KR20090112834A - 차량용 공조시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 공조시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템의 냉매 라인에 특정 압력 이상에서 팽창밸브를 바이패스 할 수 있도록 바이패스 라인 및 개폐밸브를 설치함으로써, 공조시스템의 초기 작동시 고압발생을 방지함과 아울러 상기 바이패스 라인에 보조팽창수단을 설치하여 에어컨의 성능 저하도 방지할 수 있는 차량용 공조시스템에 관한 것이다.
이에 본 발명은 이산화탄소 냉매가 압축기(10), 가스쿨러(20), 팽창밸브(30), 증발기(50)를 순차적으로 순환하도록 냉매 라인(L)을 구성하는 차량용 공조시스템에 있어서, 상기 냉매 라인(L)에는 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매가 상기 팽창밸브(30)를 바이패스 할 수 있도록 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매 라인(L1)과 출구측 냉매 라인(L2)을 연결하는 바이패스 라인(100)이 설치되고, 상기 바이패스 라인(100)에는 개폐밸브(110)가 설치되어, 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매가 특정 압력 이상일 경우 상기 개폐밸브(110)가 개방되게 구성하는 것을 특징으로 한다.
공조시스템, 이산환탄소 냉매, 팽창밸브, 바이패스 라인

Description

차량용 공조시스템{Air-conditining system for vehicle}
본 발명은 차량용 공조시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템의 냉매 라인에 특정 압력 이상에서 팽창밸브를 바이패스 할 수 있도록 바이패스 라인 및 개폐밸브를 설치함으로써, 공조시스템의 초기 작동시 고압발생을 방지함과 아울러 상기 바이패스 라인에 보조팽창수단을 설치하여 에어컨의 성능 저하도 방지할 수 있는 차량용 공조시스템에 관한 것이다.
일반적으로 프레온가스로 불리는 CFC냉매는 오존층을 파괴하는 것으로 알려져 국내외적으로 환경문제로 대두되고 있고, 이를 최소화할 수 있는 새로운 대체 냉매를 선진국을 중심으로 개발하여 가전제품에 적용하고 있다.
상기와 같은 대체 냉매중에 이산화탄소(CO2)는 우수한 안정성, 무취, 무독, 비부식성, 비연소, 비폭발성의 물질로써 윤활유와 양호한 상용성을 가지고 있고, 다른 냉매에 비해 가스의 비체적이 작아서 소형 공조시스템 제작이 용이한 장점이 있다.
또한, 이산화탄소의 가장 큰 특징으로는 높은 증기압력과 낮은 임계온도를 가지는 것이다.
상기의 높은 증기압력과 낮은 임계온도를 가지는 특성에 의해 이산화탄소 냉매시스템에서는 임계압력보다 낮은 압력에서 열을 흡수하고, 임계압력보다 높은(초임계상태) 압력에서 열을 방출하는 초임계싸이클을 구성하며, 주요 구성요소로는 압축기, 가스 쿨러, 내부열교환기, 팽창밸브, 증발기 등으로 이루어져 있다.
도 1 은 상기 구성요소들에 의한 이산화탄소용 공조시스템을 나타낸 구성도로써, 냉매순환과정은 압축기(5)-가스쿨러(1)-내부열교환기(6)-팽창밸브(2)-증발기(3)-어큐뮬레이터(4)-내부열교환기(6)-압축기(5)로 순환하게 된다. 여기서, 상기 어큐뮬레이터(4)는 증발기(3)에서 배출된 기상냉매 중에 포함된 액상냉매를 제거하여 압축기(5)에 기상냉매만을 공급하는 기능을 하게 된다.
상기 초임계 냉매시스템의 효율은 가스쿨러(1) 영역의 제어에 의해 영향을 받으므로 가스쿨러(1) 출구냉매의 온도 및 압력을 감지하여 교축시의 냉매유량을 제어하는 것이 필요하며, 즉, 상기 팽창밸브(2)는 시스템이 최적 효율을 내기 위해 적정 온도 및 압력을 유지할 수 있도록 가스쿨러(1) 출구냉매의 온도 및 압력을 감지하여 교축시 냉매유량을 제어하게 된다. 아울러, 일반적으로 최적의 성적계수를 갖기 위해서는 가스쿨러(1) 출구 냉매의 온도를 최대한 낮게 해야 하므로 가스쿨러(1) 출구측 냉매와 증발기(3) 출구측 냉매를 상호 열교환시켜 주는 내부열교환기(6)가 필요하다.
