KR20210149998A - 차량용 공조장치 - Google Patents

Abstract

2층류 구조를 유지하면서 공기 유입으로 인한 저항을 최소화하여 울트라 슬림구조를 갖는 차량용 공조장치가 개시된다. 차량용 공조장치는 냉각용 열교환기를 갖는 냉방유닛; 블로워 모터 및 블로워 휠을 갖는 송풍유닛; 및 가열용 열교환기를 갖는 난방유닛을 포함하고, 상기 냉방유닛, 송풍유닛 및 난방유닛은 외기가 유동하는 제1 유로와 내기가 유동하는 제2 유로가 구획 형성된 2층류 구조로 이루어짐과 아울러, 상기 송풍유닛은 냉방유닛과 난방유닛 사이에 배치된다.

Description

차량용 공조장치{AIR CONDITIONER FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 매우 얇은 두께로 이루어져 자율주행 차량 등에 설치될 수 있는 울트라 슬림구조의 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(7)으로 이루어진다.

공조 유닛(1)은 공조케이스(10)를 구비한다. 공조케이스(10)의 내부에 일정 형태의 공기통로가 형성되고, 공기통로는 분리벽(40)에 의해 구획된 상측 유로(14b) 및 하측 유로(14a)로 구성되며, 출구 측에는 다수의 공기토출구가 형성된다. 공기토출구는 디프로스트벤트(16), 페이스벤트(17), 플로어벤트(18) 및 콘솔벤트(19)로 이루어진다.

공조케이스(10)의 입구 측에는 블로어 유닛(7)이 구비되며, 공조케이스(10)의 내부에는 증발기(2)와 히터코어(3)가 일정 간격을 두고 설치된다. 히터코어(3)의 하류에는 전열히터(4)가 더 구비될 수 있다. 내기유입구로 유입된 내기는 하측 유로(14a)로, 외기유입구로 유입된 외기는 상측 유로(14b)로 유동한다.

상측 유로(14b)에는 히터코어(3)를 통과하는 공기와 바이패스하는 공기의 양을 조절하는 제1 템프도어(11)가 구비되며, 하측 유로(14a)에는 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.

블로어 유닛(7)은 블로어 케이스와, 블로어 휠 및 블로어 모터(76)를 포함한다.

블로어 케이스는 인테이크 케이스(82) 및 그 하부에 결합된 스크롤 케이스(70)로 구성된다. 인테이크 케이스(82)에는 내기를 유입하는 내기유입구(72)와 외기를 유입하는 외기유입구(71)가 형성된다. 내기유입구(72) 및 외기유입구(71)는 인테이크 케이스(82)의 상부 측에 형성된다. 내기 도어(74)는 내기유입구(72)의 개도를 조절하며, 외기 도어(73)는 외기유입구(71)의 개도를 조절한다.

블로어 휠 및 블로어 모터(76)는 스크롤 케이스(70)에 구비되며, 내기유입구(72) 및 외기유입구(71)를 통해 유입된 공기를 차량 실내로 송풍시킨다. 스크롤 케이스(70)의 공기유로는 분리벽에 의해 외기가 유동하는 제1 공기유로(79)와 내기가 유동하는 제2 공기유로(80)로 분할된다. 블로어 휠은 제1 공기유로(79)에 구비되는 제1 블로어 휠(77)과 제2 공기유로(80)에 구비되는 제2 블로어 휠(78)로 이루어진다.

외기유입구(71)로 유입된 외기는 제1 유입구(86)를 통해 제1 공기유로(79)로 유동하며 전술한 공조케이스(10)의 상측 유로(14b)로 송풍된다. 아울러, 내기유입구(72)로 유입된 내기는 제2 유입구(85)를 통해 제2 공기유로(80)로 유동하며 전술한 공조케이스(10)의 하측 유로(14a)로 송풍된다. 도 1에서 실선은 외기의 유동 경로를 도시한 것이고, 점선은 내기의 유동 경로를 도시한 것이다.

종래의 2층류 차량용 공조장치는 상하 방향으로의 블로어 휠의 공기 흡입에 따라 흡입 유로의 확보가 필요하기 때문에, 블로어 케이스의 높이가 커질 수 밖에 없었다.

또한, 공기 흐름의 방향이 상부에서 시작하여 일부 공기는 상측으로 다른 일부 공기는 하측으로 유입되는 구조이기 때문에, 하측으로 흐르는 유로의 확보가 필요하며 이로 인해 블로어 케이스의 사이즈가 커지는 문제가 있다. 아울러, 하측으로 긴 유로를 통과해야 하므로 통기 저항이 커져 공조 성능이 저하되는 문제가 있다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 2층류 구조를 유지하면서 공기 유입으로 인한 저항을 최소화하여 울트라 슬림구조를 갖는 차량용 공조장치를 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치는 냉각용 열교환기를 갖는 냉방유닛; 블로워 모터 및 블로워 휠을 갖는 송풍유닛; 및 가열용 열교환기를 갖는 난방유닛을 포함하고, 상기 냉방유닛, 송풍유닛 및 난방유닛은 외기가 유동하는 제1 유로와 내기가 유동하는 제2 유로가 구획 형성된 2층류 구조로 이루어짐과 아울러, 상기 송풍유닛은 냉방유닛과 난방유닛 사이에 배치된다.

