KR100592029B1 - 차량용 공조 시스템 - Google Patents

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KR100592029B1
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Abstract

히터측의 잠입 냉매 뿐만 아니라 뒷좌석 증발기의 잠입 냉매까지 효과적으로 회수하도록 설계된, 고온 가스 히터 기능을 나타내는 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템에 관한 것으로, 이 시스템은 고온 가스 히터 사이클에 의해 난방 모드를 시작할 때에, 냉각 사이클을 냉방 모드로 설정하고, 냉매 회수 동작을 시작하고 나서, 냉각 사이클을 난방 모드로 전환하고, 난방 모드시 앞좌석 공조 유닛을 외부 공기 모드로 설정하여, 앞좌석 송풍기에 의해 외부 공기를 앞좌석 증발기로 송풍시키고 나서, 난방 모드시, 뒷좌석 증발기의 냉매 온도로 인해, 내부 공기 온도가 높은 것으로 판정된 경우, 내부 공기를 뒷좌석 증발기로 송출하도록 뒷좌석 송풍기를 동작시킨다.
차량, 공조 장치, 증발기, 콘덴서, 라디에이터, 냉매, 송풍기

Description

차량용 공조 시스템{VEHICLE AIR-CONDITIONING SYSTEM}
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시스템내의 냉각 사이클 및 온수 회로를 도시한 회로도.
도2는 제1 실시예에 따른 차량내 냉각 사이클 부분의 탑재를 도시한 도면.
도3은 제1 실시예에 따른 전기 제어기의 블록도.
도4는 제1 실시예에 따른 난방 모드시의 제어 흐름도.
도5는 제1 실시예에 따른 동작을 설명한 도면.
도6은 제2 실시예에 따른 난방 모드시의 제어 흐름도.
도7은 제3 실시예에 따른 난방 모드시의 제어 흐름도.
도8은 제4 실시예에 따른 차량내 냉각 사이클 부분의 탑재를 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 압축기 18: 고온 가스 바이패스 통로
20: 콘덴서 24: 앞좌석 감압 장치
30: 앞좌석 공조 유닛 31: 앞좌석 송풍기
32: 앞좌석 증발기 38: 내부/외부 공기 전환 도어
40: 뒷좌석 공조 유닛 41: 뒷좌석 송풍기
42: 뒷좌석 증발기 62: 내부 공기 온도 센서
68: 제2 냉매 압력 센서
본 발명은 앞좌석 공조 유닛 및 뒷좌석 공조 유닛 양쪽에 냉방 증발기가 제공되는 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템에 관한 것으로, 여기서, 고온 가스 히터 기능을 제공하기 위해, 난방시 압축기로부터 토출된 가스 냉매(고온 가스) 가 앞좌석 증발기로 직접 유입된다.
종래, 고온 가스 히터 기능을 제공하기 위해, 난방시 압축기로부터 증발기로 토출되는 가스 냉매를 직접 유입하는, 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템이 알려져 있다(일본 공개 특허 공보) 제2001-130245호 참조).
종래 기술에서, 냉매 라디에이터(radiator), 즉, 콘덴서를 우회하는 앞좌석 증발기의 입구측에 압축기 토출측을 직접 연결하기 위한 고온 가스 바이패스 통로가 제공되었고, 난방용 감압 장치가 고온 가스 바이패스 통로에 제공되었으며, 냉방용 솔레노이드 밸브 및 난방용 솔레노이드 밸브가 증발기 쪽으로의 냉매 통로 및 고온 가스 바이패스 통로를 열거나 닫기 위해 제공되었다.
앞좌석 공조 유닛에서, 온수형 앞좌석 난방용 히터 코어가 앞좌석 증발기의 하류측에 배치된다. 따라서, 동절기 난방시, 난방용 히터 코어에서 순환되는 온수의 온도가 소정 온도보다 낮을 때에(엔진의 시동 준비시), 냉방용 솔레노이드 밸브가 닫혀지고, 난방용 솔레노이드 밸브가 열려서, 압축기의 고온 토출 가스 냉매(고온 가스)가 고온 가스 바이패스 통로로 흐르게 된다.
또한, 난방용 감압 장치에 의해 이 고온 가스의 압력을 감소시키고 나서, 이것을 앞좌석 증발기로 직접 유입시킴으로써, 앞좌석 증발기에서 가스 냉매로부터 공조 공기로 방열되어, 고온 가스 히터 기능이 나타난다.
또한, 뒷좌석 공조 유닛도 유사하게 뒷좌석 증발기 및 온수형 뒷좌석 난방용 히터 코어를 그 안에 배치하지만, 고온 가스 바이패스 통로가 앞좌석 증발기의 입구측에만 연결되어, 앞좌석 증발기에서만 고온 가스 히터 기능이 발생된다. 이것은 다음과 같은 이유 때문이다.
즉, 차량용 앞좌석 공조 유닛과 뒷좌석 공조 유닛 중에서, 앞좌석 공조 유닛은 내부 공기와 외부 공기의 유입이 전환될 수 있다. 동절기 난방시, 대개 창문의 김서림을 막기 위해 외부 공기 유입 모드가 선택된다. 따라서, 저온의 외부 공기를 유입시킴으로써, 앞좌석 공조 유닛의 난방 열 부하는 내부 공기형 뒷좌석 공조 유닛에 비해 크게 증가된다.
이에 따라, 앞좌석 공조 유닛의 증발기에만 고온 가스 히터 기능을 집중시킴으로써, 고온 가스 히터 기능에 의한 큰 열 부하를 가진 앞좌석 공조 유닛의 난방 성능을 효과적으로 개선할 수 있다.
또한, 전술된 관련 시스템에서, 냉각 사이클에서, 콘덴서의 하류측이 그 안 에 배치된 리시버(receiver)를 갖는다. 앞좌석 증발기 및 뒷좌석 증발기의 입구측은 그 안에 배치된 온도식 확장 밸브로 구성된 감압 장치를 갖는다. 또한, 앞좌석 증발기 및 뒷좌석 증발기의 출구 파이프는 저압 기체-액체 분리기(어큐뮬레이터(accumulator))에 연결된다. 이 저압 기체-액체 분리기의 출구 부분은 압축기의 흡입측에 연결된다. 또한, 뒷좌석 증발기의 출구 파이프는 저압 기체-액체 분리기로부터 뒷좌석 증발기 측으로의 냉매의 역류를 방지하기 위한 확인 밸브를 그 안에 배치한다.
그러나, 고온 가스 히터 사이클에 의한 난방시에, 압축기로부터 토출된 냉매가 고온 가스 바이패스 통로를 통과하여, 앞좌석 증발기의 입구측에 직접 유입되어, 압축기로부터 토출된 냉매는 콘덴서 등을 바이패싱하여 흐른다. 따라서, 콘덴서에 누적된(잠입된) 냉매는 고온 가스 히터 사이클 측으로 배출될 수 없고, 고온 가스 히터 사이클의 순환 냉매 양이 불충분해지는 문제가 있었다.
따라서, 고온 가스 히터 사이클에 의한 난방의 시작시, 냉매를 순환시키고, 앞좌석 증발기 측에서 콘덴서측 잠입 냉매를 회수하도록, 압축기로부터 콘덴서측을 통해 토출된 냉매를 통과시키기 위해, 정확한 소정 시간동안 냉각 사이클을 강제로 냉방 모드로 설정하도록 고려될 수 있다.
그러나, 앞좌석 공조 유닛 및 뒷좌석 공조 유닛 모두에 냉방 증발기가 제공되는 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템에서, 이 방식으로 잠입 냉매를 회수하기 위해, 동절기 난방의 시동시에 시스템을 냉방 모드로 설정하는 경우, 냉방 열 부하가 작아지기 때문에, 사이클의 고/저 압력차가 매우 작아지고, 순환 냉매의 양이 작아진다. 이것에 추가로, 뒷좌석 증발기가 앞좌석 증발기에 비해 압축기로부터 먼 위치에 배치되어, 뒷좌석 증발기의 냉매 경로의 압력 손실이 커질 수 있다. 결과적으로, 난방 시동시 잠입 냉매를 회수하기 위해, 시스템을 냉방 모드로 설정하더라도, 뒷좌석 증발기에 잠입된 냉매를 회수하는 것은 어렵다. 반대로, 냉방 모드를 설정함에 따라, 때때로 뒷좌석 증발기로 흐르는 냉매가 뒷좌석 증발기에 새로 잠입될 수 있다.
