KR101170613B1 - 차량용 에어컨의 냉방시스템 - Google Patents

차량용 에어컨의 냉방시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101170613B1
KR101170613B1 KR1020100000733A KR20100000733A KR101170613B1 KR 101170613 B1 KR101170613 B1 KR 101170613B1 KR 1020100000733 A KR1020100000733 A KR 1020100000733A KR 20100000733 A KR20100000733 A KR 20100000733A KR 101170613 B1 KR101170613 B1 KR 101170613B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
compressor
temperature
cooling system
air conditioner
Prior art date
Application number
KR1020100000733A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110080481A (ko
Inventor
변상철
Original Assignee
한라공조주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한라공조주식회사 filed Critical 한라공조주식회사
Priority to KR1020100000733A priority Critical patent/KR101170613B1/ko
Publication of KR20110080481A publication Critical patent/KR20110080481A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101170613B1 publication Critical patent/KR101170613B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/10—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1036—Component parts, details, e.g. sealings, lubrication
    • F04B27/1054—Actuating elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/04—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant
    • B60H1/08—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant from cooling liquid of the plant from other radiator than main radiator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/0873—Component parts, e.g. sealings; Manufacturing or assembly thereof
    • F04B27/0895—Component parts, e.g. sealings; Manufacturing or assembly thereof driving means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/10—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F04B27/1009—Distribution members
    • F04B27/1018—Cylindrical distribution members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B27/14—Control
    • F04B27/16—Control of pumps with stationary cylinders
    • F04B27/18—Control of pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B27/1804—Controlled by crankcase pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F04B35/002—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for driven by internal combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/04—Wound springs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/12—Kind or type gaseous, i.e. compressible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/14—Refrigerants with particular properties, e.g. HFC-134a
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S417/00—Pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 이중관형 내부열교환기가 적용된 냉방시스템에서 압축기를 토출 냉매량을 가변할 수 있는 가변용량형 압축기로 구성하되, 상기 가변용량형 압축기는 일정량 이상의 오일이 함유된 냉매가 압축기 외부로 곧바로 토출되도록 구성하여 토출 냉매에 함유된 오일량을 증대시킴으로써, 압축기에서 토출되는 냉매의 온도를 저감할 수 있고, 이로인해 압축기의 출구측 냉매파이프 및 압축기의 내구성을 향상시킨 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기(10); 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20); 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브(30); 상기 팽창밸브(30)로부터 유입되는 냉매를 증발시키는 증발기(40)를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서, 상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 저온 냉매파이프(P1) 및 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 고온 냉매파이프(P2)를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(50)를 포함하며, 일정 차속 이상일 때 상기 압축기(10)의 냉매 토출용량을 저감시켜 압축기(10)로부터 토출되는 냉매의 온도를 저감할 수 있도록 토출냉매 온도저감수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 에어컨의 냉방시스템{Cooling system of air conditioner for vehicle}
본 발명은 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 이중관형 내부열교환기가 적용된 냉방시스템에서 압축기를 토출 냉매량을 가변할 수 있는 가변용량형 압축기로 구성하되, 상기 가변용량형 압축기는 일정량 이상의 오일이 함유된 냉매가 압축기 외부로 곧바로 토출되도록 구성하여 토출 냉매에 함유된 오일량을 증대시킴으로써, 압축기에서 토출되는 냉매의 온도를 저감할 수 있고, 이로인해 압축기의 출구측 냉매파이프 및 압축기의 내구성을 향상시킨 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것이다.
차량용 공조장치는, 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드 실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자가 전후방 시야를 확보할 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품으로, 이러한 공조장치는, 통상, 난방시스템과 냉방시스템을 동시에 갖추고 있어서, 외기나 내기를 선택적으로 도입하여 그 공기를 가열 또는 냉각한 다음 자동차의 실내에 송풍함으로써 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 환기한다.
이러한 공조장치의 일반적인 냉방시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매파이프(5)로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.
자동차 공조장치의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다. 이상의 냉매순환과정에 있어서, 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
한편, 상기 응축기(2)와 팽창밸브(3)의 사이에는 기상과 액상의 냉매를 분리하는 리시버드라이어(미도시)가 설치되어 상기 팽창밸브(3)로 액상의 냉매만 공급될 수 있도록 하고 있다.
