KR20170032871A - 역류 방지 제어부를 갖춘 ｈｖａｃ 모듈 및 운용 방법 - Google Patents

역류 방지 제어부를 갖춘 ｈｖａｃ 모듈 및 운용 방법 Download PDF

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프라사드 시리파드 캐들
제프리 찰스 킨마르틴
원 리우
밍유 왕
얀핑 지아
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말레 인터내셔널 게엠베하
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Abstract

본 발명은 공기 입구, 송풍기의 하류부에 있는 증발기, 증발기의 하류부에 있는 히터, 및 증발기와 히터의 하류부에 있는 후방 혼합 구역을 가는 HVAC 모듈에 관한 것으로서, 제어 밸브는 냉기의 압력을 조절함으로써 냉기가 열기를 향해 역류하는 것을 방지한다. 본 발명의 방법은 HVAC 모듈 내의 다양한 지점에서 압력 및 온도를 판독하는 단계와, 목표 배출 유량 및 온도를 설정하는 단계와, 제어 밸브 및 블렌드 밸브의 저항을 계산하는 단계와, 대응하는 제어 밸브 및 블렌드 밸브 위치를 결정하는 단계와, 제어 밸브 및 블렌드 밸브를 대응하는 그런 위치로 이동시키는 단계에 의해 그런 HVAC 모듈의 역류 방지 제어 밸브를 제어하도록 착안된다.

Description

역류 방지 제어부를 갖춘 ＨＶＡＣ 모듈 및 운용 방법{HVAC MODULE WITH ANTI­BACKFLOW CONTROL AND METHOD OF OPERATION}
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에서 원용되는 "개방형 구조를 갖는 HVAC 모듈"이라는 발명의 명칭을 갖는 2015년 4월 14일자로 출원된 미국 특허 출원 14/685,933호의 일부 계속 출원이다.
[기술분야]
본 출원은 승용차용 난방, 환기 및 공조(HVAC) 모듈에 관한 것이다.
종래의 자동차는 공조된 공기를 차량의 승객실 내의 앞쪽 승객에게 제공하도록 구성된 단일의 온도 제어 구역 공조 시스템을 통상 갖는다. 차량의 크기가 증가함에 따라 그리고 차량 승객이 보다 고급스러운 특색을 요구함에 따라, 다중 온도 제어 구역 또는 다구역 공조 시스템을 제공할 수 있는 공조 시스템이 점점 더 보급되고 있다. 다구역 공조 시스템은 운전자, 앞쪽 승객, 및 심지어는 뒷좌석 승객으로 하여금 그들 각각의 구역에서의 온도를 개별적으로 제어할 수 있게 함으로써, 각각의 구역 내의 승객의 안락함을 개선시킨다. 스포츠 범용 차(SUV) 및 미니밴과 같은 더 큰 크기의 차량은 승객실 내에 4개 이상의 개별 구역을 가질 수도 있다. 예로서, 미니밴의 승객실은 4개의 개별 구역으로 분할될 수도 있는데, 여기서 운전자는 구역 1이고, 앞쪽 승객은 구역 2이고, 제2 열의 좌석 공간은 구역 3이며, 그리고 제3 열의 좌석 공간은 구역 4일 수도 있다.
단일 구역 공조 시스템을 위한 종래의 난방, 환기 및 공조(HVAC) 모듈은 일반적으로 소정 유형의 차량 내의 유효량의 공간을 최적으로 이용하도록 그리고/또는 그 공간의 형상에 부합되도록 구성된다. 다구역을 위한 온도 제어를 제공하는 능력을 갖는 HVAC 모듈은 특히 정확한 개수의 구역을 위해 구성, 세공 및 제조된다. 다구역 HVAC 모듈을 위한 생산 체적은 통상 단일 또는 이중 구역 모듈을 위한 생산 체적보다 훨씬 더 적다. 대체로, 극소수의 차량을 위해 그런 다구역 HVAC 모듈을 구성하는 것은 훨씬 더 많은 비용이 든다. 또한, 추가적인 온도 제어 구역을 달성하기 위해 완전히 다른 HVAC 모듈을 제작하도록 강요하는 것은 일반적으로 제조셀 및 제조 공정에 지장을 준다.
종래의 다구역 HVAC 모듈은 공조된 공기 유동의 다중 스트림을 제공하기 위해 HVAC 모듈 내의 개별 열교환기까지 연장되는 격벽을 사용한다. 이들 공기 유동의 다중 스트림은 관련된 승객실 내에서의 다구역 기후 제어를 달성하는데 이용된다. 더 많은 개수의 구역 및 더 많은 개수의 격벽이 필요할수록 더 큰 크기의 열교환기가 요구된다. 그러나, 다구역 HVAC 모듈은 단일 구역 HVAC 모듈이 제자리에 있어야 하는 한정된 크기와 형상에 부합해야만 하기 때문에, 어떤 별도의 공간도 이용하지 않으면서 추가적인 기능이 추가될 필요가 있다. 운용 용량 및 패키징 제한으로 인해, 2개의 개별적인 이중 HVAC 모듈이 다구역 운용을 달성하기 위해 대형 차량에서 통상 채용되는데, 여기서 2 구역 모듈은 방화벽과 차량 계기판 사이에 설치되며 그리고 다른 1 구역 또는 2 구역 HVAC 모듈은 트렁크의 영역 내에 설치된다.
