KR20240036271A - Bypass valve for heat exchanger for considering heating and cooling performance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉난방성능을 고려한 열교환기에 사용되는 우회밸브에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 패스 개수에 따라 냉방성능 및 난방성능이 서로 상반되게 형성되는 문제를 해소하기 위하여 가변패스를 도입한 냉난방성능을 고려한 열교환기에 도입되어, 적절한 온도범위에서 알맞게 패스를 가변해 줄 수 있도록 설계되는 우회밸브를 제공함에 있다.The present invention relates to a bypass valve used in a heat exchanger considering cooling and heating performance. The purpose of the present invention is to solve the problem that cooling performance and heating performance are conflicting depending on the number of passes, and to introduce a heat exchanger considering cooling and heating performance that introduces variable passes, so that the passes can be appropriately varied in an appropriate temperature range. The aim is to provide a bypass valve designed to do so.
Description
본 발명은 열교환기에 사용되는 우회밸브에 관한 것으로, 패스 개수에 따라 냉방성능 및 난방성능이 서로 상반되게 형성되는 문제를 해소하기 위하여 가변패스를 도입한 냉난방성능을 고려한 열교환기에 사용되는 우회밸브에 관한 것이다.The present invention relates to a bypass valve used in a heat exchanger, and relates to a bypass valve used in a heat exchanger considering cooling and heating performance by introducing a variable pass to solve the problem that cooling performance and heating performance are formed differently depending on the number of passes. will be.
일반적으로 차량의 엔진 룸 내에는 엔진 등과 같은 구동을 위한 부품뿐만 아니라, 엔진 등과 같은 차량 내 각 부품을 냉각하거나 또는 차량 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 라디에이터, 인터쿨러, 증발기, 응축기 등과 같은 다양한 열교환기들이 구비된다. 이와 같은 열교환기들은 일반적으로 내부에 열교환매체가 유통하며, 열교환기 내부의 열교환매체와 열교환기 외부의 공기가 서로 열교환함으로써 냉각 또는 방열이 이루어지게 된다.Generally, in the engine room of a vehicle, there are not only driving parts such as the engine, but also various heat exchangers such as radiators, intercoolers, evaporators, and condensers to cool each part of the vehicle such as the engine or to control the air temperature inside the vehicle. are provided. Such heat exchangers generally have a heat exchange medium distributed inside them, and cooling or heat dissipation is achieved by heat exchange between the heat exchange medium inside the heat exchanger and the air outside the heat exchanger.
일반적인 냉동사이클에는 응축기 및 증발기가 필수적으로 포함된다. 응축기는 차량 공조시스템에서의 메인 냉동사이클에서 응축을 담당하는 열교환기로서, 고온 고압의 기체상태의 냉매를 액체상태로 응축시키는 역할을 한다. 증발기는 증발을 담당하는 열교환기로서, 응축기와는 반대로 액체상태의 냉매를 기체상태로 증발시키는 역할을 한다. 일반적인 냉방모드에서는, 응축기는 내부에서 냉매가 응축되면서 발생된 응축열을 외부로 방출하는 한편, 증발기는 내부에서 냉매가 증발되면서 외부로부터 증발열을 흡수한다. 증발기 주변의 공기가 열을 빼앗겨 냉각되는 것을 이용하여, 증발기 주변의 공기를 실내로 송풍함으로써 냉방이 이루어지게 된다. 한편 난방모드에서는, 직접적으로 공기를 가열하는 방식 외에도 상술한 바와 같은 방식을 반대로 응용하여 응축기 주변의 공기를 실내로 송풍하는 히트펌프 방식을 사용하기도 한다. 실질적으로 냉방모드 및 난방모드는 동일한 원리로 이루어지기 때문에, 냉매의 흐름방향이 가변되도록 시스템을 설계하고 열교환기 하나가 냉방모드에서는 증발기로, 난방모드에서는 응축기로 동작하게 하여 하나의 열교환기로 냉난방을 모두 수행할 수 있도록 하는 시스템도 널리 사용되고 있다.A typical refrigeration cycle essentially includes a condenser and evaporator. The condenser is a heat exchanger responsible for condensation in the main refrigeration cycle of a vehicle air conditioning system, and serves to condense high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant into a liquid state. The evaporator is a heat exchanger responsible for evaporation, and unlike the condenser, it evaporates liquid refrigerant into gaseous state. In a general cooling mode, the condenser releases condensation heat generated as the refrigerant condenses inside to the outside, while the evaporator absorbs evaporation heat from the outside as the refrigerant evaporates inside. Cooling is achieved by blowing the air around the evaporator into the room, taking advantage of the fact that the air around the evaporator loses heat and is cooled. Meanwhile, in the heating mode, in addition to the method of directly heating the air, a heat pump method is used to blow the air around the condenser into the room by applying the method described above in reverse. In fact, since the cooling mode and heating mode are based on the same principle, the system is designed so that the flow direction of the refrigerant is variable, and one heat exchanger operates as an evaporator in the cooling mode and as a condenser in the heating mode, thereby providing cooling and heating with a single heat exchanger. Systems that allow both to be performed are also widely used.
한편 이러한 열교환기는 일반적으로, 복수 개가 서로 병렬 배치되어 냉매가 유통되는 튜브 및 상기 튜브들로 이루어진 튜브열의 양단에 구비되는 한 쌍의 헤더탱크를 포함하는 형태로 형성된다. 이러한 열교환기에서 냉매흐름 중 가장 단순하고 쉬운 형태는, 하나의 헤더탱크로 유입된 냉매가 튜브열 전체를 통과하면서 열교환한 후 다른 하나의 헤더탱크를 통해 배출되는 단일경로이다. 열교환기의 냉매흐름 역시 기본적으로는 이러한 단일경로를 채택하기도 한다. 그러나 열교환기에서 냉매진행경로의 길이에 따라 압력강하량이 달라짐에 따라 냉매유량이 균일하게 분포되지 못하는 등 다양한 문제가 있다. 이에 따라 열교환기에서 단일경로가 아닌 2개 또는 4개의 경로를 가지도록 하는 설계가 널리 도입되고 있다. 일례로 한국특허등록 제2103951호("냉장고", 2020.04.17.)에 듀얼패스 응축기가 개시되는 등, 다중패스를 가지는 열교환기 기술이 다양하게 공지되어 있다.Meanwhile, such a heat exchanger is generally formed in a form that includes a plurality of tubes arranged in parallel with each other through which refrigerant flows, and a pair of header tanks provided at both ends of the tube row composed of the tubes. The simplest and easiest form of refrigerant flow in this heat exchanger is a single path in which the refrigerant flowing into one header tank exchanges heat while passing through the entire tube row and is then discharged through another header tank. The refrigerant flow in the heat exchanger also basically adopts this single path. However, as the pressure drop varies depending on the length of the refrigerant passage in the heat exchanger, there are various problems such as the refrigerant flow rate being not uniformly distributed. Accordingly, designs that allow heat exchangers to have two or four paths instead of a single path are being widely introduced. For example, a variety of heat exchanger technologies with multiple passes are known, such as a dual-pass condenser disclosed in Korean Patent Registration No. 2103951 (“Refrigerator,” April 17, 2020).
도 1은 4패스 열교환기의 냉매흐름을, 도 2는 2패스 열교환기의 냉매흐름을 각각 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에 각각에 도시된 4패스/2패스 열교환기(40)(20) 모두, 복수 개가 서로 병렬 배치되어 냉매가 유통되는 튜브(41)(21) 및 상기 튜브(41)(21)들로 이루어진 튜브열의 양단에 구비되는 한 쌍의 헤더탱크(42)(22)를 포함한다. 도 1 및 도 2의 열교환기는 기본적으로 응축기로 사용되는 열교환기로서, 일측 헤더탱크(42)(22)에 리시버드라이어(10)가 연결되어 있다. 상기 헤더탱크(42)(22)에는 냉매가 유입/배출되는 유입구(43)(23)/배출구(44)(24)가 구비된다. 또한 원하는 냉매흐름 방향을 만들어주기 위해, 상기 헤더탱크(41)(21) 내의 적절한 위치에 배플(45)(25)이 구비된다.Figure 1 shows the refrigerant flow of a 4-pass heat exchanger, and Figure 2 shows the refrigerant flow of a 2-pass heat exchanger. All of the 4-pass/2-
도 1을 참조하여 4패스 열교환기(40)에서의 냉매흐름을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 유입구(43)로 유입된 냉매는 도시된 바와 같이 (1), (2), (3)패스를 순차적으로 따라 ㄹ자 형태로 흘러가면서 단계적으로 응축되어 단다. (3)패스를 지난 냉매는 리시버드라이어(10)로 들어가 기액분리가 이루어지게 되며, 리시버드라이어(10)에서 분리된 액상냉매가 다시 4패스 열교환기(40)의 (4)패스로 유입된다. (4)패스를 지나면서 과냉이 이루어진 냉매는 최종적으로 배출구(44)로 배출된다.Referring to FIG. 1, the refrigerant flow in the 4-
도 2를 참조하여 2패스 열교환기(20)에서의 냉매흐름을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 유입구(23)로 유입된 냉매는 도시된 바와 같이 (1)패스를 지나면서 응축된다. (1)패스를 지난 냉매는 리시버드라이어(10)로 들어가 기액분리가 이루어지게 되며, 리시버드라이어(10)에서 분리된 액상냉매가 다시 2패스 열교환기(20)의 (2)패스로 유입된다. (2)패스를 지나면서 과냉이 이루어진 냉매는 최종적으로 배출구(24)로 배출된다.Referring to FIG. 2, the refrigerant flow in the two-
도 1 및 도 2의 4패스/2패스 열교환기(40)(20)가 냉방모드에서 응축기로서 동작하는 경우, 4패스 열교환기(40)는 우수한 열전달성능을 가지고 있어 시스템 고압문제를 해결하고 압축기 소모동력을 저감시켜 시스템 COP(coefficient of performance)를 향상시키는 장점이 있다. 반면 2패스 열교환기(20)는 유로구조가 상대적으로 단순하기 때문에 상대적으로 열전달성능이 떨어지며, 시스템 고압문제가 발생한다는 문제가 있다. 더불어 시스템 고압으로 인하여 압축기 소모동력이 증가하여 결과적으로 시스템 COP가 저하된다. 보다 구체적으로는, 냉방모드에서 2패스 열교환기(20)는 4패스 열교환기(40)와 비교하여 약 4bar 이상 고압이 형성되고, COP는 약 8% 가량 저하된다고 알려져 있다.When the 4-pass/2-pass heat exchanger (40) (20) of FIGS. 1 and 2 operates as a condenser in cooling mode, the 4-pass heat exchanger (40) has excellent heat transfer performance, solving the system high pressure problem and compressor It has the advantage of improving system COP (coefficient of performance) by reducing power consumption. On the other hand, the two-
