KR102182342B1

KR102182342B1 - 차량용 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR102182342B1
Application number: KR1020150001025A
Authority: KR
Inventors: 이성제; 박태용; 안용남; 이세민
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2020-11-25
Also published as: KR20160084882A

Abstract

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 공조케이스의 출구측에 토출덕트를 설치하고 상기 토출덕트의 내부에는 가열수단을 설치함으로써, 제습모드시 상기 증발기를 통과한 건조해진 냉풍을 가열하여 온도를 높여 줌에 따라 탑승자의 쾌적성을 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{Heat pump system for vehicle}

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 공조케이스의 출구측에 토출덕트를 설치하고 상기 토출덕트의 내부에는 가열수단을 설치한 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적인 차량용 에어컨시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.

상기 에어컨시스템의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진 또는 모터의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

상기 증발기는 차량 실내측에 설치된 공조케이스의 내부에 설치되어 냉방 역할을 하게 되는데, 즉, 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

또한, 차량 실내의 난방은, 상기 공조케이스의 내부에 설치되어 엔진 냉각수가 순환하는 히터코어(미도시)를 이용하거나 또는 상기 공조케이스의 내부에 설치되는 전기가열식히터(미도시)를 이용하게 된다.

한편, 상기 응축기(2)는 차량의 전방측에 설치되어 공기와 열교환하면서 방열을 하게 된다.

최근에는, 냉동사이클만을 이용하여 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템이 개발되고 있는바, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 공조케이스(10) 내부에 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)를 좌,우 구획되게 형성하고, 상기 냉풍통로(11)에는 냉방을 위한 증발기(4)를 설치하며, 상기 온풍통로(12)에는 난방을 위한 응축기(2)를 설치한 구조이다.

이때, 상기 공조케이스(10)의 출구측에는 차실내로 공기를 공급하는 공기토출구(15)와, 차실외로 공기를 방출하는 공기방출구(16)가 형성된다.

또한, 상기 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)의 각 입구측에는 개별작동하는 블로어(20)가 각각 설치된다.

상기 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)가 좌,우(차량 폭방향)로 배치되므로, 상기 두 개의 블로어(20)도 좌,우로 배치된다.

따라서, 냉방모드시에는 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍이 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 되고, 이때 상기 온풍통로(12)의 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

난방모드시에는 상기 온풍통로(12)의 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍이 상기 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 되고, 이때 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

제습모드시에는 냉방모드 처럼 작동시켜 증발기(4)를 통과한 건조해진 냉풍을 차실내로 공급함으로써 냉방과 동시에 제습을 수행하게 된다.

그러나, 상기 종래기술은, 고온 다습한 조건에서 제습모드시에는 냉방모드 처럼 냉방과 제습을 동시에 수행하기 때문에 문제가 없으나,

외기온도가 높지 않은 다습한 조건에서 제습모드시에는 증발기(4)를 통과하면서 건조해지고 차가워진 냉풍이 차실내로 바로 공급되기 때문에 탑승자의 쾌적성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 각 블로어(20)의 토출구가 좌,우(차량 폭바향)로 나란하게 배치되고 상기 냉풍통로(11)(증발기)와 온풍통로(12)(응축기)도 좌,우(차량 폭방향)로 배치되기 때문에 시스템의 소형화가 어려운 문제도 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 공조케이스의 출구측에 토출덕트를 설치하고 상기 토출덕트의 내부에는 가열수단을 설치함으로써, 제습모드시 상기 증발기를 통과한 건조해진 냉풍을 가열하여 온도를 높여 줌에 따라 탑승자의 쾌적성을 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기, 응축기, 팽창수단, 증발기가 냉매순환라인으로 연결되어 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 입구와 출구 사이의 통로에 형성되는 구획벽에 의해 냉풍통로 및 온풍통로가 형성되며, 상기 냉풍통로에는 상기 증발기가 설치되고 상기 온풍통로에는 상기 응축기가 설치된 공조케이스와, 상기 공조케이스의 입구측에 설치되어 상기 냉풍통로 및 온풍통로로 공기를 송풍하는 송풍장치와, 상기 공조케이스의 출구측에 연결 설치되어 상기 공조케이스에서 토출되는 공기를 차실내로 공급하는 토출덕트와, 상기 토출덕트의 내부에 설치되어 토출덕트를 유동하는 공기를 가열하는 가열수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 공조케이스내의 냉풍통로에 증발기를 설치하고, 온풍통로에는 응축기를 설치한 히트 펌프 시스템에서, 상기 공조케이스의 출구측에 토출덕트를 설치하고 상기 토출덕트의 내부에는 가열수단을 설치함으로써, 제습모드시 상기 증발기를 통과한 건조해진 냉풍을 가열하여 온도를 높여 줌에 따라 탑승자의 쾌적성을 향상할 수 있다.

그리고, 상기 제1,2블로어의 사이에 하나의 인테이크덕트를 설치하여 제1,2블로어로 각각 내.외기를 공급함으로써, 두 개의 블로어를 사용하는 시스템에서 하나의 인테이크덕트를 사용하므로 공간 효율을 더욱 극대화 할 수 있다.

