KR20210112755A - 차량용 공조장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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류재춘
민요찬
박태용
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량용 공조장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공급부를 통해 상기 실내열교환기를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기 측으로 공급하여 난방 시, 흡열 열원으로 활용될 수 있고, 가변열교환기의 착상을 방지할 수 있어 전체 공조 소비 동력을 저감하고 히트 펌프 시스템 성능 향상을 도모할 수 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.

Description

차량용 공조장치 및 그 제어 방법{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE AND CONTROL METHOD}
본 발명은 차량용 공조장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공급부를 통해 상기 실내열교환기를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기 측으로 공급하여 난방 시, 흡열 열원으로 활용될 수 있고, 가변열교환기의 착상을 방지할 수 있어 전체 공조 소비 동력을 저감하고 히트 펌프 시스템 성능 향상을 도모할 수 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.
일반적인 차량용 에어컨 시스템은 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor), 압축기에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser), 응축기에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 팽창수단, 그리고, 상기 팽창수단에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내 측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator) 등이 냉매 배관으로 연결되어 이루어진다.
상기 증발기는 차량 실내측에 설치된 공조케이스의 내부에 설치되어 냉방 역할을 하게 되는데, 즉, 블로어가 송풍하는 공기가 상기 증발기를 거치면서 증발기 내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.
또한, 차량 실내의 난방은, 상기 공조케이스의 내부에 설치되어 엔진 냉각수가 순환하는 히터코어를 이용하거나 또는 상기 공조케이스의 내부에 설치되는 전기가열식히터를 이용하게 된다.
한편, 상기 응축기는 차량의 전방측에 설치되어 공기와 열교환하면서 방열을 하게 된다.
최근에는, 냉동사이클만을 이용하여 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템이 개발되고 있는바, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 공조케이스(10) 내부에 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)를 구획되게 형성하고, 상기 냉풍통로(11)에는 냉방을 위한 증발기(4)를 설치하며, 상기 온풍통로(12)에는 난방을 위한 응축기(2)를 설치한 구조이다. 이때, 상기 공조케이스(10)의 출구측에는 차실내로 공기를 공급하는 공기토출구(15)와, 차실외로 공기를 방출하는 공기방출구(16)가 형성된다. 또한, 상기 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)의 각 입구측에는 개별작동하는 블로어(20)가 각각 설치된다.
따라서, 냉방모드시에는 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍이 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 되고, 이때 상기 온풍통로(12)의 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.
난방모드시에는 상기 온풍통로(12)의 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍이 상기 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 되고, 이때 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.
그러나, 상기 종래기술은, 블로어(20)가 냉풍통로(11) 및 온풍통로(12)에 각각 구비되는 형태이고, 냉방 및 난방 설정에 따라 응축기(2) 및 증발기(4)를 통과한 공기 중 하나는 공기방출구를 통해 방출되어야 함에 따라 조절도어가 구비된 공기방출구(16)가 2곳에 각각 형성될 수 밖에 없어 전체 크기가 커질 수 밖에 없는 문제점이 있다.
더불어, 공조 케이스 내부에 설치된 응축기(2)는 크기가 작을 수밖에 없어서 응축 성능이 낮아서, 냉방 성능에 문제가 있다.
특허1) 대한민국 등록특허 10-1251206호(발명의 명칭 : 차량용 무시동 에어컨)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공급부를 통해 상기 실내열교환기를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기 측으로 공급하여 난방 시, 흡열 열원으로 활용될 수 있고, 가변열교환기의 착상을 방지할 수 있어 전체 공조 소비 동력을 저감하고 히트 펌프 시스템 성능 향상을 도모할 수 있는 차량용 공조장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치(1000)는 압축기(200), 실내열교환기(120), 제1 팽창수단(300), 가변열교환기(140), 제2 팽창수단(150) 및 증발기(130)로 이뤄진 냉매 루프에서, 난방을 위한 실내열교환기(120), 냉방 시 냉매를 응축시키고, 난방 시 냉매를 기화시키는 가변열교환기(140) 및 냉방을 위한 증발기(130)를 내장하는 공조 장치이되, 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기(140) 측으로 공급하는 공급부(500)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량용 