KR20090058075A - 열전 소자를 이용한 차량용 공조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열전 소자를 보조 온도 조절 장치로 사용하는 차량용 공조 장치에 관한 것이다.
본 발명의 차량용 공조 장치는, 히터코어와 보조 온도 조절 장치가 설치되며, 내부 공기 또는 외부 공기의 온도를 변화시켜 차량 실내로 토출하는 공기 조절부, 히터코어의 제1 열매체가 순환하는 냉각수 순환부 및 보조 온도 조절 장치의 제2 열매체가 순환하는 오일 순환부를 포함하는 차량용 공조 장치에 있어서, 보조 온도 조절 장치는 제2 열매체를 흡열부의 열매체로 사용하는 열전 모듈을 포함한다.
열전소자, 보조난방, 히터코어, 오일 순환부, 냉매 순환부, 냉각수 순환부

Description

열전 소자를 이용한 차량용 공조 장치{AIR CONDITIONER FOR VEHICLES USING THERMOELECTRIC ELEMENT}
본 발명은 차량용 공조 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 열전 소자를 보조 냉난방 장치로 사용하는 차량용 공조 장치에 관한 것이다.
차량용 공조 장치는 차량 외부의 공기를 차량 실내로 도입하거나, 차량 실내의 공기를 순환시키는 과정에서 공기를 가열 또는 냉각시킴으로써 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 장치로서, 냉각 작용을 위한 증발기, 가열 작용을 위한 히터코어, 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍하는 송풍 모드 전환용 도어 및 이들을 제어하기 위한 제어부를 구비한다.
차량 실내를 냉방하기 위하여는 자동차 엔진에 연동되는 컴프레서에 의해 압축된 냉매가 증발기에 공급되어야 하며, 차량 실내를 난방하기 위하여는 자동차 엔진에서 발생되는 열에 의해 가열된 냉각수가 히터코어에 공급되어야 한다.
그러므로 여름철 또는 겨울철에 차량이 장시간 주차되어 차량 실내가 몹시 춥거나 몹시 더울 경우, 운전자는 차량 엔진이 구동되는 일정 시간 동안 차량 실내의 상태를 신속히 변경하는 데 어려움이 있다. 이러한 불편함을 해소하기 위하여 종래 차량용 공조 장치는 차량 실내 공기를 신속히 변경시킬 수 있는 서브 응축기 또는 워머 쿨러 등의 보조 냉난방 장치를 구비한다.
종래 보조 난방 장치를 구비한 차량용 공조 장치의 예로서, 일본 공개 특허 제2005-220828호는 엔진 또는 미션 오일을 보조 열매체로 하는 워머 쿨러를 구비한 차량용 엔진의 냉각 장치를 개시하고 있고, 일본 공개 특허 제2003-33519호는 서브 응축기를 구비한 차량용 공조 장치를 개시하고 있다.
그런데 개시된 종래 보조 난방 장치를 구비한 차량용 공조 장치는 엔진의 구동에 연동되어 보조 난방 장치가 가동되기 때문에 보조 냉난방의 속효성이 떨어지고, 열매체로 사용되는 유체가 일정온도 이상에 도달하기 전에는 난방수단으로 사용되지 않으며, 또한 미세한 온도 조절이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 엔진 또는 미션 오일을 열매체로 하는 열전 소자를 보조 냉난방 장치로 사용하는 차량용 공조 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 공조 장치는, 히터코어와 보조 온도 조절 장치가 설치되며, 내부 공기 또는 외부 공기의 온도를 변화시켜 차량 실내로 토출하는 공기 조절부, 상기 히터코어의 제1 열매체가 순환하는 냉각수 순환부 및 상기 보조 온도 조절 장치의 제2 열매체가 순환하는 오일 순환부를 포함하는 차량용 공조 장치에 있어서, 상기 보조 온도 조절 장치는 상기 제2 열매체를 흡열부의 열매체로 사용하는 열전 모듈을 포함한다.
여기서, 상기 제2 열매체는, 상기 차량에 사용되는 엔진 오일 또는 미션 오일일 수 있다.
또한, 상기 열전 모듈은, 전류의 흐름에 따라 방열이 일어나는 방열부와 상기 전류의 흐름에 따라 흡열이 일어나는 흡열부를 포함하며, 상기 방열부에서 방열되는 방열 열량은 상기 전류에 의해 공급되는 공급 전력과 상기 제2 열매체에 의해 흡열부로 흡열되는 흡열 열량의 합인 것이 바람직하다.
