KR20090118238A - 차량용 공조장치의 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로, 특히 응축기에서 공급되는 고온 고압의 냉매를 냉매분사기로써 분사시켜 감압 팽창시키도록 한 차량용 공조장치의 냉방시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)로부터 공급되는 냉매를 고온고압의 냉매로 응축하는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)로부터 공급되는 냉매를 냉매배관(P)에 형성된 분무챔버(30) 내부로 분사하여 감압 팽창시키는 냉매분사기(40) 및 상기 냉매분사기(40)로부터 공급되는 냉매와 송풍되는 공기를 열교환시켜 공기를 냉각시키는 증발기(50)를 포함하는 차량용 공조장치의 냉방시스템에 있어서, 상기 분무챔버(30)에서 상기 증발기(50)와 압축기(10) 사이의 냉매배관(P′)로 이어지는 바이패스관(BP)이 형성되어, 상기 분무챔버(30) 내부에서 냉매와 분리된 오일이 상기 바이패스관(BP)을 거쳐서 상기 압축기(10) 쪽으로 공급되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 냉매분사기(40)를 통하여 증발기(50)로 유입되는 오일을 줄임으로써 증발기(50)의 냉각효율 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

냉매분사기, 분무챔버, 바이패스관, 증발기

Description

차량용 공조장치의 냉방시스템{Cooling system of air conditioner for vehicles}

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로, 특히 응축기에서 공급되는 고온 고압의 냉매를 냉매분사기로써 분사시켜 감압 팽창시키도록 한 차량용 공조장치의 냉방시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 공조장치의 냉방시스템은 압축기에 의하여 압축된 냉매가 응축기(condenser)로 유입되고 냉각팬에 의해 강제 송풍되어 응축된 다음, 팽창밸브 및 증발기를 차례로 거쳐 다시 압축기로 유입되는 과정에서, 송풍기에 의하여 송풍되는 공기가 증발기로 거치는 냉매와 열교환 되어 냉기상태로 실내로 유입됨으로써 냉방이 이루어지게 된다.

일반적인 차량용 공조장치의 냉방시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)로부터 공급되는 냉매를 고온고압의 액상냉매로 응축하는 응축기(110)와, 상기 응축기(110)로부터 공급되는 액상냉매를 저온 저압으로 전환시키는 팽창밸브(120) 및 상기 팽창밸브(120)로부터 공급되는 냉매와 송풍되는 공기를 열교환시켜 공기를 냉각시키는 증발기(130)를 포함하고 있다. 여기서, 상기 팽창밸브(120)는 고온고압의 액체 냉매를 저온저압으로 감압하는 교축작용과 함께 냉동사이클의 열부하에 대응하여 냉매 유동량을 조절하는 유량조절기능을 하도록 되어 있다.

이러한 공조장치의 냉방시스템은 응축기(110)를 통과한 고온 고압의 냉매가 팽창밸브(120)를 거치면서 저온 저압으로 전환되면서 유량이 조절되어 증발기(130)로 유입되도록 되어 있는데, 상기 팽창밸브(120)는 구조적으로 냉매가 유동되는 과정에서 유동손실이 발생되고, 냉매의 조건변화를 확대하기 어려울 뿐만 아니라 냉방성능의 효율을 높이는데 한계가 있었다.

한국 특허출원 2000-030523호(이하, 특허문헌 이라함)에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전자제어수단(20)과 냉매팽창수단(40)을 사용하고 있다. 상기 냉매팽창수단(40)은 도 3에 도시된 바와 같이, 증발기(60)의 입구측 냉매관(90)에 설치된 솔레노이드밸브(42)와, 상기 솔레노이드밸브(42)의 개방시 냉매를 분사하는 냉매분사부(44) 및 상기 냉매분사부(44)에서 분사된 냉매가 증발기(60)로 유입되게 하는 분사용기(46)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 냉매분사부(44)는 냉매를 노즐(44a)을 통하여 상기 분사용기(46) 내부로 액상상태로 미립화시켜 팽창시키도록 되어 있다.