공조장치(1000)는 난방 또는 가변열교환기(140)에 착상 발생 시, 상기 공급부(500)를 통해 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 공급하여 흡열원으로 이용하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 차량용 공조장치(1000)는 높이방향으로 상기 가변열교환기(140)의 일정영역이 상기 증발기(130)보다 하측에 위치되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 차량용 공조장치(1000)는 상기 공급부(500)에 의해 상기 가변열교환기(140)의 냉매가 배출되는 측에 공기를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 차량용 공조장치(1000)는, 제1공조케이스(110a)와, 상기 제1공조케이스(110a) 내부에 구비되는 상기 가변열교환기(140)와, 상기 제1공조케이스(110a)에 장착되어 바람을 전달하는 팬조립체(161)를 포함하는 가변열교환기모듈(A1); 및 차량 실내와 연통되어 실내 공조를 위한 바람이 유동하는 제2공조케이스(110b)와, 상기 제2공조케이스(110b) 내부에 구비되어 바람을 전달하는 송풍부(162)와, 상기 증발기(130)와 실내열교환기(140)를 포함하는 공조모듈(A2)이 서로 조립 고정되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 차량용 공조장치(1000)는 상기 공조모듈(A2)의 송풍부(162)가 구비되는 영역과 상기 가변열교환기모듈(A1)이 엔진룸 내부에서 차량 폭방향으로 나란하게 장착되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 공급부(500)는 상기 제2공조케이스(110b) 일정영역이 중공되는 중공홀(511)과, 상기 중공홀(511)의 개폐를 조절하는 제3조절도어(530)와, 상기 중공홀(511)과 연통되어 실내열교환기(120)를 통과한 공기가 이송되는 연장부(512)와, 상기 제1공조케이스(110a) 및 연장부(512)로부터 각각 형성되어 서로 체결되는 제1체결부(521) 및 제2체결부(522)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공급부(500)는 상기 제1체결부(521)가 일정 영역이 중공되고, 상기 제2체결부(522)가 연장부(512)로부터 길게 돌출된 형태로 상기 제1체결부(521)를 통해 상기 가변열교환기모듈(A1) 내측으로 삽입고정되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1체결부(521) 및 제2체결부(522)는 차량 폭방향으로 복수개가 이격 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 가변열교환기모듈(A1)은 상기 제1공조케이스(110a)에 외기가 유입되는 제1외기유입구(116) 및 엔진룸과 연통되는 엔진룸공기유입구(117)와, 상기 제1외기유입구(116) 및 엔진룸공기유입구(117)의 개폐를 조절하는 제1조절도어(191)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공조모듈(A2)은 제2공조케이스(110b)에 외기가 유입되는 제2외기유입구(114) 및 내기가 유입되는 내기유입구(115); 상기 제2외기유입구(114) 및 내기유입구(115)의 개폐를 조절하는 제2조절도어(192)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 공조모듈(A2)은 공기 흐름 방향으로 상기 제2조절도어(192) 후측에 필터(180)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 공조모듈(A2)은 공기 흐름 방향으로 상기 실내열교환기(120) 후측에 보조난방열교환기(170)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 특징을 갖는 차량용 공조장치(1000)를 이용한 제어 방법에 있어서, 상기 차량용 공조장치 제어 방법은, S10) 상기 제3조절도어(530)의 개방이 필요한지 판단하는 판단 단계; 및 S20) 상기 제3조절도어(530)를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단 단계는 난방 설정 확인 시 상기 체3조절도어(530) 개방이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 판단 단계는, S11) 외기온도가 일정 온도 범위 내인지 확인하는 단계; 및 S12) 측정 습도가 일정 습도 이상인지 확인하는 단계를 포함하여 상기 체3조절도어(530) 개방이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 차량용 공조장치 및 그 제어 방법은 공급부를 통해 상기 실내열교환기를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기 측으로 공급하여 난방 시, 흡열 열원으로 활용될 수 있고, 가변열교환기의 착상을 방지할 수 있어 전체 공조 소비 동력을 저감하고 히트 펌프 시스템 성능 향상을 도모할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 차량용 공조장치 및 그 제어 방법은 차량 폭방향으로 체결부가 복수개 이격형성되어 가변열교환기 하측 영역에 고르게 공기를 공급할 수 있어 히트 펌프 시스템 향상 효과를 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
또, 본 발명의 차량용 공조장치는 가변열교환기모듈과 공조모듈의 조립을 통해, 체결부가 서로 조립되는 간단한 구조를 갖는 장점이 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 서로 다른 방향 분해사시도.
도 6 및 도 7은 상기 도 2에 표시한 AA'방향 및 BB'방향 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 공조장치를 나타낸 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 가변열교환기를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 히트 펌프 시스템 적용예를 나타낸 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방 상태를 나타낸 도면.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 난방 상태를 나타낸 도면.
