KR20110016373A

KR20110016373A - 차량용 에어컨의 냉동사이클

Info

Publication number: KR20110016373A
Application number: KR1020090119643A
Authority: KR
Inventors: 민은기; 안용남
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2011-02-17
Also published as: KR101170135B1

Abstract

본 발명은 차량용 에어컨의 냉동사이클에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉동사이클에서 팽창밸브를 적어도 하나 이상 설치하고 증발기는 상기 팽창밸브에서 교축되어 유동하는 분기된 냉매를 각각 증발시키도록 2개의 증발부로 구성함과 아울러 증발기와 압축기의 사이에는 노즐부 흡입압력(P1)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P1/P3)가 1.3 보다 작고, 디퓨져부 출구압력(P2)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P2/P3)가 1.3 보다 작은 이젝터(ejector)를 설치하되, 상기 노즐부의 출구직경(D1)을 6mm 보다 크고 12mm 보다 작게 구성함으로써, 제1증발부로 흐르는 냉매 유동에 저항을 크게 주지 않는 범위에서 흡입력 및 흡입량을 최대로 할 수 있어 에어컨 냉방성능이 개선되고 이로 인해 전체 시스템의 효율을 개선할 수 있는 차량용 에어컨의 냉동사이클에 관한 것이다.

냉동사이클, 이젝터, 노즐부, 디퓨져부, 흡입부, 직경, 압력비

Description

차량용 에어컨의 냉동사이클{Refrigerant cycle of air conditioner for vehicles}

차량용 공조장치는, 하절기나 동절기에 자동차 실내를 냉, 난방하거나 또는 우천 시나 동절기에 윈드 실드에 끼게 되는 성에 등을 제거하여 운전자가 전후방 시야를 확보할 수 있게 할 목적으로 설치되는 자동차의 내장품으로, 이러한 공조장 치는, 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 냉동사이클은 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 팽창밸브(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내 측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프(5)로 연결되어 이루어지며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.

더욱 상세하게, 종래의 냉동사이클을 설명한다.

상기 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, 상기 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.

또한, 상기 증발기(4)로 유입된 냉매는 증발기(4) 순환과정에서 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 공급될 수 있도록 하고 있다.

그러나 상술한 바와 같은 냉동사이클로는 냉방성능을 증대시키는 데에 한계가 있기 때문에 냉방성능 증대를 위한 개발이 시급한 실정이며, 아울러 압축기(1)의 부하로 인해 전체 시스템의 효율을 향상시키는 데에도 한계가 있었다.

특히, 전체 시스템의 냉방 효율을 높이기 위해서는 냉매의 유동 길이, 압력강하량, 및 냉매 유량 등이 복합적으로 영향을 끼치며, 더욱 상세하게 냉매 유속이 동일한 경우, 냉매 유로 길이를 짧게 하면서도 냉매측 압력강하량을 낮추고 냉매 유량을 높여 증발조건도를 높일 수 있도록 하는 방안이 요구되고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉동사이클에서 팽창밸브를 적어도 하나 이상 설치하고 증발기는 상기 팽창밸브에서 교축되어 유동하는 분기된 냉매를 각각 증발시키도록 2개의 증발부로 구성함과 아울러 증발기와 압축기의 사이에는 노즐부 흡입압력(P1)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P1/P3)가 1.3 보다 작고, 디퓨져부 출구압력(P2)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P2/P3)가 1.3 보다 작은 이젝터(ejector)를 설치하되, 상기 노즐부의 출구직경(D1)을 6mm 보다 크고 12mm 보다 작게 구성함으로써, 제1증발부로 흐르는 냉매 유동에 저항을 크게 주지 않는 범위에서 흡입력 및 흡입량을 최대로 할 수 있어 에어컨 냉방성능이 개선되고 이로 인해 전체 시스템의 효율을 개선할 수 있는 차량용 에어컨의 냉동사이클을 제공하는데 있다.

