KR20010007281A

KR20010007281A - 차량용 공조장치

Info

Publication number: KR20010007281A
Application number: KR1020000031172A
Authority: KR
Inventors: 히라오도요타카; 니와가즈키; 아키모토료사쿠; 그레고리에이. 메이저; 신 젱
Original assignee: 제네랄 모터즈 코포레이션; 마스다 노부유키; 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-01-26
Also published as: US20050257547A1; CN1288828A; US20030182955A1; EP1059182A3; KR100392622B1; DE60028129T2; EP1059182B1; DE60028129D1; JP2001001749A; CN1147401C; EP1059182A2

Abstract

본 발명의 과제는, 난방운전시에 있어서 난방 기동시의 가열 시간을 단축하는 동시에, 난방 능력을 향상시키는 데에 있다.

본 발명의 차량용 공조장치는, 실내열교환기(25)와, 실외열교환기(21)와, 가변용량압축기(31), 냉매경로에 의해 연결되고, 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히트펌프식 공조장치가 블로워 팬(24)과, 엔진냉각수계(37)에 접속된 히터코어(26)를 구비한 것으로서, 흡입공기의 유로가 되는 케이싱(23a) 내에 상류측에서 차례로 실내열교환기(25) 및 히터코어(26)를 배치하고, 히터코어(26)의 상부에 공기유로(35)를 형성하는 동시에, 공기유로(35)를 완전 밀폐 또는 완전 개방 상태로 전환하는 댐퍼(36)를 설치하는 공조부유니트(23)를 구비하도록 구성한다.

Description

차량용 공조장치{VEHICULAR AIR CONDITIONER}

본 발명은, 자동차 등의 차량에 설치된 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 특히 히트펌프식 공조장치가 엔진냉각수를 열원으로 하는 난방용 열교환기를 구비하고 있는 차량용 공조장치에 관한 것이다.

최근, 대기환경의 개선 요구, 지구환경문제에 동반하여, 저공해차, 대체에너지차에 대한 도입 욕구가 높아지고 있다. 이 가운데, 에너지원을 천연가스 등으로 전환하는 경우에는 기본적으로 연료만의 변경으로 원래의 내연기관엔진(이하 엔진이라 함)이 있기 때문에, 공조장치(이하 에어콘 이라 함)에 관한 기본 구성의 변경은 불필요하다.

그러나, 대체에너지 차량의 유력 후보중 하나인 전기자동차나 하이브리드카(구동원으로서 전동모터와 엔진을 병용)에 종래 차량의 에어콘을 그대로 적용하면, 난방운전시의 열원이나 냉방운전시의 압축기구동원을 다시 평가할 필요가 발생한다.

즉, 난방운전시에 있어서는, 종래 차량과 같이 가열원이 되는 엔진냉각수가 전혀 없지만(전기자동차), 혹은 엔진을 정지하여 전동모터만으로 주행한다는 모터주행모드가 있기 때문에 충분한 온수가 얻어지지 않는다(하이브리드카)는 문제가 발생한다.

또, 냉방운전시에 있어서는, 종래 차량과 같이 압축기의 구동원을 엔지만에 의지할 수 없고, 다른 구동원을 설치할 필요가 있다. 예컨대 하이브리드카의 경우, 전동모터만으로 주행하는 모터주행모드가 있거나, 혹은 엔진으로 주행하고 있어도 정차시에는 엔진을 정지하여 공운전을 행하지 않도록 한 것이 있기 때문에, 압축기의 구동원이 엔진에만 안정된 에어콘의 운전이 불가능하게 된다.

이와 같은 배경에서, 전기자동차나 하이브리드카 등의 차량에 설치하는 에어콘으로서, 가정용의 냉난방 에어콘 등에 이용되고 있는 히트펌프식을 채용하는 것이 행해지고 있다.

도 4는 종래의 히트펌프식 차량용 공조장치의 개략적인 구성예를 도시한 것으로서, 도면에서 참조번호(1)는 실내열교환기, 참조번호(2)는 컴프레서유니트, 참조번호(3)는 실외열교환기, 참조번호(4)는 외기흡입용 팬이다. 이 경우, 실외열교환기(3)는 컴프레서유니트(2) 등과 함께 동력실 내에 설치되어, 외기흡입용 팬(4)을 작동시키는 것에 의해, 동력실 내에 외기를 흡인할 수 있도록 되어 있다.

전술한 종래 구성에는, 냉매가 하기와 같이 순환하여 차 실내의 냉난방을 실시한다.

냉난방운전시의 냉매는, 도면에서 실선 화살표로 도시한 바와 같이 시계방향으로 순환한다. 컴프레서유니트(2) 내의 압축기에서 고온고압의 기체로 된 냉매는, 실내열교환기(1)에 보내진 차외의 공기(외기) 혹은 차실내공기(내기)와 열교환한다. 이 결과, 외기 또는 내기(이하 흡입공기라 함)는 고온고압의 기체냉매에서 열을 빼앗아 온풍이 되고, 동시에, 고온고압의 기체 냉매는 열을 빼앗아 응축액화하고, 고온고압의 액냉매로 된다.

