KR20010085511A

KR20010085511A - 차량 공조 시스템용 냉각 회로

Info

Publication number: KR20010085511A
Application number: KR1020010009181A
Authority: KR
Inventors: 후앙용
Original assignee: 레슬리 씨. 호지스; 비스테온 글로벌 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2001-09-07
Also published as: EP1130261A2; EP1130261A3; JP2001263834A

Abstract

차량 공조 시스템(10)은 크랭크 챔버(138), 흡입 챔버(120) 및 배출 챔버(122)를 갖는 압축기(110)를 포함한다. 냉매 혼합물은 이산화 탄소와 오일을 포함한다. 도관(13)은 냉매 혼합물을 오일 분리기(14)로 직접 전달하기 위해 압축기(110)의 배출 챔버(122)와 오일 분리기(14)를 직접 연결한다. 오일이 압축기(110)의 크랭크 챔버(138)로 직접 흐를 때, 오일을 교축하기 위해 한정 오리피스(16)만이 오일 분리기(14)와 압축기(110)의 크랭크 챔버(138) 사이에 제공된다.

Description

차량 공조 시스템용 냉각 회로{REFRIGERATION CIRCUIT FOR VEHICULAR AIR CONDITIONING SYSTEMS}

본 발명은 통상 차량 공조 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 이산화 탄소를 냉매로 사용하고 오일 분리기를 포함하는 냉각 회로에 관한 것이다.

공조 시스템은 실내 공기를 소정의 온도로 유지시키기 위해 차량에 제공된다. 종래의 차량용 공조 시스템은 압축기, 응축기, 팽창 밸브(또는 오리피스 튜브) 및 증발기를 포함한다. 냉매는 실내 공기를 소정의 온도로 유지시키기 위해 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기의 싸이클을 반복적으로 순환한다.

전형적인 냉각 싸이클은 다음과 같은 방법으로 작동한다. 냉매는 먼저 압축기에 의해 고온 고압의 가스로 압축되어 응축기로 이동한다. 응축기에서, 그 가스는 주위 대기 또는 냉각수와 작용하는 열교환기에 의해 냉각됨에 따라 저온 고압의 액체로 변한다. 고압의 액체는 팽창 밸브를 통과할 때 압력이 떨어지고 냉각된다. 저압의 액체가 증발기를 통과할 때, 그 액체는 주위의 열을 흡수하여 증발한다. 증발된 냉매, 예컨대 가스는 압축기로 유동하고 이 과정이 반복된다.

오일은 압축기를 윤활 및 냉각하도록 냉매 가스에 혼합된다. 가스와 오일의 냉매 혼합물은 압축기의 내부를 순환한다. 가스상 혼합물이 압축기로부터 방출될 때, 오일은 가스에 부유하여 잔류한다. 오일이 제거되지 않는다면, 그 오일은 응축기, 팽창 밸브 및 증발기를 통해 이동하고 시스템의 성능에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 냉매와 함께 이동하는 오일은 냉매를 치환하고 공조 시스템의 효율은 감소한다.

배출된 오일이 압축기로 복귀하지 않거나 복귀 시간이 지연되면, 압축기에 오일 부족이 일어난다. 이러한 부족은 압축기의 작동에 불리한 영향을 준다.

본 발명은 이산화 탄소와 오일 분리기를 사용하는 차량 냉각 회로를 포함한다. 오일 분리기는 압축기를 벗어나는 방출된 냉매 혼합물의 직하류에 위치한다. 분리된 오일은 그 오일을 교축하는 한정 오리피스를 통과한다. 감압된 오일은 압축기의 윤활과 압축기 내부의 크랭크 챔버의 압력 조절을 제공하도록 즉시 압축기로 복귀한다. 본 발명은 특히 이산화 탄소(CO₂)용으로 구성되었지만, 다른 냉매도 본 시스템에 사용될 수 있다.