도 15 및 도 16은 각각 본 발명에 따른 차량용 공조장치 제어 방법을 나타낸 도면.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 차량용 공조장치. 및 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조장치.의 사시도이고, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 차량용 공조장치.의 서로 다른 방향 분해사시도이며, 도 6 및 도 7은 상기 도 2에 표시한 AA'방향 및 BB'방향 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 차량용 공조장치.를 나타낸 개략도이며, 도 9는 본 발명에 따른 차량용 공조장치.의 가변열교환기(140)를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 차량용 공조장치.의 히트 펌프 시스템 적용예를 나타낸 도면이다.
본 발명의 차량용 공조장치.는 가변열교환기(140), 증발기(130), 실내열교환기(120) 및 공급부(500)를 포함한다.
상기 가변열교환기(140)는 냉방설정에 따라 냉매를 응축하거나, 난방설정에 따라 냉매를 증발한다. 즉, 상기 가변열교환기(140)는 실제 냉방 및 난방을 위하여 공기를 냉각하거나 가열하는 구성이 아니라, 냉방설정에 따라 상기 증발기(130)로 공급되는 냉매를 응축하거나, 난방설정에 따라 상기 실내열교환기(120)로 공급되는 냉매를 증발한다. 실제 히트 펌프 시스템의 냉방 및 난방 설정에 따른 냉매의 흐름 및 각 구성을 통과함에 따른 냉매의 변화는 아래에서 다시 설명한다.
상기 증발기(130)는 차량 실내로 토출되는 공기를 냉각한다. 이 때, 냉방이 수행되는 경우, 상기 증발기(130)에 저온 저압의 습포화 상태의 냉매가 공급되어 공기가 증발기(130)를 통과하면서 냉각되어 차량 실내로 토출된다. 또한, 난방이 수행되는 경우, 상기 증발기(130)에는 냉매가 공급되지 않아 공기가 증발기(130)를 통과하더라도 온도가 변화되지 않는다.
상기 실내열교환기(120)는 실내 공조를 위한 공조풍 흐름방향으로 상기 증발기(130) 후측에 구비되어 차량 실내로 토출되는 공기를 가열한다. 즉, 상기 실내열교환기(120)는 난방을 수행하기 위한 구성으로서, 템프도어(100d)에 의해 공조풍이 상기 실내열교환기(120)를 통과하는 흐름을 조절하여 냉방 및 난방을 조절한다.
상기 가변열교환기(140), 증발기(130), 및 실내열교환기(120)는 차량용 공조장치.를 구성하기 위한 공조케이스 내부에 구비될 수 있으며, 본 발명은 특히, 제1공조케이스(100a) 및 제2공조케이스(100b)를 포함하는 형태를 가질 수 있으며, 구체적인 설명은 후술한다.
상기 공급부(500)는 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기(140) 측으로 공급하기 위한 구성이다. 이 때, 상기 가변열교환기(140)는 "U"자형 흐름을 갖는 형태로, 상기 공급부(500)가 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 상기 가변열교환기(140) 하측의 일정 영역으로 공급하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 상기 공급부(500)에 의해 상기 가변열교환기(140)의 냉매가 배출되는 측인 하측에 공기가 공급되어 배출되기 전 냉매와 열교환되어 그 효과를 보다 높일 수 있다.
도 9는 가변열교환기(140)의 예를 나타낸 도면으로, 도 9 (a)에 도시한 형태는 한 쌍의 헤더탱크(143)가 상측 및 하측에 일정거리 이격되게 구비되고, 복수개의 튜브(145)가 이를 연결하며, 그 사이에 핀(146)이 개재된 형태로서, 상측 입구파이프(141)를 통해 유입된 냉매가 복수개의 튜브(145)를 통해 하측방향으로 이동되고, 하측 출구파이프(142)를 통해 배출되는 형태를 나타내었다. 도 9 (b)에 도시한 형태는 한 쌍의 헤더탱크(143)가 도면 좌측 및 우측으로 일정거리 이격되게 구비되는 예를 나타내었다. 이 때, 입구파이프(141) 및 출구파이프(142)가 형성되는 우측 헤더탱크(143)는 배플(144)에 의해 높이방향으로 구획된다. 상기 입구파이프(141)를 통해 우측 헤더탱크(143) 상부 영역으로 유입된 냉매는 상기 튜브(145) 중 일부를 통해 좌측 헤더탱크(143)로 이동되고 나머지 튜브(145)를 통해 다시 우측 헤더탱크(143) 하부 영역으로 이동되어 출구파이프(142)를 통해 배출된다. 상기 도 9 (a) 및 (b)에 도번 A140으로 표시한 것은 공급부(500)를 통해 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기가 공급되는 공급 영역을 의미하는 것으로 상기 공급부(500)의 공급 영역(A140)은 가변열교환기(140)의 하측에 위치된다. 이 때, 상기 공급부(500)의 공급 영역은 전체 가변열교환기(140)의 높이방향으로 0 ~ 35% 영역 내의 범위로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 차량용 공조장치.는 난방 상태 또는 가변열교환기(140) 착상이 유발될 수 있는 상황에서, 상기 가변열교환기(140) 측으로 고온(외기온 대비 높은)의 공기를 가변열교환기(140)로 공급하여 상기 가변열교환기(140)의 흡열을 위한 열원으로 이용될 수 있다. 이 때, 상기 실내열교환기(120)를 통과하는 공기는 차량 실내를 통과한 공기(내기)가 공급되는 경우, 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기는 보통 외기온 대비 10℃ 이상 높으며, 이 열을 이용하여 상기 가변열교환기(140)를 흡열량을 높여 난방 성능을 높일 수 있다.
