KR101925551B1 - 자동차용 공조장치의 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팽창밸브와 증발기 사이에 기액분리기를 구비하고, 상기 증발기로 냉매 유입을 안내하는 제1순환파이프와 압축기로 냉매 유입을 안내하는 제2순환파이프의 일부를 근접되게 설치하여 상호 열 교환되도록 하는 내부열교환기를 구비하며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상 냉매를 상기 내부열교환기로 진입되기 전에 제2순환파이프로 유입시킴으로써, 상기 제2순환파이프에 유입된 기액분리기의 중온, 중압의 기상 냉매에 의해 상기 제2순환파이프의 냉매에 포함된 액체를 1차 기화시키고, 상기 내부열교환기에 의해 2차 기화가 이루어져 압축기의 압축효율이 향상되도록 하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명은, 팽창밸브(3)와 증발기(4) 사이에 구비된 제1순환파이프(8)의 일측에 팽창된 냉매에서 기체 및 액체를 분리하도록 구비된 기액분리기(5); 및 상기 기액분리기(5)를 통과한 제1순환파이프(8)와, 상기 증발기(4)와 압축기(1) 사이에 구비된 제2순환파이프(9)를 상호 열교환시키는 내부열교환기(10)를 포함하며; 상기 기액분리기(5)에서 분리된 기상 냉매를 상기 내부열교환기(10)의 입구측 제2순환파이프(9)와 접속되는 입력파이프(6)를 구비하여, 기액분리기(5)에서 분리된 기상 냉매를 증발기(4) 토출 냉매에 합류시켜 내부열교환기(10)로 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 공조장치의 냉각시스템{COOLING SYSTEM OF AIR CONDITIONING APPARATUS FOR VEHICLES}

본 발명은 자동차용 공조장치의 냉각시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 팽창밸브와 증발기 사이에 기액분리기를 구비하고, 상기 증발기로 냉매 유입을 안내하는 제1순환파이프와 압축기로 냉매 유입을 안내하는 제2순환파이프의 일부를 근접되게 설치하여 상호 열 교환되도록 하는 내부열교환기를 구비하며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상 냉매를 상기 내부열교환기로 진입되기 전에 제2순환파이프로 유입시킴으로써, 상기 제2순환파이프에 유입된 기액분리기의 중온, 중압의 기상 냉매에 의해 상기 제2순환파이프의 냉매에 포함된 액체를 1차 기화시키고, 상기 내부열교환기에 의해 2차 기화가 이루어져 압축기의 압축효율이 향상되도록 하는 자동차용 공조장치의 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 공조장치는, 쾌적한 실내를 유지하기 위해 난방 및 냉방시스템을 갖춘 장치로서, 외기 또는 내기를 선택적으로 도입시켜 가열 또는 냉각한 후 실내로 송풍함으로써, 자동차 실내를 냉, 난방한다.

상기 냉각시스템은, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기와, 상기 압축기에서 송출된 고온, 고압의 냉매를 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 응축되어 액화된 고압의 냉매를 교축하는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 의해 교축된 중온, 중압의 냉매를 실내 쪽으로 송풍되는 공기와 열 교환시켜 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각시키는 증발기 및 냉매의 순환을 안내하는 냉매 파이프를 포함한다.

상기와 같이 구성된 냉각시스템의 작용상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 압축기가 엔진의 동력으로 구동하면서 저온, 저압의 기체상태 냉매를 흡입, 압축하여 고온, 고압의 기체상태로 응축기로 송출하고, 상기 응축기는 기체상태 냉매를 외기와 열 교환하여 고온, 고압의 액체상태로 응축한다.

또한, 상기 응축기를 통해 송출되는 고온, 고압의 액체상태 냉매는, 팽창밸브의 교축작용으로 팽창되어 중온, 중압의 습포화 상태로 증발기로 유입되고, 상기 증발기는 공조장치에 구비된 송풍기의 송풍공기와 열 교환시켜 냉각된 공기를 토출한다.

그런데, 증발기에서 송출된 냉매는 과열도를 형성하기 어렵기 때문에 압축기로 액체 냉매가 유입되고, 이로 인해 리퀴드 백(Liquid Back)형상이 발생하여 압축기에 손상을 입힐 수 있다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로서, 도 1에 도시된 바와 같은 냉각시스템이 제안된 바 있다.