그런데, 상기 특허문헌에서는 냉매팽창수단(40)에 냉매에서 오일을 분리하는 구성이 구비되어 있지 않아서 냉매와 오일이 그대로 증발기(60)에 유입되어 증발기(60)의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 냉매분사부(44)의 노즐(44a)을 통하여 냉매를 분사할 때, 자중에 의해 분리되는 오일이 분사용기(46)의 바닥에 고이게 됨으로써 정규적으로 분사용기(46)의 바닥에 오일을 제거해야 하는 불편함이 있고, 압축기(70)로 회수되는 오일의 양이 점차적으로 줄어드는 문제점이 있었다.

이에 본 발명의 목적은 종래의 차량용 냉방시스템이 지닌 문제점을 해소하기 위한 것으로, 증발기로 유입되기 전에 오일을 분리한 냉매를 증발기로 유입되게 하여 증발기의 효율을 높일 수 있고, 냉매와 함께 순환하는 과정에서 낭비되는 오일을 줄일 수 있도록 한 차량용 공조장치의 냉방시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 공급되는 냉매를 고온고압의 냉매로 응축하는 응축기와, 상기 응축기로부터 공급되는 냉매를 냉매배관에 형성된 분무챔버 내부로 분사하여 감압 팽창시키는 냉매분사기 및 상기 냉매분사기로부터 공급되는 냉매와 송풍되는 공기를 열교환시켜 공기를 냉각시키는 증발기를 포함하는 차량용 공조장치의 냉방시스템에 있 어서, 상기 분무챔버에서 상기 증발기와 압축기 사이의 냉매배관로 이어지는 바이패스관이 형성되어, 상기 분무챔버 내부에서 냉매와 분리된 오일이 상기 바이패스관을 거쳐서 상기 압축기 쪽으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉매분사기는 상기 분무챔버의 유입구를 기준으로 일정각도로 상향 경사지게 배치되어, 냉매를 상기 분무챔버의 상부로 분사시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 증발기의 유입관과 배출관 사이에 연통되는 오일회수관이 형성되어, 상기 증발기로 유입 직전에 냉매로부터 분리되는 오일이 상기 오일회수관을 통하여 상기 압축기 쪽으로 공급하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템에 의하면, 분무챔버에서 상기 증발기와 압축기 사이의 냉매배관으로 이어지는 바이패스관이 형성되어, 냉매분사기를 통하여 증발기로 유입되는 오일을 줄일 수 있게 됨으로써 증발기의 냉각효율을 높일 수 있고, 또한, 증발기로 유입되는 오일이 줄어들어 기화가 촉진됨으로써 압축기로 액냉매가 유입되는 것을 줄여서 압축기의 압축효율을 높일 수 있게 된다. 이로 인하여 전체적인 공조장치의 냉방시스템의 냉방성능을 향상시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 예시도면에 따라 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템을 도시한 구성도이고, 도 5는 제1실시예에 따른 냉매분사기와 분사챔버를 확대한 상세도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템은, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)로부터 공급되는 냉매를 고온고압의 냉매로 응축하는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)로부터 공급되는 냉매를 냉매배관(P)에 형성된 분무챔버(30) 내부로 분사하여 감압 팽창시키는 냉매분사기(40) 및 상기 냉매분사기(40)로부터 공급되는 냉매와 송풍되는 공기를 열교환시켜 공기를 냉각시키는 증발기(50)를 포함한다.

상기 압축기(10)는 상기 증발기(50)를 거쳐서 토출되는 기체냉매를 액화되기 쉽게 냉매를 흡입하여 고온, 고압으로 압축하도록 되어 있다.

상기 응축기(20)는 상기 압축기(10)로부터 유입되는 고온고압의 기체냉매를 강제 냉각시켜 액화시키도록 되어 있다.

상기 냉매분사기(40)는 상기 응축기(20)로부터 유출되는 냉매를 분무챔버(30)에 분사시켜 감압 팽창시키도록 되어 있다. 상기 냉매분사기(40)는 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 스프링(42a)에 의해 탄성지지되는 플런저(42)와, 상기 플런저(42)를 둘레를 따라 형성된 솔레노이드코일(44) 및 상기 플런저(42)의 하부에 장착되어 냉매를 분사하는 니들밸브(46)로 구성되어 있다. 그리고, 상기 냉매분 사기(40)는 냉매배관(P)에서 유입되는 냉매를 필터링하는 필터(48)가 상기 플런저(42)의 앞쪽에 구비되어 있다.

