KR100825714B1 - 차량용 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핫 가스 히터 시스템을 이용하는 자동차용 난방 시스템에 있어 압축기로 흡입되는 냉매의 과열도를 유지하여 난방 용량을 충분히 높여 줄 수 있도록 하기 위한 것으로, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 냉매를 팽창시키는 적어도 하나 이상의 팽창변과, 유입된 냉매를 공기와 열교환시키는 증발기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 증발기를 통과한 후 다시 압축기로 유입되도록 순환되는 제 1 냉매 순환회로와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로의 상기 증발기로 유입되기 전에 분기되어 상기 응축기를 거쳐 증발기를 통과한 후 다시 압축기로 유입되도록 순환시키는 제 2냉매 순환회로와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점 전에서 분기되어 상기 압축기로 되돌리도록 순환시키는 제 3냉매 순환회로와, 모드 전환부를 포함하고 상기 제 1,2,3 냉매 순환회로의 냉매의 양을 조절하는 제어부를 포함하여 이루어진 것으로, 난방 모드에서 상기 제어부에 의해 상기 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로 및 제 3냉매 순환회로로 분배되어 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 냉난방 시스템{Cooling and heating system for vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 바람직한 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 바람직한 다른 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.

도 3은 도 2의 실시예에 핫 가스 분배장치를 채용한 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 바람직한 또 다른 일 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.

도 5는 도 4의 실시예에 핫 가스 분배장치를 채용한 실시예를 나타내는 개략적인 구성도.

도 6은 도 1에 따른 차량용 냉난방 시스템의 난방모드에서의 P-H 곡선을 나타낸 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 압축기 12: 온도 센서

13: 압력 센서 20: 응축기

30: 증발기 40: 수액 분리기

51: 제 1전자변 52: 제 2전자변

53: 핫 가스 분배장치 54: 제 4전자변

55: 제 5전자변 61: 제 1팽창 밸브

62: 제 2팽창 밸브 63: 제 3팽창 밸브

64: 제 4팽창 밸브 100: 제어부

110: 제 1냉매 순환회로 112: 분기점

120: 제 2냉매 순환회로 130: 제 3냉매 순환회로

140: 제 4냉매 순환회로

본 발명은 차량용 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기로부터 토출된 고온의 냉매인 핫가스를 이용한 시스템을 보조 히터로서 구비한 차량용 냉난방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 차량에는 차량 내부의 냉난방을 위해 냉방장치인 에어컨과, 난방장치인 히터를 구비하고 있다.

에어컨은 냉매를 이용하는 냉동 사이클에 따르는 것으로 냉매가 증발기와 응축기 및 압축기를 순환하면서 외부로부터 유입된 고온의 공기를 저온으로 변환시켜 차량 실내로 공급한다. 이 때, 이러한 에어컨을 구성하는 응축기는 압축기로부터 압축된 고온 고압의 기상 냉매를 공기와의 열교환을 통해 액상의 냉매로 전환시키 고, 증발기는 이 액상의 냉매를 고온의 공기와 열교환시켜 다시 기상으로 만들어 주면서 외부에서 유입된 공기의 열을 흡수하는 것이다.

한편, 차량의 난방장치인 히터는 엔진을 냉각시키는 냉각수를 이용한 것으로, 고온의 엔진을 냉각시킨 냉각수를 공기조절 덕트 내의 히터 코어로 유도하여, 이 덕트 안으로 유입되어 흐르는 외부의 차가운 공기를 가열하여 이를 차량의 실내로 공급하는 온수식 난방장치이다.

그런데, 상기와 같은 온수식 난방장치는 엔진에 시동을 건 초기, 곧, 엔진 냉각수의 온도가 아직 낮은 때에, 그리고, 외부의 온도가 낮은 때에는 현저하게 난방능력이 부족한 문제가 있다. 이는 근본적으로 엔진을 식힌 냉각수를 그 열원으로 사용하는 온수식 난방장치에서는 피할 수 없는 한계이다.

