KR20210129307A

KR20210129307A - 차량용 공조 시스템

Info

Publication number: KR20210129307A
Application number: KR1020200046855A
Authority: KR
Inventors: 신기영; 한승식; 권동호; 김명회
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-10-28
Also published as: DE102020211558A1; US11850913B2; US20210323374A1; CN113525021A

Abstract

본 발명에 따른 차량용 공조 시스템은, 내기 및 외기가 유입되는 난방 덕트; 내기 및 외기가 유입되는 냉방 덕트; 난방 덕트에 위치하는 응축기; 냉방 덕트에 위치하며 냉매라인을 통해 응축기와 연결된 증발기; 난방 덕트 및 냉방 덕트를 통과하는 내기의 열에너지를 저장하는 상변환물질(PCM: Phase Change Material); 난방 덕트 및 냉방 덕트에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 내외기 도어; 및 난방 덕트 및 냉방 덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 PMC 도어;를 포함할 수 있다.

Description

차량용 공조 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 공조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트펌프 시스템이 아닌 공기 유로를 변경하는 방식으로 냉/난방을 수행함으로써 히트펌프 시스템을 구현하기 위해 필요했던 냉매라인 및 밸브류를 최소화하여 원가 및 중량을 저감할 수 있는 차량용 공조 시스템에 관한 것이다.

최근 환경 오염이 중요한 사회적 이슈로 떠오르면서 전기차, 하이브리드 차 및 수소 전기차 등을 포함하는 친환경차에 대한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다.

한편, 전기차의 기술 개발에 있어서 전기차의 주행 거리를 증대 시키기 위해서는 공조 에너지를 저감시키는 것이 매우 중요하다. 이를 위해 최근 전기차에서는 에너지 효율성을 개선하기 위해 단품 성능 육성을 하고 있으며, 난방 효율 개선을 위해 히트펌프 시스템을 활용하고 있다.

하지만 히트펌프 시스템을 활용함에 따라 추가되는 냉각회로 및 추가 밸브류 등에 의해 전체적인 시스템이 복잡해지고, 그에 따른 전체 시스템의 한계점이 나타나고 있다.

KR 10-2018-0038728

상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은 히트펌프 시스템이 아닌 공기 유로를 변경하는 방식으로 냉/난방을 수행함으로써 히트펌프 시스템을 구현하기 위해 필요했던 냉각회로 및 밸브류를 최소화하여 원가 및 중량을 저감할 수 있는 차량용 공조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템은, 내기 및 외기가 유입되는 난방 덕트; 내기 및 외기가 유입되는 냉방 덕트; 난방 덕트에 위치하는 응축기; 냉방 덕트에 위치하며 냉매라인을 통해 응축기와 연결된 증발기; 난방 덕트 및 냉방 덕트를 통과하는 내기의 열에너지를 저장하는 상변환물질(PCM: Phase Change Material); 난방 덕트 및 냉방 덕트에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 내외기 도어; 및 난방 덕트 및 냉방 덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 PMC 도어;를 포함할 수 있다.

난방 덕트는 내기가 유입되는 제1 내기덕트와 외기가 유입되는 제1 외기덕트를 포함하고,

냉방 덕트는 내기가 유입되는 제2 내기덕트와 외기가 유입되는 제2 외기덕트를 포함할 수 있다.

상변환물질은 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트 상에 위치하며 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트를 통과하는 내기의 열에너지를 저장할 수 있다.

내외기 도어는 난방 덕트에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 제1 내외기 도어 및 냉방 덕트에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 제2 내외기 도어를 포함할 수 있다.

PCM 도어는 제1 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 제1 PCM 도어 및 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 제2 PCM 도어를 포함할 수 있다.

난방 덕트 또는 냉방 덕트에서, 외기가 유입되는 유입부 측을 기준으로 증발기는 상변환물질 후단에 배치되고, 응축기는 증발기 후단에 배치될 수 있다.

