KR20100089577A - 냉난방 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉난방 장치 및 방법에 관한 것으로, 양단부가 제1개폐밸브와 연통되고 어큐뮬레이터와 압축기가 장착되는 제1순환관; 제1개폐밸브에 일단부가 연통되고 내부열교환기에 타단부가 연통되는 제2순환관; 내부열교환기에 일단부가 연통되고 제2개폐밸브에 타단부가 연통되는 제3순환관; 제2개폐밸브에 일단부가 연통되고 제1개폐밸브에 타단부가 연통되며 외부열교환기가 장착되는 제4순환관; 및 제2개폐밸브에 일단부가 연통되고 제4순환관에 타단부가 연통되며 보조열교환기가 장착되는 제5순환관을 포함한다.

자동차, 냉난방, 히터, 연료전지, 실내열교환기, 실외열교환기

Description

냉난방 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD OF AIR CONDITIONING}

본 발명은 자동차에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 겨울철 외부기온이 하강하더라도 냉매에 의한 열교환으로 공기를 가열하도록 하는 자동차의 냉난방 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 압축기, 응축기 및 증발기가 구비되어, 자동차 내부로 냉기나 온기를 공급하게되며, 도 1은 종래 냉난방 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 냉난방 장치(10)에는 압축기(11), 응축기(12), 증발기(13)가 연결관(14)을 통해 서로 연결되어 있고, 이러한 연결관(14)을 통해 냉매가 순환된다.

압축기(11)는 냉매를 압축시키고, 응축기(12)는 압축된 냉매를 응축시키며, 증발기(13)는 냉매를 공기와 열교환시킨다.

이러한 냉난방 장치(10)는 냉매이동방향을 변경하여 냉기나 온기를 자동차 내부로 공급하게된다. 이때, 냉매이동방향에 따라 응축기(12)와 증발기(13)는 기능 이 변경된다.

한편, 최근에는 난방성능 향상을 위해, 냉각수 방식의 히터펌프나 전기 가열식 히터가 추가로 설치된다.

실외 온도가 매우 낮은 겨울철의 경우 증발기에서 냉매 증발 과정이 일어나기 위해서는 냉매온도가 실외 공기 온도보다 낮아야 된다.

그러나, 겨울철 냉매 온도가 실외 공기 온도보다 낮아지기 어려워, 증발기의 열교환양이 적으므로, 결과적으로 실내 난방 용량이 부족하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점 해결을 위해 전기 가열식 히터를 사용하고 있으나, 장기간 전기 가열식 히터를 사용함으로써 소비 전력이 과도하게 증대되는 문제점이 있다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 소비전력이 과도하게 사용되지 않으면서 겨울철 난방 용량이 유지되도록 하는 냉난방 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양단부가 제1개폐밸브와 연통되고 어큐뮬레이터와 압축기가 장착되는 제1순환관; 상기 제1개폐밸브에 일단부가 연통되고 내부열교환기에 타단부가 연통되는 제2순환관; 상기 내부열교환기에 일단부가 연통되고 제2개폐밸브에 타단부가 연통되는 제3순환관; 상기 제2개폐밸브에 일단부가 연통되고 상기 제1개폐밸브에 타단부가 연통되며 외부열교환기가 장착 되는 제4순환관; 및 상기 제2개폐밸브에 일단부가 연통되고 상기 제4순환관에 타단부가 연통되며 보조열교환기가 장착되는 제5순환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치를 제공한다.

상기 보조열교환기는 연료전지를 냉각시킨 냉각수가 이동되는 보조관에 의해 열교환되는 것을 특징으로 한다.

상기 제3순환관에는 전자식 팽창밸브가 장착되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부열교환기는 공조덕트에 내장되고, 상기 공조덕트에는 전기 가열식 히터; 및 상기 공조덕트 내부유로를 변경하는 도어가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1개폐밸브는 4방밸브이고, 상기 제2개폐밸브는 3방밸브인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일단부가 제1온오프밸브와 연통되고 타단부가 제2온오프밸브와 연통되며 압축기가 장착되는 제1연결관; 상기 제2온오프밸브에 일단부가 연통되고 제3온오프밸브에 타단부가 연통되며 내부열교환기가 장착되는 제2연결관; 상기 제2온오프밸브에 일단부가 연통되고 제4온오프밸브에 타단부가 연통되며 외부열교환기와 리시버드라이어가 장착되는 제3연결관; 상기 제1온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제4온오프밸브에 타단부가 연통되며 보조열교환기가 장착되는 제4연결관; 상기 제4온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제2연결관에 타단부가 연통되는 제5연결관; 상기 제3온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제1온오프밸브에 타단부가 연통되는 제6연결관; 및

상기 제3온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제3연결관에 타단부가 연통되는 제7연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치를 제공한다.