본 발명의 차량용 에어컨의 냉동사이클은 냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기(10); 상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20); 상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 제1유로 및 제2유로로 분기하되 분기되기 전 또는 후의 냉매를 교축시키는 하나 이상의 팽창밸브(30); 상기 팽창밸브(30)의 제1유로를 통해 공급된 냉매를 증발시키는 제1증발부(41) 및 상기 팽창밸브(30)의 제2유로를 통해 공급된 냉매를 증발시키는 제2증발부(42)로 구성된 증발기(40); 및 상기 증발 기(40)와 압축기(10) 사이에 구비되어 상기 제1증발부(41) 또는 제2증발부(42) 중 어느 하나에서 토출된 냉매를 감압 팽창시키면서 냉매 유속을 증가시키는 노즐부(51)와, 상기 노즐부(51)로부터 분사되는 냉매의 증가된 유속을 이용하여 상기 제1증발부(41)와 제2증발부(42) 중 다른 하나에서 토출되는 냉매를 흡입시키는 흡입부(52)와, 상기 노즐부(51)에서 분사되는 냉매와 흡입부(52)를 통해 흡입되는 냉매를 혼합한 후 이 냉매의 압력을 승압시키는 디퓨져부(53)로 구성되고, 증발기와 압축기의 사이에는 노즐부 흡입압력(P1)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P1/P3)가 1.3 보다 작고, 디퓨져부 출구압력(P2)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P2/P3)가 1.3 보다 작은 이젝터(50)(ejector)를 포함하여 이루어지고, 상기 노즐부(51)의 출구직경을 D1이라 할 때, 다음 식 6mm < D1 < 12mm 을 만족하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 노즐부(51)의 출구직경은 7mm < D1 <9mm 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디퓨져부(53)의 최소직경을 D2라 할 때, 상기 노즐부(51)의 출구직경과 디퓨져부(53)의 최소 직경의 비는 다음식 1.1 < D2/D1 < 2.6 을 만족하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 팽창밸브와 상기 제2증발부(42)의 사이에는 감압장치(33)가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량용 에어컨의 냉동사이클은 상기 팽창밸브(30)과, 상기 증발기(40) 및 압축기(10)를 연결하는 유로에 설치되어, 냉매의 온도와 압력을 감지하 여 상기 팽창밸브(30)의 동적 제어에 이용되도록 하는 감지수단(70)이 구비되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 이젝터(50)의 노즐부(51)는 냉매 이동방향으로 직경이 좁아지도록 축관되는 축관부(51a) 및 상기 축관부(51a)에 연속되며 일정 직경을 갖는 목(throat)부(51b)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 차량용 에어컨의 냉동사이클은 팽창밸브를 적어도 하나 이상 설치하고 증발기가 상기 팽창밸브에서 교축되어 유동하는 분기된 냉매를 각각 증발시키도록 2개의 증발부로 구성함과 아울러 증발기와 압축기의 사이에는 노즐부 흡입압력(P1)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P1/P3)가 1.3 보다 작고, 디퓨져부 출구압력(P2)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P2/P3)가 1.3 보다 작은 이젝터(ejector)를 설치하되, 상기 노즐부의 출구직경(D1)을 6mm 보다 크고 12mm 보다 작게 구성함으로써, 제1증발부의 냉매 유동을 원활히 하면서도(냉매 유량 증대) 제1증발부로 흐르는 냉매 유동에 저항을 크게 주지 않는 범위에서 제2증발부를 통과한 냉매의 흡입력 및 흡입량을 최대로 할 수 있어 에어컨 냉방성능이 개선되고 이로 인해 전체 시스템의 효율이 개선된다.

또한, 본 발명의 차량용 에어컨의 냉동사이클은 디퓨져부의 최소직경(D2)과 노즐부의 출구직경(D1)의 노즐 직경비(D2/D1)를 1.1 보다 크고 2.6 보다 작게 구성함으로써, 최적의 에어컨 성능을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명의 차량용 에어컨의 냉동사이클은 상기 이젝터의 승압기능을 활용할 수 있으므로 압축기의 입구측 압력이 증가되어 압축기의 부하가 감소되고 에어컨의 전체 효율이 향상된다.

또, 본 발명의 차량용 에어컨의 냉동사이클은 제2증발부의 냉매 압력을 낮춤으로써 냉매의 밀도를 낮추어 냉매의 증발량을 증대함으로써 압력강하량을 줄일 수 있어 냉방 성능을 향상할 수 있는 장점이 있다.

