KR19990083040A

KR19990083040A - 폐 루우프 재순환 시스템에서의 냉매(冷媒) 제어

Info

Publication number: KR19990083040A
Application number: KR1019990012279A
Authority: KR
Inventors: 토렌스로버트제임스
Original assignee: 존 씨. 메티유; 이턴 코포레이션
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 1999-11-25
Also published as: JP2000028234A; EP0949461A2; AU2361899A; BR9901612A; CA2266786A1; CN1231242A

Abstract

공통의 압축기 및 응축기로부터, 차량의 앞 좌석 및 뒷 좌석 탑승객의 안락을 위한 별개의 원격 위치된 증발기로의 냉매 흐름을 제어하기 위한 개별 열팽창 밸브를 갖는 냉각 시스템. 원격 열팽창 밸브 중의 하나는 밸브의 유체 충전 전력 캡슐과 열전도 관계성이 있는 열전 냉각기를 갖는다. 열전 냉각기에 전력이 공급되면 밸브를 통하여 증발기로부터 압축기로 회송되는 냉매의 감지 온도는 밸브가 증발기로의 냉매 흐름을 감소시키도록 변경하여 다른 하나의 열팽창 밸브를 통하는 흐름으로 인한 냉매 공급 압력의 감소를 보상한다.

Description

폐 루우프 재순환 시스템에서의 냉매(冷媒) 제어{CONTROLLING REFRIGERANT IN A CLOSED LOOP RECIRCULATING SYSTEM}

본 발명은 냉각 시스템, 및 특히 응축기로부터 배출되는 비교적 고압 상태의 액체 냉매로부터 증발기(evaporator)로 진입하기 위한 감압(減壓) 상태의 냉매로 액체/증기 냉매의 팽창을 제어하기 위하여 온도식 제어 밸브가 사용되는 방식의 시스템에 관한 것이다. 열 감응 팽창 밸브는, 예로서, 자동차 승객용의 상형(箱形) 공기 조화 시스템 등, 시스템의 열 부하(負荷)의 급격한 변동에 응답해야 하는 냉각 시스템에 통상적으로 사용된다.

이러한 자동차 공기 조화 시스템에서 공지된 바와 같이, 시스템 증발기로부터 배출되는 과열된 냉매 증기는 유체를 포함하는 폐 캡슐을 갖는 밸브에서의 열 교환 관련성으로 인하여 압축기 입구로의 귀환 통로에서 팽창 밸브 블록을 통과한다. 캡슐은 유체의 팽창 및 수축이 다이어프램(diaphragm)에 대하여 역동작을 하도록 배치되어서, 캡슐의 작용은 증발기로의 냉매의 흐름을 제어하기 위한 밸브 구조재의 작용을 실행하기 위하여 동작한다. 증발기로부터 배출되는 냉매의 포화 온도에 상관되는 과열된 증기 온도는 시스템 제어를 위한 기준이다. 증발기가 증발기를 통과하는 냉매 흐름을 제어함으로써 소정의 열 부하가 되도록 배출하는 동안 시스템은 소정의 과열 상태를 유지하도록 반작용한다. 이 장치는 단일의 증발기를 사용하는 자동차 공기 조화 시스템에 대하여 신뢰성있고 효율적인 것으로 판명되었다.

그러나, 최근에 공통의 응축기 배출로써 동작하는 복수의 증발기, 예로서, 앞 좌석 탑승자의 안락을 위하여 공기를 냉각하도록 배치된 증발기 및 뒷 좌석 탑승자의 안락을 위하여 공기를 냉각하도록 배치된 별개의 원격 위치된 증발기 등을 차량 탑승자 구간에 제공하는 것이 요구된다. 앞 좌석 및 뒷 좌석 증발기가 공통의 응축기로부터 동작하는 곳에서는, 팽창 밸브 및 특히 뒷 좌석 증발기로의 흐름을 제어하기 위하여 배치된 밸브는 앞 좌석 증발기로의 흐름을 제어하기 위한 팽창 밸브의 동작에 의한 냉매 공급 압력 변동 때문에 적절하게 응답할 수 없다. 특히, 뒷 좌석 증발기용 열팽창 밸브로의 공급 라인에서 압력이 강하하면, 열팽창 밸브는 필요한 과열 상태를 유지하도록 반작용하고, 따라서 불필요한 냉각 및/또는 증발기 결빙(結氷)이 되는 최대 흐름을 허용한다.

본 발명은 각각의 증발기가 입구에서 흐름을 제어하기 위하여 배치된 열팽창 밸브를 갖는 공통의 압축기 및 응축기로부터 동작하는 일차 및 이차 증발기로의 흐름을 제어하는 상기의 과제에 대한 방안을 제공한다. 본 발명은 이차 증발기로부터 배출되는 증기의 감지된 포화 온도를 상쇄하기 위하여 이차 증발기로의 흐름을 제어하는 열팽창 밸브에 열전(熱電) 냉각 유닛을 구성함에 따라서 열팽창 밸브가 과도 냉각을 방지하기 위하여 증발기로의 흐름을 감축하게 한다. 본 발명에 의한 열전 냉각 유닛은 종래의 구조의 이차 열팽창 밸브의 액체 충전(充塡) 감지 캡슐과의 열전도 관계성을 갖게 배치됨에 따라서 제조를 위해서 재설계 또는 공구 재제작 없이 기존의 열팽창 밸브에 편리한 "부가 장치"를 제공한다. 본 발명은 증발기에서 배출되는 과열 상태의 감지 효과를 효과적으로 올리고 냉매 흐름 감축을 달성하여 이차 증발기를 통한 송풍기의 공기 온도를 증가시킨다.

