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KR102472479B1 - 차량용 공조장치 - Google Patents

차량용 공조장치 Download PDF

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KR102472479B1
KR102472479B1 KR1020160034449A KR20160034449A KR102472479B1 KR 102472479 B1 KR102472479 B1 KR 102472479B1 KR 1020160034449 A KR1020160034449 A KR 1020160034449A KR 20160034449 A KR20160034449 A KR 20160034449A KR 102472479 B1 KR102472479 B1 KR 102472479B1
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KR
South Korea
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cooling unit
cooling
turned
refrigerant
air conditioner
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이준민
김영인
조중원
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 냉각유닛들에 침적된 오일을 원활하게 배출시켜, 냉각유닛들에서의 오일 침적 현상을 방지할 수 있고, 이를 통해, 에어컨의 냉방성능을 개선시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 팽창밸브와 증발기를 갖춘 냉각유닛을 포함하며, 냉각유닛은 다수개로 구성되는 차량용 공조장치에 있어서, 다수의 냉각유닛 중, 선택된 것을 간헐적으로 오프(OFF)시켜, 나머지 다른 냉각유닛으로의 냉매 도입량을 간헐적으로 증가시키면서 그 내부의 침적 오일을 배출시키는 제어부를 구비한다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉각유닛들에 침적된 오일을 원활하게 배출시켜, 냉각유닛들에서의 오일 침적 현상을 방지할 수 있고, 이를 통해, 에어컨의 냉방성능을 개선시킬 수 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.
차량용 공조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 응축기(10)로부터 배출된 냉매를 팽창 및 증발시켜 냉기를 발생시키는 냉각유닛(20)을 갖추고 있다.
냉각유닛(20)은, 응축기(10)로부터 배출된 고온 냉매를 저온,저압으로 팽창시키는 팽창밸브(22)와, 팽창된 저온,저압의 냉매를 유입한 후, 주변의 공기와 열교환시켜 냉기를 발생시키는 증발기(24)를 포함한다.
한편, 이러한 냉각유닛(20)은, 최근들어 공조장치내에 다수개 설치되는 것이 보통이다.
그 일례로서, 차실내의 전석부분을 냉방하기 위한 전석 냉각유닛(20a)과, 차실내의 후석부분을 냉방하기 위한 후석 냉각유닛(20b)과, 하이브리드(Hybrid) 또는 연료전지 차량의 배터리 팩(Battery Pack), 연료전지 스택(Stack)등을 냉각시키기 위한 칠러 냉각유닛(20c) 등이 있다.
이러한 각 냉각유닛(20)들은, 냉기를 발생시킨 다음, 발생된 냉기를 차량의 해당부분에 공급한다. 따라서, 차량의 각 해당부분을 독립적으로 냉각시킨다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, 각 냉각유닛(20)들 중, 냉매의 흐름량이 매우 적거나, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)의 경우, 냉매 중에 포함된 오일이 유닛내에 침적된다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 공조장치내에서 순환되는 오일량이 부족해진다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 에어컨 작동시에 냉방성능이 떨어진다는 결점이 있다.
특히, 냉매에 포함된 오일은, 공조장치 내부의 각종 습동부분을 윤활하는 역할을 하는데, 위에서와 같은 오일 순환량 부족으로 인해, 공조장치의 각종 습동부분이 윤활되지 못한다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 습동부분의 수명이 현저하게 저하되고, 그 결과, 에어컨의 냉방성능이 저하된다는 결점이 있다.
한편, 이를 감안하여, 냉각유닛(20)의 오일 침적을 방지하고, 아울러 침적된 오일을 장치내로 순환시키는 기술이 다양하게 제안되어 있다.
그 일례로서, 냉각유닛(20)이 오프(OFF)된 상태이더라도, 유닛내에 소량의 냉매가 계속해서 흐를 수 있게 하는 기술이 있다.
이 기술은, 팽창밸브(22)에 소량의 냉매가 항상 흐를 수 있는 브리드 홀(Breathe hole)을 형성하고, 이를 통해, 팽창밸브(22)가 상시 개방되는 것으로, 냉각유닛(20)이 오프(OFF)되더라도 팽창밸브(22)의 브리드 홀을 통해 소량의 냉매가 상시 흐를 수 있게 하고, 이를 통해, 냉각유닛(20)내에서의 오일 침적을 방지함과 아울러 침적된 오일을 장치내로 순환시킨다.
그런데, 이러한 종래의 기술은, 냉각유닛(20)에 소량의 냉매만 유동시키는 구조이므로, 오일의 침적 방지효율이 낮고, 오일의 순환량도 매우 적다는 단점이 있다. 그 결과, 충분한 오일 침적 방지효과를 기대할 수 없고, 충분한 오일 순환 효과를 기대할 수 없다는 문제점이 있다.