한편 앞서 설명한 바와 같이, 하나의 열교환기를 냉방모드에서는 응축기로서 동작시키고, 난방모드에서는 증발기로서 동작시키도록 하는 시스템이 널리 도입되어 있다. 그런데, 냉방모드에서는 상술한 바와 같이 4패스 열교환기(40)의 성능이 2패스 열교환기(40)의 성능보다 훨씬 우수한 반면, 난방모드에서는 반대의 경향이 발생한다. 즉 4패스/2패스 열교환기(40)(20)가 난방모드에서 증발기로서 동작하는 경우, 4패스 열교환기(40)는 복잡한 유로구조로 인해 시스템에 흐르는 냉매유량이 적어 난방성능이 악화된다. 반면 2패스 열교환기(20)는 단순한 유로구조에 따라 냉매흐름저항이 작게 형성되고, 따라서 상대적으로 냉매유량이 많아서 난방성능이 향상된다. 보다 구체적으로는, 난방모드에서 2패스 열교환기(20)는 4패스 열교환기(40)와 비교하여 냉매유량이 4~14kg/hr 많고, 난방토출온도는 약 1~3도 가량 우세한다고 알려져 있다.Meanwhile, as described above, a system that operates one heat exchanger as a condenser in cooling mode and as an evaporator in heating mode has been widely introduced. However, in the cooling mode, as described above, the performance of the 4-
이처럼 하나의 열교환기가 냉방모드에서 응축기로 동작/난방모드에서 증발기로 동작하는 경우에 있어서, 현재의 열교환기 구조로는 냉난방모드 중 어느 하나에서 우수한 성능을 보이면 다른 하나에서는 불량한 성능을 보이는 경향이 있음이 확인된다. 따라서 냉난방모드 모두에서 우수한 성능을 보일 수 있도록 하는 열교환기의 개발이 필요한 실정이다.In this case, when one heat exchanger operates as a condenser in cooling mode/operates as an evaporator in heating mode, with the current heat exchanger structure, if it shows excellent performance in one of the cooling and heating modes, it tends to show poor performance in the other mode. This is confirmed. Therefore, there is a need to develop a heat exchanger that can provide excellent performance in both cooling and heating modes.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 패스 개수에 따라 냉방성능 및 난방성능이 서로 상반되게 형성되는 문제를 해소하기 위하여 가변패스를 도입한 냉난방성능을 고려한 열교환기에 도입되어, 적절한 온도범위에서 알맞게 패스를 가변해 줄 수 있도록 설계되는 우회밸브를 제공함에 있다.Therefore, the present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and the purpose of the present invention is to introduce a variable pass to solve the problem that cooling performance and heating performance are formed differently depending on the number of passes. It is introduced into a heat exchanger considering cooling and heating performance, and provides a bypass valve designed to vary the pass appropriately in an appropriate temperature range.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉난방성능을 고려한 열교환기(100)에 사용되는 우회밸브(160)는, 복수 개가 서로 병렬 배치되어 냉매가 유통되는 코어(core)영역을 형성하는 튜브(110); 상기 튜브(110)들의 양단에 구비되는 한 쌍의 헤더탱크; 상기 헤더탱크 내에 구비되는 복수 개의 배플; 을 포함하는 열교환기(100)에 사용되는 우회밸브(160)에 있어서, 상기 열교환기(100)는, 상기 복수 개의 배플들에 의해 상기 코어영역에 순차적으로 배치되는 복수 개의 패스가 형성되고, 상기 한 쌍의 헤더탱크 중 일측 또는 양측에는 상기 복수 개의 패스 중 일부를 선택적으로 우회하는 상기 우회밸브(160)가 연통되게 형성되며, 상기 우회밸브(160)는, 냉매온도에 따라 개방 및 폐쇄가 이루어짐으로써 개방 시 냉매를 우회시키도록 형성될 수 있다.The
이 때 상기 우회밸브(160)는, 온도에 따라 액상 또는 고상으로 상변화되는 왁스부(176)를 포함하며, 상기 왁스부(176)의 상변화에 따른 팽창 또는 수축에 따라 밸브 스트로크(valve stroke)가 발생하여 개폐가 이루어지도록 형성될 수 있다.At this time, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 냉방모드 시 상기 열교환기(100)가 응축기로서 동작함에 따라 냉매가 상대적으로 고온으로 형성되어 상기 왁스부(176)가 액상이 됨으로써 부피가 팽창하면서 상기 우회밸브(160)가 폐쇄되고, 난방모드 시 상기 열교환기(100)가 증발기로서 동작함에 따라 냉매가 상대적으로 저온으로 형성되어 상기 왁스부(176)가 고상이 됨으로써 부피가 수축하여 상기 우회밸브(160)가 개방되도록 형성될 수 있다.In addition, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 냉방모드 시 상기 우회밸브(160)가 폐쇄됨에 따라 냉매가 상기 열교환기(100)의 설계대로의 패스 전체를 경유하고, 난방모드 시 상기 우회밸브(160)가 개방됨에 따라 냉매 또는 추가냉매가 상기 열교환기(100)의 패스 일부를 경유하도록 형성될 수 있다.In addition, the
이 때 상기 우회밸브(160)는, 상기 왁스부(176)가 최대부피가 되도록 팽창하여 밸브 스트로크가 100%에 도달하는 것을 밸브작동완료로 상정할 때, 밸브작동완료 시 상기 왁스부(176)의 온도인 밸브작동완료온도가 냉방모드 시의 평균냉매온도에 상응하게 형성될 수 있다.At this time, when the
또한 상기 우회밸브(160)는, 밸브작동완료 판단에 있어서, 밸브 스트로크가 100% 근방일 때, 냉매의 우회유량이 전체유량의 2.5% 이하가 되는 시점을 밸브작동완료시점으로 판단할 수 있다.In addition, in determining valve operation completion, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 상기 밸브작동완료온도가 외기평균온도에 따라 변동되는 부하에 의해 결정되는 냉매압력수준에서의 냉매포화온도보다 낮게 형성될 수 있다.Additionally, the valve operation completion temperature of the
또한 상기 우회밸브(160)는, 상기 열교환기(100)에 사용되는 냉매가 R1234yf인 경우, 상기 밸브작동완료온도가 봄가을 저부하 냉방조건에서 냉매압력수준의 최저한계인 10kg/cm2G일 때의 냉매포화온도보다 낮게 형성될 수 있다.In addition, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 상기 밸브작동완료온도가 40℃ 이하로 형성될 수 있다.Additionally, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 상기 왁스부(176)가 최소부피가 되도록 수축하여 밸브 스트로크가 0%에 도달하는 것을 밸브작동시작으로 상정할 때, 밸브작동시작 시 상기 왁스부(176)의 온도인 밸브작동시작온도가 난방모드 시의 평균냉매온도에 상응하게 형성될 수 있다.In addition, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 밸브작동시작 판단에 있어서, 밸브 스트로크가 0% 근방일 때, 밸브 스트로크가 0.1mm 이상이 되는 시점을 밸브작동시작시점으로 판단할 수 있다.Additionally, in determining the start of valve operation, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 상기 열교환기(100)에 사용되는 냉매가 R1234yf인 경우, 상기 밸브작동시작온도가 20℃ 이상으로 형성될 수 있다.Additionally, when the refrigerant used in the heat exchanger 100 is R1234yf, the
또한 상기 우회밸브(160)는, 상기 열교환기(100)와 연결되어 냉매가 유통되는 제1연통로(161), 상기 열교환기(100)의 우회경로와 연결되어 냉매가 유통되는 제2연통로(162), 개방 및 폐쇄동작을 수행하는 밸브부가 수용되며, 상기 제1연통로(161)와 연통되는 메인공간부(163), 상기 메인공간부(163)와 연통되게 형성되되 상기 메인공간부(163)보다 작은 단면적을 가지며, 상기 밸브부의 동작에 의하여 상기 메인공간부(163)와의 연통이 개방 또는 폐쇄되며, 상기 제2연통로(162)와 연통되는 서브공간부(164)를 포함할 수 있다.In addition, the
이 때 상기 밸브부는, 상기 메인공간부(163)의 연장방향으로 연장되며 상기 메인공간부(163) 내에 구비되는 안내핀(171), 상기 안내핀(171)의 일측을 상기 메인공간부(163)의 일측에 고정하는 밸브캡(172), 일단이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 안내핀(171)이 수용되되 내측벽이 상기 안내핀(171)의 외측면과 이격되게 형성되는 케이스(173), 상기 안내핀(171)을 둘러싸도록 구비되는 탄성부(174), 상기 안내핀(171)을 따라 이동가능하게 형성되며 상기 케이스(173)의 개방단을 밀봉하는 커버부(175), 상기 탄성부(174) 및 상기 케이스(173) 사이의 공간에 채워져 온도에 따라 액상 또는 고상으로 상변화되는 상기 왁스부(176), 상기 케이스(173) 타측에 구비되어 상기 메인공간부(163) 및 상기 서브공간부(164)의 연통을 개방 또는 폐쇄하는 밸브판(177)을 포함할 수 있다.At this time, the valve unit extends in the direction of extension of the
또한 상기 밸브부는, 냉방모드 시 냉매가 상대적으로 고온으로 형성됨에 따라, 상기 왁스부(176)가 액상으로 상변화하면서 부피가 증가하여 상기 탄성부(174)를 압박하고, 상기 탄성부(174)의 압박으로 상기 안내핀(171)이 쥐어짜내지는 힘을 받음에 따라 상기 케이스(173)가 이동하여, 상기 밸브판(177)이 상기 메인공간부(163) 및 상기 서브공간부(164)의 연통을 폐쇄하도록 형성되고, 난방모드 시 냉매가 상대적으로 저온으로 형성됨에 따라, 상기 왁스부(176)가 고상으로 상변화하면서 부피가 감소하여 상기 케이스(173)가 원위치로 복원되어, 상기 밸브판(177)이 상기 메인공간부(163) 및 상기 서브공간부(164)의 연통을 개방하도록 형성될 수 있다.In addition, as the refrigerant is formed at a relatively high temperature in the cooling mode, the
또한 상기 밸브부는, 양단이 상기 밸브판(177) 및 상기 케이스(173) 일측에 각각 지지되어 상기 왁스부(176)의 초과팽창을 흡수하는 메인스프링(178), 양단이 상기 밸브판(177) 및 상기 서브공간부(164) 타측에 각각 지지되어 상기 케이스(173)의 원위치 복원을 보조하는 복원스프링(179)을 포함할 수 있다.In addition, the valve part includes a
또한 상기 밸브부는, 상기 케이스(173)가 금속재질로 형성될 수 있다.Additionally, the valve unit and the
본 발명에 의하면, 열교환기에 패스 개수를 필요에 따라 가변되도록 하는 설계를 도입함으로써, 패스 개수에 따라 냉방성능 및 난방성능이 서로 상반되게 형성되는 문제를 원천적으로 해소하는 큰 효과가 있다. 보다 상세히 설명하자면, 종래에 4패스/2패스 열교환기가 널리 사용되었는데, 응축기로 사용될 경우 4패스 열교환기가 우수한 성능을 보이고, 증발기로 사용될 경우 2패스 열교환기가 우수한 성능을 보임이 알려져 있다. 본 발명에서는 하나의 열교환기에서 우회밸브를 이용하여 냉매패스가 가변되도록 함으로써, 냉방모드 시 4패스 열교환기로 / 난방모드시 2패스 열교환기로 동작하게 하여 모든 유리함을 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다. 이 때 특히 본 발명에서는, 열교환기 자체의 구성은 거의 그대로 두면서 우회밸브를 이용하여 패스를 가변시키는 바, 기존의 열교환기와의 호환성도 뛰어나다는 큰 효과가 있다.According to the present invention, by introducing a design that allows the number of passes in the heat exchanger to be varied as needed, there is a great effect of fundamentally solving the problem that cooling performance and heating performance are formed in conflict with each other depending on the number of passes. To explain in more detail, 4-pass/2-pass heat exchangers have been widely used in the past, and it is known that the 4-pass heat exchanger shows excellent performance when used as a condenser, and the 2-pass heat exchanger shows excellent performance when used as an evaporator. In the present invention, by using a bypass valve in one heat exchanger to vary the refrigerant path, it is possible to obtain all the advantages by operating as a 4-pass heat exchanger in cooling mode / as a 2-pass heat exchanger in heating mode. At this time, in particular, in the present invention, the path is varied using a bypass valve while leaving the configuration of the heat exchanger itself almost the same, which has the great effect of excellent compatibility with existing heat exchangers.
