KR102609407B1 - 차량용 공조장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수가열식 히트펌프의 차량용 공조장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 공랭식 열교환기의 열교환효율을 최대한 증진시킬 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프의 "에어컨 효율"과 "히트펌프 효율"을 높일 수 있고, 이를 통해, 히트펌프의 발열 및 냉각성능을 개선시켜 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와 수냉식 열교환기와 히트펌프모드용 팽창밸브와 공랭식 열교환기와 에어컨모드용 팽창밸브와 증발기로 구성되며, 에어컨 모드 시에는, 증발기에서 냉기를 발생시키고, 히트펌프 모드 시에는, 수냉식 열교환기에서 열을 발생시키는 히트펌프측 냉매순환라인을 포함하는 차량용 공조장치 및 그 제어방법에 있어서, 공랭식 열교환기는, 에어컨 모드와 히트펌프 모드 시에 내부의 냉매와 주변의 공기와 열교환시키며; 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라, 공랭식 열교환기와 열교환되는 공기의 종류를 서로 다르게 전환시키는 열교환공기 전환부를 더 구비한다.

Description

차량용 공조장치 및 그 제어방법{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES AND CONTROL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 수가열식 히트펌프의 차량용 공조장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공랭식 열교환기의 열교환효율을 최대한 증진시킬 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프의 "에어컨 효율"과 "히트펌프 효율"을 높일 수 있고, 이를 통해, 히트펌프의 발열 및 냉각성능을 개선시켜 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있는 차량용 공조장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 들어, 차실내를 효율좋게 냉, 난방하는 공조장치들이 다양하게 개발되고 있다. 특히, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차 등과 같은 친환경 전기차량의 차실내를 효율좋게 냉, 난방하는 공조장치들이 다양하게 개발되고 있다. 그 일례로서, 수가열식 히트펌프(Heat Pump) 공조장치가 있다.
수가열식 히트펌프 공조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 히트펌프측 냉매순환라인(10)과, 히터코어측 냉각수순환라인(20)을 포함한다.
히트펌프측 냉매순환라인(10)은, 압축기(12)와 수냉식 열교환기(14)와 히트펌프모드용 팽창밸브(15)와 공랭식 열교환기(16) 및, 서로 간에 병렬로 설치되는 다수의 에어컨모드용 팽창밸브(17)들과, 각 에어컨모드용 팽창밸브(17)들의 하류측에 설치되는 증발기(18)와 칠러(19)(Chiller)들을 구비한다.
이러한 히트펌프측 냉매순환라인(10)은, 냉방을 위한 "에어컨 모드" 시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 개방시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 거치지 않으면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 증발기(18)와 칠러(19)들에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 차실내와 배터리(도시하지 않음)와 전장품(도시하지 않음)에 전달한다. 따라서, 차실내와 배터리와 전장품을 냉각시킨다.
그리고 난방을 위한 "히트펌프 모드" 시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 온(ON)시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 통과하면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 수냉식 열교환기(14)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 히터코어측 냉각수순환라인(20)에 전달한다. 따라서, 전달된 고온의 "열"이 히터코어측 냉각수순환라인(20)의 히터코어(24)를 통해 차실내로 방출되면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
여기서, 공랭식 열교환기(16)는, "에어컨 모드" 시에 응축기 역할을 수행하고, "히트펌프 모드" 시에 증발기 역할을 수행하는데, 이때, "에어컨 모드" 시, 응축기 역할의 공랭식 열교환기(16)측 "열"은, 쿨링팬(16a)에 의해 흡입된 공기와 열교환되면서 방출되고, "히트펌프 모드" 시에, 증발기 역할의 공랭식 열교환기(16)측 "냉기"는 쿨링팬(16a)에 의해 흡입된 공기와 열교환되면서 방출된다.
히터코어측 냉각수순환라인(20)은, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)에 형성되는 내부유로(22)와, 차실내측에 설치되는 히터코어(24)와, 히터코어(24)와 수냉식 열교환기(14)의 내부유로(22) 사이에서 냉각수를 순환시키는 워터펌프(25)를 포함한다.