그러므로 일차 증발기로의 냉매 흐름 제어로 인한 흐름의 분산 및 압력 변동에 대하여 보상할 수 있는 방법으로 열팽창 밸브를 갖는 이차의 원격 위치된 증발기로의 냉매의 흐름을 제어하기 위한 방법 또는 수단을 제공하는 것이 필요하다.

도 1은 공통의 압축기(compressor) 및 응축기(condenser)로부터 동작하는 일차 및 이차 증발기를 사용하는 냉각 또는 공기 조화 시스템의 회화(繪畵) 개략도이다.

도면을 참조하면, 본 발명에 의한 시스템은 통상적으로 (10)으로 표시되고, 자동차 공기 조화 시스템에서 기술적으로 잘 공지된 방식으로 도면에 나타내지 않은 엔진 축으로부터 통상적으로 벨트 구동되는 냉매 압축기(12)를 포함한다. 압축기(12)는 통상적으로 자유 흐름 공기로써 열 전달을 위해서 배치된 응축기(16)에 라인(14)을 따라서 비교적 높은 압력으로 냉매 증기를 배출하고, 도관(導管)(18)을 통하여 공급 도관(20, 22)에 액화 냉매를 배출한다. 도관(20)은 통상적으로 (26)으로 나타낸 열팽창 밸브의 입구(24)를 제공하고, 열팽창 밸브(26)는 도관(28)을 통하여 출구에서 감소된 압력으로 일차 또는 전면 증발기(30)에 냉매를 배출하고, 증발기(30)는 도관(32)을 통하여 과열된 증기를 배출하고, 도관(32)은 도관(26)을 통과하도록 연결되어, 도관(34)을 통하여 압축기 입구(36)에 냉매를 회송한다. 밸브(26)는 회송 통로를 통하여 흐르는 냉매의 온도에 감응하는 열 감응 감지 모듈(38) 및 작동 봉(棒)(40)을 움직여서 이번에는 입구(24)로부터 출구 도관(28)으로의 흐름을 제어하기 위한 밸브 폐쇄 장치(42)의 동작을 실행하는 밸브(26)를 포함한다. 밸브(26)는 공지된 구조의 것이고 종래 방식으로 동작하는 것은 이해할 것이다.

도관(22)은 응축기(16)로부터 통상적으로 (45)로 나타낸 밸브의 입구(44)에 상승된 압력으로서 액화 냉매를 공급하고, 밸브(45)는 밸브 시이트(seat)(46)를 제공하며, 밸브 시이트에는 대응하는 압력 강하로써 밸브 시이트(46)를 통하여 밸브(45)의 출구 통로(50)로의 흐름을 제어하기 위한 가동 밸브 구조재(48)가 설치되고, 출구 통로는 도관(52)을 통하여 이차 또는 뒤쪽 증발기(54)에 연결된다. 증발기(54)의 통로는 도관(56)을 통하여 본체 또는 밸브(45) 블록을 통하는 통로(58)에 배출하고, 및 통로(58)는 압축기(12)의 입구(36)와 통하는 도관(60)에 연결된다.

액체 충전 파워 캡슐(62)은 밸브(45)의 끝에 부착되고, 거기에 밸브 시이트(46)를 통하여 연장되어 밸브 구조재(48)와 접촉하는 작동봉(64)을 부착하였으며, 및 캡슐(62)내에서 유체(流體)가 팽창 및 수축할 때, 그 안에서 도면에 나타내지 않은 다이어프램이 봉(64)의 움직임에 대하여 감응한다. 봉(64)은 바람직하게는 중공(中空)형이고, 이러한 열팽창 밸브 기술에서 공지된 바와 같이, 그 안에 유체가 충전됨에 따라서 통로(58)에서 냉매 흐름과 열 전도 관계성으로 되는 캡슐을 갖고 있다. 밸브(45)의 구조 및 동작은 냉매 팽창 밸브 기술에서 공지된 실제와 일치한다.

그러나 본 발명에 의한 밸브(45)는 추가적으로 내주(內周)에 형성된 홈(70)에 캡슐이 수용된 환상(環狀)의 지지 구조재(68)에 의하여 캡슐에 부착되는 통상적으로 (66)으로 나타낸 전기 작동 제어 유닛을 포함한다. 열전 냉각 유닛(72)은 구조재(68)내에서 캡슐(62)에 인접하여 장착되고 구조재(68)를 통하여 밖으로 연장되는 전기 인입선(74, 76)을 갖는다. 고정 구조재(78)는 그 위에 수용되고, 구조재(78)는 필요하면 방열기를 포함할 수도 있다. 참조 번호(80)로써 나타낸 바와 같이, 열전 냉각기(72) 및 캡슐(62)과의 사이의 간격은 열전 냉각기(72) 및 캡슐(62)과의 사이에 급속한 열 전도를 제공하도록 열(熱) 그리이스(grease) 등의 열전도 매체로써 충전되는 것이 바람직하다.