난방 덕트 및 냉방 덕트를 서로 연통 또는 분리시키는 덕트 도어; 난방 덕트에 마련되고 응축기 후단에 위치하며 응축기를 통과한 공기를 외부로 배출시킬지 차실 내로 공급할지를 제어하는 제1 엑시트 도어; 및 냉방 덕트에 마련되고 증발기 후단에 위치하며 증발기를 통과한 공기를 외부로 배출시킬지 차실 내로 공급할지를 제어하는 제2 엑시트 도어; 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

덕트 도어는 응축기와 증발기 사이에 마련될 수 있다.

난방 모드 시,

제1 내외기 도어 및 제2 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트 및 냉방 덕트에 내기 및 외기가 유입되도록 하고, 제1 PCM 도어 및 제2 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트 및 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하지 못하도록 하며, 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트를 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질에 저장되도록 하되, 덕트 도어를 제어하여 냉방 덕트와 난방 덕트를 분리시키며, 제2 엑시트 도어를 제어하여 증발기를 통과한 차가운 공기가 외부로 배출되도록 할 수 있다.

난방 모드에서, 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여, 이슬점 온도와 차량 유리 온도와의 차이가 기 설정된 오차범위 이내이면,

제1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트로 외기만 유입되도록 하고, 제1 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할 수 있다.

냉방 모드 시,

제1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트에 외기만 유입되도록 하고, 제2 내외기 도어를 제어하여 냉방 덕트에 내기만 유입되도록 하며, 제1 PCM 도어 및 제2 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하지 못하도록 하며, 제2 내기덕트 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질에 저장되도록 하고, 덕트 도어를 제어하여 냉방 덕트와 난방 덕트를 분리시키며, 제1 엑시트 도어를 제어하여 응축기를 통과한 따뜻한 공기가 외부로 배출되도록 할 수 있다.

냉방 모드에서, 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하면,

제2 내외기 도어를 제어하여 제2 외기덕트를 통해 냉방 덕트로 외기만 유입되도록 하고, 제2 PCM 도어를 제어하여 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할 수 있다.

제습 모드 시,

제1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트에 내기 및 외기가 유입되도록 하고, 제2 내외기 도어를 제어하여 냉방 덕트에 외기만 유입되도록 하며, 제1 PCM 도어 및 제2 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트 및 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하지 못하도록 하며, 제1 내기덕트를 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질에 저장되도록 하고, 덕트 도어를 제어하여 냉방 덕트와 난방 덕트를 연통시켜 증발기를 통과한 차가운 공기의 일부가 난방 덕트로 유입되어 응축기를 통과하도록 하며, 제1 엑시트 도어를 제어하여 응축기를 통과한 따뜻한 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 하고, 제2 엑시트 도어를 제어하여 증발기를 통과한 차가운 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 할 수 있다.

제습 모드에서, 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여, 이슬점 온도가 차량 유리 온도와의 차이가 기 설정된 오차범위 이내이면,

본 발명에서는 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트 상에 상변환물질을 배치시켜 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트의 내기가 상변환물질을 통과함에 따라 해당 내기의 열 에너지를 상변환물질에 저장시키고, 공조 모드가 변경됨에 따라 난방 덕트 및 냉방 덕트에 제1 외기덕트 및 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기만 유입되어야 하는 경우, 해당 외기가 응축기 또는 증발기를 통과하기 전에 상변환물질을 통과하도록 하여, 상변환물질에 기 저장된 열에너지를 공급받아 해당 외기를 승온 또는 강온시킨 상태로 응축기 또는 증발기를 통과하도록 함으로써, 응축기 또는 증발기에 부하가 집중되는 것을 방지할 수 있고, 전체적인 냉방 및 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 난방 모드 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 난방 모드 시에 확인된 이슬점의 온도가 차량 유리의 온도와 비슷할 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 냉방 모드 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 냉방 모드에서 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하일 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제습 모드 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제습 모드 시에 확인된 이슬점의 온도가 차량 유리의 온도와 비슷할 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 공조 시스템에 대해 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 난방 모드 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 난방 모드 시에 확인된 이슬점의 온도가 차량 유리의 온도와 비슷할 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 냉방 모드 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 냉방 모드에서 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하일 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 제습 모드 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 제습 모드 시에 확인된 이슬점의 온도가 차량 유리의 온도와 비슷할 시 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 공조 시스템은 난방 덕트(100), 냉방 덕트(200), 응축기(300), 증발기(400), 상변환물질(500), 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 내외기도어(600,700, 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 PCM 도어(800,900)를 포함하며, 덕트 도어(910), 제1 엑시트 도어(920) 및 제2 엑시트 도어(930) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