상기 제5연결관과 연통되는 제5온오프밸브에 일단부가 연통되고, 상기 외부열교환기와 상기 리시버드라이어 사이에 위치되는 상기 제3연결관과 연통되는 제6온오프밸브에 타단부가 연통되는 제8연결관; 및 상기 외부열교환기와 상기 제2온오프밸브 사이에 위치되는 상기 제3연결관에 일단부가 연통되고, 상기 제6연결관과 연통되는 제7온오프밸브에 타단부가 연통되는 제9연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조열교환기는 연료전지를 냉각시킨 냉각수가 이동되는 냉각관에 의해 열교환되는 것을 특징으로 한다.

상기 제3연결관에는 팽창밸브가 장착되는 것을 특징으로 한다.

상기 내부열교환기는 공조덕트에 내장되고, 상기 공조덕트에는 전기 가열식 히터; 및 상기 공조덕트 내부유로를 변경하는 도어가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1온오프밸브 내지 제7온오프밸브는 3방밸브인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실내온도가 제1기준온도 이하인지를 판단하는 단계; 상기 실내온도가 상기 제1기준온도 이하인 경우, 실외온도가 제2기준온도 이하인지를 판단하는 단계; 상기 실외온도가 상기 제2기준온도 이하인 경우, 보조열교환기의 열교환에 의해 가열된 냉매가 내부열교환기의 열교환에 의해 냉각되면서 공기를 가열시키고, 전기 가열식 히터가 구동되는 단계; 및 상 기 실내온도가 제1기준온도를 초과하는 경우, 냉매 순환에 따른 열교환이 정지되고 상기 전기 가열식 히터만 구동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 방법을 제공한다.

상기 실외온도가 상기 제2기준온도를 초과하는 경우, 외부열교환기의 열교환에 의해 가열된 냉매가 내부열교환기의 열교환에 의해 냉각되면서 공기를 가열시키고, 전기 가열식 히터가 구동되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 전기 가열식 히터만 구동된 후 상기 실내온도가 제3기준온도 이상인 경우, 상기 전기 가열식 히터의 출력을 낮추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조열교환기는 연료전지를 냉각시킨 냉각수에 의해 냉매가 가열되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1기준온도는 9℃ 내지 11℃이고, 상기 제2기준온도는 -9℃ 내지 -11℃이며, 상기 제3기준온도는 21℃ 내지 23℃인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 냉난방 장치 및 방법은 겨울철 실외온도가 하강하여 외부열교환기의 열교환량이 충분하지 못하는 경우 보조열교환기를 사용함으로써, 자동차 내부로 가열된 공기를 안정적으로 공급하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 냉난방 장치 및 방법은 보조열교환기를 통과하는 냉매가 연료전지를 냉각시키는 냉각수에 의해 가열됨으로써, 버려지는 열에너지를 재활용하 는 효과가 있다.

본 발명에 따른 냉난방 장치 및 방법은 저온에서 전기 가열식 히터와 냉매 순환에 따른 열교환을 통해 공기가 가열됨으로써, 전기 가열식 히터만을 사용하여 소비전력이 증대되는 것을 방지하는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 냉난방 장치의 실시예를 설명한다.

이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 냉방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 제1난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 제2난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 냉방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 제1난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 제2난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

한편, 도 8은 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 냉난방 장치를 이용한 냉난방 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방장치(100)에는 제1순환관(110), 제2순환관(120), 제3순환관(130), 제4순환관(140) 및 제5순환관(150)이 구비된다.

제1순환관(110)은 양단부가 제1개폐밸브(170)와 연통되고, 어큐뮬레이터(111)와 압축기(112)가 장착된다. 어큐뮬레이터(111)는 압축기(112)에 기체 상태의 냉매만 들어가도록 하며 냉매 불순물을 제거하고 임시 저장고 기능을 한다. 압축기(112)는 냉매를 압축한다.

제2순환관(120)은 일단부가 제1개폐밸브(170)에 연통되고 타단부가 내부열교환기(191)에 연통된다. 내부열교환기(191)는 공조덕트(190)에 내장되고 냉매의 열교환을 통해 냉기 또는 온기를 발생한다.