이러한 히터코어측 냉각수순환라인(20)은, "히트펌프 모드" 시에, 냉각수를 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)와 히터코어(24) 사이에서 순환시켜, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)에서 발생된 열을 히터코어(24)로 전달한다. 따라서, 히터코어(24)로 전달된 고온의 "열"이 차실내로 방출되면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
그리고 "에어컨 모드" 시에는, 히터코어측 냉각수순환라인(20)이, 수냉식 열교환기(14)에서 발생된 열을 라디에이터(27)측으로 전달한다. 따라서, 수냉식 열교환기(14)에서 발생된 열이 라디에이터(27)에 의해 방출될 수 있게 한다.
이러한 구성의 수가열식 히트펌프 공조장치에 의하면, 엔진의 냉각수를 이용하지 않고서도 차실내를 난방할 수 있으므로, 친환경 전기차량의 차실내 냉,난방에 매우 적합하다.
한편, 이러한 수가열식 히트펌프 공조장치는, 수냉식 열교환기(14)와 증발기(18)의 "발열" 및 "냉각" 효율을 높여 차실내의 냉,난방 성능을 높이는 것이 중요한 과제로 되고 있다.
특히, 친환경 차량의 경우, 공조장치의 "발열" 및 "냉각" 효율에 따라 차량의 연비가 많은 영향을 받으므로, 차량의 연비를 향상시키기 위해서 공조장치의 "발열" 및 "냉각" 효율을 반드시 개선시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 구조를 개선함으로써, "발열" 및 "냉각" 효율을 높일 수 있고, 이를 통해, 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있는 차량용 공조장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, "발열" 및 "냉각" 효율을 높여, 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있도록 구성함으로써, 차실내의 냉,난방 성능을 개선시킴과 아울러 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 차량용 공조장치 및 그 제어방법을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 공조장치는, 압축기와 수냉식 열교환기와 히트펌프모드용 팽창밸브와 공랭식 열교환기와 에어컨모드용 팽창밸브와 증발기로 구성되며, 에어컨 모드 시에는, 상기 증발기에서 냉기를 발생시키고, 히트펌프 모드 시에는, 상기 수냉식 열교환기에서 열을 발생시키는 히트펌프측 냉매순환라인을 포함하는 차량용 공조장치에 있어서, 상기 공랭식 열교환기는, 에어컨 모드와 히트펌프 모드 시에 내부의 냉매와 주변의 공기와 열교환시키며; 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라, 상기 공랭식 열교환기와 열교환되는 공기의 종류를 서로 다르게 전환시키는 열교환공기 전환부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 공랭식 열교환기는, 에어컨 모드 시에는 상기 에어컨모드용 팽창밸브로 도입되는 고온의 냉매를 주변의 공기와 열교환시켜 온도저하시키고, 히트펌프 모드 시에는 상기 히트펌프모드용 팽창밸브로부터 배출되는 저온의 냉매를 주변의 공기와 열교환시켜 온도상승시키며; 상기 열교환공기 전환부는, 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기측에 각기 다른 종류의 공기를 도입시켜, 모드 상태에 따라 상기 공랭식 열교환기와 열교환되는 공기의 종류를 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 열교환공기 전환부는, 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기측에 각기 다른 온도의 공기를 도입시켜, 모드 상태에 따라 상기 공랭식 열교환기와 열교환되는 공기의 온도를 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 열교환공기 전환부는, 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기와 열교환되는 공기를, 엔진룸 공기 또는 차실외 공기로 전환시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 열교환공기 전환부는, 상기 공랭식 열교환기측으로 공기를 흡입할 수 있는 쿨링팬과; 상기 공랭식 열교환기측으로 엔진룸 공기를 도입할 수 있는 엔진룸 공기 도입유로와; 상기 공랭식 열교환기측으로 차실외 공기를 도입할 수 있는 차실외 공기 도입유로와; 상기 엔진룸 공기 도입유로와 차실외 공기 도입유로 중 어느 하나를 차단할 수 있도록, 상기 엔진룸 공기 도입유로와 차실외 공기 도입유로 사이에 설치되는 열교환공기 전환도어와; 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 열교환공기 전환도어를, 상기 엔진룸 공기 도입유로를 차단하는 위치 또는 상기 차실외 공기 도입유로를 차단하는 위치로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 에어컨 모드 시에는, 차실외 공기가 상기 공랭식 열교환기측으로 도입되면서 열교환될 수 있도록, 상기 엔진룸 공기 도입유로를 차단하는 방향으로 상기 열교환공기 전환도어를 제어하고, 상기 히트펌프 모드 시에는, 엔진룸 공기가 상기 공랭식 열교환기측으로 도입되면서 열교환될 수 있도록, 상기 차실외 공기 도입유로를 차단하는 방향으로 상기 열교환공기 