본 발명의 목적은 라디에이터(콘덴서) 측에서의 잠입 냉매 뿐만 아니라 뒷좌석 증발기에서의 잠입 냉매도 효과적으로 회수할 수 있는, 고온 가스 히터 기능을 나타내는 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템을 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 고온 가스 히터 기능을 나타내는 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 고온 가스 히터 사이클에 의해 난방 모드를 시작할 때에, 냉각 사이클을 냉방 모드로 설정하고, 냉매 회수 동작을 수행하고 나서(S30), 냉각 사이클을 난방 모드로 전환하고(S50), 난방 모드시 앞좌석 공조 유닛을 외부 공기 모드로 설정하여, 앞좌석 송풍기에 의해 외부 공기를 앞좌석 증발기로 송풍시키고 나서, 난방 모드시, 뒷좌석 증발기의 냉매 온도로 인해, 내부 공기 온도가 높은 것으로 판정된 경우, 내부 공기를 뒷좌석 증발기로 송출하도록 뒷좌석 송풍기를 동작시킨다.
먼저, 본 발명의 상이한 양태들이 요약될 것이다. 수단들 뒤의 괄호안의 참조 번호는 실시예에서 기재된 특정 수단에 대응하는 것을 보여준다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 객실내의 앞좌석 영역의 공조를 위한 앞좌석 공조 유닛(30); 및 객실내의 뒷좌석 영역의 공조를 위한 뒷좌석 공조 유닛(40)을 포함하는 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템이 제공되는데, 여기서, 상기 앞좌석 공조 유닛(30)은, 내부 공기 및 외부 공기의 유입을 전환하기 위한 내부/외부 공기 전환 수단(38), 상기 내부/외부 공기 전환 수단(38)에 의해 유입된 공기를 상기 객실내의 앞좌석 영역쪽으로 송풍하기 위한 앞좌석 송풍기(31), 및 냉각 사이클의 저압 냉매의 증발을 위해, 상기 앞좌석 송풍기(31)로부터 송풍된 공기로부터 열을 흡수하기 위한 앞좌석 증발기(32)를 그 안에 배치하고, 상기 뒷좌석 공조 유닛(40)은, 내부 공기를 흡입하여, 이것을 상기 객실내의 뒷좌석 영역쪽으로 송풍하기 위한 뒷좌석 송풍기(41), 및 상기 냉각 사이클의 저압 냉매의 증발을 위해, 상기 뒷좌석 송풍기(41)에 의해 송풍된 공기로부터 열을 흡수하기 위한 뒷좌석 증발기(42)를 그 안에 배치하고, 상기 냉각 사이클은 압축기(10)로부터 토출된 가스 냉매의 압력을 감소시켜, 이것을 상기 앞좌석 증발기(32)로 유입시키기 위한 고온 가스 바이패스 경로(18)가 제공되고, 냉방 모드시, 상기 고온 가스 바이패스 경로(18)는 닫힘 상태로 설정되고, 상기 냉각 사이클의 라디에이터(20)측의 냉매 경로는 열림 상태로 설정되며, 상기 압축기(10)로부터 토출된 가스 냉매는 상기 라디에이터(20)로 유입되고, 상기 라디에이터(20)를 통과한 상기 냉매는 앞좌석 감압 수단(24) 및 뒷좌석 감압 수단(43)에 의해 압력이 감소되고, 상기 앞좌석 감압 수단(24)을 통과한 저압 냉매는 상기 앞좌석 증발기(32)에 의해 증발이 이루어지고, 상기 뒷좌석 감압 수단(43)을 통과한 저압 냉매는 상기 뒷좌석 증발기(42)에 의해 증발이 이루어지며, 난방 모드시, 상기 고온 가스 바이패스 경로(18)는 열림 상태로 설정되고, 상기 라디에이터(20)측의 냉매 경로는 닫힘 상태로 설정되고, 상기 압축기(10)로부터 토출된 가스 냉매는, 상기 앞좌석 증발기(32)에 의한 고온 가스 히터 기능을 나타내기 위해, 상기 고온 가스 바이패스 경로(18)에 의해 상기 앞좌석 증발기(32)로 직접 유입되며, 난방 모드시, 상기 내부/외부 공기 전환 수단(38)은 외부 공기 모드를 설정하도록 사용되고, 상기 앞좌석 송풍기(31)는 상기 앞좌석 증발기(32)로 외부 공기를 송풍하도록 사용되며, 상기 뒷좌석 증발기(42)의 냉매가 난방 모드에서 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있는 조건을 판정한 경우, 상기 뒷좌석 송풍기(41)는 상기 뒷좌석 증발기(42)로 내부 공기를 송풍하도록 동작되는 것을 특징으로 한다. 또한, 난방 모드의 시작시, 상기 냉각 사이클은 냉방 모드로 설정되어, 냉매 회수 동작이 수행되며, 상기 냉매 회수 동작이 수행된 후에, 상기 냉각 사이클은 난방 모드로 전환된다.
이 실시예에 따르면, 난방 모드를 시작할 때에, 냉각 사이클을 냉방 모드로 설정하여, 냉매 냉방 동작을 수행하고, 압축기(10)로부터 라디에이터(20)로 토출된 가스 냉매의 압력을 가하여, 라디에이터(20)에서의 잠입 냉매를 회수할 수 있게 된다.
그러나, 냉각 사이클에서, 뒷좌석 증발기(42)는 앞좌석 증발기(32)에 비해 압축기(10)와 연결하는 훨씬 긴 순환 파이프를 갖기 때문에, 파이프 압력 손실이 크고, 순환 냉매량이 적다. 따라서, 상기의 냉매 회수 동작시, 뒷좌석 증발기(42)에서의 잠입 냉매의 회수가 어렵다.
그러나, 제1 양태에 따르면, 난방 모드시, 앞좌석 공조 유닛(30)은 외부 공기 모드를 설정하여, 앞좌석 송풍기(31)로부터 앞좌석 증발기(32)로 외부 공기를 송풍하고, 뒷좌석 공조 유닛(40)은, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매가 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있는 조건을 판정한 경우, 뒷좌석 증발기(42)로 내부 공기를 송풍하도록 뒷좌석 송풍기(41)를 동작시켜서, 난방 모드시, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매가 외부 공기에 비해 온도가 충분히 높은 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있게 된다. 따라서, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력이 앞좌석 증발기(32)의 냉매 압력보다 높은 냉매 압력 관계를 형성할 수 있다.
그 결과, 난방 모드시, 뒷좌석 증발기(42)로부터 앞좌석 증발기(32)의 출구측으로 냉매 흐름이 이루어질 수 있으므로, 뒷좌석 증발기(42)의 잠입 냉매도 역시 회수될 수 있다. 난방 모드시, 앞좌석 공조 유닛(30)에 의해 외부 공기 모드를 설정하여, 내부 공기에 비해 낮은 습도의 외부 공기를 유입하여, 차량 창문 유리의 김서림을 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명의 제1 양태에 있어서, 난방 모드시, 뒷좌석 송풍기(41)는 자신의 최소량 모드에서 동작이 이루어지는 차량용 공조 시스템이 제공된다.
그러나, 난방 모드시 뒷좌석 증발기(42)로 내부 공기를 송풍하는 경우, 내부 공기는 뒷좌석 증발기(42)에 의해 흡수되는 열을 가져, 온도가 떨어진다. 그러므로, 난방 모드시, 뒷좌석 송풍기(41)의 풍량이 증가되면, 저온 공기가 객실내의 뒷좌석 측으로 송풍되기 쉬워, 객실내의 뒷좌석 측의 난방 감도가 저하될 수 있지만, 본 발명의 제2 양태에 따르면, 뒷좌석 송풍기(41)가 최소량 상태로 동작되므로, 난방 감도의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 제1 또는 제2 양태에 있어서, 내부 공기 온도를 검출하기 위한 내부 공기 온도 검출 수단(62); 및 상기 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도에 관한 정보를 검출하기 위한 냉매 온도 정보 검출 수단(68)을 더 포함하는 차량용 공조 시스템이 제공되는데, 여기서, 상기 내부 공기 온도 및 상기 냉매 온도에 기반하여, 상기 뒷좌석 증발기(42)의 냉매가 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있는 조건에 있는지가 판정된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 제3 양태에 있어서, 상기 냉매 온도 정보 검출 수단은 상기 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력을 검출하기 위한 냉매 압력 검출 수단(68)을 포함하는 차량용 공조 시스템이 제공된다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 제1 또는 제2 양태에 있어서, 난방 모드의 시작후 경과된 시간에 기반하여, 상기 뒷좌석 증발기(42)의 냉매가 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있는 조건에 있는지가 판정되는 차량용 공조 시스템이 제공된다.