양호한 실시예에서는, 차량 공조 시스템은 크랭크 챔버, 흡입 챔버 및 방출 챔버를 갖는 압축기를 포함한다. 냉매 혼합물은 이산화 탄소 및 오일을 포함한다. 도관은 냉매 혼합물을 오일 분리기로 직접 전달하기 위해 압축기의 방출 챔버와 오일 분리기를 직접 연결한다. 오일이 냉각 요소를 통과하지 않고 압축기의 크랭크 챔버로 직접 흐르므로 그 오일을 교축하기 위해 한정 오리피스만이 오일 분리기와 압축기의 크랭크 챔버 사이에 제공된다.

본 발명의 다양한 목적 및 장점은 첨부 도면에 비추어 후속하는 양호한 실시예의 상세한 설명을 읽음으로써 이로부터 본 기술 분야의 숙련자에게 명백하게 될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 차량 공조 시스템의 냉각 회로의 개략도.

도2는 개략적으로 도시된 외부 공급 라인을 포함하는 도1의 시스템에 사용될 수 있는 제어 가능한 경사판 압축기의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 차량 공조 시스템

14: 오일 분리기

26: 공급 라인

28: 제어 밸브

110: 경사판 압축기

120: 흡입 챔버

122: 배출 챔버

138: 크랭크 챔버

144: 구동축

178: 피스톤

본 발명에 따른 냉각 회로는 도1에서 도면 번호 10으로 통상 지시된다. 냉각 회로(10)는 폐쇄 회로이고 특히 자동차 또는 차량용으로 구성된다. 기체에서 액체로, 다시 기체로 상변화하는 냉매가 냉각 회로(10)에 사용된다. 냉각 회로(10)의 양호한 냉매는 이산화 탄소(CO₂)이다.

냉각 회로(10)는 압축기(12)를 포함한다. 압축기(12)는 가변 용량형 경사판 압축기를 포함하는 임의의 적합한 형태일 수 있다. 도관 또는 튜브(13)는 압축기(12)와 오일 분리기(14) 사이에서 그 부품 사이의 직접적인 경로(route)를 제공하기 위해 연결된다. 압축기(12)의 방출 챔버 내에서 비교적 고온 고압의 냉매 혼합물(가스상의 이산화 탄소 및 부유하는 오일의 혼합물)은 출구 포트를 통해 벗어나고 도관(13)에 의해 오일 분리기(14)로 직접 전달된다. 도1에서 명백히 도시된 바와 같이, 방출된 냉매 혼합물은 회로(10)의 가스 냉각기 또는 다른 요소를 통과하지 않고 오일 분리기(14)로 직접 이동한다. 오일 분리기(14)는 회로(10)의 이 지점에서 가스상인 냉매로부터 대부분의 오일(액체)을 분리한다.

오일 분리기(14)의 오일은 냉각 요소를 통과하지 않고 한정 오리피스(16)만을 통과해서 압축기(12)로 복귀한다. 분리된 오일은 상대적으로 고압인 오일/가스 혼합물에서 상대적으로 저압인 오일/가스 혼합물로 교축 또는 감압된다. 한정 오리피스(16)의 직경 및 면적은 오리피스(16)을 통과한 오일의 압력이 압축기(12)의 흡입 챔버의 압력보다 크도록 치수화된다. 도1에 명백히 도시되어 있듯이, 오일은 회로(10)의 냉각 요소 또는 다른 요소를 통과하지 않고 오일 분리기(14)로부터 오리피스(16)로 직접 흐른다. 그 후, 오일은 회로(10)의 냉각 요소 또는 다른 요소를 통과하지 않고 압축기(12)로 직접 흐른다.

교축된 오일은 압축기(12)의 내부 부품에 윤활을 제공하기 위해 그리고 압축기(12)의 크랭크 챔버의 압력을 조절하기 위해 압축기(12)로 흐른다. 한정 오리피스(16)을 포함하는 복귀 통로 또는 복귀 도관(17)은 종래 기술의 냉각 회로에 비해 상대적으로 짧은 압축기(12)로의 오일 복귀 거리를 제공한다.