그러나, 종래의 분할된 이중 HVAC 모듈을 구현하는데에는 문제가 있다. 예컨대, 이중 HVAC 모듈은 호스트 차량 내의 과도한 패키징 공간, 추가적인 공기 덕트, 추가적인 라인 및 피팅, 추가적인 냉매, 추가적인 냉각제, 추가적인 질량, 더 높은 운용 소음 수준, 더 높은 비용, 및 대체로 높은 품질과 보증 문제를 야기하는 증가된 시스템 복잡성을 요구할 수 있다. 그런 시스템은 압축기, 양수기, 응축기, 교류발전기, 라인 세트 및 덕트와 같은 추가적인 에너지가 드는 더 큰 지지 요소를 필요로 한다. 그 결과, 이중 모듈 처리 방법은 차량 연료 소비를 증가시키고 배기 배출물을 증가시킨다. 그런 항목들 모두는 전체 차량 비용과 운용 비용에 상당히 영향을 미친다.
본 개시내용은 승용차를 위한 역류 방지 제어부를 갖는 개방형 구조의 다구역 가열, 환기 및 공조(HVAC) 모듈과, 역류 방지 제어부를 동작시키기 위한 방법을 제공한다.
본 개시내용의 제1 양태에 따르면, 공기 입구, 전방 구역 공기 출구, 및 후방 구역 공기 출구를 형성하는 하우징과; 공기 입구의 하류부에서 하우징 내에 배치되는 증발기와; 증발기의 하류부에서 하우징 내에 배치되는 히터와; 증발기와 히터의 사이에서 하우징 내에 형성되는 증발기의 하류부에 있는 냉기 챔버로서, 냉기 챔버는 제1 압력을 갖는 냉기 챔버와; 히터와 하우징의 제1 내부면 사이에서 하우징 내에 형성되는 히터의 하류부에 있는 열기 챔버로서, 열기 챔버는 냉기 챔버의 제1 압력보다 정량적으로 더 낮은 제2 압력을 갖는 열기 챔버와; 하우징의 제2 내부면과 하우징 내의 내부 칸막이에 의해 형성되며 그리고 냉기 챔버로부터 하우징에 의해 한정된 후방 구역 혼합 챔버까지 연장되는 냉기 스트림 경로로서, 후방 구역 혼합 챔버는 제3 압력을 가지며 그리고 후방 구역 공기 출구와 유체 연통하는, 냉기 스트림 경로와; 냉기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이에서 하우징 내에 배치되며 그리고 냉기 챔버로부터의 냉기를 냉기 스트림 경로를 따라 후방 구역 혼합 챔버 내로 제어가능하게 해제하도록 구성되는 제어 밸브를 포함하며, 제어 밸브는 냉기 챔버로부터의 냉기를 스로틀링함으로써 제3 압력이 열기 챔버의 제2 압력보다 정량적으로 더 낮게 유지되도록 후방 구역 혼합 챔버의 제3 압력을 조절하는, 승용차용 HVAC 모듈을 위한 장치가 제공된다. 이는 냉기 스트림 경로의 냉기가 열기 챔버 내로 역류하는 것을 방지한다.
후방 구역 혼합 챔버는 후방 구역 혼합 챔버의 입구에 배치되는 후방 구역 블렌드 밸브를 가질 수도 있다. 후방 구역 블렌드 밸브는 냉기 스트림 및 열기 챔버로부터의 공기 유동을 후방 공기 출구로 선택적으로 안내하도록 구성될 수도 있다.
냉기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이에서 하우징 내에 배치된 제어 밸브는 버터플라이 밸브일 수도 있다.
HVAC 모듈은, 하우징에 의해 형성되며 그리고 냉기 챔버와 열기 챔버에 인접하여 증발기의 하류부에 배치되는 전방 구역 혼합 챔버를 추가로 포함할 수도 있다. 전방 구역 혼합 챔버는 전방 구역 공기 출구와 유체 연통할 수도 있다.
전방 구역 블렌드 밸브가 냉기 챔버와 열기 챔버로부터의 공기 유동을 전방 구역 공기 출구로 선택적으로 안내하기 위해 전방 구역 혼합 챔버 내에 배치될 수도 있다.
