KR20020057158A - 차량용 공기조화장치의 냉동싸이클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증발기의 출구측 냉매의 온도 및 압력에 대한 냉동싸이클로 이용되는 팽창밸브의 감응도를 향상시켜 압축기로 유입되는 냉매의 온도와 압력을 조절하여 일정한 과열도를 갖도록 함으로써 냉방성능을 향상시키고 압축기 동력소모량을 감소할 수 있는 차량용 공기조화장치의 냉동싸이클에 관한 것이다.

본 발명의 차량용 공기조화장치의 냉동싸이클은 차량 엔진을 동력원으로 하여 구동되는 압축기, 응축기, 액화된 냉매를 수용하는 리시버, 냉매온도를 검지하는 감온부 및 다이어프램의 균압관을 갖음으로써 액냉매의 통과량을 조절하는 팽창밸브, 증발기 및 증발기 입구유로와 출구유로를 근접배치하여 입구유로의 냉매와 출구유로의 냉매를 열교환시키는 2차열교환기를 갖는 것으로, 상기 팽창밸브의 감온부를 상기 2차열교환기와 상기 압축기 사이의 냉매라인에 설치하고, 상기 균압관은 상기 감온부 후단 냉매라인에 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 공기조화장치의 냉동싸이클{Heat exchanging cycle of car air conditioner}

본 발명은 자동차용 공기조화장치에 이용되는 냉동싸이클 구성배열에 관한것이다.

일반적으로, 자동차용 공기조화장치등에 이용되는 냉동싸이클은 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브, 증발기 등으로 구성되어 있고, 이 밀폐된 회로에 냉매를 순환시킴으로써 증발기의 냉매와 실내공기를 열교환시켜 실내를 냉각하고 있다.

상기 냉동싸이클에 대해서는, 팽창밸브를 통해 단열팽창한 냉매가 가스와 액의 2상류 상태로 되어 증발기로 들어가며, 여기서 외부 열을 흡수하여 기화되고, 등온팽창을 하여 실내공기의 냉각작용을 행하며, 팽창한 냉매는 과열증기로 되어 압축기로 흡입된다.

따라서 냉매유로를 복수로 설치하고 냉매를 분배하는 적층형 증발기에서는 증발기의 입구측에서 냉매를 균일하게 분배하는 것이 바람직하고, 이를 위해서는 냉매의 건도가 낮은 것이 유리하다. 즉 액이 많은 상태가 온도편차를 줄이고 냉매 균일분배에 좋다. 또한 팽창밸브를 이용한 냉동싸이클에서는 증발기 출구측 냉매는 과열증기로 되어 온도가 상승한다. 이를 위해 냉매가 증발하고 있는 증발기 입구측과 냉매가 과열증기로 되는 증발기 출구측에서는 열교환시킨 공기에 온도차가 발생하고, 공기가 균일하게 냉각되지 못하며 사용자에게 불괘감을 준다.

이상의 문제를 해결하기 위해 적층형 증발기와, 이 팽창밸브의 입구유로와 증발기 출구유로를 근접배치하여 입구유로의 냉매와 출구유로의 냉매를 열교환시키는 2차열교환기가 제시된 바 있다.

이 2차열교환기에서는 출구유로의 냉매는 입구유로의 냉매를 냉각하고, 그것에 의해 입구유로의 기체와 액체와의 2상상태의 냉매는 액밀(액이 많은 상태)로 된다. 반대로, 출구유로의 냉매는 입구유로의 냉매에 의해 가열되어 과열증기상태로 된다.

도 3은 종래 2차 열교환기를 적용한 공조장치의 냉동싸이클의 구성을 표시한 설명도이다. 전체를 부호 1로 표시한 냉동싸이클은 차량 엔진을 동력원으로 하여 구동되는 압축기(2), 응축기(3), 응축기(3)에서 액화된 냉매를 수용하는 리시버(3), 액냉매의 통과량을 조절하는 팽창밸브(5), 증발기(6) 및 팽창밸브(5) 입구유로와 증발기 출구유로를 근접배치하여 입구유로의 냉매와 출구유로의 냉매를 열교환시키는 2차열교환기(7)를 갖는다.