상기 내부열교환기(6)는 가스쿨러(1) 출구의 고압냉매를 증발기(3) 출구측의 저온 저압의 냉매와 열교환시켜 팽창밸브(2)에 유입되는 냉매의 엔탈피를 낮춤으로 써 등엔탈피 과정을 겪는 교축과정 이후의 증발기(3) 입,출구에서의 엔탈피 차이를 크게하여 에어컨 성능을 극대화 할 수 있으며, 상기 어큐뮬레이터(4) 이후의 저온 저압의 냉매를 가열함으로써 상기 압축기(5) 입구측의 과열도를 높여 액냉매 유입으로 인한 압축기(5)의 고장을 방지할 수 있다.
그러나, 종래의 차량용 공조시스템은, 에어컨 오프(OFF)시 냉매의 유동이 없고 상기 팽창밸브(2)의 개도가 축소된 상태로 있게 되는데, 이 상태에서 에어컨을 작동시킬 경우 상기 팽창밸브(2)의 개도가 지나치게 닫혀져 있어 순간 고압이 발생하여 시스템이 불안정해지는 문제가 있다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템의 냉매 라인에 특정 압력 이상에서 팽창밸브를 바이패스 할 수 있도록 바이패스 라인 및 개폐밸브를 설치함으로써, 공조시스템의 초기 작동시 고압발생을 방지함과 아울러 상기 바이패스 라인에 보조팽창수단을 설치하여 에어컨의 성능 저하도 방지할 수 있는 차량용 공조시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 이산화탄소 냉매가 압축기, 가스쿨러, 팽창밸브, 증발기를 순차적으로 순환하도록 냉매 라인을 구성하는 차량용 공조시스템에 있어서, 상기 냉매 라인에는 상기 팽창밸브의 입구측 냉매가 상기 팽창밸브를 바이패스 할 수 있도록 상기 팽창밸브의 입구측 냉매 라인과 출구측 냉매 라인을 연결하는 바이패스 라인이 설치되고, 상기 바이패스 라인에는 개폐밸브가 설치되어, 상기 팽창밸브의 입구측 냉매가 특정 압력 이상일 경우 상기 개폐밸브가 개방되게 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템의 냉매 라인에 특정 압력 이상에서 팽창밸브를 바이패스 할 수 있도록 바이패스 라인 및 개폐밸브를 설치함으로써, 공조시스템의 초기 작동시 고압발생이 방지되어 시스템을 안정화 할 수 있다.
또한, 상기 바이패스 라인에 보조팽창수단을 설치함으로써 에어컨의 성능 저하가 방지된다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 종래와 동일한 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조시스템을 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조시스템에서 에어컨 초기 작동시 경과시간에 따른 냉매의 압력변화를 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 공조시스템은, 이산화탄소(CO2)를 냉매로 사용하는 공조시스템으로써, 압축기(10), 가스쿨러(20), 팽창밸브(30), 증발기(50)를 냉매라인(L)으로 연결하여 구성된다.
이때, 상기 가스쿨러(20)의 출구측 고압냉매를 증발기(50)의 출구측 저온 저압의 냉매와 열교환시키도록 내부열교환기(40)가 설치되고, 또한, 상기 증발기(50) 에서 배출된 기상냉매 중에 포함된 액상냉매를 제거하여 압축기(10)에 기상냉매만을 공급하도록 어큐뮬레이터(60)도 설치된다.
즉, 냉매는 압축기(10) -> 가스쿨러(20) -> 내부열교환기(40) -> 팽창밸브(30) -> 증발기(50) -> 어큐뮬레이터(60) -> 내부열교환기(40) -> 압축기(10)로 순환하게 된다.
여기서, 상기 내부열교환기(40)와 어큐뮬레이터(60)는 별도로 구성될 수도 있고 일체형으로 구성될 수도 있다.
아울러, 상기 어큐뮬레이터(60)는 상기 증발기(50)의 출구측과 상기 내부열교환기(40)의 사이에 설치되지만, 이러한 어큐뮬레이터(60)는 선택적으로 설치되는 것으로써 삭제할 수도 있다.
또한, 상기 내부열교환기(40)는 상기 가스쿨러(20)에서 배출되어 팽창밸브(30)에서 교축되기 전 고온 고압의 냉매와 상기 증발기(50) 또는 어큐뮬레이터(60)(어큐뮬레이터가 설치된 경우)에서 배출되는 저온 저압의 냉매를 상호 열교환시킴으로써, 교축 전의 고온 고압의 냉매 온도를 낮추고 압축기(10)로 유입되는 냉매의 과열도를 높이게 된다.
그리고, 상기 팽창밸브(30)는 팽창블럭(35)의 내부에 설치되는데, 상기 팽창블럭(35)의 내부에는 상기 가스쿨러(20)의 출구측과 연결되는 제1고압유로(36)와, 상이 증발기(50)의 입구측과 연결되는 제2고압유로(37)가 형성되어 있다.