또한, 상기 보조 온도 조절 장치는, 상기 흡열부에 접합되고, 상기 오일 순환부를 따라 상기 제2 열매체가 순환되는 경로를 제공하는 오일 튜브, 및 상기 방열부에 접합되어 상기 방열에 의해 상기 공기를 가열하는 방열 수단을 더 포함한다. 상기 제2 열매체가 상기 오일 튜브를 따라 순환하는 방향과 상기 공기가 상기 방열 수단을 통과하는 방향이 서로 다른 방향인 것이 바람직하다.
또한, 상기 오일 순환부는, 상기 제2 열매체의 열량이 방열되는 오일 쿨러, 상기 제2 열매체의 순환 경로를 변경하여 상기 제2 열매체의 열량이 상기 오일 쿨 러에 의해 방열 될 것인지 상기 보조 온도 조절 장치를 통해 방열될 것인지를 결정하는 바이패스 밸브를 더 포함한다.
또한, 상기 열전 모듈은, 전류의 흐름에 따라 방열이 일어나는 방열부와 상기 전류의 흐름에 따라 흡열이 일어나는 흡열부를 포함하며, 상기 전류의 흐름이 반전되면 상기 방열부와 흡열부의 작용이 서로 바뀌는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열전 모듈은, 상기 제2 열매체의 온도가 기준 온도보다 작으면, 제1 전압을 인가받고, 상기 제2 열매체의 온도가 상기 기준 온도보다 크면, 상기 제1 전압보다 작은 제2 전압을 인가받는 것이 바람직하다.
본 발명의 열전 소자를 이용한 차량용 공조 장치는, 엔진 오일 또는 미션 오일의 온도에 따라 열전 소자에 인가하는 전압을 조절할 수 있는 기술적 구성을 가지므로, 초기 난방 시에는 열전 소자에 흐르는 전류를 크게 하여 빠르게 차량 실내 공기를 따뜻하게 하고, 엔진 오일 또는 미션 오일의 열량이 증가하면 열전 소자에 흐르는 전류를 줄여 소모 전력을 감소시킴과 동시에 차량 실내 공기를 적절히 제어할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 공조 장치의 개략적 구성을 나타내는 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 공조 장치는 공기 조절부(100), 냉매 순환부(200), 냉각수 순환부(300), 오일 순환부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.
상기 공기 조절부(100)는 제어부(200)의 제어에 따라 외부 또는 내부 공기를 가열 또는 냉각시켜 벤트 모드, 플로어 모드, 바이레벨 모드 또는 디프로스트 모드로 토출시킨다. 구체적으로 공기 조절부(100)의 공조 케이스(102)는 외기 유입구, 내기 유입구 및 다수의 토출구(DEF, VENT, FLOOR)가 형성되어 있다. 공조 케이스(102)에는 외부 또는 내부 공기를 유입하는 내외기 도어(120), 차량 실내의 공기 온도를 조정하는 온도 조절 도어(122), 다수의 토출구(DEF, VENT, FLOOR)를 각각 개폐하여 여러 가지 공기 토출 모드를 생성하는 디프로스트 도어(124), 벤트 도어(126) 및 플로어 도어(128)가 설치된다.
공조 케이스(102)의 외내기 유입구 측에는 송풍기(114)가 설치되며, 송풍기(114) 인근에는 증발기(240), 히터코어(330) 및 보조 냉난방 장치(430)가 설치된다. 송풍기(114)는 외기 또는 내기 유입구로부터 흡입한 공기를 증발기(240) 쪽으로 송풍시켜 다수의 토출구(DEF, VENT, FLOOR) 중 적어도 하나를 통하여 토출시킨다.
증발기(240)는 냉각용 열교환기로서 차량 엔진(520)에 의해 구동되는 컴프레서(Compressor)(210) 및 팽창 밸브(230) 등과 함께 냉매 순환부(200)를 구성하며 컴프레서(210)에 의해 압축된 냉매를 매체로 하여 공기를 냉각한다.
