KR100714085B1 - 에어 컨디션 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 냉매를 증발시키는 증발기와; 상기 증발기로부터 유입된 냉매를 압축시키는 압축기와; 상기 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 토출된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와; 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 상기 냉매에 혼합된 압축기용 오일을 분리하는 오일 분리기를 구비하는 에어 컨디션 장치에 있어서, 상기 오일 분리기로부터 상기 증발기의 흡입측을 향하는 오일 바이패스 유로를 더 구비하고, 상기 바이패스 유로는 유량 계수 0.1 내지 0.35 인 모세관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치가 제공된다.

Description

에어 컨디션 장치{Air condition system }

도 1은 통상적인 차량용 에어 컨디션 장치의 개략적인 구성도.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에 대한 개략적인 구성도.

도 3 은 본 발명의 제 2 실시예에 대한 개략적인 구성도.

도 4 는 본 발명의 제 3 실시예에 대한 개략적인 구성도.

도 5 는 유량 계수를 설명하기 위한 그래프.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>

11.21. 증발기 12.22. 압축기

13.23. 응축기 14.24. 리시버 드라이어

15.25. 팽창 밸브 30.35.36. 오일 바이패스 유로

39. 열교환부

본 발명은 에어 컨디션 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어 컨디션 장치에 구비되는 오일 분리기가 압축기의 토출측에 부착된 차량용 에어 컨디션 장치에 관한 것이다.

일반적으로 차량 공기 조화 장치에는 차량의 실내에 냉기를 공급하거나 습기를 제거할 목적으로 에어 컨디션 장치가 포함되며, 에어 컨디션 장치는 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 컨디션 장치에는 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 압축기의 오일을 냉매로부터 분리하기 위한 오일 분리기등이 더 구비된다.

도 1에는 통상적인 차량용 에어 컨디션 장치의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 에어 컨디션 장치는 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 냉기 를 차량의 실내로 송풍하는 역할을 한다.

한편, 오일 분리기(19)는 압축기(12)의 토출측과 응축기(13)의 흡입측 사이에 설치되어 오일 분리 기능을 수행한다. 오일 분리기(19)는 냉매와 오일을 분리하고, 분리된 오일을 바이패스 회로(20)를 통해서 압축기(12)의 흡입측으로 바이패스시키는 역할을 한다.

위와 같은 에어 컨디션 장치에서는 오일 분리기(19)가 고온 고압의 상태에서 오일을 분리하며, 분리된 오일은 압축기(12)의 흡입측에 반환될때 고온의 오일과 냉매가 혼합된다. 증발기(11)에서 유출된 냉매는 팽창 밸브(15)의 제어에 따라서 완전 과열 증기일 수도 있고 , 액체 상태의 냉매를 일부 포함하는 증기 상태일 수도 있다.

오일 바이패스 회로(20)에 의해 고온의 오일이 흡입 라인에 반환되면 오일의 열량에 의해서 흡입 라인의 온도가 급격히 상승하는 문제점이 있으며, 반환된 오일량의 과다 또는 냉매 가스가 포함되는 등에 의해 냉매 유동 라인의 압력이 상승하게 된다. 냉매 유동 라인의 압력 상승은 결과적으로 증발 압력이 상승하게 함으로써 증발 효율을 저하시키며 따라서 냉방 성능이 급격하게 떨어지는 원인이 된다.

한편, 증발 압력의 변화가 없는 상태에서 냉매 유동 라인의 온도가 상승하게 되면 냉방 성능에 치명적인 것은 아니지만 시스템에 부정적인 영향을 미치게 된다. 우선 냉매 유동 라인의 온도 상승으로 압축기(12)의 흡입측 냉매의 비체적이 증가하게 되어 압축기(12)의 체적 효율이 떨어지게 되며, 냉매 유량이 감소된다. 또한 압축기(12)의 흡입측 온도 상승은 압축기 토출측 온도 상승에 직접적으로 영향을 미쳐서 토출 온도가 상승한다. 토출 온도의 상승은 압축기 및, 전체 장치의 부품의 내구성을 감소시키는 하나의 원인이 된다.