따라서, 이러한 기존의 온수식 난방장치의 근본적 문제를 해결하기 위하여 여러 가지 연구가 시도되고 있는 데, 그 중 하나는 상기 온수식 난방장치의 난방능력을 보조해 주는 보조 히터 난방사이클을 운영하는 것이다.

이 보조 히터 난방사이클의 대표적인 것으로서 일본특허 특개평5-223357호에는 냉방사이클을 구성하는 압축기의 냉매 토출구에서 토출된 고온, 고압의 가스 냉매를 팽창밸브를 거쳐 증발기로 유도하고, 이 증발기를 공기조절덕트 안에 배치하여 외부로부터 유입된 공기를 가열하여 온수히터의 난방능력을 보조하도록 한 핫 가스 히터 시스템이 개시되어 있다.

또한, 일본특허 특개평11-180138호에는 상기와 같은 핫 가스 히터 시스템을 사용하여 난방모드시에 압축기의 토출압력을 상승시키고, 압축기의 토출구에서 토 출되는 냉매의 토출 용량을 크게 한 차량용 공조장치가 개시되고 있다.

그런데, 이러한 종래의 핫 가스 보조 히터 시스템은 외기의 온도가 낮고, 운전 초기에는 그 난방 능력을 효과적으로 발휘하지 못하게 된다.

곧, 핫 가스 보조 히터 시스템은 외기의 온도가 매우 낮아서 보조 히터의 운전이 필요한 때에 사용되는 것인데, 이 경우 낮은 외기 온도에 의해 압축기의 냉매 유입측 온도와 압력이 매우 낮게 유지되며, 이에 따라 압축기 출구의 온도가 낮아지는 문제가 발생하게 된다. 즉, 낮은 외기의 온도로 인해 압축기의 유입측의 냉매는 저온, 저압의 2상 영역이 되고, 이 중 일부 액냉매가 압축기로 유입되며, 이에 따라 압축기의 토출측 압력을 높이고 온도는 상대적으로 낮아지게 되어 교축 팽창된 뒤 증발기에 유입된 냉매의 엔탈피차가 작아 충분한 난방용량을 나타내지 않는 문제가 발생된다. 또한, 상기와 같이 압축기로 액상태의 냉매가 유입되면 압축기의 파괴를 유발할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 핫 가스 히터 시스템을 이용하는 자동차용 난방 시스템에 있어 압축기로 흡입되는 냉매의 과열도를 유지하여 난방 용량을 충분히 높여 줄 수 있는 차량용 냉난방 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 핫 가스 히터 시스템을 사용하는 냉난방 시스템에 있어 핫 가스 보조 히터의 안정성을 확보하고, 난방 능력을 적절히 조절할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 압축기로의 액 냉매의 유입을 방지하여 압축기의 파괴를 방지하고, 전체 시스템의 내구성을 향상시키는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 냉매를 팽창시키는 적어도 하나 이상의 팽창변과, 유입된 냉매를 공기와 열교환시키는 증발기와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 증발기를 통과한 후 다시 압축기로 유입되도록 순환되는 제 1 냉매 순환회로와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로의 상기 증발기로 유입되기 전에 분기되어 상기 응축기를 거쳐 증발기를 통과한 후 다시 압축기로 유입되도록 순환시키는 제 2냉매 순환회로와, 상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점 전에서 분기되어 상기 압축기로 되돌리도록 순환시키는 제 3냉매 순환회로와, 모드 전환부를 포함하고 상기 제 1,2,3 냉매 순환회로의 냉매의 양을 조절하는 제어부를 포함하여 이루어진 것으로, 난방 모드에서 상기 제어부에 의해 상기 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로 및 제 3냉매 순환회로로 분배되어 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

이 때, 상기 난방 모드에서 상기 제 3냉매 순환회로를 순환하는 냉매의 양은 상기 압축기에서 토출되는 냉매량의 30%이하가 되도록 할 수 있고, 바람직하게는 5%이상, 15%이하가 되도록 할 수 있다.