히터코어(330)는 가열용 열교환기로서 차량 엔진(520), 바이패스 밸브(310), 라디에이터(320) 및 냉각수 온도센서(340) 등과 함께 냉각수 순환부(300)를 구성하며, 차량 엔진(520)의 냉각수를 열매체로 하여 공기를 가열한다. 여기서 바이패스 밸브(310)는 차량 엔진(520)에 의해 가열된 냉각수의 열량이 라디에이터(320)를 통해 방열될 것인지 히터코어(330)를 통해 방열될 것인지를 결정한다. 냉각수의 열량이 히터코어(330)를 통해 방열되는 경우 히터코어(330)는 차량 실내의 공기를 따뜻하게 하는 난방 장치로 동작한다.
보조 냉난방 장치(430)는 열전 모듈을 포함하며, 차량 엔진(520), 바이패스 밸브(410), 오일 쿨러(420), 오일 온도 센서(440) 및 오일 펌프(450) 등과 함께 오일 순환부(400)를 구성하며, 전원부(510)로부터 인가되는 전류의 방향에 따라 초기 냉난방시 공기를 냉각 또는 가열한다. 또한 보조 냉난방 장치(430)는 엔진 오일을 열매체로 하여 공기를 가열할 수 있다. 여기서 바이패스 밸브(410)는 차량 엔진(520)에 의해 가열된 엔진 오일의 열량이 오일 쿨러(420)를 통해 방열될 것인지 보조 냉난방 장치(430)를 통해 방열될 것인지를 결정한다. 엔진 오일의 열량이 보조 냉난방 장치(430)를 통해 방열되는 경우 보조 냉난방 장치(430)는 차량 실내의 공기를 따뜻하게 하는 난방 장치로 동작한다.
상기 제어부(500)는 운전자에 의해 입력되는 조절 신호 또는 메모리(502)에 저장된 자동 조절 절차에 따라 공기 조절부(100), 냉매 순환부(200), 냉각수 순환부(300), 오일 순환부(400) 및 전원부(510)를 제어한다. 메모리(502)에는 설정 온 도, 설정 냉각수 온도, 설정 오일 온도, 및 보조 냉난방 장치(430)에 인가되는 일정 전압이 더 저장되는 것이 바람직하다.
여기서 설정 온도는 운전자가 목표치로 하는 차량의 실내 온도이다. 설정 냉각수 온도는 히터코어에 의해 난방을 할 것인지 보조 냉난방 장치에 의해 난방을 할 것인지를 결정하기 위해 설정되는 냉각수 온도이다. 설정 오일 온도는 보조 냉난방 장치에 인가되는 전압을 결정하기 위해 설정되는 오일 온도이다. 일정 전압은 보조 냉난방 장치에 인가될 수 있는 복수의 전압을 포함한다.
또한 제어부(500)는 차량 실내 온도 센서(520), 냉각수 온도 센서(340), 오일 온도 센서(440) 로부터 차량 실내온도, 냉각수 온도 및 오일 온도를 제공받아 메모리(502)에 저장된 설정 온도, 설정 냉각수 온도, 오일 온도와 각각 비교하여 냉난방 여부와, 히터코어(330)에 의한 난방 또는 보조 냉난방 장치(430)에 의한 난방 여부를 결정하여 메모리(502)에 설정된 자동 제어 절차에 따라 차량용 공조 장치를 제어한다.
다음으로 도1에 도시된 보조 냉난방 장치(430)에 대하여 좀 더 자세하게 설명한다. 도 2는 도 1의 보조 냉난방 장치에 포함된 열전 모듈의 구성을 도시한 사시도이다. 도 2를 참조하면, 열전 모듈(TM: Thermoelectric Modlue)은 N형 반도체 소자(447)와 P형 반도체 소자(446)로 구성되는 열전 소자(TE: Thermoelectric Element)들이 상부 금속(449) 및 하부 금속(448)을 통하여 전기적으로 직렬로, 열적으로는 병렬로 연결되며 상부 금속(449) 및 하부 금속(448) 각각에 절연 열전도 체(444, 445)가 접합된다. 절연 열전도체(444, 445)는 세라믹 기판일 수 있다.
이러한 열전 모듈(TM)에 직류 전압을 인가하여 P형 반도체 소자(446)로부터 N형 반도체 소자(447)로 전류가 흐르도록 하면 펠티어 효과(Peltier Effect)로 인해 열전 소자(TE)의 하부에서 흡수된 열이 상부를 통해 방열된다. 그러므로 흡열부로 동작하는 열전 소자(TE)들의 하부 금속(448)에 접합된 절연 열전도체(445)는 흡열 냉각 작용을 하며, 발열부로 동작하는 열전 소자(TE)들의 상부 금속(449)에 접합된 절연 열전도체(444)는 방열 가열 작용을 할 수 있다.