제3순환관(130)은 일단부가 내부열교환기(191)에 연통되고 타단부가 제2개폐밸브(180)에 연통된다.

제4순환관(140)은 일단부가 제2개폐밸브(180)에 연통되고 타단부가 제1개폐밸브(170)에 연통되며, 외부열교환기(141)가 장착된다. 외부열교환기(141)는 자동차의 실외에 위치되며 냉매의 열교환이 이루어진다.

제5순환관(150)은 일단부가 제2개폐밸브(180)에 연통되고 타단부가 제4순환관(140)과 연통되며, 보조열교환기(151)가 장착된다. 보조열교환기(141)는 자동차의 실외에 위치되며 냉매의 열교환이 이루어진다. 제5순환관(150)의 타단부는 외부열교환기(141)를 경유한 제4순환관(140)과 연통된다.

본 발명의 일 실시예로, 보조열교환기(151)는 가열된 연료전지(161)를 냉각시키는 냉각수가 순환되는 보조관(160)에 의해 열교환되어 냉매가 가열된다.

본 발명의 일 실시예로, 제3순환관(130)에는 전자식 팽창밸브(131)가 장착된다. 전자식 팽창밸브(131)는 양방향으로 냉매의 양을 조절하며 냉매를 팽창시킨다.

본 발명의 일 실시예로, 내부열교환기(191)는 공조덕트(190)에 내장되고, 공조덕트(190)에는 전기 가열식 히터(192), 도어(193) 및 팬(194)이 구비된다.

팬(194)은 내부열교환기(191)의 일측에 이격되어 위치되어 공기를 토출하며, 토출된 공기는 공조덕트(190)의 내부유로(195)를 통해 공조덕트(190)의 타측으로 이동된다. 이러한 공기는 내부열교환기(191)를 통과하면서 가열되거나 냉각된다.

전기 가열식 히터(192)는 내부열교환기(191)의 타측에 이격되어 위치되어 통과되는 공기를 가열하고, 도어(193)는 내부열교환기(191)를 통과하는 공기가 전기 가열식 히터(192)에 선택적으로 통과되도록 내부유로(195)를 변경한다.

공조덕트(190)의 단부에는 자동차 실내로 공기를 안내하는 가이드관(198)이 구비된다. 이러한 가이드관(198)은 다수개가 구비되어 자동차의 실내 전면유리창, 인스트루먼트패널 또는 실내 바닥으로 공기를 안내한다.

본 발명의 일 실시예로, 제1개폐밸브(170)는 4방으로 냉매를 제어하는 4방밸브를 사용하고, 제2개폐밸브(180)는 3방으로 냉매를 제어하는 3방밸브를 사용한다.

상술한 구성요소는 미도시한 제어부에 의해 구동이 제어되며, 이러한 제어부의 제어에 의해 냉매는 각 순환관을 통해 이동된다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 냉방모드를 설명하면, 압축기(112)의 구동으로 제1순환관(110)의 냉매는 제1개폐밸브(170)에 의해 제4순환관(140)으로 이동된다.

제4순환관(140)으로 이동된 냉매는 외부열교환기(141)를 통과하면서 냉각되고 제2개폐밸브(180)에 의해 제3순환관(130)으로 이동된다.

제3순환관(130)으로 이동된 냉매는 전자식 팽창밸브(131)를 통과하여 팽창된 다음, 내부열교환기(191)를 경유하여 제2순환관(120)으로 이동된다.

내부열교환기(191)는 냉각된 냉매가 통과됨에 따라 주위 공기를 냉각시키고, 냉각된 공기는 팬(194)의 구동에 의해 가이드관(198)으로 안내되어 자동차 실내로 토출된다. 이때, 도어(193)는 냉기가 전기 가열식 히터(192)를 통과하지 못하도록 내부유로(195)를 제어한다.

제2순환관(120)으로 이동된 냉매는 제1개폐밸브(170)에 의해 제1순환관(110) 으로 이동되고, 어큐뮬레이터(111)를 경유하여 압축기(112)에 도달된다.

도 3을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 제1난방모드를 설명하면, 압축기(112)의 구동으로 제1순환관(110)의 냉매는 제1개폐밸브(170)에 의해 제2순환관(120)으로 이동된다.

제2순환관(120)으로 이동된 냉매는 제3순환관(130)으로 이동되면서 내부열교환기(191)를 경유한다.

