KR101631187B1

KR101631187B1 - 팽창밸브

Info

Publication number: KR101631187B1
Application number: KR1020130034027A
Authority: KR
Inventors: 이해준; 안용남
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2016-06-16
Also published as: KR20140118334A

Abstract

본 발명은 팽창밸브에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 증발기의 분리된 2개의 증발부로 각각 냉매를 팽창하여 분배 공급하도록 2개의 오리피스(제1,2오리피스)를 갖는 팽창밸브에서, 상기 제1,2오리피스의 개도를 조절하는 제1,2밸브를 분리 설치하고, 상기 제1,2밸브의 사이에는 상기 제1밸브의 변위량에 따라 제2밸브를 변위시키는 연결수단을 설치함으로써, 저부하(낮은 냉방부하) 조건에서는 제2오리피스를 폐쇄할 수 있게 되어 냉매유량 최소화를 통해 소요동력 최소화 및 연비를 향상할 수 있고, 고부하(높은 냉방부하) 조건에서는 제1,2오리피스로 냉매유량을 분배하므로, 각 부하 조건에 따라 최적의 냉매유량 분배가 가능하여 연비 개선 효과를 극대화 함은 물론 최적의 냉방성능 및 냉방효율을 얻을 수 있는 팽창밸브에 관한 것이다.

Description

팽창밸브{Expansion valve}

본 발명은 팽창밸브에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 증발기의 분리된 2개의 증발부로 각각 냉매를 팽창하여 분배 공급하도록 2개의 오리피스(제1,2오리피스)를 갖는 팽창밸브에서, 상기 제1,2오리피스의 개도를 조절하는 제1,2밸브를 분리 설치하고, 상기 제1,2밸브의 사이에는 상기 제1밸브의 변위량에 따라 제2밸브를 변위시키는 연결수단을 설치한 팽창밸브에 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 냉동사이클은 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 냉매 파이프(5)로 연결되어 이루어지며, 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.

그러나, 상술한 바와 같은 냉동사이클로는 냉방효율을 향상시키는데에 한계가 있기 때문에 도 2와 같이, 다중 증발을 통해 냉방효율을 향상시킨 다중 증발 시스템이 개발되고 있다.

도 2에 도시된 다중 증발시스템은, 2개의 증발기(4a.4b)를 나란히 배치하여 구성한 것으로서, 하나의 기계식 팽창밸브(3)를 통과한 냉매를 분기하여 각각의 증발기(4a,4b)로 공급하도록 한 것이다.

따라서, 공기유동방향으로 상류측에 있는 첫번째 증발기(4a)가 공기를 1차로 냉각하게 되고, 두번째 증발기(4b)는 1차 냉각된 공기를 재차 냉각하게 되므로 냉방효율이 향상되게 되는 것이다.

그러나, 도 2의 다중 증발시스템은, 상기 기계식 팽창밸브(3)에서 팽창된 후 배출된 냉매를 동일하게 분기하여 2개의 증발기(4a,4b)로 각각 공급하게 되고, 이로인해 2개의 증발기(4a,4b)로 공급되는 냉매의 유량을 서로 다르게 조절할 수 없는 문제가 있다.

즉, 공기유동방향으로 상류측에 있는 첫번째 증발기(4a)에는 더운공기가 유입되어 상대적으로 부하가 많이 걸리게 되고, 두번째 증발기(4b)에는 첫번째 증발기(4a)에서 1차 냉각된 공기가 유입되므로 상대적으로 부하가 덜 걸리게 되는데, 이처럼 2개의 증발기(4a,4b)에 걸리는 부하에 따라 각 증발기(4a,4b)로 공급되는 냉매의 유량을 서로 다르게 조절할 필요가 있지만, 도 2와 같은 다중 증발시스템의 팽창밸브(3)로는 2개의 증발기(4a,4b)로 공급되는 냉매의 유량을 서로 다르게 조절할 수 없는 문제가 있다.

따라서, 상기 종래의 팽창밸브(3)를 사용하는 다중 증발시스템으로는 여전히 냉방효율을 향상시키는데 한계가 있었다.

상기 다중 증발시스템의 문제를 해결하기 위해, 본발명의 출원인이 선출한 특허공개번호 제10-2012-0015531호는, 하나의 기계식 팽창밸브를 이용하여 응축기측으로부터 공급된 냉매를 분기하여 각각 팽창시킨 후 제1,2증발부측으로 분배할 때, 샤프트에 의해 변위되는 제1,2밸브를 통해 제1,2오리피스의 개도를 일정비율로 조절하도록 함으로써, 제1,2증발부에 맞는 냉매량을 분배하여 냉방성능을 향상하도록 한 것이다.

