KR20010007279A - 히트펌프식 차량용 공조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 난방운전시에 엔진 폐열 등을 유효하게 이용하여 난방능력을 향상시킬 수 있는 히트펌프식 차량용 공조장치의 제공을 목적으로 한다. 본 발명의 장치는 냉매와 차 실내공기와의 사이에 열교환을 행하는 실내 열교환기(25)와, 동력실 내에 설치된 냉매와 외기와의 사이에 열교환을 행함과 동시에 외기 흡입용 팬(22)을 구비한 실외 열교환기(21)와, 압축기(31), 드로틀링 저항(34) 및 사방밸브(33)을 구비하여 구성 콤프레서부(20)가 냉매유로(30)에 의해 연결되어, 상기 냉매의 흐름방향을 절환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서, 난방운전 중 상기 동력실 내의 온도가 소정치 이상으로 된 후, 상기 외기 흡입용 팬(22)을 역전시켜 동력실 내로부터 고온공기를 외부로 토출하도록 구성하였다.

Description

히트펌프식 차량용 공조장치{Vehicular air conditioner using heat pump}

본 발명은 자동차 등의 차량에 설치되는 히트펌프식 차량용 공조장치에 관한것이다.

근년, 대기환경에의 개선요구, 지구환경문제에 따라, 저공해차, 대체 에너지차에 대한 도입 요구가 높아지고 있다. 이 중에서, 에너지원을 천연가스 등으로 치환하는 경우는 기본적으로는 연료만의 변경이며, 내연기관 엔진(이하 엔진이라 함)은 그대로 있기 때문에, 공조장치(이하 에어콘이라 함)에 관한 기본적인 변경은 필요하지 않다.

그러나, 대체 에너지 차의 유력후보의 하나인 전기자동차나 하이브리드차(구동원으로서 전동모터와 엔진을 병용)에 종래차의 에어콘을 그대로 적용하면, 난반운전시의 열원이나 냉방운전시의 압축기 구동원을 재고할 필요가 있다.

즉, 난방운전할 때에는 전가 자동차의 경우 종래차와 같이 가열원으로 되는 엔진 냉각수가 전혀 없으며, 하이브리드 차에선 엔진을 정지하여 전동모터만으로 주행한다고 하는 모터주행모드가 있어 충분한 온수가 얻어지지 않는 문제가 발생하게 된다.

또한, 냉방운전시에, 종래차와 같이 압축기의 구동원을 엔진만으로 하게 할 수 없어, 다른 구동원을 설치할 필요가 있다. 예를 들면 하이브리드차의 경우, 전동모터만으로 주행하는 모터주행모드가 있고, 혹은 엔진으로 주행하고 있어도 정지시에는 엔진을 정지하여 아이들링 운전을 행하지 않도록 하고 있다. 그러므로, 압축기의 구동원이 엔진만으로는 안정한 에어콘의 운전이 불가능하게 된다.

이와 같은 배경으로부터, 전기자동차나 하이브리드차 등의 챠량에 설치하는 에어콘으로서, 가정용의 냉난방 에어콘에 이용되고 있는 히트펌프식을 채용하는 것을 행하고 있다.

도 4는 종래의 히트펌프식 차량용 공조장치의 개략 구성예를 도시한 것으로, 도면에서 부호1은 실내 열교환기, 2는 콤프레서부, 3은 실외열교환기, 4는 외기 흡입용 팬이다. 이 경우 실외열교환기(3)는 콤프레서부(2) 등과 함께 동력실내에 설치되고, 외기 흡입용 팬(4)을 동작시킴으로써, 동력실내에 외기를 흡인할 수 있다.

상술한 종래 구성에서는 냉매가 하기와 같이 순환하여 차실 내의 냉온방을 실시한다.

난방운전시의 냉매는 도면에서 실선 화살표로 나타낸 바와 같이 시계방향으로 순환한다. 콤프레서부(2) 내의 압축기에서 고온고압의 기체로 된 냉매는 실내 열교환기(1)로 보내져 차 밖의 공기(외기) 또는 차 실내 공기(내기)와 열교환한다. 이 결과, 외기 또는 내기(이하 흡입공기라 함)는 고온고압의 기체냉매로부터 열을 흡수하여 온풍으로 되고, 동시에, 고온고압의 냉매기체는 방열하여 응축액화하여, 고온고압의 액냉매로 된다.

