KR20120120660A - 차량용 공조시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

차량용 공조시스템 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 공조시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은, 압축기(110), 차실로 유입될 공기의 이동로 상에 위치하는 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(114 또는 182) 및 실외열교환기(116)를 구비하고, 제1난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제1난방모드용 냉매순환라인(R1); 상기 압축기(110), 상기 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(132) 및 열교환기(134)를 구비하고, 제2난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제2난방모드용 냉매순환라인(R2); 차량의 엔진(152), 펌프(154) 및 상기 열교환기(134)를 구비한 냉각수 순환라인(W); 상기 이동로 상에서 상기 제1실내열교환기(112)와 이웃하여 위치하는 전기히터(160); 및 외기온과 상기 냉각수 순환라인(W)를 순환하는 냉각수의 온도에 따라 상기 전기히터(160), 상기 제1난방모드 및 상기 제2난방모드 중 어느 하나를 가동하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템을 제공한다.

Description

차량용 공조시스템 및 이의 제어방법{AIR CONDITIONING SYSTEM OF VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 차량용 공조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차에 주로 탑재되는 소위 히트펌프식 차량용 공조시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 차량용 공조시스템의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량에는 공조시스템이 설치된다. 그리고 상기 공조시스템은 차실(차량 실내)의 난방을 위한 난방시스템, 차실의 냉방을 위한 냉방시스템, 차실로 유입되는 공기의 온도/세기/방향을 조절하는 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning) 등을 포함한다.
화석에너지로 구동하는 차량에서는 차실 난방을 위한 열원으로 엔진 냉각수가 직접 사용된다. 즉, 엔진으로부터 열을 빼앗은 냉각수는 공조장치(HVAC) 내의 히터코어를 경유한 후 다시 엔진으로 유입되고, 이 과정에서 냉각수는 히터코어를 통과하는 공기에 열을 전달한다. 그리고 히터코어를 경유한 공기는 차실로 유입되어 차실을 난방한다.
한편, 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 전기에너지로 구동하는 차량이 등장하고 있다. 이러한 전기자동차는 구동 에너지를 기존의 차량과 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 차량이다. 전기자동차는 공해문제를 발생시키지 않고 주행 시 소음을 거의 발생시키지 않으며 화석 연료의 고갈을 초래하지 않는바, 자동차 메이커들은 전기자동차의 생산 및 판매를 점차 증가시키고 있다.
전기자동차에는 일본공개실용신안공보 제1995-13526호에 개시된 바와 같은 소위 히트펌프식 공조시스템이 주로 사용되고 있는데, 이는 차실의 난방이 용이하고 실용적으로 이루어질 수 있기 때문이다.
상기 일본공개실용신안공보에 개시된 히트펌프식 공조시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 난방용 냉매회로 및 난방용 냉각수회로를 포함한다.
난방용 냉매회로는 냉매순환라인(10)과, 압축기(12)와, 삼방밸브(13)와, 히터코어(14)와, 팽창밸브(15)와, 열교환기(16)와, 증발기(17)를 포함한다. 압축기(12)와, 삼방밸브(13)와, 히터코어(14)와, 팽창밸브(15)와, 열교환기(16)와, 증발기(17)는 모두 상기 냉매순환라인(10) 상에 구비되고, 히터코어(14) 및 증발기(17)는 통풍덕트(2) 내에 위치한다. 압축기(12)로부터 토출된 고온의 냉매는 삼방밸브(13)를 경유하여 히터코어(14)로 유입되고, 히터코어(14)에서 통풍덕트(2)를 따라 이동하는 공기에 열을 전달한다. 히터코어(14)를 경유한 냉매는 팽창밸브(15)를 거쳐 열교환기(16)로 유입되고, 열교환기(16)에서 냉각수로부터 열을 빼앗는다. 열교환기(16)를 경유한 냉매는 증발기(17)를 거쳐 압축기(12)로 다시 유입된다.
난방용 냉각수회로는 냉각수순환라인(20)과, 주행모터(21)와, 상기 열교환기(16)를 포함한다. 주행모터(21)와 상기 열교환기(16)는 모두 냉각수순환라인(20) 상에 구비된다. 주행모터(21)를 경유한 고온의 냉각수는 열교환기(16)에서 냉매에 열을 전달한 후 상기 주행모터(21)로 다시 유입된다.