그리고, 이러한 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 상기 제 3냉매 순환회로의 분기점과 상기 압축기의 냉매 유입구의 사이에는 상기 압축기로부터 토출된 냉매의 압력을 감압시키는 감압변이 설치되도록 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 난방 모드에서 상기 제 1냉매 순환회로를 순환하는 냉매가 상기 제 2냉매 순환회로로 분배되어 순환되도록 할 수 있으며, 이 제 2냉매 순환회로로 분배된 냉매의 양은 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점으로 유입되는 냉매량의 50% 미만, 바람직하게는 10% 이상, 30% 이하가 되도록 할 수 있다.

상기와 같이 구성된 차량용 냉난방 시스템의 또 다른 특징에 의하면, 상기 제 2냉매 순환회로를 순환하는 냉매가 상기 응축기를 통과한 후 상기 증발기로 유입되기 전에 분기되어 다시 압축기로 유입되도록 순환시키는 제 4냉매 순환회로가 포함되어, 상기 난방 모드에서 상기 제어부에 의해 상기 제 1 냉매 순환회로를 순환하는 냉매가 상기 제 2 냉매 순환회로로 분배되어 상기 응축기를 통과한 후 증발기로의 유입이 차단된 체, 상기 제 4 냉매 순환회로로 분배되어 순환되도록 할 수 있으며, 이 때, 상기 제 4냉매 순환회로를 순환하는 냉매의 양은 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점으로 유입되는 냉매량의 50% 미만, 바람직하게는 10% 이상, 30% 이하가 되도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

<제 1실시예>

도 1에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 시스템의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.

그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 시스템은 냉매를 압축시키는 압축기(10)와, 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(20) 및 냉매를 공기와 열교환시키는 증발기(30)를 포함한다.

상기 압축기(10)는 그 구동 풀리(11)가 엔진(미도시)에 연결되어 이 엔진의 동력을 이용하여 구동하는 것으로, 고정 용량 또는 가변 용량의 압축기를 사용할 수 있다.

응축기(20) 및 증발기(30)에는 공기의 흐름을 유도하는 팬(22)(32)이 각각 부설되어 있으며, 상기 증발기(30)는 냉방 모드에서는 저온의 공기를 실내로 공급하는 에어컨으로 사용되고, 난방 모드에서는 히터 코어(미도시)의 난방 능력을 보완해 주는 보조 난방 장치로서의 기능을 수행한다.

곧, 난방 모드에서는 엔진의 과열을 식혀주는 엔진 냉각수가 유도되어 이 엔진 냉각수의 열을 이용하는 히터 코어가 주로 사용되고, 이 히터 코어의 난방 능력을 보조해 주기 위하여 압축기(10)에서 압축된 냉매를 바로 증발기(30)로 유도하여 열원으로 사용하는 소위 "핫 가스 보조 히터"가 사용된다. 이하, 설명될 본 발명의 실시예들에 따른 차량용 냉난방 시스템에 있어서는 도면으로 나타내지는 않았지만, 엔진 냉각수가 흐르는 히터 코어가 상기 증발기(30)가 설치되어 있는 공기조절덕트(미도시)에 별도로 설치되어 있는 것으로 할 수 있다.

상기와 같은 구성요소를 갖는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 압축 기(10)로부터 토출된 냉매는 증발기(30)와 응축기(20)의 사이의 제 2분기점(112)에서 분기되어 각각 제 1팽창변(61)을 거쳐 증발기(30)로 유입되는 제 1냉매 순환회로(110)와, 응축기(20) 및 제 2팽창변(62)을 순차로 거쳐 증발기(30)로 유입되는 제 2냉매 순환회로(120)를 구성하게 된다. 이 제 1냉매 순환회로(110) 및 제 2냉매 순환회로(120)는 냉매가 모두 상기 증발기(30)를 거쳐 압축기(10)로 유입되도록 하며, 회로의 중간에는 적어도 하나 이상의 수액 분리기(40)가 설치될 수 있다. 도 1에는 이러한 수액 분리기(40)가 증발기(30)의 토출측에 하나만 설치되어 있으나, 이는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 응축기(20)의 토출측을 비롯하여 여러 곳에 설치가능하다.

