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KR101088426B1 - 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치 - Google Patents

열전모듈이 구비된 차량용 공조장치 Download PDF

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KR101088426B1
KR101088426B1 KR1020080114390A KR20080114390A KR101088426B1 KR 101088426 B1 KR101088426 B1 KR 101088426B1 KR 1020080114390 A KR1020080114390 A KR 1020080114390A KR 20080114390 A KR20080114390 A KR 20080114390A KR 101088426 B1 KR101088426 B1 KR 101088426B1
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air conditioner
heat
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Abstract

본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치는 증발부 및 응축부 사이를 작동유체가 순환하는 경로를 가진 차량용 공조장치에 관한 것으로서, 열전모듈의 일 측과 열 접촉하는 증발부와, 증발부의 양측에 각각 형성된 액상챔버 및 기상챔버를 갖는 제1 열교환부; 및 열전모듈의 타 측과 열 접촉하는 히트싱크를 갖는 제2 열교환부가 한 쌍으로 결합된 열교환부가 하나 이상 구비되며, 순환경로 상의 일 측에는 진공조절부가 구비되어, 진공조절부에 의해 발생되는 내부 압력차가 작동유체를 순환시키는 구동력으로 작용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 작동유체 순환 경로 상에서 발생되는 압력차에 의한 구동력과 증발부의 이송채널에서 발생되는 액상 작동유체의 모세관력에 의해 작동유체 이송의 효율 및 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다. 본 발명에 따른 차량용 공조장치는 히트싱크와 이송채널의 적절한 배치구조에 의하여, 냉각성능이 매우 향상되는 효과가 있다.
열전모듈, 모세관, 이송채널, 진공조절부, 내부압력차, 히트싱크

