KR100230433B1 - 차량용 공기 조화 장치 - Google Patents

차량용 공기 조화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 장치는 온도 센서의 신호에 따라 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어부를 구비한 차량용 공기 조화 장치이다. 이 장치의 압축기 제어부는 적어도 제1 및 제2 제어회로를 포함하여, 온도 센서의 신호의 레벨이 제1 레벨 범위에 드는 경우에 제1 제어회로에 의하여 제1 레벨 범위에 상응하는 레벨에서 압축기 구동용 릴레이의 턴-온 신호가 발생되고, 온도 센서의 신호의 레벨이 제2 레벨 범위에 드는 경우에 제2 제어회로에 의하여 제2 레벨 범위에 상응하는 레벨에서 압축기 구동용 릴레이의 턴-온 신호가 발생된다.

Description

차량용 공기 조화 장치
제1도는 종래의 차량용 공기 조화 장치를 설명하기 위한 개략도이다.
제2도는 제1도의 동작 특성도이다.
제3도는 제1도의 압축기 제어부를 나타낸 회로도이다.
제4도는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 공기 조화 장치의 개략도이다.
제5도는 제4도의 동작 특성도이다.
제6도는 제4도의 압축기 제어부를 나타낸 회로도이다.
제7도는 제6도의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 예시도이다.
제8도는 제7도에 대한 히스테리시스 특성도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
401 : 공조 케이스 402 : 증발기(Evaporator)
403 : 히터 코아(Heater Core) 404 : 공기 혼합용 댐퍼(Damper)
α : 공기 혼합용 댐퍼의 위치 각도 405 : 온도 제어부
406 : 서미스터(thermistor) 407 : 압축기 제어부
AS : 에어콘 스위치 PS : 압력 스위치
AR : 에어콘 릴레이
S1, S2 : 온도 조정용 레버의 접점 단자
C : 온도 조정용 레버의 공통 단자 T1: 증발기 출구의 공기 온도
T2: 토출 공기의 온도
Δα : 공기 혼합용 댐퍼의 위치 각도 범위
ΔT2: 토출 공기의 온도 범위
T1f1: 제1단계 압축기 오프(Off) 시점의 온도
T1n1: 제1단계 압축기 온(On) 시점의 온도
T1f2: 제2단계 압축기 오프(Off) 시점의 온도
T1n2: 제2단계 압축기 온(On) 시점의 온도
602, 603, 604, 605 : 연산 증폭기
TR11, TR12, TR21, TR22: 스위칭 트랜지스터
본 발명은 차량용 공기 조화장치(Air Conditioner)에 관한 것으로서, 특히 압축기를 효율적으로 제어할 수 있는 차량용 공기 조화장치에 관한 것이다.
일반적인 공기 조화 장치의 냉동 사이클을 간략히 살펴 보면 다음과 같다. 먼저 저온 저압의 가스 냉매는 압축기를 통과하면서 고온 고압의 가스 냉매로 전환되고, 압축기로부터 유출되는 고온 고압의 가스 냉매는 응축기에서 외부로 열을 방출하고 액화된다. 액화된 가스는 모세관을 통과하면서 감압 팽창되고, 증발기에서 주위의 열을 흡수하면서 기화된 후 상기 압축기에 흡입된다.
제1도는 종래의 차량용 공기 조화 장치를 설명하기 위한 개략도이다. 제1도에서 부호 101은 공조 케이스; 102는 증발기(Evaporator); 103은 엔진 냉각수가 순환하는 히터 코어(Heater Core); 104는 증발기(102)로부터의 냉기 유출량을 조정하는 공기 혼합용 댐퍼(Damper); 105는 사용자에 의한 온도 조정용 레버의 위치에 따라, 공기 혼합용 댐퍼(104)의 위치 각도(α)를 제어하는 온도 제어부; 106은 증발기(102) 출구의 공기 온도를 감지하는 온도 센서; 107은 온도 센서(106)의 신호에 따라 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어부; AS는 에어콘 스위치; PS는 압력 스위치; 그리고 AR은 에어콘 릴레이를 나타내고 있다.
