KR100778795B1 - 냉장 탱크유닛 및 이를 이용한 냉동 사이클 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 냉동 사이클 장치용 냉장 탱크유닛은 복수의 튜브(161)와 튜브의 길이방향 단부에 연결되는 한 쌍의 제1 및 제2탱크(164, 165)를 구비하는 냉장 열교환기(160), 적어도 상기 냉장 열교환기의 튜브와 연통하는 냉장재 탱크 및 상기 냉장재 탱크에 충전되는 냉장재를 포함한다. 상기 냉장재는 냉매에 의하여 냉장되거나, 증발기로부터 증발된 기상 냉매를 냉각하도록 방냉된다. 또한 상기 제2탱크(165)는 제1탱크(164)의 하단부보다 하측에 위치되는 하단부를 구비하고, 상기 제2탱크(165)는 냉장재의 냉장열에 의하여 응축된 소정의 액상 냉매를 저장할 수 있는 탱크용적을 갖는다. 상기 냉장 탱크유닛은 냉동 사이클 장치의 증발기(150)와 압축기(110) 사이에 위치될 수 있다.
냉동 사이클 장치, 냉장 탱크유닛, 튜브, 냉장재, 증발기, 응축기

Description

냉장 탱크유닛 및 이를 이용한 냉동 사이클 장치{COLD STORAGE TANK UNIT AND REFRIGERATION CYCLE APPARATUS USING THE SAME}
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동 사이클 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉장 탱크유닛을 나타낸 분해사시도.
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉장 열교환기의 순환파이프 및 하부 탱크를 나타낸 단면도.
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉동 사이클 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 냉동 사이클 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도6은 본 발명의 제4실시예에 따른 냉동 사이클 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도7은 본 발명의 제4실시예에 따른 냉장 탱크유닛을 나타낸 단면도.
도8은 본 발명의 제5실시예에 따른 냉장 열교환기의 핀을 나타낸 정면도.
도9는 본 발명의 제5실시예에 따른 냉장 열교환기의 순환파이프 및 하부 탱 크를 나타낸 단면도.
도10은 본 발명의 제5실시예의 변형에 따른 냉장 열교환기의 순환파이프 및 하부 탱크를 나타낸 단면도.
도11은 본 발명의 제6실시예에 따른 냉장 탱크유닛을 나타낸 분해사시도.
도12는 도11의 출구조인트에 가까운 부분을 나타낸 단면도.
도13은 도11의 하부 탱크의 일단부측을 나타낸 단면도.
도14는 본 발명의 제6실시예에서 냉장 모드 동안에 냉장 열교환기의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도15는 본 발명의 제6실시예에서 냉장 해제 모드 동안에 냉장 열교환기의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도16은 본 발명의 제7실시예에 따른 냉장 열교환기를 나타낸 사시도.
도17은 본 발명의 제7실시예에서 냉장 모드 동안에 냉장 열교환기의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도18은 본 발명의 제7실시예에서 냉장 해제 모드 동안에 냉장 열교환기의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도19는 본 발명의 제8실시예에 따른 냉장 열교환기를 나타낸 사시도.
도20은 본 발명의 제9실시예에 따른 냉장 열교환기를 나타낸 사시도.
도21은 본 발명의 제10실시예에 따른 냉동 사이클 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도22는 본 발명의 제10실시예에 따른 냉장 열교환기를 나타낸 사시도.
도23은 본 발명의 제10실시예에 따른 냉장 열교환기 및 냉장재 탱크를 나타낸 단면도.
도24는 본 발명의 제11실시예에 따른 냉동 사이클 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도25는 본 발명의 제12실시예에 따른 냉동 사이클 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램.
도26a 내지 도26c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉장 열교환기(냉장 캡슐)를 나타낸 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 냉동 사이클 장치 101a, 101b: 파이프
102: 냉매유로 103: 체크밸브
110: 압축기 120: 응축기
140: 팽창밸브 150: 증발기
160: 냉장 열교환기 170: 냉장재 탱크
180: 팩킹 190: 액상 냉매 순환펌프
200: 내부 열교환기 210: 바이패스유로
본 발명은 냉장 탱크유닛 및 이를 이용한 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.
냉동 사이클이 정지된 후에도 증발기에서 냉동 능력이 달성될 수 있는 차량용 공조기가, 예를 들어 일본특허공개 제2004-51077호 공보(미국특허 제6,701,731호에 대응함)에 제안되어 있다. 즉, 이러한 공조기에는 냉동 사이클의 증발기와 직렬로 배치되며 냉장재를 갖는 냉장 열교환기 및 상기 냉장 열교환기와 액상 냉매를 순환시키는 펌프수단이 일체로 이루어지는 탱크 유닛이 제공된다. 또한, 상기 액상 냉매를 저장하는 액상 냉매 탱크부가 탱크 유닛의 아래에 일체로 형성된다. 이에 대해서, 전술한 바와 같은 냉장 열교환기는 복수의 냉매튜브가 냉장재로 충전되는 컨테이너(예를 들면, 셀(shell))를 관통하도록 배치되는 열교환기나 또는 원통, 볼, 또는 캡슐 등과 같은 형상이며 냉장재로 충전되는 복수의 냉장컨테이너가 다발로 묶여져서 각 냉장컨테이너 사이의 공간이 냉매용 유로로 이용되는 열교환기로 이용된다.
차량의 엔진이 작동되는 경우, 상기 냉동 사이클의 압축기가 작동되어서 상기 냉장 열교환기의 냉장재는 팽창밸브에 의해 감압되는 저압 냉매에 의해 냉각되고, 이에 의하여 냉장된다. 반대로, 상기 차량의 엔진이 정지되어 상기 압축기가 정지되는 경우, 상기 액상 냉매 탱크부에 저장된 액상 냉매는 액상 냉매를 순환시키는 펌프수단에 의해 증발기로 도입되어, 상기 증발기에 의하여 증발된다. 또한, 상기 증발된 기상 냉매는 냉장 열교환기로 도입되며 상기 냉장재의 냉기(방냉(cold release))에 의해 냉각응축되어 상기 액상 냉매 탱크부에 저장된다. 이러한 사이클은 차량의 엔진이 정지되는 동안에 공조를 지속하기 위하여 반복된다.
그러나, 전술한 냉장 열교환기는 냉장재로 충전되는 냉장컨테이너 또는 셀이 냉매에 노출되어서 상기 냉매의 압력을 받는 구조를 갖는다. 따라서, 상기 셀 또는 냉장컨테이너는 냉매의 압력을 견디도록 형성될 필요가 있으므로 상기 컨테이너의 두께를 증가시켜서 강도를 확보한다. 따라서, 이는 소형화를 이루는데 방해되며, 고강도 재료가 선택될 필요가 있으므로 재료의 비용을 증가시키는 원인이 된다.
일본특허공개 제2002-274165호 공보(미국특허 제6,854,286호, 미국특허 제6,691,527호, 미국특허 제6,568,205호에 대응함)에 제안된 냉매 사이클을 갖는 차량 공조기에는 차량실로 송풍되는 공기를 냉각하는 제1증발기 및 냉각재가 제공된 제2증발기가 제공된다. 이와 같은 경우, 상기 차량 엔진이 작동되는 경우에, 상기 제1증발기는 차량실로 송풍되는 공기를 냉각하고, 상기 냉장재는 제2증발기에서 동결된다. 또한, 최대 냉각 모드(저냉(cold down) 모드)에서, 상기 제1 및 제2증발기 모두를 이용하여 차량실로 송풍되는 공기를 냉각한다. 반대로, 상기 냉매의 압축기가 차량 엔진의 정지에 의해 정지되는 경우, 상기 차량실로 송풍되는 공기는 제2증발기에서 냉장재의 방냉에 의해 냉각된다.
그러나, 상기 제1 및 제2증발기 모두는 차량실에 위치되는 공기가이드 케이스에 배치되기 때문에, 상기 공기가이드 케이스는 상기 제1 및 제2증발기 모두로 인해 크게 이루어진다. 따라서, 상기 제1 및 제2증발기의 크기가 작게 이루어지는 경우, 상기 제1 및 제2증발기의 냉각 능력은 저하된다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 냉장 및 방냉에 대해 소정의 열전달 성능을 달성하여 크기 및 비용을 감소시킬 수 있는 냉장 탱크유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 냉장 탱크유닛을 이용한 냉동 사이클 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 차량실에 위치되는 하나의 증발기를 가지며, 압축기가 정지하는 경우에도 냉각 작동을 계속적으로 수행할 수 있는 냉동 사이클 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 냉동 사이클 장치에서 감압된 후 저압측에서 증발기와 직렬로 배치되는 냉장 탱크유닛은 냉매가 흐르는 튜브 길이방향으로 연장하는 복수의 튜브 및 상기 튜브와 연통하도록 튜브 길이방향으로의 두 단부측에서 상기 튜브의 길이방향 단부에 연결되는 제1 및 제2탱크를 포함하는 냉장 열교환기; 적어도 상기 냉장 열교환기의 튜브를 수용하는 냉장재 탱크; 및 상기 냉장재 탱크에 실링되는 냉장재를 포함한다. 상기 냉장재는 상기 냉매에 의하여 냉장되거나 상기 증발기에서 증발된 기상 냉매를 냉각하도록 방냉된다. 이러한 냉장 탱크유닛에 서, 상기 제2탱크는 상기 제1탱크의 하단부보다 하측에 위치되는 하단부를 구비하고, 상기 냉장재의 냉장열에 의하여 응축되는 소정의 액상 냉매를 저장할 수 있는 탱크용적을 갖는다.
따라서, 냉장재 및 냉매를 적절히 선택함으로써, 냉장재로부터의 방냉에 의하여 냉매는 확실하게 냉각 및 응축될 수 있고, 응축된 냉매는 제2탱크의 하단부에 저장될 수 있다. 또한 튜브의 개수와 길이 및 냉장재의 실링량을 적절히 설정함으로써, 냉장 탱크유닛은 냉장 및 방냉에 대한 요구되는 열전달 성능을 획득할 수 있다. 또한 냉장 열교환기의 튜브에서 냉매가 흐르고, 냉장재로 실링된 냉장재 탱크에 대기압이 가해지기 때문에, 상기 냉장재 탱크의 두께는 얇게 되거나, 저강도 재료가 냉장재 탱크용으로 이용될 수 있다. 또한 상기 냉장재 탱크는 어떠한 적절한 형태로 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 냉장 열교환기는 상기 제1탱크의 내부 공간을 제1공간과 제2공간으로 구획하는 제1구획 부재, 상기 제1공간으로 냉매가 유입되도록 상기 제1공간과 연통하는 유입부 및 상기 냉매가 유출되도록 상기 제2공간과 연통하는 유출부를 포함한다. 또한 상기 제1구획부재는 상기 제1공간과 제2공간이 서로 연통하는 소정의 개방 영역을 갖는 개방부를 제공할 수 있다. 또는 상기 복수의 튜브는 상기 제1탱크의 제2공간과 연통하는 하나의 튜브를 포함한다. 이 경우 상기 하나의 튜브는 대략 상기 증발기에 연결되는 냉매파이프에 대응하는 유로 단면적을 갖는다. 또한 상기 하나의 튜브는 상기 제2탱크로 연장할 수 있고, 상기 제2탱크의 하단부에 가까운 위치에서 상기 제2탱크의 내측과 연통할 수 있다.
상기 냉장 열교환기는 상기 제2탱크의 내부 공간을 상기 하나의 튜브 이외의 튜브와 연통하는 제1공간과 상기 하나의 튜브와 연통하는 제2공간으로 구획하는 제2구획 부재를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 제2구획부재는 저부측에 개방부를 구비할 수 있고, 상기 하나의 튜브는 상기 제2탱크의 하단부에 인접하는 부분으로 연장할 수 있다.
예를 들면, 상기 냉장재 탱크는 상기 제1탱크의 일측에서 개방된 일단 개방 컨테이너이다. 이 경우 상기 모든 냉장 열교환기는 상기 일단 개방 컨테이너에 거의 수용될 수 있고, 상기 냉장 열교환기는 상기 제1탱크의 외주면이 냉장재 탱크의 내주면에 기밀하게 연결되는 실링부재를 포함할 수 있다. 또는 상기 냉장재 탱크는 상기 냉장 열교환기를 전부 둘러싸는 컨테이너이고, 상기 유입부에 대응하는 위치에 입구부 및 상기 유출구에 대응하는 위치에 출구부를 구비한다. 이 경우 상기 냉장 탱크유닛은 상기 냉장 열교환기의 유입부와 상기 냉장재 탱크의 입구부 사이에 개재되고, 상기 냉장 열교환기의 유출부와 상기 냉장재 탱크의 출구부 사이에 개재되는 실링부재를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 냉장 열교환기는 상기 튜브와 열적으로 접촉하게 위치되는 복수의 핀을 포함할 수 있다.
상기 냉장 탱크유닛은 상기 제2탱크가 외부와 연통하는 제1연결부 및 상기 외부로부터 상기 제2탱크로 연장하는 제2연결부를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 튜브는 상기 제1탱크의 제1공간과 연통하는 제1튜브 그룹과 상기 제1탱크의 제2공간과 연통하는 제2튜브 그룹으로 구성된다. 또한 상기 제2연결부는 제2튜브 그룹과 연통될 수 있으며, 상기 제2탱크로부터 상기 제2튜브 그룹으로 냉매가 흐르도록 상기 제2탱크에 체크밸브가 위치될 수 있다.
상기 제2탱크는 상기 제1탱크와 대략 동일한 사양을 갖는 상부 탱크부 및 상기 상부 탱크부와 직접 연통하도록 상기 제2탱크에서 상기 상부 탱크부의 하부측에 위치하는 하부 탱크부를 제공할 수 있다. 또한 상기 제2탱크 내의 하부 탱크부는 대략 원통형으로 이루어질 수 있다.
