KR20240018008A - 통합형 공조 시스템 - Google Patents

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KR20240018008A
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김기목
이상신
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명에서는 하나의 실내 열교환기로 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절함에 따라 냉각 회로가 단순화되고, 모드 별로 공조공기의 온도를 조절하기 위한 템프 도어가 사용되지 않음에 따라 공조기의 패키지가 축소된다. 또한, 하나의 실내 열교환기로 제습시, 실내 열교환기에 유통되는 냉매의 압력을 안정화시키는 과정을 통해 냉매 라인 상의 부품들이 안정화되고, 실내 열교환기의 흡열 또는 방열 동작이 최적화되는 통합형 공조 시스템이 소개된다.

Description

통합형 공조 시스템 {INTEGRATION TYPE AIR CONDITIONING SYSTEM}
본 발명은 하나의 열교환기로 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절함에 따라 냉각 회로가 단순화되고, 모드 별로 공조공기의 온도를 조절하기 위한 템프 도어가 사용되지 않음에 따라 공조기의 패키지가 축소되는 통합형 공조 시스템에 관한 것이다.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기자동차이다. 전기자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동한다. 따라서, 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.
이런 전기자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리 모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.
또한, 전기자동차는 내연기관처럼 별도의 엔진에서 연소시 발생되는 폐열원이 없어 전기식 난방장치로 겨울철 차량 실내난방을 수행하고, 또한 혹한기 시 배터리 충방전 성능을 향상시키기 위해 웜업이 필요하므로, 별도의 냉각수 가열식 전기 히터를 각각 구성하여 사용한다. 즉, 배터리 모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 배터리 모듈 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술이 사용되고 있다.
여기서, 차량 실내 공조를 위한 공조시스템의 경우 주행거리 증대를 위해 난방 에너지 소모를 최소화하기 위한 히트펌프 기술이 적용되어, 에너지 소모량을 최소화한다. 공조시스템은 냉방공기와 난방공기의 제공을 선택적으로 조절하기 위한 온도조절 도어가 구비되고, 증발기 및 히터기에 따른 각 구성들이 각기 이격되어 배치됨에 따라 전체 크기가 증가된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2008-0092527 A (2008.10.16)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 하나의 열교환기로 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절함에 따라 냉각 회로가 단순화되고, 모드 별로 공조공기의 온도를 조절하기 위한 템프 도어가 사용되지 않음에 따라 공조기의 패키지가 축소되는 통합형 공조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템은 압축기가 구비되고 냉매가 유통되는 냉매 라인; 냉매 라인에서 압축기를 통과한 냉매가 유입되는 실내 열교환기 및 실외 열교환기; 압축기에서 배출된 냉매가 실내 열교환기 또는 실외 열교환기에 선택적으로 유통되도록 하는 전환밸브; 냉매 라인에서 실내 열교환기 또는 실외 열교환기를 통과한 냉매가 유입되도록 배치되고, 다른 열교환매체와 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 하는 통합 열교환기; 실내 열교환기에 유입되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창기; 통합 열교환기에 유입되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2 팽창기; 및 실내 열교환기가 흡열하는 냉방 모드, 실내 열교환기가 방열하는 난방 모드, 제습 모드에 따라 전환밸브를 통한 냉매의 유통방향 및 각 팽창기의 제어를 통해, 각 모드에 적합한 공조공기가 실내 열교환기를 통해 생성되도록 하는 제어기;를 포함한다.
냉각수가 유통되고, 제1 워터펌프, PE부품, 제1 라디에이터, 제1 밸브를 포함하며, 냉각수가 냉매와 열교환되도록 통합 열교환기에 연결되어, 제1 밸브에 의해 냉각수가 제1 라디에이터 또는 통합 열교환기에 선택적으로 유통되는 제1 냉각수라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
냉각수가 유통되고, 제2 워터펌프, 배터리, 제2 라디에이터, 제2 밸브를 포함하며, 냉각수가 냉매와 열교환되도록 통합 열교환기에 연결되어, 제2 밸브에 의해 냉각수가 제2 라디에이터 또는 통합 열교환기에 선택적으로 유통되는 제2 냉각수라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 제습 모드시, 냉난방 모드 또는 히트펌프 수행에 따른 압축기의 구동 여부를 입력받고, 압축기가 구동되지 않을 경우 외기가 디프로스트 토출되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 냉방 모드시, 전환밸브의 제어를 통해 압축기에서 배출된 냉매가 실외 열교환기에 유통되도록 하며, 제1 팽창기가 팽창 동작되도록 하여 실내 열교환기에서 냉방 공기가 형성되도록 하고, 제2 팽창기가 선택적으로 팽창 동작되도록 하여 냉매와 열교환 매체의 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 난방 모드시, 전환밸브의 제어를 통해 압축기에서 배출된 냉매가 실내 열교환기에 유통되도록 하여 실내 열교환기에서 난방 공기가 형성되도록 하고, 제1 팽창기가 팽창 동작되고 제2 팽창기가 선택적으로 개방 동작되도록 하여 냉매와 열교환 매체의 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 하는 것을 특징으로 한다.