도 1은 일반적인 차량용 에어컨시스템의 냉동사이클을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 사시도,
도 4는 도 3에서 제1,2블로어측을 나타내는 부분 사시도,
도 5는 도 3의 A측에서 바라본 측면도,
도 6은 도 3의 B측에서 바라본 측면도,
도 7은 도4의 정면도,
도 8은 도 7에서 외기유입모드를 나타내는 단면도,
도 9는 도 7에서 기유입모드를 나타내는 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방모드를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방모드를 나타내는 도면,
도 12는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 외기온도가 낮은 조건에서 난방모드를 나타내는 도면,
도 13은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 제습모드를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 압축기(미도시) -> 응축기(102) -> 팽창수단(미도시) -> 증발기(104)를 냉매순환라인(미도시)으로 연결하여, 상기 증발기(104)를 통해 냉방을 수행하고 상기 응축기(102)를 통해 난방을 수행하는 것이다.

먼저, 상기 압축기는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(104)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 토출하게 된다.

상기 응축기(102)는, 상기 압축기에서 배출되어 응축기(102)의 내부를 유동하는 고온 고압의 기상 냉매와 상기 응축기(102)를 통과하는 공기를 상호 열교환시키게 되며, 이 과정에서 냉매는 응축되고, 공기는 가열되어 온풍으로 바뀌게 된다.

이러한 상기 응축기(102)는, 냉매순화라인(냉매파이프)을 지그재그 형태로 구성한 후 방열핀(미도시)을 설치한 구조, 또는 복수개의 튜브(미도시)를 적층하고 각 튜브의 사이에 방열핀을 설치한 구조로 구성할 수 있다.

따라서, 상기 압축기에서 배출된 고온 고압의 기상 냉매가 상기 지그재그 형태의 냉매순환라인 또는 복수개 튜브를 따라 유동하면서 공기와 열교환하여 응축되고, 이때 상기 응축기(102)를 통과하는 공기는 가열되어 온풍으로 바뀌게 되는 것이다.

그리고, 상기 팽창수단(미도시)은 상기 응축기(102)에서 배출되어 유동하는 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(104)로 보내게 된다.

상기 팽창수단으로는 팽창밸브 또는 오리피스 구조를 사용할 수 있다.

상기 증발기(104)는 상기 팽창수단에서 배출되어 유동하는 저압의 액상 냉매를 공조케이스(110)내의 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 공기를 냉각하게 된다.

계속해서, 상기 증발기(104)에서 증발하여 배출된 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기에 흡입되어 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은, 송풍장치(130)에서 송풍되는 공기가 공조케이스(110)내로 유입되어 증발기(104)를 통과하면서 증발기(104)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어지고,

차량 실내의 난방은, 송풍장치(130)에서 송풍되는 공기가 공조케이스(110)내로 유입되어 응축기(102)를 통과하면서 응축기(102)의 내부를 순환하는 고온 고압의 기상 냉매의 방열로 가열되어 뜨거워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

그리고, 상기 공조케이스(110)는, 공조케이스(110)의 입구와 출구 사이의 통로에 형성되는 구획벽(113)에 의해 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)가 구획 형성된다.

즉, 상기 구획벽(113)은, 상기 공조케이스(110)의 내부 통로를 상,하로 구획하도록 형성된다.

이로인해, 상기 냉풍통로(111)는 상기 구획벽(113)을 기준으로 상부에 배치되고, 상기 온풍통로(112)는 상기 구획벽(113)을 기준으로 하부에 배치된다.

또한, 상기 냉풍통로(111)에는 상기 증발기(104)가 설치되고, 상기 온풍통로(112)에는 상기 응축기(102)가 설치되는데, 상기 냉풍통로(111)와 온풍통로(112)의 상,하 배치 구조로 인해 상기 증발기(104)와 상기 응축기(102)도 상,하로 배치되게 된다.

다시말해, 상기 제1,2블로어(130a,130b) 모터(133,137)의 회전축이 향하는 축방향에 대해 직각방향으로 상기 증발기(104)와 응축기(102)가 배치되는 것이다.

한편, 상기 냉풍통로(111)에 설치되는 증발기(104)와 상기 온풍통로(112)에 설치되는 응축기(102)는 각각 수평으로 ?또賤側? 설치되는데. 이때 상기 증발기(104)와 응축기(102)는 상기 구획벽(113)과 수평으로 설치될 수도 있으나 도면과 같이 구획벽(113)과 일정각도 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 구획벽(113)에는 상기 온풍통로(112)내의 응축기(102)를 통과한 온풍 일부를 상기 냉풍통로(111)측으로 바이패스시키는 바이패스통로(114)가 관통 형성된다.

이때, 상기 바이패스통로(114)에는 바이패스통로(114)를 개폐하는 바이패스도어(115)가 설치된다.

