KR101307147B1 - 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템 - Google Patents

태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉방모드용 냉매순환라인(R1), 냉방모드용 냉각수순환라인(W1), 난방모드용 냉매순환라인(R2) 및 난방모드용 냉각수순환라인(W2)을 포함하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템에 관한 것이다.
상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)은 압축기(110)와, 상기 압축기(110)의 출구부에 위치하여 태양열을 냉매에 전달하는 집열기(112)와, 응축기로 작용하는 제1실외열교환기(116)와, 제1팽창밸브(118)와, 증발기로 작용하는 제1실내열교환기(120)를 구비한다. 상기 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)은 전장품(170)과, 상기 냉각수를 펌핑하는 펌프(172)와, 라디에이터(176)와, 냉각수를 상기 라디에이터(176) 또는 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)으로 분기시키는 삼방밸브(174)를 구비한다. 상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 압축기(110)와, 상기 집열기(112)와, 히터코어로 작용하는 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 상기 제2팽창밸브(126)를 경유한 냉매로 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수의 열을 전달하는 제2실외열교환기(128)를 구비한다. 난방모드용 냉각수순환라인(W2)은 상기 전장품(170)과, 상기 펌프(172)와, 상기 삼방밸브(174)와, 상기 제2실외열교환기(128)를 구비한다.

Description

태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR VEHICLE USING SOLAR ENERGY}
본 발명은 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차실의 냉난방 시 태양에너지를 이용하는 차량용 공조시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 공조시스템이 설치된다. 그리고 상기 공조시스템은 차실(차량 실내)의 난방을 위한 난방시스템, 차실의 냉방을 위한 냉방시스템, 차실로 유입되는 공기의 온도/세기/방향을 조절하는 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning) 등을 포함한다.
최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 전기에너지로 구동하는 차량이 등장하고 있다. 이러한 전기자동차는 구동 에너지를 기존의 차량과 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 차량이다. 전기자동차는 공해문제를 발생시키지 않고 주행 시 소음을 거의 발생시키지 않으며 화석 연료의 고갈을 초래하지 않는바, 자동차 메이커들은 전기자동차의 생산 및 판매를 점차 증가시키고 있다.
전기자동차에는 차실 냉난방의 용이성 및 실용성을 위해 소위 히트펌프식 공조시스템이 주로 사용된다. 그리고 상기 히트펌프식 공조시스템은 냉매 순환회로를 순환하는 냉매를 이용하여 차실로 유입되는 공기를 가열 또는 냉각하고, 냉각수 순환회로를 상기 냉매 순환회로에 대한 히트펌프로 구성한다.
차실의 냉방시, 상기 냉매는 압축기로부터 토출된 후 응축기 및 팽창밸브를 거쳐 상기 공조장치(HVAC)에 내장된 증발기로 유입되고, 상기 증발기를 경유하면서 차실로 유입되는 공기로부터 열을 흡수한다. 상기 증발기에서 열을 빼앗긴 공기가 차실로 유입되면 차실의 냉방이 이루어진다.
반면 차실의 난방시, 상기 냉매는 상기 압축기로부터 토출된 후 상기 공조장치(HVAC)에 내장된 히터코어로 유입되고, 상기 히터코어를 경유하면서 차실로 유입되는 공기에 열을 전달한다. 상기 히터코에서 열을 흡수한 공기가 차실로 유입되면 차실의 난방이 이루어진다. 또한 차실의 난방시 냉각수 순환회로는 상기 냉매 순환회로에 대하여 히트펌프로 작용한다.
