KR101250278B1 - 자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치 - Google Patents

자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치 Download PDF

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KR101250278B1
KR101250278B1 KR1020060110311A KR20060110311A KR101250278B1 KR 101250278 B1 KR101250278 B1 KR 101250278B1 KR 1020060110311 A KR1020060110311 A KR 1020060110311A KR 20060110311 A KR20060110311 A KR 20060110311A KR 101250278 B1 KR101250278 B1 KR 101250278B1
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Abstract

본 발명은 열전소자 모듈을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결한 다음, 상기 열전소자 모듈의 용량을 리니어 제어, 예를 들어 PWM 제어를 하여 전류 또는 전압을 공급함에 따라 열전소자 모듈의 돌입 전류가 감소(최소화)되어 차량 전기시스템의 부하 감소 및 전기시스템의 내구성이 증대되고, 열전소자 모듈의 용량조절시에는 높은 효율을 유지하면서도 열전소자 모듈의 용량을 조절할 수 있는 자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치를 제공하는 것을 목적으로 하며,
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 흡열할때는 타측에서 방열함과 아울러 일측에서 방열할때는 타측에서 흡열하는 자동차의 보조 냉난방장치용 열전소자 모듈장치에 있어서,
상기 열전소자 모듈(30;30a,30b,30c,ㆍㆍㆍ)을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결하고, 상기 열전소자 모듈(30)의 용량을 전류치 변경에 의해 리니어 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
열전소자 모듈, PWM 제어, 직렬

Description

자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치{ Thermoelectric element device for using assistance cooling and heating device of automobile}
도 1은 종래의 공조장치를 나타내는 구성도.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시를 나타내는 구성도.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 의한 열전소자 모듈을 제어하기 위한 구성도.
도 5는 본 발명에 적용되는 단위 열전소자 모듈을 테스트하여 방열량(Qc)과 전압(V) 및 전류(A)간의 관계를 나타낸 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
30;30a,30b,30c,ㆍㆍㆍ: 열전소자 모듈
50 : PWM 제어부
60 : 배터리
본 발명은 열전소자 모듈을 이용한 자동차의 보조 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전소자 모듈을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결한 다음, 상기 열전소자 모듈의 용량을 리니어 제어, 예를 들어 PWM 제어를 하여 전류 또는 전압을 공급함에 따라 열전소자 모듈의 돌입 전류가 감소(최소화)되어 차량 전기시스템의 부하 감소 및 전기시스템의 내구성이 증대되고, 열전소자 모듈의 용량조절시에는 높은 효율을 유지하면서도 열전소자 모듈의 용량을 조절할 수 있는 자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치에 관한 것이다.
최근, 자동차 연비향상이라는 시대적인 요구에 따라 엔진의 고효율화가 이루어지고 있고, 이에 따라 엔진냉각으로 방열되는 열량이 감소하여 겨울철에 이를 이용한 난방열원이 부족하게 되어 별도의 보조 열원이 필요한 실정이다.
이러한 보조 난방으로 현재 주로 사용하는 방법은 PTC전기히터, 연소식 히터, 냉매 시스템을 이용한 핫가스 시스템, 냉매 시스템을 이용한 히트펌프 시스템을 들 수 있다.
상기 보조 난방 장치는 각각의 장단점이 있을 수 있으나 가장 큰 문제점은 단지 보조적인 난방만을 할 수 있고 보조 냉방은 할 수 없는 문제가 있다.
특히, 많은 보조 난방 열원을 필요로 하는 곳에 적용되는 연소식이나 히트펌프시스템은 비용이 높고, 적은 보조 난방 열원을 필요로 하는 곳에 적용되는 PTC전기히터는 비용이 적게 든다. 따라서 비용은 적고 많은 보조 난방 열원을 공급할 수 있는 보조 난방 시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 기술로 일본 공개특허 1998-035268호는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수냉식 열교환기(1)와 공냉식 열교환기(2) 사이에 펠티에소자(3)(또는 열전소자 모듈)를 장착하여 구성되는 열교환 유니트(4)와 차량에 탑재되는 폐열회수기(5), 이 폐열회수기(5)와 병렬로 접속되는 팬부착 라디에이터(6)와 상기 폐열회수기(5) 또는 팬부착 라이에이터(6)를 선택적으로 상기 수냉식 열교환기(1)에 접속하는 접속교체수단인 제 1 전자밸브(7) 및 제 2 전자밸브(8)와 제 1 전자밸브(7) 및 제 2 전자밸브(8)의 작동을 제어하는 것과 동시에 상기 펠티에 소자의 인가전압을 전환제어하는 제어수단으로 구성된다.
