KR20150025960A

KR20150025960A - 차량용 공조장치

Info

Publication number: KR20150025960A
Application number: KR20130104186A
Authority: KR
Inventors: 이준민; 엄부용
Original assignee: 한라비스테온공조 주식회사
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-11

Abstract

증발기의 하류 측에 배치되는 가열수단의 배치를 개선하고 템프 도어를 요구하지 않아 패키지의 크기를 축소 가능한 차량용 공조장치가 개시된다. 차량용 공조장치는 송풍 유닛에 의해 공급되는 공기를 공기 토출구로 송풍하도록 내부에 공기 유로가 형성된 공조 케이스와, 상기 공조 케이스에 공기 유동 방향으로 순차로 설치되는 증발기 및 가열 수단을 포함하하며, 가열 수단의 길이 방향은 상기 증발기의 길이 방향에 대해 직교되게 배치된다. 따라서, 온풍 유로의 상하 및 좌우 폭을 줄임에 따라 온풍 유로를 통과하는 공기의 압력강하량을 낮춤과 동시에 공조 케이스의 전체적인 패키지 크기를 축소시키고, 최대 냉방 모드와 비교하여 최대 난방 모드에서 가열 수단으로 인해 압력강하량이 급격히 증가하는 문제점을 해결하며, 바이패스 도어가 PTC 히터의 온/오프 제어를 통한 토출 공기 온도의 비선형성 제어를 보완하여 토출 공기 온도의 선형 제어를 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONER FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 전기자동차용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리의 전기적 에너지를 이용하여 난방을 수행하는 PTC 히터를 구비하는 차량용 공조 장치에 관한 것이다.

최근에, 자동차는 연소식 엔진을 사용하는 자동차에서 환경친화적이고 연비를 고려한 또 다른 형태의 자동차 즉, 하이브리드 자동차나 전기자동차의 개발이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

도 1은 종래의 전기 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고, 도 2는 종래의 PTC 히터를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 공조장치는 입구측에 공기유입구(11)가 형성되고 출구측에는 다수의 공기토출구(12)가 형성된 공조케이스(10)와, 상기 공조케이스(10)의 내부에 설치되는 증발기(1) 및 PTC 히터(5)와, 상기 증발기(1)와 PTC 히터(5)의 사이에 설치되어 온도를 조절하는 템프도어(20)와, 상기 공기토출구(12)에 설치되어 공조모드에 따라 공기토출구(12)의 개도를 조절하는 모드도어(30)를 포함한다.

또한, 상기 공조장치는 차량의 인스트루먼트 패널(Instrument Panel)에 설치된 컨트롤러의 각종 조절스위치(미도시)에 의해 제어되며, 상기 템프도어(20)를 구동하는 엑츄에이터를 제어하여 온도를 조절하는 템프스위치(미도시)와, 상기 모드도어(30)를 구동하는 엑츄에이터를 제어하여 공조모드를 조작하는 모드스위치(미도시)와, 풍량을 조절하기 위한 풍량 스위치(미도시) 및 내기와 외기를 선택하기 위한 내,외기 스위치(미도시) 등 다양한 조절스위치가 구비된다.

상기 PTC 히터(5)는 히터케이스(6)의 내부에 다수개의 PTC 소자(7)가 설치되고, 각 PTC 소자(7)의 주위에는 다수의 방열핀(8)이 설치되어 전열부를 형성함으로써, PTC 소자(7)에 의해 발생된 열과 상기 방열핀(8)을 통과하는 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 구조로 되어 있다.

이 경우, 상기 PTC 히터(5)의 온/오프 제어는 제어부(9)를 통해 PWM(Pulse Width Modulation)을 이용한 신호 제어방식을 적용할 수 있다. 상기 PWM 방식이란 펄스 변조 방식의 하나로, 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 듀티비(duty rate)를 변화시켜 제어하는 방식을 말한다. 즉, PWM 제어는 듀티비를 조절함으로써 제어값을 조정하게 되며, 이때 펄스 신호의 듀티비가 변함으로써 이 신호의 평균값이 변하게 되고 이러한 평균값을 제어 신호값으로 사용하는 것이다.

한편, 일반적인 연소식 엔진을 사용하는 차량의 공조장치는 엔진 냉각수를 열원으로 사용하는 히터 코어를 구비하게 된다.

최대 난방 모드 시 템프도어(20)는 PTC 히터(또는 히터 코어)를 개방하는 방향으로 회전되고, 최대 냉방 모드 시 템프도어(20)는 PTC 히터를 폐쇄하는 방향으로 회전된다.

하지만, 종래의 차량용 공조장치는 증발기(1)와 PTC 히터(5)가 병렬로 나란하게 배치됨에 따라, 최대 냉방 모드와 비교하여 최대 난방 모드에서 PTC 히터(5)로 인해 압력강하량이 급격히 증가하고, 결국 공기토출구(12)로의 풍량이 감속하는 문제점이 있다.

