KR20130075059A - 차량용 공조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한것으로써, 더욱 상세하게는 히트펌프시스템의 냉매 순환라인과 연결되는 실내열교환기와 전기가열식 히터를 각각 공조케이스의 온풍통로측에 가로방향으로 경사지게 배치함으로써, 상기 온풍통로의 통로 단면적이 증대되어 유동저항을 줄임은 물론 상기 실내열교환기 및 전기가열식 히터가 공기유동방향으로 경사지게 배치됨에 따라 상기 온풍통로를 유동하는 공기의 유동흐름을 원활하게 함과 아울러 온도성을 개선하고 냉,온풍의 혼합성능도 향상할 수 있으며, 또한 상기 전기가열식 히터를 실내열교환기에 대해 공기유동방향 쪽으로 편심되게 설치하여 난방성능을 향상하고, 아울러 온도조절도어와 전기가열식 히터의 사이에 삼각형태의 가이드부재를 형성하여 공기 유동흐름을 더욱 개선시킨 차량용 공조장치에 관한 것이다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한것으로써, 더욱 상세하게는 히트펌프시스템의 냉매 순환라인과 연결되는 실내열교환기와 전기가열식 히터를 각각 공조케이스의 온풍통로측에 가로방향으로 경사지게 배치한 차량용 공조장치에 관한 것이다.
차량용 공조장치는, 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 상기와는 다른것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.
이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매 순환라인상에 아래의 구성요소들이 연결되는 것으로, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 실내열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 실내열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 증발기(60)와, 상기 증발기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 증발기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)와, 상기 증발기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56) 및 증발기(60)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.
도 1 중 도면부호 10은 상기 실내열교환기(32)와 증발기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉풍과 온풍의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍장치를 각각 나타낸다.
상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 실내열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.
에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 실내열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1바이패스밸브(36), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2팽창밸브(56), 증발기(60), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 증발기(60)가 증발기 역할을 하게 되고, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 실내열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.
도 2는, 상기 히트펌프시스템의 냉매 순환라인에 연결된 증발기(60) 및 실내열교환기(32)가 센터 마운팅 타입 공조케이스(10)에 설치된 경우를 나타낸 단면도로서, 도시된 바와 같이, 공기유입구(11) 및 복수개의 공기토출구(13)가 형성됨과 아울러 상기 공기유입구(11)와 공기토출구(13)를 연결하는 공기통로상에 냉풍통로(P1) 및 온풍통로(P2)가 형성된 공조케이스(10)와, 상기 히트펌프시스템의 냉매 순환라인에 각각 연결되어 상기 공조케이스(10)의 온풍통로(P2)측에 설치되는 실내열교환기(32) 및 냉풍통로(P1)측에 설치되는 증발기(60)와, 상기 온풍통로(P2)내에서 상기 실내열교환기(32)의 후방측에 설치되는 PTC히터(15)와, 상기 증발기(60)와 실내열교환기(32)의 사이에 설치되어 상기 냉풍통로(P1)와 상기 온풍통로(P2)의 입구측 개도를 조절하여 온도를 조절하는 온도조절도어(12)로 이루어진다.
상기 실내열교환기(32)와 PTC히터(15)는 상기 온풍통로(P2)상에 수직방향으로 설치된다.
아울러, 상기 복수개의 공기토출구(13)는 모드도어(14)에 의해 개도가 조절된다.
또한, 상기 공조케이스(10)의 입구측에는 송풍장치(16)가 연결되는데, 상기 송풍장치(16)는, 상기 공조케이스(10)의 입구측에 연결되는 스크롤케이스(17)와, 상기 스크롤케이스(17)의 내부에 설치되는 원심팬(18)과, 상기 원심팬(18)의 축방향으로 스크롤케이스(17)의 일측에 설치되어 내,외기를 선택적으로 유입하는 인테이크 덕트(미도시)로 이루어진다.