그러나, 상기 종래기술은, 열전소자 모듈(3)에 전압 인가시 돌입전류가 크게 발생하여 차량의 전기시스템에 부담을 주는 문제가 있었다.
또한, 열전소자 모듈(3)의 용량조절시 최적의 상태가 아닌 구간에서 동작하여 효율이 저하되는 문제도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 열전소자 모듈을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결한 다음, 상기 열전소자 모듈의 용량을 리니어 제어, 예를 들어 PWM 제어를 하여 전류 또는 전압을 공급함에 따라 열전소자 모듈의 돌입 전류가 감소(최소화)되어 차량 전기시스템의 부하 감소 및 전기시스템의 내구성이 증대되고, 열전소자 모듈의 용량조절시에는 높은 효율을 유지하면서도 열전소자 모듈의 용량을 조절할 수 있는 자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 흡열할때는 타측에서 방열함과 아울러 일측에서 방열할때는 타측에서 흡열하는 자동차의 보조 냉난방장치용 열전소자 모듈장치에 있어서, 상기 열전소자 모듈을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결하고, 상기 열전소자 모듈의 용량을 전류치 변경에 의해 리니어 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시를 나타내는 구성도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시를 나타내는 구성도이며, 도 4는 본 발명에 의한 열전소자 모듈을 제어하기 위한 구성도이며, 도 5는 본 발명에 적용되는 단위 열전소자 모듈을 테스트하여 방열량(Qc)과 전압(V) 및 전류(A)간의 관계를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 흡열할때는 타측에서 방열함과 아울러 일측에서 방열할때는 타측에서 흡열하는 자동차의 보조 냉난방장치용 열전소자 모듈장치에 관한 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 열전소자 모듈(30;30a,30b,30c,ㆍㆍㆍ)을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결하고, 상기 열전소자 모듈(30)의 용량을 전류치 변경에 의해 리니어 제어하는 제어수단을 구비한 것이다.
본 발명은 상기 리니어 제어하는 제어수단은, 도 4에 도시된 바와 같이, PWM(Pulse Width Modulation) 제어부(50)에 의한 전류 또는 전압을 상기 열전소자 모듈(30)에 공급하도록 구성하였다.
여기서, PWM 방식이란, 일정 크기의 DC 전압이 배터리(60)에서 공급되면 스위칭소자(IGBT, GTO 등)가 주파수 대역을 on/off 하면서 펄스 폭을 제어하는 방식을 말한다.
PWM은 Pulse Width Modulation의 약자로서 펄스신호의 듀티비를 조정하는 방법을 말한다. 여기서 듀티비라고 하는 것은 한 주기(T)에 대한 High 신호의 시간(T high)의 비를 말하며, PWM 제어란 듀티비를 조정함으로서 제어값을 조정하는 것을 말한다. 예를 들면, 펄스 신호의 듀티비가 변함으로써 이 신호의 평균값이 변하게 되며, 이러한 평균값을 제어신호값으로 사용할 수 있다.
여기서, 상기 평균값이란, 상기 열전소자 모듈(30;30a,30b,30c,ㆍㆍㆍ) 각각의 최대 방열량일 때의 평균값에 해당되는 전압 또는 전류를 의미한다.
도 5는 본 발명에 적용되는 단위 열전소자 모듈에 대한 테스트를 하여 본 결과, 열전소자 모듈의 용량인 방열량(Qc)이 최대 일때의 전압 또는 전류값이 존재한다는 것을 알게 되었다. 여기서, a선은 방열량(Qc)의 변화를 나타내는 선이고, b선은 입력 전압(VINPUT)의 변화를 나타내는 선이다.
