KR102084193B1

KR102084193B1 - 차량용 히트펌프 장치

Info

Publication number: KR102084193B1
Application number: KR1020140131429A
Authority: KR
Inventors: 김태은; 강성호; 유상준; 정해석
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2020-03-04
Also published as: KR20160038985A

Abstract

본 발명은 차량용 히트펌프 장치에 관한 것으로서, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있도록 구성함으로써, 에너지 소비를 절감할 수 있으며, 이를 통해 차량의 연비를 개선시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매의 흐름에 따라 히트펌프 모드 또는 에어컨 모드로 작동되며, 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 상기 히트펌프 모드 또는 에어컨 모드를 선택적으로 작동시키는 제어부를 포함하는 차량용 히트펌프 장치에 있어서, 공조케이스의 내부로 유입되는 공기의 온도를 감지하는 유입공기온도 감지수단과; 제어부는, 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드를 선택적으로 작동시키되, 유입공기온도 감지수단에서 입력된 공조케이스의 유입공기온도에 따라 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 대한 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드의 작동 기준이 각기 다르도록 제어한다.

Description

차량용 히트펌프 장치{HEAT PUMP SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES}

본 발명은 차량용 히트펌프 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있도록 구성함으로써, 에너지 소비를 절감할 수 있으며, 이를 통해 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 차량용 히트펌프 장치에 관한 것이다.

차량의 냉,난방 장치로서, 히트펌프 장치(Heat Pump System)가 있다.

히트펌프 장치는, 냉매의 흐름 방향에 따라 난방용 또는 냉방용으로 사용할 수 있는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1)와 고압측 실내열교환기(3)와 제 1바이패스 밸브(5)와 제 1팽창밸브(7)와 실외열교환기(9)를 포함한다.

압축기(1)는 기화된 냉매를 고온??고압의 가스로 압축한다. 고압측 실내열교환기(3)는, 응축기 역할을 수행하는 것으로, 압축된 고온,고압의 냉매를 공조케이스(10)의 내부 공기와 열교환시켜 상기 공조케이스(10)의 내부 공기를 가열한다.

제 1바이패스 밸브(5)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에는 고압측 실내열교환기(5)에서 배출된 냉매를 제 1팽창밸브(7)측으로 가이드 하고, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에는 고압측 실내열교환기(3)에서 배출된 냉매를 실외열교환기(9)로 직접 바이패스 한다.

제 1팽창밸브(7)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에, 고압측 실내열교환기(3)에서 배출된 냉매를 저온,저압으로 감압 팽창시킨다.

실외열교환기(9)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에는 증발기 역할을 수행하는 것으로, 제 1팽창밸브(7)에서 배출된 저온,저압의 냉매를 주변의 공기와 열교환시킨다. 그리고 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에는 응축기 역할을 수행하는 것으로, 고압측 실내열교환기(3)에서 배출된 냉매를 주변의 공기와 단순 열교환시킨다.

그리고 히트펌프 장치는, 제 2바이패스 밸브(12)와 제 2팽창밸브(14)와 저압측 실내열교환기(16)를 더 포함한다.

제 2바이패스 밸브(12)는, 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에는 실외열교환기(9)에서 배출된 저온,저압의 냉매를 압축기(1)측으로 다시 리턴시키고, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에는 실외열교환기(9)에서 배출된 고압의 냉매를 제 2팽창밸브(14)측으로 가이드 한다.

제 2팽창밸브(14)는, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에 실외열교환기(9)에서 배출된 냉매를 저온,저압으로 감압 팽창시킨다.

저압측 실내열교환기(16)는, "에어컨 모드" 시에 증발기 역할을 수행하는 것으로, 제 2팽창밸브(14)에서 배출된 저온,저압의 냉매를 공조케이스(10)의 내부 공기와 열교환시켜, 상기 공조케이스(10)의 내부 공기를 냉각시킨다.

이러한 구성을 갖는 종래의 히트펌프 장치에 의하면, 난방을 위한 "히트펌프 모드"일 경우에는, 압축기(1)와 고압측 실내열교환기(3)와 제 1팽창밸브(7)와 실외열교환기(9)로 연결되는 "히트펌프 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 실내열교환기(3)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 통해 차실내를 난방한다.

그리고, 냉방을 위한 "에어컨 모드"일 경우에는, 압축기(1)와 고압측 실내열교환기(3)와 실외열교환기(9)와 제 2팽창밸브(14)와 저압측 실내열교환기(16)로 연결되는 "에어컨 사이클"을 구성하여 냉매를 순환시키고, 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 실내열교환기(16)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.

한편, 히트펌프 장치는, 실외열교환기(9)의 하류측과 템프도어(18)의 상류측을 서로 연결시키는 연결통로(20)를 더 구비한다.

