KR101195839B1

KR101195839B1 - 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치

Info

Publication number: KR101195839B1
Application number: KR1020060068692A
Authority: KR
Inventors: 한인철
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2012-10-30
Also published as: KR20080008875A

Abstract

본 발명은 냉각수가 열발생체를 곧바로 경유하지 않고 방열기를 경유한 다음 다시 열발생체를 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 차량 실내 난방 및 열발생체의 과열을 방지하고, 부가적으로 시동 초기에 열발생체가 워밍업될때까지 냉각수가 방열기로만 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 보조적인 차량 실내 냉방을 실시할 수 있도록 함으로써, 기존 보조 난방 시스템에 비해 고용량의 추가 난방 성능을 얻을 수 있고, 차량 시동 초기에 보조 냉방을 가능케하여 연비 향상 및 배기 가스를 저감시킬 수 있도록 한 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보조, 냉난방, 장치, 열전소자

Description

열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치{Device assistance a cooling and heating for vehicle using ther electric element}

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 보조 냉난방장치의 구성을 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 의한 장치로 워밍업 상태를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 의한 장치로 난방 모드시의 상태를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 의한 장치로 열발생체 냉각모드시의 상태를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 의한 장치로 냉방 모드시의 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 공조덕트

110 : 증발기

120 : 히터코어

121 : 제1 온도조절도어

130 : 실내측 열교환기

131 : 제2 온도조절도어

200 : 열발생체

210 : 방열체

300 : 열전소자 모듈

310 : 일측면

320 : 타측면

410 : 제1 냉각수 라인

411 : 제1 워터펌프

412 : 제2 워터펌프

420 : 제2 냉각수 라인

430 : 제3 냉각수 라인

440 : 제4 냉각수 라인

510 : 제1 방향전환밸브

520 : 제2 방향전환밸브

본 발명은 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각수가 열발생체를 곧바로 경유하지 않고 방열기를 경유한 다음 다시 열발생체를 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 차량 실내 난방 및 열발생체의 과열을 방지하고, 부가적으로 시동 초기에 열발생체가 워밍업될때까지 냉각수가 방열기로만 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 보조적인 차량 실내 냉방을 실시할 수 있도록 함으로써, 기존 보조 난방 시스템에 비해 고용량의 추가 난방 성능을 얻을 수 있고, 차량 시동 초기에 보조 냉방을 가능케하여 연비 향상 및 배기 가스를 저감시킬 수 있도록 한 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치에 관한 것이다.

최근, 자동차 연비 향상이라는 시대적인 요구에 따라 내연기관 엔진에서 연료전지와 모터 등을 구동원으로 작동하는 전기자동차 및 하이브리드 차량이 개발되고 있는 추세이며, 그 결과로 엔진에서 방열되는 열량이 감소하는 추세이다.

이러한 단점으로 인해 겨울철에 엔진을 이용한 차량 실내 난방 열원이 부족하여 별도의 보조 열원이 필요하게 되었다.

이러한 보조 열원으로 도 1에 도시된 바와 같이, PTC 히터(9), 도 2에 도시된 연소식 히터(10)를 사용하고 있으나, 가장 큰 문제점은 단지 보조적인 난방 기능만을 수행할 뿐 보조적인 냉방 기능은 수행할 수 없는 단점이 있다는 것이다.

여기서, 도 1 및 도 2에서의 미설명 부호 1은 라디에이터, 2는 엔진 또는 스택, 3은 공조덕트, 4는 히터코어, 5는 증발기, 6은 송풍팬, 7은 방향전환밸브, 8은 워터펌프이다.