제1도에서 압축기(도시되지 않음)가 동작하려면, 에어콘 스위치(AS), 압력 스위치(PS), 및 에어콘 릴레이(AR)가 모두 온(On)되어야 한다. 도시된 바와 같이 에어콘 스위치(AS)는 사용자에 의하여 개폐되지만, 에어콘 릴레이(AR)는 에어콘 스위치(AS)가 온(On)되었을 때 압축기 제어부(107)에 의하여 자동 개폐된다. 온도 제어부(105)는 사용자에 의한 온도 조정용 레버의 위치에 따라 공기 혼합용 댐퍼(104)의 위치 각도(α)를 제어함으로써, 토출 공기의 온도를 조정한다. 즉, 공기 혼합용 댐퍼(104)의 위치 각도(α)와 토출 공기의 온도는 거의 비례하게 된다. 제1도에 도시된 바와 같이 압축기 제어부(107)는, 증발기(102) 출구의 공기 온도에 따라 동작하지만 토출 공기의 온도와 무관하게 동작함을 알 수 있다. 예를 들어, 증발기(102) 출구의 공기 온도에 대하여 최고 온도 및 최저 온도를 설정하여 압축기 제어부(107)의 회로 내에 기준 전압으로 적용하게 되어 있다.
제2도는 제1도의 동작 특성도이다. 제2도에서 α는 공기 혼합용 댐퍼(제1도의 104)의 위치 각도, T1은 증발기(제1도의 102) 출구의 공기 온도, T2는 토출 공기의 온도, Δα는 공기 혼합용 댐퍼(제1도의 104)의 위치 각도 범위, ΔT1은 증발기(제1도의 102) 출구의 온도 범위, 그리고 ΔT2는 토출 공기의 온도 범위를 나타낸다. 여기서 증발기(제1도의 102) 출구의 온도 범위(ΔT1)란 압축기의 동작 온도 범위와 같으므로, T1f는 압축기가 오프(Off)될 때의 온도, 그리고 T1n은 압축기가 온(On) 될 때의 온도를 나타낸다. 도시된 바와 같이 공기 혼합용 댐퍼(제1도의 104)의 위치 각도(α)와 토출 공기의 온도(T2)는 거의 비례하게 동작함을 알 수 있다. 여기서 증발기(제1도의 102) 주위의 온도 범위(ΔT1)가 일정하게 설정된 상태에서, 공기 혼합용 댐퍼(제1도의 104)의 위치 각도 범위(Δα)와 토출 공기의 온도 범위(ΔT2)가 설정된다. 즉, 증발기(제1도의 102) 출구의 온도 범위(ΔT1)는 토출 공기의 온도 범위(ΔT2)와 무관하게 동작함을 알 수 있다.
제3도는 제1도의 압축기 제어부를 나타낸 회로도이다. 제3도에서 서미스터(thermistor, 301)는 증발기(제1도의 102) 출구의 공기 온도(T1)에 따라 저항값이 변하는 온도 센서이다. 제3도의 동작 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저 증발기(제1도의 102) 출구의 공기 온도(T1)에 따라 서미스터(thermistor, 301)의 저항값이 변하여, 제1 연산 증폭기(Operational Amplifier, 302) 및 제2 연산 증폭기(303)의 기준 전압이 변하게 된다. 다음에 제2 연산 증폭기(303)의 출력 전압은 스위칭 트랜지스터 TR1 및 TR2의 온(On)/오프(Off)를 결정하게 된다. 여기서 2번 단자를 통하여 에어콘 릴레이(AR)로 출력되는 신호가 하이(High) 상태가 되려면, 압력 스위치(PS)로부터 1번 단자를 통하여 하이(High) 상태의 신호가 입력됨과 동시에 트랜지스터 TR1 및 TR2가 온(On)되어야 한다. 