KR20080010646A - 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그제어방법 - Google Patents

열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그 제어방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 자동차용 주냉난방장치에 열전소자 모듈을 이용한 보조 냉난방장치를 결합하여 냉난방성능을 향상하고 열전소자 모듈의 양측을 수냉식으로 열교환하여 열전달효율을 향상함과 아울러 보조열교환기 및 히터코어의 출구온도에 따라 보조 냉난방장치를 적절하게 제어하여 에너지의 소모를 최소화시킨 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
이에 본 발명은 공조케이스(11)의 내부에 증발기(15) 및 히터코어(16)를 설치하여 냉난방 기능을 수행하는 자동차용 주냉난방장치(10)에 설치됨과 아울러 상기 주냉난방장치(10)의 냉난방 기능이 부족할 때 보조 냉난방 기능을 수행하여 냉난방 성능을 향상시키는 자동차용 보조 냉난방장치에 있어서, 전류의 흐름방향에 따라 한 쪽은 흡열작용을 하고 반대 쪽은 방열작용을 하는 열전소자 모듈(101)과, 상기 공조케이스(11)내의 증발기(15)와 히터코어(16)의 사이에 설치됨과 아울러 제 1 펌프(111)에 의해 냉각수를 순환시키는 제 1 순환라인(110)을 통해 상기 열전소자 모듈(101)의 일측과 수냉식으로 열교환하면서 보조 냉난방 기능을 수행하는 보조열교환기(112)와, 상기 공조케이스(11)의 외부에 설치됨과 아울러 제 2 펌프(121)에 의해 냉각수를 순환시키는 제 2 순환라인(120)을 통해 상기 열전소자 모듈(101)의 타측과 수냉식으로 열교환하는 열교환수단(125)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
주냉난방장치, 보조 냉난방장치, 보조열교환기, 열전소자 모듈, 온도센서

Description

열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그 제어방법{An auxiliary cooling and heating device for automobile using thermo element module and its controlling method thereof}
도 1은 종래의 보조 냉난방장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치가 주냉난방장치에 설치된 상태를 나타내는 구성도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시 냉각수 흐름을 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 제어방법을 나타내는 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 보조 냉난방장치 101: 열전소자 모듈
110: 제 1 순환라인 111: 제 1 펌프
112: 보조열교환기
120: 제 2 순환라인 121: 제 2 펌프
125: 열교환수단 126: 제 1 열교환기
126a: 제 1 차단밸브 127: 제 2 열교환기
127a: 제 2 차단밸브 127b: 팬
131: 제 1 온도센서 132: 제 2 온도센서
본 발명은 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그 제어방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 자동차용 주냉난방장치에 열전소자 모듈을 이용한 보조 냉난방장치를 결합하여 냉난방성능을 향상하고 열전소자 모듈의 양측을 수냉식으로 열교환하여 열전달효율을 향상함과 아울러 보조열교환기 및 히터코어의 출구온도에 따라 보조 냉난방장치를 적절하게 제어하여 에너지의 소모를 최소화시킨 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근, 자동차 연비향상이라는 시대적인 요구에 따라 엔진의 고효율화가 이루어지고 있고, 이에 따라 엔진냉각으로 방열되는 열량이 감소하여 겨울철에 이를 이용한 난방열원이 부족하게 되어 주냉난방장치에 별도의 보조 열원이 필요한 실정이다.
이러한 보조 난방으로 현재 주로 사용하는 방법은 PTC전기히터, 연소식 히터, 냉매 시스템을 이용한 핫가스 시스템, 냉매 시스템을 이용한 히트펌프 시스템을 들 수 있다.
상기 보조 난방 장치는 각각의 장단점이 있을 수 있으나 가장 큰 문제점은 단지 보조적인 난방만을 할 수 있고 보조 냉방은 할 수 없는 문제가 있다.
