KR100791745B1 - 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법에 관한 것으로, 공기 조화장치의 배출구에서 발생되는 풍온 및 풍속을 측정하고, 이에 따라 차량용 에어컨의 증발기의 결빙 여부를 미리 감지하고, 결빙 여부에 따라 에어컨의 온(ON), 오프(OFF) 제어함으로써 증발기 표면의 결빙을 제거할 수 있고, 증발기의 결빙으로 인한 압축기 손상을 미연에 방지하여 냉방 능력의 향상 및 에어컨 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법을 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법에 있어서, 에어컨의 동작을 감지하는 단계; 각 모드, 블로워 전압, 내기 및 외기별 정상 상태의 풍온 및 풍량 데이터를 평균하여 산정한 기준값과 배출구의 풍온 및 풍량을 비교하는 단계; 결빙 여부를 판단하는 단계; 판단 결과 결빙으로 판정되면 일정 시간 에어컨을 오프시키는 단계; 상기 에어컨 오프(OFF)시킨 후, 내기를 외기로 전환하여 외기온과 배출구의 풍온 및 풍량을 모니터링하고, 기준값과 비교하여 결빙 해소로 판정되는 단계; 상기 에어컨을 구동시키는 단계; 상기 에어컨의 정지를 감지하지 못하는 단계; 및 에어컨을 오프(OFF) 시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

결빙 방지, 증발기, 자동온도 제어장치, 에어컨, 풍온, 풍량

Description

차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법{Method for Preventing Icing over an Evaporator of an Air-Conditioner for a Vehicle}

도 1은 일반적인 차량용 자동온도 제어장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 일반적인 차량용 공기 조화장치를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 3은 종래 기술에 따른 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지 장치를 개략적으로 나타낸 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법을 나타내는 전체적인 동작 흐름도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 증발기 장치, 12 : 온도 센서,

13 : 압축기, 18 : 히터부,

21 : 흡입 도어, 22 : 블로워,

23 : 증발기, 24 : 히터 장치,

25 : 믹스 도어, 26, 27, 28 : 배출구.

본 발명은 차량용 에어컨의 증발기 결빙 방지방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 조화장치의 배출구에서 발생되는 풍온 및 풍속을 이용하여 증발기 표면의 결빙 유, 무를 파악하고, 에어컨의 온(ON), 오프(OFF) 제어를 통해 결빙을 해소할 수 있는 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동온도 제어장치(Full Automatic Temperature Control)를 구비하고 있는 차량의 에어컨 중 냉방 장치는 하절기와 같이 차량 내부의 온도가 상승할 경우에도 탑승한 승객의 쾌적함을 유지시키기 위해 장착되며, 차량의 외부에서 유입된 공기는 증발기를 거치도록 함으로서 유입 공기의 온도를 저하시킨 후 자동차의 실내로 공급시켜 냉방 상태가 되도록 한다.

즉, 냉방 장치는 냉매를 고온 고압의 기체 상태로 압축시키는 압축기(Compressor)와 압축기로부터 압축된 고온 고압의 냉매를 고압 상온의 액체 상태로 액화시키는 응축기와 응축기에 의해 고압 상온으로 액화된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 안개 상태로 기화시키는 팽창 밸브와 팽창 밸브를 통해 저온 저압으로 액화된 냉매를 기화시킴으로써 주위의 공기를 차갑게 냉각시키는 증발기 및 증발기에 의해 차갑게 냉각된 공기를 순환시키는 송풍 팬 등으로 구성되어 있다.

그리고, 상기 냉매를 사용하여 연속적으로 저열원을 얻기 위해서는 일단 기화한 냉매를 다시 액화시킬 필요가 있으며, 액화 및 기화를 반복하는 방식을 사용하고 있다.

즉, 냉매는 압축기에서 흡입, 압축되어 고온, 고압의 가스상태로 콘덴서(Condenser)에 의해 강제 냉각되어 액화되고, 액화된 냉매는 리시버 앤드 드라이어(Receiver and Dryer)로 들어가 수분과 먼지를 제거한 다음 팽창 밸브로 들어간다.

또한, 상기 팽창 밸브로 들어가 액화된 냉매는 급격히 팽창되고, 저온, 저압인 안개 상태의 냉매가 되어 증발기로 들어가며, 이때 증발기로 송풍기를 작동시켜 냉풍을 실내로 유입시키는 것이고, 상기 증발기의 냉매는 증발기의 핀을 통하여 주위 공기의 열을 빼앗아 안개 상태의 냉매에서 가스 모양의 냉매가 되며, 다시 압축기로 흡입된다. 이와 같이 냉매는 사이클을 반복하여 순환하고 냉방 작용을 한다.