연결통로(20)는, "히트펌프 모드" 시에, 실외열교환기(9)에서 발생된 냉기를 템프도어(18)의 상류측으로 공급한다. 따라서, "히트펌프 모드" 시에, 실외열교환기(9)에서 발생된 냉풍이 고압측 실내열교환기(3)에서 발생된 온풍과 서로 믹싱(Mixing)될 수 있게 한다.

이로써, "히트펌프 모드" 시라도, 실외열교환기(9)의 냉풍과 고압측 실내열교환기(3)의 온풍과 적절하게 믹싱되면서 차실내로 공급되게 한다. 그 결과, 차실내의 쾌적성을 개선시킨다.

그리고, 히트펌프 장치의 "히트펌프 모드"와 "에어컨 모드"의 설정은, "에어컨"의 온(ON), 오프(OFF)에 따라 제어된다.

즉, "차실내외 온도조건"과 "사용자 설정온도" 등에 따라 "Td"(열량지수)값과 "목표토출온도"가 각각 산출되고, 산출된 "Td"(열량지수)값의 크기에 따라 "에어컨"의 온(ON), 오프(OFF)가 결정되는데, 이때, "에어컨"의 온(ON)으로 결정되면, 히트펌프 장치는 "에어컨 모드"로 제어되고, "에어컨"의 오프(OFF)로 결정되면 "히트펌프 모드"로 제어된다.

경우에 따라, "히트펌프 모드"와 "에어컨 모드"는, 사용자의 수동조작에 의해 수동으로 설정될 수도 있다. 특히, 사용자의 수동으로 "에어컨"을 온(ON)시키면 "에어컨 모드"로 설정되고, "에어컨"을 오프(OFF)시키면 "히트펌프 모드"로 설정된다.

경우에 따라, "에어컨 모드"는, 창유리 김서림 제거를 위한 디포깅(Defogging) 지수에 의해 설정될 수도 있다. 특히, 디포깅 지수가 설정된 크기 이상으로 높아지면서 창유리의 김서림이 발생될 시에, 창유리의 김서림 제거를 위해 에어컨"이 온(ON)되는데, 이러한 "에어컨"의 온(ON)에 따라 "에어컨 모드"로 설정되기도 한다.

한편, 이러한 종래의 히트펌프 장치는, "에어컨 모드"에 비해 "히트펌프 모드"로 작동되면서 차실내의 온도를 제어하는 것이 에너지 효율면에서 매우 유리하다.

그러나, 종래의 히트펌프 장치는, "히트펌프 모드"로 작동되면서 차실내의 온도를 제어할 수 있음에도 불구하고, "에어컨 모드"로 작동되면서 차실내의 온도를 제어하는 경우가 있으며, 이러한 경우 불필요한 에너지 소모가 발생된다는 단점이 있다.

예를 들면, 북미 차량의 경우에는, 공조장치를 온(ON)시키면 "차실내외 온도조건"과 "사용자 설정온도"에 관계없이 무조건 "에어컨"이 온(ON)되는 구조이다. 따라서, "에어컨"이 오프(OFF)되어야 하는 조건임에도 불구하고 "에어컨"이 온(ON)되면서 "에어컨 모드"로 제어되는 경우가 종종 발생된다.

특히, "마일드(Mild) 외기온조건"(10℃ ∼ 30℃)에서, "에어컨"이 오프(OFF)되어야 하는 조건임에도 불구하고 "에어컨"이 온(ON)되면서 "에어컨 모드"로 제어되는 경우가 종종 발생된다. 이로써, "히트펌프 모드"로 작동되면서 차실내의 온도를 제어할 수 있음에도 불구하고, "에어컨 모드"로 작동되면서 차실내의 온도를 제어하는 단점이 있다.

그리고 이러한 단점 때문에 "차실내 토출공기온도"가 불필요하게 낮아지고, 이로써, 낮아진 "차실내 토출공기온도"를 보상하기 위해 PTC 히터(22)를 추가로 작동시켜야 한다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 불필요한 에너지 소모가 발생된다는 결점이 있다.