한편, 전술한 전기자동차 이외에 내연기관 자동차는 비 주행 상태에서는 장기간 동안 옥내 또는 옥외에서 주정차하게 되는 바, 이러한 자동차에 설치된 에어컨이나 히터장치 및 공기 순환장치의 가동은 엔진의 구동 여부에 따라 연동되어 작동되는데, 에어컨은 차량의 엔진으로부터 동력을 전달받아 작동되거나 별도의 발전기로부터 동력을 받아 작동되고, 히터장치는 엔진이 구동된 상태에서 엔진에서 발생되는 열을 이용하여 차량 실내 공기를 가열하도록 하고 있다. 그런데 차량을 옥내 또는 옥외에 장시간 주정차하는 경우에 환경 오염 및 연료비 문제로 엔진을 정 지시켜 놓게 마련이다. 이렇게 엔진을 정지한 상태에서 주정차한 경우에 에어컨이나 히터의 가동을 위한 구동원의 작동이 중단되므로 에어컨이나 히터를 가동시킬 수 없어 여름철 또는 겨울철 차량내의 실내온도가 외부 기온의 영향을 받아 과도하게 높게 되거나 과도하게 낮게되는 것을 피할 수 없게 된다. 따라서, 자동차를 시동시켜 에어컨이나 히터를 가동하여 적정의 온도로 실내 온도를 맞출때까지 고온 또는 저온 상태의 차량 실내온도를 감수해야 함으로 탑승자에게 매우 불편한 문제이다. 더욱이 차량내에 운전자 또는 다른 탑승자가 있는 상태에서 엔진을 정지하게 되면, 에어컨이나 히터의 가동이 불가능하게 되어 엔진이 정지된 차량내에 그대로 있기에 매우 불편하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 냉각수가 열발생체를 곧바로 경유하지 않고 방열기를 경유한 다음 다시 열발생체를 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 차량 실내 난방 및 열발생체의 과열을 방지하고, 부가적으로 시동 초기에 열발생체가 워밍업될때까지 냉각수가 방열기로만 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 보조적인 차량 실내 냉방을 실시할 수 있도록 함으로써, 기존 보조 난방 시스템에 비해 고용량의 추가 난방 성능을 얻을 수 있고, 차량 시동 초기에 보조 냉방을 가능케하여 연비 향상 및 배기 가스를 저감시킬 수 있도록 한 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치는, 공조덕트내에 설치된 증발기의 후방측에 설치되는 히터코어와; 상기 히터코어와 증발기 사이에 설치되어 증발기를 통과한 공기가 히터코어를 통과하도록 하거나, 상기 증발기를 통과한 공기가 히터코어를 우회하여 통과하도록 하는 제1 온도조절도어와; 열발생체와; 방열기와; 전류의 흐름 방향에 따라 일측면에서 방열함과 아울러 타측면에서는 흡열하고, 일측면에서 흡열함과 아울러 타측면에서 흡열하는 열전소자 모듈과; 냉각수를 상기 히터코어 및 상기 열발생체를 통과하여 순환시키되, 상기 열전소자 모듈의 타측면에 열교환하도록 근접되게 설치되는 제1 냉각수 라인과; 상기 열발생체의 냉각수 유입측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인에서 분기되어 상기 방열기를 통과한 후, 상기 열발생체의 냉각수 배출측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인에 합류되도록 설치되는 제2 냉각수 라인과; 상기 제1 및 제2 냉각수 라인의 분기부에 설치되어 냉각수가 상기 열발생체와 상기 방열기중의 어느 하나로 유동되도록 하는 제1 방향전환밸브와; 상기 방열기의 배출측에 해당되는 상기 제2 냉각수 라인에서 분기되어 상기 제1 방향전환밸브에서 배출되어 상기 열발생체로 유입되는 제1 냉각수 라인에 합류 접속되게 설치되는 제3 냉각수라인과; 상기 제2 및 제3 냉각수 라인의 분기부에 설치되어 냉각수가 상기 열발생체와 히터코어중의 어느 하나로 유동되도록 하는 제2 방향전환밸브와; 상기 공조덕트내에 설치되되, 상기 히터코어의 후방에 이격되게 설치되는 실내측 열교환기와; 냉각수가 상기 실내측 열교환기 및 상기 열전소자 모듈의 일측면에 근접하여 순환하도록 설치되는 제4 냉각수 라인을 포함하며, 시동 초기의 난방모드시에는 제 1 냉각수 라인을 따라 냉각수가 유동도록 상기 제1 방향전환밸브를 제어하고, 시동후 일정 시간 경과한 후의 난방모드시에는 제1 냉각수 라인을 따라 유동되는 냉각수를 분기시켜 제2 냉각수 라인 및 상기 제3 냉각수 라인을 따라 유동하도록 제1, 제2 방향전환밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 의한 장치로 워밍업 상태를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 장치로 난방 모드시의 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명에 의한 장치로 열발생체 냉각모드시의 상태를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 의한 장치로 냉방 모드시의 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명은 히터코어(120)와, 제1 온도조절도어(121)와, 열발생체(200)와, 방열기(210)와, 열전소자 모듈(300)과, 제1 냉각수 라인(410)과, 제2 냉각수 라인(420)과, 제1 방향전환밸브(510)와, 제3 냉각수 라인(430)과, 제2 방향전환밸브(520)와, 실내측 열교환기(130)와, 제2 온도조절도어(131)와, 제4 냉각수 라인(440)을 포함하여 이루어진다.