따라서, 상기 원심팬(18)이 구동하게 되면, 상기 인테이크 덕트를 통해 내,외기가 흡입되고, 흡입된 공기는 원심팬(18)의 반경방향으로 토출된 후 스크롤케이스(17)를 따라 유동한 후, 상기 공조케이스(10)의 내부로 송풍된다.
상기 공조케이스(10)의 내부로 송풍된 공기는 증발기(60)를 통과하면서 냉각되고, 이후 상기 온도조절도어(12)에 의해 일부는 냉풍 상태로 실내열교환기(32) 및 PTC히터(15)를 바이패스하게 되고 일부는 온통풍로(P2)의 실내열교환기(32) 및 PTC히터(15)를 통과하면서 온풍으로 바뀐 뒤, 믹싱영역(MC)에서 냉풍과 온풍이 혼합되고, 이후 상기 공기토출구(13)를 통해 차량실내로 토출됨으로써 차실내를 적절한 온도로 조절하게 된다.
그러나, 상기 종래기술은, 상기 온풍통로(P2)측에 상기 실내열교환기(32) 및 PTC히터(15)가 수직방향으로 배치됨에 따라 상기 실내열교환기(32) 및 PTC히터(15)의 하류측 온풍통로(P2)가 협소하여 저항이 많이 걸리는 문제가 있고, 저항이 많이 걸림에 따라 공기의 유동흐름이 불균일하게 되고 온도성을 개선하기 어려운 문제가 있었다.
또한, 상기 온풍통로(P2)의 공기 유동흐름이 불균일함에 따라 냉,온풍의 혼합성능도 저하되는 문제도 있었다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 히트펌프시스템의 냉매 순환라인과 연결되는 실내열교환기와 전기가열식 히터를 각각 공조케이스의 온풍통로측에 가로방향으로 경사지게 배치함으로써, 상기 온풍통로의 통로 단면적이 증대되어 유동저항을 줄임은 물론 상기 실내열교환기 및 전기가열식 히터가 공기유동방향으로 경사지게 배치됨에 따라 상기 온풍통로를 유동하는 공기의 유동흐름을 원활하게 함과 아울러 온도성을 개선하고 냉,온풍의 혼합성능도 향상할 수 있으며, 또한 상기 전기가열식 히터를 실내열교환기에 대해 공기유동방향 쪽으로 편심되게 설치하여 난방성능을 향상하고, 아울러 온도조절도어와 전기가열식 히터의 사이에 삼각형태의 가이드부재를 형성하여 공기 유동흐름을 더욱 개선시킨 차량용 공조장치를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기유입구 및 복수개의 공기토출구가 형성됨과 아울러 상기 공기유입구와 공기토출구를 연결하는 공기통로상에 냉풍통로 및 온풍통로가 형성된 공조케이스와, 히트펌프시스템의 냉매 순환라인에 각각 연결되어 상기 공조케이스의 온풍통로측에 설치되는 실내열교환기 및 냉풍통로측에 설치되는 증발기와, 상기 공조케이스의 온풍통로측에 설치되는 전기가열식 히터와, 상기 공조케이스의 내부에 회전 가능하게 설치되어 냉풍과 온풍의 혼합되는 양을 조절하는 온도조절도어를 포함하여 이루어진 차량용 공조장치에 있어서, 상기 실내열교환기와 전기가열식 히터는, 상기 온풍통로측에 공기유동방향으로 서로 일정간격 이격되어 순차적으로 설치되되 각각 가로방향으로 경사지게 배치 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 히트펌프시스템의 냉매 순환라인과 연결되는 실내열교환기와 전기가열식 히터를 각각 공조케이스의 온풍통로측에 가로방향으로 경사지게 배치함으로써, 상기 온풍통로의 통로 단면적이 증대되어 유동저항을 줄임은 물론 상기 실내열교환기 및 전기가열식 히터가 공기유동방향으로 경사지게 배치됨에 따라 상기 온풍통로를 유동하는 공기의 유동흐름을 원활하게 함과 아울러 온도성을 개선하고 냉,온풍의 혼합성능도 향상할 수 있다.