또한 상기 냉장 탱크유닛은 냉동 사이클 장치의 증발기와 압축기 사이에 배치되어 상기 증발기로부터의 냉매가 냉장 열교환기로 흐르도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 차량용 냉동 사이클 장치는 냉매를 압축하기 위한 압축기, 상기 압축기로부터의 냉매를 냉각 및 응축하기 위한 응축기, 상기 응축기로부터의 냉매를 감압하기 위한 감압유닛, 공기가 차량실로 흐르는 공기 유로를 형성하도록 공조케이스에 위치되고 상기 감압유닛으로부터의 냉매를 증발시키기 위한 증발기, 및 상기 증발기와 압축기 사이에 위치되고, 상기 냉매가 흐르는 냉매유로를 구비하는 냉장 열교환기를 포함한다. 상기 냉동 사이클 장치에서. 상기 냉장 열교환기는 상기 공조 케이스의 외측에 배치되고, 상기 냉장 재료는 압축기가 동작할 경우 상기 냉장 열교환기의 냉매유로를 통해 흐르는 냉매에 의하여 냉장하며, 상기 압축기가 동작중지될 경우 냉매를 방냉한다.
따라서, 냉매가 압축기의 동작에 의하여 순환될 경우, 냉매는 공기를 냉각하도록 증발기에서 공기로부터 흡열하고, 냉장재는 증발기로부터 흐르는 저온 냉매에 의하여 냉장한다. 이에 대하여, 압축기가 동작중지할 경우, 공기로부터의 흡열에 의하여 증발기에서 증발된 냉매는 냉장 열교환기의 냉장재로부터의 방냉에 의하여 냉각되고 응축된다. 따라서 압축기가 동작중지되고 냉장재에 냉장된 냉기는 유지되 는 경우라도, 냉매는 응축기와 증발기 간의 잔여 압력에 의하여 냉매는 증발기로 연속하여 흐를 수 있고, 증발기에 의하여 공기는 계속해서 냉각될 수 있다. 이와 관련하여 상기한 냉장 탱크유닛과 같이 냉장 및 방냉에 대한 전열성능은 튜브의 개수와 길이 및 냉장재 탱크에 충전된 냉장재의 양을 설정함으로써 확보될 수 있다.
예를 들면, 상기 냉장 재료가 방냉할 때 응축된 액상 냉매를 저장하기 위한 탱크는 상기 냉장 열교환기와 압축기 사이에 위치될 수 있다. 또한 상기 탱크는 적어도 상기 냉장 열교환기의 하부측에 제공될 수 있다. 또는 상기 냉장 열교환기는 그 냉장 열교환기에 의하여 상기 탱크에 상부공간과 하부공간을 형성하도록 상기 탱크 내에 위치될 수 있다. 이 경우 상기 냉동 사이클 장치는 상기 압축기에 연결되는 파이프를 포함한다. 여기에서 상기 파이프는 상기 탱크에 연결되며, 상기 탱크의 상부공간으로 개방되는 개방부를 구비한다. 또한 상기 파이프는 액상 냉매를 유입하기 위하여 상기 탱크의 하부공간으로 개방되는 액상 냉매 유입부를 구비할 수 있거나, 상기 냉장 열교환기 및 상기 탱크는 일체로 이루어질 수 있다.
상기 냉동 사이클 장치에서, 내부 열교환기는 상기 냉장 열교환기와 압축기 간의 냉매 및 상기 응축기 및 감압유닛 간의 냉매 사이를 열교환하도록 위치되거나, 상기 탱크와 압축기 간의 냉매 및 상기 응축기 및 감압유닛 간의 냉매 사이를 열교환하도록 위치될 수 있다. 예를 들면, 상기 내부 열교환기는 이중형 파이프로 이루어질 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
(제1실시예)
본 발명의 제1실시예에 따른 냉동 사이클 장치(100)는 차량이 주행 상태로부터 엔진이 아이들링(idling)되는 정지 상태, 예를 들어 차량이 교통신호등에서 기다리는 경우의 정지 상태로 변경되는 경우에 상기 엔진이 정지되는 소위 아이들링 정지 차량에 일반적으로 적용된다. 상기 냉동 사이클 장치(100)의 기본적 구성을 도1 내지 도3을 이용하여 설명한다. 여기에서, 도1은 냉동 사이클 장치(100)의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 도2는 냉장 탱크유닛(160A)을 나타낸 분해사시도이다. 도3은 냉장 열교환기(160)의 순환파이프(162) 및 하부 탱크(165)를 나타낸 단면도이다.
상기 냉동 사이클 장치(100)는 냉기와 열을 공조에 이용하기 위하여 저온측에서 고온측으로 열을 전달한다. 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 냉동 사이클 장치(100)는 통상의 압축기(110), 응축기(120)(방열기), 액체수용탱크(130), 온도형 팽창밸브(140)(열팽창밸브), 및 증발기(150)가 링 형태로 파이프(101)에 의해 직렬로 연결되는 사이클 및 상기 사이클에 부가되는 냉장 탱크유닛(160A)으로 이루어진다.
상기 압축기(110)는 차량 엔진(미도시)의 구동원에 의해 작동되어 냉동 사이클 장치(100)에서 냉매(예를 들면, HFC134a)를 고온고압 상태로 압축해서 상기 냉매를 배출하는 유체기계이다. 상기 응축기(120)는 압축기(110)의 냉매 배출측에 배치되며 고온고압 상태로 압축된 냉매를 냉각해서 상기 냉매를 응축하고 액화시키는 열교환기이다. 상기 액체수용탱크(130)는 응축기(120)에 의해 응축된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리해서 상기 액상 냉매를 유출하는 수용부이다.
상기 온도형 팽창밸브(감압 유닛에 대응하며, 이하 "팽창밸브"로 나타냄)(140)는 액체수용탱크(130)에 의해 분리된 액상 냉매를 감압해서 상기 액상 냉매를 등엔탈피 방법으로 팽창시키며, 상기 증발기(150)의 냉매 유출측에 배치되는 밸브부(141)와 온도 센싱부(142)를 포함한다. 즉, 상기 온도 센싱부(142)는 증발기(150)와 냉장 탱크유닛(160A) 사이에 위치된다. 상기 팽창밸브(140)에서, 상기 밸브부(141)의 스로틀 개방은 증발기(150)에서 유출되는 냉매의 과열도가 소정값(예를 들면, 5℃에서 10℃)으로 되도록 상기 온도 센싱부(142)에 의해 센싱되는 냉매 온도에 따라 제어된다.
상기 증발기(150)는 흡열작용을 발현하여 팽창밸브(140)에 의해 감압된 냉매를 증발시키고, 상기 공조케이스(151)에 배치되며 상기 공조케이스(151)로 공급된 공조 공기를 냉각(공조 공기로부터 흡열)하는 열교환기이다. 또한, 상기 공조 공기 송풍용 송풍기(미도시), 상기 공조 공기 가열용 열교환기(미도시), 및 냉각 공기와 가열 공기 사이의 혼합비를 조정하는 공기혼합 도어기구(미도시)는 공조케이스(151)에 배치되며 내부 유닛(150A)을 형성한다. 이러한 내부 유닛(150A)은 차량실의 계기패널에 배치된다.
상기 냉장 탱크유닛(160A)은 증발기(150)와 직렬로 이루어지도록 상기 증발기(150)와 압축기(110) 사이에 위치된다. 도2 및 도3에 나타낸 바와 같은 냉장 탱크유닛(160A)에서, 냉장재 탱크(170)는 그 내부에 냉장재가 충전되며 냉장 열교환 기가 배치되고, 상기 냉장 열교환기(160)와 냉장재 탱크(170) 사이에 위치되는 실링부재로서의 팩킹(180)을 갖는다.
상기 냉장 열교환기(160)는 증발기(150)에서 유출되는 냉매가 도입되게 하는 열교환기이며, 상기 냉장재 탱크(170)에서 냉매와 냉장재 사이에서 열을 교환한다. 구체적으로, 상기 냉장 열교환기(160)는 다중흐름형(multi-flow type) 열교환기이며, 일렬로 적층되는(배치되는) 복수의 냉매튜브(161)의 길이방향으로 양 단부에 연결되는 한 쌍의 탱크(164, 165)로 형성된다. 상기 냉매튜브(161)는 길이방향이 대략 수직방향이 되도록 형성된다. 또한, 상기 한 쌍의 탱크(164, 165)는 길이방향이 대략 수평방향이 되도록 형성된다. 상기 한 쌍의 탱크(164, 165)는 상부 위치와 하부 위치에 각각 배치되는 상부 탱크(164)와 하부 탱크(165)로 이루어진다.
여기에서, 상기 냉장 열교환기(160)를 형성하는 각부(이에 대해서는 상세하게 후술함)는 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 이루어지며, 서로 인접한 부분에 놓여지는 브레이징 재료에 의해 일체로 브레이징된다.
상기 냉매튜브(161)는 압출가공에 의해 형성되며, 길이방향에 수직한 편평한 단면으로 형성되고, 상기 편평한 단면 형상의 장측(long side)을 연결하는 복수의 격벽에 의해 복수의 부분으로 구획된 내부 유로를 갖는다. 복수의 냉매튜브(161)는 도2에서 좌우방향에 배치된다(적층된다). 상기 냉매튜브(161)보다 더 얇은 스트립(strip)으로부터 롤링가공에 의해 물결 형상으로 형성되며 평면부에 복수의 루버(louver)가 형성된 코러게이션 핀(corrugation fin)(163)은 냉매튜브(161) 사이에 위치된다(브레이징에 의해 냉매튜브에 열적으로 접합된다). 열교환기부는 냉매 튜브(161)와 핀(163)으로 이루어진다.
상기 상부 탱크(164)와 하부 탱크(165)의 각각은 편평한 플레이트를 구부리거나 또는 접합해서 형성되는 가느다란 직사각형 컨테이너이다. 상기 탱크(164, 165)에서, 튜브홀은 냉매튜브(161)에 대응하는 위치에 형성되며, 각 냉매튜브(161)의 길이방향으로의 양 단부는 상기 튜브홀에 삽입되어 상기 탱크(164, 165)에 접합되고, 이에 의하여 양 탱크(164, 165)는 각 냉매튜브(161)와 연통된다.
상기 냉매튜브(161)가 적층되는 방향에서 외측부(도2의 우측)에 순환파이프(162)가 배치되며, 상기 순환파이프(162)는 상부 탱크(164) 및 하부 탱크(165)와 연통된다. 상기 순환파이프(162)는 원통형의 큰 파이프이며, 상기 순환파이프 유로의 단면적은 냉동 사이클 장치(100)의 파이프(101) 중 증발기(150)와 압축기(110) 사이에 연결되는 파이프(후술할 유입파이프(101a)와 유출파이프(101b))의 단면적에 대응한다.
도3에 나타낸 바와 같이, 상기 순환파이프(162)의 하부 단부는 하부 탱크(165)의 하면에 가깝게 연장되며, 상기 순환파이프(162)는 하부 탱크(165)의 하부 단부와 가까운 부분에서 하부 탱크(165)와 연통한다. 상기 순환파이프(162)는 하부 탱크(165)의 하면에 가깝게 연장되는 복수의 냉매튜브(161)로 대체될 수 있다.
상기 상부 탱크(164)에서, 구획부로서의 분리기(164a)는 복수의 냉매튜브(161)와 순환파이프(162) 사이의 위치에 고정된다. 상기 상부 탱크(164)의 내측은 냉매튜브(161)측의 제1공간(164c)과 순환파이프(162)측의 제2공간(164d)으로 구 획된다. 소정의 개구 면적을 갖는 원형 개방부(164b)는 분리기(164a)의 중앙부에 형성되며, 상기 제1공간(164c)으로 유입되는 냉매(기상 냉매) 중 적어도 일부의 소정 양은 제2공간(164c)으로 직접 유입될 수 있다.
상기 제1공간(164c)과 연통하는 입구조인트(166a)(유입부)는 상부 탱크(164)의 길이방향에서 일단부에 연결된다. 상기 제2공간(164d)과 연통하는 출구조인트(166b)(유출부)는 상부 탱크(164)의 길이방향에서 타단부에 연결된다.
상기 냉매를 모아서 저장하는 기능을 갖는 하부 탱크(165)를 제공하기 위하여, 상기 하부 탱크(165)는 수직방향으로 더 큰 크기이며 상부 탱크(164)보다 더 큰 내부 용적을 갖도록 이루어진다. 후술할 바와 같이, 상기 냉장 열교환기(160)로 유입되는 과열된 가스냉매가 냉장재에 의해 냉각되는 경우, 상기 가스냉매는 응축되어 액상 냉매로 된다. 이러한 내부 용적은 소정 양의 액상 냉매를 저장하기에 충분할 만큼 크게 이루어진다.
상기 하부 탱크(165)의 용적은 압축기(110)가 정지되는 동안에 소정 시간 동안 냉방을 제공하도록 셋팅된다. 예를 들어, 상기 용적은 압축기(110)가 정지되는 동안에 짧은 시간 동안 비교적 약한 냉방을 제공하도록 셋팅된다. 예를 들어, 상기 아이들링 정지 차량에서, 상기 용적은 아이들링이 정지하는 동안에 점유자(차량 탑승자)의 쾌적성의 저하를 방지할 수 있거나 점유자(승객)가 냉방의 지속을 느낄 수 있는 수준의 비교적 약한 냉방을 계속 지속할 수 있는 용적으로 셋팅될 수 있거나 또는 상기 용적보다 더 큰 용적으로 셋팅될 수 있다. 따라서, 이러한 용적은 냉장 탱크유닛이 적용되는 냉동 사이클 장치의 이용에 따라 셋팅된다. 이러한 하부 탱 크(165)의 용적은 냉장재의 냉장 용적에 따른 냉장재에 의해 액화되는 냉매 양을 저장하도록 셋팅되는 경우이다. 이러한 하부 탱크(165)의 용적은 압축기(110)가 작동되는 동안에 냉매가 흐르는데 필요한 용적보다 더 크게 셋팅되는 경우이다.