특히 본 발명에서는, 상기 우회밸브가 열적 우회밸브(thermal bypass valve)가 되게 함으로써, 냉매온도를 감응함으로써 냉매패스를 가변시켜 냉난방모드 각각에 최적화된 패스가 형성되도록 한다. 이에 따라 별도의 전기신호 및 전력사용 없이도 간단하게 열교환기 패스를 변화시킬 수 있고, 냉난방모드 모두에서 우수한 성능을 실현할 수 있게 되는 큰 효과가 있다.In particular, in the present invention, by making the bypass valve a thermal bypass valve, the refrigerant path is varied by sensitive to the refrigerant temperature, so that an optimized path for each cooling and heating mode is formed. Accordingly, the heat exchanger path can be easily changed without the use of separate electrical signals or power, and excellent performance can be achieved in both cooling and heating modes.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 냉방모드/난방모드에서 냉매가 형성하는 온도범위를 고려하여 최적화설계로 선택되는 재료로 상기 우회밸브가 제작되도록 함으로써, 훨씬 효과적으로 냉방모드/난방모드 패스가변을 실현할 수 있는 큰 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the bypass valve is manufactured from a material selected by optimal design in consideration of the temperature range formed by the refrigerant in the cooling mode / heating mode, so that the cooling mode / heating mode pass variable can be realized much more effectively. It has a big effect.
도 1은 4패스 열교환기에서의 냉매흐름.
도 2는 2패스 열교환기에서의 냉매흐름.
도 3은 본 발명의 우회밸브 사용 열교환기 제1실시예 냉난방모드 냉매흐름.
도 4는 본 발명의 우회밸브 사용 열교환기 제2실시예 냉난방모드 냉매흐름.
도 5는 본 발명의 우회밸브 사용 열교환기 제3실시예 냉난방모드 냉매흐름.
도 6은 본 발명의 우회밸브 사용 열교환기 제4실시예 냉난방모드 냉매흐름.
도 7은 본 발명의 우회밸브 사용 열교환기 제5실시예 냉난방모드 냉매흐름.
도 8은 열적밸브의 동작원리.
도 9는 본 발명의 우회밸브의 단면도.
도 10은 본 발명의 우회밸브의 동작단면도 실시예.
도 11은 R1234yf 냉매의 포화온도 및 포화압력 그래프.
도 12는 춘추/간절기 저부하 기준 밸브작동범위 기초설계.
도 13은 춘추/간절기 저부하 기준 밸브작동범위 개선설계.1 shows refrigerant flow in a 4-pass heat exchanger.
Figure 2 shows refrigerant flow in a two-pass heat exchanger.
Figure 3 shows the refrigerant flow in the cooling and heating mode of the first embodiment of the heat exchanger using the bypass valve of the present invention.
Figure 4 shows the refrigerant flow in the cooling and heating mode of the second embodiment of the heat exchanger using the bypass valve of the present invention.
Figure 5 shows the refrigerant flow in the cooling and heating mode of the third embodiment of the heat exchanger using a bypass valve of the present invention.
Figure 6 shows the refrigerant flow in the cooling and heating mode of the fourth embodiment of the heat exchanger using the bypass valve of the present invention.
Figure 7 shows the refrigerant flow in cooling and heating mode of the fifth embodiment of the heat exchanger using a bypass valve of the present invention.
Figure 8 shows the operating principle of the thermal valve.
Figure 9 is a cross-sectional view of the bypass valve of the present invention.
Figure 10 is an operational cross-sectional view of an embodiment of the bypass valve of the present invention.
Figure 11 is a graph of the saturation temperature and saturation pressure of R1234yf refrigerant.
Figure 12 is a basic design of the valve operating range based on low load in spring/autumn/interseasonal.
Figure 13 is a design for improving the valve operating range based on low load in spring/autumn/interseasonal.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 냉난방성능을 고려한 열교환기에 사용되는 우회밸브를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a bypass valve used in a heat exchanger considering cooling and heating performance according to the present invention having the above-described configuration will be described in detail with reference to the attached drawings.
[1] 본 발명의 우회밸브가 구비되는 열교환기의 기본구성[1] Basic configuration of a heat exchanger equipped with the bypass valve of the present invention
도 3 내지 도 7은 본 발명의 우회밸브(160)가 적용된 열교환기의 우회밸브(160) 설치위치별 여러 실시예들, 특히 냉방모드/난방모드에서의 냉매흐름을 도시한 것이다. 도 3이 제1실시예, 도 4가 제2실시예, 도 5가 제3실시예, 도 6이 제4실시예, 도 7이 제5실시예이며, 각 실시예들은 우회밸브(160)의 설치위치 및 개수에 차이가 있다. 이에 대해서는 이후 보다 상세히 설명하기로 하고, 먼저 본 발명의 열교환기(100)의 기본구성에 대하여 설명한다.3 to 7 show various embodiments of the
본 발명의 열교환기(100)는, 기본적으로는 4패스 열교환기와 유사한 구성을 가진다. 즉 복수 개가 서로 병렬 배치되어 냉매가 유통되는 코어(core)영역을 형성하는 튜브(110), 상기 튜브(110)들의 양단에 구비되는 한 쌍의 헤더탱크, 상기 헤더탱크 내에 구비되는 복수 개의 배플을 포함하며, 상기 복수 개의 배플들에 의해 상기 코어영역에는 순차적으로 배치되는 복수 개의 패스가 형성된다.The heat exchanger 100 of the present invention basically has a similar configuration to a 4-pass heat exchanger. That is, a plurality of
앞서 설명한 바와 같이, 4패스 열교환기의 경우 냉방모드 시 응축기로 동작하는 경우에는 2패스 열교환기에 비해 우수한 성능을 가지지만, 난방모드 시 증발기로 동작하는 경우에는 복잡한 경로 때문에 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 이러한 점을 고려하여, 본 발명에서는 상기 열교환기(100)가, 냉방모드 시에는 4패스 열교환기로서 운용되되, 난방모드 시에는 우회밸브(160)를 이용하여 냉매 일부가 보다 단순한 경로로 흘러가게 함으로써 종래의 4패스 열교환기에서의 경로 복잡성에 의한 문제를 해소한다. 즉 본 발명의 열교환기(100)에서는 상기 한 쌍의 헤더탱크 중 일측 또는 양측에는 상기 복수 개의 패스 중 일부를 선택적으로 우회하는 우회밸브(160)가 연통되게 한다. 특히 이 때 상기 열교환기(100)는, 리시버드라이어(200)를 더 포함하며, 상기 우회밸브(160)는 온도에 따라 개폐되도록 할 수 있다.As previously explained, the 4-pass heat exchanger has superior performance compared to the 2-pass heat exchanger when it operates as a condenser in cooling mode, but when it operates as an evaporator in heating mode, there is a problem of poor performance due to the complicated path. Considering this, in the present invention, the heat exchanger 100 is operated as a 4-pass heat exchanger in the cooling mode, but in the heating mode, a portion of the refrigerant flows through a simpler path using the
상기 열교환기(100)의 구성을 보다 구체적으로 상세히 설명하면 다음과 같다. 한 쌍의 상기 헤더탱크 중 하나를 제1헤더탱크(121), 나머지 하나를 제2헤더탱크(122)라 한다. 상기 제1헤더탱크(121)에는 냉매가 유입되는 유입구(130) 및 냉매가 배출되는 배출구(140)가 구비된다. 또한 상기 제1헤더탱크(121) 내에는 제1, 3배플(151)(153)이, 상기 제2헤더탱크(122) 내에는 제2, 4배플(152)(154)이 구비되는데, 제 1, 2, 3배플(151)(152)(153)은 순차적으로 이격되는 위치에 구비되어 제1, 2, 3패스(①)(②)(③)를 형성하고, 제3, 4배플(153)(154)은 동일 위치에 구비되어 제4패스(④)를 형성한다. 즉 상기 배플들에 의해 상기 코어영역이 분리되어 제1, 2, 3, 4패스(①)(②)(③)(④)가 순차적으로 배치되게 형성된다. 한편 리시버드라이어(200)는 어느 하나의 상기 헤더탱크에 연결되어 상기 제1, 2, 3패스(①)(②)(③)를 지나온 냉매를 유입받아 기액분리하여 액상냉매를 상기 제4패스(④)로 배출하도록 구비된다.The configuration of the heat exchanger 100 will be described in more detail as follows. One of the pair of header tanks is called the first header tank (121), and the other is called the second header tank (122). The
보다 명확하게 설명하자면, 상기 제1배플(151)은 상기 제1헤더탱크(121) 내에서 상기 유입구(130) 및 상기 배출구(140) 사이 위치에 구비되며, 상기 제2배플(152)은 상기 제2헤더탱크(122) 내에서 상기 제1배플(151) 및 상기 배출구(140) 사이 위치에 구비된다. 상기 제3배플(153)은 상기 제1헤더탱크(121) 내에서 상기 제2배플(152) 및 상기 배출구(140) 사이 위치에 구비되며, 상기 제4배플(154)은 상기 제2헤더탱크(122) 내에서 상기 제3배플(153)과 동일한 위치에 구비된다. 이에 따라, 상기 제1배플(151)에 의해 분리되는 영역이 상기 제1패스(①)를 형성하고, 상기 제1배플(151) 및 상기 제2배플(152) 사이의 영역이 상기 제2패스(②)를 형성하고, 상기 제2배플(152) 및 상기 제3, 4배플(153)(154) 사이의 영역이 상기 제3패스(③)를 형성하여, 냉매가 상기 제1, 2, 3패스(①)(②)(③)를 순차적으로 지나면서 ㄹ자 형태를 그리게 된다. 상기 제3, 4배플(153)(154)에 의해 분리되는 영역이 상기 제4패스(④)를 형성하는데, 즉 상기 제4패스(④)는 실질적으로 상기 제1, 2, 3패스(①)(②)(③)와 완전히 격리되게 된다. 한편 상기 유입구(130)는 상기 제1패스(①)와 연통되는 위치에 형성되고, 상기 배출구(140)는 상기 제4패스(④)와 연통되는 위치에 형성된다. 이 때 상기 리시버드라이어(200)가 상기 제3패스(③) 및 상기 제4패스(④)를 서로 연결하여 주기 때문에, 냉매는 상기 유입구(130)로 유입된 후, 상기 제1, 2, 3패스(①)(②)(③), 상기 리시버드라이어(200), 상기 제4패스(④)를 순차적으로 지나, 상기 배출구(140)를 통해 원활하게 배출될 수 있게 된다.To explain more clearly, the