그러나, 상기 종래기술은, 샤프트에 구비된 제1,2밸브를 움직여 제1,2증발부로 공급되는 냉매의 분배량을 조절하기 때문에 제1증발부측과 제2증발부측의 냉매 분배가 일정비율(일예로 65:35)로 고정되어 있는데, 즉, 제1,2증발부로 공급되는 냉매의 분배량이 고부하(높은 냉방부하) 조건에 최적인 비율로 냉매를 분배하도록 고정되어 있기 때문에 저부하(낮은 냉방부하) 조건에서는 최적의 냉방성능 및 냉방효율을 얻기가 어려웠다.

또한, 상기 기계식 팽창밸브에서 상기 샤프트에 의해 동시에 동일하게 변위되는 제1,2밸브의 변위량이 작아서 저부하 조건(저 유량 조건)에서 효율적인 유량 조절이 어려우며, 유량 분배 비율도 고정되고 변경이 불가능하여 연비를 개선하는데 한계가 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 증발기의 분리된 2개의 증발부로 각각 냉매를 팽창하여 분배 공급하도록 2개의 오리피스(제1,2오리피스)를 갖는 팽창밸브에서, 상기 제1,2오리피스의 개도를 조절하는 제1,2밸브를 분리 설치하고, 상기 제1,2밸브의 사이에는 상기 제1밸브의 변위량에 따라 제2밸브를 변위시키는 연결수단을 설치함으로써, 저부하(낮은 냉방부하) 조건에서는 제2오리피스를 폐쇄할 수 있게 되어 냉매유량 최소화를 통해 소요동력 최소화 및 연비를 향상할 수 있고, 고부하(높은 냉방부하) 조건에서는 제1,2오리피스로 최적의 냉매유량을 분배하므로, 각 부하 조건에 따라 최적의 냉매유량 분배가 가능하여 연비 개선 효과를 극대화 함은 물론 최적의 냉방성능 및 냉방효율을 얻을 수 있는 팽창밸브를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 공급받는 유입유로와, 상기 유입유로로 공급된 냉매를 분기하여 배출하는 제1,2배출유로와, 상기 유입유로와 제1배출유로의 사이에 형성되어 상기 유입유로에서 상기 제1배출유로로 유동하는 냉매를 팽창시키는 제1오리피스와, 상기 유입유로와 제2배출유로의 사이에 형성되어 상기 유입유로에서 상기 제2배출유로로 유동하는 냉매를 팽창시키는 제2오리피스가 형성된 본체; 상기 본체의 내부에 서로 분리되어 설치됨과 아울러 상기 제1,2오리피스의 개도를 조절하여 상기 제1,2오리피스를 통과하는 냉매의 유량을 조절하는 제1,2밸브; 상기 본체의 내부에 승하강 가능하게 설치되어 상기 제1밸브를 변위시키는 샤프트; 상기 제1,2밸브의 사이에 설치되어 제1,2밸브를 연결함과 아울러 상기 제1밸브의 변위량에 따라 상기 제2밸브를 변위시키는 연결수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 증발기의 분리된 2개의 증발부로 각각 냉매를 팽창하여 분배 공급하도록 2개의 오리피스(제1,2오리피스)를 갖는 팽창밸브에서, 상기 제1,2오리피스의 개도를 조절하는 제1,2밸브를 분리 설치하고, 상기 제1,2밸브의 사이에는 상기 제1밸브의 변위량에 따라 제2밸브를 변위시키는 연결수단을 설치함으로써, 저부하(낮은 냉방부하) 조건에서는 제2오리피스를 폐쇄할 수 있게 되어 냉매유량 최소화를 통해 소요동력 최소화 및 연비를 향상할 수 있고, 고부하(높은 냉방부하) 조건에서는 제1,2오리피스로 최적의 냉매유량을 분배하므로, 각 부하 조건에 따라 최적의 냉매유량 분배가 가능하여 연비 개선 효과를 극대화 함은 물론 최적의 냉방성능 및 냉방효율을 얻을 수 있다.