즉, 입력 전류(IINPUT)가 대략 3.5(A)임과 아울러 그때의 입력 전압(VINPUT)이 대략 30(V)일 때, 열전소자 모듈의 방열량(Qc)이 대략 30(Ｗ)으로 최대가 된다는 것을 알게 되었다.
결국, 입력 전류(IINPUT)인 대략 3.5(A)를 기준으로 하여 전후로는 열전소자 모듈의 방열 성능이 최대가 되지 않게 된다.
따라서, 배터리(60)로부터 공급되는 입력 전압 또는 입력 전류가 커질수록 방열량(Qc)이 최적의 전압 또는 전류값에서 최고 성능을 나타내다가 감소하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 결과에 착안하여 상기 열전소자 모듈(30;30a,30b,30c,ㆍㆍㆍ)을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결한 다음, 상기 열전소자 모듈(30)의 용량을 리니어 제어 방식중에서 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식을 이용하여 본 결과, 열전소자 모듈(30)의 효율을 향상시킬 수 있었다. 즉, 열전소자 모듈(30)의 용량조절시에는 높은 효율을 유지하면서도 열전소자 모듈(30)의 용량을 조절할 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 발명의 선형 제어 방법에 따르면, 열전소자 모듈(30)의 용량이 방열량을 조절할 수 있고, 더욱이 선형 제어 방법중에서 PWM 제어 방법에 의해 입력 전류 또는 입력 전압의 제어가 가능하며, 특히 PWM 제어시에 복수의 열전소자 모듈(30)에 인가되는 펄스신호의 듀티비를 순차적으로 올려 돌입전류(inrush current)를 최소화하여 차량 전기시스템(배터리, 전전, 퓨즈, 스위치등) 부하 감소 및 전기시스템의 내구성을 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면, 차량 기술의 발전에 따라 차량의 전력소모량이 커지게 되는 추세에 부응하여 고전압 인가 방식으로 변경되고 있는데, 차량의 고전압 인가 방식으로 변화되더라도 효율이 높게 나타나는 열전소자 모듈을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명은 별도의 콘트롤러(미도시)를 구비하고 있는데, 이 콘트롤러는 요구되는 열전소자 모듈(30)의 열량을 연산하고 열전소자 모듈(30) 양측의 온도차와 같은 시스템의 작동 조건을 모니터링하여 각 열전소자 모듈(30)이 최대의 효율로 동작하도록 제어하게 된다.
이하부터는 본 발명의 열전소자 모듈(30;30a,30b,30c) 제어방법이 적용된 자동차의 보조 냉난방장치의 예들을 설명하기로 한다. 여기서, 도 2a,2b,3a,3b에 도시된 열전소자 모듈을 세개(30a,30b,30c)를 직렬로 배치한 것으로 도시하였으며, 도면상에서는 30a,30b,30c의 부재 번호를 표기하지 않았다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시를 나타내는 구성도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시를 나타내는 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치는, 수냉식의 제 1 순환라인(10)과, 공냉식 또는 수냉식의 열교환수단(20), 그리고 일측이 상기 제 1 순환라인(10)과 열교환하도록 설치되고 타측은 상기 열교환수단(20)과 열교환하도록 설치되는 열전소자 모듈(30)로 구성된다.
먼저, 상기 열전소자 모듈(30)은 전류의 흐름방향에 따라 한 쪽은 흡열작용을 하고 반대 쪽은 방열작용을 하게 된다. 즉, 상기 열전소자 모듈(30)은 전류의 극(+,-)전환을 통해 흡열과 방열이 동시에 가능하기 때문에 냉,난방 기능을 모두 수행 할 수 있는 것이다.
이러한, 상기 열전소자 모듈(30)은, 난방모드시, 상기 제 1 순환라인(10)과 열교환하는 일측에서는 흡열하고, 열교환수단(20)과 열교환하는 타측에서는 방열하며,
냉방모드시, 상기 제 1 순환라인(10)과 열교환하는 일측에서는 방열하고, 열교환수단(20)과 열교환하는 타측에서는 흡열하도록 작동하게 된다.
그리고, 상기 제 1 순환라인(10)은 제 1 펌프(11)에 의해 냉각수가 내부를 순환하도록 이루어진다.