아울러, 종래의 차량용 공조장치는 토출 공기의 온도 조절을 수행하는 템프도어(20)가 필수적으로 요구되기 때문에, 템프도어(20)의 배치로 인해 일정 크기의 패키지 공간을 요구하는 문제점이 있다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 증발기의 하류 측에 배치되는 가열수단의 배치를 개선하고 템프 도어를 요구하지 않아 패키지의 크기를 축소 가능한 차량용 공조장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는 PTC 히터의 제어를 통한 공조 공기의 토출 온도를 선형적으로 제어하도록 보조하도록 바이패스 통로를 구성한 차량용 공조장치를 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치는 송풍 유닛에 의해 공급되는 공기를 공기 토출구로 송풍하도록 내부에 공기 유로가 형성된 공조 케이스와, 상기 공조 케이스에 공기 유동 방향으로 순차로 설치되는 증발기 및 가열 수단을 포함하하며, 가열 수단의 길이 방향은 상기 증발기의 길이 방향에 대해 직교되게 배치된다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치는 온풍 유로의 상하 및 좌우 폭을 줄임에 따라 온풍 유로를 통과하는 공기의 압력강하량을 낮춤과 동시에 공조 케이스의 전체적인 패키지 크기를 축소시키고, 최대 냉방 모드와 비교하여 최대 난방 모드에서 가열 수단으로 인해 압력강하량이 급격히 증가하는 문제점을 해결하며, 바이패스 도어가 PTC 히터의 온/오프 제어를 통한 토출 공기 온도의 비선형성 제어를 보완하여 토출 공기 온도의 선형 제어를 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전기 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 PTC 히터를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 PTC 히터를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 작동 상태를 도시한 단면도이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 공조장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 PTC 히터를 도시한 것이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치의 작동 상태를 도시한 단면도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치는 공조 케이스(110)와, 증발기(101) 및 가열 수단을 포함하여 이루어진다.

공조 케이스(110)는 송풍 유닛(미도시)에 의해 공급되는 공기를 공기 토출구(112)로 송풍하도록 내부에 공기 유로가 형성된 것으로서, 입구 측에 공기 송풍 유닛과 연결되는 공기 유입구(111)가 형성되고 출구측에 모드 도어(130)에 의해 유로가 개폐되는 다수의 공기 토출구(112)가 형성되어 있다. 증발기(101) 및 가열 수단은 상기 공조 케이스(110)의 내부에 공기 유동 방향으로 순차로 설치된다.

상기 가열 수단의 길이 방향은 상기 증발기(101)의 길이 방향에 대해 직교되게 배치된다. 즉, 가열 수단은 공기 유동 방향으로 증발기(101)의 하류 측에 배치됨과 아울러 증발기(101)와 가열 수단이 서로 직교되게 배열됨에 따라, 가열 수단 측을 유동하는 온풍 유로의 하부 폭을 줄일 수 있고, 가열 수단을 통과함에 따른 압력강하량을 줄일 수 있다.

이와 같이, 온풍 유로의 하부 폭을 줄임에 따라 온풍 유로를 통과하는 공기의 압력강하량을 낮춤과 동시에, 공조 케이스(110)의 전체적인 패키지 크기를 축소시킬 수 있어 설치 공간을 작게 차지하는 이점이 있다.

아울러, 최대 냉방 모드와 비교하여 최대 난방 모드에서 가열 수단으로 인해 압력강하량이 급격히 증가하는 문제점을 해결함에 따라, 결국 공기토출구(112)로의 풍량이 감속하는 문제점을 해결할 수 있다.

상기 가열 수단은 PTC 히터(105)로 구성된다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치는 전기 자동차에 적용되는 것으로서, 가열 수단이 전기식 PTC 히터(105)로 구성된다. PTC 히터(105)는 전원의 온/오프 제어를 통해 열을 공급하거나 차단할 수 있고, PWM 제어를 통해 토출 공기 온도를 일정 부분 선형 제어하게 된다. 이 경우, PTC 히터(105)만을 통한 토출 공기 온도의 부족한 선형 제어는 후술할 바이패스 도어(120)를 통해 보상하게 된다.

더욱 상세하게는, 상기 PTC 히터(105)는 히터케이스(106)의 내부에 다수개의 PTC 소자(107)가 설치되고, 각 PTC 소자(107)의 주위에는 다수의 방열핀(108)이 설치되어 전열부를 형성함으로써, PTC 소자(107)에 의해 발생된 열과 상기 방열핀(108)을 통과하는 공기 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 구조로 되어 있다.

