KR101403437B1 - 유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치에 관한것으로써, 더욱 상세하게는 히터코어와 냉각수 공급수단을 연결하는 파이프상에 설치된 유량조절밸브내에서 냉각수의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브를 구성함에 있어서 회전축의 양측에 판스프링을 구비하여 방향전환밸브를 구성함으로써, 하나의 방향전환밸브를 사용함에 따라 전체 구조를 단순화 할 수 있음은 물론 저항을 줄이고 방향전환밸브의 구동에 필요한 부품수도 줄일 수 있어서 제조비용을 절감할 수 있으며, 아울러 냉각수의 온도변화에 의한 변형을 흡수하여 방향전환밸브의 고착을 방지할 수 있는 유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치에 관한 것이다.

Description

유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치{Flow Control Valve And Air conditioner for Vehicle using the same}
본 발명은 유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치에 관한것으로써, 더욱 상세하게는 히터코어와 냉각수 공급수단을 연결하는 냉각수 순환파이프상에 설치되어 냉각수의 유동방향을 전환하는 유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 공조장치는 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자의 전후방 시야가 확보될 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품으로, 이러한 공조장치는 통상 난방장치와 냉방장치를 동시에 갖추고 있어서 외기나 내기를 선택적으로 도입한 후 이 공기를 가열 또는 냉각시켜 차량의 실내에 송풍함으로써 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 환기하게 된다.
이러한 공조장치는, 송풍기 유니트, 증발기 유니트 및 히터코어 유니트의 독립적인 구조에 따라, 상기 3개의 유니트들이 독립적으로 구비되는 쓰리 피스 타입(Three Piece Type)과, 증발기 유니트 및 히터코어 유니트가 공조케이스에 내장되고 송풍기 유니트가 별도의 유니트로 구비되는 세미 센터 타입(Semi-Center type)과, 그리고 상기 3개의 유니트가 모두 공조케이스에 내장되는 센터마운팅 타입(Center Mounting Type)으로 대별할 수 있다.
최근에는 환경을 보호하고 차량 엔진의 연비 향상을 위하여, 교통 신호 대기 등과 같은 정차시에 엔진(또는 구동모터)을 자동적으로 정지시키는 차량(하이브리드 차량이나 전기자동차)이 실용화되고 있다.
그러나, 공조장치에서 냉동사이클을 구성하는 압축기(미도시)는 대체로 차량 엔진(또는 구동모터)에 의하여 구동되는데, 전술한 하이브리드 차량이나 전기자동차에서는 엔진이 정지될 때마다 압축기도 정지되어 에어컨이 오프 되며, 이 경우 여름철에 냉방용 증발기의 온도가 상승하여 차량 실내로 토출되는 공기의 온도도 급격히 상승하여 탑승자에게 불쾌감을 주는 문제가 있었다.
상기한 문제를 해결하기 위한 축냉 공조장치가 개발되고 있으며, 도 1를 참조하여 설명하면, 상기 축냉 공조장치(1)는, 입구측에 송풍장치(20)가 설치되고, 출구측에는 각각 모드도어(16)에 의하여 개도가 조절되는 디프로스트 벤트(12a), 페이스 벤트(12b) 및 플로어 벤트(12c)가 형성된 공조케이스(10)와, 상기 공조케이스(10)에 내장되는 증발기(2) 및 히터코어(3)와; 상기 증발기(2)와 히터코어(3)의 사이에 설치됨과 아울러 냉풍과 온풍의 혼합양을 조절하여 온도를 조절하는 온도조절도어(15)를 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 히터코어(3)에 연결된 입,출구파이프(4)에는 히터코어(3)로 공급되는 냉각수 유량을 제어하는 유량제어밸브(5)가 설치되어, 난방모드시에는 엔진으로부터 공급되는 뜨거운 냉각수를 히터코어(3)로 순환시키고, 냉방모드시에는 냉각수의 공급을 차단하게 된다.
아울러, 냉방모드시에는 상기 히터코어(3) 내부에 정체된 냉각수는 축냉재로 사용되는데, 즉, 냉방모드는 축냉모드로서 증발기(2)를 거친 차가운 냉기 중 일부는 차실내로 바로 토출되고 일부는 히터코어(3)를 통과하도록 하여 히터코어(3)내의 냉각수와 열교환하면서 냉각수를 차갑게 냉각(축냉)시키게 된다.
그리고, 엔진 정지시는 방냉모드로서, 작동정지된 증발기(2)를 거친 공기가 상기 히터코어(3)를 통과하도록 하여 히터코어(3)내의 차가운 냉각수와 열교환시키므로 엔진 정지로인해 증발기(2)가 정지하더라도 차실내로 차가운 공기를 계속 공급할 수 있게 되고, 탑승자의 불쾌감을 방지하게 된다.
또한, 상기 유량제어밸브(5)는, 복수개의 냉각수 출입구(52)가 형성된 밸브본체(51)와, 상기 밸브본체(51)의 내부에 회전가능하게 설치되어 밸브본체(51)의 내부로 공급된 냉각수의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(60)로 이루어진다.