즉, 고온 가스 히터 사이클에 의한 난방 모드의 실행으로 인해, 내부 공기의 온도가 점차 상승하기 때문에, 난방 모드 시작후의 경과 시간에 의해, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매가 열을 흡수할 수 있는 조건인지가 판정될 수 있다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 제1 내지 제5 양태 중 어느 하나에 있어서, 냉매 회수 동작이 수행될 때에, 상기 내부/외부 공기 전환 수단(38)은 상기 앞좌석 송풍기(31)로부터 상기 앞좌석 증발기(32)로 외부 공기를 송풍하도록 외부 공기 모드를 설정하고, 상기 뒷좌석 송풍기(41)는 상기 뒷좌석 증발기(42)로 내부 공기를 송풍하도록 동작되는 차량용 공조 시스템이 제공된다.
그러나, 동절기 난방시, 내부 공기의 온도가 외부 공기보다 높아서, 냉각 사이클을 냉방 모드로 설정하여, 냉매 회수 동작을 수행할 때에, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력이 앞좌석 증발기(32)의 냉매 압력보다 높은 냉매 압력 관계를 형성할 수 있다. 그 결과, 냉매 회수 동작시, 뒷좌석 증발기(42)로부터 앞좌석 증발기(32)의 출구측으로 냉매 회수가 이루어져, 뒷좌석 증발기(42)의 잠입 냉매를 회수할 수 있게 된다.
제1 내지 제6 양태 중 어느 하나의 차량용 공조 시스템에서, 상기 뒷좌석 증발기(42)의 입구에 배치된 뒷좌석 감압 수단(43)의 상류측에 연결된 뒷좌석 고압 파이프(37)는, 상기 뒷좌석 증발기(42)로부터 상기 라디에이터(20)측으로의 냉매의 유입을 방지하기 위한 체크 밸브(46a)를 그 안에 배치한다.
이것으로 인해, 난방 모드시, 체크 밸브(46a)에 의해 뒷좌석 증발기(42)로부터 라디에이터(20)로의 냉매 흐름이 방지될 수 있다. 또한, 체크 밸브(46a)는 저압 파이프보다 더 작은 크기의 뒷좌석 고압 파이프(37)에 배치되어, 저압 파이프에 배치되는 체크 밸브보다 더 작게 만들어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명 될 것이다.
제1 실시예
도1은 제1 실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 냉각 사이클의 회로 구성 및 온수 회로 구성을 도시하고 있고, 도2는 차량에 탑재된 제1 실시예에 따른 차량용 공조 시스템이 냉각 사이클 부분의 레이아웃을 도시하고 있다.
제1 실시예는 객실(28)의 앞좌석 영역을 공조하기 위한 앞좌석 공조 유닛(30) 및 객실(28)의 뒷좌석 영역을 공조하기 위한 뒷좌석 공조 유닛(40)이 모두 제공되는 이중 공조 시스템 형태의 차량용 공조 시스템에 관한 것이다. 이 공조 시스템은, 예를 들면, 원박스(one-box) 형태의 RV 차량 또는 큰 객실 공간을 갖는 다른 차량에 적용된다.
앞좌석 공조 유닛(30)은 객실(28)의 앞에 배치되는 계기판(미도시)의 내부에 탑재되고, 뒷좌석 공조 유닛(40)은 객실의 뒷좌석 측의 차체 측벽의 좌측과 우측벽 근처에 탑재된다.
차량용 공조 시스템의 냉각 사이클에서, 압축기(10)는 전자기 클러치(11)를 통해 차량 엔진(12)에 의해 구동된다. 압축기(10)의 토출 파이프(13)는 밸브 장치(14)가 제공된다. 이 밸브 장치(14)는, 도1에 도시된 바와 같이, 제1 밸브 수단으로 역할하는 냉방용 솔레노이드 밸브(15), 제1 밸브 수단으로 역할하는 난방용 솔레노이드 밸브(16), 난방 감압 장치(17), 고온 가스 바이패스 경로(18) 및 체크 밸브(19)가 제공된다. 이 부분들(15 내지 19)은 도2에 도시된 바와 같이 단일 조립체(14)로 결합된다.
여기서, 난방용 솔레노이드 밸브(16) 및 난방 감압 장치(17)는 고온 가스 바이패스 경로(18)에서 설정된다. 난방 감압 장치(17)는 난방용 솔레노이드 밸브(16)의 출구에 형성된 작은 지름의 조임 구멍(constriction hole)(고정된 조임부)으로 형성될 수 있다.
압축기(10)의 토출 파이프(13)는 밸브 장치(14)의 냉방용 솔레노이드 밸브(15) 및 출구 파이프(15a)를 통해 콘덴서(20)의 입구 접속부(20a)에 연결된다. 여기서, 콘덴서(20)는 냉매 라디에이터이다. 일반적으로, 이것은 차량 엔진룸의 최전방부에 배치된다. 도시되지 않은 전기 냉각 팬에 의해, 콘덴서(20)(도2)의 열 교환기(20b)로 외부 공기를 송풍함으로써, 압축기(10)로부터 토출된 고압 가스 냉매가 외부 공기로 열 교환되어, 냉각 및 응축된다.
콘덴서(20)의 열 교환기(20b)는, 도2에 도시된 바와 같이, 그를 통해 냉매가 흐르는, 수평 방향으로 배치된 편평한 튜브(20c)를 포함한다. 이 튜브(20c)는 주름진 핀(corrugated fins)(20d)을 이용하여 수직 방향으로 교대로 적층된다. 튜브(20c)의 양단(수평 방향에서의 양단)에 헤더 탱크(20e)가 제공되어, 수직 방향으로 확장된다. 튜브(20c)의 양단은 헤더 탱크(20e, 20f) 내부 공간으로 통해져 있다.
콘덴서(20)의 열 교환기(20b)는 냉매 흐름 방향으로 순차적으로 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)가 제공된다. 또한, 제1 열 교환기(21) 및 제2 열 교환기(22)는 그 사이에 냉매를 기체 및 액체로 분리하고, 액체 냉매를 축적하기 위한 고압 기체-액체 분리기(23)가 제공된다. 고압 기체-액체 분리기(23)는 수직 방 향으로 확장된 내부 공간에서 액체 냉매와 기체 냉매의 밀도차를 이용하여, 냉매를 기체와 액체로 분리하고, 액체 냉매를 탱크 내부 공간의 바닥 부분에 저장한다.
입구 접속부(20a)의 압축기로부터 토출된 가스 냉매의 일부는 제1 바이패스 경로(51)에 의해 분리되어, 기체-액체 분리기(23)로 직접 유입되고, 제1 열 교환기(21)에서 응축된 냉매의 일부는 제2 바이패스 경로(52)에 의해 분리되어, 기체-액체 분리기(23)로 직접 유입된다. 이것으로 인해, 기체-액체 분리기(23)에 축적된 액체 냉매의 양은 압축기로부터 토출된 가스 냉매의 과열 정도에 따라 양이 조절된다.
제1 열 교환기(21)에서 응축된 냉매의 주요 흐름은 헤더 탱크(20e) 내부의 조임 경로(55)를 통과하여, 제2 열 교환기(22)의 입구측으로 흐른다. 또한, 기체-액체 분리기(23)의 바닥 부분 근처의 액체 냉매는 헤더 탱크(20e) 내부의 액체 리턴 통로(53)를 통과한다. 또한, 기체-액체 분리기(23) 내부의 상부의 가스 냉매는 가스 리턴 통로(54)를 통과하여, 제2 열 교환기(22)의 입구측으로 흐른다. 제2 열 교환기(22)의 출구측은 다른 헤더 탱크(20f)의 바닥 공간을 통해 출구 접속부(20g)와 통해져 있다.
출구 접속부(20g)는 앞좌석 냉방 감압 장치(24) 및 뒷좌석에 연결된 고압 액체 파이프(37)를 갖는다. 앞좌석 냉방 감압 장치(24)는 콘덴서(20)를 통과한 고압 액체 냉매의 압력을 감소시켜, 저압의 2상 기체-액체 상태로 만든다. 이 장치(24)는 고정된 조임부로 구성된다. 본 예에서는, 고정된 조임부로서, 작은 지름(예를 들면 약 φ1.2 내지 1.3 mm)으로 이루어진 관을 소정 길이로 잘라서, 압력 손실을 발생하는 모세관 튜브(capillary tube)를 형성한다.
앞좌석 냉방 감압 장치(24)의 출구측은 그 안에 연결된 밸브 장치(14)(도1)내에 체크 밸브(19)를 갖는다. 이 체크 밸브(19)는 난방 모드시 고온 가스 바이패스 경로(18)로부터 콘덴서(20)로의 냉매의 역류를 방지하기 위한 것이다. 체크 밸브(19)의 출구는 밸브 장치(14)의 내부에서 고온 가스 바이패스 경로(18)와 함께 병합된다.