상술된 바와 같이 히트펌프식 공조시스템이 작동하기 위해서는 상기 압축기의 구동이 필수적이다. 그리고 전기자동차에서는 상기 압축기가 모터 및 인버터와 같은 전장품에 전기에너지를 공급하는 배터리로부터 전력을 공급받는다. 따라서 차실의 냉난방이 이루어지면 전기자동차의 주행거리는 감소하게 된다. 이에 히트펌프식 공조시스템이 차실의 냉난방을 위해 작동하더라도 차량의 주행거리 감소를 최소화할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 필요에 의해 도출된 것으로서, 태양에너지를 냉매 및/또는 전장품 냉각수의 가열에 이용함으로써 압축기로 공급되는 전기에너지를 종래에 비해 줄일 수 있고 차실의 난방 효율 향상 및 전장품의 신속한 정상 작동을 실현할 수 있는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 냉방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 냉방모드용 냉매순환라인(R1) 및 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)과, 난방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 난방모드용 냉매순환라인(R2) 및 난방모드용 냉각수순환라인(W2)을 포함하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템을 제공한다.
상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)은 압축기(110)와, 상기 압축기(110)의 출구부에 위치하여 태양열을 냉매에 전달하는 집열기(112)와, 응축기로 작용하는 제1실외열교환기(116)와, 제1팽창밸브(118)와, 증발기로 작용하는 제1실내열교환기(120)를 구비한다. 상기 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)은 전장품(170)과, 상기 냉각수를 펌핑하는 펌프(172)와, 라디에이터(176)와, 냉각수를 상기 라디에이터(176) 또는 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)으로 분기시키는 삼방밸브(174)를 구비한다. 상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 압축기(110)와, 상기 집열기(112)와, 히터코어로 작용하는 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 상기 제2팽창밸브(126)를 경유한 냉매로 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수의 열을 전달하는 제2실외열교환기(128)를 구비한다. 난방모드용 냉각수순환라인(W2)은 상기 전장품(170)과, 상기 펌프(172)와, 상기 삼방밸브(174)와, 상기 제2실외열교환기(128)를 구비한다.
상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1) 및 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 집열기(112)를 경유한 냉매를 상기 제1실외열교환기(116) 및 상기 제2실내열교환기(124) 중 어느 하나로 안내하는 삼방밸브(114)를 더 구비한다.
다른 실시예에 따른 본 발명은, 냉방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 냉방모드용 냉매순환라인(R1) 및 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)과, 난방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 난방모드용 냉매순환라인(R2) 및 난방모드용 냉각수순환라인(W2)과, 태양열에 의해 가열되는 가열수의 이동로로 제공되는 가열수순환라인(W3)을 포함하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템을 제공한다.
상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)은 압축기(110)와, 상기 압축기(110)의 출구부에 위치하여 상기 가열수의 열을 냉매에 전달하는 집열기(112)와, 상기 집열기(112)의 출구부에 위치하여 냉매의 열을 상기 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)의 냉각수로 전달하는 제2실외열교환기(128)와, 제1팽창밸브(118)와, 증발기로 작용하는 제1실내열교환기(120)를 구비한다. 상기 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)은 전장품(170)과, 상기 냉각수를 펌핑하는 펌프(172)와, 라디에이터(176)와, 냉각수를 상기 라디에이터(176) 또는 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)으로 분기시키는 삼방밸브(174)와, 상기 제2실외열교환기(128)를 구비한다. 상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 압축기(110)와, 상기 집열기(112)와, 히터코어로 작용하는 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수의 열을 냉매로 전달하는 제2실외열교환기(128)를 구비한다. 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)은 상기 전장품(170)과, 상기 펌프(172)와, 상기 삼방밸브(174)와, 상기 가열수와 냉각수 간 혼합을 허용하거나 차단하는 혼합수단(132)과, 상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)의 제2실외열교환기(128)를 구비한다. 상기 가열수순환라인(W3)은 상기 집열기(112)와, 상기 혼합수단(132)을 구비한다.
상기 가열수순환라인(W3)은 상기 가열수를 일시적으로 저장하는 탱크(130)를 더 구비한다.
또한 상기 혼합수단(132)은 사방밸브로 이루어지고, 난방모드시 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수가 상기 가열수의 온도보다 낮을 경우에만 상기 가열수와 냉각수 간 혼합을 허용한다.
