KR101268878B1 - 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브 - Google Patents

차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브에 관한 것으로서, 냉매의 과열도에 따라 교축유로의 개도비율을 차등적으로 제어함으로써 냉매의 교축효율과 증발기의 냉각성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브는, 응축기의 냉매를 교축시켜 증발기로 공급하는 교축유로를 구비하는 밸브몸체와; 교축유로에 대해 운동하면서 개도량을 조절할 수 있도록 밸브몸체에 설치되는 밸브와; 인가되는 전기신호에 의해 구동되면서 밸브를 교축유로에 대해 운동시키는 구동수단과; 증발기로부터 배출되는 냉매의 과열도를 산출하는 과열도 산출수단과; 과열도 산출수단에서 산출된 냉매의 과열도에 따라 교축유로의 개도량을 조절할 수 있도록 구동수단을 제어하되, 교축유로의 개도비율이 냉매의 과열도에 따라 차등화될 수 있도록, 구동수단을 비선형적으로 제어하는 제어부를 구비한다.

Description

차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브{ELECTRONIC EXPANSION VALVE OF AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}
본 발명은 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉매의 과열도에 따라 교축유로의 개도비율을 차등적으로 제어함으로써, 냉매의 교축효율과 증발기의 냉각성능을 향상시킬 수 있는 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브에 관한 것이다.
자동차는 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 공조장치를 갖추고 있다. 이러한 공조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 응축기(1)에서 배출된 고압의 냉매를 저온·저압으로 팽창시키는 팽창밸브(2)를 구비한다.
팽창밸브(2)는, 밸브몸체(2a)를 구비하며, 밸브몸체(2a)에는 고압냉매유로(3)와 저압냉매유로(5)가 형성되어 있다.
고압냉매유로(3)는, 교축유로(3a)를 구비하며, 이 교축유로(3a)는 응축기(1)의 냉매를 저온·저압의 냉매로 교축(Throttling)시킨 후, 증발기(7)로 배출시킨다. 따라서, 저온·저압의 냉매가 증발기(7)를 통과하면서 기화될 수 있게 하며, 기화된 냉매가 주변의 열을 빼앗으면서 냉기를 발생시킬 수 있게 한다.
저압냉매유로(5)는, 증발기(7)에서 배출된 저온·저압의 냉매를 도입한 다음, 도입된 저온·저압의 냉매를 압축기(9)로 배출시킨다.
그리고 종래의 팽창밸브(2)는, 증발기(7)의 열부하에 따라 교축유로(3a)의 개도량을 조절하는 개도량 조절장치(10)를 구비한다.
개도량 조절장치(10)는, 교축유로(3a)를 개폐하는 밸브(12)와, 밸브(12)를 교축유로(3a) 방향으로 탄성가압하는 스프링(14)을 구비한다.
밸브(12)는, 구형의 볼(ball)로 구성되며, 교축유로(3a)에 대해 운동하면서 교축유로(3a)의 개도량을 조절한다. 스프링(14)은, 코일스프링으로 구성되며, 밸브(12)를 교축유로(3a) 방향으로 탄성가압한다.
그리고 개도량 조절장치(10)는, 밸브몸체(2a)에 형성되는 감온실(15)과, 감온실(15)에 봉입되는 가스(15a)와, 가스(15a)의 팽창 또는 수축에 따라 상,하 변형운동하는 다이아프램(Diaphragm)(17) 및, 다이아프램(17)의 상,하 변형운동에 따라 축방향 운동하면서 밸브(12)를 가압하는 푸시로드(18)를 구비한다.
감온실(15)은, 밸브몸체(2a)의 상측에 형성되며, 온도전달수단에 의해 증발기(7)의 출구측(7a)과 연결된다. 따라서, 증발기(7)로부터 배출되는 냉매의 온도가 전달된다.
여기서, 온도전달수단은, 푸시로드(18)로 구성된다. 푸시로드(18)는 저압냉매유로(5)로 유입된 증발기(7)의 냉매 온도를 상측의 감온실(15)로 전달한다. 따라서, 증발기(7)의 출구측(7a) 냉매 온도를 감온실(15)에 간접적으로 전달한다.
가스(15a)는, 냉매와 동일하거나 또는 냉매와 유사한 성질의 갖는 것으로, 감온실(15)에 전달된 증발기(7)의 냉매 온도에 따라 팽창 또는 수축한다.