한편, 오일의 침적을 방지하는 다른 기술로서, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)을 간헐적으로 온(ON)시키는 기술이 있다.
이 기술은, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)을 간헐적으로 온(ON)시킴으로써, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)내의 냉매를 강제 순환시키고, 강제 순환되는 냉매를 통해, 냉각유닛(20)내의 침적 오일을 공조장치 내로 순환시키고, 이를 통해, 냉각유닛(20)내에서의 오일 침적을 방지한다.
그런데, 이러한 종래의 기술은, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)을 간헐적으로 온(ON)시키는 과정에서, 현재 온(ON)되고 있는 냉각유닛(20)의 냉매 일부를 오프(OFF)된 냉각유닛(20)에 유입시키는 구조이므로, 오프(OFF) 상태의 냉각유닛(20)으로 유입되는 냉매의 유량과 압력이 상대적으로 떨어진다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에, 여전히 충분한 오일 침적 방지효과와, 충분한 오일 순환 효과를 기대할 수 없다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉매의 흐름량이 매우 적거나, 오프(OFF)된 상태의 냉각유닛에 충분한 유량과 압력의 냉매를 유입시킬 수 있도록 구성함으로써, 냉각유닛에 침적된 오일을 원활하게 순환시킬 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 냉각유닛에 침적된 오일을 원활하게 순환시킬 수 있도록 구성함으로써, 냉각유닛에서의 오일 침적 현상을 방지할 수 있고, 이를 통해, 에어컨의 냉방성능을 개선시킬 수 있는 차량용 공조장치를 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 공조장치는, 팽창밸브와 증발기를 갖춘 냉각유닛을 포함하며, 상기 냉각유닛은 다수개로 구성되는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 다수의 냉각유닛 중, 선택된 것을 간헐적으로 오프(OFF)시켜, 나머지 다른 냉각유닛으로의 냉매 도입량을 간헐적으로 증가시키면서 그 내부의 침적 오일을 배출시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 다수의 냉각유닛 중, 냉매의 흐름량이 가장 많은 고유량의 냉각유닛을 미리 설정된 시간 간격을 두고 미리 설정된 시간 동안 일시적으로 오프(OFF)시켜, 상기 고유량 냉각유닛의 도입 냉매가 나머지 다른 냉각유닛으로 집중 도입되면서 그 내부의 침적 오일을 배출시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 고유량 냉각유닛을 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에, 이미 오프(OFF)된 냉각유닛(20)이 있을 경우, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛을 일시적으로 온(ON)시켜, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛에도 냉매를 일시적으로 유동시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 고유량 냉각유닛을 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛을 일시적으로 온(ON)시키되, 상기 냉각유닛이 브리드 홀을 갖춘 상시개방형인 경우에만 한정하여 일시적으로 온(ON)시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다수의 냉각유닛들은, 차실내의 전석부분을 냉방하기 위한 전석 냉각유닛과, 차실내의 후석부분을 냉방하기 위한 후석 냉각유닛과, 전기차량의 배터리 팩과 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 칠러 냉각유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치에 의하면, 냉매 흐름량이 가장 많은 냉각유닛을 주기적으로 오프(OFF)시킨 다음, 그 냉매를 냉매 흐름량이 적고, 오프(OFF)된 냉각유닛측으로 가이드하는 구조이므로, 냉매 흐름량이 적고, 오프(OFF)된 냉각유닛측에 충분한 유량의 냉매를 유입시킬 수 있으며, 이를 통해, 냉각유닛에 침적된 오일을 원활하게 순환시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각유닛에 침적된 오일을 원활하게 순환시킬 수 있는 구조이므로, 냉각유닛에서의 오일 침적 현상을 방지할 수 있고, 이를 통해, 에어컨의 냉방성능을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 작동예를 나타내는 플로우챠트이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차량용 공조장치에 대해 간략하게 설명한다.
공조장치는, 응축기(10)로부터 배출된 냉매를 처리하여 냉기를 발생시키는 냉각유닛(20)을 구비한다.
냉각유닛(20)은, 응축기(10)의 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(22)와, 팽창된 냉매를 유입한 후, 주변의 공기와 열교환시켜 냉기를 발생시키는 증발기(24)를 포함한다.
이러한 냉각유닛(20)은, 다수개 설치되는데, 이러한 다수개의 냉각유닛(20)은, 차실내의 전석부분을 냉방하기 위한 전석 냉각유닛(20a)과, 차실내의 후석부분을 냉방하기 위한 후석 냉각유닛(20b)과, 배터리 팩, 연료전지 스택 등을 냉각시키기 위한 칠러 냉각유닛(20c) 등을 포함한다.