동작 여부에 따라 난방 공기를 형성하는 히터기;를 더 포함하고, 제어기는 실내 열교환기에서 생성된 난방 공기만으로 실내 온도 조건을 만족하지 못할 경우 히터기를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
제어기는 난방 모드인 상태에서 제습 모드시, 온도 센서부부를 통해 외기 온도 정보를 더 입력받고, 외기 온도가 설정온도 미만일 경우 외기가 디프로스트 토출되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 난방 모드인 상태에서 제습 모드시, 외기 온도 정보를 입력받고, 외기 온도가 설정온도 이상일 경우 압축기의 구동이 중지되도록 하며, 히터기의 제어를 통해 난방 공기의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 냉매압 센서부를 통해 냉매 압력 정보를 더 입력받고, 압축기의 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 제습 모드 해제시, 압축기의 구동이 중지되도록 하고, 압축기의 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 난방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 압축기 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압이 되는 설정 시간이 기저장되고, 압축기의 구동이 중지된 후 경과 시간이 설정 시간을 초과한 경우 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 제습 모드 해제시, 압축기의 구동이 중지되도록 하고, 압축기의 구동이 중지된 후 경과 시간이 설정 시간을 초과한 경우 난방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 실내 열교환기를 통해 냉방 공기를 형성한 이후 시동 오프시, 시동 오프된 이후 경과 시간이 일정 시간을 초과한지 확인하고, 일정 시간을 초과시 난방 모드에 따른 제어가 미리 설정된 건조 시간 동안 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어기는 외기가 도입되도록 하고, 블로워가 구동되도록 하며, 난방 모드에 의해 승온된 실내 열교환기의 온도가 기설정된 건조 온도에 도달하면 압축기의 구동이 중지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 통합형 공조 시스템은 하나의 실내 열교환기로 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절함에 따라 냉각 회로가 단순화되고, 모드 별로 공조공기의 온도를 조절하기 위한 템프 도어가 사용되지 않음에 따라 공조기의 패키지가 축소된다.
또한, 하나의 실내 열교환기로 제습시, 실내 열교환기에 유통되는 냉매의 압력을 안정화시키는 과정을 통해 냉매 라인 상의 부품들이 안정화되고, 실내 열교환기의 흡열 또는 방열 동작이 최적화된다.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템의 구성도.
도 3은 도 1에 도시된 통합형 공조 시스템의 냉방 모드를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 1에 도시된 통합형 공조 시스템의 난방 모드를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템의 제어 순서도.
도 6은 도 5에 도시된 제어 순서도에서 냉매 안정화에 따른 일실시예를 나타낸 순서도.
도 7은 도 5에 도시된 제어 순서도에서 냉매 안정화에 따른 다른 실시예를 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템의 습기 제거에 따른 제어 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부" 는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제어기(Controller) 는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템의 구성도이다.
또한, 도 3은 도 1에 도시된 통합형 공조 시스템의 냉방 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 통합형 공조 시스템의 난방 모드를 설명하기 위한 도면이다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템의 제어 순서도이고, 도 6은 도 5에 도시된 제어 순서도에서 냉매 안정화에 따른 일실시예를 나타낸 순서도이며, 도 7은 도 5에 도시된 제어 순서도에서 냉매 안정화에 따른 다른 실시예를 나타낸 순서도이고, 도 8은 본 발명에 따른 통합형 공조 시스템의 습기 제거에 따른 제어 순서도이다.
본 발명에 따른 통합형 공조 시스템은 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 압축기(11)가 구비되고 냉매가 유통되는 냉매 라인(10); 냉매 라인(10)에서 압축기(11)를 통과한 냉매가 유입되는 실내 열교환기(12) 및 실외 열교환기(13); 압축기(11)에서 배출된 냉매가 실내 열교환기(12) 또는 실외 열교환기(13)에 선택적으로 유통되도록 하는 전환밸브(14); 냉매 라인(10)에서 실내 열교환기(12) 또는 실외 열교환기(13)를 통과한 냉매가 유입되도록 배치되고, 다른 열교환매체와 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 하는 통합 열교환기(15); 실내 열교환기(12)에 유입되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창기(16); 통합 열교환기(15)에 유입되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2 팽창기(17); 및 실내 열교환기(12)가 흡열하는 냉방 모드, 실내 열교환기(12)가 방열하는 난방 모드, 제습 모드에 따라 전환밸브(14)를 통한 냉매의 유통방향 및 각 팽창기의 제어를 통해, 각 모드에 적합한 공조공기가 실내 열교환기(12)를 통해 생성되도록 하는 제어기(C);를 포함한다.
본 발명은 냉매 라인(10)에 구비된 실내 열교환기(12)를 통해 난방 공기 또는 냉방 공기를 선택적으로 형성한다.