따라서, 고온 가스 바이패스 경로(18)는 콘덴서(20) 근처에 위치된 밸브 장치(14)쪽으로 조립된 매우 짧은 경로로 구성될 수 있다. 고온 가스 바이패스 경로(18) 및 체크 밸브(19)의 출구의 병합 부분(25)은 밸브 장치(14)쪽으로 조립될 수도 있다.
또한, 이 병합 부분(25)은 단일 입구 저압 파이프(26)로 연결된다. 이 단일 저압 파이프(26)는 계기판(27) 내의 구멍을 통해 객실(28)의 내부로 통한다. 여기서, 계기판(27)은 객실(28)로부터 차량의 엔진룸(29)을 구분한다.
객실(28)의 앞부분의 계기판(미도시)의 내부측에 배치된 앞좌석 공조 유닛(30)은 앞좌석 전기 송풍기(31)가 제공된다. 앞좌석 전기 송풍기(31)의 흡입측은 회전 배치된 내부/외부 공기 전환 수단을 형성하는 내부/외부 공기 전환 도어(38)를 갖는다. 이 내부/외부 공기 전환 도어(38)는 외부 공기(객실 외부로부터의 공기)를 유입하기 위한 외부 공기 모드와, 내부 공기(객실 내부의 공기)를 유입하기 위한 내부 공기 모드를 전환한다.
또한, 앞좌석 전기 송풍기(31)의 하류측은 앞좌석 증발기(32)를 갖는다. 앞 좌석 증발기(32)의 냉매 입구는 상기 저압 파이프(26)에 연결된다. 앞좌석 증발기(32) 공기의 하류측은 앞좌석 난방용 히터 코어(33)를 갖는다.
한편, 객실(28)의 뒤 영역에 배치된 뒷좌석 공조 유닛(40)은 앞좌석 공조 유닛(30)과 유사하게 구성되고, 뒷좌석 전기 송풍기(41)가 제공된다. 뒷좌석 전기 송풍기(41)가 흡입측은 객실(28)의 내부쪽으로 열려 있고, 내부 공기를 지속적으로 흡입한다.
뒷좌석 전기 송풍기(41)의 하류측은 그 안에 배치된 뒷좌석 증발기(42)를 갖는다. 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 입구는 뒷좌석 감압 장치로서 온도식 확장 밸브(43)에 연결된다. 온도식 확장 밸브(43)의 입구측은 상기 뒷좌석 고압 약체 파이프(37)에 연결된다.
뒷좌석 온도식 확장 밸브(43)는, 알려진 바와 같이, 뒷좌석 증발기(42)의 출구 냉매의 과열 정도를 감지하고, 밸브의 개방 정도(냉매의 흐름)를 조절하여, 출구 냉매의 과열 정도가 소정값(예를 들면, 약 3℃ 내지 15℃)이 되게 한다. 뒷좌석 증발기(42)의 하류측은 그 안에 배치된 뒷좌석 난방용 히터 코어(44)를 갖는다.
앞좌석 증발기(32) 및 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 출구는 출구측 저압 파이프(34, 45)에 연결된다. 출구측 저압 파이프(34, 45)는 계기판을 통과하고, 엔진 구획(29)측으로 놓이고, 또한, 엔진구획(29)내의 저압 기체-액체 분리기(35)의 입구에 연결된다. 뒷좌석측 저압 파이프(45)의 출구끝 근처 위치는 체크 밸브(46)에 연결된다. 이 체크 밸브(46)는 난방 모드시 저압 기체-액체 분리기(35)로부터 뒷좌석 증발기(42)로의 냉매의 역류를 방지하기 위한 것이다.
저압 기체-액체 분리기(35)의 출구는 흡입 파이프(36)를 통과하여, 압축기(10)의 흡입구에 연결된다. 저압 기체-액체 분리기(35)는 앞좌석 증발기(32)의 출구측 저압 파이프(34)로부터 흐르는 냉매를 기체 및 액체로 분리하고, 액체 냉매를 축적하며, 압축기(10)로 흡입되는 가스 냉매를 유도한다.
또한, 압축기(10)로 흡입되는 저압 기체-액체 분리기(35) 내부의 바닥 근처에 액체 냉매 일부를 만드는 액체 리턴 조임 경로(35a)가 저압 기체-액체 분리기(35)에 제공된다. 이 액체 리턴 조임 경로(35a)는 콘덴서(20)내의 액체 리턴 경로(53)와 같은 방식으로, 액체 냉매에 포함된 윤활유를 압축기(10)로 반환하기 위한 것이다.
저압 기체-액체 분리기(35)는 전술된 콘덴서(20)의 고압 기체-액체 분리기(23)와 결합하여 사용되고, 난방 모드시에만 기체-액체 분리 동작과 액체 축적 동작을 수행한다. 냉방 모드시, 콘덴서(20)의 고압 기체-액체 분리기(23)는 기체-액체 분리기 및 액체 냉매 축적 동작을 갖는다. 과열된 가스 냉매가 차량의 앞좌석 증발기(32) 및 뒷좌석 증발기(42)의 출구로부터 저압 기체-액체 분리기(35)로 흐르므로, 저압 기체-액체 분리기(35)는 과열된 가스 냉매를 위한 단일 경로로 역할한다.
앞좌석 공조 유닛(30)에서, 앞좌석 증발기(32)는 저압 냉매 증발의 잠열에 의한 열 흡수에 의해, 냉방 모드시(또는 습기제거가 필요할 때)에 공조 송풍기(31)로부터 송풍된 공기(객실내의 내부 공기 또는 외부 공기)를 냉각시킨다. 또한, 동절기 난방시. 앞좌석 증발기(32)는 고온 가스 바이패스 경로(18)로부터 고온 냉매 가스(고온 가스)를 운반하여 공기를 가열하여, 라디에이터와 같은 기능을 한다.
이와는 반대로, 뒷좌석 공조 유닛(40)내의 뒷좌석 증발기(42)는 냉방 모드시에 송풍된 공기를 냉방하기 위한 냉방 동작만을 갖는다. 이것은 라디에이터와 같은 기능을 하지 않는다.
또한, 앞좌석 난방용 히터 코어(33) 및 뒷좌석 난방용 히터 코어(44)는 앞좌석 온수 밸브(33a) 및 뒷좌석 온수 밸브(44a)를 통해 차량 엔진(12)의 온수 회로에 연결된다. 또한, 차량 엔진(12)의 온수(냉수)는 앞좌석 온수 밸브(33a) 및 뒷좌석 온수 밸브(44a)를 통해 엔진-구동형 온수 펌프(미도시)에 의해 히터 코어(33, 44)로 순환된다. 이것으로 인해, 히터 코어(33, 44)는 온수를 열원으로 사용하여, 증발기를 통과한 후의 공기를 가열한다.
또한, 앞좌석 공조 유닛(30)에서, 공조 공기는 앞좌석 난방용 히터 코어(33)의 하류측에 제공된 앞좌석 송풍구(미도시)로부터 객실(28)의 앞좌석 측으로 송풍된다. 유사하게, 뒷좌석 공조 유닛(40)에서도 역시, 공조 공기는 뒷좌석 난방용 히터 코어(44)의 하류측에 제공된 뒷좌석 송풍구(미도시)로부터 객실(28)의 뒷좌석측으로 송풍된다.
다음으로, 도3은 제1 실시예에서의 전기 제어기의 개략적인 블록도이다. 공조 제어기(이후부터 "ECU"로 언급함)는 마이크로컴퓨터와 주변 회로로 구성되고, 사전설정된 프로그램에 따라 소정의 처리동작을 수행하여, 공조부의 동작을 제어한다.
상세히 말하면, 전자기 클러치(11), 냉방용 솔레노이드 밸브(15), 난방용 솔 레노이드 밸브(16), 앞좌석 전기 송풍기(31)의 모터(31a), 뒷좌석 전기 송풍기(41)의 모터(41a), 내부/외부 공기 전환 도어(38)의 구동 모터(38a), 콘덴서 전기 냉각 팬의 모터(61), 및 다른 공조 부분들이 ECU(60)에 의한 동작시에 제어된다.
ECU(60)는 객실내의 온도(내부 공기 온도)를 검출하기 위한 내부/외부 온도 센서(62), 외부 공기 온도를 검출하기 위한 외부 공기 온도 센서(63), 객실을 비추는 일사량을 검출하기 위한 일사 센서(64), 앞좌석 증발기(32)의 송풍 공기 온도 센서(65), 차량 엔진(12)의 수온을 검출하기 위한 수온 센서(66), 압축기(10)의 토출된 냉매 압력(고압 냉매 압력)을 검출하기 위한 제1 냉매 압력 센서(67), 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력을 검출하기 위한 제2 냉매 압력 센서(68) 등을 포함하는 센서 그룹으로부터 입력 검출 신호를 수신한다.