상기 증발기(50)는 상기 냉매분사기(40)로부터 공급되는 냉매와 송풍되는 공기를 열교환시켜 공기를 냉각시키도록 되어 있다. 즉 증발기(50)의 냉매가 송풍되는 공기로부터 열을 흡수하고 증발하고, 열을 빼앗긴 공기가 송풍기를 통해 차실내부를 냉방하게 되는 것이다.

그리고, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 분무챔버(30)에서 상기 증발기(50)와 압축기(10) 사이의 냉매배관(P′)로 이어지는 바이패스관(BP)이 형성되어 있다.

상기 바이패스관(BP)은 상기 냉매분사기(40)에서 냉매가 분사될 때 상기 분무챔버(30)에 부딪혀서 발생되거나 자중에 의해 아래쪽으로 이동하는 오일을 상기 압축기(50) 앞쪽의 냉매배관(P′)으로 공급하게 하는 기능을 한다. 이러한 바이패스관(BP)에 의하여, 상기 냉매분사기(40)에서 냉매와 같이 분사되는 오일이 상기 증발기(50)를 거쳐서 들어가는 양을 줄임으로써 증발기(50)의 냉각효율을 높일 수 있게 된다.

상기 냉매분사기(40)를 통해 분사되는 오일함유 냉매가 분무챔버(30)에서 분리되어, 오일(실선)은 바이패스관(BP)을 거쳐서 압축기(50) 앞쪽으로 냉매배관(P′)으로 바이패스되어, 증발기(50)를 거쳐 상기 냉매배관(P′)로 유입되는 냉매(이점쇄선)와 합류하여 압축기(10)로 유입되게 된다.

상기 냉매분사기(40)에서 냉매와 분사되어 증발기(50)로 유입되는 오일을 줄이기 위해서는, 상기 분무챔버(30)에서 분사되는 냉매를 보다 미립화시켜 자중에 의하여 오일이 분리되게 하는 것이 바람직하다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 냉매분사기(40)는 상기 분무챔버(30)의 유입구(30a)를 기준으로 일정각도(θ)로 상향 경사지게 배치되도록 되어 있다. 상기 냉매분사기(40)가 경사지게 배치되어 분사챔버(30)에서 냉매가 나선형으로 분사됨으로써 오일(실선)이 자중에 의해 냉매(이점쇄선)로부터 용이하게 분리시킬 수 있게 된다.

한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 분무챔버(30)의 구조를 변경하여 냉매가 내벽에 부딪혀 자중에 분리되도록 구성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 공조장치의 냉방시스템을 도시한 구성도이고, 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉매분사기와 증발기 사이에 냉매배관을 도시한 개략도이다.

본 발명의 제2실시예에서는 증발기(50)의 구조가 제1실시예와 다른 것이고, 이를 제외한 부분은 동일하므로 중복되는 구성은 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 제2실시예에서는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 증발기(50)의 유입관(52)과 배출관(54) 사이에 오일이 증발기(50)로 거치지 않고 압축기(10) 쪽의 냉매배관(P′)과 연통되는 오일회수관(56)이 구비되어 있다. 그리고, 냉매분사기(40)의 앞쪽에 냉매배관(P)을 지지하는 홀더(60)가 구비되어 있다.

상기 오일회수관(56)은 도 9a와 같이, 증발기(50)의 유입관(52)과 배출관(54) 사이를 수직으로 연통되게 형성할 수 있다. 이 때, 냉매분사기(40)에서 분사된 냉매가 냉매배관(P)을 통과하여 증발기(50)의 유입관(52)을 통과하는 과정에서 오일회수관(56)을 통하여 오일(실선)이 바이패스되어 증발기(50)의 배출관(54)에서 배출되는 냉매(이점쇄선)와 만나서 압축기(10) 쪽의 냉매배관(P′)으로 이동되게 된다.

