KR20180102349A

KR20180102349A - 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체

Info

Publication number: KR20180102349A
Application number: KR1020170028844A
Authority: KR
Inventors: 조왕현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-17
Also published as: KR102261379B1

Abstract

본 발명의 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체는 차량의 엔진(100)에 설치되는 에어컨 컴프레서(110)를 증발기와 연결하는 냉매 파이프(120)와 양단부가 상기 냉매 파이프(120)와 연결되며 액 압축과 에어컨 작동시 발생하는 부밍 소음을 방지하는 머플러(130)를 포함한다.
본 발명은 컴프레서 파손의 주 원인인 액 압축을 방지하고 에어컨 작동시 발생하는 소음을 개선하는 이점이 있다.

Description

차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체{AIR CONDITIONER REFRIGERANT PIPE STRUCTURE FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액 압축이 방지되고 소음이 개선되게 구조를 개선한 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체에 관한 것이다.

현재 운행되는 차량들은 에어컨 컴프레서 액 압축 방지를 위해 증발기 코어 출구측에 온도센서를 설치하여 설정온도(예 0~3℃) 이하로 내려가면 에어컨 작동을 멈추게 하고 온도가 상승하면 재작동하는 방식으로 에어컨 시스템이 구성되어 있다.

일반적으로 승용차는 증발기 코어 면적이 작아 코어 위치별 온도 편차가 작지만, 대형버스는 코어 면적이 넓어 위치별 온도 편차가 커 온도센서가 측정한 온도가 3℃ 이상임에도 불구하고 액 압축이 발생하곤 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 에어컨 컴프레서(1)는 증발기에서 기화한 저온저압의 냉매를 압축하여 상온에서 액화하기 쉬운 고온고압의 냉매를 응축기로 보내는 역할을 한다.

그런데 과냉도 조절을 잘못하거나 증발기 측에서 지나치게 낮은 온도의 냉매가 유입될 경우 기체상태가 아닌 액체상태의 냉매가 압축되는 액 압축이 발생하여 컴프레서가 파손되는 현상이 나타난다. 참고로 액체는 비압축성 유체이고 기체는 압축성 유체이다.

이를 방지하기 위해 증발기 표면에 온도센서를 설치하여 0℃ 이하에서는 컴프레서 작동을 중지시키는 시스템을 적용하기도 하나, 대형버스의 경우는 증발기 표면 위치에 따라 온도 편차가 커 신뢰성이 낮은 문제점이 있다. 또한, 차량용 에어컨은 에어컨 작동시 증발기로부터 나오는 부밍 소음이 큰 문제점이 있다.

증발기로부터 나오는 부밍 소음 방지를 위한 기술로 SUS 배관 사이에 머플러를 연결한 특허문헌 1: 한국공개특허 제1998-014679호(냉장고용 소음기)가 있다.

특허문헌 1은 도 2에 도시된 바와 같이, 중앙부(9)가 기체 냉매 유입시 소음기 역할을 하고, 액체 냉매 유입시 액 압축 방지 역할을 하도록 구성하나, 소음기 전열 면적이 좁아 차량에 적용할 경우 엔진 열에 의한 액체 냉매의 기화시간이 오래 걸리고(머플러 내 액체 냉매 축적시간이 과다) 기체 냉매량이 줄어들어 냉방 효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 특허문헌 1은 과속방지턱 등 차량 흔들림이 있을 경우 액체 냉매가 걸림턱(11)을 넘어 흡입관(7)을 통해 컴프레서로 유입될 가능성이 있다.

다른 기술로 특허문헌 2: 한국공개특허 제2014-0076383호(차량용 에어컨 소음 저감 장치)가 있다.

특허문헌 2는 도 3에 도시된 바와 같이, 액체 냉매 유입시 소음기 역할을 하나, 냉매 연결 파이프(13)에서 냉매 이동이 고속으로 이루어져 단순 중력만으로는 'U'자형 배관(110)으로 액체 냉매 유입이 어려운 문제점이 있다.

또한, 특허문헌 2는 중력에 의한 액체 냉매 저장을 요하기 때문에 'U'자형 배관(110)이 항상 아래 방향을 향하도록 설계할 필요가 있는데, 엔진룸과 같이 레이아웃이 복잡한 공간에서는 설계 자유도가 낮은 문제점이 있다.