여기서, 상기 밸브본체(51)의 내부에는 밸브본체(51) 내부를 4등분하는 4개의 격벽(55,56,57,58)이 형성되고, 상기 4개의 격벽(55,56,57,58)에는 각각 냉각수가 통과하도록 통공(55a,56a,57a,58a)이 형성되어 있다.
또한, 상기 방향전환밸브(60)는 플랫타입(flat type) 도어 형태로 구성됨과 아울러 상기 4등분된 밸브본체(51) 내부에 대각선방향으로 2개가 설치된다.
따라서, 도 2와 같이, 최대냉방모드시에는 상기 2개의 방향전환밸브(60)가 수직으로 형성된 2개 격벽(55,56)의 통공(55a,56a)을 각각 폐쇄함으로써, 엔진으로부터 공급되는 뜨거운 냉각수는 히터코어(3)로 공급되지 못하고 밸브본체(51)내에서 리턴하여 다시 엔진으로 순환하게 되며, 이때 히터코어(3)측 냉각수는 별도의 워터펌프(미도시)를 통해 순환하게 된다.
최대난방모드시에는 상기 2개의 방향전환밸브(60)가 수평으로 형성된 2개 격벽(57,58)의 통공(57a,58a)을 각각 폐쇄함으로써, 엔진으로부터 공급되는 뜨거운 냉각수는 히터코어(3)를 통과한 후 엔진으로 순환하게 된다.
온도조절모드시에는 상기 2개의 방향전환밸브(60) 중 1개의 방향전환밸브(60)는 1개의 수평 격벽(58)의 통공(58a)을 폐쇄하고, 다른 1개의 방향전환밸브(60)는 다른 1개의 수평 격벽(57)의 통공(57a)과 수직 격벽(56)의 통공(56a)을 모두 개방함으로써, 엔진으로부터 공급되는 뜨거운 냉각수 중 일부는 밸브본체(51)내에서 리턴하여 다시 엔진으로 순환하게 되고, 일부는 히터코어(3)를 통과한 후 엔진으로 순환하게 된다.
그러나, 상기 종래의 유량조절밸브(5)는, 최대냉방모드, 최대난방모드, 온도조절모드와 같은 공조모드를 수행하기 위해 2개의 방향전환밸브(60)를 설치해야 함으로써, 2개의 방향전환밸브(60)를 구동하기 위한 아암(미도시), 로드(미도시), 액츄에이터(미도시) 등 모든 부품이 2개씩 필요하기 때문에 부품수 증가로 인해 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
또한, 상기 2개의 방향전환밸브(60)를 각각 따로 구동해야 하기 때문에 구조가 복잡함은 물론 그에 따른 저항도 증가하는 문제도 있었다.
아울러, 상기 밸브본체(51)의 내부를 순환하는 냉각수의 온도변화에 의해 상기 2개의 방향전환밸브(60)가 변형될 경우 상기 방향전환밸브(60)가 밸브본체(51)의 내측면에 고착되는 문제도 있었다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 히터코어와 냉각수 공급수단을 연결하는 냉각수 순환파이프상에 설치된 유량조절밸브내에서 냉각수의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브를 구성함에 있어서 회전축의 양측에 판스프링을 구비하여 방향전환밸브를 구성함으로써, 하나의 방향전환밸브를 사용함에 따라 전체 구조를 단순화 할 수 있음은 물론 저항을 줄이고 방향전환밸브의 구동에 필요한 부품수도 줄일 수 있어서 제조비용을 절감할 수 있으며, 아울러 냉각수의 온도변화에 의한 변형을 흡수하여 방향전환밸브의 고착을 방지할 수 있는 유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수개의 냉각수 출입구가 형성된 밸브본체와, 상기 밸브본체의 내부에 회전가능하게 설치되어 밸브본체의 내부로 공급된 냉각수의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브를 포함하여 이루어진 유량조절밸브에 있어서, 상기 방향전환밸브는, 상기 밸브본체의 내부에 회전 가능하게 결합되는 회전축과, 상기 회전축을 중심으로 그 양측에 구비됨과 아울러 상기 밸브본체의 내주면에 탄력적으로 접촉하여, 회전위치에 따라 냉각수의 유동방향을 전환하는 탄성밸브판을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 일측에 공기유입구가 형성되고 타측에는 복수개의 공기토출구가 형성된 공조케이스와, 상기 공조케이스의 내부에 공기유동방향을 따라 순차적으로 일정간격 이격되어 설치되는 증발기 및 히터코어와, 상기 히터코어와 냉각수 공급수단을 연결하는 파이프상에 설치됨과 아울러 공조모드에 따라 상기 파이프를 순환하는 냉각수의 유동방향을 전환하는 상기 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 유량조절밸브와, 상기 증발기를 통과한 공기 중 일부가 상기 히터코어를 바이패스하도록 상기 히터코어 일측의 공조케이스내에 형성되는 바이패스 통로 및 상기 바이패스 통로의 개도를 조절하도록 설치되는 바이패스 도어를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 히터코어와 냉각수 공급수단을 연결하는 냉각수 순환파이프상에 설치된 유량조절밸브의 밸브본체 내부에 센터 피봇 타입으로 구성된 하나의 방향전환밸브를 설치하되, 판스프링을 곡면 형태로 형성하여 방향전환밸브를 구성함으로써, 하나의 방향전환밸브를 사용함에 따라 전체 구조를 단순화 할 수 있음은 물론 저항을 줄일 수 있고, 방향전환밸브의 구동에 필요한 부품수도 줄일 수 있어서 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 곡면의 판스프링을 사용하여 방향전환밸브를 구성함으로써, 냉각수의 온도변화 등 주위의 변형을 흡수할 수 있는 등 다양한 변형에 유동적으로 대응이 가능하여 방향전환밸브의 고착을 방지하고 본래의 역할을 유지할 수 있다.
