KR20020032216A - 히트펌프식 자동차용 공기조화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프식 자동차용 공기조화장치에 관한 것으로서, 공기순환유니트의 하류측에 설치되어 엔진의 냉각수가 순환하는 온수히터(62)와, 공기순환유니트의 상류측에 설치되어 공기순환유니트의 외부에 설치된 압축기(64) 및 응축기(66)와 함께 냉매사이클을 형성하는 실내열교환기(68)와, 난방운전시에 상기 압축기에서 토출된 냉매를 바이패스시키는 제1바이패스라인(70)과, 공기순환유니트의 외부에 설치되어 상기 온수히터(62)에서 나온 엔진의 냉각수와 상기 실내열교환기(68)에서 나온 냉매를 열교환시키는 이중관 열교환기(72)를 포함하되, 상기 실내열교환기의 냉매입구측에 설치된 제1전자팽창밸브(74)와, 상기 이중관 열교환기(72)의 냉매입구측에 설치된 제2전자팽창밸브(76)와, 상기 제1전자팽창밸브(74) 및 제2전자팽창밸브(76)의 개도를 제어하는 제어수단(78)을 구비하고 있으므로, 구조가 간단하고 송풍력을 높일 뿐만 아니라 공기조화장치의 효율을 높일 수 있다.

Description

히트펌프식 자동차용 공기조화장치{car air conditioner in the heat pump type}

본 발명은 엔진 냉각수와 냉매를 이용하여 자동차의 실내를 냉난방하는 히트펌프식 자동차용 공기조화장치에 관한 것이다.

종래, 히트펌프식 자동차용 공기조화장치로서 특개평10-76841호가 개시되어 있다. 상기 특개평10-76841호는 도1에 도시한 바와 같이, 각각 유입된 공기를 차실내로 보내는 제1유니트(1)와 제2유니트(2)가 구비되고, 상기 제1유니트(1)의 통풍로 내의 하류측에는 엔진 냉각수가 순환하는 히터 코어(4)가 설치되며, 상기 제1유니트(1)의 통풍로 내의 상류측에는 제1유니트(1) 및 제2유니트(2)의 외부에 설치된 압축기(6) 및 제1응축기(8)와 함께 냉매사이클을 형성하는 제1증발기(10)가 설치되고, 상기 제2유니트(2)의 통풍로의 하류측에는 상기 제1증발기(10)와 병렬로 연결된 제2응축기(12)가 설치되며, 상기 제2유니트(2)의 상류측에는 상기 제2응축기(12)와 직렬로 연결된 제2증발기(14)가 설치되고, 냉방운전하도록 상기 압축기(6)에서 토출된 냉매를 상기 제1응축기(8)을 통과시키거나 난방운전하도록 상기 압축기(6)에서 토출된 냉매를 바이패스통로(16)를 통해 바이패스 시키는 절환밸브(18)가 설치되며, 상기 제1유니트(1) 및 제2유니트(2)의 외부에는 상기 제2증발기(14)에서 나온 냉매와 엔진 냉각수를 서로 열교환시키는 제3증발기(20)가 설치되고, 제1증발기(10)와 제2증발기(14)의 냉매 입구측에는 팽창밸브(22)(24)가 각각 설치되며, 상기 제3증발기(20)를 순환하는 냉각수의 유량을 제어하는 유량제어밸브(26)가 설치되어, 난방운전시에 차량의 열부하상태에 따라 상기 유량제어밸브(26)의 개도를 제어하게 되어 있다.