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

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 차량용 싱글 및 듀얼 에어컨의 냉동사이클을 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클에서 냉매의 압력(P)과 엔탈피(H) 관계를 나타내는 선도이며, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클에서 이젝터를 나타내는 단면도이고, 도 6은 이젝터 노즐부의 출구직경(D1)의 변경에 따른 공기 토출온도 및 제1증발부의 냉매유량감소율과, 제2증발부의 냉매압력을 측정한 그래프이며, 도 7은 노즐 직경비(D2/D1)의 변경에 따른 공기 토출온도를 측정한 그래프이고, 도 8은 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클에서 증발기의 제1,2증발부에 이젝터가 연결 설치된 상태를 나타내는 개략 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클은, 압축기(10) -> 응축기(20) -> 팽창밸브(30) -> 증발기(40)를 냉매파이프(5)로 연결하여 구성된 냉동사이클에서, 상기 팽창밸브(30)를 적어도 하나 이상 구성하고, 상기 증발기(40)는 2개의 증발영역으로 분리하여 제1증발부(41)와 제2증발부(42)로 구성하며, 상기 증발기(40)와 압축기(10)의 사이에는 이젝터(ejector)(50)를 설치한 것이다.

상기 압축기(Compressor)(10)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(40)에서 토출되어 이젝터(50)를 통과한 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(31,32)로 토출하게 된다.

상기 도 2에 도시한 차량용 에어컨의 냉동사이클은 상기 팽창밸브(30) 2개 설치되어 상기 증발기(40)의 제1증발부(41) 및 제2증발부(42)로 공급되는 냉매를 각각 교축하는 예를 도시하였다.

상기 도 2의 팽창밸브(Expansion Valve)(30)는 제1팽창밸브(31)와 제2팽창밸브(32) 2개가 설치되는데, 상기 응축기(20)의 출구측 냉매파이프를 분기하여 각각의 분기된 냉매파이프(5a,5b)에 제1팽창밸브(31)와 제2팽창밸브(32)가 설치된다.

따라서, 상기 응축기(20)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매는 상기 분기된 각각의 냉매파이프(5a,5b)를 유동하면서 제1팽창밸브(31)와 제2팽창밸브(32)에 의 한 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태가 된 후 상기 증발기(40)의 제1증발부(41) 및 제2증발부(42) 영역으로 유입된다.

한편, 상기 응축기(20)와 팽창밸브(31,32)의 사이에는 기상과 액상의 냉매를 분리하는 리시버드라이어(미도시)가 설치되어 상기 팽창밸브(31,32)로 액상의 냉매만 공급될 수 있도록 한다.

상기 증발기(Evaporator)(40)는 상기 제1팽창밸브(31)와 제2팽창밸브(32)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내 측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.

이러한, 상기 증발기(40)는 상기 제1팽창밸브(31)에서 교축된 냉매를 증발시키는 제1증발부(41)와 상기 제2팽창밸브(32)에서 교축된 냉매를 증발시키는 제2증발부(42)로 구성된다.

즉, 단일의 증발기(40)를 2개의 증발영역으로 분리하여 제1증발부(41)와 제2증발부(42)를 구성하게 된다.

또한, 상기 제1증발부(41)와 제2증발부(42)는 상기 증발기(40)를 통과하는 공기의 유동방향으로 중첩되게 구성된다.

아울러, 상기 제1증발부(41)는 제1팽창밸브(31)와 냉매파이프(5c)로 연결되고, 상기 제2증발부(42)는 제2팽창밸브(32)와 냉매파이프(5d)로 연결된다.

한편, 상기 증발기(40)는, 도 2의 싱글 에어컨 시스템과 같이 단일의 증발기(40)를 2개의 증발영역으로 분리하되, 상기 제1증발부(41) 및 제2증발부(42)가 공기의 유동방향으로 중첩되어 서로 밀착되게 병렬 배치되도록 구성할 수 있다.

또한, 본 발명의 차량용 에어컨의 냉동사이클은 상기 도 3의 듀얼 에어컨 시스템과 같이 상호 독립된 2개의 증발기를 설치하여 각각 제1증발부(41) 및 제2증발부(42)로 구성할 수도 있다.