이 경우, 상기 PTC 히터(105)의 온/오프 제어는 제어부(109)를 통해 PWM(Pulse Width Modulation)을 이용한 신호 제어방식을 적용할 수 있다. 상기 PWM 방식이란 펄스 변조 방식의 하나로, 변조 신호의 크기에 따라서 펄스의 듀티비(duty rate)를 변화시켜 제어하는 방식을 말한다. 즉, PWM 제어는 듀티비를 조절함으로써 제어값을 조정하게 되며, 이때 펄스 신호의 듀티비가 변함으로써 이 신호의 평균값이 변하게 되고 이러한 평균값을 제어 신호값으로 사용하는 것이다.

이와 같이, 가열 수단을 PTC 히터(105)를 통한 PWM 제어를 수행함에 따라 별도의 템프 도어를 필요로 하지 않게 되어, 공조 케이스(110)의 패키지 크기를 획기적으로 축소시킬 수 있다. 아울러, 전술한 바와 같이 증발기(101)와 PTC 히터(105)의 직교 배치 구조와 PTC 히터(105)의 구성을 통해, 난방 모드에서도 압력강하량이 적어 낮은 전력 소비로 큰 풍량을 얻을 수 있기 때문에 효율적인 냉,난방을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치는 공조 케이스(110)의 내부의 상기 증발기(101)와 PTC 히터(105)의 사이에는 바이패스 유로가 형성되고, 상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 도어(120)가 구비된다. 바이패스 유로는 증발기(101)를 통과한 공기가 모두 PTC 히터(105) 측으로 유동하지 않고 일부의 공기를 바이패스시켜 PTC 히터(105)를 통과하지 않도록 한다. 바이패스 도어(120)는 바이패스 유로 상에 회전축(121)을 중심으로 회전 가능하게 설치되어, 바이패스 유로를 통과하는 공기의 양을 제어한다.

따라서, PTC 히터(105)의 온/오프 제어를 통한 토출 공기 온도의 비선형성 제어를 보완하여, 거의 완전한 토출 공기 온도의 선형 제어를 수행할 수 있으므로 템프 도어를 사용하지 않고도 그 기능을 충분히 발휘할 수 있다.

이 경우, 상기 바이패스 도어(120)는 증발기(101)의 길이 방향 상부에 배치된다. 즉, 증발기(101)는 공조 케이스(110)의 내부에 수직으로 세워져 송풍 유닛으로부터 공급되는 공기가 증발기(101)를 직교되게 통과하는데, 바이패스 도어(120)가 증발기(101)의 상부 측에 배치됨에 따라 공기 유동의 저항을 최소화하면서 증발기(101)를 통과한 공기를 PTC 히터(105)를 통과하지 않고 효과적으로 바이패스시킬 수 있다.

더욱 상세하게는, 상기 PTC 히터(105)의 길이 방향 일단부는 증발기(101)의 길이 방향 상부로부터 직교되게 연장 형성되고, 바이패스 도어(120)는 증발기(101)의 길이 방향 상부와 PTC 히터(105)의 길이 방향 일단부 사이에 설치된다. 이러한 구성을 통해, 증발기(101)와 PTC 히터(105)가 수직 구조로 이루어져 공조 케이스(110)의 상하 폭을 축소 가능하고, PTC 히터(105)가 증발기(101)의 상부로부터 수직 방향으로 연장된 구조로 인해 공조 케이스(110)의 좌우 폭도 최소화할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 차량용 공조장치는 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

110 : 공조 케이스 101 : 증발기
105 : PTC 히터 111 : 공기 유입구
112 : 공기 토출구 130 : 모드 도어
120 : 바이패스 도어

Claims

송풍 유닛에 의해 공급되는 공기를 공기 토출구(112)로 송풍하도록 내부에 공기 유로가 형성된 공조 케이스(110)와, 상기 공조 케이스(110)에 공기 유동 방향으로 순차로 설치되는 증발기(101) 및 가열 수단을 포함하는 차량용 공조장치에 있어서,
상기 가열 수단의 길이 방향은 상기 증발기(101)의 길이 방향에 대해 직교되게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제1 항에 있어서,
상기 가열 수단은 PTC 히터(105)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제2 항에 있어서,
상기 증발기(101)와 PTC 히터(105)의 사이에는 바이패스 유로가 형성되고, 상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 도어(120)가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제3 항에 있어서,
상기 바이패스 도어(120)는 증발기(101)의 길이 방향 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제4 항에 있어서,
상기 PTC 히터(105)의 길이 방향 일단부는 증발기(101)의 길이 방향 상부로부터 직교되게 연장 형성되고, 상기 바이패스 도어(120)는 증발기(101)의 길이 방향 상부와 PTC 히터(105)의 길이 방향 일단부 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제3 항 내지 제5 항에 있어서,
상기 PTC 히터(105) 및 바이패스 도어(120)를 이용하여 공조 케이스(110) 내의 토출 공기의 온도를 선형적으로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.