KR20210029520A - 차량용 공조장치 - Google Patents

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KR20210029520A
KR20210029520A KR1020190110860A KR20190110860A KR20210029520A KR 20210029520 A KR20210029520 A KR 20210029520A KR 1020190110860 A KR1020190110860 A KR 1020190110860A KR 20190110860 A KR20190110860 A KR 20190110860A KR 20210029520 A KR20210029520 A KR 20210029520A
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이동원
주영복
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 밤낮의 기온차로 인한 열교환기와 압축기 간의 내부 압력차 발생 시에, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동 현상을 방지하여, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동으로 인한 열교환기측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기측의 오일 부족현상을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와, 압축기에서 토출되는 냉매와 주변공기를 열교환시키는 복수의 열교환기 및, 압축기와 열교환기를 연결하는 냉매배관들을 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 압축기와 열교환기 상호 간의 냉매 유동은 허용하고, 압축기측에서 열교환기측으로의 오일 유동은 제한하는 오일유동 방지구를 더 구비한다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 밤낮의 기온차로 인한 열교환기와 압축기 간의 내부 압력차 발생 시에, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동 현상을 방지하여, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동으로 인한 열교환기측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기측의 오일 부족현상을 방지할 수 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.
차량에는, 차실내를 냉,난방하기 위한 공조장치가 설치된다.
공조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1)와 응축기(3)와 팽창밸브(5)와 증발기(7) 및 이들 각각의 장치들을 연결하는 냉매배관(9)들을 포함한다.
압축기(1)는 기화된 냉매를 고온,고압의 가스로 압축하고, 응축기(3)는 고온,고압의 냉매를 액화시키며, 팽창밸브(5)는 액화된 냉매를 저온,저압으로 감압,팽창시킨다.
그리고 증발기(7)는 팽창된 저온,저압의 냉매를 유입한 후, 주변의 공기와 열교환시킨다. 특히, 저온,저압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시킴으로써, 냉기를 발생시키고, 발생된 냉기를 차실내로 공급하여 차실내를 냉방한다.
한편, 공조장치의 냉매에는 오일이 포함되어 있다. 오일은, 공조장치 내부의 각종 습동부분을 윤활한다. 특히, 습동부분이 많은 압축기(1)에 공급됨으로써, 압축기(1)의 습동부분을 윤활하고, 윤활된 습동부분의 수명을 연장시킨다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, 밤과 낮의 기온차가 큰 조건에서 차량이 주행하지 않고 장시간 동안 방치되어 있을 경우, 응축기(3)와 증발기(7) 등의 열교환기와 압축기(1) 간의 열전달율 차이로 인해 열교환기와 압축기(1) 간에 온도차가 발생하게 된다.
그리고 이러한 온도차로 인해 열교환기와 압축기(1) 내부 간에 압력차가 발생하면서 열교환기와 압축기(1) 간에 냉매의 유동이 발생되는데, 이러한 냉매의 유동 과정에서 압축기(1)측의 오일이 냉매와 함께 열교환기측으로 이동하면서 상기 열교환기에 그대로 잔존한다는 단점이 있다.
특히, 기온이 높은 대낮에는, 열교환기의 온도 상승율이 압축기(1)에 비해 상대적으로 높으므로, 열교환기측의 내부압력이 압축기(1)에 비해 상대적으로 높은 상태를 유지하고, 이러한 열교환기측의 높은 냉매 압력 때문에 열교환기측의 냉매가 압축기(1)측으로 유동하게 된다.
이러한 냉매 유동 과정에서 열교환기측의 기상 냉매만 압축기(1)로 유동한다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 기온이 낮은 밤에 압축기(1)에서 열교환기로 유동한 액상의 오일이 압축기(1)측으로 복귀하지 못한 채, 열교환기에 침적되면서 그대로 남게 된다는 문제점이 있다.
그리고 이러한 문제점 때문에, 밤과 낮의 기온차가 큰 조건에서 차량이 장시간 동안 방치되어 있을 경우, 압축기(1)측의 오일이 열교환기를 향해 일방적으로 유동하면서 상기 열교환기 내부에 계속해서 누적된다는 결점이 있다.