단, 상기 증발기(40)는 단일 개의 송풍기(60)에 의해 송풍되는 공기가 상기 제1증발부(41) 및 상기 제2증발부(42)를 순차적으로 통과하며 냉각된다.

그리고, 상기 이젝터(50)는 상기 증발기(40)와 압축기(10)의 사이에 설치되어 상기 증발기(40)의 제1증발부(41) 및 제2증발부(42)에서 각각 토출된 냉매를 혼합하여 승압한 후 압축기(10)로 공급하게 된다.

이때, 상기 이젝터(50)는 제1증발부(41)와 제2증발부(42) 중 어느 하나에서 토출된 냉매의 유속을 이용하여 다른 하나에서 토출되는 냉매를 흡입하게 된다.

즉, 상기 증발기(40)의 제1증발부(41)와 제2증발부(42) 중 한 곳의 증발된 냉매의 유속을 이용하여 나머지 한곳의 증발된 냉매를 흡입하게 되는 것이다.

도면에서, 상기 이젝터(50)가 상기 제1증발부(41)에서 토출된 냉매의 유속을 이용하여 제2증발부(42)의 냉매를 흡입하는 경우를 도시하였으며, 그 반대로 형성되어도 무방하다.

상기 이젝터(50)는, 노즐부(51)와, 흡입부(52)와, 디퓨져부(53)로 이루어진다.

상기 노즐부(51)는 이젝터(50)의 입구측 내부에 삽입 설치되어 상기 제1증발부(41)와 제2증발부(42) 중 어느 하나(도면에서는 제1증발부(41))에서 토출된 냉매 를 감압 팽창시키면서 냉매 유속을 증가시키게 된다.

즉, 상기 노즐부(51)의 일단은 상기 제1증발부(41)와 냉매파이프(5e)로 연결되고 타단은 이젝터(50)의 내부로 일정길이 연장되어 있으며, 노즐부(51)는 냉매 이동방향으로 직경이 좁아지도록 축관되는 축관부(51a) 및 상기 축관부(51a)에 연속되며 일정 직경을 갖는 목(throat)부(51b)를 포함하여 형성된다.

따라서, 상기 제1증발부(41)에서 토출된 저온 저압의 기상 냉매는 상기 이젝터(50)의 노즐부(51)의 좁은 면적을 통과하면서 아음속상태까지 가속되고, 이때 증가된 유속으로 인하여 냉매의 압력이 낮아짐에 따라 부압이 발생되어 제2증발부(42)에서 토출된 냉매가 상기 흡입부(52)를 통해 상기 이젝터(50) 내부로 흡입된다.

더욱 상세하게, 상기 흡입부(52)는 상기 노즐부(51)가 위치한 이젝터(50)의 외주면에 연통되게 형성됨과 아울러 냉매파이프(5f)를 통해 상기 제2증발부(42)와 연통되게 연결된다.

이처럼 상기 이젝터(50)의 특성에 따라 상기 흡입부(52)를 통해 흡입되는 제2증발부(42)에서는 증발압이 낮아 냉매의 밀도가 낮아지게 되고, 증발이 더욱 쉽게 일어나게 되면서 열전달 효율이 증대 되고 이로 인해 냉방성능이 향상되게 된다.

즉, 도 4의 압력(P)과 엔탈피(H) 선도를 보면, 제1증발부(41)인 d-e구간 보다 제2증발부(42)인 f-g구간의 압력이 더욱 낮아진 것을 알 수 있다.

그리고, 상기 디퓨져부(53)는 이젝터(50)의 출구측에 확관되는 형태로 형성되어 상기 압축기(10)와 냉매파이프(5g)로 연결됨과 아울러 상기 노즐부(51)에서 분사되는 기상 냉매와 상기 흡입부(52)를 통해 흡입되는 기상 냉매를 혼합(제1증발부(41) 및 제2증발부(42)를 각각 통과한 냉매 혼합)한 후 이 냉매의 압력을 승압시켜 압축기(10)로 보내게 된다.

이처럼 상기 이젝터(50)의 디퓨져부(53)를 통한 승압기능을 활용할 수 있으므로 압축기(10)의 입구측 압력이 증가되어 압축기(10)의 부하가 감소된다.