또한, 상기 제1,2밸브를 연결하는 연결수단인 압축코일스프링의 상수를 조절함으로써, 제2밸브가 초기에 변위되는 시점을 쉽게 변경할 수 있고 제1,2오리피스로 배분되는 냉매유량비도 쉽게 변경할 수 있어 냉매유량 분배의 최적화가 간편하다.

도 1은 일반적인 차량용 에어컨의 냉동사이클을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 다중 증발시스템을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 팽창밸브가 적용되는 차량용 공조장치를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 팽창밸브를 나타내는 단면 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 팽창밸브를 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 팽창밸브에서 제1,2밸브의 변위량(스테핑 모터의 펄스량)에 따른 냉매유량비를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 팽창밸브에서 각 부하별로 스테핑모터 펄스, 샤프트 이동량, 제1,2밸브의 개폐여부 및 변위량, 연결수단(압축코일스프링) 작용을 나타낸 표,
도 8은 본 발명에 따른 팽창밸브에서 저부하 조건시의 냉매흐름을 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 팽창밸브에서 고부하 조건시의 냉매흐름을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 팽창밸브(120)가 적용되는 차량용 공조장치를 간략히설명하면, 압축기(100) -> 응축기(110) -> 팽창밸브(120) -> 증발기(130)를 냉매파이프(105)로 연결하여 구성되며, 상기 증발기(130)는 2개의 증발영역으로 분리하여 제1증발부(131)와 제2증발부(132)로 구성하여 이루어진다.

이때, 상기 응축기(110)에서 배출된 냉매가 상기 팽창밸브(120)에서 분기되어 각각 팽창된 후 상기 제1증발부(131) 및 제2증발부(132)로 공급된다.

이로인해, 상기 팽창밸브(120)와 상기 증발기(130) 사이의 냉매파이프(105)는 병렬로 구성되며, 상기 증발기(130)와 압축기(100) 사이의 일부 구간의 냉매파이프(105)도 병렬로 구성된다.

즉, 상기 응축기(110)에서 배출된 냉매는 상기 상기 팽창밸브(120)에 분기되면서 각각 팽창된 후 상기 제1,2증발부(131,132)로 공급되고, 상기 제1,2증발부(131,132)를 통과면서 증발된 냉매는 다시 합류된 후 상기 압축기(100)로 유입되는 것이다.

상기 압축기(100)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(130)에서 토출된 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(110)로 토출하게 된다.

상기 응축기(110)는 상기 압축기(100)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브(120)로 토출하게 된다.

상기 팽창밸브(120)는, 2개의 오리피스(제1,2오리피스)를 구비한 전자식 팽창밸브로서, 상기 응축기(110)에서 배출된 고온 고압의 액상 냉매를 분기함과 아울러 분기된 냉매를 상기 제1,2오리피스(124a,124b)를 통해 각각 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태가 되게 한 후, 상기 제1증발부(131) 및 제2증발부(132)로 각각 공급하게 된다.

상기 팽창밸브(120)에 대해서는 아래에서 다시 상세히 설명하기로 한다.

한편, 상기 응축기(110)와 팽창밸브(120)의 사이에는 기상과 액상의 냉매를 분리하는 리시버드라이어(미도시)가 설치되어 상기 팽창밸브(120)로 액상의 냉매만 공급될 수 있도록 한다.

상기 증발기(130)는, 상기 팽창밸브(120)내의 제1,2오리피스(124a,124b)를 통과하면서 각각 팽창된 저압의 액상 냉매를 각각 공급받아 블로어(140)를 통해 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.

이러한, 상기 증발기(130)는 상기 제1오리피스(124a)에서 팽창된 냉매를 증발시키는 제1증발부(131)와 상기 제2오리피스(124b)에서 팽창된 냉매를 증발시키는 제2증발부(132)로 구성된다.

이때, 상기 제1,2증발부(131,132)는, 블로어(140)에 의해 송풍되는 공기가 제1,2증발부(131,132)를 순차적으로 통과하는 과정에서 냉각되도록, 상기 제1,2증발부(131,132)를 통과하는 공기의 유동방향으로 서로 중첩되게 배치된다.

또한, 상기 증발기(130)는, 단일의 증발기(130)를 2개의 증발영역으로 분리하여 제1증발부(131)와 제2증발부(132)를 구성할 수도 있고, 단일의 증발기(130)가 아닌 독립된 2개의 증발기로 제1증발부(131)와 제2증발부(132)를 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 블로어를 통해 송풍되는 공기는 상기 제1증발부(131) 및 제2증발부(132)를 순차적으로 통과하게 되는데, 이때, 공조케이스(150)의 내부에서 단일 블로어(140)에 의해 송풍되는 공기의 유동방향으로 상류측에 있는 제1증발부(131)에는 더운공기가 유입되므로 상대적으로 냉방부하가 크게 걸리게 되고, 하류측에 있는 제2증발부(132)에는 제1증발부(131)에서 1차 냉각된 공기가 유입되므로 상대적으로 냉방부하가 작게 걸리게 된다.