전환도어를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치 제어방법은, 압축기와 수냉식 열교환기와 히트펌프모드용 팽창밸브와 공랭식 열교환기와 에어컨모드용 팽창밸브와 증발기로 구성되며, 에어컨 모드 시에는, 상기 증발기에서 냉기를 발생시키고, 히트펌프 모드 시에는, 상기 수냉식 열교환기에서 열을 발생시키는 히트펌프측 냉매순환라인을 포함하는 차량용 공조장치 제어방법에 있어서, a) 에어컨 모드와 히트펌프 모드 시에 상기 공랭식 열교환기를 주변의 공기와 열교환시키되, 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라, 상기 공랭식 열교환기와 열교환되는 공기의 종류를 서로 다르게 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 a) 단계에서, 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기측에 각기 다른 온도의 공기를 도입시켜, 모드 상태에 따라 상기 공랭식 열교환기와 열교환되는 공기의 온도를 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 a) 단계에서, 상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기측에 엔진룸 공기 또는 차실외 공기를 도입시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 a) 단계에서, 상기 에어컨 모드 시에는, 상기 공랭식 열교환기측에 차실외 공기를 도입시켜, 상기 공랭식 열교환기가 차실외 공기와 열교환될 수 있게 하고, 상기 히트펌프 모드 시에는, 상기 공랭식 열교환기측에 엔진룸 공기를 도입시켜, 상기 공랭식 열교환기가 엔진룸 공기와 열교환될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치 및 그 제어방법에 의하면, 히트펌프측 냉매순환라인의 공랭식 열교환기를 공기와 열교환시키되, "에어컨 모드" 시에는, 비교적 낮은 온도의 차실외 공기와 열교환시키고, "히트펌프 모드" 시에는, 비교적 높은 온도의 엔진룸 공기와 열교환시키는 구조이므로, 공랭식 열교환기의 열교환효율을 최대한 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 공랭식 열교환기의 열교환효율을 최대한 증진시킬 수 있으므로, 히트펌프측 냉매순환라인의 "에어컨 효율"과 "히트펌프 효율"을 높일 수 있고, 이를 통해, 히트펌프측 냉매순환라인의 발열 및 냉각성능을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 히트펌프측 냉매순환라인의 발열 및 냉각성능을 개선시킬 수 있으므로, 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 히트펌프측 냉매순환라인의 발열 및 냉각성능을 개선시켜, 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있으므로, 차실내의 냉,난방 성능을 개선시킴과 아울러 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 공조장치를 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 작동예를 나타내는 작동도로서, 에어컨 모드 시의 작동예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 작동예를 나타내는 작동도로서, 히트펌프 모드 시의 작동예를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 차량용 공조장치를 구성하는 열교환공기 전환부의 설치예를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 차량용 공조장치를 구성하는 열교환공기 전환부의 다른 설치예를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 이용한 공조제어방법을 나타내는 플로우챠트이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치 및 그 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2 내지 도 4를 참조하여 수가열식 히트펌프 공조장치에 대해 간략하게 살펴본다.
수가열식 히트펌프 공조장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 히트펌프측 냉매순환라인(10)과, 히터코어측 냉각수순환라인(20)을 구비한다.
히트펌프측 냉매순환라인(10)은, 압축기(12)와 수냉식 열교환기(14)와 히트펌프모드용 팽창밸브(15)와 공랭식 열교환기(16) 및, 서로 간에 병렬로 설치되는 다수의 에어컨모드용 팽창밸브(17)들과, 각 에어컨모드용 팽창밸브(17)들의 하류측에 설치되는 증발기(18)와 칠러(19)들을 포함한다.
이러한 히트펌프측 냉매순환라인(10)은, "에어컨 모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 개방시킨다.
따라서, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 거치지 않으면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 증발기(18)와 칠러(19)들에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 차실내와 배터리(도시하지 않음)와 전장품(도시하지 않음)에 전달한다. 이로써, 차실내와 배터리와 전장품을 냉각시킨다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 온(ON)시킨다.