먼저, 상기 히터코어(120)는 공조덕트(100)내에 설치된 증발기(110)의 후방측에 설치된다.

여기서, 미설명 부호 101은 공조덕트(100)내에 형성되는 공기 유로이며, 상기 증발기(110)는 상기 유로(101)의 공기 진행 방향에 대해 수직인 통로면적 전체에 걸쳐 설치되어 있고, 상기 히터코어(120)는 상기 통로 면적의 절반만 차지하도 록 설치되어 있다.

상기 제1 온도조절도어(121)는 상기 히터코어(120)와 증발기(110) 사이에서 상기 히터코어(120)의 단부측에 회동 가능하게 설치되는 것으로, 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 통과하도록 하거나, 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 우회하여 우회통로(102)를 통과하도록 설치된다.

상기 열발생체(200)는, 내연 기관 차량의 엔진, 하이브리드 차량에서의 차량을 구동하는 모터, 연료전지 차량의 연료전지 스택중 어느 하나를 사용하게 되는 것으로, 이들은 차량 운행중 자체로부터 열이 발생된다.

그리고, 상기 방열기(210)는 일반적으로 알려진 차량의 라디에이터와 같은 역할을 한다.

상기 열전소자 모듈(300)은, 전류의 흐름 방향에 따라 일측면(310)에서 방열함과 아울러 타측면(320)에서는 흡열하고, 일측면(310)에서 흡열함과 아울러 타측면(320)에서 방열하도록 구성되어 있는데, 이 상세한 구조는 통상적으로 사용되는 것으로 본 발명에서는 그 설명을 생략하기로 한다.

상기 제1 냉각수 라인(410)은 냉각수를 상기 히터코어(120) 및 상기 열발생체(20)를 통과하여 순환시키되, 상기 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)에 열교환하도록 근접되게 설치된다.

좀더 상세하게는 상기 제1 냉각수 라인(410)은, 제1 워터펌프(411)에 의해 압송되는 냉각수가 히터코어(120)로 유입된 후, 이 내부를 순환한 다음 배출되어 상기 열발생체(200)를 통과하여 다시 상기 히터코어(120)로 유입되도록 순환시키게 한다.

그리고, 상기 제2 냉각수 라인(420)은 상기 열발생체(200)의 냉각수 유입측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인(410)에서 분기되어 상기 방열기(210)를 통과한 후, 상기 열발생체(200)의 냉각수 배출측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인(410)에 합류되도록 설치된다.

상기 제1 방향전환밸브(510)는 상기 제1 및 제2 냉각수 라인(410)(420)의 분기부에 설치되어 냉각수가 상기 열발생체(200)와 상기 방열기(210)중의 어느 하나로 유동되도록 방향을 전환하는 역할을 한다.

상기 제3 냉각수 라인(430)은, 상기 방열기(210)의 배출측에 해당되는 상기 제2 냉각수 라인(420)에서 분기되어 상기 제1 방향전환밸브(510)에서 배출되어 상기 열발생체(200)로 유입되는 제1 냉각수 라인(410)에 합류 접속되게 설치된다.

상기 제2 방향전환밸브(520)는, 상기 제2 및 제3 냉각수 라인(420)(430)의 분기부에 설치되어 냉각수가 상기 열발생체(200)와 히터코어(120)중의 어느 하나로 유동되도록 방향을 전환하는 역할을 한다.

상기 실내측 열교환기(130)는 상기 공조덕트(100)내에 설치되되, 상기 히터코어(120)의 후방에 이게ㄱ되게 설치된다.

그리고, 상기 제2 온도조절도어(131)는, 상기 히터코어(120)와 실내측 열교환기(130) 사이에 설치되어 상기 히터코어(120)를 우회하여 통과한 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하도록 하거나 상기 실내측 열교환기(130)를 우회하도록 한다.