다른 한편으로, 오일 분리에 의한 효과는 냉방 성능의 증대, 압축기의 내구성 증대 및, 오일 충진량 감소 이외에 부가적으로 소음을 감소시키는데 있다. 그런데 이러한 여러 효과들은 오일 순환율이 작을수록 커지는 것으로 알려져 있다. 즉, 열교환기로 흐르는 오일의 양이 감소될수록 열교환기의 열전달을 촉진하는 것으로 알려져 있다. 그러나 이는 오일 순환율을 일정한 수준까지 감소시킬 때에 나타나는 현상이며 일정 수준 이하로 오일 순환율이 낮아지면 응축기와 증발기에서 열전달 현상이 상반되게 나타나는 문제점이 있다. 즉, 증발기를 통과하는 유동의 오일량이 줄어들면 오히려 냉방 성능이 감소하는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 성능을 가지는 에어 컨디션 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 냉매를 증발시키는 증발기와; 상기 증발기로부터 유입된 냉매를 압축시키는 압축기와; 상기 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 토출된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와; 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 상기 냉매에 혼합된 압축기용 오일을 분리하는 오일 분리기를 구비하는 에어 컨디션 장치에 있어서, 상기 오일 분리기로부터 상기 증발기의 입구측을 향하는 오일 바이패스 유로를 더 구비하고, 상기 바 이패스 유로가 모세관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 모세관은 유량 계수가 0.1 내지 0.35 이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 오일 바이패스 유로는 상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이의 냉매 유로에 접속된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 오일 바이패스 유로는 상기 팽창 밸브와 증발기 사이의 냉매 유로에 접속된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 오일 바이패스 유로를 따라 유동하는 오일과 상기 증발기로부터 토출된 냉매 사이에 열교환이 이루어지도록 열교환부가 더 구비된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 오일 바이패스 유로는 분기되어 상기 압축기의 흡입측에 직접 연결됨으로써, 상기 오일 바이패스 유로를 따라 흐르는 오일중 일부가 상기 압축기의 흡입측에 직접적으로 바이패스된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 오일 바이패스 유로는 상기 증발기에 직접으로 접속된다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 차량용 에어 컨디션 장치의 제 1 실시예에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 차량용 에어 컨디션 장치는 액체 상태인 냉매를 기체 상태로 증발시키는 증발기(21)와, 증발기(21)로부터 유입된 기체 상태의 냉매를 압축시키는 압축기(22)와, 압축기(22)로부터 유입된 고압의 기체 상태인 냉매를 액체 상태로 응축시키는 응축기(23)를 구비한다. 압축기(22)와 응측기(23) 사이에는 오일 분리기(29)가 설치되며, 오일 분리기(29)는 압축기의 작동에 소요되는 오일을 냉매로부터 분리하는 역할을 한다. 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(28a)에 의해 구동되는 팬(28)은 응축기(23)에 근접 설치되어 냉매 응축시에 발생하는 열을 외부로 방출될 수 있도록 하며, 모터(27a)에 의해 구동되는 블로워(27)는 증발기(21)에서 발생하는 냉기를 차량의 실내로 송풍하는 역할을 한다. 한편, 증발기(21)로부터 유출되는 냉매의 온도를 감지하기 위한 온도 센싱부(32)가 증발기(21)의 출구측에 구비된다. 온도 센싱부(32)는 센싱 라인(32a)을 따라서 팽창 밸브(25)에 연결되며, 팽창 밸브(25)는 센싱부(32)에서 감지된 온도 및, 유로 33 을 통해서 감지된 증발기(21)의 토출측 압력에 따라서 팽창 밸브(25)를 작동시키게 된다.즉, 증발기(21)의 출구측의 과열도를 토출측 압력 및, 온도에 따라서 일정하게 유지하는 것이다. 이러한 온도 센싱부(32) 및, 유로(33)를 통한 압력의 감지는 공지되어 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 오일 분리기(29)에서 분리된 오일은 오일 바이패스 유로(30)를 따라서 응축기(23)와 팽창 밸브(25) 사이에 접속된다. 도 2 에서 오일 바이패스 유로(30)가 접속되는 지점은 도면 번호 31 로 표시되어 있다. 또한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 오일 바이패스 유로(30)는 유량 계수가 0.1 내지 0.35 인 모세관으로 구성되는 것이 바람직스럽다. 유량 계수는 특정한 압력차 및, 관내부의 직경, 길이에서의 유량을 1 로 정한 상대적 수치로서 정의된다. 예를 들어 유량 계수를 0.35 로 하는 것은 관의 내부 직경을 1 mm (0.039 inch) 로 하고 관의 길이를 1.25 (약 49 inch)m 로 한 것이며, 도 5 에 도시된 바와 같다. 유량 계수는 모세관의 용량을 나타내는 척도로서 특정한 냉매를 사용하여 모세관 입출구의 특정 압력차를 주어 이때 흐르는 유량을 상대적 수치로 표현한 값이다. 예를 들면, 유량 계수 2.0 의 모세관은 유량 계수 1.0 의 모세관에 비해 용량이 두배임을 나타낸다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 오일 바이패스 유로(30)를 응축기(23)와 팽창 밸브(25) 사이의 접속 지점(31)에 연결하게 되면, 바이패스된 오일의 온도와 압력이 전제 냉매 유동 유로에 미치는 영향이 감소될 수 있다. 즉, 접속 지점(31)에 오일 바이패스 유로(30)가 접속됨으로써, 바이패스된 오일은 냉매와 함께 팽창 밸브(25)에 의한 유량 제어를 받을 수 있다. 위에 설명된 바와 같이 팽창 밸브(25)는 유로(33)와 센싱 라인(32a)을 통해서 증발기(21)의 토출측의 압력 및, 온도에 따라 제어되므로, 바이패스된 오일이 증발기(21)의 토출측에 미치는 온도 및, 압력의 영향도 팽창 밸브(25)의 제어에 반영되는 결과를 가져오는 것이다.