팽창밸브(5)는 증발기(6)의 출구측 냉매온도를 검지하는 감온부(5a)와, 증발기(6)의 출구측 냉매압력을 검지하는 균압관(5b)을 갖고 이들은 2차열교환기(7)의 출구측과 압축기(2)의 냉매라인상에 설치됨으로써 냉매의 온도와 압력을 팽창밸브(5)에 피드백하여 밸브 개도량을 조절한다.

팽창밸브(5)는 증발기 출구냉매의 상태를 감온부와 균압관에 의해 감지하여 밸브조작에 의해 냉매유량을 조절하게 하며 증발기 출구 과열도를 일정하게 조절한다.

그러나 종래 2차열교환기를 갖는 에어컨 시스템에서는 증발기 출구에서 팽창밸브의 감온부까지 파이프로 연결되어 열부하 및 시스템의 작동상태에 기인한 교란이 팽창밸브 감온부에 직접적으로 전달되기 때문에 증발기에서 액냉매가 간헐적으로 유출되어 팽창밸브 제어기능을 교란시키고, 열부하 변동에 의한 냉매제어의 불안정성이 팽창밸브 감온부위에 전달되어 증폭된다.

이에 따라 증발기의 상태가 시스템 작동상태에 민감하게 반응하여 온도, 압력 등이 심하게 변동하는 헌팅현상이 발생할 가능성이 크며 압축기에 피해를 입힐 수 있는 등 냉방성능이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 감온부 및 균압관을 2차열교환기 후단에 설치함으로써 증발기의 출구측 냉매의 온도 및 압력에 대해 팽창밸브의 감응도를 향상시켜 압축기로 유입되는 냉매의 온도와 압력을 조절하는 것에 의해 일정한 과열도를 갖도록 함으로써 냉방성능을 향상시키고 압축기 동력소모량을 감소할 수 있는 차량용 공기조화장치의 냉동싸이클을 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차량용 공기조화장치의 냉동싸이클은 차량 엔진을 동력원으로 하여 구동되는 압축기, 응축기, 액화된 냉매를 수용하는 리시버, 냉매온도를 검지하는 감온부 및 균압관을 갖음으로써 액냉매의 통과량을 조절하는 팽창밸브, 증발기 및 팽창밸브 입구유로와 증발기 출구유로를 근접배치하여 입구유로의 냉매와 출구유로의 냉매를 열교환시키는 2차열교환기를 갖는 것으로, 상기 팽창밸브의 감온부를 상기 2차열교환기와 상기 압축기 사이의 냉매라인상에 설치하고, 상기 균압관은 상기 감온부 후단 냉매라인상에 설치한 것을 특징으로 한다.

도 1은 앵글타입의 팽창밸브를 적용한 본 발명에 따른 냉동싸이클을 보인 구성도,

도 2는 블록타입 팽창밸브를 적용한 본 발명에 따른 냉동싸이클을 보인 구성도,

도 3은 종래 냉동싸이클을 보인 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 냉동싸이클11 : 압축기

12 : 응축기13 : 리시버

14 : 팽창밸브15 : 증발기

16 : 2차열교환기17 : 감온부

18 : 균압관19 : 저온냉매 파이프

도 1은 본 실시예에 따른 2차 열교환기가 구비된 앵글(Angle)타입의 냉동싸이클 구성도로써, 도면을 참조하여 설명하면, 전체를 부호 10으로 표시한 냉동싸이클은 차량 엔진을 동력원으로 하여 구동되는 압축기(11), 응축기(12), 응축기(12)에서 액화된 냉매를 수용하는 리시버(13), 액냉매의 통과량을 조절하는 팽창밸브(14) 및 증발기(15)를 갖고, 팽창밸브 입구유로와 출구유로를 근접배치하여 입구유로의 냉매와 출구유로의 냉매를 열교환시키는 2차열교환기(16)를 포함한다.