난방 덕트(100)는 내기가 유입되는 제1 내기덕트(110)와 외기가 유입되는 제1 외기덕트(120)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 난방 덕트(100)는 차실 내의 내기가 재순환하며 유입되는 제1 내기덕트(110)와 차 외부의 외기가 유입되는 제1 외기덕트(120)를 포함하며, 제1 내기덕트(110) 및 제1 외기덕트(120)를 통해 난방 덕트(100)에 유입되는 내기 및 외기의 혼합은 제1 내외기 도어(600)에 의해 제어될 수 있다.

실시예에 따라, 제1 내외기 도어(600)의 제어를 통해 제1 내기덕트(110) 및 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 내기 및 외기가 혼합되어 난방 덕트(100)를 통해 차실로 공급될 수 있고, 다른 실시예에 따라, 제1 내외기 도어(600)의 제어를 통해 제1 내기덕트(110) 및 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 내기 및 외기 중 하나의 공기만 난방 덕트(100)를 통해 차실로 공급되도록 할 수 있다.

냉방 덕트(200)는 내기가 유입되는 제2 내기덕트(210)와 외기가 유입되는 제2 외기덕트(220)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 냉방 덕트(200)는 차실 내의 내기가 재순환하며 유입되는 제2 내기덕트(210)와 차 외부의 외기가 유입되는 제2 외기덕트(220)를 포함하며, 제2 내기덕트(210) 및 제2 외기덕트(220)를 통해 난방 덕트(100)에 유입되는 내기 및 외기의 혼합은 제2 내외기 도어(700)에 의해 제어될 수 있다.

실시예에 따라, 제2 내외기 도어(700)의 제어를 통해 제2 내기덕트(210) 및 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 내기 및 외기가 혼합되어 냉방 덕트(200)를 통해 차실로 공급될 수 있고, 다른 실시예에 따라, 제2 내외기 도어(700)의 제어를 통해 제2 내기덕트(210) 및 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 내기 및 외기 중 하나의 공기만 냉방 덕트(200)를 통해 차실로 공급되도록 할 수 있다.

응축기(300)는 난방 덕트(100)에 위치할 수 있으며, 증발기(400)는 냉방 덕트(200)에 위치할 수 있다. 여기서, 응축기(300)와 증발기(400)는 냉매라인을 통해 서로 연결될 수 있다. 이때 냉매라인은 압축기(미도시), 응축기(300), 팽창밸브(미도시) 및 증발기(400)를 포함하며 냉매가 순환되는 라인일 수 있다. 구체적으로, 냉매는 압축기, 응축기(300), 팽창밸브, 증발기(400) 및 압축기 순서로 순환되는데, 냉각 사이클에 따라 냉매가 순환되면 응축기(300)는 항상 뜨겁고 증발기(400)는 항상 차가운 상태를 유지할 수 있다.

아울러, 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)에는 도 1과 같이 블로워(940)가 마련되어 해당 덕트 내의 공기가 차실 내로 공급되도록 할 수 있다.

상변환물질(500)(PCM: Phase Change Material)은 제1 내기덕트(110) 및 제2 내기덕트(210) 상에 위치하며, 제1 내기덕트(110) 및 제2 내기덕트(210)를 통과하는 내기의 열에너지를 저장할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 PMC 도어 및 제2 PCM 도어(900)의 제어에 따라 제1 외기덕트(120) 및 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기도 상변환물질(500)을 통과할 수 있는데, 이와 같은 경우 상변환물질(500)은 해당 외기가 통과함에 따라 해당 외기의 열에너지를 저장할 수 있다.