이러한 구성 자체는 실질적으로 도 1로 설명한 4패스 열교환기(40)의 유로구성과 동일하다. 다만 본 발명에서는, 앞서 설명한 바와 같이 상기 우회밸브(160)를 이용하여, 냉난방모드에 따라 냉매를 그대로 4패스로 흘러가게 하거나 또는 적절하게 우회시킴으로써 각각의 모드에서의 성능을 모두 향상시킬 수 있도록 한다.This configuration itself is substantially the same as the flow path configuration of the 4-
본 발명에서는 상기 우회밸브(160)를 적절한 위치에 배치함으로써, 난방모드에서의 냉매유량 부족문제를 냉매의 추가공급 또는 경로단순화로써 해결한다. 이제 제1, 2, 3, 4, 5실시예에서의 상기 우회밸브(160)의 구성차이에 대하여 보다 상세히 설명한다.In the present invention, by arranging the
제1실시예에서는, 상기 우회밸브(160) 폐쇄 시 냉매가 상기 리시버드라이어(200)를 경유하고(도 3 상측도면 참조), 상기 우회밸브(160) 개방 시 추가냉매가 상기 리시버드라이어(200)를 더 경유하도록 형성된다(도 3 하측도면 참조). 이 때 추가냉매가 원활하게 유입될 수 있도록 상기 우회밸브(160)는 상기 유입구(130)에 구비되도록 한다. 보다 구체적으로는, 상기 우회밸브(160) 개방 시 추가냉매가 상기 제3, 4패스(③)(④)로 추가통과하게 공급한다. 이에 따라 제1실시예에서는 냉매유량 부족 문제를 냉매의 추가공급으로써 해결한다.In the first embodiment, when the
제2실시예에서는, 상기 우회밸브(160) 폐쇄 시 냉매가 상기 리시버드라이어(200)를 경유하고(도 4 상측도면 참조), 상기 우회밸브(160) 개방 시 냉매가 상기 리시버드라이어(200)를 경유하지 않도록 형성된다(도 4 하측도면 참조). 이 때 냉매가 진행 도중에 원활하게 배출될 수 있도록 상기 우회밸브(160)는 상기 유입구(130) 및 상기 배출구(140) 사이에 구비되되 상기 우회밸브(160)가 상기 배출구(140)와 연결된다. 보다 구체적으로는, 상기 우회밸브(160) 개방 시 냉매가 상기 제1, 2패스(①)(②)만 통과하게 공급한다. 이에 따라 제2실시예에서는 냉매유량 부족 문제를 경로단순화로써 해결한다.In the second embodiment, when the
제3실시예는 실질적으로 제2실시예와 거의 동일하되, 제2실시예의 경우 상기 열교환기(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1, 2헤더탱크(121)(122)가 좌우이격되어 상기 튜브(110)가 수평배치되며, 제3실시예의 경우 상기 열교환기(100)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1, 2헤더탱크(121)(122)가 상하이격되어 상기 튜브(110)가 수직배치된다는 점에 차이가 있다. 즉 코어영역에서의 냉매흐름방향이 수평방향인지 수직방향인지의 차이가 있을 뿐, 상기 우회밸브(160)의 역할, 동작원리는 제2실시예와 동일하다.The third embodiment is substantially the same as the second embodiment, but in the second embodiment, the heat exchanger 100 is left and right with the first and
제4실시예에서는, 리시버 측에 상기 우회밸브(160) 1개가 구비되되, 상기 우회밸브(160)폐쇄 시 냉매가 상기 리시버드라이어(200)를 경유하지 않고(도 6 상측도면 참조), 상기 우회밸브(160) 개방 시 냉매가 상기 리시버드라이어(200)를 경유하도록 형성된다(도 6 하측도면 참조). 이 때 우회하고자 하는 패스의 위치 등을 고려하여, 상기 우회밸브(160)는 상기 리시버드라이어(200)의 상측에 구비되도록 한다.In the fourth embodiment, one
제5실시예에서는, 리시버 측에 설치된 상기 우회밸브(160) 및 유통구측에 설치된 상기 우회밸브(160) 2개가 구비되되, 상기 우회밸브(160)들 폐쇄 시 냉매가 상기 리시버드라이어(200)를 경유하지 않고(도 7 상측도면 참조), 상기 우회밸브(160)들 개방 시 냉매 일부는 상기 리시버드라이어(200)를 경유하고, 나머지 일부는 상기 열교환기(100)의 일부만 경유하도록 형성된다(도 7 하측도면 참조). 보다 상세히 설명하자면, 상기 우회밸브(160) 개폐에 따라 냉매 일부의 흐름은 제4실시예에서와 마찬가지이되, 상기 우회밸브(160) 개폐에 따라 냉매 나머지 일부의 흐름은 상기 열교환기(100)의 일부만 경유하도록 함으로써 경로단순화를 실현한다. 이 때 역시 우회하고자 하는 패스의 위치 등을 고려하여, 하나의 상기 우회밸브(160)은 상기 리시버드라이어(200)의 상측에 구비되며, 다른 하나의 상기 우회밸브(160)는 상기 헤더탱크에 형성되는 유입구(130) 및 배출구(140) 사이에 구비되도록 한다.In the fifth embodiment, the
즉 도 3, 4, 5, 6, 7 상측도면에 도시된 바와 같이 상기 우회밸브(160) 폐쇄 시에는, 제1, 2, 3, 4, 5실시예 모두에서 냉매가 상기 제1, 2, 3, 4패스(①)(②)(③)(④)를 모두 통과한다. 냉매가 상기 제1, 2, 3, 4패스(①)(②)(③)(④)를 모두 통과한다는 것은 즉 상기 열교환기(100)가 4패스 열교환기로서 운용되는 것이라 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 냉방모드일 경우 4패스 열교환기가 성능적으로 유리한 바, 냉방모드에서 상기 우회밸브(160)가 폐쇄되도록 하면 이러한 유리함을 고스란히 얻어갈 수 있다.That is, as shown in the upper drawings of FIGS. 3, 4, 5, 6, and 7, when the
한편 도 3 하측도면에 도시된 바와 같이 상기 우회밸브(160) 개방 시에는, 제1실시예의 경우 냉매가 기본적으로 상기 제1, 2, 3, 4패스(①)(②)(③)(④)를 모두 통과하되, 추가적인 냉매가 상기 제3, 4패스(③)(④)를(도 4 참조)를 더 통과하도록, 즉 상기 제1, 2패스(①)(②)를 통과하는 냉매량보다 상기 제3, 4패스(③)(④)를 통과하는 냉매량이 많도록 형성된다. 또한 도 4, 5, 6, 7 하측도면에 도시된 바와 같이 상기 우회밸브(160) 개방 시에, 제2, 3, 4, 5실시예의 경우 냉매가 상기 제1, 2, 3, 4패스(①)(②)(③)(④) 중 선택되는 2개의 패스만 통과한다. 각각의 실시예에서 달라지는 점은 어떤 2개의 패스를 통과하느냐의 차이로서, 보다 구체적으로 냉매는, 제2, 3실시예에서는 상기 제1, 2패스(①)(②)를, 제4실시예에서는 상기 제1, 4패스(①)(④)를, 제5실시예에서는 일부는 상기 제1, 2패스(①)(②) / 나머지 일부는 상기 제1, 4패스(①)(④)를 통과한다.Meanwhile, as shown in the lower view of FIG. 3, when the
즉 상기 우회밸브(160) 개방 시에는, 추가냉매(제1실시예) 또는 전체냉매(제2, 3, 4, 5실시예)가 선택적인 2개의 패스를 통과하게 형성되며, 이는 마치 상기 열교환기(100)가 2패스 열교환기로서 운용되는 것이라 할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 난방모드일 경우 2패스 열교환기가 성능적으로 유리한 바, 난방모드에서 상기 우회밸브(160)가 개방되도록 하면 이러한 유리함을 고스란히 얻어갈 수 있다.That is, when the
부가적으로, 본 발명에서는 상기 우회밸브(160)가 구비되는 위치나 상기 우회밸브(160) 개수도 1개이거나 2개일 수 있는 등 실시예마다 약간의 차이가 있고, 또한 상기 우회밸브(160)와 원하는 패스 위치 간에 물리적 거리가 존재하는 등의 고려사항으로 인하여, 우회구 및 우회로를 더 포함하게 된다. 구체적으로는 상기 열교환기(100)는, 유통구측에 상기 우회밸브(160)가 구비될 경우, 상기 제1헤더탱크(121)에 구비되는 유통구측우회구(131), 유통구측에 설치된 상기 우회밸브(160)에 연결되어 개방 시 냉매를 우회시키는 유통구측우회로(132)를 포함할 수 있다. 또한 리시버측에 상기 우회밸브(160)가 구비될 경우, 상기 제2헤더탱크(122)에 구비되는 리시버측우회구(141), 리시버측에 설치된 상기 우회밸브(160)에 연결되어 개방 시 냉매를 우회시키는 리시버측우회로(142)를 포함할 수 있다. 이러한 우회구 및 우회로 위치, 우회밸브(160) 개폐여부 등에 따른 냉매흐름은 도 3 내지 도 7로 확인할 수 있다.Additionally, in the present invention, there are slight differences depending on the embodiment, such as the location where the
[2] 본 발명의 우회밸브의 상세구성[2] Detailed configuration of the bypass valve of the present invention
[1] 단락에서 설명한 바와 같이 본 발명의 열교환기(100)에서는 모드에 따라 상기 우회밸브(160)를 개방 또는 폐쇄함에 따라 패스를 변화시켜, 각 모드에 최적인 패스를 형성하게 한다. 이 때 상기 우회밸브(160)에 전자회로를 구비하여 제어신호를 인가함으로써 개폐를 조절하게 할 수도 있다. 그러나 본 발명에서는, 상기 우회밸브(160)가 냉매온도에 따라 기계식으로 개폐를 조절하게 함으로써, 불필요한 부품 및 제어알고리즘의 추가를 제거하여 시스템 효율을 더욱 향상한다.As explained in paragraph [1], in the heat exchanger 100 of the present invention, the path changes as the
먼저 온도에 따라 개폐조절되는 밸브의 동작원리에 대하여 간략히 설명한다. 도 8은 열적밸브의 동작원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 열적밸브(thermal valve)는 하우징 내에 탄성체로 둘러싸인 피스톤이 구비되며, 하우징 및 탄성체 사이의 공간에 팽창왁스가 채워진 형태로 이루어진다. 팽창왁스는 온도에 따라 액상 또는 고상으로 상변화되는데, 저온상태일 때에는 고상으로 존재하여 부피가 줄어든다. 도 8의 좌측도면이 바로 저온상태일 때의 열적밸브 상태를 도시한 것이다. 한편 온도환경이 고온으로 올라가면, 팽창왁스가 액상으로 상변화하면서 부피가 늘어나게 된다. 하우징 내의 공간 부피는 고정되어 있기 때문에, 팽창왁스의 부피가 증가하면 탄성체에 압력이 가해지게 된다. 이처럼 탄성체에 가해지는 압력은, 탄성체에 끼워져 있는 피스톤을 소위 "쥐어짜내게" 된다. 이에 따라 피스톤은 도 8의 우측도면에 도시된 바와 같이 하우징 바깥쪽으로 밀어내지는 방향으로 이동하게 되는 것이다. 온도환경이 다시 저온으로 내려가면, 팽창왁스의 부피가 줄어들면서 자연스럽게 도 8의 좌측도면 상태로 되돌아가게 된다.First, the operating principle of the valve that is controlled to open and close according to temperature will be briefly explained. Figure 8 is a diagram for explaining the operating principle of the thermal valve. As shown in Figure 8, the thermal valve is provided with a piston surrounded by an elastic body within a housing, and the space between the housing and the elastic body is filled with expansion wax. Expanding wax changes phase into a liquid or solid phase depending on the temperature, but when the temperature is low, it exists in a solid phase and its volume decreases. The left diagram of FIG. 8 shows the state of the thermal valve in a low temperature state. On the other hand, when the temperature environment rises to a high temperature, the expansion wax changes phase into a liquid phase and its volume increases. Since the space volume within the housing is fixed, pressure is applied to the elastic body as the volume of the expanding wax increases. The pressure applied to the elastic body in this way so-called “squeezes” the piston inserted into the elastic body. Accordingly, the piston moves in a direction pushed out of the housing as shown in the right side view of FIG. 8. When the temperature environment goes back to low temperature, the volume of the expansion wax decreases and it naturally returns to the state shown on the left side of FIG. 8.
