KR20200133938A - 차량용 공조장치 - Google Patents

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김동균
이남준
호 이
김시형
배은석
서준호
조승우
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한온시스템 주식회사
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Abstract

난방 성능 향상을 위하여 공기 유로를 상하로 층분리한 2층류 차량용 공조장치에 있어서 증발기의 전단 및 히터코어의 전단의 층분리를 최적화하여 각 모드별 풍량 성능 및 공조 성능을 최적화할 수 있는 차량용 공조장치가 개시된다. 차량용 공조장치는 외기가 유입되는 상측 유로와 내기가 유입되는 하측 유로가 분리된 2층류 구조의 차량용 공조장치에 있어서, 상기 상측 유로와 하측 유로를 구획하는 분리벽; 및 상기 상측 유로와 하측 유로에 걸쳐 구비되는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기를 포함하며, 상기 냉각용 열교환기는 상측 유로 측이 하측 유로 측에 비해 더 넓게 형성되고, 가열용 열교환기는 하측 유로 측이 상측 유로 측에 비해 더 넓게 형성된다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 난방시 디포깅 성능을 확보하면서 높은 난방 성능을 유지할 수 있도록 한 2층류 차량용 공조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 외부의 공기를 실내로 도입하거나 실내의 공기를 순환시켜 가열 또는 냉각시킴으로써 실내를 난방 또는 냉방하는 장치로서, 공조 케이스의 내부에는 냉각작용을 위한 증발기와, 가열작용을 위한 히터코어 등이 구성되고, 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍한다.
특히, 난방시 디포깅(Defogging) 성능을 확보하면서 높은 난방 성능을 유지할 수 있도록 하기 위하여 2층류(2 Layer) 공조장치가 개발되었다. 겨울철 난방 주행시 창문에 서리는 성에를 제거하기 위해서는 저습한 차가운 외기가 효과적이지만, 실내온도가 낮아지는 결과가 초래된다.
2층류 공조장치는 난방시 디포깅을 위해 차량 상부에는 외기를 공급하고 하부에는 내기를 순환시키는 내외기 2층 공기 유동을 실현함으로써, 상부로 공급되는 신선하고 저습한 외기를 이용하여 성에를 효과적으로 제거하는 동시에 탑승자에게 신선한 외부 공기를 제공하고, 따뜻한 내기를 하부로 공급하여 높은 난방 성능을 유지하도록 한다.
도 1은 종래의 2층류 차량용 공조장치를 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 2층류 차량용 공조장치는 공조 유닛(1)과 블로어 유닛(4)으로 이루어진다.
공조 유닛(1)은 내부에 일정 형태의 공기통로(14)가 형성되고, 공기통로의 입구 측에는 분리벽에 의해 구획된 내기유입구(14a) 및 외기유입구(14b)가 형성되며, 출구 측에는 다수의 공기토출구가 형성된다. 공기토출구는 디프로스트벤트(16), 페이스벤트(17), 플로어벤트(18)로 이루어진다.
공조 유닛(1)의 입구 측에는 블로어 유닛(4)이 구비되며, 공조 유닛(1)의 내부에는 증발기(2)와 히터코어(3)가 일정 간격을 두고 설치된다. 공조 유닛(1)의 공기통로는 분리벽에 의해 상측 공기통로와 하측 공기통로로 구획되며, 내기유입구(14a)로 유입된 공기는 하측 공기통로로, 외기유입구(14b)로 유입된 공기는 상측 공기통로로 유동한다.
상측 공기통로에는 히터코어(3)를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제1 템프도어(11)가 구비되며, 하측 공기통로에는 히터코어(3)를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제2 템프도어(12)가 구비된다. 공기토출구에는 디프로스트벤트(16)의 개도를 조절하는 디프로스트도어(21)와, 페이스벤트(17)의 개도를 조절하는 페이스도어(22)가 구비된다.
분리벽의 후단부에는 상측 공기통로와 하측 공기통로를 연통시키는 연통벤트(25)가 형성된다. 공조 유닛(1)은 연통도어(24)를 구비한다. 연통도어(24)는 상측 공기통로와 하측 공기통로에 걸쳐 연통벤트(25)를 하측 공기통로에서 선택적으로 개폐한다.