PCM 도어(800,900)는 제1 PCM 도어(800) 및 제2 PCM 도어(900)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 PCM 도어(800)는 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 할지를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1 PCM 도어(800)를 폐쇄하는 경우, 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기는 상변환물질(500)을 통과할 수 없고, 제1 PCM 도어(800)를 오픈하는 경우, 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기는 상변환물질(500)을 통과할 수 있다.

제2 PCM 도어(900)는 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 할지를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제2 PCM 도어(900)를 폐쇄하는 경우, 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기는 상변환물질(500)을 통과할 수 없고, 제2 PCM 도어(900)를 오픈하는 경우, 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기는 상변환물질(500)을 통과할 수 있다.

한편, 난방 덕트(100) 또는 냉방 덕트(200)에서, 외기가 유입되는 유입부 측을 기준으로 증발기(400)는 상변환물질(500) 후단에 배치되고, 응축기(300)는 증발기(400) 후단에 배치되는 것이 바람직하다.

덕트 도어(910)는 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)를 서로 연통 또는 분리시키는 역할을 한다. 이때, 덕트 도어(910)는 난방 덕트(100)에 위치하는 응축기(300)와 냉방 덕트(200)에 위치하는 증발기(400) 사이에 마련될 수 있다. 실시예에 따라, 덕트 도어(910)가 폐쇄된 경우 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)는 서로 분리된 상태일 수 있고, 다른 실시예에 따라 덕트 도어(910)가 오픈된 경우, 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)는 서로 연통된 상태로서 증발기(400)를 통과한 차가워진 공기가 덕트 도어(910)를 통해 난방 덕트(100)로 유입될 수 있다.

이처럼, 덕트 도어(910)를 난방 덕트(100)에 위치하는 응축기(300)와 냉방 덕트(200)에 위치하는 증발기(400) 사이에 마련하여, 제습 모드 시 덕트 도어(910)를 오픈하여 증발기(400)를 통과해서 차가워진 공기가 덕트 도어(910)를 통해 난방 덕트(100)로 유입되도록 하여 증발기(400)를 통과한 후 차실로 공급되도록 함으로써, 차실의 제습이 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다.

제1 엑시트 도어(920)는 난방 덕트(100)에 마련되고 응축기(300) 후단에 위치하며, 응축기(300)를 통과한 공기를 외부로 배출시킬지 차실 내로 공급할지를 제어할 수 있다. 실시예를 따라 제1 엑시트 도어(920)를 오픈시키면 응축기(300)를 통과한 따뜻한 공기가 외부로 모두 배출될 수 있고, 다른 실시예에 따라, 제1 엑시트 도어(920)를 폐쇄시키면 응축기(300)를 통과한 따뜻한 공기가 차실로 모두 공급될 수 있으며, 또 다른 실시예에 따라 제1 엑시트 도어(920)를 부분 폐쇄시키면, 응축기(300)를 통과한 따뜻한 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 할 수 있다.

제2 엑시트 도어(930)는 냉방 덕트(200)에 마련되고 증발기(400) 후단에 위치하며, 증발기(400)를 통과한 공기를 외부로 배출시킬지 차실 내로 공급할지를 제어할 수 있다. 실시예를 따라 제2 엑시트 도어(930)를 오픈시키면 증발기(400)를 통과한 차가운 공기가 외부로 모두 배출될 수 있고, 다른 실시예에 따라, 제2 엑시트 도어(930)를 폐쇄시키면 증발기(400)를 통과한 차가운 공기가 차실로 모두 공급될 수 있으며, 또 다른 실시예에 따라 제2 엑시트 도어(930)를 부분 폐쇄시키면, 증발기(400)를 통과한 차가운 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 할 수 있다.