도 1은 종래의 축냉 공조장치를 나타내는 단면도,
도 2는 도 1의 유량조절밸브를 공조모드별로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 유량조절밸브를 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 유량조절밸브를 나타내는 분해사시도,
도 5는 도 4에서 방향전환밸브의 다른 실시예를 나타내는 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방모드를 나타내는 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 난방모드를 나타내는 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 온도조절모드를 나타내는 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 나타내는 사시도,
도 10은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대냉방모드를 나타내는 단면도,
도 11은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대냉방모드 중 엔진 정지시를 나타내는 단면도,
도 12는 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대난방모드를 나타내는 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대난방모드 중 엔진 정지시를 나타내는 단면도,
도 14는 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 온도조절모드를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 유량조절밸브(200)는, 복수개의 냉각수 출입구가 형성된 밸브본체(210)와, 상기 밸브본체(210)의 내부에 회전가능하게 설치되어 밸브본체(210)의 내부로 공급된 냉각수의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(220)를 포함하여 이루어진다.
상기 밸브본체(210)는, 원통 형태로 형성됨과 아울러 하부는 밀폐되고, 상부는 상기 방향전환밸브(220)를 설치할 수 있도록 개방되게 형성된다.
이때, 상기 밸브본체(210)의 개방된 상부에는 커버(230)가 탈착가능하게 결합된다.
즉, 상기 밸브본체(210)의 내부에 상기 방향전환밸브(220)를 설치한 후, 상기 커버(230)를 밸브본체(210)의 상부에 결합하여 밀폐하게 된다.
그리고, 상기 복수개의 냉각수 출입구는 상기 밸브본체(210)의 외주면에 형성되어 밸브본체(210)의 내부와 연통하며, 상기 방향전환밸브(220)의 회전축(221)을 중심으로 서로 일정각도 이격되게 형성된다.
이때, 상기 복수개의 냉각수 출입구는 90도 간격으로 4개가 형성된다.
상기 복수개의 냉각수 출입구는, 냉각수 공급수단(170)으로부터 상기 밸브본체(210)내로 냉각수를 공급하기 위해 형성된 공급포트(211)와, 상기 밸브본체(210)내의 냉각수를 상기 냉각수 공급수단(170)으로 회수하기 위해 형성된 회수포트(212)와, 상기 밸브본체(210)내의 냉각수를 히터코어(120)로 공급하기 위해 형성된 출구포트(213)와, 상기 히터코어(120)를 순환한 냉각수를 밸브본체(210)내로 배출하기 위해 형성된 입구포트(214)로 이루어진다.
이러한 상기 복수개의 냉각수 출입구는, 상기 밸브본체(210)의 외주면에 시계방향으로 공급포트(211), 출구포트(213), 입구포트(214), 회수포트(212) 순으로 형성된다.
또한, 상기 공급포트(211)와 밸브본체(210)의 연결부분에는, 후술하는 방향전환밸브(220)의 탄성밸브판(225)이 상기 공급포트(211)와 동일선상에 위치할 때, 즉 온도조절모드시 상기 공급포트(211)를 통해 공급되는 냉각수를 상기 출구포트(213)와 회수포트(212)로 원활하게 분기할 수 있도록 냉각수 분기챔버(215)가 형성된다.
상기 냉각수 분기챔버(215)는 상기 공급포트(211)의 단면적을 증대시킨 것이다. 이때, 상기 냉각수 분기챔버(215)의 폭은 후술하는 탄성밸브판(225)의 실링부(228) 폭 보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 공급포트(211) 및 회수포트(212)는 상기 냉각수 공급수단(170)과 연결되고, 상기 출구포트(213)는 히터코어(120)의 입구파이프(121)와 연결되며, 상기 입구포트(214)는 히터코어(120)의 출구파이프(122)와 연결된다.
한편, 상기 냉각수 공급수단(170)은, 차량내에서 냉각수를 순환시키는 장치이다. 즉, 엔진의 냉각을 위해 냉각수를 순환시키는 장치가 될 수도 있고, 또는 하이브리드 차량, 전기자동차의 경우에는 모터나 배터리 또는 전장품 등을 냉각시키기 위해 냉각수를 순환시키는 장치가 될 수도 있다.