제2 냉매 압력 센서(68)는 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도를 검출하기 위한 것이다. 즉, 뒷좌석 증발기(42)의 내부는 대개 액체 상태 냉매를 포함한 2상 상태(포화 상태)에 있으므로, 냉매 온도는 냉매 압력에 기반하여 명확하게 얻어질 수 있다. 따라서, 제2 냉매 압력 센서(68)에 의해 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력을 검출함으로써, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도가 검출된 압력에 기반하여 얻어질 수 있다.
여기서, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도를 검출하기 위한 냉매 온도 센서가 사용되지 않고, 냉매 압력 센서가 사용된 이유는 냉매 압력 센서가 시장으로부터 쉽게 획득할 수 있기 때문이다.
또한, 앞좌석 공조 동작 패널(70)이 객실의 계기판 근처에 설치된다. 후속 동작 스위치의 동작 신호는 앞좌석 공조 동작 패널(70)로부터 ECU(60)로 입력된다. 즉, 고온 가스 스위치(71)는 고온 가스 히터 사이클에 의해 난방 모드를 설정하여, 난방 스위치 기능을 수행한다. 앞좌석 송풍 모드 스위치(72)는 앞좌석 공조 유닛(30)의 송풍 모드를 전환한다. 앞좌석 온도 설정 스위치(73)는 객실의 앞좌석 측의 온도를 요구된 온도로 설정하기 위한 앞좌석 온도 설정 수단으로 역할한다.
또한, 공조기 스위치(74)는 냉각 사이클의 압축기(10)의 시작 및 종료를 명령하여, 냉방 모드를 설정하기 위한 냉방 스위치의 기능을 수행한다. 또한, 앞좌석 송풍기 스위치(75)는 앞좌석 송풍기(31)를 턴온하거나 턴오프하고, 공기량의 전환을 명령한다. 내부/외부 공기 스위치(76)는 외부 공기 모드와 내부 공기 모드 사이의 전환을 명령한다.
뒷좌석 공조 동작 패널(80)은 객실의 뒷좌석측에 설치된다. 뒷좌석 공조 동작 패널(80)은 뒷좌석 공조 유닛(40)의 송풍 모드를 전환하기 위한 뒷좌석 송풍 모드 스위치(81), 객실의 뒷좌석측 온도를 희망 온도로 설정하기 위한 뒷좌석 온도 설정 스위치(82), 및 뒷좌석 송풍기(41)를 턴온 및 턴오프하고, 공기량의 전환을 명령하기 위한 뒷좌석 송풍기 스위치(83)가 제공된다. 이들 뒷좌석 스위치들의 동작 신호는 ECU(60)로 입력된다.
다음으로, 상기의 구성에서의 제1 실시예의 동작이 설명될 것이다. 앞좌석 공조 동작 패널(70)의 공조기 스위치(74)가 턴온되고, 냉방 모드가 선택되면, ECU(60)에 의해 냉방용 솔레노이드 밸브(15)가 열리고, 난방용 솔레노이드 밸브(16)가 닫힌다. 또한, 전자기 클러치(11)가 활성화되어 연결되는데, 이로써 압 축기(10)가 차량 엔진(12)에 의해 구동된다.
냉방 모드에서, 앞좌석 공조 유닛(30) 및 뒷좌석 공조 유닛(40)이 동시에 동작되면, 앞좌석 전기 송풍기(31) 및 뒷좌석 전기 송풍기(41)는 모두 공기를 앞좌석 공조 유닛(30) 및 뒷좌석 공조 유닛(40)으로 송풍하도록 동작된다.
압축기(10)가 동작하면, 압축기(10)의 토출 가스 냉매는 열린 냉방용 솔레노이드 밸브(15)를 통과하고, 이로써, 냉매는 콘덴서(20)의 닫힌 회로를 통해 고정 조임부로 구성된 앞좌석 냉방 감압 장치(24), 체크 밸브(19), 앞좌석 증발기(32), 저압 기체-액체 분리기(35)를 거쳐 압축기(10)로 순환한다.
이와 동시에, 콘덴서(20)의 출구측의 고압 액체 냉매 일부는 뒷좌석 고압 액체 파이프(37)로 분기되어, 뒷좌석 냉방 감압 장치를 형성하는 온도식 확장 밸브(43)를 통해, 뒷좌석 증발기(42), 저압 기체-액체 분리기(35)를 통과하고 나서, 냉매는 압축기(10)로 흡입된다.
따라서, 앞좌석 냉방 감압 장치(24)에 의해 압력이 감소된 저압 냉매가 앞좌석 증발기(32)에서 증발하고, 앞좌석 전기 송풍기(31)에 의해 송풍된 공기를 냉각한다. 이와 동시에, 뒷좌석 온도식 확장 밸브(43)에 의해 압력이 감소된 저압 냉매가 뒷좌석 증발기(42)에서 증발되고, 뒷좌석 전기 송풍기(41)에 의해 송풍된 공기를 냉각시킨다. 이로 인해, 앞좌석 및 뒷좌석 증발기(32, 42)에 의해 냉각된 냉각 공기가 객실(28)의 앞좌석측 및 뒷좌석 측으로 송풍될 수 있고, 객실(28)의 내부를 냉방할 수 있다.
그러나, 뒷좌석 냉방 감압 장치는 온도식 확장 밸브(43)로 구성되기 때문에, 온도식 확장 밸브(43)가 뒷좌석 증발기(42)로의 냉매의 흐름을 조절하여, 뒷좌석 증발기(42)의 출구 냉매가 소정의 과열 정도(예로, 10℃)로 유지된다.
이와 반대로, 앞좌석 냉방 감압 장치(24)는 고정된 조임부로 구성되고, 앞좌석 증발기(32)의 출구측은 저압 기체-액체 분리기(35)가 제공되지만, 상기의 이유로 인해, 사이클 내에서 순환하는 냉매의 흐름이 조절되어, 앞좌석 증발기(32)의 출구 냉매도 소정의 과열 정도를 갖게 된다.
즉, 콘덴서(20)에서, 입구 접속부(20a)로부터의 토출 가스 냉매의 일부는 제1 바이패스 경로(51)로부터 고압 기체-액체 분리기(23)로 직접 흐르고, 제1 열 교환기에서 응축된 액체 냉매의 일부는 제2 바이패스 경로(52)로부터 고압 기체-액체 분리기(23)로 직접 흐른다. 토출된 가스 냉매 및 응축된 액체 냉매는 고압 기체-액체 분리기(23) 내부에서 혼합되고 열 교환된다. 따라서, 이 경우에, 냉매는 압축기로부터 토출된 가스 냉매의 과열 정도에 따른 건조도를 갖는 2상 기체-액체 상태가 된다.
그 결과, 고압 기체-액체 분리기(23)에 축적된 액체 냉매량은 압축기로부터 토출된 가스 냉매의 과열 정도에 대응하는 양이 된다. 다시 말해서, 압축기로부터 토출된 가스 냉매의 과열 정도의 변화에 응답하여, 고압 기체-액체 분리기(23)에 축적된 액체 냉매량을 조절할 수 있다. 액체 냉매량을 조절함으로써, 사이클 내에서 순환하는 냉매의 흐름을 조절하여, 압축기로부터 토출된 가스 냉매의 과열 정도를 조절할 수 있다. 또한, 압축기(10)에서의 압축 과정은 기본적으로 등엔트로피 변화(isentropic change)이므로, 압축기(10)로부터 토출된 가스 냉매의 과열 정도 를 제어할 수 있다면, 압축기(10)의 흡입 냉매의 과열 정도, 즉, 앞좌석 증발기(32)의 출구 냉매의 과열 정도를 간접적으로 제어할 수 있을 것이다.
압축기(10)의 흡입측이 저압 기체-액체 분리기(35)가 제공되더라도, 냉방 모드시, 저압 기체-액체 분리기(35)는 증발기(32, 42) 주변의 출구로부터 소정의 과열량을 갖는 과열된 가스 냉매를 운반하여, 저압 기체-액체 분리기(35)는 과열된 가스 냉매의 단일 경로를 형성하고, 액체 냉매 축적 동작을 나타내지 않는다.
냉방 모드에서, 승객이 객실내의 뒷좌석에 앉아있지 않은 경우, 뒷좌석 공조 유닛(40)의 동작은 정지되고, 앞좌석 공조 유닛(30)이 단독으로 동작된다. 단독 동작시, 앞좌석 전기 송풍기(31)만이 동작되고, 뒷좌석 전기 송풍기(41)는 정지된다. 이로 인해, 뒷좌석 증발기 및 뒷좌석 온도식 확장 밸브(43)에서의 냉매가 더이상 증발되지 않고, 내장 스프링으로 인해 실제로 닫힘 상태로 유지되어, 뒷좌석 증발기(42)로의 냉매의 흐름은 실질적으로 차단되고, 앞좌석 동작이 단독으로 수행된다.