내부열교환기(191)는 가열된 냉매가 통과됨에 따라 주위 공기를 가열시키고, 가열된 공기는 팬(194)의 구동에 의해 가이드관(198)으로 안내되어 자동차 실내로 토출된다. 이때, 도어(193)는 온기가 전기 가열식 히터(192)를 통과하도록 내부유로(195)를 제어한다.

제3순환관(130)으로 이동된 냉매는 전자식 팽창밸브(131)를 통과하여 팽창된 다음, 제2개폐밸브(180)에 의해 제4순환관(140)으로 이동되어 외부열교환기(141)를 통과하면서 가열된다.

외부열교환기(141)에 의해 가열된 냉매는 제1개폐밸브(170)에 의해 제1순환관(110)으로 이동되고, 어큐뮬레이터(111)를 경유하여 압축기(112)에 도달된다.

도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 제2난방모드를 설명하면, 압축기(112)의 구동으로 제1순환관(110)의 냉매는 제1개폐밸브(170)에 의해 제2순환관(120)으로 이동된다.

제2순환관(120)으로 이동된 냉매는 제3순환관(130)으로 이동되면서 내부열교환기(191)를 경유한다.

내부열교환기(191)는 가열된 냉매가 통과됨에 따라 주위 공기를 가열시키고, 가열된 공기는 팬(194)의 구동에 의해 가이드관(198)으로 안내되어 자동차 실내로 토출된다. 이때, 도어(193)는 온기가 전기 가열식 히터(192)를 통과하도록 내부유로(195)를 제어한다.

제3순환관(130)으로 이동된 냉매는 전자식 팽창밸브(131)를 통과하여 팽창된 다음, 제2개폐밸브(180)에 의해 제5순환관으로 이동되어 보조열교환기(151)를 통과하면서 가열된다.

보조열교환기(151)에 의해 가열된 냉매는 제1개폐밸브(170)에 의해 제1순환관(110)으로 이동되고, 어큐뮬레이터(111)를 경유하여 압축기(112)에 도달된다.

이때, 보조열교환기(151)는 연료전지(161)를 냉각시키기 위해 사용되는 보조관(160)을 순환하는 냉각수의 열을 흡수한다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치(200)에는 제1연결관(210), 제2연결관(220), 제3연결관(230), 제4연결관(240), 제5연결관(250), 제6연결관(260) 및 제7연결관(270)이 구비된다.

제1연결관(210)은 일단부가 제1온오프밸브(310)와 연통되고 타단부가 제2온오프밸브(320)와 연통되고, 압축기(211)가 장착된다. 이러한 압축기(211)는 냉매를 압축한다.

제2연결관(220)은 일단부가 제2온오프밸브(320)에 연통되고 타단부가 제3온오프밸브(330)에 연통되며, 내부열교환기(221)가 장착된다. 내부열교환기(221)는 공조덕트(390)에 내장되고 냉매의 열교환을 통해 냉기 또는 온기를 발생한다.

제3연결관(230)은 일단부가 제2온오프밸브(320)에 연통되고 타단부가 제4온오프밸브(340)에 연통되며, 외부열교환기(231)와 리시버드라이어(232)가 장착된다. 외부열교환기(231)는 자동차의 실외에 위치되며 냉매의 열교환이 이루어진다. 리시버드라이어(232)는 압축기(211)에 기체 상태의 냉매만 들어가도록 하며 임시 저장고 기능을 수행한다.

제4연결관(240)은 일단부가 제1온오프밸브(310)에 연통되고 타단부가 제4온오프밸브(340)에 연통되며, 보조열교환기(241)가 장착된다. 보조열교환기(241)는 자동차의 실외에 위치되며 냉매의 열교환이 이루어진다.

제5연결관(250)은 일단부가 제4온오프밸브(340)에 연통되고 타단부가 제2연결관(220)에 연통된다. 이러한 제5연결관(250)의 타단부는 내부열교환기(221)와 제2온오프밸브(320) 사이에 위치되는 제2연결관(220)과 연통된다.

제6연결관(260)은 일단부가 제3온오프밸브(330)에 연통되고 타단부가 제1온오프밸브(310)에 연통된다.

제7연결관(270)은 일단부가 제3온오프밸브(330)와 연통되고 타단부가 제3연결관(230)과 연통된다. 제7연결관(270)의 타단부는 외부열교환기(231)와 리시버드라이어(232) 사이에 위치되는 제3연결관(230)과 연통된다.

