KR20190061257A

KR20190061257A - 히트펌프용 압력/온도 센서를 포함하는 조립체

Info

Publication number: KR20190061257A
Application number: KR1020170159424A
Authority: KR
Inventors: 이동원
Original assignee: 이동원
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2019-06-05

Abstract

본 발명에 따른 히트펌프의 전자식 팽창밸브 제어에 사용되는 압력/온도센서를 포함하는 조립체는, 압력센서; 온도센서; 상기 압력센서 및 온도센서가 설치되는 조립 베이스; 및 상기 조립 베이스를 관통하는 냉매유로; 를 포함하고, 상기 압력센서와 상기 온도센서는, 각각 상기 조립 베이스의 다른 부위에 장착되는 것; 이 특징이다.

Description

히트펌프용 압력/온도 센서를 포함하는 조립체{Assembly which includes Pressure/temperature sensor for heat pump}

본 발명은 압력/온도 센서 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 히트펌프에 사용되는 냉매의 압력과 온도를 검출하는 일체형 센서 조립체에 관한 것이다.

히트펌프는 열원으로부터 "히터싱크"라 불리는 목적지로 열을 전달하는 장치이다. 히트펌프는 차가운 공간에서 열을 흡수하고, 따뜻한 공간에서 열을 방출한다. 즉, 히트펌프에서는 자연적인 열전달 방향의 반대 방향으로 열에너지 전달이 이루어진다. 이를 위해 히트펌프는 소량의 외부에너지를 사용하여, 열원에서 히트싱크로 에너지를 전송하는 작업을 수행한다.

에어컨과 냉장고가 히트펌프의 대표적인 예이다. 그리고, 일정 공간을 난방 또는 냉방 하는 공조장치 (HVAC : Heating Ventilating and Air Conditioning)도 히트펌프이다. 그리고 히트펌프를 사용하는 기기로는 냉수/온수를 제공하는 정수기, 건조기, 세탁기, 자판기 등이 있다.

히트펌프 시스템에서 냉매의 과열도와 과냉도를 조절하면 성능계수가 개선된다. 이를 위해서는 냉매의 압력과 온도를 측정하여 과열도와 과냉도를 검출하는 것이 요구된다.

도1 은 대표적인 종래의 압력/온도 일체형 센서 조립체(900)(공개특허 10-2013-0020621의 도1) 이다. 주요 구성은, 베이스 부품(901) 압력센서 요소(911), 압력도입부(912), 온도센서 요소(931), 온도센서용 돌출부(932), 중간 플레이트 조립체(920) 및 커넥터(950)이다.

도2 (공개특허10-2013-0020621의 도5) 는 도1 의 일체형 센서 조립체(900)에서 중간플레이트 조립체(920) 관련 부품을 상세히 도시한 것이다. 온소센서 요소(930)에서 검출된 온도정보를 전달하는 전선(933)을 냉매로부터 격리하여야 하므로, 구조가 복잡한 디스크형상 요소(921)가 필요하고, 상기 디스크 형상 여소(921) 내부로 상기 전선(933)을 통과 시켜야 하므로, 가공 원가 및 조립비용이 높은 단점이 있다.

또한, 종래기술은, 온도센서용 돌출부(932)가 냉매에 직접 접촉하도록 설계되어서, 상기 온도센서용 돌출부(932)의 결속부 부근에서 냉매가 누설될 수 있는 단점이 있다.

그리고, 압력/온도 일체형 센서 조립체가 자동차 에어컨에 적용될 때에는, 상기 센서 조립체와 ( 객실에 설치된 ) 온도 제어기는 서로 전선으로 연결한다. 또한, 전자식 팽창밸브를 사용하는 경우에는, 상기 제어기에서 상기 조립체 근처에 배치된 전자식 팽창밸브까지 제어선이 필요하다. 따라서, 종래에는 배선이 길고, 센서조립체와 제어기 사이의 전선 길이가 길어서 (아날로그) 신호에 노이즈가 포함될 가능성이 높은 문제점이 있다.

