KR101198640B1

KR101198640B1 - 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브

Info

Publication number: KR101198640B1
Application number: KR1020060014881A
Authority: KR
Inventors: 이동원; 황동우; 남수병
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: KR20070082274A

Abstract

본 발명은 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브에 관한 것으로서, 응축기로부터 냉매를 공급받아 증발기로 공급되는 액상 냉매가 통과되는 증발전냉매통로와, 상기 증발기로부터 배출된 냉매가 통과되어 압축기로 공급되는 증발후냉매통로가 형성되는 밸브본체; 상기 증발전냉매통로에 형성되는 제1오리피스(orifice); 상기 제1오리피스를 통과하는 냉매의 양을 제어하는 밸브구체; 상기 밸브본체에 설치되고, 상기 증발후냉매통로를 유동하는 냉매의 온도 감지를 통하여 변위되는 다이아프램(diaphragm); 상기 다이아프램의 변위에 따라 상기 밸브구체를 이동시키는 로드(rod); 상기 증발전냉매통로에 상기 제1오리피스와 별도로 하나 이상이 형성되는 제2오리피스; 및 각각 상기 제1오리피스 및 제2오리피스와 연통되어 증발전 냉매통로를 형성하며, 상기 증발기 내부에서 독립적인 공간을 형성하는 제1증발기코어 및 제2증발기코어로 각각 냉매를 공급하는 제1증발기유입통로 및 제2증발기유입통로; 를 포함하여, 냉방 부하에 더욱 적절히 대응할 수 있다.

팽창밸브, 냉매, 적층형, 증발기, 통로, 유로, 유량.

Description

냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브{EXPANSION VALVE TO BE ABLE TO REGULATE FLUX OF REFRIGERANT}

도 1은 자동차 공조장치의 냉방 장치 시스템을 이루는 사이클을 나타낸 모식도이다.

도 2는 종래기술에 따른 팽창밸브를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 팽창밸브를 나타낸 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 팽창밸브와 연결되는 적층형 증발기 코어(evaporator core)를 개략적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10...증발전냉매통로 20...증발기유입통로

30...증발기유출통로 40...증발후냉매통로

51...밸브본체 52...밸브구체

53...밸브실 54...제1오리피스

55...로드(rod) 57...다이아프램(diaphragm)

58...감온통 59...가스실

100...팽창밸브 121...제1증발기유입통로

122...제2증발기유입통로 125...제2오리피스

본 발명은 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팽창밸브에 증발기코어로 오리피스를 통과한 냉매를 공급하는 증발기유입통로를 복수개 형성하여 냉방 부하에 적절히 대응하도록 구성된 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브에 관한 것이다.

차량용 공기조화기는 차량 실내의 온도 및 습도를 조절하기 위한 장치로서, 난방 장치와 냉방 장치를 포함한다.

난방 장치는 차량 엔진 냉각수를 히터 코어 내로 유동시키고 그 냉각수의 열을 송풍기의 작용으로 방열시킴으로써 차량 실내의 온도를 상승시킨다.

한편, 냉방 장치는 냉매를 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기 등을 통해 유동시킴으로써 냉매의 증발 잠열을 이용하여 실내로 차가운 공기를 공급하게 된다. 여기서, 팽창밸브는 증발기 코어 내에서 냉매 증발이 원활히 이루어지도록 하기 위해 고온고압의 냉매를 저온저압으로 팽창시켜 주며, 증발기 코어 입구측에 설치된다.

도 1에는 자동차 공조장치의 냉방 장치 시스템을 이루는 사이클을 나타낸 모식도가 도시되어 있다. 압축기(1)는 증발기로부터 증발이 완료되어 토출된 냉매 가스를 흡입하여 액화되기 쉬운 고온고압의 냉매 가스 상태로 변화시켜 응축기로 토출한다. 응축기(2)는 압축기로부터 유입된 고온고압의 냉매 가스를 냉각 팬을 사용 하여 강제 냉각시켜 냉매를 액화시키는 기능을 한다. 팽창밸브(3)는 증발기(4) 입구에 설치되며, 교축작용과 유량조절작용을 수행한다. 교축작용은 액상 냉매를 저온저압의 습포화 증기 상태로 변화시키는 기능이고, 유량 조절작용은 외기환경, 내부환경, 압축기 회전수 등에 따라 변하는 냉동사이클의 열부하에 대응하여 최대의 냉방성능을 발휘할 수 있도록 냉매 유동량을 조절하는 기능이다. 이는, 도 2에 도시된 종래의 팽창밸브에 있어서, 증발기 출구측의 압력 및 팽창밸브 입구측의 압력과 기설정된 밸브의 스프링 압력을 상호 조화시켜 유로의 단면적을 변화시켜 조절한다. 증발기(4)는 팽창과정을 거쳐 유입되는 습포화 증기 상태의 저온 저압의 냉매를 차 실내, 실외의 공기와 열교환시켜 기체(과열증기)로 변화시킨다. 열을 빼앗긴 공기는 저온 저습 상태로 변화되고, 이 공기는 송풍기에 의해 차량의 실내로 토출되어 차 실내 환경을 쾌적하게 유지할 수 있다.