그리고 이러한 결점 때문에 차량의 연비가 저하된다는 단점이 지적되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있는 차량용 히트펌프 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있도록 구성함으로써, PTC 히터를 작동시키지 않고서도 차실내의 쾌적성을 유지시킬 수 있는 차량용 히트펌프 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, PTC 히터 작동없이도 차실내의 쾌적성을 유지시킬 수 있도록 구성함으로써, PTC 히터의 작동으로 인한 에너지 소모를 방지할 수 있고, 이를 통해 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 차량용 히트펌프 장치를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 장치는, 냉매의 흐름에 따라 히트펌프 모드 또는 에어컨 모드로 작동되며, 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 상기 히트펌프 모드 또는 에어컨 모드를 선택적으로 작동시키는 제어부를 포함하는 차량용 히트펌프 장치에 있어서, 공조케이스의 내부로 유입되는 공기의 온도를 감지하는 유입공기온도 감지수단과; 상기 제어부는, 상기 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드를 선택적으로 작동시키되, 상기 유입공기온도 감지수단에서 입력된 공조케이스의 유입공기온도에 따라 상기 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 대한 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드의 작동 기준이 각기 다르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 유입공기온도 감지수단에서 입력된 유입공기온도가, 미리 설정된 제 1설정온도를 초과하고 상기 제 1설정온도보다 높은 제 2설정온도 이하일 시에는, 에어컨의 온(ON) 조건이면 히트펌프 모드로 제어하고; 상기 유입공기온도 감지수단에서 입력된 유입공기온도가, 상기 제 2설정온도를 초과하고 상기 제 2설정온도 보다 높은 제 3설정온도 이하일 시에는, 에어컨의 온(ON) 조건이면 에어컨 모드로 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제어부는, 상기 유입공기온도 감지수단의 유입공기온도가 상기 제 1설정온도를 초과하고 상기 제 2설정온도 이하일 시에, 에어컨의 오프(OFF) 조건이면, 미리 산출된 목표토출온도와 상기 유입공기온도 감지수단의 유입공기온도를 비교하여 그 크기에 따라 상기 히트펌프 모드와 에어컨 모드를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제어부는, 상기 유입공기온도 감지수단의 유입공기온도가 상기 목표토출온도 미만일 시에는, 히트펌프 모드로 제어하고, 상기 유입공기온도 감지수단의 유입공기온도가 상기 목표토출온도 이상일 시에는 에어컨 모드로 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제어부는, 상기 유입공기온도 감지수단의 유입공기온도가 상기 제 2설정온도를 초과하고 상기 제 3설정온도 이하일 시에, 에어컨의 오프(OFF) 조건이면, 히트펌프 모드로 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 에어컨의 온(ON) 조건은, 산출된 Td(열량지수)값이 미리 설정된 크기 이상이거나, 또는 디포깅 지수가 미리 설정된 크기 이상이거나, 또는 사용자의 수동조작에 의해 에어컨이 온(ON)되었는지 이며; 상기 에어컨의 오프(OFF) 조건은, 산출된 Td(열량지수)값이 미리 설정된 크기 미만이거나, 또는 디포깅 지수가 미리 설정된 크기 미만이거나, 또는 사용자의 수동조작에 의해 에어컨이 오프(OFF)되었는지인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 장치에 의하면, "에어컨"의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"를 선택적으로 작동시키되, 공조케이스로 유입되는 "유입공기온도"에 따라 "에어컨"의 온(ON),오프(OFF) 조건에 대한 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"의 작동 기준을 각기 다르게 제어한다.

따라서, 단순히 "에어컨"의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"를 선택적으로 작동시키는 종래의 기술에 비해, 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있으므로, 에너지 소비를 최대한 절감할 수 있으며, 이를 통해 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 차량용 히트펌프 장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 장치의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 장치의 작동예를 나타내는 플로우챠트이다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).

먼저, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 히트펌프 장치에 대해 간략하게 설명한다.

히트펌프 장치는, "히트펌프 모드" 또는 "에어컨 모드"로 작동되는 것으로, "히트펌프 모드"로 제어될 경우에는, 압축기(1)와 고압측 실내열교환기(3)와 제 1팽창밸브(5)와 실외열교환기(9)로 연결된 "히트펌프 사이클"을 구성한다.

그리고 이렇게 구성된 "히트펌프 사이클"로 냉매를 순환시켜 고압측 실내열교환기(3)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 통해 차실내를 난방한다.

"에어컨 모드"로 제어될 경우에는, 압축기(1)와 고압측 실내열교환기(3)와 실외열교환기(9)와 제 2팽창밸브(14)와 저압측 실내열교환기(16)로 연결되는 "에어컨 사이클"을 구성한다.

그리고 이렇게 구성된 "에어컨 사이클"로 냉매를 순환시켜 저압측 실내열교환기(16)에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.

한편, 히트펌프 장치는, "히트펌프 모드" 시에, 실외열교환기(9)에서 발생된 냉풍을 템프도어(18)의 상류측으로 공급하는 연결통로(20)를 더 구비한다.

연결통로(20)는, "히트펌프 모드" 시에, 실외열교환기(9)의 냉풍을 템프도어(18)의 상류측으로 공급함으로써, 실외열교환기(9)의 냉풍과 고압측 실내열교환기(3)의 온풍이 서로 믹싱될 수 있게 한다. 따라서, 믹싱된 공기가 차실내로 공급될 수 있게 한다.

여기서, 연결통로(20)에는 개폐도어(20a)가 설치되며, 이 개폐도어(20a)는, "히트펌프 모드" 시에, 연결통로(20)를 개방한다. 따라서, "히트펌프 모드" 시에, 실외열교환기(9)의 냉풍이 공조케이스(10)의 내부로 송풍될 수 있게 한다.

즉, "Td"(열량지수)값이 산출되면, 산출된 "Td"(열량지수)값의 크기에 따라 "에어컨"의 온(ON), 오프(OFF)가 결정되는데, 이때, "에어컨"의 온(ON)으로 결정되면, 히트펌프 장치는 "에어컨 모드"로 제어되고, "에어컨"의 오프(OFF)로 결정되면 "히트펌프 모드"로 제어된다.