또한, 특허문헌 2는 'U'자형 배관(110)에 액체 냉매가 임시 저장이 되나 액체 냉매 유입량이 많을 경우 넘쳐 흘러 컴프레서 디스차지 포트(100)로 유입되는 문제점이 있다. 따라서 액체 냉매 발생량이 많은 대기온이 낮은 봄, 가을철의 경우에는 소음기 역할이 어려운 문제점이 있다.

특허문헌 1: 한국공개특허 제1998-014679호(냉장고용 소음기) 특허문헌 2: 한국공개특허 제2014-0076383호(차량용 에어컨 소음 저감 장치)

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 에어컨 냉매 파이프에 머플러를 설치하고 이 머플러 내부에 액 압축 방지 구조를 구현하여 컴프레서 파손의 주 원인인 액 압축과 에어컨 작동시 발생하는 소음을 개선하도록 한 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 차량의 엔진에 설치되는 에어컨 컴프레서를 증발기와 연결하는 냉매 파이프와 양단부가 상기 냉매 파이프와 연결되며 액 압축과 에어컨 작동시 발생하는 부밍 소음을 방지하는 머플러를 포함한다.

상기 머플러는 증발기로부터 나온 냉매를 흡입하는 인파이프와 상기 인파이프와 연통되며 상기 인파이프에 비해 상대적으로 단면적이 넓어 소음기 기능을 하는 케이스와 상기 인파이프와 상기 케이스를 우회 연결하고 액체 냉매가 저장되는 튜브와 상기 케이스와 연통되고 상기 케이스에 비해 상대적으로 단면적이 좁으며 컴프레서 측 냉매 파이프와 연결되는 아웃파이프를 포함한다.

상기 튜브의 단면적은 상기 인파이프의 단면적에 비해 상대적으로 좁다.

상기 튜브의 외주면에 열교환 면적을 증대하기 위한 핀부가 구비된다.

상기 핀부는 상기 튜브의 외주면을 감은 스프링 형상 또는 상기 튜브의 외주면을 따라 돌출된 복수 개의 핀 형상이다.

상기 아웃파이프는 상기 케이스 내부로 일정부분 연장된다.

상기 냉매 파이프는 SUC 재질로 된다.

상기 머플러는 상기 엔진으로부터 소정위치 떨어진 위치의 냉매 파이프에 설치된다.

상기 머플러는 지면에 대해 수평을 이루는 위치의 냉매 파이프에 설치된다.

상기 머플러는 양단부가 상기 냉매 파이프와 연결된 상태가 연결볼트 및 연결너트로 고정된다.

상기 머플러는 상기 냉매 파이프의 제작시 일체로 제작된다.

증발기 측 냉매 파이프와 연결되며 증발기로부터 나온 냉매를 흡입하는 인파이프와 상기 인파이프와 연통되며 상기 인파이프에 비해 상대적으로 단면적이 넓어 상기 인파이프를 통해 유입되는 냉매 소음을 저감시키는 케이스와 상기 인파이프와 연통되는 반대방향에서 상기 케이스와 연통되고 상기 케이스에 비해 상대적으로 단면적이 좁으며 컴프레서 측 냉매 파이프와 연결되는 아웃파이프와 상기 인파이프와 상기 케이스를 하부에서 우회 연결하고 액체 냉매가 저장되는 튜브를 포함한다.

상기 튜브에 저장되는 액체 냉매는 차량의 엔진 열에 의해 기화하도록 된다.

상기 인파이프, 상기 케이스, 상기 아웃파이프는 한 몸체를 이루고 지면에 대해 수평을 이루도록 위치되며, 상기 인파이프 및 상기 아웃파이프는 상기 케이스의 중앙 높이에서 연통되어 상기 인파이프를 통해 케이스로 유입된 액체 냉매가 상기 아웃파이프에 걸려 통과하지 못하고 상기 케이스 내부에 머무르도록 된다.

본 발명은 컴프레서와 증발기를 연결하는 냉매 파이프에 액 압축 방지 구조를 구현한 머플러를 설치하여 대형버스 컴프레서 파손의 주원인인 액 압축과 에어컨 작동시 발생하는 부밍 소음을 개선한다.

