KR20040079686A - Heater System of an Automobile - Google Patents

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KR20040079686A
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Abstract

PURPOSE: A heater system of a vehicle is provided to prevent the break down of the system and keep an optimal heating condition by effectively controlling the rise of discharge pressure generated by changeable external conditions as RPM(Revolution per Minute) of a compressor and the air temperature of an evaporator. CONSTITUTION: A heater system of a vehicle is composed of a refrigerant circulation passage passing through a compressor, a condenser, a first expansion valve, and an evaporator in order; a first refrigerant branch passage branched off from the refrigerant circulation passage between the compressor and the condenser, returned to the refrigerant circulation passage between the first expansion valve and the evaporator, and installed with a second expansion valve; a second refrigerant branch passage branched off from the refrigerant circulation passage between the evaporator and the compressor, returned to the refrigerant circulation passage between the condenser and the first expansion valve, and installed with an opening and closing valve; a flow direction regulating valve for controlling the flow direction of refrigerant to the refrigerant circulation passage and the first refrigerant branch passage; and a control unit for controlling the opening degree of the second expansion valve to regulate the discharge pressure of the compressor to the temperature of air flowing into the evaporator.

Description

자동차의 히터 시스템{Heater System of an Automobile}Heater System of an Automobile

본 발명은 자동차의 실내를 난방하는 히터 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외기온도에 따라 압축기의 토출압력을 조절할 수 있도록 하여 토출압력의 과다 상승으로 인한 히터 시스템의 손상을 사전에 예방함과 동시에, 최적의 난방성능을 얻을 수 있도록 한 자동차의 히터 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heater system for heating the interior of a vehicle, and more particularly, it is possible to adjust the discharge pressure of the compressor according to the outside temperature to prevent damage to the heater system due to excessive increase in the discharge pressure in advance The present invention relates to a heater system of a vehicle to obtain optimal heating performance.

근래에, 냉각수만을 사용한 기존의 히터 시스템으로는 동절기에 시동 초기의 자동차 실내의 난방을 위한 열원(Heat Source)이 부족하여 탑승자의 요구에 부합되는 난방성능을 발휘하지 못하므로, 보조 난방장치로서 핫 가스 히터 시스템(HotGas Heater System)을 사용하려는 연구가 활발하게 진행 중이다.In recent years, the existing heater system using only cooling water is insufficient as a heat source for heating the interior of the car at the beginning of the winter season and thus does not exhibit heating performance that meets the needs of the passengers. Research into using the HotGas Heater System is actively underway.

도 1를 참조하여, 종래의 핫 가스 히터 시스템을 간략히 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 1, a brief description of a conventional hot gas heater system as follows.

하절기에는 통상의 냉방시스템과 같이 엔진(E)의 구동에 의해 압축기(18)가 회전하고, 상기 압축기(18)의 회전에 의해 냉매는 고온, 고압으로 압축된 후, 열려 있는 개폐밸브 17과 응축기(15)를 차례로 통과하여 응축된다. 이 때, 개폐밸브 16은 닫혀 있으므로 핫 가스 바이패스 라인(By-Pass Line)(13)으로는 냉매가 흐르지 않는다. 그 다음, 응축된 냉매는 냉매의 역방향흐름을 방지하는 역지밸브(14)를 지나 제1 팽창밸브(11)를 통과하면서 저온, 저압으로 팽창한 후 증발기(20)에서 열을 흡수함으로써 냉방성능을 발휘하게 된다.In the summer, the compressor 18 is rotated by the driving of the engine E as in the normal cooling system. The refrigerant 18 is compressed to high temperature and high pressure by the rotation of the compressor 18, and then the open / close valve 17 and the condenser are opened. Condensation passes through (15) one after the other. At this time, since the opening / closing valve 16 is closed, no refrigerant flows to the hot gas bypass line 13. Then, the condensed refrigerant expands to low temperature and low pressure while passing through the check valve 14 to prevent the reverse flow of the refrigerant, and then passes through the first expansion valve 11 to absorb cooling heat in the evaporator 20 to improve cooling performance. Will be exercised.