이 구조체는 공기를 하우징을 통해 입구로부터 전방 구역 공기 출구 및/또는 후방 구역 공기 출구로 이동시키는 하나를 초과하지 않는 송풍기 조립체를 갖는 HVAC 모듈에 적용될 수도 있다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 개방형 구조의 HVAC 모듈에서 열기 챔버 내로의 냉기의 역류를 제어하는 방법이 제공된다. HVAC 모듈은 공기 입구와, 공기 입구의 하류부에 있는 증발기와, 증발기의 하류부에 있는 냉기 챔버와, 냉기 챔버의 하류부에 있는 히터와, 히터의 하류부에 있는 열기 챔버와, 냉기 챔버와 열기 챔버의 하류부에 있는 후방 구역 혼합 챔버와, 후방 구역 공기 출구와, 냉기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이에 배치되는 제어 밸브와, 후방 구역 혼합 챔버 내에 배치되는 블렌드 밸브를 갖는다. 본 발명의 방법은 냉기 챔버의 압력, 서미스터 측정을 통한 냉기 챔버의 온도, 열기 챔버의 압력, 및 열기 챔버의 온도를 판독하는 단계와; 후방 구역 공기 출구에 대해 목표 배출 공기 유량 및 목표 배출 온도를 설정하는 단계와; 역류 방지 제어 밸브의 저항을 계산하는 단계와; 블렌드 밸브의 저항을 계산하는 단계와; 계산된 제어 밸브의 저항에 대응하는 역류 방지 제어 밸브의 위치를 결정하는 단계로서, 결정하는 단계는 사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터에 기초하는, 결정하는 단계와; 계산된 블렌드 밸브의 저항에 대응하는 블렌드 밸브의 위치를 결정하는 단계로서, 결정하는 단계는 사전에 프로그래밍된 블렌드 밸브 보정 데이터에 기초하는, 결정하는 단계와; 계산된 제어 밸브의 저항에 대응하도록 결정된 제어 밸브의 위치로 제어 밸브를 이동시키는 단계와; 계산된 블렌드 밸브의 저항에 대응하도록 결정된 블렌드 밸브의 위치로 블렌드 밸브를 이동시키는 단계를 포함한다.
사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터는 제어 밸브 검색 표일 수도 있다.
사전에 프로그래밍된 블렌드 밸브 보정 데이터는 블렌드 밸브 검색 표일 수도 있다.
본 발명의 방법은 공기가 하우징을 통해 입구로부터 전방 구역 공기 출구와 후방 구역 공기 출구 중의 적어도 하나로 유동하는 것을 유도하도록 구성된 하나를 초과하지 않는 송풍기 조립체를 갖는 HVAC 모듈에 적용될 수도 있다.
본 발명의 이들 및 다른 특징과 이점은 본 발명의 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예를 상세히 도시하는 도면과 함께 이하의 상세한 설명을 판독하면 명확해질 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예로서 추가적으로 기술될 것이다.
도 1은 역류 방지 제어 밸브를 갖는 개방형 구조의 HVAC 모듈의 단면도.
도 2는 역류 방지 제어 밸브 및 블렌드 밸브를 제어함으로써 도 1의 HVAC 모듈에서의 공기의 역류를 방지하기 위한 방법을 예시하는 흐름도.
도 3은 도 2의 방법에 의해 제어되는 밸브의 개략도.
도면들은 본 발명의 실시예를 대표하지만, 도면들은 일정한 비율로 도시될 필요는 없으며 그리고 특정 구성요소들은 본 발명을 예시 및 설명하기 위해 과장될 수도 있다. 본 명세서에 개시된 예시는 본 발명을 일 양태로 예시하고 있지만, 그런 예시는 본 발명의 범주를 어떤 식으로든 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 개시내용의 역류 방지 제어 밸브(290)를 갖는 HVAC 모듈(200)의 일 양태가 도 1에 도시되어 있다. 실제로, 유사한 구성요소에 대한 도면부호는 도면들 사이에서 공통으로 사용된다. 도 1을 참조하면, 본 개시내용은 개방형 구조의 HVAC 모듈(200)과 관련된다. 개방형 구조의 HVAC 모듈이란 것은, 열교환기(204, 206)의 코어가 HVAC 하우징(202)의 내부 격벽(208, 210)에 의해 전용 구역으로 분할되지 않으며 그리고 각각의 열교환기(204, 206)의 코어를 통한 공기 유동의 전부 또는 일부가 블렌드 밸브(224a, 224b)에 의해 차단되어 임의의 하나 이상의 구역으로 안내될 수도 있다는 것을 부분적으로 의미한다. 다시 말하면, 각각의 열교환기(204, 206)의 전체 코어는, 각각의 열교환기(204, 206)의 코어의 일부분만에 비하면, 항상 구역들 중의 하나 이상의 구역으로의 공기 유동을 공조하는데 이용될 수 있다. 종래 기술의 HVAC 모듈과는 달리, 개방형 구조의 HVAC 모듈(200)은 임의의 한 구역의 과냉각 또는 과가열을 가능케 하거나, 상이한 온도의 공기를 다구역으로 전달할 수 있다. 과냉각 또는 과가열은 증발기(204) 또는 히터 유닛(206)의 코어를 빠져나가는 전체 질량 공기 유동(공기 유동의 100%)을 다구역들 중의 임의의 한 구역으로 안내함으로써 달성된다.