경우에 따라, 사용자의 수동으로 "에어컨"을 온(ON)시키면 "에어컨 모드"로 설정되고, "에어컨"을 오프(OFF)시키면 "히트펌프 모드"로 설정되기도 한다.

또한, 디포깅 지수가 설정된 크기 이상으로 높아지면서 창유리의 김서림이 발생될 시에, 창유리의 김서림 제거를 위해 에어컨"이 온(ON)되는데, 이러한 "에어컨"의 온(ON)에 따라 "에어컨 모드"로 설정되기도 한다.

다음으로, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 장치의 특징부를 도 2와 도 3을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 히트펌프 장치는, 공조케이스(10)의 내부로 유입되는 공기의 온도를 감지하는 유입공기온도 감지수단(30)을 구비한다.

유입공기온도 감지수단(30)은, 저압측 실내열교환기(16)의 상류측에 설치되는 온도센서(도시하지 않음)로 구성된다.

이렇게 구성된 온도센서는, 공조케이스(10)의 내부로 유입되는 공기의 온도(이하, "유입공기온도"라 칭함)를 감지한 다음, 감지된 "유입공기온도" 데이터를 후술하는 제어부(40)에 입력시킨다.

경우에 따라, 유입공기온도 감지수단(30)은, 인테이크 도어(30a)의 내,외기 모드 상태와, 기존에 설치되어 있던 인카센서(도시하지 않음)와 외기센서(도시하지 않음) 및, 이들을 통해 "유입공기온도"를 감지하는 마이콤(도시하지 않음)으로 구성될 수도 있다.

특히, 마이콤은, 인테이크 도어(30a)가 "내기 모드" 상태일 시에는, 차실내의 온도를 감지하는 인카센서의 내기온도를 "유입공기온도"로 인식한다. 그리고 인테이크 도어(30a)가 "외기 모드" 상태일 시에는, 차실외의 온도를 감지하는 외기센서의 외기온도를 "유입공기온도"로 인식한다.

이러한 마이콤은, 별도로 구성될 수도 있지만, 바람직하게는, 후술하는 제어부(40)가 마이콤 역할을 동시에 수행하는 것이 좋다. 이로써, 부품 절감의 효과를 기대할 수 있다.

다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 히트펌프 장치는, 제어부(40)를 포함한다.

제어부(40)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, "에어컨"의 온(ON),오프(OFF)에 따라 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"를 선택적으로 작동시키되, 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 "유입공기온도"에 따라 "에어컨"의 온(ON),오프(OFF)에 대한 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"의 작동 기준이 각기 다르도록 제어한다.

즉, 이를 상세하게 설명하면, 제어부(40)는, 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 "유입공기온도"가 미리 설정된 "제 1설정온도" 이하이면, 예를 들어, "-20℃" 이하이면, "에어컨 전용제어모드(42)"로 진입한다.

그리고 "에어컨 전용제어모드(42)"로 진입한 제어부(40)는, 히트펌프 장치의 제 1바이패스 밸브(5)와 제 2바이패스 밸브(12)를 제어하여 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다. 특히, 제 1바이패스 밸브(5)는 개방하고, 제 2바이패스 밸브(12)는 차단하여, 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다.

따라서, "유입공기온도"가 "-20℃" 이하일 시에는, 히트펌프 장치가 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내의 온도를 제어할 수 있게 한다.

여기서, "유입공기온도"가 "-20℃" 이하일 시에, 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어하는 이유는, "유입공기온도"가 "-20℃" 이하일 시에 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어할 경우에는, 외기온도가 너무 낮아서 실외열교환기(3)가 증발기 역할을 수행하지 못하기 때문이며, 이로써, "히트펌프 모드"의 역할을 수행하지 못하여 차실내의 온도를 제어할 수 없기 때문이다.

다시, 도 2를 참조하면, 제어부(40)는, 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 "유입공기온도"가 "제 1설정온도"를 초과하고, 상기 "제 1설정온도"보다 높은 "제 2설정온도" 이하이면, 예를 들어, "-20℃"를 초과하고 "10℃" 이하이면, "제 1에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(44)"로 진입한다.

그리고 "제 1에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(44)"로 진입한 제어부(40)는, 현재 에어컨이 온(ON)될 조건인지를 판단한다. 예를 들어, 디포깅(Defogging) 지수가 "에어컨"의 온(ON) 조건인지 또는 사용자의 수동조작에 의해 "에어컨"이 온(ON)되었는지를 판단한다.

이때, 디포깅 지수가 "에어컨"의 온(ON) 조건이거나 또는 사용자가 수동으로 "에어컨"을 온(ON)시켰으면, 제어부(40)는, "에어컨" 온(ON) 조건임에도 불구하고 제 1바이패스 밸브(5)와 제 2바이패스 밸브(12)를 제어하여 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다. 특히, 제 1바이패스 밸브(5)는 차단하고, 제 2바이패스 밸브(12)는 개방하여, 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다.