상기 바이패스도어(115)는 냉방모드시 상기 바이패스통로(114)를 폐쇄하고, 난방모드시에는 상기 바이패스통로(114)를 선택적으로 개폐하게 된다.

따라서, 상기 바이패스도어(115)가 바이패스통로(114)를 폐쇄한 상태에서 냉방모드시에는 상기 냉풍통로(111)를 유동하면서 증발기(104)에 의해 냉각된 냉풍이 차실내로 공급되어 냉방을 수행하고, 난방모드시에는 상기 온풍통로(112)를 유동하면서 응축기(102)에 의해 가열된 온풍이 차실내로 공급되어 난방을 수행하게 된다.

또한, 난방모드시, 상기 바이패스도어(115)가 바이패스통로(114)를 개방한 경우에는, 상기 온풍통로(112)를 유동하면서 응축기(102)에 의해 가열된 온풍의 일부가 상기 바이패스통로(114)를 통해 냉풍통로(111)측으로 바이패스되어 증발기(104)측으로 공급됨으로써, 상기 증발기(104)측으로 유입되는 풍량을 증대하고, 극저온 환경에서도 상기 증발기(104)로 유입되는 공기의 온도가 높아져 상기 증발기(104)가 원활하게 흡열 하게 되고, 이로인해 시스템내의 냉매 온도 및 압력이 높아져 차실내로 토출되는 공기의 온도가 높아지면서 난방성능을 향상할 수 있다.

아울러, 상기 응축기(102)에 의해 가열된 온풍의 일부를 상기 증발기(104)측으로 공급함으로써, 상기 증발기(104)의 착상도 방지할 수 있다.

그리고, 상기 응축기(102)는 상기 온풍통로(112)내에서 공기유동방향으로 상기 바이패스통로(114) 보다 상류측에 설치된다. 따라서, 상기 응축기(102)를 통과하면서 가열된 온풍이 상기 바이패스통로(114)를 통해 상기 증발기(104)측으로 공급될 수 있는 것이다.

한편, 상기 증발기(104)는, 상기 냉풍통로(111)내에서 공기유동방향으로 상기 바이패스통로(114) 보다 하류측에 설치된다. 따라서, 상기 바이패스통로(114)를 통해 바이패스하는 온풍이 상기 증발기(104)를 통과하게 되는 것이다.

그리고, 상기 공조케이스(110)의 입구측에는 상기 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)로 공기를 송풍하는 송풍장치(130)가 설치된다.

상기 송풍장치(130)는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구(111a)측에 토출구(134)가 연결되어 냉풍통로(111)측으로 공기를 송풍하는 제1블로어(130a)와, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 입구(112a)측에 토출구(138)가 연결되어 온풍통로(112)측으로 공기를 송풍하는 제2블로어(130b)로 이루어진다.

상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)는, 차량의 폭방향으로 서로 이격되어 마주하도록 배치된다.

상기 제1블로어(130a)는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구(111a)측에 연결되도록 상기 토출구(134)를 구비한 스크롤케이스(131)와, 상기 스크롤케이스(131)의 내부에 회전가능하게 설치되는 송풍팬(132)과, 상기 스크롤케이스(131)의 일측면에 형성되어 내,외기가 유입되는 인렛링(131a)과, 상기 스크롤케이스(131)의 타측면에 설치되어 상기 송풍팬(132)을 회전시키는 모터(133)로 이루어진다.

상기 인렛링(131a)은, 상기 스크롤케이스(131)에서 인테이크덕트(140)가 결합되는 일측면에 형성된다.

상기 제2블로어(130b)는, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 입구(112a)측에 연결되도록 상기 토출구(138)를 구비한 스크롤케이스(135)와, 상기 스크롤케이스(135)의 내부에 회전가능하게 설치되는 송풍팬(136)과, 상기 스크롤케이스(135)의 일측면에 형성되어 내,외기가 유입되는 인렛링(135a)과, 상기 스크롤케이스(135)의 타측면에 설치되어 상기 송풍팬(136)을 회전시키는 모터(137)로 이루어진다.

상기 인렛링(135a)은, 상기 스크롤케이스(135)에서 인테이크덕트(140)가 결합되는 일측면에 형성된다.

상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)는, 각각의 모터(133,137) 회전축이 동일 방향이 되도록 설치된다.

또한, 상기 제1블로어(130a)의 인렛링(131a)과 상기 제2블로어(130b)의 인렛링(135a)은 서로 마주하도록 형성된다.

한편, 상기 제1,2블로어(130a,130b)의 스크롤케이스(131,135)는, 각각 내부에 설치된 송풍팬(132,136)을 중심으로 스크롤 형태로 형성된다. 따라서, 상기 스크롤케이스(131,135)의 내부에서 상기 송풍팬(132,136) 둘레의 공기통로는 스크롤 시작지점에서부터 끝지점으로 갈수록 그 단면적이 점차 커지게 된다.