개선된 HVAC 모듈(200)은, 증발기(204) 및 증발기(204)의 하류부에 증발기로부터 이격되어 있는 히터 유닛(206)을 내포하고 있는 HVAC 하우징(202)을 포함한다. 냉기 챔버(226)가 증발기(204)와 히터 유닛(206) 사이에서 HVAC 하우징(202) 내에 형성되며, 열기 챔버(228)가 히터 유닛(206)의 하류부에 있는 HVAC 하우징(202)의 내부면과 히터 유닛(206) 사이에 형성된다. 증발기(204)를 통과하는 공기 유동은 냉기 챔버(226) 내로 직접 빠져나가며 그리고 히터 유닛(206)을 통과하는 공기 유동은 열기 챔버(228) 내로 직접 빠져나간다. HVAC 하우징(202)은 공기 입구(201) 및 4개의 공기 출구(230, 232, 234, 236)를 형성하는데, 각각의 온도 제어 구역을 위한 하나의 공기 출구는 온도 제어된 공기를 각각의 구역으로 공급하기 위한 것이다. 도 1에서, HVAC 송풍기 유닛과 공기 입구(201)에 대한 HVAC 송풍기 유닛의 연결부는 HVAC 하우징(202)의 후방 측부 상에 존재하며, 이로 인해 도시되어 있진 않다. 도 1에는 또한 공기 출구들 중의 2개의 공기 출구(232, 236)가 도시되어 있진 않지만, 이들 공기 출구(232, 236)는 HVAC 모듈(200)의 후방 측부 상에 바로 반영되며 상부 격벽(208)과 하부 격벽(210) 각각의 뒤에 숨겨져 있다는 것을 알아야 한다. 공기 출구들 중의 2개의 공기 출구(230, 232)는 공조된 공기를 차량의 전방 구역으로 안내하기 위한 것이며, 공기 출구들 중의 2개의 공기 출구(234, 236)는 공조된 공기를 차량의 후방 구역으로 안내하기 위한 것이다.
상부 수직 격벽(208) 또는 제1 격벽(208)은 제1 출구(230)와 제2 출구(232) 사이에서 HVAC 하우징(202)의 내부 표면으로부터 냉기 및 열기 챔버(226, 228) 내로 부분적으로 연장될 수도 있다. HVAC 하우징(202)의 상부 부분은 전방 구역 공기 출구(230, 232)와 유체 연통하는 전방 구역 혼합 챔버(212)를 형성한다. 유사하게는, 하부 수직 격벽(210) 또는 제2 격벽(210)은 제3 출구(234)와 제4 출구(236) 사이에서 HVAC 하우징(202)의 내부면으로부터 냉기 및 열기 챔버(226, 228) 내로 부분적으로 연장될 수도 있다. HVAC 하우징의 하부 부분은 후방 구역 공기 출구(234, 236)와 유체 연통하는 후방 구역 혼합 챔버(216)를 형성한다. 도 1에서, 전방 구역 출구(230, 232)는 HVAC 하우징(202)의 상부 부분에 인접해 있으며, 후방 구역 출구(234, 236)는 HVAC 하우징(202)의 하부 부분에 인접해 있다.
개선된 HVAC 모듈(200)은 수평 격벽을 포함하지 않는다는 것을 알아야 한다. 수직 격벽(208, 210)은 포함되는 경우 냉기 및 열기 챔버(226, 228) 내로 부분적으로만 연장되며 그리고 증발기(204)와 히터 유닛(206)까지 또는 증발기와 히터 유닛을 통해 연장되지 않는다는 것을 또한 알아야 한다. 각각의 혼합 챔버(212, 216)는 냉기 챔버(226)와 열기 챔버(228) 양자 모두와 유체 연통한다. 냉기 챔버(226)와 열기 챔버(228)로부터의 공기 유동의 적어도 일부를 각각의 공기 출구(230, 232, 234, 236)까지 선택적으로 전환시키도록 구성된 블렌드 밸브(224a, 224b)가 각각의 혼합 챔버(212, 216) 내에 배치된다. 도 1에 도시된 HVAC 모듈(200)의 반부는 상부 수직 격벽(208)과 하부 수직 격벽(210)의 뒤에서 HVAC 모듈(200)의 후방 측부 상에 바로 반영되어 있다는 것을 알아야 한다. 따라서, HVAC 모듈(200)의 양쪽 반부 상에 혼합 챔버와 블렌드 밸브가 존재한다. (도시 안 된) 단일 송풍기만이 공기를 개선된 HVAC 모듈(200)을 통해 다구역으로 유도하는데 필요하다.
공기를 윈드실드로 전달하기 위한 제1 모드 밸브(238), 공기를 계기판으로 전달하기 위한 제2 모드 밸브(240), 및 공기를 운전자의 발로 전달하기 위한 제3 모드 밸브(242)가 전방 구역 혼합 챔버(212)의 하류부에 도시되어 있다. 후방 구역 혼합 챔버(216)의 하류부는 공기 유동을 뒤쪽 승객의 몸통 또는 발로 전달하기 위한 (도시 안 된) 밸브일 수도 있다.