마지막으로, 상기 제4 냉각수 라인(440)은, 냉각수가 상기 실내측 열교환기(130) 및 상기 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)에 근접하여 순환하도록 설치된다.

좀더 상세하게는, 제2 워터픔퍼(412)에 의해 압송되는 냉각수가 상기 실내측 열 열교환기(130)로 유입된 후, 이 내부를 순환한 다음 배출되도록 유동시키되, 일부가 상기 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)에 근접하여 설치되는 것이다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 구성에서, 상기 제1 방향전환밸브(510)에서 배출되어 상기 열발생체(200)로 냉각수가 유입되도록 하는 제1 냉각수 라인(410)중 상기 제3 냉각수 라인(430)이 합류되는 합류부와 상기 제1 방향전환밸브(510) 사이에는 제1 체크밸브(610)를 설치할 수 있다.

그리고, 본 발명은 상기와 같은 구성에서 상기 열발생체(200)의 냉각수 배출측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인(410)중 상기 제2 냉각수 라인(420)이 합류되는 합류부와 상기 열발생체(200) 사이에는 제2 체크밸브(620)를 더 설치할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

<시동 초기시>

먼저, 차량 초기 시동시의 난방모드시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동되는 냉각수가 상기 열발생체(200)를 경유하도록 상기 제1 방향전환밸브(510)를 제어함과 아울러 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 경유하도록 제1 온도조절도어(121)의 개방 정도를 제어하게 된다.

먼저, 난방 기능을 하도록 열전소자 모듈(300)의 전류 극성을 변화시키면, 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)에 근접한 제1 냉각수 라인(410)으로부터 열을 흡열하게 되는 반면에 일측면(310)은 방열 기능을 하게 된다.

그리고, 제1 방향전환밸브(510)의 유로 방향을 실선 방향으로 전환시켜 냉각수가 열발생체(200)로 유동되도록 한다.

이후, 제1 워터펌프(411)를 작동시키면, 냉각수는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 냉각수가 제1 방향전환밸브(510)를 통과한 후, 열발생체(200)를 경유하여 히터코어(120)를 통과한 다음, 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)을 지나, 다시 제1 방향전환밸브(510)로 복귀하게 된다.

즉, 본 발명은 차량의 시동 초기인 워밍업시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 냉각수가 제1 워터펌프(411)-->히터코어(120)-->열전소자 모듈(300)의 타측면(320)-->제1 방향전환밸브(510)-->제1 체크밸브(610)-->열발생체(200)-->제2 체크밸브(620)-->제1 워터펌프(411)의 순서로 순환하면서 유동하게 된다.

이때, 상기 냉각수는 상기 제1 방향전환밸브(510)에 의해 방열기(210)를 통과하지 않게 된다.

따라서, 차량의 초기 시동 즉시 열발생체(200)가 워밍업시 충분히 되기 전에, 상기 열발생체(200)로부터 발열되는 열은 최대한 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)을 통해서 흡열되어, 열발생체(200)의 열을 흡열하여 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)으로부터 열을 방열하게 된다.

이때, 상기 제1 온도조절도어(121)는 회동 작동되어 송풍팬(111)에 의해 공 조덕트(100)내의 통로(101)내의 공기가 강제 송풍되어 증발기(110)를 통과한 후, 히터코어(120)로만 유동되도록 우회통로(102)를 막게 된다.

이에, 히터코어(120)를 통과하는 공기는 열발생체(200)를 통과하면서 가열된 냉각수와 열교환되어 겨울철 실내의 난방을 실시할 수 있게 된다.

한편, 전술한 설명에서와 같이, 차량 초기 시동시에는 난방 기능을 하도록 열전소자 모듈(300)의 전류 극성을 변화시키는데, 이와 같이 하게 되면, 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)에 근접한 제1 냉각수 라인(410)으로부터 열을 흡열하게 되는 반면에 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)에서는 방열되어 이 방열된 열은 제4 냉각수 라인(440)으로 전달된다.

이하, 제4 냉각수 라인(440)을 따라 유동하는 냉각수의 작용을 설명한다.

먼저, 제2 워터펌프(412)가 작동되면, 제4 냉각수 라인(440)을 따라 유동하는 냉각수는 제2 워터펌프(412)-->열전소자 모듈(300)의 일측면(310)-->실내측 열교환기(130)-->제2 워터펌프(412)의 순서로 순환하면서 유동하게 된다.