계속하여, 고온고압의 액냉매는 콤프레서부(2)을 통과하여 저온저압의 액냉매로 팽창되어 실외 열교환기(3)로 보내지는데, 실외 열교환기(3)에서는 저온저압의 액냉매가 외기로부터 열을 흡수하여, 증발됨으로써 저온전압의 기체냉매로 된다. 이 저온저압의 기체냉매는 다시 콤프레서부(2)로 보내져 압축되어 고온고압의 기체로 된다. 이후, 상술한 과정을 반복한다.

즉, 낭방운전시에는 실외 열교환기(3)가 증발기로서 기능하고, 실외 열교환기(1)는 응축기로서 기능하고 있다.

이와 같은 난방운전을 계속하면, 실외 열교환기(3)에 서리가 부착하여 충분한 열교환을 실시할 수 없게 된다. 이 때문에, 소정의 제상조건을 만족한 경우, 냉매의 흐름방향을 변화시켜, 즉 후술하는 냉방운전과 마찬가지로 냉매를 흐르게 함으로써, 서리를 녹이는 제상운전을 행하고 있다. 이와 같은 제상운전에서는 난방운전시에 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(3)가 응축기로서 기능하므로, 냉매로부터 열을 받아 서리를 녹일 수 있다.

냉방, 제습운전시의 냉매는 도면에서 점선 화살표로 나타낸 바와 같이 반시계 방향으로 순환한다. 콤프레서부(2) 내의 압축기에서 고온 고압의 기체로 된 냉매는 실외 열교환기(3)로 보내져 외기와 열교환한다. 이 결과, 냉매는 외기에 열을 주어 응축액화하고, 고온고압의 액냉매로 된다. 이와 같이 하여 고온고압의 액냉매로 된 냉매는 콤프레서부(2) 내의 드로틀링 저항을 통과하여 저온저압의 액냉매로 되며, 실내 열교환기(1)로 보내진다.

계속하여, 저온저압의 액냉매는 실내 열교환기(1)에서 흡입공기로부터 열을 흡수하여 공기를 냉각하므로, 냉풍을 차 실내에 공급할 수 있고, 동시에, 냉매자신은 증발기화하여 저온저압의 기체냉매로 된다. 이와 같이 저온전압의 기체로 된 냉매는 다시 콤프레서부(2) 내의 압축기로 보내져 압축되고, 고온고압의 기체로 된다. 이후, 상술한 과정을 반복한다. 즉, 냉방운전시에는 실내 열교환기(1)가 증발기로서 기능하고, 실외 열교환기(3)는 응축기로서 기능하고 있다.

그런데, 상술한 종래의 히트펌프식 차량용 공조장치에서는 낭방운전시에 구동원(엔진, 전동모터 등)으로부터의 폐열을 유효하게 이용하는 것이 바람직하다.

즉, 실외온도가 낮은 상황에서는 히트펌트에 의해 외기로부터 충분한 열량을 흡수하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있어, 에어콘의 난방용량 충분하지 않게 된다. 예를 들면, 온도가 원하는 대로 증가되지 않거나, 원하는 온도에 도달하기까지 장시간이 걸린다. 이 때문에, 종래 무시되었던 엔진 페열 등으로부터 히트펌프에 의해 열을 흡수하고, 에어콘의 난방운전에 유효하게 이용하여 난방능력을 향상시키는 것이 차량용 공조장치의 상품성을 향상시키는 것이 매우 바람직하다.

또한, 상술한 제상운전은 난방운전이 필요한 상황에서 냉방운전을 실시하는 것이기 때문에, 승객에 쾌적한 차 실내환경을 제공한다고 하는 관점에서 제상운전을 회수가 적게, 단시간에 종료하는 것이 바람직하다. 더욱이, 제상운전을 개시 또는 종료할 때에는 사방밸브를 조작하여 냉매의 흐름방향을 절환한다. 이때 고압측과 저압측이 전환되기 때문에 이상음이 발생한다. 이와 같은 이상음의 발생은 차량용 공조장치로서 바람직하는 것이 아니며, 그 대책이 요망되었다. 이와 같은 제상운전시의 문제해결은 차량용 공조장치로서의 상품성을 향상시키는 중요한 과제이다.

상기 사정을 감안하여, 본 발명에서는 난방운전시에 엔진 폐열을 유효하게 이용하여 난방능력을 향상시키는 것, 및 제상운전시의 문제를 해결하여, 상품성이 높은 히트펌프식 차량용 공조장치의 제공을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프식 차량용 공조장치의 구성을 도시한 개략도.

도 2는 도 1에 도시한 히트펌프식 차량용 공조장치를 탑재한 하이브리드차의 평면 배치도.