계속해서, 고온고압의 액냉매는 컴프레서유니트(2)를 통과하여 저온저압의 액냉매가 되어 실외열교환기(3)로 보내지지만, 실외열교환기(3)에는, 저온저압의 액냉매가 외기에서 열을 흡수하여, 다시 컴프레서유니트(2)로 보내져 압축되고, 고온고압의 기체가 된다. 이하, 전술한 과정을 반복한다.

즉, 난방운전시에 있어서는, 실외열교환기(3)가 증발기로서 기능하고, 실내열교환기(1)가 응축기로서 기능하고 있다.

냉방·제습운전시의 냉매는, 도면에서 파선 화살표로 도시하는 바와 같이 반시계방향으로 순환한다. 컴프레서유니트(2) 내의 압축기에서 고온고압의 기체로 된 냉매는, 실외열교환기(3)로 보내져 외기와 열교환한다. 이 결과, 냉매는 외기에 열을 부여하여 응축액화하고, 고온고압의 액냉매로 된다. 이와 같이 하여 고온고압의 액냉매로 된 냉매는, 컴프레서유니트(2) 내의 트로틀 저항을 통과하여 저온저압의 액냉매로 되고, 실내열교환기(1)로 보내진다.

계속해서, 저온저압의 액냉매는, 실내열교환기(1)에서 차량 실내 공기에서 열을 빼았아 냉각하기 때문에, 냉풍을 차량 실내에 공급할 수 있고, 동시에, 냉매 자신은 증발기화하여 저온저압의 기체냉매로 된다. 이와 같이 저온저압의 기체로 된 냉매는, 다시 컴프레서유니트(2) 내의 압축기로 보내져 압축되고, 고온고압의 기체로 된다. 이하, 전술한 과정을 반복한다. 즉, 냉방운전시에 있어서는, 실내열교환기(1)가 증발기로서 기능하고, 실외열교환기(3)가 응축기로서 기능한다.

그런데, 전술한 종래의 히트펌프식 차량용 공조장치를, 내연기관을 구비한 차량, 예컨대 종래 차량이나 하이브리드카에 탑재하는 경우, 난방운전시에 있어서 엔진배열의 유효이용이 바람직하다.

즉, 엔진을 구동원으로 주행하고, 고온의 엔진냉각수를 열원으로 충분히 이용할 수 있는 운전 상황에는, 히터코어라 불리우는 난방용 열교환기를 설치하여 고온의 엔진냉각수를 도입하면, 히터코어를 통과하는 흡입공기를 가열하여 난방으로 할 수 있다.

이와 같은 차량용 공조장치의 종래기술로서, 일본국 특개소61-94811호 공보에 기재된 것이 있다. 이 종래기술에는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 온도조절을 에어믹스에 의해 행하는 것이기 때문에, 엔진냉각수를 열원으로 하는 히터코어를 경사시켜 설치하는 동시에, 이 히터코어의 열교환능력제어수단으로서 통과하는 공기량을 개도(開度)에 따라 조정하는 댐퍼를 설치한 구성으로 되어 있다.

일본국 특개소61-948121호의 장치는 유효한 것이지만, 보다 고성능화가 요구되고 있다.

상기 사정을 감안하여, 본 발명은, 난방운전시에 있어서 난방기동시 상승을 짧게하는 동시에, 난방능력을 향상시킬 수 있고, 게다가 송풍용 팬의 부하가 작게되는 차량용 공조장치의 제공을 목적으로 한다.

일본국 특개소61-94811호의 장치는, 냉방운전시에 히터코어를 통과하지 않는 유로를 가능한 크게 확보하는 것이나 에어믹스 성능을 중시하는 것에 기인하고, 결과적으로 흡입공기의 흐름을 복작하게 하는 경향이 있다. 즉, 히터코어를 경사시킨 상태로 설치하면, 통과거리가 길게 되기 때문에 히터코어를 통과하는 흡입공기의 압력손실이 크게 되고, 결과적으로 송풍용 팬의 부하가 증가한다는 문제가 있다. 게다가, 댐퍼에서 히터코어입구를 완전 밀폐 조작은 흡입공기가 통과할 수 있는 면적을 감소시키기 때문에, 히터코어 자체에 의한 압력 손실은 있지만 전체로서의 유로 저항을 증가하게 되어, 따라서, 이것에 의해도 송풍용 팬의 부하가 증가하게 된다.

이와 같이, 송풍용 팬의 부하가 증가하면, 그 구동원이 되는 전동모터의 소비전력이 증대하고, 또, 공조장치의 운전소음도 증대하는 문제가 발생한다. 게다가, 에어믹스에 의한 복잡한 공기의 흐름도, 송풍용 팬의 부하나 공조소음을 증가시키는 요인이 된다. 특히, 모터구동모드를 갖는 하이브리드카의 경우, 엔진소음이 없기 때문에 공조 소음이 현저하게 되고, 소비전력이 크다는 점은 주행가능 거리를 단축시키게 된다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 청구항 1에 따른 차량용 공조장치는, 냉매와 흡입공기 사이에 열교환을 행하는 실내열교환기와, 냉매와 외기 사이에 열교환을 행하는 실외열교환기와, 압축기, 트로틀 저항 및 4방 밸브를 구비하는 컴프레서유니트가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히터펌프식 공조장치가, 송풍용 팬과, 엔진냉각수계에 접속되어 난방용열교환기를 구비한다.