상술한 바와 같은 냉동사이클을 통해 냉방작용을 하는 공조장치의 냉방효율은 여러 가지 요인들에 의해 결정되는 바, 그 중에서도 팽창밸브(3)에 의해 교축되기 직전의 고압 냉매의 과냉도와 증발기(4)에서 배출되는 저압 냉매의 과열도는 각각 냉매 유동성과 증발기(4)에서의 압력 강하량 그리고 증발기(4)의 과열영역(증발기의 냉매 배출구측 일부 영역)과 압축기(1)의 체적효율 등에 영향을 미쳐 공조장치의 냉방효율에 상당한 영향을 주게 된다.
예컨대, 교축되기 전 냉매의 과냉도가 증가하면, 냉매의 비체적이 감소되어 냉매유동이 안정화되고 증발기(4)에서의 냉매 압력강하량이 감소되어 공조장치의 냉방효율이 증대되며 압축기(1)의 동력소모량은 감소한다. 반면, 증발기(4)에서 배출되는 저압 냉매의 과열도가 적정하게 유지되지 않으면, 액상 냉매의 압축기(1) 유입을 방지하기 위해 냉매가 완전히 기화할 수 있게 설정되는 상대적으로 온도가 높은 증발기(4)의 과열영역이 확대되어야 하기 때문에 공조장치의 냉방성능이 떨어지게 된다.
따라서, 차량 공조장치들은, 일반적으로, 교축되기 전 냉매의 과냉도가 증가하고 증발기(4)에서 배출되는 냉매의 과열도가 적정하게 유지되면 냉방성능이 높아지게 된다.
이에, 차량 공조장치의 냉방성능을 향상하기 위해 증발기(4)에 유입되기에 앞서 팽창밸브(3)에 의해 교축되는 고온 고압의 액상 냉매를 과냉화하고 증발기(4)에서 배출되는 냉매의 과열도를 적정화할 수 있는 다양한 시도들이 있어 온 바,
현재에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창밸브(3)에 유입되는 고온 고압의 액상 냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 기상 냉매를 상호 열교환시킴으로써 교축 전의 고온 고압 액상 냉매를 과냉화하고 증발기(4)로부터 배출되는 저압 냉매의 과열도를 적정화하는 내부열교환기(10)가 주로 사용되고 있다.
이 내부열교환기(10)는 팽창밸브(3)에 의해 교축되기전의 고온 고압 액상냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 기상 냉매를 상호 열교환시킴으로써, 증발기(4)에 유입되는 냉매의 유동을 안정화하고 증발기(4) 내에서의 냉매 압력강하량을 감소시키며, 액상 냉매의 압축기(1) 유입 방지를 위해 냉매가 완전히 기화할 수 있게 설정되어 온도가 상대적으로 높은 증발기(4)의 과열영역(미도시)을 축소할 수 있게 한다.
따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 내부열교환기(10)가 냉방시스템에 채용되는 경우, 증발기(4)에 유입되는 냉매의 비체적이 줄어 증발기(4)에서의 냉매 압력강하량이 축소되므로 증발기(4)내 각 냉각튜브에서의 냉매 유동을 안정화할 수 있고, 아울러 압축기(1)에 유입되는 냉매를 증발기(4)에서 배출된 이후에 과열화할 수 있으므로 온도가 상대적으로 높아 공조장치의 냉방성능 저하의 요인이 되는 증발기(4)의 과열영역을 축소할 수 있어 공조장치의 냉방효율을 크게 높일 수 있다. 결과적으로 압축기(1), 응축기(2) 및 증발기(4)의 효율화를 도모하여 공조장치의 고효율화 및 소형화에 기여할 수 있다.
그러나, 상기 증발기(4)에서 토출된 과열된 냉매가 상기 내부열교환기(10)를 거치면서 응축기(2)에서 토출된 고온 고압의 냉매와 추가로 열교환하여 온도가 추가로 상승되고, 결국 압축기(1)로 흡입 및 토출되는 냉매의 온도가 더욱 상승하게 되면서 과도한 압축기(1) 토출온도로 인한 압축기(1)의 출구측 냉매파이프의 내구성 및 압축기(1)내 부품들의 내구성이 저하되는 문제가 있었다.