도 3 에는 본 발명에 따른 차량용 에어 컨디션 장치의 제 2 실시예에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 3 에 도시된 실시예의 전체적인 구성은 도 2 에 도시된 실시예의 구성과 유사하다. 따라서 도 2 와 동일한 구성 요소에 대해서 는 동일한 도면 번호로서 표시되어 있으며, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 3 에 도시된 실시예의 특징에 따르면, 오일 분리기(29)로부터 분리된 오일은 오일 바이패스 유로(35,36)를 통해서 팽창 밸브(25)와 증발기(21) 사이의 접속 지점(37)에 접속된다. 또한 증발기(21)의 토출측과 바이패스 유로(36) 사이에 열교환이 이루어질 수 있도록 열교환부(39)가 설치되며, 오일 바이패스 유로(35)는 분기점(36)에서 분기되어 오일의 일부가 압축기(22)의 흡입측으로 직접적으로 바이패스 된다. 오일 바이패스 유로(35,36)는 유량 계수가 0.1 내지 0.35 인 모세관으로 구성되는 것이 바람직스럽다.

도 3 에 도시된 바와 같은 구성에 있어서, 냉매가 팽창 밸브(25)를 통과하여 증발기(21)에 유입되기 전에는 온도가 매우 낮은데 반하여, 바이패스 유로(36)를 통해 바이패스되는 오일은 온도가 높은 상태이므로, 증발기 내부의 온도 편차를 유발할 가능성이 있다. 따라서 열교환부(39)를 설치하여 바이패스 유로(36)와 증발기(21)의 토출측 사이의 열교환을 수행함으로써 온도 편차를 감소시키는 것이다. 또한 증발기(21)내에서는 오일 순환율을 적절하게 유지하는 것이 냉방 성능을 최대로 할 수 있으므로 분기점(36)에서 분기 유로를 구성하여 유로(38)를 통해 압축기(22)의 흡입측으로 오일의 일부를 직접적으로 바이패스시킬 수 있도록 한 것이다. 열교환부(39)는 다양한 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 오일과 냉매가 상호 혼합되지 않는 상태에서 넓은 면적에 걸쳐 상호 접하면서 유동하게 되면 열교환이 이루어질 수 있다.

증발기(21)의 흡입측에 오일이 바이패스 되어 오일이 증발기(21)로 유입될때 고온의 오일에서 냉매로 급격한 열 전달은 바람직하지 않다. 증발기 내부에는 이상 상태에서 냉매를 일부 포함하는 과열 상태로 변화하므로, 고온의 오일이 액냉매로 직접 혼합되면 냉매 유동의 급격한 변화를 초래하게 되어 팽창 밸브(25)의 제어 기능이 교란될 수 있다. 팽창 밸브(25)의 불안정 제어는 시스템 전체의 온도 압력의 변화로 시스템의 내구성이나 공조 감각이 저하될 수 있다. 따라서 열교환기(29)를 설치하여 오일이 바이패스될때 오일과 냉매가 서서히 열교환되어 온도 편차를 감소시켜주는 것이다.