또한 상기 집열기(112)로부터 배출된 상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)의 냉매는 상기 제2실내열교환기(124) 및 상기 제2팽창밸브(126)를 바이패스한 후 상기 제2실외열교환기(128)로 유입된다.
본 발명에 의하면, 차실의 냉난방을 위해 압축기로 공급되는 전기에너지가 종래에 비해 감소하기 때문에 차량의 주행거리가 증가하게 된다.
또한 본 발명에 의하면, 차실의 난방 효율이 향상되고, 전장품의 정상적인 작동이 신속하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템의 제1실시예를 도시한 블록도이다.
도 2는 냉방모드시 도 1에 도시된 차량용 공조시스템의 작동 과정을 도시한 블록도이다.
도 3은 난방모드시 도 1에 도시된 차량용 공조시스템의 작동 과정을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템의 제2실시예를 도시한 블록도이다.
도 5는 냉방모드시 도 4에 도시된 차량용 공조시스템의 작동 과정을 도시한 블록도이다.
도 6 및 도 7은 난방모드시 도 4에 도시된 차량용 공조시스템의 작동 과정을 도시한 블록도이다.
도 8은 도 4의 집열기를 개략적으로 도시한 정면도이다.
이하, 본 발명에 따른 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
<제1실시예>
본 발명의 제1실시예에 따른 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 냉방모드시 냉매의 이동로로 제공되는 냉방모드용 냉매순환라인(R1)과, 난방모드시 냉매의 이동로로 제공되는 난방모드용 냉매순환라인(R2)과, 냉방모드시 냉각수의 이동로로 제공되는 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)과, 난방모드시 냉각수의 이동로로 제공되는 난방모드용 냉각수순환라인(W2)을 포함한다.
상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)은 압축기(110)와, 집열기(112)와, 제1실외열교환기(116)와, 제1팽창밸브(118)와, 제1실내열교환기(120)를 구비한다. 압축기(110)는 고온 고압의 냉매 가스를 토출하고, 집열기(112)는 태양열을 압축기(110)로부터 토출된 냉매에 전달한다. 제1실외열교환기(116)는 응축기로서, 집열기(112)로부터 배출된 후 제1삼방밸브(114)를 경유하여 유입된 냉매의 열을 차량으로 유입되는 외기로 전달한다. 상기 제1팽창밸브(118)는 제1실외열교환기(116)를 거친 냉매를 팽창시킨다. 상기 제1실내열교환기(120)는 차실로 유입될 공기의 이동로를 제공하는 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning)(150)에 내장되고, 증발기로 작용하여 차실로 유입될 공기의 열을 제1팽창밸브(118)를 거친 냉매에 전달한다. 제1실내열교환기(120)에서 열을 빼앗긴 공기가 차실로 유입되면 차실의 냉방이 이루어진다. 상기 제1실내열교환기(120)를 거친 냉매는 어큐뮬레이터(122)를 거쳐 압축기(110)로 유입된다.
냉매가 냉방모드용 냉매순환라인(R1)을 순환하는 동안 냉각수는 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)을 순환한다. 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)은 모터 및 인버터와 같은 전장품(170)과, 펌프(172)와, 라디에이터(176)를 포함한다. 펌프(172)로부터 토출된 냉각수는 제2삼방밸브(174)를 거쳐 라디에이터(176)로 유입된다. 냉각수는 라디에이터(176)를 경유하는 동안 차량으로 유입되는 외기에 열을 빼앗긴 후, 전장품(170)으로 유입된다. 전장품(170)을 거친 냉각수는 펌프(172)로 다시 유입된다.