한편, 도면에 상세히 표시하지는 않았으나, 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템은, 다수의 도어들(제1 내외기 도어(600), 제2 내외기 도어(700), 제1 PCM 도어(800), 제2 PCM 도어(900), 덕트 도어(910), 제1 엑시트 도어(920) 및 제2 엑시트 도어(930))을 구동하는 액츄에이터, 액츄에이터에 전원을 공급하는 전원 및 각 공조모드에 따라 액츄에이터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

이하에서는 도 2 내지 도 7을 참조하여, 각 공조모드에 따라 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템이 어떻게 작동되는지에 대해 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 2를 참조하면, 난방 모드 시에 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템은 제1 내외기 도어(600) 및 제2 내외기 도어(700)를 제어하여 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)에 내기 및 외기가 유입되도록 하고, 제1 PCM 도어(800) 및 제2 PCM 도어(900)를 제어하여 제1 외기덕트(120) 및 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하지 못하도록 하며, 제1 내기덕트(110) 및 제2 내기덕트(210)를 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질(500)에 저장되도록 할 수 있다. 또한, 덕트 도어(910)를 제어하여 냉방 덕트(200)와 난방 덕트(100)를 분리시키며, 제2 엑시트 도어(930)를 제어하여 증발기(400)를 통과한 차가운 공기가 외부로 배출되도록 할 수 있다.

이때, 제1 내기덕트(110) 및 제2 내기덕트(210)를 통해 유입되는 내기는 난방 모드인 상태에서 차실로부터 재순환되는 공기로서 따뜻한 공기인데, 이러한 따뜻한 내기가 상변환물질(500)을 통과하면서 따뜻한 내기의 열 에너지가 상변환물질(500)에 저장될 수 있다.

한편, 도 2는 난방을 최대로 작동하고 있는 상태를 나타내는 것으로 제2 엑시트 도어(930)을 제어하여 증발기(400)를 통과한 차가운 공기가 외부로 배출되도록 하는 것이다. 난방을 최대로 작동시키지 않아도 되는 경우, 제2 엑시트 도어(930)를 제어하여 증발기(400)를 통과한 차가운 공기의 일부가 차실로 공급되도록 할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템에서는 난방 모드에 따라 차실의 난방이 이루어지는 과정에서, 차실의 이슬점을 확인하고 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여 비교 결과에 따라 차량용 공조 시스템의 구성들의 동작을 변경시킨다. 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템은, 차실의 습도, 온도 및 차량 유리의 온도를 측정할 수 있는 센서를 더 포함할 수 있으며, 센싱된 정보에 기반하여 차실의 이슬점 온도를 확인하고 확인된 이슬점 온도를 차량 유리와 비교할 수 있다.

구체적으로, 난방 모드에서, 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여, 이슬점 온도와 차량 유리와의 온도 차이가 기 설정된 오차범위 이내이면, 도 4와 같이 제1 내외기 도어(600)를 제어하여 난방 덕트(100)로 외기만 유입되도록 하고, 제1 PCM 도어(800)를 제어하여 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 할 수 있다.

여기서, 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여, 이슬점 온도와 차량 유리와의 온도 차이가 기 설정된 오차범위 이내인 것은, 차실 내의 내기를 재순환 시킴에 따라 차실 내의 습도가 높아진 상태로서, 외기를 유입시켜 차실 내의 습도를 조절해야 하는 상태일 수 있다.

이때, 도 3과 같이 제 1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트(100)로 외기만 유입시켜야 하는데, 제 1 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 해서 상변환물질(500)에 기 저장되어 있던 열 에너지를 공급받도록 하여 외기의 온도를 승온시킨 상태로 응축기(300)를 통과하게 함으로써, 응축기(300)에 난방 부하가 집중되는 것을 방지할 수 있고, 전체적이 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

아울러, 도 4를 참조하면, 냉방 모드 시에 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템은 제1 내외기 도어(600)를 제어하여 난방 덕트(100)에 외기만 유입되도록 하고, 제2 내외기 도어(700)를 제어하여 냉방 덕트(200)에 내기만 유입되도록 할 수 있다. 또한, 제1 PCM 도어(800) 및 제2 PCM 도어(900)를 제어하여 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하지 못하도록 하며, 제2 내기덕트(210) 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질(500)에 저장되도록 하고, 덕트 도어(910)를 제어하여 냉방 덕트(200)와 난방 덕트(100)를 분리시키며, 제1 엑시트 도어(920)를 제어하여 응축기(300)를 통과한 따뜻한 공기가 외부로 배출되도록 할 수 있다.