고온의 오일이 증발기(21)의 출구측에서 열교환된 이후에 증발기(21)의 입구로 바이패스되는 효과는 다음과 같다. 증발기(21)에서 냉매는 공기로부터의 열전달에 의해 냉매가 증발되며, 열전달이 많을수록 증발량이 많아져서 증발기 출구 상태는 과열도가 커지려는 상태를 나타낸다. 이를 감지한 팽창 밸브(25)는 개방되어 냉매 유량이 증가되며, 그에 따라 냉방 용량이 증가된다. 도 3 에 도시된 예에서는 증발기의 토출측에 설치된 열교환기에서 고온의 오일에 의해 냉매로 전달되는 열량이 증가되어 냉매 유량이 증대된다. 이러한 경우에 오일에 의한 열전달로 일면 냉방 용량의 증대가 없는 것으로 보이지만, 실험적으로는 냉매 유량 증가에 따른 냉방 용량의 증가를 알 수 있다. 이러한 이유로 증발기(21)의 코어내의 과열 영역 (또는 고온 영역)에서의 열전달을 오일이 대신해 증발기 코어를 효율적으로 사용하기 때문이다. 따라서 냉매 유량 및, 냉방 용량이 증대되며, 증발기의 고온 영역이 사라져서 열교환 효율이 커지는 장점이 있다.

도 4 에는 본 발명에 따른 차량용 에어 컨디션 장치의 제 3 실시예에 대한 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 도 4 에 도시된 실시예의 전체적인 구성은 도 2 및, 도 3 에 도시된 실시예의 구성과 유사하다. 따라서, 도 4 에서 도 2 와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 번호로서 표시되어 있으며, 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 4 를 참조하면, 오일 바이패스 회로(41)는 증발기(21)에 직접적으로 접속되며, 접속 지점은 도면 번호 42 로 표시되어 있다. 오일 바이패스 회로(41)도 유량 계수가 0.1 내지 0.35 인 모세관으로 구성되는 것이 바람직스럽다. 증발기에 유입된 냉매에 냉매보다 온도가 높은 오일이 공급되면 냉매의 증발을 촉진하게 된다. 특히 액냉매가 많은 부분에 유입시 액냉매를 증발하여 유속을 빠르게 함으로써 열전달을 촉진한다.

본 발명에 따른 에어 컨디션 장치는 오일 바이패스 유로를 증발기의 흡입측을 향해 접속시킴으로써, 고온 고압의 오일에 의한 부정적인 영향이 감소될 수 있다는 장점이 있다. 즉, 압축기의 흡입측 및, 토출측의 온도 상승이 억제되고, 압축기의 체적 효율이 증대되며, 압축기의 내구성이 확보된다. 또한 증발기의 고온 영역이 제거되어 온도 분포가 균일화되고, 공간 사용이 효율적으로 이루어지며, 냉방 용량이 극대화된다. 한편, 증발기의 온도 균일화로 공조 제어성을 향상시킬 수 있고 냉방 성능이 최적화될 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. 냉매를 증발시키는 증발기와; 상기 증발기로부터 유입된 냉매를 압축시키는 압축기와; 상기 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와; 상기 응축기로부터 토출된 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와; 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 설치되어 상기 냉매에 혼합된 압축기용 오일을 분리하는 오일 분리기를 구비하는 에어 컨디션 장치에 있어서,

   상기 오일 분리기로부터 상기 증발기의 입구측을 향하여 접속된 오일 바이패스 유로를 더 구비하고, 상기 오일 바이패스 유로는 모세관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 바이패스 유로를 형성하는 모세관은 유량 계수가 0.1 내지 0.35 인 것을 특징으로하는 에어 컨디션 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 바이패스 유로는 상기 응축기와 상기 팽창 밸브 사이의 냉매 유로에 접속되는 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 바이패스 유로는 상기 팽창 밸브와 증발기 사 이의 냉매 유로에 접속되는 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 오일 바이패스 유로를 따라 유동하는 오일과 상기 증발기로부터 토출된 냉매 사이에 열교환이 이루어지도록 열교환부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 오일 바이패스 유로는 분기되어 상기 압축기의 흡입측에 직접 연결됨으로써, 상기 오일 바이패스 유로를 따라 흐르는 오일중 일부가 상기 압축기의 흡입측에 직접적으로 바이패스되는 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 오일 바이패스 유로는 상기 증발기에 직접으로 접속되는 것을 특징으로 하는 에어 컨디션 장치.

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