또한, 상측 공기통로의 출구측 대략 중앙에는 디프로스트벤트(16)의 개방시 디프로스트도어(21)의 자유단이 접촉함과 아울러 페이스벤트(17) 및 연통벤트(25)의 개방시 페이스도어(22)의 자유단이 접촉하는 상부배플(26)이 구비된다. 아울러, 하측 공기통로에는 페이스벤트(17) 및 연통벤트(25)의 폐쇄시 하측 공기통로와 통함과 아울러 페이스벤트(17) 및 연통벤트(25)의 개방시에는 연통도어(24)의 자유단이 접촉함으로써 하측 공기통로와 플로어벤트(18)가 통하지 않게 차단하는 하부배플(23)이 구비된다.
블로어 유닛(4)은 스크롤 케이스(5)를 구비한다. 스크롤 케이스(5)는 분리벽에 의하여 상부 스크롤부(53)와 하부 스크롤부(52)로 구획된다. 상부 스크롤부(53)에는 상부 송풍팬(55)이 회전 가능하게 구비되며, 하부 스크롤부(52)에는 하부 송풍팬(56)이 회전 가능하게 구비된다. 상부 송풍팬(55) 및 하부 송풍팬(56)은 모터(25)에 의해 회전된다. 블로어 유닛(4)의 인테이크 덕트 측에는 내외기 전환도어(43)에 의하여 내기 또는 외기를 선택적으로 유입하도록 구성된다.
대한민국 등록특허 제10-0352879호(2002.09.03)
본 발명에서는 난방 성능 향상을 위하여 공기 유로를 상하로 층분리한 2층류 차량용 공조장치에 있어서 증발기의 전단 및 히터코어의 전단의 층분리를 최적화하여 각 모드별 풍량 성능 및 공조 성능을 최적화할 수 있는 차량용 공조장치를 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 외기가 유입되는 상측 유로와 내기가 유입되는 하측 유로가 분리된 2층류 구조의 차량용 공조장치에 있어서, 상기 상측 유로와 하측 유로를 구획하는 분리벽; 및 상기 상측 유로와 하측 유로에 걸쳐 구비되는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기를 포함하며, 상기 냉각용 열교환기는 상측 유로 측이 하측 유로 측에 비해 더 넓게 형성된다.
상기에서, 가열용 열교환기는 하측 유로 측이 상측 유로 측에 비해 더 넓게 형성된다.
상기에서, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되고, 상기 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성된다.
상기에서, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율은 50% 내지 60% 범위로 형성된다.
상기에서, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율의 하한치는 52% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기에서, 가열용 열교환기 전면부의 하측 유로 면적 비율은 40% 내지 50% 범위로 형성된다.
상기에서, 가열용 열교환기 전면부의 하측 유로 면적 비율의 상한치는 45% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기에서, 분리벽은 냉각용 열교환기의 전면부에 위치하는 제1 분리벽 및 가열용 열교환기의 전면부에 위치하는 제2 분리벽으로 구성된다.
상기에서, 제1 분리벽은, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되도록 배치되고, 상기 제2 분리벽은, 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성되도록 배치된다.
상기에서, 제1 분리벽은, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되도록 배치되고, 상기 가열용 열교환기는, 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성되도록 하향 배치된다.
상기에서, 제1 분리벽은, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되도록 배치되고, 상기 제2 분리벽에, 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성되도록 단차부가 구비된다.
상기에서, 단차부는 제2 분리벽의 상부에 경사지게 또는 돌출되게 형성된다.
상기에서, 상측 유로에 구비되어 가열용 열교환기를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제1 템프도어와, 상기 하측 유로에 구비되어 가열용 열교환기를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제2 템프도어를 포함한다.
상기에서, 상측 유로는 상측 냉풍유로와 상측 온풍유로로 이루어지고, 상기 하측 유로는 하측 온풍유로와 하측 냉풍유로로 이루어지며, 상기 상측 냉풍유로, 상측 온풍유로, 하측 온풍유로 및 하측 냉풍유로가 상부에서부터 순차로 형성되고, 상기 상측 유로와 하측 유로는 연통 가능하다.