이와 같이 종래의 차량용 공기 조화 장치는, 그 압축기 제어부(제1도의 107)가 증발기(제1도의 102) 출구의 공기 온도(T1)를 감지하는 온도 센서(301)에만 의거하여 동작함을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 종래의 차량용 공기 조화 장치는, 토출 공기의 온도(T2)와 관계 없이 압축기의 동작 온도 범위(ΔT1)가 일정함에 따라, 압축기가 불필요하게 동작되는 문제점을 안고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 토출 공기의 설정 온도에 따라 압축기의 동작 온도 범위(ΔT1)가 변할 수 있는 차량용 공기 조화 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 차량용 공기 조화 장치는, 공조 케이스 내에 증발기; 엔진 냉각수가 순환하는 히터 코아; 상기 증발기로부터의 냉기 유출량을 조정하는 공기 혼합용 댐퍼; 및 상기 증발기 출구의 온도를 감지하는 온도 센서가 마련되고, 사용자에 의한 온도 조정용 레버의 위치에 따라 상기 댐퍼의 위치 각도를 제어하는 온도 제어부와, 상기 온도 센서의 신호에 따라 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어부를 구비한 차량용 공기 조화 장치이다. 여기서, 상기 압축기 제어부가 적어도 제1 및 제2 제어회로를 포함하여, 상기 온도 센서의 신호의 레벨이 제1 레벨 범위에 드는 경우에 상기 제1 제어회로에 의하여 상기 제1 레벨 범위에 상응하는 레벨에서 압축기 구동용 릴레이의 턴-온 신호가 발생되고, 상기 온도 센서의 신호의 레벨이 제2 레벨 범위에 드는 경우에 상기 제2 제어회로에 의하여 상기 제2 레벨 범위에 상응하는 레벨에서 압축기 구동용 릴레이의 턴-온 신호가 발생된다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
제4도는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 공기 조화 장치의 개략도이다. 제4도에서 부호 401은 공조 케이스; 402는 증발기(Evaporator); 403은 엔진 냉각수가 순환하는 히터 코아(Heater Core); 404는 증발기(402)로부터의 냉기 유출량을 조정하는 공기 혼합용 댐퍼(Damper); 405는 사용자에 의한 온도 조정용 레버의 위치에 따라, 공기 혼합용 댐퍼(404)의 위치 각도(α)를 제어하는 온도 제어부; 406은 증발기(402) 출구의 공기 온도에 따라 저항값이 변하는 서미스터(thermistor); 407은 서미스터(406)의 저항값에 따라 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어부; AS는 에어콘 스위치; PS는 압력 스위치; 그리고 AR은 에어콘 릴레이를 나타내고 있다. 여기서 압축기 제어부(407)는 상기 서미스터(406)의 저항값에 대한 스위칭 레벨이 단계적으로 조정된 이단 병렬 회로로 되어 있다. 압축기(도시되지 않음)에는 제1 및 제2 구동용 릴레이들(도시되지 않음)이 서로 직렬로 연결되어 있다. 이단 병렬 회로의 제1 출력은 제1 압축기 구동용 릴레이를, 그리고 제2 출력은 제2 압축기 구동용 릴레이를 제어한다. 한편, 압축기 제어부(407)의 또다른 출력단(2-1, 2-2)은 온도 제어부(405)로 입력되는 서미스터(406)의 신호를 출력한다.
제4도에서 압축기(도시되지 않음)가 동작하려면, 에어콘 스위치(AS), 압력스위치(PS), 및 에어콘 릴레이(AR)가 모두 온(On)되어야 한다.
상기한 바와 같이 에어콘 스위치(AS)는 사용자에 의하여 개폐되지만, 에어콘 릴레이(AR)는 에어콘 스위치(AS)가 온(On)되었을 때 압축기 제어부(107)에 의하여 자동 개폐된다. 온도 제어부(105)는 사용자에 의한 온도 조정용 레버의 위치에 따라 공기 혼합용 댐퍼(104)의 위치 각도(α)를 제어함으로써, 토출 공기의 온도를 조정한다. 즉, 공기 혼합용 댐퍼(104)의 위치 각도(α)와 토출 공기의 온도는 거의 비례하게 된다. 제4도에서, 에어콘 스위치(AS) 및 압력 스위치(PS)가 온(On)되면, 압축기 제어부(407)는 서미스터(406)의 저항값에 대하여 스위칭 레벨이 서로 다른 두 신호를 출력하게 된다.