따라서, 차량의 초기 시동 즉시 열발생체(200)가 충분히 워밍업되기 전까지는 상기 열발생체(200)로부터 방열되는 열은 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동하다가 최대한 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)을 통해서 흡열되어, 상기 열발생체(200)의 열을 흡열하여 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)으로 열을 방열하게 된다.

이때, 상기 제2 온도조절도어(131)는 상기 히터코어(120)를 통과하여 온도가 상승된 공기가 실내측 열교환기(130)를 통과하도록 회동 작동되어 상기 우회통 로(102)를 막고 있는 상태가 된다.

따라서, 상기 히터코어(120)를 통과하여 데워진 공기는 실내측 열교환기(130)를 통과하면서 2차로 데워져 실내 난방이 가능해진다.

즉, 상기 열전소자 모듈(300)의 타측면(310)에서 방열되는 열이 제4 냉각수 라인(440)에 전달되어, 이 제4 냉각수 라인(440)내로 유동되는 냉각수를 데우기 때문에 실내측 열교환기(130)로는 제4 냉각수 라인(440)을 따라 유동되는 온도가 상승된 냉각수와 실내측 열교환기(130)를 통과하는 공기와 서로 열교환되며, 이로 인해 차량 실내로는 온도가 상승된 공기가 공급되어, 난방을 실시할 수 있게 된다.

한편, 열발생체(200)의 워밍업이 충분히 된 상태에서, 열발생체(200)의 과열 방지를 위해 방열을 해주어야 하는데, 이에 대한 설명을 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 시동후 일정 시간 경과한 후의 난방모드시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동되는 냉각수가 분기되어 제2 냉각수 라인(420)을 따라 유동하여 상기 방열기(210)를 경유하여 제3 냉각수 라인(430)을 따라 유동한 다음 상기 열발생체(200)를 경유하도록 제1, 제2 방향전환밸브(510)(520)를 제어함과 아울러 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 통과하도록 상기 제1 온도조절도어(121)의 개방 정도를 제어하게 된다.

그리고, 제1 방향전환밸브(510)의 유로 방향을 실선 방향으로 전환시켜 냉각수가 제2 냉각수 라인(420)을 통해 방열기(210)로 유동되도록 하고, 제2 방향전환밸브(510)의 유로 방향을 실선 방향으로 전환시켜 제3 냉각수 라인(430)을 통해 다시 열발생체(200)로 유입되도록 한다.

이후, 제1 워터펌프(411)를 작동시키면, 냉각수는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 냉각수가 제1 방향전환밸브(510)를 통과한 후, 제2 냉각수 라인(420)을 따라 방열기(210)를 경유한 다음, 제2 방향전환밸브(520)를 통과한 다음 제3 냉각수 라인(430)을 따라 제1 체크밸브(610)와 열발생체(200) 사이의 제1 냉각수 라인(410)을 통해 다시 열발생체(200)를 경유한 후, 제2 체크밸브(620)를 지나 제1 워터펌프(411)를 경유하여 히터코어(120)를 통과한 다음, 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)을 지나, 다시 제1 방향전환밸브(510)로 복귀하게 된다.

즉, 본 발명은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 냉각수 라인(410)을 따라 냉각수가 제1 워터펌프(411)-->히터코어(120)-->열전소자 모듈(300)의 타측면(320)-->제1 방향전환밸브(510)-->제2 냉각수 라인(420)-->방열기(210)-->제2 방향전환밸브(520)-->열발생체(200)-->체크밸브(620)-->제1 워터펌프(411)의 순서로 순환하면서 유동하게 된다.

따라서, 열발생체(200)가 충분히 워밍업이 된 후에는 냉각수의 흐름을 방열기(210)를 통과하도록 함으로써, 열발생체(200)의 과열을 방지할 수 있게 된다.

