KR102047748B1 - 차량용 에어컨의 냉방시스템 - Google Patents

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본 발명은 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 응축기와 팽창밸브를 연결하는 냉매순환라인의 둘레에 냉매가 흐르도록 구성하는 단열장치를 설치함으로써, 시스템의 냉매를 단열 매체로 활용하여 상기 냉매순환라인을 외부열로부터 단열하므로, 캐비테이션(Cavitation) 현상을 억제하여 냉방시스템의 성능을 향상하고, 액상 냉매의 기화를 방지하여 팽창밸브에서의 버블 진동 및 소음을 감소할 수 있으며, 추가적인 단열재 및 냉각장치가 필요없어 무게 및 비용을 줄일 수 있는 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 에어컨의 냉방시스템{Cooling system of air conditioner for vehicle}
본 발명은 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 응축기와 팽창밸브를 연결하는 냉매순환라인의 둘레에 냉매가 흐르도록 구성하는 단열장치를 설치함으로써, 시스템의 냉매를 단열 매체로 활용하여 상기 냉매순환라인을 외부열로부터 단열하므로, 캐비테이션(Cavitation) 현상을 억제하여 냉방시스템의 성능을 향상하고, 액상 냉매의 기화를 방지하여 팽창밸브에서의 버블 진동 및 소음을 감소할 수 있으며, 추가적인 단열재 및 냉각장치가 필요없어 무게 및 비용을 줄일 수 있는 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 냉매순환라인으로 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 냉방시스템의 냉방성능은 여러 가지 요인들에 의해 결정되는 바, 그 중에서도 냉매순환라인의 단열 성능이 냉방시스템의 냉방성능에 상당한 영향을 주게 된다.
즉, 상기 냉매순환라인은 대부분이 차량의 엔진룸내에 설치되는데, 차량 엔진룸은 공간이 협소할 뿐만 아니라, 엔진 등에서 높은 폐열을 발산하기 때문에 높은 열원에 그대로 노출되는 문제가 있다.
특히, 응축기(2)에서 응축된 액상냉매가 팽창밸브(3)로 유동하는 과정에서 외부열이 가해질 경우, 캐비테이션(Cavitation) 현상이 발생하여 액상 냉매 일부가 기상으로 상변화하게 되고, 액상과 기상이 혼합된 냉매는 냉매순환라인내에서 유동을 방해받아 추가적인 압력강하 뿐만 아니라 팽창밸브(3)를 지나면서 버블소음과 진동이 발생하는 문제가 있었다.
종래에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 냉매순환라인에 추가적인 단열재나 냉각장치를 설치하고 있으나, 단열 성능이 떨어지고 무게나 비용이 증가하는 문제가 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 응축기와 팽창밸브를 연결하는 냉매순환라인의 둘레에 냉매가 흐르도록 구성하는 단열장치를 설치함으로써, 시스템의 냉매를 단열 매체로 활용하여 상기 냉매순환라인을 외부열로부터 단열하므로, 캐비테이션(Cavitation) 현상을 억제하여 냉방시스템의 성능을 향상하고, 액상 냉매의 기화를 방지하여 팽창밸브에서의 버블 진동 및 소음을 감소할 수 있으며, 추가적인 단열재 및 냉각장치가 필요없어 무게 및 비용을 줄일 수 있는 차량용 에어컨의 냉방시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매순환라인에 설치되어 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 배출된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 배출된 냉매를 증발시키는 증발기를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서, 상기 응축기와 팽창밸브의 사이에는, 상기 응축기와 팽창밸브를 연결하는 냉매순환라인의 둘레에 냉매가 흐르도록 구성하는 단열장치가 설치되어, 냉매를 이용하여 상기 냉매순환라인을 외부열로부터 단열하도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 응축기와 팽창밸브를 연결하는 냉매순환라인의 둘레에 냉매가 흐르도록 구성하는 단열장치를 설치함으로써, 시스템의 냉매를 단열 매체로 활용하여 상기 냉매순환라인을 외부열로부터 단열하므로, 캐비테이션(Cavitation) 현상을 억제하여 냉방시스템의 성능을 향상하고, 액상 냉매의 기화를 방지하여 팽창밸브에서의 버블 진동 및 소음을 감소할 수 있으며, 추가적인 단열재 및 냉각장치가 필요없어 무게 및 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 차량용 냉방 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템을 나타내는 구성도,
도 3은 도 2에서 단열장치를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템에서 단열장치의 다른 실시예를 나타내는 구성도,
도 5는 도 4에서 단열장치를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템은, 압축기(10) -> 응축기(20) -> 팽창밸브(30) -> 증발기(40)를 냉매순환라인(P)으로 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 흡입한 후 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(20)로 배출하게 된다.