상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 압축기(110) 및 집열기(112)와, 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 제2실외열교환기(128)를 구비한다. 제2실내열교환기(124)는 상기 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning)(150)에 내장된 히터코어로서, 상기 집열기(112)를 거친 냉매의 열을 차실로 유입될 공기에 전달한다. 제2실내열교환기(124)에서 열을 흡수한 공기가 차실로 유입되면 차실의 난방이 이루어진다. 제2팽창밸브(126)는 제2실내열교환기(124)를 거친 냉매를 팽창시킨다. 제2실외열교환기(128)는 증발기로 작용하여 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수의 열을 제2팽창밸브(126)를 거친 냉매에 전달한다. 상기 제2실외열교환기(128)를 거친 냉매는 상기 제1실내열교환기(120) 및 어큐뮬레이터(122)를 거쳐 압축기(110)로 유입된다.
냉매가 난방모드용 냉매순환라인(R2)을 순환하는 동안 냉각수는 난방모드용 냉각수순환라인(W2)을 순환한다. 난방모드용 냉각수순환라인(W2)은 상기 전장품(170) 및 펌프(172)와, 상기 제2실외열교환기(128)를 포함한다. 펌프(172)로부터 토출된 냉각수는 제2삼방밸브(174)를 거쳐 제2실외열교환기(128)로 유입된다. 냉각수는 제2실외열교환기(128)를 경유하는 동안 냉매에 열을 빼앗긴 후, 전장품(170)으로 유입된다. 전장품(170)을 거친 전장품 냉각수는 펌프(172)로 다시 유입된다.
본 발명의 제1실시예에 따르면 냉매가 압축기(110)에서 1차로 가열된 후 집열기(112)에서 2차로 가열된다. 그리고 집열기(112)는 태양열을 이용하여 냉매를 가열한다. 따라서 본 발명의 제1실시예에 의하면 종래에 비해 적은 전기에너지가 배터리로부터 압축기(110)로 공급되더라도 차실의 냉난방 효율이 저하되지 않는다.
미설명 도면부호 152는 공조장치(150)에 내장된 템프 도어이다.
<제2실시예>
본 발명의 제2실시예에 따른 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템(100)은, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 냉방모드시 냉매의 이동로로 제공되는 냉방모드용 냉매순환라인(R1)과, 난방모드시 냉매의 이동로로 제공되는 난방모드용 냉매순환라인(R2)과, 냉방모드시 냉각수의 이동로로 제공되는 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)과, 난방모드시 냉각수의 이동로로 제공되는 난방모드용 냉각수순환라인(W2)과, 태양열에 의해 가열되는 가열수의 이동로로 제공되는 가열수순환라인(W3)을 포함한다.
상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)은 도 5에 도시된 바와 같이 압축기(110)와, 집열기(112)와, 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 제2실외열교환기(128)와, 제1팽창밸브(118)와, 제1실내열교환기(120)를 구비한다.
압축기(110)는 고온 고압의 냉매 가스를 토출하고, 집열기(112)는 태양열을 압축기(110)로부터 토출된 냉매에 전달한다.
상기 집열기(112)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1헤더(112a), 제2헤더(112d), 집열봉(112c)을 포함한다. 제1헤더(112a)는 가열수를 수용하고 있고, 코일 형태의 냉매 유로(112b)를 내장한다. 상기 냉매 유로(112b)는 상기 가열수에 잠겨 있다. 집열봉(112c)은 제1헤더(112a) 및 제2헤더(112d)를 연결하고, 가열수는 제2헤더(112d)로부터 제1헤더(112a)로 전달한다. 또한 집열봉(112c)은 태양열의 흡수효율 향상을 위해 검은색의 외면을 구비한다. 제1헤더(112a)의 가열수는 사방밸브(132) 및 가열수를 일시적으로 저장하는 탱크(130)를 거쳐 제2헤더(112d)로 다시 유입되고, 상기 가열수는 상기 집열봉(112c)을 경유하는 동안 태양열에 의해 가열된다. 상기 집열기(112)와 사방밸브(132)와 탱크(130)는 상기 가열수순환라인(W3)에 구비되어 있다. 상기 탱크(130)는 가열수순환라인(W3)을 순환하는 가열수의 양을 증가시키고 축열조로서 작용하는바, 가열수순환라인(W3)에 구비되는 것이 바람직하다.