본 발명의 차량용 공조장치.는 어떠한 형태라도, 상기 공급부(500)를 이용하여 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 상기 가변열교환기(140)로 공급한다면 다양하게 변형실시될 수 있으며, 아래에서는 가변열교환기(140)모듈(A1) 및 공조모듈(A2)의 조립에 의해 전체 차량용 공조장치.를 형성할 수 있는 예를 설명한다.
먼저, 상기 가변열교환기(140)모듈(A1)은 제1공조케이스(100a), 상기 가변열교환기(140), 팬조립체(161)를 포함한다.
상기 제1공조케이스(100a)는 가변열교환기(140)모듈(A1)을 형성하는 몸체로, 내부에 상기 가변열교환기(140)가 구비되고, 일측에 상기 팬조립체(161)가 장착된다. 상기 제1공조케이스(100a)는 상기 제1공조케이스(100a)에 외부와 연통되는 제1외기유입구(116) 및 엔진룸과 연통되는 엔진룸공기유입구(117)와, 상기 제1외기유입구(116) 및 엔진룸공기유입구(117)의 개폐를 조절하는 제1조절도어(191)가 형성된다. 상기 제1조절도어(191)는 냉방 및 난방 설정에 따라 상기 제1외기유입구(116) 및 엔진룸공기유입구(117)의 개폐를 조절하여 상기 가변열교환기(140)를 통과하는 공기 흐름을 제어한다. 특히, 실외 온도가 낮은 겨울의 경우, 엔진룸 내부는 다양한 전장부품의 작동에 의해 가열된 상태로, 실외 온도보다 높게 유지된다. 본 발명의 가변열교환기(140)모듈(A1)(은 최대 난방 시, 상기 제1조절도어(191)의 작동에 의해 엔진룸 내부의 공기를 상기 제1공조케이스(100a) 내부로 공급하여 가변열교환기(140)의 증발성능(흡열량)을 높여 실내열교환기(120)의 난방성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 팬조립체(161)는 상기 제1공조케이스(100a)에 구비되어 냉난방 설정에 따라 회전되어 상기 가변열교환기(140)를 통과하는 흐름을 형성하는 부분으로, 회전날개를 포함하는 팬부와, 상기 팬부의 작동을 조절하는 모터를 포함할 수 있다.
상기 공조모듈(A2)은 제2공조케이스(100b)와, 송풍부(162)와, 상기 증발기(130) 및 실내열교환기(120)를 포함한다.
상기 제2공조케이스(100b)는 상기 제1공조케이스(100a)와 조립되어 차량용 공조장치.를 형성하는 몸체로, 상기 송풍부(162), 증발기(130), 및 실내열교환기(120)가 내장된다. 이 때, 상기 제2공조케이스(100b)는 외기가 유입되는 제2외기규입구(114) 및 내기가 유입되는 내기유입구(115); 상기 제2외기규입구(114) 및 내기유입구(115)의 개폐를 조절하는 제2조절도어(192)를 포함한다.
또한, 상기 제2공조케이스(100b) 내부에는 온도 설정에 따라 상기 증발기(130)를 통과한 공기가 상기 실내열교환기(120)를 통과하여 믹싱하기 위한 템프도어(100d)가 구비되며, 차량 실내로 공기가 배출되는 측에 차량 실내로 공기가 배출되는 벤트(111, 112, 113)들이 형성된다. 더욱 상세하게, 공기가 배출되는 측의 벤트(111, 112, 113)들은 각각의 도어(111, 112d, 113d)에 의해 개도가 조절되는 페이스 벤트(111), 플로어 벤트(113), 디프로스트 벤트(112)를 포함한다.