또한, 종래기술 중에는 (예, 출원특허 10-2012-0120852 ) 앞에서 언급한 모든 부품을 하나의 조립 베이스에 설치하는 것을 제안한다. 이때 베이스가 금속재질 ( 예, 알루미늄 ) 이면 열이 잘 전달되기 때문에, 팽창밸브를 통과하는 고온고압의 냉매 열이 상기 베이스 금속재질을 통하여, ( 저온저압의 냉매를 측정하는 ) 압력/온도센서에 영향을 주는 문제점이 있다. 더욱 상세하게는, ( 저온저압 ) 냉매 온도는 실제 온도보다 높게 온도가 측정되고, (온도가 높아지기 때문에) 냉매 압력도 높게 되는 문제점이 있다.

특허 10-1766144 특허 10-1578117 출원번호 10-2012-0089983 출원번호 10-2012-0120852

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출한 것이다. 즉, 복잡한 구조를 가지는 중간플레이트 조립체를 제거하여 가격경쟁력이 있고, 온도센서 관련 부품에서 냉매 누설 가능성이 제거되어 신뢰성이 높은, 압력/온도 센서조립체를 제공하는 데 목적이 있다.

이때, 상기 온도센서는 판형 금속기판에 설치된 것; 이 바람직하다.

또한, 상기 조립체는 모터로 구동되는 팽창밸브, 상기 모터를 제어하는 제어기 및 상기 제어기를 보호하는 케이스를 더 포함; 하고, 상기 케이스는 상기 조립 베이스보다 열전도도가 낮은 물질로 이루어지고, 상기 팽창밸브, 상기 제어기 및 상기 압력/온도센서 조립 베이스는 상기 케이스에 고정되는 것; 이 바람직하다.

또한, 상기 압력센서, 상기 온도센서 및 상기 모터는 중간에 커넥터 없이 직접적 상기 제어기와 연결되는 것; 이 바람직하다.

본 발명에 따른 히트펌프에 사용되는 전자식 팽창밸브 조립체는, 모터로 구동되는 전자식 팽창밸브; 상기 모터를 구동하는 제어기; 상기 제어기를 보호하는 케이스; 압력센서; 온도센서; 상기 압력센서 및 온도센서가 설치되는 조립 베이스; 를 포함하고, 상기 케이스는 상기 조립 베이스보다 열전도도가 낮은 물질로 이루어지고, 상기 팽창밸브 및 상기 조립 베이스는 상기 케이스에 고정되고, 상기 조립 베이스는 냉매유로를 포함하는 것; 을 특징이다.

이때, 상기 압력센서, 상기 온도센서 및 상기 모터는 중간에 커넥터 없이 직접적 상기 제어기와 연결되는 것; 이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 복잡한 구조를 가지는 중간플레이트 조립체를 제거되어 가격경쟁력이 있고, 온도센서 관련 부품에서 냉매 누설 가능성이 제거되어 신뢰성이 높은, 압력/온도 센서조립체가 제공하는데 효과가 있다.

도1 은 종래기술에 의한 압력/온도센서 조립체의 예이다.
도2 는 종래기술에 필요안 부속품의 예이다.
도3 은 본 발명에 의한 일 압력/온도센서 조립체 단면도이다.
도4 는 본 발명에 의한 일 조립 베이스의 사시도이다.
도5 는 본 발명에 바람직한 압력센서, 온도센서의 일 예이다.
도6 은 본 발명에 의한 압력/온도센서 조립체의 또 다른 일 예이다.
도7 은 본 발명에 의한 압력/온도센서 조립체의 또 다른 일 예이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호와 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 자세한 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 첫 번째 핵심 개념은 냉매에 직접 접촉하는 온도센서용 돌출부를 사용하지 않는 것이다. 대신에, ( 열 전도성이 좋은 ) 베이스에 냉매유로를 구비하고, 상기 냉매유로 부근에 온도센서 장착부를 구비하고, 상기 온도센서 장착부와 냉매유로 간의 간격을 ( 냉매 압력을 견딜 수 있는 ) 최소 이상으로 하여서 냉매가 온도센서 관련 부품의 결합부로 누설되는 것을 방지하는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력/온도 센서를 포함하는 조립체를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

이하 도3 내지 도5 를 참조하여 본 발명에 바람직한 실시예의 일례를 설명한다.

도3 은 본 발명에 따른 압력/온도 센서 조립체(100)의 단면도이다. 도4 는 조립 베이스(110)의 단면을 사시한 것이다. 그리고 도5 는 본 발명에 적합한 압력센서(120) 및 온도센서(130)(140) 를 예시한 것이다.