따라서, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(15)를 통과하면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 수냉식 열교환기(14)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 히터코어측 냉각수순환라인(20)에 전달한다. 이로써, 히터코어측 냉각수순환라인(20)로 전달된 고온의 "열"이 히터코어(24)를 통해 차실내로 방출된다.
여기서, 공랭식 열교환기(16)는, "에어컨 모드" 시에 응축기 역할을 수행하고, "히트펌프 모드" 시에 증발기 역할을 수행한다. 이때, "에어컨 모드" 시, 응축기 역할의 공랭식 열교환기(16)측 "열"은, 쿨링팬(16a)에 의해 흡입된 공기와 열교환되면서 방출되고, "히트펌프 모드" 시, 증발기 역할의 공랭식 열교환기(16)측 "냉기"는 쿨링팬(16a)에 의해 흡입된 공기와 열교환되면서 방출된다.
히터코어측 냉각수순환라인(20)은, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)에 형성되는 내부유로(22)와, 차실내측에 설치되는 히터코어(24)와, 히터코어(24)와 수냉식 열교환기(14)의 내부유로(22) 사이에서 냉각수를 순환시키는 워터펌프(25)를 포함한다.
이러한 히터코어측 냉각수순환라인(20)은, "히트펌프 모드" 시에, 냉각수를 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)와 히터코어(24) 사이에서 순환시켜, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)에서 발생된 열을 히터코어(24)로 전달한다. 따라서, 히터코어(24)로 전달된 고온의 "열"이 차실내로 방출되면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
그리고 "에어컨 모드" 시에는, 히터코어측 냉각수순환라인(20)이, 수냉식 열교환기(14)에서 발생된 열을 라디에이터(27)측으로 전달한다. 따라서, 수냉식 열교환기(14)에서 발생된 열이 라디에이터(27)에 의해 방출될 수 있게 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 특징부를 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 차량용 공조장치는, "에어컨 모드"와 "히트펌프 모드" 시, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)에 공기를 도입시켜 공랭식 열교환기(16)와 열교환시키되, 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환되는 공기의 종류를 모드 상태에 따라 서로 다르게 전환시키는 열교환공기 전환부(30)를 더 포함한다.
열교환공기 전환부(30)는, 공랭식 열교환기(16)와 열교환되는 공기를, 모드 상태에 따라 엔진룸 공기 또는 차실외 공기로 전환시키는 것으로, 공랭식 열교환기(16) 상류측으로 엔진룸 공기를 도입할 수 있는 엔진룸 공기 도입유로(32)와, 차실외 공기를 도입할 수 있는 차실외 공기 도입유로(34)를 포함한다.
엔진룸 공기 도입유로(32)는, 공랭식 열교환기(16)의 상류측과 엔진룸을 연통시키는 것으로, 엔진룸의 공기가 공랭식 열교환기(16)로 도입될 수 있게 한다. 특히, 공랭식 열교환기(16)의 쿨링팬(16a)이 작동될 시에, 쿨링팬(16a)의 흡입력에 의해 엔진룸의 공기가 흡입되면서 공랭식 열교환기(16)측으로 도입될 수 있게 한다.
따라서 도입된 엔진룸의 공기가 공랭식 열교환기(16)와 열교환될 수 있게 한다.
차실외 공기 도입유로(34)는, 공랭식 열교환기(16)의 상류측과 차실외를 연통시키는 것으로, 차실외의 공기가 공랭식 열교환기(16)로 도입될 수 있게 한다. 특히, 공랭식 열교환기(16)의 쿨링팬(16a)이 작동될 시에, 쿨링팬(16a)의 흡입력에 의해 차실외의 공기가 흡입되면서 공랭식 열교환기(16)측으로 도입될 수 있게 한다.
따라서 도입된 차실외의 공기가 공랭식 열교환기(16)와 열교환될 수 있게 한다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 열교환공기 전환부(30)는, 엔진룸 공기 도입유로(32)와 차실외 공기 도입유로(34) 사이에서 회전가능하게 설치되는 열교환공기 전환도어(35)를 더 구비한다.
