입측 온도가 과상승하여 압축기(1)의 체적효율이 급격히 낮아지고 이에 냉매유량이 감소됨과 아울러 증발기(4)의 증발압력이 높아지기 때문에, 결과적으로 냉방성능이 크게 떨어진다는 문제점을 가지고 있었다. 또한 압축기(2) 흡입측 냉매온도 상승은 압축기(2) 토출측 냉매온도 상승에도 직접적인 영향을 끼쳐 압축기(1)를 비롯한 시스템 각 부품의 내구성마저 악화시키는 원인이 된다.

이와 같이, 종래 공기조화장치는, 오일분리기(5)에서 분리되어 압축기(2) 흡입라인으로 바이패스되는 고온 오일에 의한 냉매온도상승분이 팽창밸브(3) 개도량에 전혀 반영시키지 못함으로써, 냉방성능이 떨어짐은 물론 시스템 각 구성의 내구성도 떨어지는 문제점을 가지고 있었다.

이에, 본 발명은, 상술한 바와 같은 종래 자동차 공기조화장치가 가지고 있었던 문제점이 해소된 것으로서, 압축기에서 압축되어 나온 냉매로부터 오일을 분리하여 압축기 흡입라인으로 바이패스시키는 오일 바이패스 라인을 구비하며, 특히, 팽창밸브의 개도량이 바이패스된 고온 오일에 의한 온도상승분이 반영된 냉매에 의해 제어되어 압축기 흡입측 냉매온도의 상승이 억제되고 이에 압축기 토출측 냉매온도가 상승되지 않음으로써 압축기의 체적효율을 상승시킬 수 있는, 따라서 냉각성능이 크게 향상된 공기조화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 가지는 본 발명의 공기조화장치는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(1)와; 압축기(1)에서 토출된 냉매를 응축하는 응축기(2)와; 응축기(2)에서 응축된 냉매를 급속히 팽창시키는 팽창밸브(3)와; 상기 팽창밸브(3)에서 팽창된 냉매를 자동차 실내로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시키는 증발기(4)와; 상기 압축기(1)와 응축기(2) 사이에서 압축기(1)부터 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리기(5)와; 상기 오일분리기(5)의 오일을 상기 증발기(4) 출구에 근접한 회귀구(11)를 통해 냉매라인(12)으로 회귀시키는 바이패스 라인(10)과; 상기 바이패스 라인(10)을 통하여 바이패스된 오일과 혼합하여 압축기(1)로 흐르는 냉매의 온도 및 압력을 기준으로 팽창밸브(3)의 개도량을 제어하는 팽창밸브 개도량 제어수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 공기조화장치는, 상기 회귀구(11) 후류측 냉매라인(12)에 접하여 그 냉매라인(12) 내부의 냉매 온도에 비례하는 압력을 출력하는 감온통(13) 과; 상기 감온통(13)의 압력에 대하여 증발기(4) 출구측 냉매라인(12)의 압력을 비교하여 팽창밸브(3)의 개도량을 조절하는 균압관(14)을 포함하여 이루어지는 것을 바람직한 특징으로 한다.

또한, 상기 회귀구(11)는 상기 증발기의 출구 파이프(4a)의 선단 일부를 둘러싸 그 출구 파이프(4a)의 선단 외주면 둘레에 유수공간을 형성하는 냉매라인(12)확관부(12a)에 연결되며, 상기 바이패스 라인(10)은 상기 냉매라인(12)의 외주면을 나선형으로 접하면서 상기 회귀구(11)에 연결되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면으로 제시된 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 이상의 각 구성들의 기능과 작용을 보다 구체적으로 설명한다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 명료성을 위하여, 서두의 종래 기술 설명과 중복되지 않게 개선된 부분만을 주로하여 설명하며, 서두에서 설명된 종래 기술의 구성과 동일한 본 발명의 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용한다.