다음으로, 앞좌석 공조 동작 패널(70)의 고온 가스 스위치(71)가 턴온되고, 난방 모드가 선택되면, ECU(60)에 의해 냉방용 솔레노이드 밸브(15)가 닫혀지고, 난방용 솔레노이드 밸브(16)가 열리며, 고온 가스 바이패스 경로(18)가 열린다. 따라서, 압축기(10)의 고온 토출 가스 냉매(과열된 가스 냉매)는 열린 난방용 솔레노이드 밸브(16)를 통과한 후에, 난방 감압 장치(고정된 조임부)(27)에 의해 압력이 감소된다.
감압된 가스 냉매는 고온 가스 바이패스 경로(18) 및 저압 파이프(26)를 통 과하고, 객실내의 앞좌석 공조 유닛(30)의 앞좌석 증발기(32)로 유입된다. 따라서, 열이 앞좌석 증발기(32)로부터 앞좌석 전기 송풍기(31)에 의해 송풍된 공기로 배출되어, 송풍된 공기가 가열된다.
앞좌석 증발기(32)에 의해 가열된 송풍 공기는 또한, 앞좌석 증발기(32)의 하류측에 위치한 앞좌석 난방용 히터 코어(33)에서의 열원으로서 온수를 사용하여 가열되어, 온도가 훨씬 더 높아진다. 이 고온 공기가 앞좌석 난방용 히터 코어(33)의 하류측에 제공된 앞좌석 송풍구(미도시)로부터 객실(28)내의 앞좌석 승객의 발쪽으로 송풍된다. 따라서, 고온 가스 히터에 의한 난방 기능은 온수 열원을 사용하는 앞좌석 난방용 히터 코어(33)의 주요 난방 기능을 위한 보조 난방 기능을 나타낼 수 있다.
또한, 앞좌석 증발기(32)에서의 가스 냉매 배출 열은 저압 기체-액체 분리기(35)로 흐른다. 이 저압 기체-액체 분리기(35)에서, 가스 냉매와 액체 냉매가 밀도차에 의해 분리된다. 가스 냉매는 압축기(10)로 흡입되어, 다시 압축된다. 동시에, 저압 기체-액체 분리기(35)의 바닥측에 축적된 액체 냉매의 임의 양과 포함된 윤활유가 오일 리턴 경로(35a)로부터 압축기(10)로 흡입된다.
난방 모드시, 체크 밸브(19)는 가스 냉매가 고온 가스 바이패스 경로(18)로부터 콘덴서(20)측으로 역류되어 콘덴서(20)에 축적되는 것(휴면 현상)을 억제한다. 유사하게, 체크 밸브(46)는 앞좌석 증발기(32)의 출구 냉매가 뒷좌석 증발기(42)측으로 역류하여, 뒷좌석 증발기(42)에 축적되는 것(휴면 현상)을 억제한다.
앞좌석 공조 유닛(30)에서, 내부 공기 및 외부 공기의 유입은 전환될 수 있다. 그러나, 동절기 난방시, 창문의 김서림을 방지하기 위해, 외부 공기 유입 모드가 선택된다. 따라서, 저온의 외부 공기를 유입함으로써, 앞좌석 공조 유닛(30)의 난방 열 부하가 내부 공기 유입식 뒷좌석 공조 유닛(40)보다 훨씬 더 커진다.
따라서, 앞좌석 공조 유닛(30)의 앞좌석 증발기(32)에만 고온 가스 기능을 집중시킴으로써, 보다 큰 난방 열 부하를 갖는 앞좌석 공조 유닛의 난방 성능을 효과적으로 개선할 수 있다.
뒷좌석 공조 유닛(40)에서는, 내부 공기만이 유입되고, 뒷좌석 난방용 히터 코어(44)에서의 내부 공기를 가열하는 열원으로서 온수가 사용되고, 고온의 내부 공기가 뒷좌석 난방용 히터 코어(44)의 하류측에 제공된 뒷좌석 배출구(미도시)로부터 객실(28)내의 뒷좌석 승객의 발쪽으로 송풍된다.
상기의 설명은 냉방 모드 및 난방 모드의 기본 동작에 관한 것이다. 그러나, 실제로, 난방 모드의 시작시, 콘덴서(20)측의 잠입 냉매를 회수하기 위해, 냉매 회수 동작이 수행된다.
따라서, 이 냉매 회수 동작이 다음으로 설명될 것이다. 도4는 ECU(60)에 의해 수행되는 제어 절차를 보여준다. 먼저, 단계(S10)에서, 고온 가스 스위치(71)가 "온"인지가 판정된다. 고온 가스 스위치가 "오프"인 경우, 절차는 단계(S20)로 진행되어, 냉각 사이클이 고온 가스 동작의 "오프" 상태로 설정된다. 즉, 난방용 솔레노이드 밸브(16)는 닫혀지고, 냉방용 솔레노이드 밸브(15)는 열린다.
반면에, 고온 가스 스위치(71)가 "온"인 경우, 절차는 단계(S30)로 진행되 어, 냉방 모드에 의한 냉매 회수 동작이 실행된다. 즉, 냉각 사이클이 냉방 모드(냉방용 솔레노이드 밸브(15)는 열리고, 난방용 솔레노이드 밸브(16)는 닫힌 상태)로 설정되고, 솔레노이드 클러치는 턴온되고, 압축기(10)가 시동된다. 냉매는 냉방 모드시의 냉매 순환 경로로 인해 냉각 사이클에서 순환되어, 압축기(10)의 토출 냉매에 의해 콘덴서(20)내에 축적된 잠입 냉매를 배출하여, 이것을 앞좌석 증발기(32)측으로 회수할 수 있다.
냉방 모드에 의한 냉매 회수 동작은 다음 단계(S40)에서 소정 시간 t1(예로, 약 15초) 동안 지속된다. 냉매 회수 동작시, 콘덴서(20)로 냉각 공기를 송풍할 필요가 없으므로, 콘덴서(20)의 전기 냉각팬은 오프 상태로 설정된다. 또한, 공기를 앞좌석 증발기(32) 또는 뒷좌석 증발기(42)로 송풍할 필요가 없으므로, 본 실시예에서는, 동작 상태에서의 압축기(10)를 설정하기 위한 제어를 위해, 앞좌석 송풍기(31)만이 동작 상태로 설정되고, 뒷좌석 송풍기(41)는 오프 상태로 설정된다.
냉매 회수 동작 시간이 소정 시간 t1에 도달하면, 절차는 단계(S50)로 진행되어, 냉각 사이클이 난방 모드(냉방용 솔레노이드 밸브(15)는 열리고, 난방용 솔레노이드 밸브(16)는 열린 상태)로 전환된다. 이로 인해, 압축기(10)의 고온 토출 가스 냉매는 난방 감압 장치(고정 조임부)(17)에서 압력이 감소되어, 객실내의 앞좌석 측으로 송풍된 공기가 앞좌석 증발기(32)에 의해 가열될 수 있다. 즉, 고온 가스 히터에 의한 난방 모드가 실행될 수 있다.
다음 단계(S60)에서, 객실 온도가 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도보다 높은 지가 판정된다. 여기서, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도는, 전술된 바와 같이, 제2 냉매 압력 센서(68)에 의해 검출된 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력에 기반하여 계산된다. 또한, 이용된 객실 온도는 내부 공기 온도 센서(62)에 의해 검출된 내부 공기 온도일 수 있다.
냉각 사이클의 앞의 동작으로부터 긴 시간이 경과되면, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도가 대기 온도, 즉 내부 공기 온도와 같은 온도가 된다. 따라서, 고온 가스 히터에 의한 난방 모드의 시작 직후에, 대개 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도가 내부 공기 온도와 같은 온도가 되어, 단계(S60)에서의 판정이 "아니오"가 된다. 즉, 고온 가스 히터에 의한 난방 모드시 내부 공기 온도 및 동작이 지속된다.
또한, 고온 가스 히터에 의한 난방 모드에서의 동작이 지속되면, 앞좌석 공조 유닛(30)으로부터의 고온 공기의 배출은 내부 공기 온도를 상승시키고, 이로써, 내부 공기 온도가 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도보다 소정량만큼 높아진다. 이와 같이 되어, 단계(S60)에서의 판정이 "예"로 되고, 이로써, 절차는 단계(S70)로 진행되어, 뒷좌석 송풍기(41)가 동작된다. 즉, 고온 가스 히터에 의한 난방 모드로 동작이 지속되고, 뒷좌석 송풍기(41)가 동작된다.
