KR20190136930A

KR20190136930A - 응축 용량을 확장한 hvac

Info

Publication number: KR20190136930A
Application number: KR1020190057130A
Authority: KR
Inventors: 니코스 아가토클레어스; 제임스 타시오포울로스; 데니스 벌메트; 에릭 하우프트
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2019-12-10
Also published as: US20190366794A1; CN110549816B; CN110549816A; KR102246962B1; US10875379B2

Abstract

차량용 열 펌프 시스템이 난방, 환기 및 공조 모듈과, 압축기, 내부 응축기 및 외부 응축기를 포함하는 냉매 회로를 포함한다. 이 모듈은 내부 응축기를 포함하는 온기 경로, 온기 경로와 독립적으로 형성되는 냉기 경로, 모듈을 통과하는 공기의 흐름에 대해 내부 응축기의 하류의 위치에서 온기 경로로부터 분기하는 퍼지 흐름 경로, 및 온기 경로와 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 방지하는 제1 위치와 온기 경로와 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 허용하는 제2 위치 사이에서 조정될 수 있는 퍼지 제어 도어를 포함한다. 퍼지 흐름 경로는 온기 경로와 주변 사이에 유체 연통을 제공한다.

Description

응축 용량을 확장한 HVAC{HVAC EXTENDED CONDENSING CAPACITY}

관련 출원에 대한 상호 참조

본 특허출원은 2018년 5월 31일에 출원된 미국 가특허출원 제 62/678,661호에 대해 우선권을 주장하며, 이 미국 가특허출원의 전체 내용은 참고로 본 명세서에 전체적으로 통합되어 있다.

본 발명은 일반적으로 열 펌프 시스템에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 외부 응축기와 내부 응축기를 포함하는 차량용 열 펌프 시스템에 관한 것이며, 이러한 외부 응축기와 내부 응축기 모두는 열 펌프 시스템에 의해 순환되는 냉매로부터 방열(heat rejection)을 제공한다.

열 펌프는 냉난방 시스템이며, 이러한 시스템은 냉매를 사용하여, 시스템의 일측으로부터 시스템의 다른 측으로 열을 전달하여, 더운 때에 냉기를 제공하며 또한 추운 때에 난방을 제공하도록 동작할 수 있다. 알려진 자동차 열 펌프 시스템은, 객실 난방용 메인 열원으로서 HVAC 모듈 내에, 내부 열 펌프 열 교환기(HP-HEX) - 대안적으로는 내부 응축기로서 본 명세서에서 지칭됨 - 를 종종 활용한다. 그러한 열 펌프 시스템은 열을 직접 냉매로부터 주변으로 방출하기 위해 차량의 전방에 외부 응축기를 추가로 활용하며, 여기서 내부 응축기는 단지 열 펌프 시스템의 난방 모드 동안만 난방 목적에 사용된다. 공조(공기 냉각) 모드 동안, 내부 응축기는, 공기가 HVAC 모듈을 형성하는 구성요소의 구성을 기초로 하여 내부 응축기를 회피하지 않게 되므로, 냉매에 대해 단지 통과부(pass through)로서 동작하며 활용되지 않는다. 예컨대, 알려진 하나의 열 펌프 시스템은 공조 모드 동안 직접 냉매로부터 주변에 열을 방출하기 위해 외부 응축기만 의존하며, 여기서 공기는, HVAC 모드 내에서 공기의 분배를 제어하는데 사용되는 도어에 의해 내부 응축기로부터 우회된다.

외부 응축기의 물리적 크기 및 그에 따른 용량이 차량 패키지 공간에 의해 제한될 때, 초고 부하 조건 하에서, 외부 응축기가 허용하는 용량보다 더 많은 열을 방출하는 것이 필요하게 된다. 이 추가 열 방출의 실패는 결국 감소한 시스템 성능, 시스템 불안정성 또는 시스템 정지를 야기한다.

그러므로, 내부 응축기를 활용하여 냉매로부터 추가 열을 방출하는 것이 유리할 것이다. 그러나 HVAC 모듈 내에 내부 응축기를 두는 것은, 내부 응축기와 열을 교환하는 어떠한 공기가 열 펌프 시스템이 차량의 탑승객의 요구에 따라 차량 객실에 진입하는 공기를 냉각하며 조절하는 성능에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다는 문제를 제기한다.

그러므로, 차량의 객실에 전달되는 공기를 조절하는 열 펌프 시스템의 성능에 부정적으로 영향을 미치지 않고도 열 펌프 시스템의 냉매로부터 열을 방출하기 위해 내부 응축기와 외부 응축기 모두를 동시에 활용할 수 있는 열 펌프 시스템을 제조하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 호환되며 적응되게, 열 펌프 시스템의 냉매로부터의 방열을 위해 내부 응축기와 외부 응축기 모두를 활용하는 열 펌프 시스템이 놀랍게도 발견되었다. 더욱 특별하게도, 다음의 설명은 내부 응축기의 하류에 위치하는 HVAC 모듈에 퍼지(purge) 제어 도어를 사용하는 차량용 열 펌프 시스템을 기재하며, 여기서 퍼지 제어 도어는 HVAC 모듈을 통과하며 주변으로 나아가는 퍼지 흐름 경로를 만들도록 개방될 수 있다. HVAC 모듈은, 퍼지 흐름 경로가 독립적이며 냉각되어 조절된 공기를 객실에 동시에 제공하는 HVAC 모듈의 성능에 영향을 미치지 않도록 구성된다. 본 발명의 추가 특성은, 수반하는 도면과 연계하여 살펴보는 다음의 상세한 설명과 첨부 청구범위로부터 자명하게 될 것이다.

본 발명의 일 실시예에서, 열 펌프 시스템용 난방, 환기 및 공조(HVAC) 모듈은 내부 응축기를 포함하는 온기 경로, 온기 경로와 독립적으로 형성되는 냉기 경로, 모듈을 통과하는 공기의 흐름에 대해 내부 응축기의 하류의 위치에서 온기 경로로부터 분기하는 퍼지 흐름 경로, 및 온기 경로와 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 방지하는 제1 위치와 온기 경로와 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 허용하는 제2 위치 사이에서 조정될 수 있는 퍼지 제어 도어를 포함한다. 퍼지 흐름 경로는 온기 경로와 주변 사이에 유체 연통을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 차량용 열 펌프 시스템이 압축기, 내부 응축기 및 외부 응축기를 포함하는 냉매 회로와, 난방, 환기 및 공조 시스템용 모듈을 포함한다. 이 모듈은 내부 응축기를 포함하는 온기 경로, 온기 경로와 독립적으로 형성되는 냉기 경로, 모듈을 통과하는 공기의 흐름에 대해 내부 응축기의 하류의 위치에서 온기 경로로부터 분기하는 퍼지 흐름 경로, 및 온기 경로와 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 방지하는 제1 위치와 온기 경로와 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 허용하는 제2 위치 사이에서 조정될 수 있는 퍼지 제어 도어를 포함한다. 퍼지 흐름 경로는 온기 경로와 주변 사이에 유체 연통을 제공한다.