열교환공기 전환도어(35)는, "차실외 공기 도입위치(A)"와 "엔진룸 공기 도입위치(B)" 사이에서 회전운동하는데, 이때, "차실외 공기 도입위치(A)"에서는 엔진룸 공기 도입유로(32)를 차단하고, "엔진룸 공기 도입위치(B)"에서는 차실외 공기 도입유로(34)를 차단한다.
이러한 열교환공기 전환도어(35)는, "차실외 공기 도입위치(A)"와 "엔진룸 공기 도입위치(B)" 사이에서 회전운동하면서 엔진룸 공기 도입유로(32)와 차실외 공기 도입유로(34) 중 어느 하나는 차단하고, 다른 하나는 개방한다.
따라서, 엔진룸 공기와 차실외 공기 중 어느 하나가, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)측으로 도입될 수 있게 한다.
그리고 본 발명의 공조장치는, 상기 열교환공기 전환도어(35)를 제어하는 제어부(36)를 더 포함한다.
제어부(36)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"에 따라 열교환공기 전환도어(35)의 위치를 제어한다.
특히, "에어컨 모드" 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, "차실외 공기 도입위치(A)"로 제어한다. 따라서, 차실외의 공기가 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)측으로 도입될 수 있게 한다.
이로써, "에어컨 모드" 시, 응축기 역할을 수행하는 공랭식 열교환기(16)가, 엔진룸 공기에 비해 상대적으로 낮은 온도를 유지하는 차실외 공기와 열교환될 수 있게 한다.
그 결과, 공랭식 열교환기(16)의 내부유로를 따라 흐르는 냉매의 냉각효율이 향상될 수 있게 한다. 이에 따라, 공랭식 열교환기(16)로부터 증발기(18)와 칠러(19)측으로 도입되는 냉매의 온도가 더 낮아질 수 있게 한다.
이로써, 증발기(18)와 칠러(19)의 냉방효율을 향상시킨다. 따라서, 차실내의 냉방성능을 향상시킨다.
한편, "히트펌프 모드" 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, "엔진룸 공기 도입위치(B)"로 제어한다. 따라서, 엔진룸의 공기가 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)측으로 도입될 수 있게 한다.
이로써, "히트펌프 모드" 시, 증발기 역할을 수행하는 공랭식 열교환기(16)가, 차실외 공기에 비해 상대적으로 높은 온도를 유지하는 엔진룸 공기와 열교환될 수 있게 한다.
그 결과, 공랭식 열교환기(16)의 내부유로를 따라 흐르는 냉매의 열교환 효율이 향상되게 한다. 이에 따라, 공랭식 열교환기(16)로부터 압축기(12)측으로 도입되는 냉매의 온도가 더 높아질 수 있게 한다.
이로써, "히트펌프"의 효율을 높여, 수냉식 열교환기(14)에서의 "발열"온도가 더 높아질 수 있게 한다. 따라서, 히터코어측 냉각수순환라인(20)으로 더 높은 온도의 열을 제공할 수 있고, 그 결과, 차실내의 난방효율이 향상될 수 있게 한다.
이러한 구조의 열교환공기 전환부(30)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 카울(Cowl)(40)측 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
즉, 차실외 공기 도입유로(34)가, 카울(40)의 공기흡입구(42)를 통해 차실외와 연통되도록 구성되고, 엔진룸 공기 도입유로(32)가 엔진룸과 연통되도록 구성된다.
따라서, 쿨링팬(16a)의 작동 시에, 카울(40)측의 차실외 공기, 또는 엔진룸측 공기가 선택적으로 공급될 수 있도록 구성된다. 이때, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)는, 카울(40)측 엔진룸 부분에 설치되어야 함은 물론이다.
한편, 열교환공기 전환부(30)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 차량의 바닥면(50)부분에 설치될 수도 있다.
즉, 차실외 공기 도입유로(34)가 차량의 언더 커버(Under Cover)(52)의 공기흡입구(54)를 통해 차실외와 연통되도록 구성되고, 엔진룸 공기 도입유로(32)가 엔진룸과 연통되도록 구성된다.
따라서, 쿨링팬(16a)의 작동 시에, 언더 커버(52)측의 차실외 공기, 또는 엔진룸측 공기가 선택적으로 공급될 수 있도록 구성된다. 이때, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)는, 차실내의 바닥면(50) 부분에 설치되어야 함은 물론이다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 차량용 공조장치를 이용한 공조제어방법을 도 3과 도 4와 도 7을 참조하여 설명한다.