또한, 종래 히트펌프식 자동차용 공기조화장치의 다른 예로서 특개평10-278561호가 개시되어 있다. 상기 특개평10-278561호는 도2에 도시한 바와 같이, 압축기(32)에서 토출된 냉매는 외부열교환기(34), 냉매팽창밸브(36) 및 공기순환유니트(37)의 내부에 설치된 내부열교환기(38), 서브열교환기(40)를 거쳐 상기 압축기(32)로 귀환하는 냉매사이클을 형성하고, 고압측에는 난방시에 압축기(32)에서 토출된 냉매가 상기 외부열교환기(34)를 거치지 않고 바이패스하는 바이패스통로(42) 및 압축기(32)의 입구측으로 귀환하는 귀환통로(44)가 형성되며, 상기 서브열교환기(40)에는 엔진(46)의 냉각수가 순환하고, 상기 엔진(46)의 냉각수의 일부는 공기순환유니트(37)의 내부에 설치된 히터코어(50)로 순환하며, 상기 서브열교환기(40)와 히터코어(50)의 냉각수 입구측에는 밸브(52)(54)가 각각 설치된 구성으로 되어 있다.

상기 내부열교환기(38)는 공기의 유로내에 서로 대향되게 배치되어 직렬로 연결된 보조내부열교환기(38a)와 주내부열교환기(38b)로 나누어져 있고, 상기 냉매팽창밸브(36)는 상기 보조내부열교환기(38a) 및 주내부열교환기(38b)의 입구측에 각각 설치된 제1밸브(36a) 및 제2밸브(36b)로 이루어 지며, 상기 주내부열교환기(38b)와 압축기(32)사이에는 어큐뮤레이터(56) 및 상기 서브열교환기(40)가 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 특개평10-278561호는, 제1밸브(36a) 및 제2밸브(36b)를 개방상태와 교축상태로 선택적으로 절환함에 의해, 상기 보조내부열교환기(38a) 및주내부열교환기(38b)의 각각을 증발기 또는 응축기로 기능하게 한다.

그런데, 상기 특개평 10-76841호로 개시된 종래 히트펌프식 자동차용 공기조화장치는, 두개의 공기순환 유니트를 가진 구성으로서, 그 구조가 복잡하고, 제3증발기(20)에 유입하는 냉각수의 양을 유량제어밸브(26)로 제어하는 구성이므로 효율이 낮다는 문제점이 있었다.

또한, 상기 특개평 10-278561호로 개시된 종래 히트펌프식 자동차용 공기조화장치는, 엔진의 냉각수가 흐르는 히터코어 외에, 냉매가 흐르는 두개의 열교환기가 공기순환유니트의 내부에 나란히 배설되어 있으므로, 공기의 흐름을 방해하여 송풍력을 낮출 뿐만 아니라, 난방시에는, 공기순환유니트의 내부에서 상기 보조내부열교환기(38a)는 응축기로, 주내부열교환기(38b)는 증발기로 작용하므로 효율이 낮다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하고 송풍력을 높일 뿐만 아니라 효율을 높이는 히트펌프식 자동차용 공기조화장치를 제공하는 데 있다.

도1은 종래 히트펌프식 자동차용 공기조화장치의 일 예를 나타내는 구성도,

도2는 종래 히트펌프식 자동차용 공기조화장치의 다른예를 나타내는 구성도,

도3은 본 발명에 의한 히트펌프식 자동차용 공기조화장치의 구성도(난방운전시의 작동상태도),

도4는 본 발명에 의한 히트펌프식 자동차용 공기조화장치의 냉방운전시의 작동상태도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