도3 에서, 조립체(100)은 조립 베이스(110), 압력센서(120) 및 온도센서 (130)(140) 를 포함하여 구성된다. 도3 및 도4 에서 조립 베이스(110)에는 냉매유로(111)이 내부에 형성되고, 상기 냉매유로(111)에 압력센서가 연결될 수 있도록 압력센서 장착부(112)가 형성되고, 온도측정을 위한 온도센서 장착부(113)(114)가 형성된다.

온도센서 장착부(113)(114)와 냉매유로(111) 사이에는 조립 베이스(110)의 구성물질이 존재하므로 냉매유로(111)에서 온도센서 장착부(113)(114)로 냉매의 누설은 존재하지 않는다.

이하 본 발명에 바람직한 센서에 대하여 설명한다. 먼저 압력센서는 시중에 많이 유통되는 범용 압력센서인 것이 바람직하다. 일 예로 압력센서(120)은 나사 체결부(121), 나사를 회전시키는데 사용하는 6각체(122) 및 전선 커넥터(123)를 포함하는 것이 바람직하다. 또 다른 방법으로, 압력센서(120)은 용접 또는 접착 등의 방법으로 조립 베이스(110)에 장착될 수 있음은 당연하다.

그리고, 온도센서는 반도체의 밴드갭 전압을 이용한 반도체 온도센서 요소를 사용하거나, 온도에 따라 저항값이 바뀌는 ( 예, NTC ) 온도센서 요소를 사용하거나, 두 금속이 접합되어서 온도에 따라 상기 접합점에서 기전력이 발생하는 온도센서요소를 사용하는 것이 바람직하다.

본 예에서, 온도센서(130)은 사각형 금속기판(132)위에 NTC(131)이 배치된 것이다. 상기 NTC(131)은 연결점(133)을 통하여 외부의 저항값 측정기 ( 예, 마이크로 프로세스 ) 로 연결된다. 그리고, 온도센서(140)은 구형상 NTC(141)과 전선(142)로 구성된 것이다.

금속기판(132)를 사용하는 온도센서(130)은 기판 온도센서 장착부(113)에 장착되는 것이 바람직하다. 그리고, 구형상 온도센서(140)은 구멍형 온도센서 장착부(114)에 장착되는 것이 바람직하다. 그리고 조립 베이스(110)은 열 전도성이 좋은 금속 재질인 것이 바람직하다.

이상의 설명으로 히트펌프의 과열도 또는 과냉도를 제어하는 데 바람직한 압력/온도센서를 포함하는 조립체가 개시된다.

본 실시예의 주요특징을 요약하면, 1) 온도센서부를 통한 냉매의 누설은 없고, 2) 시중에 많이 유통되는 범용 압력센서를 사용가능하므로, 가격 경쟁력 있고, 또한 3) 종래기술로 센서 조립체를 생산하려면 대량 ( 예, 수십만 개 이상 ) 으로 압력센서 요소 ( 예, MEMS: Micro Electro Mechanical Systems ) 를 구매하여야 가격경쟁력이 생기지만, 본 발명으로 소량 ( 예, 수천 개 ) 의 범용 압력센서를 구매하여도 가격경쟁력이 생긴다. 따라서 재고 부담 및 운영비 부담이 종래기술보다 상대적으로 작다. 그리고, 4) 종래기술에는 없는 냉매유로가 존재하는 특징이 있다.

이상 본 발명의 제1 실시예를 상세히 설명하였다.

본 실시예는 차량용 에어컨에 바람직한 압력/온도 센서 조립체에 관한 일 예이다. 더욱 상세하게는 본 발명의 센서 조립체에 전자식 팽창밸브 및 밸브 제어기를 더 포함하는 조립체에 관한 것이다.

본 실시예의 핵심 개념은, 압력/온도센서 조립체와 제어기 사이의 전선 길이를 최소화하는 것이다. 또한, 전자식 팽창밸브를 함께 사용하는 경우에는 상기 제어기와 상기 전자식 팽창밸브 사이의 전선 길이도 최소화하는 것이다. 이를 위해 압력/온도센서 조립체 측면에 ( 상기 조립체보다 ) 열전도가 낮은 제어기 케이스를 배치하고, 상기 케이스에 압력/온도센서 조립체를 고정한다.