한편, 동절기에는 응축기(25)로의 냉매흐름을 개폐하는 개폐밸브 17를 차단하고, 핫 가스 히터 시스템을 구동하기 위하여 바이패스 라인(22)의 개폐밸브 16을 개방하여 바이패스 라인(22) 쪽으로 압축기(7)로부터 토출된 고온, 고압의 냉매를 보낸다. 상기 개폐밸브 16를 통과한 고온, 고압의 냉매는 제2 팽창밸브(12)를 지나면서 고온, 저압으로 팽창한 후 증발기(20)로 지나면서 외부로부터 유입되는 차가운 공기(예컨대, -20℃)와 열교환을 하여 외기의 온도를 상승시킨다. 상기와 같은 과정을 통하여 온도가 상승된 외기는 엔진의 냉각수가 통과하는 히터코어(5)를 통과하여 온도가 더욱 상승하게 되므로, 핫 가스가 사용되지 않는 기존의 난방시스템에 비하여 자동차 실내온도를 신속하게 상승시킬 수 있게 된다. 따라서, 상기 핫 가스 히터 시스템은 초기에 냉각수가 쉽게 덥혀지지 않는 디젤엔진 등에 특히 유리하다.On the other hand, in winter, the on / off valve 17 for opening and closing the refrigerant flow to the condenser 25 is blocked, and the on / off valve 16 of the bypass line 22 is opened to drive the hot gas heater system to the compressor toward the bypass line 22. The high temperature and high pressure refrigerant discharged from (7) is sent. The high temperature and high pressure refrigerant passing through the open / close valve 16 expands to high temperature and low pressure while passing through the second expansion valve 12 and then passes through the evaporator 20 to cool air (for example, −20 ° C.). Heat exchange with to raise the temperature of outside air. The outdoor air whose temperature is raised through the above process passes through the heater core 5 through which the coolant of the engine passes, so that the temperature is further increased, thereby rapidly increasing the indoor temperature of the vehicle compared to the conventional heating system in which hot gas is not used. It can be ascended quickly. Thus, the hot gas heater system is particularly advantageous for diesel engines and the like, in which the cooling water is not easily warmed up initially.

도 2에는 하절기에 적용되는 냉방모드가 도시되어 있고, 도 3에는 동절기에 적용되는 핫 가스 모드가 도시되어 있다. 핫 가스 모드는 동절기에 증발기로 유입되는 차가운 외기를 온도를 높이는 보조 히터 시스템으로서의 역할을 수행하며, 또한 핫 가스의 작동은 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매의 과열영역에서만 작동하여 냉매의 응축이나 증발과정이 없으므로 현열(顯熱:Sensible Heat)에 의한 열의 출입을 사용하는 가스 사이클이라는 점에서 냉방 사이클과는 차이가 있다.2 illustrates a cooling mode applied to the summer, and FIG. 3 illustrates a hot gas mode applied to the winter. The hot gas mode serves as an auxiliary heater system for raising the temperature of the cold outside air introduced into the evaporator in winter, and the operation of the hot gas operates only in the superheated region of the refrigerant, as shown in FIG. Since there is no evaporation process, it is different from the cooling cycle in that it is a gas cycle that uses heat entry by sensible heat.

한편, 상기에 설명된 종래 핫 가스 히터 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.On the other hand, the conventional hot gas heater system described above has the following problems.

자동차 실내의 보조난방을 위해서 핫 가스 시스템이 가동되어 상기 개폐밸브 17이 차단되면, 상기 응축기(15)로는 냉매가 흐르지 않게 된다. 따라서, 핫 가스 시스템의 전체적인 체적은, 상기 응축기(15)로 냉매가 흐르는 냉방시스템에 비하여 상기 응축기(15)가 차지하는 체적만큼 줄어들게 된다. 다시 말해, 압축기(18) 출구로부터 제2 팽창밸브(12) 입구까지 냉매가 차지할 수 있는 체적은 냉매흐름에 사용되는 파이프 라인의 체적에 불과하게 된다.When the hot gas system is operated to assist the heating of the vehicle interior and the on-off valve 17 is blocked, no refrigerant flows to the condenser 15. Therefore, the overall volume of the hot gas system is reduced by the volume occupied by the condenser 15 as compared to the cooling system in which the refrigerant flows to the condenser 15. In other words, the volume occupied by the refrigerant from the outlet of the compressor 18 to the inlet of the second expansion valve 12 is only the volume of the pipeline used for the refrigerant flow.

그런데, 압축기(18)의 회전수(RPM)가 급격하게 증가하면서 다량의 냉매가 압축기(7)로부터 토출되고 상기 토출된 냉매가 제2 팽창밸브(12)를 거치면서 기체팽창을 하게 되면, 상기와 같은 이유로 인하여, 시스템의 토출압력이 급격하게 상승하게 된다(도 5 참조, 도 4에 도시된 바와 같이 증발기(6) 유입공기온도가 상승하는 경우도 마찬가지이다). 왜냐하면, 기체는 액체에 비해 비체적이 휠씬 큰 관계로, 상기 제2 팽창밸브(29)의 오리피스 개도(開度)는 기존에 비해 휠씬 커질 것이 요구되지만, 오리피스의 개도가 파이프 직경에 가까워지면 팽창성능이 감소하여 난방성능을 제대로 얻을 수 없으므로, 오리피스의 개도를 크게 하는 데는 일정한 한계가 있고, 또한 유체가 팽창할 때 오리피스에서 초킹(choking, 유속이 음속이 되는 시점)이 발생하면 유량이 더 이상 증가하지 않게 되는 오리피스의 특성에 기인하기 때문이다.However, when the rotational speed (RPM) of the compressor 18 is rapidly increased, a large amount of refrigerant is discharged from the compressor 7 and the discharged refrigerant is gas-expanded while passing through the second expansion valve 12. For the same reason, the discharge pressure of the system rises sharply (see FIG. 5, as is the case when the inlet air temperature of the evaporator 6 rises as shown in FIG. 4). This is because the gas has a larger specific volume than the liquid, and the opening of the orifice of the second expansion valve 29 is required to be much larger than before. However, when the opening of the orifice approaches the pipe diameter, the expansion performance is large. Because of this reduction, heating performance cannot be achieved properly, there is a limit to increasing the opening of the orifice, and the flow rate no longer increases when choking occurs at the orifice when the fluid expands. This is because of the nature of the orifice that is not.