열전 모듈(TM)에 공급되는 전력이 P[W]이고 흡열 냉각 작용에 의해 흡열되는 흡열 열량이 Qc[W]일 때, 방열 가열 작용에 의한 발열 열량 Qh는 아래 수학식1과 같이 표현된다.
Figure 112007087113113-PAT00001
수학식 1을 참조하면, 열전 모듈(TM)은 흡열부에 높은 열량을 가지는 열매체로부터 열을 공급받는 경우, 열전 모듈(TM)에 공급되는 전력이 작은 경우에도 효과적인 방열 가열 작용을 수행할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 열전 모듈(TM)에 인가되는 직류 전압의 극성을 바꾸어 N형 반도체 소자(447)로부터 P형 반도체 소자(446)로 전류가 흐르도록 하면, 열전 소자(TE)의 상부에서 흡수된 열을 하부를 통해 방열되도록 할 수 있다. 이와 같이, 열전 모듈(TM)에 인가되는 전압의 극성의 반전에 따라 열전 모듈(TM)의 흡열부와 발열부의 작용을 서로 바꿀 수 있기 때문에 본 실시예의 열전 모듈(TM)은 보조 난방 장치뿐만 아니라 보조 냉방 장치에도 사용될 수 있다.
도 3a는 도 1의 보조 냉난방 장치의 구성을 도시한 사시도이다. 도 3a를 참조하면, 본 실시 예에 따른 보조 냉난방 장치(430)는 도 2에서 설명한 열전 모듈(TM)의 흡열부에 오일 튜브(431)가 접합되고, 열전 모듈(TM)의 방열부에 방열 수단(433)이 접합되어 설치된다.
상기 오일 튜브(431)는 복수개의 오일 순환구(432)가 형성된 튜브로서, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu) 등의 높은 열전도율을 가진 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 오일 튜브(432)는 차량 엔진에 의해 가열된 오일이 오일 순환부를 따라 순환될 수 있는 경로를 제공 한다. 이러한 오일 튜브는 적층형 튜브 또는 압출형 튜브일 수 있다.
그러므로 차량 엔진에 의해 가열된 오일이 가지는 열량은 오일 튜브를 순환하는 오일에 의해 오일 튜브(431)에 전달될 수 있다. 오일 튜브(431)에 전달된 오일의 열량은 열전 모듈(TM)의 동작에 있어서 상기 수학식1의 흡열 열량에 해당한다. 따라서 엔진 오일이 차량 엔진에 의해 가열되어 일정 열량을 가지게 되면 열전 모듈(TM)에 인가되는 전압을 낮추더라도 열전 모듈(TM)은 적절한 방열 기능을 수행할 수 있게 된다.
또한, 보조 냉난방 장치(430)는 열전 모듈(TM)의 흡열부에 복수의 오일 튜브 삽입구가 형성된 금속 재질의 오일 방열 블록이 부착되고 오일 튜브 삽입구에 오일 이 순환할 수 있는 오일 튜브가 삽입되는 구조를 가질 수도 있다.
상기 방열 수단(433)은 열전 모듈(TM)의 방열부에서 방열되는 열량을 효과적으로 방열시켜 방열 수단(433)을 통과하는 공기를 가열하는 역할을 수행한다. 방열 수단(433)은 열전 모듈(TM)의 방열부에 접합되어 설치되는 방열 루버 휜(Louver Fin)일 수 있다.
한편, 오일이 오일 튜브(431)를 따라 순환하는 방향과 공기가 방열 수단(433)을 통과하는 방향은 서로 다른 방향, 예를 들면 서로 반대 방향(도 3a 참조)이거나 서로 교차하는 방향(도 3b 참조)인 것이 좋다. 이는 오일이 오일 튜브(431)를 따라 순환하는 방향과 공기가 방열 수단(433)을 통과하는 방향이 동일한 경우 보다 흡열부와 방열부의 평균 온도차를 크게 하여 열교환 효율을 향상 시킨다.