특히, 많은 보조 난방 열원을 필요로 하는 곳에 적용되는 연소식이나 히트펌프시스템은 비용이 높고, 적은 보조 난방 열원을 필요로 하는 곳에 적용되는 PTC전기히터는 비용이 적게 든다. 따라서 비용은 적고 많은 보조 난방 열원을 공급할 수 있는 보조 난방 시스템이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 기술로 일본 공개특허 1998-035268호는, 도 1에 도시된 바와 같이, 수냉식 열교환기(1)와 공냉식 열교환기(2) 사이에 펠티어소자(3)(열전소자 모듈)를 장착하여 구성되는 열교환 유니트(4)와 차량에 탑재되는 폐열회수기(5), 이 폐열회수기(5)와 병렬로 접속되는 팬부착 라디에이터(6)와 상기 폐열회수기(5) 또는 팬부착 라이에이터(6)를 선택적으로 상기 수냉식 열교환기(1)에 접속하는 접속교체수단인 제 1 전자밸브(7) 및 제 2 전자밸브(8)와 제 1 전자밸브(7) 및 제 2 전자밸브(8)의 작동을 제어하는 것과 동시에 상기 펠티어 소자의 인가전압을 전환제어하는 제어수단으로 구성된다.
여기서, 상기 공냉식 열교환기(2)는 차실내의 공조덕트측에 설치되어 보조 냉난방을 수행하게 된다.
그러나, 상기 보조 냉난방장치는, 공냉식 열교환기(2)를 사용함으로써 열교환효율이 저하되고 열교환 면적의 확보가 여러운 문제가 있다.
즉, 열전소자 모듈은 온도차가 발생하는 양측의 열교환효율 중 한쪽이 떨어질 경우 다른 쪽의 기능도 떨어지는 특성이 있다. 예를 들면 실내를 난방하려 할 때 방열쪽은 열배출이 원활해야 하고 흡열쪽은 폐열을 이용한 열흡수가 원활해야 한다. 한쪽이라도 열교환효율이 떨어지면 반대편의 온도가 전도되고 효율이 급격이 떨어지게 되는 것이다.
또한, 주냉난방장치의 냉방모드 또는 난방모드시 보조 냉난방장치도 계속 냉방 또는 난방가동하도록 제어되므로 이로인해 에너지의 소모가 증가하는 문제가 있었다.
상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 자동차용 주냉난방장치에 열전소자 모듈을 이용한 보조 냉난방장치를 결합하여 냉난방성능을 향상하고 열전소자 모듈의 양측을 수냉식으로 열교환하여 열전달효율을 향상함과 아울러 보조열교환기 및 히터코어의 출구온도에 따라 보조 냉난방장치를 적절하게 제어하여 에너지의 소모를 최소화시킨 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치 및 그 제어방법를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공조케이스의 내부에 증발기 및 히터코어를 설치하여 냉난방 기능을 수행하는 자동차용 주냉난방장치에 설치됨과 아울러 상기 주냉난방장치의 냉난방 기능이 부족할 때 보조 냉난방 기능을 수행하여 냉난방 성능을 향상시키는 자동차용 보조 냉난방장치에 있어서, 전류의 흐름방향에 따라 한 쪽은 흡열작용을 하고 반대 쪽은 방열작용을 하는 열전소자 모듈과, 상기 공조케이스내의 증발기와 히터코어의 사이에 설치됨과 아울러 제 1 펌프에 의해 냉각수를 순환시키는 제 1 순환라인을 통해 상기 열전소자 모듈의 일측과 수냉식으로 열교환하면서 보조 냉난방 기능을 수행하는 보조열교환기와, 상기 공조케이스의 외부에 설치됨과 아울러 제 2 펌프에 의해 냉각수를 순환시키는 제 2 순환라인을 통해 상기 열전소자 모듈의 타측과 수냉식으로 열교환하는 열교환수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 주냉난방장치가 온 상태인지 오프 상태인지 판단하는 단계와, 상기 단계의 판단결과, 온 상태인 경우 냉방모드인지 난방모드인지를 판단하는 단계와, 상기 단계의 판단결과, 냉방모드인 경우, 공조케이스의 증발기 하류에 설치된 보조열교환기의 출구온도를 제 1 온도센서로 측정하여, 보조열교환기의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 높은 경우 열전소자 모듈을 냉방가동하는 단계와, 난방모드인 경우, 공조케이스의 보조열교환기 하류에 설치된 히터코어의 출구온도를 제 2 온도센서로 측정하여, 히터코어의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 낮은 경우 열전소자 모듈을 난방가동하는 단계를 포함하여 이루어지는 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
종래에 있어서와 동일한 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치가 주냉난방장치에 설치된 상태를 나타내는 구성도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 냉난방모드시 냉각수 흐름을 나타내는 구성도이다.