따라서, "유입공기온도"가 "-20℃"를 초과하고 "10℃" 이하일 시에는, "에어컨"이 온(ON)될 조건임에도 불구하고, 히트펌프 장치가 "히트펌프 모드"로 제어되면서 차실내의 온도를 제어할 수 있게 한다.

이로써, "에어컨"이 온(ON)될 조건임에도 불구하고 "히트펌프 모드"의 제어시간이 증가될 수 있게 하며, 이를 통해, 에너지 효율을 높여 차량의 연비를 개선시킬 수 있게 된다.

한편, 제어부(40)는, "유입공기온도"가 "-20℃"를 초과하고 "10℃" 이하인 조건에서, 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어할 시에는, 연결통로(20)의 개폐도어(20a)를 제어하여 상기 연결통로(20)를 개방하도록 구성된다.

이렇게 구성한 이유는, "유입공기온도"가 "-20℃"를 초과하고 "10℃" 이하인 조건에서, "에어컨"이 온(ON)될 조건이면, 창유리에 김서림이 발생되는 것을 의미하므로, 연결통로(20)를 개방하여 실외열교환기(3)의 냉풍이 창유리측으로 토출될 수 있게 하기 위함이며, 이를 통해, 창유리의 김서림을 제거 처리할 수 있도록 하기 위함이다.

다시, 도 2를 참조하면, 제어부(40)는, "제 1에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(44)"의 진입 후, 에어컨의 온(ON) 조건 여부를 판단하는 과정에서, 에어컨의 온(ON) 조건이 아니면, 예를 들어, 디포깅 지수가 "에어컨"의 온(ON) 조건도 아니고, 사용자가 수동으로 "에어컨"을 온(ON)시키지도 않았으면, 유입공기온도 감지수단(30)의 "유입공기온도"가 미리 산출된 "목표토출온도" 미만 인지를 다시 판단한다.

이때, "유입공기온도"가 "목표토출온도" 미만이면, 제어부(40)는, 외기온도가 낮아서 차실내를 난방할 필요가 있는 것으로 판단하고, 이러한 판단에 따라 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다.

특히, 제 1바이패스 밸브(5)와 제 2바이패스 밸브(12)를 제어하여 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다. 따라서, 히트펌프 장치가 "히트펌프 모드"로 제어되면서 차실내의 난방할 수 있게 한다.

한편, 판단 결과, "유입공기온도"가 "목표토출온도" 미만이 아니면, 즉, "유입공기온도"가 "목표토출온도" 이상이면, 제어부(40)는, 외기온도가 높아서 차실내를 냉방할 필요가 있는 것으로 판단하고, 이러한 판단에 따라 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다.

특히, 제 1바이패스 밸브(5)와 제 2바이패스 밸브(12)를 제어하여 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다. 따라서, 히트펌프 장치가 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내의 냉방할 수 있게 한다.

다시, 도 2를 참조하면, 제어부(40)는, 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 "유입공기온도"가 "제 2설정온도"를 초과하고, 상기 "제 2설정온도"보다 높은 "제 3설정온도" 이하이면, 예를 들어, "10℃"를 초과하고 "30℃" 이하이면, "제 2에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(46)"로 진입한다.

그리고 "제 2에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(36)"로 진입한 제어부(40)는, 현재 "에어컨"이 온(ON)될 조건인지를 판단한다. 예를 들어, 산출된 "Td"(열량지수)값이 "에어컨"의 온(ON) 조건인지 또는 디포깅 지수가 "에어컨"의 온(ON) 조건인지 또는 사용자의 수동조작에 의해 "에어컨"이 온(ON)되었는지를 판단한다.

이때, "Td"(열량지수)값이 "에어컨"의 온(ON) 조건이거나, 또는 디포깅 지수가 "에어컨"의 온(ON) 조건이거나, 또는 사용자가 수동으로 "에어컨"을 온(ON)시켰으면, 제어부(40)는, 차실내외의 온도조건이 "에어컨"을 온(ON)시켜야할 정도로 덥거나, 또는 창유리에 김서림이 발생되었거나, 또는 사용자가 수동으로 "에어컨"을 온(ON)시켰다고 판단한다.

그리고 이러한 판단에 따라 제 1바이패스 밸브(5)와 제 2바이패스 밸브(12)를 제어하여 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다. 특히, 제 1바이패스 밸브(5)는 개방하고, 제 2바이패스 밸브(12)는 차단하여, 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다.

따라서, "유입공기온도"가 "10℃"를 초과하고 "30℃" 이하이며, "에어컨"의 온(ON) 조건일 시에, 히트펌프 장치가 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내의 온도를 제어할 수 있게 한다.

이로써, 차실내가 덥거나, 또는 창유리에 김서림이 발생되었거나, 또는 사용자의 수동조작에 의한 "에어컨" 작동에, 상기 히트펌프 장치가 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내를 냉방할 수 있게 한다.