다이아프램(17)은, 가스(15a)가 팽창되면 하부로 변형되고, 가스(15a)가 수축되면 상부로 변형된다.
푸시로드(18)는, 다이아프램(17)의 밑면으로부터 연장되며, 밸브(12)를 가압하도록 구성된다. 특히, 밸브(12)를 가압하되, 교축유로(3a)를 개방하는 방향으로 가압하도록 구성된다.
이러한 구성의 개도량 조절장치(10)는, 증발기(7)의 열부하가 커서 증발기(7)의 냉매가 과열되면, 과열된 냉매온도가 감온실(15)에 전달되고, 과열된 냉매온도가 감온실(15)로 전달되면, 감온실(15)의 온도가 상승되면서 내부의 가스(15a)가 팽창된다.
그리고 내부의 가스(15a)가 팽창되면, 하측의 다이아프램(17)이 하부로 변형되며, 다이아프램(17)이 하부로 변형되면, 하측의 푸시로드(18)가 하부로 운동하면서 밸브(12)를 가압하여 교축유로(3a)의 개도량을 증가시킨다. 따라서, 교축유로(3a)를 통과하는 냉매량이 증가되고, 증가된 냉매는 증발기(7)에 도입되면서 증발기(7)의 높은 열부하에 대응하도록 구성된다.
반대로, 증발기(7)의 열부하가 작아서 증발기(7)의 냉매가 감열되면, 감열된 냉매온도가 감온실(15)에 전달되고, 감열된 냉매온도가 감온실(15)로 전달되면, 감온실(15)의 온도가 하강하면서 내부의 가스(15a)가 수축된다.
그리고 내부의 가스(15a)가 수축되면, 하측의 다이아프램(17)이 상부로 변형되며, 다이아프램(17)이 상부로 변형되면, 하측의 푸시로드(18)가 상부로 운동하면서 밸브(12)의 가압을 해제하여 교축유로(3a)의 개도량을 감소시킨다.
따라서, 교축유로(3a)를 통과하는 냉매량이 감소되고, 감소된 냉매는 증발기(7)에 도입되면서 증발기(7)의 낮은 열부하에 대응하도록 구성된다.
그런데, 이러한 종래의 팽창밸브는, 교축유로(3a)의 개도량이 증발기(7)의 냉매 온도에 대한 가스(15a)의 수축 및 팽창의 정도에 따라 제어되는 구조이므로, 교축유로(3a)의 개도량이 항상 일정한 비율로 제어될 수 밖에 없다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 증발기(7)의 냉매 온도별로 교축유로(3a)의 개도비율을 각기 다르게 제어할 수 없다는 문제점이 있다.
즉, 냉매의 온도 변화에 대한 가스(15a)의 수축 및 팽창 비율은 항상 일정하다. 따라서, 가스(15a)의 수축 및 팽창 정도에 따라 제어되는 교축유로(3a)의 개도비율은, 도 2에 도시된 바와 같이 항상 일정한 비율로 선형(線型) 제어될 수 밖에 없다는 단점이 있다. 그리고 이러한 단점 때문에 증발기(7)의 냉매 온도별로 교축유로(3a)의 개도비율을 각기 다르게 제어할 수 없다는 문제점이 있다.
특히, 증발기(7)의 열부하가 커서 냉매의 온도가 과열될 경우에는, 냉매의 온도가 낮을 때보다 교축유로(3a)의 개도비율을 높여서 교축유로(3a)를 통과하는 냉매의 증가폭을 더 높이는 것이 좋다. 그래야만, 더 많은 량의 냉매가 증발기(7)를 통과하면서 증발기(7)의 냉각성능을 향상시킬 수 있기 때문이며, 이로써, 증발기(7)의 커진 열부하에 신속하게 대응하면서 차실내를 효율좋게 냉방할 수 있기 때문이다.
그런데, 종래의 팽창밸브(2)는, 냉매의 온도에 대한 교축유로(3a)의 개도량이 항상 일정한 비율로 제어되므로, 증발기(7)의 열부하가 커져서 냉매의 온도가 과열되더라도, 교축유로(3a)를 통과하는 냉매의 증가폭이 항상 일정하다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 증발기(7)의 커진 열부하에 대응할 수 없다는 문제점이 있다. 그 결과, 증발기(7)의 냉각성능이 현저하게 저하된다는 결점이 지적되고 있다.