상기 하부 탱크(165)는 전술한 용적의 셋팅으로 길이방향에서 측벽의 면적이 크게 이루어지고, 이에 따라 냉매의 내부 압력에 의해 쉽게 변형된다. 따라서, 길이방향의 측벽에 대향되는 결합용 보강 플레이트(165a)가 수평방향으로 배치된다. 여기에서, 상기 보강 플레이트(165a)에 수직방향으로 관통하는 복수의 홀이 형성될 수 있다. 또한, 전술한 분리기(164a)와 유사한 개방부를 갖는 복수의 보강 플레이트(165a) 각각은 하부 탱크(165)에 길이방향으로 배치될 수 있다.
상기 냉장재 탱크(170)가 차량에 장착되게 하며 일체로 형성되는 장착브라켓(171)을 갖는 냉장재 탱크(170)는 편평한 반 컨테이너이고, 상기 냉장재 탱크(170)는 얇은 수지재로 인젝션 몰딩에 의해 형성된다. 상기 컨테이너는 전체의 냉장 열교환기(160)를 포함할 만큼 충분히 크다. 상기 냉장재 탱크(170)는 개방부로부터 내부로 소정 양의 냉장재(예를 들면, 파라핀(paraffin), 얼음 등)가 충전되며, 상기 냉장재 탱크(170)의 내부에 냉장 열교환기(160)가 배치된다.
실링부로서의 링 형상의 팩킹(180)은 상부 탱크(164)의 측벽면(외주연면)과 냉장재 탱크(170)의 개방측의 내벽면(내주연면) 사이에 위치되어 상기 냉장재 탱크(170)에서 냉장재가 누출되는 것을 방지한다. 이러한 방법에서, 상기 냉장재가 냉장재 탱크(170)에서 냉장 열교환기(160)의 냉매튜브(161) 및 핀(163)과 접촉하도록 냉장 탱크유닛(160A)이 형성되어서, 주로 열전도에 의해 상기 냉장재 및 냉매튜 브(161)와 핀(163) 사이에서 열이 이동(출입)되도록 한다.
상기 증발기(150)의 냉매 유출측으로부터 연장되는 유입파이프(101a)는 냉장 탱크유닛(160A)의 입구조인트(166a)에 연결되며, 상기 압축기(110)의 흡입측에 연결되는 유출파이프(101b)는 냉장 탱크유닛(160A)의 출구조인트(166b)에 연결된다.
이하, 전술한 구성에 기초한 냉동 사이클 장치(100)의 작동 및 효과를 설명한다.
1. 냉장 모드
상기 차량이 주행되는 경우, 상기 엔진에 의해 압축기(110)가 구동되어 냉동 사이클 장치(100)가 작동되다. 상기 압축기(110)에 의해 압축되어 배출되는 냉매는 응축기(120)에 의해 응축 및 액화되어서 상기 액체수용탱크(130)를 통과하며 상기 팽창밸브(140)에 의해 감압된다. 이때, 상기 냉매는 증발기(150)에서 공조 공기로부터 열을 흡수하여 증발시키고, 이에 의하여 상기 공조 공기를 냉각한다(공조를 수행한다).
상기 증발기(150)에서 유출되는 냉매는 유입파이프(101a)를 통과하여 냉장 탱크유닛(160A)으로 유입된다. 구체적으로, 상기 냉매는 냉장 열교환기(160)의 입구조인트(166a), 상부 탱크(164)의 제1공간(164c), 및 냉매튜브(161)를 통과한다. 상기 냉장재의 융해점보다 낮은 온도를 갖는 냉매에 의해 상기 냉장재는 액상에서 고상으로 변화되어서 응고 잠열을 저장한다. 즉, 상기 냉매는 냉장재 탱크(170)에서 냉장재를 냉각해서 냉장한다.
상기 증발기(150)와 냉장 열교환기(160)(냉매튜브(161))에서 공조 공기 및 냉장재로부터 열을 흡수한 냉매는 과열된 가스냉매로 되어 상기 하부 탱크(165)로 유입되며 상기 순환파이프(162), 상부 탱크(164)의 제2공간(164d), 출구조인트(166b), 및 유출파이프(101b)를 통과해서 상기 압축기(110)로 되돌아간다. 여기에서, 상기 차량실의 열부하 및 상기 냉장재의 냉각 열부하는 냉동 사이클 장치(100)의 총 냉각 부하로 된다. 상기 냉장재에 의해 냉장이 완료되는 경우, 상기 냉장 탱크유닛(160A)에서 냉매와 냉장재 사이의 열전달은 정지된다.
2. 방냉(냉기 해제) 모드
상기 차량이 정지되어 엔진이 정지되는 경우, 상기 압축기(110)도 정지된다. 이때, 상기 냉동 사이클 장치(100)에서, 상기 냉매는 고압측인 응축기(120)와 액체수용탱크(130)로부터 저압측인 증발기(150)와 냉장 탱크유닛(160A)으로 남은 압력(잔압)에 의해 팽창밸브(140)를 통해서 흐른다.
상기 증발기(150)로 유입되는 냉매는 공조 공기와 열을 교환해서 공조 공기를 냉각하고, 이에 의하여 상기 냉장재의 융해점보다 높은 온도를 갖는 과열된 가스냉매로 된다. 상기 과열된 가스냉매는 유입파이프(101a)로부터 냉장 탱크유닛(160A)으로 유입되어 상기 냉장재에 융해 잠열을 주어서 냉각된다. 다시 말해서, 상기 과열된 가스냉매는 냉장재에 저장된 냉기에 의해 냉각되고, 이에 의하여 응축 액화되어서 중력에 의해 상기 하부 탱크(165)에 액상 냉매로 저장된다.
즉, 상기 증발기(150)로부터 과열된 가스냉매는 응축되며 상기 냉장 열교환기(160)의 냉매튜브(161)에 의해 체적이 감소되어 상기 하부 탱크(165)에 액상 냉매로 저장되어서 상기 냉매의 압력이 저압으로 유지된다. 따라서, 상기 압축 기(110)가 정지되는 경우에도, 상기 냉장재에서 냉장이 유지되는 동안에 상기 냉매는 응축기(120)와 증발기(150) 사이의 잔압에 의해 증발기(150)로 계속 유입될 수 있으며, 상기 증발기(150)에 의해 공조 공기를 계속 냉각할 수 있다. 이 경우, 전술한 냉장 탱크유닛(160A)으로서 냉장 및 방냉에 대한 열전달 성능은 냉매튜브(161)의 개수와 길이의 셋팅 및 상기 냉장재 탱크(170)에 충전되는 냉장재의 양에 의해 확보된다.
본 실시예에서, 상기 냉장재 탱크(170)는 냉매가 흐르는 냉장 열교환기(160)의 외측에 배치되고, 상기 냉장재 탱크(170)는 냉장재로 충전된다. 따라서, 상기 냉매의 압력은 냉장 열교환기(160)의 내측에 가해질 수 있어서, 상기 냉장재 탱크(170)에는 냉매의 압력이 가해지지 않고 대기압만 가해질 수 있다. 그러므로, 상기 냉장재 탱크(170)는 얇은 플레이트로 이루어질 수 있거나 또는 낮은 강도의 재료를 이용할 수 있고, 이에 따라 상기 냉장재 탱크(170)의 크기 및 비용을 감소시킬 수 있다. 상기 냉장재 탱크(170)는 내압성을 가질 필요가 없으며, 이에 따라 구 또는 원통 형상 대신에 본 실시예와 같은 넓은 평면을 갖는 편평한 직사각형 형상으로 형성될 수 있고, 이로 인하여 상기 냉장재 탱크(170)가 차량의 엔진룸에 장착될 수 있는 용이성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 냉장 열교환기(160)의 한 쌍의 탱크(164, 165)는 상부 탱크(164) 및 하부 탱크(165)로 형성되며, 상기 냉장재에 의해 응축되는 액상 냉매는 중력에 의해 하부 탱크로 하류된다. 따라서, 이로 인하여 상기 액상 냉매가 냉장 열교환기(160)의 냉매튜브(161)에 정체되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 냉장 열교환 기(160)의 냉매와 상기 냉장재 탱크(170)의 냉장재 사이에서 열을 고효율로 교환할 수 있다. 즉, 상기 응축된 액상 냉매는 냉매튜브(161)의 내벽면에 얇은 필름처럼 잔류되지 않으며, 이에 의해 열이 냉장재에 전달되는 냉장튜브(161)의 열전달 면을 충분히 확보하여 상기 냉장 열교환기(160)의 냉매와 냉장재 탱크(170)의 냉장재 사이에서 열을 고효율로 교환할 수 있게 된다.
또한, 상기 상부 탱크(164)는 제1공간(164c)과 제2공간(164d)로 구획되고, 상기 제1공간(164c)과 제2공간(164d)에는 입구조인트(166a)와 출구조인트(166b)가 각각 제공되며, 상기 파이프(101a, 101b)는 상부 탱크(164)측에 함께 위치될 수 있어서 상기 파이프(101a, 101b)가 배치될 수 있는 용이성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 상부 탱크(164)에 배치되는 분리기(164a)는 개방부(164b)를 갖고, 상기 입구조인트(166a)로부터 유입되는 냉매의 일부는 상기 개방부(164b)를 통해 출구조인트(166b)에서 직접 유출되게 이루어질 수 있다. 즉, 상기 차량이 전술한 방냉 모드 후에 주행 상태로 되는 경우, 상기 엔진은 구동되며 압축기(110)도 작동된다. 상기 압축기(110)는 방냉 모드에서 냉장재에 의해 하부 탱크(165)에 응축된 액상 냉매를 주로 흡수하고, 이에 따라 상기 액상 냉매를 압축한다. 그러나, 상기 증발기(150)에 의해 증발된 과열 가스냉매의 일부는 입구조인트(166a)와 개방부(164b)를 통과할 수 있고, 상기 출구조인트(166b)로 유입되게 이루어질 수 있으며, 상기 압축기(110)에 의해 흡수될 수 있다. 이 경우, 상기 액상 냉매의 압축도는 감소될 수 있다.
또한, 상기 하부 탱크(165)는 냉매튜브(161) 대신에 순환파이프(162)에 의해 상부 탱크(164)의 제2공간(164d)과 연통되게 이루어질 수 있다. 따라서, 이로 인하여 상기 하부 탱크(165)로부터 제2공간(164d)으로의 냉매 흐름의 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 순환파이프(162)는 하부 탱크(165)의 하부 단부에 가까운 위치에서 하부 탱크(165)와 연통한다. 따라서, 상기 냉매가 냉장 열교환기(160)를 통해 흐르는 경우, 상기 하부 탱크(165)로 유입되는 액상 냉매와 과열된 가스냉매 중 상기 액상 냉매는 우선적으로 순환파이프(162)와 제2공간(164d)을 통해 흘러 출구조인트(166b)에서 유출되게 이루어질 수 있고, 이에 의해 상기 액상 냉매가 하부 탱크(165)에 저장되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 냉장 모드에서 냉매가 압축기(110)에 의해 냉동 사이클에서 순환되는 경우, 상기 냉매는 하부 탱크(165)에 저장되는 것이 방지되어 방냉 모드를 준비한다. 상기 방냉 모드에서 압축기(110)가 정지되는 경우, 상기 증발기(150)에서 유출되는 과열된 가스냉매는 냉장재에 의해 응축되어 상기 하부 탱크(165)에 저장될 수 있다.
또한, 상기 냉장재 탱크(170)는 반 컨테이너로 이루어지고, 그 내부에 배치되는 냉장 열교환기(160)와 냉장재를 가지며, 그리고 상기 냉장재 탱크(170)와 냉장 열교환기(160)는 팩킹(180)에 의해 실링된다. 따라서, 이러한 간단한 구조에 의해 상기 냉장재가 냉장재 탱크(170)로부터 누출되는 것이 방지될 수 있다. 다시 말해서, 상기 냉장재를 주기적으로 재충전할 필요를 없앨 수 있다.
또한,상기 핀은 복수의 냉매튜브(161) 사이에 위치되며 상기 복수의 냉매튜브(161)에 브레이징된다. 따라서, 이에 의해 상기 냉장재의 열전달 면적은 증가될 수 있고, 상기 냉매와 냉장재 사이의 열교환 성능은 향상될 수 있다.
상기 응축기(120)와 관련해서, 상기 냉매가 과냉각 범위로 냉각되는 응축기(120)(소위, 서브쿨 응축기)에서 상기 액체수용탱크는 모듈레이터 탱크로서 일체로 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 상기 액체수용탱크(130)는 생략될 수 있다.
또한, 본 실시예의 냉동 사이클 장치(100)에서, 상기 고압측의 냉매의 양이 많은 만큼, 긴 방냉 시간이 확보될 수 있다. 따라서, 상기 압축기(110)가 정지될 수 있는 동안의 시간이 소정 시간보다 길게 지속될 필요가 있는 경우, 상기 액체수용탱크(130)를 추가로 배치하거나 또는 상기 액체수용탱크(130)의 용적이나 고압파이프의 직경을 확대하는 것이 바람직할 수도 있다.
(제2실시예)
도4에 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것이다. 상기 제1실시예와 비교해서 제2실시예는 냉동 사이클 장치(100A)에 내부 열교환기(200)를 추가한 것이다.
상기 내부 열교환기(200)는 응축기(120)와 팽창밸브(140)(구체적으로, 액체수용탱크(130)와 팽창밸브(140)) 사이의 고압측 냉매와 상기 냉장 탱크유닛(160A)과 압축기(110) 사이의 저압측 냉매 사이에서 열을 교환한다. 상기 내부 열교환기(200)는, 예를 들어 전술한 저압측 냉매가 흐르는 저압측 파이프가 상기 고압측 냉매가 흐르는 고압측 파이프의 소정 범위(소정 길이)에 배치되는 이중 파이프 구조의 열교환기로서 형성된다. 즉, 상기 고압측 냉매는 고압측 파이프와 저압측 파이프 사이에서 흐르고, 이에 의하여 상기 저압측 파이프를 통해 흐르는 저압측 냉매와 열을 교환한다. 상기 고압측 냉매는 저압측 냉매에 의하여 과냉각되고, 상기 저압측 냉매는 고압측 냉매에 의하여 과냉각된다.