그리고, 상기 방향전환밸브(220)는, 구조를 단순화하기 위해 상기 밸브본체(210)의 내부에 하나의 센터 피봇 타입(Center Pivot Type) 회전식 도어를 설치하되, 냉각수의 온도변화 등에 따른 변형을 흡수하도록 구성한 것이다.
이러한 상기 방향전환밸브(220)는, 상기 밸브본체(210)의 내부에 회전 가능하게 결합되는 회전축(221)과, 상기 회전축(221)을 중심으로 그 양측에 구비됨과 아울러 상기 밸브본체(210)의 내주면에 탄력적으로 접촉하여, 회전위치에 따라 냉각수의 유동방향을 전환하는 탄성밸브판(225)으로 구성된다.
상기 회전축(221)은 상기 밸브본체(210)의 밀폐된 하부와, 밸브본체(210)의 상부에 결합된 커버(230)에 회전가능하게 결합되며, 이때 상기 회전축(221)의 상단부는 밸브본체(210)의 커버(230) 외측으로 돌출되어 구동수단(240)과 연결되고, 회전축(221)의 하단부는 밸브본체(210)의 밀폐된 하부에 회전가능하게 지지된다.
상기 구동수단(240)은, 밸브본체(210)의 외측에 액츄에이터를 설치하여 상기 회전축(221)과 직접 연결시킴으로써 회전축(221)을 회전 구동시킬 수 있다. 이때, 상기 회전축(221)과 액츄에이터는 직접 연결할 수도 있으나, 상기 회전축(221)과 액츄에이터의 사이에 아암이나 캠 등을 추가 설치하여 연결할 수도 있다.
상기 탄성밸브판(225)은, 판스프링 재질로 형성되는 것으로서, 상기 회전축(221)에 고정 결합되는 고정부(226)와, 상기 밸브본체(210)의 내주면에 슬라이딩 가능하게 접촉하는 실링부(228)와, 상기 고정부(226)와 실링부(228)를 연결함과 아울러 상기 실링부(228)가 밸브본체(210)의 내주면에 탄력적으로 접촉하도록 탄성력을 제공하는 곡면부(227)로 이루어진다.
즉, 상기 탄성밸브판(225)은, 냉각수의 온도변화 등에 따른 변형을 흡수할 수 있도록 판스프링을 곡면 형태로 형성한 것이다. 여기서, 상기 탄성밸브판(225)은 냉각수의 온도변화 뿐만 아니라 주변의 온도변화나 밸브본체(210)의 변형 등과 같은 다양한 변형에 유동적으로 대응이 가능하여 본래의 역할을 유지할 수 있으며, 특히 축냉 및 축열시스템과 같은 온도 변화에 민감한 구조에 사용하면 더욱 좋다.
상기 실링부(228)는 상기 원통형 밸브본체(210)의 내주면에 원활하게 밀착되도록 밸브본체(210)의 내주면과 동일 곡률로 형성된다.
이때, 상기 실링부(228)의 끝단부에는, 상기 밸브본체(210)의 내주면을 따라 슬라이딩하는 과정에서 상기 복수개의 냉각수 출입구와 연결되는 면에 걸리는 것을 방지할 수 있도록, 상기 밸브본체(210)의 안쪽방향(회전축 방향)으로 벤딩된 걸림방지부(228a)가 형성된다.
상기 곡면부(227)는 탄성밸브판(225)에서 탄성을 제공하는 부분으로서, 적어도 하나의 변곡점을 갖는 곡면으로 형성하는 것이 바람직하다. 도면에서는 탄성밸브판(225)을 "S"자 형태로 형성한 것만 도시하였으나, 곡면부(227)의 변형을 통해 다양한 변형이 가능하다.
또한, 상기 탄성밸브판(225)을 상기 회전축(221)을 중심으로 그 양측에 구비되는데, 이때 도 4와 같이 상기 탄성밸브판(225)을 단일로 제작한 후, 탄성밸브판(225)을 상기 회전축(221)의 결합홈(222)에 끼움 결합하여 탄성밸브판(225)의 중심부가 회전축(221)에 위치하도록 구성 할 수도 있고, 또는 도 5와 같이 상기 탄성밸브판(225)을 2개로 분할 제작한 후, 각각의 탄성밸브판(225)을 상기 회전축(221)의 결합홈(222) 양측에 끼움 결합하여 구성 할 수도 있다.
한편, 상기 회전축(221)은 합성수지재로 형성되고, 상기 탄성밸브판(225)은 판스프링 재질로 형성되므로, 상기 회전축(221)의 사출 성형시 상기 탄성밸브판(225)을 이중사출하여 일체로 구성할 수도 있다.
이와 같이, 상기 밸브본체(210)의 내부에 센터 피봇 타입으로 구성된 하나의 방향전환밸브(220)를 설치하되, 상기 판스프링을 곡면 형태로 형성하여 방향전환밸브(220)를 구성함으로써, 하나의 방향전환밸브(220)를 사용함에 따라 전체 구조를 단순화 할 수 있음은 물론 저항을 줄일 수 있고, 방향전환밸브(220)의 구동에 필요한 부품수도 줄일 수 있어서 제조비용을 절감할 수 있다.