본 발명의 차량용 공조장치.는 상기 공조모듈(A2)의 팬조립체(161)가 구비되는 영역과 상기 가변열교환기(140)모듈(A1)이 엔진룸 내부에서 차량 폭방향으로 나란하게 장착되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 공조모듈(A2)의 상기 송풍부(162)가 구비되어 공기가 유동되는 영역(제2외기규입구(114) 및 내기유입구(115)가 형성되는 영역)이 상기 가변열교환기(140)모듈(A1)과 엔진룸 내부에서 나란하게 위치되는 것이 바람직하다.
상기 송풍부(162)는 상기 제2공조케이스(100b) 내부에 구비되는 구성으로, 차량 실내 공조를 위한 공기를 송풍한다.
또한, 본 발명의 차량용 공조장치.는 공기 흐름 방향으로 상기 제2조절도어(192) 후측에 필터(180)가 더 구비될 수 있으며, 이는 교체 가능하게 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 차량용 공조장치.는 공기 흐름 방향으로 상기 실내열교환기(120) 후측에 보조난방열교환기(170)가 더 구비될 수 있다. 상기 보조난방열교환기(170)는 상기 실내열교환기(120)와 함께 난방을 수행하는 구성으로, 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 가열수단을 포함하여 다양한 형태가 이용될 수 있다.
상기 가변열교환기(140)모듈(A1)의 제1공조케이스(100a)와 공조모듈(A2)의 제2공조케이스(100b)의 조립에 의해 제조가 용이하도록 상기 공급부(500)는 중공홀(511)과, 제3조절도어(530)와, 연장부, 제1체결부(521), 및 제2체결부(522)를 포함할 수 있다.
상기 중공홀(511), 제3조절도어(530), 연장부 및 제2체결부(522)는 상기 제2공조케이스(100b)에 형성되고, 상기 제1체결부(521)는 제1공조케이스(100a)에 형성될 수 있는데, 먼저, 상기 중공홀(511)은 상기 실내열교환기(120) 후측의 제2공조케이스(100b) 일정영역이 중공되는 부분이고, 상기 제3조절도어(530)는 상기 중공홀(511)에 형성되어 중공홀(511)의 개폐를 조절하는 부분이며, 상기 연장부는 상기 제2공조케이스(100b) 하측에 연장되어 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기가 이송되는 부분이다.
상기 제1체결부(521)는 상기 제1공조케이스(100a)에 형성되고, 상기 제2체결부(522)는 상기 연장부(제2공조케이스(100b))에 각각 형성되어, 서로 체결되어 상기 중공홀(511) 및 연장부를 통해 이송되는 공기가 가변열교환기(140) 측으로 공급된다.
이 때, 상기 제1체결부(521)는 상기 제1공조케이스(100a)의 일정 영역이 중공된 형태이고, 상기 제2체결부(522)는 상기 연장부로부터 길게 돌출된 형태로 상기 제1체결부(521)를 통해 상기 제1공조케이스(100a)로 삽입고정되는 형태를 가져, 상기 제1공조케이스(100a) 및 제2공조케이스(100b)의 조립에 의해 상기 공급부(500)의 형성이 용이하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1체결부(521) 및 제2체결부(522)는 차량 폭방향으로 복수개가 형성될 수 있으며, 이에 따라 차량 폭방향으로 상기 가변열교환기(140) 하측의 전체 영역에 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기가 용이하게 공급될 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 공조장치(100)의 차량 히트 펌프 시스템(1000) 적용예를 나타낸 도면이다.
상기 히트 펌프 시스템(1000)은 상술한 바와 같은 실내열교환기(120), 증발기(130), 가변열교환기(140), 송풍부(161) 및 양방향팬(162)과 함께 압축기(200), 제1팽창수단(300) 및 제2팽창수단(150)을 포함한다.
먼저, 상기 압축기(200)는 냉매가 순환되는 냉매순환라인(L1) 상에 설치되어 냉매를 압축하여 배출한다.
상기 실내열교환기(120)는 상기 제2공조케이스(110b) 내부에 설치되어 상기 공조케이스(110) 내부의 공기, 즉 공조풍과 상기 압축기(200)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 구성으로, 응축의 결과로 가열된 공조풍을 실내로 공급하여 난방을 수행한다.
상기 증발기(130)는 상기 제2공조케이스(110b) 내부에 설치되어 상기 제2공조케이스(110b) 내부의 공기와 상기 압축기(200)로 공급되는 냉매를 열교환시키는 구성으로, 저압의 액상 냉매를 증발시킴으로써 실내로 공급되는 공기를 가열하여 냉각을 수행한다.