도 8의 우측도면 상태에서 피스톤 끝단이 어떠한 유로구멍을 막도록 설계하면, 도 8의 열적밸브는 고온에서 유로구멍을 폐쇄하고 저온에서 유로구멍을 개방하는 방식으로 동작하게 될 것이다. 물론 유로를 다른 방식으로 설계함에 따라, 고온에서 유로를 개방하고 저온에서 유로를 폐쇄하는 방식으로 동작하게 할 수도 있다. 이처럼 열적밸브는, 어떠한 전자회로나 제어신호 등을 전혀 필요로 하지 않고, 단지 주변 온도환경만을 이용하여 순수한 기계적 동작원리만으로 개폐를 조절할 수 있게 이루어진다.If the end of the piston is designed to block any passage hole in the state of the right drawing of FIG. 8, the thermal valve of FIG. 8 will operate by closing the passage hole at high temperature and opening the passage hole at low temperature. Of course, by designing the flow path in a different way, it can be operated by opening the flow path at high temperatures and closing the flow path at low temperatures. In this way, the thermal valve does not require any electronic circuits or control signals at all, and can control opening and closing solely on a purely mechanical operating principle using only the surrounding temperature environment.
도 9는 본 발명의 우회밸브의 단면도를 도시한 것이다. 먼저 부연하자면, 도 9에 도시된 상기 우회밸브(160)는 제1실시예에 따른 것으로, 이에 따라 상기 우회밸브(160) 상에 상기 유입구(130)가 형성되어 있는 것으로 도시된다. 그러나 제2, 3, 4, 5실시예의 경우 상기 우회밸브(160)에 상기 유입구(130)가 형성되지 않으므로, 도면 상에서 상기 유입구(130)가 삭제된 것으로 이해하면 된다.Figure 9 shows a cross-sectional view of the bypass valve of the present invention. First, to elaborate, the
도 9에 도시된 본 발명의 우회밸브(160)는, 도 8로 설명된 열적밸브의 원리가 적용됨으로써 순수한 기계적 동작원리만으로 개폐조절이 가능하게 이루어진다. 즉 상기 우회밸브(160)는, 냉매온도에 따라 개방 및 폐쇄가 이루어지도록 형성되어, 냉방모드 시 냉매가 상대적으로 고온으로 형성됨에 따라 폐쇄되고, 난방모드 시 냉매가 상대적으로 저온으로 형성됨에 따라 개방되도록 형성된다. 먼저 도 9를 통해 상기 우회밸브(160)의 구성을 상세히 설명하고, 이후 도 10을 통해 개폐 시 각부의 움직임을 보다 면밀히 설명한다.By applying the principle of the thermal valve illustrated in FIG. 8, the
상기 우회밸브(160)는 상기 리시버측우회구(141) 또는 상기 유통구측우회구(131) 등과 같이 필요에 따른 경로위치와 연결되어 냉매를 유입받되, 필요에 따라 냉매를 분할하여 배출할 수 있도록 도 9에 도시된 바와 같이 제1연통로(161) 및 제2연통로(162)를 포함한다.The
상기 제1연통로(161)는 상기 열교환기(100)와 연결되어 냉매가 유통되며, 상기 제2연통로는 상기 열교환기(100)의 우회경로와 연결되어 냉매가 유통된다. 구체적으로는, 상기 제1연통로(161)는 상기 제2헤더탱크(122) 또는 상기 제1헤더탱크(121)와 연통되는 위치, 보다 명확히는 상기 리시버측우회구(141) 또는 상기 유통구측우회구(131)와 연통되는 위치에 형성되며, 상기 제2연통로(162)는 상기 리시버측우회로(142) 또는 상기 유통구측우회로(132)와 연결되는 위치에 형성된다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명에서 상기 우회밸브(160)는, 냉방모드 시 상기 우회밸브(160)가 폐쇄되어 냉매가 상기 제1, 2, 3, 4패스(①)(②)(③)(④)를 모두 통과할 수 있게 하고, 난방모드 시 상기 우회밸브(160)가 개방되어 냉매 또는 추가냉매가 선택적인 2개의 패스만을 통과한 후 배출되도록 형성된다. 즉 상기 제1연통로(161)는 항상 개방되어 있도록 하고, 상기 제2연통로(162)는 필요에 따라 개폐가 이루어지도록 형성된다.The
이와 같이 하기 위하여, 먼저 상기 우회밸브(160)에는 메인공간부(163) 및 서브공간부(164)가 형성된다. 상기 메인공간부(163)는 상기 유입구(130) 및 상기 제1연통로(161)와 연통되며, 또한 개방 및 폐쇄동작을 수행하는 밸브부가 수용된다. 상기 서브공간부(164)는 기본적으로 상기 메인공간부(163)와 연통되게 형성되되 상기 메인공간부(163)보다 작은 단면적을 가진다. 즉 상기 메인공간부(163) 및 상기 서브공간부(164) 간의 연결부분에는 도 9에 도시된 바와 같이 단차가 형성되며, 상기 밸브부는 바로 이 부분을 개폐하도록 형성된다. 즉 상기 밸브부의 동작에 의하여 상기 서브공간부(164)는 상기 메인공간부(163)와의 연통이 개방 또는 폐쇄되는 것이다. 이 때 상기 서브공간부(164)는 상기 제2연통로(162)와 연통되기 때문에, 결과적으로 상기 밸브부의 동작에 의하여 상기 제2연통로(162)의 개폐가 조절되게 된다.To do this, first, a
상기 밸브부는 앞서 도 8로 설명한 열적밸브의 동작원리가 적용된다. 상기 밸브부는 기본적으로, 도시된 바와 같이 안내핀(171), 밸브캡(172), 케이스(173), 커버부(175), 탄성부(174), 왁스부(176), 밸브판(177)을 포함하며, 보다 원활한 동작을 위해 메인스프링(178), 서브스프링(179)을 더 포함할 수 있다.The operating principle of the thermal valve previously described with reference to FIG. 8 is applied to the valve unit. The valve part basically includes a
상기 안내핀(171)은 상기 메인공간부(163)의 연장방향으로 연장되며 상기 메인공간부(163) 내에 구비되는 것으로, 도 8에서의 "피스톤"에 해당한다. 다만 본 발명의 우회밸브(160)에서는 상기 안내핀(171) 자체는 움직이지 않고 고정되어 있는 바 명칭을 달리하였다.The
상기 밸브캡(172)은 상기 안내핀(171)의 일측을 상기 메인공간부(163)의 일측에 고정한다. 상기 밸브캡(172) 및 상기 메인공간부(163) 내벽 사이에는 누출방지를 위한 오링(o-ring) 형태의 밀폐링(172a)이 구비되는 것이 바람직하다. 또한 상기 밸브캡(172)이 이탈하는 것을 방지하도록 상기 밸브캡(172) 상단에 스냅링(172b)이 구비되는 것이 바람직하다.The
상기 케이스(173)는 일단이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 안내핀(171)이 수용되되 내측벽이 상기 안내핀(171)의 외측면과 이격되게 형성된다. 즉 상기 케이스(173)가 도 8에서의 "하우징"에 해당한다. 한편 상술한 바와 같이 도 8에서의"피스톤"에 해당하는 상기 안내핀(171)은 상기 밸브캡(172)에 의하여 상기 메인공간부(163) 일측에 고정되어 있다. 도 8의 열적밸브에서는 "하우징"이 고정되어 있으므로 온도변화에 따라 "피스톤"이 "하우징"에 대하여 상대적으로 이동하도록 형성되지만, 도 9의 본 발명의 우회밸브(160)에서는 상기 안내핀(171)이 고정되어 있으므로 온도변화에 따라 상기 케이스(173)가 상기 안내핀(171)에 대하여 상대적으로 이동하게 된다. 한편 도 8의 열적밸브 동작원리로부터 알 수 있는 바와 같이, 주변 온도환경에 따라 왁스가 상변화하는 것에 의하여 밸브동작이 실현되기 때문에, 주변 온도환경 및 왁스 간에 열전달이 활발히 잘 이루어질 수 있어야 한다. 따라서 상기 케이스(173)는 열전달이 잘 되는 재질인 금속재질인 것이 좋으며, 예를 들어 황동 등으로 형성되는 것이 바람직하다.The
상기 탄성부(174)는 상기 안내핀(171)을 둘러싸도록 구비되는 것으로, 도 8에서의 "탄성체"에 해당한다. 상기 탄성부(174)는 상기 안내핀(171)을 효과적으로 압박할 수 있도록 탄성변화가 매우 잘 일어나는 재질인 것이 좋으며, 예를 들어 고무 등으로 형성되는 것이 바람직하다.The
상기 커버부(175)는 상기 안내핀(171)을 따라 이동가능하게 형성되며 상기 케이스(173)의 개방단을 밀봉하는 역할을 한다. 이 때 도 9에 도시된 바와 같이 상기 커버부(175) 하부 내측에 상기 탄성부(174) 상단 일부가 끼워지는 구조가 형성된다. 상기 탄성부(174) 및 상기 안내핀(171) 사이에 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해, 상기 커버부(175) 및 상기 탄성부(174) 사이에는 도시된 바와 같이 밀폐판(175a)이 구비되는 것이 바람직하다.The
상기 왁스부(176)는 상기 탄성부(174) 및 상기 케이스(173) 사이의 공간에 채워져 온도에 따라 액상 또는 고상으로 상변화되는 것으로, 도 8에서의 "팽창왁스"에 해당한다. 일반적으로 냉방모드에서 응축기에 유입되는 냉매는 약 81도 이상, 난방모드에서 증발기에 유입되는 냉매는 약 64도 이하인 것으로 알려져 있다. 이러한 점을 고려하여, 상기 왁스부(176)는 약 81도 이상에서는 액상이 되고 약 64도 이하에서는 고상이 되는 재질이 되는 것이 바람직하다. 구체적인 예로서, 상기 왁스부(176)는 특성온도 변경가능 범위가 45도~120도로 형성되는 파라핀계 왁스인 것이 바람직하다.The
상기 밸브판(177)은 상기 케이스(173) 타측에 구비되어 상기 메인공간부(163) 및 상기 서브공간부(164)의 연통을 개방 또는 폐쇄하는 역할을 한다. 이 때 상기 밸브판(177)이 상기 케이스(173)에 견고하게 고정될 수 있도록, 상기 밸브판(177) 하측에 압입에 의해 조립되는 고정링(177a)이 구비되는 것이 바람직하다.The
상기 메인스프링(177)은 양단이 상기 밸브판(177) 및 상기 케이스(173) 일측에 각각 지지되어 상기 왁스부(176)의 초과팽창을 흡수하는 역할을 한다. 상기 안내핀(171)~상기 밸브판(177)까지의 구성만으로도 열적밸브로서 동작할 수 있지만, 상기 메인스프링(177)이 구비됨으로써 밸브동작이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.The
상기 복원스프링(179)은 양단이 상기 밸브판(177) 및 상기 서브공간부(164) 타측에 각각 지지되어 상기 케이스(173)의 원위치 복원을 보조하는 역할을 한다. 상기 복원스프링(179)이 없다 하더라도 상기 왁스부(176)가 고상으로 변화함에 따라 상기 케이스(173)의 위치가 복원되기는 하지만, 상기 복원스프링(179)의 복원력이 보조해 줌에 따라 밸브동작이 더욱 원활하게 이루어질 수 있게 된다.The
도 10은 본 발명의 우회밸브의 동작단면도 실시예를 도시한 것으로, 도 10 상측도면이 냉방모드, 도 10 하측도면이 난방모드를 각각 나타낸다. 도 9는 상기 우회밸브(160) 상에 상기 유입구(130)가 형성되는 도 3의 제1실시예에서의 상기 우회밸브(160)를 도시한 것이나, 도 10은 도 4의 제2실시예, 도 5의 제3실시예 등에서의 상기 우회밸브(160)를 도시한 것인바 상기 우회밸브(160) 상에 상기 유입구(130)가 형성되지 않는다. 도 10은 상기 우회밸브(160)가 유통구측에 구비되는 경우의 실시예를 도시한 것이므로, 상기 제1연통로(161)는 상기 유통구측우회구(131)와 연결되고, 상기 제2연통로(162)는 상기 유통구측우회로(132)와 연결되게 형성된다. 상기 유통구측우회로(132)는 상기 배출구(140)와 연결되어 있다.Figure 10 shows an operational cross-sectional embodiment of the bypass valve of the present invention, where the upper view of Figure 10 shows the cooling mode and the lower view of Figure 10 shows the heating mode. FIG. 9 shows the