상기 제 1 순환라인(10)에는 제 1 차단밸브(12)와 제 1 열교환기(13) 및 제 2 차단밸브(14)와 제 2 열교환기(15)가 병렬로 설치되어, 냉,난방모드시 상기 제 1 펌프(11)를 통과한 냉각수가 제 1,2 열교환기(13)(15)를 선택적으로 거치도록 되어 있다.
즉, 난방모드시에는 상기 제 1 차단밸브(12)가 개방되고 제 2 차단밸브(14)가 폐쇄됨으로써, 상기 제 1 펌프(11)를 의해 순환하는 냉각수는 제 1 열교환기(13)를 거쳐 순환하는 과정에서 상기 열전소자 모듈(30)의 일측과 열교환하게 되며,
냉방모드시에는 상기 제 1 차단밸브(12)가 폐쇄되고 제 2 차단밸브(14)가 개방됨으로써, 상기 제 1 펌프(11)를 의해 순환하는 냉각수는 제 2 열교환기(15)를 거쳐 순환하는 과정에서 상기 열전소자 모듈(30)의 일측과 열교환하게 되는 것이다.
이와 같이, 상기 제 1 차단밸브(12)와 제 2 차단밸브(14)는 냉난방시의 전환밸브로써 폐열회수가 필요할 때는 제 2 차단밸브(14)가 폐쇄되어 냉각수가 제 1 열교환기(13)로 흐르도록 하고, 대기중에 열의 방출이 필요할 때는 제 1 차단밸브(12)가 폐쇄되어 냉각수가 제 2 열교환기(15)로 흐르도록 하는 것이다.
여기서, 상기 제 1 열교환기(13)는 폐열회수용 열교환기로써, 엔진의 배기관에 장착되어 엔진의 폐열을 이용하여 열교환하게 된다.
만일, 연료전지 자동차의 경우에는 상기 제 1 열교환기(13)가 연료전지 냉각회로 또는 배터리/모터 냉각회로에서 열을 흡수할 수 있으며, 엔진식 차량의 경우에도 엔진 냉각수로부터 열을 흡수할 수 있다.
참고로, 난방모드시, 제 1 순환라인(10)에서는 열전소자 모듈(30)에서 흡열에 필요한 열을 제 1 열교환기(13)를 통해 계속 공급받아야 싸이클이 완성되는데, 만일 제 1 열교환기(13)가 없거나 열을 공급받지 못하게 되면 싸이클이 완성되지 않을 뿐만아니라 제 1 순환라인(10)을 순환하는 냉각수의 온도가 열전소자 모듈(30)의 흡열작용으로 인해 영하까지 계속 낮아지면서 얼게 되는 것이다. 이처럼, 난방모드시 열전소자 모듈(30)의 흡열측은 폐열을 이용한 열흡수가 원활해야하고 방열측은 열배출이 원활해야 열전소자 모듈(30)이 효율이 향상되는 것이다. 아울러 열전소자 모듈(30)의 흡열측에 흡열에 필요한 열을 많이 공급할수도록 효율이 향상되고 이에따른 난방온도도 상승하게 된다.
그리고, 상기 제 2 열교환기(15)는 냉방모드시 제 1 순환라인(10)을 외부공기를 이용하여 냉각하는 방열기로 구성된다. 즉, 냉방모드시 제 1 순환라인(10)에는 열전소자 모듈(30)의 방열작용으로 인해 열이 유입되어 냉각수의 온도가 상승하기 때문에 제 2 열교환기(15)의 일측에 설치된 팬(16)을 통해 외부공기를 송풍시켜 제 1 순환라인(10)을 냉각시켜 줌으로써 열전소자 모듈(30)의 효율을 향상하게 된다.
계속해서, 상기 열전소자 모듈(30)의 타측에 설치되는 열교환수단(20)은 공냉식 또는 수냉식으로 구성할 수 있으며,
먼저, 공냉식 열교환수단(20)은, 도 2a 및 도 2b 와 같이, 상기 열전소자 모듈(30)의 타측에 외부공기와 열교환하도록 방열핀(21)이 설치되어 이루어진다. 이때 상기 방열핀(21)은 차량 실내의 공조덕트(29)내에 위치하여 송풍되는 공기와 열교환하면서 냉난방 기능을 수행하게 된다.
