KR101510121B1 - 차량용 공조시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 공조시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기를 일체형으로 구성하거나 또는 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터를 일체형으로 구성함으로써, 냉매라인을 최소화 및 단순화하여 조립공정 감소에 따른 원가절감에 기여하고 에너지의 손실도 줄일 수 있는 차량용 공조시스템에 관한 것이다.
이에 본 발명은 압축기(10), 가스쿨러(20), 팽창수단(40), 증발기(30)를 순환하도록 냉매라인을 구성하는 차량용 공조시스템에 있어서, 상기 팽창수단(40)은, 상기 가스쿨러(20)의 출구라인(20b)과 연결되는 제1고압유로(42) 및 상기 증발기(30)의 입구라인(30a)과 연결되는 제2고압유로(43)가 각각 관통형성된 팽창블럭(41)(41a)과, 상기 팽창블럭(41)(41a)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 제1고압유로(42)를 유동하는 냉매의 온도 또는 압력에 따라 상기 제2고압유로(43)의 개도를 조절하는 팽창밸브(40a)를 포함하여 이루어지며, 상기 팽창블럭(41)(41a)의 일측에는 상기 제1고압유로(42)에서 제2고압유로(43)로 유동하는 고압냉매와 상기 증발기(30)에서 상기 압축기(10)로 유동하는 저압냉매를 열교환시키는 내부열교환기(49)가 일체로 구비되는 것을 특징으로 한다.
공조시스템, 팽창수단, 팽창밸브, 내부열교환기, 어큐뮬레이터

Description

차량용 공조시스템{Air-conditining system for vehicle}
본 발명은 차량용 공조시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기를 일체형으로 구성하거나 또는 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터를 일체형으로 구성함으로써, 냉매라인을 최소화 및 단순화하여 조립공정 감소에 따른 원가절감에 기여하고 에너지의 손실도 줄일 수 있는 차량용 공조시스템에 관한 것이다.
일반적으로 프레온가스로 불리는 CFC냉매는 오존층을 파괴하는 것으로 알려져 국내외적으로 환경문제로 대두되고 있고, 이를 최소화할 수 있는 새로운 대체 냉매를 선진국을 중심으로 개발하여 가전제품에 적용하고 있다..
상기와 같은 대체 냉매중에 이산화탄소(CO2)는 우수한 안정성, 무취, 무독, 비부식성, 비연소, 비폭발성의 물질로써 윤활유와 양호한 상용성을 가지고 있고, 다른 냉매에 비해 가스의 비체적이 작아서 소형 공조시스템 제작이 용이한 장점이 있다.
또한, 이산화탄소의 가장 큰 특징으로는 높은 증기압력과 낮은 임계온도를 가지는 것이다.
상기의 높은 증기압력과 낮은 임계온도를 가지는 특성에 의해 이산화탄소 냉매시스템에서는 임계압력보다 낮은 압력에서 열을 흡수하고, 임계압력보다 높은(초임계상태) 압력에서 열을 방출하는 초임계싸이클을 구성하며, 주요 구성요소로는 압축기, 가스 쿨러, 내부열교환기, 팽창밸브, 증발기 등으로 이루어져 있다.
도 1 은 상기 구성요소들에 의한 이산화탄소용 공조시스템을 나타낸 구성도로써, 냉매순환과정은 압축기(5)-가스쿨러(1)-내부열교환기(6)-팽창밸브(2)-증발기(3)-어큐뮬레이터(4)-내부열교환기(6)-압축기(5)로 순환하게 된다. 여기서, 상기 어큐뮬레이터(4)는 증발기(3)에서 배출된 기상냉매 중에 포함된 액상냉매를 제거하여 압축기(5)에 기상냉매만을 공급하는 기능을 하게 된다.
상기 초임계 냉매시스템의 효율은 가스쿨러(1) 영역의 제어에 의해 영향을 받으므로 가스쿨러(1) 출구냉매의 온도 및 압력을 감지하여 교축시의 냉매유량을 제어하는 것이 필요하며, 즉, 상기 팽창밸브(2)는 시스템이 최적 효율을 내기 위해 적정 온도 및 압력을 유지할 수 있도록 가스쿨러(1) 출구냉매의 온도 및 압력을 감지하여 교축시 냉매유량을 제어하게 된다. 아울러, 일반적으로 최적의 성적계수를 갖기 위해서는 가스쿨러(1) 출구 냉매의 온도를 최대한 낮게 해야 하므로 가스쿨러(1) 출구측 냉매와 증발기(3) 출구측 냉매를 상호 열교환시켜 주는 내부열교환기(6)가 필수적으로 필요하다.