그리고, 상기 압축기(1)로는 고정용량형 압축기 또는 가변용량형 압축기를 사용할 수 있는데, 고정용량형 압축기를 사용할 경우, 에어컨 작동시 압축기(1)가 항상 최대(Max) 용량으로 작동하므로 압축기(1)의 토출온도가 더욱 상승할 우려가 있다.
또한, 가변용량형 압축기를 사용할 경우, 압축기(1) 내부에 구성되는 오일분리기(미도시)에 의해 압축기(1)의 토출온도가 더욱 상승하므로, 내부열교환기(10)가 설치된 에어컨 시스템에 가변용량형 압축기를 적용하기가 어려운 문제도 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이중관형 내부열교환기가 적용된 냉방시스템에서 압축기를 토출 냉매량을 가변할 수 있는 가변용량형 압축기로 구성하되, 상기 가변용량형 압축기는 일정량 이상의 오일이 함유된 냉매가 압축기 외부로 곧바로 토출되도록 구성하여 토출 냉매에 함유된 오일량을 증대시킴으로써, 압축기에서 토출되는 냉매의 온도를 저감할 수 있고, 이로인해 압축기의 출구측 냉매파이프 및 압축기의 내구성을 향상시킨 차량용 에어컨의 냉방시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브로부터 유입되는 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서, 상기 증발기와 압축기를 연결하는 저온 냉매파이프 및 상기 응축기와 팽창밸브를 연결하는 고온 냉매파이프를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기를 포함하며, 일정 차속 이상일 때 상기 압축기의 냉매 토출용량을 저감시켜 압축기로부터 토출되는 냉매의 온도를 저감할 수 있도록 토출냉매 온도저감수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 이중관형 내부열교환기가 적용된 냉방시스템에서 가변용량형 압축기를 적용하되, 오일분리기가 없는 가변용량형 압축기를 적용함으로써, 냉매유량 가변제어에 따른 냉매토출량 감소로 인해 토출냉매의 온도가 고정용량형 압축기 보다 낮아짐과 동시에 토출냉매에 함유된 오일량이 증대되어 토출냉매의 온도를 그만큼 더 떨어뜨리기 때문에 압축기 출구측 냉매파이프의 내구성 및 압축기내 부품들의 내구성이 보다 향상된다.
도 1은 일반적인 차량용 냉방 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 일반적인 차량용 냉방 시스템에 내부열교환기가 설치된 경우를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템을 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템을 나타내는 사시도,
도 5는 도 3에서 이중관형 내부열교환기를 나타내는 단면도,
도 6은 도 4에서 가변용량형 압축기를 나타내는 단면도,
도 7은 고정용량형 압축기와 가변용량형 압축기의 차속에 따른 압축기 토출온도를 비교한 표,
도 8은 고정용량형 압축기와 가변용량형 압축기의 고속구간(170kph)에서의 토출온도를 비교한 표,
도 9는 압축기의 내부에 오일 분리기 적용 유/무에 따른 토출온도를 비교한 표이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템을 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템을 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 3에서 이중관형 내부열교환기를 나타내는 단면도이고, 도 6은 도 4에서 가변용량형 압축기를 나타내는 단면도이며, 도 7은 고정용량형 압축기와 가변용량형 압축기의 차속에 따른 압축기 토출온도를 비교한 표이고, 도 8은 고정용량형 압축기와 가변용량형 압축기의 고속구간(170kph)에서의 토출온도를 비교한 표이며, 도 9는 압축기의 내부에 오일 분리기 적용 유/무에 따른 토출온도를 비교한 표이다.
본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템은, 압축기(10) -> 응축기(20) -> 내부열교환기(50) -> 팽창밸브(30) -> 증발기(40)를 냉매파이프로 연결하여 구성된다.
먼저, 상기 압축기(Compressor)(10)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(40)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(20)로 토출하게 된다.
상기 응축기(Condenser)(20)는 상기 압축기(10)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브(30)로 토출하게 된다.
상기 팽창밸브(Expansion Valve)(30)는 상기 응축기(20)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(40)로 보내게 된다.
상기 증발기(Evaporator)(40)는 상기 팽창밸브(30)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.