특히, 곡면의 판스프링을 사용함으로써, 냉각수의 온도변화 등 주위의 변형을 흡수할 수 있는 등 다양한 변형에 유동적으로 대응이 가능하여 방향전환밸브(220)의 고착을 방지하고 본래의 역할을 유지할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 나타내는 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대냉방모드를 나타내는 단면도이며, 도 11은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대냉방모드 중 엔진 정지시를 나타내는 단면도이고, 도 12는 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대난방모드를 나타내는 단면도이며, 도 13은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 최대난방모드 중 엔진 정지시를 나타내는 단면도이고, 도 14는 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 온도조절모드를 나타내는 단면도이다.
상기 차량용 공조장치(100)는 일측에 공기유입구(111)가 형성되고 타측에는 복수개의 공기토출구가 형성됨과 아울러 내부에는 상기 공기유입구(111)와 복수개의 공기토출구를 연통하는 공기통로가 형성된 공조케이스(110)와, 상기 공조케이스(110) 내부의 공기통로상에 공기유동방향을 따라 순차적으로 일정간격 이격되어 설치됨과 아울러 에어컨시스템의 냉매가 순환하는 증발기(104) 및 엔진 냉각수가 순환하는 히터코어(120)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 에어컨시스템은 압축기(101), 응축기(102), 팽창밸브(103), 증발기(104)를 냉매파이프(105)로 연결하여 구성되며, 냉방모드시 상기 압축기(101)의 가동으로 냉매가 압축기(101), 응축기(102), 팽창밸브(103), 증발기(104)를 순환하게 되고, 이 과정에서 상기 증발기(104)를 통과하는 공기가 증발기(104)내의 차가운 냉매와 열교환하여 냉각된 후 상기 공조케이스(110)의 공기토출구를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 된다.
또한, 상기 공조케이스(110)의 공기유입구(111)에는 내기 또는 외기를 송풍하는 송풍장치(미도시)가 설치된다.
한편, 상기 복수개의 공기토출구는 각각 모드 도어(113)에 의하여 개폐된다.
또한, 상기 증발기(104)를 통과한 공기 중 일부가 상기 히터코어(120)를 바이패스하도록 상기 히터코어(120) 일측의 공조케이스(110)내에는 바이패스 통로(131)가 형성되고, 상기 바이패스 통로(131)의 개도를 조절하도록 바이패스 도어(130)가 설치된다.
이때, 상기 바이패스 통로(131)는 상기 히터코어(120)의 상부측에 형성된다.
상기 히터코어(120)와 상기 냉각수 공급수단(170)을 연결하는 파이프상에는 공조모드에 따라 상기 파이프를 순환하는 냉각수의 유동방향을 전환하는 유량조절밸브(200)가 설치된다.
상기 유량조절밸브(200)의 세부 구성은 앞서 설명하였으므로 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 유량조절밸브(200)의 복수개 냉각수 출입구 중, 상기 공급포트(211) 및 회수포트(212)는 상기 냉각수 공급수단(170)과 연결되고, 상기 출구포트(213)는 히터코어(120)의 입구파이프(121)와 연결되며, 상기 입구포트(214)는 히터코어(120)의 출구파이프(122)와 연결된다.
한편, 상기 히터코어(120)의 입구파이프(121) 또는 출구파이프(122)에는 워터펌프(160)와, 물탱크(150)와, 판형열교환기(140)가 설치될 수 있다. 도면에서는 히터코어(120)의 입구파이프(121)측에 워터펌프(160)와, 물탱크(150)와, 판형열교환기(140)를 설치하였다.
여기서, 상기 유량조절밸브(200)가 냉각수 공급수단(170)과 히터코어(120) 사이의 냉각수 흐름를 차단할 경우, 상기 워터펌프(160)와, 물탱크(150), 판형열교환기(140), 히터코어(120)를 냉각수가 순환하는 폐회로가 형성되며, 이때 상기 워터펌프(160)는 이러한 폐회로에서 냉각수를 순환시키는 역할을 하게 된다.
상기 물탱크(150)는, 냉각수를 일정량 저장하여 냉각수의 용량을 증가시키게 된다. 상기 물탱크(150)로 인해 냉각수 용량이 증가되면, 그 만큼 축냉 또는 축열 용량도 증가하게 되어 엔진 정지시 냉,난방 지속시간을 더욱 증가시킬 수 있게 된다.
상기 판형열교환기(140)에는 상기 히터코어(120)의 입구파이프(121) 또는 출구파이프(122)가 연결됨은 물론 상기 증발기(104)측 냉매파이프(105a)와도 연결된다. 따라서, 상기 히터코어(120)를 순환하는 냉각수와 상기 증발기(104)에서 배출된 냉매가 판형열교환기(140)를 통해 상호 열교환하게 된다.
즉, 상기 판형열교환기(140)를 통해 냉매로 냉각수를 냉각시킴으로서 상기 냉각수가 신속하게 축냉되어 축냉 속효성이 향상되며, 축냉 속효성이 향상되면, 탑승자에게 보다 신속한 축냉 효과를 제공하여 냉방성능을 향상하게 된다.