제5도는 제4도의 동작 특성도이다. 제5도에서 α는 공기 혼합용 댐퍼(제4도의 404)의 위치 각도, T1은 증발기(제4도의 402) 출구의 공기 온도, T2는 토출 공기의 온도, Δα는 공기 혼합용 댐퍼(제4도의 404)의 위치 각도 범위, ΔT2는 토출 공기의 온도 범위, T1f1은 제1단계 압축기 오프(Off) 시점의 온도, T1n1은 제1단계 압축기 온(On) 시점의 온도, T1f2는 제2단계 압축기 오프(Off) 시점의 온도, T1n2는 제2단계 압축기 온(On) 시점의 온도, ΔT11은 제1단계 압축기 동작 온도 범위, ts는 온도 범위에 상응하는 경계 시간, 그리고 ΔT12는 제2단계 압축기 동작 온도 범위를 나타낸다.
상기한 바와 같이 압축기의 동작 온도 범위(ΔT11, ΔT12)는 증발기(제4도의 402) 출구의 공기 온도(T1)에 의하여 설정된다. 또한 공기 혼합용 댐퍼(제4도의 404)의 위치 각도(α)에 대하여 증발기(제4도의 402) 출구의 공기 온도(T1)와 토출 공기의 온도(T2)는 비례하게 나타난다. 여기서 압축기의 동작 온도 범위는, 사용자에 의하여 낮은 온도가 선택된 경우 제1단계 압축기 동작 온도 범위(ΔT11)가 적용되고, 높은 온도가 선택된 경우 제2단계 압축기 동작 온도 범위(ΔT12)가 적용된다. 이와 같이 사용자의 온도 선택 정도에 따라 압축기의 동작 온도 범위를 조정함으로써, 압축기를 효율적으로 동작시킬 수 있다.
제6도는 제4도의 압축기 제어부를 나타낸 회로도이다. 제6도에서 서미스터(thermistor, 601)는 증발기(제4도의 402) 출구의 공기 온도(T1)에 따라 저항값이 변하는 온도 센서이다. 제6도를 참조하면, 압축기 제어부가 제1 및 제2 제어회로를 포함한다. 이에 따라, 서미스터(601)의 저항값이 낮은 범위에 드는 경우에 제1 제어회로에 의하여 낮은 범위에 상응하는 레벨에서 제1 압축기 구동용 릴레이(도시되지 않음)의 턴-온 신호(S1)가 발생된다. 또한, 서미스터(601)의 저항값이 높은 범위에 드는 경우에 제2 제어회로에 의하여 제2 레벨 범위에 상응하는 레벨에서 제2 압축기 구동용 릴레이의 턴-온 신호(S2)가 발생된다. 여기서, 제2 압축기 구동용 릴레이가 턴-오프되는 경우, 제1 압축기 구동용 릴레이가 턴-온될 수 있다.
하지만, 두 릴레이들은 서로 직렬로 연결됨에 따라 모두 턴-온되는 경우에만 압축기가 구동된다.
제6도, 제7도 및 제8도를 참조하여, 제6도의 회로의 상세한 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저 증발기(제4도의 402) 출구의 공기 온도(T1)에 따라 서미스터(thermistor, 601)의 저항값이 변하여, 제1-1 연산 증폭기(602), 제1-2 연산 증폭기(603), 및 제2-1 연산 증폭기(604), 제2-2 연산 증폭기(605)의 마이너스(-) 단자 전압이 변하게 된다. 또한 제1-1 연산 증폭기(602)와 제2-1 연산 증폭기(604)의 출력 전압은, 정귀환(Positive feedback) 저항 R11과 R21로 인하여 히스테리시스 (Hysteresis) 특성이 나타나게 된다.