그리고, 상기 이젝터(50)는 상기 노즐부(51)의 흡입압력(P1)과 흡입부(52)의 흡입압력(P3)의 압력비(P1/P3)가 1.3 보다 작고, 상기 디퓨져부(53)의 출구압력(P2)과 흡입부(52)의 흡입압력(P3)의 압력비(P2/P3)가 1.3 보다 작은 이젝터(50)이다.

여기서, 상기 노즐부(51)의 흡입압력(P1)과 흡입부(52)의 흡입압력(P3)의 압력비(P1/P3)가 1.3 이상이고, 상기 디퓨져부(53)의 출구압력(P2)과 흡입부(52)의 흡입압력(P3)의 압력비(P2/P3)가 1.3 이상인 경우에는 차량용 에어컨의 냉동사이클에 적합하지 않다.

그리고, 상기 이젝터(50)는 상기 노즐부(51)의 출구직경을 D1이라 할 때, 다음 식 6mm < D1 < 12mm 을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디퓨져부(53)의 최소직경을 D2라 할 때, 상기 노즐부(51)의 출구직경(D1)과 디퓨져부(53)의 최소직경(D2)의 비(D2/D1)는 다음식 1.1 < D2/D1 < 2.6 을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명은 싱글 에어컨 시스템(도2) 또는 듀얼 에어컨 시스템(도3)에서 P1/P3 < 1.3 및 P2/P3 < 1.3 인 이젝터(50)의 경우, 6mm < D1 < 12mm 및 1.1 < D2/D1 < 2.6 으로 한정한 것이다.

도 6은 이젝터 노즐부(51)의 출구직경(D1)의 변경에 따른 공기 토출온도 및 제1증발부의 냉매유량감소율과, 제2증발부의 냉매압력을 측정한 그래프로, 도 6 (a)를 참조하면, 노즐부(51)의 출구직경(D1)이 6mm ~ 12mm구간에서, 냉방에 적합한 16.2℃ 이하의 온도로 공기 토출온도를 낮출 수 있으며, 제1증발부(41)의 냉매유량감소율을 낮추어 충분한 냉매가 유동된다.

또한, 도 6 (b)를 참조하면, 노즐부(51)의 출구직경(D1)이 6mm ~ 12mm구간에서, 제2증발부(42)의 냉매 압력을 낮출 수 있다.

즉, 본 발명의 차량용 에어컨의 냉동사이클은 상기 이젝터 노즐부(51)의 출구직경(D1)이 6mm ~ 12mm 범위, 더욱 바람직하게는 7mm ~9mm로 형성되어 제1증발부(41)의 유량을 충분히 하고, 제2증발부(42)의 냉매 압력을 낮추어 상기 제2증발부(42)의 유량 역시 증가되도록 함으로써 냉방 성능을 향상할 수 있다.

도 7은 디퓨져부(53)의 최소직경(D2)과 노즐부(51)의 출구직경(D1)의 노즐 직경비(D2/D1)의 변경에 따른 증발기(40)를 통과한 공기의 토출온도를 측정한 그래프로써, 상기 노즐 직경비(D2/D1)의 경우 1.1 ~ 2.6구간에서 공기 토출온도가 낮아 최적의 에어컨 성능을 나타냄을 알 수 있다.

이처럼, 본 발명은 이젝터(50)에서 노즐부(51)의 출구직경(D1) 및 노즐 직경비(D2/D1)를 한정함으로써, 제1증발부(41)로 흐르는 냉매 유동에 저항을 크게 주지 않는 범위에서 이젝터(50)의 흡입력 및 흡입량을 최대로 할 수 있어 에어컨 냉방성 능이 개선되고 이로 인해 전체 시스템의 효율을 개선할 수 있다.

또한, 상기 차량용 에어컨의 냉동사이클은 상기 팽창밸브(30)과, 상기 증발기(40) 및 압축기(10)를 연결하는 유로에 설치되어, 냉매의 온도와 압력을 감지하여 상기 팽창밸브(30)의 동적 제어에 이용되도록 하는 감지수단(70)이 구비된다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클의 작용을 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

먼저, 상기 압축기(10)에서 압축되는 고온 고압의 기상 냉매(a-b구간)는 상기 응축기(20)로 유입된다.