여기서, 미설명 부호 211은 방열기(210)를 통과하는 고온의 냉각수를 외기와 열교환이 잘되도록 공기를 송풍시키는 송풍팬이다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 온도조절도어(121)를 회동 작동시켜 히터코어(120)의 전방을 막은 대신에 우회통로(102)를 개방함과 아울러 제2 온도조절도어(131)를 회동 작동시켜 실내측 열교환기(130)의 전방을 개방하는 대신에 우회통로(102)를 폐쇄하는 함으로써, 본 발명은 열발생체(200)가 워밍업 완료 된 후에는 제1 냉각수 라인(410)을 경유하는 냉각수를 열발생체(200)로 곧바로 유입되도록 하지 않고 방열기(210)를 먼저 통과시켜, 냉각시킨 다음에 다시 열발생체(200)로 유입되도록 냉각수 유동 회로를 구성함에 따라, 열발생체(200)의 과열을 방지할 수 있게 된다.

즉, 열발생체(엔진) 냉각모드시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동되는 냉각수가 분기되어 제2 냉각수 라인(420)을 따라 유동하여 상기 방열기(210)를 경유하여 제3 냉각수 라인(430)을 따라 유동한 다음 상기 열발생체(200)를 경유하도록 제1, 제2 방향전환밸브(510)(520)를 제어함과 아울러 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 우회하도록 상기 제1 온도조절도어(121)의 개방 정도를 제어하고, 상기 히터코어(120)를 우회한 공기가 우회통로(102)를 통해 상기 실내측 열교환기(130)를 우회하도록 상기 제2 온도조절도어(131)의 개방 정도를 제어하는 것이다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 온도조절도어(121)을 회동 작동시켜 히터코어(120)의 전방을 개방하는 대신에 우회통로(102)를 폐쇄함과 아울러 제2 온도조절도어(131)를 회동 작동시켜 실내측 열교환기(130)의 전방을 개방하는 대신에 우회통로(102)를 폐쇄함으로써, 열발생체(200)의 과열이 방지되도록 냉각수 회로를 변경시킨 경우에, 제1 및 제2 온도조절도어(121)(131)의 위치를 적절하게 변경시킴으로써, 차량 실내 난방을 실시할 수 있게 된다.

이제까지는 차량의 초기 시동시 및 난방시에 대해 설명하였다.

이하부터는 본 발명에 의한 차량의 냉방모드에 대해 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 차량의 냉방모드시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동되는 냉각수가 분기되어 제2 냉각수 라인(420)을 따라 유동하여 상기 방열기(210)를 경유하여 상기 히터코어(120)를 경유하도록 제1, 제2 방향전환밸브(510)(520)를 제어함과 아울러 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 우회하도록 상기 제1 온도조절도어(141)의 개방 정도를 제어하는것이다.

먼저, 냉방 기능을 하도록 열전소자 모듈(300)의 전류 극성을 변화시키면, 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)에 근접한 제1 냉각수 라인(410)로 방열하게 되는 반면에 일측면(310)은 흡열 기능을 하게 된다.

그리고, 제1 방향전환밸브(510)의 유로 방향을 실선 방향으로 전환시켜 냉각수가 제2 냉각수 라인(420)을 따라 방열기(420)로 유동되도록 함과 아울러 제2 방향전환밸브(520)의 유로 방향을 실선 방향으로 전환시켜, 냉각수가 제3 냉각수 라인(430)을 거쳐 열발생체(200)를 경유하지 않도록 하고 제1 히터펌프(411)로 유동되도록 한다.

이후, 제1 워터펌프(411)를 작동시키면, 냉각수는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 냉각수가 제2 냉각수 라인(420)를 따라 방열기(210)를 통과하도록 한 후에, 제2 방향전환밸브(520)를 통과한 다음, 제1 워터펌프(411)를 지나 히터코어(120)를 통과한 다음, 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)을 지나, 다시 제1 방향전환밸브(510)로 복귀하게 된다.

즉, 본 발명은 차량의 시동 초기인 워밍업시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 냉각수가 제1 워터펌프(411)-->히터코어(120)-->열전소자 모듈(300)의 타측면(320)-->제1 방향전환밸브(510)-->제2 냉각수 라인(420)-->방열기(210)-->제2 방향전환밸브(520)-->제1 워터펌프(411)의 순서로 순환하면서 유동하게 된다.

따라서, 본 발명은 여름철 차량의 냉방시 열발생체(200)가 워밍업이 되기 전까지 상기와 같은 냉각수의 흐름 과정을 순환함으로써, 차량의 초기 시동 즉시 열발생체(200)가 워밍업이 충분히 되기 전에, 상기 방열기(210)로부터 방열되는 열은 최대한 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)을 통해서 방열되어, 방열기(210)의 열을 흡열하여 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)으로 열을 흡열하게 된다.