냉방모드 시 즉 냉매가 고온일 경우 상기 우회밸브(160)는 폐쇄되도록 동작하여, 상기 밸브판(177)이 상기 제2연통로(162)를 폐쇄한다. 따라서 냉매가 상기 배출구(140)로 직접 흘러가는 경로가 막히게 되어, 상기 제1, 2패스(①)(②)를 통과하여 온 냉매는 원래대로 상기 제3, 4패스(③)(④)로 흘러가게 된다. 난방모드 시 즉 냉매가 저온일 경우 상기 우회밸브(160)는 개방되도록 동작하여, 상기 밸브판(177)이 상기 제2연통로(162)를 개방한다. 따라서 상기 제1, 2패스(①)(②)를 통과하여 온 냉매가 개방된 상기 제2연통로(162)를 따라 상기 우회로(132)를 통해 상기 배출구(140)로 직접 흘러가 배출될 수 있게 된다. 이에 따라 상기 제3, 4패스(③)(④)로는 냉매가 흘러가지 않게 되어, 유로를 훨씬 단순화할 수 있게 된다. 도 10에서는 상기 우회밸브(160)가 유통구측에 구비되는 경우로 예시를 들었지만, 상기 우회밸브(160)가 리시버측에 구비되는 경우에도 동일하게 동작하되 그 결과로서 경유하게 되는 장치나 패스만 달라질 뿐이므로, 자세한 설명은 생략한다.In the cooling mode, that is, when the refrigerant is at a high temperature, the
[3] 본 발명의 우회밸브 재질 최적화[3] Optimization of the bypass valve material of the present invention
상술한 바와 같이, 본 발명의 우회밸브는 열교환기에 구비되어 온도에 따라 개폐상태가 변경되도록 형성됨으로서, 냉방모드/난방모드에 따라 냉매가 흘러가는 패스의 개수를 원활하게 가변시킬 수 있도록 형성되는 장치이다.As described above, the bypass valve of the present invention is provided in a heat exchanger and is formed to change the open and closed state depending on the temperature, so that the number of passes through which the refrigerant flows can be smoothly varied depending on the cooling mode/heating mode. am.
먼저 [1]에서 잘 설명된 바와 같이, 본 발명에서는 냉방모드 시 상기 우회밸브가 폐쇄되도록 함으로써 냉매가 4패스를 모두 통과하게 하여 열교환기가 4패스 열교환기로서 운용되도록 하고, 난방모드 시 상기 우회밸브가 개방되도록 함으로써 냉매( 또는 추가냉매)가 2패스를 통과하게 하여 열교환기가 (거의) 2패스 열교환기로서 운용되도록 한다. 즉 요약하자면, 본 발명의 우회밸브(160)는, 냉매온도에 따라 개방 및 폐쇄가 이루어짐으로써 개방 시 냉매를 우회시키도록 형성된다.First, as well explained in [1] , in the present invention, the bypass valve is closed in the cooling mode, allowing the refrigerant to pass through all 4 passes, so that the heat exchanger is operated as a 4-pass heat exchanger, and in the heating mode, the bypass valve is closed. is opened to allow refrigerant (or additional refrigerant) to pass through two passes, allowing the heat exchanger to operate as (almost) a two-pass heat exchanger. In other words, in summary, the
또한 [2]에서 잘 설명된 바와 같이, 본 발명의 우회밸브는 열적밸브(thermal valve)로서, 팽창왁스가 주변온도에 따라 팽창하거나 수축함에 따라 밸브의 개폐가 변경되도록 형성된다. 냉방모드 시에는 열교환기가 응축기로 동작하므로 냉매가 상대적으로 고온으로 형성되며, 난방모드 시에는 열교환기가 증발기로 동작하므로 냉매가 상대적으로 저온으로 형성된다. [2]의 설명에서, 열적밸브의 팽창왁스는 고온에서 액체상태가 되면서 팽창하고, 저온에서 고체상태가 되면서 수축한다고 설명하였다. 즉 본 발명의 우회밸브는, 열교환기에 구비되었을 때 냉매가 상대적으로 고온일 때(=냉방모드일 때) 팽창왁스가 팽창하면서 밸브가 폐쇄되고, 냉매가 상대적으로 저온일 때(=난방모드일 때) 팽창왁스가 수축하면서 밸브가 개방되는 형태로 형성되면 된다. 도 9에 도시된 본 발명의 우회밸브(160)가 바로 그렇게 동작하도록 설계된 것으로, 냉매가 상대적으로 고온이어서 왁스부(176)가 팽창하면 밸브판(177)이 밀려나서 제2연통로(162)를 폐쇄함으로써 상기 우회밸브(160) 자체가 폐쇄상태가 되고, 냉매가 상대적으로 저온이어서 왁스부(176)가 수축하면 밸브판(177)이 돌아와서 제2연통로(162)를 개방함으로써 상기 우회밸브(160) 자체가 개방상태가 된다.In addition, as well explained in [2] , the bypass valve of the present invention is a thermal valve, and is formed so that the opening and closing of the valve changes as the expansion wax expands or contracts depending on the ambient temperature. In the cooling mode, the heat exchanger operates as a condenser, so the refrigerant is formed at a relatively high temperature. In the heating mode, the heat exchanger operates as an evaporator, so the refrigerant is formed at a relatively low temperature. In the explanation in [2] , it was explained that the expansion wax of the thermal valve expands as it becomes liquid at high temperature and contracts as it becomes solid at low temperature. That is, when the bypass valve of the present invention is provided in a heat exchanger, the expansion wax expands and the valve closes when the refrigerant is relatively high temperature (=when in cooling mode), and when the refrigerant is relatively low temperature (=when in heating mode), the bypass valve of the present invention closes. ) The valve can be opened as the expansion wax contracts. The
즉 요약하자면, 본 발명의 우회밸브(160)는, 온도에 따라 액상 또는 고상으로 상변화되는 왁스부(176)를 포함하며, 상기 왁스부(176)의 상변화에 따른 팽창 또는 수축에 따라 밸브 스트로크(valve stroke)가 발생하여 개폐가 이루어지도록 형성된다. 이 때, 냉방모드 시 상기 열교환기(100)가 응축기로서 동작함에 따라 냉매가 상대적으로 고온으로 형성되어 상기 왁스부(176)가 액상이 됨으로써 부피가 팽창하면서 상기 우회밸브(160)가 폐쇄되고, 이처럼 상기 우회밸브(160)가 폐쇄됨에 따라 냉매가 상기 열교환기(100)의 설계대로의 패스 전체를 경유하게 된다. 또한, 난방모드 시 상기 열교환기(100)가 증발기로서 동작함에 따라 냉매가 상대적으로 저온으로 형성되어 상기 왁스부(176)가 고상이 됨으로써 부피가 수축하여 상기 우회밸브(160)가 개방되고, 이처럼 상기 우회밸브(160)가 개방됨에 따라 냉매 또는 추가냉매가 상기 열교환기(100)의 패스 일부를 경유하게 된다.In other words, in summary, the
이처럼 상기 우회밸브(160)가 열적밸브 구성을 취하고, 상기 열교환기(100)가 상기 우회밸브(160)의 개폐여부에 따라 선택적으로 패스 운용이 이루어지게 함으로써, 상기 열교환기(100)는 냉매 자체의 온도에 의해 냉방모드/난방모드가 자연스럽게 바뀌도록 잘 설계되어 있다. 일반적인 동절기/하절기의 경우, 냉방모드/난방모드 동작 시 냉매온도 및 주변환경(외기)온도 간의 차이가 명확하게 형성되기 때문에, 이와 같은 열적밸브 형태로 된 상기 우회밸브(160)의 동작은 원활하게 이루어질 수 있게 된다.In this way, the
그런데 봄, 가을 또는 간절기와 같은 중간온도환경의 경우 이러한 열적밸브의 동작이 다소 원활하게 이루어지지 못할 수 있다. 이러한 중간온도환경에서는 냉방모드 동작 시 응축기 역할을 하는 상기 열교환기(100)에 걸리는 냉매압력이 상당히 낮아지는데, 이는 응축기 내의 냉매포화온도가 낮아짐을 뜻한다. 이처럼 상대적으로 낮은 냉매포화온도에 상기 왁스부(176)가 반응하지 못하게 되면 상기 우회밸브(160)가 완벽한 폐쇄상태를 형성하지 못하게 되어, 냉매가 우회경로로 일부 누출될 수 있다. 이렇게 되면 과냉되지 않은 이상(2 phase)상태의 냉매가 팽창밸브로 유입될 우려가 있는데, 이러한 경우 냉매기포가 팽창밸브의 통공을 통과하면서 히스 노이즈(hiss noise)를 발생시키는 원인이 된다.However, in medium temperature environments such as spring, fall, or between seasons, the operation of these thermal valves may not be performed somewhat smoothly. In this medium temperature environment, the refrigerant pressure applied to the heat exchanger 100, which functions as a condenser, during operation in the cooling mode is significantly lowered, which means that the refrigerant saturation temperature in the condenser is lowered. If the
이러한 사항들을 고려할 때, 상기 왁스부(176)가 어떤 온도에서 녹거나 굳기 시작하는지, 즉 밸브작동의 시작과 완료 시의 온도를 어떻게 설정해야 할지를 올바르게 설계해야 할 필요성이 있다는 것을 알 수 있다. 특히 동절기/하절기와 같이 냉매온도 및 주변환경(외기)온도 간의 차이의 차이가 명확한 경우에 비해, 춘추/간절기와 같이 중간온도환경인 경우에도 원활한 동작이 이루어질 수 있도록 설계해야 한다.Considering these matters, it can be seen that there is a need to properly design at what temperature the
앞서 설명한 바와 같이, 외기온도에 따라 상기 열교환기(100)에 걸리는 부하가 달라지며, 부하에 따라 냉매압력이 달라지고, 결과적으로 냉매포화온도가 달라지게 된다. 도 11은 R1234yf 냉매의 포화온도 및 포화압력 그래프로서, 이러한 냉매의 물성을 기반으로 적절한 밸브작동범위를 설계하는 것이 바람직하다.As described above, the load on the heat exchanger 100 varies depending on the outside temperature, the refrigerant pressure changes depending on the load, and as a result, the refrigerant saturation temperature changes. Figure 11 is a graph of the saturation temperature and saturation pressure of the R1234yf refrigerant. It is desirable to design an appropriate valve operating range based on the physical properties of the refrigerant.