결론적으로, 종래의 핫 가스 히터 시스템은 응축기로의 냉매순환을 차단한 후 제2 팽창밸브로 냉매를 보내고, 이를 전량 난방에 사용하므로, 토출압력이 상승하는 경우에 이를 제어할 수 있는 방법이 없어서, 히터 시스템 전체에 치명적인 손상을 입을 위험이 항시 존재하는 문제점이 있었다.In conclusion, the conventional hot gas heater system sends a refrigerant to the second expansion valve after shutting off the refrigerant circulation to the condenser, and uses it for heating the entire amount, there is no way to control when the discharge pressure rises In other words, there was a problem that the risk of fatal damage to the entire heater system was always present.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압축기 회전수, 증발기 유입공기온도 등과 같이 변화하는 외부 조건에 의해 발생하는 토출압력의 상승을 효율적으로 제어하여, 히터 시스템 손상을 예방하고 최적의 난방상태를 유지할 수 있는 히터 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and by efficiently controlling the rise of the discharge pressure caused by changing external conditions such as compressor rotation speed, evaporator inlet air temperature, etc. to prevent damage to the heater system and optimal An object of the present invention is to provide a heater system that can maintain the heating state of the.

도 1은, 종래의 자동차의 히터 시스템의 주요 구성요소의 모식도이다.1 is a schematic diagram of main components of a heater system of a conventional vehicle.

도 2는, 냉방모드에서의 p-h 선도를 나타낸다.2 shows the p-h diagram in the cooling mode.

도 3은, 핫 가스 모드에서의 p-h선도를 나타낸다.3 shows a p-h diagram in the hot gas mode.

도 4는, 증발기 유입공기온도 대비 토출압력의 변화를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a change in the discharge pressure relative to the evaporator inlet air temperature.

도 5는, 압축기 회전수 대비 토출압력의 변화를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing a change in the discharge pressure relative to the compressor rotational speed.

도 6은, 본 발명에 따른 히터 시스템의 주요 구성요소를 나타낸 모식도이다.6 is a schematic diagram showing main components of a heater system according to the present invention.

도 7은, 압축기 회전수 대비 난방용량의 변화를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing a change in heating capacity relative to the number of revolutions of a compressor.

도 8은, 압축기 회전수의 변화에 따른 히터 시스템의 난방성능의 변화를 나타내기 위한 p-h 선도이다.8 is a p-h diagram for illustrating a change in the heating performance of the heater system according to the change in the compressor rotation speed.

도 9는, 본 발명에 따른 히터 시스템의 제어작용에 의하여 동일 압축기 회전수에 있어서 토출압력의 저하를 나타내기 위한 p-h 선도이다.Fig. 9 is a p-h diagram for showing a drop in discharge pressure at the same compressor rotation speed by the control action of the heater system according to the present invention.

도 10은, PWM 듀티(Pulse Width Modulation Duty)에 따른 난방용량의 변화를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing a change in heating capacity according to a PWM duty (Pulse Width Modulation Duty).

도 11은, 외기온도에 따른 최적의 압축기 토출압력을 나타내는 그래프이다.11 is a graph showing the optimum compressor discharge pressure according to the outside air temperature.

도 12는, 본 발명에 따른 히터 시스템의 제어로직을 나타내는 블록선도이다.12 is a block diagram showing the control logic of the heater system according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1...냉매순환유로, 2...제1 냉매지로,1 ... refrigerant circulation flow path, 2 ... 1st refrigerant pond,

3...제2 냉매지로, 5...히터코어(Heater Core),3 ... 2nd refrigerant zone, 5 ... Heater Core,

11...제1 팽창밸브, 12...제2 팽창밸브,11 ... 1st expansion valve, 12 ... 2nd expansion valve,

13...핫 가스 바이패스 라인(Hot Gas By-pass Line),13 ... Hot Gas By-pass Line,

14...역지밸브, 15...응축기,14 ... check valve, 15 ... condenser,

16, 17...개폐밸브, P1...압력센서,16, 17 ... opening and closing valve, P1 ... pressure sensor,