상기 제2실내열교환기(124)는 제1실시예에서 설명된 바와 같이 히터코어로서 작용하는 것으로, 난방모드시 차실로 유입될 공기와 냉매 간 열교환을 위해 구비된 것이다. 그러나 냉방모드시에는 템프 도어(152)가 제2실내열교환기(124)로의 공기 유입을 차단하기 때문에 냉매는 열교환 없이 제2실내열교환기(124)를 통과한다.
상기 제2팽창밸브(126)는 제1실시예에서 설명된 바와 같이 난방모드시 제2실내열교환기(124)를 거친 냉매를 팽창시키기 위해 구비된 것이다. 그러나 본 실시예의 제2팽창밸브(126)는 제1실시예에서와 달리 개도조정을 하지 않음으로써 냉매를 바이패스시킨다. 따라서 냉방모드시 냉매는 상변화 없이 제2팽창밸브(126)를 통과한다.
제2실외열교환기(128)는 냉매와 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)의 냉각수 간 열교환을 위해 구비된 것으로서, 냉방모드시 응축기로 작용한다. 따라서 냉방모드시 제2실외열교환기(128)는 제2팽창밸브(126)를 바이패스한 냉매의 열을 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)의 냉각수로 전달한다.
상기 제1팽창밸브(118)는 제2실외열교환기(128)를 거친 냉매를 팽창시킨다. 그리고 상기 제1실내열교환기(120)는 공조장치(150)에 내장되며, 냉방모드시 증발기로 작용하여 차실로 유입될 공기의 열을 제1팽창밸브(118)를 거친 냉매에 전달한다. 제1실내열교환기(120)에서 열을 빼앗긴 공기가 차실로 유입되면 차실의 냉방이 이루어진다. 상기 제1실내열교환기(120)를 거친 냉매는 어큐뮬레이터(122)를 거쳐 압축기(110)로 유입된다.
냉매가 냉방모드용 냉매순환라인(R1)을 순환하는 동안 냉각수는 도 5에 도시된 바와 같이 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)을 순환한다. 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)은 전장품(170)과, 펌프(172)와, 라디에이터(176)와, 제2실외열교환기(128)를 포함한다. 펌프(172)로부터 토출된 냉각수는 제2삼방밸브(174)를 거쳐 라디에이터(176)로 유입된다. 냉각수는 라디에이터(176)를 경유하는 동안 차량으로 유입되는 외기에 열을 빼앗긴다. 라디에이터(176)를 경유한 냉각수는 제2실외열교환기(128)로 유입된다. 제2실외열교환기(128)를 경유하는 동안 냉각수는 냉방모드용 냉매순환라인(R1)을 순환하는 냉매의 열을 흡수한다. 이후 냉각수는 전장품(170)을 거쳐 펌프(172)로 다시 유입된다.
상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 압축기(110)와, 집열기(112)와, 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 제2실외열교환기(128)를 구비한다.
제2실내열교환기(124)는 난방모드시 히터코어로 작용하여 상기 집열기(112)를 거친 냉매의 열을 차실로 유입될 공기에 전달한다. 제2실내열교환기(124)에서 열을 흡수한 공기가 차실로 유입되면 차실의 난방이 이루어진다. 제2실내열교환기(124)를 거친 냉매는 냉방모드시와 달리 개도가 조절된 제2팽창밸브(126)를 통과하면서 팽창된다. 그리고 제2실외열교환기(128)는 냉방모드시와 달리 증발기로 작용한다. 따라서 냉매는 제2실외열교환기(128)를 통과하는 동안 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수로부터 열을 흡수한다. 상기 제2실외열교환기(128)를 거친 냉매는 어큐뮬레이터(122)를 거쳐 압축기(110)로 유입된다.