이하 도6 및 도7 을 참고하여 본 발명에 바람직한 일 실시예를 설명한다. 도6 은 본 실시예 개념을 쉽게 설명하기 위한 일 조립체의 사시도이다.

먼저 [ 압력/온도센서 조립 베이스(110)보다 열전도도가 낮은 재질( 예, 플라스틱 ) 의 ] 제어기 케이스(310) 일측 하부에 압력/온도센서 조립체(100)이 고정된다. 그리고 소정의 간격을 띄우고, 제어기 케이스(310) 일측 상부에 모터(210)으로 제어되는 전자식 팽창밸브(200)이 고정된다. 상기 압력/온도센서 조립체(100)의 냉매유로(111)에는 증발기에서 배출되는 냉매가 흐르는 저압 냉매유로가 연결되고, 상기 팽창밸브(200)의 냉매유로(211)에는 증발기로 유입되는 고압 냉매유로가 연결된다. 그리고, 상기 케이스(310) 내부에는 제어기(500)이 설치된다. 상기 제어기(500)은 압력/온도센서의 측정값을 사용하여 전자식 팽창밸브 제어량을 산출하는 연산기(예,단일 칩 마이크로 프로세스) 와 팽창밸브(200)의 모터(210)을 구동하는 모터 드라이버 회로로 구성된다.

여기서, 압력/온도센서 조립체(100)와 전자식 팽창밸브(200)는 케이스(310)에 도면에 예시된 부분이 아닌 다른 부분으로 고정될 수 있음은 당연하다. 예를 들어서, 도6 의 전자식 팽창밸브(200)는 상기 모터(210)이 상측으로 가도록 90도 회전하여서 고정할 수도 있다.

이때 제어기는 측정된 압력이 소정의 범위 이내에 있을 때, 과열도를 제어하는 것이 바람직하다. 일 예로, 냉매 압력이 소정의 값 보다 낮아서, 냉매 끓는점이 0 ℃ 이하가 될 경우 증발기에 착상이 발생하여서 증발기에서 열교환 효율이 낮아질 수 있다. 따라서, 냉매 압력이 소정의 값 이하일 때는 과열도제어 보다는 압력이 더 이하로 낮아지지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 냉매 압력이 소정의 값보다 높을 때 제어기(500)은 팽창밸브(200)을 제어하지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면, 히트펌프의 다른 부품 ( 예, 압축기 ) 에는 전원이 공급되지 않고, 제어기(500)에만 전원이 공급되는 경우, 압력센서(120)에는 고압냉매 유로의 압력과 저압냉매 유로의 압력은 같게 될 수 있다. 이 경우에는 과열도를 조절할 이유가 없으므로 제어기(500)은 전자식 팽창밸브(200)을 제어하지 않는 것이 바람직하다.

제조원가 절감을 위하여, 도6 에서 압력센서(120)은 외부로 신호를 보내는 커넥터(도5, 123)가 없는 것으로 예시하였다. 이것은 커넥터 없는 압력센서(120)을 사용할 수 있다는 의미이지 한정하는 것은 아니다. 그리고, 도6 에 도시된 압력/온도센서 조립체(100)에 대한 상세한 설명은 본 발명의 제1 실시예에서 상세히 설명하였으므로 생략한다.

도7 은 [ 압력/온도센서 조립 베이스(110)보다 열전도도가 낮은 재질( 예, 플라스틱 ) 의 ] 제어기 케이스 (320) 내부에 압력센서(120), 팽창밸브(200)의 모터(210) 및 제어기(500)를 배치한 예이다.

도6 및 도7에서 압력센서(120), 온도센서와 팽창밸브(200)의 모터(210)는 중간에 커넥터 없이 직접적 제어기(500)과 연결되는 것이 바람직하다. 이는 커넥터가 제거됨으로써 부품가격도 낮아지고, 진동에 대한 신뢰성도 높아지기 때문이다.