또한, 상기 압축기(110)로 유입기 전의 냉매는 전술한 바와 같은 내부 열교환기에 의해 과열되고, 이에 따라 상기 증발기(150)에 유출되는 냉매는 과열되지 않고 과열도가 가능한 많이 감소된다. 구체적으로, 상기 팽창밸브(140)의 셋팅은 조정되며, 즉 스로틀이 온도 센싱부에서의 냉매 온도에 대하여 더 증가되게 셋팅되어서 상기 과열도는 0℃에서 3℃의 범위 내에 이르게 된다.
이러한 방법으로 이루어지는 제2실시예에서, 상기 제1실시예에서와 같은 냉장 모드와 방냉 모드는 냉장 탱크유닛(160A)에 의해 수행되어서 상기 압축기(110)가 정지되는 경우에 냉동의 기능을 지속한다.
또한, 상기 저압측 냉매는 내부 열교환기(200)에 의해 과열될 수 있기 때문에, 상기 증발기(150)에서 유출되는 냉매는 팽창밸브(140)의 셋팅에 의해 과열되지 않는다. 따라서, 상기 냉장 탱크유닛(160A)으로 유입되는 냉매의 온도는 증발기(150)에서 냉매의 감압 없이, 다시 말해서 상기 냉동 사이클 장치(100A)와 같은 냉동기의 성능계수(COP; Coefficient Of Performance)가 감소되지 않고 감소되고, 이에 의하여 상기 냉기는 냉장재에 확실하게 저장될 수 있다.
또한, 상기 내부 열교환기(200)의 추가는 응축기(120)로부터 증발기(150)로 흐르는 냉매의 과냉각도를 증가시킬 수 있고, 상기 응축기(120)에서 유출되는 액상 냉매의 양을 증가시킬 수 있어서 상기 증발기(150)에 증가된 액상 냉매의 양을 공급한다. 따라서, 상기 증발기(150)에서, 상기 액상 냉매의 양이 증가하는 것과 같이, 상기 냉매의 흐름에 대한 저항은 감소되며 상기 공조 공기의 냉각 성능은 향상 될 수 있다. 또한, 상기 증발기(150)에서 과열도는 작은 값으로 셋팅될 수 있으며, 이에 따라 상기 냉매의 온도는 냉매와 공조 공기 사이의 온도 차이가 커지도록 저하되어서 상기 공조 공기의 냉각 성능은 향상된다. 상기 냉장 탱크유닛(160A)에서 유출되는 냉매는 내부 열교환기(200)에 의해 과열되고, 이에 의하여 확실하게 기상 냉매로 된다. 따라서, 상기 압축기(110)에서 액체가 압축되는 것을 방지할 수 있다.
이와 관련해서, 상기 증발기(150)에서 과열도는, 예를 들어 전술한 0℃에서 3℃의 범위 내에 있다. 그러나, 상기 내부 열교환기(200)에서 소정의 과열도가 실현되는(기상 냉매가 발생되는) 경우, 상기 냉매는 증발기(150)에서 과열도를 갖지 않게, 즉 상기 과열도가 0℃보다 높지 않게 되고, 이에 의하여 상기 냉매는 기상 및 액상의 두 상의 상태로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 내부 열교환기(200)는 이중 파이프 구조의 열교환기에 한정되지 않으며, 두 유로가 병렬로 배치되는 구조의 열교환기를 이용하여 열이 두 유로 중 하나의 유로를 통해 흐르는 고압측 냉매와 두 유로 중 다른 유로를 통해 흐르는 저압측 냉매 사이에서 교환되는 것이 바람직할 수도 있다.
(제3실시예)
도5는 본 발명의 제3실시예를 나타낸 것이다. 상기 제1실시예와 비교해서 제3실시예에는 냉동 사이클 장치(100B)에 고정 스로틀부(191)가 팽창밸브(140)와 병렬로 배치되어 있다.
구체적으로, 상기 팽창밸브(140)의 밸브부(141)를 바이패싱하는 바이패스유 로(210)가 제공되어 있고, 상기 바이패스유로(210)에는 소정의 개방부에 고정되는 개방부를 갖는 고정 스로틀부(211)가 제공된다.
상기 압축기(110)가 정지하는 동안의 냉장 모드에서, 상기 팽창밸브(140)는 온도 센싱부(142)의 냉매 온도(냉매의 과열도)에 따라 밸브부(141)를 소정의 개방부로 개방한다. 그러나, 상기 방냉 모드에서, 상기 온도 센싱부(142)가 냉각되기 때문에 상기 밸브부(141)는 점차 폐쇄되는데, 상기 압축기(110)는 저압측 압력을 증가시키기 위하여 정지되는 경우가 있다.
이러한 방법에서, 이때 상기 방냉 모드에서의 냉방 용적은 팽창밸브(140)의 개방에 의해 제한되지 않는다. 그러나, 본 제3실시예에는 고정 스로틀부(211)가 제공되기 때문에, 상기 응축기(120)에서 유출되는 냉매는 가변되는 팽창밸브(140)의 스로틀 개방에 관계없이 고정 스로틀부(211)를 통해 증발기(150)로 유입되게 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 압축기(110)가 정지되는 경우에 냉방 용적은 확보될 수 있다.
(제4실시예)
도6 및 도7은 본 발명의 제4실시예를 나타낸 것이다. 상기 제1실시예와 비교해서 제4실시예서는 상기 냉장 탱크유닛(160B)의 냉매 흐름 구조가 냉동 사이클 장치(100C)에서 변경되고, 액상 냉매 순환펌프(이하, "펌프"로 나타냄)(190)는 상기 증발기(150)에 의해 공조 공기를 지속적으로 냉각하기 위하여 방냉 모드에서 증발기(150)와 냉장 탱크유닛(160B) 사이의 냉매를 순환시키는 펌프수단으로서 제공된다.
도7에 나타낸 바와 같이, 상기 냉장 탱크유닛(160B)에서, 상기 냉장재 탱크(170)는 하면에 형성되는 개방부(172, 173)를 갖는다. 상기 냉장 탱크유닛(160B)에는 하부 탱크(165)의 내측과 냉장재 탱크(170)의 외측을 연결하며 상기 개방부(172)를 관통하는 외부 연결유로(167a)가 제공된다. 상기 외부 연결유로(167a)와 개방부(172)는 실링재(미도시)에 의해 실링되어 상기 냉장재가 외측으로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 냉장 탱크유닛(160B)에는 냉장재 탱크(170)의 외측과 순환파이프(162)를 하부 탱크(165)에서 연결하며 상기 개방부(173)를 관통하는 연결유로(167b)가 제공된다. 상기 연결유로(167b)와 개방부(173)는 실링재(미도시)에 의해 실링되어 상기 냉장재가 외측으로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 하부 탱크(165)에서 순환파이프(162)의 측벽에 체크밸브(168)가 배치된다. 상기 체크밸브(168)는 냉매가 일방향으로만, 즉 상기 하부 탱크(165)로부터 순환파이프(162)로만 흐르게 할 수 있는 밸브이다.
도6에 나타낸 바와 같이, 상기 냉장 탱크유닛(160B)은 팽창밸브(140)와 증발기(150) 사이에 위치된다. 즉, 상기 입구조인트(166a)는 팽창밸브(140)의 냉매 유출측에 연결되며, 상기 출구조인트(166b)는 증발기(150)의 냉매 유입측에 연결된다. 또한, 상기 펌프(190)는 외부 연결유로(167a)와 연결유로(167b) 사이에 위치되며, 상기 냉매는 외부 연결유로(167a)로부터 연결유로(167b)로 가압되어 송출된다.
또한, 상기 증발기(150)의 냉매 유출측과 냉장 탱크유닛(160B)의 냉매 유입측을 연결하는 냉매유로(102)(팽창밸브(140)와 입구조인트(166a) 사이에)가 형성된 다. 상기 냉매유로(102)에는 냉매가 일방향으로만, 즉 상기 증발기(150)로부터 냉장 탱크유닛(160B)으로만 흐르게 할 수 있는 체크밸브(103)가 제공된다.
본 실시예의 냉동 사이클 장치(100C)에서, 상기 냉장 모드에서 냉매가 압축기(110)의 작동에 의해 냉동 사이클에서 순환되는 경우, 상기 감압부(140)에 의해 감압되며 저온으로 이루어지는 냉매는 냉장 탱크유닛(160B)에서 체크밸브(168)를 통해 개방되어 흐르고, 이 동안에 상기 냉장 탱크유닛(160B)에서 냉장재는 저온 냉매에 의해 냉각된다. 상기 냉장 탱크유닛(160B)에서 유출되는 냉매는 증발기(150)의 공조 공기로부터 열을 흡수하여 상기 공조 공기를 냉각한다. 한편, 상기 방냉 모드에서, 상기 압축기(110)가 정지되는 경우, 상기 펌프(190)는 냉매가 냉장 탱크유닛(160B)의 연결유로(167b)로부터 순환파이프(162), 출구조인트(166b), 증발기(150), 냉매유로(102), 체크밸브(103), 냉장 탱크유닛(160B)의 입구조인트(166a), 및 외부 연결유로(167a)를 통해 펌프(190)로 이러한 순서에 의해 순환되도록 작동한다. 따라서, 상기 증발기(150)에서 공조 공기로부터 열을 흡수하여 증발되는 냉매는 냉장 탱크유닛(160B)으로 유입되어 상기 냉장재로부터 방냉에 의해 응축 액화되어서 상기 하부 탱크(165)에 액상 냉매로서 저장된다. 이때, 상기 액상 냉매는 상기 사이클을 반복하기 위하여 증발기(150)로 다시 송출되고, 이에 따라 상기 증발기(150)에 의해 공조 공기는 계속 냉각될 수 있다.
(제5실시예)
도8 및 도9는 본 발명의 제5실시예를 나타낸 것이다. 상기 제1실시예와 비교해서 제5실시예서는 상기 냉장 열교환기(160)의 상세 구조가 변형된다.
상기 냉장 열교환기(160)의 열교환부를 형성하는 핀(163)은 상기 제1실시예의 코러게이션형 핀을 대신해서 도8에 나타낸 바와 같은 플레이트형 핀(163a)으로 이루어질 수 있다. 상기 핀(163a)은 얇은 스트립이며, 복수의 버링홀 또는 상기 스트립의 길이방향에서 냉매튜브(161)의 위치에 형성되는 냉매튜브용 컷아웃부를 갖는다. 여기에서, 상기 핀(163a)은 미세한 범프(bump) 및 핀의 표면에 형성되는 딥(dip)이나 루버(louver)로 이루어질 수 있어서 상기 열교환의 효율을 향상시킨다.
상기 복수의 핀(163a)이 적층된 후, 상기 냉매튜브(161)는 버링홀 또는 각 튜브용 컷아웃부를 관통하며 팽창되고, 이에 의하여 상기 핀(163a)은 튜브(161)의 외면에 가압고정된다. 또한, 상기 핀(163a)은 튜브(161)의 외면에 브레이징된다. 상기 플레이트형 핀(163a)은 프레스 가공에 의해 형성될 수 있어서 낮은 비용으로 제조될 수 있다.
또한, 도9에 나타내 바와 같이, 상기 순환파이프(162)는 하부 탱크(165)의 상면에 접합되는 하부 단부를 갖는다. 상기 하부 탱크(165)에는 순환파이프(162)측과 그 대향측으로 하부 탱크(165)의 내부를 구획하는 격벽으로서 분리기(165b)가 제공되고, 상기 분리기(165b)의 하측은 개방된다. 즉, 상기 분리기(165b)는 하부 탱크(165)의 상면으로부터 하면으로 연장되고, 상기 분리기(165b)의 하부 단부와 하부 탱크(165)의 하면 사이에는 간극이 형성된다.
따라서, 상기 순환파이프(162)는 분리기(165b)를 통해 하부 탱크(165)의 하부 단부와 연통하며 상기 제1실시예와 같은 기능을 수행한다.
이와 관련해서, 상기 제5실시예의 변형예에서와 같이, 길이방향으로의 단부가 폐쇄되며, 상기 하부 탱크(165)의 길이방향의 단부와 하부 탱크(165)의 내측이 연통되게 이루어지도록 그 단부의 주연면에 유입홀(162a)이 형성되는 도10에 나타낸 방법과 같이 상기 순환파이프(162)는 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉장 탱크유닛(160A)의 팩킹(180)은 냉장 열교환기(160)와 냉장재 탱크(170)가 독립적으로 이루어지는 구조를 갖는다. 그러나, 상기 냉장재 탱크(170)는, 예를 들어 탄성을 갖는 재료 같은 고무로 이루어질 수 있고, 상기 팩킹(180)은 냉장재 탱크(170)와 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉장 탱크유닛(160A)에 대하여 각 파이프(101a, 101b)의 배치에 있어서 제한이 없는 경우, 상기 순환파이프(162)와 분리기(164a)를 제거하고 상기 하부 탱크(165)에 출구조인트(166b)를 고정하는 것이 바람직할 수도 있다.
또한, 상기 방냉 모드가 냉장 모드로 변경되는 경우, 상기 분리기(164a)의 개방부(164b)는 압축기(110)에서 액체를 압축하는 영향 정도에 따라 제거될 수 있다.
(제6실시예)
본 발명의 제6실시예는 도11 내지 도15에 도시되어 있다. 제1실시예와 비교하면, 제6실시예에 있어서 냉장 열교환기(160)의 구조, 냉장재 탱크(170), 및 팩킹(180)은 냉장 탱크유닛(160C)을 각각 형성하도록 변화된다.
도11 내지 도13에 도시된 바와 같이, 냉장 열교환기(160)의 열교환부는 2열로 층을 이룬(배열된) 다중 튜브(161)들로 구성된다. 여기서 편의성을 위해, 도11 의 후방측 상의 제1열의 튜브 그룹은 제1공간튜브(161a)들을 가리키며, 도11의 전방측 상의 제2열의 튜브 그룹은 제2공간튜브(161b)들을 가리킨다. 여기서 핀(163)들은 튜브(161)들의 두 열들의 깊이에 상응하는 크기로 구성되며, (접합된) 각 튜브(161)들 사이에 위치된다.