이 팽창밸브(14)는 증발기(15)의 출구측 냉매온도를 검지하여 다이어프램에 냉매라인의 온도를 전달하는 감온부(17)와, 증발기(15)의 출구측 냉매압력을 검지하여 다이어프램에 냉매라인의 압력을 전달하는 균압관(18)을 갖으며, 여기에서 감지된 온도와 압력을 팽창밸브(14)로 피드백하여 밸브 개도량을 조절한다.

더욱이 본 발명은 2차열교환기(16)를 적용한 냉동싸이클에 있어서, 상기 감온부(17)와 균압관(18)을 상기 2차열교환기(16)를 통과한 저온냉매라인상(19)에 부착하되 균압관(18)은 감온부(17)의 하류에 설치되도록 하고 있다.

상기 균압관(18)을 감온부(17) 하류에 설치하는 이유는 균압관(18)이 대체로 냉매라인에 파이프 형태로 연결되기 때문에 냉매라인의 균압관(18) 연결부에서는 와류와 같은 유동 천이현상이 일어나기 쉬우며 이 유동 천이현상에 의해 냉매라인에 일시적인 온도변동이 발생하게 되고, 이로 인해 팽창밸브에 급격한 작동이 일어나 냉매유동이 불안정해지고 헌팅현상이 일어날 가능성이 높아지기 때문이다.

그러나 본 발명과 같이 균압관(18)을 감온부(17)의 하류에 설치할 경우 균압관(18)에서 유발된 유동변동 요인이 감온부(17)에 전달되지 못하므로 감온부(17)는 증발기의 열부하에만 영향을 받으므로 안정적인 작동을 할 수 있다.

이상 실시예에서는 앵글 타입의 팽창밸브에 적용한 예를 설명한 것으로, 도 2는 블록타입 팽창밸브에 적용한 예를 도시하고 있다. 도면을 참조하면, 블록타입의 팽창밸브는 앵글타입에 비해 조립공수 및 조립 편의성이 매우 유리하다. 도 2는 블록 타입의 팽창밸브를 2차열교환기와 같이 사용할 경우 실시예와 동일하게 감온부와 균압관이 2차열교환기와 압축기사이의 냉매라인에 설치되고 균압관은 감온부의 하류 근접위치에 설치된다. 도 2의 실시예를 적용할 경우 도 1의 앵글타입에 비해 조립공수가 줄어들고 조립이 간편한 장점이 있기 때문이다.

이와 같이 2차열교환기 후단에 감온부(17)와 균압관(18)을 순차적으로 설치함으로써 열부하 및 시스템의 작동상태에 기인한 교란이 팽창밸브 감온부에 직접적으로 전달되는 것을 피할 수 있고, 증발기에서 액냉매가 간헐적으로 유출되어 팽창밸브 제어기능을 교란시키는 것을 방지할 수 있으며, 열부하 변동에 의한 냉매제어의 불안정성이 팽창밸브 감온부위에 전달되어 증폭되는 것을 방지할 수 있다.

또한 증발기의 상태가 시스템 작동상태에 민감하게 반응하여 온도, 압력 등이 심하게 변동하는 헌팅현상도 방지할 수 있다.