60 : 공기순환유니트 62 : 온수히터

64 : 압축기 66 : 응축기

68 : 실내열교환기 70 : 제1바이패스 라인

72 : 이중관 열교환기 74 : 제1전자팽창밸브

76 : 제2전자팽창밸브 78 : 제어수단

84 : 보조히터 86 : 에어믹스 도어

96 : 제2바이패스 라인

본 발명에 의한 히트펌프식 자동차용 공기조화장치는, 공기순환유니트의 하류측에 설치되어 엔진의 냉각수가 순환하는 온수히터와, 공기순환유니트의 상류측에 설치되어 공기순환유니트의 외부에 설치된 압축기 및 응축기와 함께 냉매사이클을 형성하는 실내열교환기와, 난방운전시에 상기 압축기에서 토출된 냉매를 바이패스시키는 제1바이패스라인과, 공기순환유니트의 외부에 설치되어 상기 온수히터에서 나온 엔진의 냉각수와 상기 실내열교환기에서 나온 냉매를 열교환시키는 이중관 열교환기를 포함하되, 상기 실내열교환기의 냉매입구측에 설치된 제1전자팽창밸브와, 상기 이중관 열교환기의 냉매입구측에 설치된 제2전자팽창밸브와, 상기 제1전자팽창밸브 및 제2전자팽창밸브의 개도를 제어하는 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 이중관 열교환기의 냉매입구 및 냉매출구는 냉방운전시 냉매를 바이패스시키는 제2바이패스라인에 의해 연결되어 있는 것이 바람직하다.

상기 온수히터의 일측에는 난방시에 열원을 보충하도록 보조히터가 설치되어 있을 수도 있다.

상기 보조히터는 전기히터나 PTC히터 등 다양한 히터를 사용할 수 있다

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도3에 도시한 바와 같이, 공기순환유니트(60)의 하류측에는 엔진(E)의 냉각수가 순환하는 온수히터(62)가 설치되며, 상기 공기순환유니트(60)의 상류측에는 공기순환유니트의 외부에 설치된 압축기(64) 및 응축기(66)와 함께 냉매사이클을 형성하는 실내열교환기(68)가 설치되고, 난방운전시에 상기 압축기(64)에서 토출된 냉매를 바이패스시키는 제1바이패스라인(70)이 설치되며, 공기순환유니트(60)의 외부에는 상기 온수히터(62)에서 나온 엔진의 냉각수와 상기 실내열교환기(68)에서 나온 냉매를 열교환시키는 이중관 열교환기(72)가 설치되어 있다.

상기 실내열교환기(68)의 냉매입구측에는 상기 응축기(66)에서 나온 냉매를팽창시키는 제1전자팽창밸브(74)가 설치되어 있고, 상기 이중관 열교환기(72)의 냉매입구측에는 상기 실내열교환기(68)에서 나온 냉매를 팽창시키는 제2전자팽창밸브(76)가 설치되어 있으며, 상기 제1전자팽창밸브(74) 및 제2전자팽창밸브(76)에는 이들 밸브의 유로를 개방하거나 그 개도를 제어하여 냉매의 팽창도를 제어하는 제어수단(78)이 연결되어 있다.

상기 공기순환유니트(60)의 내부에는, 실내공기 또는 실외공기를 흡입시키는 블로아(82)가 설치되어 있는 한편, 상기 온수히터(62)의 일측에는 난방시에 열원을 보충하도록 보조히터(84)가 설치되어 있다. 상기 보조히터(84)는 설치되어 있지 않을 수도 있다.

상기 온수히터(62)의 공기입구측에는 온수히터(62)를 통과하는 공기량을 조정하도록 도어(86)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 압축기(64)의 냉매입구측에는 압력에너지를 저장하여 시스템의 압력맥동을 줄이는 한편 냉매 부족시 충분한 냉매유량을 유지시키도록 수액기(88)가 설치되어 있고, 상기 제1, 제2전자팽창밸브(74)(76)의 냉매입구에는 도시하지 않는 드라이어가 설치되어 있다.

상기 응축기(66)의 냉매입구 및 상기 제1바이패스라인(70)에는 전자개폐밸브(90)(92)가 설치되어 있다. 상기 전자개폐밸브(90)(92)는 상기 제1바이패스라인(70)의 분기점에 설치되는 하나의 3방향밸브로 대치할 수도 있다. 상기 응축기(66)의 냉매출구측에는 냉매가 역류하지 않도록 첵밸브(94)가 설치되어 있다.