상기 내부열교환기(6)는 가스쿨러(1) 출구의 고압냉매를 증발기(3) 출구측의 저온 저압의 냉매와 열교환시켜 팽창밸브(2)에 유입되는 냉매의 엔탈피를 낮춤으로 써 등엔탈피 과정을 겪는 교축과정 이후의 증발기(3) 입,출구에서의 엔탈피 차이를 크게하여 에어컨 성능을 극대화 할 수 있으며, 상기 어큐뮬레이터(4) 이후의 저온 저압의 냉매를 가열함으로써 상기 압축기(5) 입구측의 과열도를 높여 액냉매 유입으로 인한 압축기(5)의 고장을 방지할 수 있다.
그러나, 종래의 차량용 공조시스템은 상기 팽창밸브(2) 및 내부열교환기(6) 뿐만아니라 어큐뮬레이터(4)가 각각 별개의 부품으로 냉매라인상에 연결 설치됨으로써, 제조원가가 상승함과 아울러 냉매라인이 복잡해지고 길어져서 에너지의 손실이 증가하는 문제가 있었다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기를 일체형으로 구성하거나 또는 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터를 일체형으로 구성함으로써, 냉매라인을 최소화 및 단순화하여 조립공정 감소에 따른 원가절감에 기여하고 에너지의 손실도 줄일 수 있는 차량용 공조시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 압축기, 가스쿨러, 팽창수단, 증발기를 순환하도록 냉매라인을 구성하는 차량용 공조시스템에 있어서, 상기 팽창수단은, 상기 가스쿨러의 출구라인과 연결되는 제1고압유로 및 상기 증발기의 입구라인과 연결되는 제2고압유로가 각각 관통형성된 팽창블럭과, 상기 팽창블럭의 내부에 설치됨과 아울러 상기 제1고압유로를 유동하는 냉매의 온도 또는 압력에 따라 상기 제2고압유로의 개도를 조절하는 팽창밸브를 포함하여 이루어지며, 상기 팽창블럭의 일측에는 상기 제1고압유로에서 제2고압유로로 유동하는 고압냉매와 상기 증발기에 서 상기 압축기로 유동하는 저압냉매를 열교환시키는 내부열교환기가 일체로 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 따르면, 상기 팽창수단과 내부열교환기를 일체형으로 구성하거나 또는 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터를 일체형으로 구성함으로써, 냉매라인을 최소화 및 단순화하여 조립공정 감소에 따른 원가절감에 기여하고 에너지의 손실도 줄일 수 있으며, 공조시스템을 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있다.
또한, 상기 팽창블럭내에 팽창밸브가 내장됨과 아울러 상기 팽창블럭의 일측에는 내부열교환기가 일체로 구비됨으로써, 상기 가스쿨러를 통과한 냉매의 온도 또는 압력에 따라 상기 증발기로 유입되는 냉매의 양을 조절하여 공조시스템의 효율을 최적화 할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 종래와 동일한 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조시스템을 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기가 일체형으로 구성된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 4는 도 3에서의 A-A선 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조시스템은, 이산 화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템으로써, 압축기(10), 가스쿨러(20), 팽창수단(40)/내부열교환기(49), 증발기(30), 어큐뮬레이터(50)를 냉매라인으로 연결하여 구성된다.
즉, 냉매는 압축기(10) -> 가스쿨러(20) -> 팽창수단(40)/내부열교환기(49) -> 증발기(30) -> 어큐뮬레이터(50) -> 팽창수단(40)/내부열교환기(49) -> 압축기(10)로 순환하게 된다.
여기서, 상기 어큐뮬레이터(50)는 상기 증발기(30)의 출구측과 상기 내부열교환기(49)의 사이에 설치되지만, 이러한 어큐뮬레이터(50)는 선택적으로 설치되는 것으로써 삭제할 수도 있다.
이러한 본 발명에 따른 차량용 공조시스템은 상기 팽창수단(40)과 내부열교환기(49)를 일체형으로 구성한 것으로써, 먼저, 상기 팽창수단(40)을 상세히 설명하기로 한다.
상기 팽창수단(40)은, 팽창블럭(41)과 팽창밸브(40a)으로 이루어진다.