즉, 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 냉매가 전환밸브(14)에 의해 실외 열교환기(13)를 통과함에 따라 응축되고, 응축된 냉매가 제1 팽창기(16)를 통해 팽창된 후 실내 열교환기(12)에 유통됨에 따라, 실내 열교환기(12)는 증발기로 작용되어 흡열을 통해 냉방 공기를 형성할 수 있다.
또한, 압축기(11)에서 압축된 고온고압의 냉매가 전환밸브(14)에 의해 실내 열교환기(12)에 유통되면, 실내 열교환기(12)는 컨덴서로 작용되어 방열을 통해 난방 공기를 형성할 수 있다. 여기서, 실내 열교환기(12)와 더불어 히터기(40)가 더 구성되어 난방 공기의 난방열을 보충할 수 있다. 이러한 히터기(40)는 PTC로 구성될 수 있으며, 공조기(A) 내부에는 별도의 도어(B)를 더 마련하여 냉방 또는 난방 조건에서 공조공기의 유량 및 냉난방 효율을 확보할 수 있다.
또한, 냉매 라인(10)에는 압축기(11)의 전단에 어큐뮬레이터(18)가 마련될 수 있다. 어큐뮬레이터(18)는 증발된 냉매를 도입하여 기상 냉매를 분리하기 위해 마련되는 것이다.
이렇게, 실내 열교환기(12) 및 히터기(40)를 통해 생성된 난방공기 및 냉방공기는 공조기(A)를 통해 실내에 토출되어, 실내의 요구 온도에 따른 공조공기를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 하나의 실내 열교환기(12)로 공조공기의 온도를 조절함으로써 냉각 회로가 단순화된다.
한편, 본 발명은 통합 열교환기(15)를 통해 냉매와 다른 열교환매체가 열교환됨에 따라 히트펌프가 구현될 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 냉각수가 유통되고, 제1 워터펌프(21), PE부품(22), 제1 라디에이터(23), 제1 밸브(24)를 포함하며, 냉각수가 냉매와 열교환되도록 통합 열교환기(15)에 연결되어, 제1 밸브(24)에 의해 냉각수가 제1 라디에이터(23) 또는 통합 열교환기(15)에 선택적으로 유통되는 제1 냉각수라인(20); 및 냉각수가 유통되고, 제2 워터펌프(31), 배터리(32), 제2 라디에이터(33), 제2 밸브(34)를 포함하며, 냉각수가 냉매와 열교환되도록 통합 열교환기(15)에 연결되어, 제2 밸브(34)에 의해 냉각수가 제2 라디에이터(33) 또는 통합 열교환기(15)에 선택적으로 유통되는 제2 냉각수라인(30);을 더 포함한다.
즉, 제1 냉각수라인(20)에는 제1 워터펌프(21)의 동작에 의해 냉각수가 순환되어 PE부품(22)을 냉각하게 된다. 여기서, PE부품(22)은 전기 모빌리티의 전장 부품으로서, 원활한 동작 조건을 만족하기 위해 온도가 관리되어야 한다. 이렇게, PE부품(22)을 냉각한 냉각수는 제1 밸브(24)의 개폐 조건에 따라 통합 열교환기(15) 또는 제1 라디에이터(23)로 유통됨으로써, 통합 열교환기(15)에 유통시 냉매와 열교환되어 냉각이 수행될 수 있고, 제1 라디에이터(23)로 유통시 외기와 열교환되어 냉각이 수행될 수 있다. 이를 통해, 제1 냉각수라인(20)에서 PE부품(22)은 적정 온도로 관리될 수 있으며, 통합 열교환기(15)에서 냉각수와 냉매의 열교환을 통해 냉매의 온도가 조절되어 히트 펌프가 구현될 수 있다.
한편, 제2 냉각수라인(30)에는 제2 워터펌프(31)의 동작에 의해 냉각수가 순환되어 배터리(32)를 냉각하게 된다. 이렇게 배터리(32)를 냉각한 냉각수는 제2 밸브(34)의 개폐 조건에 따라 통합 열교환기(15) 또는 제2 라디에이터(33)로 유통됨으로써, 통합 열교환기(15)에 유통시 냉매와 열교환되어 냉각이 수행될 수 있고, 제2 라디에이터(33)로 유통시 외기와 열교환되어 냉각이 수행될 수 있다. 이를 통해, 제2 냉각수라인(30)에서 배터리(32)는 적정 온도로 관리될 수 있으며, 통합 열교환기(15)에서 냉각수와 냉매의 열교환을 통해 냉매의 온도가 조절되어 히트 펌프가 구현될 수 있다. 여기서, 제2 냉각수라인(30)에는 배터리(32)의 효율적인 온도 관리를 위해 수가열히터(35)가 더 포함될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 냉매 라인(10)에서 냉매의 순환을 통해 실내 열교환기(12)에서 공조공기의 온도를 조절할 수 있고, 제1 냉각수라인(20) 및 제2 냉각수라인(30)에 순환되는 냉각수와 냉매의 열교환을 통해, 각 부품의 온도 관리와 더불어 히트펌프를 구현하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 제어기(C)의 냉방 모드, 난방 모드, 제습 모드에 대해서는 하기에 자세히 설명하도록 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어기(C)는 냉방 모드시, 전환밸브(14)의 제어를 통해 압축기(11)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(13)에 유통되도록 하며, 제1 팽창기(16)가 팽창 동작되도록 하여 실내 열교환기(12)에서 냉방 공기가 형성되도록 하고, 제2 팽창기(17)가 선택적으로 팽창 동작되도록 하여 냉매와 열교환 매체의 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 한다.