이 경우, 상기 난방용 열교환기가 상기 케이싱 내에 직립하여 설치되는 것이 바람직하고, 또, 상기 압축기가 가변용량형이 바람직하다.

이와 같은 차량용 공조장치에 의하면, 난방용 열교환기를 형성한 공기통로를 개폐수단에의해 완전 밀폐 또는 완전 개방으로 전환조작하도록 구성하기 때문에, 흡입공기의 통과가 개폐수단에 의해 차단되는 면적을 없게할 수 있고, 결과로서 유로의 압력손실이 저감될 수 있는 동시에 송풍용 팬의 부하를 저감할 수 있다. 그리고, 흡입공기의 흐름이 단순하게 되기 때문에, 송풍용 팬의 풍량을 제어하는 것에 의해, 흡출 습도를 용이하게 조정할 수 있다.

또, 난방용 열교환기를 직립시켜 설치하면, 난방용 열교환기의 통과 거리가 짧게 되기 때문에, 난방용 열교환기 자체의 압력 손실을 저감할 수 있다.

더욱이, 가변용량형의 압축기를 사용하는 것에 의해, 에어믹스에 의한 습도 조정이 불필요하게 된다.

본 발명의 청구항 4에 기재된 차량용 공조장치는, 냉매와 흡입공기 사이에 열교환을 행하는 실내열교환기와, 냉매와 외기 사이에 열교환을 행하는 실외열교환기와, 압축기, 트로틀 저항 및 4방 밸브를 구비하는 컴프레서유니트가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히터펌프식 공조장치가, 송풍용 팬과, 엔진냉각수계에 접속되어 난방용열교환기를 구비하는 차량용 공조장치로서, 상기 엔진냉각수계에 바이패스밸브를 설치하고, 상기 난방용 열교환기를 바이패스하여 엔진냉각수를 흐르는 바이패스유로를 형성가능하게 구성된다.

이 경우의 상기 바이패스밸브는, 유량제어밸브인 것이 바람직하다.

이와 같은 차량용 공조장치에 의하면, 난방이 불필요한 경우에 엔진냉각수의 전량을 바이패스유로로 유도하는 것으로, 난방용 열교환기에 엔진냉각수가 공급되지 않도록 할 수 있다. 따라서, 실내열교환기를 통과하여 냉풍이 된 흡입공기가, 난방용 열교환기에 의해 가열되어 온도 상승하는 것을 방지할 수 있다.

또, 바이패스밸브를 유량제어밸브로 하는 것으로, 난방용 열교환기에 공급하는 엔진냉각수와 유로로 유도하는 엔진냉각수와의 유량을 제어하기 때문에, 흡출 습도의 조정이 가능하게 된다.

본 발명의 청구항 6에 기재된 차량용 공조장치는, 냉매와 흡입공기 사이에 열교환을 행하는 실내열교환기와, 냉매와 외기 사이에 열교환을 행하는 실외열교환기와, 압축기, 트로틀 저항 및 4방 밸브를 구비하는 컴프레서유니트가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히터펌프식 공조장치가, 송풍용 팬과, 엔진냉각수계에 접속되어 난방용열교환기를 구비하는 차량용 공조장치로서, 상기 엔진냉각수계에 엔진 정지시에 작동하는 냉각펌프를 설치한다.

이와 같은 차량용 공조장치에 의하면, 엔진 정지시에 작동하는 냉각수펌프에 의해, 엔진정지시에 있어서도 엔진냉각수를 난방용 열교환기에 공급할 수 있기 때문에, 엔진정지시에도 엔진냉각수가 갖는 열을 유효 이용할 수 있다. 이와 같은 엔진냉각수의 배열이용은, 엔진정지시를 빈번히 실시하는 하이브리드카에서 특히 유효하다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 공조장치의 구성을 개략적으로 도시하는 계통도이고,

도 2는 도 1에 도시한 히트펌프식 차량용 공조장치를 탑재한 하이브리드카의 평면 배치도이고,

도 3은 종래예로서 히트펌프식 차량용 공조장치의 개략구성을 개략적으로 도시하는 계통도이며,

도 4는 차량용 공조장치의 종래 기술을 도시하는 도면이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

10 : 하이브리드 차량 11 : 모터

12 : 구동유니트 13 : 엔진

14 : 배터리 15 : 모터 제너레이터 유니트

16 : 엔진 냉각용 라디에이터 17 : 파워엘레멘트용 라디에이터

18 : 냉각용 팬 19 : 배터리 열교환기

20 : 컴프레서유니트 21 : 실외열교환기

23 : HPVM 24 : 블로워 팬

25 : 실내열교환기 31 : 압축기

33 : 4방 밸브 38 : 바이패스밸브

39 : 냉각수 펌프 50 : I/C·EGR 시스템

이하, 본 발명의 일 실시형태로서 차량용 공조장치를 탑재한 하이브리트카에 관해서 도면을 참조로 설명한다.