이때, 제2 내기덕트(210)를 통해 유입되는 내기는 냉방 모드인 상태에서 차실로부터 재순환되는 공기로서 차가운 공기인데, 이러한 차가운 내기가 상변환물질(500)을 통과하면서 차가운 내기의 열 에너지가 상변환물질(500)에 저장될 수 있다.

한편, 도 4는 냉방을 최대로 작동하고 있는 상태를 나타내는 것으로 제1 엑시트 도어(920)을 제어하여 응축기(300)를 통과한 따뜻한 공기가 외부로 배출되도록 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템에서는 냉방 모드에 따라 차실의 냉방이 이루어지는 과정에서, 차실의 요구 냉방 부하를 확인하고 냉방 부하에 따라 차량 공조 시스템의 구성들의 동작을 변경시킬 수 있다.

구체적으로, 냉방 모드에서, 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하면, 도 5와 같이, 제2 내외기 도어(700)를 제어하여 제2 외기덕트(220)를 통해 냉방 덕트(200)로 외기만 유입되도록 하고, 제2 PCM 도어(900)를 제어하여 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 할 수 있다.

구체적으로, 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하인 것은 최대 냉방 조건이 아닌 마일드한 냉방 조건일 수 있다. 예를 들어, 최대 냉방 조건은 차실의 희망 온도가 18도일 수 있고, 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하인 경우는 차실의 희망 온도가 24도 일 수 있는 것이다.

이와 같이, 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하인 경우에는 차실의 요구 냉방 부하를 확인하고 냉방 부하에 따라 차량 공조 시스템의 구성들의 동작을 변경시킬 필요가 있는 것이다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하인 경우, 제2 내외기 도어(700)를 제어하여 제2 외기덕트(220)를 통해 냉방 덕트(200)로 외기만 유입시켜야 하는데, 제2 PCM 도어(900)를 제어하여 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 하여 상변환물질(500)에 기 저장되어 있던 열 에너지를 공급받도록 해서 외기의 온도를 하강시킨 상태로 증발기(400)를 통과하도록 함으로써, 증발기(400)에 냉방 부하가 집중되는 것을 방지할 수 있고, 전체적인 냉방 효율을 향상시킬 수 있다.

이처럼, 본 발명에서는 제1 내기덕트(110) 및 제2 내기덕트(210) 상에 상변환물질(500)을 배치시켜 제1 내기덕트(110) 및 제2 내기덕트(210)의 내기가 상변환물질(500)을 통과함에 따라 해당 내기의 열 에너지를 상변환물질(500)에 저장시키고, 공조 모드가 변경됨에 따라 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)에 제1 외기덕트(120) 및 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기만 유입되어야 하는 경우, 해당 외기가 응축기(300) 또는 증발기(400)를 통과하기 전에 상변환물질(500)을 통과하도록 하여, 상변환물질(500)에 기 저장된 열에너지를 공급받아 해당 외기를 승온 또는 강온시킨 상태로 응축기(300) 또는 증발기(400)를 통과하도록 함으로써, 응축기(300) 또는 증발기(400)에 부하가 집중되는 것을 방지할 수 있고, 전체적인 냉방 및 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 제습 모드 시에 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템은 제1 내외기 도어(600)를 제어하여 난방 덕트(100)에 내기 및 외기가 유입되도록 하고, 제2 내외기 도어(700)를 제어하여 냉방 덕트(200)에 외기만 유입되도록 할 수 있다. 또한, 제1 PCM 도어(800) 및 제2 PCM 도어(900)를 제어하여 제1 외기덕트(120) 및 제2 외기덕트(220)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하지 못하도록 하며, 제1 내기덕트(110)를 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질(500)에 저장되도록 하고, 덕트 도어(910)를 제어하여 냉방 덕트(200)와 난방 덕트(100)를 연통시켜 증발기(400)를 통과한 차가운 공기의 일부가 난방 덕트(100)로 유입되어 응축기(300)를 통과하도록 할 수 있다. 아울러, 제1 엑시트 도어(920)를 제어하여 응축기(300)를 통과한 따뜻한 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 하고, 제2 엑시트 도어(930)를 제어하여 증발기(400)를 통과한 차가운 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 할 수 있다.