상기 제 1냉매 순환회로(110)와 제 2냉매 순환회로(120)로 순환되는 냉매의 양은 각각 제어부(100)에 연결된 제 1전자변(51) 및 제 2전자변(52)에 의해 이루어질 수 있다. 이 제어부(100)에는 모드 전환부 및 냉매의 양을 조절하는 유량 조절부가 포함되며, 이 제어부(100)에 의해 냉방 모드에서는 제 1전자변(51)은 폐쇄되고, 제 2전자변(52)은 개방되어 제 2냉매 순환회로(120)로만 냉매가 순환되고, 난방 모드에서는 제 1전자변(51)이 개방되고, 제 2전자변(52)은 폐쇄되어 제 1냉매 순환회로(110)로 냉매가 순환되게 된다.

상기와 같이 난방 모드에 따라 제 1냉매 순환회로(110)를 통해 냉매가 순환될 때, 상기 압축기(10)에서 토출된 냉매는 상기 제 2분기점(112)으로 유입되기 전에 도 1에서 보듯이, 제 1분기점(111)에서 분기되어 다시 압축기(10)로 유입되는 제 3냉매 순환회로(130)가 더 설치된다. 이 제 3냉매 순환회로(130)는 도 1에서 볼 수 있듯이, 증발기(30)와 수액 분리기(40)의 사이에 연결되거나, 수액 분리기(40)와 압축기(10)의 사이에 연결될 수 있다.

제 3냉매 순환회로(130)에는 제 1분기점(111)의 하류측에 상기 제어부(100)에 연결된 밸브장치(70)가 설치되어 그 유량을 조절해 줄 수 있는 데, 이 밸브장치(70)는 압축기(10)의 토출측과 유입측을 직접 연결해 주는 것이므로 압력차에 의해 유량을 조절해 줄 수 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 캐필러리 튜브, 오리피스 튜브 또는 교축밸브가 장착될 수 있다.

상기와 같은 제 3냉매 순환회로(130)를 흐르는 냉매의 양은 압축기(10)의 냉매 유입측에 설치된 온도 센서(12)에 의해 압축기(10)로 유입되는 냉매의 온도가 측정되어 그 양이 결정되는 데, 제 3냉매 순환회로(130)를 순환하는 냉매의 양이 많아지게 되면, 보다 고온의 냉매가 제 1냉매 순환회로(110)를 통해 공급되어져 난방 용량이 증가하게 된다.

상기 제 3냉매 순환회로(130)를 순환하는 냉매의 양은 대략 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 양의 30%이하가 되도록 하는 것이 바람직한 데, 순환 냉매량을 지나치게 높이게 되면 전체 시스템이 과열하게 되어 위험하다. 상기와 같은 제 3냉매 순환회로(130)의 냉매량은 너무 적을 경우에는 그 효과를 얻을 수 없으므로, 5 내지 15%로 유지시키는 것이 가장 바람직하다. 미설명 부호 13은 제어부(100)에 연결된 압력 센서로서, 압축기(10)의 토출측의 냉매 압력을 측정하여 제어부(100)에 의해 시스템 내의 압력 조절이 가능하도록 하기 위한 것이다.

도 6은 상기와 같이 제 3냉매 순환회로(130)를 가동함에 따라 얻어질 효과를 나타낸 P-H선도로, 점선(T')은 종래의 난방 사이클에서 핫 가스 시스템의 사이클을 나타낸 것이고, 실선(T)은 상기한 바와 같은 제 3냉매 순환회로(130)를 가동함에 따라 얻어진 핫 가스 시스템의 사이클을 나타낸 것이다. 그림에서 볼 수 있는 바와 같이, 압축되기 전의 냉매의 상태는 1'에서 1로 그 압력과 온도가 상승됨을 알 수 있으며, 이렇게 온도와 압력이 상승된 냉매가 압축기에 유입되면 압축기에서 압축시에 냉매는 등엔트로피 곡선보다 기울기가 낮게 압축되어 도 6의 2'에서 2로 변한 것 같이 토출측의 온도는 상승하고 압력은 떨어지게 되어 핫 가스 시스템의 난방 용량을 충분하게 해 줄 뿐 아니라, 전체 부품들의 내구성을 높여주는 효과를 얻을 수 있다.