도 2에 있어서, 참조번호(10)는 하이브리드카이고, 차체 앞부분에 전륜구동용의 모터(11)를 내장한 구동유니트(12)를 구비하고, 차체 뒷부분의 동력실 내에는 후륜구동용의 엔진(13)을 구비하고 있다. 이 하이브리드카(10)는, 저속시 모터(11)를 구동원으로 하는 전륜구동차로 주행하고, 일정 속도 이상의 고속시에는 구동원을 엔진(13)으로 전환하여 후륜구동차로 주행한다. 또, 모터(11)를 차체 앞부분에 설치하기 때문에, 탑재 공간상의 이유 및 공기저항(Cd 값)의 저감을 고려하고, 엔진(13)을 차체 뒷부분에 설치하고 있다.

또, 엔진(13)과 모터(11)가 동시에 구동원으로서 기동되고, 4륜구동차로서 주행하는 경우도 있다.

도 2에 있어서, 참조번호(14)는 모터(11)의 전원이 되는 배터리이고, 참조번호(15)는 엔진(13)의 구동력을 전력으로 변환하어 배터리(14)에 축전하는 모터·제너레이터·유니트이다. 모터·제너레이터·유니트(15)에는 발전용 모터(도시생략)가 탑재되어 있고, 이 발전용 모터에 엔진(13)의 구동력을 전달시키는 것에 의해 충전이 행해진다. 모터·제너레이터·유니트(15)는 또, 전력에 의해 발전용 모터를 구동시키는 것에 의해, 배터리(14)에 축적된 전력을 구동력으로 변환하는 기능도 갖는다.

또, 참조번호(50)는, 엔진(13)에 설치된 I/C(인터쿨러)·EGR시스템이다.

또, 참조번호(16)는 엔진(13) 냉각용 라디에이터이고, 참조번호(17)은 엔진 냉각용 라디에이터(16)와 병설된 파워엘레멘트용 라디에이터이다, 파워엘레멘트용 라디에이터(17)는 구동용 모터(11), 모터·제너레이터·유니트(15)를 냉각하기 위한 것이다. 이들 엔진 냉각용 라디에이터(16), 파워엘레멘트용 라디에이터(17)는 라디에이터 냉각용 팬(18)을 구비하고 있고, 차체측면에서 흡입된 외기를 통과시켜 냉각하는 것으로 엔진 룸 내주위의 공기에 발열되도록 되어 있다.

게다가, 엔진(13)의 열을 배터리(14)에 부여하는 배터리열교환기(19)가 설치되어 있다.

다음에, 이 하이브리드카(10)에 탑재되는 에어콘에 관해서 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시하는 제1 실시형태에 관해서, 참조번호(20)는 냉매공급량이 가변의 컴프레서유니트, 참조번호(21)는 실외열교환기, 참조번호(22)는 외기흡입용 팬, 참조번호(23)는 HPVM(Heat Pump Ventilating Module)이라 불리우는 공조부유니트이고, 흡입공기의 유로가 되는 케이싱(23a)의 내부에는, 흐름방향으로 순차적으로 송풍용 팬으로 설치된 블로워 팬(24), 실내열교환기(25), 난방용열교환기인 히터코어(26) 등을 구비하고 있다.

실외열교환기(21)는, 차체 후부에 배치된 엔진 룸 내의 우측면부에 설치되고, 외기흡입용 팬(22)의 작동에 의해 차체 측면의 개구부에서 흡입된 외기와 열교환기 내부를 흐르는 냉매가 강제적으로 열교환된다. 공조부유니트(23)는 차체 후부의 중앙에 설치되고, 이 유니트(23) 전면에는 차체 하부 중앙을 따라 차체 전방으로 연장하는 덕트(27)가 접속되어 있다. 덕트(27)는 원통 형상으로 형성되어 있는 동시에, 이 덕트(27) 중앙부 및 전단부에는 각각 흡출부(28, 29)가 설치되어 있다. 이 경우, 흡출부(28)가 뒷좌석용, 흡출부(29)가 앞좌석용이지만, 필요에 따라 적절히 증감가능하다.

공조부유니트(23)는, 블로워 팬(24)의 작동에 의해 차외에서 흡인한 외기 또는 차 실내에서 흡인한 내기를 실내열교환기(25), 히터코어(26)를 통과시킨 것으로, 냉난방 및 제습을 행해 공기조화를 실시하는 모듈이다.

실내열교환기(25)는, 컴프레서유니트(20) 및 실외열교환기(21)와 냉매유로(30)에 의해 접속되어 히트펌프식 공조장치를 구성하고 있다. 컴프레서유니트(20) 내에는, 가변용량압축기(31), 어큐뮬레이터(32), 4방 밸브(33), 및 팽창밸브 등의 트로틀 저항(34)을 구비하고 있고, 가변용량압축기(31)를 운전하는 것으로 공조 부하에 따라 용량 제어된 냉매를 순환시켜 히트펌프운전이 실시된다. 이 경우, 흡출공기의 온도조정은, 가변용량압축기(31)에 의해 냉매공급량의 제어에 의해 실시된다.

또, 전술한 공조부유니트(23)에는, 케이싱(23a) 내에 직립하게 설치된 히터코어(26)의 상부에 공기유로(35)를 설치하는 동시에, 이 공기유로(35)를 완전 밀폐 또는 완전 개방을 선택적으로 전환하는 개폐수단으로서 댐퍼(36)를 설치하고 있다. 이 댐퍼(36)는, 케이싱(23a) 내의 상벽에 대해, 힌지(36a)를 갖고 요동가능하게 부착되어 있다.

