KR20120008947A

KR20120008947A - 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브

Info

Publication number: KR20120008947A
Application number: KR1020100070382A
Authority: KR
Inventors: 고현배
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-02-01

Abstract

본 발명은 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브에 관한 것으로, 냉매에 포함된 기포가 증발기 유입구(54)를 통과하는 과정에서 터지면서 충격파에 의한 유속음을 발생시키게 되더라도, 상기 증발기 유입구(54)에 구비된 배플 플레이트(70)를 통해 대부분의 유속음을 소멸시켜서 감소시킬 수 있게 되므로, 유속음에 의한 에어컨시스템의 소음을 줄일 수 있게 되고, 더 나아가 실내소음을 감소시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

차량용 에어컨시스템의 팽창밸브{Expansion valve of air conditioner system for vehicle}

본 발명은 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉매에 함유된 기포가 터지면서 발생시키는 유속음을 크게 줄일 수 있는 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브에 관한 기술이다.

차량의 실내온도를 조절하기 위한 공조장치는 크게 에어컨시스템과 히터시스템으로 구성되며, 그 중 상기 에어컨시스템은 냉매의 증발잠열을 이용하여 생성된 냉기를 실내로 순환시켜서 온도를 조절하는 구성이다.

차량용 에어컨시스템은 증기 압축 냉동 사이클로서 도 1에 도시된 바와 같이 크게 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브의 4가지 주요 부품으로 구성된다.

상기 증발기(1)내에서 흡열작용에 의해 증발된 냉매가스는 압축기(2)로 보내지고, 상기 압축기(2)에서는 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 기체상태로 압축하여 응축기(3)로 보내다.

고온고압의 냉매가스는 응축기(3)에서 공기로 강제 냉각되면 상변화가 일어나서 고온고압의 액체냉매로 되어 리시버(4)에 보내진다.

팽창밸브(5)는 리시버(4)를 통과한 고온고압의 액체냉매를 증발하기 쉽도록 교축시키면서 압력을 강하시켜서 저온저압으로 냉각시키고, 상기 저온저압의 액체냉매를 상기 증발기(1)로 다시 보내서 흡열작용에 의해 냉동효과를 얻게 된다.

도 2에는 상기 팽창밸브(5)의 구성이 단면도로 도시되어 있는 바, 실린더 형상으로 된 밸브본체(51)의 하부에는 밸브실(52)이 구비되고, 상기 밸브실(52)은 리시버(4)로부터 고온고압의 액체냉매가 유입되는 리시버 유입구(53)와 연결되며, 상기 밸브실(52)의 상측에는 고온고압의 냉매를 상기 증발기(1)로 유입시키는 증발기 유입구(54)가 상기 밸브실(52)과 오리피스(55)를 통해 연결되고, 상기 증발기 유입구(54)의 상측에는 상기 증발기(1)내에서의 흡열작용에 의해 증발된 저온저압의 냉매가스를 압축기(2)로 유출하는 증발기 유출구(56)가 형성된다.

상기 오리피스(55)는 리시버(4)에서 공급된 액체 냉매를 단열 팽창시키게 된다.

상기 증발기 유출구(56)의 상측에는 상기 증발기(1)에서 토출된 저압 냉매의 온도를 감지하여 변위되는 다이어프램(57)이 설치되고, 상기 다이어프램(57)에는 상기 증발기 유출구(56)와 상기 증발기 유입구(54)를 수직으로 관통하여서 선단이 상기 오리피스(55)에 위치하는 로드(58)가 설치되며, 상기 로드(58)에는 압력의 누출이 방지되도록 오링(59)이 부착되어 있다.

상기 밸브실(52)에는 상기 증발기 유출구(56)로의 유출 압력을 제어하기 위한 압력밸브가 설치되는데, 상기 압력밸브는 상기 로드(58)의 선단과 접촉하여 상기 오리피스(55)를 개폐시키는 볼(61), 볼시트(62), 압축스프링(63), 스프링시트(64)로 구성되며, 그 중 상기 스프링시트(64)는 상하방향 높이 조절이 가능하도록 상기 밸브본체(51)에 결합된 구조이다.