열 펌프 시스템을 동작하는 방법이 또한 개시된다. 이 방법은 난방, 환기 및 공조 시스템용 모듈을 제공하는 단계를 포함한다. 이 모듈은 내부 응축기를 포함하는 온기 경로, 온기 경로와 독립적으로 형성되는 냉기 경로, 모듈을 통과하는 공기의 흐름에 대해 내부 응축기의 하류의 위치에서 온기 경로로부터 분기하는 퍼지 흐름 경로, 및 퍼지 흐름 경로의 진입구에 배열되는 퍼지 제어 도어를 포함하며, 퍼지 흐름 경로는 온기 경로와 주변 사이에 유체 연통을 제공한다. 이 방법은 온기 경로와 퍼지 흐름 경로 사이에 유체 연통을 선택적으로 제공하도록 퍼지 제어 도어를 조정하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 상기 목적 및 장점과 기타 목적 및 장점은, 수반하는 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 당업자에게 쉽게 자명하게 될 것이다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따라 HVAC 모듈 내부에 배열되는 내부 응축기와, HVAC 모듈 외부에 배열되는 외부 응축기를 포함하는 열 펌프 시스템의 개략도이다.
도 2는, HVAC 모듈의 퍼지 흐름 경로가 폐쇄되는 제1 동작 모드를 위해 구성되는 도 1의 HVAC 모듈의 횡단면도이다.
도 3은, HVAC 모듈의 퍼지 흐름 경로가 개방되어 차량의 객실의 최대 냉방을 촉진하는 제2 동작 모드를 위해 구성되는 도 1의 HVAC 모듈의 횡단면도이다.
도 4는, HVAC 모듈의 퍼지 흐름 경로가 개방되어 열 펌프 시스템의 열 생성 구성요소의 최대 냉방을 촉진하는 제3 동작 모드를 위해 구성되는 도 1의 HVAC 모듈의 횡단면도이며, 제3 동작 모드는 공조 또는 냉각 모드이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 HVAC 모듈의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 HVAC 모듈의 횡단면도이다.

다음의 상세한 설명 및 수반하는 도면은 본 발명의 여러 실시예를 기재하며 예시한다. 이러한 상세한 설명 및 도면은 당업자가 본 발명을 개발하여 사용할 수 있게 하는 역할을 하며, 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하지 않고자 한다. 개시한 방법에서, 제시된 단계들은 본질적으로 예시적이며, 따라서 단계들의 순서는 필요치 않거나 중요하지 않다.

방열을 제공하는 내부 응축기와 외부 응축기를 포함하는 열 펌프 시스템에 관한 본 발명의 실시예에 대한 다음의 설명은 본질적으로 단지 예시적이며, 어떤 식으로든 본 발명 또는 그 응용 또는 사용을 제한하지 않고자 한다. 본 발명은, 직접 냉매로부터 주변으로 열을 방출하기 위한 메인 요소로서 자동차 열 펌프 시스템에서 차량의 전방에 위치한 외부 응축기를 사용하는 것과, 또한 초고 부하 조건 동안, 및 객실을 냉각하는 것이 필요치 않은 시간 기간 중 추가로 차량의 배터리 충전 동안 직접 냉매로부터 외부로 추가 방열을 제공하기 위한 부스터로서 내부 응축기를 사용하는 것을 제안한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 열 펌프 시스템(10)을 예시한다. 열 펌프 시스템(10)은, 객실 난방과 냉방을 모두 제공하기 위해 전기차용 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템의 일부로서 사용을 위해 응용될 수도 있으며, 열 펌프 시스템(10)은 열 펌프 시스템(10)에 의해 순환되는 열 교환 매체로서 냉매를 사용한다. 그러나 개시한 열 펌프 시스템(10)은 대안적으로는, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다면, 원하는 바에 따라, 임의의 응용에 사용하기 위한 임의의 타입의 모터 차량에서의 사용을 위해 구성될 수도 있다. 열 펌프 시스템(10)은, 냉매 회로(20), 냉각제 회로(40) 및 HVAC 모듈(60)을 포함하는 것으로 도 1에 예시한다.

냉매 회로(20)는 일반적으로, 압축기(22), 내부 응축기(24), 외부 응축기(26), 증발기 팽창 요소(28) 및 증발기(30)를 포함한다. 압축기(22)는 저온, 저압 가스 냉매를 받아 상대적으로 고온, 고압 가스 냉매를 출력하도록 구성된다. 고온, 고압 가스 냉매는 그 후 HVAC 모듈(60) 내에 배열되는 내부 응축기(24)를 통해 흐른다. 내부 응축기(24)는 내부 응축기(24)를 통과하는 고온, 고압 냉매로부터의 열을 HVAC 모듈(60)을 통과하며 내부 응축기(24)를 회피하는 공기의 공급에 전달하도록 구성된다. 이후 더 상세하게 설명할 바와 같이, 내부 응축기(24)를 회피하는 공기의 흐름율과 흐름 용적은, 모터 차량의 객실 내에서 원하는 조건을 달성하기 위해 열 펌프 시스템(10)의 선택된 동작 모드에 의존하여 그리고 더욱 특별하게는 냉매와 공기의 흐름 사이의 원하는 열 교환의 규모에 의존하여 규제될 수도 있다.

냉매로부터의 HVAC 모듈(60)을 통과하는 공기로의 열 전달은 가스 냉매의 적어도 일부분이 열 펌프 시스템(10)의 동작 조건에 의존하여 내부 응축기(24) 내에서 응축하게 할 수도 있다. 다른 환경에서, 내부 응축기(24)는 냉매의 응축의 부재 시에 통과하는 가스 냉매를 단지 냉각할 수도 있으며, 그에 따라 내부 응축기(24)는 대안적으로 "가스 냉각기"로 지칭될 수도 있다. 이처럼, 본 명세서에서 "응축기"에 대한 각각의 지칭은, 압축기(22)의 하류에 배열되며 냉매가 응축되는 규모에 상관없이 상대적으로 고온 및 고압 가스 냉매의 공급을 냉각하도록 구성되는 임의의 열 교환기를 지칭할 수도 있다.

외부 응축기(26)는 내부 응축기(24)로부터 하류에 배열되어 냉매로부터의 열을 외부 응축기(26)를 회피하는 공기의 공급에 전달하도록 구성되며, 이러한 공기는 주변으로부터 유래한 공기일 수도 있다. 외부 응축기(26)는 그에 따라 상류에 배치되는 내부 응축기(24) 내에서 냉매의 (부가적인) 냉각 및/또는 응축 다음에 냉매를 추가로 냉각 및/또는 응축하도록 구성된다. 송풍기 유닛(21)이 주변 공기의 외부 응축기(26)로의 흐름을 제어하기 위해 외부 응축기(26) 인근에 배열될 수도 있다. 외부 응축기(26)와 송풍기 유닛(21)은 원하는 바에 따라 차량의 전방 부분 인근에 배열될 수도 있다.

냉매는 외부 응축기(26)로부터 3-방향 밸브(27)로 흐르며, 이러한 3-방향 밸브는 냉매 회로(20)를 냉각제 회로 경로(35)와 증발기 경로(36)로 분리하는 냉매 회로(20)의 분기점을 형성한다. 냉각제 회로 경로(35)와 증발기 경로(36)는 그 후 노드(43)에서 재결합하여 이들 경로(35, 36)는 냉매 회로(20)에 대해 병렬로 배열되게 된다.

냉각제 회로 경로(35)는 칠러(chiller) 팽창 요소(38)와 칠러(39)를 포함한다. 칠러 팽창 요소(38)는, 칠러 팽창 요소(38)를 통과할 때 액체 냉매의 온도와 압력을 낮추기 위해 액체 냉매를 압축한 후 팽창시키도록 구성된다. 칠러 팽창 요소(38)를 통과하는 흐름 면적은 칠러 팽창 요소(38)를 통과하는 냉매의 온도와 압력의 제어를 통해 칠러(39)의 열 교환 용량을 제어하기 위해 조정될 수도 있다.