한편, "제 2에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(46)"의 진입 후, "에어컨"의 온(ON) 조건인지의 여부를 판단한 결과, "에어컨"의 온(ON) 조건이 아니면, 즉, "에어컨"의 오프(OFF) 조건이면, 제어부(40)는, 제 1바이패스 밸브(5)와 제 2바이패스 밸브(12)를 제어하여 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다.

특히, 제 1바이패스 밸브(5)는 차단하고, 제 2바이패스 밸브(12)는 개방하여, 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다.

따라서, "유입공기온도"가 "10℃"를 초과하고 "30℃" 이하이며, "에어컨"의 온(OFF) 조건일 경우에는, 히트펌프 장치가 무조건 "히트펌프 모드"로 제어될 수 있게 한다.

이로써, "마일드(Mild) 외기온조건"(10℃ ∼ 30℃)에서, "에어컨"이 온(ON)될 조건을 제외한 경우에는, 히트펌프 장치가 무조건 "히트펌프 모드"로 제어되어 될 수 있게 한다.

그 결과, 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간이 최대한 증가될 수 있게 한다. 이에 따라, 불필요한 에너지 소모를 방지하고, 이를 통해, 차량의 연비를 개선시킬 수 있게 된다.

한편, 제어부(40)는, "마일드 외기온조건"(10℃ ∼ 30℃)에서, 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어할 시에는, 연결통로(20)의 개폐도어(20a)를 제어하여 상기 연결통로(20)를 개방하도록 구성된다.

이렇게 구성한 이유는, "마일드 외기온조건"(10℃ ∼ 30℃)에서는, 경우에 따라 실외열교환기(3)의 냉풍이 필요하기 때문이다. 따라서, "마일드 외기온조건"(10℃ ∼ 30℃)에서 "히트펌프 모드"로 제어할 시에, 연결통로(20)를 통해 실외열교환기(3)의 냉풍을 공조케이스(10)로 도입함으로써, 도입된 실외열교환기(3)의 냉풍과 고압측 실내열교환기(3)의 온풍과 적절하게 믹싱시켜 차실내를 쾌적하게 제어할 수 있게 된다.

다시, 도 2를 참조하면, 제어부(40)는, 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 "유입공기온도"가 "제 3설정온도"를 초과하였으면, 예를 들어, "30℃"를 초과하였으면, "에어컨 전용제어모드(42)"로 진입한다.

그리고 "에어컨 전용제어모드(42)"로 진입한 제어부(40)는, 히트펌프 장치의 제 1바이패스 밸브(5)와 제 2바이패스 밸브(12)를 제어하여 상기 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다. 특히, 제 1바이패스 밸브(5)는 개방하고, 제 2바이패스 밸브(12)는 차단하여, 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다.

따라서, "유입공기온도"가 "30℃"를 초과할 시에는, 히트펌프 장치가 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내의 온도를 제어할 수 있게 한다.

여기서, "유입공기온도"가 "30℃"를 초과할 시에, 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어하는 이유는, "유입공기온도"가 "30℃"를 초과할 경우에는, 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어하는 것이 차실내의 냉방에 유리하기 때문이다.

다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 2와 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 히트펌프 장치가 온(ON)된 상태에서(S101), 공조케이스(10)의 "유입공기온도"가 "-20℃" 이하인지를 판단한다(S103).

판단 결과, "-20℃" 이하이면, 제어부(40)는, "에어컨 전용제어모드(42)"로 진입하면서 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다(S105).

그러면, "유입공기온도" "-20℃" 이하의 조건에서, 히트펌프 장치가 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내의 온도를 제어한다.

한편, (S103) 단계에서, 판단 결과, "유입공기온도"가 "-20℃" 이하가 아니면(S103-1), 즉, "유입공기온도"가 "-20℃"를 초과하면, 제어부(40)는, "유입공기온도"가 "10℃" 이하인지를 다시 판단한다(S107).

판단 결과, "10℃" 이하이면, 제어부(40)는 "제 1에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(44)"로 진입하면서, 현재 "에어컨"이 온(ON)될 조건인지를 다시 판단한다(S109). 예를 들어, 디포깅(Defogging) 지수가 "에어컨"의 온(ON) 조건인지 또는 사용자의 수동조작에 의해 "에어컨"이 온(ON)되었는지를 판단한다.

판단 결과, "에어컨"이 온(ON)될 조건이면, 제어부(40)는, "에어컨" 온(ON) 조건임에도 불구하고 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다(111).

그러면, "유입공기온도"가 "10℃" 이하이고, "에어컨"이 온(ON)될 조건임에도 불구하고, 히트펌프 장치가 "히트펌프 모드"로 제어되면서 차실내의 온도를 제어한다.

이로써, "히트펌프 모드"의 제어시간이 증가되며, 이를 통해, 에너지 효율이 높아지면서 차량의 연비가 개선된다.

