KR20160024026A - 차량용 리어 공조장치 - Google Patents

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Abstract

리어 공조장치의 증발기 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량에 있어서 에어컨 ON 조건에서도 난방 성능의 저하를 방지할 수 있는 차량용 리어 공조장치가 개시된다. 차량용 리어 공조장치는 일측에 내,외기 유입구를 갖는 송풍통로를 갖고 타측에 공기의 토출을 위한 벤트출구와 플로어출구를 갖는 케이스와, 내,외기 유입구를 통해 내,외기를 도입하는 블로어 유닛과, 공기를 열교환시켜 온도를 하강시키는 증발기와, 상기 증발기의 하류측에 설치되어 공기를 열교환시켜 온도를 상승시키는 히터코어와, 상기 증발기와 히터코어 사이에 설치되어 토출 공기의 온도를 조절하기 위한 제1 온도조절도어를 포함하며, 상기 블로어 유닛을 통해 케이스의 내부로 유입되는 공기가 상기 증발기를 선택적으로 통과하도록 제어하는 제2 온도조절도어를 더 구비한다. 따라서, 리어 공조장치의 증발기 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량에 있어서 에어컨 ON 조건에서도 난방 성능의 저하를 방지할 수 있어, 차량 1열 뿐 아니라 2열까지 안정적인 난방 성능을 확보할 수 있다.

Description

차량용 리어 공조장치{A REAR AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 리어 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 후석 측에 설치되어 차량 전방의 공조장치와 별도로 차량 후석의 공조를 수행하는 차량용 리어 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 자동차의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 자동차의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다.
냉방시스템은 엔진의 동력을 전달받아 구동되는 압축기에 의하여 냉매를 압축하여 응축기로 보내고, 이 응축기에서 냉각팬의 강제 송풍에 의하여 냉매를 응축시킨다. 이후에, 이 냉매를 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 차례로 거치도록 하여 다시 압축기로 복귀시키는 과정에서, 공조케이스의 입구단에 설치되는 블로어 유닛에 의해 송풍되는 공기와 증발기를 거치는 냉매를 열교환시켜, 냉기 상태가 된 송풍 공기를 차량 실내로 토출시킨다.
또한, 난방시스템은 엔진의 냉각수를 히터코어를 거쳐 엔진으로 복귀시키는 과정에서, 블로어 유닛의 송풍팬에 의해 송풍되는 공기와 히터 코어를 거치는 냉각수를 열교환시켜, 온기 상태가 된 송풍 공기를 차량 실내로 토출시킨다.
상기 차량용 공기조화장치는 냉방 또는 난방용 공기가 차량 실내 전방의 인스트루먼트 패널에 설치된 벤트 덕트로부터 토출되도록 구성되어 있으므로, 실내 공간이 넓은 차량, 예컨대 고급 승용차 또는 밴이나 RV로 통칭되는 4륜 구동차량 등 대형 차량의 경우에는 뒷좌석까지 냉방 또는 난방효과가 충분하게 미치지 못하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 실내 공간이 넓은 차량의 경우에는 뒷좌석에 대한 냉방 및 난방 성능을 보조하기 위하여 통상 뒷바퀴 커버 위의 차체 측벽의 제한된 공간에 별도의 리어(Rear) 공조장치를 설치하고 있다.
도 1은 종래의 차량용 리어 공조장치를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 리어 공조장치는 케이스(10)를 구비한다. 케이스(10)는 내부 일단에 내,외기 유입구(11a,11b)를 갖는 송풍통로(11)와, 송풍통로(11)로부터 차량의 루프 측으로 공기를 송풍하기 위한 벤트덕트(미도시)와 연통되는 벤트출구(12)와, 차량의 플로어 측으로 공기를 송풍하기 위한 플로어덕트(미도시)와 연통되는 플로어출구(13)를 구비한다. 상기 케이스(10)는 송풍통로(11)로부터 벤트출구(12)와 플로어출구(13)까지 이어지는 하나의 공기유로(14)를 형성한다.