상기 이중관 열교환기(72)의 냉매입구 및 냉매출구는 냉방운전시 냉매를 바이패스시키는 제2바이패스라인(96)에 의해 연결되어 있다. 상기 이중관 열교환기(72)의 냉매입구 및 상기 제2바이패스라인(96)에는 전자개폐밸브(98)(100)가 설치되어 있다. 상기 전자개폐밸브(98)(100)는 상기 제2바이패스라인(96)의 분기점에 설치되는 하나의 3방향밸브로 대치할 수도 있다. 상기 이중관 열교환기(72)의 냉매출구측에는 냉매가 역류하지 않도록 도시하지 않은 첵밸브가 설치되어 있다. 상기 제2바이패스라인과 이에 부속되는 부품(전자개폐밸브 및 첵밸브)는 설치되지 않을 수도 있다.

상기 제어수단(78)은 상기 제1, 제2전자팽창밸브(74)(76)를 제어하는 한편, 압축기(64), 전자개폐밸브(90)(92)(98)(100), 블로아(82) 및 보조히터(84) 등을 함께 제어한다.

상기 보조히터(84)는 전기히터나 PTC히터 등 다양한 히터를 사용할 수 있다. 상기 PTC 히터는 PTC소자로 된 히터로서, 상기 PTC소자는 티탄산화바륨을 기본조성으로 하는 공지의 산화물 반도체 세라믹소자이다.

이와같이 구성된 본 발명에 의한 히트펌프식 자동차용 공기조화장치에서, 난방운전시에는 제어수단의 제어에 의해 전자개폐밸브(90)(100)가 닫히고, 전자개폐밸브(92)(98)가 열리며, 제1전자팽창밸브(74)는 개방상태로 되고, 제2전자팽창밸브(76)는 교축상태로 되도록 개도가 조정된다. 그리고, 공기순환유니트(60) 내부의 블로아(82)가 작동하며, 도어(86)는 온수히터(62)로 공기가 통하도록 열린다.

따라서, 압축기(64)에서 토출된 고온 고압의 냉매가스는 제1바이패스라인(70)을 통해 제1전자팽창밸브(74)를 거쳐 실내열교환기(68)에 유입하여 냉각되어 응축되면서 공기순환유니트(60) 내부의 공기를 데운 다음, 제2전자팽창밸브(76)를 지나면서 단열팽창효과에 의해 저압의 냉매액으로 변환된 후, 이중관 열교환기(72)를 지나면서 냉각수와 열교환되면서 증발하여 냉매가스로 되어 수액기(88)를 거쳐 압축기(64)에 유입하는 사이클을 계속한다. 한편, 엔진(E)에서 나온 냉각수는 온수히터(62)에 유입하여 상기 실내열교환기(68)를 통과한 공기를 더욱 데우면서 식혀진 후, 이중관 열교환기(72)를 지나면서 냉매와 열교환되어 더욱 식혀진 다음, 엔진(E)으로 유입하는 사이클을 계속한다. 상기 제2전자팽창밸브(76)의 개도는 도시하지 않은 감지수단에 의해 감지된 공기온도등을 입력받는 상기 제어수단(78)의 제어에 의해 최적의 상태로 냉매의 팽창도를 제어하게 된다.

그리고, 공기순환유니트(60)내의 보조히터(84)는 엔진의 냉각수의 온도가 충분히 높지 못하여 열원이 부족할 경우에 실내공기를 데우게 된다. 상기 보조히터(84)의 작동은 도시하지 않은 온도감지센서에 의해 감지된 감지신호가 제어수단(78)에 전달되어 이 제어수단의 제어에 의해 이루어 진다.

한편, 냉방운전시에는 제어수단의 제어에 의해 전자개폐밸브(92)(100)가 닫히고, 전자개폐밸브(90)(98)가 열리며, 제1전자팽창밸브(74)는 교축상태로 개도가 조정되고, 제2전자팽창밸브(76)는 개방상태로 된다. 그리고, 공기순환유니트(60)내부의 블로아(82)가 작동하며, 도어(86)는 온수히터(62)로 공기가 통하지 않도록 닫힌다.