이러한 구성의 냉각유닛(20)들은, 냉기를 발생시킨 다음, 발생된 냉기를 차량의 해당부분에 공급한다. 따라서, 차량의 각 해당부분을 독립적으로 냉각시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 공조장치는, 각 냉각유닛(20)의 냉매 흐름량을 감지하는 냉매 흐름량 감지수단(30)을 구비한다.
냉매 흐름량 감지수단(30)은, 각 냉각유닛(20)에 설치되는 유량센서(도시하지 않음)들을 포함하는 것으로, 각 냉각유닛(20)의 냉매 흐름량을 감지한 다음, 감지된 각 냉각유닛(20)의 냉매 흐름량 데이터를 후술하는 제어부(40)에 입력시킨다.
그리고 본 발명의 공조장치는, 제어부(40)를 구비한다.
제어부(40)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 냉매 흐름량 감지수단(30)으로부터 각 냉각유닛(20)의 냉매 흐름량 데이터가 입력되면, 입력된 각 냉각유닛(20)의 냉매 흐름량을 비교 판단하여, 냉매 흐름량이 가장 많은 냉각유닛(20)을 실시간으로 검출한다.
그리고 냉매 흐름량이 가장 많은 냉각유닛(20)(이하, "고유량 냉각유닛"이라 칭함)의 검출이 완료되면, 제어부(40)는, 고유량 냉각유닛(20)을 미리 설정된 시간 간격을 두고, 미리 설정된 시간 동안 일시적으로 오프(OFF)시킨다.
특히, 에어컨이 온(ON)된 시점으로부터 미리 설정된 시간 간격을 두고, 미리 설정된 시간 동안 일시적으로 오프(OFF)시킨다. 예를 들면, 에어컨이 온(ON)된 시점으로부터 "60분" 간격으로 "1분"간 일시적으로 오프(OFF)시킨다.
따라서, 고유량 냉각유닛(20)의 팽창밸브(22)를 일시적으로 차단하고, 이를 통해, 고유량 냉각유닛(20)으로의 냉매 흐름을 일시적으로 차단한다. 이로써, 고유량 냉각유닛(20)으로 도입되는 냉매가, 냉매 흐름량이 적은 냉각유닛(20)(이하, "저유량 냉각유닛"이라 칭함)으로 도입될 수 있게 한다.
그 결과, 저유량 냉각유닛(20)측으로 냉매의 도입이 집중되면서 저유량 냉각유닛(20)의 냉매 도입량이 급격하게 증가될 수 있게 한다.
이에 따라, 저유량 냉각유닛(20)내에 침적되어 있는 오일이, 증가된 냉매유량에 의해 저유량 냉각유닛(20)으로부터 배출되면서 공조장치 내로 순환될 수 있게 한다.
이로써, 적은 냉매 흐름량으로 인해 발생하는 저유량 냉각유닛(20)의 오일 침적 현상을 방지하고, 이를 통해, 에어컨의 냉방성능을 개선시킬 수 있게 된다.
한편, 제어부(40)는, 다수의 냉각유닛(20)들 중, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)이 존재할 경우에는, 고유량 냉각유닛(20)을 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에, 기존에 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)을 일시적으로 온(ON)시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
이는, 기존에 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)을 일시적으로 온(ON)시킴으로써, 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)에 냉매를 일시적으로 유동시켜, 유닛 내의 오일을 외부로 순환시키기 위함이다. 이로써, 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)의 내부 오일 침적을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 일시적으로 온(ON)된 냉각유닛(20)은, 고유량 냉각유닛(20)이 다시 온(ON)될 시에, 원래의 상태대로 다시 오프(OFF)되도록 구성된다.
한편, 제어부(40)는, 고유량 냉각유닛(20)을 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에, 기존에 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)을 일시적으로 온(ON)시키되, 그 냉각유닛(20)이, 브리드 홀을 갖춘 상시개방형인 경우에만 한정하여 일시적으로 온(ON)시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
이렇게 구성한 이유는, 상시개방형 냉각유닛(20)의 경우, 오프(OFF)된 상태에서도 브리드 홀을 통해, 소량의 냉매가 계속해서 도입되어 흐르는 바, 소량의 냉매에 포함된 오일이 유닛내에서 계속해서 침적될 수 있기 때문이다.
따라서, 고유량 냉각유닛(20)의 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에, 이미 오프(OFF)된 상태의 상시개방형 냉각유닛(20)을 일시적으로 온(ON)시킴으로써, 상시개방형 냉각유닛(20)으로 다량의 냉매가 유입되면서 유닛내의 침적 오일을 외부로 배출시킬 수 있게 하고, 이를 통해, 유닛 내의 오일 침적을 방지할 수 있다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본원발명의 작동예를 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다.
먼저, 공조장치가 온(ON)된 상태에서(S101), 냉매 흐름량 감지수단(30)은, 각 냉각유닛(20)의 냉매 흐름량을 감지한다(S103).