도 3은 제상운전시에 각 구성요소의 동작을 나타낸 타임차트도.

도 4는 종래예로서 히트펌프식 차량용 공조장치의 구성을 도시한 개략도.

상기 문제를 해결하기 위해서, 본 발명에서 이하의 수단을 채용하였다.

본 발명의 제1 면에 따른 히트펌프식 차량용 공조장치는, 냉매와 흡입공기간에 열교환을 행하는 실내 열교환기와, 동력실 내에 설치되어 냉매와 외기와의 사이에 열교환을 행함과 아울러 외기 흡입용 팬을 구비한 실외 열교환기에, 압축기, 드로틀링 저항 및 사방밸브가 설치된 콤프레서부가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 절환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서, 난방운전중, 상기 동력실 내의 온도가 소정치 이상으로 되면, 상기 외기 흡입용 팬을 역전시켜 상기 동력실 내로부터 고온공기를 외부로 토출하는 히트펌프식 차량용 공조장치이다.

이 경우, 바람직하게, 상기 외기 흡입용 팬은 차체측면으로부터 외기를 흡입하도록 차체에 설치된다.

더우깅, 상기 외기 흡입용 팬이 차체전면으로부터 외기를 흡입하도록 차체에 설치될 때, 차가 정지하고 있는 동안만 외기 흡입용 팬을 역전한다.

이러한 히트펌프식 차량용 공조장치로, 엔진 실의 온도가 소정치 이상일 때, 외기 흡입용 팬은 역전됨으로서, 엔진실 내의 고온의 공기는 실외 열교환기를 통해 엔진실 외부로 흐른다. 그러므로, 실외 열교환기는 열펌프를 사용하여 열을 흡수할 수 있고, 이로부터 공기는 엔진 폐열 등의 구동원으로부터 폐열에 기인하여 고온으로 된다.

외기 흡입팬이 차체의 측면으로부터 외기를 흡입하도록 설치되면, 차가 주행중에, 램 압력에 영향을 받지 않고 팬의 역운전을 행할 수 있다.

본 발명의 제4 특징에 따른 히트펌프식 차량용 공조장치는 냉매와 흡입공기간에 열교환을 행하는 실내 열교환기와, 동력실 내에 설치되어 냉매와 외기와의 사이에 열교환을 행함과 아울러 외기 흡입용 팬을 구비한 실외 열교환기에, 압축기, 드로틀링 저항 및 사방밸브가 설치된 콤프레서부가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 절환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서, 난방운전 중에 제상운전을 개시 또는 종료하는 경우, 상기 압축기의 기능을 일단 정지시킨 상태에서 상기 사방밸브를 절환하는 것을 히트펌프식 차량용 공조장치이다.

이 경우 압축기의 기능은 구동원과 압축기간에 설치된 클러치를 스위치 오프(분리)시킴으로써 정지될 수 있다.

이러한 히트펌프식 차량용 공조장치로, 압축기의 기능은 사방밸브를 스위칭할 때 정지되어 압력차가 없기 때문에, 이상음의 발생이 방지될 수 있다.

본 발명의 제6 특징에 따른 것은 냉매와 흡입공기간에 열교환을 행하는 실내 열교환기와, 동력실 내에 설치되어 냉매와 외기와의 사이에 열교환을 행함과 아울러 외기 흡입용 팬을 구비한 실외 열교환기에, 압축기, 드로틀링 저항 및 사방밸브가 설치된 콤프레서부가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 절환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서, 난방운전을 실시한 후, 차량이 주정차하면, 제상운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치이다.

이러한 히트펌프식 차량용 공조장치로, 차가 주정차하고 있는 동안 제상운전이 실행될 수 있기 때문에, 차가 주행중에 제상운전의 빈도 및 기간이 감소될 수 있다.

이하, 본 발명의 일실시예로서의 히트펌프식 차량용 공조장치를 탑재한 하이브리드차에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 2에서, 참조부호 10은 하이브리드차이며, 차체 앞 부분에 전륜구동용의 모터를 내장한 드라이브부(12)를 구비하고, 차체 뒤 부분의 동력실 내에는 후륜구동용의 엔진(13)을 구비하고 있다. 이 하이브리드차(10)는 저속시는 모터(11)를 구동원으로 하는 전류구동차로서 주행하고, 일정속도 이상의 고속시에는 구동원을 엔진(13)으로 절환하여 후륜구동차로서 주행한다. 또한, 모터(11)을 차체 앞 부분에 설치하기 때문에, 탑재 공간 상의 자유도 및 공기저항(Cd값)의 저감을 고려하여, 엔진(13)을 차체 뒤 부분에 설치하고 있다.