또한, 증발기(7)의 열부하가 작아서 냉매의 온도가 낮아질 경우에는, 냉매의 온도가 높을 때보다 교축유로(3a)의 개도비율을 낮춰서 교축유로(3a)를 통과하는 냉매의 증감폭을 더 낮추는 것이 좋다. 그래야만, 소량의 냉매가 교축유로(3a)를 통과하면서 효율좋게 교축되기 때문이며, 냉매의 교축효율이 좋아야만, 증발기(7)의 냉각효율이 향상될 수 있기 때문이다.
그런데, 종래의 팽창밸브(2)는, 냉매의 온도에 대한 교축유로(3a)의 개도량이 항상 일정한 비율로 제어되므로, 증발기(7)의 열부하가 작아져서 냉매의 온도가 낮아지더라도, 교축유로(3a)를 통과하는 냉매의 증감폭이 항상 일정하다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 교축유로(3a)에 대한 냉매의 교축효율이 떨어지고, 냉매의 교축율을 세부적으로 조절할 수 없다는 문제점이 있다.
그 결과, 증발기(7)의 냉각효율이 현저하게 저하된다는 결점이 있으며, 이러한 결점 때문에 에너지 소모가 심하고, 증발기(7)의 냉각성능도 저하된다는 문제점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉매의 온도에 따라 교축유로의 개도비율을 차등적으로 제어할 수 있는 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 냉매의 온도에 따라 교축유로의 개도비율을 차등적으로 제어할 수 있도록 구성함으로써, 냉매의 교축효율과 증발기의 냉각성능을 최대한 향상시킬 수 있는 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 증발기의 열부하가 커서 냉매의 온도가 높을 시에는 교축유로의 개도비율을 높이도록 구성함으로써, 다량의 냉매가 증발기를 통과하면서 증발기의 냉각성능을 향상시킬 수 있게 하며, 이에 따라, 증발기의 커진 열부하에 신속하게 대응하면서 차실내를 효율좋게 냉방할 수 있도록 하는 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 증발기의 열부하가 작아서 냉매의 온도가 낮을 시에는 교축유로의 개도비율을 낮추도록 구성함으로써, 소량의 냉매가 교축유로를 통과하면서 효율좋게 교축될 수 있게 하며, 따라서, 증발기의 냉각효율을 최대한 향상시킬 수 있는 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브는, 응축기의 냉매를 교축시켜 증발기로 공급하는 교축유로를 구비하는 밸브몸체와; 상기 교축유로에 대해 운동하면서 개도량을 조절할 수 있도록 상기 밸브몸체에 설치되는 밸브와; 인가되는 전기신호에 의해 구동되면서 상기 밸브를 상기 교축유로에 대해 운동시키는 구동수단과; 상기 증발기로부터 배출되는 냉매의 과열도를 산출하는 과열도 산출수단과; 상기 과열도 산출수단에서 산출된 냉매의 과열도에 따라 상기 교축유로의 개도량을 조절할 수 있도록 상기 구동수단을 제어하되, 상기 교축유로의 개도비율이 상기 냉매의 과열도에 따라 차등화될 수 있도록, 상기 구동수단을 비선형적으로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 냉매의 과열도에 대한 상기 교축유로의 개도비율이 미리 설정된 기준 과열도를 기준으로 서로 다르도록, 상기 구동수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는, 상기 기준 과열도 이상에 대응되는 상기 교축유로의 개도비율이, 상기 기준 과열도 이하에 대응되는 상기 교축유로의 개도비율보다 크도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브에 의하면, 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로의 개도비율을 차등적으로 제어하는 구조이므로, 냉매의 교축효율과 증발기의 냉각성능을 최대한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로의 개도비율을 차등적으로 제어하되, 냉매의 "과열도"가 높을 시에는 교축유로의 개도비율을 높이는 구조이므로, 냉매의 "과열도"가 높을 시에 다량의 냉매가 증발기를 통과하면서 증발기의 냉각성능을 향상시킬 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 냉매의 "과열도"가 높을 시에 다량의 냉매가 증발기를 통과하면서 증발기의 냉각성능을 향상시킬 수 있게 하므로, 증발기의 커진 열부하에 신속하게 대응하면서 차실내를 효율좋게 냉방할 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로의 개도비율을 차등적으로 제어하되, 냉매의 "과열도"가 낮을 시에는 교축유로의 개도비율을 낮추는 구조이므로, 냉매의 "과열도"가 낮을 시에 소량의 냉매가 교축유로를 통과하면서 효율좋게 교축될 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 냉매의 "과열도"가 낮을 시에 소량의 냉매가 교축유로를 통과하면서 효율좋게 교축될 수 있게 하는 구조이므로, 증발기의 냉각효율을 최대한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치의 팽창밸브를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 팽창밸브의 작동성능을 나타내는 그래프로서, 냉매의 과열도에 따른 교축유로의 개도비율 변화를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브를 나타내는 단면도,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 전자식 팽창밸브의 작동성능을 나타내는 그래프들로서, 냉매의 과열도에 따른 교축유로의 개도비율 변화를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 전자식 팽창밸브의 작동예를 나타내는 블록도,
도 7은 본 발명에 따른 전자식 팽창밸브의 작용효과를 나타내는 그래프로서, 냉매의 과열도에 대한 공조장치의 성능효율계수(COP)를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 공조장치의 전자식 팽창밸브의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 3을 참조하여 전자식 팽창밸브에 대해 간략하게 살펴본다.