상기 송풍통로(11) 내에는 내,외기 유입구(11a,11b)를 통해 내,외기를 강제로 유입하는 블로어 유닛(20)이 설치되어 있으며, 블로어 유닛(20)에 가장 인접한 공기유로(14a) 내에는 증발기(30)가 수직으로 설치되어 있다. 증발기(30)의 하류 측에는 소정 간격 이격되어 히터코어(40)가 대략 수직으로 설치되어 있으며, 히터코어(40)의 후방부는 케이스(10)와 일정 간격을 유지하여 후방측 공기유로(14b)를 형성하게 된다.
상기 증발기(30)와 히터코어(40)의 사이에는 냉방모드 시 히터코어(40)로 공기가 유입되지 않도록 차단함과 함과 아울러 난방모드 시 히터코어(40)로 공기가 유입되도록 공기유로를 차단하는 온도조절도어(50)가 축부(51)를 중심으로 회동 가능하게 설치된다. 상기 온도조절도어(50)의 위치에 따라 냉방 모드와 난방 모드와 믹싱 모드가 결정된다.
즉, 온도조절도어(50)가 점선 상태로 도시된 위치로 회동되어 공기유로(14c)를 폐쇄할 경우에는 난방 모드이고, 온도조절도어(50)가 실선 상태로 도시된 위치로 회동되어 히터코어(40) 측으로의 공기 유동을 차단하는 경우에는 냉방 모드이며, 도어(50)가 이점쇄선 상태로 도시된 위치로 회동된 경우에는 믹싱 모드를 형성한다.
상기 믹싱 모드는 증발기(30)를 통과하여 열교환된 냉기중의 일부가 히터코어(40)를 통과함과 아울러 나머지는 히터코어(40)를 통과하지 않고 공기유로(14c)를 통과하게 되는데, 히터코어(40)를 통과하여 열교환된 온기와 히터코어(40)를 통과하지 않은 냉기가 증발기(30)와 히터코어(40) 상부에 형성된 믹싱 공간(Mixing Space:MS)에서 믹싱되도록 하여 실내로 토출된다. 이 경우, 부호 60은 벤트출구(12)와 플로어출구(13) 사이에 축부(61)를 중심으로 회동 가능하게 설치되는 송풍 모드 전환도어로서, 벤트출구(12)를 폐쇄하거나 플로어출구(13)를 폐쇄하거나 또는 벤트출구(12)와 플로어출구(13)의 모두로 공기가 유동되도록 하는 역할을 한다.
한편, 도 2는 종래의 프런트 공조장치와 리어 공조장치의 냉매 루프를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 프런트 공조장치의 냉동사이클은 압축기(62)와, 상기 압축기(62)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(61)와, 상기 응축기(61)에서 응축된 냉매를 교축시키는 팽창밸브(65)와, 상기 팽창밸브(65)로부터 유입되는 냉매를 증발시키는 증발기(52)를 포함한다. 상기 압축기(62), 응축기(61), 팽창밸브(65) 및 증발기(52)는 내부에 냉매를 유동시키는 통로가 형성된 냉매 배관(66) 상에 연결 설치된다. 상기 프런트 공조장치는 송풍유닛(51), 증발기(52), 히터코어(53) 및 온도조절도어(54)를 구비한다. 또한, 프런트 공조장치와 리어 공조장치는 배관(69)을 통해 냉매가 서로 순환된다.
즉, 종래의 차량용 공조장치는 차량의 전방에 설치되는 프런트 공조장치와 후방에 설치되는 리어 공조장치에 각각 증발기를 구성하였을 때, 차량 전방 측 메인 압축기로부터 전방 측 프런트 공조장치의 증발기뿐 아니라 후방 측 리어 공조장치의 증발기까지 냉매를 순환시켜 사용하게 된다. 이 경우, 리어 공조장치의 증발기 측으로 냉매의 흐름을 제어하기 위한 냉매 ON/OFF 밸브를 사용하게 되는데, 상기 냉매 ON/OFF 밸브는 고가의 부품이므로 도 2에 도시된 것처럼 일부 차량에서 제조 단가를 낮추기 위해 냉매 ON/OFF 밸브를 사용하지 않는 경우가 있다.