한편, 상기 판형열교환기(140)의 구조는 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 유량조절밸브 및 이를 이용한 차량용 공조장치의 작용을 설명하기로 한다.
가. 최대냉방모드시(도 10참조),
최대냉방모드시에는 상기 유량조절밸브(200)의 방향전환밸브(220)가 공급포트(211)와 출구포트(213)의 사이에 위치하도록 작동하게 되고, 이로인해, 상기 공급포트(211)와 회수포트(212)가 연통되고, 출구포트(213)와 입구포트(214)가 연통되게 된다.
따라서, 냉각수 공급수단(170)(엔진측)으로부터 히터코어(120)로 공급되는 냉각수를 완전히 차단하게 되며, 이로인해 냉각수 공급수단(170)을 순환하는 냉각수와 히터코어(120)를 순환하는 냉각수가 분리되게 된다.
이때, 상기 냉각수 공급수단(170)으로부터 공급되는 냉각수는 공급포트(211)를 통해 밸브본체(210)내로 공급되고, 이후 밸브본체(210)내에서 유턴하여 회수포트(212)를 통해 냉각수 공급수단(170)으로 다시 복귀하게 된다.
또한, 상기 워터펌프(160)가 가동되어 상기 히터코어(120)내의 냉각수가 상기 물탱크(150)와 판형열교환기(140)를 순환하게 된다.
한편, 상기 바이패스 도어(130)는 바이패스 통로(131)를 개방하게 된다.
계속해서, 송풍장치에 의해 공조케이스(110)의 공기유입구(111)를 통해 유입된 공기는, 상기 증발기(104)를 통과하는 과정에서 냉각되고, 이 냉풍 중 일부는 바이패스 통로(131)를 통해 히터코어(120)를 바이패스 하고, 일부는 히터코어(120)를 통과한 후, 공기토출모드에 따라 모드도어(113)에 의해 개방된 공기토출구를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 된다.
상기의 과정에서 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 냉풍이 히터코어(120)를 통과하면서 히터코어(120)내의 냉각수를 냉각시키게 되어, 냉각수가 차가워진 상태가 된다.
이때, 상기 워터펌프(160)에 의해 도 10과 같은 순환경로를 따라 상기 히터코어(120)내의 차가운 냉각수가 상기 물탱크(150)와 판형열교환기(140)를 순환하게 되면서, 물탱크(150) 및 판형열교환기(140)내에 저장된 냉각수도 차가워지게 되어 축냉하게 된다.
아울러, 상기 증발기(104)의 출구측 냉매파이프(105a)가 상기 판형열교환기(140)와 연결되기 때문에, 상기 증발기(104)의 출구측 냉매파이프(105a)를 유동하는 차가운 냉매와 상기 판형열교환기(140)내의 냉각수가 상호 열교환하게 되면서 판형열교환기(140)내의 냉각수가 더욱 신속하게 차가워져 신속한 축냉이 가능하고 그만큼 축냉효율도 향상되게 된다.
나. 최대냉방모드 중 엔진 정지시(도 11참조),
최대냉방모드 상태로 주행중에 신호 대기시 또는 정차시 차량의 엔진이 정지될 경우, 압축기(101)도 정지되면서 에어컨이 오프되게 되는데, 이때 증발기(104)의 온도가 상승하기 때문에 증발기(104)를 통과한 공기의 온도도 급격히 상승할 수 있지만, 이 경우에는 도 11과 같이, 바이패스 도어(130)를 통해 바이패스 통로(131)가 폐쇄되어 증발기(104)를 통과한 공기 전체가 히터코어(120)를 통과하게 된다.
이때, 상기 워터펌프(160)는 계속 가동하여 물탱크(150) 및 판형열교환기(140)내에 저장되어 있던 차가운 냉각수를 히터코어(120)로 순환시키게 된다.
따라서, 증발기(104)를 통과하면서 상승한 공기의 온도가 히터코어(120)내의 차가운 냉각수에 의해 다시 하강하게 되므로, 냉방 상태를 지속할 수 있고 차량 실내로 토출되는 공기의 온도가 급격히 상승하는 것을 방지할 수 있으며, 이로인해 탑승자의 불쾌감을 방지할 수 있는 것이다.
다. 최대난방모드시(도 12참조),
최대난방모드시에는 상기 유량조절밸브(200)의 방향전환밸브(220)가 공급포트(211)와 회수포트(212)의 사이에 위치하도록 작동하게 되고, 이로인해, 상기 공급포트(211)와 출구포트(213)가 연통되고, 회수포트(212)와 입구포트(214)가 연통되게 된다.
따라서, 냉각수 공급수단(170)(엔진측)으로부터 공급되는 뜨거운 냉각수가 히터코어(120)를 순환한 후, 다시 냉각수 공급수단(170)으로 복귀하게 된다. 이때, 엔진(160) 가동중의 최대난방모드시에는 상기 워터펌프(160)가 정지된 상태로 있게 되고. 이 경우 엔진측 워터펌프(미도시)에 의해 냉각수가 히터코어(120)를 순환하게 된다.