그런데, 상기한 에어컨시스템은 냉매의 특성상 압축기(2)에서 냉매 압축시 냉매내에 다량의 기포가 발생하는데, 특히 에어컨의 초기 작동시 더 많은 기포가 발생하게 되고, 이렇게 발생된 기포는 냉매가 팽창밸브(5)를 통과하는 과정에서 냉매의 유동에 의해 터지면서 충격파에 의한 유속음을 발생시키는 문제점이 있었다.

즉, 기포를 함유한 냉매가 오리피스(55)를 통과하여 증발기 유입구(54)로 유입되면, 냉매는 직각으로 급격히 꺾여진 흐름으로 상기 증발기 유입구(54)를 통과하게 되는 바, 이때 냉매에 포함된 기포는 직각으로 급격히 꺾여져서 흘러가는 냉매의 흐름에 의해 상기 증발기 유입구(54)의 벽면에 부딪쳐 터지면서 유속음을 발생시켰던 것이다.

그런데, 종래의 팽창밸브(5)는 증발기 유입구(54)에서 발생한 유속음을 감소시킬 수 있는 구조가 마련되어 있지 않은 관계로, 유속음이 냉매와 같이 흘러가면서 실내로 전달되는 문제점이 있었던 것이다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 안출된 것으로서, 냉매에 함유된 기포가 증발기 유입구에서 터지면서 유속음을 발생시키더라도 상기 유속음이 상기 증발기 유입구내에서 대부분 흡수되어 소멸될 수 있도록 함으로써, 상기 유속음에 의한 에어컨시스템의 소음을 줄일 수 있도록 하고, 이를 통해 실내소음을 감소시킬 수 있도록 하는 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브는, 오리피스를 매개로 밸브실과 연결된 내측챔버부 및 상기 내측챔버부와 연결되면서 증발기측으로 연결된 외측챔버부로 구성되면서 상기 내측챔버부보다 상기 외측챔버부의 직경이 더 크게 형성된 증발기 유입구와; 상기 외측챔버부에서 상기 내측챔버부와 연결되는 부위에 고정 설치되고 상기 내측챔버부와 상기 외측챔버부를 연결하는 플레이트구멍이 형성되는 한편 냉매에 함유된 기포가 상기 내측챔버부에서 터지면서 발생된 유속음이 상기 외측챔버부로 전달되지 못하도록 차단하는 배플 플레이트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 내측챔버부와 상기 외측챔버부가 연결되는 부위에서 상기 외측챔버부의 직경은 상기 내측챔버부의 직경에 대해 1.2배 내지 1.3배의 치수를 갖도록 형성되고, 상기 플레이트구멍의 직경은 상기 내측챔버부의 직경에 대해 0.4배 내지 0.5배의 치수를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 플레이트구멍은 상기 배플 플레이트의 중앙부에 형성된 구조이고, 상기 배플 플레이트는 상기 증발기 유입구를 통과하는 냉매의 압력을 견딜 수 있도록 스틸 또는 우레탄으로 형성된 것이 바람직하며, 상기 배플 플레이트의 두께는 상기 플레이트구멍의 직경에 대해 0.1배의 치수를 갖도록 형성된 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 팽창밸브는, 냉매에 포함된 기포가 증발기 유입구를 통과하는 과정에서 터지면서 충격파에 의한 유속음을 발생시키게 되더라도, 상기 증발기 유입구에 구비된 배플 플레이트를 통해 대부분의 유속음을 소멸시켜서 감소시킬 수 있게 되므로, 유속음에 의한 에어컨시스템의 소음을 줄일 수 있게 되고, 더 나아가 실내소음을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 에어컨시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 종래의 팽창밸브를 설명하기 위한 단면도,
도 3은 본 발명에 따라 배플 플레이트를 구비한 팽창밸브의 단면도
도 4는 도 3에서 배플 플레이트가 설치된 부위의 확대도,
도 5는 에어컨의 초기 작동시 발생하는 유속음의 크기를 본 발명의 팽창밸브와 종래의 팽창밸브를 비교하여 나타낸 그래프선도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