이처럼, 제습 모드 시에, 덕트 도어(910)를 오픈시켜 난방 덕트(100) 및 냉방 덕트(200)를 연통시켜, 증발기(400)를 통과하여 차가워진 공기가 덕트 도어(910)를 통해 난방 덕트(100)로 유입되도록 해서 증발기(400)를 통과한 후 차실로 공급되도록 함으로써, 차실의 제습이 효율적으로 이루어지도록 할 수 있다.

한편, 제1 내기덕트(110)를 통해 유입되는 내기는 난방 상태인 차실로부터 재순환되는 공기로서 따뜻한 공기일 수 있는데, 이러한 따뜻한 내기가 상변환물질(500)을 통과하면서 따뜻한 내기의 열 에너지가 상변환물질(500)에 저장될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템에서는 차실의 이슬점을 확인하고 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여 비교 결과에 따라 차량용 공조 시스템의 구성들의 동작을 변경시킬 수 있다.

구체적으로, 제습 모드에서, 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여, 이슬점 온도가 차량 유리 온도와의 차이가 기 설정된 오차범위 이내이면, 제1 내외기 도어(600)를 제어하여 난방 덕트(100)로 외기만 유입되도록 하고, 제1 PCM 도어(800)를 제어하여 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 할 수 있다.

이때, 도 7과 같이 제 1 내외기 도어(600)를 제어하여 난방 덕트(100)로 외기만 유입시켜야 하는데, 제 1 PCM 도어(800)를 제어하여 제1 외기덕트(120)를 통해 유입된 외기가 상변환물질(500)을 통과하도록 하여 상변환물질(500)에 기 저장되어 있던 열 에너지를 공급받아 외기의 온도를 승온시킨 상태로 응축기(300)를 통과하게 함으로써, 응축기(300)에 난방 부하가 집중되는 것을 방지할 수 있다.

100: 난방 덕트 110: 제1 내기덕트
120: 제1 외기덕트
200: 냉방 덕트 210: 제2 내기덕트
220: 제2 외기덕트
300: 응축기 400: 증발기
500: 상변환물질 600: 제1 내외기 도어
700: 제2 내외기 도어 800: 제1 PCM 도어
900: 제2 PCM 도어 910: 덕트 도어
920: 제1 엑시트 도어 930: 제2 엑시트 도어
940: 블로워