상기 팽창블럭(41)은 일정한 두께 및 형태로 형성됨과 아울러 상기 가스쿨러(20)의 출구라인(20b)과 연결되는 제1고압유로(42)가 양단을 관통하여 형성되며, 또한 상기 팽창블럭(41)에는 상기 제1고압유로(42)의 일측에 일정간격 이격되며 상기 증발기(30a)의 입구라인과 연결되는 제2고압유로(43)가 관통 형성된다.
여기서, 상기 제2고압유로(43)는 "L"자형태로 형성하였다.
그리고, 상기 팽창블럭(41)의 내부에는 상기 제1,2고압유로(42)(43)의 사이 에 상기 팽창밸브(40a)가 삽입 설치되도록 상기 제1,2고압유로(42)(43)의 사이를 연통시키는 삽입공(44)이 형성되며, 상기 삽입공(44)에 상기 팽창밸브(40a)가 삽입 설치되는 것이다.
여기서, 상기 삽입공(44)은 상기 팽창블럭(41)의 일측면에 상기 제1고압유로(42)와 직각방향으로 형성하되, 상기 팽창블럭(41)의 일측면에서부터 상기 제1고압유로(42) 및 제2고압유로(43)에까지 관통하여 제1,2고압유로(42)(43)를 연통시키게 된다. 또한, 상기 삽입공(44)에는 상기 팽창밸브(40a)가 삽입 장착된 후 이 삽입공(44)의 입구를 실링할 수 있도록 밀봉캡(40d)이 설치되어 상기 팽창블럭(41)의 냉매 누설을 방지한다.
그리고, 상기 팽창밸브(40a)는 상기 팽창블럭(41)의 삽입공(44)내에 설치됨과 아울러 상기 제1고압유로(42)를 유동하는 냉매의 온도 또는 압력에 따라 상기 제2고압유로(43)의 개도를 조절하게 된다.
이러한 상기 팽창밸브(40a)는 상기 제1고압유로(42)를 유동하는 냉매의 온도 또는 압력을 감지하여 수축 또는 팽창하는 감온부(40b)와, 상기 감온부(40b)의 수축 또는 팽창에 따라 상기 증발기(30)로 공급되는 냉매량을 조절하도록 상기 제2고압유로(43)의 개도량을 제어하는 밸브부(40c)를 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 감온부(40b)는 상기 팽창블럭(41)의 제1고압유로(42)상에 장착되며, 상기 밸브부(40c)는 상기 감온부(40b)의 수축 또는 팽창시 상기 감온부(40b)와 연동하여 상하 이동하면서 상기 제2고압유로(43)를 통과하는 냉매량을 조절하게 된다.
또한, 상기 제2고압유로(43)에는 상기 밸브부(40c)의 상류측과 하류측 부분에 각각 유로의 직경을 축소시킨 유로축소부(43a)가 형성되어 상기 제2고압유로(43)를 통과하는 냉매가 상기 유로축소부(43a)를 통과하는 과정에서 교축작용이 원활히 이루어지게 된다.
이때, 상기 유로축소부(43a)는 상기 밸브부(40c)와 인접하여 형성된다.
이와 같이, 상기 팽창밸브(40a)는 상기 제1고압유로(42)를 통해 유동하는 상기 가스쿨러(20)의 출구측 냉매의 온도 또는 압력에 따라 상기 제2고압유로(43)의 개도를 조절하여 냉매유량을 제어하게 되며, 이에 따라 시스템이 최적 효율을 내기 위한 적정 온도 또는 압력을 유지할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 내부열교환기(49)는 상기 팽창블록(41)의 일측에 일체로 구비되어 상기 제1고압유로(42)에서 제2고압유로(43)로 유동하는 고압냉매와 상기 증발기(30)에서 상기 압축기(10)로 유동하는 저압냉매를 열교환시키게 된다.
여기서, 상기 증발기(30)와 내부열교환기(49)의 사이에 어큐뮬레이터(50)가 설치된 경우에는 상기 제1고압유로(42)에서 제2고압유로(43)로 유동하는 고압냉매와 상기 어큐뮬레이터(50)에서 상기 압축기(10)로 유동하는 저압냉매를 열교환시키게 된다.
또한, 상기 내부열교환기(49)의 설치를 위해 상기 팽창블럭(41)에는 상기 증발기(30)의 출구라인(30b) 또는 상기 어큐뮬레이터(50)의 출구라인(50b)(어큐뮬레이터가 설치된 경우)과 연결되는 제1저압유로(45) 및 상기 압축기(10)의 입구라인(10a)과 연결되는 제2저압유로(46)가 각각 형성된다.