먼저, 도 7을 참조하면, 공조장치가 온(ON)된 상태에서(S101), 공조장치가 "에어컨 모드" 상태인지를 판단한다(S103).
판단 결과, 공조장치가 "에어컨 모드" 상태이면, 제어부(36)는, 도 3과 도 7에 도시된 바와 같이, 열교환공기 전환도어(35)의 위치를 제어하여 차실외 공기 도입유로(34)를 개방한다(S105).
그러면, 차실외 공기 도입유로(34)를 통해 낮은 온도의 차실외 공기가 도입되고, 도입된 낮은 온도의 차실외 공기가 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)측으로 도입되면서 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환된다(S107).
따라서, 공랭식 열교환기(16)의 내부유로를 따라 흐르는 냉매의 냉각효율이 향상된다. 이로써, 공랭식 열교환기(16)에서 증발기(18)와 칠러(19)측으로 도입되는 냉매의 온도가 더 낮아진다. 그 결과, 증발기(18)와 칠러(19)의 냉방효율이 향상되어, 차실내의 냉방성능을 개선시킨다.
한편, 차실외 공기 도입유로(34)로 차실외 공기를 도입할 시에, 카울(40)측의 차실외 공기를 도입한다. 경우에 따라, 언더 커버(52)측의 차실외 공기를 도입할 수도 있다.
다시, 도 7을 참조하면, 상기 (S103) 단계에서의 판단 결과, "에어컨 모드" 상태가 아니면(S103-1), 제어부(36)는, 공조장치가 "히트펌프 모드" 상태인지를 다시 판단한다(S109).
판단 결과, 공조장치가 "히트펌프 모드" 상태이면, 제어부(36)는, 도 4와 도 7에 도시된 바와 같이, 열교환공기 전환도어(35)의 위치를 제어하여 엔진룸 공기 도입유로(32)를 개방한다(S111).
그러면, 엔진룸 공기 도입유로(32)를 통해 높은 온도의 엔진룸 공기가 도입되고, 도입된 높은 온도의 엔진룸 공기가 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)측으로 도입되면서 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환된다(S113).
따라서, 공랭식 열교환기(16)의 내부유로를 따라 흐르는 냉매의 열교환효율이 향상된다. 이로써, 공랭식 열교환기(16)에서 압축기(12)측으로 도입되는 냉매의 온도가 더 높아진다.
그 결과, "히트펌프"의 효율이 향상되어 수냉식 열교환기(14)에서의 "발열"온도가 더 높아지고, 이에 따라, 히터코어측 냉각수순환라인(20)으로 더 높은 온도의 열을 제공하여, 차실내의 난방성능을 개선시킨다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 공조장치에 의하면, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 공랭식 열교환기(16)를 공기와 열교환시키되, "에어컨 모드" 시에는, 비교적 낮은 온도의 차실외 공기와 열교환시키고, "히트펌프 모드" 시에는, 비교적 높은 온도의 엔진룸 공기와 열교환시키는 구조이므로, 공랭식 열교환기(16)의 열교환효율을 최대한 증진시킬 수 있다.
또한, 공랭식 열교환기(16)의 열교환효율을 최대한 증진시킬 수 있으므로, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 "에어컨 효율"과 "히트펌프 효율"을 높일 수 있고, 이를 통해, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 발열 및 냉각성능을 개선시킬 수 있다.
또한, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 발열 및 냉각성능을 개선시킬 수 있으므로, 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있다.
또한, 히트펌프측 냉매순환라인(10)의 발열 및 냉각성능을 개선시켜, 차실내의 냉,난방 성능을 높일 수 있으므로, 차실내의 냉,난방 성능을 개선시킴과 아울러 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.