상기 응축기(20)로 유입된 기상냉매는 외부공기와의 열교환을 통해 응축되면서 고온 고압의 액상 냉매로 상변화 한 후(b-c구간), 상기 제1팽창밸브(31)와 제2팽창밸브(32)로 각각 분기되어 유입되면서 감압 팽창 된다.

상기 제1팽창밸브(31)와 제2팽창밸브(32)에서 각각 감압 팽창된 냉매는 저온 저압의 무화 상태가 되어(c-d, c-f구간) 상기 증발기(40)의 제1증발부(41)와 제2증발부(42)로 각각 유입된다.

상기 증발기(40)의 제1증발부(41) 및 제2증발부(42)로 유입된 저온 저압의 냉매는 차량 실내 측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 차량 실내로 송풍되는 공기를 냉각시키게 된다.(d-e, f-g구간)

계속해서, 상기 증발기(40)의 제1증발부(41)에서 배출된 저온 저압의 냉매는 상기 이젝터(50)로 유입되어 노즐부(51)를 통과하면서 감압 팽창하고 아음속 상태로 유속이 증가된다.

이때, 상기 노즐부(51)를 통과하면서 냉매의 증가된 유속에 의해서 낮아진 압력으로 인해 상기 제2증발부(42)의 냉매가 흡입부(52)를 통해 이젝터(50) 내부로 흡입되고, 이 과정에서 상기 흡입부(52)를 통해 흡입되는 제2증발부(42)에서는 증발압이 낮아 증발이 더욱 쉽게 일어나게 되면서 열전달 효율이 증대 되고 이로 인해 냉방성능이 향상되게 된다.(f-g구간)

한편, 상기 이젝터(50)의 내부에서는 상기 노즐부(51)를 통과한 제1증발부(41)의 기상냉매와 상기 흡입부(52)를 통해 흡입된 제2증발부(42)의 기상냉매가 혼합되게 되고, 계속해서 상기 디퓨져부(53)를 통과하면서 냉매의 압력이 승압되어 이젝터(50)에서 배출된다.(e-a, g-a구간)

이후, 상기 이젝터(50)에서 승압되어 배출된 냉매는 상기 압축기(10)로 유입되면서 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

한편, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은 차량 공조장치의 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(40)를 통과하면서 제1증발부(41) 및 제2증발부(42)를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

도 9는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클의 다른 실시예를 나타내는 구성도로써, 앞서 설명한 냉동사이클에서는 팽창밸브(30)가 2개 형성되어 상기 제1증발부(41) 및 제2증발부(42)로 유입되는 냉매를 각각 교축하도록 하였으나, 도 10에 도시한 바와 같이, 팽창밸브(30)를 1개만 설치한 냉동사이클도 가능하다.

즉, 상기 응축기(20)의 출구측 냉매파이프(5a)를 분기하여 각각의 분기된 냉매파이프(5c,5d)를 제1증발부(41)와 제2증발부(42)에 연결하게 되는데, 이때 상기 1개의 팽창밸브(30)는 상기 분기되기 전 냉매파이프(5a)에 설치된다.

따라서, 상기 응축기(20)에서 토출된 고온 고압의 액상 냉매는 상기 팽창밸브(30)에 의한 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태가 된 후, 상기 분기된 각각의 냉매파이프(5c,5d)를 통해 제1증발부(41)와 제2증발부(42)로 각각 유입된다.

또한, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 도 9에 도시한 바와 같은 구성(제1증발부(41)와 제2증발부(42)로 공급되는 냉매를 동시에 교축하도록 팽창밸브(30)가 1개 설치된 구성)에, 상기 제2증발부(42)의 입구측에 냉방효율을 높이기 위해 별도의 감압장치(33)가 더 설치될 수도 있으며, 이러한 감압장치(33)는 선택적으로 설치하게 된다.