T1...온도센서.T1 ... Temperature sensor.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 압축기, 응축기, 제1 팽창밸브, 증발기를 차례로 경유하는 냉매순환유로와, 상기 압축기와 상기 응축기 사이의 상기 냉매순환유로로부터 분기되어, 상기 제1 팽창밸브와 상기 증발기 사이의 상기 냉매순환유로로 복귀하며, 제2 팽창밸브가 장착된 제1 냉매지로를 구비한 자동차의 히터 시스템에 있어서, 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 상기 냉매순환유로로부터 분기되어, 상기 응축기와 상기 제1 팽창밸브 사이의 상기 냉매순환유로로 복귀하며, 개폐밸브가 장착된 제2 냉매지로와; 상기 냉매순환유로와 상기 제1 냉매지로 측으로의 냉매의 유동방향을 조절하는 유동방향 조절밸브와; 상기 증발기로 유입되는 공기의 온도에 따라 상기 압축기의 토출압력을 조절하도록 상기 제2 팽창밸브의 개도(開度)를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention, the refrigerant circulation passage through the compressor, the condenser, the first expansion valve, the evaporator in turn, and branched from the refrigerant circulation passage between the compressor and the condenser, the first expansion A heater system of a motor vehicle having a first refrigerant passage equipped with a second expansion valve and returning to the refrigerant circulation passage between a valve and the evaporator, the heater system being branched from the refrigerant circulation passage between the evaporator and the compressor, A second refrigerant passage returning to the refrigerant circulation passage between the condenser and the first expansion valve and equipped with an on / off valve; A flow direction control valve for controlling a flow direction of the refrigerant toward the refrigerant circulation passage and the first refrigerant passage; And a control unit for controlling the opening degree of the second expansion valve to adjust the discharge pressure of the compressor according to the temperature of the air introduced into the evaporator.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는, 자동차의 냉방사이클을 구성하는 압축기, 응축기, 제1 팽창밸브, 증발기를 차례로 경유하는 냉매순환유로 와, 상기 압축기와 상기 응축기 사이의 상기 냉매순환유로로부터 분기되고, 상기 팽창밸브와 상기 증발기 사이의 상기 냉매순환유로로 복귀하며, 제2 팽창밸브가 장착된 제1 냉매지로와, 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 상기 냉매순환유로로부터 분기되고, 상기 응축기와 상기 제1 팽창밸브 사이의 상기 냉매순환유로로 복귀하며, 개폐밸브가 장착된 제2 냉매지로를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 상기 제2 팽창밸브는 전자식 팽창밸브인 것이 바람직하다.As shown in FIG. 6, an embodiment according to the present invention includes a refrigerant circulation passage sequentially passing through a compressor, a condenser, a first expansion valve, and an evaporator constituting a cooling cycle of an automobile, and the compressor and the condenser. Branched from the refrigerant circulation passage, returning to the refrigerant circulation passage between the expansion valve and the evaporator, branching from the first refrigerant passage equipped with a second expansion valve, and the refrigerant circulation passage between the evaporator and the compressor; And a second refrigerant passage returning to the refrigerant circulation passage between the condenser and the first expansion valve and equipped with an on / off valve. Here, the second expansion valve is preferably an electronic expansion valve.

또한, 상기 냉매순환유로로부터 상기 제1 냉매지로가 분기되는 지점에 삼방 밸브(3-Way Valve)가 설치되어 있다. 본 실시예에서는 삼방 밸브를 사용하고 있으나, 종래의 히터 시스템에서처럼, 상기 제1 냉매지로가 상기 냉매순환유로로부터분기되는 지점(A)과 상기 제2 팽창밸브 사이, 상기 지점(A)과 상기 응축기 사이에 각각 별도의 개폐밸브를 설치하는 것도 가능하다.In addition, a three-way valve is provided at a branch point from the refrigerant circulation passage to the first refrigerant passage. In the present embodiment, a three-way valve is used, but as in the conventional heater system, between the point A where the first refrigerant passage branches from the refrigerant circulation passage and the second expansion valve, the point A and the condenser It is also possible to provide separate on-off valves in between.

그리고, 압축기 토출압력을 측정하는 압력센서(P1)와, 외기의 온도를 측정하는 온도센서(T1)가 상기 냉매순환유로와 상기 증발기 입구에 각각 설치되어 있으며, 상기 압력센서(P1), 상기 온도센서(T1), 상기 제2 팽창밸브, 상기 삼방 밸브, 그리고 상기 제2 냉매지로의 개폐밸브는 제어부에 연결되어 있다.In addition, a pressure sensor P1 for measuring the discharge pressure of the compressor and a temperature sensor T1 for measuring the temperature of the outside air are respectively provided at the refrigerant circulation passage and the inlet of the evaporator, and the pressure sensor P1 and the temperature are respectively provided. The sensor T1, the second expansion valve, the three-way valve, and the opening / closing valve to the second refrigerant reservoir are connected to the control unit.