먼저, 본 발명의 보조 냉난방장치(100)가 설치되는 자동차용 주냉난방장치(10)는, 입구측에 공기유입구(12)가 형성되고 출구측에는 다수의 공기토출구(13) 가 형성된 공조케이스(11)가 구비된다.
여기서, 상기 공기토출구(13)는 차량의 앞유리쪽으로 공기를 토출시키기 위한 디프로스트 벤트(13a), 탑승자의 얼굴쪽으로 공기를 토출시키기 위한 페이스 벤트(13b) 및 탑승자의 발쪽으로 공기를 토출시키기 위한 플로어 벤트(13c)로 구성된다. 상기 각 벤트(13a)(13b)(13c)들은 모드 도어(14)에 의하여 개폐되면서 그 개도가 조절된다.
상기 공조케이스(11)의 내부에는 증발기(15) 및 히터코어(16)가 일정간격을 두고 순차적으로 설치되며, 상기 증발기(15)와 히터코어(16)의 사이에는 상기 증발기(15)를 거친 냉기와 히터코어(16)를 거친 온기의 혼합되는 양을 조절하는 온도조절도어(17)가 설치된다.
한편, 상기 공조케이스(11)의 입구에는 송풍기(18)가 설치되어, 내기 또는 외기를 공조케이스(11)의 내부로 송풍하게 된다.
그리고, 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치(100)는 상기 주냉난방장치(10)의 냉난방 기능이 부족할 때 보조 냉난방 기능을 수행하여 냉난방 성능을 향상시키게 된다.
이러한 상기 보조 냉난방장치(100)는, 크게 열전소자 모듈(101)과, 상기 열전소자 모듈(101)의 일측에 제 1 순환라인(110)을 통해 열교환하도록 설치된 보조열교환기(112)와, 상기 열전소자 모듈(101)의 타측에 제 2 순환라인(120)을 통해 열교환하도록 설치된 열교환수단(125)으로 구성된다.
먼저, 상기 열전소자 모듈(101)은 전류의 흐름방향에 따라 한 쪽은 흡열작용 을 하고 반대 쪽은 방열작용을 하게 된다. 즉, 상기 열전소자 모듈(101)은 전류의 극(+,-)전환을 통해 흡열과 방열이 동시에 가능하기 때문에 냉,난방 기능을 모두 수행 할 수 있는 것이다.
이러한, 상기 열전소자 모듈(101)은, 냉방모드시, 상기 제 1 순환라인(110)과 열교환하는 일측에서는 흡열하고, 제 2 순환라인(120)과 열교환하는 타측에서는 방열하며,
난방모드시, 상기 제 1 순환라인(110)과 열교환하는 일측에서는 방열하고, 제 2 순환라인(120)과 열교환하는 타측에서는 흡열하도록 작동하게 된다.
그리고, 상기 보조열교환기(112)는 상기 공조케이스(11)내에 설치된 증발기(15)의 하류측에 설치되는데, 좀더 바람직하게는 상기 증발기(15)와 히터코어(16)의 사이에 설치됨과 아울러 제 1 펌프(111)에 의해 냉각수를 순환시키는 제 1 순환라인(110)을 통해 상기 열전소자 모듈(101)의 일측과 수냉식으로 열교환하면서 보조 냉난방 기능을 수행하게 된다.
즉, 난방모드시, 상기 열전소자 모듈(101)이 제 1 순환라인(110)측에 대해 방열작용을 하여 제 1 순환라인(110)이 난방라인이 되면 상기 보조열교환기(112)는 난방 열교환기가 된다. 따라서 상기 제 1 펌프(111)에서 토출된 냉각수가 열전소자 모듈(101)측에서 열을 공급받아 뜨겁게 가열된 고온 상태로 보조열교환기(112)로 유입되므로 실내를 난방하게 되고,
냉방모드시, 상기 열전소자 모듈(101)이 제 1 순환라인(110)측에 대해 흡열작용을 하여 제 1 순환라인(110)이 냉방라인이 되면 상기 보조열교환기(112)는 냉 방 열교환기가 된다. 따라서 상기 제 1 펌프(111)에서 토출된 냉각수가 열전소자 모듈(101)측에서 열을 빼앗겨 차갑게 냉각된 저온 상태로 보조열교환기(112)로 유입되므로 실내를 냉방하게 되는 것이다.