동작에 있어서, 전자 제어 유닛(ECU: electronic control unit)(82) 등의 적절한 전원으로부터 인입선(74, 76)을 통하여 열전 냉각기(72)에 전력을 공급하면, 열전 냉각기 유닛(72)은 유체 충전 캡슐(62)위의 통로(58)에서 유체의 온도 효과를 상쇄하는 방법으로 통로(58)를 통하는 증발기 배출 흐름의 작동봉(64)에 의하여 감지된 온도 이하로 캡슐(62)의 냉각을 달성하고, 작동봉(64)이 하향으로 이동되어 시이트(46)에 대하여 밸브(48)를 닫도록 한다. 따라서 증발기(54)로의 흐름의 결과적인 감소는 증발기에서 냉매의 과열, 및 이에 따른 증발기의 과도한 냉각을 방지하는 증발기 온도를 증가시킨다. 종래의 공기 조화 시스템에서 증발기(54)를 통한 강제 통풍(痛風)은 통상적으로 증발기(54)의 영역과 근처를 냉각하기 위하여 탑승자 구간에 배출하는 것이다. 차량에서 뒷 좌석 탑승자를 시원하게 하기 위하여 증발기(54)가 배치된 장치에서, 열전 냉각기(72)의 효과는 증발기(30)를 위한 밸브(26)의 많은 유량의 필요성에 의해서 입구 도관(22)에서 압력이 감소되어 밸브(45)가 완전히 개방되는 것을 방지하는 것이다.

본 발명은 상기에서 예시된 실시예에 관해서 설명되었으나, 본 발명은 수정 또는 변형할 수 있고 후속하는 청구 범위에 의해서만 한정되지 않는 것을 이해하여야 한다.

따라서 본 발명은 증발기 중 하나에서 과도 냉각의 재발생없이 공통의 압축기 및 응축기로부터의 열 증발기를 사용할 수 있게 하기 위하여 기존의 열팽창 밸브를 변형하는 독특하고 참신한 비용 효과적인 방법을 제공한다.

Claims

전기 제어 온도식 냉매 팽창 밸브에 있어서,

⑴ 입구 및 출구를 갖는 본체와,

⑵ 상기 입구와 출구와의 사이의 피스톤 제한 및 피스톤 허용 사이에서 가동할 수 있는 밸브 폐쇄 장치(obturator)와,

⑶ 유체 충전 챔버(chamber)와 상기 챔버에서의 압력에 대하여 가동할 수 있게 감응적인 다이어프램을 구성하는 수단, 및 상기 다이어프램의 작용에 응답하여 상기 폐쇄 장치의 상기 동작을 달성하기 위하여 상기 폐쇄 장치 구조재의 상기 동작을 실행하기 위한 액추에이터(actuator) 구조재를 포함하는 열 감응 수단, 및

⑷ 상기 유체 충전 챔버를 냉각하기 위해서 전력 공급에 따라서 동작할 수 있는 열전도 관계성을 갖게 배치된 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도식 냉매 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 냉각하기 위한 상기 수단은 열전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 유체 충전 챔버를 구성하는 상기 수단은 상기 밸브 본체에 부착된 캡슐을 포함하고, 및 냉각을 위한 상기 수단은 상기 캡슐에 부착되는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 유체 충전 챔버를 구성하는 상기 수단은 상기 밸브 본체에 부착된 캡슐을 포함하고, 및 냉각을 위한 상기 수단은 상기 캡슐에 부착된 열전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
제1항에 있어서, 열전도 관계성을 갖게 배치된 상기 냉각 수단은 열 감응 그리이스(grease)를 포함하는 것을 특징으로 하는 팽창 밸브.
폐 루우프 재순환 냉각 시스템에서의 냉매 제어 방법에 있어서,

⑴ 기화(氣化) 냉매를 압축하고 그 냉매를 응축기를 통하여 유출시킴과,

⑵ 응축기로부터의 가압된 흐름을 입구에서 수용하고 감소된 압력에서 증발기로의 배출 흐름을 위한 팽창 밸브를 배치함과,

⑶ 상기 밸브위에 유체 충전 감지 캡슐을 배치하여, 증발기로부터 유입하는 냉매의 온도를 감지하고, 상기 감지 온도에 감응하여 팽창 밸브에서 폐쇄 장치를 이동시키고, 증발기로의 흐름을 제어함, 및 상기 유체 충전 캡슐을 냉각시키고 상기 감지 온도를 소정의 양 만큼 상쇄시킴을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 제어 방법.
제6항에 있어서, 전기적으로 냉각하는 상기 단계는 상기 캡슐위에 열전 냉각기를 배치함과 냉각기를 전기적으로 작동시킴을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.