전자식 팽창밸브는, 밸브몸체(20)를 구비하며, 밸브몸체(20)에는 냉매유로(22)가 형성되어 있다.
냉매유로(22)는, 응축기(1)의 냉매를 도입하는 도입유로(22a)와, 도입된 냉매를 교축(Throttling)시키는 교축유로(22b)와, 교축된 냉매를 증발기(7)로 배출시키는 배출유로(22c)로 구성된다.
특히, 교축유로(22b)는, 도입유로(22a)로 도입된 고압의 냉매를 교축시킴으로써, 저온·저압의 냉매로 팽창시켜준다. 따라서, 저온·저압의 냉매가 증발기(7)를 통과하면서 기화될 수 있게 하며, 기화된 냉매가 주변의 열을 빼앗으면서 냉기를 발생시킬 수 있게 한다.
그리고 본 발명의 전자식 팽창밸브는, 증발기(7)의 열부하에 따라 교축유로(22b)의 개도량을 조절하는 개도량 조절장치(30)를 구비한다.
개도량 조절장치(30)는, 교축유로(22b)를 개폐하는 밸브(32)와, 인가되는 전원에 의해 밸브(32)를 운동시키는 구동수단(34)을 포함한다.
밸브(32)는, 니들(Needle) 타입으로서, 냉매유로(22)상에 설치되며, 교축유로(22b)에 대해 운동하면서 교축유로(22b)의 개도량을 조절한다.
구동수단(34)은, 밸브(32)를 지지한 상태에서 밸브몸체(20)에 나사운동가능하게 설치되는 회전자(34a)와, 회전자(34a)의 둘레에 설치되는 고정자(34b)를 구비한다.
회전자(34a)는, 밸브(32)를 지지한 상태에서 밸브몸체(20)에 나사결합되며, 이렇게 나사결합된 회전자(34a)는 밸브몸체(20)에 대해 나사운동하면서 상기 밸브(32)를 운동시킨다. 특히, 교축유로(22b)에 대해 운동시킨다. 따라서, 상기 밸브(32)가 교축유로(22b)의 개도량을 조절할 수 있게 한다.
고정자(34b)는, 인가되는 전압에 의해 여자(勵磁)되면서 회전자(34a)를 정,역 회전시킨다. 따라서, 회전자(34a)에 지지된 밸브(32)를 상,하 운동시킨다. 이로써, 상기 밸브(32)가 교축유로(22b)의 개도량을 조절할 수 있게 한다.
그리고 개도량 조절장치(30)는, 증발기(7)의 입구측 냉매온도를 감지하는 입구측 온도센서(36)와, 증발기(7)의 출구측 냉매온도를 감지하는 출구측 온도센서(38) 및, 입구측 온도센서(36)와 출구측 온도센서(38)로부터 입력된 "입구측 냉매온도"와 "출구측 냉매온도"를 처리하여 냉매의 "과열도"를 산출하는 산출부(40)를 구비한다.
특히, 산출부(40)는, 입구측 온도센서(36)와 출구측 온도센서(38)로부터 "입구측 냉매온도"와 "출구측 냉매온도"가 각각 입력되면, 입력된 "입구측 냉매온도"와 "출구측 냉매온도"를 처리하여 냉매의 "과열도"를 산출한다. 따라서, 증발기(7)의 열부하를 간접적으로 감지한다.