상기에서, 송풍유닛은 외기가 유동하는 제1 유로에 제1 블로워 휠과 내기가 유동하는 제2 유로에 제2 블로워 휠을 구비하고, 상기 제1 블로워 휠을 통해 축 방향 양방향으로 공기가 흡입되고, 상기 제2 블로워 휠을 통해 축 방향 양방향으로 공기가 흡입된다.

상기에서, 송풍유닛의 블로워 휠의 축 방향은 냉각용 열교환기를 통과하는 공기 유동 방향에 대해 수직한 방향으로 형성된다.

상기에서, 공기가 상기 블로워 휠의 측면에서 축 방향으로 4개의 흐름으로 분리되어 유입된다.

상기에서, 하나의 블로워 모터 양측에 모터축이 연장되어, 블로워 모터 양측에 블로워 휠이 결합된다.

상기에서, 송풍유닛에 제1 유로와 제2 유로를 구획하는 구획벽이 형성되고, 상기 송풍유닛의 구획벽을 기준으로 제1 유로에 두개의 유로를 형성하고 제2 유로에 두개의 유로를 형성하여, 총 4개의 서로 다른 공기 흐름을 형성한다.

상기에서, 냉방유닛, 송풍유닛 및 난방유닛은 나란하게 배열되고, 상기 냉각용 열교환기, 블로워 휠 및 가열용 열교환기는 상기 배열 방향으로 나란하게 배치된다.

상기에서, 냉방유닛에 외기를 유입하기 위한 외기유입구와 내기를 유입하기 위한 내기유입구가 형성되며, 상기 외기유입구와 내기유입구를 개폐하는 전환도어가 공기 유동 방향으로 냉각용 열교환기의 상류에 형성된다.

상기에서, 전환도어는 관절형 링크에 의해 동력원에 연결되어 중심축의 회전에 의해 슬라이드 구동 및 회전 구동을 수행한다.

상기에서, 전환도어의 중심축은 냉각용 열교환기에 대해 나란한 방향으로 형성된다.

상기에서, 송풍유닛의 블로워 휠의 축 방향은 가열용 열교환기를 통과하는 공기 유동 방향에 대해 수직한 방향으로 형성된다.

상기에서, 가로 방향을 x축, 세로 방향을 y축, 높이 방향을 z축이라 할 때, 냉각용 열교환기, 블로워 휠 및 가열용 열교환기는 x축 방향으로 나란히 배치되고, 블로워 휠의 축은 z축 방향으로 형성되며, 냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기를 통과하는 공기의 방향은 y축 방향으로 형성된다.

상기에서, 냉방유닛으로 유입되는 공기의 이동 방향은 y축 방향으로 형성되고, 냉각용 열교환기를 통과한 공기는 x축 방향으로 이동되어 송풍유닛으로 유입되며, 송풍유닛으로 유입된 공기는 z축 방향으로 블로워 휠의 양측으로 흡입되어 x축 방향으로 송풍된 후 난방유닛으로 유입되고, 난방유닛으로 유입된 공기는 y축 방향으로 이동되어 가열용 열교환기를 통과한 후 복수개의 공기토출구로 선택적으로 토출된다.

본 발명의 다른 양상에 따른 차량용 공조장치는 냉각용 열교환기를 갖는 냉방유닛; 블로워 모터 및 블로워 휠을 갖는 송풍유닛; 및 가열용 열교환기를 갖는 난방유닛을 포함하고, 상기 냉방유닛, 송풍유닛 및 난방유닛은 외기가 유동하는 제1 유로와 내기가 유동하는 제2 유로가 구획 형성된 2층류 구조로 이루어짐과 아울러, 상기 송풍유닛은 외기가 유동하는 제1 유로에 제1 블로워 휠과 내기가 유동하는 제2 유로에 제2 블로워 휠을 구비하고, 상기 제1 블로워 휠 및 제2 블로워 휠을 통해 각각 축 방향 양방향으로 공기가 흡입된다.

본 발명에 따른 차량용 공조장치는 블로워 휠의 상하 방향으로 외기와 내기가 2층류 구조를 유지하면서 공기가 서로 섞이지 않고 유입이 가능하다. 아울러, 2개의 블로워 휠의 상하 방향으로 총 4개의 공기 흐름을 만들어 통기 저항을 최소화하고 풍량을 최대화하며 공조 성능을 향상할 수 있을 뿐 아니라 공조장치의 패키지를 컴펙트하게 구성할 수 있게 된다.

또한, 2존 모드 및 4존 모드와 2층류 모드를 모두 효과적으로 구현 가능하고 공조 효율을 극대화하면서도 공조장치를 차량 전후 방향으로 매우 슬림한 구조로 만들 수 있어, 향후 운전석의 전방 공간이 매우 협소하게 제작될 가능성이 많은 자율주행차량 등에 매우 효과적으로 설치가 가능한 것이다.