한편, 상기 오일회수관(56)은 도 9b와 같이, 증발기(50)의 유입관(52)과 배출관(54) 사이를 경사지면서 연통되게 형성할 수 있다. 여기서, 오일회수관(56)을 경사지게 형성할 경우, 냉매(이점쇄선)의 흐름과 반대방향으로 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 제2실시예서는 오일회수관(56) 외에도 제1실시예와 마찬가지로 별도의 바이패스관을 형성하여 구성할 수도 있다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방시스템에 의하면, 분무챔버(30)에서 증발기(50)와 압축기(10) 사이의 냉매배관(P′)으로 이어지는 바이패스관(BP)이 형성되어, 냉매분사기(40)를 통하여 증발기(50)로 유입되는 오일을 줄일 수 있고, 또한, 증발기(50)로 유입되는 오일이 줄어들어 기화가 촉진됨으로써 압축기(10)로 액냉매가 유입되는 것을 줄일 수 있게 된다. 즉 증발기(50)에서 증발작용을 저하시키는 원인이 되는 오일을 바이패스관(BP)을 통하여 압축기(10)로 되돌릴 수 있고, 증발기(50)에서 기화를 촉진시켜 냉방시스템의 전체 효율을 높일 수 있게 되는 것이 다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 해당분야 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 기재된 범주내에서 변경할 수 있다.

도 1은 일반적인 차량용 공조장치의 냉방시스템을 도시한 개략도,

도 2는 종래의 전자제어식 냉매팽창수단을 갖는 냉각장치의 구성도,

도 3은 도 2의 냉매팽창수단을 확대한 도시한 요부도,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 공조장치의 냉방시스템을 도시한 구성도,

도 5는 제1실시예에 따른 냉매분사기에서 분사되는 냉매와 오일이 분사되는 상태도,

도 6은 제1실시예에 따른 냉매분사기에서 분사되는 냉매와 오일이 분사되는 다른 상세도,

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 공조장치의 냉방시스템을 도시한 구성도,

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉매분사기와 증발기 사이에 냉매배관을 도시한 개략도,

도 9a 및 9b는 제2실시예에 따른 증발기 쪽으로 냉매와 오일이 유동되는 상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 압축기 20 : 응축기

30 : 분무챔버 40 : 냉매분사기

42 : 플런저 44 : 솔레노이드코일

46 : 니들밸브 48 : 필터

50 : 증발기 52 : 유입관

54 : 배출관 56 : 오일회수관

60 : 관홀더 P,P′: 냉매배관

BP : 바이패스관

Claims (4)

1. 냉매를 압축하는 압축기(10)와, 상기 압축기(10)로부터 공급되는 냉매를 고온고압의 냉매로 응축하는 응축기(20)와, 상기 응축기(20)로부터 공급되는 냉매를 냉매배관(P)에 형성된 분무챔버(30) 내부로 분사하여 감압 팽창시키는 냉매분사기(40) 및 상기 냉매분사기(40)로부터 공급되는 냉매와 송풍되는 공기를 열교환시켜 공기를 냉각시키는 증발기(50)를 포함하는 차량용 공조장치의 냉방시스템에 있어서,

   상기 분무챔버(30)에서 상기 증발기(50)와 압축기(10) 사이의 냉매배관(P′)로 이어지는 바이패스관(BP)이 형성되어, 상기 분무챔버(30) 내부에서 냉매와 분리된 오일이 상기 바이패스관(BP)을 거쳐서 상기 압축기(10) 쪽으로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉매분사기(40)는 상기 분무챔버(30)의 유입구(30a)를 기준으로 일정각도로 상향 경사지게 배치되어, 냉매를 상기 분무챔버(30)의 상부로 분사시키도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 증발기(50)의 유입관(52)과 배출관(54) 사이에 연통되는 오일회수관(56)이 형성되어, 상기 증발기(50)로 유입 직전에 냉매로부터 분리되는 오일이 상기 오일회수관(56)을 통하여 상기 압축기(10) 쪽으로 공급하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 오일회수관(56)은 상기 유입관(52)과 배출관(54) 사이에 냉매의 흐름과 반대방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 냉방시스템.

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