그리고 이러한 결점 때문에 압축기(1)의 내부 오일량이 급격히 줄어든다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 차량의 시동 시에, 압축기(1)의 각 습동부분에 충분한 오일이 공급되지 못하여 각 습동부분의 수명이 현저하게 저하된다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 열전달율 차이로 인한 열교환기와 압축기 간의 내부 압력차 발생 시에, 열교환기와 압축기 간의 냉매 유동은 허용하되, 오일 유동은 제한하는 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 열교환기와 압축기 간의 내부 압력차 발생 시에, 열교환기와 압축기 간의 냉매 유동은 허용하되, 오일 유동은 제한함으로써, 열교환기와 압축기 간의 내부 압력차 발생 시에, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동 현상을 방지할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 열교환기와 압축기 간의 내부 압력차 발생 시에, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동 현상을 방지함으로써, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동으로 인한 열교환기측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기측의 오일 부족현상을 방지할 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 압축기측의 오일 부족현상을 방지할 수 있도록 구성함으로써, 압축기의 습동부분에 충분한 오일이 공급될 수 있게 하고, 이를 통해 압축기의 수명을 연장시킬 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 공조장치는, 압축기와, 상기 압축기에서 토출되는 냉매와 주변공기를 열교환시키는 복수의 열교환기 및, 상기 압축기와 열교환기를 연결하는 냉매배관들을 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 압축기와 열교환기 상호 간의 냉매 유동은 허용하고, 상기 압축기측에서 상기 열교환기측으로의 오일 유동은 제한하는 오일유동 방지구를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 오일유동 방지구는, 상기 압축기와 열교환기 사이의 냉매배관 내부에 설치되는 오일트랩관을 포함하며; 상기 오일트랩관은, 상기 압축기측에서 열교환기측으로의 액상 오일 유동은 제한하고, 상기 압축기측에서 열교환기측으로의 기상 냉매 유동은 허용하도록, 다수의 천공 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 오일트랩관은, 상기 냉매배관과의 사이에 상기 압축기측에서 열교환기측으로 유동하는 액상 오일의 트랩공간이 형성될 수 있도록, 상기 냉매배관의 내주면과 일정한 갭(Gap)을 두고 설치됨과 아울러, 상기 압축기측과 열교환기측 상호 간의 기상 냉매 유동을 허용하는 다수의 통기홀들을 갖추고 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매배관은, 상기 압축기측의 고무냉매배관과, 상기 열교환기측의 금속냉매배관을 포함하며; 상기 오일유동 방지구는, 상기 압축기측의 고무냉매배관과 상기 열교환기측의 금속냉매배관을 연결하는 연결부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치에 의하면, 압축기와 열교환기 사이의 냉매배관 상에 오일유동 방지구를 설치하고, 이를 통해, 압축기와 열교환기 상호 간의 냉매 유동은 허용하고, 압축기에서 열교환기으로의 오일 유동은 제한할 수 있다. 이에 따라, 열전달율 차이로 인한 열교환기와 압축기 간의 내부 압력차 발생과, 그로 인한 열교환기와 압축기 상호 간의 냉매 유동 발생 시에, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동 현상을 제한할 수 있는 효과가 있다.
또한, 열교환기와 압축기 상호 간의 냉매 유동이 발생할 시에, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동을 제한할 수 있는 구조이므로, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동으로 인한 열교환기측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기측의 오일 부족현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 압축기측에서 열교환기측으로의 일방적인 오일 유동으로 인한 열교환기측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기측의 오일 부족현상을 방지할 수 있으므로, 차량의 시동 시에, 압축기의 습동부분에 대한 충분한 오일 공급이 가능하고, 이로써, 압축기의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 구성하는 오일유동 방지구를 나타내는 냉매배관의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 작동예를 나타내는 작동도로서, 오일유동 방지구가 압축기측에서 열교환기측으로의 오일 유동을 제한하는 모습을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차량용 공조장치에 대해 간략하게 설명한다.
차량용 공조장치는, 압축기(1)와 응축기(3)와 팽창밸브(5)와 증발기(7) 및 이들 각각의 장치들을 연결하는 냉매배관(9)들을 포함한다.
압축기(1)는 기화된 냉매를 고온,고압의 가스로 압축하고, 응축기(3)는 고온,고압의 냉매를 액화시키며, 팽창밸브(5)는 액화된 냉매를 저온,저압으로 감압,팽창시킨다.
그리고 증발기(7)는 팽창된 저온,저압의 냉매를 유입한 후, 주변의 공기와 열교환시킴으로써, 냉기를 발생시키고, 발생된 냉기를 차량의 실내로 공급하여 차량의 실내를 냉방한다.
한편, 공조장치의 냉매에는 오일이 포함되어 있다. 오일은, 공조장치 내부의 각종 습동부분을 윤활한다. 특히, 습동부분이 많은 압축기(1)에 공급됨으로써, 압축기(1)의 습동부분을 윤활하고, 윤활된 습동부분의 수명을 연장시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 공조장치는, 압축기(1)와 열교환기 사이의 냉매배관(9), 예를 들면, 압축기(1)와 응축기(3) 사이 및, 압축기(1)와 증발기(7) 사이의 냉매배관(9)에 설치되는 오일유동 방지구(10)를 포함한다(이하, 응축기(3)와 증발기(7)를 "열교환기"로 통칭함).