<제 2실시예>

도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 시스템에 관한 것으로, 시스템 내의 이상 고압의 작용을 제어하기 위한 실시예이다.

도 1에서 도시한 바와 같은 차량용 냉난방 시스템은 난방 모드에서 본 발명에 따른 핫 가스 시스템을 작동할 경우에 냉매는 과열도 영역에서만 작동하므로 냉매의 응축이나 증발과정이 없게 된다. 따라서 현열에 의한 열의 출입을 이용하게 되는 것이다. 이러한 핫 가스 시스템은 다변화하는 외부조건과 차량의 실내조건 및 압축기의 RPM 변화 등과 같은 다변화되는 조건 하에서 도 1에 도시된 실시예와 같이 압축기에서 토출된 뜨거운 냉매를 증발기에 전부 유입시키면 난방효과는 높아질지라도 급속한 고압상승으로 압축기의 내구성에 문제가 발생한다. 또한, 이 외에도 시스템 전체에도 이상 고압이 발생하였을 경우에 시스템 전체를 구성하고 있는 부품들에 치명적인 손상을 입히게 된다. 이러한 이상 고압은 고정식 압축기를 사용했을 때에 더욱 문제가 된다. 따라서, 이러한 핫 가스 시스템을 작동시 이상 고압을 제어할 필요가 있다.

도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 시스템은 이러한 이상고압으로부터 시스템을 보호하기 위한 것으로, 이상고압을 방지하기 위하여 난방 모드에서도 제 2냉매 순환회로(120)로 냉매를 소정량 분배시키는 것이다. 곧 제어부(100)에 의해 상기 제 1,2전자변(51)(52)을 조정하여 상기 제 2냉매 순환회로의 제 2분기점(112)에서 제 1냉매 순환회로(110)와 제 2냉매 순환회로(120)로 냉매가 분배되도록 하는 것이다. 냉매의 분배량은 응축기(20)쪽으로 분배되는, 즉, 제 2냉매 순환회로(120)측으로 분배되는 양이 제 2분기점(112)으로 유입되는 양의 50%미만이 되도록 하는 것이 바람직하다. 제 2냉매 순환회로(120)로 순환되는 냉매량은 제 2분기점(112)으로 유입되는 냉매량의 10%이상, 30%이하가 되도록 하는 것이 가장 바람직하다. 이는 응축기(20)로 유입되는 냉매의 양이 많아질수록 난방 성능이 떨어지는 문제가 발생하기 때문이다.

이 제 2냉매 순환회로(120)로의 냉매 분배량은 압축기가 저 RPM일 경우에는 증발기(30)측으로 바로 유입되도록 하는, 곧, 제 1냉매 순환회로(110)로 순환시키는 냉매의 양이 많아도 고압이 크게 상승하지 않으므로, 이 때, 제 2냉매 순환회로(120)로 순환되는 냉매량은 제 2분기점(112)으로 유입되는 냉매량의 10% 정도가 되어도 무방하다.

그런데, 압축기(10)의 RPM값이 상승할수록 고압의 상승 위험성은 높아지므로 압축기의 출구측에 설치된 압력센서(13)가 토출되는 압력을 측정하여 이를 제어부(100)에 전송하고, 제어부(100)에서는 이 압력을 근거로 제 1냉매 순환회로(110)와 제 2냉매 순환회로(120)의 냉매 분배량을 조절한다. 곧, 압력센서(13)에 의해 측정된 압력이 점점 높아져 갈수록 제 2냉매 순환회로(120)로 순환되는 냉매량은 제 2냉매 순환회로(120)의 제 2분기점(112)으로 유입되는 냉매량의 10%에서, 20%, 30%로 점차로 높여간다.