또한, 여름철과 같이 냉방성능이 크게 필요하는 고부하 조건과, 저풍량,봄,가을의 제습조건 등과 같이 냉방성능이 크게 필요하지 않는 저부하 조건 등 다양한 조건하에서 상기 제1,2증발부(131,132)에 걸리는 냉방부하는 달라지게 된다.

따라서, 상기 팽창밸브(120)는 단일 샤프트(125)의 작동에 의해 위치가 변위되는 제1,2밸브(126,127)를 통해 제1,2오리피스(124a,124b)의 개도를 조절하여 상기 제1,2증발부(131,132)로 공급되는 냉매 유량이 서로 상이하도록 하게 된다.

이때, 상기 블로어(140)에 의해 송풍되는 공기가 상기 제1,2증발부(131,132)를 순차적으로 통과하게 되므로, 상기 팽창밸브(120)는 상기 제1,2증발부(131,132) 중 공기의 유동방향으로 상류측에 설치된 제1증발부(131)로 공급되는 냉매 유량이 하류측에 설치된 제2증발부(132)로 공급되는 냉매 유량 보다 크도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 상기 팽창밸브(120)에 대해 상세히 설명하기로 한다.

상기 팽창밸브(120)는, 단일의 본체(121)와, 제1,2밸브(126,127)와, 단일의 샤프트(125)와, 연결수단(128)으로 구성된다.

상기 본체(121)는, 응축기(110)측으로부터 냉매를 공급받는 유입유로(122)와, 상기 유입유로(122)로 공급된 냉매를 분기하여 증발기(130)의 제1증발부(131) 및 제2증발부(132)측으로 각각 배출하는 제1,2배출유로(123a,123b)와, 상기 유입유로(122)와 제1배출유로(123a)의 사이에 형성되어 상기 유입유로(122)에서 제1배출유로(123a)로 유동하는 냉매를 팽창시키는 제1오리피스(124a)와, 상기 유입유로(122)와 제2배출유로(123b)의 사이에 형성되어 상기 유입유로(122)에서 상기 제2배출유로(123b)로 유동하는 냉매를 팽창시키는 제2오리피스(124b)가 형성된다.

상기 제1,2오리피스(124a,124b)의 직경은 상기 유입유로(122) 및 제1,2배출유로(123a,123b)의 직경 보다 작게 형성된다. 따라서, 상기 응축기(2)측으로부터 유입유로(122)로 공급된 냉매가 제1,2오리피스(124a,124b)를 통과하면서 제1,2배출유로(123a,123b)로 분기되는 과정에서 각각 팽창되게 된다.

또한, 상기 제1,2배출유로(123a,123b)는 상기 샤프트(125)의 축방향을 따라 상기 유입유로(122)의 상,하측에 배치된다.

즉, 상기 본체(121)의 하부에서부터 제2배출유로(123b), 유입유로(122), 제1배출유로(123a)가 차례로 일정간격 이격되어 적층되는 구조로 형성되되 각 유로의 일단부가 서로 중첩되게 형성되며, 각각의 중첩되는 부위에 상기 제1,2오리피스(124a,124b)가 형성되어 단일의 유입유로(122)를 그 상,하측의 제1,2배출유로(123a,123b)와 연통시키므로 냉매를 두 갈래로 분기하게 된다.

그리고, 상기 제1,2오리피스(124a,124b)는, 상기 샤프트(125)와 동심상에 형성되며, 상기 샤프트(125)의 축방향을 따라 서로 일정간격 이격된다.

아울러, 상기 제1오리피스(124a)는 상기 본체(121)와 일체로 형성되고, 상기 제2오리피스(124b)는 상기 본체(121)의 하부에서부터 본체(121) 내부로 삽입되는 블럭(124c)에 형성된다. 즉, 상기 제2오리피스(124b)가 형성된 블럭(124c)을 상기 본체(121)에 조립하는 구조로 구성함으로써, 상기 제1밸브(126)를 상기 제1오리피스(124a)의 하측에 배치할 수 있는 것이다.