상기한 종래의 냉각시스템은, 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 송출된 고온, 고압의 냉매를 응축하는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)에서 응축된 중온, 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(3)와, 상기 팽창밸브(3)에서 송출된 중온, 중압의 냉매에 포함된 기체와 액체를 분리시켜, 기체는 압축기(1)의 입구 측으로 송출하고 액체는 증발기(4) 측으로 송출하는 기액분리기(5) 및 상기 기액분리기(5)에서 분리된 중온, 중압의 액상 냉매를 통해 송풍공기와 열 교환시켜 냉기를 발생시키는 증발기(4)를 포함하여 구성된다.

그런데, 상기한 구성의 냉각시스템은, 상기 기액분리기(5)를 통해 분리된 기체가 증발기(4)에서 송출된 압축기(1)의 입구 측으로 기체와 열 교환되어 기화율을 향상시켜야 하나, 단순히 증발기(4)로 유입되기 전의 중온, 중압 상태에서 분리된 기체만으로 압축기(1) 측으로 인입되는 기체의 기화율을 향상시키지 못하는 문제가 있다. 이에 따라, 압축효율의 향상을 기대할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 팽창밸브와 증발기 사이에 기액분리기를 구비하고, 상기 증발기로 냉매 유입을 안내하는 제1순환파이프와 압축기로 냉매 유입을 안내하는 제2순환파이프의 일부를 근접되게 설치하여 상호 열 교환되도록 하는 내부열교환기를 구비하며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상 냉매를 상기 내부열교환기로 진입되기 전에 제2순환파이프로 유입시킴으로써, 상기 제2순환파이프에 유입된 기액분리기의 중온, 중압의 기상 냉매에 의해 상기 제2순환파이프의 냉매에 포함된 액체를 1차 기화시키고, 상기 내부열교환기에 의해 2차 기화가 이루어져 압축기의 압축효율이 향상되도록 하는 자동차용 공조장치의 냉각시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 내부열교환기를 거친 제1순환파이프의 일측에 제2팽창밸브를 구비함으로써, 상기 제2팽창밸브에 의해 열 교환된 냉매를 2차 팽창시켜 증발기에서 증발효율이 향상되도록 하는 자동차용 공조장치의 냉각시스템을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기와 응축기와 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 자동차용 공조장치의 냉각시스템에 있어서, 상기 팽창밸브와 증발기 사이에 구비된 제1순환파이프의 일측에 팽창된 냉매에서 기체 및 액체를 분리하도록 구비된 기액분리기; 및 상기 기액분리기를 통과한 제1순환파이프와, 상기 증발기와 압축기 사이에 구비된 제2순환파이프를 상호 열교환시키는 내부열교환기를 포함하며; 상기 기액분리기에서 분리된 기상 냉매를 상기 내부열교환기의 입구측 제2순환파이프와 접속되는 입력파이프를 구비하여, 기액분리기에서 분리된 기상 냉매를 증발기 토출 냉매에 합류시켜 내부열교환기로 공급되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 내부열교환기를 통과한 제1순환파이프의 일측에 구비되어, 열 교환된 냉매를 2차 팽창시켜 증발효율이 향상되도록 하는 제2팽창밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 내부열교환기는, 내관과 외관으로 이루어지되, 상기 내관과 외관 중 어느 하나에 나선형의 돌출부 및 요홈부를 형성하여, 상기 내관의 내측에는 제1냉매유로를 형성하고, 상기 내관과 외관의 사이에는 제2냉매유로를 형성한 이중관형 열교환기인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 팽창밸브와 증발기 사이에 기액분리기를 구비하고, 상기 증발기로 냉매 유입을 안내하는 제1순환파이프와 압축기로 냉매 유입을 안내하는 제2순환파이프의 일부를 근접되게 설치하여 상호 열 교환되도록 하는 내부열교환기를 구비하며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상 냉매를 상기 내부열교환기로 진입되기 전에 제2순환파이프로 유입시킴으로써, 상기 제2순환파이프에 유입된 기액분리기의 중온, 중압의 기상 냉매에 의해 상기 제2순환파이프의 냉매에 포함된 액체를 1차 기화시키고, 상기 내부열교환기에 의해 2차 기화가 이루어져 압축기의 압축효율이 향상되도록 하는 효과가 있다.