즉, 제어기(C)는 냉방 모드시, 전환밸브(14)를 제어하여 압축기(11)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(13)로 이동되도록 하여 실외 열교환기(13)에서 냉매가 응축되고, 제1 팽창기(16)가 팽창 동작되도록 하여 실외 열교환기(13)를 통과하여 응축된 냉매가 제1 팽창기(16)를 통해 팽창된 후 실내 열교환기(12)에 유입됨에 따라, 실내 열교환기(12)는 증발기의 역할을 수행하여 외부 열의 흡열을 통해 냉방 공기가 형성되도록 한다.
이와 더불어, 제어기(C)는 PE부품(22) 또는 배터리(32)의 온도 조건 또는 냉각수의 온도 조건에 따라 제2 팽창기(17)의 팽창 동작을 선택적으로 제어한다. 이를 통해, 제2 팽창기(17)의 팽창 동작시, 실외 열교환기(13)를 통과하여 응축된 냉매가 제2 팽창기(17)를 통해 팽창된 후 통합 열교환기(15)에서 다른 열교환매체인 냉각수의 열을 흡열함으로써 냉각수가 냉각될 뿐만 아니라 냉매의 온도가 관리되어 냉매와 냉각수의 효율적인 열 운용이 가능하다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어기(C)는 난방 모드시, 전환밸브(14)의 제어를 통해 압축기(11)에서 배출된 냉매가 실내 열교환기(12)에 유통되도록 하여 실내 열교환기(12)에서 난방 공기가 형성되도록 하며, 제1 팽창기(16)가 팽창 동작되고 제2 팽창기(17)가 선택적으로 개방 동작되도록 하여 냉매와 열교환 매체의 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 한다.
즉, 제어기(C)는 난방 모드시, 전환밸브(14)를 제어하여 압축기(11)에서 배출된 냉매가 실내 열교환기(12)로 이동되도록 한다. 이로 인해, 실내 열교환기(12)는 컨덴서의 역할을 수행하여 방열을 통해 외부 공기를 가열하여 난방 공기가 형성되도록 한다. 여기서, 제어기(C)는 제1 팽창기(16)가 팽창 동작되도록 하여 실내 열교환기(12)를 통과한 냉매가 팽창된 후 실외 열교환기(13)에서 외부 열을 흡열 후 압축기(11)로 재순환될 수 있다.
이와 더불어, 제어기(C)는 PE부품(22) 또는 배터리(32)의 온도 조건 또는 냉각수의 온도 조건에 따라 제2 팽창기(17)의 개방을 선택적으로 제어한다. 이를 통해, 제2 팽창기(17)의 개방 동작시, 실내 열교환기(12) 및 제1 팽창기(16)를 통과한 냉매가 통합 열교환기(15)에서 다른 열교환매체의 열을 흡열함으로써 냉각수가 냉각될 뿐만 아니라 냉매의 온도가 관리되어 냉매와 냉각수의 효율적인 열 운용이 가능하다.
한편, 본 발명은 하나의 실내 열교환기(12)로 냉난방을 수행하고, 실내 열교환기(12)의 효율적인 제습 제어를 수행한다. 이에 따라 제습 모드는 도 3에 따른 냉방 모드와 동일하게 수행될 수 있으며, 난방 중 제습시 히터기(40)가 더 동작될 수 있다.
본 발명에서 제습 모드는 다양한 실시 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 제어기(C)의 제어는 도 5 내지 도 7의 순서도에 따라 다양한 실시 형태로 적용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제어기(C)는 제습 모드시, 압축기(11)의 구동 여부를 확인하는 단계(S1)를 수행한다. 또한, 압축기(11)가 구동되는 경우 히트펌프가 수행되는지 판단하는 단계(S2)를 수행하고, 히트펌프가 수행되지 않을 경우 제습 모드에 따른 제어가 수행되지 않도록 한다. 즉, 히트펌프가 수행되지 않는 상태에서는 통합 열교환기(15)를 통한 열교환이 수행되지 않음에 따라 냉매 흐름을 통한 제습 동작 효율이 저하되기 때문에, 히트펌프의 수행 여부를 확인하는 것이다.