이때, 상기 제2고압유로(43)와 상기 제1저압유로(45)는 상기 팽창블럭(41)의 일측면에 인접하도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 제2고압유로(43)와 상기 제1저압유로(45)를 상기 팽창블럭(41)의 일측면에 인접 배치하게 되면, 상기 증발기(30)의 입,출구에 상기 팽창블럭(41)의 일측면이 직접 장착 가능하게 됨과 동시에 상기 내부열교환기(49)의 내부에서 저압냉매와 고압냉매의 유동방향이 서로 반대방향으로 형성되어 열교환성능이 향상되게 된다.
이러한, 상기 내부열교환기(49)는, 상기 팽창블럭(41)의 일측에 설치됨과 아울러 상기 제1저압유로(45)의 출구와 상기 제2저압유로(46)의 입구를 연결/연통시키는 일정길이의 저압파이프(48)와,
상기 팽창블럭(41)의 일측에 설치되되, 상기 저압파이프(48)와 2중관구조로 구성되며 상기 제1고압유로(42)의 출구와 상기 제2고압유로(43)의 입구를 연결/연통시키는 일정길이의 고압파이프(47)로 이루어진다.
즉, 상기 내부열교환기(49)는 상기 고압파이프(47)가 내측에 위치하고 상기 저압파이프(48)가 외측에 위치하는 2중관구조로 이루어지며, 이때 상기 고압파이프(47)의 일단부는 상기 제1저압유로(45)의 내측으로 삽입되어 상기 제1고압유로(42)의 출구와 연결되고, 타단부는 상기 제2저압유로(46)의 내측으로 삽입되어 상기 제2고압유로(43)의 입구와 연결된다.
한편, 상기 팽창블럭(41)에 관통 형성된 제1,2저압유로(45)(46)는 상기 제1,2고압유로(42)(43)와 연통하지 않으며, 오직 상기 저압파이프(48)와 연통한다.
또한, 상기 내부열교환기(49)의 고압파이프(47)와 저압파이프(48)는 상기 팽 창블럭(41)측에 용접 등으로 일체 접합될 수도 있고, 오링을 이용한 별도의 실링체결구조를 형성하여 결합될 수도 있다.
따라서, 상기 가스쿨러(20)에서 배출되어 상기 제1고압유로(42)를 통해 상기 고압파이프(47)의 내부를 유동하는 고온 고압의 냉매와 상기 증발기(30) 또는 어큐뮬레이터(50)(어큐뮬레이터가 설치된 경우)에서 배출되어 상기 제1저압유로(45)를 통해 상기 저압파이프(48)의 내부를 유동하는 저온 저압의 냉매를 상호 열교환시킴으로써, 교축 전의 고온 고압의 냉매 온도를 낮추고 압축기(10)로 유입되는 냉매의 과열도를 높이게 된다.
또한, 상기 고압파이프(47)의 내부를 유동하면서 열교환된 냉매는 상기 제2고압유로(43)를 통과하면서 교축된 후 상기 증발기(30)로 유입되고, 상기 저압파이프(48)의 내부를 유동하면서 열교환된 냉매는 상기 제2저압유로(46)를 통과한 후 상기 압축기(10)로 유입된다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조시스템의 냉매순환과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 압축기(10)로부터 배출된 고온 고압의 기상냉매가 상기 가스쿨러(20)로 유입되면, 상기 가스쿨러(20)는 유입된 기상냉매를 외기와 열교환시키게 된다.
계속해서, 상기 가스쿨러(20)를 통과한 냉매는 상기 가스쿨러(20)의 출구라인(20b)을 통해 상기 팽창블럭(41)의 제1고압유로(42)측으로 유입되고, 이후 상기 내부열교환기(49)인 상기 고압파이프(47)를 거쳐 상기 제2고압유로(43)측으로 유입 된다.
상기 제2고압유로(43)측으로 유입된 냉매는 상기 팽창밸브(40a)의 교축작용에 의해 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 변한 후 상기 증발기(30)의 입구라인(30a)을 통해 증발기(30)로 유입된다.
이후, 상기 증발기(30)는 유입된 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시키게 되고, 이때 냉매는 증발기(30)에서 증발하여 저온 저압의 냉매가 되어 배출된다.
상기 증발기(30)에서 배출된 저온 저압의 냉매는 상기 증발기(30)의 출구라인(30b)을 따라 상기 어큐뮬레이터(50)를 거치면서 액상냉매가 제거된 후, 상기 어큐뮬레이터(50)의 출구라인(50b)을 통해 상기 팽창블럭(41)의 제1저압유로(45)측으로 유입된다.