한편, 히터 시스템 가동시 응축기로 냉매가 역류하는 것을 방지하기 위해 응축기의 하류 측(냉방 시 냉매의 흐름방향 기준)에 역지밸브가 장착되어 있다. 그리고, 제1 팽창밸브는 히터 시스템의 요구에 따라 변동하는 변동식 오리피스로 구성할 수 있으며, 상기 역지밸브와 일체형으로 구성하는 것이 가능하다. 또한, 도 6에는 삼방 밸브와 제2 팽창밸브가 별도로 형성되어 있으나, 일체형으로 구성하는 것도 가능하다.On the other hand, a check valve is installed on the downstream side of the condenser (based on the flow direction of the refrigerant during cooling) to prevent the refrigerant from flowing back to the condenser when the heater system is operating. In addition, the first expansion valve may be configured as a variable orifice that varies according to the requirements of the heater system, and may be configured integrally with the check valve. In addition, although the three-way valve and the second expansion valve are separately formed in FIG. 6, the three-way valve and the second expansion valve may be integrally formed.

이하에서, 도 6를 참조하여 본 발명에 따른 상기 실시예의 작용을 설명한다.Hereinafter, with reference to Figure 6 will be described the operation of the embodiment according to the present invention.

하절기 냉방시에는, 삼방 밸브가 응축기 방향으로 개방되어, 압축기에서 토출된 냉매가 응축기에서 응축되고 제1 팽창밸브(오리피스)를 거치면서 팽창된 후, 증발기를 통과하면서 자동차 실내를 냉방하게 된다. 이 경우에는 제1 냉매지로에는 냉매가 흐르지 못한다.During summer cooling, the three-way valve is opened in the condenser direction, and the refrigerant discharged from the compressor is condensed in the condenser and expanded while passing through the first expansion valve (orifice), and then the vehicle interior is cooled while passing through the evaporator. In this case, no refrigerant flows to the first refrigerant passage.

동절기 난방시에는, 삼방 밸브가 제1 냉매지로 방향으로 개방되어, 상기 제1 냉매지로의 제2 팽창밸브, 예컨대 전자식 팽창밸브 쪽으로 냉매가 흐른다. 그 다음, 토출된 냉매가스는 상기 전자식 팽창밸브를 통하여 팽창하면서 고온, 저압의냉매로 되고, 증발기로 유입되는 차가운 외기와 열교환하여 자동차 실내를 난방하게 된다. 이 때, 히터 시스템의 토출압력이 일정값보다 크지 않을 때에는 제2 냉매지로의 개폐밸브는 항상 닫혀진 상태로 유지시켜, 히터 시스템 내의 냉매가 모두 난방에 사용될 수 있도록 한다.During the winter heating, the three-way valve opens in the direction to the first refrigerant pond, and the refrigerant flows toward the second expansion valve, for example, the electronic expansion valve, to the first refrigerant pond. Then, the discharged refrigerant gas is a high-temperature, low-pressure refrigerant while expanding through the electronic expansion valve, and heats the interior of the vehicle by heat exchange with cold air flowing into the evaporator. At this time, when the discharge pressure of the heater system is not greater than a predetermined value, the on-off valve to the second refrigerant reservoir is always kept closed so that all the refrigerant in the heater system can be used for heating.

한편, 도 7에는 압축기의 회전수(RPM)에 따른 난방용량 및 토출압력의 변화가 도시되어 있는 데, 압축기의 회전수가 증가할수록 상기 압축기로부터 토출되는 냉매량 및 토출압력은 증가하게 되고, 도 8에 도시된 바와 같이 증발기의 입구로 유입되는 냉매의 온도도 또한 상승하게 되어, 결과적으로 히터 시스템의 난방성능은 향상된다.On the other hand, Figure 7 shows the change in the heating capacity and discharge pressure according to the rotational speed (RPM) of the compressor, the amount of refrigerant discharged from the compressor and the discharge pressure increases as the number of revolutions of the compressor increases, As shown, the temperature of the refrigerant entering the inlet of the evaporator also rises, and consequently the heating performance of the heater system is improved.