칠러(39)는 열 교환기이며, 더욱 구체적으로는 냉각제 회로(40)와 열 교환 관계에 있는 증발기이다. 냉각제 회로(40)는 칠러(39)와 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)를 포함한다. 냉각제 회로(40)는 냉각제가 냉각제 회로(40)를 통해 순환하도록 하기 위한 적어도 하나의 펌프(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)는, 비제한적인 예로서, 차량의 전원으로서 동작하는 배터리를 포함하는 냉각될 필요가 있는 임의의 열 생성 구성요소, 압축기(22)와 같은 전기 구성요소와 관련되는 인버터, 또는 모터 차량의 구동 메커니즘과 관련되는 구성요소일 수도 있다. 폐열을 발생시킬 수 있는 임의의 구성요소가 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다면 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)로서 활용될 수도 있다.

칠러(39)와 열 생성 구성요소(42)는 별도로 형성되어 그 사이에서 냉각제를 연통시키는 유체 공급선을 통해 연결되는 것으로서 예시된다. 그러나 칠러(39)는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다면 냉각제의 부재시에 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)와 직접 열 전달 관계에 있을 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 냉각제 회로(40)는, 본 명세서에서 도시되며 기재된 것들 외에, 열 펌프 시스템(10)의 추가 목적을 달성하기 위해 추가 구성요소, 밸브 및 유체 공급선을 포함할 수도 있다. 예컨대, 냉각제 회로(40)는, 차량의 객실에 전달되는 공기에 추가 난방을 제공하는데 사용되는 HVAC 모듈(60) 내에 배열되는 열 교환기와 열 교환 관계에 있을 수도 있다. 냉각제 회로(40)는 그에 따라 본 발명의 범위 내에 있으면서도 냉각제 회로 경로(35)를 통과하는 냉매와 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42) 사이에 열을 전달하기 위해 임의의 적절한 구성을 가질 수도 있다.

칠러(39)는, 냉매의 온도를 증가시켜서 칠러(39) 내의 액체 냉매의 적어도 일부분을 증발시키기 위해, 냉각제 및/또는 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)로부터의 열을 저온, 저압 액체 냉매에 전달하도록 구성된다. 칠러(39)는 열 펌프 시스템(10)이 이후에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 공기 조화 또는 구성요소 냉각 모드에서 동작될 때 이러한 방식으로 동작할 수도 있다.

그러나 다른 환경 하에서, 칠러(39)는 대안적으로는 냉매로부터 냉각제 및/또는 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)에 열을 전달하도록 구성될 수도 있다. 이러한 구성은, 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)가 전기 구성요소이며 차량이 특히 낮은 주변 온도에 노출될 때 발생할 수도 있다. 전기 구성요소의 가열은 전기 구성요소의 효율이 원하는 바에 따라 전기 구성요소가 최소 온도 값으로 동작하는 것에 의존할 때 실행될 수도 있다. 칠러(39)는 열 펌프 시스템(10)의 난방 모드 동안 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)에 의해 발생된 폐열을 냉매에 전달하도록 또한 구성될 수도 있고, 여기에서 난방 모드는 간락하게 하기 위해 본 명세서에서의 설명에서 생략된다.

증발기 경로(36)는 증발기 팽창 요소(28)와 증발기(30)를 포함한다. 증발기 팽창 요소(28)는 액체 냉매의 온도와 압력을 낮추기 위해 통과하는 액체 냉매를 압축한 후 팽창시키도록 구성된다. 증발기 팽창 요소(28)를 통과하는 흐름 면적은 그에 따라 증발기(30)의 열 교환 용량을 제어하도록 조정될 수도 있다. 증발기(30)는 HVAC 모듈(60) 내에 배열되어, HVAC 모듈(60)을 통과하는 공기로부터 저온 및 저압 냉매에 열을 전달하여, 냉매의 적어도 일부분을 증발시키도록 구성된다.

3-방향 밸브(27)는, 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)에 필요하거나 차량의 객실에 전달하기 위해 HVAC 모듈(60)을 통과하는 공기에 필요한 원하는 냉각량과 같은 열 펌프 시스템(10)의 여러 양상에 의존하여 냉매를 냉각제 회로 경로(35)와 증발기 경로(36) 중 하나 또는 모두에 분배하도록 구성될 수도 있다.

냉매는, 제2 노드(43)를 통과한 후 컬렉터(45)로 흐른다. 컬렉터(45)는, 칠러(39)나 증발기(30) 내에서 아직 증발하지 않은 임의의 액체 냉매를 수집하여 액체 냉매가 압축기(22) 내로 원치 않게 진입하는 것을 방지하도록 구성된다. 남은 가스 냉매는 압축기(22)의 저압 측으로 복귀하여 앞서 언급한 공정을 반복한다.

이제 HVAC 모듈(60)을 별개로 도시하는 도 2를 참조하면, HVAC 모듈(60)은, 증발기(30)와 내부 응축기(24) 각각과 열을 교환하는 공기의 공급을 위해 흐름 경로를 규정하는 하우징 또는 케이싱을 형성한다. HVAC 모듈(60)의 주입구 단부는 회로 흐름 경로(62)와 외기 흐름 경로(64)를 포함한다. 재순환 흐름 경로(62)는 차량의 객실로부터 유래한 재순환 공기를 제공하는 반면, 외기 흐름 경로(64)는 주변으로부터 유래하는 외기를 제공한다. 공기원 제어 도어(66)가 재순환 흐름 경로(62)와 외기 흐름 경로(64) 각각으로부터 HVAC 모듈(60)에 진입하는 공기의 분배를 제어하도록 구성된다. 공기원 제어 도어(66)는 도 2에서 공기원 제어 도어(66)의 회전축으로부터 변위되는 호형 표면을 포함하는 일반적인 팬-형 횡단면 형상을 갖는 것으로 예시되지만, 공기원 제어 도어(66)의 임의의 적절한 구성이 본 발명의 범위에서 반드시 벗어나지 않는다면 사용될 수도 있음을 이해해야 한다. 공기원 제어 도어(66)는 대안적으로는 비제한적인 대안 예로서 재순환 흐름 경로(62)와 외기 흐름 경로(64)의 교차부 인근에 회전축을 갖는 실질적으로 평면인 플랩으로서 또는 이들 흐름 경로들(62, 64) 중 하나 또는 모두를 가변적으로 차단하도록 구성되는 슬라이딩 도어로서 형성될 수도 있다. HVAC 모듈(60)은 대안적으로는 본 발명의 범위에서 반드시 벗어나지 않는다면 공기를 HVAC 모듈(60)의 내부로 전달하는 단일 흐름 경로만을 구비할 수도 있다.

공기원 제어 도어(66)의 하류에 배열되는 송풍기 유닛(68)은 공기를 HVAC 모듈(60) 내에 끌어들여 공기를 압축하여 공기를 차량의 객실과 관련되는 여러 상이한 배출구(vent)에 전달한다. 필터(미도시)가, 차량의 객실에 전달될 공기를 필터링하기 위해 송풍기 유닛(68)의 상류 또는 하류에 배열될 수도 있다.

증발기(30)는 송풍기(68)의 하류에 배열되며 HVAC 모듈(60)의 흐름 횡단면 전체에 걸쳐서 연장한다. 이처럼, HVAC 모듈(60)의 통과하는 공기 전체는, 내부 응축기(24)와 같은 HVAC 모듈(60)의 구성요소에 의해 더 조절되기 전 증발기(30)를 통과하게 된다.

