KR102364996B1 - 차량용 공조장치의 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

팽창밸브로 기상 냉매의 유입을 방지하고 액상의 냉매가 보다 잘 유입되게 함으로써 이상 소음의 발생을 개선한 차량용 공조장치의 냉방시스템이 개시된다. 차량용 공조장치의 냉방시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 냉매 배관으로 연결하여 구성되고, 상기 증발기와 압축기를 연결하는 석션 배관 및 상기 응축기와 팽창밸브를 연결하는 리퀴드 배관을 포함하며, 상기 리퀴드 배관은 팽창밸브 측으로 기상 냉매의 유입을 억제하고 액상 냉매의 유입을 유도하는 기상 냉매 유입 억제부를 구비하며, 더욱 상세하게는, 상기 리퀴드 배관은 팽창밸브의 리퀴드 포트보다 높이 방향으로 더 높은 위치에서 굴곡되는 변곡점부를 구비한다.

Description

차량용 공조장치의 냉방시스템{COOLING SYSTEM OF AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 공조장치의 냉방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉동 사이클의 원리를 이용하여 냉방된 차가운 공기를 차량 실내로 토출하기 위한 차량용 공조장치의 냉방시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 공조장치는 차량 외부의 공기를 차량 실내로 도입하거나 차량 실내의 공기를 순환시키는 과정에서 가열 또는 냉각시켜 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 장치이다. 이러한 차량용 공조장치는 냉동 사이클의 원리를 이용하여 냉방된 차가운 공기를 차량 실내로 토출하기 위한 에어컨 시스템을 구비하고 있다.

선 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0140467호(2012.12.31)에는 차량용 에어컨의 냉방시스템 및 그 제조방법이 개시된바 있다. 도 1은 종래의 차량용 냉방시스템을 나타내는 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 냉방시스템은 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1)와, 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2)와, 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3)와, 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열 작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.

차량용 공조장치의 냉방스위치가 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 블로어가 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. 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

한편, 도 2는 종래의 차량용 냉방시스템의 배관을 도시한 사시도이다.

도 2를 참조하면, 차량용 냉방시스템은 공조 성능을 높이기 위한 내부열교환기(10)를 구비한다. 이 내부열교환기(10)는 주지 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 내부열교환기(10)는 증발기(4)와 압축기(1)를 연결하는 저온의 석션 배관(5)과, 응축기(2)와 팽창밸브(3)를 연결하는 고온의 리퀴드 배관(6a,6b)의 특정구간을 이중관 구조로 구성하여 각 냉매 배관을 유동하는 냉매를 상호 열교환시킨다.

이 경우, 증발기(4)와 압축기(1)를 연결하는 석션 배관(5)의 특정구간을 나선형으로 형성하여 내측관을 구성하고, 내측관의 외주면에 원형파이프를 이중관 구조로 결합하여 외측관(11)을 구성하게 된다. 응축기(2)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매는 리퀴드 배관(6a)을 통해 외측관(11)으로 유입되며, 외측관(11)으로 유입된 냉매는 외측관(11)과 내측관의 사이에 형성된 복수개의 나선형 유로를 따라 유동한 후, 리퀴드 배관(6b)을 통해 팽창밸브(3)로 이동하게 된다. 또한, 증발기(4)에서 토출된 저온 저압의 기상 냉매는 내측관 내부를 통과하며, 내측관을 통과하는 냉매와 외측관(11)을 통과하는 냉매가 상호 열교환하게 된다. 이후, 내측관을 통과한 냉매는 압축기(1)로 유입된다.

하지만, 종래의 차량용 공조장치의 냉방시스템은 도 2에 도시된 것처럼 차량의 레이아웃 상 팽창밸브(3)가 냉매 배관보다 높이 방향(h방향)으로 높은 곳에 위치하고 있어 팽창밸브(3) 측으로 유입되는 리퀴드 배관(6b)의 냉매는 화살표(f)와 같이 상부 방향으로 올라가는 흐름을 갖는다. 이로 인해, 액상 및 기상이 혼합된 2상의 냉매가 유동할 때 액상 냉매보다 상대적으로 가벼운 기상 냉매가 팽창밸브(3) 측으로 많이 흘러 냉매 유동음과 같은 이상 소음이 발생활 확률이 높아지는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0140467호(2012.12.31)