첨부된 도면의 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치의 구성을 보인 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기조화장치는 저온저압의 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태로 만드는 압축기(1), 고온고압의 기상 냉매를 응축하여 액화시키는 응축기(2), 응축기(2)에서 나온 액상냉매를 급속팽창시키는 팽창밸브(3), 그리고, 팽창되어 액화된 습포화상태의 냉매를 외부공기의 열로 증발시켜 압축기(1)로 보냄으로써 외부공기를 냉매 증발잠열로 냉각시키는 증발기(4) 등과 같은 기존 공기조화장치의 구성들을 모두 포함하고 있는 바, 특히 압축기(1) 토출 냉매로부터 오일분리기(5)에 의해 분리된 오일을 압축기(1) 흡입 냉매라인(12)으로 회귀시키는 바이패스 라인(10)과 팽창밸브(3)의 개폐도를 제어하는 팽창밸브 개도량 제어수단인 균압관(14)과 감온통(13)은 다음과 같은 특징을 갖는다.

즉, 오일분리기(5)와 압축기(1) 흡입 냉매라인(12)을 연결하는 상기 바이패스 라인(10)은 구경(口徑)이 아주 작은 캐필러리 튜브(Capillary Tube)로 구성되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발기(4) 출구에 매우 근접한 증발기 출구 파이프에 설치된 회귀구(11)에 연결되어 오일을 그 회귀구(11)를 통하여 증발기(4) 출구에 근접한 곳에서 냉매라인(12)에 복귀시킨다. 그리고, 증발기(4) 출구측 냉매의 온도와 압력을 기준으로 팽창밸브(3)의 개도량을 제어하는 감온통(13)과 균압관(14)은 바이패스 라인(10)을 통해 회귀한 고온의 오일에 의한 온도가 상승한 냉매온도를 기준으로 팽창밸브(3)를 제어할 수 있도록 상기 바이패스 라인(10)의 회귀구(11) 보다 후류측 냉매라인(12)에 구성된다.

통상, 균압관(14)과 감온통(13)은 공기조화장치가 열부하 변동에 대응할 수 있도록 증발기(4) 출구의 온도와 압력을 센싱하여 팽창밸브(3)의 개도량을 조정하는 팽창밸브 제어수단으로서의 역할을 하는 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 공조장치에서 팽창밸브(3)는 증발기(4) 출구측 냉매의 온도에 비례하는 압력을 출력하는 감온통(13)의 압력(팽창밸브의 개폐도를 증가시키는 쪽으로 작용)과 증발기(4) 출구측 냉매라인(12)의 압력을 그대로 전해오는 균압관(14)의 압력(팽창밸브의 개폐도를 감소시키는 쪽을 작용)의 비교차에 의해 개폐도가 자동으로 조절 되도록 구성되어 있다.

그런데, 본 발명의 공기조화장치에 있어서는 감온통(13)의 압력이 바이패스 라인(10)의 회귀구(11) 후류측에서 합류한 고온의 오일에 의해 온도가 상승되어 균압관(14) 압력에 비해 상대적으로 높아지므로, 팽창밸브(3)는 감온통(13) 압력상승에 따라 개도량이 커져 냉매 유량을 증대시키게 된다. 냉매유량이 증대되면 압축기(1)에 흡입되는 냉매의 온도 상승을 억제할 수 있고 또 흡입 냉매온도에 비례하는 압축기(1) 토출측 냉매온도도 적정 수준 이상으로 올라가는 것도 방지된다.

따라서, 본 발명에서와 같이 감온통(13) 등이 회귀구(11) 후류측에 구성되는 경우 팽창밸브(3)에 대하여 열부하가 커진 것과 같은 효과가 발휘되어 압축기(1)에 흡입되는 냉매유량을 증대할 수 있고, 그 온도도 적정한 수준으로 유지할 수 있으므로 압축기(1)의 체적효율도 크게 높아지게 된다. 그 결과 증발기(4)내 과열영역이 삭제되어 증발기(4)의 온도분포를 균일화할 수 있으므로 냉방용량을 극대화할 수 있고 공기조화 제어성을 크게 향상할 수 있다.