오일 분리기(14)에서의 가스 냉매는 냉각용 가스 냉각기(18; 응축기)로 도관(19)를 통해 흐른다. 그 후, 냉각된 가스 냉매는 시스템의 효율을 향상시키기 위한 추가 냉각용 내부 열 교환기(20)로 흐른다. 그 다음, 가스 냉매는 교축 밸브(22)를 통해 증발기(24)로 흐른다. 증발기(24)의 냉매는 그 후 내부 열 교환기(20)를 통과하고, 도관(25)를 통해 압축기(12)의 입구 포트로 유입된다. 증발기(24)를 둘러싸는 공기는 냉각되고 소망하는 바에 따라 객실에서 순환된다.

제어 밸브(28)을 보유하는 공급 라인(26)은 냉매 혼합물을 압축기(12)의 크랭크 챔버로부터 압축기(12)의 흡입 챔버로 유도한다. 제어 밸브(28)는 흡입 챔버의 압력에 대해 크랭크 챔버의 압력을 조절한다.

본 냉매 회로(10)는 압축기(12)와 오일 분리기(14) 사이에 직접적인 경로를 제공한다. 오일이 이후에 싸이클에서 냉매의 열역학적 및 열전달 성능에 영향을 주지 않도록 싸이클의 초기에 냉매로부터 분리된다. 또한, 오일은 내부 부품의 윤활과 크랭크실 압력의 조절을 위해 압축기(12)로 신속히 복귀한다. 복귀 라인(17)의 한정 오리피스(16)는 오일이 압축기(12)로 복귀하기 전에 분리된 오일을 교축한다. 한정 오리피스(16)는 복귀 라인(17)에 제공된 유일한 요소이다.

가변 용량형 경사판 압축기는 도2에서 도면 번호 110으로 통상 도시된다. 압축기(110)는 도1의 냉각 회로(10)에 사용될 수 있다. 회로(10)에서 사용될 때, 압축기(110)는 압축기(12)를 대체한다.

압축기(110)는 복수의 실린더(114)를 보유하는 실린더 블록(112)을 포함한다. 실린더 헤드(116)는 실린더 블록(112)의 한쪽 단부에 인접하여 배치되고 실린더 블록(112)의 단부를 밀봉 폐쇄한다. 밸브 판(118)은 실린더 블록(112)와 실린더 헤드(116) 사이에 배치된다.

실린더 헤드(116)는 흡입 챔버(120) 및 배출 챔버(122)를 포함한다. 배출 챔버(122)는 출구 포트(124)를 갖는다. 도관(13)은 출구 포트(124)와 회로(10)의 오일 분리기(14) 사이에 직접적인 유체 연통을 제공한다. 도관(13)은 강철 튜브 또는 가요성 호스와 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다.

흡입 챔버(120)는 밸브 판(118) 내에 배치된 각각의 흡입 포트(126)를 통해 각 실린더(114)와 통한다. 도관(25)은 냉매를 입구 포트(125)를 통해 증발기(24)로부터 흡입 챔버(120)로 전달한다. 도관(25)은 강철 튜브 또는 가요성 호스와 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 각 흡입 포트(126)는 흡입 밸브(128)에 의해 개폐된다. 각 실린더(114)는 밸브 판(118) 내에 배치된 각각의 배출 포트(130)를 통해 배출 챔버(122)와 통한다. 각 배출 포트(130)는 배출 밸브(132)에 의해 개폐된다. 리테이너(134)는 배출 밸브(132)의 개방을 제한한다.

크랭크실(136)은 실린더 헤드(116)와 대향하는 실린더 블록(112)의 다른쪽단부에 밀봉 배치된다. 크랭크실(136) 및 실린더 블록(112)은 기밀 크랭크 챔버(138)를 형성하도록 상호 작용한다. 입구 포트(140)가 크랭크 챔버(138)에 제공된다. 도관(17)은 분리된 오일을 오일 분리기(14)로부터 크랭크 챔버(138)로 전달한다. 도관(17)은 (도시된 바와 같이) 외부 통로 또는 내부 통로로서 형성될 수 있다. 외부 도관(17)은 예컨대, 강철 튜브 또는 가요성 호스와 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다.