도 1은 종래의 2층류 차량용 공조장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 사시도이며,
도 3은 도 2의 차량용 공조장치의 공기 흐름을 도시한 것이고,
도 4는 도 2의 평면도이며,
도 5 내지 도 7은 도 3의 A-A선을 따른 단면도이고,
도 8은 도 3의 B-B선을 따른 단면도이며,
도 9는 도 3의 C-C선을 따른 단면도이고,
도 10은 도 3의 D-D선을 따른 단면도이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 공조장치의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치를 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 차량용 공조장치의 공기 흐름을 도시한 것이고, 도 4는 도 2의 평면도이며, 도 5 내지 도 7은 도 3의 A-A선을 따른 단면도이고, 도 8은 도 3의 B-B선을 따른 단면도이며, 도 9는 도 3의 C-C선을 따른 단면도이고, 도 10은 도 3의 D-D선을 따른 단면도이다.

도 2에 도시된 xyz좌표계는 구성들의 배치 관계를 설명하기 위해 임의로 설정한 것이다. 예를 들어, x축 방향이 차량 폭 방향(가로 방향)이고, y축 방향이 차량 전후 방향(세로 방향)이며, z축 방향이 높이 방향일 수 있다.

도 2 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치는 냉방유닛(100)과, 송풍유닛(200) 및 난방유닛(300)을 포함한다. 냉방유닛(100), 송풍유닛(200) 및 난방유닛(300)은 외기가 유동하는 제1 유로와 내기가 유동하는 제2 유로가 구획 형성되어 2층류 구조로 이루어진다. 송풍유닛(200)은 냉방유닛(100)과 난방유닛(300) 사이에 배치된다. 즉, 공기 유동 방향으로 냉방유닛(100), 송풍유닛(200) 및 난방유닛(300)이 순차로 배치된다.

냉방유닛(100)은 냉방케이스(110)와, 냉각용 열교환기와, 에어필터(130)와, 전환도어(140)를 구비한다.

냉방케이스(110)는 y축 방향으로 비교적 얇은 두께를 갖는 슬림한 형상으로 이루어진다. 냉방케이스(110)의 y축 방향 일측에 외기를 유입하기 위한 외기유입구(111)와 내기를 유입하기 위한 내기유입구(112)가 형성된다. 외기유입구(111)는 내기유입구(112)보다 z축 방향으로 위에 있다. 냉각용 열교환기는 이를 통과하는 공기와 열교환되어 공기를 냉각시키는 것으로 증발기(120)로 구성될 수 있다. 에어필터(130)는 공기 유동 방향으로 증발기(120)의 상류에 형성되어 이를 통과하는 공기를 여과한다.

전환도어(140)는 외기유입구(111)와 내기유입구(112)를 개폐하며, 공기 유동 방향으로 증발기(120)의 상류에 형성된다. 전환도어(140)는 관절형 링크에 의해 동력원(180)에 연결되어, 중심축(141)의 회전에 의해 슬라이드 구동 및 회전 구동을 수행한다. 전환도어(140)의 중심축(141)은 증발기(120)에 대해 나란한 방향으로 형성된다.

즉, 관절형 링크는 냉방케이스(110)에 회전 가능하게 연결되는 제1 링크(142)와, 전환도어(140)에 회전 가능하게 연결되는 제2 링크(143)로 구성된다. 제1 링크(142)는 일측이 중심축(141)에 연결되고 타측은 제2 링크(143)에 축(144)에 의해 회전 가능하게 연결된다. 중심축(141)은 액추에이터 등으로 이루어진 동력원(180)에 연결되어 회전된다. 제2 링크(143)는 이륵이 제1 링크(142)에 연결되고 타측은 전환도어(140)에 축(145)에 의해 회전 가능하게 연결된다.

전환도어(140)는 유선형 판 형상으로 이루어진 돔부를 갖는다. 전환도어(140)의 돔부 일측은 제2 링크(143)에 회전 가능하게 연결되며, 타측은 냉방케이스(110)에 형성된 안내홈에 연결된다. 즉, 냉방케이스(110)에는 전환도어(140)의 슬라이딩 구동을 안내하는 안내홈과 전환도어(140)의 회전 구동을 안내하는 안내홈이 형성된다. 하나의 안내홈에는 전환도어(140)의 타측이 연결되어 슬라이딩 안내된다. 다른 하나의 안내홈에는 전환도어(140)의 일측이 연결되어 슬라이딩 안내 및 회전 안내된다.

냉방케이스(110)는 구획벽(150)에 의해 z축 방향으로 제1 유로(101)와 제2 유로(102)가 구획 형성된다. 2층류 모드 시 제1 유로(101)로 외기가 유동하며, 제2 유로(102)로 내기가 유동한다. 도 5와 같이 내기 모드 시, 전환도어(140)는 외기유입구(111)를 폐쇄하고 내기유입구(112)를 개방하여 내기가 증발기(120)를 통과한다. 도 6과 같이 외기 모드 시, 전환도어(140)는 내기유입구(112)를 폐쇄하고 외기유입구(111)를 개방하여 외기가 증발기(120)를 통과한다.