그러나, 상기에서 설명한 바와 같이, 토출압력의 상승은 히터 시스템의 난방성능을 향상시키는 결과를 가져오지만, 토출압력을 무제한적으로 상승시키는 것은 압축기를 포함한 전체 히터 시스템의 보호를 위해 허용되지 않고 일정하게 제한되어야 한다(예컨대, 약 28 bar 정도). 따라서, 압축기의 하류 방향에 설치되어 있는 토출압력을 측정하는 압력센서(P1)가 허용치 이상의 값을 나타내면, 제2 냉매지로(3)의 개폐밸브를 개방하여, 증발기를 빠져나온 냉매를 저압의 응축기로 흘러보내 히터 시스템 내의 증발기측 압력을 응축기의 압력(응축기에 쌓여있는 냉매의 포화압)과 동일하게 유지함으로써 증발기측 압력을 낮추어 토출압력의 상승을 억제할 수 있다. 다시 말해, 외기온도가 낮으면 응축기에 쌓여있는 냉매의 포화압력이 낮아지는 데, 히터 시스템의 냉매를 이러한 저압의 응축기로 단순히 흘려보냄으로써 동일한 압축기 회전수를 유지하면서도 히터 시스템의 토출압력의 상승을 억제할 수 있게 된다. 도 8에는 상기와 같은 제어작용에 의하여, 압축기 회전수가 높은 경우에 있어서 토출압력이 저하되는 효과가 도시되어 있다. 도 9에 나타난 바와 같이, 상기 개폐밸브는 히터 시스템의 토출압력이 과다할 때 히터 시스템을 보호하기 위한 고압방지용 안전장치의 기능을 수행한다.However, as described above, an increase in discharge pressure results in an improvement in the heating performance of the heater system, but an unlimited increase in discharge pressure is not allowed for the protection of the entire heater system including the compressor and is constantly constant. Should be limited (eg about 28 bar). Therefore, when the pressure sensor P1 for measuring the discharge pressure provided in the downstream direction of the compressor shows a value higher than the allowable value, the open / close valve of the second refrigerant passage 3 is opened to cool the refrigerant exiting the evaporator to the low pressure condenser. The evaporator side pressure can be kept low by keeping the evaporator side pressure in the heater system equal to the pressure of the condenser (saturation pressure of the refrigerant accumulated in the condenser) to suppress the increase in the discharge pressure. In other words, when the ambient temperature is low, the saturation pressure of the refrigerant accumulated in the condenser is lowered. By simply flowing the refrigerant from the heater system to the low pressure condenser, the discharge pressure of the heater system is increased while maintaining the same compressor rotational speed. It becomes possible to suppress it. 8 shows the effect of lowering the discharge pressure when the compressor rotational speed is high by the above-described control action. As shown in FIG. 9, the on / off valve functions as a high pressure preventing safety device for protecting the heater system when the discharge pressure of the heater system is excessive.

한편, 최적의 난방성능을 발생시키기 위해서는 토출압력을 적절하게 유지하는 것이 요구되는 데 그 이유를 설명하면 다음과 같다.On the other hand, in order to generate the optimal heating performance it is required to maintain the discharge pressure properly, the reason for this is as follows.

증발기 내의 냉매가 공기측으로 열을 전달할 때의 발열량을 Q라 하면,If the amount of heat generated when the refrigerant in the evaporator transfers heat to the air side is Q,

dQ/dt = dm/dt ×△hdQ / dt = dm / dt × △ h

인데,Is

동일 압축기 회전수에서 히터 시스템의 팽창밸브의 개도를 작게 하면 즉, 토출압력을 높게 하면 엔탈피 차인 △h는 증가하나 유량(m)이 감소하여, 발열량, 즉 난방성능은 감소하게 된다. 반대로, 동일 압축기 회전수에서 히터 시스템의 팽창밸브의 개도를 크게 하면 즉, 토출압력을 낮게 하면 유량(m)은 증가하나 엔탈피 차인 △h가 감소하여 난방성능은 감소한다.If the opening degree of the expansion valve of the heater system is decreased at the same compressor rotation speed, that is, the discharge pressure is increased, the enthalpy difference Δh increases but the flow rate m decreases, thereby reducing the heat generation amount, that is, heating performance. On the contrary, when the opening degree of the expansion valve of the heater system is increased at the same compressor speed, that is, when the discharge pressure is lowered, the flow rate m increases but the enthalpy difference Δh decreases and the heating performance decreases.

결론적으로 두 항의 곱(난방성능)이 최대가 되는 토출압력이 존재하며, 이는 증발기로 유입되는 외기온도에 따라 다른 데, 도 11에는 이러한 외기온도 변화에 따른 최적의 토출압력이 도시되어 있다.In conclusion, there is a discharge pressure in which the product of two terms (heating performance) is the maximum, which is dependent on the outside air temperature introduced into the evaporator, and FIG. 11 shows the optimum discharge pressure according to the change of the outside air temperature.

한편, 히터 시스템의 전자식 팽창밸브의 펄스폭 변조 듀티(PWM Duty: Pulse Width Modulation Duty)를 조절(즉, 상기 전자식 팽창밸브의 개도를 조절)함으로써 상기의 토출압력을 조절하는 것이 가능하다. 도 10에는 동일 압축기 회전수에서의전자식 팽창밸브의 듀티에 따른 난방용량 및 토출압력의 변화가 도시되어 있다.On the other hand, it is possible to adjust the discharge pressure by adjusting the pulse width modulation duty (PWM Duty) of the electronic expansion valve of the heater system (that is, adjusting the opening degree of the electronic expansion valve). 10 shows the change in heating capacity and discharge pressure according to the duty of the electronic expansion valve at the same compressor rotational speed.