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 팽창밸브로 기상 냉매의 유입을 방지하고 액상의 냉매가 보다 잘 유입되게 함으로써 이상 소음의 발생을 개선한 차량용 공조장치의 냉방시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 냉매 배관으로 연결하여 구성되고, 상기 증발기와 압축기를 연결하는 석션 배관 및 상기 응축기와 팽창밸브를 연결하는 리퀴드 배관을 포함하며, 상기 리퀴드 배관은 팽창밸브 측으로 기상 냉매의 유입을 억제하고 액상 냉매의 유입을 유도하는 기상 냉매 유입 억제부를 구비하며, 더욱 상세하게는, 상기 리퀴드 배관은 팽창밸브의 리퀴드 포트보다 높이 방향으로 더 높은 위치에서 굴곡되는 변곡점부를 구비한다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템은 팽창밸브로 기상 냉매의 유입을 방지하고 액상의 냉매가 보다 잘 유입되게 함으로써 이상 소음의 발생을 개선할 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 냉방시스템을 나타내는 구성도이고,
도 2는 종래의 차량용 냉방시스템의 배관을 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 냉방시스템의 배관을 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 일 부위를 확대 도시한 사시도이며,
도 5는 도 3의 정면도이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 공조장치의 냉방시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 냉방시스템의 배관을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 일 부위를 확대 도시한 사시도이며, 도 5는 도 3의 정면도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템은 압축기(100)와, 응축기(200)와, 이중관형 내부열교환기와, 팽창밸브(300)와, 증발기(400)를 냉매 배관으로 연결하여 구성된다. 냉매는 압축기(100), 응축기(200), 이중관형 내부열교환기, 팽창밸브(300) 및 증발기(400)를 순차로 순환한다.

압축기(Compressor)(100)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(400)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(200)로 토출한다. 응축기(Condenser)(200)는 압축기(100)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브(300)로 토출한다.

팽창밸브(Expansion Valve)(300)는 응축기(200)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(400)로 보낸다. 증발기(Evaporator)(400)는 팽창밸브(300)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각한다.

증발기(400)에서 증발하여 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(100)에 흡입되어 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다. 아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은 차량 공조장치의 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(400)를 통과하면서 증발기(400)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

또한, 이중관형 내부열교환기는 증발기(400)와 압축기(100)를 연결하는 석션 배관(701) 및 응축기(200)와 팽창밸브(300)를 연결하는 리퀴드 배관(703)의 특정구간을 이중관 구조로 구성하여 이루어진다. 석션 배관(701) 측 냉매와 리퀴드 배관(703) 측 냉매는 상호 열교환 된다. 더욱 상세하게는, 이중관형 내부열교환기는 증발기(400)와 압축기(100)를 연결하는 석션 배관(701)의 특정구간을 나선형으로 형성하여 내측관(미도시됨)을 구성하고, 내측관의 외주면에 원형파이프를 이중관 구조로 결합하여 외측관(510)을 구성하게 된다.

내측관으로는 증발기(400)에서 압축기(100)로 향하는 저온 냉매가 유동하고, 외측관(510)으로는 응축기(200)에서 팽창밸브(300)를 향하는 고온 냉매가 유동한다. 외측관(510)의 양끝단은 석션 배관(701)의 외주면과 용접 등의 방법으로 밀봉된다. 또한, 외측관(510)의 양단부에는 석션 배관(701)과 리퀴드 배관(703)이 분리되는 분리관부(511)(512)가 형성된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템은 기상 냉매 유입 억제부를 구비한다. 기상 냉매 유입 억제부는 리퀴드 배관(703)에 구비되는 것으로서, 팽창밸브(300) 측으로 기상 냉매의 유입을 억제하고 액상 냉매의 유입을 유도하는 기능을 한다.

기상 냉매 유입 억제부의 구성을 통해, 액상 및 기상이 혼합된 2상의 냉매가 유동할 때 액상 냉매보다 상대적으로 가벼운 기상 냉매가 팽창밸브(300) 측으로 많이 흐르는 것을 방지하고 액상 냉매를 팽창밸브(300) 측으로 보다 잘 유입되게 함으로써, 냉매 유동음과 같은 이상 소음이 발생활 확률이 낮아진다.

기상 냉매 유입 억제부의 보다 상세한 구성을 설명한다. 팽창밸브(300)는 석션 배관(701)과의 연결을 위한 석션 포트(310)와, 리퀴드 배관(703)과의 연결을 위한 리퀴드 포트(320)를 구비한다. 리퀴드 배관(703)을 통해 팽창밸브(300)로 유입되는 냉매는 증발기(400)를 지나 석션 배관(701)을 통해 압축기(100) 측으로 유동한다.

리퀴드 배관(703)은 팽창밸브(300)의 리퀴드 포트(320)보다 높이 방향으로 더 높은 위치에서 굴곡되는 변곡점부(7031)를 구비한다. 변곡점부(7031)는 리퀴드 배관(703)의 일 부위에 형성되며, 본 실시 예에서는 하나의 변곡점부를 형성한 예를 설명하나 그 개수는 이에 한정되지는 않는다. 변곡점부(7031)를 기준으로 그 상류 측 리퀴드 배관은 높이 방향(H방향)으로 상승되며, 변곡점부(7031)를 기준으로 그 하류 측 리퀴드 배관은 높이 방향으로 하강되는 형상을 취한다.