증발기(204)는 HVAC 하우징(202) 내의 히터 유닛(206)의 상류부에 히터 유닛으로부터 이격되어 배치된다. 냉기 챔버(226)는 증발기(204)와 히터 유닛(206) 사이의 HVAC 하우징(202)의 체적에 의해 형성되며, 열기 챔버(228)는 히터 유닛(206)의 하류부에 있는 HVAC 하우징(202)의 내부면의 일부분과 히터 유닛(206) 사이의 HVAC 하우징(202)의 체적에 의해 형성된다.
냉기 스트림 경로(286)는 하우징(202)의 일부분과 하우징 내의 내부 칸막이에 의해 형성된다. 냉기 스트림 경로(286)는 냉기 챔버(226)로부터 후방 구역 혼합 챔버(216)까지 연장된다. 냉기 스트림 경로(286)는 냉기가 냉기 챔버(226)로부터 후방 구역 혼합 챔버(216)까지 이동되는 경로이다.
상술된 바와 같이, 공기가 조화되어 개별 구역으로 이송되도록 공기를 HVAC 모듈(200) 내로 인입시키기 위한 단일 송풍기 조립체가 제공된다. 각각의 구역으로의 공기 유동의 질량 유량 및 속도는 각각의 구역에 대하여 환기구 출구 내에 제공된 공기 유동 제어 밸브와 송풍기의 속도의 조합에 의해 제어될 수도 있다. 송풍기 조립체는 차량의 외부에 있는 공기의 스트림 또는 차량 내부로부터의 재순환 공기의 스트림을 인입시킬 수도 있다.
각각의 혼합 챔버의 온도 블렌드 밸브(224a, 224b)는 원하는 온도를 구역에 제공하기 위해 냉기 및 열기 챔버(226, 228) 각각으로부터 냉기 스트림과 열기 스트림 중의 하나의 스트림 또는 냉기 스트림과 열기 스트림의 조합을 선택적으로 차단할 수도 있다. 혼합 후의 구역 특정 공기 유량은 송풍기의 조정, 각각의 당해 모드 밸브의 위치, 및 다른 구역의 모드 밸브(238, 240, 242)의 밸런싱에 의해 제어된다. 이런 개방형 구조의 이점은 증발기(204)와 히터 유닛(206)의 총 용량이 구역들 중의 어느 하나의 구역을 위해 공기를 공조하는데 이용될뿐만 아니라 가변 공기 유동을 구역들에 제공한다는 점이다. 다른 이점은 공기 유동 제어 밸브를 선택적으로 개폐함으로써 열교환기(204, 206)를 통한 전체 공기 유동이 구역들 중의 어느 하나의 구역으로 안내될 수도 있다는 점이다. 모드 밸브(238, 240, 242)는 하나의 공기 유동을 성에제거 환기구, 승객 환기구 또는 바닥 출구 중의 하나로 구역의 100%까지 안내하도록 조정될 수도 있다.
냉기 챔버(226)는 압력 Pev 및 온도 Tc를 갖는다. 열기 챔버(228)는 압력 Phtr 및 온도 Th를 갖는다. 후방 구역 혼합 챔버는 압력 Pmix를 갖는다. 본 개시내용을 위해, 후방 구역 공기 출구(234)는 목표 배출 공기 유량 Qtot 및 목표 배출 온도 Tmix를 갖는다. 일반적으로, 냉기 챔버(226)의 압력 Pev는 히터(206)를 통과하는 것에 대한 추가적인 저항으로 인해 열기 챔버(228)의 압력 Phtr보다 항상 정량적으로 크다.
제한된 특정 환경에서 냉기 스트림 경로(286)로부터의 냉기는 후방 구역 혼합 챔버(216)에 도달하여 열기 챔버(228) 내로 역류한다는 것을 발견하였다. 이는 전방 구역이 높은 공기 유량을 요구하는 상태에서 후방 구역 블렌드 밸브(224b)가 거의 모든 냉기를 후방 구역 공기 출구(234)에 제공하는 위치에 있고 그리고 전방 구역 블렌드 밸브(224a)가 거의 모든 열기를 전방 구역 공기 출구에 제공하는 위치에 있는 경우에 야기된다. 후방 구역 블렌드 밸브(224b)의 이런 위치는 냉기 스트림에 대해 거의 저항을 가하지 않음으로써, 후방 구역 혼합 챔버(216) 내의 압력 Pmix를 증가시키는 반면 전방 구역 블렌드 밸브(224a)의 그런 위치와 필요한 높은 유량은 압력 Phtr을 감소시킨다. Pmix가 Pev에 더 근접하도록 증가되고 그리고 Phtr은 감소될 때, Pmix는 Phtr보다 정량적으로 더 커진다. 이 상태에서, 냉기 스트림 경로(286)로부터의 냉기는 후방 구역 혼합 챔버(216)에 도달한 후에 열기 챔버(228)를 향해 역류한다. 이 냉기는 열기 챔버(228) 내에서 열기와 혼합됨으로써, 열기 챔버(228) 내의 공기를 냉각시키고 그리고 전방 구역 공기 출구로 유동하는 공기의 온도를 감소시킨다.
