KR20100128516A - 차량용 에어컨의 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 내부열교환기와 압축기 사이의 석션 냉매파이프에 열전소자 모듈을 설치하여 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기의 토출온도를 낮추도록 함으로써, 압축기의 출구측 냉매파이프 및 압축기의 내구성을 향상시킨 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것이다.

이에 본 발명은, 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기(10); 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20); 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브(30); 상기 팽창밸브(30)로부터 유입되는 냉매를 증발시키는 증발기(40); 상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 석션 냉매파이프(P1) 및 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 리퀴드 냉매파이프(P2)를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(50)를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서, 상기 압축기(10)로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기(10)의 토출온도를 낮출수 있도록 상기 내부열교환기(50)와 압축기(10) 사이의 석션 냉매파이프(P1)에는 열전소자 모듈(100)이 설치된 것을 특징으로 한다.

내부열교환기, 이중관, 석션 냉매파이프, 열전소자 모듈, 압축기

Description

차량용 에어컨의 냉방시스템{Cooling system of air conditioner for vehicle}

본 발명은 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 내부열교환기와 압축기 사이의 석션 냉매파이프에 열전소자 모듈을 설치하여 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기의 토출온도를 낮추도록 함으로써, 압축기의 출구측 냉매파이프 및 압축기의 내구성을 향상시킨 차량용 에어컨의 냉방시스템에 관한 것이다.

차량용 공조장치는, 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 우천시나 동절기에 윈드 실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자가 전후방 시야를 확보할 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품으로, 이러한 공조장치는, 통상, 난방시스템과 냉방시스템을 동시에 갖추고 있어서, 외기나 내기를 선택적으로 도입하여 그 공기를 가열 또는 냉각한 다음 자동차의 실내에 송풍함으로써 자동차 실내를 냉,난방하거나 또는 환기한다.

이러한 공조장치의 일반적인 냉방시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매파이프(5)로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.

자동차 공조장치의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다. 이상의 냉매순환과정에 있어서, 차량 실내의 냉방은 상술한 바와 같이 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

한편, 상기 응축기(2)와 팽창밸브(3)의 사이에는 기상과 액상의 냉매를 분리하는 리시버드라이어(미도시)가 설치되어 상기 팽창밸브(3)로 액상의 냉매만 공급 될 수 있도록 하고 있다.

상술한 바와 같은 냉동사이클을 통해 냉방작용을 하는 공조장치의 냉방효율은 여러 가지 요인들에 의해 결정되는 바, 그 중에서도 팽창밸브(3)에 의해 교축되기 직전의 고압 냉매의 과냉도와 증발기(4)에서 배출되는 저압 냉매의 과열도는 각각 냉매 유동성과 증발기(4)에서의 압력 강하량 그리고 증발기(4)의 과열영역(증발기의 냉매 배출구측 일부 영역)과 압축기(1)의 체적효율 등에 영향을 미쳐 공조장치의 냉방효율에 상당한 영향을 주게 된다.

예컨대, 교축되기 전 냉매의 과냉도가 증가하면, 냉매의 비체적이 감소되어 냉매유동이 안정화되고 증발기(4)에서의 냉매 압력강하량이 감소되어 공조장치의 냉방효율이 증대되며 압축기(1)의 동력소모량은 감소한다. 반면, 증발기(4)에서 배출되는 저압 냉매의 과열도가 적정하게 유지되지 않으면, 액상 냉매의 압축기(1) 유입을 방지하기 위해 냉매가 완전히 기화할 수 있게 설정되는 상대적으로 온도가 높은 증발기(4)의 과열영역이 확대되어야 하기 때문에 공조장치의 냉방성능이 떨어지게 된다.

따라서, 차량 공조장치들은, 일반적으로, 교축되기 전 냉매의 과냉도가 증가하고 증발기(4)에서 배출되는 냉매의 과열도가 적정하게 유지되면 냉방성능이 높아지게 된다.

이에, 차량 공조장치의 냉방성능을 향상하기 위해 증발기(4)에 유입되기에 앞서 팽창밸브(3)에 의해 교축되는 고온 고압의 액상 냉매를 과냉화하고 증발기(4)에서 배출되는 냉매의 과열도를 적정화할 수 있는 다양한 시도들이 있어 온 바, 현 재에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 팽창밸브(3)에 유입되는 고온 고압의 액상 냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 기상 냉매를 상호 열교환시킴으로써 교축 전의 고온 고압 액상 냉매를 과냉화하고 증발기(4)로부터 배출되는 저압 냉매의 과열도를 적정화하는 내부열교환기(10)가 주로 사용되고 있다.