오일유동 방지구(10)는, 압축기(1)측의 고무냉매배관(9a)과 열교환기(3, 7)측의 금속냉매배관(9b)을 연결하기 위한 연결부(9c)에 설치된다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 오일유동 방지구(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(1)측의 고무냉매배관(9a) 내경부에 결합되는 열교환기(3, 7)측의 금속냉매배관(9b) 말단부에 연장 형성된 작은 직경의 오일트랩관(12)을 포함한다.
오일트랩관(12)은, 열교환기(3, 7)측 금속냉매배관(9b)의 말단부를 축관 가공한 것으로, 다수의 천공 구조를 갖는다.
특히, 오일트랩관(12)은, 압축기(1)측 고무냉매배관(9a)과의 사이에 오일트랩공간(20)이 형성될 수 있도록, 상기 고무냉매배관(9a)의 내주면과 일정한 갭(Gap)(G)을 두고 설치되며, 그 외주면에는 다수의 통기홀(14)들이 천공되어 있다.
참고로, 압축기(1)측에는 진동감쇄를 위해 고무냉매배관(9a)을 사용하고, 열교환기(3, 7)측에는 금속냉매배관(9b)을 사용하는 것이 일반적이며, 상기 고무냉매배관(9a)의 내경부에 금속냉매배관(9b)을 끼워서 결합시킨 다음, 그 외주면에 페룰(Ferrule)(F)을 끼워서 압착하는 연결부(9c)의 구조를 갖는다.
이러한 오일트랩관(12)에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 천공구조를 가지므로, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로 유동하는 큰 입자의 점성물질인 액상 오일(O)은 걸러서 차단하고, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로 유동하는 작은 입자의 기상 냉매(R) 유동은 허용하도록 구성된다.
특히, 압축기(1)의 내부압력이 열교환기(3, 7)의 내부압력보다 높아져서, 압축기(1)측의 냉매(R)가 열교환기(3, 7)측으로 유동할 시에, 점성물질인 압축기(1)측의 액상 오일(O)이 오일트랩관(12)과 고무냉매배관(9a) 사이의 오일트랩공간(20)에 걸리게 한다. 따라서, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 액상 오일(O) 유입을 저지하는 역할을 한다.
또한, 오일트랩관(12)은, 외측의 압축기(1)측 고무냉매배관(9a)와의 사이에 갭(G)이 형성되고, 외주면에는 다수의 통기홀(14)들이 천공되어 있으므로, 압축기(1)측의 기상 냉매(R)가 오일트랩관(12)과 고무냉매배관(9a) 사이의 갭(G)과 통기홀(14)들을 통해, 열교환기(3, 7)측 금속냉매배관(9b)로 유입되는 것을 허용한다.
특히, 압축기(1)의 내부압력이 열교환기(3, 7)의 내부압력보다 높아질 시에, 상기 압축기(1)측 기상 냉매(R)가 오일트랩관(12)과 고무냉매배관(9a) 사이의 갭(G)과, 통기홀(14)들을 통과하면서 금속냉매배관(9b)으로 도입될 수 있게 한다. 따라서, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 기상 냉매(R) 유동을 허용하는 역할을 한다.
결과적으로, 오일트랩관(12)은, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 기상 냉매(R) 유동은 허용하고, 액상 오일(O)의 유동은 제한하는 역할을 한다.
따라서, 열전달율 차이로 인한 열교환기(3, 7)와 압축기(1) 간의 내부 압력차 발생과, 그로 인해 열교환기(3, 7)와 압축기(1) 상호 간의 냉매 유동이 발생할 시에, 열교환기(3, 7)와 압축기(1) 상호 간의 오일(O) 유동을 제한한다. 특히, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 일방적인 오일(O) 유동 현상을 제한한다.
이로써, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 일방적인 오일(O) 유동으로 인한 열교환기(3, 7)측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기(1)측의 오일 부족현상을 방지할 수 있다.
그 결과, 압축기(1)의 습동부분에 대한 충분한 오일 공급이 가능하고, 이에 따라, 압축기(1)의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 도면과 설명에서는 오일유동 방지구(10)의 오일트랩관(12)이, 열교환기(3, 7)측 금속냉매배관(9b)의 말단부분에 일체로 형성되는 것으로 기재되어 있지만, 경우에 따라, 금속냉매배관(9b)와 별도로 구성되어, 압축기(1)측 고무냉매배관(9a)와 열교환기(3, 7)측 금속냉매배관(9b) 사이의 연결부(9c)에 설치될 수도 있다.