또한, 상기 전기가열식 히터를 실내열교환기에 대해 공기유동방향 쪽으로 편심되게 설치함으로써, 난방성능을 향상할 수 있다.
그리고, 온도조절도어와 전기가열식 히터의 사이에 삼각형태의 가이드부재를 형성하되, 상기 가이드부재의 밑면부를 경사지게 형성함과 동시에 상기 밑면부의 일단을 라운드로 형성함으로써, 상기 온풍통로의 공기 유동흐름이 원활하고 부드럽게 되면서 공기 유동흐름을 더욱 더 개선할 수 있다.
도 1은 종래 차량 공조장치에 적용되는 히트펌프시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 도 1의 히트펌프시스템이 적용된 센터 마운팅 타입 차량 공조장치를 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 최대 냉방모드를 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 최대 난방모드를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 믹싱모드를 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 공조장치에서 가이드부재 및 온도조절도어가 설치된 부분을 나타내는 부분 단면도,
도 7은 실내열교환기 및 PTC히터가 수직 배치된 종래 공조케이스와, 실내열교환기 및 전기가열식히터가 가로방향으로 경사지게 배치된 본 발명 공조케이스의 공기유동을 CAE 해석한 그림이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치(100)는, 공조케이스(110)와, 송풍장치(130)와, 히트펌프시스템의 냉매 순환라인과 연결되는 실내열교환기(102) 및 증발기(101)와, 전기가열식 히터(103)와, 온도조절도어(120)와, 모드도어(115)를 포함하여 구성된다.
상기 공조케이스(110)는, 일측에 공기유입구(111)가 형성되고, 타측에는 복수개의 공기토출구가 형성되며, 내부에는 상기 공기유입구(111)와 공기토출구를 연결하는 공기통로가 형성된다.
상기 공조케이스(110)내의 공기통로상에는 상기 증발기(101)가 배치되는 냉풍통로(P1)와, 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)가 배치되는 온풍통로(P2)가 형성된다.
이때, 상기 냉풍통로(P1)와 온풍통로(P2)의 사이에는, 냉,온풍통로(P1,P2)를 구획하도록 일정길이의 구획벽(117)이 형성된다.
상기 구획벽(117)에 의해 상기 온풍통로(P2)는 상기 냉풍통로(P1)로부터 분기된 후, 일정구간을 지나 다시 냉풍통로(P1)와 합류되게 된다.
여기서, 상기 구획벽(117)은 상기 공조케이스(110)내의 바닥면(110a)으로부터 일정간격 이격되어 형성된다.
한편, 상기 냉풍통로(P1)와 온풍통로(P2)가 합류되는 부위에 냉풍과 온풍이 혼합되는 믹싱영역(MC)이 형성된다.
또한, 상기 복수개의 공기토출구는, 차량의 앞유리쪽으로 공기를 토출시키기 위한 디프로스트 벤트(112)와, 탑승자의 얼굴쪽으로 공기를 토출시키기 위한 페이스 벤트(113)와, 탑승자의 발쪽으로 공기를 토출시키기 위한 플로어 벤트(114)로 구성된다.
아울러, 상기 모드도어(115)는, 상기 디프로스트 벤트(112)와 페이스 벤트(113) 및 플로어 벤트(114)측에는 각각 설치되어 공기토출모드에 따라 각 벤트의 개도를 조절하게 된다.
한편, 상기 모드도어(115) 뿐만 아니라 상기 온도조절도어(120)는 상기 공조케이스(110)의 외측면에 설치되는 엑츄에이터(미도시)와 직접 연결되거나 또는 엑츄에이터(또는 와이어)에 의해 작동하는 캠(미도시)이나 레버(미도시) 등을 통해 연결되어 작동하게 된다.
또한, 상기 플로어 벤트(114)와 상기 온풍통로(P2)의 사이에는 격벽(116)이 형성되어, 플로어 벤트(114)와 온풍통로(P2)를 구획하게 된다.