상기에서, 가열용 열교환기의 상류측 유로 면적은 상측 온풍유로가 하측 온풍유로보다 작게 형성된다.
상기에서, 제1 분리벽과 제2 분리벽은 공조케이스에 탈착 가능하게 결합되어, 상하 위치를 조절 가능하다.
본 발명의 다른 양상에 따른 차량용 공조장치는 외기가 유입되는 상측 유로와 내기가 유입되는 하측 유로가 분리된 2층류 구조의 차량용 공조장치에 있어서, 상기 상측 유로와 하측 유로를 구획하는 분리벽; 및 상기 상측 유로와 하측 유로에 걸쳐 구비되는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기를 포함하며, 상기 가열용 열교환기는 하측 유로 측이 상측 유로 측에 비해 더 넓게 형성된다.
본 발명에 따른 2층류 차량용 공조장치는 증발기 및 히터코어의 층분리 비율을 최적화함으로써, 통기 저항을 감소시켜 각 공조 모드별 공기토출구의 풍량을 극대화할 수 있다.
도 1은 종래의 2층류 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치를 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 벤트 모드를 도시한 것이며,
도 5는 도 4에 따른 풍량배분 최적화 해석 결과이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 플로어 모드를 도시한 것이며,
도 7은 도 6에 따른 풍량배분 최적화 해석 결과이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 디프 모드를 도시한 것이며,
도 9는 도 8에 따른 풍량배분 최적화 해석 결과이고,
도 10 내지 도 12는 도 3의 변형 예를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 공조장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.
이하의 설명에서, 도 2의 좌우 방향이 차량 전후 방향이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치는 외기가 유입되는 상측 유로(410)와 내기가 유입되는 하측 유로(420)가 분리된다.
공조장치는 공조케이스(110)를 구비한다. 공조케이스(110)의 내부에 일정 형태의 공기 유로가 형성되고, 공기 유로의 입구 측에는 공기유입구가 형성되며, 출구 측에는 다수의 공기토출구가 형성된다. 공기토출구는 디프로스트벤트(116), 페이스벤트(117), 플로어벤트(118) 및 콘솔벤트(119)로 이루어진다.
공조케이스(110)의 내부에는 디프로스트벤트(116)의 개도를 조절하는 디프로스트도어(121)와, 페이스벤트(117)의 개도를 조절하는 페이스도어(122)와, 플로어벤트(118)의 개도를 조절하는 플로어도어(123)와, 콘솔벤트(119)의 개도를 조절하는 콘솔도어(124)가 구비된다.
공조케이스(110)의 입구 측에는 블로어 유닛이 구비되며, 공조케이스(110)의 내부에는 열교환기가 설치된다. 열교환기는 이를 통과하는 공기와 열교환 하며, 공조케이스(110)의 공기 유로에 순차로 배치되는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기로 구성된다. 냉각용 열교환기는 증발기(102)로 이루어지며, 가열용 열교환기는 히터코어(103)로 이루어진다. 증발기(102)와 히터코어(103)는 일정 간격을 두고 공기 유동 방향으로 순차로 설치된다.
공조케이스(110)의 공기 유로는 분리벽에 의해 상측 유로(410)와 하측 유로(420)로 구획된다. 내기유입구로 유입된 내기는 하측 유로(420)로 유동하며, 외기유입구로 유입된 외기는 상측 유로(410)로 유동한다. 분리벽은 증발기(102)의 상류와, 증발기(102)와 히터코어(103)의 사이와, 히터코어(103)의 하류에 연장 형성된다.
즉, 증발기(102) 및 히터코어(103)는 상측 유로(410)와 하측 유로(420)에 걸쳐 구비된다. 분리벽은 증발기(102)의 전면부에 위치하는 제1 분리벽(200) 및 히터코어(103)의 전면부에 위치하는 제2 분리벽(300)으로 구성된다.