물론, 상기 히터코어(120)의 입구파이프(121)측에 설치된 워터펌프(160)를 함께 가동할 수도 있다.
좀더 상세히 설명하면, 상기 냉각수 공급수단(170)으로부터 공급되는 뜨거우 냉각수는 공급포트(211)를 통해 밸브본체(210)내로 공급되고, 이후 상기 출구포트(213)를 통해 물탱크(150), 판형열교환기(140)를 경유하여 히터코어(120)를 통과한 후 상기 입구포트(214)를 통해 밸브본체(210)내로 배출되며, 계속해서 회수포트(212)를 통해 냉각수 공급수단(170)으로 복귀하게 된다.
한편, 상기 바이패스 도어(130)는 바이패스 통로(131)를 폐쇄하게 된다.
따라서, 송풍장치에 의해 공조케이스(110)의 공기유입구(111)를 통해 유입된 공기는, 상기 증발기(104)를 통과하게 되고, 상기 증발기(104)를 통과한 공기는 히터코어(120)를 통과하는 과정에서 히터코어(120)와 열교환을 통해 가열된 후, 공기토출모드에 따라 모드도어(113)에 의해 개방된 공기토출구를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 된다.
상기의 과정에서 냉각수 공급수단(170)(엔진측)으로부터 공급되는 뜨거운 냉각수는 히터코어(120) 뿐만아니라 물탱크(150), 판형열교환기(140)까지 순환한 후 복귀하게 되므로 물탱크(150), 판형열교환기(140)내의 냉각수가 뜨거워지게 되어 축열하게 된다.
라. 최대난방모드 중 엔진 정지시(도 13참조),
최대난방모드 상태로 주행중에 신호 대기시 또는 정차시 차량의 엔진이 정지될 경우, 냉각수 공급수단(170)(엔진측)으로부터 냉각수의 공급도 정지하게 되는데, 이때 히터코어(120)의 온도가 하강하기 때문에 히터코어(120)를 통과한 공기의 온도도 급격히 하강할 수 있지만, 이 경우에는 도 13과 같이, 상기 워터펌프(160)가 가동하게 되어 엔진 정지후에도 뜨거운 상태로 남아있는 엔진측 냉각수와 상기 물탱크(150), 판형열교환기(140)내에 저장되어 있던 뜨거운 냉각수를 히터코어(120)로 순환시키게 된다.
따라서, 최대난방모드 중 엔진이 정지하더라도, 상기 엔진과 물탱크(150) 및 판형열교환기(140)에 저장된 뜨거운 냉각수가 히터코어(120)로 순환하기 때문에 히터코어(120)를 통과하는 공기의 온도가 일정시간 동안은 큰 변화없이 차량 실내로 토출되어 난방을 계속 수행하게 되므로, 차량 실내로 토출되는 공기의 온도가 급격히 하강하는 것을 방지할 수 있고, 이로인해 탑승자의 불쾌감을 방지할 수 있는 것이다.
마. 온도조절모드시(도 14참조)
온도조절모드시에는 상기 유량조절밸브(200)의 방향전환밸브(220)가 공급포트(211)와 동일선상에 위치하도록 작동하게 되고, 이로인해, 상기 공급포트(211)의 일부와 회수포트(212) 및 입구포트(214)가 연통되고, 공급포트(211)의 다른 일부와 출구포트(213)가 연통되게 된다.
따라서, 냉각수 공급수단(170)(엔진측)으로부터 공급되는 뜨거운 냉각수가 상기 공급포트(211)를 통해 밸브본체(210)내로 공급되는데,
이때 상기 공급포트(211)를 통해 공급되는 냉각수 중 일부는 출구포트(213)를 통해 물탱크(150), 판형열교환기(140)를 경유하여 히터코어(120)를 통과한 후 상기 입구포트(214)를 통해 밸브본체(210)내로 배출되며, 계속해서 회수포트(212)를 통해 냉각수 공급수단(170)으로 복귀하게 되고,
상기 공급포트(211)를 통해 공급되는 냉각수 중 나머지는 밸브본체(210)내에서 리턴하여 회수포트(212)를 통해 냉각수 공급수단(170)으로 복귀하게 된다.
또한, 상기 방향전환밸브(220)는 온도조절에 따라 상기 히터코어(120)를 순환하는 냉각수량을 조절하게 된다.
한편, 상기 바이패스 도어(130)는 온도조절에 따라 바이패스 통로(131)의 개도를 조절하게 되고, 상기 워터펌프(160)는 가동된다. 물론, 상기 워터펌프(160)를 정지하고 엔진측 워터펌프만 가동할 수도 있다.
따라서, 송풍장치에 의해 공조케이스(110)의 공기유입구(111)를 통해 유입된 공기는, 상기 증발기(104)를 통과하는 과정에서 냉각되고, 이 냉풍 중 일부는 바이패스 통로(131)를 통해 히터코어(120)를 바이패스 하고, 일부는 히터코어(120)를 통과하면서 가열되어 온풍으로 바뀐 뒤, 상기 히터코어(120)를 바이패스하는 냉풍과 혼합된 후, 공기토출모드에 따라 모드도어(113)에 의해 개방된 공기토출구를 통해 차실내로 토출되어 차실내의 온도를 조절하게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 상기한 유량조절밸브(200)를 세미 센터 타입 공조장치에 적용한 경우에 대해서만 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고, 센터마운팅 타입 공조장치, 쓰리 피스 타입 공조장치, 좌,우 독립제어 공조장치 등 모든 공조장치에 동일한 방법으로 적용할 수 있으며 동일한 효과를 얻을 수 있다.