상기 격벽(116)은, 상기 온풍통로(P2)와 플로어 벤트(114) 사이의 공조케이스(110) 바닥면(110a)에서부터 상측방향으로 연장되되 상기 믹싱영역(MC)을 향해 만곡되게 형성된다.
한편, 상기 공조케이스(110)의 하부에는 상기 증발기(101) 또는 실내열교환기(102)에서 발생하는 응축수를 외부로 원활하게 배출하도록 드레인부(118)가 형성된다.
그리고, 상기 송풍장치(130)는, 상기 공조케이스(110)의 공기유입구(111)측에 연결되는 스크롤케이스(131)와, 상기 스크롤케이스(131)의 내부에 회전가능하게 설치되어 상기 공조케이스(110)측으로 공기를 송풍하는 원심팬(132)과, 상기 원심팬(132)의 축방향으로 스크롤케이스(131)의 일측에 설치되어 내기 또는 외기를 선택적으로 흡입하는 인테이크덕트(미도시)로 이루어진다.
따라서, 상기 원심팬(132)의 작동시 상기 인테이크덕트를 통해 내,외기를 선택적으로 흡입하여 상기 공조케이스(110)로 송풍하게 된다.
상기 스크롤케이스(131)는 상기 냉풍통로(P1)에 배치되는 증발기(101)의 상부측에 위치하게 된다.
그리고, 상기 실내열교환기(102) 및 증발기(101)는 각각 히트펌프시스템의 냉매 순환라인에 연결되는 것으로서, 상기 실내열교환기(102)는 상기 온풍통로(P2)측에 배치되고, 상기 증발기(101)는 상기 냉풍통로(P1)측에 배치된다.
또한, 상기 전기가열식 히터(103)는, PTC히터로서 상기 온풍통로(P2)측에 배치된다.
여기서, 상기 히트펌프시스템은, 통상적으로 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 시스템으로서, 냉매를 이용하여 냉방 및 난방을 수행하게 되며, 본 발명에서는 다양한 히트펌프시스템을 적용할 수 있으며, 일예로 도 1의 히트펌프시스템을 간략히 설명하면,
상기 히트펌프시스템은, 냉매 순환라인상에 아래의 구성요소들이 연결되는 것으로, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 실내열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 실내열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 증발기(60)와, 상기 증발기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 증발기(60)측으로 공급되는 냉매와 상기 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)와, 상기 증발기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56) 및 증발기(60)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.
상기한 히트펌프시스템의 작용은 종래기술에 설명하였으므로 생략하며, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 상기 실내열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 되며,
에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 상기 증발기(60)가 증발기 역할을 하게 되고, 상기 실내열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.
도 1에서 실내열교환기(32) 및 증발기(60)는, 본원발명의 실내열교환기(102) 및 증발기(101)와 같은 것이다.
그리고, 상기 실내열교환기(102)와 전기가열식 히터(103)는, 상기 온풍통로(P2)측에 공기유동방향으로 서로 일정간격 이격되어 순차적으로 설치되되 각각 가로방향으로 경사지게 배치 구성된다.
즉, 상기 온풍통로(P2)를 유동하는 공기의 유동흐름을 원활하게 할 수 있도록, 상기 실내열교환기(102)와 전기가열식 히터(103)가 상기 온풍통로(P2)상에 가로방향으로 배치되되, 온풍통로(P2)의 공기유동방향으로 일정각도 경사지게 배치되는 것이다.
이때, 상기 실내열교환기(102)와 전기가열식 히터(103)는, 각각 상기 증발기(101)를 향한 단부측이 하측방향으로 기울어지게 된다.
이처럼, 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)를 온풍통로(P2)상에 가로방향으로 경사지게 배치함으로써, 상기 온풍통로(P2)의 통로 단면적이 증대되어 유동저항이 감소하게 된다.
또한, 상기 전기가열식 히터(103)는, 상기 일정각도 경사지게 배치된 실내열교환기(102)와 평행하게 설치되되, 상기 실내열교환기(102)에 대해 온풍통로(P2)의 공기유동방향 쪽으로 편심되게 설치된다.