HVAC 모듈(60)은, HVAC 모듈(60)을 증발기(30)의 하류 및 HVAC 모듈(60)의 혼합 섹션(75)의 상류에 온기 경로(72)와 냉기 경로(74)로 분리하는 벽(61)을 포함한다. 온기 경로(72)는 일반적으로 열을 HVAC 모듈(60)을 통과하는 공기에 전달하는데 적절한 구성요소를 포함하는, 혼합 섹션(75)의 상류의 HVAC 모듈(60) 통과 흐름 경로를 지칭하는 반면, 냉기 경로(74)는 일반적으로 그러한 열 전달 구성요소를 제외한, 혼합 섹션(75)의 상류의 흐름 경로를 지칭한다. 예시한 실시예에서, 증발기(30)는 냉기 경로(74)의 상류에 배열되어 공기가 냉기 경로(74)에 진입하기 전 냉각되게 하지만, 증발기(30)는 대안적으로는 본 발명의 범위에서 반드시 벗어나지 않는다면 냉기 경로(74) 내에 위치지정될 수도 있다.

온기 경로(72)는 내부 응축기(24)와 2차 가열기(78)를 포함한다. 예시한 실시예에서, 2차 가열기(78)는, 차량 배터리와 같은 차량의 전원과 전기 연통하는 전력 공급 PTC 가열기일 수도 있다. 그러나 2차 가열기(78)는 대안적으로는 원하는 바에 따라 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)에 의해 생성되는 폐열을 더 활용하기 위해 냉각제 회로(40)의 냉각제와 유체 연통하는 가열기 코어일 수도 있다. 온기 경로(72)는 또한 본 발명의 범위에서 반드시 벗어나지 않는다면 2차 가열기(78) 없이 구비될 수도 있다.

온도 제어 도어(80)가 온기 경로(72)와 냉기 경로(74) 각각을 통과하는 공기의 분배를 제어하도록 구성된다. 온도 제어 도어(80)는, 냉기 경로(74)가 전체적으로 개방되는 반면 온기 경로(72)가 전체적으로 폐쇄되는 제1 위치, 냉기 경로(74)가 전체적으로 폐쇄되는 반면 온기 경로(72)가 전체적으로 개방되는 제2 위치, 및 공기의 일부분이 온기 경로(72)와 냉기 경로(74) 각각을 통과하는, 제1 위치와 제2 위치 중간의 복수의 위치로 조정될 수 있다. 온도 제어 도어(80)는 온기 경로(72)와 냉기 경로(74) 사이의 분리막을 형성하는 벽(61)의 하류 단부 인근에 배열되는 회전축을 갖는 플랩 또는 판으로서 예시된다. 그러나 온도 제어 도어(80)는, 벽(61)의 하류 단부로부터 이격된 회전축을 갖는 공기원 제어 도어(66)와 유사한 실질적으로 팬 형상의 외양을 포함한, 온기 경로(72)와 냉기 경로(74) 사이에서 공기를 분배하는데 적절한 임의의 구조를 포함할 수도 있다. 온도 제어 도어(80)는 대안적으로는 원하는 바에 따라 온기 경로(72)와 냉기 경로(74)를 가변적으로 차단하거나 개방하도록 구성되는 슬라이딩 메커니즘으로서 형성될 수도 있다.

혼합 섹션(75)은 벽(61)(따라서 온기 경로(72)와 냉기 경로(74) 사이의 분리막) 하류에 배열되며, 온기 경로(72)와 냉기 경로(74)를 통과한 공기가 재결합하여 열 펌프 시스템(10)의 선택된 동작 모드에 따라 원하는 온도로 혼합되는 일반적으로 HVAC 모듈(60)의 일부분을 지칭한다.

복수의 분배 흐름 경로(82a, 82b, 82c)가 혼합 섹션(75)의 하류에 형성되며, 분배 흐름 경로들(82a, 82b, 82c) 각각은, 차량의 객실 내의 특정한 구역에 공기를 전달하기 위해 구성되는 하나 이상의 배출구(미도시)와 유체 연통한다. 예컨대, 제1 분배 흐름 경로(82a)는 혼합 섹션(75)과 차량의 하나 이상의 성에 제거 또는 측면 윈도우 배출구 사이에 유체 연통을 제공하고, 제2 분배 흐름 경로(82b)는 혼합 섹션(75)과 차량의 하나 이상의 패널 배출구 사이에 유체 연통을 제공하며, 제3 분배 흐름 경로(82c)는 혼합 섹션(75)과 차량의 하나 이상의 바닥 배출구 사이에 유체 연통을 제공한다. 제1 분배 흐름 경로(82a)는 제1 배출구 도어(83a)를 포함하고, 제2 분배 흐름 경로(82b)는 제2 배출구 도어(83b)를 포함하며, 제3 분배 흐름 경로(82c)는 제3 배출구 도어(83c)를 포함한다. 배출구 도어들(83a, 83b, 83c) 각각은, 대응하는 흐름 경로(82a, 82b, 82c)를 통한 흐름을 가변적으로 제어하기 위해 대응하는 흐름 경로(82a, 82b, 82c)를 통한 흐름을 폐쇄하는 완전 폐쇄 위치와, 대응하는 흐름 경로(82a, 82b, 82c)를 통한 최대 흐름을 허용하는 완전 개방 위치와, 복수의 중간 위치 사이에서 조정될 수 있다. 배출구 도어들(83a, 83b, 83c)은 중앙에 위치한 회전축을 갖는 플랩으로서 예시되지만, 배출구 도어들(83a, 83b, 83c)은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는다면 대응하는 흐름 경로(82a, 82b, 82c)를 통한 흐름을 변경하기 위해 임의의 적절한 구성을 가질 수도 있다.

퍼지 흐름 경로(85)가 내부 응축기(24)의 하류이며 혼합 섹션(75)의 상류인 위치에서 온기 경로(72)로부터 분기한다. 도 2에 도시한 실시예에서, 퍼지 흐름 경로(85)는 온도 제어 도어(80)의 상류인 위치에서 온기 경로(72)로부터 분기한다. 퍼지 흐름 경로(85)는 온기 경로(72)와 주변 사이에 유체 연통을 제공한다. 그에 따라, 퍼지 흐름 경로(85)를 통과하는 임의의 공기는 후속하여 차량의 객실로 통과하지 않지만, 대신 차량으로부터 제거된다. 퍼지 흐름 경로(85)는, HVAC 모듈(60)로부터의 퍼지된 공기를 차량 외부로 전달하는데 적절한 임의의 형태의 덕트 또는 유사한 구조에 결합될 수도 있다.

퍼지 제어 도어(87)가 퍼지 흐름 경로(85)로의 진입구에 배열되어 온기 경로(72)를 통과하는 공기가 온기 경로(72)로부터 퍼지 흐름 경로(85)를 통해 배기되게 선택적으로 허용하도록 구성된다. 퍼지 제어 도어(85)는 중앙에 위치한 회전축을 갖는 플랩으로서 예시되지만, 임의의 도어나 밸브 구성이 퍼지 흐름 경로(85)를 통한 퍼지된 공기의 흐름을 선택적으로 제어하는데 활용될 수도 있음을 이해해야 한다. 퍼지 제어 도어(87)는 통과하는 퍼지 공기의 최대 흐름을 허용하는 완전 개방 위치와, 통과하는 퍼지 공기의 흐름을 실질적으로 허용하지 않는 완전 폐쇄 위치와, 통과하는 퍼지 공기의 원하는 흐름을 허용하는 복수의 중간 위치 사이에서 조정될 수도 있다.

본 명세서에서 여러 상이한 위치 사이에서 조정될 수 있는 것으로 기재되는 구성요소 각각은 차량의 제어 시스템(미도시)과 신호 연통할 수도 있다. 제어 시스템은 (온도 설정, 송풍기 설정 및 모드 설정과 같은) 차량의 탑승자로부터의 입력을 수신하며 또한 차량의 여러 상이한 감지 조건에 응답하도록 구성될 수도 있다. 예컨대, 제어 시스템은, 이후 기재될 바와 같이 HVAC 모듈(60)의 퍼지 특성을 개시할 때를 결정하기 위해 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)의 온도나 주변의 온도를 모니터링할 수도 있다.