또한, 엔진(13)과 모터(11)가 동시에 구동원으로서 기동되고, 사륜구동차로서 주행하는 경우도 있다.

도 2에서, 참조부호 14는 모터(11)의 전원으로 되는 밧데리이며, 15는 엔진(13)의 구동력을 전력으로 변환하여 밧데리(14)에 축적하는 모터 발전부이다. 모터 발전부(15)에는 발전용 모터(도시없음)가 탑재되어 있고, 이 발전용 모터에 엔진(13)의 구동력이 전달됨으로써 발전이 행해진다. 모터 발전부(15)은 또한 전력에 의해 발전용 모터를 구동시킴으로써, 밧데리(14)에 축적된 전력을 구동력으로 변환하는 기능도 갖는다.

또한, 참조부호 50은 엔진(14)에 설치된 I/C(인터-쿨러) EGR 시스템이다.

참조부호 16은 엔진(13) 냉각용 라디에이터이며, 17은 엔진 냉각용 라디에이터(16)와 병설된 파워소자용 라디에이터이다. 파워소자용 라디에이터(17)은 구동용 모터(11), 모터 발전부(15), 및 I/C EGR 시스템(50)을 냉각하기 위한 것이다. 이들 엔진 냉각용 라디에이터(16), 파워소자용 라디에이터(17)는 라디에이터 냉각용 팬(18)을 구비하고 있고, 차체 측면으로부터 흡입된 외기를 통과시켜 냉각함으로서 동력실(엔진룸) 내 주변의 공기로 방열시키도록 되어 있다.

더욱이, 엔진(13)의 열을 밧데리(14)로 공급하는 밧데리 열교환기(19)가 설치되어 있다.

다음에, 이 하이브리드차(10)에 탑재되는 에어콘에 관하여 설명한다.

도 1 및 도 2에서, 참조부호 20은 냉매를 압축하는 콤프레서부, 21은 실외 열 교환기, 22는 외기 흡입용 팬, 23은 HPVM(Heat Pump Ventilating Module)이라고 부르는 모듈이며 그 내부에는 송풍팬(24), 실내 열교환기(25), 히터 코어(26) 등을 구비하고 있다.

실외 열교환기(21)는 차체 후부에 배치된 동력실, 즉 엔진룸 내의 우측면에 설치되어, 외기흡입용 팬(22)의 동작에 의해 차체측면의 개구부로부터 흡입된 외기와 강제적으로 열교환된다. HPVM(23)은 차체후부의 중앙에 설치되고, 이 HPVM(23) 전면에는 차체 하부 중앙을 따라 차체전방으로 확장한 덕트(27)가 접속되어 있다. 덕트(27)는 원통형상으로 형성되어 있으며, 이 덕트(27)의 중앙부 및 전단부에는 각각 공기 출구부(28, 29)가 설치되어 있다. 이 경우, 공기 출구부(28)가 뒷좌석용, 공기 출구부(29)가 앞 좌석용이나, 필요에 응하여 적절하게 증감이 가능하다.

HPVM(23)은 송풍팬(24)의 동작에 의해 차 외부로부터 흡입한 외기 또는 차 실내로부터 흡입한 내기를 실내 열교환기(25), 히터코어(26)를 통과시킴으로써, 냉온방 및 제습을 행하여 공기조화를 실시하는 모듈이다.

실내 열교환기(25)는 콤프레서부(20) 및 실외 열교환기(21)에 냉매유로(30)에 의해 접속되어 히트펌프식 공조장치를 구성하고 있다. 콤프레서부(20) 내에는 압축기(31), 어큐뮬레이터(32), 사방밸브(33), 및 팽창밸브 등의 드로틀링 저항(34)을 구비하고 있고, 압축기(31)를 운전함으로서 냉매를 순환시켜 히트펌프 운전을 실시한다.

이하, 히트펌프식 공조장치에 의한 공조운전을 냉방, 제습운전 및 난방운전으로 나누어 설명한다.

먼저 난방운전에 대해서 설명한다. 이 때의 냉매의 흐름은 도 1에서 시계방향(실선 화살표로 표시)으로 된다.