참고로, 냉매의 "과열도"는 곧, 증발기(7)의 열부하이다. 따라서, "과열도"가 높으면, 증발기(7)의 열부하가 크고, "과열도"가 낮으면, 증발기(7)의 열부하가 작다. 이로써, 냉매의 "과열도"를 산출하면, 증발기(7)의 열부하가 산출된다. 이하에서는, 증발기(7)의 열부하와 냉매의 "과열도"를 별로도 구분하지 않고, "과열도"로 통칭하기로 한다.
다시, 도 3을 참조하면, 개도량 조절장치(30)는, 산출부(40)로부터 입력된 냉매의 "과열도"에 따라 고정자(34b)의 인가전압을 제어하는 제어부(42)를 구비한다.
제어부(42)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 산출부(40)에서 "과열도"가 입력되면, 입력된 "과열도"에 따라 고정자(34b)의 인가전압을 제어한다.
예를 들면, 산출부(40)에서 입력된 냉매의 "과열도"가 높으면, 증발기(7)의 열부하가 큰 것으로 판단하여 고정자(34b)에 인가되는 전압을 정방향으로 제어한다. 따라서, 이에 대응되는 회전자(34a)를 정방향으로 회전시켜 상승시킨다. 이로써, 회전자(34a)에 지지된 밸브(32)를 교축유로(22b)로부터 이격시킨다. 그 결과, 교축유로(22b)의 개도량이 증가될 수 있게 한다. 이에 따라, 교축유로(22b)를 통과하는 냉매량이 증가되고, 증가된 냉매가 증발기(7)에 도입되면서 증발기(7)의 높은 열부하에 대응하도록 한다.
반대로, 산출부(40)에서 입력된 냉매의 "과열도"가 낮으면, 증발기(7)의 열부하가 작은 것으로 판단하여 고정자(34b)에 인가되는 전압을 역방향으로 제어한다. 따라서, 이에 대응되는 회전자(34a)를 역방향으로 회전시켜 하강시킨다. 이로써, 회전자(34a)에 지지된 밸브(32)를 교축유로(22b)에 근접시킨다. 그 결과, 교축유로(22b)의 개도량이 감소될 수 있게 한다. 이에 따라, 교축유로(22b)를 통과하는 냉매량이 감소되고, 감소된 냉매가 증발기(7)에 도입되면서 증발기(7)의 낮은 열부하에 대응하도록 한다.
이러한 제어부(42)에 의하면, 냉매의 "과열도"에 따라 고정자(34b)의 인가전압을 제어하므로, 고정자(34b)의 인가전압에 따라 조절되는 교축유로(22b)의 개도량을 제어할 수 있다. 따라서, 냉매의 "과열도", 즉, 증발기(7)의 열부하에 따라 교축유로(22b)의 개도량을 제어할 수 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 공조장치용 팽창밸브의 특징부를 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 팽창밸브는, 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로(22b)의 개도량을 조절하는 제어부(42)를 구비하되, 상기 제어부(42)는 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로(22b)의 개도비율을 차등적으로 제어하도록 구성된다.
예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매의 "과열도"별 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 "기준 과열도"(B)를 기준으로 서로 다르도록 제어한다.
따라서, 냉매의 "과열도"별 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 "기준 과열도"(B)를 기준으로 2개의 기울기를 갖도록 제어한다. 이로써, 냉매의 "과열도"에 대한 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 비선형적(非線型的)으로 제어될 수 있게 한다.
경우에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉매의 "과열도"에 대한 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 냉매의 "과열도"별로 모두 다르도록 제어하기도 한다.
따라서, 냉매의 "과열도"에 대한 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 다항식 함수 형태의 기울기를 갖도록 제어한다. 이로써, 냉매의 "과열도"에 대한 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 비선형적으로 제어될 수 있게 한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 교축유로(22b)의 개도비율(A)을 "기준 과열도"(B)를 기준으로 서로 다르도록 제어할 경우에는, "기준 과열도"(B) 이상에 대응되는 교축유로(22b)의 개도비율(A1)이 "기준 과열도"(B) 이하에 대응되는 교축유로(22b)의 개도비율(A2)보다 크도록 제어되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 냉매의 "과열도"가 "기준 과열도"(B)보다 높아질 경우, 교축유로(22b)의 개도비율(A1)을 더 높여서 교축유로(22b)를 통과하는 냉매의 증가폭을 더 높이기 위함이며, 그래야만, 더 많은 량의 냉매가 증발기(7)를 통과하면서 증발기(7)의 냉각성능을 향상시킬 수 있기 때문이며, 이로써, 증발기(7)의 커진 열부하에 신속하게 대응하면서 차실내를 효율좋게 냉방할 수 있기 때문이다.