계속해서, 상기 증발기(40)에서 증발하여 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(10)에 흡입되어 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은 차량 공조장치의 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(40)를 통과하면서 증발기(40)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
또한, 상기 내부열교환기(50)는 상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 저온 냉매파이프(P1) 및 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 고온 냉매파이프(P2)를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키게 된다.
이러한 상기 내부열교환기(50)는 상기 저온 냉매파이프(P1)와 고온 냉매파이프(P2)의 특정구간을 이중관구조로 구성하게 되는데, 즉, 상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 저온 냉매파이프(P1)의 특정구간을 나선형으로 형성하여 내측관(55)을 구성하고, 상기 내측관(55)의 외주면에는 원형파이프를 이중관 구조로 결합하여 상기 고온 냉매파이프(P2)와 연결(연통)되는 외측관(51)을 구성하게 된다.
이때, 상기 외측관(51)의 양끝단은 저온 냉매파이프(P1)의 외주면과 용접 등의 방법으로 밀봉된다.
한편, 상기 외측관(51)의 입구(52a)측에는 상기 응축기(20)와 연결된 고온 냉매파이프(P2)가 용접으로 결합되고, 출구(52b)측에는 상기 팽창밸브(30)와 연결된 고온 냉매파이프(P2)가 용접으로 결합된다.
또한, 상기 외측관(51)의 입,출구(52a,52b)측에는 확관부(52)를 형성하여 상기 외측관(51)의 입,출구(52a,52b)측 냉매 유로를 확대함으로써, 상기 외측관(51)의 입구(52a)측과 출구(52b)측의 유로 단면적이 증대되어 냉매가 외측관(51)으로 유입될 때 또는 냉매가 외측관(51)에서 배출될 때 냉매의 압력손실을 최소화하게 된다.
그리고, 상기한 본 발명에 따른 냉방시스템은, 일정 차속 이상일때 상기 압축기(10)의 냉매 토출용량을 저감시켜 압축기(10)로부터 토출되는 냉매의 온도를 저감할 수 있도록 토출냉매 온도저감수단을 구비한다.
상기 토출냉매 온도저감수단은, 토출 냉매량을 가변할 수 있도록 상기 압축기(10)의 사판 경사각을 차속에 따라 가변할 수 있는 가변용량형 압축기(Variable displacement type compressor)(10)로 구성하여, 상기 압축기(10)로부터 일정량 이상의 오일이 포함된 냉매가 압축기(10) 외부로 곧바로 토출되도록 한 것이다.
즉, 이중관형 내부열교환기(50)가 설치된 냉방시스템에서 가변용량형 압축기(10)를 적용한 것이며, 이때, 압축기(10)의 토출 냉매에 함유된 오일량을 증대시키기 위해 내부에 오일 분리기를 구성하지 않은 가변용량형 압축기(10)를 적용한 것이다.
도 6은 내부에 오일 분리기를 구성하지 않은 가변용량형 압축기(10)를 나타낸 단면도로서 간략히 설명하면, 다수의 실린더보어(11a)가 형성된 실린더블록(11)과, 상기 실린더블록(11)의 전방측에 장착되어 내부에 크랭크실(12a)을 형성하는 전방하우징(12)과, 상기 실린더블록(11)의 후방측에 장착되며 내부에 흡입실(13a) 및 토출실(13b)을 갖는 후방하우징(13)과, 상기 실린더블록(11)의 각 실린더보어(11a)에 왕복운동가능하게 삽입되는 다수의 피스톤(14)과, 상기 전방하우징(12) 및 실린더블록(11)에 회전가능하게 설치됨과 아울러 외부의 구동력을 전달받아 회전하는 구동축(15)과, 상기 크랭크실(12a)내에서 구동축(15)상에 설치되는 로터(16)와, 상기 로터(16)와 함께 회전되게 상기 구동축(15)에 설치됨과 아울러 가장자리가 상기 피스톤(14)과 슬라이딩 가능하게 결합되어 토출용량에 따라 상기 구동축(15)에 설치된 각도가 가변되는 사판(17)과, 상기 로터(16)와 사판(17) 사이에 설치되어 상기 로터(16)에 대해 사판(17)이 상기 구동축(15)을 따라 멀어지는 방향으로 탄성력을 발휘하는 탄성스프링(18)을 포함하여 이루어진다.