압축기(31)에서는 저온저압의 기체냉매를 흡입하여 압축하고, 고온고압의 기체냉매로서 이를 사방밸브(33)로 송출한다. 이 때, 사방밸브(33)는 실내 열교환기(25)로 냉매를 보내도록 설정되어 있으므로, 고온고압의 기체냉매가 냉매유로(30)를 통해 실내 열교환기(25)로 보내지고, 송풍팬(24)에서 흡입된 내기 또는 외기(이하 흡입공기)와 열교환하여 온풍으로 된다. 즉, 고온고압의 기체 냉매가 흡입공기와 열을 교환하여 응축액화함으로써 고온고압의 액냉매로 되고, 동시에, 실내 열교환기(25)를 통과하는 흡입공기가 이 열에 의해 온풍으로 되어 온풍으로서 차 실내에 공급된다. 이 경우의 실내 열교환기(25)는 응축기로서 기능하고 있다.

고온고압의 액냉매로서 실내 열교환기(25)를 빠져나온 냉매는 콤프레서부(20) 내의 드로틀링 저항(34)에 의해 감압 팽창하여 저온저압의 액냉매로 되고, 차체의 측면을 따라 설치된 실외 열교환기(21)로 보내진다. 이 실외 열교환기(21)는 외기 흡입팬(22)에 의해 흡입한 외기가 통과하는 것으로, 외기와 열교환하여 열을 흡입하게된다. 이 때문에, 저온전압의 액냉매는 상대적으로 온도가 높은 외기에 의해 온풍으로 되고 증발되어 기화됨으로써, 저온전압의 기체냉매로 된다. 이 경우의 실외 열교환기(21)는 증발기로서 기능하고 있다.

이와 같이 하여, 저온저압의 기체로 된 냉매는 사방밸브(33)로 그리고 어큐뮬레이터(32)로 보내져 이 어큐뮬레이터에서 액상성분이 제거된 후, 다시 압축기(21)로 흡입되어 압축된다. 이후, 마찬가지의 냉동 사이클을 반복하여, 차 실내의 난방이 실시된다.

다음에 냉방운전시에 대해서 설명한다. 이 때의 냉매의 흐름은 도 1에서 반시계방향(실선 화살표로 표시)으로 된다.

압축기(21)에서는 저온전압의 기체냉매를 흡인하여 압축하고, 고온고압의 기체냉매로서 사방밸브(33)로 이를 출력한다. 이 때, 사방밸브(33)는 실외 열교환기(22)에 냉매를 보내도록 설정되어 있으므로, 고온고압의 기체냉매가 냉매유로(30)를 통하여 실외 열교환기(21)로 보내지고, 외기 흡입팬(22)에 의해 흡인된 외기와 열교환한다. 이 결과, 고온고압의 기체냉매는 상대적으로 저온의 외기에 열을 흡수하여 응축액화하여, 고온고압의 액냉매로 된다. 이 경우의 실외 열교환기(21)는 응축기로서 기능하고 있다.

이 후, 고온고압의 액냉매는 드로틀링 저항(34)으로 보내지고, 드로틀링 저항(34)을 통과할 때에 감압 팽창하여 저온저압의 액냉매로 된다. 이와 같이 하여 저온저압으로 된 액냉매는 실내 열교환기(25)로 보내지고, 송풍팬(24)으로 흡입된 흡입공기와 열교환하여, 흡입공기로부터 열을 흡수하여 냉각한다. 이 결과, 저온저압의 액냉매는 증발기화하여 저온저압의 기체냉매로 되고, 동시에, 흡입공기는 냉풍으로 되어 차 실내에 공급된다. 이 경우의 실내 열교환기(25)는 증발기로서 기능하고 있다.

또한, 실내 열교환기(25)를 빠져나온 저온저압의 기체냉매는 사방밸브(33)를 통하여 어큐뮬레이터(32)로 보내지고, 냉매중의 액체 성분이 제거된다. 그리고, 저온저압의 기체냉매는 어큐뮬레이터(32)로부터 다시 압축기(31)로 흡인되어, 압축된 후 동일한 냉동사이클이 반복되어, 차 실내의 냉방이 실시된다.

더욱이, 도 1에 도시한 HPVM(23)에는 히터코어(26)가 설치되어 있다. 이 히터코어(26)는 하이브리드차(10)에 설치된 엔진(13)으로부터 고온의 엔진 냉각수를 도입하여 통과하는 흡입공기를 가열하는 기능을 갖고 있다. 즉, 엔진냉각수가 소정치 이상의 고온으로 된 경우, 엔진냉각수를 난방의 열원으로서 보조적으로 사용할 수 있도록 한 것이다.