이때, 상기 제1 온도조절도어(121)는 회동 작동되어 히터코어(120)의 전방을 막게 되어 우회통로(102)를 개방하게 되며, 이로 인해 송풍팬(111)에 의해 공조덕트(100)내의 통로(101)내의 공기가 강제 송풍되어 증발기(110)를 통과한 후, 우회통로(102)를 통해 실내로 공급된다.

한편, 차량의 초기 시동 즉시 열발생체(200)가 워밍업이 충분기 되기 전에, 제1 온도조절도어(121)을 회동 작동시켜 히터코어(120)의 전방을 막은 대신에 우회통로(102)를 개방함과 아울러 제2 온도조절도어(131)를 회동 작동시켜 실내측 열교 환기(130)의 전방을 개방하는 대신에 우회통로(102)를 폐쇄한다.

따라서, 본 발명은 열발생체(200)가 워밍업되기 전에 제1 냉각수 라인(410)을 경유하는 냉각수를 열발생체(200)로 곧바로 유입되도록 하지 않고 방열기(210)를 먼저 통과시켜, 냉각시킨 다음에 히터코어(200)를 경유하도록 하는 구성, 즉, 열발생체(200)를 전혀 경유하지 않도록 함으로써, 송풍팬(111)에 의해 공조덕트(100)내의 통로(101)내의 공기가 강제 송풍되어 증발기(110)를 통과한 후, 히터코어(120)를 거치지 않고 우회통로(102)를 지나, 실내측 열교환기(130)를 통과하게 된다.

이로써, 제4 냉각수 라인(440)을 통해 유동하는 냉각수의 열은 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)에서 흡열되어 타측면(320)으로 방열되기 때문에, 제4 냉각수 라인(440)을 순환하는 냉각수는 온도가 하강되어 실내측 열교환기(130)의 내부를 지나면서 공조덕트(100)의 내부를 통과하는 공기와 열교환되어 냉기 상태로 변화되어 실내로 토출된다.

따라서, 차량의 열발생체(200)가 충분히 워밍업되기 전까지는 도 6에 도시된 바와 같은 냉각수가 유동되도록 하면, 보조 냉방을 구현할 수 있게 된다.

한편, 도 6의 상태에서 열발생체(200)가 충분히 워밍업되어 냉각수의 온도가 소정치로 상승되면, 상기 열전소자 모듈(300)이 작동되지 않도록 제어하여, 차량에 통상적으로 제공되는 냉동 사이클을 작동시켜 가동되지 않았던 증발기(110)를 통과하면서 냉기가 생성되도록 한다.

따라서, 본 발명은 열발생체(200)가 충분히 워밍업되기 전까지 냉동 사이클 을 이용하여 증발기(110)에서 냉기가 생성되도록 하지 않고 열전소자 모듈(300)을 이용하여 냉기를 보조적으로 생성함으로써, 냉동 사이클을 작동시키기 위한 압축기의 가동으로 인한 연료소모의 저감 및 유해 배기가스의 발생을 저감시킬 수 있다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉각수가 열발생체를 곧바로 경유하지 않고 방열기를 경유한 다음 다시 열발생체를 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 차량 실내 난방 및 열발생체의 과열을 방지하고, 부가적으로 시동 초기에 열발생체가 워밍업될 때까지 냉각수가 방열기로만 경유하도록 냉각수 유동 회로를 구현하여 보조적인 차량 실내 냉방을 실시할 수 있도록 함으로써, 기존 보조 난방 시스템에 비해 고용량의 추가 난방 성능을 얻을 수 있고, 차량 시동 초기에 보조 냉방을 가능케하여 연비 향상 및 배기 가스를 저감시킬 수 있게 된다.