그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 교축유로(22b)의 개도비율(A)을 냉매의 "과열도"별로 모두 차등화하여 제어할 경우에는, "기준 과열도"(B) 이하에 대응되는 교축유로(22b)의 개도비율(A3)이 냉매의 "과열도"가 낮을수록 점차 감소되게 제어하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 냉매의 "과열도"가 "기준 과열도"(B)보다 낮아질 경우, 교축유로(22b)의 개도비율(A3)을 점차 낮춰서 교축유로(22b)를 통과하는 냉매의 증감폭을 점차적으로 낮추기 위함이며, 그래야만, 소량의 냉매가 교축유로(22b)를 통과하면서 효율좋게 교축되기 때문이며, 냉매의 교축효율이 좋아야만, 에너지 소모 없이 증발기(7)의 냉각성능이 향상될 수 있기 때문이다.
또한, "기준 과열도"(B) 이상에 대응되는 교축유로(22b)의 개도비율(A4)이, 냉매의 "과열도"가 높아질수록 점차 커지게 제어하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 냉매의 "과열도"가 "기준 과열도"(B)보다 높아질 경우, 교축유로(22b)의 개도비율(A4)을 점차 높여서 교축유로(22b)를 통과하는 냉매의 증가폭을 점차적으로 높이기 위함이며, 그래야만, 더 많은 량의 냉매가 증발기(7)를 통과하면서 증발기(7)의 냉각성능을 향상시킬 수 있기 때문이며, 이로써, 증발기(7)의 커진 열부하에 신속하게 대응하면서 차실내를 효율좋게 냉방할 수 있기 때문이다.
더욱 바람직하게는, 제어부(42)는, 교축유로(22b)의 개도비율(A)을 "기준 과열도"(B)를 기준으로 제어할 시에, 상기 교축유로(22b)의 개도비율이 상기 "기준 과열도"(B)를 기준으로 하여 연속적으로 가변되도록 제어하는 것이 좋다.
특히, 제어부(42)는, 냉매의 "과열도"에 대한 교축유로(22b)의 개도비율(A)이, 아래 [식 1]의 다항식 함수 형태를 갖도록 제어하는 것이 더욱 좋다. 이로써, 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 냉매의 "과열도"에 비례하여 점증되도록 제어될 수 있게 한다.
[식 1]
P(ｘ)＝ a0 + a1x + a2x2 + … + anxn (an≠0)
경우에 따라, 제어부(42)는, 교축유로(22b)의 개도비율(A)을 "기준 과열도"(B)를 기준으로 제어할 시에, 상기 교축유로(22b)의 개도비율이 상기 "기준 과열도"(B)를 기준으로 하여 불연속적으로 가변되도록 제어할 수도 있다.
한편, 제어부(42)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정자(34b)에 인가전압을 제어하여 교축유로(22b)의 개도량을 조절하는 구조이므로, 교축유로(22b)의 개도비율을 차등적으로 제어할 경우에도 고정자(34b)에 인가전압을 제어한다.
예를 들면, 교축유로(22b)의 개도비율을 증가시켜야 할 경우에는, 고정자(34b)에 인가되는 전압의 펄스 수(일정거리에 대한) 또는 폭을 줄여서 냉매의 "과열도"에 대한 회전자(34a)의 회전각을 크게 제어한다. 그러면, 냉매의 "과열도"에 대한 밸브(32)의 운동 스트로크(Stroke)도 증가된다. 이로써, 교축유로(22b)에 대한 밸브(32)의 위치도 큰 간격을 두고 조절되며, 그 결과, 냉매의 "과열도"에 대한 교축유로(22b)의 개도비율이 증가된다.
반대로, 교축유로(22b)의 개도비율을 감소시켜야 할 경우에는, 고정자(34b)에 인가되는 전압의 펄스 수(일정거리에 대한) 또는 폭을 늘려서 냉매의 "과열도"에 대한 회전자(34a)의 회전각을 작게 제어한다. 그러면, 냉매의 "과열도"에 대한 밸브(32)의 운동 스트로크도 감소된다. 이로써, 교축유로(22b)에 대한 밸브(32)의 위치도 세밀하게 조절되며, 그 결과, 냉매의 "과열도"에 대한 교축유로(22b)의 개도비율이 감소된다.