변곡점부(7031)의 높이가 리퀴드 포트(320)보다 높이 형성됨에 따라, 중력에 의해 액상 냉매는 팽창밸브(300) 측으로 원활히 유입되고 기상 냉매는 상대적으로 액상 냉매보다 가볍기 때문에 팽창밸브(300) 측으로 유입되는 것이 억제된다.

변곡점부의 구성을 통해, 리퀴드 배관을 굴곡 형성하는 것을 통해 비교적 간단히 기상 냉매 유입 억제부를 구현할 수 있다.

바람직하게는, 아울러, 리퀴드 배관(703)에서 변곡점부(7031)는 높이 방향으로 가장 높은 위치에 형성된다.

아울러, 변곡점부(7031)으로부터 팽창밸브(300)까지의 가로 방향 길이(L)는 팽창밸브(300)의 리퀴드 포트(320)에서 변곡점부(7031)까지의 높이 방향 길이(H)보다 길게 형성된다.

변곡점부(7031)으로부터 팽창밸브(300)까지의 가로 방향 길이(L)가 팽창밸브(300)의 리퀴드 포트(320)에서 변곡점부(7031)까지의 높이 방향 길이(H)보다 길게 형성되어, 리퀴드 배관(703)은 변곡점부(7031)에서 팽창밸브(300)를 향하는 하향 경사각이 비교적 완만한 경사를 가지게 된다.

이러한 완만한 경사를 갖는 리퀴드 배관은 급격한 경사를 갖는 구조와 비교하여 기상 냉매의 유입을 보다 효율적으로 억제하고 액상 냉매의 유입을 원활하게 한다. 변곡점부에서 팽창밸브까지의 리퀴드 배관 내부는 완만한 경사 구조에서 급격한 경사 구조보다 더욱 많은 기상 냉매를 수용하기 유리하다.

또한, 변곡점부(7031)를 기준으로 리퀴드 배관의 틀은 반대의 기울기를 갖도록 형성된다. 리퀴드 배관(703)은 변곡점부(7031)를 향해 상부 방향으로 경사지고, 변곡점부(7031)에서 팽창밸브(300)를 향해 하부 방향으로 경사진 형태를 갖는다. 팽창밸브(300)를 향하는 리퀴드 배관(703)의 내부는 반드시 1지점 이상의 굴곡 구간을 가지며, 이 구간에서 기상 냉매의 팽창밸브로의 유입을 억제한다.

또한, 석션 배관(701)에는 러버부(7011)가 구성된다. 러버부(7011)는 석션 배관(701)의 일부위 외주면을 커버함으로써 진동 방지부로서 기능한다. 아울러, 변곡점부(7031)는 러버부(7011)에 대항하는 위치에 형성된다. 실험적으로, 변곡점부(7031)가 러버부(7011)에 대항하는 위치에 형성될 때 소음 저감 효과가 가장 큰 것을 확인할 수 있었다.

지금까지 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 압축기 200: 응축기
300: 팽창밸브 400: 증발기
510: 외측관 511, 512: 분리관부
701: 석션 배관 703: 리퀴드 배관
310: 석션 포트 320: 리퀴드 포트
7031: 변곡점부

Claims (6)

1. 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 냉매 배관으로 연결하여 구성되고, 상기 증발기(400)와 압축기(100)를 연결하는 석션 배관(701) 및 상기 응축기(200)와 팽창밸브(300)를 연결하는 리퀴드 배관(703)을 포함하는 차량용 공조장치의 냉방시스템에 있어서,
   상기 리퀴드 배관(703)은 팽창밸브(300) 측으로 기상 냉매의 유입을 억제하고 액상 냉매의 유입을 유도하는 기상 냉매 유입 억제부를 구비하며,
   상기 리퀴드 배관(703)은 팽창밸브(300)의 리퀴드 포트(320)보다 높이 방향으로 더 높은 위치에서 굴곡되는 변곡점부(7031)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서,
   상기 변곡점부(7031)으로부터 팽창밸브(300)까지의 가로 방향 길이(L)는 팽창밸브(300)의 리퀴드 포트(320)에서 변곡점부(7031)까지의 높이 방향 길이(H)보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 석션 배관(701)에 러버부(7011)를 구성하고, 상기 변곡점부(7031)는 러버부(7011)에 대항하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 변곡점부(7031)를 기준으로 리퀴드 배관의 틀은 반대의 기울기를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 리퀴드 배관(703)에서 변곡점부(7031)는 높이 방향으로 가장 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.

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