제1 분리벽(200)은 공기 유동 방향으로 증발기(102)의 상류측에서 공기 유로를 상하로 구획하며, 제2 분리벽(300)은 공기 유동 방향으로 증발기(102)와 히터코어(103)의 사이에서 공기 유로를 상하로 구획한다. 제2 분리벽(300)은 공기 유동 방향으로 히터코어(103)의 하류까지 연장 형성되어 공기 유로를 상하로 구획할 수 있다.
상측 유로(410)에는 히터코어(103)를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제1 템프도어(111)가 구비되며, 하측 유로(420)에는 히터코어(103)를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제2 템프도어(112)가 구비된다.
상측 유로(410)는 상측 냉풍유로(411)와 상측 온풍유로(412)로 이루어지고, 하측 유로(420)는 하측 온풍유로(422)와 하측 냉풍유로(421)로 이루어진다. 상측 냉풍유로(411), 상측 온풍유로(412), 하측 온풍유로(422) 및 하측 냉풍유로(421)는 상부에서부터 순차로 형성된다. 상측 유로(410)와 하측 유로(420)는 연통 가능하게 구성된다.
플로어도어(123)는 히터코어(103)의 후면에 마주보게 위치한다. 플로어도어(123)는 시계 방향으로 최대 회전시 히터코어(103)의 후단에 위치한 분리벽에 닿는다. 플로어도어(123)가 시계 방향으로 최대 회전된 경우, 플로어도어(123)는 히터코어(103)의 후단에 위치한 분리벽에 닿아 상측 유로(410)와 하측 유로(420)를 구획하는 기능을 수행한다. 이와 반대로, 플로어도어(123)가 반 시계 방향으로 최대 회전되면 플로어벤트(118)는 폐쇄되며, 상측 유로(410)와 하측 유로(420)가 서로 연통된다.
증발기(102)는 상측 유로(410) 측이 하측 유로(420) 측에 비해 더 넓게 형성되며, 히터코어(103)는 하측 유로(420) 측이 상측 유로(410) 측에 비해 더 넓게 형성된다. 더욱 상세하게는, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 하측 유로 면적 비율(b)보다 크게 형성되고, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 하측 유로 면적 비율(d)보다 작게 형성된다. 즉, 히터코어(103)의 상류측 유로 면적은 상측 온풍유로(412)가 하측 온풍유로(422)보다 작게 형성된다.
증발기(102) 전면부의 유로는 외기 유로의 비율이 내기 유로의 비율보다 클수록 통기 저항이 감소되어 풍량을 증대시킬 수 있다. 아울러, 히터코어(103) 전면부의 유로는 내기 유로의 비율이 외기 유로의 비율보다 클수록 통기 저항이 감소되어 풍량을 증대시킬 수 있다. 이와 같이, 증발기(102) 및 히터코어(103)의 층분리 비율을 최적화함으로써, 통기 저항을 감소시켜 각 공조 모드별 공기토출구의 풍량을 극대화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 벤트 모드를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 따른 풍량배분 최적화 해석 결과이다.
도 4를 참조하면, 벤트 모드 시, 제1 템프도어(111) 및 제2 템프도어(112)는 상측 온풍유로(412)와 하측 온풍유로(422)를 각각 폐쇄한다. 또한, 플로어도어(123)는 플로어벤트(118)를 폐쇄하고, 콘솔도어(124)는 콘솔벤트(119)를 폐쇄한다. 증발기(102)를 통과한 냉풍은 히터코어(103)를 바이패스하고 일부는 상측 냉풍유로(411)를 지나 페이스벤트(117)를 통해 실내로 토출되며, 다른 일부는 하측 냉풍유로(421)를 지나 상승하여 페이스벤트(117)를 통해 실내로 토출된다.
도 5를 참조하면, 벤트 모드 시, 증발기(102) 전면부의 상부 유로(410)측 배분율이 클수록 통기저항이 감소한다. 아울러, 벤트 모드 시, 히터코어(103) 전면부의 상하 분리 비율은 통기저항에 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다.
먼저, 실험1과 실험2를 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 42.9%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 42.9%인 실험1의 결과보다 57.1%인 실험2의 결과에서 통기저항이 감소함을 확인할 수 있다.