이후, 상기 팽창블럭(41)의 제1저압유로(45)로 유입된 냉매는 상기 내부열교환기(49)인 상기 저압파이프(48)를 거쳐 상기 제2저압유로(46)측으로 유입된다.
이 과정에서, 상기 내부열교환기(49)의 고압파이프(47)를 통과하는 고온 고압의 냉매와 상기 내부열교환기(49)의 저압파이프(48)를 통과하는 저온 저압의 냉매가 상호 열교환함으로써, 상기 가스쿨러(20)에서 팽창밸브(40a)(팽창밸브의 밸브부)로 향하는 고온 고압 상태의 냉매의 온도를 낮추고 상기 어큐뮬레이터(50)에서 압축기(10)로 유입되는 저온 저압 상태의 냉매의 과열도를 적정하게 유지하게 되는 것이다.
계속해서, 상기 제2저압유로(46)를 통해 배출된 냉매는 상기 압축기(10)의 입구라인(10a)을 통해 압축기(10)로 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템을 나타내는 구성도이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터가 일체형으로 구성된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터가 일체형으로 구성된 상태를 나타내는 단면도로써, 상기한 제1실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고 반복되는 설명은 생략한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템은, 상기 팽창수단(40)과 내부열교환기(49) 및 어큐뮬레이터(50)까지 일체형으로 구성한 것이다. 즉, 제2실시예는 팽창밸브(40a)와 팽창블럭(41a)으로 이루어진 팽창수단(60)의 일측에 내부열교환기(49)가 일체로 구비되며, 상기 내부열교환기(49)의 내부에 상기 어큐뮬레이터(50)를 설치한 것이다.
따라서, 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템의 냉매 순환경로는, 압축기(10) -> 가스쿨러(20) -> 팽창수단(60)/내부열교환기(49)/어큐뮬레이터(50) -> 증발기(30) -> 팽창수단(60)/내부열교환기(49)/어큐뮬레이터(50) -> 압축기(10)로 순환하게 된다.
먼저, 제2실시예에서의 팽창블럭(41a)은 제1,2고압유로(42)(43) 및 삽입공(44)에 삽입/설치되는 팽창밸브(40a)까지는 상기한 제1실시예에서 설명한 팽창블 럭(41)과 동일한 구조로 이루어지지만, 제2실시예에서는 상기 내부열교환기(49)의 내부에 상기 어큐뮬레이터(50)가 설치됨으로 인해, 상기 팽창블럭(41a)에 형성된 제1저압유로(45a)는 상기 증발기(30)의 출구라인(30b)과 상기 어큐뮬레이터(50)를 연결시키는 통로 역할을 하며, 상기 제1실시예의 팽창블럭(41)에 형성되어 압축기(10)의 입구라인(10a)과 연결되었던 제2저압유로(46)는 제2실시예의 팽창블럭(41a)에서는 삭제된다.
물론, 제2실시예에서는 상기 압축기(10)의 입구라인(10a)과 연결되는 제2저압유로(46a)가 아래에서 설명될 저압통(48a)의 출구측에 형성된다.
즉, 제2실시예의 제1,2저압유로(45a)(46a)는 상기 제1실시예의 제1,2저압유로(45)(46)와 대응하고, 제2실시예의 내부열교환기(49) 구성인 저압통(48a)은 상기 제1실시예의 내부열교환기(49) 구성인 저압파이프(48)와 대응하게 된다.
그리고, 상기 내부열교환기(49)는, 상기 팽창블럭(41a)의 일측에 일체로 형성됨과 아울러 내부에는 상기 팽창블럭(41a)에 형성되는 제1저압유로(45a)를 통해 상기 증발기(30)의 출구라인(30b)과 연결되는 상기 어큐뮬레이터(50)가 설치되고, 출구측에는 상기 어큐뮬레이터(50)에서 배출된 냉매가 상기 압축기(10)의 입구라인(10a)으로 유동하도록 제2저압유로(46a)가 형성된 저압통(48a)과,
상기 제1고압유로(42)의 출구와 상기 제2고압유로(43)의 입구를 연결하되, 상기 저압통(48a)의 내부에서 상기 어큐뮬레이터(50)의 외주면에 접촉하면서 감겨지도록 설치되는 고압파이프(47)로 이루어져, 상기 저압통(48a)의 내부를 유동하는 저압냉매와 상기 고압파이프(47)의 내부를 유동하는 고압냉매를 열교환시키도록 이루어진다.