도 2 내지 도 4는 열 펌프 장치(10)의 여러 상이한 동작 모드에 대하여 HVAC 모듈(60)을 예시한다. 도 2는 퍼지 흐름 경로(85)로의 흐름을 폐쇄하는 완전 폐지 위치에 있는 퍼지 제어 도어(87)를 도시한다. 이처럼, 온기 경로(72)나 냉기 경로(74) 중 어느 하나를 통과하게 되는 공기 모두는, 분배 흐름 경로들(82a, 82b, 82c)을 통한 차량의 객실에 분배되기 전 HVAC 모듈(60)의 혼합 섹션(75)을 통해 흐른다. 폐쇄된 퍼지 흐름 경로(85)를 갖는 HVAC 모듈(60)은 그에 따라 이후에 기재될 바와 같이 실질적으로 종래의 방식으로 동작한다.

송풍기 유닛(68)은, 공기원 제어 도어(66)의 위치에 의존하여 공기의 공급이 재순환 흐름 경로(62)와 외기 흐름 경로(64) 중 하나나 모두를 통해 HVAC 모듈(60) 내로 끌어 들여지게 한다. 공기는 그 후, 공기가 온도 제어 도어(80)의 위치를 기초로 온기 경로(72)와 냉기 경로(74) 사이에 분배되기 전 공기를 냉각하기 위해, 증발기(30)를 통과하게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 공기는 온기 경로(72)나 냉기 경로(74) 중 오로지 하나에 전달될 수도 있거나 공기는 2개의 공개 경로(72, 74) 각각에 부분적으로 분배될 수도 있다. 온기 경로(72)를 통과하는 임의의 공기는 내부 응축기(24)에 의해 가열되며 2차 가열기(78)에 의해 선택적으로 더 가열될 수도 있다. 공기는 그 후, 배출구 제어 도어들(83a, 83b, 83c) 각각의 위치를 기초로 하여 분배 흐름 경로(82a, 82b, 83c)에 분배되기 전 혼합 섹션(75)을 통해 흐른다.

일 비제한적인 예로서, HVAC 모듈(60)은, 차량의 객실로부터 유래하는 재순환된 공기를 오로지 받으며, 이 공기는 그 후 제1 분배 흐름 경로(82a)와 제3 분배 흐름 경로(82c)를 통해 객실에 재전달되는 것으로 도 2에 도시되어 있다. 온도 제어 도어(80)는 또한, 증발기(30)를 통과한 대부분의 공기가 후속하여 온기 경로(72)를 통해 흐르게 되어 결국 차량의 객실로의 분배를 위해 상대적인 온기를 야기하는 위치에 있는 것으로 예시되어 있다. 그러나 당업자는, 공기원 제어 도어(66), 온도 제어 도어(80) 및 배출구 제어 도어들(83a, 83b, 83c) 각각에 대한 다양한 상이한 위치 조합이 활용될 수도 있어서 원하는 온도와 습도에 있으면서 공기를 객실의 원하는 구역에 전달할 수도 있음을 인식해야 한다. 또한, 열 펌프 시스템(10)의 소정의 동작 모드에 대한 그 난방 용량이나 냉방 용량은, 비제한적인 예로서, 냉매 회로(20)의 3-방향 밸브 (27)에서의 냉매의 분배, 개시된 팽창 요소들(28, 38) 각각의 조정, 냉매 회로(20)와의 열 전달 관계에 있을 때 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)의 온도, 각각의 개시된 송풍기 유닛(21, 68)의 회전 속도, 2차 가열기(78)의 활성화 또는 비활성화 또는 압축기(22)의 압축 용량과 같은 열 펌프 시스템(10)의 여러 양상을 제어함으로써 더 변경될 수도 있음이 당업자에게 자명하다.

도 2와 대조적으로, 도 3 및 도 4는, 온기 경로(72)를 통과하는 공기가 주변으로 배기되게 허용하도록 퍼지 흐름 경로(85)가 개방되는 열 펌프 시스템(10)의 2개의 독립적인 동작 모드 동안 HVAC 모듈(60)을 예시한다. 퍼지 흐름 경로(85)는, 증발기(30)나 칠러(39) 중 어느 하나를 통과할 때 냉매의 열 교환 용량을 개선하기 위해 응축기들(24, 26)을 통과할 때 냉매로부터 최대한의 열을 방출하는 것이 바람직한 환경 하에서 활용될 수도 있다.

그러한 환경은, 차량의 객실에 진입한 공기를 냉각하거나 특히 높은 주변 공기 온도의 발생과 연계하여 관련된 열 생성 구성요소를 냉각하기 위해 최대한의 냉방 용량이 바람직할 때 발생하여, 열 펌프 시스템에 더 큰 부하를 두어 원하는 냉방도를 달성할 수도 있다. 종래의 HVAC 시스템에서, 관련된 온기 경로는, HVAC 시스템이 최대한 냉각된 공기를 차량의 객실에 전달하도록 구성될 때 보통은 폐쇄될 수도 있으며, 그에 따라 통과하는 상대적으로 고온 가스 냉매를 효율적으로 냉각시키기 위해 공기 흐름은 관련 내부 응축기를 회피하지 않을 것임을 암시하고 있다. 이처럼, 외부 응축기만 활용하여 관련된 팽창 요소에서 냉매의 팽창 전 냉매로부터 열을 방출한다. 냉매는 그에 따라 대응하는 증발기나 칠러에 진입할 때 상승한 온도 레벨에 있으며, 이것은 다시, 냉각 효과를 제공하고자 의도할 때 냉매의 열 교환 용량을 감소시킨다.

도 3은, 열 펌프 시스템(10)의 객실 냉방 모드(공조 모드)에 적절한 구성에 있을 때의 HVAC 모듈(60)을 예시한다. 객실 냉방 모드는, 냉매가 냉매 회로(20)를 통해 순환할 때, 냉매를 오로지 증발기 경로(36)와 증발기(30)를 통과시키는 3-방향 밸브(27)의 조정을 포함할 수도 있다. 증발기 팽창 요소(28)는 또한 통과하는 냉매의 압력과 온도의 최대 감소가 증발기(30)의 냉방 용량을 증가시키게 하도록 조정될 수도 있다. 송풍기 유닛(21)과 송풍기 유닛(68)은 각각 최대 회전 속도로 회전하여 최대 용적의 공기가 내부 응축기(24)와 외부 응축기(26) 각각을 통과하게 하도록 제어될 수도 있다. 공기원 제어 도어(66)는 또한, 재순환 흐름 경로(62)를 통해 흐를 때 주변으로 배출되어 제거되는 차량 객실 내에 배치된 공기의 발생을 방지하기 위해 외기 흐름 경로(64)를 완전히 또는 적어도 부분적으로 개방하도록 조정될 수도 있다.

객실 냉방 모드는 HVAC 모듈(60)의 온기 경로(72)로부터 혼합 섹션(75)으로의 공기 흐름을 폐쇄하도록 온도 제어 도어(80)가 조정되는 것을 더 포함한다. 이처럼, 혼합 섹션(75)에 진입하는 공기는 증발기(30)를 통과할 때 냉각된 후 오로지 냉기 경로(74)를 통해 흐른다. 냉각된 공기는 그 후 탑승객이 제공한 설정이나 선택에 따라 분배 흐름 경로들(82a, 82b, 82c)의 임의의 원하는 조합을 통해 차량의 객실에 분배될 수 있다. 예시한 실시예에서, 제2 및 제3 배출구 제어 도어들(83b, 83c)은 개방 위치에 두어서 제2 및 제3 분배 흐름 경로들(82b, 82c)을 통한 흐름을 허용하는 반면, 제1 배출구 제어 도어(83a)는 폐쇄 위치에 두어서 제1 분배 흐름 경로(82a)를 통한 흐름을 폐쇄한다.