도 4는 도 1에 도시된 오일 순환부의 다른 실시 예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 오일 순환부(400)는 트랜스미션(Transmission)(460), 바이패스 밸브(410), 오일 쿨러(420) 및 보조 냉난방 장치(430)를 포함한다. 여기서 보조 냉난방 장치(430)는 미션 오일을 열매체로 하여 공기를 가열할 수 있다. 바이패스 밸브(410)는 트랜스미션(460)에 의해 가열된 오일의 열량이 오일 쿨러(420)를 통해 방열될 것인지 보조 냉난방 장치(430)를 통해 방열될 것인지를 결정한다. 미션 오일의 열량이 보조 냉난방 장치(430)를 통해 방열되는 경우 보조 냉난방 장치(430)는 차량 실내의 공기를 따뜻하게 하는 난방 장치로 동작한다.
다음으로 도 1에 도시된 제어부의 동작 설명을 통하여 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 공조 장치의 동작을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 공조 장치의 동작 설명을 위한 절차 흐름도이다. 도 1 및 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 따른 차량용 공조 장치는 난방 동작 및 냉방 동작을 수행한다. 난방 동작은 히터코어 난방 동작 및 보조 냉난방 장치 난방 동작을 포함한다.
먼저 제어부(500)의 메모리(502)에 설정 온도, 설정 냉각수 온도, 설정 오일 온도 및 보조 냉난방 장치에 인가될 일정 전압을 저장한다. 여기서 일정 전압은 보조 냉난방 장치에 인가될 수 있는 높은 전압(ex: 12v)과 낮은 전압(ex:3v)을 포함한다.
다음으로 제어부(500)는 차량 실내 온도 센서(520)로부터 제공되는 실내 온도와 메모리(502)에 저장된 설정 온도를 비교(S100)하여 설정 온도가 실내 온도보다 크면 난방 동작을 수행하고 설정 온도가 실내 온도보다 작으면 냉방 동작을 수행한다.
<난방 동작>
난방 동작을 구체적으로 설명하면, 제어부(500)는 냉각수 온도 센서(340)로부터 제공되는 냉각수 온도와 메모리(502)에 저장된 설정 냉각수 온도를 비교(S102)하여 냉각수 온도가 설정 냉각수 온도보다 크면 히터코어 난방 동작을 수 행하고 냉각수 온도가 설정 냉각수 온도보다 작으면 보조 냉난방 장치 난방 동작을 수행한다.
<보조 냉난방 장치를 이용한 난방>
여기서, 냉각수 온도가 설정 냉각수 온도보다 작은 경우는 차량 엔진(520)에 의해 냉각수가 가열되지 않아 냉각수만을 열매체로 하면 차량 실내를 적절하게 난방할 수 없는 차량 엔진 초기 구동 상태에 해당된다. 이 경우 제어부(500)는 보조 냉난방 장치(430)를 이용한 난방 동작을 수행한다.
보다 구체적으로 제어부(500)는 오일 온도 센서(440)로부터 제공되는 오일 온도와 메모리(502)에 저장된 설정 오일 온도를 비교(S104)하여 오일 온도가 메모리(502)에 저장된 설정 오일 온도보다 작으면 오일 순환부(400)에 포함된 바이패스 밸브(410)를 오프(S130)시키고, 전원부(510)를 제어하여 보조 냉난방 장치(430)에 12V의 전압이 인가(S132)되도록 한다. 즉 오일 온도가 설정 온도보다 작은 경우는 보조 냉난방 장치(430)에 높은 전압(ex:12v)을 인가하여 차량 실내를 신속하게 난방 시킬 수 있도록 한다.
또한 제어부(500)는 오일 온도 센서(440)로부터 제공되는 오일 온도와 메모리(500)에 저장된 설정 오일 온도를 비교(S104)하여 오일 온도가 메모리(502)에 저장된 설정 오일 온도보다 크면 오일 순환부(400)에 포함된 바이패스 밸브(410)를 오프(S120)시키고 오일 펌프(450)를 가동시키면서, 전원부(510)를 제어하여 보조 냉난방 장치(430)에 3V의 전압이 인가(S122)되도록 한다. 즉 오일 온도가 설정 온 도보다 큰 경우는 바이패스 밸브(410)를 오프시켜 차량 엔진(520)에 의해 어느 정도 가열된 엔진 오일이 보조 냉난방 장치(430)를 통해 오일 순환부(400)를 순환할 수 있도록 하고, 가열된 엔진 오일의 열량을 보조 냉난방 장치(430)의 흡열부가 흡열하여 상기 수학식1에 따라 발열 효율을 향상 시킬 수 있도록 한다. 따라서 이 경우에는 보조 냉난방 장치(430)에 낮은 전압을 인가하더라도 적절한 초기 난방 상태를 지속시킬 수 있게 된다.