이때, 제어부(40)는, 감지된 각 냉각유닛(20)의 냉매 흐름량 데이터를 서로 비교 판단하여, 냉매 흐름량이 가장 많은 고유량 냉각유닛(20)을 검출한다(S105).
그리고 고유량 냉각유닛(20)의 검출이 완료되면, 제어부(40)는, 고유량 냉각유닛(20)을 설정시간 간격을 두고, 설정시간 동안 일시적으로 오프(OFF)시킨다(S107). 예를 들면, "60분" 간격으로 "1분"간 일시적으로 오프(OFF)시킨다.
그러면, 고유량 냉각유닛(20)으로의 냉매 흐름이 일시적으로 차단된다. 이로써, 고유량 냉각유닛(20)으로 도입되는 냉매가, 냉매 흐름량이 적은 저유량 냉각유닛(20)측으로 도입된다.
그 결과, 저유량 냉각유닛(20)측으로의 냉매 도입량이 급격하게 증가된다. 이에 따라, 저유량 냉각유닛(20)내에 침적되어 있는 오일이, 증가된 냉매유량에 의해 외부로 배출된다. 이로써, 저유량 냉각유닛(20)측의 오일 침적 현상이 방지된다.
한편, 제어부(40)는, 고유량 냉각유닛(20)을 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에(S107), 이미 오프(OFF)된 상태의 냉각유닛(20)이 있을 경우, 이미 오프(OFF)된 냉각유닛(20)을 일시적으로 온(ON)시킨다.
그러면, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)에 냉매가 일시적으로 도입되면서, 유닛 내의 오일을 외부로 배출시킨다. 이로써, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)의 내부 오일 침적이 방지된다.
이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 냉매 흐름량이 가장 많은 냉각유닛(20)을 주기적으로 오프(OFF)시킨 다음, 그 냉매를 냉매 흐름량이 적고, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)측으로 가이드하는 구조이므로, 냉매 흐름량이 적고, 오프(OFF)된 냉각유닛(20)측에 충분한 유량의 냉매를 유입시킬 수 있으며, 이를 통해, 냉각유닛(20)에 침적된 오일을 원활하게 순환시킬 수 있다.
또한, 냉각유닛(20)에 침적된 오일을 원활하게 순환시킬 수 있는 구조이므로, 냉각유닛(20)에서의 오일 침적 현상을 방지할 수 있고, 이를 통해, 에어컨의 냉방성능을 현저하게 개선시킬 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.
10: 응축기 20: 냉각유닛(Unit)
20a: 전석 냉각유닛 20b: 후석 냉각유닛
20c: 칠러 냉각유닛 22: 팽창밸브(Valve)
24: 증발기 30: 냉매 흐름량 감지수단
40: 제어부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 팽창밸브(22)와 증발기(24)를 갖춘 냉각유닛(20)을 포함하며, 상기 냉각유닛(20)은 다수개로 구성되는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 다수의 냉각유닛(20) 중, 선택된 것을 간헐적으로 오프(OFF)시켜, 나머지 다른 냉각유닛(20)으로의 냉매 도입량을 간헐적으로 증가시키면서 그 내부의 침적 오일을 배출시키는 제어부(40)를 포함하고;
    상기 제어부(40)는,
    상기 다수의 냉각유닛(20) 중, 냉매의 흐름량이 가장 많은 고유량의 냉각유닛(20)을 미리 설정된 시간 간격을 두고 미리 설정된 시간 동안 일시적으로 오프(OFF)시켜, 상기 고유량 냉각유닛(20)의 도입 냉매가 나머지 다른 냉각유닛(20)으로 집중 도입되면서 그 내부의 침적 오일을 배출시킬 수 있게 하며;
    상기 제어부(40)는,
    상기 고유량 냉각유닛(20)을 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에, 이미 오프(OFF)된 냉각유닛(20)이 있을 경우, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)을 일시적으로 온(ON)시켜, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)에도 냉매를 일시적으로 유동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부(40)는,
    상기 고유량 냉각유닛(20)을 일시적으로 오프(OFF)시킬 시에, 이미 오프(OFF)되어 있던 냉각유닛(20)을 일시적으로 온(ON)시키되, 상기 냉각유닛(20)이 브리드 홀을 갖춘 상시개방형인 경우에만 한정하여 일시적으로 온(ON)시키는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 다수의 냉각유닛(20)들은,
    차실내의 전석부분을 냉방하기 위한 전석 냉각유닛(20a)과, 차실내의 후석부분을 냉방하기 위한 후석 냉각유닛(20b)과, 전기차량의 배터리 팩과 연료전지 스택을 냉각시키기 위한 칠러 냉각유닛(20c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
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