이와같이, 상기 보조열교환기(112)는 주냉난방장치(10)의 공조케이스(11)내에 구비된 증발기(15)의 하류측에 설치되어 주냉난방장치(10)의 냉난방성능이 충분하지 않을때(차량의 시동 초기) 추가로 냉난방열원을 제공함으로써 차량의 시동 초기에 실내를 급속으로 냉난방시켜 쾌적한 실내 환경을 제공할 수 있게 된다.
한편, 상기 보조열교환기(112)는 일반적인 열교환기 구조로써, 상,하부 탱크(미도시)와, 상,하부 탱크의 사이에 설치되는 다수의 튜브(미도시) 및 튜브들의 사이에 개재되는 방열핀(미도시)으로 구성된다.
그리고, 상기 열교환수단(125)은 상기 공조케이스(11)의 외부에 설치됨과 아울러 제 2 펌프(121)에 의해 냉각수를 순환시키는 제 2 순환라인(120)을 통해 상기 열전소자 모듈(101)의 타측과 수냉식으로 열교환하도록 이루어진다.
이러한 상기 열교환수단(125)은 상기 제 2 순환라인(120)에 상기 제 1 차단밸브(126a)와 제 1 열교환기(126) 및 제 2 차단밸브(127a)와 제 2 열교환기(127)를 병렬로 설치하여 이루어지며, 냉,난방모드시 상기 제 2 펌프(121)를 통과한 냉각수가 제 1,2 열교환기(126)(127)를 선택적으로 거치도록 이루어진다.
즉, 난방모드시에는 상기 제 1 차단밸브(126a)가 개방되고 제 2 차단밸브(127a)가 폐쇄됨으로써, 상기 제 2 펌프(121)에 의해 순환하는 냉각수는 제 1 열교환기(126)를 거쳐 순환하는 과정에서 상기 열전소자 모듈(101)의 일측과 열교환 하게 되며,
냉방모드시에는 상기 제 1 차단밸브(126a)가 폐쇄되고 제 2 차단밸브(127a)가 개방됨으로써, 상기 제 2 펌프(121)에 의해 순환하는 냉각수는 제 2 열교환기(127)를 거쳐 순환하는 과정에서 상기 열전소자 모듈(101)의 일측과 열교환하게 되는 것이다.
이와 같이, 상기 제 1 차단밸브(126a)와 제 2 차단밸브(127a)는 냉난방시의 전환밸브로써 폐열회수가 필요할 때는 제 2 차단밸브(127a)가 폐쇄되어 냉각수가 제 1 열교환기(126)로 흐르도록 하고, 대기중에 열의 방출이 필요할 때는 제 1 차단밸브(126a)가 폐쇄되어 냉각수가 제 2 열교환기(127)로 흐르도록 하는 것이다.
여기서, 상기 제 1 열교환기(126)는 폐열회수용 열교환기로써, 엔진의 배기관에 장착되어 엔진의 폐열을 이용하여 열교환하게 된다.
만일, 연료전지 자동차의 경우에는 상기 제 1 열교환기(126)가 연료전지 냉각회로 또는 배터리/모터 냉각회로에서 열을 흡수할 수 있으며, 엔진식 차량의 경우에도 엔진 냉각수로부터 열을 흡수할 수 있다.
참고로, 난방모드시, 제 2 순환라인(120)에서는 열전소자 모듈(101)에서 흡열에 필요한 열을 제 1 열교환기(126)를 통해 계속 공급받아야 싸이클이 완성되는데, 만일 제 1 열교환기(126)가 없거나 하여 열을 공급받지 못하게 되면 싸이클이 완성되지 않을 뿐만아니라 제 2 순환라인(120)을 순환하는 냉각수의 온도가 열전소자 모듈(101)의 흡열작용으로 인해 영하까지 계속 낮아지면서 얼게 되는 것이다. 이처럼, 난방모드시 열전소자 모듈(101)의 흡열측은 폐열을 이용한 열흡수가 원활 해야하고 방열측은 열배출이 원활해야 열전소자 모듈(101)의 효율이 향상되는 것이다. 아울러 열전소자 모듈(101)의 흡열측에 흡열에 필요한 열을 많이 공급할수도록 효율이 향상되고 이에따른 난방온도도 상승하게 된다.