100: 공조장치 101: 압축기
102: 응축기 103: 팽창밸브
104: 증발기 105,105a: 냉매파이프
110: 공조케이스 111: 공기유입구
112a: 디프로스트 벤트 112b: 페이스 벤트
112c,112d: 플로어 벤트 113: 모드도어
120: 히터코어 121: 입구파이프
122: 출구파이프 130: 바이패스 도어
131: 바이패스 통로 140: 판형열교환기
150: 물탱크 160: 워터펌프
170: 냉각수 공급수단 200: 유량조절밸브
210: 밸브본체 211: 공급포트
212: 회수포트 213: 출구포트
214: 입구포트 215: 분기챔버
220: 방향전환밸브 221: 회전축
225: 탄성밸브판 226: 고정부
227: 곡면부 228:실링부
230: 커버 240: 구동수단

Claims (10)

  1. 복수개의 냉각수 출입구가 형성된 밸브본체(210)와, 상기 밸브본체(210)의 내부에 회전가능하게 설치되어 밸브본체(210)의 내부로 공급된 냉각수의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(220)를 포함하여 이루어진 유량조절밸브에 있어서,
    상기 방향전환밸브(220)는,
    상기 밸브본체(210)의 내부에 회전 가능하게 결합되는 회전축(221)과,
    상기 회전축(221)을 중심으로 그 양측에 구비됨과 아울러 상기 밸브본체(210)의 내주면에 탄력적으로 접촉하여, 회전위치에 따라 냉각수의 유동방향을 전환하는 탄성밸브판(225)을 포함하여 이루어지되,
    상기 탄성밸브판(225)은, 상기 회전축(221)에 고정 결합되는 고정부(226)와, 상기 밸브본체(210)의 내주면에 슬라이딩 가능하게 접촉하는 실링부(228)와, 상기 고정부(226)와 실링부(228)를 연결함과 아울러 상기 실링부(228)가 밸브본체(210)의 내주면에 탄력적으로 접촉하도록 탄성력을 제공하는 곡면부(227)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 곡면부(227)는, 적어도 하나의 변곡점을 갖는 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부(228)의 끝단부에는, 상기 밸브본체(210)의 내주면을 따라 슬라이딩하는 과정에서 걸림을 방지할 수 있도록, 상기 밸브본체(210)의 안쪽방향으로 벤딩된 걸림방지부(228a)가 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성밸브판(225)은, 판스프링 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 냉각수 출입구는, 상기 회전축(221)을 중심으로 서로 일정각도 이격되게 형성됨과 아울러 냉각수 공급수단(170)으로부터 상기 밸브본체(210)내로 냉각수를 공급하기 위해 형성된 공급포트(211)와, 상기 밸브본체(210)내의 냉각수를 상기 냉각수 공급수단(170)으로 회수하기 위해 형성된 회수포트(212)와, 상기 밸브본체(210)내의 냉각수를 히터코어(120)로 공급하기 위해 형성된 출구포트(213)와, 상기 히터코어(120)를 순환한 냉각수를 밸브본체(210)내로 배출하기 위해 형성된 입구포트(214)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 냉각수 출입구는, 상기 밸브본체(210)의 외주면에 시계방향으로 공급포트(211), 출구포트(213), 입구포트(214), 회수포트(212) 순으로 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공급포트(211)와 밸브본체(210)의 연결부분에는, 상기 탄성밸브판(225)이 상기 공급포트(211)와 동일선상에 위치할 때 상기 공급포트(211)를 통해 공급되는 냉각수를 상기 출구포트(213)와 회수포트(212)로 원활하게 분기할 수 있도록 냉각수 분기챔버(215)가 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브본체(210)는 원통 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 유량조절밸브.
  10. 일측에 공기유입구(111)가 형성되고 타측에는 복수개의 공기토출구가 형성된 공조케이스(110)와,
    상기 공조케이스(110)의 내부에 공기유동방향을 따라 순차적으로 일정간격 이격되어 설치되는 증발기(104) 및 히터코어(120)와,
    상기 히터코어(120)와 냉각수 공급수단(170)을 연결하는 파이프상에 설치됨과 아울러 공조모드에 따라 상기 파이프를 순환하는 냉각수의 유동방향을 전환하는 상기 제1항 또는 제3항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 유량조절밸브(200)와,
    상기 증발기(104)를 통과한 공기 중 일부가 상기 히터코어(120)를 바이패스하도록 상기 히터코어(120) 일측의 공조케이스(110)내에 형성되는 바이패스 통로(131) 및 상기 바이패스 통로(131)의 개도를 조절하도록 설치되는 바이패스 도어(130)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
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