10: 히트펌프측 냉매순환라인(Line)
12: 압축기
14: 수냉식 열교환기 15: 히트펌프모드용 팽창밸브(Valve)
16: 공랭식 열교환기 16a: 쿨링팬(Cooling Fan)
17: 에어컨모드용 팽창밸브 18: 증발기
19: 칠러(Chiller) 20: 히터코어측 냉각수순환라인
22: 내부유로 24: 히터코어(Heater Core)
25: 워터펌프(Water Pump) 30: 열교환공기 전환부
32: 엔진룸 공기 도입유로 34: 차실외 공기 도입유로
35: 열교환공기 전환도어(Door) 36: 제어부
40: 카울(Cowl) 42: 공기흡입구
50: 바닥면 52: 언더 커버(Under Cover)
54: 공기흡입구 A: 차실외 공기 도입위치
B: 엔진룸 공기 도입위치

Claims (16)

  1. 압축기(12)와 수냉식 열교환기(14)와 히트펌프모드용 팽창밸브(15)와 공랭식 열교환기(16)와 에어컨모드용 팽창밸브(17)와 증발기(18)를 포함하여 구성되는 히트펌프측 냉매순환라인(10)과, 히터코어(24)와 워터펌프(25)를 포함하여 구성되는 히터코어측 냉각수순환라인(20)을 구비하고, 에어컨 모드 시에는, 상기 증발기(18)에서 냉기를 발생시키고, 히트펌프 모드 시에는, 상기 수냉식 열교환기(14)에서 열을 발생시키는 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 공랭식 열교환기(16)는,
    에어컨 모드와 히트펌프 모드 시에 내부의 냉매와 공기를 열교환시키되, 에어컨 모드시에는 응축기의 역할을 수행하고, 히트펌프 모드시에는 증발기 역할을 수행하며;
    상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라, 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환되는 공기의 종류를 서로 다르게 전환시키는 열교환공기 전환부(30)를 더 포함하고,
    상기 공랭식 열교환기(16)는,
    에어컨 모드 시에는 상기 에어컨모드용 팽창밸브(17)로 도입되는 냉매를 주변의 공기와 열교환시켜 온도저하시키고, 히트펌프 모드 시에는 상기 히트펌프모드용 팽창밸브(15)로부터 배출되는 냉매를 주변의 공기와 열교환시켜 온도상승시키며;
    상기 열교환공기 전환부(30)는,
    상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라, 상기 공랭식 열교환기(16)측에 각기 다른 온도의 공기를 도입시켜, 모드 상태에 따라 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환되는 공기의 온도를 서로 다르게 제어하고,
    히트펌프 모드시에, 공랭식 열교환기(16)로 에어컨 모드시보다 상대적으로 높은 온도의 공기와 열교환시킴으로써, 수냉식 열교환기(14)의 발열 온도를 높여 히트펌프의 효율을 높이며,
    상기 열교환공기 전환부(30)는,
    상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환되는 공기를, 엔진룸 공기 또는 차실외 공기로 전환시키고,
    상기 열교환공기 전환부(30)는,
    상기 공랭식 열교환기(16)측으로 공기를 흡입할 수 있는 쿨링팬(16a)과;
    상기 공랭식 열교환기(16)측으로 엔진룸 공기를 도입할 수 있는 엔진룸 공기 도입유로(32)와;
    상기 공랭식 열교환기(16)측으로 차실외 공기를 도입할 수 있는 차실외 공기 도입유로(34)와;
    상기 엔진룸 공기 도입유로(32)와 차실외 공기 도입유로(34) 중 어느 하나를 차단할 수 있도록, 상기 엔진룸 공기 도입유로(32)와 차실외 공기 도입유로(34) 사이에 설치되는 열교환공기 전환도어(35)와;
    상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 열교환공기 전환도어(35)를, 상기 엔진룸 공기 도입유로(32)를 차단하는 위치 또는 상기 차실외 공기 도입유로(34)를 차단하는 위치로 제어하는 제어부(36)를 포함하며,
    상기 열교환공기 전환도어(35)는,
    상기 공랭식 열교환기(16)의 전방에 배치되어, 차실외 공기 도입위치(A)와 엔진룸 공기 도입위치(B) 사이에서 회전운동을 하고,
    상기 차실외 공기 도입위치(A)에서는, 엔진룸 공기 도입유로(32)를 차단하고 차실외 공기 도입유로(34)가 개방되도록 하며,
    상기 엔진룸 공기 도입위치(B)에서는, 차실외 공기 도입유로(34)를 차단하고 엔진룸 공기 도입유로(32)가 개방되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(36)는,
    상기 에어컨 모드 시에는, 차실외 공기가 상기 공랭식 열교환기(16)측으로 도입되면서 열교환될 수 있도록, 상기 엔진룸 공기 도입유로(32)를 차단하는 방향으로 상기 열교환공기 전환도어(35)를 제어하고,