차량용 에어컨시스템은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 크게 증발기(1), 압축기(2), 응축기(3), 리시버(4), 팽창밸브(5)로 구성되고, 상기 팽창밸브(5)는 실린더 형상으로 된 밸브본체(51)의 하부에는 밸브실(52)이 구비되고, 상기 밸브실(52)은 리시버(4)로부터 고온고압의 액체냉매가 유입되는 리시버 유입구(53)와 연결되며, 상기 밸브실(52)의 상측에는 고온고압의 냉매를 상기 증발기(1)로 유입시키는 증발기 유입구(54)가 상기 밸브실(52)과 오리피스(55)를 통해 연결되고, 상기 증발기 유입구(54)의 상측에는 상기 증발기(1)내에서의 흡열작용에 의해 증발된 저온저압의 냉매가스를 압축기(2)로 유출하는 증발기 유출구(56)가 형성된다.

한편, 본 발명에 따른 상기 팽창밸브(5)는 상기 증발기 유입구(54)가 상기 오리피스(55)를 매개로 상기 밸브실(52)과 연결된 내측챔버부(54a)와, 및 상기 내측챔버부(54a)와 연결되면서 상기 증발기(1)측으로 연결된 외측챔버부(54b)로 구성되면서, 상기 내측챔버부(54a)의 직경(D1)보다 상기 외측챔버부(54b)의 직경(D2)이 더 크게 형성된 구조이다.

즉, 상기 내측챔버부(54a)와 상기 외측챔버부(54b)가 연결되는 부위에서 상기 외측챔버부(54b)의 직경(D2)은 상기 내측챔버부(54a)의 직경(D1)에 대해 1.2배 내지 1.3배의 치수를 갖도록 형성된 구조로, 이러한 구조에 의해 상기 증발기(1)로 유입되는 냉매는 속도와 압력이 감소된 상태로 유입된다.

또한, 본 발명에 따른 상기 팽창밸브(5)는 상기 외측챔버부(54b)에서 상기 내측챔버부(54a)와 연결되는 부위에 배플 플레이트(70)가 고정 설치된 구조로, 상기 배플 플레이트(70)의 중앙부에는 냉매의 이동을 위하여 상기 내측챔버부(54a)와 상기 외측챔버부(54b)를 연결하는 플레이트구멍(71)이 형성된다.

상기 배플 플레이트(70)는 냉매가 증발기 유입구(54)를 통과할 때 발생하는 유속음을 크게 감소시키는 역할을 한다.

즉, 에어컨시스템은 냉매의 특성상 압축기(2)에서 냉매 압축시 냉매내에 다량의 기포가 발생하는데, 특히 에어컨의 초기 작동시 더 많은 기포가 발생하게 된다.

이렇게 발생된 기포는 냉매와 같이 냉매와 같이 이동하게 되는 바, 기포가 함유된 냉매가 오리피스(55)를 통과하여 증발기 유입구(54)의 내측챔버부(54a)로 유입되면, 냉매는 직각으로 급격히 꺾여진 흐름으로 상기 내측챔버부(54a)를 따라 이동하게 된다.

이때, 내측챔버부(54a)에서 직각으로 급격히 꺾여진 냉매의 흐름에 의해 냉매에 포함된 기포는 내측챔버부(54a)의 벽면과 부딪쳐 터지면서 충격파에 의한 유속음을 내측챔버부(54a)에서 발생시키게 된다.

하지만, 내측챔버부(54a)에서 발생된 유속음의 대부분은 배플 플레이트(70)에 의해 막혀서 외측챔버부(54b)로 전달되지 못하게 되며, 상기 배플 플레이트(70)에 의해 막혀있는 유속음은 상기 내측챔버부(54a)에 있는 냉매에 의해 흡수되어서 모두 자연적으로 소멸된다.