이와 같이, 리어 공조장치의 증발기 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량에 있어서, 에어컨 ON 조건에서 난방 모드 수행 시 토출온도가 목표치보다 낮아지는 문제점이 있다. 그 이유를 도 1을 참조하여 설명하면, 증발기(30)를 통과한 공기의 온도가 낮고 아이들(Idle) 등의 조건에서 히터코어(40)의 유량이 작기 때문에, 온도조절도어(50)를 맥스 웜 상태(히터코어의 최대 개방 상태)에 두어도 토출온도가 요구하는 수준으로 상승하지 않는다. 즉, 에어컨 ON 조건에서 플로어 토출온도는 44.4°~47.2°수준으로 난방 성능이 부족하게 된다.
결국, 리어 공조장치의 증발기 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량의 경우, 히터코어(40)를 통과하기 이전에 이미 흡입된 공기가 증발기(30)를 통과하면서 온도가 현저하게 낮아져 목표 토출온도에 도달하지 못함에 따라 난방 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 리어 공조장치의 증발기 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량에 있어서 에어컨 ON 조건에서도 난방 성능의 저하를 방지할 수 있는 차량용 리어 공조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 리어 공조장치는 일측에 내,외기 유입구를 갖는 송풍통로를 갖고 타측에 공기의 토출을 위한 벤트출구와 플로어출구를 갖는 케이스와, 내,외기 유입구를 통해 내,외기를 도입하는 블로어 유닛과, 공기를 열교환시켜 온도를 하강시키는 증발기와, 상기 증발기의 하류측에 설치되어 공기를 열교환시켜 온도를 상승시키는 히터코어와, 상기 증발기와 히터코어 사이에 설치되어 토출 공기의 온도를 조절하기 위한 제1 온도조절도어를 포함하며, 상기 블로어 유닛을 통해 케이스의 내부로 유입되는 공기가 상기 증발기를 선택적으로 통과하도록 제어하는 제2 온도조절도어를 더 구비한다.
상기에서, 제2 온도조절도어는 공기 유동 방향으로 증발기의 상류 측에 구비된다.
상기에서, 케이스의 내부에는 증발기를 바이패스하는 증발기 바이패스 유로가 형성되고, 상기 제2 온도조절도어는 상기 증발기 바이패스 유로를 개폐하도록 구성된다.
상기에서, 증발기의 내부를 순환하는 냉매는 차량의 전방에 설치되는 프런트 공조장치의 증발기를 함께 순환한다.
상기에서, 에어컨 ON 조건에서 난방 모드 시 상기 제2 온도조절도어는 증발기로 흐르는 공기의 유동을 폐쇄하도록 구동된다.
본 발명에 따른 차량용 리어 공조장치는 리어 공조장치의 증발기 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량에 있어서 에어컨 ON 조건에서도 난방 성능의 저하를 방지할 수 있어, 차량 1열 뿐 아니라 2열까지 안정적인 난방 성능을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 리어 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 프런트 공조장치와 리어 공조장치의 냉매 루프를 개략적으로 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치의 냉방 모드 시 작동 상태를 도시한 단면도이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치의 바이레벨 모드 시 작동 상태를 도시한 단면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치의 난방 모드 시 작동 상태를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 리어 공조장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치는 케이스(100)와, 블로어 유닛(200)과, 증발기(300)와, 히터코어(400)와, 제1 온도조절도어(500) 및 제2 온도조절도어(700)를 포함하여 이루어진다.
케이스(100)는 일측에 내기 유입구 및 외기 유입구를 갖는 송풍통로(110)를 구비하고, 타측에 공기유로를 매개로 송풍통로(110)와 연통 가능하게 형성됨과 아울러 공기유로를 따라 유동되는 공기의 토출을 위한 벤트출구(130)와 플로어출구(120)를 구비한다. 블로어 유닛(200)은 내,외기 유입구를 통해 내,외기를 도입하여 케이스(100) 내부로 공기를 강제 송풍한다.
증발기(300)는 공기유로 상에 블로어 유닛(200)에 근접하도록 설치되어, 블로어 유닛(200)에 의해 강제 송풍되는 공기를 열교환시켜 온도를 하강시키는 기능을 한다. 히터코어(400)는 증발기(300)의 공기유로 하류측에 설치되며, 케이스(100)의 내면과 일정 간격 이격되어 후방측 유로를 가지도록 설치된다. 상기 히터코어(400)는 블로어 유닛(200)에 의해 강제 송풍되는 공기를 열교환시켜 온도를 상승시키는 기능을 한다.