또한, 이 히터코어(26)는 엔진(13)을 갖지 않아 온수가 공급될 수 없는 전기자동차의 히트펌프식 공조장치에는 설치되지 않는다.

그런데, 상술한 히트펌프식 차량용 공조장치에서는 난방운전 중에 엔진룸 내가 소정치 이상의 고온으로 되면, 이것을 엔진 룸 내 적소에 설치한 온도센서 Te 등의 검출소자에 의해 검지하여 외기 흡입팬(22)을 역전시킨다. 즉, 외기 흡입 팬(22)의 회전방향을 역방향으로 변환하여, 엔진 룸 내의 고온의 공기가 차외로 배출되도록 한다. 이 때, 외기 흡입 팬(22)이 차체의 측면에 설치되어 있으므로, 주행 중이어도 램 압력(ram pressure)의 영향을 받지 않아 엔진룸 내의 고온공기를 배출할 수 있다.

또한, 엔진 내의 온도는 엔진(13) 본체로부터의 복사열이나 라디에이터(16)로부터 방출된 열 등의 폐열에 의해서, 외부온도가 높은 하절기에 90℃정도, 외부기온 낮은 동절기에 40-50℃ 정도까지 상승할 것으로 예상할 수 있다.

이와 같은 외기 흡입팬(22)의 역전운전을 실시하면, 엔진룸 내의 고온의 공기가 증발기로서 기능하고 있는 실외 열교환기(21)를 역방향으로 통과하여 차외로 배출된다. 따라서, 실외 열교환기(21)를 흐르는 저온저압의 액냉매는 외기 온도가 낮아 난방운전을 필요로 하는 조건에서 외기보다도 상당히 온도가 높은 공기와 열교환하여 열을 흡입하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 효율이 좋은 열교환을 행할 수 있으므로, 실외 열교환기(21)의 흡열능력이 향상되고, 히트펌프에 의한 난방기능을 향상시킬 수 있다.

즉, 엔진폐열에 의한 엔진룸 내의 공기 엔탈피를 이용한 난방운전이 가능하게 되므로, 특히, 외기온이 낮은 경우의 난방운전능력을 대폭으로 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 외기 흡입 팬(22)의 역전운전은 엔진룸 내의 온도가 소정치 이하까지 낮아진 것을 검지한 시점에서 정지함과 동시에 통상 회전운전으로 돌아간다. 이와 같은 역전종료의 설정온도와 전술한 역전개시의 설정온도와의 사이에는 적당한 온도차를 둘 수 있다.

이상 설명한 실시예에서는 실외 열교환기(21)가 하이브리드 차(10)의 후부측면에 황방향으로 설치되고, 외기 흡입 팬(22)이 차체측면으로부터 외기를 흡입하도록 구성된 것이었으나, 다른 실시예에서는 일반적인 자동차와 같이 차체 앞부분에 설치된 동력실 내에 실외 열교환기(21)를 배치하고, 차량 전면으로부터 외기를 흡입하도록 해도 된다. 즉, 상술한 하이브리드 차(10)의 경우, 모터(11)를 내장한 드라이브부(12)를 설치하는 차체 앞부분의 동력실에 외기흡입 팬(22)을 구비한 실외 열교환기(21)를 배치하여도 좋다. 그러나, 이것은 앞 부분 투영 면적이 크게 되어 Cd값의 면에서는 불리하게 된다. 이와 같은 경우, 일반적으로는 프론트 그릴로부터 동력실 내에 주행풍이 들어와 램 압력의 영향을 받기 때문에, 외기 흡입 팬(22)의 역전운전은 동력실 내가 소정 온도이상의 온도로 되는 것에 더하여, 차량이 정지하고 있는 것을 AND조건으로 하여 실시한다.

또한, 차량의 정지상태를 검지하는 것에는 차량에 일반적으로 사용되고 있는 차속센서로부터 신호를 수신할 수도 있다.

또한, 상술한 본 발명은 바람직한 실시예로서 설명한 하이브리드차에 탑재된 히트펌프식 차량용 공조장치로 한정되는 것이 아니고, 내연기관을 구동원으로 하는 차량이나 전동모터를 구동으로 하는 전기장치동차에도 적용가능한 것은 물론이다.

또한, 전기자동차의 경우는 전동모터나 밧데리가 발열원으로 되므로, 이 경우의 동력실은 동력모터나 밧데리를 설치하는 공간, 즉 모터 룸에 실외 열교환기(21)를 설치하여, 외기 흡입팬(22)의 역전운전을 실시하도록 하면 좋다.