또한, 내부열교환기를 거친 제1순환파이프의 일측에 제2팽창밸브를 구비함으로써, 상기 제2팽창밸브에 의해 열 교환된 냉매를 2차 팽창시켜 증발기에서 증발효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 자동차용 공조장치의 냉각시스템도.
도 2는 도 1에 따른 냉각시스템의 P-H선도.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 자동차용 공조장치의 냉각시스템도.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 내부열교환기의 일부 확대 단면도.
도 5는 도 3에 따른 냉각시스템의 P-H선도.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 따른 자동차용 공조장치의 냉각시스템도.
도 7은 도 6에 따른 냉각시스템의 P-H선도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다).

<제1실시 예>

도 3에 도시된 바와 같이, 자동차용 공조장치의 냉각시스템은, 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 송출된 고온, 고압의 냉매를 응축하는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)에서 송출된 중온, 고압의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(3)와, 상기 팽창밸브(3)에서 송출된 중온, 중압 냉매에서 기체 및 액체를 분리하는 기액분리기(5)와, 상기 기액분리기(5)에서 분리된 액상 냉매를 통해 공조장치의 송풍공기와 열 교환시켜 냉기를 발생시키는 증발기(4)를 포함한다.

또한, 상기 기액분리기(5)와 증발기(4) 사이에 구비된 제1순환파이프(8)와, 상기 증발기(4)와 압축기(1) 사이에 구비된 제2순환파이프(9)의 일부를 근접되게 구성하여, 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부열교환기(10)를 포함한다.

즉, 상기 제1순환파이프(8)에는 중온, 중압의 냉매가 통과하고, 제2순환파이프(9)에는 저온, 저압의 냉매가 통과하므로, 상기 내부열교환기(10)에 구비된 일부 제1 및 제2순환파이프(8)(9)에서 상호 열 교환이 이루어지게 된다. 그 결과 상기 내부열교환기(10)를 통해 열 교환된 상기 제1순환파이프(8)의 냉매는 최초 온도보다 다소 저하된 중저온, 중압 상태로 증발기(4)로 유입되므로 증발효율을 향상시키게 된다.

또한, 상기 내부열교환기(10)를 통해 열 교환된 제2순환파이프(9)의 냉매는 최초 온도보다 다소 상승된 중저온, 저압 상태로 압축기(1)로 유입되므로 압축효율을 향상시키게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 내부열교환기(10)는, 내관(12)과, 외관(14)으로 이루어진 이중관형 열교환기이다.

또한, 상기 내부열교환기(10)의 내관(12)은, 제2순환파이프(9)에 흐르는 냉매가 유입된다.

상기 내부열교환기(10)의 외관(14)은, 제1순환파이프(8)에 흐르는 냉매가 유입된다.

또한, 상기 내관(12)에는, 상기 외관(14)을 흐르는 냉매와의 열교환이 원활하게 이루어지도록 나선형의 돌출부(16) 및 요홈부(18)가 형성된다. 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 내관(12)과 외관(14) 사이에 흐르는 냉매의 열교환이 원활하게 이루어지도록 하는 형상이면 어느 것이든 사용 가능하다.

또한, 상기 제1 및 제2순환파이프(8)(9)를 흐르는 냉매 각각이 유입되는 내관(12) 및 외관(14)은 열교환효율에 따라 유입관을 상호 치환하여 사용할 수도 있다.

특히, 상기 기액분리기(5)에서 분리된 기체는, 입력파이프(6)를 통해 상기 증발기(4)와 열교환기(10) 사이의 제2순환파이프(9)로 유입되어, 상기 제2순환파이프(9)를 통해 송출되는 저온, 저압 냉매와 혼합된다.

즉, 상기 기액분리기(5)에서 분리된 기체는, 중온, 중압 냉매가 상기 입력파이프(6)를 통해 제2순환파이프(9)로 유입되면서 상기 제2순환파이프(9)의 저온, 저압 냉매와 열 교환을 하게 된다.

상기 입력파이프(6)의 중온, 중압 냉매는, 제2순환파이프(9)의 저온, 저압 냉매와의 열 교환으로 중저온 및 중저압으로 냉매를 활성화시켜, 상기 제2순환파이프(9)의 냉매에 포함된 액체를 1차 기화시킨다.

이어서, 상기 입력파이프(6)의 냉매에 의해 1차 기화된 제2순환파이프(9)의 냉매가 상기 내부열교환기(10)를 통해 2차 기화가 이루어져, 상기 압축기(1)로 유입되는 냉매의 기화율을 향상시킨다.

결국, 상기 입력파이프(6)에 의한 1차 기화 및 내부열교환기에 의한 2차 기화된 냉매가 압축기(1)로 유입됨으로써, 상기 압축기(1)를 통한 압축효율을 향상시키고, 액체의 유입을 최소화할 수 있다.