따라서, 종래 액 압축 방지를 위해 길이를 길게 설치하였던 냉매 파이프의 길이를 축소할 수 있고 액 압축 방지를 위해 설치하였던 온도센서 및 와이어링 등을 삭제할 수 있으므로 재료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 초여름 액 압축 발생으로 인해 에어컨 가동이 불가한 상황을 방지할 수 있고, 그로 인해 수리비용이 절감되므로 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 에어컨 컴프레서 냉매 압축 구조를 설명하기 위한 도면.
도 2 및 도 3은 종래의 소음기 구조를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체를 보인 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체에서 머플러 내부를 보인 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체에서 머플러의 작용을 보인 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체에서 머플러의 작용을 보인 단면도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체는, 도 4에 도시된 바와 같이, 차량의 엔진(100)에 설치되는 에어컨 컴프레서(110)를 증발기와 연결하는 냉매 파이프(120)와, 양단부가 냉매 파이프(120)와 연결되며 액 압축과 에어컨 작동시 발생하는 부밍 소음(booming noise)을 방지하는 머플러(130)를 포함한다.

차량은 대형버스가 해당할 수 있다. 대형버스의 엔진룸(101)에 설치된 엔진(100)에 컴프레서(110)가 설치되고 냉매 파이프(120)가 컴프레서(110)와 증발기를 연결하게 된다.

냉매 파이프(120)는 에어컨 작동을 위한 냉매를 이송하는 라인이다. 냉매 파이프(120)는 증발기 측 냉매 파이프(120b)와 컴프레서(110) 측 냉매 파이프(120a)로 구분할 수 있으며, 증발기 측 냉매 파이프(120b)와 컴프레서 측 냉매 파이프(120a)를 머플러(130)로 연결한다.

냉매 파이프(120)는 차량의 진동특성 등에 견딜 수 있고 수분이 파이프 내부로 침입되지 않도록 SUC 재질로 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 머플러(130)는 인파이프(131), 케이스(133), 아웃파이프(135)를 포함하는 구조로 된다.

인파이프(131)는 증발기 측 냉매 파이프(120b)와 연결되며 증발기의 에바코어로부터 나온 냉매를 흡입한다. 증발기는 팽창과정을 거쳐 저온저압의 냉매를 차량 실내외의 공기와 열교환시켜 기체 냉매로 변화시키며 이 기체 냉매가 인파이프(131)로 흡입된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(133)는 인파이프(131)와 연통되며 인파이프(131)에 비해 상대적으로 단면적이 넓어 인파이프(131)를 통해 유입되는 냉매 소음을 저감시키는 소음기 기능을 수행한다. 즉, 케이스(133)는 단면적이 좁은 공간에서 단면적이 넓은 공간으로 확산시켜 증발기로부터 나오는 냉매 소음을 저감시키는 팽창식 구조이며 원통형으로 된다.

아웃파이프(135)는 인파이프(131)와 연통되는 케이스(133)의 반대방향에서 케이스(133)와 연통되고 케이스(133) 내부에 비해 상대적으로 단면적이 좁으며 컴프레서(110) 측 냉매 파이프(120a)와 연결된다.

케이스(133)에서 아웃파이프(135) 및 인파이프(131)와 연통되는 선단과 후단은 곡면을 이루어 기체 냉매가 원활하게 통과할 수 있도록 한다.

인파이프(131), 케이스(133), 아웃파이프(135)는 한 몸체를 이루고 지면에 대해 수평을 이루도록 위치된다. 구체적으로, 머플러(130)는 지면에 대해 수평을 이루는 위치의 냉매 파이프(120)에 지면과 수평을 이루도록 설치된다.

또는, 머플러(130)는 아웃파이프(135) 측이 인파이프(131) 측에 비해 상대적으로 높은 위치가 되게 소정부분 경사지게 설치될 수 있다. 이때, 기체 냉매의 흐름에는 영향을 미치지 않도록 작은 경사인 것이 바람직하다.

그리고 인파이프(131) 및 아웃파이프(135)는 케이스(133)의 중앙 정도의 높이에서 서로 연통되어 인파이프(131)를 통해 케이스(133)로 유입된 액체 냉매가 아웃파이프(135)에 걸려 통과하지 못하고 케이스(133) 내부에 머무르도록 한다.