도 11에서는 상기 감압장치(33)로서, 캐필러리 튜브(34)가 이용된 예를 도시하였다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1은 일반적인 차량용 에어컨의 냉동사이클을 나타내는 구성도,

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 차량용 싱글 및 듀얼 에어컨의 냉동사이클을 나타내는 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클에서 냉매의 압력(P)과 엔탈피(H) 관계를 나타내는 선도,

도 5는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클에서 이젝터를 나타내는 단면도,

도 6은 이젝터 노즐부의 출구직경(D1)의 변경에 따른 공기 토출온도 및 제1증발부의 냉매유량감소율과, 제2증발부의 냉매압력을 측정한 그래프.

도 7은 노즐 직경비(D2/D1)의 변경에 따른 공기 토출온도를 측정한 그래프,

도 8은 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클에서 증발기의 제1,2증발부에 이젝터가 연결 설치된 상태를 나타내는 개략 사시도,

도 9는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 냉동사이클의 다른 실시예를 나타내는 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>

5 : 냉매파이프

10 : 압축기 20 : 응축기

30 : 팽창밸브

31 : 제1팽창밸브 32 : 제2팽창밸브

33 : 감압수단 34 : 캐필러리 튜브

40 : 증발기 41 : 제1증발부

42 : 제2증발부 50 : 이젝터

51 : 노즐부 52 : 흡입부

53 : 디퓨져부

60 : 송풍기

70 : 감지수단

Claims

냉매를 흡입하여 압축시키는 압축기(10);

상기 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20);

상기 응축기(20)에서 응축된 냉매를 제1유로 및 제2유로로 분기하되 분기되기 전 또는 후의 냉매를 교축시키는 하나 이상의 팽창밸브(30);

상기 팽창밸브(30)의 제1유로를 통해 공급된 냉매를 증발시키는 제1증발부(41) 및 상기 팽창밸브(30)의 제2유로를 통해 공급된 냉매를 증발시키는 제2증발부(42)로 구성된 증발기(40); 및

상기 증발기(40)와 압축기(10) 사이에 구비되어 상기 제1증발부(41) 또는 제2증발부(42) 중 어느 하나에서 토출된 냉매를 감압 팽창시키면서 냉매 유속을 증가시키는 노즐부(51)와, 상기 노즐부(51)로부터 분사되는 냉매의 증가된 유속을 이용하여 상기 제1증발부(41)와 제2증발부(42) 중 다른 하나에서 토출되는 냉매를 흡입시키는 흡입부(52)와, 상기 노즐부(51)에서 분사되는 냉매와 흡입부(52)를 통해 흡입되는 냉매를 혼합한 후 이 냉매의 압력을 승압시키는 디퓨져부(53)로 구성되고, 증발기와 압축기의 사이에는 노즐부 흡입압력(P1)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P1/P3)가 1.3 보다 작고, 디퓨져부 출구압력(P2)과 흡입부의 흡입압력(P3)의 압력비(P2/P3)가 1.3 보다 작은 이젝터(50)(ejector)를 포함하여 이루어지고,

상기 노즐부(51)의 출구직경을 D1이라 할 때, 다음 식 6mm < D1 < 12mm 을 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉동사이클.
제1항에 있어서,

상기 노즐부(51)의 출구직경은 7mm < D1 <9mm 인 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉동사이클.
제1항에 있어서,

상기 디퓨져부(53)의 최소직경을 D2라 할 때, 상기 노즐부(51)의 출구직경과 디퓨져부(53)의 최소직경의 비는 다음식 1.1 < D2/D1 < 2.6 을 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉동사이클.
제1항에 있어서,

상기 팽창밸브(30)와 상기 제2증발부(42)의 사이에는 감압장치(33)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉동사이클.
제1항에 있어서,

상기 차량용 에어컨의 냉동사이클은 상기 팽창밸브(30)과, 상기 증발기(40) 및 압축기(10)를 연결하는 유로에 설치되어, 냉매의 온도와 압력을 감지하여 상기 팽창밸브(30)의 동적 제어에 이용되도록 하는 감지수단(70)이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉동사이클.
제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서,

상기 이젝터(50)의 노즐부(51)는 냉매 이동방향으로 직경이 좁아지도록 축관되는 축관부(51a) 및 상기 축관부(51a)에 연속되며 일정 직경을 갖는 목(throat)부(51b)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 냉동사이클.