열 펌프 시스템(10)의 객실 냉방 모드는, 온기 경로(72)를 통과한 임의의 공기가 퍼지 흐름 경로(85)를 통해 HVAC 모듈(60)을 빠져나가도록 퍼지 제어 도어(87)가 완전 개방 위치로 조정되는 것을 추가로 포함한다. 온기 경로(72)를 통과한 공기는 먼저 내부 응축기(24)를 통해 흐르며, 여기서 공기는 압축기(22)를 막 빠져나온 상대적 고온 가스 냉매에 의해 가열된다. 내부 응축기(24)를 통과한 공기의 가열은 다시 내부 응축기(24)를 빠져나온 냉매의 온도를 낮춘다. 가열된 공기는 그 후 온기 경로(72)로부터 퍼지 흐름 경로(85)를 통해 주변으로 배기된다.

HVAC 모듈(60)의 남은 구성요소들에 대한 퍼지 흐름 경로(85)와 퍼지 제어 도어(87)의 위치지정은 열 펌프 시스템(10)의 객실 냉방 모드를 달성할 때 수많은 이점을 제공한다. 첫째, 증발기(30) 하류의 내부 응축기(24)의 위치지정은 온기 경로(72)를 통과한 공기가 증발기(30)를 통과하는 동안 첫 번째로 냉각되게 허용하며, 이것은 다시 내부 응축기(24)를 통과한 냉매로부터 열을 방출하기 위한 냉각된 공기의 용량을 증가시킨다. 둘째, 혼합 섹션(75)의 상류의 위치에서 내부 응축기(24)에 의해 가열된 공기의 주변으로의 배기는 열이 내부 응축기(24) 내에서 냉매로부터 제거되게 허용하며, 이때 추후에 이 열을 차량의 객실에 전달되는 공기에 재도입하지 않는다. 열 펌프 시스템(10)은 그러므로, 증발기(30) 내에서 냉매의 냉각 용량을 증가시키기 위해 내부 응축기(24)와 외부 응축기(26) 각각 내에서 냉매로부터 열을 방출할 수 있다. 셋째, HVAC 모듈(60) 내에서 내부 응축기(24)의 위치지정은, 공기를 차량의 객실에 전달하며 또한 공기를 퍼지 흐름 경로(85)를 통해 주변으로 배기하기 위해 단일 송풍기 유닛(68)의 사용을 허용하며, 그리하여, 퍼지 흐름 경로(85)의 사용은 다른 관련 송풍기나 유사한 구성요소에 전력을 공급할 필요 없이 달성될 수 있다.

도 4는 열 펌프 시스템(10)의 구성요소 냉방 모드에 적절한 구성에 있을 때의 HVAC 모듈(60)을 예시한다. 구성요소 냉방 모드는, 차량의 객실에 진입한 공기의 조절이 필요치 않을 때 발생할 수도 있다. 예컨대, 구성요소 냉방 모드는, 차량이 그 밖의 경우에 비활성 상태이며 따라서 차량의 객실의 난방이나 냉방을 필요로 하지 않는 동안 차량의 배터리가 최대화된 냉각이 필요하게 되는 차량 배터리의 급속 충전 기간에 관련될 수 있다. 구성요소 냉방 모드는, 냉매가 냉매 회로(20)를 통해 순환할 때 냉매를 오로지 냉각제 회로 경로(35)와 칠러(39)를 통해 통과시키는 3-방향 밸브(27)의 조정을 포함할 수도 있다. 칠러 팽창 요소(38)는 또한, 통과하는 냉매의 압력과 온도의 최대 감소가 칠러(39)의 냉각 용량을 증가시게 하도록 조정될 수도 있다. 송풍기 유닛(21)과 송풍기 유닛(68)은 각각, 최대 용적의 공기가 내부 응축기(24)와 외부 응축기(26) 각각을 통과하게 하기 위해, 최대 회전 속도로 회전하도록 제어될 수도 있다. 공기원 제어 도어(66)는 HVAC 모듈(60)을 통해 외기만이 흐르는 위치로 조정될 수도 있다.

구성요소 냉방 모드는, 퍼지 제어 도어(87)가 퍼지 흐름 경로(85)를 통한 흐름을 개방하도록 완전 개방 위치에 있는 동안 HVAC 모듈(60)의 냉기 경로(74)로부터 혼합 섹션(75)으로의 공기 흐름을 폐쇄하도록 온도 도어 제어(80)가 조정되는 것을 더 포함한다. 또한, 혼합 섹션(75)의 하류에 배열되는 분배 흐름 경로들(82a, 82b, 82c) 각각은, 구성요소 냉방 모드에서의 동작 동안 차량의 객실 내로의 조절된 공기의 원치 않는 흐름을 방지하도록 폐쇄될 수도 있다. 이처럼, HVAC 모듈(60)에 진입하는 공기 모두는, 퍼지 흐름 경로(85)를 향해 흐를 때 오로지 온기 경로(72)를 통해 흐르며, 그에 따라 HVAC 모듈(60)을 통과하는 공기 모두는 HVAC 모듈(60)을 빠져나가기 전에 내부 응축기(24)를 통과한다. HVAC 모듈(60)을 통과하는 공기 전체는 그에 따라 내부 응축기를 통과하는 냉매와 열을 교환할 수 있으며, 이점은 다시 냉매로부터 열을 방출하여, 칠러(39)에 도달할 때 냉매에 추가 냉방 용량을 제공한다. 구성요소 냉방 모드는 그에 따라, 차량의 객실에 진입하는 공기의 조건에 영향을 미치지 않고도 내부 응축기(24)와 외부 응축기(26) 각각 내에서 냉매로부터의 최대 방열을 포함한다.

객실 냉방 모드와 구성요소 냉방 모드는 각각, 냉각제 회로 흐름 경로(35)와 증발기 흐름 경로(36) 중 하나나 다른 하나를 통해 냉매가 오로지 흐르는 것을 포함하는 것으로 기재되지만, 당업자는, 본 발명의 장점이 개시한 흐름 경로들(35, 36) 사이의 냉매의 분배에 상관없이 인식될 수도 있다는 점을 인식해야 한다. 예컨대, 퍼지 흐름 경로(85)의 개방은, 본 발명의 범위에서 반드시 벗어나지 않는다면 HVAC 모듈(60)과 적어도 하나의 열 생성 구성요소(42)를 통과한 공기 각각의 동시 냉각 동안 발생할 수도 있다. 2개의 구별된 응축기를 통과하므로 인해 냉매의 추가 냉방 용량의 이점이 본 발명의 범위 내에서 있으면서 유리한 목적에 활용될 수도 있다. 또한, 퍼지 흐름 경로(85)는, 최대 냉방이 필요할 때와 같이 특별히 큰 부하를 겪게 될 때 활용되는 것으로 기재되어 있지만, 퍼지 특성은 열 펌프 시스템(10)에 있는 부하에 상관없이 활용될 수도 있음을 또한 인식해야 한다.

전반적으로 설명한 바와 같이, HVAC 모듈(60)은, 본 명세서에서 기재한 퍼지 특성을 여전히 유지하면서도 공기를 조절하기 위한 복수의 상이한 적절한 구성 중 하나를 포함할 수도 있다. 예컨대, 도 5와 도 6은, HVAC 모듈(60)을 형성하는 구성요소들의 구조와 위치지정에서 약간의 차이에도 본 명세서에서 개시한 동작 모드들을 실행할 수 있는 성능을 유지하는 HVAC 모듈(60)의 2개의 변형을 개시한다.