뒷좌석 송풍기(41)의 동작으로 인해, 내부 공기가 뒷좌석 공조 유닛(40)으로 유입되고, 여기서, 내부 공기와 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 사이에 열 교환이 수행된다. 이 열 교환으로 인해, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매는 내부 공기로부터 열을 흡수하여 온도가 상승되고, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력이 이 온도 상승에 대응하는 양만큼 상승하게 된다.
여기서, 뒷좌석 증발기(42)로 흡입된 뒷좌석 증발기의 흡입 공기의 온도(내부 공기 온도)는, 도5에 도시된 바와 같이, 앞좌석 증발기(32)로 흡입된 앞좌석 증발기의 흡입 공기의 온도(저온의 외부 공기 온도)보다 훨씬 높다. 따라서, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력이 앞좌석 증발기(32)의 냉매 압력보다 높아져서, 이 압력차에 의해, 뒷좌석 증발기(42)에 축적된 냉매가 체크 밸브(46)를 통해 저압 기체-액체 분리기(35)측으로 배출될 수 있다. 즉, 고온 가스 히터에 의한 난방 모드에서의 동작 동안에, 앞좌석 증발기(32)의 냉매 압력보다 큰 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력의 압력차가 형성되어, 뒷좌석 증발기(42)내의 잠입 냉매가 확실하게 회수될 수 있다.
도5는 고온 가스 히터에 의한 난방 모드 시작후의 경과시간을 가로축에 표시하고, 앞좌석 증발기(32) 및 뒷좌석 증발기(42) 주변의 공기 온도를 세로축에 표시한 도면이다. 도5에서, t2는 고온 가스 히터에 의한 난방 모드의 시작후에 내부 공기 온도가 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도보다 높아질 때까지의 시간이다. 내부 공기 온도가 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도보다 높다고 판정되고, 뒷좌석 송풍기(41)가 동작되면, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매는 내부 공기로부터 열을 흡수하여, 뒷좌석 증발기(42)의 배출 공기의 온도가 도5에 도시된 바와 같이 흡입 공기(내부 공기)의 온도로부터 강하된다. 이와 반대로, 앞좌석 증발기(32)의 배출 공기의 온도는 냉매로부터 배출된 열에 의해 가열되어, 흡입 공기(외부 공기)의 온도로부터 상승된다.
도5에서, 앞좌석 공조 유닛(30)의 외부 공기 유입 경로의 온도가 내부 공기 온도의 상승에 따라 상승되고, 외부 공기는 외부 공기 유입 경로에서 열을 흡수하기 때문에, 앞좌석 증발기(32)의 흡입 공기(외부 공기)의 온도는 난방 모드 시작후의 시간의 경과에 따라 다소 상승한다는 것을 알 수 있다.
내부 공기 온도가 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도보다 높아지는 포인트, 즉, 뒷좌석 송풍기(41)가 시동되는 시간 포인트에서, 차량 엔진의 시동후에 경과된 시간이 더 짧아지고, 온수 온도가 충분히 높지 않아서, 단계(S70)에서 뒷좌석 송풍기(41)를 동작시킬 때에, 뒷좌석 송풍기(41)를 구동하기 위한 모터(41a)의 동작 전압을 최소 전압으로 설정하고, 구동 모터(41a)를 최소 속도로 동작시키는 것이 바람직하다.
이로 인해, 뒷좌석 송풍기(41)를 최소량으로 동작시킬 수 있어서, 온도가 충분히 상승되지 않은 저온 공기가 객실의 뒷좌석측으로 대량 송풍되는 것을 피할 수 있고, 뒷좌석 송풍기(41)의 동작에 따른 난방 감도의 저하를 방지할 수 있다.
제2 실시예
제1 실시예에서의 도4의 단계(S60)에서, 내부 공기 온도가 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도보다 더 높은지가 판정되었다. 제2 실시예에서는, 도6에 도시된 바와 같이, 단계(S60)에서, 고온 가스 히터에 의한 난방 모드의 시작후에, 최소한 소정 시간 t2이 경과되었는지가 판정된다.
즉, 도5에 도시된 바와 같이, 난방 모드 시작후에 최소한 소정 시간 t2이 경과되면, 뒷좌석 증발기(42)의 흡입 공기(내부 공기)의 온도가 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도보다 더 높아지고, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매는 흡입 공기(내부 공기)로 부터 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 도6에 도시된 바와 같이, 단계(S60)에서, 난방 모드의 시작으로부터 최소한 소정 시간 t2이 경과되었는지가 판정된다. 최소한 소정 시간 t2이 경과된 경우, 절차는 단계(S70)로 진행되어, 이로써, 뒷좌석 송풍기(41)를 동작시킨다.
제2 실시예에 따르면, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 온도를 검출하기 위한 센서(68)가 제거될 수 있다.
제3 실시예
제1 및 제2 실시예에서, 도4 및 도6의 단계(S30)에서 냉방 모드에 의한 냉매 회수 동작시에, 앞좌석 공조 유닛(30)의 앞좌석 송풍기(31)를 동작시키고, 뒷좌석 공조 유닛(40)의 뒷좌석 송풍기(41)를 오프 상태로 설정하는 예가 설명되었다. 제3 실시예에서는, 도7에 도시된 바와 같이, 단계(S30)에서, 냉각 사이클이 냉방 모드로 인한 냉매 회수 동작 상태(냉방용 솔레노이드 밸브(15)는 열리고, 난방용 솔레노이드 밸브(16)는 닫힌 상태)로 설정되고 나서, 절차가 단계(S35)로 진행되어, 앞좌석 송풍기(31)는 앞좌석 증발기(32)로 외부 공기를 송풍하도록 동작된다. 한편, 뒷좌석 공조 유닛(40)에서는, 뒷좌석 송풍기(41)가 뒷좌석 증발기(42)로 내부 공기를 송풍하도록 동작된다.
이로 인해, 내부 공기 온도가 외부 공기 온도보다 높은 온도차에 기반하여, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력이 앞좌석 증발기(32)의 냉매 압력보다 큰 압력차가 발생하여, 뒷좌석 증발기(42)에 축적된 냉매는 저압 기체-액체 분리기(35)측에서 회수될 수 있다.
즉, 제3 실시예에 따르면, 냉방 모드에 의한 냉매 회수 동작시, 콘덴서(20)측의 잠입 냉매 뿐만 아니라, 저압 기체-액체 분리기(35)측에서의 뒷좌석 증발기(42)내의 잠입 냉매도 역시 회수할 수 있다.
또한, 제3 실시예에서도 역시, 고온 가스 히터 사이클에 의한 난방 모드시, 단계(S70)에서 뒷좌석 송풍기(41)를 동작시킴으로써, 저압 기체-액체 분리기(35)에서 뒷좌석 증발기(42)내의 잠입 냉매를 회수할 수 있다.
단계(S35)에서, 앞좌석 송풍기(31) 및 뒷좌석 송풍기(41)를 동작시킬 때에, 두 송풍기(31, 41)를 구동하기 위한 모터(31a, 41a)의 동작 전압을 최소 전압으로 하고, 두 송풍기(31, 41)를 최소량으로 동작시키는 것이 바람직하다. 두 송풍기(31, 41)의 송풍량을 최소량으로 함으로써, 저온 온기의 송풍으로 인한 난방 감도의 저하를 최소로 할 수 있으므로, 이것은 실제로 바람직하다.
제3 실시예에서도 역시, 단계(S60)의 판정을 위해 실제 냉매 온도의 판정 대신에, 제2 실시예의 단계(S60)(도6)에서와 같이 경과 시간을 판정하더라도, 유사한 효과가 발생할 수 있다.
제4 실시예
제1 실시예에서는, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 체크 밸브(46)가 뒷좌석 증발기(42)의 출구측 저압 파이프(45)의 하류단 근처에 배치되고, 이것은 냉매가 저압 기체-액체 분리기(35)로부터 뒷좌석 증발기(42)로 역류되어, 고온 가스 히터 사이클에 의한 난방 모드시, 뒷좌석 증발기(42)에 축적되는 것을 방지하도록 사용되었다. 제4 실시예에서는, 도8에 도시된 바와 같이, 체크 밸브(46)가 뒷좌석 증발 기(42)의 출구측에 배치되지 않는다. 대신에, 체크 밸브(46a)는 뒷좌석 감압 장치로 역할하는 온도식 확장 밸브(43)의 상류측 경로, 즉, 냉각 사이클의 뒷좌석 감압 장치(37)의 하류단 근처 위치에 배치된다.