이후, 압축기(11)의 구동 여부가 확인된 상태에서 제습 모드의 수행 여부를 확인하고, 제습 모드 수행시 압축기(11)의 구동 상황과 압축기(11)가 구동되지 않은 상황에서 모두 외기가 디프로스트 토출되도록 하는 단계(S3~S6)가 수행되도록 한다.
여기서, 제어기(C)는 사용자가 직접 조작하여 제습 모드를 수행하거나, 실내 또는 윈드쉴드에 장착된 별도의 습기 센서부(SR1)를 통해 습기 발생 유무를 입력받아 제습 모드를 선택적으로 수행할 수 있다.
한편, 제어기(C)는 압축기(11)가 구동되지 않은 상태에서 제습 모드 중 실내 온도를 조절하거나 히트펌프가 수행하는 경우 압축기(11)가 구동되도록 하는 단계(S7, S8)를 수행한다.
한편, 제어기(C)는 난방 모드인 상태에서 제습 모드시, 온도 센서부(SR2)를 통해 외기 온도 정보를 더 입력받고, 외기 온도가 설정온도 미만일 경우 외기가 디프로스트 토출되도록 하는 단계(S9)를 수행한다.
본 발명은 하나의 실내 열교환기(12)로 냉난방을 수행한다. 여기서, 냉방 모드의 경우 실내 열교환기(12)가 증발기의 역할을 수행함에 따라 공기의 제습이 수행되지만, 난방 모드의 경우 실내 열교환기(12)가 컨덴서의 역할을 수행함에 따라 공기 제습에 한계가 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명은 난방 모드에서 효율적인 제습을 수행하기 위한 제어를 수행한다.
상세하게, 제어기(C)는 난방 모드인 상태에서 제습 모드시, 온도 센서부(SR2)를 통해 외기 온도를 입력받는다. 여기서, 설정온도는 0℃가 될 수 있다.
즉, 외기 온도가 0℃ 미만일 경우, 수분이 얼어붙는 현상이 발생된다. 이에 따라, 실내 열교환기(12)를 증발기 역할로 전환시, 실내 열교환기(12)의 표면에 발생된 수분이 얼어붙어 공기 유통이 차단되고 부품 간의 손상이 발생될 수 있다.
따라서, 제어기(C)는 외기 온도가 설정 온도 미만일 경우 외기를 도입하는 제어만을 수행함으로써, 외기만으로 습기 제거가 수행되도록 한다.
한편, 제어기(C)는 난방 모드인 상태에서 제습 모드시, 외기 온도 정보를 입력받고, 외기 온도가 설정온도 이상일 경우 압축기(11)의 구동이 중지되도록 하며, 히터기(40)의 제어를 통해 난방 공기의 온도를 조절하는 단계(S9, S10)를 수행한다.
즉, 외기 온도가 0℃ 이상일 경우 물이 얼어붙지 않기 때문에, 실내 열교환기(12)를 증발기 역할로 전환하여 제습공기를 형성할 수 있는 조건을 만족하게 된다. 이에 따라, 제어기(C)는 외기 온도가 0℃ 이상일 경우 난방 모드를 수행하기 위해 구동되는 압축기(11)가 구동 중지되도록 하고, 난방 공기의 부족한 난방열은 히터기(40)의 동작을 제어하여 실내에서 요구하는 온도를 만족할 수 있도록 한다.
이렇게 본 발명은 압축기(11)의 구동을 중지시킴에 따라 냉매의 압력을 저하시켜 냉매의 압력을 안정화한다. 즉, 실내 열교환기(12)를 컨덴서 역할에서 증발기 역할로 전환시키기 위해서는 냉매의 순환 방향을 반대 방향으로 전환시켜야 한다. 이때, 냉매의 압력이 높은 상태에서 냉매의 순환 방향을 전환시킬 경우 고압의 냉매가 급격하게 방향 전환됨에 따라, 팽창기 또는 밸브에서 충격에 의해 소음이 발생되거나 부품의 손상이 발생될 수 있다.
이후 제어기(C)는 냉매 안정화 단계(S100)를 수행함으로써, 냉매의 압력을 안정화하여 안정적인 제습 모드가 구현되도록 한다. 이에 따른, 본 발명의 냉매 안정화 단계(S100)는 냉매의 압력을 안정화시키기 위해 하기와 같은 방법이 수행될 수 있다.
냉매 안정화에 따른 일실시예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어기(C)는 냉매압 센서부(S2)를 통해 냉매 압력 정보를 더 입력받고, 압축기(11)의 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 제습을 위해 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 단계(S101, S102)를 수행한다.
여기서, 기준 냉매압은 냉매의 순환 방향 전환시, 각 팽창기를 포함한 부품들의 이상 여부가 발생되지 않고, 냉매의 순환 방향이 안정적으로 전환될 수 있는 데이터 값으로서, 미리 실험을 통해 결정될 수 있다.