즉, 상기 제2실시예의 내부열교환기(49) 구조를 보면 알수 있듯이, 상기 제1,2고압유로(42)(43)를 연결하는 상기 고압파이프(47)를 상기 제1,2저압유로(45a)(46a)를 연결하는 저압통(48a)이 감싸도록 구성되어 상기 고압파이프(47)의 내부를 유동하는 냉매와 상기 저압통(48a)의 내부를 유동하는 냉매를 상호 열교환시키게 되며, 이러한 구조는 상기 제1실시예의 내부열교환기(49) 구조를 그대로 응용한 것이다.
한편, 상기 고압파이프(47)는 상기 어큐뮬레이터(50)의 외주면 상단에서부터 하단까지 감겨지게 되며, 하단까지 감겨진 후에는 상기 어큐뮬레이터(50)의 기액분리통(51)의 외주면에 세로방향으로 형성된 수용홈(51a)을 통해 상기 제2고압유로(43)의 입구측과 연결된다.
그리고, 상기 어큐뮬레이터(50)는, 내부가 비어있는 기액분리통(51)과,
상기 팽창블럭(41a)에 형성된 제1저압유로(45a)와 상기 기액분리통(51) 내부의 상부측을 연통시켜 상기 증발기(30)에서 배출된 저압냉매를 상기 기액분리통(51)의 내부로 유입하는 유입관(52)과,
상기 유입관(52)을 통해 유입되는 저압냉매를 비산시켜 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하도록 상기 유입관(52)의 하단에 일체로 형성되는 기액분리 플레이트(54)와,
상기 기액분리통(51) 내부의 상부측과 상기 저압통(48a)의 내부를 연통시켜 상기 기액분리통(51) 내부의 기상 냉매를 상기 저압통(48a)의 내부로 배출하는 배출관(53)을 포함하여 이루어진다.
한편, 상기 유입관(52)을 통해 상기 기액분리통(51)의 내부로 유입되는 냉매는 상기 기액분리 플레이트(54)와 부딪혀 비산되고, 이에따라 상기 냉매에 포함된 액상냉매는 기액분리통(51)의 내벽면을 타고 아래로 흘러내려 기액분리통(51)의 바닥에 고이게 되는데, 이때 바닥에 고이는 액상냉매에는 압축기(10)의 윤활을 위한 오일도 포함되어 있다. 일반적으로 오일은 냉매에 잘 용해되어 혼합되지만 액상냉매의 비중이 오일보다 높기 때문에 기온이 낮을 경우 오일은 액상냉매보다 낮은 곳에 고이게 된다.
따라서, 상기 기액분리통(51)의 내부에는 바닥에서부터 오일층, 액상냉매층, 기상냉매층으로 구분되게 된다. 이때, 상기 배출관(53)은 도면에서와 같이 "U"자 형태로 형성되어 배출관(53)의 입구는 상기 기상냉매층 영역에 위치하는 것이 바람직하고, 상기 배출관(53)의 밴딩된 하단부는 상기 오일층 영역에 위치하는것이 바람직하며, 상기 배출관(53)의 출구는 상기 기액분리통(51)의 상단, 즉, 상기 제2저압유로(46a)의 반대쪽을 향해 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기액분리통(51)의 바닥에 저류하고 있는 오일을 압축기(10)로 복귀시키기 위하여 기액분리통(51)의 바닥에 저류하는 오일 영역에 놓인 상기 배출관(53)의 하단부에 오일홀(53a)이 형성되고, 상기 오일홀(53a)의 둘레에는 이물질이 유입되지 않도록 필터(53b)가 설치된다. 따라서, 상기 기액분리통(51)의 바닥에 저류하는 있는 오일은 상기 오일홀(53a)을 통해 상기 배출관(53)의 내부로 유입된 후 상기 배출관(53)의 내부를 유동하는 기상냉매와 함께 상기 저압통(48a)의 내부로 배출되고 이후 상기 제2저압유로(46a)를 거쳐 압축기(10)로 공급될 수 있는 것 이다.