이러한 가변용량형 압축기(10)는, 상기 크랭크실(12a)내의 압력과 실린더보어(11a)내의 흡입압과의 차압에 대응하여 상기 사판(17)의 경사각이 조절됨으로서 압축기(10)의 토출용량이 가변된다.
도 7은 고정용량형 압축기와 가변용량형 압축기의 차속에 따른 압축기 토출온도를 비교한 표로써, 보는 바와 같이, 이중관형 내부열교환기(50) 적용시 증발기(40)에서 토출된 과열된 냉매가 이중관형 내부열교환기(50)를 거치면서 응축기(20)에서 토출된 고온 고압의 냉매와 추가로 열교환하여 온도가 추가로 상승하기 때문에 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 온도는 이중관형 내부열교환기(50)가 미적용된 냉방시스템 대비 항상 10도 이상 상승하게 됨을 알 수 있다.
이때, 항상 최대(Max) 용량으로 작동하는 고정용량형 압축기 대비 가변용량형 압축기(10) 적용시 고속구간에서의 냉매유량 가변제어에 따른 냉매토출량 감소로 인해 토출온도가 고정용량형 압축기 보다 낮아짐을 알 수 있고, 이처럼 이중관형 내부열교환기(50)가 설치된 냉방시스템에서 가변용량형 압축기(10) 적용시 출구측 냉매파이프 및 압축기(10)의 내구성에 보다 유리하게 되는 것이다.
도 8은 고정용량형 압축기와 가변용량형 압축기의 고속구간(170kph)에서의 토출온도를 비교한 표로써, 보는 바와 같이, 고정용량형 압축기의 경우, 이중관형 내부열교환기(50)를 미적용한 상태에서 128.4℃까지 상승하게 되며, 이 상태에서 이중관형 내부열교환기(50) 적용시 압축기(10) 토출온도는 140℃까지 상승하게 되어 압축기(10)의 내구성 및 압축기(10) 출구측 냉매파이프의 내구성 악화가 우려된다.
여기서, 가변용량형 압축기(10) 적용시에는 악조건인 고속조건(170kph)에서 이중관형 내부열교환기(50)를 적용하더라도 압축기(10)의 냉매유량 가변제어에 따른 냉매토출량 감소로 인해 고정용량형 압축기 대비하여 토출온도가 현저히 떨어짐을 알 수 있다.
아울러, 가변용량형 압축기(10) 적용시, 이중관형 내부열교환기(50)를 적용하는 경우 및 적용하지 않는 경우 모두 냉매 토출온도를 낮출수 있다.
이처럼, 도 7 및 도 8의 시험결과와 같이, 이중관형 내부열교환기(50)가 설치된 냉방시스템에서 가변용량형 압축기(10) 적용시, 고정용량형 압축기 대비 토출온도가 낮아지게 되므로 출구측 냉매파이프의 내구성 및 압축기(10)의 내구성을 보다 향상시킬 수 있는 것이다.
도 9는 압축기의 내부에 오일 분리기 적용 유/무에 따른 토출온도를 비교한 표로써, 보는 바와 같이, 압축기(10)의 내부에 오일 분리기 적용 유/무에 따른 압축기(10) 토출온도는 차속 100kph 기준으로 오일 분리기 미적용 상태 대비 오일 분리기 적용시 약 6.1℃ 상승하게 됨을 알 수 있다.
이처럼, 압축기(10) 내부에 오일 분리기를 적용할 경우 압축기(10)의 토출온도 상승량이 증가하므로, 결국 이중관형 내부열교환기(50)가 적용된 냉방시스템에서는 압축기(10)의 토출온도 상승을 방지하기 위해서 오일 분리기가 없는 가변용량형 압축기(10)를 적용해야 한다는 결론이 나오게 되는 것이다.
즉, 내부에 오일 분리기가 없는 가변용량형 압축기(10)에서는, 압축기(10)에서 토출되는 냉매에 일정량 이상의 오일이 함유되어 있기 때문에 토출냉매에 함유된 오일량이 증대되게 된다. 따라서 압축기(10)의 토출냉매에 함유된 오일량이 증대될 경우 오일이 토출냉매의 온도를 그만큼 더 떨어뜨리기 때문에 압축기(10) 출구측 냉매파이프의 내구성 및 압축기(10)의 내구성을 보다 향상시키게 되는 것이다.