또한, 상술한 히트펌프식 차량용 공조장치는 난방운전을 계속한 후 제상운전이 필요하게 된다. 이 제상운전은 증발기로서 기능하는 실외 열교환기(21)에 부착된 서리를 녹여 제거하기 위한 운전인 것으로, 난방운전과는 역방향으로 냉매를 흘리는 냉방운전과 동일한 히트펌프운전을 실시하며, 실외 열교환기(21)는 응축기로서 기능시키도록 한다.

상술한 제상운전은 난방운전을 계속하고 있고 소정의 제상조건에 이르렀을 때, 자동적으로 난방운전으로부터 절환된다. 도 3은 제상운전의 타이밍차트를 나타난 것으로, 난방운전 중은 사방밸브(33)가 난방위치, 송풍팬(24) 및 외기 흡입 팬(22)이 온 위치, 압축기(31)와 구동원(35)과의 사이에 설치된 압축기 클러치(36)를 온으로 하고, 드로틀링 저항(34)을 통상 개도에 놓고 압축기(31)의 운전을 재개한다.

여기서 제상조건의 특정한 예로서, 실외 열교환기(21)에 부착된 실외 열교환기 핀 센서(이하 핀 센서라고 함)(Tf)이 설정 온도(예를 들면, -2℃) 미만의 저온을 검출하고 난방운전의 연속한 기간이 설정시간(예를 들면, 50분 이상)에 이르렀을 때, 제상운전이 개시되도록(AND 조건 하에서) 설치된다. 이 제상조건은 단지 특정한 예이며 적당할 때 변경될 수 있다.

제상조건이 충족되고, 제상운전이 개시되었을 때, 송풍 팬(24) 및 외기 흡입팬(22)은 턴오프되고, 드로틀링 저항(34)은 완전 열린 위치로 변경된다. 동시에, 압축기 클러치(36)는 스위치 오프됨으로써 압축기(31)는 일시적으로 구동원(35)으로부터 분리되어 압축기로서의 동작을 정지한다. 이 경우 외기 흡입팬(220을 정지시키는 것은 제사운전 기간을 줄이는데 효과적이다. 반편, 송풍팬(24)을 정지시키는 것은 차 실 내에 출구온도가 제상동안 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

그러므로, 사방밸브(33)에 접속된 냉매경로(30)들 간에 압력차가 없다. 그러므로 이 상태에서 난방위치에서 냉방위치로 사방밸브(33)을 절환시킴으로서, 기체상의 냉매가 고압측에서 저압측으로 급하게 흐르는 것이 방지될 수 있다. 결국, 기체 냉매가 고속으로 흐를 때 발생되는 기체 흐름 소리가 사라져, 어떠한 이상음도 없이 조용한 스위칭조작을 할 수 있게 된다. 사방밸브(33)의 스위칭동작이 완료된 후에, 압축기 클러치(36)는 압축기931)의 동작을 재개하도록 다시 스위치된다.

압축기(31)의 운전재개에 의해, 냉매는 냉방운전시와 동일한 반시계 방향으로 흘러 제상운전이 실시되므로, 실외 열교환기(21)에 열을 공급하여 열교환기(21) 주위에 부착한 서리를 녹일 수 있다. 이와 같은 제상운전은 제상종료 조건이 충족된 시점에서 종료한다. 제상종료조건의 구체예로서는 핀 센서(fin sensor)(Tf)의 검출온도가 설정온도(예를 들면 10℃) 이상까지 상승한 때이든지, 혹은 제상운전의 계속시간이 설정시간(예를 들면 9분) 이상으로 된 때이든 어느 한 쪽의 조건이 만족되기만 하면된다. 이 경우, 제상운전의 계속시간을 OR 조건으로 갖는 이유는 핀 센서(Tf)에 고장이 발생한 경우 제상 운전이 계속되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이와 같이 하여 제상종료 조건이 만족되면, 최초로 압축기 클러치(36)를 오프로 하여 압축기(31)의 기능이 종지된다. 이 결과, 사방밸브(33)에 접속되는 각 냉매경로(30) 사이의 압력차는 없어지므로, 이 상태에서 사방밸브(33)를 냉방위치로부터 난방위치로 절환하여도 이상음이 발생하지 않는다.

또한, 송풍팬(24) 및 외기 흡입팬(22)은 압축기 클러치(36)의 오프조작으로부터 약간 지연하여 온으로 되고, 드로틀링 저항(34)은 완전 열린 위치로부터 통상의 위치로 변화하고, 압축기 클러치(36)를 다시 온으로 함으로써 압축기(31)의 운전이 재개되므로, 냉매는 난방운전의 흐름방향으로 흘러 난방운전이 개시된다.