상기 가변열교환기(140)는 상기 제1공조케이스(110a) 내부에 설치되어 상기 냉매순환라인(L1)을 순환하는 냉매와 공기를 열교환시킨다. 상기 가변열교환기(140)는 냉방에 따라 냉매를 응축하거나, 난방에 따라 냉매를 증발한다.
상기 제1팽창수단(300)은 상기 실내열교환기(120)의 출구측 냉매순환라인(L1)에 설치되어 상기 실내열교환기(120)에서 배출된 냉매를 선택적으로 팽창시키는 구성으로서, 난방 시, 상기 실내열교환기(120)에서 냉매가 응축되고, 상기 가변열교환기(140)에서 냉매가 증발되도록 작동되어 저온 저압의 상태로 냉매를 교축한다. 또한, 냉방 시, 상기 제1팽창수단(300)은 냉매를 교축하지 않고 바이패스 시킨다.
상기 제2팽창수단(150)은 상기 증발기(130)의 입구측 냉매순환라인(L1)에 설치되어 상기 증발기(130)로 공급되는 냉매를 팽창시킨다. 상기 제2팽창수단(150)은 냉방 시, 상기 가변열교환기(140)를 통과하면서 응축된 냉매를 저온 저압의 상태로 교축하여 상기 증발기(130)로 공급된다. 또, 상기 제2팽창수단(150)은 난방 시, 냉매를 교축하지 않고 바이패스 시킨다.
또한, 상기 차량 히트 펌프 시스템(1000)은 상기 제1공조케이스(110a) 및 제2공조케이스(110b) 외부에서 상기 제1팽창수단(300)의 입구측 냉매순환라인(L1)에 설치되어 배터리를 냉각하기 위한 냉각수와 열교환되는 수냉식응축기(400)가 더 구비될 수 있다. 상기 수냉식응축기(400)는 냉방 시, 냉각수순환라인(L2)을 따라 냉각수가 유동되어 열교환이 이루어지는 부분으로, 상기 실내열교환기(120), 가변열교환기(140)와 함께 냉방 설정에 따라 증발기(130)로 공급되는 냉매를 응축한다. 상기 냉각수순환라인(L2)에는 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터(3000), 및 냉각수를 순환시키는 냉각수펌프(미도시)가 구비되며, 상기 라디에이터(3000)에 인접하여 상기 라디에이터(3000)로 공기를 송풍하는 냉각팬(4000)이 구비된다. 상기 수냉식응축기(400)는 기액분리기(410)를 포함하는 것으로, 이 경우, 상기 수냉식응축기(400)에 의해 냉매가 응축되고, 상기 기액분리기(410)에 의해 분리된 액상 냉매가 상기 가변열교환기(140)에 의해 과냉각될 수 있어 응축성능을 높여 상기 증발기(130)의 냉방성능을 보다 높일 수 있다.
또, 상기 차량 히트 펌프 시스템(1000)은 상기 냉매순환라인(L1) 상에 상기 제2팽창수단(150) 및 증발기(130)를 바이패스하도록 바이패스라인(L3)이 형성되고, 상기 바이패스라인(L3) 상에는 냉매 역류 방지를 위한 역류방지밸브(V)가 더 구비될 수 있다. 상기 바이패스라인(L3)은 난방 시, 냉매가 상기 제2팽창수단(150) 및 증발기(130)를 통과하지 않고 가변열교환기(140)를 통과한 냉매가 압축기(200)로 공급되는 구성이다. 즉, 난방 시 불필요한 구성(제2팽창수단(150) 및 증발기(130))을 생략하여 불필요한 유속 저하 및 압력 강하를 방지한다.
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 냉방 상태를 나타낸 도면 및 히트 펌프 시스템 상태를 나타낸 도면이다.
먼저, 최대 냉방 시, 상기 압축기(200)에 의해 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(120)를 열교환없이 통과(템프도어(110d)가 상기 실내열교환기(120)를 통과하는 흐름을 차단함)되고, 상기 수냉식응축기(400) 및 가변열교환기(140)를 통과하면서 상기 압축기(200)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축한다. 이 때, 상기 제1팽창수단(300)은 냉매를 바이패스 한다. 응축된 냉매는 상기 제2팽창수단(150)에서 교축되어 상기 증발기(130)로 공급되고, 상기 증발기(130)에서 교축된 저압의 액상 냉매와 공기가 열교환됨에 따라 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각한다.
상기 도 11에서, 상기 템프도어(110d)가 상기 실내열교환기(100b) 측으로의 공기 이동을 차단하는 위치로 제어되어 상기 제3조절도어(530)가 개방된 예를 나타내었으나, 냉방 시, 상기 제3조절도어(530)는 폐쇄될 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 차량용 공조장치(100)의 난방 상태를 나타낸 도면 및 히트 펌프 시스템(1000) 상태를 나타낸 도면이다.