제1 온도조절도어(500)는 증발기(300)와 히터코어(400) 사이에 설치되어 토출 공기의 온도를 조절한다. 즉, 제1 온도조절도어(500)는 증발기(300)와 히터코어(400) 사이에 축부(510)를 중심으로 회동 가능하게 설치되어, 히터코어(400)와 증발기(300)에 형성된 히터코어의 전방측 유로와 상측 유로를 선택적으로 개폐하게 된다. 이에 따라, 유동 공기는 제1 온도조절도어(500)에 의하여 히터코어(400)를 통과하거나 히터코어(400)를 바이패스함에 따라, 토출 공기의 온도 제어가 이루어진다.
다시 말해, 제1 온도조절도어(500)가 점선 상태로 도시된 위치로 회동되어 히터코어(400)를 통과하는 공기유로를 개방할 경우에는 난방 모드이고, 제1 온도조절도어(500)가 실선 상태로 도시된 위치로 회동되어 히터코어(400) 측으로의 공기 유동을 차단하는 경우에는 냉방 모드이며, 제1 온도조절도어(500)가 이점쇄선 상태로 도시된 위치로 회동된 경우에는 믹싱 모드이다.
제2 온도조절도어(700)는 블로어 유닛(200)을 통해 케이스(100)의 내부로 유입되는 공기가 증발기(300)를 선택적으로 통과하도록 제어한다. 제2 온도조절도어(700)는 축부(710)를 중심으로 케이스(100) 내부에 회전 가능하게 설치되며, 공기 유동 방향으로 블로어 유닛(200)의 하류 및 증발기(300)의 상류 측, 즉 블로어 유닛(200)과 증발기(300)의 사이 송풍통로(110) 상에 배치된다.
상기 제2 온도조절도어(700)는 회전 구동을 통해, 블로어 유닛(200)을 통해 케이스(100) 내부로 유입되는 공기가 증발기(300)를 통과하게 하거나 증발기(300)를 통과하지 않도록 한다. 따라서, 증발기(300) 내부의 차가운 냉매에 의해 증발기(300)를 통과하는 공기의 온도가 낮아져 난방 성능의 저하를 가져오던 문제점을 해결할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 케이스(100)의 내부에는 증발기(300)를 바이패스하는 증발기 바이패스 유로(720)가 형성된다. 증발기 바이패스 유로(720)를 형성하기 위해, 증발기(300)의 높이를 낮춰 증발기(300)의 상부 측에 유로를 형성시키고, 제2 온도조절도어(700)를 증발기(300)의 상단 측에서 축부(710)를 중심으로 회전하도록 설치한다.
상기 제2 온도조절도어(700)는 증발기 바이패스 유로(720)를 개폐하도록 구성된다. 즉, 제2 온도조절도어(700)가 증발기(300)를 폐쇄하도록 회전되면, 증발기 바이패스 유로(720)는 개방되어 공기는 증발기 바이패스 유로(720)를 통해 흐른다. 아울러, 제2 온도조절도어(700)가 증발기(300)를 개방하도록 회전되면, 증발기 바이패스 유로(720)는 폐쇄되어 공기는 증발기(300)를 통과하여 흐르게 된다.
한편, 상기 증발기(300)의 내부를 순환하는 냉매는 차량의 전방에 설치되는 프런트 공조장치의 증발기를 함께 순환하고 있다. 만약, 리어 공조장치의 증발기(300) 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량의 경우, 리어 공조장치 측의 증발기(300) 냉매는 난방 모드 시 히터코어(400)를 통과하기 이전에 공기의 온도를 떨어트려 난방 성능을 저하시키게 된다.