상기 제 2분기점(112)으로부터 분기된 고온의 냉매, 곧, 핫 가스는 일부는 제 1냉매 순환회로(110)를 통해 증발기(30)로 유입되고, 나머지는 제 2냉매 순환회로(120)를 통해 증발기(30)로 유입되는데, 이들은 증발기(30)로 유입되기 전에 제 3팽창밸브(63)의 입구에서 혼합되어져 교축과정을 거쳐 압력이 낮아지고, 증발기(30)로 유입된다. 이 때, 상기 제 3팽창밸브(63)은 냉방 모드에서와 난방 모드에서 모두 사용되는 것이므로, 각 모드에 따라 팽창밸브 내의 오리피스 개도가 변할 수 있도록 하는 것이 바람직하며, 이는 제어부(100)에서 조절하게 된다. 제 3팽창밸브(63)는 냉방 모드일 경우에는 응축기(20)를 거친 액냉매를 팽창시키므로 비체적이 비교적 작은 액체를 팽창시키기 위해 오리피스 개도를 작게 하여, 전체 오리피스 크기의 5 내지 20% 정도가 되도록 하며, 난방 모드에서는 비체적이 큰 기상의 냉매를 팽창시키기 위해 오리피스 개도를 크게, 곧, 전체 오리피스 크기의 50 내지 80% 정도가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이렇게 난방 모드에서 증발기로 유입되는 고온의 냉매, 곧, 핫 가스의 일부 를 응축기로 보내면 기상의 냉매의 일부가 액상으로 전환되면서 시스템 내의 핫 가스의 압력이 낮아지게 되어 이상 고압 현상을 방지할 수 있게 된다.

이렇게 고압상승의 방지를 위해 응축기로 냉매를 분배시키는 시스템에 있어서도, 상술한 제 1실시예의 경우와 같이 난방 모드에서 제 3냉매 순환회로(130)로 소정 량 냉매를 분배시켜 압축기에 유입되는 냉매의 과열도를 유지시켜 주도록 한다. 이렇게 제 3냉매 순환회로(130)를 순환하는 냉매의 분배량 및 그 작용은 상술한 제 1실시예의 경우와 동일하다.

<제 3실시예>

도 3은 본 발명에 따른 바람직한 또 다른 일 실시예를 나타낸 것으로, 이는 상기 도 2에 따른 제 2실시예에 있어 제 1냉매 순환회로(110)와 제 2냉매 순환회로(120)의 제 2분기점(112)에 핫 가스 분배장치(53)를 설치하여 이 핫가스 분배장치(53)를 상기 제어부(100)가 조절하도록 함에 따라 제 1냉매 순환회로(110)와 제 2냉매 순환회로(120)를 순환하는 냉매량을 조절하는 것이다.

상기 핫 가스 분비장치(53)는 3-way 밸브구조를 갖는 것이면 어떠한 것이라도 사용할 수 있는 데, 그 토출측의 냉매 분배량을 전자적으로 제어할 수 있는 것이 바람직하다.

도 3에 따른 실시예는 상기 핫 가스 분배장치(53)를 제외하고는 도 2에 따른 상기 제 2실시예와 그 기능 및 작용이 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.

<제 4실시예>

도 4는 본 발명에 따른 바람직한 또 다른 일 실시예를 나타내는 것으로, 상술한 제 2,3 실시예와 같이 시스템 내에서의 이상 고압에 따른 압축기의 내구성 저하와 시스템 내의 부품 등의 파손을 방지하기 위한 것으로, 그 기본적인 구성은 상술한 실시예들의 경우와 유사하다.

본 실시예에 있어서, 난방 모드시 압축기(10)로부터 토출된 냉매는 제 1분기점(111)에서 일부량이 제 3냉매 순환회로(130)를 통해 압축기(10)로 다시 유입되고, 잔량이 제 1냉매 순환회로(110)와 제 2냉매 순환회로(120)의 제 2분기점(112)으로 향하게 된다. 이 때, 제 3냉매 순환회로(130)로 분배되는 냉매의 양은 상기 제 1실시예에서 언급한 바와 같이, 압축기(10)에서 토출되는 냉매량의 30%이하, 바람직하게는 5 내지 15%가 되도록 하며, 이는 제어부(100)에 연결된 밸브장치(70)에 의해 이루어지게 된다.