상기 히트펌프식 공조시스템은, 차량의 주행이 소정의 시간 동안 이루어져 주행모터(21)의 온도가 충분히 상승하였다면, 외기온이 낮더라도 좋은 난방성능을 갖는다. 그러나 주행 초기여서 주행모터(21)가 충분한 온도에 도달하지 못하였다면, 낮은 외기온 하에서 난방성능이 떨어지는 현상을 방지하지 못한다.
또한 상기 히트펌프식 공조시스템에 따르면, 열교환기(16)를 거치면서 냉각수로부터 열을 전달받은 냉매가 증발기(17)를 거치면서 낮은 온도의 외기에 열을 다시 빼앗긴 후 압축기(12)로 유입되기 때문에, 주행모터(21)의 온도가 충분히 상승한 상태라 하더라도 난방성능 향상에 한계가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 낮은 외기온 하에서 차량의 주행 초기에 난방성능이 저하되는 현상을 방지할 수 있고, 주행모터의 온도가 충분히 상승한 상태에서도 종래에 비해 높은 난방성능을 갖는 차량용 공조시스템을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
또한 본 발명은 상기 차량용 공조시스템의 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 압축기(110), 차실로 유입될 공기의 이동로 상에 위치하는 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(114 또는 182) 및 실외열교환기(116)를 구비하고, 제1난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제1난방모드용 냉매순환라인(R1); 상기 압축기(110), 상기 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(132) 및 열교환기(134)를 구비하고, 제2난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제2난방모드용 냉매순환라인(R2); 차량의 엔진(152), 펌프(154) 및 상기 열교환기(134)를 구비한 냉각수 순환라인(W); 상기 이동로 상에서 상기 제1실내열교환기(112)와 이웃하여 위치하는 전기히터(160); 및 외기온과 상기 냉각수 순환라인(W)를 순환하는 냉각수의 온도에 따라 상기 전기히터(160), 상기 제1난방모드 및 상기 제2난방모드 중 어느 하나를 가동하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템을 제공한다.
보다 구체적으로 상기 제어기는, 현재 외기온이 미리 설정된 기준 외기온보다 작고 현재 냉각수온이 미리 설정된 기준 냉각수온보다 작으면 상기 전기히터(160)를 가동하고, 상기 현재 외기온이 상기 기준 외기온 이상이고 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온보다 작으면 상기 제1난방모드를 가동하며, 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온 이상이면 상기 제2난방모드를 가동한다.
상기 차량용 공조시스템은, 상기 압축기(110)로부터 토출된 냉매를 상기 제1실내열교환기(112) 또는 상기 실외열교환기(116)로 안내하는 제1삼방밸브(172); 상기 제1실내열교환기(112)로부터 토출된 냉매를 상기 제1난방모드용 냉매순환라인(R1)의 팽창밸브(114 또는 182) 또는 상기 제2난방모드용 냉매순환라인(R2)의 팽창밸브(132)로 안내하는 제2삼방밸브(174); 상기 실외열교환기(116)로부터 토출된 냉매를 냉방모드용 냉매순환라인(R3)의 팽창밸브(182) 또는 사방밸브(178)로 안내하는 제3삼방밸브(176); 및 상기 냉방모드용 냉매순환라인(R3)의 제2실내열교환기(184) 또는 상기 제3삼방밸브(176) 또는 상기 열교환기(134)로부터 토출된 냉매를 상기 압축기(110)로 안내하는 사방밸브(178);를 더 포함한다.
상기 제1난방모드 시 상기 제어기는, 상기 제1삼방밸브(172)를 상기 제1실내열교환기(112) 방향으로만 개방하고, 상기 제2삼방밸브(174)를 상기 제1난방모드용 냉매순환라인(R1)의 팽창밸브(114 또는 182) 방향으로만 개방하며, 상기 제3삼방밸브(176)를 상기 사방밸브(178) 방향으로만 개방하고, 상기 사방밸브(178)를 상기 압축기(110) 방향으로만 개방한다.
상기 제2난방모드 시 상기 제어기는, 상기 제1삼방밸브(172)를 상기 제1실내열교환기(112) 방향으로만 개방하고, 상기 제2삼방밸브(174)를 상기 제2난방모드용 냉매순환라인(R2)의 팽창밸브(132) 방향으로만 개방하며, 상기 사방밸브(178)를 상기 압축기(110) 방향으로만 개방한다.