Claims

공조덕트(100)내에 설치된 증발기(110)의 후방측에 설치되는 히터코어(120)와;

상기 히터코어(120)와 증발기(110) 사이에 설치되어 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 통과하도록 하거나, 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 우회하여 통과하도록 하는 제1 온도조절도어(121)와;

열발생체(200)와;

방열기(210)와;

전류의 흐름 방향에 따라 일측면(310)에서 방열함과 아울러 타측면(320)에서는 흡열하고, 일측면(310)에서 흡열함과 아울러 타측면(320)에서 흡열하는 열전소자 모듈(300)과;

냉각수를 상기 히터코어(120) 및 상기 열발생체(200)를 통과하여 순환시키되, 상기 열전소자 모듈(300)의 타측면(320)에 열교환하도록 근접되게 설치되는 제1 냉각수 라인(410)과;

상기 열발생체(200)의 냉각수 유입측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인(410)에서 분기되어 상기 방열기(210)를 통과한 후, 상기 열발생체(200)의 냉각수 배출측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인(410)에 합류되도록 설치되는 제2 냉각수 라인(420)과;

상기 제1 및 제2 냉각수 라인(410)(420)의 분기부에 설치되어 냉각수가 상기 열발생체(200)와 상기 방열기(210)중의 어느 하나로 유동되도록 하는 제1 방향전환밸브(510)와;

상기 방열기(210)의 배출측에 해당되는 상기 제2 냉각수 라인(420)에서 분기되어 상기 제1 방향전환밸브(510)에서 배출되어 상기 열발생체(200)로 유입되는 제1 냉각수 라인(410)에 합류 접속되게 설치되는 제3 냉각수라인(430)과;

상기 제2 및 제3 냉각수 라인(420)(430)의 분기부에 설치되어 냉각수가 상기 열발생체(200)와 히터코어(100)중의 어느 하나로 유동되도록 하는 제2 방향전환밸브(520)와;

상기 공조덕트(100)내에 설치되되, 상기 히터코어(120)의 후방에 이격되게 설치되는 실내측 열교환기(130)와;

냉각수가 상기 실내측 열교환기(130) 및 상기 열전소자 모듈(300)의 일측면(310)에 근접하여 순환하도록 설치되는 제4 냉각수 라인(440)을 포함하며,

시동 초기의 난방모드시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 냉각수가 유동도록 상기 제1 방향전환밸브(510)를 제어하고,

시동후 일정 시간 경과한 후의 난방모드시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동되는 냉각수를 분기시켜 제2 냉각수 라인(420) 및 상기 제3 냉각수 라인(430)을 따라 유동하도록 제1, 제2 방향전환밸브(510)(520)를 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
제 1 항에 있어서,

냉방모드시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동되는 냉각수가 분기되어 제2 냉각수 라인(420)을 따라 유동하여 상기 방열기(210)를 경유하여 상기 히터코어(120)를 경유하도록 제1, 제2 방향전환밸브(510)(520)를 제어함과 아울러 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 우회하도록 상기 제1 온도조절도어(141)의 개방 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 히터코어(120)와 실내측 열교환기(130) 사이에 설치되어 상기 히터코어(120)를 우회하는 통과한 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하도록 하거나 상기 실내측 열교환기(130)를 우회하도록 하는 제2 온도조절도어(131)를 더 포함하며,

상기 히터코어(120)를 우회한 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하도록 상기 제2 온도조절도어(131)의 개방 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
제 1 항에 있어서,

열발생체 냉각모드시에는 제1 냉각수 라인(410)을 따라 유동되는 냉각수가 분기되어 제2 냉각수 라인(420)을 따라 유동하여 상기 방열기(210)를 경유하여 제3 냉각수 라인(430)을 따라 유동한 다음 상기 열발생체(200)를 경유하도록 제1, 제2 방향전환밸브(510)(520)를 제어함과 아울러 상기 증발기(110)를 통과한 공기가 히터코어(120)를 우회하도록 상기 제1 온도조절도어(121)의 개방 정도를 제어하고, 상기 히터코어(120)를 우회한 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 우회하도록 상기 제2 온도조절도어(131)의 개방 정도를 제어하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 방향전환밸브(510)에서 배출되어 상기 열발생체(200)로 냉각수가 유입되도록 하는 제1 냉각수 라인(410)중 상기 제3 냉각수 라인(430)이 합류되는 합류부와 상기 제1 방향전환밸브(510) 사이에 제1 체크밸브(610)가 설치된 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
제 5 항에 있어서,

상기 열발생체(200)의 냉각수 배출측에 해당되는 상기 제1 냉각수 라인(410)중 상기 제2 냉각수 라인(420)이 합류되는 합류부와 상기 열발생체(200) 사이에 제2 체크밸브(620)가 설치된 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.