본 실시예에서는 모든 종류의 히트펌프에 적용 가능하다. 특히 자동차 에어컨의 경우에는 부품의 무게도 중요하다. 본 발명의 개시로, 압력/온도센서 조립체와 제어기 사이의 전선 길이가 최소화되고, 전자식 팽창밸브를 함께 사용하는 경우에는 상기 제어기와 상기 팽창밸브 사이의 전선 길이도 최소화되어, 전체 조립체의 무게가 종래보다 가벼워져서 자동차의 연비개선이 기대된다. 또한, 제어기 케이스 내부에 상기 센서들과 팽창밸브를 배치하면, ( 커넥터가 없는 )반제품 상태의 센서들과 팽창밸브를 사용 가능하므로 부품가격도 낮아지는 효과도 있다.

이상 본 발명의 제2 실시예에 대하여 상세히 설명하였다.

이상, 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 살펴보았으나 이는 예시에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형된 실시예가 가능함을 이해하여야 할 것이다. 그러므로, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술내용을 쉽게 설명하고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

본 발명에 다른 압력/온도센서를 포함하는 조립체는 모든 종류의 히트펌프에 적용할 수 있다. 특히 자동차 에어컨의 경우에는 부품의 무게도 중요하다. 본 발명의 개시로, 압력/온도센서 조립체와 제어기 사이의 전선 길이가 최소화되고, 전자식 팽창밸브를 함께 사용하는 경우에는 상기 제어기와 상기 팽창밸브 사이의 전선 길이도 최소화되어, 전체 조립체의 무게가 종래보다 가벼워져서 자동차의 연비개선이 기대된다. 또한, 제어기 케이스 내부에 상기 센서들과 팽창밸브를 배치하면, ( 커넥터가 없는 )반제품 상태의 센서들과 팽창밸브를 사용 가능하므로 부품가격도 낮아지는 효과가 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 높다.

100 : 압력/온도센서 조립체 110 : 압력/온도센서 조립 베이스
111,211: 냉매유로 113, 114 : 온도센서 장착부
120 : 압력센서 130, 140 : 온도센서
200 : 전자식 팽창밸브 310, 320 제어기 케이스
500 : 제어기

Claims

히트펌프의 전자식 팽창밸브 제어에 사용되는 압력/온도센서를 포함하는 조립체에 있어서,

압력센서;
온도센서;
상기 압력센서 및 온도센서가 설치되는 조립 베이스;
및 상기 조립 베이스를 관통하는 냉매유로; 를 포함하고,

상기 압력센서와 상기 온도센서는, 각각 상기 조립 베이스의 다른 부위에 장착되는 것; 을 특징으로 하는 압력/온도센서를 포함하는 조립체.
제1항에 있어서, 상기 온도센서는 판형 금속기판에 설치된 것; 을 특징으로 하는 압력/온도센서를 포함하는 조립체
제1항에 있어서,
상기 조립체는 모터로 구동되는 팽창밸브, 상기 모터를 제어하는 제어기 및 상기 제어기를 보호하는 케이스를 더 포함; 하고,
상기 케이스는 상기 조립 베이스보다 열전도도가 낮은 물질로 이루어지고, 상기 팽창밸브, 상기 제어기 및 상기 압력/온도센서 조립 베이스는 상기 케이스에 고정되는 것; 을 특징으로 하는 압력/온도센서를 포함하는 조립체.
제3항에 있어서,
상기 압력센서, 상기 온도센서 및 상기 모터는 중간에 커넥터 없이 직접적 상기 제어기와 연결되는 것; 을 특징으로 하는 압력/온도센서를 포함하는 조립체.
히트펌프에 사용되는 전자식 팽창밸브 조립체에 있어서,
모터로 구동되는 전자식 팽창밸브;
상기 모터를 구동하는 제어기;
상기 제어기를 보호하는 케이스;
압력센서;
온도센서;
상기 압력센서 및 온도센서가 설치되는 조립 베이스; 를 포함하고,

상기 케이스는 상기 조립 베이스보다 열전도도가 낮은 물질로 이루어지고, 상기 팽창밸브 및 상기 조립 베이스는 상기 케이스에 고정되고, 상기 조립 베이스는 냉매유로를 포함하는 것; 을 특징으로하는 팽창밸브 조립체.
제5항에 있어서,
상기 압력센서, 상기 온도센서 및 상기 모터는 중간에 커넥터 없이 직접적 상기 제어기와 연결되는 것; 을 특징으로 하는 팽창밸브 조립체.