아울러, 상기 제1,2블로어(130a,130b)의 토출구(134,138)는, 상기 스크롤케이스(131,135)의 스크롤 형상 끝지점에서부터 연장 형성되어 상기 냉,온풍통로(111,112)와 연결되게 된다.

그리고, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)는, 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)가 서로 엇갈리게 배치되도록 설치된다.

이때, 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)는, 서로 상,하로 엇갈리게 배치된다.

즉, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)가 차량의 폭방향으로 나란하게 배치된 상태에서, 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)가 서로 상,하로 엇갈리게 배치됨으로써, 이러한 제1,2블로어(130a,130b)의 배치 구조로 인해 상기 냉풍통로(111)의 증발기(104)와 온풍통로(112)의 응축기(102)를 상,하로 배치할 수 있어 시스템의 소형화가 용이하고 이로인해 시스템의 크기 및 비용을 줄일 수 있다.

다시말해, 상,하로 배치된 냉풍통로(111)와 온풍통로(102)에 각각 공기를 송풍할 수 있도록 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)를 상,하로 엇갈리게 배치하여, 제1블로어(130a)의 토출구(134)는 냉풍통로(111)에 연결하고 제2블로어(130b)의 토출구(138)는 온풍통로(112)에 연결한 것이다.

또한, 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)가 서로 상,하로 엇갈리게 배치된 경우, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)는 각각의 스크롤케이스(131,135)의 스크롤방향이 반대가 되도록 설치되게 된다.

즉, 도 4를 참조하면, 상기 제1블로어(130a)의 스크롤케이스(131)는 스크롤방향이 시계방향으로 형성되어 스크롤케이스(131)내에서도 시계방향으로 공기가 유동한 후 냉풍통로(111)로 송풍되고,

상기 제2블로어(130b)의 스크롤케이스(135)는 스크롤방향이 반시계방향으로 형성되어 스크롤케이스(135)내에서도 반시계방향으로 공기가 유동한 후 온풍통로(112)로 송풍되게 된다.

이와 같이, 상기 제1,2블로어(130a,130b)의 각 스크롤케이스(131,135)의 스크롤방향이 반대로 형성되면서 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)가 상,하로 엇갈리게 배치되고, 이러한 배치 구조로 인해 상기 제1,2블로어(130a,130b)를 공용화할 수 있으며, 즉 상기 제1,2블로어(130a,130b)에 설치된 두 개의 모터(133,137)를 공용화할 수 있어 패키지 구성을 최소화 하면서 공간 효율을 극대화 할 수 있다.

그리고, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에는, 상기 제1,2블로어(130a,130b)로 각각 내,외기를 공급할 수 있도록 상기 제1,2블로어(130a,130b)와 연통되게 연결되는 인테이크덕트(140)가 설치된다.

즉, 상기 인테이크덕트(140)는, 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에 하나가 설치되어, 상기 제1,2블로어(130a,130b)가 상기 하나의 인테이크덕트(140)를 공용으로 사용하게 되는 것이다.

이처럼, 상기 인테이크덕트(140)를 상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에 설치함으로써, 각각 개별 작동하는 두 개의 블로어(130a,130b)를 사용하는 시스템에서 하나의 인테이크덕트(140)를 사용하므로 공간 효율을 극대화 할 수 있고, 이로인해 시스템의 크기 및 비용을 줄일 수 있다.

상기 인테이크덕트(140)는, 외기를 유입하는 외기유입구(141)와, 내기를 유입하는 내기유입구(142)와, 상기 내기유입구(142)와 외기유입구(141)의 사이에 각각 설치되며, 상기 제1블로어(130a)에 대해 상기 내,외기유입구(141,142)를 선택적으로 개방하는 제1내외기전환도어(147) 및 상기 제2블로어(130b)에 대해 상기 내,외기유입구(141,142)를 선택적으로 개방하는 제2내외기전환도어(148)로 이루어진다.

도면에서와 같이 상기 외기유입구(141)는 인테이크덕트(140)의 상부에 형성되고, 내기유입구(142)는 인테이크덕트(140)의 하부에 형성되는 것이 바람직하지만, 그 위치는 변경 가능하다.

상기 제1내외기전환도어(147)는 돔형 도어로 이루어져 상기 제1블로어(130a)의 일측에 배치되고, 상기 제2내외기전환도어(148)도 돔형 도어로 이루어져 상기 제2블로어(130b)의 일측에 배치된다.

이때, 상기 제1내외기전환도어(147)의 회전축은 상기 제1블로어(130a) 모터(133)의 회전축과 직각 방향으로 배치되고, 상기 제2내외기전환도어(148)의 회전축은 상기 제2블로어(130b) 모터(137)의 회전축과 직각 방향으로 배치된다.

상기 제1내외기전환도어(147)와 제2내외기전환도어(148)는, 돔형 도어 타입 뿐만 아니라, 플랫 도어 타입(센터 피봇 플랫 도어 또는 엔드 피봇 플랫 도어), 슬라이딩 도어 타입 등 다양한 타입의 도어를 사용할 수 있다.