이러한 상기 팽창밸브(30)는 상기 가스쿨러(20)에서 배출되어 상기 제1고압유로(36)를 유동하는 냉매의 온도 또는 압력을 감지하여 수축 또는 팽창하는 감온 부(31)와, 상기 감온부(31)의 수축 또는 팽창에 따라 상기 증발기(50)로 공급되는 냉매량을 조절하도록 상기 제2고압유로(37)의 개도량을 제어하는 밸브부(32)로 이루어진다.
이때, 상기 감온부(31)는 상기 팽창블럭(35)의 제1고압유로(36)상에 장착되며, 상기 밸브부(32)는 상기 감온부(31)의 수축 또는 팽창시 상기 감온부(31)와 연동하여 상하 이동하면서 상기 제2고압유로(37)를 통과하는 냉매량을 조절하게 된다.
아울러, 상기 제2고압유로(37)를 통과하는 과정에서 냉매는 교축작용을 하게 된다.
이와 같이, 상기 팽창밸브(30)는 상기 제1고압유로(36)를 통해 유동하는 상기 가스쿨러(20)의 출구측 냉매의 온도 또는 압력에 따라 상기 제2고압유로(37)의 개도를 조절하여 냉매유량을 제어하게 되며, 이에 따라 시스템이 최적 효율을 내기 위한 적정 온도 또는 압력을 유지할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 냉매 라인(L)에는 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매가 상기 팽창밸브(30)를 바이패스 할 수 있도록 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매 라인(L1)과 출구측 냉매 라인(L2)을 연결하는 바이패스 라인(100)이 설치된다.
즉, 에어컨이 오프된 상태에서 에어컨의 초기 작동시 상기 팽창밸브(30)의 개도가 지나치게 닫혀져 있으므로 순간 고압이 발생할 수 있기 때문에 상기 가스쿨러(20)에서 배출되어 내부열교환기(40)를 거친 냉매를 상기 바이패스 라인(100)을 통해 팽창밸브(30)를 바이패스 시킴으로써 고압발생을 방지할 수 있게 되는 것이 다.
또한, 상기 바이패스 라인(100)에는 개폐밸브(110)가 설치되어 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매가 특정 압력 이상일 경우 상기 개폐밸브(110)가 개방되도록 되어 있다. 상기 특정 압력은, 시스템의 안전을 위한 상한치 압력(c)과 시스템의 정상 압력(a) 사이에서 정해지며, 상기 시스템의 안전을 위한 상한치 압력(c)에 도달하기 전에 개폐밸브(110)가 개방되게 하여 시스템의 순간 고압을 낮추게 된다. 아울러, 상기 특정 압력은 공조시스템에 따라 그 값이 변경될 수 있다.
도 3은 에어컨 초기 작동시 경과시간에 따른 냉매의 압력변화를 나타낸 그래프로써, 종래의 경우 초기 작동시 팽창밸브(30)의 개도가 지나치게 닫혀져 있음으로 인해 순간 냉매의 압력이 높게 발생한 후 정상 압력(a)으로 내려오는 것을 볼수 있는데, 이 경우 순간 냉매의 압력이 시스템의 안전을 위한 상한치 압력(c) 보다 높게 되어 시스템이 불안정해짐은 물론 심할 경우 시스템이 정지되는 문제가 발생하게 되며,
본 발명의 경우 초기 작동시 팽창밸브(30)의 개도가 지나치게 닫혀져 있음으로 인해 냉매의 압력이 상승하다가 특정 압력(b)에서 개방되게 작동하는 상기 바이패스 라인(100)을 통해 팽창밸브(30)를 바이패스 하게 됨으로써 냉매의 압력이 시스템의 안전을 위한 상한치 압력(c)에 도달하기 전에 시스템 정상 압력(a)으로 내려오는 것을 볼 수 있다.
이처럼 본 발명은 에어컨의 초기 작동시 상기 팽창밸브(30)의 개도 축소에 의해 순간적으로 발생하는 고압을 상기 특정 압력에서 개폐밸브(110)에 의해 개방 되는 상기 바이패스 라인(100)을 통해 낮춰줌으로써 순간 고압발생을 방지하고 이로 인해 시스템을 안정화시키게 된다.
그리고, 상기 바이패스 라인(100)에는 상기 바이패스 라인(100)을 통해 바이패스되는 냉매를 감압 팽창할 수 있도록 보조팽창수단(120)이 설치된다. 상기 보조팽창수단(120)은 상기 바이패스 라인(100)에 오리피스(121)를 설치하여 이루어진다.
즉, 에어컨 초기 작동시 상기 특정 압력 이상일 경우 냉매가 상기 바이패스 라인(100)을 통해 상기 팽창밸브(30)를 바이패스 하더라도 상기 보조팽창수단(120)이 팽창밸브(30)의 역할을 수행하게 되어 냉매를 감압 팽창시키게 되므로 바이패스에 의한 성능 저하를 방지하게 된다.