한편, 상기 바이패스 라인(10)을 통해 바이패스되는 오일이 고온 상태에서 냉매라인(12)에 곧바로 유입되면, 증발기(4) 출구에서 냉매가 과열상태 또는 액냉매 일부를 포함하는 과열상태이므로, 냉매유동에 급격한 변화를 일으켜 팽창밸브(3)의 제어기능이 교란될 수 있다. 이는 냉동시스템 전체의 온도와 압력에 악영향을 주어 시스템 내구성이나 냉방성능을 약화시킬 수 있다. 따라서 오일이 냉매라인(12)으로 회귀할 때 오일과 냉매가 점진적으로 열교환하면서 온도차가 아주 작아진 상태에서 냉매에 섞이는 바람직하다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 공기조화장치에 있어서, 바이패스 라인(10)의 회귀구(11)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 증발기 출구 파이프(4a)의 선단 일부를 둘러싸 그 출구 파이프(4a)의 선단 외주면 둘레에 유수공간을 형성하는 확관부(12a)에 연결된다. 따라서, 바이패스 라인(10)을 통해 바이패스되는 고온의 오일은 확관부(12a) 유수공간내에 일시적으로 머물면서 그 증발기 출구 파이프(4a) 내로 흐르는 냉매와 열교환한 후 냉매에 점진적으로 섞이게 된다. 더불어, 바이패스 라인(10)을, 그 선단 일부가 도 4에 도시된 바와 같이 냉매라인(12) 외주면을 나선형으로 접하게 하면서, 상기 회귀구(11)에 연결하면 냉매와의 온도차가 더욱 줄어든 상태로 냉매에 섞이게 할 수 있으므로, 고온 오일과 상대적으로 저온인 냉매가 급격히 섞이는 것에 의해 발생되는 시스템 불안정문제를 완전히 해소할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 공기조화장치에 따르면, 팽창밸브가 바이패스된 고온 오일에 의한 온도상승분이 반영된 냉매의 온도에 의해 제어되므로 개도량을 확대하여 냉매유량을 증가시킨다. 이에 압축기 유입측에서 고온의 오일 혼합에 따른 냉매온도 급상승을 막아 압축기 전,후 냉매라인에서의 냉매온도를 적정수준으로 유지할 수 있으며 결과적으로 압축기의 체적효율을 높일 수 있다. 이와 같은 냉매유량 증대와 압축기 체적효율 상승으로 증발기내에서의 냉매 과열도가 낮아져, 모든 냉매가 완전증기화하여 과열된 냉매 과열영역 시작점을 증발기 출구 밖 냉매라인으로 끌어낼 수 있게 되어 과열된 냉매 증기만 분포하는 고 온영역을 증발기로부터 삭제할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 공기조화장치는 그 증발기의 온도가 균일화되어 냉방용량이 극대화되고, 공기조화 제어성이 매우 좋다.

또한, 오일분리기에서 분리된 고온오일과 압축기 흡입측 냉매가 급격히 섞이면서 나타나는 시스템의 불안정성도 해소할 수 있다.

Claims

냉매를 압축하여 토출하는 압축기와,

압축기에서 토출된 냉매를 응축하는 응축기와,

응축기에서 응축된 냉매를 급속히 팽창시키는 팽창밸브와,

상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 자동차 실내로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시키는 증발기와,

상기 압축기와 응축기 사이에서 압축기부터 토출되는 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리기와,

상기 오일분리기의 오일을 상기 증발기 출구에 근접한 회귀구를 통해 냉매라인으로 회귀시키는 바이패스 라인과,

상기 바이패스 라인을 통하여 바이패스된 오일과 혼합하여 압축기로 흐르는 냉매의 온도 및 압력을 기준으로 팽창밸브의 개도량을 제어하는 팽창밸브 개도량 제어수단을 포함하며,

상기 팽창밸브 개도량 제어수단은,

상기 회귀구 후류측 냉매라인에 접하여 그 냉매라인 내부의 냉매 온도에 비례하는 압력을 출력하는 감온통과,

상기 감온통의 압력에 대하여 증발기 출구측 냉매라인의 압력을 비교하여 팽창밸브의 개도량을 조절하는 균압관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 회귀구는 상기 증발기의 출구 파이프의 선단 일부를 둘러싸 그 출구파이프의 선단 외주면 둘레에 유수공간을 형성하는 냉매라인의 확관부에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.
제 1 항에 있어서,

상기 바이패스 라인은 상기 증발기 출구측 냉매라인에 외접하면서 그 선단이 상기 회귀구에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기조화장치.