즉, 상기 열전소자 모듈(30)이 상기 방열핀(21)에 대해 방열작용을 하게 되면 상기 방열핀(21)은 방열기능을 하면서 실내를 난방하게 되고, 상기 열전소자 모듈(30)이 방열핀(21)에 대해 흡열작용을 하게 되면 상기 방열핀(21)은 흡열기능을 하면서 실내를 냉방하게 되는 것이다.
또한, 상기 방열핀(21)의 일측에는 공기를 송풍하기 위한 팬(21a)이 설치 될 수도 있다.
다음으로, 수냉식 열교환수단(20)은, 도 3a 및 도 3b 와 같이, 상기 열전소자 모듈(30)의 타측에 제 2 펌프(26)에 의해 냉각수가 순환하도록 제 2 순환라인(25)을 구성하여 이루어지며, 상기 제 2 순환라인(25)에는 차량 실내의 공조덕트(29)내에 위치하면서 냉난방 기능을 수행하는 제 3 열교환기(27)가 설치된다.
즉, 난방모드시, 상기 열전소자 모듈(30)이 제 2 순환라인(25)측에 대해 방열작용을 하여 제 2 순환라인(25)이 난방라인이 되면 상기 제 3 열교환기(27)는 난방 열교환기가 된다. 따라서 상기 제 2 펌프(26)에서 토출된 냉각수가 열전소자 모듈(30)측에서 열을 공급받아 뜨겁게 가열된 고온 상태로 제 3 열교환기(27)로 유입되므로 실내를 난방하게 되고,
냉방모드시, 상기 열전소자 모듈(30)이 제 2 순환라인(25)측에 대해 흡열작용을 하여 제 2 순환라인(25)이 냉방라인이 되면 상기 제 3 열교환기(27)는 냉방 열교환기가 된다. 따라서 상기 제 2 펌프(26)에서 토출된 냉각수가 열전소자 모듈(30)측에서 열을 빼앗겨 차갑게 냉각된 저온 상태로 제 3 열교환기(27)로 유입되므로 실내를 냉방하게 되는 것이다.
한편, 상기 제 3 열교환기(27)는 차량의 앞좌석 공조장치의 공조덕트(29)내에 구비된 증발기(미도시)의 하류측에 설치되어 공조장치의 냉난방성능이 충분하지 않을때(차량의 시동 초기) 추가로 냉난방열원을 제공함으로써 차량의 시동 초기에 실내를 급속으로 냉난방시켜 쾌적한 실내 환경을 제공할 수 있게 된다. 또한, 제 3 열교환기(27)의 일측에는 실내측 공기와의 열교환을 위해 팬(28)이 선택적으로 설치될 수 있다.
한편, 전술한 열교환수단(20)이 공냉식인 경우, 상기 제 1 순환라인(10)을 유동하는 냉각수와 상기 방열핀(21)을 따라 유동하는 공기는 상기 열전소자 모듈(30)을 기준으로 서로 대향되는 방향으로 유동하도록 이루어지는 것이 바람직하고, 또한, 상기 열교환수단(20)이 수냉식인 경우, 상기 제 1 순환라인(10)을 유동하는 냉각수와 상기 제 2 순환라인(25)을 따라 유동하는 냉각수도 상기 열전소자 모듈(30)을 기준으로 서로 대향되는 방향으로 유동하도록 이루어지는 것이 바람직하다.
예를들어, 난방모드시 상기 제 1 순환라인(10)을 유동하는 냉각수는 열전소자 모듈(30)의 흡열작용에 의해 점차 온도가 하강하게 되고, 상기 열교환수단(20)인 방열핀(21) 또는 제 2 순환라인(25)을 유동하는 공기나 냉각수는 열전소자 모듈(30)의 방열작용에 의해 점차 온도가 상승하게 되면서, 복수개로 분할된 각 열전소자 모듈(30)의 양측간 온도편차가 균일하게 된다. 이처럼 열전소자 모듈(30)의 양측간 온도차가 균일하게 됨으로써 열전소자 모듈(30)의 효율이 상승하게 된다.