한편, 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치(200)에는 제8연결관(280)과 제9연결관(290)이 더 구비된다.

제8연결관(280)은 일단부가 제5온오프밸브(350)에 연통되고 타단부가 제6온 오프밸브(360)와 연통된다. 제5온오프밸브(350)는 제5연결관(250)과 연통되며, 제6온오프밸브(360)는 외부열교환기(231)와 리시버드라이어(232) 사이에 위치되는 제3연결관(230)과 연통된다.

제9연결관(290)은 일단부가 제3연결관(230)과 연통되고, 타단부가 제7온오프밸브(370)와 연통된다. 제9연결관(290)의 일단부는 외부열교환기(231)와 제2온오프밸브(320) 사이에 위치되는 제3연결관(230)에 연통된다. 제9연결관(290)의 타단부는 제6연결관(260)과 연통되는 제7온오프밸브(370)에 연통된다.

본 발명의 일 실시예로, 보조열교환기(241)는 가열된 연료전지(381)를 냉각시키는 냉각수가 순환되는 냉각관(380)에 의해 열교환되어 냉매가 가열된다.

본 발명의 일 실시예로, 제3연결관(230)에는 팽창밸브(2331)가 장착된다. 팽창밸브(233)는 일방향으로 냉매의 양을 조절하며 냉매를 팽창시킨다.

본 발명의 일 실시예로, 내부열교환기(221)는 공조덕트(390)에 내장되고, 공조덕트(390)에는 전기 가열식 히터(392), 도어(393) 및 팬(394)이 구비된다.

팬(394)은 내부열교환기(221)의 일측에 이격되어 위치되어 공기를 토출하며, 토출된 공기는 공조덕트(390)의 내부유로(395)를 통해 공조덕트(390)의 타측으로 이동된다. 이러한 공기는 내부열교환기(221)를 통과하면서 가열되거나 냉각된다.

전기 가열식 히터(392)는 내부열교환기(221)의 타측에 이격되어 위치되어 통과되는 공기를 가열하고, 도어(393)는 내부열교환기(221)를 통과하는 공기가 전기 가열식 히터(392)에 선택적으로 통과되도록 내부유로(395)를 변경한다.

공조덕트(390)의 단부에는 자동차 실내로 공기를 안내하는 가이드관(398)이 구비된다. 이러한 가이드관(398)은 다수개가 구비되어 자동차의 실내 전면유리창, 인스트루먼트패널 또는 실내 바닥으로 공기를 안내한다.

본 발명의 일 실시예로, 제1온오프밸브(310) 내지 제7온오프밸브(370)는 3방으로 냉매를 제어하는 3방밸브를 사용한다.

상술한 구성요소는 미도시한 제어부에 의해 구동이 제어되며, 이러한 제어부의 제어에 의해 냉매는 각 연결관을 통해 이동된다.

상기와 갖는 구조를 갖는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 냉방모드를 설명하면, 압축기(211)의 구동으로 제1연결관(210)의 냉매는 제2온오프밸브(320)에 의해 제3연결관(230)으로 이동된다.

제3연결관(230)으로 이동된 냉매는 제6온오프밸브(360), 외부열교환기(231), 리시버드라이어(232) 및 팽창밸브(233)를 순차적으로 통과하며, 제4온오프밸브(340)에 의해 제5연결관(250)으로 이동된다. 이때, 외부열교환기(231)를 통과한 냉매는 냉각된다.

제5연결관(250)으로 이동된 냉매는 제5온오프밸브(350)를 통과하여 제2연결관(220)으로 이동된다. 제2연결관(220)을 통해 이동되는 냉매는 내부열교환기(221)를 통과하게되고, 내부열교환기(221)는 냉각된 냉매가 통과됨에 따라 주위 공기를 냉각시킨다. 냉각된 공기는 팬(394)의 구동에 의해 가이드관(398)으로 안내되어 자동차 실내로 토출된다. 이때, 도어(393)는 냉기가 전기 가열식 히터(392)를 통과하 지 못하도록 내부유로(395)를 제어한다.

내부열교환기(221)를 통과한 냉매는 제3온오프밸브(330)에 의해 제6연결관(260)으로 이동되고, 제7온오프밸브(370)를 통과한 다음, 제1온오프밸브(310)에 의해 제1연결관(210)으로 유입되어 압축기(211)에 도달된다.

도 6을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 제1난방모드를 설명하면, 압축기(211)의 구동으로 제1연결관(210)의 냉매는 제2온오프밸브(320)에 의해 제2연결관(220)으로 이동되면서 내부열교환기(221)를 경유한다.