또한, 상기 제1오리피스(124a)의 직경은 제2오리피스(124b)의 직경 보다 크게 형성된다. 즉, 상기 제1증발부(131)가 제2증발부(132) 보다 냉방부하가 크게 걸리기 때문에 상기 제1증발부(131)측으로 냉매 유량이 상대적으로 많이 분배되도록 상기 제1오리피스(124a)의 직경을 제2오리피스(124b)의 직경 보다 크게 형성하는 것이다.

한편, 상기 유입유로(122)는 응축기(2)의 출구측과 냉매파이프(105)로 연결되고, 상기 제1배출유로(123a)는 증발기(130)의 제1증발부(131)와 냉매파이프(105)로 연결되며, 상기 제2배출유로(123b)는 증발기(130)의 제2증발부(132)와 냉매파이프(105)로 연결된다.

또한, 상기 유입유로(122)와 제1,2배출유로(123a,123b)가 이루는 각도는 도면과 같이 180도 뿐만아니라 90도로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 제1,2밸브(126,127)는, 상기 본체(121)의 내부에 서로 분리되어 설치됨과 아울러 상기 제1,2오리피스(124a,124b)의 개도를 조절하여 제1,2오리피스(124a,124b)를 통과하는 냉매의 유량을 조절하게 된다.

여기서, 상기 제1밸브(126)는 제1오리피스(124a)의 하측에 설치되어 제1오리피스(124a)의 개도를 조절하게 되고, 제2밸브(127)는 제2오리피스(124b)의 하측에 설치되어 제2오리피스(124b)의 개도를 조절하게 된다.

한편, 상기 제1밸브(126)는 상기 샤프트(125)의 하단부에 결합되어 샤프트(125)의 함께 승하게 하게 되고, 상기 제2밸브(127)는 상기 제1밸브(126)와 분리 구성되되 상기 연결수단(128)을 통해 서로 연결되게 된다.

또한, 상기 본체(121) 내부의 상기 제1오리피스(124a)와 제2오리피스(124b)의 사이에는, 상기 제1밸브(126)를 승하강 가능하게 지지하는 지지부재(129)가 설치된다. 따라서, 상기 샤프트(125)의 하단부에 결합되는 제1밸브(126)의 변위시 안정적으로 지지하여 흔들림을 방지하게 된다.

그리고, 상기 본체(121) 내부의 상기 제2밸브(127) 일측(하측)에는, 상기 제2밸브(127)가 상기 제2오리피스(124b)를 일정 탄성력으로 폐쇄할 수 있도록 메인 탄성부재(121b)가 설치된다.

상기 메인 탄성부재(121b)는, 압축코일스프링으로 이루어지며, 상기 제2밸브(127)를 제2오리피스(124b)측으로 탄력적으로 밀착시키게 된다.

한편, 상기 본체(121)에는, 상기 본체(121)의 하부면에서 부터 상기 제1오리피스(124a)의 하측면까지 수직으로 설치공(121a)이 형성되고, 상기 설치공(121a)내의 상부에서부터 제1밸브(126) 및 지지부재(129)와, 블럭(124c)과, 제2밸브(127)와, 메인 탄성부재(121b)가 차례로 적층되고, 상기 설치공(121a)의 하부에는 캡(121c)이 결합되어 설치공(121a)의 하부를 폐쇄하게 된다.

그리고, 상기 샤프트(125)는, 상기 본체(121)의 내부에 승하강 가능하게 설치됨과 아울러 상기 제1밸브(126)의 위치를 변위시키게 된다.

상기 샤프트(125)는 상기 본체(121)의 내부에 수직방향으로 승하강 가능하게 설치됨과 아울러 하단부가 상기 제1오리피스(124a)의 중심을 관통하여 상기 제1밸브(126)와 결합되게 된다.

상기 샤프트(125)는 상기 본체(121)의 상부에 설치되는 스테핑모터(160)의 작동시 승하강하게 된다.

이때, 상기 샤프트(125)는 상기 스테핑모터(160)의 축과 결합되는 구조로 구성할 수 도 있고, 또는 상기 스테핑모터(160)의 축 자체를 상기 샤프트(125)로 구성할 수도 있다.

따라서, 상기 스테핑모터(160)의 펄스(Pulse)량에 따라 상기 샤프트(125)가 승하강 하게 되면서 상기 제1밸브(126)와 제2밸브(127)를 변위시키게 된다.