도 1은 일반적인 차량용 자동온도 제어장치의 내부 구조를 개략적으로 도시한 블록도이다. 도면에서 도시한 바와 같이, 자동온도 제어장치는 사용자가 에어컨인 에어컨 스위치(141)를 온 시킴에 따라 온/냉방 구동 수단(135)이 가동되는 상태에서 각종 수동모드 키(142)가 입력될 경우, 제어 모듈(110)은 그 입력되는 모드(Face, Bi-Level, Foot, Defrost, Foot-Defrost)에 따라 실내 온도 및 송풍 환경을 제어하게 된다.

그리고, 자동 모드(143) 키가 입력될 경우, 제어 모듈(110)은 실내 온도 센서(122)로부터 검출된 차량의 실내 온도와 상기 실외 온도 센서(121)로부터 검출된 차량의 실외 온도와 상기 일사량 센서(123)로부터 검출된 차량의 일사량과 냉각수 온도 센서(124)로부터 검출된 엔진의 냉각수 온도를 기초로 하여 자동온도 제어장치의 출력을 제어하기 위한 제어값을 연산하고, 그 연산한 제어값에 따라 에어믹스도어 모터(131)와 흡입도어 모터(132)와 모드도어 모터(133) 및 블로워 모터(134), 온/냉방 구동수단(135) 등을 제어하게 된다.

이에 따라, 자동 모드(143)시 각 센서로부터 검출된 정보를 통해 연산된 제어값은 실내 온도 및 실내 송풍 환경을 결정하는 중요한 데이터로서, 제어값은 다음과 같은 수학 식을 통하여 얻어진다.

상기한 수학식 1에서 Cv는 제어값을 나타내고, Tin은 실내 온도를 나타내며, Tamb는 실외 온도를 나타내고, Tsun은 일사량을 나타내며, Tset은 냉각수 온도를 나타내고 있으며, α와 β와 γ와 δ는 실험에 의해 얻어진 제어값에 따른 비례 상수를 나타내고 있으며, ε는 에러에 따른 보상 변수를 나타내고 있다.

따라서, 상기와 같은 수학식 1에서 실내 온도, 실외 온도, 일사량 및 냉각수 온도를 통해 제어값을 얻은 제어 모듈(110)은 히터 장치의 히터 코어와 증발기를 통과하는 공기량을 조절하여 실내의 온도를 조절하는 에어믹스도어 모터(131)와 내 기 또는 외기를 조절하는 흡입도어 모터(132)와 공기의 취출방향을 조절하는 모드도어 모터(133)와 내기 또는 외기를 송풍시키는 블로워 모터(134) 및 온/냉방 구동 수단(135)의 구동을 제어함으로써 실내 온도 및 송풍 환경을 조절할 수 있다.

한편, 제어 모듈(110)은 유해공기 제거모드키(144)가 입력될 경우, 모드도어 모터(133)를 동작시켜 송풍공기의 배출구를 발쪽이나 디프로스터로 향하게 하며, 블로워를 저속으로 구동시켜 유해 공기를 외부로 배출하도록 되어 있다.

도 2는 일반적인 차량용 공기 조화장치의 구성을 도시한 개략도이다. 도면에서 도시한 바와 같이 차량용 공기 조화장치는 외기 또는 내기를 선택하여 흡입하도록 결정하는 흡입 도어(21)와 상기 흡입 도어(21)를 통해 공기를 공급하는 블로워(22)와 상기 블로워(22)에 의해 유입되는 공기의 온도를 낮추어 주는 증발기(23)와 상기 블로워(22)에 의해 유입되는 공기의 온도를 높여 주는 히터 장치(24)로 구성된다.

또한, 상기 증발기(23)를 통과한 공기 중에서 상기 히터 장치(24)로 진행하는 공기의 비율을 결정하여 조절하는 믹스 도어(25)가 구비되어 있으며, 증발기(23) 또는 히터 장치(24)를 통과한 공기를 실내로 공급할 수 있는 다수의 배출구(26, 27, 28)로 구성된다.

도 3은 종래 기술에 따른 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도면에서 도시한 바와 같이, 자동차용 에어컨 증발기의 결빙 방지장치는 증발기 장치(11), 히터 장치(24), 블로워(22), 증발기(23), 히터부(18), 온도 센서(12), 제어 모듈(110), 압축기(13), 배출구(26, 27, 28)를 포함하여 구성된다.