냉방모드 시 상기 제어기는, 상기 제1삼방밸브(172)를 상기 실외열교환기(116) 방향으로만 개방하고, 상기 제3삼방밸브(176)를 상기 냉방모드용 냉매순환라인(R3)의 팽창밸브(182) 방향으로만 개방하며, 상기 사방밸브(178)를 상기 압축기(110) 방향으로만 개방한다.
또한 본 발명은, 제1난방모드 시 차실로 유입될 공기를 가열하는 공냉식 히트펌프와, 제2난방모드 시 상기 차실로 유입될 공기를 가열하는 수냉식 히트펌프와, 상기 차실로 유입될 공기를 가열하는 전기히터(160)와, 제어기를 포함하는 차량용 공조시스템(100)을 제어하는 방법을 제공한다. 그리고 이 제어방법은, (A) 상기 제어기가 외기온 센서 및 엔진냉각수온 센서로부터 현재 외기온 및 현재 냉각수온을 수신하는 수신단계(S110); (B) 상기 제어기가 상기 현재 외기온과 미리 설정된 기준 외기온 간 비교 및 상기 현재 냉각수온과 미리 설정된 기준 냉각수온 간 비교를 수행하는 비교단계(S120, S130); 및 (C) 상기 제어기가 상기 비교단계의 결과에 따라 상기 공냉식 히트펌프, 상기 수냉식 히트펌프 및 상기 전기히터(160) 중 어느 하나를 가동하는 가동단계(S140, S150, S160);를 포함한다.
이때 상기 비교단계(S120, S130)는, (B-1) 상기 제어기가 상기 현재 냉각수온과 상기 기준 냉각수온 간 대소를 비교하는 냉각수온 비교단계(S120); 및 (B-2) 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온보다 작은 경우, 상기 제어기가 상기 현재 외기온과 상기 기준 외기온 간 대소를 비교하는 외기온 비교단계(S130);를 포함한다.
그리고 상기 가동단계(S140, S150, S160)는, (C-1) 상기 외기온 비교단계(S130)에서 상기 현재 외기온이 상기 기준 외기온보다 작다고 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 전기히터(160)를 가동하는 전기히터 가동단계(S150); (C-2) 상기 외기온 비교단계(S130)에서 상기 현재 외기온이 상기 기준 외기온 이상이라고 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 공냉식 히트펌프를 작동시키는 제1난방모드 가동단계(S140); 및 (C-3) 상기 냉각수온 비교단계(S120)에서 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온 이상이라고 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 수냉식 히트펌프를 작동시키는 제2난방모드 가동단계(S160);를 포함한다.
본 발명에 따르면, 낮은 외기온 하에서는 전기히터에 의해 차실의 난방이 이루어지고 외기온이 낮지 않더라도 냉각수온이 충분하지 않으면 차실의 난방이 공냉식 히트펌프에 의해 이루어진다. 따라서 본 발명은 낮은 외기온 하에서 차량의 주행 초기에 공조시스템의 난방성능이 저하되는 현상을 최소한의 전기에너지 이용을 통해 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 열교환기를 거치면서 엔진냉각수로부터 열을 전달받은 냉매가 열의 빼앗김 없이 압축기로 유입된다. 따라서 본 발명은 냉각수온이 충분히 상승한 상태에서 종래에 비해 높은 난방성능을 갖는다.
도 1은 종래기술에 따른 차량용 공조시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조시스템을 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 공조시스템의 변형예를 도시한 블록도이다.
도 4는 제1난방모드 시 도 2에 도시된 차량용 공조시스템의 작동 과정을 도시한 블록도이다.
도 5는 제2난방모드 시 도 2에 도시된 차량용 공조시스템의 작동 과정을 도시한 블록도이다.
도 6은 냉방모드 시 도 2에 도시된 차량용 공조시스템의 작동 과정을 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 공조시스템의 제어방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조시스템 및 이의 제어방법의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
본 발명에 따른 차량용 공조시스템(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제1난방모드용 냉매순환라인(R1)과, 제2난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제2난방모드용 냉매순환라인(R2)과, 냉각수 순환라인(W)과, 전기히터(160)와, 제어부(미도시)와, 삼방밸브들(172, 174, 176)과, 사방밸브(178)를 포함한다.