즉, 상기 샤프트(125)가 승하강하게 되면, 상기 제1밸브(126)는 상기 샤프트(125)와 직접 결합되어 있으므로 샤프트(125)와 함께 승하강 하면서 변위 되고, 상기 제2밸브(127)는 상기 샤프트(125)와 직접 결합되진 않았으나 상기 제1밸브(126)와 제2밸브(127)를 연결하는 연결수단(128)에 의해 변위 되게 된다.

이처럼, 상기 제1,2밸브(126,127)가 서로 분리되어 있더라도 상기 제1,2밸브(126,127)를 상기 연결수단(128)이 연결하고 있으므로, 상기 샤프트(125)의 승하강시 상기 제1,2밸브(126,127)가 변위되는 것이다.

그리고, 상기 연결수단(128)은, 상기 제1,2밸브(126,127)가 미접촉하도록 상기 제1,2밸브(126,127)의 사이에 설치되어 제1,2밸브(126,127)를 연결함과 아울러 상기 제1밸브(126)의 변위량에 따라 상기 제2밸브(127)를 변위시키게 된다.

이때, 상기 연결수단(128)은, 상기 제2밸브(127)의 변위량이 상기 제1밸브(126)의 변위량과 상이하도록 상기 제2밸브(127)를 변위시키게 된다.

즉, 상기 연결수단(128)은, 상기 제1밸브(126)가 제1오리피스(124a)를 일정량 개방할 때까지는 상기 제2밸브(127)가 제2오리피스(124b)를 폐쇄하도록 작용시키게 되고, 상기 제1밸브(126)가 제1오리피스(124a)를 일정량 개방한 이후부터는 상기 제2밸브(127)가 제2오리피스(124b)를 점차 개방하도록 작용시키게 된다.

상기와 같은 연결수단(128)의 작용을 위해서, 상기 연결수단(128)은, 상기 제1,2밸브(126,127) 사이의 간격이 가변되도록 연결하는 탄성부재(128a)로 이루어진다.

여기서, 상기 탄성부재(128a)는 압축코일스프링인 것이 바람직하다.

따라서, 상기 제1밸브(126)는 상기 샤프트(125)와 동시에 움직이므로 샤프트(125)와 동일한 변위량으로 변위되고, 상기 제2밸브(127)는 샤프트(125)와 동시에 움직이지 않고 상기 샤프트(125)의 하강으로 인해 상기 제1밸브(126)가 일정이상 변위된(하강한) 경우에만 움직이게 된다.

다시말해, 상기 샤프트(125)가 하강을 시작하여 상기 제1밸브(126)가 제1오리피스(124a)를 개방하는 초기에는 상기 제1밸브(126)만 제1오리피스(124a)를 점차 개방하게 되고, 상기 제2밸브(127)는 상기 연결수단(128)이 상기 샤프트(125)의 힘을 흡수하므로 인해 상기 제2오리피스(124b)를 폐쇄한 상태를 유지하게 된다. 이때, 상기 연결수단(128)인 압축코일스프링이 압축되면서 상기 샤프트(125)의 힘을 흡수하게 되는 것이다.

여기서, 상기 샤프트(125) 및 제1밸브(126)의 계속된 하강으로 인해 상기 압축되고 있는 압축코일스프링(연결수단(128))의 힘이 상기 제2밸브(127)를 받치고 있는 메인 탄성부재(121b)의 힘 보다 커지게 되면, 상기 제2밸브(127)가 점차 하강하기 시작하면서 상기 제2오리피스(124b)를 점차 개방하게 된다.

도 6은, 제1,2밸브(126,127)의 변위량(스테핑 모터의 펄스량)에 따른 냉매유량비를 나타내는 그래프로서, 보는 바와 같이, 종래는 샤프트의 작동 초기부터 제1,2밸브가 동시에 변위되고 제1,2오리피스를 통과하는 냉매유량비도 고정되어 유지되는 반면,

본발명은 샤프트(125)의 작동 초기에는 제1밸브(126)만 변위되어 제1오리피스(124a)측으로만 냉매가 배분되므로 냉매유량 최소화로 소요동력을 최소화하고, 제1밸브(126)가 일정량 변위된 이후 부터는 제2밸브(127)가 함께 변위되어 설정된 최적의 냉매유량비로 배분되는 것을 알 수 있다.

참고로, 도 6에서는 상기 제2밸브(127)가 150펄스 부터 변위를 시작하는 경우를 일예로 나타낸 것이다.