결국, 리어 공조장치의 증발기(300) 측에 별도의 냉매 ON/OFF 밸브를 구성하지 않는 차량의 경우, 에어컨 ON 조건에서 난방 모드 시 제2 온도조절도어(700)가 증발기(300)로 흐르는 공기의 유동을 폐쇄하도록 구동됨에 따라, 블로어 유닛(200)을 통해 케이스(100) 내부로 유입되는 공기는 증발기(300)를 통과하지 않고 바로 히터코어(400)를 통과하여 가열되어 난방 성능의 저하를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치의 냉방 모드 시 작동 상태를 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 냉방 모드 시 제2 온도조절도어(700)는 증발기 바이패스 유로(720)를 폐쇄함과 아울러 증발기(300)를 개방하도록 회전되어 있으며, 제1 온도조절도어(500)는 히터코어(400)를 폐쇄하도록 회전되어 있다. 블로어 유닛(200)을 통해 유입된 송풍 공기는 증발기(300)를 통과하여 냉각되고 히터코어(400)를 바이패스하여 벤트출구(130) 또는 플로어출구(120)로 토출된다.
또한, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치의 바이레벨 모드 시 작동 상태를 도시한 단면도이다.
도 5를 참조하면, 바이레벨 모드 시 제2 온도조절도어(700)는 증발기 바이패스 유로(720)를 개방함과 아울러 증발기(300)를 개방하도록 회전 각도를 대략 1/2 위치로 회전되어 있으며, 제1 온도조절도어(500)는 히터코어(400)를 일부 개방하도록 회전되어 있다. 블로어 유닛(200)을 통해 유입된 송풍 공기 중 일부는 증발기(300)를 통과하여 냉각되고 일부는 히터코어(400)를 통과하여 벤트출구(130) 또는 플로어출구(120)로 토출된다.
아울러, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 공조장치의 난방 모드 시 작동 상태를 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 난방 모드 시 제2 온도조절도어(700)는 증발기 바이패스 유로(720)를 개방함과 아울러 증발기(300)를 폐쇄하도록 회전되어 있으며, 제1 온도조절도어(500)는 히터코어(400)를 개방하도록 회전되어 있다. 블로어 유닛(200)을 통해 유입된 송풍 공기는 증발기(300)를 바이패스하고 히터코어(400)를 통과하여 벤트출구(130) 또는 플로어출구(120)로 토출된다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 리어 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.
100 : 케이스 110 : 송풍통로
130 : 벤트출구 120 : 플로어출구
200 : 블로어 유닛 300 : 증발기
400 : 히터코어 500 : 제1 온도조절도어
700 : 제2 온도조절도어 720 : 증발기 바이패스 유로

Claims (5)

  1. 일측에 내,외기 유입구를 갖는 송풍통로(110)를 갖고 타측에 공기의 토출을 위한 벤트출구(130)와 플로어출구(120)를 갖는 케이스(100);
    내,외기 유입구를 통해 내,외기를 도입하는 블로어 유닛(200);
    공기를 열교환시켜 온도를 하강시키는 증발기(300);
    상기 증발기(300)의 하류측에 설치되어 공기를 열교환시켜 온도를 상승시키는 히터코어(400);
    상기 증발기(300)와 히터코어(400) 사이에 설치되어 토출 공기의 온도를 조절하기 위한 제1 온도조절도어(500); 및
    상기 블로어 유닛(200)을 통해 케이스(100)의 내부로 유입되는 공기가 상기 증발기(300)를 선택적으로 통과하도록 제어하는 제2 온도조절도어(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 리어 공조장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 온도조절도어(700)는 공기 유동 방향으로 증발기(300)의 상류 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 리어 공조장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 케이스(100)의 내부에는 증발기(300)를 바이패스하는 증발기 바이패스 유로(720)가 형성되고,
    상기 제2 온도조절도어(700)는 상기 증발기 바이패스 유로(720)를 개폐하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 리어 공조장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 증발기(300)의 내부를 순환하는 냉매는 차량의 전방에 설치되는 프런트 공조장치의 증발기를 함께 순환하는 것을 특징으로 하는 차량용 리어 공조장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    에어컨 ON 조건에서 난방 모드 시 상기 제2 온도조절도어(700)는 증발기(300)로 흐르는 공기의 유동을 폐쇄하도록 구동되는 것을 특징으로 하는 차량용 리어 공조장치.
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