상기 제1난방모드용 냉매순환라인(R1)에는 압축기(110)와, 제1실내열교환기(112)와, 팽창밸브(182)와, 실외열교환기(116)가 설치된다. 압축기(110)는 고온 고압의 냉매 가스를 토출하고, 제1실내열교환기(112)는 냉매와 차실로 유입될 공기 간 열교환을 위한 것으로서 상기 공기의 이동로 상에 위치한다. 본 실시예에서는 공조장치(HVAC : Heating, Ventilation and Air Conditioning)(190)가 차실로 유입될 공기의 이동로를 제공하는바, 상기 제1실내열교환기(112)는 공조장치(190)에 내장된다. 제1실내열교환기(112)는 제1난방모드 시 응축기로 작용하기 때문에 상기 이동로를 따라 흐르는 공기는 제1실내열교환기(112)를 거치면서 냉매로부터 열을 전달받아 차실을 난방한다. 상기 팽창밸브(182)는 제1실내열교환기(112)를 거친 냉매를 팽창시킨다. 실외열교환기(116)는 제1난방모드 시 증발기로 작용하여, 차량으로 유입되는 외기의 열을 냉매에 전달한다. 제1난방모드 시 냉매는 차량으로 유입되는 외기를 냉각하면서 차실로 유입될 공기를 가열하는바, 제1난방모드용 냉매순환라인(R1) 및 이에 설치된 구성들은 공냉식 히트펌프라 할 수 있다.
도 2에 도시된 바에 의하면 냉방모드용 냉매순환라인(R3) 상의 팽창밸브(182)가 제1난방모드 시 팽창밸브로 사용된다. 그러나 도 3에 도시된 바와 같이 별도로 구비된 팽창밸브(114)가 제1난방모드 시 팽창밸브로 사용되어도 무방하다. 한편, 상기 제1난방모드 시의 팽창밸브(114, 182)로는 전자팽창밸브가 사용된다.
상기 제2난방모드용 냉매순환라인(R2)에는 상기 압축기(110)와, 상기 제1실내열교환기(112)와, 팽창밸브(132)와, 열교환기(134)가 설치된다. 상기 제1실내열교환기(112)는 제2난방모드 시에도 응축기로 작용하여 냉매의 열을 차실로 유입될 공기에 전달한다. 상기 팽창밸브(132)는 감온팽창밸브이고, 제1실내열교환기(112)를 거친 냉매를 팽창시킨다. 상기 열교환기(134)는 냉매와 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 엔진냉각수 간 열교환을 위해 구비된 것으로서, 제2난방모드 시 증발기로 작용하여 상기 엔진냉각수의 열을 냉매에 전달한다. 제2난방모드 시 냉매는 상기 엔진냉각수를 냉각하면서 차실로 유입될 공기를 가열하는바, 제2난방모드용 냉매순환라인(R2) 및 이에 설치된 구성들은 수냉식 히트펌프라 할 수 있다.
상기 냉각수 순환라인(W)에는 차량의 엔진(152)과, 펌프(154)와, 상기 열교환기(134)가 설치된다. 상기 펌프(154)는 엔진냉각수를 순환시키고, 전기자동차의 경우 상기 엔진(152)은 주행모터이다. 상기 냉각수 순환라인(W)에는 차량으로 유입되는 외기와 엔진냉각수 간 열교환을 위해 라디에이터(156)가 더 설치된다.
상기 전기히터(132)는 전기에너지에 의해 구동하는 발열체(PTC 히터 등)로서, 상기 공조장치(190)에 내장되고 상기 히터코어(112)와 이웃하여 위치한다.
상기 삼방밸브들은 제1삼방밸브(172)와, 제2삼방밸브(174)와, 제3삼방밸브(176)로 이루어진다. 제1삼방밸브(172)는 압축기(110)의 출구부에 구비되어, 압축기(110)로부터 토출된 냉매를 제1실내열교환기(112)로 안내하거나 실외열교환기(116)로 안내한다. 제2삼방밸브(174)는 제1실내열교환기(112)의 출구부에 구비되어, 제1실내열교환기(112)로부터 토출된 냉매를 제1난방모드용 냉매순환라인(R1) 상의 팽창밸브(114 또는 182)로 안내하거나 제2난방모드용 냉매순환라인(R2) 상의 팽창밸브(132)로 안내한다. 제3삼방밸브(176)는 상기 실외열교환기(116)의 출구부에 구비되어, 실외열교환기(116)로부터 토출된 냉매를 냉방모드용 냉매순환라인(R3) 상의 팽창밸브(182)로 안내하거나 사방밸브(178)로 안내한다. 사방밸브(178)는 압축기(110)의 입구부에 구비되어, 냉방모드용 냉매순환라인(R3) 상의 증발기(184)로부터 토출된 냉매를 압축기(110)로 안내하거나 상기 제3삼방밸브(176)로부터 토출된 냉매를 압축기(110)로 안내하거나 상기 열교환기(134)로부터 토출된 냉매를 압축기(110)로 안내한다. 한편, 압축기(110)와 사방밸브(178) 사이에는 어큐뮬레이터(118)가 구비될 수 있다.