따라서, 댐퍼(36)를 완전 밀폐한 상태에는, 블로워 팬(24)에 흡입된 흡입공기는, 그 전량이 실내열교환기(25) 및 히터코어(26)를 통과하여 공조하게 된다. 이 경우, 히터코어(26)를 직립시키기 때문에, 그 만큼 히터코어 통과에 의해 압력 손실을 작게 할 수 있다.

그리고, 댐퍼(36)가 완전 개방의 상태에는, 블로워 팬(36)에 흡입된 흡입공기는 공기유로(35)와 히터코어(26)를 통과하는 유로로 분배되어 흐르게 된다. 이 때, 히터코어(26) 측의 유로는, 공기유로(35)측에 비해 실질적으로 압력 손실이 크기 때문에, 실제로 히터코어(26)를 통과하여 흐르는 흡입공기는 소량이 된다. 그러나, 전체로서의 유로 면적은 히터코어(26)가 댐퍼 등으로 막힌 경우에 비해 크기 때문에, 분압력 손실은 작게 된다.

히터코어(26)는, 엔진(13)의 엔진냉각수계(37)와 접속되어 있고, 고온의 엔진냉각수의 공급을 받는 것으로서, 통과하는 흡입공기를 가열하는 난방기능을 갖고 있다. 엔진(13)의 엔진냉각수계(37)는, 엔진(13)의 출력에서 일부를 구동력으로 얻어 작동하는 펌프(도시생략)에 의해, 엔진 본체 내를 순환하여 고온이 된 엔진냉각수를 라디에이터(16)로 보내고, 외기로 방열되어 냉각하는 회로이다.

또, 도시하지 않지만, 통상의 엔진냉각수계(37)에는 서모스탯트 밸브가 설치되어 있고, 엔진냉각수가 소정 값 이상의 고온으로 되기까지 서모스탯트 밸브를 밀폐하고, 라디에이터(16)로의 순환을 저지하는 것으로 단시간에 엔진냉각수가 승온하도록 하고 있다.

이하, 전술한 차량용 공조장치에 의한 공조운전을 냉방·제습운전 및 난방운전으로 나누어 설명한다.

먼저, 난방운전에 관해 설명한다. 통상의 난방운전은, 댐퍼(36)를 완전 밀폐하고, 히터코어(26)에 엔진냉각수를 흐르는 방식이 채용된다. 이 경우, 블로워 팬(224)의 작동으로 케이싱(23a) 내에 흡인된 내기 또는 외기(이하 흡입공기 라 함)는, 실내열교환기(25)를 통과한 후, 히터코어(26)를 통과하여 엔진냉각수의 열로 가열시킨다. 이 경우, 승온한 흡입공기에 의해 차량 실내의 난방을 실시할 수 있다. 엔진(13)이 구동되고 있는 주행상태에는, 통상의 난방 부하이면 이와 같은 난방운전에서 충분히 대응할 수 있다.

또, 필요에 따라, 히터펌프공조장치로 후술하는 냉방·제습운전을 실시하면, 실내열교환기(25)를 통과하여 제습된 흡입공기를 가열하여 난방할 수 있다.

그런데, 전술한 히터코어(26)에 의한 난방운전은, 외기가 극단으로 저온이 아닌 경우, 혹은 엔진(13)이 운전되고 있는 고온의 엔진냉각수가 충분히 공급되는 경우에는 특히 문제는 없다. 그러나, 이들의 조건이 만족하지 않는 경우, 즉 엔진냉각수온도가 낮은 경우나 난방부하가 큰 경우에는, 난방운전의 상승에 걸리는 시간 등에 난방 능력에 부족을 유발하게 된다. 이와 같이 난방요구가 있는 레벨 이상이 되면, 컴프레서유니트(20) 내의 가변용량압축기(31)를 구동하여, 히터펌프식 공조장치에 의해 난방운전을 히터코어(26)와 동시에 실시한다.

또, 난방요구의 레벨에 관해서는, 예컨대 흡출온도 등을 검출하여 판단할 수 있다.

이 때, 블로워 팬(24)에 의한 풍량제어를 행하면, 흡출온도를 용이하게 조정할 수 있다. 즉, 댐퍼(36)가 완전 밀폐 상태로 유로측의 조건이 변화하지 않기 때문에, 실내열교환기(25) 및 히터코어(26)의 가열조건을 일정하게 하면, 흡입공기의 풍량을 증가하는 것으로 흡출온도가 저하하고, 반대로 풍량을 줄이는 것으로 흡출온도가 상승한다.

또, 히터코어(26)를 직립시키기 때문에, 히터코어(26)를 통과할 때의 압력손실이 작게 되어, 블로워 팬(24)의 부하가 저감된다.