이렇게, 제어기(C)는 냉매압 센서부(SR3)를 통해 입력된 냉매라인 상의 냉매압을 기준 냉매압과 비교하고, 입력된 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 냉매의 압력이 안정화된 것으로 판단하여 제습을 위한 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 한다. 즉, 제어기(C)는 전환밸브(14)를 제어하여 압축기(11)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(13)로 이동되도록 하여 실외 열교환기(13)에서 냉매가 응축되고, 제1 팽창기(16)가 팽창 동작되도록 하여 실외 열교환기(13)를 통과한 응축된 냉매가 제1 팽창기(16)를 통해 팽창된 후 실내 열교환기(12)에 유입됨에 따라, 실내 열교환기(12)는 증발기의 역할을 수행하여 제습된 공기가 실내에 제공되도록 하는 것이다.
또한, 제어기(C)는 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절하기 위해 히터기(15)를 선택적으로 동작하는 단계(S103)를 선택적으로 더 수행할 수 있다.
한편, 제어기(C)는 제습 모드 해제시, 압축기(11)의 구동이 중지되도록 하는 단계(S104, S105)를 수행한다.
여기서, 제어기(C)는 사용자의 의도에 따라 제습 모드가 해제되거나, 윈드쉴드에 장착된 별도의 습기 센서부(SR1)를 통해 습기가 제거된 것으로 판단시, 제습 모드를 해제할 수 있다.
또한, 제어기(C)는 냉매압이 기준 냉매압 이하인지 판단하고, 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 난방 모드 및 히트펌프 구현을 위한 제어가 수행되도록 하는 단계(S106, 107)를 수행한다. 이때, 제어기(C)는 실내 열교환기(12)에 발생된 잔류 응축수 제거를 위해 내외기 도어의 위치 전환이 딜레이되도록 할 수 있다.
이렇게, 제어기(C)는 제습 모드 해제시, 다시 난방 모드로 전환하기 위해 냉매를 안정화한다. 즉, 제어기(C)는 냉매압 센서부(SR3)를 통해 입력된 냉매 라인(10) 상의 냉매압을 기준 냉매압과 비교하고, 입력된 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 냉매의 압력이 안정화된 것으로 판단하여 다시 난방 모드에 따른 제어가 수행되도록 한다.
이를 통해, 본 발명은 난방 모드에서 실내의 온도 조건에 따라 난방 공기를 제공할 수 있으며, 제습된 공기를 안정적으로 제공하여 제습 효율을 확보할 수 있다.
한편, 냉매 안정화에 따른 다른 실시예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 제어기(C)는 압축기(11) 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압이 되는 설정 시간이 기저장되고, 압축기(11)의 구동이 중지된 후 경과 시간이 설정 시간을 초과한 경우 제습을 위해 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 단계(S110, S111)
여기서, 설정 시간은 냉매의 순환 방향을 전환시, 각 팽창기를 포함한 부품들의 이상 여부가 발생되지 않고, 냉매의 순환 방향이 안정적으로 전환될 수 있는 데이터 값으로서, 미리 실험을 통해 결정될 수 있다.
이렇게, 제어기(C)는 압축기(11)의 구동이 중지된 후 경과 시간을 확인하고, 경과 시간이 설정 시간을 초과하는 경우 냉매의 압력이 안정화된 것으로 판단하여 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 한다. 즉, 제어기(C)는 전환밸브(14)를 제어하여 압축기(11)에서 배출된 냉매가 실외 열교환기(13)로 이동되도록 하여 실외 열교환기(13)에서 냉매가 응축되고, 제1 팽창기(16)가 팽창 동작되도록 하여 실외 열교환기(13)를 통과한 응축된 냉매가 제1 팽창기(16)를 통해 팽창된 후 실내 열교환기(12)에 유입됨에 따라, 실내 열교환기(12)는 증발기의 역할을 수행하여 제습된 공기가 실내에 제공되도록 하는 것이다.
또한, 제어기(C)는 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절하기 위해 히터기(15)를 선택적으로 동작하는 단계(S113)를 더 수행할 수 있다.
한편, 제어기(C)는 제습 모드 해제시, 압축기(11)의 구동이 중지되도록 하는 단계(S114, S115)를 수행한다.
여기서, 제어기(C)는 사용자의 의도에 따라 제습 모드가 해제되거나, 윈드쉴드에 장착된 별도의 습기 센서부(SR1)를 통해 습기가 제거된 것으로 판단시, 제습 모드를 해제할 수 있다.
또한, 제어기(C)는 압축기(11)의 구동이 중지된 후 경과 시간이 설정 시간을 초과한 경우 난방 모드 및 히트펌프 구현을 위한 제어가 수행되도록 하는 단계(S116, S117)를 수행한다. 이때, 제어기(C)는 실내 열교환기(12)에 발생된 잔류 응축수 제거를 위해 내외기 도어의 위치 전환이 딜레이되도록 할 수 있다.