상기 제어기(미도시)는 차량의 외부에 위치하는 공기의 온도(외기온)와 차량의 엔진(152)으로부터 토출된 엔진냉각수의 온도(냉각수온)에 따라 전기히터(160)를 작동시키거나, 제1난방모드를 가동하나, 제2난방모드를 가동한다. 이하, 도 7을 참조하여 상기 제어기가 상기 차량용 공조시스템(100)을 제어하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
상기 제어기는 수신단계(S110)와, 비교단계(S120, S130)와, 가동단계(S140, S150, S160)를 수행하여 차량용 공조시스템(100)을 제어한다.
상기 수신단계(S110)에서 제어기는 차량에 장착된 외기온 센서(미도시)로부터 현재 외기온을 수신하고, 엔진(152)의 출구부에 장착된 냉각수온 센서(미도시)로부터 현재 냉각수온을 수신한다.
상기 비교단계는 냉각수온 비교단계(S120)와, 외기온 비교단계(S130)를 포함한다. 냉각수온 비교단계(S120)에서 제어기는 현재 냉각수온과 미리 설정되어 저장된 기준 냉각수온 간 대소를 비교한다. 현재 냉각수온이 기준 냉각수온보다 작은 경우, 제어기는 현재 외기온과 미리 설정되어 저장된 기준 외기온 간 대소를 비교하는 단계인 외기온 비교단계(S130)를 수행한다.
상기 가동단계는 전기히터 가동단계(S150)와, 제1난방모드 가동단계(S140)와, 제2난방모드 가동단계(S160)를 포함한다.
전기히터 가동단계(S150)는 외기온 비교단계(S130)에서 현재 외기온이 기준 외기온보다 작다고 판단된 경우 수행된다. 전기히터 가동단계(S150)를 수행하고자 하는 경우 제어기는 전기히터(160)만을 가동하고 제1난방모드 및 제2난방모드는 가동하지 않는다.
제1난방모드 가동단계(S140)는 외기온 비교단계(S130)에서 현재 외기온이 기준 외기온 이상이라고 판단된 경우 수행된다. 외기온이 그다지 낮지 않은 경우에는 차량으로 유입되는 외기가 실외열교환기(116)를 경유하는 냉매에 열을 전달할 수 있고 이로써 차실의 난방이 효율적으로 이루어질 수 있다. 따라서 외기온이 그다지 낮지 않은 경우에는 전기히터(160)를 정지시켜 에너지를 절약함과 동시에 공냉식 히트펌프를 작동시켜 충분한 난방성능을 확보한다.
제1난방모드 가동단계(S140)를 수행하고자 하는 경우 제어기는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1삼방밸브(172)를 제1실내열교환기(112) 방향으로만 개방하고, 제2삼방밸브(174)를 제1난방모드용 냉매순환라인(R1) 상의 팽창밸브(114 또는 182) 방향으로만 개방하며, 제3삼방밸브(176)를 사방밸브(178) 방향으로만 개방하고, 사방밸브(178)를 압축기(110) 방향으로만 개방한다. 따라서 압축기(110)로부터 토출된 냉매는 제1난방모드용 냉매순환라인(R1)을 따라 순환하면서 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(182 또는 114) 및 실외열교환기(116)를 순차적으로 거친 후 압축기(110)로 다시 유입된다. 이때 냉매는 제1실내열교환기(112)를 거치면서 차실로 유입되는 공기에 열을 전달하고, 실외열교환기(116)를 거치면서 차량으로 유입되는 외기로부터 열을 흡수한다.