내부열교환기(221)는 가열된 냉매가 통과됨에 따라 주위 공기를 가열시키고, 가열된 공기는 팬(394)의 구동에 의해 가이드관(398)으로 안내되어 자동차 실내로 토출된다. 이때, 도어(393)는 온기가 전기 가열식 히터(392)를 통과하도록 내부유로(395)를 제어한다.

내부열교환기(221)를 통과한 냉매는 제3온오프밸브(330)에 의해 제7연결관(270) 및 제3연결관(230)으로 이동되면서 리시버드라이어(232) 및 팽창밸브(233)를 순차적으로 통과한다.

제3연결관(230)의 냉매는 제4온오프밸브(340)에 의해 제5연결관(250)으로 이동되고, 제5온오프밸브(350)에 의해 제8연결관(280)으로 이동된다.

제8연결관(280)으로 이동된 냉매는 제6온오프밸브(360)에 의해 제3연결관(230)으로 이동된다. 이때, 냉매는 외부열교환기(231)를 통과하면서 가열된다.

외부열교환기(231)에 의해 가열된 냉매는 제9연결관(290)으로 이동되고, 제7온오프밸브(370)에 의해 제6연결관(260)으로 이동된 다음, 제1온오프밸브(310)에 의해 제1연결관(210)으로 유입되어 압축기(211)에 도달된다.

도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 제2난방모드를 설명하면, 압축기(211)의 구동으로 제1연결관(210)의 냉매는 제2온오프밸브(320)에 의해 제2연결관(220)으로 이동되면서 내부열교환기(221)를 경유한다.

내부열교환기(221)는 가열된 냉매가 통과됨에 따라 주위 공기를 가열시키고, 가열된 공기는 팬(394)의 구동에 의해 가이드관(398)으로 안내되어 자동차 실내로 토출된다. 이때, 도어(393)는 온기가 전기 가열식 히터(392)를 통과하도록 내부유로(395)를 제어한다.

내부열교환기(221)를 통과한 냉매는 제3온오프밸브(330)에 의해 제7연결관(270) 및 제3연결관(230)으로 이동되면서 리시버드라이어(232) 및 팽창밸브(233)를 순차적으로 통과한다.

제3연결관(230)의 냉매는 제4온오프밸브(340)에 의해 제4연결관(240)으로 이동되고, 보조열교환기(241)에 의해 가열된 다음, 제1온오프밸브(310)에 의해 제1연결관(210)으로 유입되어 압축기(211)에 도달된다.

이때, 보조열교환기(241)는 연료전지(381)를 냉각시키기 위해 사용되는 냉각관(380)을 순환하는 냉각수의 열을 흡수한다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 제어방법을 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서는 외부온도에 따라 난방방법이 달라지므로, 아래에서는 난방방법에 대한 설명만 한다.

먼저, 사용자가 난방모드를 실시하면, 제어부는 실내온도가 제1기준온도 이하인지를 판단한다(S10). 실내온도 측정을 위해 자동차 내부에는 실내온도를 측정하는 온도센서가 제어부가 연결되도록 하며, 제1기준온도는 9℃ 내지 11℃로 설정한다.

실내온도가 제1기준온도 이하인 경우, 실외온도가 제2기준온도 이하인지를 판단한다(S20). 실외온도 측정을 위해 자동차 외부에는 실외온도를 측정하는 온도센서가 제어부가 연결되도록 하며, 제2기준온도는 -9℃ 내지 -11℃로 설정한다.

실내온도가 제1기준온도를 초과하는 경우, 전기 가열식 히터(192,392)만 구동된다(S50). 즉, 제1실시예에서는 압축기(112)가 구동되지 않아 냉매에 의한 열교환이 발생되지 않으며, 전기 가열식 히터(192)만 구동되어 자동차 내부로 가열된 공기를 공급한다. 한편, 제2실시예에서는 압축(211)가 구동되지 않아 냉매에 의한 열교환이 발생되지 않으며, 전기 가열식 히터(392)만 구동되어 자동차 내부로 가열된 공기를 공급한다.