도 5에 예시하는 HVAC 모듈(160)은 도 2 내지 도 4에 예시한 HVAC 모듈(60)의 2개의 주요한 변형을 포함하지만, 그 밖에는 실질적으로 동일한 방식으로 동작한다. 제1 변형은, 하류의 온도 제어 도어의 사용보다는 HVAC 모듈(160)에 의해 규정되는 냉기 경로(174)와 온기 경로(172) 사이의 분리막의 상류 단부에 배열되는 온도 제어 도어(180)의 사용을 포함한다. 온도 제어 도어(180)는 HVAC 모듈(160)을 통과한 공기를 원하는 바에 따라 온기 경로(172)에만, 냉기 경로(174)에만 또는 온기 경로(172)와 냉기 경로(174) 각각에 분배하도록 위치지정되도록 구성된다. 온기 경로(172)는, 온기 경로(172)로부터 분기하는 퍼지 흐름 경로(185)의 상류의 위치에 내부 응축기(24)를 포함한다. 제2 변형은, 주변으로의 단일 퍼지 흐름 경로 대신 2개의 상이한 흐름 경로를 통한 흐름을 전체적으로 차단하도록 선택적으로 위치지정되는 퍼지 제어 도어(187)의 사용을 포함한다. 특별히, 퍼지 제어 도어(187)는, 퍼지 제어 도어(187)가 HVAC 모듈(160)의 온기 경로(172)와 혼합 섹션(175) 사이의 흐름을 허용하면서도 퍼지 흐름 경로(185)를 통한 흐름을 전체적으로 폐쇄하는 제1 위치와, 퍼지 제어 도어(187)가 온기 경로(172)를 통과한 공기를 퍼지 흐름 경로(185)를 향해 우회시키면서도 온기 경로(172)와 혼합 섹션(175) 사이의 흐름을 차단하는 제2 위치(도 5에 도시됨)로 회전할 수 있다.

HVAC 모듈(160)은, 본 명세서에서 개시한 동작 모드들 각각을 달성할 수 있으면서도 HVAC 모듈(60)과 유사한 방식으로 동작한다. 퍼지 특성이 필요치 않을 때, 퍼지 제어 도어(187)는 제1 위치에 두어져서 퍼지 흐름 경로(185)를 통한 흐름을 폐쇄하는 반면, HVAC 모듈(160)의 나머지는 난방/냉방 및 공기를 차량의 객실에 분배하기 위해 종래의 방식으로 동작한다. 객실 냉방 모드(도 5에 도시됨)는, 퍼지 제어 도어(187)가 온기 경로(172)를 통해 흐르는 공기가 퍼지 흐름 경로(185)에 오로지 흘러 주변으로 흐르게 하기 위해 제2 위치에 위치지정되는 동안 온기 경로(172)와 냉기 경로(174) 각각을 통한 흐름을 허용하도록 온도 제어 도어(180)가 위치지정되는 것을 포함한다. 대조적으로, 구성요소 냉방 모드는, 퍼지 제어 도어(187)가 퍼지 흐름 경로(185)를 통한 온기 경로(172) 외부로의 흐름을 허용하기 위해 다시 제2 위치에 두어져 있는 동안 냉기 경로(174)를 통한 흐름을 차단하도록 온도 제어 도어(180)가 위치지정되는 것을 포함한다. HVAC 모듈(160)은 그에 따라, 온도 제어 도어(180)와 퍼지 제어 도어(187)의 형태인 단지 2개의 상이한 도어/밸브의 제어를 여전히 필요로 하면서도 앞서 기재한 동작 모드들 각각을 달성할 수 있다.

도 6은, 차량의 객실의 2개의 상이한 구역에 온도 제어를 제공하면서도 HVAC 모듈(60)과 실질적으로 동일한 방식으로 동작하는 다른 HVAC 모듈(260)을 예시한다. HVAC 모듈(260)은 중앙에 위치한 온기 경로(272), 온기 경로(272)의 제1 측에 형성되는 제1 냉기 경로(273), 온기 경로(272)의 제2 측에 형성되는 제2 냉기 경로(274)를 포함한다. 온기 경로(272)는, 온기 경로(272)로부터 분기하는 퍼지 흐름 경로(285)의 상류에 배열되는 내부 응축기(24)를 포함한다. 퍼지 흐름 경로(285)는, 퍼지된 공기를 주변으로 보내기 위해, 원하는 바에 따라, 도 6의 사시도로부터 지면 내부로 또는 외부로 연장할 수도 있다. 퍼지 제어 도어(287)는, 퍼지 흐름 경로(285)를 통한 흐름을 차단하는 제1 위치와, 퍼지 흐름 경로(285)를 통한 흐름을 허용하는 제2 위치 사이에서 조정되도록 구성된다.

제1 온도 제어 도어(280)가, 또한 객실의 전방 좌석 구역과 같은 차량의 제1 구역으로 공기를 전달하는 것과 관련되는 분배 흐름 경로들의 제1 세트(282a)를 향한 선택적 흐름을 허용하면서도 제1 냉기 경로(273)와 온기 경로(272) 사이의 공기의 분배를 제어하기 위해 제1 냉기 경로(273)와 온기 경로(272) 하류에 배열된다. 제2 온도 제어 도어(281)가, 또한 객실의 후방 좌석 구역과 같은 차량의 제2 구역으로 공기를 전달하는 것과 관련되는 분배 흐름 경로들의 제1 세트(282b)를 향한 선택적 흐름을 허용하면서도 제2 냉기 경로(274)와 온기 경로(272) 사이의 공기의 분배를 제어하기 위해 제2 냉기 경로(274)와 온기 경로(272) 하류에 배열된다. HVAC 모듈(260)은 그에 따라 차량의 객실의 2개의 상이한 구역의 독립적인 온도 제어를 허용하도록 구성된다.

HVAC 모듈(260)은, 본 명세서에서 개시한 동작 모드들 각각을 여전히 달성할 수 있으면서도 HVAC 모듈(60)에 유사한 방식으로 동작한다. 퍼지 특성이 필요치 않을 때, 퍼지 제어 도어(287)는 퍼지 흐름 경로(285)를 통한 흐름을 폐쇄하도록 위치지정되는 반면, HVAC 모듈(260)의 나머지는 난방 또는 냉방과 공기를 차량의 객실에 분배하기 위해 종래의 방식으로 동작한다. 객실 냉방 모드(도 6에 도시함)는 온기 경로(272)와 분배 흐름 경로들의 제1 세트(282a) 사이의 흐름을 차단하도록 제1 온도 제어 도어(280)가 위치지정되는 것과, 온기 경로(272)와 분배 흐름 경로들의 제2 세트(282b) 사이의 흐름을 차단하도록 제2 온도 제어 도어(281)가 위치지정되는 것과, 온기 경로(272)를 통한 흐름이 퍼지 흐름 경로(285)를 통해 HVAC 모듈(260) 외부로 흐르도록 허용하도록 퍼지 제어 도어(287)가 개방되는 것을 포함한다. 구성요소 냉방 모드는 제1 냉기 경로(273)와 분배 흐름 경로들의 제1 세트(282a) 사이에서 흐름을 차단하도록 제1 온도 제어 도어(280)가 위치지정되는 것과, 제2 냉기 경로(274)와 분배 흐름 경로들의 제2 세트(282b) 사이에서 흐름을 차단하도록 제2 온도 제어 도어(281)가 위치지정되는 것과, 온기 경로(272)를 통한 흐름이 퍼지 흐름 경로(285)를 통해 HVAC 모듈(260) 외부로 흐르도록 허용하게 퍼지 제어 도어(287)가 개방되는 것을 포함하며, 분배 흐름 경로들의 2개의 세트(282a, 282b)의 폐쇄는 차량의 객실 내로의 조절된 공기의 원치 않는 흐름을 방지한다.