상부 탱크(164)는 평행하게 배치되어 길이 방향으로 측벽들에 상호 접합되는 두개의 원통부로 형성되고, 그곳에 접합된 튜브(161)들의 길이방향으로 일 단부를 가진다. 보다 상세히 설명하면, 상부 탱크(164)에서, 제1공간(164c) 및 제2공간(164d)은 2개의 원통부로 형성된다. 제1공간튜브(161a)들은 제1공간(164c)과 이어지고, 제2공간튜브(161b)들은 제2공간(164d)과 이어진다. 개방부(164b)는, 제1실시예와 같이, 2개의 원통부가 상호 접합되는(본 발명에서 구획부에 대응하는) 부분의 거의 중심에 형성된다.
편평한 컵탱크(164e)(164f)들은 상부 탱크(164)의 길이방향으로 양 단부에 연결된다. 상부 탱크(164)의 제1공간(164c)은 연통홀(164g)을 지나 컵탱크(164e)의 내부로 이어지고, 상부 탱크(164)의 제2공간(164d)은 연통홀(164h)을 지나 컵탱크(164f)의 내부로 이어진다.
하부 탱크(165)는 소형 탱크(165c), 액체 탱크(165h) 및 컵탱크(165d, 165e)들로 구성된다. 소형 탱크(165c)는 상부 탱크(164)와 거의 같은 구조로 이루어지는 탱크이고, 2개의 원통부에 의해 그 안에 형성된 제1공간(165c1) 및 제2공간(165c2)을 가진다. 소형 탱크(165c)는 그곳에 접합된 튜브(161)들의 길이방향으로 타 단들을 가진다. 즉 제1공간튜브(161b)들은 제1공간(165c1)과 이어지고, 제2공간튜 브(161b)들은 제2공간(165c2)와 이어진다.
액체 탱크(165h)는 소형 탱크(165c)의 각 원통부들 보다 크게 구성된 내경을 갖는 대 직경 원통부로 이루어진다. 제1실시예와 같이, 냉장 열교환기(160) 내로 유입되는 과열된 가스냉매가 냉장재에 의해 냉각될 때, 소형 탱크(165c) 및 액체 탱크(165h)의 총 내부 부피는 압축된 액상 냉매의 소정 량을 저장하는데 충분할 정도로 크다.
편평 컵탱크(165d)(165e)들은 소형 탱크(165c) 및 액체 탱크(165h)의 길이방향으로 양 단에 연결된다. 소형 탱크(165c)의 제1공간(165c1)은 연통홀(165f)를 지나 컵탱크(165d)의 내부와 이어진다. 나아가 소형 탱크(165c)의 제2공간(165c2)은 연통홀(165g)을 지나 컵탱크(165e)의 내부와 이어진다. 나아가, 액체 탱크(165h)의 공간은 연통홀(165i)(165j)를 지나, 컵탱크(165d)(165e)들과 이어진다.
입구조인트(166a)는 원통형상으로 이루어진 블록부이고, 상부 탱크(164)의 컵탱크(164e) 측 상에 배열되며, 컵탱크(164e)의 내부와 이어지도록 컵탱크(164e)에 연결된다. 입구조인트(166a)와 같이 출구조인트(166b)는 원통형상으로 이루어진 블록부이고, 상부 탱크(164)의 컵탱크(164f) 측 상에 배열되며, 컵탱크(164f)의 내부와 이어지도록 컵탱크(164f)에 연결된다.
냉장재 탱크(170)는 상부 탱크(174) 및 하부 탱크(175)로 이루어진다. 제1실시예와 같이, 탱크(174)(175)들 각각은 예를 들어 인젝션 몰딩에 의한 얇은 수지재로 형성된다.
상부 탱크(174)는 하부 탱크(175) 쪽으로 열린 탱크이고, 커버의 형상으로 이루어지며, 양 조인트(166a, 166b) 및 냉장 열교환기(160)의 상부 탱크(164)를 포함하는 크기를 가진다. 차량의 냉장 탱크유닛(160C)을 장착하도록 사용되는 부분인 장착 브라켓(171)은 상부 탱크(174)의 중심에 거의 근접한 부분에 완전하게 형성된다. 양 조인트(166a, 166b)에 대응되는 위치에 형성되고, 그 주변에 형성된 플랜지부들을 갖는 원형 개방부(174a, 174b)들은 상부 탱크(174)에 구성된다.
하부 탱크(175)는 큰 길이를 갖는 편평 반 컨테이너이고, 하부 탱크(165) 및 냉장 열교환기(160)의 열교환부를 포함하는 크기를 가진다. 상부 탱크(174) 및 하부 탱크(175)는 냉장재 탱크(170)를 형성하기 위하여, 예를 들어 수지 융해와 같은 접합수단으로 서로를 접합한다.
냉장재 탱크(170)는 내부에 배치된 냉장 열교환기(160)을 가지고, 내부에 채어진 소정의 냉장재를 가지며, 냉장 탱크유닛(160C)을 형성하도록 양 조인트(166a)(166b)의 외주연부들과 개방부(174a, 174b)(플랜지부)의 내주연부 사이에 위치하는 오링(O-ring) 타입의 팩킹(180)(2 부분)을 가진다.
다음으로, 전술한 냉장 탱크유닛(160C)을 사용하는 냉동 사이클 장치(100)의 작동은 추가적으로 도 14 및 도 15를 포함하는 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 냉동 사이클에서 냉장 탱크유닛(160C)은, 제1실시예와 같이, 증발기(150)와 압축기(110) 사이에 위치된다.
1. 냉장 모드
차량이 운행되어 압축기(110)가 엔진에 의해 구동되면, 압축기(110)에 의해 압축 및 배출되고 증발기(150) 외부로 유출되는 냉매는 냉장 탱크유닛(160C) 내부로 유입된다. 도14에 도시된 바와 같이, 냉장 탱크유닛(160C)에서, 냉매는 냉장 탱크유닛(160C)의 입구조인트(166a)에서, 컵탱크(164e) -> 연통유로(164g) -> 상부 탱크(164)의 제1공간(164c)를 지나, 제1공간튜브(161a)들로 흐른다. 그 때 상기 냉매는 소형 탱크(165c)의 제1공간(165c1) -> 연통홀(165f) -> 컵탱크(165d) -> 연통홀(165i) -> 액체 탱크(165h) -> 연통홀(165j) -> 컵탱크(165e) -> 연통홀(165g) -> 소형 탱크(165c)의 제2공간(165c2)를 지나 제2공간튜브(161b)들로 흐른다. 나아가, 상기 냉매는 상부 탱크(164)의 제2공간(164d) -> 연통홀(164h) -> 컵탱크(164f)를 지나 흐르며, 출구조인트(166b)의 외부로 흘러, 압축기(110)로 되돌아온다.
전술한 냉매의 흐름에 있어서, 냉장재의 융해점보다 낮은 온도를 갖는 냉매가 제1공간튜브(161a)들 및 제2공간튜브(161b)들을 지나 흐를 때, 이러한 냉매는 응결 잠열을 저장하기 위하여 냉장재 탱크(170) 내의 냉장재를 액상에서 고상으로 변화시킨다. 즉 이러한 냉매는 냉기를 저장하기 위하여 냉장재 탱크(170) 내의 냉장재를 냉각시킨다.
전술한 냉매에 있어서, 냉매의 일부는 열교환부(튜브(161))를 바이패스하고, 상부 탱크(164)의 개방부(164b) 바깥으로 흘러 출구조인트(166b) 쪽으로 간다. 여기서, 전술한 냉장 모드의 경우, 압축기(110)의 작동으로 강제적으로 만들어진 비교적 많은 양(50 kg/h - 200kg/h)의 냉매의 흐름에 의해, 상기 냉매의 유속은 증가되고, 개방부(164b)에서 냉매의 흐름 저항이 증가되고, 열교환부에 관한 냉매의 우회 흐름율의 양이 작게 유지되고, 따라서 냉매의 대부분은 열교환부를 거쳐 흐르게된다. 그 결과 실질적으로 냉장 용적의 감소는 거의 발생하지 않게 된다.
2. 냉방모드
차량이 정지되어 엔진이 정지되고 압축기(110)가 정지되는 경우, 냉매는 팽창밸브(140)를 통과하여 냉동사이클 내에 잔류하는 압력에 의해 저압측으로 이르게 되는 증발기(150) 및 냉장탱크유닛(160C)으로 유입된다.
상기 증발기(150)의 외부로 유출되는 과열 가스냉매는 냉장 탱크유닛(160C)으로 유입된다. 도15에 나타낸 바와 같이 상기 냉장 탱크유닛(160C)에서, 냉매는 상기 컵탱크(164e)를 통과하여 냉장 탱크유닛(160C)의 입구조인트(166a)→연통유로(164g)→상부 탱크(164)의 제1공간(164c)으로부터 제1공간튜브(161a)까지 흐른다. 또한, 상기 냉매는 개방부(164b)를 통과하여 상부 탱크(164)의 제1공간(164c)→상기 상부 탱크(164)의 제2공간(164d)로부터 제2공간튜브(161b)까지 흐른다.
이와 관련하여, 냉방 모드에서 냉매유량이 냉장 모드와 비교하여 감소되고 상기 제2공간튜브(161b)를 통과하여 유동하는 냉매유량은 상기 냉장모드에서의 유량의 약 1/4 배 이하로 감소되도록 상기 압축기(110)는 정지된다. 이에 따라 개방부(164b)는 냉매의 유동에 거의 방해되지 않아 냉매가 유동할 수 있다.
냉장재의 융해점보다 더 높은 온도를 가지는 과열 가스냉매가 상기한 냉매유량에서 제1공간튜브(161a) 및 제2공간튜브(161b)를 통과하여 흐르는 경우, 과열 가스냉매는 냉장재 융해 잠열을 제공한다. 이에 따라 냉각되게 된다. 즉, 과열 가스냉매는 냉장재의 냉각에 의해 냉각, 응축, 및 액화되고, 중력에 의해 액상 냉매로서 하방으로 흐르며, 소형 탱크(165c)의 제1공간(165c1)→연통홀(165f)→컵탱크(165d)→연통홀(165i)로부터 액체 탱크(165h)까지 유동한다. 또한, 상기 과열 가 스냉매는 소형 탱크(165c)의 제2공간(165c2)→연통홀(165g)→컵탱크(165e)→연통홀(165j)로부터 액체 탱크(165h)까지 유동한다.
요약하면, 증발기(150)로부터 과열 가스냉매는 응축되고 냉장 열교환기(160)의 전체 냉매튜브(161)(제1 및 제2공간튜브(161a,161b))에 의해 부피가 감소된다. 또한, 상기 과열 가스냉매는 저압에서의 압력을 유지하도록 저압 탱크(165)에 액상냉매로서 저장된다. 따라서, 압축기(110)가 정지되는 경우조차도 냉장재에 저장된 냉각이 유지되는 동안 응축기(120) 및 증발기(150) 사이에 잔류하는 압력은 냉매가 증발기(150)로 연속적으로 유입되도록 할 수 있기 때문에 증발기(150)에 의해 공기조화용 공기를 연속적으로 냉각할 수 있다.
3. 방냉 모드로부터 냉장 모드로의 전환
본 실시예에서, 압축기(110)는 상술한 방냉 모드를 냉장 모드로 전환하기 위해 재시동되는 경우, 하부 탱크(165)(액체 탱크(165h), 소형 탱크(165c)의 제1 및 제2공간(165c1, 165c2))에 저장된 액상냉매는 제2공간튜브(161b)를 통과하여 우선 상방으로 흐르고, 이후 상부 탱크(164)의 제2공간(164d)→연통홀(164h)→컵탱크(164f)→출구조인트(166b)를 통과하여 유동하며, 이후 압축기(110)에 의해 흡수된다. 이와 같은 모드에서 압축기(110)가 시동되는 때에 냉장재 탱크(170) 내의 냉장재에 대한 냉장은 제2공간튜브(161b)를 통과하는 냉매에 의해 시작된다.
제1실시예에서, 방냉 모드가 냉장 모드로 전환될 경우, 상기 하부 탱크(165)에 저장된 액상 냉매는 기본적인 열교환기능을 실행하지 않는 순환파이프(162)로 흐르고, 그러므로 냉장재 내에서 거의 냉장이 이루어지지 않으며, 압축기(110)로 복귀된다. 그런 다음, 상기 액상 냉매는 응축기(120) → 액체수용탱크(130) → 팽창밸브(140) → 증발기(150)를 통해 흐르고, 이후 냉장 열교환기(160)로 복귀되며, 이때 처음으로 냉장을 개시한다. 따라서 냉장에 필요한 시간은 냉매를 최초 순환시키도록 필요한 시간에 의하여 연장된다.
그러나 본 실시 예에서. 전술한 바와 같이 방냉 모드가 냉장 모드로 전환될 경우, 방냉 모드에서 저장된 액상 냉매는 열교환기부인 제2공간튜브(161b)로 흐르도록 할 수 있고, 이에 따라 냉장은 이들 튜브(161b)에 의하여 신속하게 개시될 수 있다. 따라서 냉장에 필요한 시간을 단축시킬 수 있고, 그러므로 냉장 용적을 향상시킬 수 있다.
또한 방냉 모드에서, 냉매유량(flow rate)은 냉장 모드에 비하여 감소될 수 있어, 개방부(164b)의 흐름 저항 영향은 감소될 수 있고, 냉매는 실질적으로 개방부(164b)에 의하여 제1공간튜브(161a)와 제2공간튜브(161b) 모두를 통해 흐를 수 있다. 그러므로 방냉 용적을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 냉장 열교환기(160)는 기본적으로 튜브(161), 상부 탱크(164) 및 거의 동일한 사양의 소형 탱크(165c)로 형성되고, 상기 하부 탱크(165)를 구성하도록 액상 냉매를 저장하기 위한 액체 탱크(165h)가 소형 탱크(165c)의 하부에 독립적으로 부가될 수 있다. 그러므로 상기 냉장 열교환기(160)는 통상적으로 이용되고 튜브(161) 및 한 쌍의 탱크(164, 165c)로 형성되는 표준 열교환기에 액체 탱크(165h)를 부가하는 것만으로 형성될 수 있다.