이는, 에어컨 작동시에는 실내의 더운 공기와 증발기(23)를 통과하는 차가운 냉매가 열을 교환하며, 더운 공기는 냉매에 열을 빼앗겨 증기에서 물로 상태 변화되어 증발기 장치(11)의 드레인 부(미도시)를 통하여 실외로 배출되지만, 일부의 물은 증발기(23) 표면에 남아 존재하게 되고, 이때 증발기(23) 표면 결빙이 일어나며 이를 방지하기 위한 장치가 온도 센서(12)이다.

그러나, 상기와 같은 온도 센서만으로서 증발기의 결빙을 방지하는 경우, 온도 센서의 부착 위치에 따라서 감지하는 증발기 온도가 변화하게 되므로, 증발기의 과냉 방지 작동이 최적의 상태에서 이루어지게 하기 위해서는 온도 센서의 가장 적합한 위치를 반복적으로 설치하여야 하고, 온도 센서의 설치에 소요되는 설치 시간과 비용이 과다하며, 온도 센서의 설치 위치가 잘못 설정되었을 경우에는 차량의 에어컨 장치의 냉각 성능이 전체적으로 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 공기 조화장치의 배출구에서 발생되는 풍온 및 풍속을 측정하고, 이에 따라 차량용 에어컨의 증발기의 결빙 여부를 예측하여 결빙 여부에 따라 에어컨의 온(ON), 오프(OFF) 제어를 통해 자동적으로 결빙 현상을 해소할 수 있는 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방 지방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법에 있어서, 에어컨의 동작을 감지하는 단계; 각 모드, 블로워 전압, 내기 및 외기별 정상 상태의 풍온 및 풍량 데이터를 평균하여 산정한 기준값과 배출구의 풍온 및 풍량을 비교하는 단계; 결빙 여부를 판단하는 단계; 판단 결과 결빙으로 판정되면 일정 시간 에어컨을 오프시키는 단계; 상기 에어컨 오프(OFF)시킨 후, 내기를 외기로 전환하여 외기온과 배출구의 풍온 및 풍량을 모니터링하고, 기준값과 비교하여 결빙 해소로 판정되는 단계; 상기 에어컨을 구동시키는 단계; 상기 에어컨의 정지를 감지하지 못하는 단계; 및 에어컨을 오프(OFF) 시키는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 결빙 여부를 판단 시 상기 배출구의 풍온 및 풍량이 상기 기준값을 초과하면 결빙으로 판단하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 결빙 여부를 판단 시 풍량으로 결빙 여부를 판단하는 방법은, 블로워 전압별 풍량을 기준값으로 제어 모듈에 입력하고, 자기 학습 방법으로 상기 블로워 전압별 풍량의 실측값과 상기 기준값의 차이가 절대값 0.1v를 초과할 경우 결빙으로 판단하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.

더불어, 상기 자기 학습 방법은 블로워 전압별로 피드백 전압과 초기 전압과의 차이를 누적된 일정 시간 지연을 두고 추적하도록 이루어진다.

한편, 상기 결빙 해소 시 부족한 냉방량을 보충하기 위하여 외기 오프 유지, 풍량의 10% 증가, 및 내기 전환등의 보정 제어를 일정 시간 동안 실시하도록 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 예시 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 차량용 에어컨의 증발기 결빙 방지를 위한 흐름도이며, 도 1와 도 2를 참조하여 설명한다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 차량의 시동 후 냉기를 얻기 위해 에어컨 스위치(141)를 온(ON) 시키면, 자동온도 제어장치는 에어컨의 동작을 감지(S41)하여 제어 모듈(110)에서 결빙 방지방법의 제어를 시작한다.

그리고, 상기 제어 모듈(110)은 차량용 공기 조화장치의 배출구(26, 27, 28)의 풍온 및 풍량과 제어 모듈(110)에 설정되어 있는 기준값과 비교(S42)를 실시한다.

여기서, 상기 기준값은 증발기(23)가 정상 상태일 시에 풍온계와 풍량계를 이용하여 각 모드, 블로워 전압, 흡입, 외기에 따라 배출구의(26, 27, 28)의 풍온 및 풍량의 데이터를 측정하며, 측정된 데이터로 각각의 평균을 산출하여 제어 모듈(110)에 기준값으로 저장된다.

즉, 결빙 현상이 발생하면 증발기 표면이 얼어 붙어서 바람이 통하지 못하게 되고 배출구(26, 27, 28)로 유입되는 풍량은 줄어들며, 배출되는 풍온은 높아지므 로 풍온과 풍량에 대한 실측값이 각 모드, 블로워 전압, 흡입, 외기별로 상기 기준값을 초과하게 되어 결빙으로 판단된다(S43).