그리고, 상기 제 2 열교환기(127)는 냉방모드시 제 2 순환라인(120)을 외부공기를 이용하여 냉각하는 방열기로 구성된다. 즉, 냉방모드시 제 2 순환라인(120)에는 열전소자 모듈(101)의 방열작용으로 인해 열이 유입되어 냉각수의 온도가 상승하기 때문에 제 2 열교환기(127)의 일측에 설치된 팬(127b)을 통해 외부공기를 송풍시켜 제 2 순환라인(120)을 냉각시켜 줌으로써 열전소자 모듈(101)의 효율을 향상하게 된다.
계속해서, 상기 보조열교환기(112)의 하류에는 제 1 온도센서(131)가 설치되고, 상기 히터코어(16)의 하류에는 제 2 온도센서(132)가 설치된다.
즉, 주냉난방장치(10)의 냉방모드시, 상기 제 1 온도센서(131)를 이용하여 보조열교환기(112)의 출구온도를 측정하고 이때 보조열교환기(112)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 높은 경우에만 상기 열전소자 모듈(101)을 냉방모드로 가동하고,
주냉난방장치(10)의 난방모드시, 상기 제 2 온도센서(132)를 이용하여 히터코어(16)의 출구온도를 측정하고 이때 히터코어(16)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 낮은 경우에만 상기 열전소자 모듈(101)을 난방모드로 가동하는 것이다.
이와 같이, 주냉난방장치(10)의 냉방모드시에는 아이들(idle) 또는 기동시와 같이 주냉난방장치(10)의 냉방기능이 부족할 때 보조냉방을 가동하는 것이 바람직 하고, 난방모드시에는 기동초기와 같이 난방기능이 부족할 때 보조난방을 가동하며, 이때 에너지의 소모를 최소화 하기 위해 냉난방이 충분할 시에는 보조 냉난방을 정지하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치(100)의 작용을 설명하기로 한다.
가. 난방모드시(도3),
상기 열전소자 모듈(101)은 상기 제 1 순환라인(110)측에 대해서는 방열작용을 하게 되고 제 2 순환라인(120)측에 대해서는 흡열작용을 하게 된다. 이때, 상기 제 1 차단밸브(126a)는 개방되고 제 2 차단밸브(127a)는 폐쇄된다.
이에 따라, 제 2 순환라인(120)의 냉각수는 제 2 펌프(121)에서 토출되어 제 1 열교환기(126)를 거치게 되고 이후 열전소자 모듈(101)과 열교환 한 후 제 2 펌프(121)로 순환하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 상기 제 1 열교환기(126)를 거치면서 엔진의 폐열을 흡수하여 고온 상태가 되고, 이때 흡수한 열은 열전소자 모듈(101)의 흡열작용에 필요한 열로 사용된다.
그리고, 제 1 순환라인(110)의 냉각수는 제 1 펌프(111)에서 토출되어 열전소자 모듈(101)과 열교환 한 후 보조열교환기(112)를 거쳐 제 1 펌프(111)로 순환하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 방열작용을 하는 열전소자 모듈(101)에 의해 고온 상태가 된 후 보조열교환기(112)로 유입되어 실내롤 난방하게 된다.
이와 같이, 난방모드시 제 1 순환라인(110)은 난방라인이 되고 보조열교환 기(112)는 난방 열교환기가 됨으로써 주냉난방장치(10)의 난방기능이 부족할 때 보조 난방을 하여 난방성능을 향상시키게 된다.
나. 냉방모드시(도4),
상기 열전소자 모듈(101)은 상기 제 1 순환라인(110)측에 대해서는 흡열작용을 하게 되고 제 2 순환라인(120)측에 대해서는 방열작용을 하게 된다. 이때, 상기 제 1 차단밸브(126a)는 폐쇄되고 제 2 차단밸브(127a)는 개방된다.