따라서, 압축기(64)에서 토출된 고온 고압의 냉매가스는 응축기(66)에 유입하여 냉각되어 응축된 후, 제1전자팽창밸브(74)를 지나면서 단열팽창효과에 의해 저압의 냉매액으로 변환된 다음, 실내열교환기(68)에 유입하여 공기순환유니트(60)내의 공기와 열교환되면서 증발하여 공기를 차겁게 한 후, 제2전자팽창밸브(76)를 거쳐 이중관 열교환기(72)를 지나면서 냉각수와 재차 열교환되면서 증발한 다음, 냉매가스로 되어 수액기(88)를 거쳐 압축기(64)에 유입하는 사이클을 계속한다. 이때, 제2전자팽창밸브(76)의 개도를 조정하여 냉매가 더욱 팽창하여 이중관 열교환기(72) 내부의 냉각수와 열교환하게 하여 증발되게 할 수도 있다.

그리고, 상기 응축기(66)에서의 열교환량 및 냉각수의 온도에 따라, 상기 전자개폐밸브(100)를 열고 냉매를 제2바이패스라인(96)을 통해 바이패스시킬 수도 있다. 이때 전자개폐밸브(98)는 완전히 닫거나 제2전자팽창밸브(76)의 개도를 조절하여 이중관 열교환기(72)를 거치는 냉매의 량을 조절하게 된다. 이러한 제2바이패스라인(96)을 통한 냉매의 바이패스에 의해 냉방효율을 최대로 할 수 있다.

한편, 외기가 어느 일정 온도에 의해 제습운전이 필요할 경우 냉방운전 및 에어믹스 도어에 의한 난방 제습이 가능하다.

한편, 엔진(E)에서 나온 냉각수는 온수히터(62)에 유입하여 주위의 공기에 의해 식혀지게 되는데, 실내열교환기(68)를 거친 공기와는 도어(86)에 의해 차단되므로 섞이지 않게 된다. 그리고, PTC 히터(84)는 작동시키지 않는다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

본 발명에 의한 히트펌프식 자동차용 공기조화장치는, 구조가 간단하고, 상기 실내열교환기의 냉매입구측 및 이중관 열교환기의 냉매입구측에 각각 설치된 제1, 제2전자팽창밸브의 개도를 조정하고, 제2바이패스라인를 통해 냉매를 바이패스함에 의해 냉방효율을 최대로 하며, 냉방 및 난방을 최적으로 제어할 수 있다는 효과가 있다. 또한 공기순환유니트 내부에 설치되는 열교환기의 수의 최소화로 송풍력 향상을 통한 효율을 높일 수 있다.

Claims (3)

1. 공기순환유니트의 하류측에 설치되어 엔진의 냉각수가 순환하는 온수히터와, 공기순환유니트의 상류측에 설치되어 공기순환유니트의 외부에 설치된 압축기 및 응축기와 함께 냉매사이클을 형성하는 실내열교환기와, 난방운전시에 상기 압축기에서 토출된 냉매를 바이패스시키는 제1바이패스라인과, 공기순환유니트의 외부에 설치되어 상기 온수히터에서 나온 엔진의 냉각수와 상기 실내열교환기에서 나온 냉매를 열교환시키는 이중관 열교환기를 포함하되,

   상기 실내열교환기의 냉매입구측에 설치된 제1전자팽창밸브와, 상기 이중관 열교환기의 냉매입구측에 설치된 제2전자팽창밸브와, 상기 제1전자팽창밸브 및 제2전자팽창밸브의 개도를 제어하는 제어수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 자동차용 공기조화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 이중관 열교환기의 냉매입구 및 냉매출구는 냉방운전시 냉매를 바이패스시키는 제2바이패스라인에 의해 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 자동차용 공기조화장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 온수히터의 일측에는 난방시에 열원을 보충하도록 보조히터가 설치되어있는 것을 특징으로 하는 히트펌프식 자동차용 공기조화장치.