다시말해, 팽창밸브(14)는 증발기(15) 출구냉매의 상태 즉, 감온부(17)와 균압관(18)에 의해 증발기 출구냉매의 온도와 압력을 감지하여 밸브조작에 의해 냉매유량을 조절하게 하며 증발기(15) 출구 과열도를 일정하게 조절한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 냉동싸이클은 저온측과 고온측의 2차열교환에 의해 증발기의 과열영역이 줄어들고 과열구간은 2차열교환기(16)에 형성된다. 종래 증발기에서 냉매유동이 열을 받아 완전히 증발된 상태인 과열구간의 체적이 전체증발기의 20%정도를 차지하는 것으로 알려져 있다. 이러한 과열구간은 증발기의 다른 부분에 비해 온도가 높으며 증발기의 온도편차를 만들게 되고 열교환 효율이 떨어지게 하는 원인이 된다. 2차열교환기(16)에 의해 증발기(15)의 열교환 효율이 높아지게 된다.

교축기구에 온도식 팽창밸브를 사용하게 되면 감온부(17)와 균압관(18)은 2차열교환기(16)의 하류측에 형성된다. 팽창밸브(14)는 냉매의 온도와 압력을 조절하여 일정한 과열도를 갖도록 한다. 증발기의 출구측에 감온부와 균압관이 있는 경우와 비교하면 감온부(17)와 균압관(18)이 증발기(15)에서의 열전달량은 물론 2차열교환기(16)에서의 열전달량까지 포함하여 감지하게 되므로 유량이 커지게 된다. 또한 유량증가에 따라 냉방성능이 향상한다.

고압측에서는 2차열교환기(16)에서의 열전달에 의해 팽창밸브(14) 입구 냉매의 과냉도가 증가한다. 과냉도의 증가는 유동의 안정성을 가져오게 하며 비체적의 감소에 의한 유속감소로 파이프 또는 열교환기에서 압력강하량 감소에 기여하여 시스템 전체적으로 효율이 증가하고 압축기 동력 소모량이 감소하게 된다.

저압측 냉매는 2차열교환기(16)를 통과하면서 열교환에 의해 적정 과열도를 유지하게 되며, 그 상태는 포화상태에 가깝다. 따라서 과열도가 매우 큰 냉매흐름에 비해 냉매의 비체적이 매우 작은 상태이며 압축기에 공급될 때 압축기 체적효율을 최대로 하며 토출압을 낮은 상태로 유지하게 된다. 포화상태에 가까운 상태는 액냉매 상태가 아니며 증발된 냉매이나 과열도가 매우 낮은 상태를 말하며 2차열교환(16)에 의해 액냉매가 압축기(11)에 공급될 가능성이 줄게 된다.

시스템 작동 초기에는 증발기(15) 보다 2차열교환기(16)에서의 열교환량이 많으며 이로 인해 시스템이 빨리 정상상태에 이르게 된다. 이는 냉각반응이 빨리 정상상태에 이른다는 의미이며 증발기의 기능을 신속히 할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 팽창밸브의 감온부와 균압관을 2차열교환기 후단 저온냉매라인상에 설치한 것으로, 이것에 의하면 증발기의 출구측 냉매의 온도 및 압력에 대한 냉동싸이클로 이용되는 팽창밸브의 감응도를 향상시킬 수 있고, 압축기로 유입되는 냉매의 온도와 압력을 조절하여 일정한 과열도를 갖도록 함으로써 냉방성능을 향상시키고 압축기 동력소모량을 감소할 수 있다.

Claims (1)

1. 차량 엔진을 동력원으로 하여 구동되는 압축기, 응축기, 액화된 냉매를 수용하는 리시버, 냉매온도를 검지하는 감온부 및 다이어프램의 균압관을 갖음으로써 액냉매의 통과량을 조절하는 팽창밸브, 증발기 및 팽창밸브 입구유로와 증발기 출구유로를 근접배치하여 입구유로의 냉매와 출구유로의 냉매를 열교환시키는 2차열교환기를 갖는 것으로,

   상기 팽창밸브의 감온부와 균압관을 상기 2차열교환기와 상기 압축기 사이의 냉매라인상에 설치함과 동시에, 상기 균압관은 상기 감온부 후단 냉매라인상에 설치한 것을 특징으로 하는 차량용 공기조화장치의 냉동싸이클.