한편, (111) 단계에서, 제어부(40)는, 연결통로(20)를 개방하여 공조케이스(10)의 내부로 실외열교환기(3)의 냉풍이 도입되게 한다. 이로써, "유입공기온도" "10℃" 이하에서의 "에어컨" 온(ON) 조건에 대응할 수 있게 한다. 그 결과, "히트펌프 모드"로 제어될 지라도, "에어컨" 온(ON) 조건에 능동적으로 대응할 수 있게 된다.

다시, 도 2와 도 3을 참조하면, (S109) 단계에서, 판단 결과, "에어컨"이 온(ON)될 조건이 아니면(S109-1), 즉, "에어컨"이 오프(OFF)될 조건이면, 제어부(40)는, "유입공기온도"가 "목표토출온도" 미만 인지를 다시 판단한다(S113).

판단 결과, "유입공기온도"가 "목표토출온도" 미만이면, 제어부(40)는, 외기온도가 낮아서 차실내를 난방할 필요가 있는 것으로 판단하여 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다(S115). 그러면, 히트펌프 장치가 "히트펌프 모드"로 제어되면서 차실내를 난방한다.

한편, (S113) 단계에서의 판단 결과, "유입공기온도"가 "목표토출온도" 미만이 아니면(S113-1), 즉, "유입공기온도"가 "목표토출온도" 이상이면, 제어부(40)는, 외기온도가 높아서 차실내를 냉방할 필요가 있는 것으로 판단하여 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다(S117). 그러면, 히트펌프 장치가 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내를 냉방한다.

다시, 도 2와 도 3을 참조하면, (S107) 단계에서의 판단 결과, "유입공기온도"가 "10℃" 이하가 아니면(S107-1), 즉, "유입공기온도"가 "10℃"를 초과하면, 제어부(40)는, "유입공기온도"가 "30℃" 이하인지를 다시 판단한다(S119).

판단 결과, "30℃" 이하이면, 제어부(40)는 "제 2에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(46)"로 진입하면서, 현재 "에어컨"이 온(ON)될 조건인지를 다시 판단한다(S121). 예를 들어, 산출된 "Td"(열량지수)값이 "에어컨"의 온(ON) 조건인지, 또는 디포깅 지수가 "에어컨"의 온(ON) 조건인지, 또는 사용자의 수동조작에 의해 "에어컨"이 온(ON)되었는지를 판단한다.

판단 결과, "에어컨"이 온(ON)될 조건이면, 제어부(40)는, 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다(S117).

그러면, 히트펌프 장치가 "에어컨"의 온(ON) 조건에 대응하여 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내를 냉방한다.

한편, (S121) 단계에서의 판단 결과, "에어컨"이 온(ON)될 조건이 아니면(S121-1), 즉, "에어컨"이 오프(OFF)될 조건이면, 제어부(40)는 히트펌프 장치를 "히트펌프 모드"로 제어한다(S123).

그러면, "30℃" 이하의 조건, 특히, "마일드(Mild) 외기온조건"(10℃ ∼ 30℃)과 "에어컨" 오프(OFF) 조건에서 히트펌프 장치는 "히트펌프 모드"로 자동 제어된다.

이로써, "마일드 외기온조건"에서, "히트펌프 모드"로 작동되면서 차실내의 온도를 제어할 수 있음에도 불구하고, "에어컨 모드"로 작동되면서 차실내의 온도를 제어하는 종래의 단점을 해소할 수 있다. 그 결과, 에너지 소비를 저감할 수 있고, 이를 통해, 차량의 연비를 개선시킬 수 있다.

다시, 도 2와 도 3을 참조하면, (S119) 단계에서의 판단 결과, "유입공기온도"가 "30℃" 이하가 아니면(S119-1), 즉, "유입공기온도"가 "30℃"를 초과하면, 제어부(40)는, "에어컨 전용제어모드(42)"로 진입하면서 상기 히트펌프 장치를 "에어컨 모드"로 제어한다(S125).

그러면, 히트펌프 장치가, 고온(30℃)의 "유입공기온도"에 대응하여 "에어컨 모드"로 제어되면서 차실내의 온도를 효율좋게 냉방한다.

이와 같은 구성의 본 발명에 의하면, "에어컨"의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"를 선택적으로 작동시키되, 공조케이스(10)로 유입되는 "유입공기온도"에 따라 "에어컨"의 온(ON),오프(OFF) 조건에 대한 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"의 작동 기준이 각기 다르도록 제어한다.

따라서, 단순히 "에어컨"의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"를 선택적으로 작동시키는 종래의 기술에 비해, 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있다.