한편, 제어부(42)는, 교축유로(22b)의 개도비율을 차등적으로 제어하기 위한 인가전압들을 내장하고 있다. 특히, 냉매의 "과열도"별로 다양하게 저장되어 있다.
따라서, 산출부(40)에서 특정한 값의 "과열도"가 입력되면, 이에 해당하는 "인가전압"을 검출한 다음, 검출한 "인가전압"에 따라 고정자(34b)의 인가전압을 제어한다. 이로써, 냉매의 "과열도"별로 교축유로(22b)의 개도비율을 제어할 수 있게 된다.
경우에 따라, 제어부(42)는, 교축유로(22b)의 개도비율을 차등적으로 제어하기 위한 인가전압값들을, 미리 내장된 프로그램을 통해 연산할 수도 있다.
이러한 경우, 제어부(42)는, 냉매의 "과열도"를 근거로 고정자(34b)의 인가전압값을 연산하는 연산프로그램을 내장하고 있다.
따라서, 산출부(40)에서 특정한 값의 "과열도"가 입력되면, 입력된 "과열도"에 의거하여 해당 "인가전압값"을 연산하고, 연산된 "인가전압값"에 따라 고정자(34b)의 인가전압을 제어한다. 이로써, 냉매의 "과열도"별로 교축유로(22b)의 개도비율을 제어할 수 있게 된다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 3과 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 공조장치가 온(ON)된 상태에서(S101), 증발기(7)의 입구측 냉매온도와 출구측 냉매온도를 검출한다(S103).
그리고 증발기(7)의 입구측 냉매온도와 출구측 냉매온도의 검출이 완료되면, 검출된 증발기(7)의 입구측 냉매온도와 출구측 냉매온도를 이용하여 냉매의 "과열도"를 산출한다(S105).
그리고 냉매의 "과열도" 산출이 완료되면, 산출된 "과열도"에 해당되는 "인가전압값"을 도출한다(S107). "인가전압값" 도출은, 미리 내장된 "인가전압값"을 검출하여 도출하기도 하고, 미리 내장된 연산프로그램을 통해 도출하기도 한다.
그리고 "인가전압값"이 도출되면, 도출된 "인가전압값"을 고정자(34b)에 인가한다(S109). 그러면, 상기 고정자(34b)는 내측의 회전자(34a)를 특정의 각도로 회전시키고, 특정 각도로 회전된 회전자(34a)는, 밸브(32)를 특정 스트로크로 운동시킨다. 이로써, 상기 밸브(32)는, 교축유로(22b)에 대해 운동하면서 상기 교축유로(22b)의 개도량을 조절한다(S111).
한편, "인가전압값"을 도출하는 과정에서(S107), 도출된 "인가전압값"은, 냉매의 "과열도"별로 각기 다른 비율의 크기를 갖는다.
따라서, 냉매의 "과열도"에 따라 회전자(34a)의 회전각도 비율도 각기 다르다. 이로써, 밸브(32)의 운동 스트로크도 냉매의 "과열도"에 따라 각기 다르며, 그 결과, 교축유로(22b)의 개도비율이 냉매의 "과열도"에 따라 차등적으로 제어된다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 의하면, 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로(22b)의 개도비율을 차등적으로 제어하는 구조이므로, 냉매의 교축효율과 증발기의 냉각성능을 최대한 향상시킬 수 있다.
또한, 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로(22b)의 개도비율을 차등적으로 제어하되, 냉매의 "과열도"가 높을 시에는 교축유로의 개도비율을 높이는 구조이므로, 냉매의 "과열도"가 높을 시에 다량의 냉매가 증발기(7)를 통과하면서 증발기(7)의 냉각성능을 향상시킬 수 있게 한다.
또한, 냉매의 "과열도"가 높을 시에 다량의 냉매가 증발기(7)를 통과하면서 증발기(7)의 냉각성능을 향상시킬 수 있게 하므로, 증발기(7)의 커진 열부하에 신속하게 대응하면서 차실내를 효율좋게 냉방할 수 있다.
또한, 냉매의 "과열도"에 따라 교축유로(22b)의 개도비율을 차등적으로 제어하되, 냉매의 "과열도"가 낮을 시에는 교축유로(22b)의 개도비율을 낮추는 구조이므로, 냉매의 "과열도"가 낮을 시에 소량의 냉매가 교축유로(22b)를 통과하면서 효율좋게 교축될 수 있게 한다.