또한 상기 부가된 액체 탱크(165h)는 원통부로 형성되기 때문에, 예를 들면 전술한 실시예에서 사각형 몸체와 같은 다수의 평면으로 형성되는 탱크에 비하여, 액체 탱크(165h)의 압력에 대한 저항은 증가될 수 있다. 이에 따라 특정 양의 액상 냉매를 저장하기 위하여 액체 탱크(165h) 부피의 증가가 필요한 경우라도, 보강구조 등의 구조를 제공할 필요성을 없앨 수 있다.
또한 상기 냉장재 탱크(170)는 냉장 열교환기(160) 전체를 포함하는 컨테이너이고, 상기 개방부(174a, 174b)는 입구조인트(166a)와 출구조인트(166b)에 대응하는 위치에 형성되며, 오링 방식 팩킹(180)은 조인트(166a, 166b)의 외주면과 개방부(174a, 174b)의 내주면 사이에 각각 위치된다. 그러므로 제1실시예에 비하여, 상기 각 조인트(166a, 166b)는 짧은 주연방향 길이의 범위에서 실링될 수 있고, 그러므로 안정적이고 용이하게 확실히 실링될 수 있다. 즉, 사이즈 오차 및 각 부품의 실제 사이즈에서의 변화에 대한 영향은 감소될 수 있고, 상기 팩킹(180)은 전체 주연을 따라 확실한 압착을 확보할 수 있으며, 이에 따라 각 조인트(166a, 166b)는 안정적으로 실링될 수 있다.
(제7실시예)
도16 내지 도18에 본 발명에 따른 제7실시예를 나타낸다. 상기 제6실시예와 비교해서 제7실시예에서는 상부 탱크(164)의 제1공간(164c)과 제2공간(164d) 및 소형 탱크(165c)의 제1공간(165c1)과 제2공간(165c2)은 다른 방법으로 형성된다. 여기서, 도16 내지 도18의 상기 제6실시예와 동일한 부분들은 동일한 참조 부호로 표시되며, 이들의 반복되는 서술은 생략되고, 다른 점에 대해서만 서술하도록 한다.
본 실시예에 따른 냉장 열교환기(160)에서 분리기(164a)는 도16에서 좌측에 제1공간(164c) 및 우측에 제2공간(164d)을 형성하도록 상부 탱크(164)의 길이방향의 대략 중앙에 배치된다. 개방부(164b)는 상기 분리기(164a)에 형성된다. 또한, 분리기(165k)도 도16에서 좌측에 제1공간(165c1) 및 우측에 제2공간(165c2)을 형성하도록 하측에 있는 소형 탱크(165c)의 길이방향의 대략 중앙에 배치된다. 이때, 평행하게 배치되는 두 원통부로 각각 형성되는 각 탱크(164,165c)의 길이방향의 단부는 연통홀(164g, 164h, 165f, 165g)을 형성하도록 개방된다.
이에 따라, 전술한 제1공간(164c, 165c1) 및 제2공간(164d, 165c2)에 대응해서 복수 배열된 튜브(161) 중 도16의 좌측에 있는 튜브 그룹은 제1공간튜브(161a)가 되고, 도16의 우측에 있는 튜브 그룹은 제2공간튜브(161b)가 된다.
도17에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉장 열교환기(160)에서, 냉매는 좌측의 제1공간튜브(161a)로 하류하여 액체 탱크(165h)를 통과하고 우측의 제2공간튜브(161b)로 상류해서 상기 냉장재 탱크(170)에서 냉장재를 냉장한다.
또한, 도18에 나타낸 바와 같이, 방냉모드에서, 냉매는 좌측의 제1공간튜브(161a)로 하류하여 개방부(164b)를 통과하고 우측의 제2공간튜브(161b)로 하류해서 냉장재 탱크(170)에서 냉장재의 냉기에 의해 냉각되고, 이에 의해 응축 액화되어 액체 탱크(165h)에 저장된다.
상기 방냉모드가 냉장모드로 스위칭되는 경우, 상기 액체 탱크(165h)에서 액상 냉매는 우측의 제2공간튜브(161b)를 통과하고, 압축기에 의해 흡입되며, 상기 냉장재 탱크(170)에서 냉장재의 냉장을 시작한다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에서, 상기 제1공간튜브(161a), 제2공간튜 브(161b), 및 액체 탱크(165h)(하부 탱크(165)) 사이의 냉매 흐름은 제6실시예에서의 양 모드와 동일하게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 본 실시예는 제6실시예와 동일한 효과가 발생될 수 있다.
(제8실시예)
도19에 본 발명에 따른 제8실시예를 나타낸다. 제6실시예와 비교하여, 제8실시예서는 입구조인트(166a)와 출구조인트(166b)는 통합된다.
여기서, 상기 상부 탱크(164)의 길이방향의 단부에 형성된 상기 연통홀(164g, 164h)은 제거되며, 컵탱크(cup tank)(164e, 164f)는 제거된다. 상기 입구조인트(166a) 및 출구조인트(166b)는 하나의 블록으로 형성된 조인트(166)에 형성된다. 즉, 상기 조인트(166)는 직사각형 블록이며, 서로 근접해서 관통하게 형성되는 두 유로(입구조인트 및 출구조인트에 대응)를 구비한다. 상기 조인트(166)는 상부 탱크(164)의 길이방향의 대략 중앙에 배치되고, 상기 두 유로 중 하나는 상부 탱크(164)의 제1공간(164c)과 연통되고, 다른 하나는 제2공간(164d)과 연통된다.
이 경우, 상기 컵탱크(164e,164f)는 제거될 수 있고, 상기 입구조인트(166a) 및 출구조인트(166b)는 부품 수를 줄일 수 있고 비용을 감소시킬 수 있는 하나의 조인트(166)에 형성된다.
(제9실시예)
본 발명에 따른 제9실시예를 도20에 나타낸다. 제7실시예와 비교하여, 제9실시예는 입구조인트(166a)가 출구조인트(166b)와 통합되어 이루어진다.
여기서, 상부 탱크(164)의 길이방향의 단부에 형성된 상기 연통 홀(164g,164h)은 제거되며, 컵탱크(cup tank)(164e,164f)는 제거된다. 또한, 상기 분리기(164a)는 도20에서 좌측에 제1공간(164c) 및 우측에 제2공간(164d)을 형성하도록 상부 탱크(164)의 길이방향의 대략 중앙에 배치된다.
상기 입구조인트(166a) 및 출구조인트(166b)는 전술한 제8실시예처럼, 하나의 블록으로 형성된 상기 조인트(166)에 형성된다. 즉, 하나의 블록인 상기 조인트(166)는 서로 근접해서 역상의 Y자형에서 관통되게 형성되는 두 유로(입구조인트 및 출구조인트에 대응)를 구비한다. 상기 조인트(166)는 상부 탱크(164)의 길이방향의 대략 중앙에 배치되고, 상기 두 유로 중 하나는 상부 탱크(164)의 제1공간(164c)과 연통되고, 다른 하나는 제2공간(164d)과 연통된다.
이 경우, 전술한 제8실시예처럼, 상기 컵탱크(164e,164f)는 제거될 수 있고, 상기 입구조인트(166a) 및 출구조인트(166b)는 부품 수를 줄일 수 있고 비용을 감소시킬 수 있는 하나의 조인트(166)에 형성된다.
(제10실시예)
본 발명의 제10실시예에 따른 차량용 냉동사이클 장치(100)는 차량이 주행상태로부터 엔진이 아이들링되는 정지상태, 예를 들어 차량이 교통신호등에서 기다리는 경우의 정지상태로 되는 경우에 상기 엔진이 정지되는 소위 아이들링 정지차량에 일반적으로 적용된다. 상기 냉동사이클 장치(100)의 기본적 구성을 도21 내지 도23을 참고하여 설명한다. 여기에서 도21은 냉동사이클 장치(100)의 기본적 구성을 개략적으로 나타낸 다이어그램이다. 도22는 냉장 열교환기(1160)를 나타낸 사시도이다. 도23은 냉장 열교환기(1160) 및 냉장재 탱크(1170)를 나타낸 단면도이다.
상기 냉장사이클 장치(100)는 냉기와 열을 공조에 이용하기 위하여 저온측에서 고온측으로 열을 전달한다. 도21에 나타낸 바와같이, 상기 냉동 사이클 장치(100)는 링 형태로 직렬로 연결되는 통상의 압축기(110), 응축기(120), 액체수용탱크(130), 온도형 팽창밸브(140), 증발기(150); 및 상기 사이클에 부가되는 냉장 열교환기(1160) 및 냉장탱크(1170)를 포함한다.
상기 압축기(110)는 차량엔진(미도시)의 구동원에 의해 작동되어 냉동 사이클 장치(100)에서 냉매를 고온고압상태로 압축해서 상기 냉매를 배출하는 유체기계이다. 상기 응축기(120)는 압축기(110)의 냉매 유출측에 배치되며 고온고압상태로 압축된 냉매를 냉각해서 상기 냉매를 응축하고 액화시키는 열교환기이다. 상기 액체수용탱크(130)는 응축기(120)에 의해 응축된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하고 액상 냉매로 유출하는 수용부이다.
상기 온도형 팽창밸브(140)는 액체수용탱크(130)에 의해 분리된 액상 냉매를 감압해서 상기 액상 냉매를 등엔탈피 방법으로 팽창시키며. 상기 증발기(150)의 냉매 출구에 배치되는 밸브부(141) 및 온도 센싱부(142)를 포함한다. 즉, 상기 온도 센싱부(142)는 증발기(150) 및 냉장 열교환기(1170) 사이에 위치된다. 상기 팽창밸브(140)에서 밸브부(141)의 스로틀 개방은 증발기(150)으로 부터 유출되는 냉매의 과열도가 소정값(예를들면, 5℃ 에서 10℃)으로 상기 온도 센싱부(142)에 의해 센싱되는 냉매온도에 따라 제어된다.
상기 증발기(150)는 흡열작용을 발현하여 팽창밸브(140)에 의해 감압된 냉매를 증발시키고, 공조케이스(151)에 배치되며 상기 공조케이스로 공급된 공조 공기 를 냉각(공조공기로부터의 흡열)시키는 열교환기이다. 또한, 공조 공기 송풍용 송풍기, 상고 공조 공기 가열용 열교환기, 및 냉각 공기와 가열 공기 사이의 혼합비를 조정하는 공기혼합 도어기구(미도시)는 공조 케이스(151)에 배치되며 내부 유닛(150A)을 형성한다. 이와같은 내부 유닛(150A)은 차량실의 계기패널에 배치된다.
상기 냉장 탱크유닛(1160)은 직렬로 이루어지게 증발기(150)와 압축기(110)사이에 위치된다. 상기 냉장 열교환기(1160)는 증발기(150)로부터 유출되는 냉매와 증발기 내부에 충전되는 냉장재 사이의 열을 교환하는 열교환기이다.
특히, 상기 냉장 열교환기(1160)는 셀 및 튜브 타입의 열교환기이다. 도22에 나타낸 바와 같이, 복수의 냉매튜브(1161)는 상기 플레이트 핀(1162)이 적층되고, 상기 냉매튜브(1161) 및 플레이트 핀(1162)이 서로 연결되어 케이싱(셀)(1163)에 배치되는 방향으로 복수의 적층된 원형 플레이트 핀(1162)을 통과한다. 여기서, 각각의 냉매튜브(1161)의 길이방향 양 단부는 상기 케이싱(1163)의 외측으로 개방된다. 또한, 냉장재는 냉장재 마감부(1164)에 의해 케이싱(1162)에 실링된다. 그리고 상기 냉장재가 케이싱(1163)에 충전된 후, 상기 냉동재가 실링되고, 상기 냉장재는 냉매튜브(1161) 및 플레이트 핀(1162)과 접촉된다. 파라핀(paraffin), 얼음 또는 그와같은 것이 냉장재로 사용될 수 있다.
또한, 냉장 열교환기(1160)에서 냉장재가 냉기를 방사하는 경우에 응축되고, 액화되는 냉장재 저장용 상기 냉장재 탱크(1170)는 상기된 바와 같이, 냉장 열교환기(1160) 및 압축기(110) 사이에 위치된다. 그리고, 상기 냉장재 탱크(1170)는 냉장 열교환기(1160)의 하측에 배치되고, 냉장 열교환기(1160)은 냉장재 탱크(1170) 와 일체로 형성된다.
즉, 도23에 나타낸 바와 같이, 상기 냉장재 탱크는 수직방향에 대해 양단이 밀폐되고 하부는 직경방향으로 접촉되는 거의 원통형 탱크이다. 상기 냉장 열교환기(1160)는 냉매튜브(1161)의 길이방향에 대해 수직방향으로 냉장재 탱크(1170)의 상부측으로 배치된다. 냉장재 탱크(1170)에서 작은 공간은 냉장 열교환기(1160)의 상측에 형성되고, 큰 공간은 하부측에 형성된다. 상기 냉장 열교환기의 냉매튜브(1161)의 상단부는 작은 공간과 연결되고, 냉매튜브의 하단부는 큰 공간과 연결된다. 후술되는 상기 큰 공간은 냉장 열교환기(1160)에서 냉장재가 냉기를 방사하는 경우에 응축 및 액화된 냉매 저장용 탱크 공간부이다.
상기 냉장재 탱크(1170)는 증발기(150)의 유출측에 연결되고 냉장재 탱크(1170)의 작은 공간과 연통하는 유입파이프(1171) 및 상기 큰 공간의 하단측에 위치되는 개방 단부(1172b)를 가지며 냉장 열교환기(1160)를 통과하고 냉장재 탱크(1170)의 상부 외측을 통해 압축기(110)의 흡입측으로 연결되는 유출파이프(1172)를 제공한다. 상기 작은 공간과 연통하는 개방부(1172a)는 유출파이프(1172)의 작은 공간에 대응하는 부분에 형성된다. 상기 유출파이프(1172)의 개방 단부(1172b)는 가느다란 형상으로 형성되고, 상기 개방 단부(1172b)의 면적은 개방부(1172a)의 면적보다 작다.