Description

열전모듈이 구비된 차량용 공조장치{AIR CONDITIONING APPARATUS FOR VEHICLE HAVING THERMOELECTRIC-MODULE}
본 발명은 차량용 공조장치로서 열전모듈을 활용하는 발명에 관한 것이다. 구체적으로는 작동유체 순환경로상의 내부 압력차가 작동유체의 구동력으로 작용되는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 관한 것이다.
차량용 공조장치에는 일반적 공조장치보다 더 까다로운 조건이 요구된다. 대표적으로 진동에 대해 대응가능한 지가 문제된다. 또한 여러 부품이 탑재되는 엔진룸에 위치되므로 공간을 많이 차지하면 문제된다. 그리고 차량 엔진 등에서 발생되는 발열량으로 인해 일반적인 공조장치보다 냉각효율이 뛰어나야 한다.
이러한 차량용 공조장치로서, 종래에 히트파이프와 열전모듈을 활용하고자 하는 시도가 있었다. 그런데 전술한 차량용 공조장치에 요구되는 조건으로 인해 만족할 만한 냉각성능이 제시되지 못하였다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
첫째, 작동유체의 순환 경로 상에 압력차가 발생하게 하여 작동유체를 이송시키는 구동력을 발생시키고자 한다.
둘째, 증발부의 이송채널을 통해 이송되는 액상 작동유체에 일정한 모세관력이 작용되게 하여 작동유체의 이송효율을 높이고자 한다.
셋째, 작동유체 저장조를 별도로 구비하여, 열교환장치의 작동을 중지하였을 때에도, 액상냉매가 중력 또는 압력차 등에 의해 역류하지 않도록 한다.
넷째, 작동유체 저장조에 의해 증발부의 액상챔버에 일정량의 작동유체가 항상 수용되도록 한다. 이에 의해 재작동시에는 작동유체가 즉시 이송채널로 공급되도록 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치는 증발부 및 응축부 사이를 작동유체가 순환하는 경로를 가진 차량용 공조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에는 열전모듈의 일 측과 열 접촉하는 증발부와, 증발부의 양측에 각각 형성된 액상챔버 및 기상챔버를 갖는 제1 열교환부; 및 열전모듈의 타 측과 열 접촉하는 히트싱크를 갖는 제2 열교환부가 한 쌍으로 결합된 열교환부가 하나 이상 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치는 순환경로 상의 일 측에는 진공조절부가 구비되어, 진공조절부에 의해 발생되는 내부 압력차가 작동유체를 순환시키는 구동력으로 작용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치는 응축부와 액상챔버의 경로 상에 작동유체 저장조가 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치는 일측은 작동유체 저장조의 상단과 연통되고 타측은 기상챔버와 연통되도록 형성되어 작동유체 저장조에 유입된 기체를 기상챔버로 배출하는 제1기체배출부가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 제1 열교환부는 열전모듈의 고온부와 열 접촉하는 증발부, 증발부의 일 측에 형성된 액상챔버, 증발부의 대향 측에 형성된 기상챔버 및 액상챔버와 기상챔버를 연결하는 복수의 이송채널이 구비된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 제2 열교환의 일면은 열전모듈의 저온부와 열 접촉하며, 타면에는 히트싱크가 구비된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 진공조절부는 제1 열교환부와 응축부 사이에서 진공처리된 중공체로 구성되며, 중공체의 일측에는 제1 열교환부에 연통형성된 유입부가 형성되고, 중공체의 타측에는 응축부와 연통형성된 유출부가 구비되어 작동유체의 내부 순환경로상에 압력차를 발생시켜, 제1 열교환부에서 발생된 기체가 응축부로 이송되는 구동력이 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 진공조절부는 진공처리를 위한 진공밸브가 중공체의 일측에 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서,액상챔버에 수 용된 액상 작동유체는 이송채널에 의해 모세관력이 발생되어 액상 작동유체를 기상챔버 방향으로 이송시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 증발부의 이송채널은 증발부 내부에 배치된 각 격벽 사이에 형성되며, 각 격벽에는 하나 이상의 통로가 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 격벽의 통로는 인접한 통로와 동일 높이에 나란히 배치되는 구조 또는 인접한 통로와 나란하지 않게 배치되는 구조인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 결합된 한 쌍의 열교환부가 복수로 구비되는 경우, 각 쌍의 제2 열교환부의 히트싱크가 마주보게 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 히트싱크의 일 측에는 송풍팬이 구비되고, 타측에는 에어덕트가 구비되어, 송풍팬에 의해 히트싱크를 통과한 공기가 에어덕트를 통해 차량 실내로 유입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈의 일측 및 타측은 각각 제1 열교환부 및 제2 열교환부에 용접 결합으로 열접촉되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 결합된 한 쌍의 열교환부가 복수로 구비되는 경우, 진공조절부의 유입부는 각 제1 열교환부의 기상챔버와 각각 연통되는 구조인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 방열파이프의 외면에는 박판 형상의 방열핀이 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 방열핀은 방 열파이프의 외면을 인출시켜 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 응축부와 액상챔버의 경로 상에 작동유체 저장조가 더 구비되며, 작동유체 저장조는 일 측에는 작동유체 유입부가 형성되어 이송파이프를 통해 응축부에 연통되며, 타 측에는 작동유체 유출부가 형성되어 액상챔버에 연통되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 작동유체 유입부는 작동유체 저장조의 일측에서 내부로 삽입관통된 유입파이프로 형성되며, 작동유체 유출부는 작동유체 저장조의 하측에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 일 측은 작동유체 저장조의 상단과 연통되고, 타 측은 기상챔버와 연통되도록 형성되어, 작동유체 저장조에 유입된 기체를 기상챔버로 배출하는 제1 기체배출부가 더 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치에 있어서, 응축부는 진공조절부에 연통된 방열파이프로 구성되며, 일 측은 작동유체 저장조의 상단과 연통되고, 타 측은 응축부의 방열파이프의 적어도 일측과 연통되도록 형성되어, 작동유체 저장조에 유입된 기체를 응축부의 방열파이프로 배출하는 제2 기체배출부가 더 구비되는 것이 바람직하다. 