한편, 상기 인테이크덕트(140)의 외측면에는 상기 제1내외기전환도어(147)와 제2내외기전환도어(148)를 구동하기 위한 액츄에이터가 설치된다.

그리고, 상기 인테이크덕트(140)의 내부에는, 상기 외기유입구(141)와 제1블로어(130a)를 연통시키는 제1외기유입통로(143) 및 상기 내기유입구(142)와 제1블로어(130a)를 연통시키는 제1내기유입통로(144)와, 상기 외기유입구(141)와 제2블로어(130b)를 연통시키는 제2외기유입통로(145) 및 상기 내기유입구(142)와 제2블로어(130b)를 연통시키는 제2내기유입통로(146)가 형성된다.

이때, 상기 제1내외기전환도어(147)는, 상기 제1외기유입통로(143)와 제1내기유입통로(144)를 개폐하도록 설치되고, 상기 제2내외기전환도어(148)는, 상기 제2외기유입통로(145)와 제2내기유입통로(146)를 개폐하도록 설치된다.

이처럼, 하나의 인테이크덕트(140)를 상기 제1,2블로어(130a,130b)의 사이에 설치하고, 상기 인테이크덕트(140)의 내부에는 두 개의 내외기전환도어(147,148)를 설치하여, 상기 인테이크덕트(140)의 내,외기유입구(141,142)로 유입되는 내,외기를 상기 제1,2블로어(130a,130b)에 선택적으로 공급할 수 있다.

즉, 도 8과 같이 상기 제1,2내외기전환도어(147,148)의 제어를 통해 상기 제1,2블로어(130a,130b)측으로 동시에 외기를 공급하거나 또는 도 9와 같이 상기 제1,2블로어(130a,130b)측으로 동시에 내기를 공급할 수 있다.

물론, 도면에 도시하지 않았지만 상기 제1,2내외기전환도어(147,148)의 제어를 통해 상기 제1블로어(130a)측으로는 내기를 공급하고, 상기 제2블로어(130b)측으로는 외기를 공급할 수 있고, 또는 그 반대로도 가능하다.

한편, 상기 인테이크덕트(140)의 외기유입구(141)는 차량의 외부와 연통되고, 상기 인테이크덕트(140)의 내기유입구(142)는 차량실내와 연통된다.

이때, 상기 공조케이스(110)에는, 상기 인테이크덕트(140)의 내기유입구(142)와 차량 실내를 연결하는 내기유입덕트(142a)가 설치된다.

또한, 상기 외기유입구(141)와 내기유입구(142)에는, 각각 에어필터(141a,142a)가 설치되어, 외기유입구(141)와 내기유입구(142)로 유입되는 공기 중에 포함된 불순물을 제거하게 된다.

그리고, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 출구에는, 상기 증발기(104)를 통과한 냉풍을 차실내로 토출하는 냉풍토출구(111b) 및 차실외로 방출하는 냉풍방출구(119a)와, 상기 냉풍토출구(111b)와 냉풍방출구(119a)를 개폐하는 냉풍 모드도어(120)가 구비되고,

상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 출구에는, 상기 응축기(102)를 통과한 온풍을 차실내로 토출하는 온풍토출구(112b) 및 차실외로 방출하는 온풍방출구(119b)와, 상기 온풍토출구(112b)와 온풍방출구(119b)를 개폐하는 온풍 모드도어(121)가 구비된다.

상기 냉풍 모드도어(120)와 온풍 모드도어(121)는 돔형 도어로 구성된다.

따라서, 냉방모드시에는 도 10과 같이 상기 냉풍토출구(111b)와 온풍방출구(119b)가 개방되어, 상기 냉풍통로(111)를 유동하는 공기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 후 냉풍토출구(111b)를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 되고, 이때 상기 온풍통로(112)를 유동하는 공기는 응축기(102)를 통과하면서 가열된 후 온풍방출구(119b)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

난방모드시에는 도 11과 같이 온풍토출구(112b)와 냉풍방출구(119a)가 개방되어, 상기 온풍통로(112)를 유동하는 공기는 응축기(102)를 통과하면서 가열된 후 온풍토출구(112b)를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 되고, 이때 상기 냉풍통로(111)를 유동하는 공기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 후 냉풍방출구(119a)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

그리고, 상기 공조케이스(110)의 출구측에는 상기 공조케이스(110)에서 토출되는 공기를 차실내로 공급하는 토출덕트(150)가 연결 설치된다.

상기 토출덕트(150)는, 상기 냉풍토출구(111b) 및 온풍토출구(112b)와 연통되게 설치되어, 상기 냉풍토출구(111b)나 온풍토출구(112b)를 통해 토출되는 공기를 차실내로 유동시키게 된다.

또한, 상기 토출덕트(150)의 내부에는, 상기 토출덕트(150)를 유동하는 공기를 가열하는 가열수단(160)이 설치된다.

상기 가열수단(160)은, 전기가열식 히터(161)인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 토출덕트(150)의 내부에는, 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)와 상기 가열수단(160)을 바이패스하는 통로(P1)의 개도를 조절하는 도어(165)가 설치된다.