이와 같이, 이중관형 내부열교환기(50)가 적용된 냉방시스템에서는 내부에 오일 분리기가 없는 가변용량형 압축기(10)를 적용하는 것이 제조원가 및 부품수를 절감할 수 있고 압축기(10)의 토출온도 저감에도 유리한 것이다.
그리고, 상기에서는 이중관형 내부열교환기(50)가 적용된 냉방시스템에 오일분리기가 없는 가변용량형 압축기(10)를 적용하는 경우에 대해서만 설명하였지만, 상기한 냉방시스템에 별도의 외장형 오일분리기(미도시)도 적용하지 않는 것이 바람직하다.
한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 통상적으로 압축기의 내부에 구성되는 오일분리기는, 압축기 내부로 흡입되는 냉매에 함유된 오일을 분리하기 위해서 압축기의 내부에 별도의 오일저장공간을 형성하고, 상기 오일저장공간에 오일이 원활하게 저장될 수 있도록 하는 구조를 추가하여 구성된 것이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템의 작용을 설명하기로 한다.
먼저, 상기 가변용량형 압축기(10)에서 압축되어 배출되는 고온/고압의 기상 냉매는 상기 응축기(20)로 유입되고, 상기 응축기(20)로 유입된 기상냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 응축되면서 고온/고압의 액상 냉매로 상변화 한 후, 상기 이중관형 내부열교환기(50)의 외측관(51)내로 유입된다.
상기 외측관(51)내로 유입된 고온/고압의 냉매는 외측관(51)을 유동하는 과정에서 상기 증발기(40)에서 배출되어 내측관(55)을 유동하는 저온/저압의 냉매와 상호 열교환을 수행한 후, 상기 팽창밸브(30)로 유입되어 감압/팽창 된다.
상기 팽창밸브(30)에서 감압/팽창된 냉매는 저온/저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(40)로 유입되고, 상기 증발기(40)로 유입된 냉매는 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.
이후, 상기 증발기(40)에서 배출된 저온/저압의 냉매는 상기 이중관형 내부열교환기(50)의 내측관(55)을 유동하는 과정에서 상기 외측관(51)을 유동하는 고온/고압의 냉매와 상호 열교환을 수행하여 과열도가 더 증가하게 된다.
계속해서, 상기 이중관형 내부열교환기(50)의 내측관(55)을 통과하면서 과열도가 더 증가한 냉매는 상기 가변용량형 압축기(10)로 흡입된다.
상기 가변용량형 압축기(10)로 흡입된 냉매는 압축되면서 고온/고압 상태가 되어 토출되는데, 이때 상기 가변용량형 압축기(10)의 내부에는 오일분리기가 구성되어 있지 않으므로 압축기(10)에서 토출되는 냉매에 함유된 오일량을 증대되게 된다.
이와 같이, 이중관형 내부열교환기(50)가 적용된 냉방시스템에서 가변용량형 압축기(10)를 적용하되, 오일분리기가 없는 가변용량형 압축기(10)를 적용함으로써, 냉매유량 가변제어에 따른 냉매토출량 감소로 인해 토출냉매의 온도가 고정용량형 압축기 보다 낮아짐과 동시에 토출냉매에 함유된 오일량이 증대되어 토출냉매의 온도를 그만큼 더 떨어뜨리기 때문에 압축기(10) 출구측 냉매파이프의 내구성 및 압축기(10)내 부품들의 내구성을 보다 향상시키게 된다.