그리고, 상기 보조팽창수단(120)과 개폐밸브(110)는 상기 바이패스 라인(100)에 서로 이격하여 설치할 수도 있지만, 상기 보조팽창수단(120)인 오리피스(121)를 상기 개폐밸브(110)가 특정 압력 이상에서 직접 개폐하도록 설치할 수도 있다. 이 경우, 상기 개폐밸브(110)는 상기 오리피스(121)를 개폐하는 볼(111)과, 상기 특정 압력 이상에서 상기 볼(111)이 오리피스(121)를 개방할 수 있도록 상기 볼(111)을 탄력지지하는 스프링(112)으로 이루어진다.
한편, 상기 바이패스 라인(100)은 상기 팽창밸브(30)가 설치되는 팽창블럭(35)에 일체형으로 구성할 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조시스템의 냉매순환과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 압축기(10)로부터 압축되어 배출된 고온 고압의 기상냉매가 상기 가스쿨러(20)로 유입되면, 상기 가스쿨러(20)는 유입된 기상냉매를 외기와 열교환시키게 된다.
계속해서, 상기 가스쿨러(20)에서 배출된 냉매는 상기 팽창블럭(35)의 제1고압유로(36)측으로 유입되고, 이후 상기 내부열교환기(40)를 거쳐 상기 팽창블럭(35)의 제2고압유로(37)측으로 유입된다.
상기 제2고압유로(37)측으로 유입된 냉매는 상기 팽창밸브(30)의 교축작용에 의해 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 변한 후 상기 증발기(50)로 유입된다.
이후, 상기 증발기(50)는 유입된 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시키게 되고, 이때 냉매는 증발기(50)에서 증발하여 저온 저압의 냉매가 되어 배출된다.
상기 증발기(50)에서 배출된 저온 저압의 냉매는 상기 어큐뮬레이터(60)를 거치면서 액상냉매가 제거된 후, 상기 내부열교환기(40)로 유입된다.
이 과정에서, 상기 내부열교환기(40)에서는 상기 가스쿨러(20)에서 배출된 고온 고압의 냉매와 상기 어큐뮬레이터(60)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 상호 열교환함으로써, 상기 가스쿨러(20)에서 팽창밸브(30)(팽창밸브의 밸브부)로 향하는 고온 고압 상태의 냉매의 온도를 낮추고 상기 어큐뮬레이터(60)에서 압축기(10)로 유입되는 저온 저압 상태의 냉매의 과열도를 적정하게 유지하게 되는 것이다.
계속해서, 상기 내부열교환기(40)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(10)로 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.
한편, 상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 이산화탄소를 냉매로 이용한 공조시스템에 대해서만 설명하였으나, 여기에 한정되지 않고 HFC 계열의 냉매를 포함한 다른 냉매를 이용한 공조시스템에도 적용 가능하다.
도 1은 일반적인 이산화탄소용 공조시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조시스템을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조시스템에서 에어컨 초기 작동시 경과시간에 따른 냉매의 압력변화를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
10: 압축기 20: 가스쿨러
30: 팽창밸브 31: 감온부
32: 밸브부 35: 팽창블럭
40: 내부열교환기 50: 증발기
60: 어큐뮬레이터 100: 바이패스 라인
110: 개폐밸브 120: 보조팽창수단
121: 오리피스

Claims (3)

  1. 이산화탄소 냉매가 압축기(10), 가스쿨러(20), 팽창밸브(30), 증발기(50)를 순차적으로 순환하도록 냉매 라인(L)을 구성하는 차량용 공조시스템에 있어서,
    상기 냉매 라인(L)에는 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매가 상기 팽창밸브(30)를 바이패스 할 수 있도록 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매 라인(L1)과 출구측 냉매 라인(L2)을 연결하는 바이패스 라인(100)이 설치되고, 상기 바이패스 라인(100)에는 개폐밸브(110)가 설치되어, 상기 팽창밸브(30)의 입구측 냉매가 특정 압력 이상일 경우 상기 개폐밸브(110)가 개방되게 구성하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이패스 라인(100)에는 상기 바이패스 라인(100)을 통해 바이패스되는 냉매를 감압 팽창할 수 있도록 보조팽창수단(120)이 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조팽창수단(120)은 오리피스(121)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010037158A1 (de) 2009-11-20 2011-06-16 Hyundai Motor Company Vorrichtung zum Auslassen von Kondenswasser eines Schalldämpfers
US11917798B2 (en) 2018-08-24 2024-02-27 Vitesco Technologies GmbH Charging device module for installation in an electrically driveable vehicle, vehicle and method for cooling components of an electrically driveable vehicle

Cited By (2)

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