또한, 냉매의 "과열도"가 낮을 시에 소량의 냉매가 교축유로(22b)를 통과하면서 효율좋게 교축될 수 있게 하는 구조이므로, 증발기(7)의 냉각효율을 최대한 향상시킬 수 있다.
한편, 시험결과에 의하면, 본 발명에서와 같이, 냉매의 과열도에 따라 교축유로(22b)의 개도비율(A)을 차등화시키면, 공조장치의 성능효율계수(COP)가 종래보다 현저하게 증가되는 것으로 나타났다.
즉, 냉매의 과열도에 따라 교축유로(22b)의 개도비율(A)을 차등화시키면, 도 7의 그래프에 도시된 바와 같이, 차속 100(kph) 조건에서, 냉매의 과열도에 대한 공조장치의 성능효율계수(COP)가, 본 발명은 평균(C) 1.67 정도이고, 종래는 평균(D) 1.34 정도인 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명은, 냉매의 과열도에 대한 공조장치의 성능계수(COP)가, 종래의 기술보다 약 21.5% 정도 향상된 것으로 나타났다. 그 결과, 본 발명의 냉방효율 및 성능은 종래의 기술에 비해 현저하게 향상되는 것을 알 수 있으며, 이로써, 차량 연비의 개선 효과를 기대할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
1: 응축기 7: 증발기
9: 압축기 20: 밸브몸체
22: 냉매유로 22b: 교축유로
30: 개도량 조절장치 32: 밸브(Valve)
34: 구동수단 34a: 회전자
34b: 고정자 36: 입구측 온도센서
38: 출구측 온도센서 40: 제어부
A: 개도비율 B: 기준 과열도

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 응축기(1)의 냉매를 교축시켜 증발기(7)로 공급하는 교축유로(22b)를 구비하는 밸브몸체(20)와; 상기 교축유로(22b)에 대해 운동하면서 개도량을 조절할 수 있도록 상기 밸브몸체(20)에 설치되는 밸브(32)와; 인가되는 전기신호에 의해 구동되면서 상기 밸브(32)를 상기 교축유로(22b)에 대해 운동시키는 구동수단(34)과; 상기 증발기(7)로부터 배출되는 냉매의 과열도를 산출하는 과열도 산출수단과; 상기 과열도 산출수단에서 산출된 냉매의 과열도에 따라 상기 교축유로(22b)의 개도량을 조절할 수 있도록 상기 구동수단(34)을 제어하되, 상기 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 상기 냉매의 과열도에 따라 차등화될 수 있도록, 상기 구동수단(34)을 비선형적으로 제어하는 제어부(42)를 포함하여 이루어지는 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브에 있어서,
    상기 제어부(42)는,
    상기 냉매의 과열도에 대한 상기 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 미리 설정된 기준 과열도(B)를 기준으로 서로 다르도록, 상기 구동수단(34)을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치의 전자식 팽창밸브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부(42)는,
    상기 기준 과열도(B) 이상에 대응되는 상기 교축유로(22b)의 개도비율이, 상기 기준 과열도(B) 이하에 대응되는 상기 교축유로(22b)의 개도비율보다 크도록 제어하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 전자식 팽창밸브.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부(42)는,
    상기 냉매의 과열도에 대한 상기 교축유로(22b)의 개도비율(A)이 상기 냉매의 과열도별로 모두 차등화되도록 상기 구동수단(34)을 제어하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 전자식 팽창밸브.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부(42)는,
    미리 설정된 기준 과열도(B)를 기준으로 상기 교축유로(22b)의 개도비율이 연속적으로 가변되도록 한 것을 특징으로 하는 공조장치의 전자식 팽창밸브.
  6. 삭제
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부(42)는,
    미리 설정된 기준 과열도(B)를 기준으로 상기 교축유로(22b)의 개도비율이 불연속적으로 가변되도록 한 것을 특징으로 하는 공조장치의 전자식 팽창밸브.
  8. 제 2항 내지 제 5항 및 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(42)는,
    상기 구동수단(34)에 인가되는 전압의 펄스 수 또는 폭을 제어하여, 상기 냉매의 과열도에 대한 상기 교축유로(22b)의 개도비율(A)을 조절하는 것을 특징으로 하는 공조장치의 전자식 팽창밸브.
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