상기 응축기(Condenser)(20)는 상기 압축기(10)에서 배출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브(30)로 배출하게 된다.
상기 팽창밸브(Expansion Valve)(30)는 상기 응축기(20)에서 배출된 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 팽창된 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.
그리고, 본 발명에서는 냉방시스템의 냉매를 이용하여 상기 냉매순환라인(P)을 외부열(열원)로부터 단열하는 단열장치(100)가 설치된다.
즉, 상기 단열장치(100)는, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)의 사이에 설치되어, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)의 둘레에 상기 냉방시스템의 냉매가 흐르도록 구성하게 된다.
이를 위해, 상기 응축기(20)에서 배출되는 냉매 중 일부 냉매를 상기 압축기(10)측으로 유동시키는 보조냉매라인(P3)이 더 설치된다.
즉, 상기 응축기(20)에서 배출되는 냉매 중 일부는 냉매순환라인(P1)을 통해 상기 팽창밸브(30)측으로 유동하고, 일부 냉매는 상기 보조냉매라인(P3)을 통해 상기 팽창밸브(30) 및 증발기(40)를 바이패스하여 상기 압축기(10)측으로 유동하게 되는 것이다.
이때, 상기 증발기(40)를 통과한 냉매와 상기 보조냉매라인(P3)을 유동하는 냉매는 상기 압축기(10) 전단에서 합류한 후 압축기(10)로 흡입된다.
또한, 상기 보조냉매라인(P3)에는, 보조냉매라인(P3)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 보조 팽창밸브(35)가 설치된다.
그리고, 상기 단열장치(100)는, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)의 둘레에 상기 보조 팽창밸브(35)를 통과한 냉매가 흐르도록 구성하게 된다.
좀더 상세히 설명하면, 상기 단열장치는, 도 4와 같이 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)의 둘레에 이중관 구조로 외부관(110)을 설치하고, 상기 외부관(110)에는 상기 보조 팽창밸브(35)의 출구측 보조냉매라인(P3)을 연결하여 구성된다.
이때, 상기 외부관(110)의 일단부 외주면에는 입구파이프(111)가 형성되고, 타단부 외주면에는 출구파이프(112)가 형성된다.
따라서, 상기 입구파이프(111)와 출구파이프(112)에 상기 보조 팽창밸브(35)의 출구측 보조냉매라인(P3)이 연결되는데, 좀더 상세하게는 상기 보조 팽창밸브(35)의 출구측 보조냉매라인(P3)이 상기 입구파이프(111)에 연결되고, 상기 압축기(10)의 입구측 보조냉매라인(P3)이 상기 출구파이프(112)에 연결된다.
따라서, 상기 응축기(20)에서 배출된 후 상기 보조냉매라인(P3)의 보조 팽창밸브(35)를 통과하면서 팽창된 저온의 액상 냉매가 단열장치(100)의 외부관(110)을 따라 흐르게 되고, 이로인해 상기 저온 냉매가 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)을 외부열로부터 단열하게 되는 것이다.
한편, 상기 외부관(110)을 흐르는 저온의 액상 냉매는 외부열 및 상기 냉매순환라인(P1)을 유동하는 고온의 액상 냉매와 열교환하면서 증발한 후, 상기 압축기(10)로 유동하게 된다.
그리고, 도 2와 같이, 상기 외부관(110)의 내부에는, 상기 압축기(10)의 출구측과 상기 응축기(20)의 입구측을 연결하는 냉매순환라인(P2)이 통과하도록 설치될 수도 있다.
즉, 도 2는 앞서 설명한 도 4와 같은 구조에서, 상기 압축기(10)의 출구측과 상기 응축기(20)의 입구측을 연결하는 냉매순환라인(P2)이 상기 외부관(110)의 내부를 통과하도록 구성한 것이다.