즉, 상기 전기가열식 히터(103)가 상기 실내열교환기(102)에 대해 공기유동방향으로 편심되게 설치됨으로서, 난방성능을 더욱 향상할 수 있다.
그리고, 상기 실내열교환기(102)와 전기가열식 히터(103)는, 상기 공조케이스(110)내의 바닥면(110a)으로 부터 일정간격 이격되게 설치되어, 상기 증발기(101)를 통과한 후 상기 온풍통로(P2)를 향하는 공기가 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)의 하부에서 상부측으로 통과하게 된다.
또한, 상기 실내열교환기(102)와 마주하는 상기 공조케이스(110)내의 바닥면(110a)은, 상기 온풍통로(P2)를 향하는 공기유동방향으로 일정각도 경사지게 형성됨으로써, 상기 증발기(101)를 통과한 공기가 상기 온풍통로(P2)측으로 원활하게 유동하도록 하게 된다.
아울러, 상기 공조케이스(110)의 하부에는 상기 증발기(101)에서 발생하는 응축수가 외부로 원활하게 배수될 수 있도록 드레인부(118)가 형성된다. 물론 히트펌프시스템에 따라 상기 실내열교환기(102)에서도 응축수가 발생할 수 있는데 이 경우에는 상기 증발기(101) 및 실내열교환기(102)에서 발생하는 응축수가 모두 상기 드레인부(118)를 통해 외부로 배출되게 된다.
한편, 상기 증발기(101)는, 상기 냉풍통로(P1)측에 세로방향으로 일정각도 경사지게 배치된다.
그리고, 상기 온도조절도어(120)는, 상기 전기가열식 히터(103)의 상부측에 위치하되, 상기 냉풍통로(P1)를 통과한 냉풍과 상기 온풍통로(P2)를 통과한 온풍이 합류되는 영역에 설치되는 센터 피봇 타입 도어로 구성된다.
즉, 상기 온도조절도어(120)는, 상기 냉풍통로(P1)를 통과한 냉풍과 상기 온풍통로(P2)를 통과한 온풍이 혼합되는 믹싱영역(MC)측에 회전가능하게 설치되며, 이때 상기 온도조절도어(120)의 회전중심은 상기 믹싱영역(MC)의 하부측에 위치하게 된다.
상기 온도조절도어(120)는, 센터 피봇 타입 도어로서, 상기 공조케이스(110)의 내부에 회전가능하게 설치되는 회전축(121)과, 상기 회전축(121)을 중심으로 그 양측에 반경방향으로 각각 연장 형성되는 플레이트(122)로 이루어진다.
이때, 상기 회전축(121)의 일측 플레이트(122)는 상기 냉풍통로(P1)의 출구 개도를 조절하게 되고, 타측 플레이트(122)는 상기 온풍통로(P2)의 출구 개도를 조절하게 된다.
따라서, 냉방모드시에는 상기 온도조절도어(120)가 냉풍통로(P1) 출구를 개방하고 온풍통로(P2) 출구를 폐쇄하게 되며, 난방모드시에는 상기 온도조절도어(120)가 냉풍통로(P1) 출구를 폐쇄하고 온풍통로(P2) 출구를 개방하게 되며, 믹싱모드시에는 상기 온도조절도어(120)가 냉풍통로(P1) 및 온풍통로(P2)의 출구를 모두 개방하게 된다.
그리고, 상기 온도조절도어(120)와 상기 전기가열식 히터(103)의 사이에는, 상기 온도조절도어(120)의 회전각을 제한함과 아울러 상기 온풍통로(P2)를 유동하는 공기의 유동흐름을 가이드하는 가이드부재(140)가 형성된다.
상기 가이드부재(140)는, 꼭짓점(144)이 상기 온도조절도어(120)의 회전축(121)에 인접하고, 밑면부(141)가 상기 전기가열식 히터(103)와 마주하는 삼각형태로 형성된다.
이때, 상기 가이드부재(140)는 상기 전기가열식 히터(103)와 일정가격 이격되게 형성된다.