상술한 제상운전은 차량의 주정차시에도 자동적으로 실시된다. 이 경우의 제상운전은 물론 주행중에 난방운전을 실시한 경우에만 실시되는 것이며, 예를 들면 엔진 키 조작부(37)로부터 키를 뽑아 주정차 상태로 된 것을 판단함으로써 제상운전을 개시한다. 이 제상운전은 상술한 제상종료조건에 따라 종료될 수 도 있으나, 주행중에 제상조건이 충족될 때 만큼의 양으로 서리가 부착되지 않는 것을 고려하면, 보다 짧은 시간에 종료하도록 설정하여도 좋다. 또한 핀 센서(Tf)의 검출온도가 소정치 이상으로 높은 경우나 난방운전의 계속시간이 소정치보다 짧은 경우에는 제상운전이 필요하지 않은 것으로 판단하여 주정차시의 제상운전을 실시하지 않도록 해도 좋다.

이와 같은 주정차시의 제상운전을 실시함으로서, 차량이 주행하고 있지 않은 시간을 유효하게 이용하여 서리를 제거할 수 있으므로, 주행중의 제상 운전회수나 시간을 저감할 수 있다. 즉, 난방운전이 필요한 상황에서는 냉방운전을 행하여 이에 따라 차 실 내의 승객에 바람직하지 않은 제상운전이 최소한으로 억제된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 히트펌프식 차량용 공조장치에 의하면, 난방운전 중에 동력실 내의 온도가 소정치 이상으로 될 때 외기 흡입 팬을 역전시켜 운전하도록 한 것으로, 동력실 내의 공기 엔탈피를 유효하게 이용하여 히트펌프에 의한 고효율의 흡열이 가능하게 된다. 따라서, 특히 외기온도가 낮은 경우의 난방운전능력을 향상시킬 수 있어, 요건에 민감한 공조운전을 실시할 수 있어 승객에 쾌적한 차 실내 환경을 제공할 수 있도록 되므로, 히트펌프식 차량용 공조장치의 상품성을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 제상운전의 개시 및 종료시에 냉매의 기체 흐름 소리가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 또한 주행중의 제상운전을 최소한으로 억제할 수 있도록 되므로 이 점에서 히트펌프식 차량용 공조장치의 상품성을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 냉매와 흡입공기간에 열교환을 행하는 실내 열교환기와, 동력실 내에 설치되어 냉매와 외기와의 사이에 열교환을 행함과 아울러 외기 흡입용 팬을 구비한 실외 열교환기에, 압축기, 드로틀링 저항 및 사방밸브가 설치된 콤프레서부가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 절환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서,

   난방운전중, 상기 동력실 내의 온도가 소정치 이상으로 되면, 상기 외기 흡입용 팬을 역전시켜 상기 동력실 내로부터 고온공기를 외부로 토출하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 차량용 공조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 외기 흡입용 팬은 차체측면으로부터 외기를 흡입하도록 차체에 설치된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 차량용 공조장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 외기 흡입용 팬은 차체전면으로부터 외기를 흡입하도록 차체에 설치된 것을 특징으로 하는 히트펌프식 차량용 공조장치.
4. 냉매와 흡입공기간에 열교환을 행하는 실내 열교환기와, 동력실 내에 설치되어 냉매와 외기와의 사이에 열교환을 행함과 아울러 외기 흡입용 팬을 구비한 실외 열교환기에, 압축기, 드로틀링 저항 및 사방밸브가 설치된 콤프레서부가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 절환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서,

   난방운전 중에 제상운전을 개시 또는 종료하는 경우, 상기 압축기의 기능을 일단 정지시킨 상태에서 상기 사방밸브를 절환하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 차량용 공조장치.
5. 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서, 상기 압축기 기능은 구동원과 상기 압축기 사이에 설치한 클러치를 절환함으로써 기능정지되는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 차량용 공조장치.
6. 냉매와 흡입공기간에 열교환을 행하는 실내 열교환기와, 동력실 내에 설치되어 냉매와 외기와의 사이에 열교환을 행함과 아울러 외기 흡입용 팬을 구비한 실외 열교환기에, 압축기, 드로틀링 저항 및 사방밸브가 설치된 콤프레서부가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 절환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 차량용 공조장치에 있어서, 난방운전을 실시한 후, 차량이 주정차하면, 제상운전을 실시하는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 차량용 공조장치.