도 12는 춘추/간절기 저부하 기준 밸브작동범위 기초설계를 도 11의 냉매포화온도/압력 그래프 상에 표시한 것이다. 춘추/간절기 저부하 냉방조건에서, 상기 열교환기(100)는 응축기로서 동작하며, 이 때 상기 열교환기(100)에 걸리는 냉매압력수준은 10kg/cm2G인 것으로 알려져 있다. 도 11의 냉매포화온도/압력 그래프를 참조하면, 이 때의 냉매포화온도는 42.4℃가 된다. 즉 상기 우회밸브(160)는 최소한 42.4℃에서는 이미 닫혀있어야 한다(즉 밸브작동완료가 이루어져야 한다)는 것이다. 또한 통상적인 왁스의 물성을 고려할 때, 42.4℃에 상기 우회밸브(160)가 닫히기 위해서는 35℃에서는 상기 왁스부(176)가 반응을 시작해야 한다(즉 밸브작동시작이 이루어져야 한다). 그런데 이렇게 경계값에 딱 맞게 밸브작동완료/시작온도를 설정하게 되면, 앞서 설명한 바와 같은 여러 문제들이 발생할 여지가 있어, 좀더 안전하게 온도를 설정해 주는 것이 필요하다.Figure 12 shows the basic design of the valve operating range based on low load in spring/fall/interseasonal on the refrigerant saturation temperature/pressure graph of Figure 11. In spring/interseasonal low-load cooling conditions, the heat exchanger 100 operates as a condenser, and at this time, the refrigerant pressure level applied to the heat exchanger 100 is known to be 10 kg/cm 2 G. Referring to the refrigerant saturation temperature/pressure graph in FIG. 11, the refrigerant saturation temperature at this time is 42.4°C. That is, the
도 13은 춘추/간절기 저부하 기준 밸브작동범위 개선설계를 도 11의 냉매포화온도-압력 그래프 상에 표시한 것이다. 도 13의 밸브작동범위는, 도 12의 밸브작동범위에 비해 밸브작동완료온도가 좀더 낮게 설정됨으로써, 밸브작동완료온도가 경계값에 형성됨으로써 발생하는 과냉냉매발생문제 등을 안전하게 배제할 수 있게 된다. 이하에서 밸브작동완료/시작시점을 보다 명확히 정의하고, 그에 따른 온도설정 원리를 보다 상세히 설명하다.Figure 13 shows the valve operating range improvement design based on low load in spring/fall/interseasonal on the refrigerant saturation temperature-pressure graph of Figure 11. In the valve operation range of FIG. 13, the valve operation completion temperature is set lower than the valve operation range of FIG. 12, so that problems such as the generation of supercooled refrigerant caused by the valve operation completion temperature being set at the boundary value can be safely excluded. . Below, the valve operation completion/start point will be defined more clearly, and the temperature setting principle accordingly will be explained in more detail.
먼저 밸브작동완료와 관련하여, 가장 엄밀하게는, 상기 왁스부(176)가 최대부피가 되도록 팽창하여 밸브 스트로크가 100%에 도달하는 것을 밸브작동완료로 상정할 수 있다. 즉 상기 우회밸브(160)가 완전히 폐쇄되는 것을 밸브작동완료라고 칭하는 것이며, 이 때 상기 열교환기(100)는 냉방모드의 응축기로서 동작하게 된다. 따라서 이 때 상기 왁스부(176)의 온도인 밸브작동완료온도가 냉방모드 시의 평균냉매온도에 상응하게 형성되면 된다.First, regarding the completion of the valve operation, most strictly, it can be assumed that the valve operation is completed when the
그런데 실제 환경에서 "밸브 스트로크가 완전히 100%"라는 상태를 명확히 판단하기는 어렵다. 즉 밸브작동완료시점을, 아주 엄밀하게 "밸브 스트로크가 완전히 100%"인 것으로 정하기보다는 그보다 약간 느슨하게 결정하여 줌으로써, 실제 환경에서의 적용이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 한다. 본 발명에서는, 밸브작동완료 판단에 있어서, 밸브 스트로크가 100% 근방일 때, 냉매의 우회유량이 전체유량의 2.5% 이하가 되는 시점을 밸브작동완료시점으로 판단하는 것으로 정의하기로 한다.However, in a real environment, it is difficult to clearly determine the status of “valve stroke is completely 100%.” In other words, rather than setting the valve operation completion point very strictly as “valve stroke is completely 100%,” it is determined slightly more loosely, so that application in the actual environment can be performed more smoothly. In the present invention, when determining the completion of valve operation, it is defined that when the valve stroke is near 100%, the point when the bypass flow rate of the refrigerant is less than 2.5% of the total flow rate is judged as the time when the valve operation is complete.
한편 앞서 도 13의 개선설계의 예시로 보인 바와 같이, 상기 밸브작동완료온도는 외기평균온도에 따라 변동되는 부하에 의해 결정되는 냉매압력수준에서의 냉매포화온도보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다. 즉 도 11 내지 도 13의 예시에서처럼, 상기 열교환기(100)에 사용되는 냉매가 R1234yf인 경우, 상기 밸브작동완료온도가 봄가을 저부하 냉방조건에서 냉매압력수준의 최저한계인 10kg/cm2G일 때의 냉매포화온도보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 상기 밸브작동완료온도가 40℃ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.Meanwhile, as shown in the example of the improved design in FIG. 13, it is preferable that the valve operation completion temperature is lower than the refrigerant saturation temperature at the refrigerant pressure level determined by the load that varies depending on the average temperature of the outside air. That is, as in the examples of FIGS. 11 to 13, when the refrigerant used in the heat exchanger 100 is R1234yf, the valve operation completion temperature is 10 kg/cm 2 G, which is the lowest limit of the refrigerant pressure level under low-load cooling conditions in spring and fall. It is preferable that it is formed lower than the refrigerant saturation temperature. More specifically, it is preferable that the valve operation completion temperature is set to 40°C or lower.
이제 밸브작동시작과 관련하여, 역시 가장 엄밀하게는, 상기 왁스부(176)가 최소부피가 되도록 수축하여 밸브 스트로크가 0%에 도달하는 것을 밸브작동시작으로 상정할 수 있다. 즉 상기 우회밸브(160)가 완전히 개방되는 것을 밸브작동시작이라고 칭하는 것이며, 이 때 상기 열교환기(100)는 난방모드의 증발기로서 동작하게 된다. 따라서 이 때 상기 왁스부(176)의 온도인 밸브작동시작온도가 난방모드 시의 평균냉매온도에 상응하게 형성되면 된다.Now, regarding the start of the valve operation, most strictly, it can be assumed that the
이 경우에도 마찬가지로, 실제 환경에서 "밸브 스트로크가 완전히 100%"라는 상태를 명확히 판단하기는 어려우므로, 밸브작동완료시점에서와 마찬가지로 밸브작동시작시점도 약간 느슨하게 결정하여 줄 수 있다. 본 발명에서는, 밸브작동시작 판단에 있어서, 밸브 스트로크가 0% 근방일 때, 밸브 스트로크가 0.1mm 이상이 되는 시점을 밸브작동시작시점으로 판단하는 것으로 정의하기로 한다.In this case as well, since it is difficult to clearly determine the state of “valve stroke being completely 100%” in a real environment, the valve operation start time can be determined somewhat loosely, just like the valve operation completion time. In the present invention, in determining the start of valve operation, when the valve stroke is near 0%, the point at which the valve stroke becomes 0.1 mm or more is defined as the time to start valve operation.
실질적으로 앞서 설명한 밸브작동완료온도가 과냉냉매발생 방지 등의 문제해결에 있어서 더욱 중요하고, 밸브작동시작온도는 상대적으로 덜 중요하다. 또한 밸브작동완료온도가 설정된다는 것은 왁스가 그러한 물성을 가지도록 배합된다는 것인데, 이렇게 되면 밸브작동시작온도도 어느 정도 그에 맞추어 결정되게 된다. 따라서 밸브작동완료온도를 먼저 결정하고, 이에 맞추어 왁스를 배합하고, 그 결과로서 밸브작동시작온도가 결정되게 하는 것이 자연스럽다. 구체적인 예시로서, 앞서의 설명에서와 같이 상기 열교환기(100)에 사용되는 냉매가 R1234yf인 경우, 상기 밸브작동시작온도가 20℃ 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.In reality, the valve operation completion temperature described above is more important in solving problems such as preventing the generation of supercooled refrigerant, and the valve operation start temperature is relatively less important. In addition, setting the valve operation completion temperature means that the wax is mixed to have such physical properties, and in this case, the valve operation start temperature is also determined to some extent accordingly. Therefore, it is natural to first determine the valve operation completion temperature, mix the wax accordingly, and determine the valve operation start temperature as a result. As a specific example, as in the previous description, when the refrigerant used in the heat exchanger 100 is R1234yf, it is preferable that the valve operation start temperature is set to 20°C or higher.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and its scope of application is diverse, and anyone skilled in the art can understand it without departing from the gist of the invention as claimed in the claims. Of course, various modifications are possible.
100 : 열교환기
110 : 튜브
121 : 제1헤더탱크
122 : 제2헤더탱크
130 : 유입구
140 : 배출구
131 : 유통구측우회구
132 : 유통구측우회로
141 : 리시버측우회구
142 : 리시버측우회로
151 : 제1배플
152 : 제2배플
153 : 제3배플
154 : 제4배플
160A~D2 : 우회밸브
161 : 제1연통로
162 : 제2연통로
163 : 메인공간부
164 : 서브공간부
171 : 안내핀
172 : 밸브캡
172a : 밀폐링
172b : 스냅링
173 : 케이스
174 : 탄성부
175 : 커버부
175a : 밀폐판
176 : 왁스부
177 : 밸브판
177a : 고정링
178 : 메인스프링
179 : 서브스프링100: heat exchanger 110: tube
121: 1st header tank 122: 2nd header tank
130: inlet 140: outlet
131: Distribution port side bypass 132: Distribution port side bypass
141: Receiver side right circuit 142: Receiver side right circuit
151: 1st baffle 152: 2nd baffle
153: 3rd baffle 154: 4th baffle
160A~D2: Bypass valve
161: 1st communication path 162: 2nd communication path
163: main space part 164: sub space part
171: Guide pin 172: Valve cap
172a: sealing
173: Case 174: Elastic portion
175: cover
176: wax part
177:
178: main spring 179: sub spring
Claims (17)
상기 열교환기는, 상기 복수 개의 배플들에 의해 상기 코어영역에 순차적으로 배치되는 복수 개의 패스가 형성되고, 상기 한 쌍의 헤더탱크 중 일측 또는 양측에는 상기 복수 개의 패스 중 일부를 선택적으로 우회하는 상기 우회밸브가 연통되게 형성되며,
상기 우회밸브는, 냉매온도에 따라 개방 및 폐쇄가 이루어짐으로써 개방 시 냉매를 우회시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
A plurality of tubes are arranged in parallel to form a core area through which refrigerant flows; A pair of header tanks provided at both ends of the tubes; A plurality of baffles provided in the header tank; In the bypass valve used in a heat exchanger comprising,
The heat exchanger has a plurality of passes sequentially arranged in the core area by the plurality of baffles, and a bypass that selectively bypasses some of the plurality of passes on one or both sides of the pair of header tanks. The valve is formed to communicate,
The bypass valve is formed to bypass the refrigerant when opened by opening and closing depending on the refrigerant temperature.