10: 가변용량형 압축기 20: 응축기
30: 팽창밸브 40: 증발기
50: 내부열교환기 51: 외측관
52: 확관부 55: 내측관
P1: 저온 냉매파이프 P2: 고온 냉매파이프

Claims (4)

  1. 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기(10); 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20); 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브(30); 상기 팽창밸브(30)로부터 유입되는 냉매를 증발시키는 증발기(40)를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서,
    상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 저온 냉매파이프(P1) 및 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 고온 냉매파이프(P2)를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(50)를 포함하며,
    일정 차속 이상일 때 상기 압축기(10)의 냉매 토출용량을 저감시켜 압축기(10)로부터 토출되는 냉매의 온도를 저감할 수 있도록 토출냉매 온도저감수단을 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출냉매 온도저감수단은, 토출 냉매량을 가변할 수 있도록 상기 압축기(10)의 사판 경사각을 차속에 따라 가변할 수 있는 가변용량형 압축기(10)로 구성하여, 상기 압축기(10)로부터 일정량 이상의 오일이 포함된 냉매가 압축기(10) 외부로 곧바로 토출되도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 압축기(10)는,
    외부의 구동력을 전달받아 회전하는 구동축(15)에 설치되는 로터(16)와,
    상기 로터(16)와 함께 회전되게 상기 구동축(15)에 설치되고 토출용량에 따라 상기 구동축(15)에 설치된 각도가 가변되는 사판(17)과,
    상기 로터(16)와 사판(17) 사이에 설치되어 상기 로터(16)에 대해 사판(17)이 상기 구동축(15)을 따라 멀어지는 방향으로 탄성력을 발휘하는 탄성스프링(18)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부열교환기(50)는, 상기 저온 냉매파이프(P1)의 특정구간에 구성되는 내측관(55)과, 상기 내측관(55)의 외주면에 이중관 구조로 결합됨과 아울러 상기 고온 냉매파이프(P2)와 연결되는 외측관(51)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
KR1020100000733A 2010-01-06 2010-01-06 차량용 에어컨의 냉방시스템 KR101170613B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100000733A KR101170613B1 (ko) 2010-01-06 2010-01-06 차량용 에어컨의 냉방시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100000733A KR101170613B1 (ko) 2010-01-06 2010-01-06 차량용 에어컨의 냉방시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110080481A KR20110080481A (ko) 2011-07-13
KR101170613B1 true KR101170613B1 (ko) 2012-08-02

Family

ID=44919384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100000733A KR101170613B1 (ko) 2010-01-06 2010-01-06 차량용 에어컨의 냉방시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101170613B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101925551B1 (ko) * 2012-02-29 2018-12-05 한온시스템 주식회사 자동차용 공조장치의 냉각시스템
KR101487204B1 (ko) * 2012-12-26 2015-01-29 한라비스테온공조 주식회사 차량용 공조장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008082294A (ja) 2006-09-28 2008-04-10 Mitsubishi Electric Corp 圧縮機および冷媒回路装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008082294A (ja) 2006-09-28 2008-04-10 Mitsubishi Electric Corp 圧縮機および冷媒回路装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110080481A (ko) 2011-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101873595B1 (ko) 캐스케이드 히트펌프 장치 및 그 구동 방법
KR101639814B1 (ko) 냉장 및 냉동 복합 공조시스템
US9003818B2 (en) Heat pump type hot water supply apparatus
JP5241872B2 (ja) 冷凍サイクル装置
US9243827B2 (en) Chiller system including an oil separator and ejector connection
KR20070067121A (ko) 냉동장치
KR20070102621A (ko) 보조냉각기를 이용한 ｈｖａｃ 시스템
US20150267930A1 (en) Air conditioner
EP2057870A1 (en) Air conditioning system for communication equipment
CN102037292A (zh) 制冷循环
JP2007218460A (ja) 冷凍サイクル装置および保冷庫
KR20090029891A (ko) 이중관형 내부 열교환기
KR101170613B1 (ko) 차량용 에어컨의 냉방시스템
JP2008116167A (ja) 冷凍サイクル装置
JP5163161B2 (ja) 暖房用補助ユニットおよび空気調和装置
JP2007051788A (ja) 冷凍装置
KR20100128515A (ko) 차량용 에어컨의 냉방시스템
KR20100020795A (ko) 이중관형 내부 열교환기
KR20070039282A (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
JP2014149103A (ja) 冷凍サイクル装置
KR20120090538A (ko) 이중관형 내부 열교환기
CN107804142B (zh) 一种热泵系统、电动汽车及其热泵控制方法
JP3966262B2 (ja) 冷凍冷蔵庫
CN106996653B (zh) 空调
KR101544878B1 (ko) 차량용 에어컨의 냉방시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150604

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160620

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170621

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190610

Year of fee payment: 8