한편, 상기한 열전소자 모듈(30)은 상기 제 1 순환라인(10)상에서 제 1,2 열교환기(13)(15)의 하류측에 설치되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 작용을 설명하기로 한다.
가. 난방모드시,
①열교환수단이 공냉식인 경우(도2a)
상기 열전소자 모듈(30)은 상기 제 1 순환라인(10)측에 대해서는 흡열작용을 하게 되고 상기 열교환수단(20)인 방열핀(21)측에 대해서는 방열작용을 하게 된다. 이때, 상기 제 1 차단밸브(12)는 개방되고 제 2 차단밸브(14)는 폐쇄된다.
이에 따라, 제 1 순환라인(10)의 냉각수는 제 1 펌프(11)에서 토출되어 제 1 열교환기(13)를 거치게 되고 이후 열전소자 모듈(30)과 열교환 한 후 제 1 펌프(11)로 순환하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 상기 제 1 열교환기(13)를 거치면서 엔진의 폐열을 흡수하여 고온 상태가 되고, 이때 흡수한 열은 열전소자 모듈(30)의 흡열작용에 필요한 열로 사용된다.
그리고, 상기 방열핀(21)을 따라 유동하는 공기는 제 1 순환라인(10)의 냉각수 유동방향과 대향되는 방향으로 유동하게 되는데, 이 과정에서 상기 방열핀(21)은 방열작용을 하는 열전소자 모듈(30)에 의해 방열기능을 하게 되므로 상기 방열핀(21)을 따라 유동하는 공기는 고온 상태가 되어 실내를 난방하게 된다.
②열교환수단이 수냉식인 경우(도3a)
상기 열전소자 모듈(30)은 상기 제 1 순환라인(10)측에 대해서는 흡열작용을 하게 되고 상기 열교환수단(20)인 제 2 순환라인(25)측에 대해서는 방열작용을 하게 된다. 이때, 상기 제 1 차단밸브(12)는 개방되고 제 2 차단밸브(14)는 폐쇄된다.
이에 따라, 제 1 순환라인(10)의 냉각수는 제 1 펌프(11)에서 토출되어 제 1 열교환기(13)를 거치게 되고 이후 열전소자 모듈(30)과 열교환 한 후 제 1 펌프(11)로 순환하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 상기 제 1 열교환기(13)를 거치면서 엔진의 폐열을 흡수하여 고온 상태가 되고, 이때 흡수한 열은 열전소자 모듈(30)의 흡열작용에 필요한 열로 사용된다.
그리고, 제 2 순환라인(25)의 냉각수는 제 1 순환라인(10)의 냉각수 유동방향과 대향되는 방향으로 유동하게 되는데, 즉, 제 2 펌프(26)에서 토출된 냉각수는 열전소자 모듈(30)과 열교환 한 후 제 3 열교환기(27)를 거쳐 제 2 펌프(26)로 순환하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 방열작용을 하는 열전소자 모듈(30)에 의해 고온 상태가 된 후 제 3 열교환기(27)로 유입되어 실내롤 난방하게 된다.
이와 같이, 난방모드시 제 2 순환라인(25)은 난방라인이 되고 제 3 열교환기(27)는 난방 열교환기가 됨으로써 차량 실내를 난방하게 되는 것이다.
나. 냉방모드시,
①열교환수단이 공냉식인 경우(도2b)
상기 열전소자 모듈(30)은 상기 제 1 순환라인(10)측에 대해서는 방열작용을 하게 되고 상기 열교환수단(20)인 방열핀(21)측에 대해서는 흡열작용을 하게 된다. 이때, 상기 제 1 차단밸브(12)는 폐쇄되고 제 2 차단밸브(14)는 개방된다.
이에 따라, 제 1 순환라인(10)의 냉각수는 제 1 펌프(11)에서 토출되어 제 2 열교환기(15)를 거치게 되고 이후 열전소자 모듈(30)과 열교환 한 후 제 1 펌프(11)로 순환하게 된다. 이 과정에서 열전소자 모듈(30)의 방열작용에 의해 고온 상태가 된 냉각수는 상기 제 2 열교환기(15)를 통해 방열하게 되는데, 즉, 제 2 열교환기(15)는 외부공기를 이용하여 제 1 순환라인(10)을 냉각하게 된다.