따라서, 상기에서 설명한 바와 같이, 전자식 팽창밸브의 개도를 조절하여 압축기 토출압력을 증발기 유입공기온도 즉, 외기온도에 따라 최적의 값을 맞추어줌으로써 히터 시스템의 난방성능을 높일 수 있다. 즉, 증발기로 유입되는 공기의 온도를 판독한 후, 도 11에 도시된 최적난방을 위한 최적의 토출압력을 낼 수 있도록 전자식 팽창밸브의 개도를 조절한다. 그 다음, 실제 토출압력을 압력센서(P1)에서 판독하여 상기 최적의 토출압력과 비교하면서 전자식 팽창밸브의 개도를 조절한다. 상기와 같이 압축기 회전수의 상승에 관계없이 증발기 유입공기의 온도에 따라서만 토출압력을 조절하는 것이 가능한 것이다.Therefore, as described above, the heating performance of the heater system can be improved by adjusting the opening degree of the electronic expansion valve to adjust the compressor discharge pressure to an optimum value according to the evaporator inlet air temperature, that is, the outside air temperature. That is, after reading the temperature of the air flowing into the evaporator, the opening degree of the electronic expansion valve is adjusted to give the optimum discharge pressure for the optimum heating shown in FIG. Then, the actual discharge pressure is read by the pressure sensor P1, and the opening degree of the electronic expansion valve is adjusted while comparing with the optimum discharge pressure. As described above, it is possible to adjust the discharge pressure only according to the temperature of the evaporator inlet air regardless of the increase in the compressor rotation speed.

이하, 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 히터 시스템을 제어하는 과정을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, a process of controlling the heater system according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 12.

1) 히터 시스템의 작동스위치가 켜지면, 제어부에 장착된 마이컴(미도시)이 초기화되면서 히터 시스템이 작동된다.1) When the operation switch of the heater system is turned on, the heater system is operated while the microcomputer (not shown) mounted on the controller is initialized.

2) 삼방 밸브는 응축기 측으로 차단되고 제1 냉매유로 측으로 개방되어, 냉매순환유로 쪽으로는 냉매가 흐르지 못한다.2) The three-way valve is blocked to the condenser side and opened to the first refrigerant passage, so that no refrigerant flows toward the refrigerant circulation passage.

3) 카운터(시계)가 작동하고, 히터 시스템이 적당한 압력을 가질 때까지 전자식 팽창밸브에는 최대 전류가 공급되도록 소정시간이 경과된다(히터 시스템 작동초기에는 급격한 고압발생을 방지하고, 히터 시스템을 보호하기 위해 전자식 팽창밸브의 개도를 크게 할 필요가 있다).3) A predetermined time has elapsed so that the electric expansion valve is supplied with the maximum current until the counter (clock) is operated and the heater system has a proper pressure (preventing a sudden high pressure during the initial operation of the heater system and protecting the heater system). To do this, the opening of the electronic expansion valve needs to be increased.

4) 압력센서(P1)와 온도센서(T1)를 작동시켜 토출압력과 증발기 유입공기온도를 각각 판독한다.4) Operate pressure sensor P1 and temperature sensor T1 to read discharge pressure and evaporator inlet air temperature.

5) 토출압력값이 일정값(허용치) 이하인 경우에는 다음의 정상모드 과정을 거친다.5) If the discharge pressure is below a certain value (allowed value), go through the following normal mode process.

5-1) 도 11의 데이터에 근거한 증발기 유입공기온도에 따른 최적의 압축기 토출압력 데이터를 판독한다.5-1) Read the optimum compressor discharge pressure data according to the evaporator inlet air temperature based on the data in FIG.

5-2) 압력센서(P1)를 사용하여 실제 압축기 토출압력을 판독한다.5-2) The actual compressor discharge pressure is read using the pressure sensor P1.

5-3) 실제 압축기 토출압력과 최적의 압축기 토출압력의 오차를 산출한다.5-3) Calculate the error between the actual compressor discharge pressure and the optimum compressor discharge pressure.

5-4) 산출된 오차에 근거하여 전자식 팽창밸브의 PWM 듀티를 조절하여 전자식 팽창밸브의 개도를 조정함으로써, 압축기 토출압력을 조절한다(도 10).5-4) The compressor discharge pressure is adjusted by adjusting the PWM duty of the electronic expansion valve based on the calculated error to adjust the opening degree of the electronic expansion valve.

6) 만일, 토출압력의 값이 일정값(허용치)보다 큰 경우는, 고압제어모드로 들어가 다음과 같은 고압제어 작동이 시작된다.6) If the discharge pressure value is larger than a certain value (allowed value), the high pressure control mode is entered and the following high pressure control operation starts.

6-1) 제2 냉매지로의 개폐밸브를 개방하여 냉매를 응축기로 흘려보낸다.6-1) Open the on / off valve to the second coolant port and flow the coolant to the condenser.

6-2) 제1 냉매지로의 전자식 팽창밸브에 최대전류를 공급하여(PWM 듀티 최대) 냉매의 흐름을 원할하게 한다.6-2) Supply the maximum current (maximum PWM duty) to the electronic expansion valve to the first refrigerant reservoir to facilitate the flow of the refrigerant.