또한, 실험3과 실험4를 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 57.1%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 42.9%인 실험3의 결과보다 57.1%인 실험4의 결과에서 통기저항이 감소함을 확인할 수 있다.
아울러, 실험5와 실험6을 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 50.0%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 40.0%인 실험5의 결과보다 60.0%인 실험6의 결과에서 통기저항이 감소함을 확인할 수 있다.
한편, 실험7, 실험8 및 실험9를 비교하면, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 50.0%로 동일할 경우, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 40.0%인 실험7의 결과, 60.0%인 실험8의 결과, 50.0%인 실험9의 결과에서 통기저항이 유사함을 확인할 수 있다.
결국, 실험1 내지 실험6의 결과를 비교하면 증발기(102) 전면부의 상부 유로(410)측 배분율이 클수록 통기저항이 감소함을 확인할 수 있고, 실험7 내지 실험9의 결과를 비교하면 히터코어(103) 전면부의 상하 분리 비율은 통기저항에 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 플로어 모드를 도시한 것이며, 도 7은 도 6에 따른 풍량배분 최적화 해석 결과이다.
도 6을 참조하면, 플로어 모드 시, 제1 템프도어(111) 및 제2 템프도어(112)는 상측 온풍유로(412)와 하측 온풍유로(422)를 각각 개방하며, 플로어도어(123)는 플로어벤트(118)를 개방한다. 히터코어(103)를 통과한 온풍 일부는 플로어벤트(118) 또는 콘솔벤트(119)를 통해 실내로 토출된다. 또한, 히터코어(103)를 통과한 온풍 다른 일부는 디프로스트벤트(116)를 통해 토출된다.
도 7을 참조하면, 플로어 모드 시, 증발기(102) 전면부의 상하 분리 비율은 통기저항에 큰 영향을 주지 않는다. 아울러, 플로어 모드 시, 히터코어(103) 전면부의 하부 유로(420)측 배분율이 클수록 통기저항이 감소함을 확인할 수 있다.
먼저, 실험1과 실험2를 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 42.9%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 42.9%인 실험1의 결과와 57.1%인 실험2의 결과에서 통기저항이 유사함을 확인할 수 있다.
또한, 실험3과 실험4를 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 57.1%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 42.9%인 실험3의 결과와 57.1%인 실험4의 결과에서 통기저항이 유사함을 확인할 수 있다.
아울러, 실험5와 실험6을 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 50.0%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 40.0%인 실험5의 결과와 60.0%인 실험6의 결과에서 통기저항이 유사함을 확인할 수 있다.
한편, 실험7, 실험8 및 실험9를 비교하면, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 50.0%로 동일할 경우, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 40.0%인 실험7의 결과에서 통기저항이 35.62로 가장 작고, 다음으로 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 50.0%인 실험9의 결과에서 통기저항이 36.75로 작으며, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 60.0%인 실험8의 결과에서 통기저항이 39.80으로 가장 큰 것을 확인할 수 있다.
결국, 실험1 내지 실험6의 결과를 비교하면 증발기(102) 전면부의 상부 유로(410)측 배분율은 통기저항에 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있고, 실험7 내지 실험9의 결과를 비교하면 히터코어(103) 전면부의 하부 유로(420)측 배분율이 클수록 통기저항이 감소하며 플로어벤트측 풍량이 증대함을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2층류 차량용 공조장치의 디프 모드를 도시한 것이며, 도 9는은 도 8에 따른 풍량배분 최적화 해석 결과이다.
도 8을 참조하면, 디프 모드 시, 제1 템프도어(111) 및 제2 템프도어(112)는 상측 온풍유로(412)와 하측 온풍유로(422)를 각각 개방하며, 플로어도어(123)는 플로어벤트(118)를 폐쇄하고 콘솔도어(124)는 콘솔벤트(119)를 폐쇄한다. 히터코어(103)를 통과한 온풍 일부는 상측 온풍유로(412)를 지나 디프로스트벤트(116)를 통해 토출되며, 다른 일부는 하측 온풍유로(422)를 지나 상부로 이동하여 디프로스트벤트(116)를 통해 토출된다.