또한, 에너지 효율이 높은 "히트펌프 모드" 제어시간을 최대한 증가시킬 수 있으므로, 에너지 소비를 최대한 절감할 수 있으며, 이를 통해 차량의 연비를 개선시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

1: 압축기 3: 고압측 실내열교환기
5: 제 1바이패스 밸브(Valve) 7: 제 1팽창밸브(Valve)
9: 실외열교환기 10: 공조케이스(Case)
12: 제 2바이패스 밸브(Valve) 14: 제 2팽창밸브(Valve)
16: 저압측 실내열교환기 18: 템프도어(Temp. Door)
20: 연결통로 20a: 개폐도어(Door)
22: PTC 히터(Heater) 30: 유입공기온도 감지수단
30a: 인테이크 도어(Intake Door)
40: 제어부
42: 에어컨 전용제어모드(Mode)
44: 제 1에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(Mode)
46: 제 2에어컨 및 히트펌프 혼용제어모드(Mode)

Claims

냉매의 흐름에 따라 히트펌프 모드 또는 에어컨 모드로 작동되며, 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 상기 히트펌프 모드 또는 에어컨 모드를 선택적으로 작동시키는 제어부(40)를 포함하는 차량용 히트펌프 장치에 있어서,
공조케이스(10)의 내부로 유입되는 공기의 온도를 감지하는 유입공기온도 감지수단(30)과;
상기 제어부(40)는,
상기 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 따라 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드를 선택적으로 작동시키되, 상기 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 공조케이스(10)의 유입공기온도에 따라 상기 에어컨의 온(ON),오프(OFF) 조건에 대한 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드의 작동 기준이 각기 다르도록 제어하고;
상기 제어부(40)는,
상기 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 유입공기온도가, 미리 설정된 제 1설정온도를 초과하고 상기 제 1설정온도보다 높은 제 2설정온도 이하일 시에는, 에어컨의 온(ON) 조건이면 히트펌프 모드로 제어하고;
상기 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 유입공기온도가, 미리 설정된 제 1설정온도를 초과하고 상기 제 1설정온도보다 높은 제 2설정온도 이하일 시에는, 에어컨의 오프(OFF) 조건이면 히트펌프 모드 또는 에어컨 모드로 제어하며;
상기 유입공기온도 감지수단(30)에서 입력된 유입공기온도가, 상기 제 2설정온도를 초과하고 상기 제 2설정온도 보다 높은 제 3설정온도 이하일 시에는, 에어컨의 온(ON) 조건이면 에어컨 모드로 제어하고;
상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도가 상기 제 1설정온도 이하일 시에, 에어컨 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제어부(40)는,
상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도가 상기 제 1설정온도를 초과하고 상기 제 2설정온도 이하일 시에, 에어컨의 오프(OFF) 조건이면, 미리 산출된 목표토출온도와 상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도를 비교하여 그 크기에 따라 상기 히트펌프 모드와 에어컨 모드를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.
제 3항에 있어서,
상기 제어부(40)는,
상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도가 상기 목표토출온도 미만일 시에는, 히트펌프 모드로 제어하고,
상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도가 상기 목표토출온도 이상일 시에는 에어컨 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 제어부(40)는,
상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도가 상기 제 2설정온도를 초과하고 상기 제 3설정온도 이하일 시에, 에어컨의 오프(OFF) 조건이면, 히트펌프 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.
제 6항에 있어서,
상기 제어부(40)는,
상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도가 상기 제 3설정온도를 초과하면, 에어컨 모드로 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.
제 1항에 있어서,
상기 히트펌프 모드 작동 시에, 압축기(1)와 고압측 실내열교환기(3)와 제 1팽창밸브(5)와 실외열교환기(9)로 연결된 히트펌프 사이클을 구성하고,
상기 실외열교환기(9)에서 발생된 냉기를 상기 공조케이스(10)의 내부로 공급하는 연결통로(20) 및, 상기 연결통로(20)를 개폐하는 개폐도어(20a)를 더 구비하며;
상기 제어부(40)는,
상기 유입공기온도 감지수단(30)의 유입공기온도가 상기 제 1설정온도를 초과하고 제 2설정온도 이하이며 에어컨의 온(ON) 조건일 시에, 히트펌프 모드로 제어하되, 상기 실외열교환기(9)의 냉기가 상기 공조케이스(10)의 내부로 공급될 수 있도록, 상기 연결통로(20)를 개방하는 방향으로 상기 개폐도어(20a)를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.
제 3항, 제 4항, 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1설정온도는 -20℃이고, 상기 제 2설정온도는 10℃이며, 상기 제 3설정온도는 30℃인 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.
제 1항, 제 3항, 제 4항, 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에어컨의 온(ON) 조건은,
산출된 Td(열량지수)값이 미리 설정된 크기 이상이거나, 또는 디포깅 지수가 미리 설정된 크기 이상이거나, 또는 사용자의 수동조작에 의해 에어컨이 온(ON)되었는지 이며;
상기 에어컨의 오프(OFF) 조건은,
산출된 Td(열량지수)값이 미리 설정된 크기 미만이거나, 또는 디포깅 지수가 미리 설정된 크기 미만이거나, 또는 사용자의 수동조작에 의해 에어컨이 오프(OFF)되었는지인 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 장치.