상기 도어(165)는, 냉방모드시 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 폐쇄하고, 난방모드시는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 선택적으로 개방하게 된다. 즉, 난방모드시 상기 응축기(102)만으로도 충분한 난방이 가능한 경우에는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 폐쇄하게 되고, 그렇지 않은 경우에는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 개방하게 된다.

일예로, 난방모드시, 외기온도가 극하게 낮은 조건에서는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 개방하여 상기 응축기(102)를 통과하면서 가열된 공기를 상기 가열수단(160)을 통해 재차 가열함으로써 보조적인 난방 역할을 하게 된다.

그리고, 제습모드시, 고온 다습한 경우에는 상기 냉방모드처럼 작동시키게 되는데, 즉, 상기 응축기(102)를 통과한 온풍은 외부로 배출하고, 상기 증발기(104)를 통과한 냉풍은 상기 토출덕트(150)를 통해 차실내로 공급하게 된다.

이때, 상기 응축기(102)를 통과한 온풍은 전부 또는 일부를 외부로 배출할 수 있다.

따라서, 상기 증발기(104)를 통과한 건조하고 차가운 냉풍을 이용하여 차실내의 냉방과 동시에 제습 효과를 충분히 얻을 수 있다.

그런데, 제습모드시 외기온도가 높지 않은 조건(10℃ 내외)에서 다습한 경우(강우 조건 등)에는, 상기 증발기(104)를 통과한 건조하고 차가운 냉풍을 그대로 차실내로 공급하게 되면 탑승자의 불만을 초래하게 되므로, 위와 같은 조건에서의 제습모드시에는 상기 도어(165)를 통해 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 개방하여, 상기 증발기(104)를 통과한 건조하고 차가운 냉풍을 가열하게 됨으로써 탑승자의 쾌적성을 향상하면서 제습효과를 동시에 얻을 수 있다.

한편, 제습모드시에는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111)로 외기를 유입하고, 온풍통로(112)는 내기를 유입하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉매유동과정을 설명하기로 한다.

먼저, 상기 압축기에서 압축되어 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 응축기(102)로 유입된다.

상기 응축기(102)로 유입된 기상 냉매는, 응축기(102)를 통과하는 공기와 열교환하게 되고, 이 과정에서 냉매가 냉각되면서 액상으로 상변화하게 된다.

상기 응축기(102)에서 배출된 액상냉매는, 상기 팽창수단으로 유입되어 감압 팽창 된다.

상기 팽창수단에서 감압 팽창된 냉매는, 저온 저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(104)로 유입되고, 상기 증발기(104)로 유입된 냉매는 증발기(104)를 통과하는 공기와 열교환하여 증발하게 된다.

이후, 상기 증발기(104)에서 배출된 저온 저압의 냉매는, 상기 압축기로 유입된 후 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

이하, 냉방모드, 난방모드, 외기온도가 낮은 조건에서 난방모드, 제습모드시의 공기유동과정을 설명하기로 한다.

가. 냉방모드

냉방모드시에는, 도 10과 같이, 상기 냉풍 모드도어(120)가 상기 냉풍토출구(111b)를 개방하도록 작동하고, 상기 온풍 모드도어(121)는 상기 온풍방출구(119b)를 개방하도록 작동하게 된다.

그리고, 상기 제1,2내외기전환도어(147,148)가 작동하여 상기 냉풍통로(111)측 제1블로어(130a)에 대해서는 제1내기유입통로(144)를 개방하고, 상기 온풍통로(112)측 제2블로어(130b)에 대해서는 제2외기유입통로(145)를 개방하게 된다.

또한, 상기 토출덕트(150)내의 도어(165)는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 폐쇄하게 된다.

따라서, 상기 제1,2블로어(130a,130b)가 작동하게 되면, 상기 인테이크덕트(140)로 유입되는 내기는 상기 제1블로어(130a)로 흡입된 후 상기 냉풍통로(111)로 공급되고, 외기는 상기 제2블로어(130b)로 흡입된 후 상기 온풍통로(112)로 공급된다.

상기 냉풍통로(111)로 공급되는 내기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각되고, 이후, 냉풍토출구(111b)로 토출된 후 토출덕트(150)를 통해 차실내로 공급되어 냉방하게 된다.

이때, 상기 온풍통로(112)로 공급되는 외기는 응축기(102)를 통과하면서 가열된 후 온풍방출구(119b)를 통해 차실외로 배출된다.

나.난방모드

난방모드시에는, 도 11과 같이, 상기 온풍 모드도어(121)가 온풍토출구(112b)를 개방하도록 작동하고, 상기 냉풍 모드도어(120)는 상기 냉풍방출구(119a)를 개방하도록 작동하게 된다.

또한, 상기 토출덕트(150)내의 도어(165)는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 개방하게 된다. 물론, 주변 조건에 따라 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 폐쇄할 수도 있다.