도 5를 참조하면, 기액분리된 기체가 열교환기 입구 쪽으로 진입됨에 따라 종래의 점선부분의 압력영역이 실선부분의 압축영역으로 확대된 것을 알 수 있다.

또한, 팽창밸브에서 증발기로 유입되는 냉매가 열교환기에 의해 열 교환되어 온도가 저하됨에 따라 종래의 점선부분의 팽창영역이 실선부분의 팽창영역으로 확대된 것을 알 수 있다.

<제2실시 예>

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시 예에 따른 자동차용 공조장치의 냉각시스템은, 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 송출된 고온, 고압의 냉매를 응축하는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)에서 송출된 중온, 고압의 냉매를 팽창시키는 제1팽창밸브(3)와, 상기 제1팽창밸브(3)에서 송출된 중온, 중압 냉매에서 기체 및 액체를 분리하는 기액분리기(5) 및 상기 기액분리기(5)에서 분리된 액상 냉매를 통해 공조장치의 송풍공기와 열 교환시켜 냉기를 발생시키는 증발기(4)를 포함한다.

또한, 상기 기액분리기(5)와 증발기(4) 사이에 구비된 제1순환파이프(8)와, 상기 증발기(4)와 압축기(1) 사이에 구비된 제2순환파이프(9)의 일부를 근접되게 구성하여, 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부열교환기(10)를 포함한다.

또한, 상기 내부열교환기(10)와 증발기(4) 사이의 제1순환파이프(8) 일측에는, 제2팽창밸브(7)를 포함한다.

제2실시 예에 의하면, 상기 내부열교환기(10)를 통해 열 교환된 중저온, 중압의 냉매가 상기 제2팽창밸브(7)에 의해 중저온, 중저압으로 팽창된 상태로 증발기(4)로 유입됨에 따라 상기 증발기(4)의 증발효율을 향상시킬 수 있다.

도 7을 참조하면, 내부열교환기를 거친 제1순환파이프의 일측에 제2팽창밸브를 구비함으로써, 상기 제2팽창밸브에 의해 2차 팽창이 이루어져 제1실시 예의 점섬부분의 팽창영역이 실선부분의 팽창영역으로 확대된 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 것은 자동차용 공조장치의 냉각시스템을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경 실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

1: 압축기 2: 응축기
3: 팽창밸브 4: 증발기
5: 기액분리기 6: 입력파이프
7: 제2팽창밸브 8: 제1순환파이프
9: 제2순환파이프 10: 내부열교환기
12: 내관 14: 외관
16: 돌출부 18: 요홈부

Claims (3)

1. 압축기와 응축기와 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 자동차용 공조장치의 냉각시스템에 있어서,
   상기 팽창밸브(3)와 증발기(4) 사이에 구비된 제1순환파이프(8)의 일측에 팽창된 냉매에서 기체 및 액체를 분리하도록 구비된 기액분리기(5); 및
   상기 기액분리기(5)를 통과한 제1순환파이프(8)와, 상기 증발기(4)와 압축기(1) 사이에 구비된 제2순환파이프(9)를 상호 열교환시키는 내부열교환기(10)를 포함하며;
   상기 기액분리기(5)에서 분리된 기상 냉매를 상기 내부열교환기(10)의 입구측 제2순환파이프(9)와 접속되는 입력파이프(6)를 구비하여, 기액분리기(5)에서 분리된 기상 냉매를 증발기(4) 토출 냉매에 합류시켜 내부열교환기(10)로 공급되도록 하고;
   상기 내부열교환기(10)를 통과한 제1순환파이프(8)의 일측에 구비되며, 상기 내부열교환기(10)를 통해 열 교환된 중저온, 중압의 냉매를, 중저온, 중저압으로 2차 팽창시켜 증발기(4)로 유입되게 함에 따라 상기 증발기(4)의 증발효율이 향상되도록 하는 제2팽창밸브(7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 냉각시스템.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 내부열교환기(10)는, 내관(12)과 외관(14)으로 이루어지되, 상기 내관(12)과 외관(14) 중 어느 하나에 나선형의 돌출부(16) 및 요홈부(18)를 형성하여, 상기 내관(12)의 내측에는 제1냉매유로를 형성하고, 상기 내관(12)과 외관(14)의 사이에는 제2냉매유로를 형성한 이중관형 열교환기인 것을 특징으로 하는 자동차용 공조장치의 냉각시스템.
   

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