이렇게, 제어기(C)는 제습 모드 해제시, 다시 난방모드로 전환하기 위해 냉매를 안정화한다. 즉, 제어기(C)는 압축기(11)의 구동을 중지시키고, 압축기(11)의 구동이 중지된 시점으로부터 경과된 시간이 설정 시간을 초과한 경우 냉매의 압력이 안정화된 것으로 판단하여 다시 난방 모드에 따른 제어가 수행되도록 한다.
이를 통해, 본 발명은 난방 모드에서 실내의 온도 조건에 따라 난방 공기를 제공할 수 있으며, 제습된 공기를 안정적으로 제공하여 제습 효율을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명은 모빌리티의 시동이 오프된 후 실내 열교환기(12)에 발생된 습기에 의해 곰팡이 및 미생물 발생에 의한 오염을 방지되도록 한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제어기(C)는 실내 열교환기(12)를 통해 냉방 공기를 형성한 후 시동 오프시, 시동 오프된 이후 경과 시간이 일정 시간을 초과한지 확인하고, 일정 시간을 초과시 난방 모드에 따른 제어가 미리 설정된 건조 시간 동안 유지되도록 한다.
또한, 제어기(C)는 외기가 도입되도록 하고, 블로워가 구동되도록 하며, 난방 모드에 의한 공기의 온도가 기설정된 건조 온도에 도달하면 압축기의 구동이 중지되도록 한다.
즉, 제어기(C)는 실내 열교환기(12)가 증발기 역할을 수행한지 확인하는 단계(S11)를 수행한다. 이때, 제어기는(C)는 실내 열교환기(12)가 증발기 역할을 수행함에 따른 냉방 모드가 응축수가 발생하는데 필요한 최소 시간을 경과하는지 확인하는 단계(S12)를 더 수행할 수 있다.
이후, 모빌리티의 시동이 오프되면, 시동이 오프된 시점으로부터 경과 시간이 일정 시간을 초과한지 확인하는 단계(S13, S14)를 수행한다. 여기서, 일정 시간은 30분 정도로 저장될 수 있으며, 모빌리티의 시동이 오프된 후 바로 오염 방지 제어를 수행할 경우 실내 탑승자에게 이질감이 발생될 수 있고, 냉매의 순환 방향을 전환함에 따라 부품의 손상 또는 소음이 발생될 수 있는바, 해당 제어는 모빌리티의 시동이 오프된 후 일정 시간이 경과되면 수행되도록 한다.
이렇게, 모빌리티의 시동이 오프된 후 일정 시간을 초과하면, 제어기(C)는 난방 모드에 따른 제어가 건조 시간 동안 유지되도록 하는 단계(S15, S16)를 수행한다. 여기서, 건조 시간은 실내 열교환기(12)가 컨덴서 역할을 수행함에 따른 방열에 의해 실내 열교환기(12)에 발생된 수분이 제거되는 시간으로 결정될 수 있다.
이와 더불어, 제어기(C)는 외기가 도입되도록 하고, 블로워가 구동되도록 하는 단계(S17, S18)를 수행한다. 또한, 제어기(C)는 난방 모드에 의해 승온된 실내 열교환기(12)의 온도가 기설정된 건조 온도에 도달하면 압축기의 구동이 중지되도록 하는 단계(S19, S20)를 수행한다. 여기서, 건조 온도는 실내 열교환기(12)를 통과하는 공기의 온도가 응축수를 원활히 제거 가능한 온도로 결정될 수 있다.
즉, 공조기(A) 내에 구비된 블로워가 함께 구동되고, 외기가 도입되어 실내 열교환기(12)에 발생된 수분이 신속하게 제거되도록 할 수 있다. 또한, 실내 열교환기(12)가 건조 온도에 도달함에 따라 실내 열교환기(12)에 발생된 응축수 제거가 가속화될 수 있다.
이로 인해, 실내 열교환기(12)는 모빌리티의 시동 오프 후 수분에 의한 오염이 방지되어, 실내에 제공되는 공조공기의 쾌적함이 유지될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 통합형 공조 시스템은 하나의 실내 열교환기로 실내에 제공되는 공조공기의 온도를 조절함에 따라 냉각 회로가 단순화되고, 모드 별로 공조공기의 온도를 조절하기 위한 템프 도어가 사용되지 않음에 따라 공조기의 패키지가 축소된다.