상기 차량에 사용되는 냉방 장치의 경우 압축기가 엔진 회전 속도에 비례하여 변화하기 때문에 압축기 회전속도(rpm)의 변화폭이 상당히 크다. 그러므로 전 rpm에 따라 최적의 냉방 장치 성능을 내기 위해서는 고정식 팽창밸브를 사용하는 것은 바람직하지 않다.

따라서, 전 rpm 영역에 관계없이 증발기가 적당한 과열도를 갖도록 하기 위해, 즉 최적의 증발기 성능을 얻을 수 있도록 하기 위해 과열도 제어방식의 팽창밸브(thermostatic expansion valve; TXV)를 사용한다.

이러한 과열도 제어방식 팽창밸브(TXV)의 특징은 rpm이 작은 범위에서 고정식 타입에 비해 냉매 유량이 적게 흐르게 하여 적당한 과열도를 유지하고, rpm이 큰 영역에서는 고정식 타입에 비해 냉매 유량을 크게 하여 적당한 과열도가 계속 유지되게 한다.

이렇게 증발기 출구측의 냉매 압력 및 온도에 따른 과열도 값을 제어함으로써 증발기 코어 내에 흐르는 냉매 유량을 조절하고 있지만, 냉동부하의 변동에 따른 조절 폭은 제한적이고 저부하시에 증발기 코어로 냉매가 과다하게 흐름으로 인하여 불필요한 압축일을 하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 바와 같이 팽창밸브에 의해 제어되는 냉매 유량을 더욱 줄이기 위하여, 냉방 장치의 사이클을 이루는 상기 압축기 자체의 작동/정지를 반복함으로써 압축기를 통과하여 나온 냉매가 응축기를 거쳐 상기 팽창밸브로 유입되도록 하고 있다. 그러나, 이러한 방식은 압축기의 작동/정지가 반복됨으로써, 압축기 또는 냉방 장치의 사이클을 이루는 다른 기구에 좋지 않은 영향을 주어 작동 성능과 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 팽창밸브에 증발기코어로 오리피스를 통과한 냉매를 공급하는 증발기유입통로를 복수개 형성하여, 냉방 부하에 따라 더욱 적절히 대응하도록 구성된 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브는 응축기로부터 냉매를 공급받아 증발기로 공급되는 액상 냉매가 통과되는 증발전냉매통로와, 상기 증발기로부터 배출된 냉매가 통과되어 압축기로 공급되는 증발후냉매통로가 형성되는 밸브본체; 상기 증발전냉매통로에 형성되는 제1오리피스(orifice); 상기 제1오리피스를 통과하는 냉매의 양을 제어하는 밸브구체; 상기 밸브본체에 설치되고, 상기 증발후냉매통로를 유동하는 냉매의 온도 감지를 통하여 변위되는 다이아프램(diaphragm); 상기 다이아프램의 변위에 따라 상기 밸브구체를 이동시키는 로드(rod); 상기 증발전냉매통로에 상기 제1오리피스와 별도로 하나 이상이 형성되는 제2오리피스; 및 각각 상기 제1오리피스 및 제2오리피스와 연통되어 증발전 냉매통로를 형성하며, 상기 증발기 내부에서 독립적인 공간을 형성하는 제1증발기코어 및 제2증발기코어로 각각 냉매를 공급하는 제1증발기유입통로 및 제2증발기유입통로; 를 포함한다.

삭제

또한, 상기 제1증발기유입통로 및 제2증발기유입통로와 연결되는 증발기는 제1증발기코어와 제2증발기코어가 겹쳐진 적층형 구조인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 팽창밸브를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 팽창밸브와 연결되는 적층형 증발기 코어를 개략적으로 나타낸 도면이다. 여기서 도 3의 본 발명에 따른 팽창밸브는, 도 2의 종래기술에 따른 팽창밸브와 대비할 때, 동일한 구성부분에는 동일한 번호를 부여하였고, 종래기술과 다른 구성부분에는 다른 번호를 부여하여 구별되도록 하였다.