냉매가 난방모드용 냉매순환라인(R2)을 순환하는 동안 냉각수는 도 6에 도시된 바와 같이 난방모드용 냉각수순환라인(W2)을 순환한다. 난방모드용 냉각수순환라인(W2)은 상기 전장품(170) 및 펌프(172)와, 상기 사방밸브(132)와, 상기 제2실외열교환기(128)를 포함한다. 펌프(172)로부터 토출된 냉각수는 제2삼방밸브(174) 및 사방밸브(132)를 거쳐 제2실외열교환기(128)로 유입된다. 냉각수는 제2실외열교환기(128)를 경유하는 동안 난방모드용 냉매순환라인(R2)의 냉매에 열을 빼앗긴 후, 전장품(170)으로 유입된다. 전장품(170)을 거친 전장품 냉각수는 펌프(172)로 다시 유입된다.
한편, 본 실시예에 따른 차량용 공조시스템(100)에서 상기 사방밸브(132)는 펌프(172)로부터 토출되어 제2실외열교환기(128)로 흐르는 냉각수와 상기 가열수순환라인(W3)의 가열수 간 혼합을 난방모드시 허용하거나 차단하는 혼합수단으로 작용한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 펌프(172)로부터 토출된 냉각수가 제2실외열교환기(128)로 흐르도록 그리고 상기 집열기(112)의 물이 탱크(130)로 흐르도록 사방밸브(132)의 개도가 조절되면 냉각수와 가열수 간 혼합이 차단된다. 반면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 펌프(172)로부터 토출된 냉각수가 탱크(130)로 흐르도록 그리고 집열기(112)의 물이 제2실외열교환기(128)로 흐르도록 사방밸브(132)의 개도가 조절되면 냉각수와 가열수 간 혼합이 허용된다.
상기 사방밸브(132)의 개도는 별도의 제어기(미도시)의 제어에 의해 조절되고, 상기 제어기(미도시)는 온도센서(미도시)로부터 난방모드용 냉각수순환라인(W3)의 냉각수의 온도 및 상기 가열수의 온도를 전달받아 제어를 수행한다. 본 실시예에서는 사방밸브(132)가 혼합수단으로 사용되었으나 상기 혼합수단은 이에 한정되지 않는다.
상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수와 상기 가열수 간 혼합을 구현하는 것은 난방모드시 압축기(110)의 부하를 감소시키거나 차실의 난방효율을 향상시키기 위함이다. 따라서 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수의 온도가 가열수의 온도보다 낮은 경우에만 상기 사방밸브(132)는 냉각수와 가열수 간 혼합을 허용하도록 제어된다.
난방모드시 혼합수단인 사방밸브(132)가 상술한 바와 같이 제어되면, 냉각수가 상대적으로 높은 온도를 갖는 집열기(112)의 물과 혼합되어 제2실외열교환기(128)로 유입된다. 그리고 난방모드용 냉매순환라인(R2)의 냉매가 제2실외열교환기(128)에서 냉각수로부터 흡수하는 열의 양이 증가하게 된다. 따라서 압축기(110)로 공급되는 전기에너지가 줄어도 동일한 수준의 난방효율을 달성할 수 있고, 압축기(110)로 공급되는 전기에너지가 동일하다면 차실의 난방효율이 향상될 수 있다. 또한 냉각수와 가열수 간 혼합이 허용되면 전장품(170)으로 유입되는 냉각수의 온도도 높아지는바, 전장품(170)의 정상적인 작동이 신속하게 이루어질 수 있다.