도 7과 같이 2층류 모드 시, 전환도어(140)는 도 5의 상태에서 중심축(141)이 반 시계 방향으로 더 회전되어 전환도어(140)의 타측을 피봇(Pivot)으로 전환도어(140)의 일측이 회전되어, 전환도어(140)가 제1 유로(101)와 제2 유로(102)를 구획한다. 이 경우, 전환도어(140)의 일측은 제2 링크(143)와 연결된 축(145) 부위이다. 전환도어(140)는 외기유입구(111)와 내기유입구(112)를 모두 개방하여 외기는 증발기(120)를 통과하여 제1 유로(101)로 흐르고 내기는 증발기(120)를 통과하여 제2 유로(102)로 흐른다.

전환도어(140)의 슬라이딩 및 회전 구동 구조를 통해, 공조장치의 패키지를 y축 방향으로 슬림(Slim)하게 만들 수 있고 하나의 도어와 동력원으로 부품수를 줄여 작은 부피와 무게를 차지하면서 외기와 내기의 풍량 제어는 물론 2층류 모드를 구현할 수 있다. 아울러, 전환도어(140)가 도 5의 상태에서 도 7로 회전되는 사이의 각도를 조절함으로써, 내기 모드 시 외기를 일부 상시 유입하는 스마트 인테이크 모드(Smart Intake Mode)를 구현할 수 있다.

송풍유닛(200)은 송풍케이스(240)와, 블로워 모터(230) 및 블로워 휠을 구비한다.

송풍케이스(240)는 대략 원기둥 형상으로 이루어지고, y축 방향으로 냉방케이스(110)와 비슷한 두께를 가지며 나란하게 형성된다. x축 방향으로 송풍케이스(240)의 일측에 냉방케이스(110)가 결합된다. 송풍케이스(240)는 구획벽(245)에 의해 z축 방향으로 제1 유로(203)와 제2 유로(206)가 구획 형성된다. 송풍케이스(240)의 구획벽(245)은 냉방케이스(110)의 구획벽(150)에서 나란히 연장되게 형성된다. 또한, 비록 도면 부호는 서로 다르게 표시하였지만, 송풍케이스(240)의 제1 유로(203) 및 제2 유로(206)는 각각 냉방케이스(110)의 제1 유로(101) 및 제2 유로(102)와 이어지는 동일 공간이다.

블로워 모터(230)는 단일개로 이루어지고, z축 방향으로 블로워 모터(230)의 양측에 모터축이 연장되어 모터축에 각각 블로워 휠이 결합된다. 블로워 모터(230)는 x축 방향, y축 방향 및 z축 방향으로 송풍케이스(240)의 대략 중앙 부위에 위치한다. 하나의 블로워 모터(230)의 양측에 블로워 휠을 구성하고 블로워 모터(230)의 배치를 최적화함으로써, 공조장치의 패키지를 최소화할 수 있다

블로워 휠은 블로워 모터(230)의 양측에 결합되는 제1 블로워 휠(210) 및 제2 블로워 휠(220)로 구성된다. 제1 블로워 휠(210)은 z축 방향으로 제2 블로워 휠(220)의 상부에 위치한다. 제1 블로워 휠(210)은 제1 유로(203)에 위치하며, 제2 블로워 휠(220)은 제2 유로(206)에 위치한다.

또한, 제1 유로(203)는 또 하나의 구획벽(246)을 기준으로 두개의 유로가 형성되고, 제2 유로(206)는 또 하나의 구획벽(247)을 기준으로 두개의 유로를 형성한다. 이와 같이, 송풍케이스(240) 내부의 공기 유로는 총 4개의 서로 다른 공기 흐름을 형성한다. 제1 블로워 휠(210)을 통해 축 방향(z축 방향) 양방향으로 공기가 흡입되고, 제2 블로워 휠(220)을 통해 z축 방향 양방향으로 공기가 흡입된다. 즉, 제1 유로(203)는 구획벽(246)에 의해 z축 방향으로 제1 상측유로(201)와 제1 하측유로(203)가 나뉘며, 제2 유로(206)는 구획벽(247)에 의해 z축 방향으로 제2 상측유로(204)와 제2 하측유로(205)가 나뉜다.

제1 유로(203)를 통해 유입된 공기 중 일부는 제1 블로워 휠(210)의 상부를 통해 z축 방향(모터축 방향)으로 흡입되어 반경 방향으로 토출되고, 다른 일부는 제1 블로워 휠(210)의 하부를 통해 z축 방향(모터축 방향)으로 흡입되어 반경 방향으로 토출된다. 아울러, 제2 유로(206)를 통해 유입된 공기 중 일부는 제2 블로워 휠(220)의 상부를 통해 z축 방향(모터축 방향)으로 흡입되어 반경 방향으로 토출되고, 다른 일부는 제2 블로워 휠(220)의 하부를 통해 z축 방향(모터축 방향)으로 흡입되어 반경 방향으로 토출된다.