이에 대해, 엔진냉각수의 온도가 낮은 경우에는, 실질적으로 히터펌프식 공조장치만으로 난방운전을 실시하게 되어, 최초는 댐퍼(36)를 완전 밀폐하여 주로 공기유로(35)를 통과하는 온풍으로 난방한다. 이 히터펌프식 공조장치에 의한 난방운전은, 히터코어(26)에 공급된 엔진냉각수가 소정 값 이상의 고온이 될 때까지 계속된다. 이와 같은 댐퍼(36) 완전 밀폐의 운전에는, 공기유로(35) 및 히터코어(26)를 통과하여 온풍이 흐르기 때문에, 유로의 면적이 크게 되어 저항값이 낮게 된다. 따라서, 압력손실이 저감되어, 블로워 팬(24)의 부하도 작게 된다. 또, 흡입공기(온풍)의 흐름도 거의 스트레이트로 흘러서 단순하게 되고, 이 점에도 블로워 팬(24)의 부하가 작게 되기 때문에, 공조운전에 동반하는 소음을 작게 할 수 있다.

또, 전술한 히터펌프식 공조장치 단독의 난방운전을 실시할 때, 댐퍼(36)를 완전 밀폐해 두는 것으로, 히터코어(26) 내의 엔진냉각수를 가열할 수 있기 때문에, 흡출온도는 낮게 되지만 엔진냉각수의 온도를 단시간에 소정 값까지 상승시킬 수 있고, 전술한 2단계 가열에 의해 난방운전이 단시간에 실시가능하게 된다.

다음에 냉방운전시에 관해서 설명한다. 이 경우의 댐퍼(36)는 완전 개방위치이고, 이 때의 냉매의 흐름은 도 1에서 반시계방향(실선 화살표로 표시)이 된다.

한편, 가변용량압축기(21)에는, 저온저압의 기체냉매를 흡인하여 압축하고, 냉방부하에 따라 공급량이 변화하는 냉매를 고온고압의 기체 냉매로서 4방 밸브(33)로 송출한다. 이 때, 4방 밸브(33)는 실외열교환기(21)로의 냉매를 보내도록 설정되어 있기 때문에, 고온고압의 기체 냉매가 냉매유로(30)를 통해 실외열교환기(21)로 보내져, 외기흡입팬(22)에 흡인된 외기와 열교환한다. 이 결과, 고온고압의 기체냉매는 상대적으로 저온의 외기에 열을 빼앗겨 응축액화하고, 고온고압의 액냉매로 된다. 이 경우 실외열교환기(21)는, 응축기로 기능하고 있다.

이후, 고온고압의 액냉매는 트로틀저항(34)으로 보내져, 트로틀저항(34)을 통과할 때에 감압·팽창하여 저온저압의 액냉매로 된다. 이와 같이 저온저압으로 된 액냉매는 실내열교환기(25)로 보내져, 블로워 팬(24)에서 흡입된 흡인공기와 열교환하고, 흡인공기에서 열을 빼앗겨 냉각한다. 이 결과, 저온저압의 액냉매는 증발기화하여 저온저압의 기체냉매로 되고, 동시에, 흡입공기는 냉풍으로 되어 공기유로(35) 및 히터코어(26)를 통과하여 차량 실내로 공급된다. 이 때, 냉풍이 흐르는 유로 면적은 히터코어(26)를 통과할 수 있는 부분으로 넓어지기 때문에, 압력손실이 저감되는 것에 의해 블로워 팬(24)의 부하가 작게 되고, 또, 공조운전에 동반하여 소음도 작게 된다. 또, 이 경우의 실내열교환기(25)는, 증발기로서 기능하고 있다.

또, 실내열교환기(25)를 나온 저온저압의 기체 냉매는, 4방 밸브(33)를 통해 어큐뮬레이터(32)로 보내져, 냉매중의 액분이 제거된다. 그리고, 저온저압의 기체냉매는, 어큐뮬레이터(32)에서 다시 압축기(31)에 흡인되어, 압축된 후 동일 냉동사이클이 반복되어, 차량 실내의 냉방이 실시된다.

계속해서, 본 발명에 의한 차량용 공조장치의 제2 실시예를 도 1을 참조로 설명한다. 이 실시형태에는, 엔진냉각수계(37)에 바이패스밸브(38)를 설치하고, 히터코어(26)를 바이패스하여 흐르는 바이패스유로를 형성가능하게 하고 있다. 이 바이패스밸브(38)는, 엔진(13)에서 히터코어(26)로의 엔진냉각수를 인도하는 1차측유로(37a)와, 히터코어(26)에서 엔진(13)으로 엔진냉각수를 복귀하는 2차측유로(37b) 사이를 연결하고, 히터코어(26)를 통과하지 않고 엔진(13)으로 복귀하는 바이패스유로를 선택적으로 형성가능하게 한 것이다. 즉, 바이패스밸브(38)의 개폐조작을 하는 것으로, 엔진(13)에서 히터코어(26)를 통해 엔진(13)으로 복귀하는 통상의 엔진냉각수유로와, 엔진(13)서 바이패스밸브(38)를 통해 엔진(13)으로 복귀하는 엔진냉각수 바이패스유로 중 어느 것이 한쪽 선택할 수 있다.

이 바이패스밸브(38)로서는, 예컨대 전자밸브와 같이 완전 밀폐/완전 개방 형태이어도 좋지만, 예컨대 버터플라이 밸브와 같이 엔진냉각수의 유량제어가 가능한 유량제어밸브로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 바이패스밸브(38)를 설치하는 것에 의해, 냉방운전시에 고온의 엔진 냉각수의 전량을 바이패스유로로 흐르도록 전환할 수 있기 때문에, 실내열교환기(25)를 통과하여 냉풍이 된 흡입공기가 히터코어(26)에 공급되는 엔진냉각수의 열로 가열되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 실내열교환기(25)에서 냉풍으로 된 흡입공기가 히터코어(26)의 가열을 받아 온도 상승하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 냉방 능력이 손상되는 일은 없다.