또한, 상기 삼각형태인 가이드부재(140)의 밑면부(141) 일단과 상기 전기가열식 히터(103)간의 간격(L2)은, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 타단과 상기 전기가열식 히터(103)간의 간격(L1) 보다 크게 형성된다.
즉, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141)와 상기 전기가열식 히터(103)가 마주보는 상태에서, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141)와 전기가열식 히터(103)의 사이 간격(L1,L2)이 상기 온풍통로(P2)의 공기유동방향으로 점차 벌어지게 된다.
다시말해, 상기 가이드부재(140) 밑면부(141)는, 상기 온풍통로(P2)측에 경사지게 배치된 전기가열식 히터(103)의 경사각 보다 더 크게 경사지게 형성된 것이다.
따라서, 상기 온풍통로(P2)를 따라 공기가 유동할 때, 상기 가이드부재(140)의 경사진 밑면부(141)를 따라 원활하게 가이드되므로 공기의 유동흐름을 더욱 개선할 수 있다.
또한, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 일단은 상기 온풍통로(P2)를 유동하는 공기의 유동흐름을 부드럽게 할 수 있도록 라운드(141a)로 형성된다.
즉, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141)가 경사지게 형성됨과 동시에 상기 밑면부(141)의 일단이 라운드(141a)로 형성됨으로써, 상기 온풍통로(P2)의 공기 유동흐름이 원활하고 부드럽게 되면서 공기 유동흐름을 더욱 더 개선할 수 있는 것이다.
또한, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 타단은 상기 냉풍통로(P1)와 온풍통로(P2)를 구획하도록 형성되는 구획벽(117)의 상단과 연결된다. 이로인해, 상기 삼각형태의 가이드부재(140)는 전체가 상기 온풍통로(P2)측으로 치우져 형성되게 된다.
한편, 상기 삼각형태의 가이드부재(140)는, 꼭짓점(144)을 기준으로 좌측면부(142)와 우측면부(143)는 각각 스토퍼 역할을 하게 되는데, 상기 좌측면부(142)는 냉방모드시 상기 온도조절도어(120)의 회전각을 제한하게 되고, 상기 우측면부(143)는 난방모드시 상기 온도조절도어(120)의 회전각을 제한하게 된다.
도 7은 실내열교환기 및 PTC히터가 수직 배치된 종래 공조케이스와, 실내열교환기 및 전기가열식 히터가 가로방향으로 경사지게 배치된 본 발명 공조케이스의 공기유동을 CAE 해석한 그림으로서, 그림에서 빨간색쪽으로 갈수록 공기 유동저항이 큼을 의미한다.
보는 바와 같이, 난방모드시 종래 공조케이스의 경우 온풍통로가 협소함에 따라 전체적으로 유동저항이 많이 걸리는 것을 알 수 있고 이로인해 공기 유동흐름이 불균일하며 온도성의 개선 정도가 미흡하게 되고, 본 발명 공조케이스(110)의 경우 온풍통로(P2)의 통로 단면적이 증대됨에 따라 전체적으로 유동저항이 감소함을 알 수 있고 이로인해 공기 유동흐름이 원활하게 되어 온도성이 개선되는 것이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 공조장치(100)의 작용을 공조모드별로 설명하기로 한다.
가. 최대 냉방모드
최대 냉방모드시에는 도 3과 같이, 상기 온도조절도어(120)가 냉풍통로(P1)의 출구를 개방하고 온풍통로(P2)의 출구는 폐쇄하게 되며, 히트펌프시스템에서 상기 증발기(101)는 원래대로 증발기 역할을 하게되고, 상기 실내열교환기(102)는 난방기 역할을 하게되며, 상기 전기가열식 히터(103)의 작동이 정지된다.
따라서, 원심팬(132)이 작동하게 되면, 상기 인테이크 덕트를 통해 내기 또는 외기가 흡입되고, 흡입된 공기는 상기 스크롤케이스(131)의 내부를 따라 스크롤 형태로 유동하면서 공조케이스(110)의 내부로 송풍된다.