또한, 상기 증발기 결빙 여부 판단(S43)시에 적용되는 풍량의 기준값 데이터 산정 방법은 정상 상태의 블로워 전압별 풍량을 초기 기준값으로 제어 모듈(110)에 입력하고, 차량용 공기 조화장치의 배출구(26, 27, 28)의 풍량이 초기 기준값을 자기 학습 방법으로 일정 범위를 벗어날 경우 결빙으로 판단하게 된다.

상기한 바와 같이, 상기 자기 학습 방법이라 함은 블로워 전압별로 피드백 전압과 초기 전압과의 차이를 일정 시간 지연을 두고 추적하며, 일정 범위라 함은 블로워 전압별 풍량의 실측값과 초기 블로워 전압별 세팅값의 차이가 절대값 0.1v를 초과하지 않는 것을 포함한다.

한편, 결빙으로 판단되면 수 초간 에어컨을 오프(OFF)시키며(S44), 흡입을 외기로 전환하여 공기 흐름을 개선 시킨 후, 외기온과 증발기(23) 센서값을 감지하여 상기 각각의 모드, 블로워 전압, 흡입, 외기의 실측값이 일정값 범위인지의 여부를 제어 모듈(110)에서 비교하며 결빙 해소가 되었는지의 여부를 판단한다(S45).

여기서, 결빙이 해소되었을 경우에 에어컨을 재동작(S46)시키고 부족한 냉방량을 보충하기 위해 차량용 공기 조화장치의 외기를 차단하며, 풍량을 10% 증가시키면서 흡입, 내기 전환의 보정 제어를 수 초간 실시한 후(S46), 사용자로부터 에어컨의 오프 감지가 되면 종료한다(S47).

또한, 결빙이 해소되지 않았을 경우, 수 초간 에어컨을 오프(OFF)시키는 단계(S44)로 진행하며 상기 단계(S44, S45)를 흐름도를 따라 반복하여 실시하며, 에 어컨의 오프가 감지되지 않았을 경우에는 풍온 및 풍량을 비교(S42)로 귀환하여 본 발명에 의한 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법을 순환적으로 반복하는 것을 포함하여 구성된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 공기 조화장치의 배출구에서 발생되는 풍온 및 풍속을 측정하고, 이에 따라 차량용 에어컨의 증발기의 결빙 여부를 미리 감지하고, 결빙 여부에 따라 에어컨의 온(ON), 오프(OFF) 제어함으로써 증발기 표면의 결빙을 제거할 수 있고, 증발기의 결빙으로 인한 압축기 손상을 미연에 방지하여 냉방 능력의 향상 및 에어컨 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (5)

1. 차량용 에어컨 증발기의 결빙 방지방법에 있어서,

   에어컨의 동작을 감지하는 단계(S41);

   각 모드, 블로워 전압, 내기 및 외기별 정상 상태의 풍온 및 풍량 데이터를 평균하여 산정한 기준값과 배출구의 풍온 및 풍량을 비교하는 단계(S42);

   결빙 여부를 판단하는 단계(S43);

   판단 결과 결빙으로 판정되면 일정 시간 에어컨을 오프시키는 단계(S44);

   상기 에어컨 오프(OFF)시킨 후, 내기를 외기로 전환하여 외기온과 배출구의 풍온 및 풍량을 모니터링하고, 기준값과 비교하여 결빙 해소로 판정되는 단계(S45);

   상기 에어컨을 구동시키는 단계(S46);

   상기 에어컨의 정지를 감지하지 못하는 단계(S47); 및

   에어컨을 오프(OFF) 시키는 단계(S44);

   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 증발기 결빙 방지방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 결빙 여부를 판단 시 상기 배출구의 풍온 및 풍량이 상기 기준값을 초 과하면 결빙으로 판단하는 단계;

   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 증발기 결빙 방지방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 결빙 여부를 판단 시 풍량으로 결빙 여부를 판단하는 방법은, 블로워 전압별 풍량을 기준값으로 제어 모듈에 입력하고, 자기 학습 방법으로 상기 블로워 전압별 풍량의 실측값과 상기 기준값의 차이가 절대값 0.1v를 초과할 경우 결빙으로 판단하는 단계;

   를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 증발기 결빙 방지방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 자기 학습 방법은 블로워 전압별로 피드백 전압과 초기 전압과의 차이를 누적된 일정 시간 지연을 두고 추적하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 증발기 결빙 방지방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 결빙 해소 시 부족한 냉방량을 보충하기 위하여 외기 오프 유지, 풍량의 10% 증가, 및 내기 전환등의 보정 제어를 일정 시간 동안 실시하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 에어컨의 증발기 결빙 방지방법.

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