도2에 개략적으로 도시된 공급 라인(26)은 크랭크 챔버(138) 및 흡입 챔버(120) 사이에 배치된다. 공급 라인(26)은 도시된 바와 같이 외부 라인으로 형성되어 흡입 챔버(120)와 통하도록 도관(25)에 연결된다. 외부 공급 라인(26)은 예컨대, 강철 튜브 또는 가요성 호스와 같은 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 공급 라인(26)은 크랭크 챔버(138)와 흡입 챔버(120) 사이의 내부 통로로 형성될 수 있다.

공급 라인(26)은 크랭크 챔버(138)과 흡입 챔버(120) 사이의 유체 연통을 제공한다. 제어 밸브(28)는 크랭크 챔버(138)로부터 흡입 챔버(120)로의 냉매 가스 흐름을 제어하기 위해 공급 라인(26)에 배치된다. 제어 밸브(28)는 볼형 밸브 또는 솔레노이드 밸브와 같은 임의의 일반적인 형태일 수 있다. 제어 밸브(28)는 그 곳을 통과하는 냉매의 유동을 변화시키기 위해 원거리 공급원으로부터 신호를 받도록 구성된다. 기계식 또는 전기식 제어 밸브가 제공될 수 있다. 기계식 제어 밸브는 크랭크 챔버(138) 내의 압력을 조절하기 위해 크랭크 챔버(138)로부터 흡입 챔버(120)로의 냉매 가스의 유동을 제어하도록 공조 시스템 내의 증발기로부터 온도 또는 압력 제어 신호를 받게 정렬될 수 있다. 전기식 제어 밸브는 마이크로프로세서(도시되지 않음)로부터 전기 신호를 받도록 정렬될 수 있다. 전기식 제어 밸브용 마이크로프로세서는 크랭크 챔버(138)로부터 흡입 챔버(120)로의 냉매 가스 유동을 제어하기 위해 압축기의 배출 압력, 차량 엔진의 회전 속도, 온도차, 습도 등을 감시(monitor)한다.

제어 밸브(28)가 폐쇄 또는 제한되면, 크랭크 챔버(138)의 압력은 증가하여 압축기 내의 피스톤의 행정(stroke)과 배출 챔버(122)로부터의 냉매 혼합물의 배출량이 감소한다. 제어 밸브(28)가 개방되면, 크랭크 챔버(138)의 압력은 감소하여 피스톤의 행정과 배출 챔버(122)로부터의 냉매 혼합물의 배출량이 증가한다.

구동축(144)은 크랭크실(136)의 중앙에 배치되고 크랭크실(136)을 통과하여 연장하도록 정렬된다. 구동축(144)의 일 단부는 크랭크실(136) 내에 장착된 베어링(146)에 의해 회전 가능하게 지지되고, 대향 단부는 실린더 블록(112) 내에 장착된 베어링(148)에 회전 가능하게 지지된다. 구동축(144)의 종방향 이동은 실린더 블록(112) 내에 장착된 트러스트 베어링(150)에 의해 제한된다.

회전자(152)는 크랭크 챔버(138) 내에서 크랭크실(136)의 한 단부에 인접한 구동축(144)의 외부 표면에 고정 장착된다. 트러스트 베어링(154)은 크랭크실(136) 및 회전자(152) 사이에 배치된 크랭크 챔버(138)의 크랭크실(136)의 내부벽에 장착되고 회전자(152)에 베어링 표면을 제공한다. 아암(156)은 트러스트 베어링(154)과 접촉하는 회전자(152)의 표면과 대향하는 회전자(152)의 표면으로부터 측방향으로 연장한다. 사각형 슬롯(158)은 아암(156)의 말단부에 형성된다.핀(160)은 회전자(152)의 아암(156)의 슬롯(158)에 활주 가능하게 배치된 일 단부를 갖는다.