먼저, 최대 난방 시, 상기 압축기(200)에 의해 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(120)를 통과하면서 제2공조케이스(110b)를 통과하는 공기가 열교환됨에 따라 응축에 의한 방열작용으로 실내에 토출되는 공기를 가열한다. 한편, 상기 제2공조케이스(110b)로 유입된 공기는 상기 증발기(130)를 통과한 후, 전량 상기 실내열교환기(120)를 통과하도록 상기 템프도어(110d)가 작동되며, 이 때, 상기 증발기(130)에는 냉매가 공급되지 않는 상태로 공기가 증발기(130)와 열교환없이 통과된다. 상기 수냉식응축기(400) 역시 냉각수순환라인(L2)을 따라 냉각수가 유동되지 않아 냉매는 변화없이 이동되고, 상기 제1팽창수단(300)에서 교축되어 상기 가변열교환기(140)로 공급되어 증발된다. 상기 가변열교환기(140)를 통과하면서 증발된 냉매는 제2팽창수단(150) 및 증발기(130)를 통과하지 않고 상기 바이패스라인(L3)을 통해 상기 압축기(200)로 공급된다.
정리해 보면, 본 발명의 차량용 공조장치(100)는 히트펌프 시스템, 즉 1라인의 냉매라인으로 냉방과 난방이 가능한 공조 시스템에 이용되는 공조장치(100)이다. 난방은 압축기(200)에 의해 압축된 고온의 냉매를 이용하고, 냉방은 냉매의 증발을 이용한다. 이때, 히트펌프 시스템의 고질적인 문제점인 냉방시 응축성능의 저하는 실내열교환기(120)와 함께 냉매를 응축하는 가변열교환기(140)로 해결한다. 상기 가변열교환기(140)는 제1공조케이스(110a)에 실장된다.
도 15 및 도 16은 각각 본 발명에 따른 차량용 공조장치. 제어 방법을 나타낸 도면이다. 본 발명의 차량용 공조장치. 제어 방법은 상술한 바와 같은 차량용 공조장치.의 특징을 가지되, S10) 상기 제3조절도어(530)의 개방이 필요한지 판단하는 판단 단계; 및 S20) 상기 제3조절도어(530)를 개방하는 단계를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 도 15에 도시한 경우, 상기 판단 단계는 난방 설정 확인 시 상기 체3조절도어 개방이 필요한 것으로 판단한다. 즉, 본 발명의 차량용 공조장치. 제어 방법은 난방 시, 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기(140) 측으로 공급하여 흡열 열원으로 활용한다.
또, 상기 도 16에 도시한 경우, 상기 가변열교환기(140)의 착상 가능성을 판단하여 상기 공급부(500)를 통해 공급되는 열원에 의해 가변열교환기(140)의 착상을 방지한다. 더욱 상세하게, 상기 가변열교환기(140)의 착상 가능성을 판단하기 위한 판단 단계는, S11) 외기온도가 일정 온도 범위 내인지 확인하는 단계; 및 S12) 측정 습도가 일정 습도 이상인지 확인하는 단계를 포함한다. 상기 일정 온도 범위는 설정된 온도로, 예를 들어, T1 = - 5℃, T2=5℃일 수 있고, 상기 일정 습도 역시 설정된 습도범위이다.