이와 같이, 공기는 블로워 휠의 측면에서 축 방향으로 4개의 흐름으로 분리되어 유입된다. 이러한 구조를 통해, 블로워 휠의 상하 방향으로 외기와 내기가 2층류 구조를 유지하면서 공기가 서로 섞이지 않고 유입이 가능하다. 또한, 2개의 블로워 휠의 상하 방향으로 총 4개의 공기 흐름을 만들어 통기 저항을 최소화하고 풍량을 최대화하며 공기를 제1 유로(203)에서 양방향으로 제2 유로(206)에서 양방향으로 흡입하여 동일 높이에서 더 높은 풍량 효율을 얻을 수 있어 공조 성능을 향상할 수 있다.

난방유닛(300)은 난방케이스(310)와, 가열용 열교환기와, 좌우풍량조절도어(360)와, 템프도어와, 디프도어(351)와, 벤트도어(352)와, 플로어도어(330)(340) 및 콘솔도어(354)를 구비한다.

난방케이스(310)는 y축 방향으로 비교적 얇은 두께를 갖는 슬림한 형상으로 이루어지고, y축 방향으로 냉방케이스(110) 및 송풍케이스(240)와 비슷한 두께를 가지며 나란하게 형성된다. x축 방향으로 난방케이스(310)의 일측에 송풍케이스(240)가 결합된다. 난방케이스(310)는 구획벽(355)에 의해 z축 방향으로 제1 유로(301)와 제2 유로(302)가 구획 형성된다. 난방케이스(310)의 구획벽(355)은 송풍케이스(240)의 구획벽(245)에서 나란히 연장되게 형성된다. 또한, 비록 도면 부호는 서로 다르게 표시하였지만, 송풍케이스(310)의 제1 유로(301) 및 제2 유로(302)는 각각 송풍케이스(240)의 제1 유로(203) 및 제2 유로(206)와 이어지는 동일 공간이다.

난방케이스(310)의 공기토출구는 차량 창측으로 공기를 토출하기 위한 디프로스트벤트(311)와, 차량 전석 얼굴쪽으로 공기를 토출하기 위한 페이스벤트(312)와, 차량 전석 발쪽으로 공기를 토출하기 위한 플로어벤트(313)와, 차량 후석쪽으로 공기를 토출하기 위한 콘솔벤트(314)로 이루어진다. 콘솔벤트(314)로 토출되는 공기는 다시 차량 후석 얼굴과 발쪽으로 나뉘어 토출되도록 분기될 수 있다. 가열용 열교환기는 이를 통과하는 공기와 열교환되어 공기를 가열시키는 것으로 히터코어(320)로 구성될 수 있다.

디프로스트벤트(311), 페이스벤트(312) 및 플로어벤트(313)는 전석으로 공기가 토출된다. 디프로스트벤트(311) 및 페이스벤트(312)는 z축 방향으로 일측(상부)에 형성되며, 플로어벤트(313)는 x축 방향으로 양측에 형성되며, 콘솔벤트(314)는 y축 방향으로 일측에 형성된다.

또한, 난방케이스(310)는 또 하나의 구획벽(315)에 의해 x축 방향으로 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)가 구획 형성된다. 상기 구획벽(315)은 도 4의 점선으로 도시된 것처럼 x축 방향으로 연장되다 y축 방향으로 연장되어 난방케이스(310)를 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)로 구획한다.

즉, 제1 유로(301)와 제2 유로(302)를 구획하는 구획벽(355)은 z축 방향으로 공간을 구획하고, 좌측과 우측을 구획하는 구획벽(315)은 x축 방향으로 공간을 구획한다. 아울러, z축 방향으로 구획된 공간 중 하나인 제1 유로(301)는 차량 전석으로 공기를 토출하고 다른 하나인 제2 유로(302)는 차량 후석으로 공기를 토출한다.

이와 같이, 난방유닛(300)은 종방향 및 횡방향으로 구획벽(355)(315)이 형성되어, 전석 좌측유로(391), 전석 우측유로(392), 후석 좌측유로(393) 및 후석 우측유로(394)가 구획 형성된다. 이러한 구성을 통해, 공조장치를 y축 방향으로 슬림하게 구성 가능하면서도 4개 유로의 독립적인 풍량 제어가 가능하다.

좌우풍량조절도어(360)는 공기 유동 방향으로 히터코어(320)의 상류에 구비되며, 차량 실내의 좌측 및 우측의 풍량을 조절하는 기능을 한다. 좌우풍량조절도어(360)는 동력원(380)에 연결되어 회전된다. 결국, 냉방유닛(100)으로 유입된 공기는 증발기(120)를 모두 통과한 후 좌우풍량조절도어(360)에 의해 좌우로 풍량 조절된다. 이로 인해, 공기가 먼저 증발기(120)를 모두 통과한 후에 좌우로 풍량 조절되어 냉방효율이 향상된다.

좌우풍량조절도어(360)의 회전축(361)은 히터코어(320)를 통과하는 공기의 유동 방향에 대해 수직한 방향으로 형성된다. 즉, 좌우풍량조절도어(360)의 회전축(361)은 z축 방향으로 형성된다. 이러한 구성을 통해, y축 방향으로 폭이 좁은 난방케이스(310)의 공간 안에서 작은 공간을 차지하면서 효과적으로 좌우 풍량 조절이 가능하다.