이로인해, 상기 압축기(10)에서 배출된 고온의 기상냉매는 상기 외부관(110)을 유동하는 저온 냉매와 열교환하여 온도가 낮아지게 되어 결과적으로 냉방성능 향상을 도모하게 되고, 상기 외부관(110)을 유동하는 저온 액상 냉매는 압축기(10)에서 배출된 고온 냉매와 열교환하여 증발이 원활하게 진행되어 상기 압축기(10)로 액상 냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은, 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)의 둘레에 냉방시스템의 냉매를 단열 매체로 활용하여 상기 냉매순환라인(P1)을 외부열로부터 단열하는 단열장치(100)를 설치함으로써, 캐비테이션(Cavitation) 현상을 억제하여 냉방시스템의 성능을 향상하고, 액상 냉매의 기화를 방지하여 팽창밸브(30)에서의 버블 진동 및 소음을 감소할 수 있으며, 추가적인 단열재 및 냉각장치가 필요없어 무게 및 비용을 줄일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템의 작용을 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.
상기 압축기(10)에서 압축되어 배출되는 고온,고압의 기상 냉매는 상기 냉매순환라인(P2)을 통해 상기 단열장치(100)의 내부를 통과한 후 상기 응축기(20)로 유입되고, 상기 응축기(20)로 유입된 기상냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 응축되면서 고온,고압의 액상 냉매로 상변화 한 후, 일부 냉매는 냉매순환라인(P1)을 통해 상기 단열장치(100)의 내부를 통과한 후 상기 팽창밸브(30)로 유동하게 된다.
이 과정에서 상기 냉매순환라인(P1)을 통해 단열장치(100)의 내부를 통과하는 액상 냉매는, 상기 단열장치(100)의 외부관(110)을 흐르고 있는 저온 냉매에 의해 외부열로부터 단열되므로 상변화가 발생하지 않는다.
계속해서 상기 팽창밸브(30)로 유동한 냉매는 감압,팽창되면서 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 보조냉매라인(P3)을 유동한 냉매와 합류한 후 상기 압축기(10)로 흡입된다.
한편, 상기 응축기(20)에서 배출된 나머지 일부 냉매는 상기 보조냉매라인(P3)을 유동하면서 상기 보조 팽창밸브(35)에서 팽창되며, 상기 보조 팽창밸브(35)에서 팽창된 저온 냉매는 상기 단열장치(100)의 외부관(110) 내부를 흐르는 과정에서 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)을 외부열로부터 단열하게 된다.
이후, 상기 외부관(110)에서 배출된 냉매는 상기 보조냉매라인(P3)을 따라 유동하면서 상기 증발기(40)에서 배출된 냉매와 합류한 후 상기 압축기(10)로 흡입 된다.
10: 압축기 20: 응축기
30: 팽창밸브 35: 보조 팽창밸브
40: 증발기
100: 단열장치 110: 외부관
P,P1,P2: 냉매순환라인 P3: 보조냉매라인

Claims (4)

  1. 냉매순환라인(P)에 설치되어 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)에서 배출된 냉매를 응축시키는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(30)와, 상기 팽창밸브(30)에서 배출된 냉매를 증발시키는 증발기(40)를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서,
    상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)의 사이에는, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)의 둘레에 냉매가 흐르도록 구성하는 단열장치(100)가 설치되어, 냉매를 이용하여 상기 냉매순환라인(P1)을 외부열로부터 단열하도록 하며,
    상기 응축기(20)에서 배출되는 냉매 중 일부 냉매를 상기 압축기(10)측으로 유동시키는 보조냉매라인(P3)이 더 설치되고, 상기 보조냉매라인(P3)에는, 보조냉매라인(P3)을 유동하는 냉매를 팽창시키는 보조 팽창밸브(35)가 설치되며, 상기 단열장치(100)는, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)의 둘레에 상기 보조 팽창밸브(35)를 통과한 냉매가 흐르도록 구성되고,
    상기 단열장치(100)는, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 냉매순환라인(P1)의 둘레에 이중관 구조로 외부관(110)을 설치하고, 상기 외부관(110)에는 상기 보조 팽창밸브(35)의 출구측 보조냉매라인(P3)을 연결하여 구성되며,
    상기 외부관(110)의 내부에는, 상기 압축기(10)의 출구측과 상기 응축기(20)의 입구측을 연결하는 다른 하나의 냉매순환라인(P2)이 통과하도록 설치되되,
    단일의 외부관(110) 내부에 상기 냉매순환라인(P1) 및 다른 하나의 냉매순환라인(P2)이 함께 구비되어, 외부관(220)을 유동하는 저온 액상 냉매가 압축기(10)에서 배출된 고온 냉매와 열교환하여 증발이 원활하게 진행되어 압축기(10)로 액상 냉매가 유입되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
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