본 발명에 따른 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브에 의하면, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 증발기(4)를 향하여 흐르는 액상 냉매가 통과하는 증발전냉매통로(10)와, 상기 증발기(4)로부터 압축기(1)로 흐르는 냉매가 통과하는 증발후냉매통로(40)를 구비하는 밸브본체(51); 상기 증발전냉매통로(10)에 형성되는 제1오리피스(54); 상기 제1오리피스(54)를 통과하는 냉매의 양을 제어하는 밸브구체(52); 상기 밸브본체(51)에 설치되고, 상기 증발후냉매통로(40)를 유동하는 냉매의 온도 감지를 통하여 변위되는 다이아프램(57); 및 상기 다이아프램(57)의 변위에 따라 상기 밸브구체(52)를 이동시키는 로드(55);를 포함하는 차량용 공조장치의 팽창밸브(100)에 있어서,

상기 증발전냉매통로(10)에는 상기 제1오리피스(54) 외에 추가적으로 제2오리피스(125)가 형성되고, 팽창된 냉매를 통과시키는 증발기유입통로(20)가 복수개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 증발전냉매통로(10)의 출구측에는, 상기 밸브구체(52) 옆으로 형성된 제2오리피스(125)를 통해 상기 제1증발기코어(4A)와 연결되어 냉매가 흐르도록 개방된 제1증발기유입통로(121)와, 제2증발기코어(4B)로 연결되어 팽창밸브의 밸브구체(52)에 의해 냉매 유량이 조절되는 제2증발기유입통로(122)가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1증발기유입통로(121) 및 제2증발기유입통로(122)와 연결되는 증발기(4)는 제1증발기코어(4A)와 제2증발기코어(4B)가 겹쳐진 적층형 구조인 것이 바람직하다.

먼저, 상기 증발기(4)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1증발기코어(4A)와 제2증발기코어(4B)가 겹쳐진 형태로 형성되어 공조장치의 케이스(미도시) 내에 설치된다. 각 증발기코어(4A, 4B)의 하부에는 각각 팽창밸브(100)의 오리피스(125, 54)를 통과한 냉매가 유입되는 제1증발기유입통로(121)와 제2증발기유입통로(122)가 연결되어 있다. 각 증발기코어(4A, 4B)의 상부에는 각 증발기코어 내의 냉매 유로가 합쳐져서 하나의 유로로 형성되어 나오는 증발기유출통로(30)가 연결되어 있다. 이 증발기유출통로(30)는 다시 팽창밸브(100) 상부의 감온부를 통과하여 증발후냉매통로(40)를 통해 압축기(1)로 연결된다.

이 두 증발기코어(4A, 4B)가 겹쳐져 설치된 증발기코어(4)는, 도 4에 도시한 팽창밸브(100)의 좌측에 연결된다. 도 4에서 팽창밸브(100)의 우측에 연결되는 압축기(1)와 응축기(2)를 거쳐 증발전냉매통로(10)를 통해 팽창밸브(100)로 유입되는 냉매는, 제2오리피스(125)를 통과하여 제1증발기유입통로(121)를 통해 제1증발기코어(4A)로 유입된다. 이에 반해, 제2증발기유입통로(122)를 통해 제2증발기코어(4B)로 유입되는 냉매는, 동일하게 증발전냉매통로(10)를 통해 팽창밸브(100)로 유입되지만, 팽창밸브(100)의 밸브구체(52) 주위에 형성된 제1오리피스(54)를 통과하여, 제2증발기유입통로(122)로 유입된다.

이어서, 본 발명에 의한 냉매 유량조절이 가능한 가변용량형 팽창밸브의 작동을 도 4를 참조하여 설명한다.

상기한 바와 같이, 압축기(1)와 응축기(2)를 거쳐 증발전냉매통로(10)를 통해 액체 상태의 냉매가 팽창밸브(100)로 유입된다. 이어서, 팽창밸브(100)의 하부에 있는 밸브실(53) 주위를 통과하고, 좌측에 있는 제2오리피스(125)를 통과하면서 온도와 압력이 강하되며, 제1증발기유입통로(121)를 통해 제1증발기코어(4A)로 유입된다.