도 9를 참조하면, 디프 모드 시, 증발기(102) 전면부의 상부 유로(410)측 배분율이 클수록 통기저항이 감소한다. 아울러, 디프 모드 시, 히터코어(103) 전면부의 상하 분리 비율은 통기저항에 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다.
먼저, 실험1과 실험2를 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 42.9%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 42.9%인 실험1의 결과보다 57.1%인 실험2의 결과에서 통기저항이 감소함을 확인할 수 있다.
또한, 실험3과 실험4를 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 57.1%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 42.9%인 실험3의 결과보다 57.1%인 실험4의 결과에서 통기저항이 감소함을 확인할 수 있다.
아울러, 실험5와 실험6을 비교하면, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 50.0%로 동일할 경우, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 40.0%인 실험5의 결과보다 60.0%인 실험6의 결과에서 통기저항이 감소함을 확인할 수 있다.
한편, 실험7, 실험8 및 실험9를 비교하면, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 50.0%로 동일할 경우, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 40.0%인 실험7의 결과, 60.0%인 실험8의 결과, 50.0%인 실험9의 결과에서 통기저항이 유사함을 확인할 수 있다.
결국, 실험1 내지 실험6의 결과를 비교하면 증발기(102) 전면부의 상부 유로(410)측 배분율이 클수록 통기저항이 미세하지만 그 양이 감소함을 확인할 수 있고, 실험7 내지 실험9의 결과를 비교하면 히터코어(103) 전면부의 상하 분리 비율은 통기저항에 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다.
바람직하게는, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)은 50% 내지 60% 범위로 형성되며, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)은 40% 내지 50% 범위로 형성된다. 더욱 바람직하게는, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)의 하한치는 52% 이상으로 형성되며, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)의 상한치는 45% 이하로 형성된다.
예를 들어, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)을 53%로, 증발기(102) 전면부의 하측 유로 면적 비율(b)을 47%로, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)을 41%로, 히터코어(103) 전면부의 하측 유로 면적 비율(d)을 59%로 형성하면, 증발기(102) 및 히터코어(103)의 층분리 비율이 최적화되어 통기 저항이 감소되고 각 공조 모드별 공기토출구의 풍량을 극대화할 수 있다.
즉, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)은 52% 이상으로 형성함과 아울러 히터코어(103) 전면부의 하측 유로 면적 비율(d)은 45%보다 크게 형성할 때, 증발기(102) 및 히터코어(103)의 층분리 비율이 최적화된다. 이러한 최적화 비율은 도 7, 도 9 및 도 11의 실험 데이터를 바탕으로 각 공조 모드별 공기토출구의 통기저항 및 풍량을 모델링하여 최적화 설계가 가능하다.
정리하면, 제1 분리벽(200)은, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 하측 유로 면적 비율(b)보다 크게 형성되도록 배치된다. 아울러, 제2 분리벽(300)은, 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 하측 유로 면적 비율(d)보다 작게 형성되도록 배치된다.
도 10 내지 도 12는 도 3의 변형 예를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 제1 분리벽(200)을 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 하측 유로 면적 비율(b)보다 크게 형성되도록 배치한 후, 히터코어(103)를 히터코어(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 하측 유로 면적 비율(d)보다 작게 형성되도록 하향 배치한다. 더욱 바람직하게는, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 52% 이상이 되도록 제1 분리벽(200)을 형성한 후, 히터코어(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 45% 이하가 되도록 히터코어(103)를 하부로 이동 배치한다.
도 11을 참조하면, 제1 분리벽(200)을 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 하측 유로 면적 비율(b)보다 크게 형성되도록 배치한 후, 제2 분리벽(300)에 단차부(310)를 형성하는 것도 가능하다. 단차부(310)는 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 하측 유로 면적 비율(d)보다 작게 형성되도록 한다.
단차부(310)는 도 13에 도시된 것처럼 제2 분리벽(300)의 상부에 경사지게 형성되거나, 제2 분리벽(300)의 상부에서 돌출되게 형성되는 것도 가능하다. 더욱 바람직하게는, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 52% 이상이 되도록 제1 분리벽(200)을 형성한 후, 히터코어(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 45% 이하가 되도록 제2 분리벽(300)에 단차부(310)를 형성한다.