온도에 따라 액상 또는 고상으로 상변화되는 왁스부를 포함하며,
상기 왁스부의 상변화에 따른 팽창 또는 수축에 따라 밸브 스트로크(valve stroke)가 발생하여 개폐가 이루어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 1, wherein the bypass valve is:
It includes a wax portion that changes phase into a liquid or solid phase depending on the temperature,
A bypass valve, characterized in that it is formed to open and close by generating a valve stroke according to expansion or contraction according to a phase change of the wax portion.
냉방모드 시 상기 열교환기가 응축기로서 동작함에 따라 냉매가 상대적으로 고온으로 형성되어 상기 왁스부가 액상이 됨으로써 부피가 팽창하면서 상기 우회밸브가 폐쇄되고,
난방모드 시 상기 열교환기가 증발기로서 동작함에 따라 냉매가 상대적으로 저온으로 형성되어 상기 왁스부가 고상이 됨으로써 부피가 수축하여 상기 우회밸브가 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 2, wherein the bypass valve is:
In the cooling mode, as the heat exchanger operates as a condenser, the refrigerant is formed at a relatively high temperature, and the wax part becomes liquid, expanding in volume and closing the bypass valve,
In the heating mode, as the heat exchanger operates as an evaporator, the refrigerant is formed at a relatively low temperature, and the wax part becomes solid, thereby shrinking in volume and opening the bypass valve.
냉방모드 시 상기 우회밸브가 폐쇄됨에 따라 냉매가 상기 열교환기의 설계대로의 패스 전체를 경유하고,
난방모드 시 상기 우회밸브가 개방됨에 따라 냉매 또는 추가냉매가 상기 열교환기의 패스 일부를 경유하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 3, wherein the bypass valve is:
In the cooling mode, as the bypass valve is closed, the refrigerant passes through the entire path of the heat exchanger as designed,
A bypass valve, characterized in that as the bypass valve is opened in the heating mode, refrigerant or additional refrigerant is formed to pass through a portion of the pass of the heat exchanger.
상기 왁스부가 최대부피가 되도록 팽창하여 밸브 스트로크가 100%에 도달하는 것을 밸브작동완료로 상정할 때,
밸브작동완료 시 상기 왁스부의 온도인 밸브작동완료온도가 냉방모드 시의 평균냉매온도에 상응하게 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 3, wherein the bypass valve is:
When it is assumed that the valve operation is completed when the wax part expands to the maximum volume and the valve stroke reaches 100%,
A bypass valve, characterized in that the valve operation completion temperature, which is the temperature of the wax portion when the valve operation is completed, is formed to correspond to the average refrigerant temperature in the cooling mode.
밸브작동완료 판단에 있어서, 밸브 스트로크가 100% 근방일 때,
냉매의 우회유량이 전체유량의 2.5% 이하가 되는 시점을 밸브작동완료시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 5, wherein the bypass valve is:
In determining valve operation completion, when the valve stroke is near 100%,
A bypass valve characterized in that the valve operation completion point is determined when the bypass flow rate of the refrigerant becomes less than 2.5% of the total flow rate.
상기 밸브작동완료온도가 외기평균온도에 따라 변동되는 부하에 의해 결정되는 냉매압력수준에서의 냉매포화온도보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 6, wherein the bypass valve,
A bypass valve, wherein the valve operation completion temperature is formed lower than the refrigerant saturation temperature at the refrigerant pressure level determined by the load that varies depending on the average temperature of the outside air.
상기 열교환기에 사용되는 냉매가 R1234yf인 경우,
상기 밸브작동완료온도가 봄가을 저부하 냉방조건에서 냉매압력수준의 최저한계인 10kg/cm2G일 때의 냉매포화온도보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 7, wherein the bypass valve is:
If the refrigerant used in the heat exchanger is R1234yf,
A bypass valve, characterized in that the valve operation completion temperature is lower than the refrigerant saturation temperature when the lowest limit of the refrigerant pressure level is 10 kg/cm2G under low-load cooling conditions in spring and fall.
상기 밸브작동완료온도가 40℃ 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 8, wherein the bypass valve is:
A bypass valve, characterized in that the valve operation completion temperature is formed at 40 ℃ or less.
상기 왁스부가 최소부피가 되도록 수축하여 밸브 스트로크가 0%에 도달하는 것을 밸브작동시작으로 상정할 때,
밸브작동시작 시 상기 왁스부의 온도인 밸브작동시작온도가 난방모드 시의 평균냉매온도에 상응하게 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 5, wherein the bypass valve is:
When assuming that the valve operation starts when the wax part shrinks to the minimum volume and the valve stroke reaches 0%,
A bypass valve, characterized in that the valve operation start temperature, which is the temperature of the wax portion when the valve operation starts, is formed to correspond to the average refrigerant temperature in the heating mode.
밸브작동시작 판단에 있어서, 밸브 스트로크가 0% 근방일 때,
밸브 스트로크가 0.1mm 이상이 되는 시점을 밸브작동시작시점으로 판단하는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 10, wherein the bypass valve is:
In determining valve operation start, when the valve stroke is near 0%,
A bypass valve characterized in that the valve operation start point is determined when the valve stroke becomes 0.1 mm or more.
상기 열교환기에 사용되는 냉매가 R1234yf인 경우,
상기 밸브작동시작온도가 20℃ 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 11, wherein the bypass valve is:
If the refrigerant used in the heat exchanger is R1234yf,
A bypass valve, characterized in that the valve operation start temperature is formed at 20°C or higher.
상기 열교환기와 연결되어 냉매가 유통되는 제1연통로,
상기 열교환기의 우회경로와 연결되어 냉매가 유통되는 제2연통로,
개방 및 폐쇄동작을 수행하는 밸브부가 수용되며, 상기 제1연통로와 연통되는 메인공간부,
상기 메인공간부와 연통되게 형성되되 상기 메인공간부보다 작은 단면적을 가지며, 상기 밸브부의 동작에 의하여 상기 메인공간부와의 연통이 개방 또는 폐쇄되며, 상기 제2연통로와 연통되는 서브공간부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 1, wherein the bypass valve is:
A first communication passage connected to the heat exchanger through which refrigerant flows,
A second communication path connected to the bypass path of the heat exchanger and through which refrigerant flows,
A main space portion that accommodates a valve portion that performs opening and closing operations and is in communication with the first communication passage,
A subspace portion formed to communicate with the main space portion and having a smaller cross-sectional area than the main space portion, the communication with the main space portion being opened or closed by the operation of the valve portion, and communicating with the second communication passage.
A bypass valve comprising a.
상기 메인공간부의 연장방향으로 연장되며 상기 메인공간부 내에 구비되는 안내핀,
상기 안내핀의 일측을 상기 메인공간부의 일측에 고정하는 밸브캡,
일단이 개방된 용기 형태로 형성되어 상기 안내핀이 수용되되 내측벽이 상기 안내핀의 외측면과 이격되게 형성되는 케이스,
상기 안내핀을 둘러싸도록 구비되는 탄성부,
상기 안내핀을 따라 이동가능하게 형성되며 상기 케이스의 개방단을 밀봉하는 커버부,
상기 탄성부 및 상기 케이스 사이의 공간에 채워져 온도에 따라 액상 또는 고상으로 상변화되는 상기 왁스부,
상기 케이스 타측에 구비되어 상기 메인공간부 및 상기 서브공간부의 연통을 개방 또는 폐쇄하는 밸브판
을 포함하는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 13, wherein the valve unit,
A guide pin extending in the extension direction of the main space and provided within the main space,
A valve cap that secures one side of the guide pin to one side of the main space,
A case formed in the form of a container with one end open to accommodate the guide pin, but the inner wall is formed to be spaced apart from the outer surface of the guide pin,
An elastic portion provided to surround the guide pin,
A cover portion that is movable along the guide pin and seals the open end of the case,
The wax portion filled in the space between the elastic portion and the case and changing phase into a liquid or solid phase depending on temperature,
A valve plate provided on the other side of the case to open or close communication between the main space and the sub space.
A bypass valve comprising a.
냉방모드 시 냉매가 상대적으로 고온으로 형성됨에 따라, 상기 왁스부가 액상으로 상변화하면서 부피가 증가하여 상기 탄성부를 압박하고, 상기 탄성부의 압박으로 상기 안내핀이 쥐어짜내지는 힘을 받음에 따라 상기 케이스가 이동하여, 상기 밸브판이 상기 메인공간부 및 상기 서브공간부의 연통을 폐쇄하도록 형성되고,
난방모드 시 냉매가 상대적으로 저온으로 형성됨에 따라, 상기 왁스부가 고상으로 상변화하면서 부피가 감소하여 상기 케이스가 원위치로 복원되어, 상기 밸브판이 상기 메인공간부 및 상기 서브공간부의 연통을 개방하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 14, wherein the valve unit,
As the refrigerant is formed at a relatively high temperature in the cooling mode, the wax part changes phase into a liquid state and increases in volume, pressing the elastic part, and the guide pin receives a squeezing force due to the pressure of the elastic part, thereby causing the case moves so that the valve plate closes communication between the main space and the sub-space,
As the refrigerant is formed at a relatively low temperature in the heating mode, the wax portion changes into a solid phase and its volume decreases, so that the case is restored to its original position, and the valve plate is formed to open the communication between the main space and the sub space. A bypass valve characterized by being
양단이 상기 밸브판 및 상기 케이스 일측에 각각 지지되어 상기 왁스부의 초과팽창을 흡수하는 메인스프링,
양단이 상기 밸브판 및 상기 서브공간부 타측에 각각 지지되어 상기 케이스의 원위치 복원을 보조하는 복원스프링
을 포함하는 것을 특징으로 하는 우회밸브.
The method of claim 14, wherein the valve unit,
A main spring, both ends of which are supported on one side of the valve plate and the case, to absorb excess expansion of the wax portion,
A restoration spring whose both ends are supported on the other side of the valve plate and the subspace portion to assist in restoring the case to its original position.
A bypass valve comprising a.
상기 케이스가 금속재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 우회밸브.The method of claim 14, wherein the valve unit,
A bypass valve, characterized in that the case is formed of a metal material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220114861A KR20240036271A (en) | 2022-09-13 | 2022-09-13 | Bypass valve for heat exchanger for considering heating and cooling performance |
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KR20240036271A true KR20240036271A (en) | 2024-03-20 |
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ID=90483423
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---|---|---|---|---|
KR102103951B1 (en) | 2012-07-06 | 2020-04-24 | 삼성전자주식회사 | Refrigerator |
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2022
- 2022-09-13 KR KR1020220114861A patent/KR20240036271A/en unknown
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