이러한 보조 냉난방 장치(430)의 난방 동작을 통하여, 종래 차량 엔진 초기 구동 상태에서 냉각수의 온도가 일정 온도 이상으로 올라가기 전 까지 난방의 속효성이 떨어지는 문제점이 해소될 수 있게 된다. 또한 적절하게 엔진 오일의 열량을 이용함으로써 보조 냉난방 장치에 소모되는 전력을 감소시키면서도 효율적으로 초기 난방 상태를 유지시킬 수 있다.
<히터코어를 이용한 난방>
다음으로 냉각수 온도가 설정 냉각수 온도보다 큰 경우는 차량 엔진(520)에 의해 냉각수가 충분히 가열되어 냉각수만을 열매체로 하더라도 차량 실내를 적절하게 난방할 수 있는 경우이다.
보다 구체적으로 제어부(500)는 오일 순환부(400)에 포함된 바이패스 밸브(410)를 온(S110)시켜 엔진 오일이 오일 쿨러(420)를 통해 순환될 수 있도록 한다. 그리고 제어부(500)는 냉각수 순환부(300)에 포함된 바이패스 밸브(310)를 오프시켜 냉각수가 히터코어(330)를 통해 순환될 수 있도록 하여 히터코어(330)를 온(S112)시킨다. 이때 제어부(500)는 전원부(510)를 제어하여 보조 냉난방 장치(430)에 전압이 인가되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
즉 보조 냉난방 장치(430)가 초기 난방 동작을 수행하는 동안 차량 엔진(520)의 구동에 의해 냉각수가 가열되고 가열된 냉각수를 열매체로 차량 실내를 적절하게 난방할 수 있는 경우, 보조 냉난방 장치(430)에 의한 난방 동작을 중단하고 히터코어(330)에 의한 난방 동작을 수행한다.
<냉방 동작>
냉방 동작은 제어부(500)가 에어컨, 즉 냉매 순환부(200)를 제어하여 냉매 순환부(200)가 동작되도록 한다. 보다 구체적으로, 컴프레서(210)는 차량 엔진(520)의 구동력을 전달받아 기체 상태의 냉매를 압축하여 응축기(220)로 공급한다. 응축기(220)는 기체 상태의 냉매를 고온 고압의 액체 상태로 변환시켜 팽창 밸브(230)로 공급한다. 팽창 밸브(230)는 고압의 냉매를 저압으로 만들어 증발기(240)에 공급함으로써 증발기(240)에서는 냉매가 액체 상태에서 기체 상태로 증발된다. 이때 발생되는 냉매의 증발 잠열에 의하여 차량 실내의 냉방이 이루어 질 수 있다.
이때 제어부(500)는 보조 냉난방 장치(430)에 전압을 인가하여 보조 냉난방 장치(430)를 가동시킬 수 있다. 즉 운전자는 보조 냉난방 장치(430)를 난방 장치로 동작시켜 난방된 공기를 제공함으로서 냉방된 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있게 된다. 오일 온도가 일정 온도 이상인 경우에는 바이패스 밸브(410) 및 오일 펌프(450)를 제어하여 보조 냉난방 장치(430)가 오일의 열량을 이용할 수 있게 함으로써, 보조 냉난방 장치에 전원을 인가하지 않고서도 일정 온도의 난방된 공기를 제공할 수 있다. 또한 운전자는 보조 냉난방 장치(430)를 냉방 장치로 동작시켜 냉매 순환부(400)에 의한 냉방이 적절하게 이루어지기 전에 신속하게 차량 실내를 냉방시킬 수도 있다. 보조 냉난방 장치는 인가되는 전압의 극성에 따라 난방 장치 또는 냉방 장치로 동작할 수 있음은 도 2에서 설명한 바와 같다.