또한, 증발전냉매통로(10)를 통해 팽창밸브(100)로 유입되는 상기한 냉매의 일부는, 밸브구체(52)의 상하 이동에 의해 개폐되는 제1오리피스(54)를 통과하여 제2증발기유입통로(122)를 통해 제2증발기코어(4B)로 유입된다. 이 밸브구체(52)는, 팽창밸브(100)의 상부를 통과하도록 형성된 증발후냉매통로(40)에 흐르는 냉매의 온도에 따라 압력이 변하는 가스실(59)과 그 아래의 다이아프램(57)에 의해, 이 다이아프램(57)의 하부에 장착되고 밸브구체(52)까지 길게 형성된 로드(55)의 상하이동을 조정함으로써, 상기 제1오리피스(54)를 개폐하여 이를 통해 흐르는 냉매의 유량을 제어하게 된다. 그리고, 밸브구체(52)는 스프링이 내장된 밸브실(53)에 의해 지지되므로, 로드(55)가 밸브구체(52)를 아래방향으로 누르는 힘과 평형을 이루고 그 힘이 사라지면 밸브구체(52)를 위로 복원시켜 제1오리피스(54)를 닫게 된다. 또한, 다이아프램(57)은 팽창밸브(100)의 작동부이므로 이를 보호하기 위해 캡의 역할을 하는 감온통(58) 안에 들어있다.

냉방 부하가 작을 경우에는, 응축기(2)를 통해 응축된 냉매가 제1증발기유입통로(121)를 통해 제1증발기코어(4A)로 유입되고, 제2증발기유입통로(122)는 닫혀 있어서 제2증발기코어(4B)로는 냉매가 유입되지 않는다. 따라서, 제1증발기코어 (4A)에서만 유입된 냉매의 증발이 일어나면서 이를 통과하는 주위 공기와 열교환이 이루어지므로, 작은 부하에 적절히 대응할 수 있다.

그리고 냉방 부하가 클 경우에는, 상기 다이아프램(57)의 작용에 의해 밸브구체(52)가 냉방 부하에 대응되는 크기만큼 열리게 되고, 응축기(2)를 통해 응축된 냉매는 제1증발기코어(4A)뿐만 아니라 제2증발기코어(4B)로도 유입된다. 따라서, 두 증발기코어에서 동시에 증발이 일어나면서 열교환이 이루어지므로, 큰 부하에 적절히 대응할 수 있다.

이러한 구성에 의해, 예를 들어, 제1증발기코어(4A)는 전체 냉방 부하 100% 중에서 약 50%를 담당하고 이는 압축기의 작동/정지에 의해 작동/정지되며, 제2증발기코어(4B)는 냉방 부하 100% 중 나머지 50%를 담당하게 된다. 따라서, 두 증발기코어에서 이루어지는 냉방은 본 발명의 팽창밸브에 의해 조절되는 냉매 유량에 따라 제어되고, 전체 부하의 50% 내지 100% 범위에서 가변적으로 제어될 수 있다. 이러한 팽창밸브에 의하면 냉방 장치 시스템의 효율을 증대시켜 압축기의 소모 동력을 감소시키고, 이에 따라 연비도 향상된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 냉매 유량조절이 가능한 가변용 량형 팽창밸브에 의하면, 팽창밸브에 증발기코어로 오리피스를 통과한 냉매를 공급하는 증발기유입통로를 복수개 형성하여, 냉방 부하에 더욱 적절히 대응할 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉방 장치 시스템의 효율을 증대시켜 압축기의 소모 동력을 감소시키고, 이에 따라 연비도 향상시킬 수 있다.

Claims

응축기로부터 냉매를 공급받아 증발기로 공급되는 액상 냉매가 통과되는 증발전냉매통로와, 상기 증발기로부터 배출된 냉매가 통과되어 압축기로 공급되는 증발후냉매통로가 형성되는 밸브본체;

상기 증발전냉매통로에 형성되는 제1오리피스(orifice);

상기 제1오리피스를 통과하는 냉매의 양을 제어하는 밸브구체;

상기 밸브본체에 설치되고, 상기 증발후냉매통로를 유동하는 냉매의 온도 감지를 통하여 변위되는 다이아프램(diaphragm);

상기 다이아프램의 변위에 따라 상기 밸브구체를 이동시키는 로드(rod);

상기 증발전냉매통로에 상기 제1오리피스와 별도로 하나 이상이 형성되는 제2오리피스; 및

각각 상기 제1오리피스 및 제2오리피스와 연통되어 증발전 냉매통로를 형성하며, 상기 증발기 내부에서 독립적인 공간을 형성하는 제1증발기코어 및 제2증발기코어로 각각 냉매를 공급하는 제1증발기유입통로 및 제2증발기유입통로; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변용량형 팽창밸브.
삭제
제1항에 있어서,

상기 제1증발기유입통로 및 제2증발기유입통로와 연결되는 증발기는 제1증발기코어와 제2증발기코어가 겹쳐진 적층형 구조인 것을 특징으로 하는 가변용량형 팽창밸브.