Claims

내기 및 외기가 유입되는 난방 덕트;
내기 및 외기가 유입되는 냉방 덕트;
난방 덕트에 위치하는 응축기;
냉방 덕트에 위치하며 냉매라인을 통해 응축기와 연결된 증발기;
난방 덕트 및 냉방 덕트를 통과하는 내기의 열에너지를 저장하는 상변환물질(PCM: Phase Change Material);
난방 덕트 및 냉방 덕트에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 내외기 도어; 및
난방 덕트 및 냉방 덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 PMC 도어;를 포함하는 차량용 공조 시스템.
청구항 1에 있어서,
난방 덕트는 내기가 유입되는 제1 내기덕트와 외기가 유입되는 제1 외기덕트를 포함하고,
냉방 덕트는 내기가 유입되는 제2 내기덕트와 외기가 유입되는 제2 외기덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 2에 있어서,
상변환물질은 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트 상에 위치하며 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트를 통과하는 내기의 열에너지를 저장하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 1에 있어서,
내외기 도어는 난방 덕트에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 제1 내외기 도어 및 냉방 덕트에 유입되는 내기 및 외기의 혼합을 제어하는 제2 내외기 도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 4에 있어서,
PCM 도어는 제1 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 제1 PCM 도어 및 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 할지를 제어하는 제2 PCM 도어를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 1에 있어서,
난방 덕트 또는 냉방 덕트에서, 외기가 유입되는 유입부 측을 기준으로 증발기는 상변환물질 후단에 배치되고, 응축기는 증발기 후단에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 5에 있어서,
난방 덕트 및 냉방 덕트를 서로 연통 또는 분리시키는 덕트 도어;
난방 덕트에 마련되고 응축기 후단에 위치하며 응축기를 통과한 공기를 외부로 배출시킬지 차실 내로 공급할지를 제어하는 제1 엑시트 도어; 및
냉방 덕트에 마련되고 증발기 후단에 위치하며 증발기를 통과한 공기를 외부로 배출시킬지 차실 내로 공급할지를 제어하는 제2 엑시트 도어; 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 7에 있어서,
덕트 도어는 응축기와 증발기 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 7에 있어서,
난방 모드 시,
제1 내외기 도어 및 제2 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트 및 냉방 덕트에 내기 및 외기가 유입되도록 하고
제1 PCM 도어 및 제2 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트 및 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하지 못하도록 하며, 제1 내기덕트 및 제2 내기덕트를 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질에 저장되도록 하되,
덕트 도어를 제어하여 냉방 덕트와 난방 덕트를 분리시키며,
제2 엑시트 도어를 제어하여 증발기를 통과한 차가운 공기가 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 9에 있어서,
난방 모드에서, 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여, 이슬점 온도와 차량 유리 온도와의 차이가 기 설정된 오차범위 이내이면,
제1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트로 외기만 유입되도록 하고, 제1 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 7에 있어서,
냉방 모드 시,
제1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트에 외기만 유입되도록 하고, 제2 내외기 도어를 제어하여 냉방 덕트에 내기만 유입되도록 하며,
제1 PCM 도어 및 제2 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하지 못하도록 하며, 제2 내기덕트 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질에 저장되도록 하고,
덕트 도어를 제어하여 냉방 덕트와 난방 덕트를 분리시키며,
제1 엑시트 도어를 제어하여 응축기를 통과한 따뜻한 공기가 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 11에 있어서,
냉방 모드에서, 요구 냉방 부하가 기 설정된 냉방 부하 이하면,
제2 내외기 도어를 제어하여 제2 외기덕트를 통해 냉방 덕트로 외기만 유입되도록 하고,
제2 PCM 도어를 제어하여 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 7에 있어서,
제습 모드 시,
제1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트에 내기 및 외기가 유입되도록 하고, 제2 내외기 도어를 제어하여 냉방 덕트에 외기만 유입되도록 하며,
제1 PCM 도어 및 제2 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트 및 제2 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하지 못하도록 하며, 제1 내기덕트를 통과하는 공기의 열 에너지가 상변환물질에 저장되도록 하고,
덕트 도어를 제어하여 냉방 덕트와 난방 덕트를 연통시켜 증발기를 통과한 차가운 공기의 일부가 난방 덕트로 유입되어 응축기를 통과하도록 하며,
제1 엑시트 도어를 제어하여 응축기를 통과한 따뜻한 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 하고,
제2 엑시트 도어를 제어하여 증발기를 통과한 차가운 공기가 일부는 외부로 배출되고 나머지는 차실로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
청구항 13에 있어서,
제습 모드에서, 확인된 차실의 이슬점 온도를 차량 유리 온도와 비교하여, 이슬점 온도가 차량 유리 온도와의 차이가 기 설정된 오차범위 이내이면,
제1 내외기 도어를 제어하여 난방 덕트로 외기만 유입되도록 하고, 제1 PCM 도어를 제어하여 제1 외기덕트를 통해 유입된 외기가 상변환물질을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.