6-3) 토출압력를 판독하여 일정값 이하이면 정상모드로 복귀하고, 일정값보다 큰 경우에는 상기 고압제어모드가 계속해서 반복된다.6-3) The discharge pressure is read and returned to the normal mode when the discharge pressure is lower than or equal to the predetermined value. When the discharge pressure is higher than the constant value, the high pressure control mode is continuously repeated.

6-4) 정상모드로 복귀할 때에는 제2 냉매지로의 개폐밸브를 차단한다.6-4) When returning to the normal mode, shut off the valve to the second refrigerant reservoir.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 따르면, 압축기 토출압력을 외기온도(증발기 유입공기온도)에 따라 전자식 팽창밸브를 사용하여 적절한 값으로 설정하여 히터 시스템의 난방성능을 최적으로 유지할 수 있고, 또한 과도한 토출압력의 상승을 예방하여 히터 시스템의 손상을 방지할 수 있다.According to the present invention having the above-described configuration, the compressor discharge pressure is set to an appropriate value using an electronic expansion valve according to the outside temperature (evaporator inlet air temperature) to optimally maintain the heating performance of the heater system, and It is possible to prevent damage to the heater system by preventing an increase in discharge pressure.

또한, 본 발명에 따른 히터 시스템을 사용하면, 기존에 보조난방을 위해 사용되었던 연소식 히터 등을 저렴한 비용으로 대체할 수 있다.In addition, by using the heater system according to the present invention, it is possible to replace the combustion heater, etc. that have been previously used for auxiliary heating at a low cost.

Claims (4)

압축기, 응축기, 제1 팽창밸브, 증발기를 차례로 경유하는 냉매순환유로와, 상기 압축기와 상기 응축기 사이의 상기 냉매순환유로로부터 분기되어, 상기 제1 팽창밸브와 상기 증발기 사이의 상기 냉매순환유로로 복귀하며, 제2 팽창밸브가 장착된 제1 냉매지로를 구비한 자동차의 히터 시스템에 있어서,A refrigerant circulation passage passing through the compressor, the condenser, the first expansion valve, and the evaporator in turn, and branched from the refrigerant circulation passage between the compressor and the condenser, and returned to the refrigerant circulation passage between the first expansion valve and the evaporator. In the heater system of the vehicle provided with a first refrigerant passage equipped with a second expansion valve, 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 상기 냉매순환유로로부터 분기되어, 상기 응축기와 상기 제1 팽창밸브 사이의 상기 냉매순환유로로 복귀하며, 개폐밸브가 장착된 제2 냉매지로와;A second refrigerant passage branched from the refrigerant circulation passage between the evaporator and the compressor to return to the refrigerant circulation passage between the condenser and the first expansion valve and having an on / off valve; 상기 냉매순환유로와 상기 제1 냉매지로 측으로의 냉매의 유동방향을 조절하는 유동방향 조절밸브와;A flow direction control valve for controlling a flow direction of the refrigerant toward the refrigerant circulation passage and the first refrigerant passage; 상기 증발기로 유입되는 공기의 온도에 따라 상기 압축기의 토출압력을 조절하도록 상기 제2 팽창밸브의 개도(開度)를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 히터 시스템.And a control unit for controlling an opening degree of the second expansion valve to adjust the discharge pressure of the compressor according to the temperature of the air introduced into the evaporator. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유동방향 조절밸브는 삼방밸브(3-way Valve)이고, 상기 냉매순환유로로부터 상기 제1 냉매지로가 분기되는 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 자동차의 히터 시스템.The flow direction control valve is a three-way valve (3-way valve), the heater system of the vehicle, characterized in that located at the point where the first refrigerant branch from the refrigerant circulation passage. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제어부는, 압축기 토출압력을 측정하는 압력센서(P1)와, 증발기로 유입되는 공기의 온도를 측정하는 온도센서(T1)를 포함하며, 상기 압력센서(P1)로부터의 압축기 토출압력값과 상기 온도센서(T1)로부터의 상기 공기의 온도값을 사용하여 상기 제2 팽창밸브, 상기 삼방밸브, 그리고 상기 개폐밸브를 조절하여 상기 압축기 토출압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 자동차의 히터 시스템.The control unit includes a pressure sensor P1 for measuring the compressor discharge pressure and a temperature sensor T1 for measuring the temperature of the air flowing into the evaporator, the compressor discharge pressure value from the pressure sensor P1 and the And the compressor discharge pressure is controlled by adjusting the second expansion valve, the three-way valve, and the opening / closing valve by using the temperature value of the air from the temperature sensor (T1). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2 팽창밸브와 상기 유동방향 조절밸브는 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 히터 시스템.And the second expansion valve and the flow direction control valve are integrally formed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100836111B1 (en) * 2007-07-03 2008-06-09 현대자동차주식회사 Air-condition/heating system for bus

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