좌우풍량조절도어(360)는 독립 구동 제어되는 전석용도어 및 후석용도어로 구성된다. 이경우, 전석용도어는 제1 유로의 좌측과 우측에 독립 풍량 제어를 수행하고, 후석용도어는 제2 유로의 좌측과 우측에 독립 풍량 제어를 수행한다. 즉, 전석용도어는 제1 유로(301)에 구비되며, 후석용도어는 제2 유로(302)에 구비된다. 전석용도어 및 후석용도어에는 각각 동력원이 연결되어 개별 제어될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 공조장치는 4존 모드가 가능하도록 이루어진다. 4존 모드는 차량 실내의 서로 다른 4개의 구역으로 독립적인 공조 제어를 수행하도록 이루어진 4존(4 Zone) 제어가 가능한 모드이다. 이 경우, 4개의 구역은 차량 실내 전석의 좌측 및 우측, 그리고 후석의 좌측 및 우측이다.

이와 같이, 차량 실내 전석의 좌측 및 우측, 그리고 후석의 좌측 및 우측으로 개별적인 공조 제어와 풍량 제어가 가능함에 따라, 차량에 탑승한 모든 승객이 높은 효율의 공조 공기를 공급받을 수 있고, 이러한 4존 제어를 매우 슬림한 일명 울트라 슬림 공조장치의 형태로 구현할 수 있다.

템프도어는 전석 좌측유로(391), 전석 우측유로(392), 후석 좌측유로(393) 및 후석 우측유로(394)에 각각 형성된다. 템프도어는 좌우풍량조절도어(360)와 히터코어(320)의 사이에 배치되어, 히터코어(320)로 가는 공기의 양을 조절함으로써 차량 실내로 토출되는 공기의 온도를 조절한다.

템프도어는 제1 유로(301)에 형성되는 제1 템프도어(371)와 제2 유로(372)에 구비되는 제2 템프도어(372)로 구성된다. 제1 템프도어(371)는 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)에 각각 형성되어 독립적으로 슬라이드 구동된다. 아울러, 제2 템프도어(372)는 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)에 각각 형성되어 독립적으로 슬라이드 구동된다.

템프도어는 좌우풍량조절도어의 회전축과 나란한 방향으로 슬라이딩 구동된다. 또한, 템프도어는 좌우풍량조절도어(360)의 회전축(361)과 나란한 방향으로 슬라이딩 구동된다. 즉, 템프도어는 z축 방향으로 슬라이딩 구동된다. 따라서, y축 방향으로의 난방케이스(310)의 폭을 더 줄일 수 있다.

디프도어(351)는 디프로스트벤트(311)의 개도를 조절하고, 벤트도어(352)는 페이스벤트(312)의 개도를 조절한다. 벤트도어(352)는 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)에 각각 형성되어 독립적으로 제어된다.

플로어도어(330)(340)는 플로어벤트(313)의 개도를 조절한다. 플로어도어(330)(340)는 후술할 콘솔도어(354)와 함께 2존 모드와 4존 모드를 선택적으로 제어 가능하게 한다. 이 경우, 2존 모드는 차량 실내의 서로 다른 2개의 구역으로 독립적인 공조 제어를 수행하도록 이루어진 2존(2 Zone) 제어가 가능한 모드이다. 이 경우, 2개의 구역은 차량 실내 전석의 좌측 및 우측이다.

플로어도어(330)(340)는 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)에 각각 구비된다. 좌측 유로(316)의 플로어도어(330)는 회전축(331)을 중심으로 회전되고 우측 유로(317)의 플로어도어(340)는 회전축(341)을 중심으로 회전되어, 2개의 플로어도어가 독립적으로 회전 제어된다. 플로어도어(330)(340)의 회전축(331,341)은 가열용 열교환기를 통과하는 공기의 유동 방향과 나란하게 형성된다.

또한, 플로어도어(330)(340)는 히터코어(320)의 후방에 바로 마주보게 배치된다. 히터코어(320)의 후방은 공기 유동 방향으로 히터코어(320)의 하류측이다. 즉, 히터코어(320)를 통과하는 공기의 방향은 y축 방향이며, 플로어도어(330)(340)의 회전축(331)(341)은 y축 방향으로 형성된다. 따라서, 슬림한 형태의 난방케이스(310) 내에서 플로어도어(330)(340)가 작은 공간을 차지하면서 효과적으로 2존 모드 및 4존 모드를 선택적으로 제어 가능하다.

난방케이스(310)는 공기 유동 방향으로 히터코어(320)의 하류에 지지벽(356)이 형성된다. 지지벽(356)은 제1 유로(301)와 제2 유로(302)를 구획하는 구획벽(355)과 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)를 구획하는 구획벽(315)으로부터 연장된다. 지지벽(356)은 플로어도어(330)(340)에 밀착됨으로써 플로어도어(330)(340)의 회전각을 제한한다.