상기 공조케이스(110)의 내부로 송풍된 공기는, 상기 증발기(101)를 통과하면서 냉각되어 냉풍으로 변하게 되고, 이후 상기 냉풍은 냉풍통로(P1)를 통해 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)를 바이패스 한 후, 공기토출모드(디프로스트 모드, 페이스 모드, 플로어 모드, 믹스 모드, 바이레벨 모드 등)에 따라 개방된 공기토출구를 통해 차량 실내로 토출됨으로써, 차량 실내가 냉방되게 된다.
나. 최대 난방모드
최대 난방모드시에는 도 4와 같이, 상기 온도조절도어(120)가 냉풍통로(P1)의 출구를 폐쇄하고 온풍통로(P2)의 출구는 개방하게 되며, 히트펌프시스템에서 상기 증발기(101)는 작동이 정지(냉매공급 차단)되고, 상기 실내열교환기(102)는 난방기 역할을 하게되며, 상기 전기가열식 히터(103)는 선택적으로 작동하게 된다.
즉, 상기 전기가열식 히터(103)의 경우, 상기 실내열교환기(102)의 난방성능이 부족할 경우 작동하게 되며, 난방성능이 충분할 경우에는 작동 정지된다. 일예로 차량의 시동 초기와 같이 난방성능이 부족할 경우에 상기 전기가열식 히터(103)를 작동하게 되는 것이다.
따라서, 원심팬(132)이 작동하게 되면, 상기 인테이크 덕트를 통해 내기 또는 외기가 흡입되고, 흡입된 공기는 상기 스크롤케이스(131)의 내부를 따라 스크롤 형태로 유동하면서 공조케이스(110)의 내부로 송풍된다.
상기 공조케이스(110)의 내부로 송풍된 공기는, 상기 증발기(101)를 통과한 후, 상기 온풍통로(P2)의 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고, 이후, 공기토출모드(디프로스트 모드, 페이스 모드, 플로어 모드, 믹스 모드, 바이레벨 모드 등)에 따라 개방된 공기토출구를 통해 차량 실내로 토출됨으로써, 차량 실내가 난방되게 된다.
한편, 상기 온풍통로(P2)를 통과하는 공기는, 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)가 공기유동방향으로 경사지게 배치되고, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 역시 공기유동방향으로 경사지게 형성됨으로 인해 공기 유동흐름이 원활하게 된다.
다. 믹싱모드
믹싱모드시에는 도 5와 같이, 상기 온도조절도어(120)가 냉풍통로(P1) 및 온풍통로(P2)의 출구를 모두 개방하게 되며, 히트펌프시스템에서 상기 증발기(101)는 원래대로 증발기 역할을 하게되고, 상기 실내열교환기(102)는 난방기 역할을 하게되며, 상기 전기가열식 히터(103)는 선택적으로 작동하게 된다.
따라서, 원심팬(132)이 작동하게 되면, 상기 인테이크 덕트를 통해 내기 또는 외기가 흡입되고, 흡입된 공기는 상기 스크롤케이스(131)의 내부를 따라 스크롤 형태로 유동하면서 공조케이스(110)의 내부로 송풍된다.
상기 공조케이스(110)의 내부로 송풍된 공기는, 상기 증발기(101)를 통과하면서 냉각되어 냉풍으로 변하게 되고, 이후 상기 냉풍 중 일부는 냉풍통로(P1)를 통해 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)를 바이패스하게 되고, 나머지는 온풍통로(P2)를 통해 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게된다.