실외온도가 제2기준온도 이하인 경우, 외부열교환기의 열교환량이 적기 때문에 보조열교환기(151,241)로 냉매가 순환되어 열교환을 하고, 전기 가열식 히터(192,392)가 구동되어 공기를 가열한다(S30). 이때, 전기 가열식 히터(192,392)의 출력과 팬(194,394)의 풍량이 최대가 되도록 한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1실시예에서는 압축기(112)의 구동으로 순환되는 냉매가 보조열교환기(151)를 통해 가열된 다음, 내부열교환기(191)를 통과하면서 공기를 가열하고, 가열된 공기는 팬(194)에 의해 전기 가열식 히터(192)를 통과하면서 추가로 가열되어 자동차 내부로 이동된다. 보조열교환기(151)는 연료전지(161)를 냉각시킨 냉각수에 의해 냉매가 가열된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2실시예에서는 압축기(211)의 구동으로 순환되는 냉매가 보조열교환기(241)를 통해 가열된 다음, 내부열교환기(221)를 통과하면서 공기를 가열하고, 가열된 공기는 팬(194)에 의해 전기 가열식 히터(392)를 통과하면서 추가로 가열되어 자동차 내부로 이동된다. 보조열교환기(241)는 연료전지(381)를 냉각시킨 냉각수에 의해 냉매가 가열된다.

보조열교환기(151,241)와 전기 가열식 히터(192,392)를 통해 실내온도가 가열된 다음, 실내온도가 제1기준온도를 초과하는지를 판단한다(S40).

한편, 실외온도가 제2기준온도를 초과하는 경우, 외부열교환기(141,231)로 냉매가 순환되어 열교환을 하고, 전기 가열식 히터(192,392)가 구동되어 공기를 가열한다(S110). 이때, 전기 가열식 히터(192,392)의 출력과 팬(194,394)의 풍량이 최대가 되도록 한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1실시예에서는 압축기(112)의 구동으로 순환되는 냉매가 외부열교환기(141)를 통해 가열된 다음, 내부열교환기(191)를 통과하면서 공기를 가열하고, 가열된 공기는 팬(194)에 의해 전기 가열식 히터(192)를 통과하면서 추가로 가열되어 자동차 내부로 이동된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2실시예에서는 압축기(211)의 구동으로 순환되는 냉매가 외부열교환기(231)를 통해 가열된 다음, 내부열교환기(221)를 통과하면서 공기를 가열하고, 가열된 공기는 팬(194)에 의해 전기 가열식 히터(392)를 통과 하면서 추가로 가열되어 자동차 내부로 이동된다.

외부열교환기(141,231)와 전기 가열식 히터(192,392)를 통해 실내온도가 가열된 다음, 실내온도가 제1기준온도를 초과하는지를 판단한다(S40).

냉매 및 히터에 의해 가열된 공기로 인해 자동차 실내온도가 제1기준온도를 초과하는 경우, 전기 가열식 히터(192,392)만 구동되어 자동차 실내온도를 높여준다(S50).

만약, 자동차 실내온도가 제1기준온도 이하이면, 실외온도가 제2기준온도 이하인지를 판단하는 단계(S20)로 리턴된다.

전기 가열식 히터(192,392)만 구동되어 자동차 실내온도를 높여주는 단계(S50)를 통해 실내온도가 제3기준온도 이상인지를 판단한다(s60). 제3기준온도는 21℃ 내지 23℃로 설정한다.

측정된 실내온도가 제3기준온도 이상이면, 전기 가열식 히터(192,392)의 출력을 낮추고 팬(194,394)의 풍량을 낮추어 과도한 소비전력이 발생되지 않도록 한다(S70).

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

도 1은 종래 냉난방 장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 냉방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 제1난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉난방 장치의 제2난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 냉방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 제1난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 냉난방 장치의 제2난방모드로 인한 냉매의 순환을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8은 본 발명의 제1실시예와 제2실시예에 따른 냉난방 장치를 이용한 냉난방 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

110 : 제1순환관 112 : 압축기

120 : 제2순환관 130 : 제3순환관

140 : 제4순환관 141 : 외부열교환기

150 : 제5순환관 151 : 보조열교환기

160 : 보조관 170 : 제1개폐밸브

180 : 제2개폐밸브 190 : 공조덕트

191 : 내부열교환기

Claims (18)

1. 양단부가 제1개폐밸브와 연통되고 어큐뮬레이터와 압축기가 장착되는 제1순환관;

   상기 제1개폐밸브에 일단부가 연통되고 내부열교환기에 타단부가 연통되는 제2순환관;

   상기 내부열교환기에 일단부가 연통되고 제2개폐밸브에 타단부가 연통되는 제3순환관;