상기 온풍통로(112)로 공급되는 외기는 응축기(102)를 통과하면서 가열되고, 이후, 온풍토출구(112b)로 토출된 후 토출덕트(150)를 유동하는 과정에서 가열수단(160)에 의해 재차 가열된 후 차실내로 토출되어 난방하게 된다.

이때, 상기 냉풍통로(111)로 공급되는 내기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 후 냉풍방출구(119a)를 통해 차실외로 배출된다.

다. 외기온도가 낮은 조건에서 난방모드

극저온 환경과 같이 외기온도가 낮은 조건에서 난방모드시에는, 도 12와 같이, 상기 온풍 모드도어(121)가 온풍토출구(112b)를 개방하도록 작동하고, 상기 냉풍 모드도어(120)는 상기 냉풍방출구(119a)를 개방하도록 작동하게 된다.

또한, 상기 바이패스도어(115)가 바이패스통로(114)를 개방하도록 작동하게 된다.

또한, 상기 온풍통로(112)의 응축기(102)를 통과하면서 가열된 온풍의 일부는 상기 바이패스통로(114)를 통해 냉풍통로(111)측으로 바이패스되어 증발기(104)측으로 공급됨으로써, 상기 증발기(104)측으로 유입되는 풍량을 증대하고, 극저온 환경에서도 상기 증발기(104)로 유입되는 공기의 온도가 높아지며, 이로인해 시스템내의 냉매 온도 및 압력이 높아져 차실내로 토출되는 공기의 온도가 높아지면서 난방성능을 향상할 수 있다.

라. 제습모드

제습모드시에는, 도 13과 같이, 상기 냉풍 모드도어(120)가 상기 냉풍토출구(111b)를 개방하도록 작동하고, 상기 온풍 모드도어(121)는 상기 온풍방출구(119b)를 개방하도록 작동하게 된다.

그리고, 상기 제1,2내외기전환도어(147,148)가 작동하여 상기 냉풍통로(111)측 제1블로어(130a)에 대해서는 제1외기유입통로(143)를 개방하고, 상기 온풍통로(112)측 제2블로어(130b)에 대해서는 제2내기유입통로(146)를 개방하게 된다.

또한, 상기 토출덕트(150)내의 도어(165)는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 개방하게 된다.

따라서, 상기 제1,2블로어(130a,130b)가 작동하게 되면, 상기 인테이크덕트(140)로 유입되는 외기는 상기 제1블로어(130a)로 흡입된 후 상기 냉풍통로(111)로 공급되고, 내기는 상기 제2블로어(130b)로 흡입된 후 상기 온풍통로(112)로 공급된다.

상기 냉풍통로(111)로 공급되는 외기는 증발기(104)를 통과하면서 건조(제습) 및 냉각되고, 이후, 냉풍토출구(111b)로 토출된 후 토출덕트(150)를 유동하는 과정에서 가열수단(160)에 의해 가열되어 온도가 높아진 후 차실내로 공급되어 제습 및 쾌적성을 유지하게 된다.

한편, 상기 온풍통로(112)로 공급되는 내기는 응축기(102)를 통과하면서 가열된 후 온풍방출구(119b)를 통해 차실외로 배출된다.

상기의 제습모드는 외기온도가 높지 않은 조건(10℃ 내외)의 다습한 경우이며, 만일 고온 다습한 경우에는 상기 도어(165)가 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 폐쇄하거나 가열수단(160)의 열원을 차단하게 된다.

102: 응축기 104: 증발기
110: 공조케이스 111: 냉풍통로
112: 온풍통로 113: 구획벽
114: 바이패스통로 115: 바이패스도어
119a: 냉풍방출구 119b: 온풍방출구
120: 냉풍 모드도어 121: 온풍 모드도어
130: 송풍장치 130a: 제1블로어
130b: 제2블로어 131,135: 스크롤케이스
132,136: 송풍팬 133,137: 모터
134,138: 토출구
140: 인테이크덕트 141: 외기유입구
142: 내기유입구 142a: 내기유입덕트
143: 제1외기유입통로 144: 제1내기유입통로
145: 제2외기유입통로 146: 제2내기유입통로
147: 제1내외기전환도어 148: 제2내외기전환도어
150: 토출덕트 160: 가열수단
161: 전기가열식 히터 165: 도어