계속해서, 상기 냉풍통로(P1)를 통과한 냉풍과 상기 온풍통로(P2)를 통과한 온풍은 믹싱영역(MC)에서 혼합된 후, 공기토출모드(디프로스트 모드, 페이스 모드, 플로어 모드, 믹스 모드, 바이레벨 모드 등)에 따라 개방된 공기토출구를 통해 차량 실내로 토출됨으로써, 차량 실내가 적절한 온도로 조절되게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)를 상기 온풍통로(P2)측에 가로방향으로 경사지게 배치하고, 상기 온도조절도어(120)와 전기가열식 히터(103)의 사이에는 삼각형태의 가이드부재(140)를 형성한 구성을 센터 마운팅 타입 공조장치에 적용한 경우에 대해서만 설명하였지만, 여기에 한정되지 않고 세미 센터 타입 공조장치, 쓰리피스 타입 공조장치, 좌,우 독립 공조장치 등 다양한 공조장치에 동일한 방법으로 적용할 수 있으며 동일한 효과를 얻을 수 있다.
100: 공조장치 101: 증발기
102: 실내열교환기 103: 전기가열식 히터
110: 공조케이스 111: 공기유입구
112: 디프로스트벤트 113: 페이스벤트
114: 플로어벤트 115: 모드도어
116: 격벽 117: 구획벽
120: 온도조절도어 130: 송풍장치
140: 가이드부재 141: 밑면부
141a: 라운드

Claims (10)

  1. 공기유입구(111) 및 복수개의 공기토출구가 형성됨과 아울러 상기 공기유입구(111)와 공기토출구를 연결하는 공기통로상에 냉풍통로(P1) 및 온풍통로(P2)가 형성된 공조케이스(110)와,
    히트펌프시스템의 냉매 순환라인에 각각 연결되어 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(P2)측에 설치되는 실내열교환기(102) 및 냉풍통로(P1)측에 설치되는 증발기(101)와,
    상기 공조케이스(110)의 온풍통로(P2)측에 설치되는 전기가열식 히터(103)와,
    상기 공조케이스(110)의 내부에 회전 가능하게 설치되어 냉풍과 온풍의 혼합되는 양을 조절하는 온도조절도어(120)를 포함하여 이루어진 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 실내열교환기(102)와 전기가열식 히터(103)는, 상기 온풍통로(P2)측에 공기유동방향으로 서로 일정간격 이격되어 순차적으로 설치되되 각각 가로방향으로 경사지게 배치 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도조절도어(120)는, 상기 전기가열식 히터(103)의 상부측에 위치하되, 상기 냉풍통로(P1)를 통과한 냉풍과 상기 온풍통로(P2)를 통과한 온풍이 합류되는 영역에 설치되는 센터 피봇 타입 도어인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도조절도어(120)와 상기 전기가열식 히터(103)의 사이에는, 상기 온도조절도어(120)의 회전각을 제한함과 아울러 상기 온풍통로(P2)를 유동하는 공기의 유동흐름을 가이드하는 가이드부재(140)가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가이드부재(140)는, 꼭짓점(144)이 상기 온도조절도어(120)의 회전축(121)에 인접하고, 밑면부(141)가 상기 전기가열식 히터(103)와 마주하는 삼각형태로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 일단은 상기 온풍통로(P2)를 유동하는 공기의 유동흐름을 부드럽게 할 수 있도록 라운드(141a)로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 타단은 상기 냉풍통로(P1)와 온풍통로(P2)를 구획하도록 형성되는 구획벽(117)의 상단과 연결된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 일단과 상기 전기가열식 히터(103)간의 간격(L2)은, 상기 가이드부재(140)의 밑면부(141) 타단과 상기 전기가열식 히터(103)간의 간격(L1) 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기가열식 히터(103)는, 상기 실내열교환기(102)와 평행하게 설치되되, 상기 실내열교환기(102)에 대해 온풍통로(P2)의 공기유동방향 쪽으로 편심되게 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내열교환기(102)와 전기가열식 히터(103)는, 각각 상기 증발기(101)를 향한 단부측이 하측방향으로 기울어진 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 실내열교환기(102)와 전기가열식 히터(103)는, 상기 공조케이스(110)내의 바닥면(110a)으로 부터 일정간격 이격되게 설치되어, 상기 증발기(101)를 통과한 후 상기 온풍통로(P2)를 향하는 공기가 상기 실내열교환기(102) 및 전기가열식 히터(103)의 하부에서 상부측으로 통과하도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
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