   상기 제2개폐밸브에 일단부가 연통되고 상기 제1개폐밸브에 타단부가 연통되며 외부열교환기가 장착되는 제4순환관; 및

   상기 제2개폐밸브에 일단부가 연통되고 상기 제4순환관에 타단부가 연통되며 보조열교환기가 장착되는 제5순환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 보조열교환기는 연료전지를 냉각시킨 냉각수가 이동되는 보조관에 의해 열교환되는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제3순환관에는 전자식 팽창밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 내부열교환기는 공조덕트에 내장되고,

   상기 공조덕트에는 전기 가열식 히터; 및

   상기 공조덕트 내부유로를 변경하는 도어가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1개폐밸브는 4방밸브이고,

   상기 제2개폐밸브는 3방밸브인 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
6. 일단부가 제1온오프밸브와 연통되고 타단부가 제2온오프밸브와 연통되며 압축기가 장착되는 제1연결관;

   상기 제2온오프밸브에 일단부가 연통되고 제3온오프밸브에 타단부가 연통되며 내부열교환기가 장착되는 제2연결관;

   상기 제2온오프밸브에 일단부가 연통되고 제4온오프밸브에 타단부가 연통되며 외부열교환기와 리시버드라이어가 장착되는 제3연결관;

   상기 제1온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제4온오프밸브에 타단부가 연통되며 보조열교환기가 장착되는 제4연결관;

   상기 제4온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제2연결관에 타단부가 연통되 는 제5연결관;

   상기 제3온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제1온오프밸브에 타단부가 연통되는 제6연결관; 및

   상기 제3온오프밸브에 일단부가 연통되고 상기 제3연결관에 타단부가 연통되는 제7연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제5연결관과 연통되는 제5온오프밸브에 일단부가 연통되고, 상기 외부열교환기와 상기 리시버드라이어 사이에 위치되는 상기 제3연결관과 연통되는 제6온오프밸브에 타단부가 연통되는 제8연결관; 및

   상기 외부열교환기와 상기 제2온오프밸브 사이에 위치되는 상기 제3연결관에 일단부가 연통되고, 상기 제6연결관과 연통되는 제7온오프밸브에 타단부가 연통되는 제9연결관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 보조열교환기는 연료전지를 냉각시킨 냉각수가 이동되는 냉각관에 의해 열교환되는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 제3연결관에는 팽창밸브가 장착되는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

    상기 내부열교환기는 공조덕트에 내장되고,

    상기 공조덕트에는 전기 가열식 히터; 및

    상기 공조덕트 내부유로를 변경하는 도어가 구비되는 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
11. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

    상기 제1온오프밸브 내지 제7온오프밸브는 3방밸브인 것을 특징으로 하는 냉난방 장치.
12. 실내온도가 제1기준온도 이하인지를 판단하는 단계;

    상기 실내온도가 상기 제1기준온도 이하인 경우, 실외온도가 제2기준온도 이하인지를 판단하는 단계;

    상기 실외온도가 상기 제2기준온도 이하인 경우, 보조열교환기의 열교환에 의해 가열된 냉매가 내부열교환기의 열교환에 의해 냉각되면서 공기를 가열시키고, 전기 가열식 히터가 구동되는 단계; 및

    상기 실내온도가 제1기준온도를 초과하는 경우, 냉매 순환에 따른 열교환이 정지되고 상기 전기 가열식 히터만 구동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 실외온도가 상기 제2기준온도를 초과하는 경우, 외부열교환기의 열교환에 의해 가열된 냉매가 내부열교환기의 열교환에 의해 냉각되면서 공기를 가열시키고, 전기 가열식 히터가 구동되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 방법.
14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,

    상기 전기 가열식 히터만 구동된 후 상기 실내온도가 제3기준온도 이상인 경우, 상기 전기 가열식 히터의 출력을 낮추는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방 방법.
15. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,

    상기 보조열교환기는 연료전지를 냉각시킨 냉각수에 의해 냉매가 가열되는 것을 특징으로 하는 냉난방 방법.
16. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,

    상기 제1기준온도는 9℃ 내지 11℃인 것을 특징으로 하는 냉난방 방법.
17. 제 12항 또는 제 13항에 있어서,

    상기 제2기준온도는 -9℃ 내지 -11℃인 것을 특징으로 하는 냉난방 방법.
18. 제 14항에 있어서,

    상기 제3기준온도는 21℃ 내지 23℃인 것을 특징으로 하는 냉난방 방법.

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