그리고, 상기 방열핀(21)을 따라 유동하는 공기는 제 1 순환라인(10)의 냉각수 유동방향과 대향되는 방향으로 유동하게 되는데, 이 과정에서 상기 방열핀(21)은 흡열작용을 하는 열전소자 모듈(30)에 의해 흡열기능을 하게 되므로 상기 방열핀(21)을 따라 유동하는 공기는 저온 상태가 되어 실내를 냉방하게 된다.
②열교환수단이 수냉식인 경우(도3b)
상기 열전소자 모듈(30)은 상기 제 1 순환라인(10)측에 대해서는 방열작용을 하게 되고 상기 열교환수단(20)인 제 2 순환라인(25)측에 대해서는 흡열작용을 하게 된다. 이때, 상기 제 1 차단밸브(12)는 폐쇄되고 제 2 차단밸브(14)는 개방된다.
이에 따라, 제 1 순환라인(10)의 냉각수는 제 1 펌프(11)에서 토출되어 제 2 열교환기(15)를 거치게 되고 이후 열전소자 모듈(30)과 열교환 한 후 제 1 펌프(11)로 순환하게 된다. 이 과정에서 열전소자 모듈(30)의 방열작용에 의해 고온 상태가 된 냉각수는 상기 제 2 열교환기(15)를 통해 방열하게 되는데, 즉, 제 2 열교환기(15)는 외부공기를 이용하여 제 1 순환라인(10)을 냉각하게 된다.
그리고, 제 2 순환라인(25)의 냉각수는 제 1 순환라인(10)의 냉각수 유동방향과 대향되는 방향으로 유동하게 되는데, 즉, 제 2 펌프(26)에서 토출된 냉각수는 열전소자 모듈(30)과 열교환 한 후 제 3 열교환기(27)를 거쳐 제 2 펌프(26)로 순환하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 흡열작용을 하는 열전소자 모듈(30)에 의해 저 온 상태가 된 후 제 3 열교환기(27)로 유입되어 실내를 냉방하게 된다.
이와 같이, 냉방모드시 제 2 순환라인(25)은 냉방라인이 되고 제 3 열교환기(27)는 냉방 열교환기가 됨으로써 차량 실내를 냉방하게 되는 것이다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 열전소자 모듈을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결한 다음, 상기 열전소자 모듈의 용량을 리니어 제어, 예를 들어 PWM 제어를 하여 전류 또는 전압을 공급함에 따라 열전소자 모듈의 돌입 전류가 감소(최소화)되어 차량 전기시스템의 부하 감소 및 전기시스템의 내구성이 증대된다.
그리고, 열전소자 모듈의 용량조절시에는 높은 효율을 유지하면서도 열전소자 모듈의 용량을 조절할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 차량 기술의 발전에 따라 차량의 전력소모량이 커지게 되는 추세에 부응하여 고전압 인가 방식으로 변경되고 있는데, 차량의 고전압 인가 방식으로 변화되더라도 효율이 높게 나타나는 열전소자 모듈을 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 전류의 흐름 방향에 따라 일측에서 흡열할때는 타측에서 방열함과 아울러 일측에서 방열할때는 타측에서 흡열하는 자동차의 보조 냉난방장치용 열전소자 모듈장치에 있어서,
    상기 열전소자 모듈(30;30a,30b,30c,ㆍㆍㆍ)을 복수개로 구성하여 전기적으로 직렬 연결하고, 상기 열전소자 모듈(30)의 용량을 전류치 변경에 의해 리니어 제어하는 제어수단을 구비한 것을 특징으로 하는 자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어수단은 PWM(Pulse Width Modulation)에 의한 전류 또는 전압을 상기 열전소자 모듈(30)에 공급하는 것을 특징으로 하는 자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열전소자 모듈(30) 각각의 최대 방열량일 때의 평균값에 해당되는 전압 또는 전류를 공급하는 것을 특징으로 하는 자동차의 보조 냉난방 장치용 열전소자 모듈 모듈장치.
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