    상기 히트펌프 모드 시에는, 엔진룸 공기가 상기 공랭식 열교환기(16)측으로 도입되면서 열교환될 수 있도록, 상기 차실외 공기 도입유로(34)를 차단하는 방향으로 상기 열교환공기 전환도어(35)를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 공랭식 열교환기(16)는, 카울(40)부근의 엔진룸측 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 열교환공기 전환부(30)의 차실외 공기 도입유로(34)는, 상기 카울(40)에 형성된 공기흡입구(42)를 통해 차실외와 연통되어 카울(40)측 차실외 공기를 도입하며,
    상기 엔진룸 공기 도입유로(32)는, 엔진룸과 연통되어 엔진룸 공기를 도입하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 공랭식 열교환기(16)는, 엔진룸의 바닥면(50) 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 열교환공기 전환부(30)의 차실외 공기 도입유로(34)는, 엔진룸의 언더 커버(Under Cover)(52)에 형성된 공기흡입구(54)를 통해 차실외와 연통되어, 상기 언더 커버(52) 하측부분의 차실외 공기를 도입하며;
    상기 엔진룸 공기 도입유로(32)는, 엔진룸과 연통되어 엔진룸 공기를 도입하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  11. 압축기(12)와 수냉식 열교환기(14)와 히트펌프모드용 팽창밸브(15)와 공랭식 열교환기(16)와 에어컨모드용 팽창밸브(17)와 증발기(18)로 구성되며, 에어컨 모드 시에는, 상기 증발기(18)에서 냉기를 발생시키고, 히트펌프 모드 시에는, 상기 수냉식 열교환기(14)에서 열을 발생시키는 히트펌프측 냉매순환라인(10)을 포함하는 차량용 공조장치 제어방법에 있어서,
    a) 에어컨 모드와 히트펌프 모드 시에 상기 공랭식 열교환기(16)를 주변의 공기와 열교환시키되,
    상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라, 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환되는 공기의 종류를 서로 다르게 전환시키는 단계를 포함하고,
    상기 a) 단계에서,
    상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기(16)측에 각기 다른 온도의 공기를 도입시켜, 모드 상태에 따라 상기 공랭식 열교환기(16)와 열교환되는 공기의 온도를 서로 다르게 제어하고,
    상기 a) 단계에서,
    상기 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 공랭식 열교환기(16)측에 엔진룸 공기 또는 차실외 공기를 도입시키며,
    히트펌프 모드시에, 공랭식 열교환기(16)로 에어컨 모드시보다 상대적으로 높은 온도의 공기와 열교환시킴으로써, 수냉식 열교환기(14)의 발열 온도를 높여 히트펌프의 효율을 높이고,
    상기 공랭식 열교환기(16)의 전방에 배치되는 열교환공기 전환도어(35)가, 차실외 공기 도입위치(A)와 엔진룸 공기 도입위치(B) 사이에서 회전운동을 하고,
    상기 차실외 공기 도입위치(A)에서는, 엔진룸 공기 도입유로(32)를 차단하고 차실외 공기 도입유로(34)가 개방되도록 하며,
    상기 엔진룸 공기 도입위치(B)에서는, 차실외 공기 도입유로(34)를 차단하고 엔진룸 공기 도입유로(32)가 개방되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치 제어방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 a) 단계에서,
    상기 에어컨 모드 시에는, 상기 공랭식 열교환기(16)측에 차실외 공기를 도입시켜, 상기 공랭식 열교환기(16)가 차실외 공기와 열교환될 수 있게 하고,
    상기 히트펌프 모드 시에는, 상기 공랭식 열교환기(16)측에 엔진룸 공기를 도입시켜, 상기 공랭식 열교환기(16)가 엔진룸 공기와 열교환될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치 제어방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 a) 단계에서,
    상기 에어컨 모드 시, 카울(40)측 차실외 공기를 상기 공랭식 열교환기(16)측에 도입시키는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치 제어방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 a) 단계에서,
    상기 에어컨 모드 시, 엔진룸의 언더 커버(Under Cover)(52) 하측부분의 차실외 공기를 상기 공랭식 열교환기(16)측에 도입시키는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치 제어방법.
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