또한, 본발명은 상기 제1,2밸브(126,127)를 연결하는 연결수단(128)인 압축코일스프링의 상수를 조절함으로써, 제2밸브(127)가 초기에 변위되는 시점을 쉽게 변경할 수 있고 제1,2오리피스(124a,124b)로 배분되는 냉매유량비도 쉽게 변경할 수 있어 냉매유량 분배의 최적화가 간편하다.

도 7은, 각 부하별로 스테핑모터 펄스, 샤프트 이동량, 제1,2밸브의 개폐여부 및 변위량, 연결수단(압축코일스프링) 작용을 나타낸 표로서, 보는 바와 같이,

저부하 조건에서는, 스테핑모터의 펄스가 작아 샤프트(125) 이동량이 작으며, 이로인해 제1밸브(126)는 작게 개방되고, 연결수단(128)(압축코일스프링)은 샤프트(125)의 힘을 흡수하므로 제2밸브(127)는 폐쇄된 상태를 유지하게 된다.

중부하 조건에서는, 스테핑모터의 펄스가 중간 정도이므로 샤프트(125) 이동량도 중간정도이며, 이로인해 제1밸브(126)는 중간정도 개방되고, 연결수단(128)(압축코일스프링)은 하향힘이 발생하므로 제2밸브(127)가 작게 개방되게 된다.

고부하 조건에서는, 스테핑모터의 펄스가 많으므로 샤프트(125) 이동량도 많으며, 이로인해 제1밸브(126)는 크게 개방되고, 연결수단(128)(압축코일스프링)은 하향힘이 증가하게 되므로 제2밸브(127)가 중간정도 개방되게 된다.

이와 같이, 본 발명에서는, 저부하(낮은 냉방부하) 조건에서는 상기 제2오리피스(124b)를 폐쇄하여 제2증발부(132)를 정지시키고 상기 제1오리피스(124a)를 통해 제1증발부(131)측으로만 냉매를 분배함으로써, 냉매유량 최소화를 통해 압축기(100)의 소요동력을 최소화하고 연비를 향상할 수 있다.

또한, 고부하(높은 냉방부하) 조건에서는 상기 제1,2오리피스(124a,124b)를 모두 개방하여 제1,2오리피스(124a,124b)로 최적의 냉매유량을 분배하므로, 다중 증발시스템에 의한 냉방성능 향상을 통해 연비를 개선할 수 있다.

아울러, 본 발명은 저부하 조건 및 고부하 조건과 같이 각 부하 조건에 따라 최적의 냉매유량 분배가 가능하여, 다시말해 고부하 조건에서는 다중 증발시스템에 의한 냉방성능 향상을 통해 연비를 개선하고, 저부하 조건에서는 냉매 유량 최소화로 인한 소요동력 최소화를 통해 연비를 개선하여 연비 개선 효과를 극대화 함은 물론 최적의 냉방성능 및 냉방효율을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 팽창밸브의 작용을 설명하기로 한다.

가. 저부하 조건시,(도 8)

상기 저부하 조건시에는, 도 8과 같이, 상기 샤프트(125)의 이동량이 작아 상기 제1밸브(126)는 작게 개방되고, 상기 제2밸브(127)는 폐쇄된 상태로 작동하게 된다.

냉매 순환과정을 설명하면,

상기 압축기(100)에서 압축된 고온 고압의 기상 냉매는 상기 응축기(110)로 유입된다.

상기 응축기(110)로 유입된 기상냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 응축되면서 고온 고압의 액상 냉매로 상변화 한 후, 상기 팽창밸브(120)의 유입유로(122)로 유입된다.

상기 팽창밸브(120)의 유입유로(122)로 유입된 기상냉매는 상기 제1밸브(126)에 의해 개방된 제1오리피스(124a)를 통과하는 과정에서 감압 팽창된 후 상기 증발기(130)의 제1증발부(131)로 공급된다. 이때 제2밸브(127)가 제2오리피스(124b)를 폐쇄하고 있으므로 상기 증발기(130)의 제2증발부(132)측으로는 냉매 배분이 되지 않는다.

계속해서, 상기 제1증발부(131)로 공급된 저온 저압의 냉매는 블로어(140)를 통해 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.