그러나, 고온 가스 히터 사이클에 의한 난방 모드시, 고온 가스 바이패스 경로(18)는 콘덴서(20) 및 뒷좌석 증발기(42)를 우회하고, 압축기의 토출 냉매를 앞좌석 증발기(32)로 유입시킨다. 그러나, 난방 모드시, 제1 내지 제3 실시예와 동일한 방식으로, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력을 앞좌석 증발기(32)의 냉매 압력보다 더 높게 뒷좌석 송풍기(41)를 동작시킴으로써, 체크 밸브(46)가 뒷좌석 증발기(42)의 출구측에 배치되지 않더라도, 냉매가 앞좌석 증발기(32)의 출구측으로부터 뒷좌석 증발기(42)로 역류되는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 콘덴서(20)가 엔진 구획의 내부와 같은 외부 공기 환경에 배치되어, 동절기 난방시, 콘덴서(20)는 저온의 외부 공기 환경에 노출된다. 따라서, 콘덴서(20)내의 냉매 압력이 외부 공기 온도에 의해 결정된 포화 압력, 즉, 뒷좌석 증발기(42)의 냉매 압력보다 훨씬 낮은 압력이 된다. 이것으로 인해, 냉매는 뒷좌석 증발기(42)로부터 콘덴서(20)측으로 흐르려고 한다.
따라서, 제4 실시예에서는, 체크 밸브(46)가 뒷좌석 고압 파이프(37)내의 하류단 근처 위치, 즉, 뒷좌석 감압 장치로 역할하는 온도식 확장 밸브(43)의 바로 앞 위치에 배치된다. 이로 인해, 난방 모드시, 체크 밸브(46a)에 의해, 냉매가 뒷좌석 증발기(42)로부터 뒷좌석 고압 파이프(37)와 콘덴서(20)측으로 흐르는 것이 방지된다.
이 방식으로, 제4 실시예에 따르면, 체크 밸브(46a)는 온도식 확장 밸브(43)의 상류측에서, 냉각 사이클의 고압 파이프(37)에 배치되어, 체크 밸브(46a)의 크기가 감소될 수 있다. 즉, 냉각 사이클의 고압 파이프(37)는 적은 양(큰 밀도)의 고압 액체 냉매 흐름을 운반하므로, 파이프 지름이 저압 파이프(45)에 비해 훨씬 줄어들 수 있다. 따라서, 체크 밸브(46a)는, 도1 및 도2에 도시된 바와 같은 저압 파이프(45)에 그것을 배치하는 경우에 비해 크기가 매우 줄어들 수 있다.
그 밖의 실시예
상기의 실시예에서, 앞좌석 감압 장치(24)는 단지 고정 조임부로 구성되었지만, 고정 조임부를 갖는 콘덴서(20)의 출구부(감압 장치의 상류측)에, 고압 냉매의 상태(압력, 온도 등)에 따라 조임부의 개방 정도가 변하는 가변 조임부를 결합하여, 이 가변 조임부와 고정 조임부의 결합을 이용하여 앞좌석 감압 장치(24)를 형성할 수 있다.
또한, 상기의 실시예에서, 뒷좌석 감압 장치는 온도식 확장 밸브(43)로 구성되었지만, 전기식 확장 밸브들을 이용하여 뒷좌석 감압 장치를 형성할 수 있다.
본 발명은 예시를 위해 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기본적인 개념 및 범위에서 벗어나지 않는 한, 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 고온 가스 히터 기능을 나타내는 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템에서, 라디에이터(콘덴서)측의 잠입 냉매 뿐만 아니라 뒷좌석 증발기의 잠입 냉매까지 효과적으로 회수할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (8)

  1. 이중 공조장치 형태의 차량용 공조 시스템에 있어서,
    객실내의 앞좌석 영역의 공조를 위한 앞좌석 공조 유닛; 및
    객실내의 뒷좌석 영역의 공조를 위한 뒷좌석 공조 유닛
    을 포함하고,
    상기 앞좌석 공조 유닛은, 내부 공기 및 외부 공기의 유입을 전환하기 위한 내부/외부 공기 전환 수단, 상기 내부/외부 공기 전환 수단에 의해 유입된 공기를 객실내의 앞좌석 영역쪽으로 송풍하기 위한 앞좌석 송풍기, 및 냉각 사이클의 저압 냉매의 증발을 위해, 상기 앞좌석 송풍기로부터 송풍된 공기로부터 열을 흡수하기 위한 앞좌석 증발기를 그 안에 배치하고,
    상기 뒷좌석 공조 유닛은, 내부 공기를 흡입하여 이것을 객실내의 뒷좌석 영역쪽으로 송풍하기 위한 뒷좌석 송풍기, 및 상기 냉각 사이클의 저압 냉매의 증발을 위해, 상기 뒷좌석 송풍기에 의해 송풍된 공기로부터 열을 흡수하기 위한 뒷좌석 증발기를 그 안에 배치하고,
    상기 냉각 사이클은 압축기로부터 토출된 가스 냉매의 압력을 감소시켜, 이것을 상기 앞좌석 증발기로 유입시키기 위한 고온 가스 바이패스 경로가 제공되고,
    냉방 모드시, 상기 고온 가스 바이패스 경로는 닫힘 상태로 설정되고, 상기 냉각 사이클의 라디에이터측의 냉매 경로는 열림 상태로 설정되며, 상기 압축기로부터 토출된 가스 냉매는 상기 라디에이터로 유입되고, 상기 라디에이터를 통과한 상기 냉매는 앞좌석 감압 수단 및 뒷좌석 감압 수단에 의해 압력이 감소되고, 상기 앞좌석 감압 수단을 통과한 저압 냉매는 상기 앞좌석 증발기에 의해 증발이 이루어지고, 상기 뒷좌석 감압 수단을 통과한 저압 냉매는 상기 뒷좌석 증발기에 의해 증발이 이루어지며,
    난방 모드시, 상기 고온 가스 바이패스 경로는 열림 상태로 설정되고, 상기 라디에이터측의 냉매 경로는 닫힘 상태로 설정되고, 상기 압축기로부터 토출된 가스 냉매는, 상기 앞좌석 증발기에 의한 고온 가스 히터 기능을 나타내기 위해, 상기 고온 가스 바이패스 경로에 의해 상기 앞좌석 증발기로 직접 유입되며,
    난방 모드시, 상기 내부/외부 공기 전환 수단은 외부 공기 모드를 설정하도록 사용되고, 상기 앞좌석 송풍기는 상기 앞좌석 증발기로 외부 공기를 송풍하도록 사용되며, 상기 뒷좌석 증발기의 냉매가 난방 모드에서 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있는 조건을 판정한 경우, 상기 뒷좌석 송풍기는 상기 뒷좌석 증발기로 내부 공기를 송풍하도록 동작되는
    차량용 공조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    난방 모드의 시작시, 상기 냉각 사이클은 냉방 모드로 설정되어, 냉매 회수 동작이 수행되며, 상기 냉매 회수 동작이 수행된 후에, 상기 냉각 사이클은 난방 모드로 전환되는
    차량용 공조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    난방 모드시, 상기 뒷좌석 송풍기는 자신의 최소량 모드로 동작이 이루어지는
    차량용 공조 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    내부 공기 온도를 검출하기 위한 내부 공기 온도 검출 수단; 및
    상기 뒷좌석 증발기의 냉매 온도에 관한 정보를 검출하기 위한 냉매 온도 정보 검출 수단
    을 더 포함하고,
    상기 내부 공기 온도 및 상기 냉매 온도에 기반하여, 상기 뒷좌석 증발기의 냉매가 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있는 조건에 있는지가 판정되는
    차량용 공조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉매 온도 정보 검출 수단은 상기 뒷좌석 증발기의 냉매 압력을 검출하기 위한 냉매 압력 검출 수단을 포함하는
    차량용 공조 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    난방 모드 시작 후, 상기 뒷좌석 증발기의 냉매가 내부 공기로부터 열을 흡수할 수 있는 조건에 있는지가 판정되는
    차량용 공조 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 회수 동작이 수행될 때에, 상기 내부/외부 공기 전환 수단은 상기 앞좌석 송풍기로부터 상기 앞좌석 증발기로 외부 공기를 송풍하도록 외부 공기 모드를 설정하고, 상기 뒷좌석 송풍기는 상기 뒷좌석 증발기로 내부 공기를 송풍하도록 동작되는
    차량용 공조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 뒷좌석 증발기의 입구에 배치된 뒷좌석 감압 수단의 상류측에 연결된 뒷좌석 고압 파이프는, 상기 뒷좌석 증발기로부터 상기 라디에이터측으로의 냉매의 유입을 방지하기 위한 체크 밸브를 그 안에 배치하는
    차량용 공조 시스템.
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