앞선 설명으로부터, 당업자는 본 발명의 핵심 특징을 쉽게 확인할 수 있으며, 본 발명의 사상과 범위에서 벗어나지 않는다면, 본 발명에 여러 변화 및 변형을 할 수 있어서 본 발명을 여러 용도나 조건에 적응시킬 수 있다.

Claims

열 펌프 시스템용 난방, 환기 및 공조(HVAC) 모듈로서,
내부 응축기를 포함하는 온기 경로;
상기 온기 경로와 독립적으로 형성되는 냉기 경로;
상기 모듈을 통과하는 공기의 흐름에 대해 상기 내부 응축기의 하류의 위치에서 상기 온기 경로로부터 분기하는 퍼지(purge) 흐름 경로로서, 상기 온기 경로와 주변 사이의 유체 연통을 제공하는, 상기 퍼지 흐름 경로; 및
상기 온기 경로와 상기 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 방지하는 제1 위치와 상기 온기 경로와 상기 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 허용하는 제2 위치 사이에서 조정될 수 있는 퍼지 제어 도어를 포함하는, HVAC 모듈.
제1항에 있어서, 온도 제어 도어가, 상기 모듈의 상기 온기 경로와 상기 냉기 경로 사이에서 상기 모듈을 통한 공기 흐름의 분배를 제어하는, HVAC 모듈.
제2항에 있어서, 상기 온도 제어 도어는 공기의 흐름에 대해 상기 퍼지 흐름 경로의 하류에 배열되는, HVAC 모듈.
제2항에 있어서, 상기 온도 제어 도어는 공기의 흐름에 대해 상기 퍼지 흐름 경로의 상류에 배열되는, HVAC 모듈.
제1항에 있어서, 증발기가 공기의 흐름에 대해 상기 온기 경로와 상기 냉기 경로의 상류에 배열되는, HVAC 모듈.
제1항에 있어서, 공기 흐름에 대해 상기 온기 경로와 상기 냉기 경로의 하류에 배열되는 혼합 섹션과, 공기의 흐름에 대해 상기 혼합 섹션의 하류에 배열되는 복수의 분배 흐름 경로를 더 포함하며, 상기 분배 흐름 경로들 각각은 차량의 탑승객 객실과 상기 혼합 섹션 사이의 유체 연통을 제공하는, HVAC 모듈.
차량용 열 펌프 시스템으로서,
압축기, 내부 응축기 및 외부 응축기를 포함하는 냉매 회로; 및
난방, 환기 및 공조 시스템용 모듈로서, 내부 응축기를 포함하는 온기 경로, 상기 온기 경로와 독립적으로 형성되는 냉기 경로, 상기 모듈을 통과하는 공기의 흐름에 대해 상기 내부 응축기의 하류의 위치에서 상기 온기 경로로부터 분기하며, 상기 온기 경로와 주변 사이의 유체 연통을 제공하는 퍼지 흐름 경로, 및 상기 온기 경로와 상기 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 방지하는 제1 위치와 상기 온기 경로와 상기 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 허용하는 제2 위치 사이에서 조정될 수 있는 퍼지 제어 도어를 포함하는 상기 모듈을 포함하는, 열 펌프 시스템.
제7항에 있어서, 상기 냉매 회로의 증발기가, 공기의 흐름에 대해 상기 온기 경로와 상기 냉기 경로의 상류의 위치에서 상기 모듈에 배열되는, 열 펌프 시스템.
제7항에 있어서, 상기 외부 응축기는 상기 모듈 외부에 배열되는, 열 펌프 시스템.
제7항에 있어서, 제1 송풍기 유닛이 상기 모듈과 유체 연통하며, 제2 송풍기 유닛이 상기 외부 응축기와 유체 연통하는, 열 펌프 시스템.
제7항에 있어서, 온도 제어 도어가, 상기 모듈의 상기 온기 경로와 상기 냉기 경로 사이에서 상기 모듈을 통한 공기의 흐름의 분배를 제어하는, 열 펌프 시스템.
제7항에 있어서, 상기 냉매 회로는 차량의 열 생성 구성요소와 열 교환 관계에 있는, 열 펌프 시스템.
차량의 열 펌프 시스템을 동작하는 방법으로서,
난방, 환기 및 공조 모듈을 제공하는 단계로서, 상기 모듈은, 내부 응축기를 포함하는 온기 경로, 상기 온기 경로와 독립적으로 형성되는 냉기 경로, 상기 모듈을 통과하는 공기의 흐름에 대해 상기 내부 응축기의 하류의 위치에서 상기 온기 경로로부터 분기하는 퍼지 흐름 경로, 및 상기 퍼지 흐름 경로의 진입구에 배열되는 퍼지 제어 도어를 포함하며, 상기 퍼지 흐름 경로는 상기 온기 경로와 주변 사이에 유체 연통을 제공하는, 단계; 및
상기 온기 경로와 상기 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 선택적으로 제공하도록 상기 퍼지 제어 도어를 조정하는 단계를 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.
제13항에 있어서, 상기 모듈의 상기 온기 경로와 상기 냉기 경로 사이에서 상기 모듈을 통한 공기의 흐름의 분배를 제어하도록 온도 제어 도어를 조정하는 단계를 더 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.
제14항에 있어서, 상기 열 펌프 시스템의 객실 냉방 모드가 차량의 객실에 냉각된 공기를 제공하며, 상기 객실 냉방 모드는 상기 온기 경로와 상기 퍼지 흐름 경로 사이의 유체 연통을 허용하도록 상기 퍼지 제어 도어를 조정하는 것과, 상기 온기 경로와 상기 냉기 경로 각각에 공기의 흐름을 분배하도록 상기 온도 제어 도어를 조정하는 것을 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.
제15항에 있어서, 상기 객실 냉방 모드는 공기의 흐름의 제1 부분이 상기 냉기 경로를 통과하여 차량의 객실에 분배되는 것과, 공기의 흐름의 제2 부분이 상기 온기 경로를 통과하여 주변에 퍼지되는 것을 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.
제14항에 있어서, 상기 열 펌프 시스템의 구성요소 냉방 모드가, 상기 내부 응축기를 통과하는 냉매와 열 교환 관계에 있는 차량의 열 생성 구성요소에 냉방을 제공하며, 상기 구성요소 냉방 모드는, 상기 온기 경로와 상기 퍼지 흐름 경로 사이에서 유체 연통을 허용하도록 상기 퍼지 제어 도어를 조정하는 것과, 공기의 흐름이 상기 온기 경로를 통해 흐르는 것을 방지하도록 상기 온도 제어 도어를 조정하는 것을 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.
제17항에 있어서, 상기 구성요소 냉방 모드는 공기의 흐름 전체가 상기 온기 경로를 통과하여 주변에 퍼지되는 것을 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.
제13항에 있어서, 상기 열 펌프 시스템의 냉매 회로가 상기 내부 응축기와, 상기 모듈의 외부에 배열되는 외부 응축기를 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.
제19항에 있어서, 상기 내부 응축기와 상기 외부 응축기 각각에서 상기 냉매 회로에 의해 순환되는 냉매로부터 열을 방출하여, 상기 냉매 회로의 냉각 용량을 최대화시키는 단계를 더 포함하는, 열 펌프 시스템 동작 방법.