제2난방모드 가동단계(S160)는 냉각수온 비교단계(S120)에서 현재 냉각수온이 기준 냉각수온 이상이라고 판단되는 경우에 수행된다. 냉각수온이 높은 경우에는 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 엔진냉각수가 열교환기(134)를 경유하는 냉매에 높은 열을 전달할 수 있고 이로써 차실의 난방이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다. 따라서 냉각수온이 높은 경우에는 전기히터(160)를 정지시켜 에너지를 절약함과 동시에 수냉식 히트펌프를 작동시켜 보다 향상된 난방성능을 확보한다.
제2난방모드 가동단계(S160)를 수행하고자 하는 경우 제어기는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1삼방밸브(172)를 제1실내열교환기(112) 방향으로만 개방하고, 제2삼방밸브(174)를 제2난방모드용 냉매순환라인(R2) 상의 팽창밸브(132) 방향으로만 개방하며, 사방밸브(178)를 압축기(110) 방향으로만 개방한다. 따라서 압축기(110)로부터 토출된 냉매는 제2난방모드용 냉매순환라인(R2)을 따라 순환하면서 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(132) 및 열교환기(134)를 순차적으로 거친 후 압축기(110)로 다시 유입된다. 이때 냉매는 제1실내열교환기(112)를 거치면서 차실로 유입되는 공기에 열을 전달하고, 열교환기(134)를 거치면서 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 엔진냉각수로부터 열을 흡수한다.
한편, 상기 제어기는 사용자의 명령에 의해 냉방모드를 가동할 수도 있다. 이와 같은 경우 제어기는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1삼방밸브(172)를 실외열교환기(116) 방향으로만 개방하고, 제3삼방밸브(176)를 팽창밸브(182) 방향으로만 개방하며, 사방밸브(178)를 압축기(110) 방향으로만 개방하고, 공조장치(190) 내 템프 도어(194)를 작동시켜 공기의 이동로를 변경한다. 따라서 압축기(110)로부터 토출된 냉매는 냉방모드용 냉매순환라인(R3)을 따라 순환하면서 응축기로 작용하는 실외열교환기(116), 팽창밸브(182) 및 증발기로 작용하는 제2실내열교환기(184)를 순차적으로 거친 후 압축기(110)로 다시 유입된다. 이때 냉매는 실외열교환기(116)를 거치면서 차량으로 유입되는 외기에 열을 전달하고, 제2실내열교환기(184)를 거치면서 차실로 유입되는 공기로부터 열을 흡수한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다.
100 : 차량용 공조시스템 110 : 압축기
112 : 제1실내열교환기 114, 132, 182 : 팽창밸브
116 : 실외열교환기 118 : 어큐뮬레이터
134 : 열교환기 152 : 엔진
154 : 펌프 156 : 라디에이터
160 : 전기히터 172 : 제1삼방밸브
174 : 제2삼방밸브 176 : 제3삼방밸브
178 : 사방밸브 184 : 제2실내열교환기
190 : 공조장치 194 : 템프 도어

Claims (9)

  1. 압축기(110), 차실로 유입될 공기의 이동로 상에 위치하는 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(114 또는 182) 및 실외열교환기(116)를 구비하고, 제1난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제1난방모드용 냉매순환라인(R1);
    상기 압축기(110), 상기 제1실내열교환기(112), 팽창밸브(132) 및 열교환기(134)를 구비하고, 제2난방모드 시 냉매의 이동로로 제공되는 제2난방모드용 냉매순환라인(R2);
    차량의 엔진(152), 펌프(154) 및 상기 열교환기(134)를 구비한 냉각수 순환라인(W);
    상기 이동로 상에서 상기 제1실내열교환기(112)와 이웃하여 위치하는 전기히터(160); 및
    외기온과 상기 냉각수 순환라인(W)를 순환하는 냉각수의 온도에 따라 상기 전기히터(160), 상기 제1난방모드 및 상기 제2난방모드 중 어느 하나를 가동하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축기(110)로부터 토출된 냉매를 상기 제1실내열교환기(112) 또는 상기 실외열교환기(116)로 안내하는 제1삼방밸브(172);
    상기 제1실내열교환기(112)로부터 토출된 냉매를 상기 제1난방모드용 냉매순환라인(R1)의 팽창밸브(114 또는 182) 또는 상기 제2난방모드용 냉매순환라인(R2)의 팽창밸브(132)로 안내하는 제2삼방밸브(174);
    상기 실외열교환기(116)로부터 토출된 냉매를 냉방모드용 냉매순환라인(R3)의 팽창밸브(182) 또는 사방밸브(178)로 안내하는 제3삼방밸브(176); 및