또한, 하나의 실내 열교환기로 제습시, 실내 열교환기에 유통되는 냉매의 압력을 안정화시키는 과정을 통해 냉매 라인 상의 부품들이 안정화되고, 실내 열교환기의 흡열 또는 방열 동작이 최적화된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10:냉매 라인 11:압축기
12:실내 열교환기 13:실외 열교환기
14:전환밸브 15:통합 열교환기
16:제1 팽창기 17:제2 팽창기
18:어큐뮬레이터 20:제1 냉각수라인
21:제1 워터펌프 22:PE부품
23:제1 라디에이터 24:제1 밸브
25:리저버 30:제2 냉각수라인
31:제2 워터펌프 32:배터리
33:제2 라디에이터 34:제2 밸브
35:수가열히터 40:히터기
A:공조 B:도어
C:제어기 SR1:습기 센서부
SR2:온도 센서부 SR3:냉매압 센서부

Claims (15)

  1. 압축기가 구비되고 냉매가 유통되는 냉매 라인;
    냉매 라인에서 압축기를 통과한 냉매가 유입되는 실내 열교환기 및 실외 열교환기;
    압축기에서 배출된 냉매가 실내 열교환기 또는 실외 열교환기에 선택적으로 유통되도록 하는 전환밸브;
    냉매 라인에서 실내 열교환기 또는 실외 열교환기를 통과한 냉매가 유입되도록 배치되고, 다른 열교환매체와 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 하는 통합 열교환기;
    실내 열교환기에 유입되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창기;
    통합 열교환기에 유입되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2 팽창기; 및
    실내 열교환기가 흡열하는 냉방 모드, 실내 열교환기가 방열하는 난방 모드, 제습 모드에 따라 전환밸브를 통한 냉매의 유통방향 및 각 팽창기의 제어를 통해, 각 모드에 적합한 공조공기가 실내 열교환기를 통해 생성되도록 하는 제어기;를 포함하는 통합형 공조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    냉각수가 유통되고, 제1 워터펌프, PE부품, 제1 라디에이터, 제1 밸브, 리저버를 포함하며, 냉각수가 냉매와 열교환되도록 통합 열교환기에 연결되어, 제1 밸브에 의해 냉각수가 제1 라디에이터 또는 통합 열교환기에 선택적으로 유통되는 제1 냉각수라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    냉각수가 유통되고, 제2 워터펌프, 배터리, 제2 라디에이터, 제2 밸브를 포함하며, 냉각수가 냉매와 열교환되도록 통합 열교환기에 연결되어, 제2 밸브에 의해 냉각수가 제2 라디에이터 또는 통합 열교환기에 선택적으로 유통되는 제2 냉각수라인;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 제습 모드시, 냉난방 모드 또는 히트펌프 수행에 따른 압축기의 구동 여부를 입력받고, 압축기가 구동되지 않을 경우 외기가 디프로스트 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 냉방 모드시, 전환밸브의 제어를 통해 압축기에서 배출된 냉매가 실외 열교환기에 유통되도록 하며, 제1 팽창기가 팽창 동작되도록 하여 실내 열교환기에서 냉방 공기가 형성되도록 하고, 제2 팽창기가 선택적으로 팽창 동작되도록 하여 냉매와 열교환 매체의 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 난방 모드시, 전환밸브의 제어를 통해 압축기에서 배출된 냉매가 실내 열교환기에 유통되도록 하여 실내 열교환기에서 난방 공기가 형성되도록 하고, 제1 팽창기가 팽창 동작되고 제2 팽창기가 선택적으로 개방 동작되도록 하여 냉매와 열교환 매체의 열교환을 통해 히트펌프가 구현되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    동작 여부에 따라 난방 공기를 형성하는 히터기;를 더 포함하고,
    제어기는 실내 열교환기에서 생성된 난방 공기만으로 실내 온도 조건을 만족하지 못할 경우 히터기를 동작시키는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 난방 모드인 상태에서 제습 모드시, 온도 센서부부를 통해 외기 온도 정보를 더 입력받고, 외기 온도가 설정온도 미만일 경우 외기가 디프로스트 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    제어기는 난방 모드인 상태에서 제습 모드시, 외기 온도 정보를 입력받고, 외기 온도가 설정온도 이상일 경우 압축기의 구동이 중지되도록 하며, 히터기의 제어를 통해 난방 공기의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    제어기는 냉매압 센서부를 통해 냉매 압력 정보를 더 입력받고, 압축기의 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    제어기는 제습 모드 해제시, 압축기의 구동이 중지되도록 하고, 압축기의 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압 이하일 경우 난방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    제어기는 압축기 구동이 중지된 후 냉매압이 기준 냉매압이 되는 설정 시간이 기저장되고, 압축기의 구동이 중지된 후 경과 시간이 설정 시간을 초과한 경우 냉방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    제어기는 제습 모드 해제시, 압축기의 구동이 중지되도록 하고, 압축기의 구동이 중지된 후 경과 시간이 설정 시간을 초과한 경우 난방 모드에 따른 제어가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    제어기는 실내 열교환기를 통해 냉방 공기를 형성한 후 시동 오프시, 시동 오프된 이후 경과 시간이 일정 시간을 초과한지 확인하고, 일정 시간을 초과시 난방 모드에 따른 제어가 미리 설정된 건조 시간 동안 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    제어기는 외기가 도입되도록 하고, 블로워가 구동되도록 하며, 난방 모드에 의해 승온된 실내 열교환기의 온도가 기설정된 건조 온도에 도달하면 압축기의 구동이 중지되도록 하는 것을 특징으로 하는 통합형 공조 시스템.
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