이러한 점에서, 서로 일체로 이루어지는 상기 냉장 열교환기(1160) 및 냉장재 탱크(1170)는 차량의 엔진룸에 배치된다. 그러나 상기 냉장 열교환기(1160) 및 냉장재 탱크(1170)는 차량실이 이들을 장착할 수 있는 공간을 구비할 때 차량실에 배치되는 것이 바람직하다.
다음으로 전술한 구성에 기초하여 냉동 사이클 장치(100)의 동작 및 작용효과를 설명한다.
1. 냉장모드
상기 차량이 주행하는 경우, 상기 엔진에 의해 압축기(110)가 구동되어 냉동사이클 장치(100)가 작동된다. 상기 압축기(110)에 의해 압축되어 배출되는 냉매는 응축기(120)에 의해 응축 및 액화되어 상기 액체수용탱크(130)를 통과하며 상기 팽창팰브(140)에 의해 감압된다. 이때 냉매는 증발기(150)에서 공조공기로 부터 열을 흡수하여 증발시키고 이에 의하여 상기 공조 공기를 냉각한다(공조를 수행한다).
상기 증발기(150)에서 유출되는 냉매는 유입파이프(1171)를 통과하고, 냉장 열교환기(1160)의 냉매튜브(1161)를 통과하며, 냉장재를 냉각한다(상기 냉장재는 냉매에 의해 흡수된 열을 가지며, 이에 의해 냉각된다). 상기 증발기(150)와 냉장 열교환기(1160)로부터 열을 흡수한 냉매는 과열 가스냉매로 된다. 상기 냉장 열교환기(1160)로 도입된 냉매는 냉매튜브(1161)를 통과해서 냉장재 탱크(1170)의 큰 공간에 도달하고, 상기 유출파이프(1172)의 개방 단부(1172b) 또는 개방부(1172a)로부터 흡수되어 압축기(110)로 되돌아간다. 여기에서, 상기 차량실의 열부하 및 상기 냉장재의 냉각 열부하는 냉동 사이클 장치(100)의 총 공조 부하로 된다. 상기 냉장재에 의해 냉장이 완료되는 경우, 상기 냉장 열교환기(1160)에서 냉장재와 냉매 사이의 열전달은 정지된다.
2. 방냉모드
상기 차량이 정지되어 엔진이 정지하는 경우, 상기압축기(110)도 정지된다. 이때, 상기 냉동 사이클 장치(100)에서, 상기 냉매는 고압측인 응축기(120), 냉장열교환기(1160), 및 액체수용탱크(130)로부터 저압측인 증발기(150)와 냉장재 탱크(1170)로 잔존 압력에 의해 팽창밸브(140)를 통해 흐른다.
상기 증발기(150)로 흘러들어간 냉매는 공조 공기를 냉각하기 위하여 공조 공기와 열교환하고, 이에 따라 과열 기상 냉매로 되고, 그런 다음 유입 파이프(1171)를 통해 냉장 열교환기(1160)로 흘러 냉장재에서의 냉장에 의하여 냉각, 응축 및 액화된다. 상기 응축된 액상 냉매는 중력에 의하여 냉장재 탱크(1170)의 하부측 큰 공간에 저장된다.
요약하면, 상기 증발기(150)로부터의 과열 기상 냉매는 응축되고, 그의 압력을 저압으로 유지하도록 냉장 열교환기(1160)에 의하여 부피가 감소된다. 그러므로 압축기(110)가 정지될 경우라도, 냉장재에서의 냉장은 유지되고, 냉매는 응축기(120)와 증발기(150) 간의 잔존 압력에 의하여 계속해서 증발기(150)로 흐를 수 있고, 증발기(150)에 의하여 공조 공기를 지속적으로 냉각할 수 있다.
그러므로 내부 유닛(150A)에 증발기(150)를 부가적으로 배치하지 않고 압축기(110)가 정지될 경우라도 냉동기능을 지속적으로 실행할 수 있는 차량용 냉동 사이클 장치(100)를 제공한다.
또한, 상기 냉장재 탱크(1170)는 상기 냉장 열교환기(1160)의 하부로 배치되는 저 공간부를 구비하고, 상기 냉장재에 의해 응축되는 액상 냉매는 중력에 의해 냉장재 탱크(1170)로 하측으로 흐른다. 따라서, 이로 인해 상기 액상 냉매가 냉장 열교환기(1160)에 정체되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 냉장 열교환기(1160)의 냉매와 냉매 사이에서 열을 고효율로 교환할 수 있게 된다. 즉, 상기 응축된 액상 냉매는 냉매튜브(1161)의 내벽면에 얇은 필름처럼 잔류되지 않으며, 이에 의해 열을 냉장재에 전달되는 냉장 열교환기(1160)의 냉매튜브(1161)의 열전달 면을 충분히 확보하여 냉장재로 전달되는 열을 통해 상기 냉장 열교환기(1160)의 냉매와 냉장재 탱크 사이의 열을 고효율로 교환할 수 있게 된다.
또한 냉장 열교환기(1160)는 냉장재 탱크(1170)와 일체로 이루어지기 때문에. 냉동 사이클 장치(100)는 컴펙트하게 이루어질 수 있다.
전술한 방냉 모드에서, 차량이 주행상태로 전환될 경우. 엔진은 시동되고, 압축기(110) 또한 작동된다. 상기 압축기(110)는 유출파이프(1172)에서의 크게 설정된 개방 영역을 갖는 개방부(1172a)로부터 과열 기상 냉매를 주로 흡입하여, 상기 냉동 사이클 장치(100)는 액상 냉매 압축에 의한 문제를 발생시키지 않고 작동될 수 있다.
여기에서, 상기 유출파이프(1172)의 개방 단부(1172b)는 냉장재 탱크(1170)의 큰 공간의 하측으로 개방되기 때문에, 상기 압축기(110)는 큰 공간에 저장된 액상 냉매의 일부를 동시에 흡입한다. 통상적으로 냉동 사이클 장치(100)에서, 액상 냉매는 윤활유와 혼합되고, 상기 압축기(110)는 액상 냉매와 함께 윤활유가 공급되어 압축기(110)의 내구성은 유지되고 향상될 수 있다.
또한 상기 팽창밸브(140)의 온도 센싱부(142)는 증발기(150)와 냉장 열교환기(160) 사이에 위치된다. 이에 따라 상기 온도 센싱부(142)는 증발기(150)의 냉매 의 입구측과 출구측을 동일측에 설정함으로써 온도식 팽창밸브(140)와 일체로 이루어질 수 있다.
이에 대하여, 상기 응축기(120)로서, 냉매가 과냉각 범위에서 냉각되는 방식의 응축기(120)에 액체수용탱크가 모듈레이터 탱크로서 일체로 구성되는 경우이다(소위 과냉 응축기). 이 경우, 상기 액체수용탱크(130)는 생략될 수 있다.
또한 본 실시예의 방식의 냉동 사이클 장치(100)에서, 고압측 냉매량이 커짐에 따라. 긴 방냉 시간이 확보될 수 있다. 그러므로 압축기(110)가 정지되는 동안의 시간은 특정 시간보다 길게 유지될 필요가 있는 경우에, 부가적인 액체수용탱크(130)를 배치하거나 액체수용탱크(130)의 용적 또는 고압 파이프의 직경을 확장하도록 할 수 있다.
(제11실시예)
본 발명의 제11실시예는 도24에 나타나 있다. 상기 제10실시예와 비교해 볼때 제11실시예는 내부 열교환기(200)가 냉동 사이클 장치(100)에 추가된 것이다.
내부 열교환기(200)는 상기 응축기(120)와 팽창밸브(140) 사이(구체적으로, 액체수용탱크(130)과 팽창밸브(140)) 고압측 냉매와 상기 냉장 탱크유닛(1170)과 상기 압축기(110) 사이 저압측 냉매 사이에서 열 교환한다. 상기 내부 열교환기(200)는 예를 들어, 전술한 저압측 냉매가 흐르는 저압측 파이프는 상기에 언급된 고압측 냉매가 흐르는 고압측 파이프의 소정 범위(소정 길이)로 배치되는 방식으로 형성된다. 요약하면, 상기 저압측 파이프를 통하여 흐르는 저압측 냉매가 열을 교환하기 위하여 상기 고압측 냉매는 고압측 파이프와 저압측 파이프 사이에서 흐르게 된다. 상기 고압측 냉매는 저압측 냉매에 의하여 과냉각되고, 상기 저압측 냉매는 고압측 냉매에 의하여 과열된다.
또, 상기 압축기(110)로 유입되기 전의 냉매는 상기에 설명된 바와 같이 내부 열교환기(200)에 의하여 과열된다. 따라서 상기 증발기(150)에서 유출되는 냉매는 되도록 많이 과열되지 않는다.(과열 정도가 감소 된다.) 특히, 팽창밸브(140)를 0℃에서 3℃ 범위 내에서 과열 정도를 이르게 하기 위하여 조절한다. 예를 들어, 스로틀 개방의 설정은 0℃에서 3℃의 범위 내로 과열 정도를 이르게 하기 위하여 상기 온도 센싱부(142)에서 냉매 온도에 대하여 더 증가시킨다.
제11실시예에서, 제10실시예와 같은 냉장모드와 방냉모드는 상기 압축기(110)가 정지될 경우 냉각 기능을 계속하기 위하여 상기 냉장 열교환기(1160)와 냉장재 탱크(1170)를 형성한다.
또, 저압측 냉매는 상기 내부 열교환기(200)에 의해 과열될 수 있기 때문에, 상기 증발기(150)에서 유출되는 냉매는 상기 팽창밸브(140)의 설정에 의하여 과열되지 않는다. 따라서, 상기 냉장 열교환기(1160)로 유입되는 냉매의 온도는 상기 증발기(150)에 냉매의 압력을 감소시키지 않고 감소하게 된다. 다시 말해서, 상기 냉동 사이클 장치(100)인 냉동기의 성능 계수(COP)를 감소시키지 않고 냉장재에 확실히 냉장될 수 있다.
또한, 내부 열교환기(200)의 추가는 상기 응축기(120)에서 증발기(150)로 유입되는 상기 냉매의 과냉각 정도를 증가시킬 수 있고, 상기 응축기(120)에서 유출되는 액상 냉매의 양을 증가시킬 수 있고, 이에 의하여 액상 냉매의 증가 된 양을 상기 증발기(150)에 공급한다. 따라서, 상기 증발기(150)에서, 액상 냉매의 양이 증가함에 따라 냉매의 유동을 위한 저항은 감소 되고 공조의 냉각성능은 향상될 수 있다. 또한, 상기 증발기(150) 과열 정도는 작은 값에서 설치될 수 있다. 따라서 냉매의 온도는 냉매와 공조 사이의 온도 차이를 증가시키기 위하여 감소 되고, 이에 의하여 공조의 냉각 성능은 향상된다. 상기 냉장재 탱크(1170)에서 유출되는 냉매는 상기 내부 열교환기(200)에 의하여 과열되고, 이에 의하여 확실히 기상 냉매로 되도록 한다. 따라서, 상기 압축기(110) 내에 액체 압축을 방지할 수 있다.
이러한 점에서, 상기 증발기(150) 과열도는 예를 들어, 상기 설명된 0℃에서 3℃의 범위 내가 바람직하다. 그러나, 과열 소정 정도가 상기 내부 열교환기(200)내에서 실행될 경우(기상 냉매가 공급됨.), 냉매는 상기 증발기(150)내에서 과열 정도를 결코 갖지 않는다. 다시 말해서, 과열 정도는 0℃보다 높지 않게 되고, 이로 인하여 기상과 액상의 두 가지 상태로 냉매를 이르게 한다.
(제12실시예)
본 발명의 제12실시예는 도25에 나타나 있다. 상기 제11실시예와 비교해서 제12실시예에서는 고정 스로틀부(191)가 팽창밸브(140)에 병렬로 배치된다.
구체적으로, 상기 팽창밸브(140)의 밸브부(141)를 바이패싱하는 바이패스유로(190)가 제공되어 있고, 상기 바이패스유로(190)에는 소정의 개방부에 고정되는 개방부를 갖는 고정 스로틀부(191)가 제공된다.
상기 압축기(110)가 정지하는 동안의 냉장 모드에서, 상기 팽창밸브(140)는 온도 센싱부(142)의 냉매 온도(냉매의 과열도)에 따라 밸브부(141)를 소정의 개방 부로 개방한다. 그러나, 상기 방냉 모드에서, 상기 온도 센싱부(142)가 냉각되기 때문에 상기 밸브부(141)는 점차 폐쇄되는데, 상기 압축기(110)는 저압측 압력을 증가시키기 위하여 정지되는 경우가 있다.
이러한 방법에서, 이때 상기 방냉 모드에서의 냉방 용적은 팽창밸브(140)의 개방에 의해 제한되지 않는다. 그러나, 본 제12실시예에는 고정 스로틀부(191)가 제공되기 때문에, 상기 응축기(120)에서 유출되는 냉매는 가변되는 팽창밸브(140)의 스로틀 개방에 관계없이 고정 스로틀부(191)를 통해 증발기(150)로 유입되게 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 압축기(110)가 정지되는 경우에 냉방 용적은 확보될 수 있다.
(다른 실시예)
본 발명을 첨부된 도면과 관련한 바람직한 실시예에 따라 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 본 기술에 속하는 당업자라면 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 것을 알 것이다.
예를 들어, 상기에 언급된 제10실시예 및 제11실시예에서, 냉장 열교환기(1160)는 쉘과 튜브 타입의 냉장 열교환기이다. 그러나, 상기 냉장 열교환기(1160)는 반드시 쉘과 튜브 타입으로 제한되는 것이 아니고, 이하 도26a 내지 26c에 나타낸 냉장 캡슐(바 모양의 캡슐 (1165a), 볼 모양의 캡슐 (1165b), 배일 모양의 캡슐 (1165c))로 채워진 소정의 케이싱(미도시)으로 나타낼 수 있고 냉매는 냉장저장캡슐(1165) 사이를 통하여 흐른다.