    상기 냉방모드용 냉매순환라인(R3)의 제2실내열교환기(184) 또는 상기 제3삼방밸브(176) 또는 상기 열교환기(134)로부터 토출된 냉매를 상기 압축기(110)로 안내하는 사방밸브(178);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1난방모드 시 상기 제어기는, 상기 제1삼방밸브(172)를 상기 제1실내열교환기(112) 방향으로만 개방하고, 상기 제2삼방밸브(174)를 상기 제1난방모드용 냉매순환라인(R1)의 팽창밸브(114 또는 182) 방향으로만 개방하며, 상기 제3삼방밸브(176)를 상기 사방밸브(178) 방향으로만 개방하고, 상기 사방밸브(178)를 상기 압축기(110) 방향으로만 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2난방모드 시 상기 제어기는, 상기 제1삼방밸브(172)를 상기 제1실내열교환기(112) 방향으로만 개방하고, 상기 제2삼방밸브(174)를 상기 제2난방모드용 냉매순환라인(R2)의 팽창밸브(132) 방향으로만 개방하며, 상기 사방밸브(178)를 상기 압축기(110) 방향으로만 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    냉방모드 시 상기 제어기는, 상기 제1삼방밸브(172)를 상기 실외열교환기(116) 방향으로만 개방하고, 상기 제3삼방밸브(176)를 상기 냉방모드용 냉매순환라인(R3)의 팽창밸브(182) 방향으로만 개방하며, 상기 사방밸브(178)를 상기 압축기(110) 방향으로만 개방하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는, 현재 외기온이 미리 설정된 기준 외기온보다 작고 현재 냉각수온이 미리 설정된 기준 냉각수온보다 작으면 상기 전기히터(160)를 가동하고, 상기 현재 외기온이 상기 기준 외기온 이상이고 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온보다 작으면 상기 제1난방모드를 가동하며, 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온 이상이면 상기 제2난방모드를 가동하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템.
  7. 제1난방모드 시 차실로 유입될 공기를 가열하는 공냉식 히트펌프와, 제2난방모드 시 상기 차실로 유입될 공기를 가열하는 수냉식 히트펌프와, 상기 차실로 유입될 공기를 가열하는 전기히터(160)와, 제어기를 포함하는 차량용 공조시스템(100)을 제어하는 방법으로서,
    (A) 상기 제어기가 외기온 센서 및 엔진냉각수온 센서로부터 현재 외기온 및 현재 냉각수온을 수신하는 수신단계(S110);
    (B) 상기 제어기가 상기 현재 외기온과 미리 설정된 기준 외기온 간 비교 및 상기 현재 냉각수온과 미리 설정된 기준 냉각수온 간 비교를 수행하는 비교단계(S120, S130); 및
    (C) 상기 제어기가 상기 비교단계의 결과에 따라 상기 공냉식 히트펌프, 상기 수냉식 히트펌프 및 상기 전기히터(160) 중 어느 하나를 가동하는 가동단계(S140, S150, S160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비교단계(S120, S130)는,
    (B-1) 상기 제어기가 상기 현재 냉각수온과 상기 기준 냉각수온 간 대소를 비교하는 냉각수온 비교단계(S120); 및
    (B-2) 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온보다 작은 경우, 상기 제어기가 상기 현재 외기온과 상기 기준 외기온 간 대소를 비교하는 외기온 비교단계(S130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가동단계(S140, S150, S160)는,
    (C-1) 상기 외기온 비교단계(S130)에서 상기 현재 외기온이 상기 기준 외기온보다 작다고 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 전기히터(160)를 가동하는 전기히터 가동단계(S150);
    (C-2) 상기 외기온 비교단계(S130)에서 상기 현재 외기온이 상기 기준 외기온 이상이라고 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 공냉식 히트펌프를 작동시키는 제1난방모드 가동단계(S140); 및
    (C-3) 상기 냉각수온 비교단계(S120)에서 상기 현재 냉각수온이 상기 기준 냉각수온 이상이라고 판단한 경우, 상기 제어기가 상기 수냉식 히트펌프를 작동시키는 제2난방모드 가동단계(S160);를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조시스템의 제어방법.
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