이 내부열교환기(10)는 팽창밸브(3)에 의해 교축되기전의 고온 고압 액상냉매와 증발기(4)에서 배출되는 저온 저압의 기상 냉매를 상호 열교환시킴으로써, 증발기(4)에 유입되는 냉매의 유동을 안정화하고 증발기(4) 내에서의 냉매 압력강하량을 감소시키며, 액상 냉매의 압축기(1) 유입 방지를 위해 냉매가 완전히 기화할 수 있게 설정되어 온도가 상대적으로 높은 증발기(4)의 과열영역(미도시)을 축소할 수 있게 한다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 내부열교환기(10)가 냉방시스템에 채용되는 경우, 증발기(4)에 유입되는 냉매의 비체적이 줄어 증발기(4)에서의 냉매 압력강하량이 축소되므로 증발기(4)내 각 냉각튜브에서의 냉매 유동을 안정화할 수 있고, 아울러 압축기(1)에 유입되는 냉매를 증발기(4)에서 배출된 이후에 과열화할 수 있으므로 온도가 상대적으로 높아 공조장치의 냉방성능 저하의 요인이 되는 증발기(4)의 과열영역을 축소할 수 있어 공조장치의 냉방효율을 크게 높일 수 있다. 결과적으로 압축기(1), 응축기(2) 및 증발기(4)의 효율화를 도모하여 공조장치의 고효율화 및 소형화에 기여할 수 있다.

그러나, 상기 증발기(4)에서 토출된 과열된 냉매가 상기 내부열교환기(10)를 거치면서 응축기(2)에서 토출된 고온 고압의 냉매와 추가로 열교환하여 온도가 추 가로 상승되고, 결국 압축기(1)로 흡입 및 토출되는 냉매의 온도가 더욱 상승하게 되면서 과도한 압축기(1) 토출온도로 인한 압축기(1)의 출구측 냉매파이프의 내구성 및 압축기(1)내 부품들의 내구성이 저하되는 문제가 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 내부열교환기와 압축기 사이의 석션 냉매파이프에 열전소자 모듈을 설치하여 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기의 토출온도를 낮추도록 함으로써, 압축기의 출구측 냉매파이프 및 압축기의 내구성을 향상시킨 차량용 에어컨의 냉방시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브; 상기 팽창밸브로부터 유입되는 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 증발기와 압축기를 연결하는 석션 냉매파이프 및 상기 응축기와 팽창밸브를 연결하는 리퀴드 냉매파이프를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서, 상기 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기의 토출온도를 낮출수 있도록 상기 내부열교환기와 압축기 사이의 석션 냉매파이프에는 열전소자 모듈이 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 내부열교환기와 압축기 사이의 석션 냉매파이프에 열전소자 모듈을 설치하여 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기의 토출온도를 낮추도록 함으로써, 압축기의 출구측 냉매파이프의 내구성이 향상되고, 압축기의 부품들 내구성도 향상된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템을 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템에서 석션 냉매파이프에 열전소자 모듈이 설치된 상태를 나타내는 사시도이며, 도 5는 도 4의 열전소자 모듈을 나타내는 분해도이고, 도 6은 도 3에서 내부열교환기를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템은, 압축기(10) -> 응축기(20) -> 내부열교환기(50) -> 팽창밸브(30) -> 증발기(40)를 냉매파이프로 연결하여 구성된다.

먼저, 상기 압축기(Compressor)(10)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(40)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(20)로 토출하게 된다.

상기 응축기(Condenser)(20)는 상기 압축기(10)에서 토출된 고온 고압의 기상 냉매를 외기와 열교환시켜 고온 고압의 액체로 응축하여 팽창밸브(30)로 토출하게 된다.

상기 팽창밸브(Expansion Valve)(30)는 상기 응축기(20)에서 토출된 고온 고 압의 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(40)로 보내게 된다.

상기 증발기(Evaporator)(40)는 상기 팽창밸브(30)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.

계속해서, 상기 증발기(40)에서 증발하여 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(10)에 흡입되어 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은 차량 공조장치의 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(40)를 통과하면서 증발기(40)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

또한, 상기 내부열교환기(50)는 상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 석션(suction) 냉매파이프(P1) 및 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 리퀴드(liquid) 냉매파이프(P2)를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키게 된다.

이러한 상기 내부열교환기(50)는 상기 석션 냉매파이프(P1)와 리퀴드 냉매파이프(P2)의 특정구간을 이중관구조로 구성하게 되는데, 즉, 상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 석션 냉매파이프(P1)의 특정구간을 나선형으로 형성하여 내측관(55)을 구성하고, 상기 내측관(55)의 외주면에는 원형파이프를 이중관 구조로 결합하여 상기 리퀴드 냉매파이프(P2)와 연결(연통)되는 외측관(51)을 구성하게 된 다.