이렇게 제 2분기점(112)으로 유입된 냉매는 제어부(100)에 의해 제 1전자변(51) 및 제 2전자변(52)이 조절되어 냉매의 분배량이 조절된다.

이 때, 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 제 2냉매 순환회로(120)의 응축기(20)를 통과한 냉매는 제 2팽창변(62)에 유입되기 전에 설치된 제 4전자변(54)에 의해 증발기(30)로의 유입이 차단되고, 응축기 토출측에 설치된 제 3분기점(113)에서 분기되어 제 4냉매 순환회로(140)로 순환되게 된다. 이 제 4냉매 순환회로(140)는 난방 모드에서 응축기(20)를 통과한 냉매가 증발기(30)로 유입되어 난방성능을 저하시키는 것을 방지하고, 동시에 핫 가스 시스템 내에서의 고압 상승의 문제를 방지하기 위한 것으로, 난방 모드에서 응축기(20)를 통과한 냉매가 증발기(30)로 유입되기 전에 분기되어 압축기(10)로 유입되도록 하는 것이다. 곧, 난방 모드에서는 제어부(100)에 의해 제 4전자변(54)이 폐쇄되고 제 4냉매 순환회로(140)로 냉매가 유입되도록 하는 것이다.

이 제 4냉매 순환회로(140)로 순환되는 냉매량은 상술한 제 2 및 제 3실시예의 경우와 마찬가지로, 제 2분기점(112)으로 유입된 냉매량의 50% 미만이 되도록 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 내지 15%가 되도록 하는 것이다.

한편, 제 4냉매 순환회로(140)에는 상기 제 3분기점(113)과 압축기(10)의 사이에 제 5전자변(55)과 제 4팽창밸브(64)가 설치되는데, 제 4팽창밸브(64)에 의해 압축기(10)로 유입되는 냉매의 압력이 낮아지고, 제 5전자변(55)에 의해 직접적으로 압축기(10)의 토출압력을 조절할 수 있게 된다. 즉, 압축기(10)의 토출측에 설치된 압력 센서(13)에 의해 토출 압력이 설정치 이상으로 상승하면, 제어부(100)에 의해 상기 제 5전자변(55)이 폐쇄시켜 제 4냉매 순환회로(140)로 유입된 냉매가 응축기(20)에 고여 시스템 내에서 냉매 순환량이 감소되도록 함에 따라 압력을 낮추게 되고, 압축기(10)의 토출측 압력이 설정치 이하로 떨어지면, 상기 제 5전자변(55)을 개방하여 응축기(20)에 고여 있던 냉매를 제 4팽창밸브(64)를 통해 팽창시켜 압축기(10)로 유입시켜 시스템의 압력을 상승시키는 것이다.

상기와 같은 시스템에 있어서, 냉방 모드에서는 제어부(100)에 의해 밸브 장치(70)와 제 1전자변(51) 및 제 5전자변(55)이 폐쇄되고 제 4전자변(54)이 개방되어 응축기(20)를 통과한 냉매가 제 2팽창밸브(62) 및 증발기(30)를 순차로 통과하 여 압축기(10)로 유입되어 증발기(30)를 통해 실내로 찬 공기가 공급되도록 한다.

<제 5실시예>

도 5는 본 발명에 따른 바람직한 또 다른 일 실시예를 나타낸 것으로, 도 4에 따른 제 4실시예에 상기 제 3실시예에서 적용된 핫 가스 분배장치(53)를 채용한 것이다. 곧, 상기 제 2분기점(112)에 3-way 밸브구조를 갖는 핫 가스 분배장치(53)를 설치하여 응축기(20)로 유입되는 냉매의 양과 제 1팽창밸브(61)로 유입되는 냉매의 양, 즉, 난방 모드에서 제 1냉매 순환회로(110)와 제 4냉매 순환회로(140)로 분배되는 냉매의 양을 조절하도록 하는 것이다.