플로어도어(330)(340)는 돔(Dome) 형상의 로터리도어로 이루어지고, 지지벽(356)은 도 10에 도시된 것처럼 y축 방향 단면이 원호 형상으로 이루어진다. 지지벽(356)은 좌측 유로(316)와 우측 유로(317)에 대칭되게 형성된다. 플로어도어(330)(340)의 회전에 의해, 플로어도어(330)(340)의 돔 부위가 원주 방향으로 회전되면서 플로어벤트(313)의 개도를 조절하거나, 플로어벤트(313)를 제1 유로(301) 또는 제2 유로(302)에 통하게 하거나 막히게 한다.

즉, 플로어도어(330)(340)가 z축 방향으로 지지벽(356)의 상부에 밀착되면, 제1 유로(301)와 플로어벤트(313)는 구획되며, 제2 유로(302)와 플로어벤트(313)는 통하게 된다. 아울러, 플로어도어(330)(340)가 z축 방향으로 지지벽(356)의 하부에 밀착되면, 제1 유로(301)와 플로어벤트(313)는 통하며, 제2 유로(302)와 플로어벤트(313)는 구획된다. 플로어도어(330)(340)의 회전 각도를 조절하여 플로어벤트(313)의 개방 정도와 제1 유로(301) 및 제2 유로(302)와의 통하는 정도를 조절할 수 있다.

콘솔도어(354)는 콘솔벤트(314)의 개도를 조절한다. 콘솔도어(354)는 돔 형상의 로터리도어로 이루어진다. 콘솔도어(354)의 회전축은 x축 방향으로 형성된다. 콘솔도어(354)의 회전에 의해 콘솔도어(354)의 돔 부위가 원주 방향으로 회전되면서 콘솔벤트(314)의 개도를 조절하거나, 제2 유로(302)를 제1 유로(301)에 통하게 하거나 막히게 한다. 이와 같이, 콘솔도어(354)는 플로어도어(330)(340)와 함께 2존 모드 및 4존 모드를 선택적으로 제어한다.

즉, 2존 모드이면서 2층류 모드 시, 플로어도어(330)(340)는 플로어벤트(313)를 개방하고, 플로어벤트(313)를 제1 유로(301)에 막히게 함과 아울러 제2 유로(302)에 통하게 한다. 아울러, 4존 모드 시, 콘솔도어(354)는 콘솔벤트(314)를 개방함과 아울러 제1 유로(301)와 제2 유로(302)를 구획한다. 플로어도어(330)(340)는 다양한 공조 모드에 따라 플로어벤트(313)의 개도를 조절한다.

정리하면, 냉방유닛(100), 송풍유닛(200) 및 난방유닛(300)은 나란하게 배열되고, 증발기(120), 블로워 휠 및 히터코어(320)는 상기 배열 방향으로 나란하게 배치된다. 송풍유닛(200)의 블로워 휠의 축 방향은 증발기(120)를 통과하는 공기 유동 방향에 대해 수직한 방향으로 형성된다. 아울러, 송풍유닛(200)의 블로워 휠의 축 방향은 히터코어(320)를 통과하는 공기 유동 방향에 대해 수직한 방향으로 형성된다.

즉, 증발기(120), 블로워 휠 및 히터코어(320)는 x축 방향으로 나란히 배치되고, 블로워 휠의 축은 z축 방향으로 형성된다. 아울러, 증발기(120) 및 히터코어(320)를 통과하는 공기의 방향은 y축 방향으로 형성된다. 더욱 상세하게는, 냉방유닛(100)으로 유입되는 공기의 이동 방향은 y축 방향으로 형성된다. y축 방향으로 유입된 공기는 증발기(120)를 y축 방향으로 통과한 후 냉방케이스(110)의 유로를 따라 90°꺾여 x축 방향으로 이동한다.

증발기(120)를 통과하여 x축 방향으로 이동된 공기는 송풍유닛(200)으로 유입되며, 송풍유닛(200)으로 유입된 공기는 z축 방향으로 제1 블로워 휠(210)의 양측을 통해 그리고 제2 블로워 휠(220)의 양측을 통해 흡입되어 반경 방향으로 나선형으로 송풍되고 x축 방향으로 이동한다. 이후에 공기는 송풍케이스(240)에 결합된 난방케이스(310)를 통해 x축 방향으로 이동한 후 난방유닛(300)에서 90°꺾여 y축 방향으로 이동한다. 이후에, 공기는 히터코어(320)를 y축 방향으로 통과한 후 복수개의 공기토출구로 선택적으로 토출된다.

이러한 구성을 통해, 2존 모드 및 4존 모드와 2층류 모드를 모두 효과적으로 구현 가능하고 공조 효율을 극대화하면서도 공조장치를 차량 전후 방향으로 매우 슬림한 구조로 만들 수 있어, 향후 운전석의 전방 공간이 매우 협소하게 제작될 가능성이 많은 자율주행차량 등에 매우 효과적으로 설치가 가능한 것이다.

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.