또, 바이패스밸브(38)에 유량조절밸브를 채용하면, 히터코어(26)를 바이패스시키는 엔진냉각수의 유량을 0 내지 100 퍼센트의 범위에서 적절하게 조정할 수 있게 된다. 이 때문에, 실내열교환기(25)에서 냉풍으로 된 흡입공기, 혹은 간단히 실내열교환기(25)를 통과한 흡입공기를 히터코어(26)에 의해 적절히 가압하여, 흡출온도를 조정할 수 있게 된다. 즉, 히터코어(26)에 흐르는 엔진냉각수의 유량을 증가시키면 증가시키는 만큼 가열량이 크게 되어 흡출온도가 높게 되고, 반대로 히터코어(26)에 흐르는 엔진냉각수의 유량을 적게하는 만큼 흡출온도를 낮게 설정할 수 있다.

여기서 설명한 제2 실시형태는, 단순 적용한 것으로, 전술한 제1 실시형태와의 조합하는 것도 가능하다. 특히, 냉방운전시에 있어서는, 압력손실을 저감하기 위해서 공기유로(35)에 가해진 히터코어(26)도 흡입공기의 유로로서 하기 때문에, 실내열교환기(25)에서 적어도 냉방한 냉풍을 가열하여 냉방능력이 저하하는 것을 방지할 수 있다.

또, 가변용량압축기(31)에 의해 냉매공급량을 제어하여 실내열교환기(25)를 통과하는 흡입공기를 온도조정하는 것에 더해, 바이패스밸브(38)에 유량조정밸브를 채용하여 히터코어(26)를 통과하는 흡입공기를 온도조정하도록 하면, 단순한 흡입공기의 균일한 흐름으로 흡출공기의 온도를 미세하게 조정가능하게 된다.

계속해서, 본 발명에 의한 차량용 공조장치의 제3 실시형태를 도 1을 참조로 설명한다.

이 실시형태에는, 엔진냉각수계(37)에 냉각수펌프(39)를 설치하고 있다. 이 냉각수펌프(39)는, 배터리(14) 등으로 작동하는 전동모터(도시생략)를 구동원으로 하는 것으로서, 엔진(13)이 운전되고 있는 때에는 전동모터로의 전류 공급은 정지시킨다. 그리고, 엔진(13)이 정지할 때, 특히 난방운전시에는 필요에 따라 전동모터로의 전류공급을 개시하여 냉각수펌프(39)를 작동시켜, 이 펌프(39)에 의해 엔진냉각수를 히터코어(26)로 순환시키는 것이다.

또, 엔진(13)의 작동중에 있어서는, 통상 엔진(13)에 내장되어 있는 펌프(도시생략)가 작동하여 엔진냉각수를 순환시키고 있다.

이와 같은 냉각수 펌프(39)를 설치하면, 엔진(13)을 정지한 후에도 고온의 엔진 냉각수를 히터코어(26)에 공급하여, 난방운전에 이용할 수 있다. 즉, 전술한 하이브리드카의 경우, 통상은 엔진(13)에서 고속주행을 하기 때문에, 어느 정도 이상 엔진 주행을 계속한 후에는, 모터주행모드로 전환해도 상당 기간 엔진냉각수는 상당히 고온의 상태로 된다.

따라서, 이 엔진냉각수의 열을 히터코어(26)에 공급하여 유효하게 이용하면, 히트펌프식 공조장치를 운전하지 않아도 난방을 얻을 수 있기 때문에, 배터리(14)의 소비를 억제할 수 있다.

또, 제1 실시형태에서 설명한 바와 같이 히터코어(26)와 히트펌프식공조장치를 병용하면, 엔진냉각수가 온도저하하는 것에 의해 시간적인 제약을 받지만, 차량용 공조장치의 난방성능을 향상시킬 수 있다.

이 제3 실시예에 관해서도, 전술한 제1 실시형태 및 제2 실시형태를 적절히 조합시켜 실시하는 것이 틀림없다.

또, 이상 설명한 차량용 공조장치에는, 히트펌프식 공조장치에 가변용량압축기를 사용하지만, 용량 일정의 압축기를 사용하여 클러치에 의한 ON/OFF 제어 운전을 실시해도 좋다.

또, 이상의 설명에는, 차량용 공조장치를 설치하는 차량이 하이브리드카이지만, 예컨대 종래 차와 같이 내연기관 엔진을 탑재하는 차량에 적용가능하다는 것을 말할 것도 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 차량용 공조장치에 의하면, 하기와 같은 효과가 얻어진다.