이후, 상기 제1증발부(131)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

나. 고부하 조건시,(도 9)

상기 고부하 조건시에는, 도 9와 같이, 상기 샤프트(125)의 이동량이 많아 상기 제1밸브(126)는 크게 개방되고, 상기 제2밸브(127)는 중간정도 개방된 상태로 작동하게 된다. 이때 제1,2밸브(126,127)를 통한 냉매 분배비율은 65%:35%인 것이 바람직하지만, 이는 변경가능하다.

냉매 순환과정을 설명하면,

상기 팽창밸브(120)의 유입유로(122)로 유입된 기상냉매는 상기 제1,2밸브(126,127)에 의해 개방된 제1,2오리피스(124a,124b)로 각각 배분되며, 상기 제1,2오리피스(124a,124b)를 각각 통과하는 과정에서 감압 팽창된 후 상기 증발기(130)의 제1,2증발부(131,132)로 동시에 공급된다.

계속해서, 상기 제1,2증발부(131,132)로 공급된 저온 저압의 냉매는 블로어(140)를 통해 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.

이후, 상기 제1,2증발부(131,132)에서 배출된 냉매는 합류된 후 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

100: 압축기 110: 응축기
120: 팽창밸브 121: 본체
122: 유입유로 123a: 제1배출유로
123b: 제2배출유로 124a: 제1오리피스
124b: 제2오리피스 125: 샤프트
126: 제1밸브 127: 제2밸브
128: 연결수단 128a: 탄성부재
129: 지지부재
130: 증발기 131: 제1증발부
132: 제2증발부 140: 블로어
150: 공조케이스 160: 스테핑모터

Claims

냉매를 공급받는 유입유로(122)와, 상기 유입유로(122)로 공급된 냉매를 분기하여 배출하는 제1,2배출유로(123a,123b)와, 상기 유입유로(122)와 제1배출유로(123a)의 사이에 형성되어 상기 유입유로(122)에서 상기 제1배출유로(123a)로 유동하는 냉매를 팽창시키는 제1오리피스(124a)와, 상기 유입유로(122)와 제2배출유로(123b)의 사이에 형성되어 상기 유입유로(122)에서 상기 제2배출유로(123b)로 유동하는 냉매를 팽창시키는 제2오리피스(124b)가 형성된 본체(121);
상기 본체(121)의 내부에 서로 분리되어 설치됨과 아울러 상기 제1,2오리피스(124a,124b)의 개도를 조절하여 상기 제1,2오리피스(124a,124b)를 통과하는 냉매의 유량을 조절하는 제1,2밸브(126,127);
상기 본체(121)의 내부에 승하강 가능하게 설치되어 상기 제1밸브(126)를 변위시키는 샤프트(125);
상기 제1,2밸브(126,127)가 미접촉하도록 상기 제1,2밸브(126,127)의 사이에 설치되어 제1,2밸브(126,127)를 연결함과 아울러 상기 제1밸브(126)의 변위량에 따라 상기 제2밸브(127)를 변위시키는 연결수단(128)을 포함하며,
상기 연결수단(128)은, 상기 제1,2밸브(126,127) 사이의 간격이 가변되도록 연결하는 탄성부재(128a)로 이루어진 것을 특징으로 하는 팽창밸브.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 탄성부재(128a)는 압축코일스프링인 것을 특징으로 하는 팽창밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 본체(121) 내부의 상기 제2밸브(127) 일측에는, 상기 제2밸브(127)가 상기 제2오리피스(124b)를 일정 탄성력으로 폐쇄할 수 있도록 메인 탄성부재(121b)가 설치된 것을 특징으로 하는 팽창밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 연결수단(128)은, 상기 제2밸브(127)의 변위량이 상기 제1밸브(126)의 변위량과 상이하도록 상기 제2밸브(127)를 변위시키는 것을 특징으로 하는 팽창밸브.
제 5 항에 있어서,
상기 연결수단(128)은, 상기 제1밸브(126)가 제1오리피스(124a)를 일정량 개방할 때까지는 상기 제2밸브(127)가 제2오리피스(124b)를 폐쇄하도록 작용시키는 것을 특징으로 하는 팽창밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 본체(121) 내부의 상기 제1오리피스(124a)와 제2오리피스(124b)의 사이에는, 상기 제1밸브(126)를 승하강 가능하게 지지하는 지지부재(129)가 설치된 것을 특징으로 하는 팽창밸브.
제 1 항에 있어서,
상기 본체(121)의 상부에는, 상기 샤프트(125)를 승하강 작동시키는 스테핑모터(160)가 설치된 것을 특징으로 하는 팽창밸브.