즉, 상기 도 16에 도시한 본 발명의 차량용 공조장치. 제어 방법은 착상이 유발될 수 있다고 판단되는 경우에, 상기 제3조절도어(530)를 개방하여, 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 이용하여 가변열교환기(140)의 착상을 방지할 수 있는 예를 나타내었다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 차량용 공조장치
A1 : 가변열교환기모듈 A2: 공조모듈
110a : 제1공조케이스 110b : 제2공조케이스
110d : 템프도어
111: 페이스 벤트 111d : 페이스 벤트 도어
112 : 디프로스트 벤트 112d : 디프로스트 벤트 도어
113 : 플로어 벤트 113d : 플로어 벤트 도어
114 : 제2외기유입구
115 : 내기유입구
116 : 제1외기유입구
117 : 엔진룸공기유입구
120 : 실내열교환기
130 : 증발기
140 : 가변열교환기
141 : 입구파이프 142 : 출구파이프
143 : 헤더탱크 144 : 배플
145 : 튜브 146 : 핀
A140 : 공급부의 공급 영역
150 : 제2팽창수단
161 : 팬조립체 162 : 송풍부
170 : 보조난방열교환기
180 : 필터
191 : 제1조절도어
192 : 제2조절도어
200 : 압축기
300 : 제1팽창수단
400 : 수냉식응축기 410 : 기액분리기
500 : 공급부
511 : 중공홀
512 : 연장부
521 : 제1체결부
522 : 제2체결부
530 : 제3조절도어
3000 : 라디에이터
4000 : 냉각팬

Claims (16)

  1. 압축기(200), 실내열교환기(120), 제1 팽창수단(300), 가변열교환기(140), 제2 팽창수단(150) 및 증발기(130)로 이뤄진 냉매 루프에서,
    난방을 위한 실내열교환기(120), 냉방 시 냉매를 응축시키고, 난방 시 냉매를 기화시키는 가변열교환기(140) 및 냉방을 위한 증발기(130)를 내장하는 공조 장치이되,
    상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 선택적으로 상기 가변열교환기(140) 측으로 공급하는 공급부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량용 공조장치(1000)는 난방 또는 가변열교환기(140)에 착상 발생 시, 상기 공급부(500)를 통해 상기 실내열교환기(120)를 통과한 공기를 공급하여 흡열원으로 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차량용 공조장치(1000)는 높이방향으로 상기 가변열교환기(140)의 일정영역이 상기 증발기(130)보다 하측에 위치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 차량용 공조장치(1000)는 상기 공급부(500)에 의해 상기 가변열교환기(140)의 냉매가 배출되는 측에 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차량용 공조장치(1000)는,
    제1공조케이스(110a)와, 상기 제1공조케이스(110a) 내부에 구비되는 상기 가변열교환기(140)와, 상기 제1공조케이스(110a)에 장착되어 바람을 전달하는 팬조립체(161)를 포함하는 가변열교환기모듈(A1); 및
    차량 실내와 연통되어 실내 공조를 위한 바람이 유동하는 제2공조케이스(110b)와, 상기 제2공조케이스(110b) 내부에 구비되어 바람을 전달하는 송풍부(162)와, 상기 증발기(130)와 실내열교환기(140)를 포함하는 공조모듈(A2)이 서로 조립 고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 차량용 공조장치(1000)는 상기 공조모듈(A2)의 송풍부(162)가 구비되는 영역과 상기 가변열교환기모듈(A1)이 엔진룸 내부에서 차량 폭방향으로 나란하게 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 공급부(500)는 상기 제2공조케이스(110b) 일정영역이 중공되는 중공홀(511)과, 상기 중공홀(511)의 개폐를 조절하는 제3조절도어(530)와, 상기 중공홀(511)과 연통되어 실내열교환기(120)를 통과한 공기가 이송되는 연장부(512)와, 상기 제1공조케이스(110a) 및 연장부(512)로부터 각각 형성되어 서로 체결되는 제1체결부(521) 및 제2체결부(522)를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공급부(500)는 상기 제1체결부(521)가 일정 영역이 중공되고, 상기 제2체결부(522)가 연장부(512)로부터 길게 돌출된 형태로 상기 제1체결부(521)를 통해 상기 가변열교환기모듈(A1) 내측으로 삽입고정되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1체결부(521) 및 제2체결부(522)는 차량 폭방향으로 복수개가 이격 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 가변열교환기모듈(A1)은 상기 제1공조케이스(110a)에 외기가 유입되는 제1외기유입구(116) 및 엔진룸과 연통되는 엔진룸공기유입구(117)와, 상기 제1외기유입구(116) 및 엔진룸공기유입구(117)의 개폐를 조절하는 제1조절도어(191)가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 공조모듈(A2)은 제2공조케이스(110b)에 외기가 유입되는 제2외기유입구(114) 및 내기가 유입되는 내기유입구(115); 상기 제2외기유입구(114) 및 내기유입구(115)의 개폐를 조절하는 제2조절도어(192)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 공조모듈(A2)은 공기 흐름 방향으로 상기 제2조절도어(192) 후측에 필터(180)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 공조모듈(A2)은 공기 흐름 방향으로 상기 실내열교환기(120) 후측에 보조난방열교환기(170)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 선택되는 어느 한 항의 차량용 공조장치(1000)를 이용한 제어 방법에 있어서,
    상기 차량용 공조장치 제어 방법은,
    S10) 상기 제3조절도어의 개방이 필요한지 판단하는 판단 단계; 및
    S20) 상기 제3조절도어를 개방하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 판단 단계는 난방 설정 확인 시 상기 체3조절도어(530) 개방이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 판단 단계는,
    S11) 외기온도가 일정 온도 범위 내인지 확인하는 단계; 및
    S12) 측정 습도가 일정 습도 이상인지 확인하는 단계를 포함하여 상기 체3조절도어(530) 개방이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
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