한편, 상기 가열수가 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수보다 낮은 온도를 갖을 경우, 상기 사방밸브(132)는 도 6에 도시된 바와 같이 냉각수와 가열수 간 혼합을 허용하지 않도록 제어된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 차량용 공조시스템 110 : 압축기
112 : 집열기 116 : 제1실외열교환기
118 : 제1팽창밸브 120 : 제1실내열교환기
124 : 제2실내열교환기 126 : 제2팽창밸브
128 : 제2실외열교환기 132 : 사방밸브
150 : 공조장치 152 : 템프 도어
170 : 전장품 172 : 펌프
176 : 라디에이터

Claims (6)

  1. 냉방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 냉방모드용 냉매순환라인(R1) 및 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)과, 난방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 난방모드용 냉매순환라인(R2) 및 난방모드용 냉각수순환라인(W2)을 포함하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템으로서,
    상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)은 압축기(110)와, 상기 압축기(110)의 출구부에 위치하여 태양열을 냉매에 전달하는 집열기(112)와, 응축기로 작용하는 제1실외열교환기(116)와, 제1팽창밸브(118)와, 증발기로 작용하는 제1실내열교환기(120)를 구비하고,
    상기 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)은 전장품(170)과, 상기 냉각수를 펌핑하는 펌프(172)와, 라디에이터(176)와, 냉각수를 상기 라디에이터(176) 또는 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)으로 분기시키는 삼방밸브(174)를 구비하고,
    상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 압축기(110)와, 상기 집열기(112)와, 히터코어로 작용하는 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 상기 제2팽창밸브(126)를 경유한 냉매로 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수의 열을 전달하는 제2실외열교환기(128)를 구비하고,
    난방모드용 냉각수순환라인(W2)은 상기 전장품(170)과, 상기 펌프(172)와, 상기 삼방밸브(174)와, 상기 제2실외열교환기(128)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1) 및 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 집열기(112)를 경유한 냉매를 상기 제1실외열교환기(116) 및 상기 제2실내열교환기(124) 중 어느 하나로 안내하는 삼방밸브(114)를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템.
  3. 냉방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 냉방모드용 냉매순환라인(R1) 및 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)과, 난방모드시 냉매 및 냉각수의 이동로로 각각 제공되는 난방모드용 냉매순환라인(R2) 및 난방모드용 냉각수순환라인(W2)과, 태양열에 의해 가열되는 가열수의 이동로로 제공되는 가열수순환라인(W3)을 포함하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템으로서,
    상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)은 압축기(110)와, 상기 압축기(110)의 출구부에 위치하여 상기 가열수의 열을 냉매에 전달하는 집열기(112)와, 상기 집열기(112)의 출구부에 위치하여 냉매의 열을 상기 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)의 냉각수로 전달하는 제2실외열교환기(128)와, 제1팽창밸브(118)와, 증발기로 작용하는 제1실내열교환기(120)를 구비하고,
    상기 냉방모드용 냉각수순환라인(W1)은 전장품(170)과, 상기 냉각수를 펌핑하는 펌프(172)와, 라디에이터(176)와, 냉각수를 상기 라디에이터(176) 또는 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)으로 분기시키는 삼방밸브(174)와, 상기 제2실외열교환기(128)를 구비하고,
    상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)은 상기 압축기(110)와, 상기 집열기(112)와, 히터코어로 작용하는 제2실내열교환기(124)와, 제2팽창밸브(126)와, 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수의 열을 냉매로 전달하는 제2실외열교환기(128)를 구비하고,
    상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)은 상기 전장품(170)과, 상기 펌프(172)와, 상기 삼방밸브(174)와, 상기 가열수와 냉각수 간 혼합을 허용하거나 차단하는 혼합수단(132)과, 상기 난방모드용 냉매순환라인(R2)의 제2실외열교환기(128)를 구비하고,
    상기 가열수순환라인(W3)은 상기 집열기(112)와, 상기 혼합수단(132)을 구비하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열수순환라인(W3)은 상기 가열수를 일시적으로 저장하는 탱크(130)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 혼합수단(132)은 사방밸브로 이루어지고, 난방모드시 상기 난방모드용 냉각수순환라인(W2)의 냉각수가 상기 가열수의 온도보다 낮을 경우에만 상기 가열수와 냉각수 간 혼합을 허용하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 집열기(112)로부터 배출된 상기 냉방모드용 냉매순환라인(R1)의 냉매는 상기 상기 제2실내열교환기(124) 및 상기 제2팽창밸브(126)를 바이패스한 후 상기 제2실외열교환기(128)로 유입되는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 차량용 공조시스템.
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