이때, 상기 외측관(51)의 양끝단은 석션 냉매파이프(P1)의 외주면과 용접 등의 방법으로 밀봉된다.

한편, 상기 외측관(51)의 입구(52a)측에는 상기 응축기(20)와 연결된 리퀴드 냉매파이프(P2)가 용접으로 결합되고, 출구(52b)측에는 상기 팽창밸브(30)와 연결된 리퀴드 냉매파이프(P2)가 용접으로 결합된다.

또한, 상기 외측관(51)의 입,출구(52a,52b)측에는 확관부(52)를 형성하여 상기 외측관(51)의 입,출구(52a,52b)측 냉매 유로를 확대함으로써, 상기 외측관(51)의 입구(52a)측과 출구(52b)측의 유로 단면적이 증대되어 냉매가 외측관(51)으로 유입될 때 또는 냉매가 외측관(51)에서 배출될 때 냉매의 압력손실을 최소화하게 된다.

그리고, 본 발명은 상기 압축기(10)로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기(10)의 토출온도를 낮출수 있도록 상기 내부열교환기(50)와 압축기(10) 사이의 석션 냉매파이프(P1)에는 열전소자 모듈(100)이 설치된다.

상기 열전소자 모듈(100)은, 콜드 블럭(110)과, 열전소자(120)와, 방열판(130)으로 구성된다.

상기 콜드 블럭(110)은 상기 석션 냉매파이프(P1)의 외주면에 결합되는 것으로써, 상기 석션 냉매파이프(P1)의 외주면을 감싸도록 밀착 결합되는 원형결합부(111)와, 상기 원형결합부(111)의 상부에 일체로 형성됨과 아울러 상기 열전소자(120)가 장착될 수 있도록 상측면이 평면으로 형성된 평면부(112)로 이루어진다.

상기 열전소자(120)는 상기 콜드 블럭(110)의 평면부(112) 상측면에 안착 설치된다.

또한, 상기 방열판(130)은 상기 열전소자(120)가 안착된 콜드 블럭(110)의 상측면에 결합되는데, 결합방법으로는 스크류(미도시)나 클립(미도시) 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 이때, 상기 방열판(130)은 복수개의 방열핀(131)을 갖는다.

참고로, 상기 열전소자(120)는 전류의 흐름방향에 따라 한 쪽은 흡열작용을 하고 반대 쪽은 방열작용을 하게 된다.

본 발명에서는 상기 열전소자(120)에 인가되는 전류의 극(+,-)전환을 통해 상기 콜드 블럭(110)에 대해서는 흡열작용을 하게 하고 상기 방열판(130)에 대해서는 방열작용을 하도록 한다.

따라서, 상기 열전소자(120)는 상기 콜드 블럭(110)에 대한 흡열작용으로 콜드 블럭(110)을 차갑게 하게 되고, 이로인해 상기 석션 냉매파이프(P1)의 내부를 유동하는 냉매의 온도를 감소시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 같이, 상기 열전소자 모듈(100)을 상기 내부열교환기와 압축기(10) 사이의 석션 냉매파이프(P1)에 설치함으로써, 상기 증발기(40)에서 토출된 과열된 냉매가 상기 내부열교환기(50)를 거치면서 냉매의 온도가 추가로 상승하게 되지만, 상기 석션 냉매파이프(P1)를 유동하는 과정에서 열전소자 모듈(100)의 흡열작용에 의한 냉각작용으로 대략 상승한 만큼의 온도가 감소한 후 압축기(10)로 흡입되게 된다.

따라서, 압축기(10)로 흡입되는 냉매의 온도를 낮출수 있고, 압축기(10)의 토출온도도 낮출수 있게 되는 것이다. 이로인해 압축기(10)의 출구측 냉매파이프의 내구성을 향상함은 물론 압축기(10)내 부품들의 내구성도 향상하게 되는 것이다.

그리고, 상기 열전소자 모듈(100)은 상기 방열판(130)이 석션 냉매파이프(P1)를 기준으로 상측방향에 위치하도록 설치된다. 즉, 상기 방열판(130)은 방열판(130)의 하중에 의한 열전소자 모듈(100)의 내구에 지장을 주지 않도록 방열핀(131)이 석션 냉매파이프(P1)를 기준으로 상측방향을 향하도록 설치되는 것이다.