또한, 본 발명의 도면과 설명에서는 오일유동 방지구(10)의 오일트랩관(12)이, 압축기(1)측 고무냉매배관(9a)와 열교환기(3, 7)측 금속냉매배관(9b) 사이의 연결부(9c)에 설치되는 것으로 기재되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
오일트랩관(12)은, 압축기(1)와 열교환기(3, 7) 사이의 냉매 유동이 발생되는 곳이라면, 어느 곳이라도 설치될 수 있다. 예를 들면, 압축기(1)측의 고무냉매배관(9a) 상에 설치될 수도 있고, 열교환기(3, 7)측의 금속냉매배관(9b)에 설치될 수도 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 차량용 공조장치에 의하면, 압축기(1)와 열교환기(3, 7) 사이의 냉매배관(9) 상에 오일유동 방지구(10)를 설치하고, 이를 통해, 압축기(1)와 열교환기(3, 7) 상호 간의 냉매 유동은 허용하고, 압축기(1)에서 열교환기(3, 7)으로의 오일 유동은 제한한다.
따라서, 열전달율 차이로 인한 열교환기(3, 7)와 압축기(1) 간의 내부 압력차 발생과, 그로 인한 열교환기(3, 7)와 압축기(1) 상호 간의 냉매 유동 발생 시에, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 일방적인 오일 유동 현상을 제한할 수 있다.
또한, 열교환기(3, 7)와 압축기(1) 상호 간의 냉매 유동이 발생할 시에, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 일방적인 오일 유동을 제한할 수 있는 구조이므로, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 일방적인 오일 유동으로 인한 열교환기(3, 7)측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기(1)측의 오일 부족현상을 방지할 수 있다.
또한, 압축기(1)측에서 열교환기(3, 7)측으로의 일방적인 오일 유동으로 인한 열교환기(3, 7)측의 오일 누적과, 그로 인한 압축기(1)측의 오일 부족현상을 방지할 수 있으므로, 차량의 시동 시에, 압축기(1)의 습동부분에 대한 충분한 오일 공급이 가능하고, 이로써, 압축기(1)의 수명을 연장시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 압축기 3: 응축기
5: 팽창밸브(Valve) 7: 증발기
9: 냉매배관 9a: 고무냉매배관
9b: 금속냉매배관 9c: 연결부
10: 오일유동 방지구 12: 오일트랩관
14: 통기홀(Hole) 20: 오일트랩공간
G:갭(Gap) O: 액상 오일
R: 기상 냉매

Claims (7)

  1. 압축기와, 상기 압축기에서 토출되는 냉매와 주변공기를 열교환시키는 복수의 열교환기 및, 상기 압축기와 열교환기를 연결하는 냉매배관들을 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 압축기와 열교환기 상호 간의 냉매 유동은 허용하고, 상기 압축기측에서 상기 열교환기측으로의 오일 유동은 제한하는 오일유동 방지구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오일유동 방지구는,
    상기 압축기와 열교환기 사이의 냉매배관 내부에 설치되는 오일트랩관을 포함하며;
    상기 오일트랩관은,
    상기 압축기측에서 열교환기측으로의 액상 오일 유동은 제한하고, 상기 압축기측에서 열교환기측으로의 기상 냉매 유동은 허용하도록, 다수의 천공 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 오일트랩관은,
    상기 냉매배관과의 사이에 상기 압축기측에서 열교환기측으로 유동하는 액상 오일의 트랩공간이 형성될 수 있도록, 상기 냉매배관의 내주면과 일정한 갭(Gap)을 두고 설치됨과 아울러,
    상기 압축기측과 열교환기측 상호 간의 기상 냉매 유동을 허용하는 다수의 통기홀들을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 냉매배관은,
    상기 압축기측의 고무냉매배관과, 상기 열교환기측의 금속냉매배관을 포함하며;
    상기 오일유동 방지구는,
    상기 압축기측의 고무냉매배관과 상기 열교환기측의 금속냉매배관을 연결하는 연결부에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 오일유동 방지구의 상기 오일트랩관은,
    상기 압축기측의 고무냉매배관 내경부에 결합되는 상기 열교환기측의 금속냉매배관 말단부에 일체로 연장 형성되어, 상기 금속냉매배관으로부터 상기 고무냉매배관의 내경부를 향해 설치되며;
    상기 압축기측 고무냉매배관에서 상기 열교환기측 금속냉매배관으로의 액상 오일 유입은 저지하고, 상기 압축기측 고무냉매배관에서 상기 열교환기측 금속냉매배관으로의 기상 냉매 유입은 허용하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 오일트랩관은,
    상기 금속냉매배관의 말단부를 축관 가공함에 따라 형성되어, 상기 고무냉매배관의 내주면과 일정한 갭(Gap)을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  7. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 냉매배관은,
    상기 압축기측의 고무냉매배관과, 상기 열교환기측의 금속냉매배관을 포함하며;
    상기 오일유동 방지구는,
    별개로 구성되어, 상기 압축기측의 고무냉매배관과 상기 열교환기측의 금속냉매배관 중 어느 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.


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