Claims

압축기, 응축기(102), 팽창수단, 증발기(104)가 냉매순환라인으로 연결되어 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
입구와 출구 사이의 통로에 형성되는 구획벽(113)에 의해 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)가 형성되며 상기 냉풍통로(111)에는 상기 증발기(104)가 설치되고 상기 온풍통로(112)에는 상기 응축기(102)가 설치된 공조케이스(110)와, 상기 공조케이스(110)의 입구측에 설치되어 상기 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)로 공기를 송풍하는 송풍장치(130)와, 상기 공조케이스(110)의 출구측에 연결 설치되어 상기 공조케이스(110)에서 토출되는 공기를 차실내로 공급하는 토출덕트(150)와, 상기 토출덕트(150)의 내부에 설치되어 토출덕트(150)를 유동하는 공기를 가열하는 가열수단(160)을 포함하여 이루어지며,
상기 송풍장치(130)는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구(111a)측에 토출구(134)가 연결되어 냉풍통로(111)측으로 공기를 토출하는 제1블로어(130a)와, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 입구(112a)측에 토출구(138)가 연결되어 온풍통로(112)측으로 공기를 토출하는 제2블로어(130b)로 이루어지고, 상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)는 서로 엇갈리게 배치되며,
상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)는 차량의 폭방향으로 배치되고, 상기 구획벽(113)은 상기 공조케이스(110)의 내부를 상,하로 구획하며,
상기 냉풍통로(111)는 상기 구획벽(113)을 기준으로 상부에 배치되고, 상기 온풍통로(112)는 상기 구획벽(113)을 기준으로 하부에 배치되며,
상기 제1블로어(130a)의 토출구(134)와 제2블로어(130b)의 토출구(138)는, 서로 상,하로 엇갈리게 배치되고,
상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)의 사이에는, 상기 제1,2블로어(130a,130b)로 각각 내,외기를 공급하는 하나의 인테이크덕트(140)가 연통되게 설치되어, 상기 제1,2블로어(130a,130b)가 상기 하나의 인테이크덕트(140)를 공용으로 사용하도록 하되,
상기 인테이크덕트(140)에는 차량 폭 방향에 대해 교차하는 방향으로 외기유입구(141)가 상부에 내기유입구(142)가 하부에 배치된 상태에서, 상기 제1 블로어(130a)의 토출구(134)가 냉풍통로(111)와 연계되기 위해 상부측으로 연장되고, 제2 블로어(130b)의 토출구(138)가 온풍통로(112)와 연계되기 위해 하부측으로 연장되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 토출덕트(150)의 내부에는, 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)와 상기 가열수단(160)을 바이패스하는 통로(P1)의 개도를 조절하는 도어(165)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 가열수단(160)은, 전기가열식 히터(161)인 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
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제 1 항에 있어서,
상기 제1블로어(130a)는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구(111a)측에 연결되도록 상기 토출구(134)를 구비한 스크롤케이스(131)와, 상기 스크롤케이스(131)의 내부에 회전가능하게 설치되는 송풍팬(132)과, 상기 스크롤케이스(131)의 일측면에 형성되어 인테이크덕트(140)로부터 내,외기가 유입되는 인렛링(131a)과, 상기 스크롤케이스(131)의 타측면에 설치되어 상기 송풍팬(132)을 회전시키는 모터(133)로 이루어지고,
상기 제2블로어(130b)는, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 입구(112a)측에 연결되도록 상기 토출구(138)를 구비한 스크롤케이스(135)와, 상기 스크롤케이스(135)의 내부에 회전가능하게 설치되는 송풍팬(136)과, 상기 스크롤케이스(135)의 일측면에 형성되어 인테이크덕트(140)로부터 내,외기가 유입되는 인렛링(135a)과, 상기 스크롤케이스(135)의 타측면에 설치되어 상기 송풍팬(136)을 회전시키는 모터(137)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 인테이크덕트(140)는,
외기를 유입하는 외기유입구(141)와,
내기를 유입하는 내기유입구(142)와,
상기 내기유입구(142)와 외기유입구(141)의 사이에 각각 설치되며, 상기 제1블로어(130a)에 대해 상기 내,외기유입구(141,142)를 선택적으로 개방하는 제1내외기전환도어(147) 및 상기 제2블로어(130b)에 대해 상기 내,외기유입구(141,142)를 선택적으로 개방하는 제2내외기전환도어(148)를 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 인테이크덕트(140)의 내부에는, 상기 외기유입구(141)와 제1블로어(130a)를 연통시키는 제1외기유입통로(143) 및 상기 내기유입구(142)와 제1블로어(130a)를 연통시키는 제1내기유입통로(144)와, 상기 외기유입구(141)와 제2블로어(130b)를 연통시키는 제2외기유입통로(145) 및 상기 내기유입구(142)와 제2블로어(130b)를 연통시키는 제2내기유입통로(146)가 형성되고,
상기 제1내외기전환도어(147)는, 상기 제1외기유입통로(143)와 제1내기유입통로(144)를 개폐하도록 설치되며,
상기 제2내외기전환도어(148)는, 상기 제2외기유입통로(145)와 제2내기유입통로(146)를 개폐하도록 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
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제 2 항에 있어서,
제습모드시,
상기 응축기(102)를 통과한 온풍은 전부 또는 일부를 외부로 배출하고,
상기 증발기(104)를 통과한 냉풍은 상기 토출덕트(150)를 통해 차실내로 공급하며,
상기 도어(165)는 상기 가열수단(160)을 통과하는 통로(P2)를 개방하도록 작동하여,
상기 증발기(104)를 통과한 건조하고 차가운 냉풍을 상기 토출덕트(150)내의 가열수단(160)을 통해 가열하도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.