또, 상기 구현된 다양한 실시예의 냉장재 탱크(1170)에서, 냉장재 탱 크(1170)의 제거가 냉장 열교환기(1160)에서 응축 액화되는 냉매에 의해 열교환 성능에 나쁜 영향을 주는 경우, 냉장재 탱크(1170)는 제거될 수 있다. 냉장재 탱크(1170)가 배치되지 않을 경우, 제11실시예 및 제13실시예에서 구현된 상기 내부 열교환기(200)의 저압측 냉매는 냉장 열교환기(1160) 및 압축기(110) 사이의 냉매이다.
또한, 냉장재 탱크(1170)는 냉장 열교환기(1160) 아래에 반드시 위치되지 않고, 다른 부분에 위치될 수 있다. 또, 냉장 열교환기(1160)과 냉장재 탱크(1170)는 각각 서로 분리될 수 있다.
또한, 내부 열교환기(200)은 반드시 이중 튜브 형상을 가지지 않으며, 두 유로는 병렬로 형성된다. 고압측 냉매는 한 유로를 통해 흐르고, 저압측 냉매는 다른 한 유로를 통하여 흐른다. 그리고 열은 두 냉매 사이에서 교환된다.
상기 언급된 다양한 실시예에서, 냉장 열교환기(160)는 냉매 튜브(161)로 나타낸 복수 개의 유동 타입 열 교환기와 두 개의 탱크(164, 165)이다. 그러나, 층 타입의 열 교환기는 서로 결속하여 프레스 가공에 의해 형성된 복수 개의 튜브 플레이트로 사용될 수 있고, 이로 인하여 적층된다.
또, 상기 언급된 제1실시예 내지 제9실시예에서, 냉장 열교환기(160)는 상기 언급된 다양한 실시예의 냉매튜브(161)처럼 거의 수직 방향으로 근접하도록 배치된다. 그러나 반드시 이 방법으로 배치되는 것은 아니다. 하부 탱크(165)의 하단부가 상부 탱크(164)의 하단부 아래에 배치될 경우, 냉장 열교환기(160)는 확실한 방향으로 향하게 된다.(예를 들어, 도2에 나타난 바와 같이, 왼쪽 또는 오른쪽 또는 뒤쪽 또는 앞쪽으로 향하게 된다.)
또, 상기 냉장재 탱크(170)는 합성수지재로 형성된다. 그러나 냉장재 탱크(170)는 반드시 합성수지로 형성되지 않고, 예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 얇은 재료로 형성될 수도 있다.
또, 냉동 사이클 장치(100)인 본 발명은 냉동 사이클이 정지된 후에도, 상기 증발기(150)에서 냉동 용적을 가하는 것이 필요한 냉동 사이클 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 냉동 사이클 장치(100)가 장착된 차량은 아이들링 정지 차량뿐만 아니라 주행을 위해 엔진과 모터를 구비하는 하이브리드 차량일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 또한, 본 발명의 범위 내에서 바람직한 실시예의 다양한 조합에 의해서도 가능하다는 것을 알 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 냉장 및 방냉에 대해 소정의 열전달 성능을 달성하여 크기 및 비용을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 차량실에 위치되는 하나의 증발기에 의해 압축기가 정지하는 경우에도 냉각 작동을 계속적으로 수행할 수 있는 효과도 있다.

Claims (34)

  1. 증발기를 구비하는 냉동 사이클 장치에 이용되고, 상기 냉동 사이클 장치에서 감압된 후 저압측에서 증발기와 직렬로 배치되는 냉장 탱크유닛으로서,
    냉매가 흐르는 튜브 길이방향으로 연장하는 복수의 튜브 및 상기 튜브와 연통하도록 튜브 길이방향으로의 두 단부측에서 상기 튜브의 길이방향 단부에 연결되는 제1 및 제2탱크를 포함하는 냉장 열교환기;
    적어도 상기 냉장 열교환기의 튜브를 수용하는 냉장재 탱크; 및
    상기 냉장재 탱크에 충전되고, 상기 냉매에 의하여 냉장되거나 상기 증발기에서 증발된 기상 냉매를 냉각하도록 방냉되는 냉장재를 포함하며,
    상기 제2탱크는 상기 제1탱크의 하단부보다 하측에 위치되는 하단부를 구비하고, 상기 냉장재의 냉장열에 의하여 응축되는 소정의 액상 냉매를 저장할 수 있는 탱크 용적을 갖는
    냉장 탱크유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉장 열교환기는
    상기 제1탱크의 내부 공간을 제1공간과 제2공간으로 구획하는 제1구획부재;
    상기 제1공간으로 냉매가 유입되도록 상기 제1공간과 연통하는 유입부; 및
    상기 냉매가 유출되도록 상기 제2공간과 연통하는 유출부를 포함하는
    냉장 탱크유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1구획부재는
    상기 제1공간과 제2공간이 서로 연통하는 소정의 개방 영역을 갖는 개방부를 구비하는
    냉장 탱크유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 튜브는 상기 제1탱크의 제2공간과 연통하는 하나의 튜브를 포함하며,
    상기 하나의 튜브는 대략 상기 증발기에 연결되는 냉매파이프에 대응하는 유로 단면적을 갖는
    냉장 탱크유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하나의 튜브는
    상기 제2탱크로 연장하고, 상기 제2탱크의 하단부에 가까운 위치에서 상기 제2탱크의 내측과 연통하는
    냉장 탱크유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉장 열교환기는
    상기 제2탱크의 내부 공간을 상기 하나의 튜브 이외의 튜브와 연통하는 제1공간과 상기 하나의 튜브와 연통하는 제2공간으로 구획하는 제2구획 부재를 더 포함하고,
    상기 제2구획 부재는 저부측에 개방부를 구비하며,
    상기 하나의 튜브는 상기 제2탱크의 하단부에 인접하는 부분으로 연장하는
    냉장 탱크유닛.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉장재 탱크는 상기 제1탱크의 일측에서 개방된 일단 개방 컨테이너이고,
    상기 모든 냉장 열교환기는 상기 일단 개방 컨테이너에 거의 수용되며,
    상기 냉장 열교환기는 상기 제1탱크의 외주면이 냉장재 탱크의 내주면에 기밀하게 연결되는 실링부재를 포함하는
    냉장 탱크유닛.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉장재 탱크는 상기 냉장 열교환기를 전부 둘러싸는 컨테이너이고, 상기 유입부에 대응하는 위치에 입구부 및 상기 유출구에 대응하는 위치에 출구부를 구비하며,
    상기 냉장 탱크유닛은 상기 냉장 열교환기의 유입부와 상기 냉장재 탱크의 입구부 사이에 개재되고, 상기 냉장 열교환기의 유출부와 상기 냉장재 탱크의 출구부 사이에 개재되는 실링부재를 더 포함하는
    냉장 탱크유닛.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉장 열교환기는 상기 튜브와 열적으로 접촉하게 위치되는 복수의 핀을 포함하는
    냉장 탱크유닛.
  10. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2탱크가 외부와 연통하는 제1연결부; 및
    상기 외부로부터 상기 제2탱크로 연장하는 제2연결부를 더 포함하고,
    상기 복수의 튜브는 상기 제1탱크의 제1공간과 연통하는 제1튜브 그룹과 상기 제1탱크의 제2공간과 연통하는 제2튜브 그룹으로 구성되며,
    상기 제2연결부는 상기 제2튜브 그룹과 연통되는
    냉장 탱크유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2탱크로부터 상기 제2튜브 그룹으로 냉매가 흐르도록 상기 제2탱크에 위치되는 체크밸브를 더 포함하는
    냉장 탱크유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제2튜브 그룹은
    상기 증발기에 연결되는 냉매파이프에 대략 대응하는 유로 단면적을 구비하는 하나의 튜브 또는 복수의 튜브인
    냉장 탱크유닛.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2탱크는
    상기 제1탱크와 대략 동일한 사양을 갖는 상부 탱크부 및 상기 상부 탱크부와 직접 연통하도록 상기 제2탱크에서 상기 상부 탱크부의 하부측에 위치하는 하부 탱크부를 포함하는
    냉장 탱크유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2탱크 내의 하부 탱크부는 대략 원통형으로 이루어지는
    냉장 탱크유닛.
  15. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입부 및 유출부는 서로 인접하게 배치되고 하나의 조인트에 의해 구성되는
    냉장 탱크유닛.
  16. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 냉장 탱크유닛을 구비한 냉동 사이클 장치로서,
    냉매를 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기로부터의 냉매를 냉각하고 응축하기 위한 응축기;
    상기 응축기로부터의 냉매를 감압하기 위한 감압유닛; 및
    상기 압축기, 응축기, 감압유닛 및 증발기를 순차적으로 연결하기 위한 파이프를 포함하며,
    상기 냉장 탱크유닛은 상기 증발기와 압축기 사이에 배치되어 상기 증발기로부터의 냉매가 냉장 열교환기로 흐르는
    냉동 사이클 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 냉장 탱크유닛과 압축기 간의 냉매 및 상기 응축기 및 감압유닛 간의 냉매 사이를 열교환하도록 위치되는 내부 열교환기를 더 포함하는
    냉동 사이클 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 감압유닛은 상기 증발기로부터 흘러나오는 냉매의 온도에 기초하여 가변하는 스로틀 개방도를 갖는 열팽창밸브로 이루어지고,
    상기 냉동 사이클 장치는
    상기 응축기로부터의 냉매가 상기 열팽창밸브를 바이패스하는 바이패스유로 및
    상기 바이패스유로에 위치되는 고정 스로틀을 더 포함하는
    냉동 사이클 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 증발기는 공기가 차량실로 흐르는 공조케이스에 위치되고,
    상기 냉장 탱크유닛은 상기 공조 케이스의 외측에 위치되는
    냉동 사이클 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    액상 냉매를 저장하기 위하여 상기 응축기와 감압유닛 사이에 위치되는 수용부를 더 포함하고,
    상기 증발기는 공기로부터의 흡열에 의하여 상기 공조케이스 내의 공기를 냉각하도록 배치되고,
    상기 냉장재는 상기 압축기가 작동할 경우 상기 냉장 열교환기를 통해 흐르는 냉매에 의하여 냉장하며,
    상기 냉장재는 상기 압축기가 작동중지될 경우 상기 냉장재 탱크에서 냉매를 응축하도록 방냉하는
    냉동 사이클 장치.
  21. 냉매를 압축하기 위한 압축기;
    상기 압축기로부터의 냉매를 냉각 및 응축하기 위한 응축기;
    상기 응축기로부터의 냉매를 감압하기 위한 감압유닛;
    공기가 차량실로 흐르는 공기 유로를 형성하도록 공조케이스에 위치되고, 상기 감압유닛으로부터 냉매를 증발시키기 위한 증발기; 및
    상기 증발기와 압축기 사이에 위치되고, 상기 냉매가 흐르는 냉매유로를 구비하는 냉장 열교환기를 포함하며,
    상기 냉장 열교환기는 상기 공조 케이스의 외측에 배치되고,
    상기 냉장 재료는 압축기가 동작할 경우 상기 냉장 열교환기의 냉매유로를 통해 흐르는 냉매에 의하여 냉장하며, 상기 압축기가 동작중지될 경우 냉매를 방냉하는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 냉장 재료가 방냉할 때 응축된 액상 냉매를 저장하기 위한 탱크를 더 포함하며,
    상기 탱크는 상기 냉장 열교환기와 압축기 사이에 위치되는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 탱크는 적어도 상기 냉장 열교환기의 하부측에 제공되는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 냉장 열교환기는 그 냉장 열교환기에 의하여 상기 탱크에 상부공간과 하부공간을 형성하도록 상기 탱크 내에 위치되고,
    상기 냉동 사이클 장치는
    상기 압축기에 연결되고, 상기 탱크에 연결되며, 상기 탱크의 상부공간으로 개방되는 개방부를 구비하는 파이프를 더 포함하는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 파이프는 액상 냉매를 유입하기 위하여 상기 탱크의 하부공간으로 개방되는 액상 냉매 유입부를 구비하는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 냉장 열교환기 및 상기 탱크는 일체로 이루어지는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  27. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉장 열교환기와 압축기 간의 냉매 및 상기 응축기 및 감압유닛 간의 냉매 사이를 열교환하도록 위치되는 내부 열교환기를 더 포함하는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  28. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크와 압축기 간의 냉매 및 상기 응축기 및 감압유닛 간의 냉매 사이 를 열교환하도록 위치되는 내부 열교환기를 더 포함하는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 내부 열교환기는 이중형 파이프로 이루어지는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  30. 제21항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감압유닛은 상기 증발기로부터 흘러나오는 냉매의 온도에 따라 가변하는 스로틀 개도를 갖는 열팽창밸브로 이루어지고,
    상기 열팽창밸브는 냉매 온도로 인하여 상기 증발기로부터 흘러나오는 냉매의 과열도가 소정 값보다 작도록 설정되는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 소정 값은 제로인
    차량용 냉동 사이클 장치.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 열팽창밸브는 냉매 온도를 센싱하기 위하여 상기 증발기와 냉장 열교환기 사이에 위치되는 온도 센싱부를 구비하는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  33. 제27항에 있어서,
    상기 감압유닛은 상기 증발기로부터 흘러나오는 냉매의 온도에 따라 가변하는 스로틀 개도를 갖는 열팽창밸브로 이루어지고,
    상기 열팽창밸브는 상기 증발기로부터 흘러나오는 냉매의 온도로 인한 냉매상태를 기액 2상냉매로 제어하여 상기 기액2상 냉매는 상기 내부 열교환기에 의하여 완전히 기상 냉매로 되는
    차량용 냉동 사이클 장치.
  34. 제30항에 있어서,
    냉매가 상기 열팽창밸브를 바이패스하면서 흐르는 바이패스유로 및
    상기 바이패스유로에 위치되는 고정 스로틀을 더 포함하는
    차량용 냉동 사이클 장치.
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