(1) 흡입공기의 유로가 되는 케이싱 내에 상류측에서 차례로 상기 실내열교환기 및 상기 난방용열교환기를 배치하고, 난방용 열교환기의 상부에 공기유로를 형성하는 동시에, 이 공기유로를 완전 밀폐 또는 완전 개방의 상태로 전환 조작하는 개폐수단을 설치한 공조부유니트를 구비하기 때문에, 난방운전중에는 난방용열교환기의 상부에 설치된 공기유로를 밀폐하고, 흡입공기의 전량이 난방용 열교환기를 통과하도록 설정할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 난방부하가 큰 경우에 히트펌프식 공조장치를 난방운전하면, 실내열교환기 및 난방용 열교환기의 순서로 흡입공기를 2단계로 가열하는 것이 가능하기 때문에, 난방능력이 향상되고, 난방기동시간이 짧게 할 수 있다. 이 때, 송풍용 팬에서 풍량제어를 행하면, 용이하게 흡출온도를 조정할 수 있다.

(2) 개폐수단의 완전 밀폐시에 있어서는, 난방용열교환기가 직립하여 설치되기 때문에, 경사설치에 비해 통과거리가 짧게 되고, 흡입공기의 통과에 의한 압력손실은 작게 된다. 또, 개폐수단의 완전 개방시에 있어서는, 공기유로 및 난방용열교환기가 흡입공기의 통과유로가 되기 때문에, 통과면적이 크게됨에 따라 압력손실이 작게 된다. 따라서, 송풍기 팬의 부하를 작게 할 수 있고, 구동원의 소비전력 및 공조운전시의 소음을 저감할 수 있다.

(3) 송풍기 팬의 소비전력 및 공조소음이 저감되는 것은, 특히 하이브리드카에 있어서 바람직하다. 즉, 소비전력의 저감은 배터리의 소비를 억제하여 모터에 의한 주행거리를 증가시켜, 또, 공조운전소음의 저감은 모터주행시에 있어서 쾌적하게 향상시킬 수 있다.

(4) 엔진냉각수계에 바이패스밸브를 설치하고, 난방용 열교환기를 바이패스하여 엔진냉각수를 흐르는 바이패스유로를 형성하기 때문에, 난방이 불필요한 경우에 엔진냉각수의 전량을 바이패스유로로 인도하는 것으로, 난방용 열교환기(히터코어)에 엔진냉각수가 난방용 열교환기에 의해 가열되어 온도상승하는 것은 없기 때문에, 냉방 능력이 저하하는 일은 없다.

(5) 바이패스밸브에 유량제어밸브를 채용하기 때문에, 난방용 열교환기에 공급하는 엔진냉각수 및 바이패스유로로 유도하는 엔진냉각수의 유량을 제어할 수 있게 되고, 난방시의 온도조정이 가능하게 된다.

(6) 엔진냉각수계에 엔진 정지시에 작동가능한 냉각수 펌프를 설치하기 때문에, 엔진정지시에 있어서도 엔진냉각수를 난방용 열교환기에 공급하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 엔진 정지시에도 엔진냉각수를 갖는 열을 유효 이용하는 것으로, 차량용 공조장치의 난방능력을 향상시킬 수 있다.

Claims

냉매와 흡입공기 사이에 열교환을 행하는 실내열교환기와, 냉매와 외기 사이에 열교환을 행하는 실외열교환기와, 압축기, 트로틀 저항 및 4방 밸브를 구비하는 컴프레서유니트가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히터펌프식 공조장치가, 송풍용 팬과, 엔진냉각수계에 접속되어 난방용열교환기를 구비하는 차량용 공조장치로서,

상기 흡입공기의 유로가 되는 케이싱 내에 상류측에서 차례로 상기 실내열교환기 및 상기 난방용 열교환기를 배치하고, 상기 난방용 열교환기의 상부에 공기유로를 형성하는 동시에, 이 공기유로를 완전 밀폐 또는 완전 개방 상태로 전환조작하는 밀폐수단을 설치하는 공조부 유니트를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제1항에 있어서,

상기 난방용 열교환기가 상기 케이싱 내에 직립하여 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 압축기가 가변용량형인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
냉매와 흡입공기 사이에 열교환을 행하는 실내열교환기와, 냉매와 외기 사이에 열교환을 행하는 실외열교환기와, 압축기, 트로틀 저항 및 4방 밸브를 구비하는 컴프레서유니트가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히터펌프식 공조장치가, 송풍용 팬과, 엔진냉각수계에 접속되어 난방용열교환기를 구비하는 차량용 공조장치로서,

상기 엔진냉각수계에 바이패스밸브를 설치하고, 상기 난방용 열교환기를 바이패스하여 엔진냉각수를 흐르는 바이패스유로를 형성가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
제4항에 있어서,

상기 바이패스밸브가 유량제어밸브인 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.
냉매와 흡입공기 사이에 열교환을 행하는 실내열교환기와, 냉매와 외기 사이에 열교환을 행하는 실외열교환기와, 압축기, 트로틀 저항 및 4방 밸브를 구비하는 컴프레서유니트가 냉매유로에 의해 연결되고, 상기 냉매의 흐름방향을 전환하여 냉방운전 및 난방운전을 실시하는 히터펌프식 공조장치가, 송풍용 팬과, 엔진냉각수계에 접속되어 난방용열교환기를 구비하는 차량용 공조장치로서,

상기 엔진냉각수계에 엔진 정지시에 작동하는 냉각펌프를 설치한 것을 특징으로 하는 차량용 공조장치.