제7도는 제6도의 히스테리시스 특성을 설명하기 위한 예시도이다. 제7도와 같이 회로가 구성된 경우, 출력 전압 Vout는 정귀환 저항 r1으로 인하여 히스테리시스 특성이 나타나게 된다. 제7도에 도시된 연산 증폭기는 제6도의 제1-1 연산 증폭기(602) 또는 제2-1 연산 증폭기(604)를 나타낸다. 또한 제7도의 정귀환 저항 r1은 제6도의 정귀환 저한 R11또는 R21을, 제7도의 저항 r2는 제6도의 저항 R12또는 R22를, 그리고 제7도의 저항 r3은 제6도의 저항 R13또는 R23을 나타낸다.
제8도는 제7도에 대한 히스테리시스 특성도이다. 제8도에서 마이너스(-) 단자 전압 V-는 서미스터(제6도의 601)의 저항값에 따라 변화한다. 이에 따라 V1-및 V2-가 결정되는데, 각 전압은 다음 식으로 표현될 수 있다. 즉, V1-=V+·r3(r2+r3) / r1 이고, V2-=V+·(r2+r3) / r3이다. 상기와 같은 식을 적용함으로써, 각 저항값 r1, r2 및 r3를 결정할 수 있다. 본 실시예의 경우, V+는 12 V(Volt)이다. 이와 같은 원리에 따라, 각각 다른 동작 온도 범위를 갖게 하는 제1-1 연산 증폭기(제6도의 602)와 제2-1 연산 증폭기(제6도의 604)의 출력은, 제1-2 연산 증폭기(603)와 제2-2 연산 증폭기(605)를 통하여 스위칭 트랜지스터 TR11, TR12와 TR21, TR22의 온(On)/오프(Off)를 결정하여, 압축기의 구동을 효율적으로 제어할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 이용 및 개량이 가능하다. 예를 들어, 온도 조정용 레버의 접점 단자수에 맞추어 압축기 제어부의 다단 병렬 회로를 구성할 수도 있다.
이상 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 공기 조화 장치에 의하면, 온도 조정용 레버의 위치에 상응하는 증발기 출구의 공기 온도에 따라 압축기의 동작 온도 범위를 다단 조정함으로써, 압축기를 효율적으로 동작시킬 수 있다.
본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 정의된 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에 의하여 변형 및 개량될 수 있다.

Claims (1)

  1. 공조 케이스 내에 증발기(Evaporator); 엔진 냉각수가 순환하는 히터 코아(Heater Core); 상기 증발기로부터의 냉기 유출량을 조정하는 공기 혼합용 댐퍼(Damper); 및 상기 증발기 출구의 온도를 감지하는 온도 센서;가 마련되고, 사용자에 의한 온도 조정용 레버의 위치에 따라 상기 댐퍼의 위치 각도를 제어하는 온도 제어부와, 상기 온도 센서의 신호에 따라 압축기의 구동을 제어하는 압축기 제어부를 구비한 차량용 공기 조화 장치에 있어서, 상기 압축기 제어부가 적어도 제1 및 제2 제어회로를 포함하여, 상기 온도 센서의 신호의 레벨이 제1 레벨 범위에 드는 경우에 상기 제1 제어회로에 의하여 상기 제1 레벨 범위에 상응하는 레벨에서 압축기 구동용 릴레이의 턴-온 신호가 발생되고, 상기 온도 센서의 신호의 레벨이 제2 레벨 범위에 드는 경우에 상기 제2 제어회로에 의하여 상기 제2 레벨 범위에 상응하는 레벨에서 압축기 구동용 릴레이의 턴-온 신호가 발생되는 차량용 공기 조화 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101040841B1 (ko) * 2009-01-14 2011-06-14 주식회사 두원공조 차량용 공기조화기의 압축기 구동 제어장치 및 그 방법

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KR101040841B1 (ko) * 2009-01-14 2011-06-14 주식회사 두원공조 차량용 공기조화기의 압축기 구동 제어장치 및 그 방법

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