이는 인파이프(131)를 통해 케이스(133)로 유입된 기체 냉매는 아웃파이프(135)를 통해 컴프레서(110) 측 냉매 파이프(120a)로 원활하게 유입되고, 인파이프(131)를 통해 케이스(133)로 유입된 액체 냉매는 아웃파이프(135)에 걸려 통과하지 못하게 함으로써 액체 냉매가 컴프레서(110)로 유입되는 것을 방지한다. 액체 냉매가 컴프레서(110)로 유입되는 것이 방지됨에 따라 액 압축이 방지되고 컴프레서(110) 파손을 방지할 수 있다.

아웃파이프(135)는 케이스(133) 내부로 일정부분 연장된 연장부(135a)를 구비한다(도 8 참조). 이 경우 액체 냉매가 아웃파이프(135)의 연장부(135a)에 걸려 케이스(133)의 바닥면으로 떨어져 머무르기 더 용이하다.

머플러(130)는 인파이프(131)와 케이스(133)를 하부에서 우회 연결하고 액체 냉매가 저장되는 튜브(137)를 더 포함한다. 튜브(137)는 액체 냉매가 아웃파이프(135)를 통과하지 못하도록 방지하기 위한 추가 구성이다.

액체 냉매가 아웃파이프(135)에 걸려 통과하지 못하게 하더라도 그 양이 많을 경우 아웃파이프(135)를 통해 컴프레서(110)로 유입될 수 있고, 아웃파이프(135)에 걸리지 않고 통과하는 일부 액체 냉매가 발생할 수 있으므로 이를 방지하기 위해 튜브(137)가 더 포함된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 베르누이 원리에 의해 단면적이 좁은 인파이프(131) 구간에서는 냉매 유속이 빠른 반면 압력은 낮게 나타나는 고속, 저압영역(A,a)이 되는 반면, 상대적으로 단면적이 넓은 케이스(133) 구간에서는 냉매 유속이 느리고 압력은 높은 저속, 고압영역(B,b)이 된다.

이는 케이스(133)에 머무르는 액체 냉매가 저압영역(a) 부분과 고압영역(b) 부분의 압력차로 의해 고압영역(b) 부분을 통해 튜브(137) 내부로 흡입 저장되게 한다.

튜브(137) 내부에 저장된 액체 냉매는 차량의 엔진 열에 의해 기화된다. 기화된 기체 냉매는 아웃파이프(135)를 통해 컴프레서(110)로 유입될 수 있다.

튜브(137)의 단면적은 인파이프(131)의 단면적에 비해 상대적으로 좁아 열교환 효율이 우수하다. 튜브(137)의 단면적이 좁은 경우 내부의 액체 냉매가 튜브(137)와 접하는 방열 면적이 넓어 열교환 효율이 우수하다.

본 실시예에서 튜브(137)는 일측이 고속영역(A)인 인파이프(131)의 하부에 연결되고 타측이 저속영역(B)인 케이스(133)의 대략 중앙 하부에 연결되는 'U'자 형상으로 된다. 'U'자 형상의 튜브는 액체 냉매를 저장하고 방열 면적을 넓게 하기 용이한 형상이다.

튜브(137)의 외주면에 열교환 면적을 증대하기 위한 핀부(139)가 구비된다. 핀부(139)는 튜브(137)의 외주면을 감은 스프링 형상 또는 튜브(137)의 외주면을 따라 돌출된 복수 개의 핀 형상이다. 이 외에도 핀부(139)는 튜브(137)에 저장된 액체 냉매의 열교환 효율을 높일 수 있는 형상이면 다양한 형상이 채용 가능하다.

튜브(137)는 경량의 알루미늄 재질로 될 수 있다. 알루미늄 재질은 방열 효율이 높으며 경도 및 강도가 차량 진동특성을 만족한다.

머플러(130)는 엔진(100)으로부터 소정위치 이격된 위치의 냉매 파이프(120)에 설치된다. 엔진 열이 지나치게 높을 경우 액체 냉매가 고온고압의 기체 냉매가 되어 종래와 마찬가지로 컴프레서(110) 기능에 악영향을 미칠 수 있다.

차량 상태 및 엔진에 따라 엔진 열이 상이하므로 엔진(100)으로부터 머플러(130)가 이격되는 위치는 시험을 통해 설정할 수 있다.

실험 결과, 유니스(L-ENG)의 경우는 엔진으로부터 630mm 이격된 위치가 최적의 위치이다.