따라서, 냉기 스트림 경로(286)로부터 열기 챔버(228)로의 역류를 감소 또는 방지하는 것이 바람직하다. 냉기 챔버(226)로부터의 냉기의 해제를 제어하기 위해 냉기 챔버(226)와 후방 구역 혼합 챔버(216) 사이에서 역류 방지 제어 밸브(290)를 이용하는 것은 냉기 스트림 경로(286)에서의 압력 강하를 야기함으로써 HVAC 모듈의 압력을 조절한다. 따라서, 역류 방지 제어 밸브(290)는 후방 구역 혼합 챔버의 압력이 열기 챔버(228)의 압력 Phtr보다 정량적으로 적도록 후방 구역 혼합 챔버의 압력 Pmix를 유지하는데 도움을 준다. 역류 방지 제어 밸브(290)는 냉기 챔버(226)로부터의 공기를 스로틀링함으로써 냉기 스트림 경로(286)를 따르는 냉기에 대한 저항을 증가시켜, 냉기가 후방 구역 혼합 챔버(216)로 이동할 때 냉기의 압력을 감소시킨다. 역류 방지 제어 밸브(290)는 역류 방지 제어 밸브(290)가 열기 챔버(228)와 후방 구역 혼합 챔버(216) 사이의 유체 연통의 단면적에 영향을 미치지 않도록 후방 구역 혼합 챔버에 대한 열기 챔버의 유체 연통에 독립적으로 작동할 수도 있다. 혼합 밸브가 HVAC 시스템 자체에 의해 제어될 수 있는 경우, 후방 구역 블렌드 밸브(224b)를 2개의 개별적으로 작동가능한 밸브로 대체하는 것이 가능할 수도 있는데, 2개의 개별적으로 작동가능한 밸브 중의 하나의 밸브는 냉기 스트림 경로(286)에 전용으로 사용되며 그리고 다른 하나의 밸브는 열기 챔버(228)를 빠져나가는 열기에 전용으로 사용된다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이 역류 방지 제어 밸브(290)뿐만 아니라 후방 구역 블렌드 밸브(224b)는, 후방 구역 블렌드 밸브(224b)가 외부에서 제어되며 그리고 HVAC 제어부에 접근할 수 없는 경우를 포함하는 모든 장치에 적합하다.
도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 개방형 구조의 HVAC 모듈의 역류 방지 제어 밸브(290)를 운용하는 방법(300)을 예시한다. 본 발명의 방법은 단계 310에서 냉기 챔버 압력 Pev, 냉기 챔버의 온도 Tc, 열기 챔버의 압력 Phtr, 열기 챔버의 온도 Th, 및 후방 구역 혼합 챔버의 압력 Pmix를 판독함으로써 개시된다. 다음에, 목표 배출 공기 유량 Qtot 및 목표 배출 온도 Tmix가 단계 320에서 후방 구역 공기 출구에 대해 설정된다. 본 발명의 방법은 단계 330에서 역류 방지 제어 밸브의 저항 Rc를 계산하고 그리고 단계 340에서 후방 구역 블렌드 밸브의 저항 Rh를 계산하는 것으로 계속된다. 역류 방지 제어 밸브의 저항 Rc는 방정식 1에 의해 계산될 수 있는 반면, 후방 구역 블렌드 밸브의 저항 Rh는 방정식 2에 의해 계산될 수 있다. 본 발명의 방법은 그 전체 내용이 본 명세서에서 원용되는 미국 특허 출원 제14/801,862호에 개시된 제어 시스템 및 방법과 같은 개방형 구조의 다구역 HVAC 시스템에 통합될 수도 있다.
방정식 1 :
Figure pat00001
방정식 2 :
Figure pat00002
대안으로서, 초기의 제어 밸브 위치 및 블렌드 밸브 위치로부터, 제어 밸브의 저항 Rc 및 후방 구역 블렌드 밸브의 저항 Rh가 사전에 보정된 표로부터 검색될 수 있다. 배출 공기 유량 Qtot 및 배출 온도 Tmix는 방정식 3과 방정식 4에 따라 각각 계산될 수 있으며, 그리고 비례 적분 미분(PID) 제어 방법을 통해 밸브를 재배치하기 위해 목표 온도 및 유량과 비교될 수 있다.
방정식 3 :
Figure pat00003
방정식 4 :
Figure pat00004
본 발명의 방법은 단계 350에서 제어 밸브의 계산된 저항 Rc에 대응하는 제어 밸브의 위치 POSc를 결정하는 것으로 계속된다. 이런 결정은 사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터를 참조하는 것에 기초한다. 사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터는 표 1에 기재된 바와 같은 검색 표의 형태일 수도 있다.