이와 같이, 제2실시예에서는 상기 팽창블럭(41a)의 일측에 일체로 형성된 저압통(48a)의 내부에 상기 어큐뮬레이터(50)를 설치함과 동시에 상기 어큐뮬레이터(50)의 외주면에 상기 고압파이프(47)를 감겨지게 설치함으로써, 상기 고압파이프(47)와 상기 저압통(48a)(제1실시예의 저압파이프 역할)이 제1실시예의 2중관구조 내부열교환기(49)와 같은 역할을 하게 되어 상기 고압파이프(47)의 내부를 유동하는 고압냉매와 상기 저압통(48a)을 통해 상기 어큐뮬레이터(50)에서 압축기(10)로 유동하는 저압냉매가 상호 열교환하게 되는 것이다.
따라서, 제2실시예는 상기 팽창밸브(40a)와 내부열교환기(49) 및 어큐뮬레이터(50)까지 일체형으로 구성함으로써, 냉매라인의 구성 및 길이를 더욱 감소할 수 있고, 이에따라 에너지 손실도 더욱 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템의 냉매순환과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 압축기(10)로부터 배출된 고온 고압의 기상냉매가 상기 가스쿨러(20)로 유입되면, 상기 가스쿨러(20)는 유입된 기상냉매를 외기와 열교환시키게 된다.
계속해서, 상기 가스쿨러(20)를 통과한 냉매는 상기 가스쿨러(20)의 출구라인(20b)을 통해 상기 팽창블럭(41a)의 제1고압유로(42)측으로 유입되고, 이후 상기 내부열교환기(49)인 상기 고압파이프(47)를 따라 유동하면서 상기 제2고압유로(43)측으로 유입된다.
상기 제2고압유로(43)측으로 유입된 냉매는 상기 팽창밸브(40a)의 교축작용에 의해 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 변한 후 상기 증발기(30)의 입구라인(30a)을 통해 증발기(30)로 유입된다.
이후, 상기 증발기(30)는 유입된 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시키게 되고, 이때 냉매는 증발기(30)에서 증발하여 저온 저압의 냉매가 되어 배출된다.
상기 증발기(30)에서 배출된 저온 저압의 냉매는 상기 증발기(30)의 출구라인(30b)을 통해 상기 팽창블럭(41a)의 제1저압유로(45a)측으로 유입되고, 이후 상기 유입관(52)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(50)의 기액분리통(51) 내부로 유입된다.
상기 기액분리통(51)의 내부로 유입된 냉매는 제일 먼저 상기 기액분리 플레이트(54)와 부딪치게 되고, 이때 기상냉매와 액상냉매가 분리되면서 액상냉매가 기액분리통(51)의 바닥에 고이게 됨으로써 순수한 기상냉매만 상기 배출관(53)을 통해 상기 저압통(48a)의 내부 상부측으로 배출된다.
이후, 상기 저압통(48a)의 내부 상부측으로 배출된 냉매는, 상기 저압통(48a)의 하부측으로 유동하여 상기 제2저압유로(46a)로 배출된 후 상기 압축기(10)의 입구라인(10a)을 통해 압축기(10)로 유입된다.
이 과정에서, 상기 내부열교환기(49)인 상기 고압파이프(47)를 통과하는 고온 고압의 냉매와 상기 저압통(48a)의 내부를 유동하는 저온 저압의 냉매가 상호 열교환함으로써, 상기 가스쿨러(20)에서 팽창밸브(40a)(팽창밸브의 밸브부)로 향하는 냉매의 온도를 낮추고, 상기 어큐뮬레이터(50)에서 압축기(10)로 유입되는 냉매 의 과열도를 높이게 되는 것이다.
여기서, 상기 고압파이프(47)는 상기 어큐뮬레이터(50)의 기액분리통(51) 외주면에 감겨져 있기 때문에 상기 고압파이프(47)의 내부를 유동하는 고온 고압의 냉매는 상기 어큐뮬레이터(50) 내부의 저온 저압의 냉매 뿐만아니라 상기 배출관(53)을 통해 배출되어 상기 저압통(48a)의 내부를 유동하는 저온 저압의 냉매와도 상호 열교환하게 된다. 물론, 상기 저압통(48a)의 내부를 유동하는 저온 저압의 냉매와 열교환을 더 많이하게 된다.
한편, 상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 이산화탄소를 냉매로 이용한 공조시스템에 대해서만 설명하였으나, 여기에 한정되지 않고 HFC 계열의 냉매를 포함한 다른 냉매를 이용한 공조시스템에도 적용 가능하다.