머플러(130)는 양단부가 냉매 파이프(120a,120b)와 연결되고 연결볼트 및 연결너트로 고정될 수 있다. 이를 위해 인파이프(131)와 아웃파이프(135)의 각 단부에는 고정공이 형성된 플랜지(141,143)가 구비될 수 있다.

다른 실시예로 머플러(130)는 냉매 파이프(120)의 제작시 일체로 제작될 수도 있다.

이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 작용을 설명하기로 한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 기체 냉매 유입시 단면적이 좁은 인파이프(131)에서 단면적이 넓은 케이스(133) 내부로 기체 냉매를 확산시켜 증발기로부터 나오는 냉매 소음을 저감 시킬 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 기체 냉매와 함께 액체 냉매가 유입되거나 액체 냉매가 유입시 기체 냉매는 아웃파이프(135)를 통과하게 된다.

반면, 액체 냉매는 아웃파이프(135)에 걸려 통과하지 못하고 케이스(133) 내부에 머무르게 된다. 이때, 튜브(137)에서 인파이프(131)에 연결되는 저압영역(a)과 케이스(133)에 연결되는 고압영역(b)의 압력차로 인해 케이스(133) 내부에 머무르는 액체 냉매가 고압영역(b)을 통해 튜브(137) 내부로 흡입된다.

튜브(137) 내부로 흡입된 액체 냉매는 엔진 열에 의해 기화되고, 기화된 기체 냉매는 아웃파이프(135)를 통과하게 된다.

이 과정에서 튜브(137)에 적용된 핀부(139)는 방열 면적을 넓혀 열교환 효율을 높임으로써 튜브(137)에 저장된 액체 냉매의 기화 속도를 높이게 된다.

그에 따라 액체 냉매가 컴프레서(110)로 유입되는 것이 방지되고 액 압축으로 인한 컴프레서(110) 파손이 방지될 수 있다.

또한, 이 과정에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 아웃파이프(135)가 케이스(133) 내부로 일정부분 연장된 경우, 액체 냉매가 아웃파이프(135)의 연장부(135a)에 걸려 아웃파이프(135)를 통과하는 것을 방지하기 더 용이하다.

상술한 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체는 액 압축이 방지되는 머플러(130) 구조를 채용하여 컴프레서(110) 파손의 주 원인인 액 압축을 방지하고 에어컨 작동시 발생하는 소음을 개선하는 역할을 하게 하므로, 종래 대비 냉매 파이프 길이를 축소할 수 있고 온도센서 및 와이어링도 삭제할 수 있는 이점이 있다.

상술한 본 발명은 대형버스의 에어컨 냉매 파이프에 적용시 효과가 우수한 것으로 설명하였으나, 반드시 대형버스에만 적용되는 것은 아니고 일반 차량에도 적용 가능하다.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 엔진 110: 컴프레서
120: 냉매 파이프 130: 머플러
131: 인파이프 133: 케이스
135: 아웃파이프 135a: 연장부
137: 튜브 139: 핀부
141, 143: 플랜지
A: 고속영역 B: 저속영역
a: 저압영역 b: 저압영역

Claims

차량의 엔진에 설치되는 에어컨 컴프레서를 증발기와 연결하는 냉매 파이프; 및
양단부가 상기 냉매 파이프와 연결되며 액 압축과 에어컨 작동시 발생하는 부밍 소음을 방지하는 머플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 머플러는
증발기로부터 나온 냉매를 흡입하는 인파이프;
상기 인파이프와 연통되며 상기 인파이프에 비해 상대적으로 단면적이 넓어 소음기 기능을 하는 케이스;
상기 인파이프와 상기 케이스를 우회 연결하고 액체 냉매가 저장되는 튜브; 및
상기 케이스와 연통되고 상기 케이스에 비해 상대적으로 단면적이 좁으며 컴프레서 측 냉매 파이프와 연결되는 아웃파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 파이프 구조체.
청구항 2에 있어서,
상기 튜브의 단면적은 상기 인파이프의 단면적에 비해 상대적으로 좁은 것을 특징으로 하는 냉매 파이프 구조체.
청구항 2에 있어서,
상기 튜브의 외주면에 열교환 면적을 증대하기 위한 핀부가 구비된 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨 냉매 파이프 구조체.