제어 밸브 위치 Posc (0) Posc (1) Posc (2) Posc (3) Posc (4) Posc (5) Posc (6) Posc (7) Posc (8) Posc (9) Posc (10)
제어 밸브 저항 Rc (0) Rc (1) Rc (2) Rc (3) Rc (4) Rc (5) Rc (6) Rc (7) Rc (8) Rc (9) Rc (10)
본 발명의 방법은 단계 360에서 후방 구역 블렌드 밸브의 계산된 저항 Rh에 대응하는 후방 구역 블렌드 밸브의 위치 POSh를 결정하는 것으로 계속된다. 이런 결정은 사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터를 참조하는 것에 기초한다. 사전에 프로그래밍된 후방 구역 블렌드 밸브 보정 데이터는 표 2에 기재된 바와 같은 검색 표의 형태일 수도 있다.
후방 구역 블렌드 밸브 위치 Posh (0) Posh (1) Posh (2) Posh (3) Posh (4) Posh (5) Posh (6) Posh (7) Posh (8) Posh (9) Posh (10)
후방 구역 블렌드 밸브 저항 Rh (0) Rh (1) Rh (2) Rh (3) Rh (4) Rh (5) Rh (6) Rh (7) Rh (8) Rh (9) Rh (10)
단계 370에서, 본 발명의 방법은 계산된 제어 밸브의 저항 Rc에 대응하도록 결정된 제어 밸브의 위치 POSc로 제어 밸브를 이동시키는 단계를 포함한다. 단계 380은 계산된 블렌드 밸브의 저항 Rh에 대응하도록 결정된 후방 구역 블렌드 밸브의 위치 POSh로 후방 구역 블렌드 밸브를 이동시키는 단계를 포함한다.
도 3은 도 2의 방법에 의해 제어되는 밸브의 개략도이다. 냉기 챔버의 압력 Pev 및 냉기 챔버의 온도 Tc에 기초하여, 역류 방지 제어 밸브(290)는 결과적으로 냉기 유량 Qc가 되도록 배치된다. 후방 구역 블렌드 밸브(224b)가 열기 챔버의 압력 Phtr 및 열기 챔버의 온도 Th에 기초하여 배치되어 결과적으로 열기 유량 Qh가 된다. 냉기 유량 Qc 및 열기 유량 Qh는 후방 혼합 챔버(216)에서 혼합되어 결과적으로 후방 구역 혼합 챔버 압력 Pmix 및 배출 공기 유량 Qtot와 배출 온도 Tmix가 된다.
본 발명은 상술된 특징과 이점을 제공하기 위해 특정 실시예 및 변형예를 참조하여 기술되었지만 그런 실시예는 통상의 기술자에게 명확한 바와 같이 변경예를 수용할 수 있다는 것을 알아야 한다.

Claims (14)

  1. HVAC 모듈로서,
    공기 입구, 전방 구역 공기 출구, 및 후방 구역 공기 출구를 형성하는 하우징과,
    상기 공기 입구의 하류부에서 하우징 내에 배치되는 증발기와,
    상기 증발기의 하류부에서 하우징 내에 배치되는 히터와,
    상기 증발기와 히터의 사이에서 하우징 내에 형성되는 증발기의 하류부에 있는 냉기 챔버로서, 상기 냉기 챔버는 제1 압력을 갖는 냉기 챔버와,
    상기 히터와 하우징의 제1 내부면 사이에서 하우징 내에 형성되는 히터의 하류부에 있는 열기 챔버로서, 상기 열기 챔버는 냉기 챔버의 제1 압력보다 정량적으로 더 낮은 제2 압력을 가지며 그리고 하우징에 의해 형성된 후방 구역 혼합 챔버와 유체 연통하고, 상기 후방 구역 혼합 챔버는 제3 압력을 가지며 그리고 후방 구역 공기 출구와 유체 연통하는, 열기 챔버와,
    상기 하우징의 제2 내부면과 하우징 내의 내부 칸막이에 의해 형성되며 그리고 냉기 챔버로부터 후방 구역 혼합 챔버까지 연장되는 냉기 스트림 경로와,
    상기 냉기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이에서 하우징 내에 배치되며 그리고 열기 챔버 내로의 냉기의 역류를 제어하기 위해 냉기 스트림 경로를 따라 냉기 챔버로부터 후방 구역 혼합 챔버 내로의 냉기의 해제를 선택적으로 제어하도록 구성되는 제어 밸브를 포함하는 HVAC 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 밸브는 냉기 챔버로부터의 냉기를 스로틀링함으로써, 제3 압력이 열기 챔버의 제2 압력보다 정량적으로 더 낮게 유지되도록 후방 구역 혼합 챔버의 제3 압력을 조절하는 HVAC 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 밸브는 제어 밸브가 열기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이의 유체 연통의 단면적에 영향을 미치지 않도록 후방 구역 혼합 챔버에 대한 열기 챔버의 유체 연통에 독립적으로 작동하는 HVAC 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 후방 구역 혼합 챔버의 입구에 배치되는 후방 구역 블렌드 밸브를 더 포함하며, 상기 후방 구역 블렌드 밸브는 냉기 스트림 및 열기 챔버로부터의 