이에 따라, 제 2 순환라인(120)의 냉각수는 제 2 펌프(121)에서 토출되어 제 2 열교환기(127)를 거치게 되고 이후 열전소자 모듈(101)과 열교환 한 후 제 2 펌프(121)로 순환하게 된다. 이 과정에서 열전소자 모듈(101)의 방열작용에 의해 고온 상태가 된 냉각수는 상기 제 2 열교환기(127)를 통해 방열하게 되는데, 즉, 제 2 열교환기(127)는 외부공기를 이용하여 제 2 순환라인(120)을 냉각하게 된다.
그리고, 제 1 순환라인(110)의 냉각수는 제 1 펌프(111)에서 토출되어 열전소자 모듈(101)과 열교환 한 후 보조열교환기(112)를 거쳐 제 1 펌프(111)로 순환하게 된다. 이 과정에서 냉각수는 흡열작용을 하는 열전소자 모듈(101)에 의해 저온 상태가 된 후 보조열교환기(112)로 유입되어 실내를 냉방하게 된다.
이와 같이, 냉방모드시 제 1 순환라인(110)은 냉방라인이 되고 보조열교환기(112)는 냉방 열교환기가 됨으로써 주냉난방장치(10)의 냉방기능이 부족할 때 보조 냉방을 하여 냉방성능을 향상시키게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 제어방법을 나타내는 블록도로써, 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다.
상기 보조 냉난방장치의 제어방법은,
먼저, 주냉난방장치(10)가 온 상태인지 오프 상태인지 판단한다(S1). 만일 오프 상태이면 피드백한다.
상기 단계(S1)의 판단결과, 주냉난방장치(10)가 온 상태인 것으로 판단되면, 주냉난방장치(10)가 냉방모드인지 난방모드인지를 판단한다(S2).
상기 단계(S2)의 판단결과, 주냉난방장치(10)가 냉방모드인 것으로 판단되면, 상기 열전소자 모듈(보조냉난방장치)을 선택적으로 냉방가동하게 된다(S3).
즉, 상기 주냉난방장치(10)가 냉방모드인 것으로 판단되면, 공조케이스(11)의 증발기(15) 하류에 설치된 보조열교환기(112)의 출구온도를 제 1 온도센서(131)로 측정한다(S3-1).
이후, 상기 보조열교환기(112)의 출구온도를 사용자의 목표온도와 비교한다(S3-2).
여기서, 상기 보조열교환기(112)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 높은 것으로 판단되면, 상기 열전소자 모듈(보조냉난방장치)을 냉방 가동하게 되고(S3-3), 상기 보조열교환기(112)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 열전소자 모듈(보조냉난방장치)의 가동을 정지하게 된다(S3-4).
한편, 상기 단계(S2)의 판단결과, 주냉난방장치(10)가 난방모드인 것으로 판단되면, 상기 열전소자 모듈(보조냉난방장치)을 선택적으로 난방가동하게 된 다(S4).
즉, 상기 주냉난방장치(10)가 난방모드인 것으로 판단되면, 공조케이스(11)의 보조열교환기(112) 하류에 설치된 히터코어(16)의 출구온도를 제 2 온도센서(132)로 측정한다(S4-1).
이후, 상기 히터코어(16)의 출구온도를 사용자의 목표온도와 비교한다(S4-2).
여기서, 상기 히터코어(16)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 열전소자 모듈(보조냉난방장치)을 난방 가동하게 되고(S4-3), 상기 히터코어(16)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 높은 것으로 판단되면, 상기 열전소자 모듈(보조냉난방장치)의 가동을 정지하게 된다(S4-4).
상기한 본 발명에 따르면, 자동차용 주냉난방장치에 열전소자 모듈을 이용한 보조 냉난방장치를 결합하여 기동초기나 아이들시 주냉난방장치의 냉난방 기능이 부족할 때 보조 냉난방 기능을 수행하도록 함으로써 냉난방성능이 향상된다.
또한, 열전소자 모듈을 활용함으로써 간단한 구조로 보조 냉난방을 구현할 수 있으며 열전소자 모듈의 양측을 수냉식으로 열교환함에 따라 열전달효율이 향상된다.