도 1은 일반적인 이산화탄소용 공조시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조시스템을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기가 일체형으로 구성된 상태를 나타내는 사시도,
도 4는 도 3에서의 A-A선 단면도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템을 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터가 일체형으로 구성된 상태를 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 공조시스템에서 팽창수단과 내부열교환기 및 어큐뮬레이터가 일체형으로 구성된 상태를 나타내는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
20: 가스쿨러 30: 증발기
40,60: 팽창수단
40a: 팽창밸브 40b: 감온부
40c: 밸브부 40d: 밀봉캡
41,41a: 팽창블럭 42: 제1고압유로
43: 제2고압유로 43a: 유로축소부
44: 삽입공
45,45a: 제1저압유로 46,46a: 제2저압유로
47: 고압파이프 48: 저압파이프
48a: 저압통 49: 내부열교환기
50: 어큐뮬레이터 51: 기액분리통
52: 유입관 53: 배출관
54: 기액분리플레이트

Claims (13)

  1. 압축기(10), 가스쿨러(20), 팽창수단(40), 증발기(30)를 순환하도록 냉매라인을 구성하는 차량용 공조시스템에 있어서,
    상기 팽창수단(40)은, 상기 가스쿨러(20)의 출구라인(20b)과 연결되는 제1고압유로(42) 및 상기 증발기(30)의 입구라인(30a)과 연결되는 제2고압유로(43)가 각각 관통형성된 팽창블럭(41a)과, 상기 팽창블럭(41a)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 제1고압유로(42)를 유동하는 냉매의 온도 또는 압력에 따라 상기 제2고압유로(43)의 개도를 조절하는 팽창밸브(40a)를 포함하여 이루어지며,
    상기 팽창블럭(41a)의 일측에는 상기 제1고압유로(42)에서 제2고압유로(43)로 유동하는 고압냉매와 상기 증발기(30)에서 상기 압축기(10)로 유동하는 저압냉매를 열교환시키는 내부열교환기(49)가 일체로 구비되고,
    상기 내부열교환기(49)는, 상기 팽창블럭(41a)의 일측에 일체로 형성됨과 아울러 내부에는 상기 팽창블럭(41a)에 형성되는 제1저압유로(45a)를 통해 상기 증발기(30)의 출구라인(30b)과 연결되는 어큐뮬레이터(50)가 설치되고, 출구측에는 상기 어큐뮬레이터(50)에서 배출된 냉매가 상기 압축기(10)의 입구라인(10a)으로 유동하도록 제2저압유로(46a)가 형성된 저압통(48a)과, 상기 제1고압유로(42)의 출구와 상기 제2고압유로(43)의 입구를 연결하되, 상기 저압통(48a)의 내부에서 상기 어큐뮬레이터(50)의 외주면에 접촉하면서 감겨지도록 설치되는 고압파이프(47)로 이루어져, 상기 저압통(48a)의 내부를 유동하는 저압냉매와 상기 고압파이프(47)의 내부를 유동하는 고압냉매를 열교환시키도록 이루어지며,
    상기 어큐뮬레이터(50)는, 내부가 비어있는 기액분리통(51)과, 상기 팽창블럭(41a)에 형성된 제1저압유로(45a)와 상기 기액분리통(51) 내부의 상부측을 연통시켜 상기 증발기(30)에서 배출된 저압냉매를 상기 기액분리통(51)의 내부로 유입하는 유입관(52)과, 상기 유입관(52)을 통해 유입되는 저압냉매를 비산시켜 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하도록 상기 유입관(52)의 하단에 일체로 형성되는 기액분리 플레이트(54)와, 상기 기액분리통(51) 내부의 상부측과 상기 저압통(48a)의 내부를 연통시켜 상기 기액분리통(51) 내부의 기상 냉매를 상기 저압통(48a)의 내부로 배출하는 배출관(53)을 포함하여 이루어지되,
    상기 배출관(53)의 출구는 상기 제2저압유로(46a)의 반대쪽을 향해 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창블럭(41a)에는 상기 제1,2고압유로(42)(43)의 사이에 상기 팽창밸브(40a)가 삽입 설치되도록 삽입공(44)이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 삽입공(44)에는 상기 팽창밸브(40a)가 삽입 장착된 후, 이 삽입공(44)을 실링할 수 있도록 밀봉캡(40d)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창밸브(40a)는 냉매의 온도 또는 압력을 감지하여 수축 또는 팽창하는 감온부(40b)와, 상기 감온부(40b)의 수축 또는 팽창에 따라 상기 증발기(30)로 공급되는 냉매량을 조절하도록 상기 제2고압유로(43)의 개도량을 제어하는 밸브 부(40c)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 감온부(40b)는 상기 팽창블럭(41)의 제1고압유로(42)상에 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
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