공기 유동을 후방 공기 출구로 선택적으로 안내하는 HVAC 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이에서 하우징 내에 배치된 제어 밸브는 버터플라이 밸브인 HVAC 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 냉기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이에서 하우징 내에 배치된 제어 밸브는 플랩 밸브인 HVAC 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하우징에 의해 형성되며 그리고 냉기 챔버와 열기 챔버에 인접하여 증발기의 하류부에 배치되는 전방 구역 혼합 챔버를 더 포함하며, 상기 전방 구역 혼합 챔버는 전방 구역 공기 출구와 유체 연통하는 HVAC 모듈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전방 구역 혼합 챔버 내에 배치되는 전방 구역 블렌드 밸브를 더 포함하며, 상기 전방 구역 블렌드 밸브는 냉기 챔버와 열기 챔버로부터의 공기 유동을 전방 구역 공기 출구로 선택적으로 안내하도록 구성되는 HVAC 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 공기가 하우징을 통해 입구로부터 전방 구역 공기 출구와 후방 구역 공기 출구 중의 적어도 하나로 유동하는 것을 유도하도록 구성되는 하나를 초과하지 않는 송풍기 조립체를 더 포함하는 HVAC 모듈.
  10. 공기 입구, 공기 입구의 하류부에 있는 증발기, 증발기의 하류부에 있는 냉기 챔버, 냉기 챔버의 하류부에 있는 히터, 히터의 하류부에 있는 열기 챔버, 냉기 챔버와 열기 챔버의 하류부에 있는 후방 구역 혼합 챔버, 후방 구역 공기 출구, 냉기 챔버와 후방 구역 혼합 챔버 사이에 배치되는 제어 밸브, 및 후방 구역 혼합 챔버 내에 배치되는 블렌드 밸브를 갖는 개방형 구조의 HVAC 모듈에서 열기 챔버 내로의 냉기의 역류를 제어하는 방법으로서,
    냉기 챔버의 압력, 냉기 챔버의 온도, 열기 챔버의 압력, 열기 챔버의 온도, 및 후방 구역 혼합 챔버의 압력을 판독하는 단계와,
    상기 후방 구역 공기 출구에 대해 목표 배출 공기 유량 및 목표 배출 온도를 설정하는 단계와,
    상기 제어 밸브의 저항을 계산하는 단계와,
    상기 블렌드 밸브의 저항을 계산하는 단계와,
    계산된 제어 밸브의 저항에 대응하는 제어 밸브의 위치를 결정하는 단계로서, 상기 결정하는 단계는 사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터에 기초하는, 결정하는 단계와,
    계산된 블렌드 밸브의 저항에 대응하는 블렌드 밸브의 위치를 결정하는 단계로서, 상기 결정하는 단계는 사전에 프로그래밍된 블렌드 밸브 보정 데이터에 기초하는, 결정하는 단계와,
    상기 계산된 제어 밸브의 저항에 대응하도록 결정된 제어 밸브의 위치로 제어 밸브를 이동시키는 단계와,
    상기 계산된 블렌드 밸브의 저항에 대응하도록 결정된 블렌드 밸브의 위치로 블렌드 밸브를 이동시키는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터는 제어 밸브 검색 표인 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 사전에 프로그래밍된 블렌드 밸브 보정 데이터는 블렌드 밸브 검색 표인 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제어 밸브의 위치 및 블렌드 밸브의 위치를 판독하는 단계와,
    사전에 보정된 표로부터 검색될 수 있는 상기 사전에 프로그래밍된 제어 밸브 보정 데이터에 기초하여 제어 밸브의 저항을 결정하는 단계와,
    상기 사전에 프로그래밍된 블렌드 밸브 보정 데이터에 기초하여 후방 구역 블렌드 밸브의 저항을 결정하는 단계와,
    배출 공기 유량을 계산하는 단계와,
    배출 온도를 결정하는 단계와,
    계산된 배출 공기 유량과 배출 온도를 목표 배출 공기 유량과 목표 배출 온도에 비교하는 단계와,
    상기 제어 밸브와 후방 구역 블렌드 밸브 중의 적어도 하나를 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 HVAC 모듈은 공기가 하우징을 통해 입구로부터 전방 구역 공기 출구와 후방 구역 공기 출구 양자 모두로 유동하는 것을 유도하도록 구성되는 하나를 초과하지 않는 송풍기 조립체를 갖는 방법.
KR1020160119096A 2015-09-15 2016-09-19 역류 방지 제어부를 갖춘 ｈｖａｃ 모듈 및 운용 방법 KR20170032871A (ko)

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