각 냉매 순환회로들의 냉매 분배량 및 그 기능들에 대해서는 상술한 바와 같으므로 설명은 생략한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 공기조화장치는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 압축기에서 토출된 고온의 냉매의 일부량을 다시 압축기로 되돌림으로써 핫 가스 시스템의 난방 능력을 향상시킬 수 있고, 압축기로 되돌리는 냉매량을 조절함으로써 히터의 난방 능력을 조절할 수 있다.

둘째, 액상의 냉매가 압축기로 유입됨에 따라 발생되는 소음 및 압축기 파괴 등을 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

셋째, 압축기의 토출측 압력을 낮추어 전체 시스템의 내구성을 향상시키고, 부품들의 파손을 방지하여, 부품의 설계 유연성을 증진시킬 수 있다.

넷째, 단순한 구성으로 차량용 난방 시스템의 난방 효율을 향상시키고, 보조 히터 시스템의 안정성을 확보할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 냉매를 압축하는 압축기;

   상기 압축기에 의해 압축된 냉매를 응축시키는 응축기;

   상기 냉매를 팽창시키는 적어도 하나 이상의 팽창변;

   유입된 냉매를 공기와 열교환시키는 증발기;

   상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 증발기를 통과한 후 다시 압축기로 유입되도록 순환되는 제 1 냉매 순환회로;

   상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로의 상기 증발기로 유입되기 전에 분기되어 상기 응축기를 거쳐 증발기를 통과한 후 다시 압축기로 유입되도록 순환시키는 제 2냉매 순환회로;

   상기 압축기로부터 토출된 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점 전에서 분기되어 상기 압축기로 되돌리도록 순환시키는 제 3냉매 순 환회로; 및

   모드 전환부를 포함하고 상기 제 1,2,3 냉매 순환회로의 냉매의 양을 조절하는 제어부;를 포함하여 이루어진 것으로 난방 모드에서 상기 제어부에 의해 상기 냉매가 상기 제 1냉매 순환회로 및 제 3냉매 순환회로로 분배되어 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 난방 모드에서 상기 제 3냉매 순환회로를 순환하는 냉매의 양은 상기 압축기에서 토출되는 냉매량의 30%이하인 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 난방 모드에서 상기 제 3냉매 순환회로를 순환하는 냉매의 양은 상기 압축기에서 토출되는 냉매량의 5%이상, 15%이하인 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제 3냉매 순환회로의 분기점과 상기 압축기의 냉매 유입구의 사이에는 상기 압축기로부터 토출된 냉매의 압력을 감압시키는 감압변이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 난방 모드에서 상기 제 1냉매 순환회로를 순환하는 냉매가 상기 제 2냉매 순환회로로 분배되어 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 난방 모드에서 상기 제 2냉매 순환회로로 분배된 냉매의 양은 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점으로 유입되는 냉매량의 50% 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 난방 모드에서 상기 제 2냉매 순환회로로 순환된 냉매의 양은 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점으로 유입된 냉매량의 10% 이상, 30% 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 2냉매 순환회로를 순환하는 냉매가 상기 응축기를 통과한 후 상기 증발기로 유입되기 전에 분기되어 다시 압축기로 유입되도록 순환시키는 제 4냉매 순환회로가 포함되어, 상기 난방 모드에서 상기 제어부에 의해 상기 제 1 냉매 순 환회로를 순환하는 냉매가 상기 제 2 냉매 순환회로로 분배되어 상기 응축기를 통과한 후 증발기로의 유입이 차단된 체, 상기 제 4 냉매 순환회로로 분배되어 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 난방 모드에서 상기 제 4냉매 순환회로를 순환하는 냉매의 양은 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점으로 유입되는 냉매량의 50% 미만이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 난방 모드에서 상기 제 2냉매 순환회로를 순환하는 냉매의 양은 상기 제 1냉매 순환회로와 제 2냉매 순환회로의 분기점으로 유입되는 냉매량의 10% 이상, 30% 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.

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