그리고, 보조열교환기 및 히터코어의 하류에 각각 제 1,2 온도센서를 설치하여 주냉난방장치의 냉난방모드시 보조열교환기 또는 히터코어의 출구온도에 따라 보조 냉난방장치(열전소자 모듈)를 선택적으로 가동시킴으로써 에너지의 소모가 최 소화된다.
아울러, 보조열교환기 하나로 냉난방이 가능하게 함으로써 간단한 히트펌프시스템을 구성할 수 있으며 부품수를 절감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 공조케이스(11)의 내부에 증발기(15) 및 히터코어(16)를 설치하여 냉난방 기능을 수행하는 자동차용 주냉난방장치(10)에 설치됨과 아울러 상기 주냉난방장치(10)의 냉난방 기능이 부족할 때 보조 냉난방 기능을 수행하여 냉난방 성능을 향상시키는 자동차용 보조 냉난방장치에 있어서,
    전류의 흐름방향에 따라 한 쪽은 흡열작용을 하고 반대 쪽은 방열작용을 하는 열전소자 모듈(101)과,
    상기 공조케이스(11)내의 증발기(15)와 히터코어(16)의 사이에 설치됨과 아울러 제 1 펌프(111)에 의해 냉각수를 순환시키는 제 1 순환라인(110)을 통해 상기 열전소자 모듈(101)의 일측과 수냉식으로 열교환하면서 보조 냉난방 기능을 수행하는 보조열교환기(112)와,
    상기 공조케이스(11)의 외부에 설치됨과 아울러 제 2 펌프(121)에 의해 냉각수를 순환시키는 제 2 순환라인(120)을 통해 상기 열전소자 모듈(101)의 타측과 수냉식으로 열교환하는 열교환수단(125)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환수단(125)은 상기 제 2 순환라인(120)에 상기 제 1 차단밸브(126a)와 제 1 열교환기(126) 및 제 2 차단밸브(127a)와 제 2 열교환기(127)를 병렬로 설치하여 이루어지며, 냉,난방모드시 상기 제 2 펌프(121)를 통과한 냉각수가 제 1,2 열교환기(126)(127)를 선택적으로 거치도록 이루어진 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보조열교환기(112)의 하류에는 제 1 온도센서(131)가 설치되어, 냉방모드시 보조열교환기(112)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 높은 경우 상기 열전소자 모듈(101)을 냉방모드로 가동하고,
    상기 히터코어(16)의 하류에는 제 2 온도센서(132)가 설치되어, 난방모드시 히터코어(16)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 낮은 경우에는 상기 열전소자 모듈(101)을 난방모드로 가동하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 열교환기(126)는, 엔진의 폐열을 이용하는 패열회수용 열교환기로 구성되고,
    상기 제 2 열교환기(127)는, 냉방모드시 제 2 순환라인(120)을 외부공기를 이용하여 냉각하는 방열기로 구성되는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치.
  5. 주냉난방장치(10)가 온 상태인지 오프 상태인지 판단하는 단계(S1)와,
    상기 단계(S1)의 판단결과, 온 상태인 경우 냉방모드인지 난방모드인지를 판단하는 단계(S2)와,
    상기 단계(S2)의 판단결과, 냉방모드인 경우, 공조케이스(11)의 증발기(15) 하류에 설치된 보조열교환기(112)의 출구온도를 제 1 온도센서(131)로 측정하여, 보조열교환기(112)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 높은 경우 열전소자 모듈(101)을 냉방가동하는 단계(S3)와,
    난방모드인 경우, 공조케이스(11)의 보조열교환기(112) 하류에 설치된 히터코어(16)의 출구온도를 제 2 온도센서(132)로 측정하여, 히터코어(16)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 낮은 경우 열전소자 모듈(101)을 난방가동하는 단계(S4)를 포함하여 이루어지는 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉방모드인 경우, 보조열교환기(112)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 낮은 경우 열전소자 모듈(101)은 가동을 정지하고,
    상기 난방모드인 경우, 히터코어(16)의 출구온도가 사용자의 목표온도 보다 높은 경우 열전소자 모듈(101)은 가동을 정지하는 것을 특징으로 하는 열전소자 모듈을 이용한 자동차용 보조 냉난방장치의 제어방법.
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