또한, 상기 열전소자 모듈(100)은 압축기(10)의 입구측에 가깝게 설치하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 열전소자 모듈(100)을 압축기(10)의 입구로부터 너무 멀리 설치하게 되면, 열전소자 모듈(100)에 의해 온도가 감소한 냉매가 압축기(10)로 유동하는 과정에서 엔진룸의 주변열로 인해 다시 온도가 상승할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템의 작용을 설명하기로 한다.

먼저, 상기 압축기(10)에서 압축되어 배출되는 고온/고압의 기상 냉매는 상기 응축기(20)로 유입되고, 상기 응축기(20)로 유입된 기상냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 응축되면서 고온/고압의 액상 냉매로 상변화 한 후, 상기 내부열교환기(50)의 외측관(51)내로 유입된다.

상기 외측관(51)내로 유입된 고온/고압의 냉매는 외측관(51)을 유동하는 과정에서 상기 증발기(40)에서 배출되어 내측관(55)을 유동하는 저온/저압의 냉매와 상호 열교환을 수행한 후, 상기 팽창밸브(30)로 유입되어 감압/팽창 된다.

상기 팽창밸브(30)에서 감압/팽창된 냉매는 저온/저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(40)로 유입되고, 상기 증발기(40)로 유입된 냉매는 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.

이후, 상기 증발기(40)에서 배출된 저온/저압의 냉매는 상기 내부열교환기(50)의 내측관(55)을 유동하는 과정에서 상기 외측관(51)을 유동하는 고온/고압의 냉매와 상호 열교환을 수행하여 과열도가 더 증가하게 된다.

계속해서, 상기 내부열교환기(50)의 내측관(55)을 통과하면서 과열도가 더 증가한 냉매는 상기 내부열교환기(50)와 압축기(10) 사이의 석션 냉매파이프(P1)를 따라 유동하는 과정에서 열전소자 모듈(100)의 흡열작용으로 냉각되어 온도가 감소된 후 상기 압축기(10)로 흡입된다.

따라서, 상기 압축기(10)의 흡입온도를 낮추어 토출온도를 억제할 수 있고 이로인해 압축기(10)와 연결된 냉매파이프의 내구성을 향상하고 압축기(10)내의 부품들 내구성도 향상하게 된다.

도 1은 일반적인 차량용 냉방 시스템을 나타내는 구성도,

도 2는 일반적인 차량용 냉방 시스템에 내부열교환기가 설치된 경우를 나타내는 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템을 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉방시스템에서 석션 냉매파이프에 열전소자 모듈이 설치된 상태를 나타내는 사시도,

도 5는 도 4의 열전소자 모듈을 나타내는 분해도,

도 6은 도 3에서 내부열교환기를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

10: 압축기 20: 응축기

30: 팽창밸브 40: 증발기

50: 내부열교환기 51: 외측관

52: 확관부 55: 내측관

100: 열전소자 모듈 110: 콜드 블럭

111: 원형결합부 112: 평면부

120: 열전소자 130: 방열판

131: 방열핀

P1: 석션 냉매파이프 P2: 리퀴드 냉매파이프

Claims (4)

1. 냉매를 흡입하여 압축하는 압축기(10); 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20); 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브(30); 상기 팽창밸브(30)로부터 유입되는 냉매를 증발시키는 증발기(40); 상기 증발기(40)와 압축기(10)를 연결하는 석션 냉매파이프(P1) 및 상기 응축기(20)와 팽창밸브(30)를 연결하는 리퀴드 냉매파이프(P2)를 따라 각각 유동하는 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(50)를 포함하여 이루어진 차량용 에어컨의 냉방시스템에 있어서,

   상기 압축기(10)로 흡입되는 냉매의 온도를 낮추어 압축기(10)의 토출온도를 낮출수 있도록 상기 내부열교환기(50)와 압축기(10) 사이의 석션 냉매파이프(P1)에는 열전소자 모듈(100)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 열전소자 모듈(100)은, 상기 석션 냉매파이프(P1)의 외주면에 결합되는 콜드 블럭(110)과, 상기 콜드 블럭(110)의 상측면에 안착 설치되는 열전소자(120)와, 상기 열전소자(120)가 안착된 콜드 블럭(110)의 상측면에 결합되는 방열판(130)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 열전소자 모듈(100)은, 상기 방열판(130)이 석션 냉매파이프(P1)를 기준으로 상측방향에 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부열교환기(50)는, 상기 석션 냉매파이프(P1)의 특정구간에 구성되는 내측관(55)과, 상기 내측관(55)의 외주면에 이중관 구조로 결합됨과 아울러 상기 리퀴드 냉매파이프(P2)와 연결되는 외측관(51)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉방시스템.

Images