이에 따라, 외측챔버부(54b)에는 플레이트구멍(71)을 통해 극히 일부의 유속음만이 전달되는 바, 이 결과 본 발명에 따른 팽창밸브(5)는 기포가 발생시키는 유속음을 크게 줄일 수 있는 장점이 있으며, 이로 인해 유속음에 의한 에어컨시스템의 소음을 줄일 수 있음과 더불어 더 나아가 실내소음을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 플레이트구멍(71)을 통과하는 유속음도 베르누이의 원리에 근거하여 순간 압력이 낮아진 냉매와 함께 빠르게 통과하여 외측챔버부(54b)로 이동하게 됨으로써, 외측챔버부(54b)로 전달되는 유속음을 더욱 줄어드는 효과가 있다.

한편, 상기 배플 플레이트(70)에 형성된 상기 플레이트구멍(71)의 직경(D3)은 상기 내측챔버부(54a)의 직경(D1)에 대해 0.4배 내지 0.5배의 치수를 갖도록 형성된 구조로서, 만약 0.4배 내지 0.5배 이상의 치수로 형성되면 유속음 감소효과가 줄어들게 되고, 반대로 0.4배 내지 0.5배 이하의 치수로 형성되면 증발기(1)쪽으로 공급되는 냉매 양이 줄어들게 됨으로써 에어컨의 성능저하를 초래하게 된다.

그리고, 상기 배플 플레이트(70)는 상기 증발기 유입구(54)를 통과하는 냉매의 압력을 견딜 수 있도록 스틸 또는 우레탄으로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 배플 플레이트(70)의 두께(t1)는 강도 및 설치공간 등을 고려하여 볼 때 상기 플레이트구멍(71)의 직경(D3)에 대해 0.1배의 치수를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 5에는 에어컨의 초기 작동시 본 발명의 팽창밸브에서 발생하는 유속음의 크기를 종래의 팽창밸브와 비교하여 나타낸 그래프선도가 도시되어 있는 바, 도시된 바와 같이 종래의 팽창밸브에는 유속음을 감소시키는 구성이 없는 관계로 27?28dBA 정도의 소음이 발생하였지만, 본 발명의 팽창밸브는 배플 플레이트(7)에 의해 17?18dBA 정도의 소음이 발생하였는 바, 이로 인해 본 발명의 팽창밸브는 종래에 비해 대략 10dBA 정도 소음 감소효과가 있음을 알 수 있다.

1 - 증발기 5 - 팽창밸브
52 - 밸브실 54 - 증발기 유입구
54a - 내측챔버부 54b - 외측챔버부
55 - 오리피스 70 - 배플 플레이트
71 - 플레이트구멍

Claims

오리피스를 매개로 밸브실과 연결된 내측챔버부 및 상기 내측챔버부와 연결되면서 증발기측으로 연결된 외측챔버부로 구성되면서 상기 내측챔버부보다 상기 외측챔버부의 직경이 더 크게 형성된 증발기 유입구와;
상기 외측챔버부에서 상기 내측챔버부와 연결되는 부위에 고정 설치되고 상기 내측챔버부와 상기 외측챔버부를 연결하는 플레이트구멍이 형성되는 한편 냉매에 함유된 기포가 상기 내측챔버부에서 터지면서 발생된 유속음이 상기 외측챔버부로 전달되지 못하도록 차단하는 배플 플레이트
를 포함하는 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 내측챔버부와 상기 외측챔버부가 연결되는 부위에서 상기 외측챔버부의 직경은 상기 내측챔버부의 직경에 대해 1.2배 내지 1.3배의 치수를 갖도록 형성되고, 상기 플레이트구멍의 직경은 상기 내측챔버부의 직경에 대해 0.4배 내지 0.5배의 치수를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 플레이트구멍은 상기 배플 플레이트의 중앙부에 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브.
청구항 1에 있어서, 상기 배플 플레이트는 상기 증발기 유입구를 통과하는 냉매의 압력을 견딜 수 있도록 스틸 또는 우레탄으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브.
청구항 2에 있어서, 상기 배플 플레이트의 두께는 상기 플레이트구멍의 직경에 대해 0.1배의 치수를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨시스템의 팽창밸브.