마지막으로 제어부(500)는 차량 실내 온도 센서(520)로부터 제공되는 실내 온도와 메모리(502)에 저장된 설정 온도를 다시 비교(S150)하여 실내 온도와 설정 온도가 일치되면 차량용 공조 장치의 추가 제어를 중단하고, 실내 온도와 설정 온도가 일치되지 않으면 상기에서 설명한 냉난방 동작을 되풀이하여 실내 온도와 설정 온도가 일치되도록 차량용 공조 장치를 제어한다.
상기에서 설명한 본 발명의 일실 예에 따른 차량용 공조 장치의 제어 방법에 따르면, 열전 소자의 특징인 속효성을 이용하여 초기 난방시, 차량 실내에 신속하게 난방된 공기를 공급할 수 있게 된다. 또한 열전 소자에 인가되는 전압을 적절히 선택하여 온도의 미세한 제어가 가능하다. 또한 오일에서 발생되는 열을 이용하여 오일 냉각과 함께 열전 소자를 이용한 난방 효과를 극대화할 수 있다,
한편 본 실시 예에서는 엔진 오일이 순환하는 오일 순환부를 예시하여 설명하였지만 오일 순환부는 도 4에서 설명한 미션 오일이 순환하는 오일 순환부일 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 공조 장치의 개략적 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 보조 냉난방 장치에 포함된 열전 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.
도 3a 및 3b는 도 1의 보조 냉난방 장치의 구성을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 오일 순환부의 다른 실시 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 차량용 공조 장치의 동작 설명을 위한 절차 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100: 공기 조절부 200: 냉매 순환부
300: 냉각수 순환부 400: 오일 순환부
500: 제어부

Claims (8)

  1. 히터코어(330)와 보조 온도 조절 장치(430)가 설치되며, 내부 공기 또는 외부 공기의 온도를 변화시켜 차량 실내로 토출하는 공기 조절부(100), 상기 히터코어(330)의 제1 열매체가 순환하는 냉각수 순환부(300) 및 상기 보조 온도 조절 장치(430)의 제2 열매체가 순환하는 오일 순환부(400)를 포함하는 차량용 공조 장치에 있어서,
    상기 보조 온도 조절 장치(430)는 상기 제2 열매체를 흡열부의 열매체로 사용하는 열전 모듈(TM)을 포함하는 차량용 공조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 열매체는,
    상기 차량에 사용되는 엔진 오일 또는 미션 오일인 것을 특징으로 하는 차량용 공조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 열전 모듈(TM)은,
    전류의 흐름에 따라 방열이 일어나는 방열부와 상기 전류의 흐름에 따라 흡열이 일어나는 흡열부를 포함하며,
    상기 방열부에서 방열되는 방열 열량은 상기 전류에 의해 공급되는 공급 전 력과 상기 제2 열매체에 의해 흡열부로 흡열되는 흡열 열량의 합인 것을 특징으로 하는 차량용 공조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 보조 온도 조절 장치(430)는,
    상기 흡열부에 접합되고, 상기 오일 순환부(400)를 따라 상기 제2 열매체가 순환되는 경로를 제공하는 오일 튜브(431), 및
    상기 방열부에 접합되어 상기 방열에 의해 상기 공기를 가열하는 방열 수단(433)을 더 포함하는 차량용 공조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 열매체가 상기 오일 튜브(431)를 따라 순환하는 방향과 상기 공기가 상기 방열 수단(433)을 통과하는 방향이 서로 다른 방향인 차량용 공조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 순환부(400)는,
    상기 제2 열매체의 열량이 방열되는 오일 쿨러(420), 및
    상기 제2 열매체의 순환 경로를 변경하여 상기 제2 열매체의 열량이 상기 오일 쿨러(420)에 의해 방열 될 것인지 상기 보조 온도 조절 장치(430)를 통해 방열 될 것인지를 결정하는 바이패스 밸브(410)를 더 포함하는 차량용 공조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 열전 모듈(TM)은,
    전류의 흐름에 따라 방열이 일어나는 방열부와 상기 전류의 흐름에 따라 흡열이 일어나는 흡열부를 포함하며,
    상기 전류의 흐름이 반전되면 상기 방열부와 흡열부의 작용이 서로 바뀌는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 열전 모듈(TM)은,
    상기 제2 열매체의 온도가 기준 온도보다 작으면, 제1 전압을 인가받고,
    상기 제2 열매체의 온도가 상기 기준 온도보다 크면, 상기 제1 전압보다 작은 제2 전압을 인가받는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 장치.
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