경사판 조립체는 허브(162)와 환형판(164)을 포함하도록 형성된다. 허브(162)는 그 표면으로부터 외향 및 측방향으로 연장하는 아암(166)을 포함한다. 구멍(168)은 아암(166)의 말단부에 형성된다. 핀(160)의 일 단부가 회전자(152)의 아암(156)의 슬롯(158)에 활주 가능하게 배치되는 반면, 핀(160)의 다른 단부는 아암(166)의 구멍(168) 내에 고정적으로 배치된다.

중공 환형 연장부(170)는 아암(166)으로부터 대향하여 허브(162)의 표면으로부터 연장한다. 2개의 핀(172, 174)은 그 외부 표면의 일부가 허브(162)의 환형 연장부(170)의 구멍에서 노출된 채로 상호 대향하여 허브(162)에 배치된다.

환형판(164)은 그 곳을 통해 연장하는 허브(162)의 환형 연장부(170)를 수납하도록 구성된 중앙에 위치한 구멍을 갖는다. 구동축(144)은 경사판 조립체의 허브(162)에 형성된 구멍 내에서 활주 가능하게 수납된다.

스프링(176)은 구동축(144)의 외부 표면 주위로 연장하도록 배치된다. 스프링(176)의 일 단부는 회전자(152)에 맞닿는다. 스프링(176)의 대향 단부는 경사판 조립체의 허브(162)에 맞닿는다.

복수의 피스톤(178)은 실린더 블록(112) 내의 실린더(114) 내에 활주 가능하게 배치된다. 각 피스톤(178)은 헤드(180), 해당 스커트부(182) 및 브릿지부(184)를 포함한다. 스커트부(182)는 브릿지부(184)에서 종결한다. 한 쌍의 오목한 슈 포켓(shoe pocket; 186)은 한 쌍의 반구형 슈(188)를 회전 가능하게 지지하기 위해각 피스톤(178)의 브릿지부(184)에서 형성된다. 슈(188)의 구형 표면은 경사판 조립체의 환형판(164)의 양 대향 표면과의 활주 가능한 결합을 위해 평평한 지지 표면이 구형 표면에 대향 배치된 채로 슈 포켓(186)에 배치된다.

특허법의 규정에 따라, 본 발명의 작동 원리 및 태양이 그 양호한 실시예로 설명되고 예시되었다. 그러나, 본 발명은 그 요지와 범주를 벗어나지 않는다면 구체적으로 설명되고 예시된 바와는 달리 실시될 수도 있음을 알아야 한다.

본 발명은 오일 분리기를 포함하는 차량 냉각 회로를 제공함으로써, 차량 공조 시스템의 효율에 영향을 주지 않고서도 압축기의 윤활 및 크랭크 챔버의 압력을 조절할 수 있다.

Claims

크랭크 챔버, 흡입 챔버 및 배출 챔버를 보유하는 압축기와;

이산화 탄소 및 오일로 구성된 냉매 혼합물과;

오일 분리기와;

냉매 혼합물을 오일 분리기로 직접 전달하기 위해 압축기의 배출 챔버와 오일 분리기를 직접 연결하는 도관과;

오일이 압축기의 크랭크 챔버로 직접 흐를 때 오일을 교축하기 위해 오일 분리기와 압축기의 크랭크 챔버 사이에만 제공되는 한정 오리피스를

포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제1항에 있어서, 한정 오리피스를 통과하는 오일의 압력은 압축기의 흡입 챔버의 압력보다 더 큰 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제2항에 있어서, 크랭크 챔버와 흡입 챔버 사이를 연결하는 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제3항에 있어서, 공급 라인 내에 제어 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제3항에 있어서, 공급 라인은 압축기의 외부에 있는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제3항에 있어서, 공급 라인은 압축기의 내부에 있는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제1항에 있어서, 한정 오리피스는 오일 분리기와 압축기 사이의 복귀 통로에 제공되는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제7항에 있어서, 복귀 통로는 압축기의 크랭크 챔버와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제1항에 있어서, 유체를 증발기로부터 압축기의 흡입 챔버로 유도하는 제2 도관을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.
제9항에 있어서, 제2 도관 및 크랭크 챔버와 유체 연통하는 공급 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 공조 시스템.