한편, 도 12에 도시된 것처럼, 제1 분리벽(200)을 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 하측 유로 면적 비율(b)보다 크게 형성되도록 배치한 후, 제2 분리벽(300)을 히터코어(103) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 하측 유로 면적 비율(d)보다 작게 형성되도록 두껍게 형성하는 것도 가능하다. 더욱 바람직하게는, 증발기(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(a)이 52% 이상이 되도록 제1 분리벽(200)을 형성한 후, 히터코어(102) 전면부의 상측 유로 면적 비율(c)이 45% 이하가 되도록 제2 분리벽(300)을 두껍게 형성한다.
이 경우, 제1 분리벽(200)과 제2 분리벽(300)은 공조케이스(110)에 탈착 가능하게 결합되어, 상하 위치를 조절 가능하게 구성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 증발기 및 히터코어 전단의 층분리를 최적화하여 각 공조 모드별 풍량 성능을 최적화할 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.
102: 증발기 103: 히터코어
110: 공조케이스 111: 제1 템프도어
112: 제2 템프도어 116: 디프로스트벤트
117: 페이스벤트 118: 플로어벤트
119: 콘솔벤트
121: 디프로스트도어 122: 페이스도어
123: 플로어도어 124: 콘솔도어
200: 제1 분리벽 300: 제2 분리벽
310: 단차부
410: 상측 유로
411: 상측 냉풍유로 412: 상측 온풍유로
420: 하측 유로
421: 하측 냉풍유로 422: 하측 온풍유로

Claims (15)

  1. 외기가 유입되는 상측 유로와 내기가 유입되는 하측 유로가 분리된 2층류 구조의 차량용 공조장치에 있어서,
    상기 상측 유로와 하측 유로를 구획하는 분리벽; 및
    상기 상측 유로와 하측 유로에 걸쳐 구비되는 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기를 포함하며,
    상기 냉각용 열교환기는 상측 유로 측이 하측 유로 측에 비해 더 넓게 형성되고,
    상기 가열용 열교환기는 하측 유로 측이 상측 유로 측에 비해 더 넓게 형성되는 차량용 공조장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되고,
    상기 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성되는 차량용 공조장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율은 50% 내지 60% 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율의 하한치는 52% 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 가열용 열교환기 전면부의 하측 유로 면적 비율은 40% 내지 50% 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 가열용 열교환기 전면부의 하측 유로 면적 비율의 상한치는 45% 이하인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 분리벽은 냉각용 열교환기의 전면부에 위치하는 제1 분리벽 및 가열용 열교환기의 전면부에 위치하는 제2 분리벽으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 분리벽은, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되도록 배치되고,
    상기 제2 분리벽은, 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 분리벽은, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되도록 배치되고,
    상기 가열용 열교환기는, 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성되도록 하향 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 분리벽은, 냉각용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 크게 형성되도록 배치되고,
    상기 제2 분리벽에, 가열용 열교환기 전면부의 상측 유로 면적 비율이 하측 유로 면적 비율보다 작게 형성되도록 단차부가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 단차부는 제2 분리벽의 상부에 경사지게 또는 돌출되게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 상측 유로에 구비되어 가열용 열교환기를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제1 템프도어와, 상기 하측 유로에 구비되어 가열용 열교환기를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제2 템프도어를 포함하는 차량용 공조장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 상측 유로는 상측 냉풍유로와 상측 온풍유로로 이루어지고, 상기 하측 유로는 하측 온풍유로와 하측 냉풍유로로 이루어지며, 상기 상측 냉풍유로, 상측 온풍유로, 하측 온풍유로 및 하측 냉풍유로가 상부에서부터 순차로 형성되고,
    상기 상측 유로와 하측 유로는 연통 가능한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 가열용 열교환기의 상류측 유로 면적은 상측 온풍유로가 하측 온풍유로보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 제1 분리벽과 제2 분리벽은 공조케이스에 탈착 가능하게 결합되어, 상하 위치를 조절 가능한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
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