100: 냉방유닛 110: 냉방케이스
120: 증발기 130: 에어필터
140: 전환도어 141: 중심축
142: 제1 링크 142: 제2 링크
150, 245, 246, 247, 315, 355: 구획벽
101, 203, 301: 제1 유로
102, 206, 302: 제2 유로
200: 송풍유닛 210: 제1 블로워 휠
220: 제2 블로워 휠 230: 블로워 모터
240: 송풍케이스 300: 난방유닛
310: 난방케이스 311: 디프로스트벤트
312: 페이스벤트 313: 플로어벤트
314: 콘솔벤트 320: 히터코어
330, 340: 플로어도어 351: 디프도어
352: 벤트도어 354: 콘솔도어
360: 좌우풍량조절도어 371: 제1 템프도어
372: 제2 템프도어

Claims (14)

1. 냉각용 열교환기를 갖는 냉방유닛;
   블로워 모터 및 블로워 휠을 갖는 송풍유닛; 및
   가열용 열교환기를 갖는 난방유닛을 포함하고,
   상기 냉방유닛, 송풍유닛 및 난방유닛은 외기가 유동하는 제1 유로와 내기가 유동하는 제2 유로가 구획 형성된 2층류 구조로 이루어짐과 아울러,
   상기 송풍유닛은 냉방유닛과 난방유닛 사이에 배치되는 차량용 공조장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 송풍유닛은 외기가 유동하는 제1 유로에 제1 블로워 휠과 내기가 유동하는 제2 유로에 제2 블로워 휠을 구비하고,
   상기 제1 블로워 휠을 통해 축 방향 양방향으로 공기가 흡입되고, 상기 제2 블로워 휠을 통해 축 방향 양방향으로 공기가 흡입되는 차량용 공조장치.
3. 제1 항에 있어서,
   송풍유닛의 블로워 휠의 축 방향은 냉각용 열교환기를 통과하는 공기 유동 방향에 대해 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
4. 제1 항에 있어서,
   공기가 상기 블로워 휠의 측면에서 축 방향으로 4개의 흐름으로 분리되어 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
5. 제2 항에 있어서,
   하나의 블로워 모터 양측에 모터축이 연장되어, 블로워 모터 양측에 블로워 휠이 결합된 차량용 공조장치.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 송풍유닛에 제1 유로와 제2 유로를 구획하는 구획벽이 형성되고,
   상기 송풍유닛의 구획벽을 기준으로 제1 유로에 두개의 유로를 형성하고 제2 유로에 두개의 유로를 형성하여, 총 4개의 서로 다른 공기 흐름을 형성하는 차량용 공조장치.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 냉방유닛, 송풍유닛 및 난방유닛은 나란하게 배열되고,
   상기 냉각용 열교환기, 블로워 휠 및 가열용 열교환기는 상기 배열 방향으로 나란하게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 냉방유닛에 외기를 유입하기 위한 외기유입구와 내기를 유입하기 위한 내기유입구가 형성되며,
   상기 외기유입구와 내기유입구를 개폐하는 전환도어가 공기 유동 방향으로 냉각용 열교환기의 상류에 형성되는 차량용 공조장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 전환도어는 관절형 링크에 의해 동력원에 연결되어 중심축의 회전에 의해 슬라이드 구동 및 회전 구동을 수행하는 차량용 공조장치.
10. 제8 항에 있어서,
    상기 전환도어의 중심축은 냉각용 열교환기에 대해 나란한 방향으로 형성되는 차량용 공조장치.
11. 제3 항에 있어서,
    송풍유닛의 블로워 휠의 축 방향은 가열용 열교환기를 통과하는 공기 유동 방향에 대해 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
12. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가로 방향을 x축, 세로 방향을 y축, 높이 방향을 z축이라 할 때,
    냉각용 열교환기, 블로워 휠 및 가열용 열교환기는 x축 방향으로 나란히 배치되고,
    블로워 휠의 축은 z축 방향으로 형성되며,
    냉각용 열교환기 및 가열용 열교환기를 통과하는 공기의 방향은 y축 방향으로 형성되는 차량용 공조장치.
13. 제12 항에 있어서,
    냉방유닛으로 유입되는 공기의 이동 방향은 y축 방향으로 형성되고,
    냉각용 열교환기를 통과한 공기는 x축 방향으로 이동되어 송풍유닛으로 유입되며,
    송풍유닛으로 유입된 공기는 z축 방향으로 블로워 휠의 양측으로 흡입되어 x축 방향으로 송풍된 후 난방유닛으로 유입되고,
    난방유닛으로 유입된 공기는 y축 방향으로 이동되어 가열용 열교환기를 통과한 후 복수개의 공기토출구로 선택적으로 토출되는 차량용 공조장치.
14. 냉각용 열교환기를 갖는 냉방유닛;
    블로워 모터 및 블로워 휠을 갖는 송풍유닛; 및
    가열용 열교환기를 갖는 난방유닛을 포함하고,
    상기 냉방유닛, 송풍유닛 및 난방유닛은 외기가 유동하는 제1 유로와 내기가 유동하는 제2 유로가 구획 형성된 2층류 구조로 이루어짐과 아울러,
    상기 송풍유닛은 외기가 유동하는 제1 유로에 제1 블로워 휠과 내기가 유동하는 제2 유로에 제2 블로워 휠을 구비하고,
    상기 제1 블로워 휠 및 제2 블로워 휠을 통해 각각 축 방향 양방향으로 공기가 흡입되는 차량용 공조장치.

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