응축부의 방열파이프상에서 제2 기체배출부와 연통되는 위치는 방열파이프 내부에서 기상 작동유체의 액화가 개시된 후의 지점인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 작동유체 순환 경로 상에서 발생되는 압력차에 의한 구동력과 증발부의 이송채널에서 발생되는 액상 작동유체의 모세관력에 의해 작동유체 이송의 효율 및 열교환 효율이 향상되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 히트싱크와 이송채널의 적절한 배치구조에 의하여, 냉각성능이 매우 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 차량용 공조장치에 관하여 구체적으로 설명하겠다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 기본 개념도이다. 본 발명에 따른 구비된 차량용 공조장치는 증발부(210) 및 응축부(500) 사이를 작동유체(working fluid)가 순환하는 경로를 가진다.
본 발명의 주요한 기술적 특징을 작동유체 순환경로 상의 일 측에 진공조절부(400)가 구비되어, 진공조절부(400)에 의해 발생되는 내부 압력차가 작동유체를 순환시키는 구동력(driving power)으로 작용하는 것이다. 이에 관한 상세한 설명은 후술한다.
구체적으로 본 발명에 따른 차량용 공조장치는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 열전모듈(100), 제1 열교환부(200), 제2 열교환부(300), 진공조절부(400) 및 응축부(500)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 열교환부의 정면도와 좌우측면도, 평면도, 배면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 열교환부(200)는 액상챔버(220), 이송채널(230) 및 기상챔버(240)로 구성되는 증발부(210)(도 1 참조)로 구성된다.
증발부(210)의 상하 양측에는 각각 액상챔버(220) 및 기상챔버(240)가 형성되어 있고, 내부에는 이송채널(230)이 형성되어 있다. 따라서 본 발명에 따른 증발부(210)의 좌우 측에서 발열원인 열전모듈(100)의 일 측과 열 접촉된다.(도 1,도 2,도 7 및 도 8 참조)
즉, 도 8에 도시된 바와 같이 액상챔버(220),이송채널(230) 및 기상챔버(240)로 구성되는 증발부(210)는 증발부(210)의 좌우 측에서 상기 액상챔버(220),이송채널(230) 및 기상챔버(240)와 열전모듈(100)이 접촉되도록 마련된다.
구체적으로, 본 발명에 따른 증발부(210)는 열전모듈(100)의 고온부(110)와 열 접촉한다.(도 1,도 2,도 7 및 도 8 참조) 액상챔버(220)는 증발부(210)의 일 측에 형성되고, 기상챔버(240)는 액상챔버의 대향 측에 형성된다. 증발부(210)에는 액상챔버(220)와 기상챔버(240)를 연결하는 복수의 이송채널(230)이 구비되어 있다(도 1 및 도 2 참조).
본 명세서에서는 액상 작동유체가 기화된 경우, 액상 작동유체 내에 기포 상태로 있을 때에는 '기포'라고 명명하고, 액상 작동유체를 벗어난 경우 '기체'라고 명명하기로 한다.
액상챔버(220)에 수용된 액상 작동유체는 이송채널(230)을 통과하면서 열전모듈(100)의 고온부에 의해 기화가 시작된다. 기화된 작동유체는 기포상태로 액상 작동유체와 혼재되어 이송되며, 기상챔버(240)에는 기체상태의 작동유체가 모이게 된다.
본 발명에 따른 이송채널(230)은 모세관력(Capillary Force)이 발생될 정도의 미세한 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 액상챔버(220)에 수용된 액상 작동유체는 이송채널(230) 상에서 모세관력이 발생되어 기상챔버(240) 방향으로 용이하게 이송가능하게 된다.
본 발명에 따른 이송채널(230)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 증발부(210) 내부에 배치된 각 격벽(231) 사이에 형성된다. 본 발명에 따른 이송채널(230)은 미세한 사이즈로 구비되므로, 경우에 따라 중간이 막히는 경우가 발생할 수도 있다. 이 경우 격벽(231)만으로 이루어지면 중간이 막힌 이송채널(230)은 작동유체의 흐름이 중단된 상태로 유지될 수 있다. 이는 냉각성능의 저하를 가져온다.
본 발명은 이러한 문제점을 격벽(231)에 하나 이상의 통로(232)를 형성시켜 해결하고자 한다. 즉 본 발명에 따른 증발부(210)의 각 격벽(231)에는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 통로(232)가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 통로(232)는 인접한 통로와 동일 높이에 나란히 형성(도 3 참조)되는 것이 가능하다. 또한, 인접한 통로와 나란하지 않게 형성(도 4 참조)되는 것도 가능하다. 또한 도 3과 도 4를 혼용한 실시예도 가능하다.
이러한 실시예에 의하면, 만약 일 이송채널(230) 내부의 특정부분이 막혀도, 액상 작동유체와 기포는 통로(232)를 통해 인접한 타 이송채널(230)로 이동가능하게 된다.
한편, 본 발명에 따른 통로(232)는 높이나 개수에 제한을 두지는 않는다. 이 는 증발부(210)의 사이즈나 작동유체의 성질 등을 고려하여 적절한 높이 구조와 개수를 구비하는 것이 바람직하기 때문이다.
본 발명에 따른 제2 열교환부(300)는 열전모듈(100)의 타 측과 열 접촉하는 히트싱크(310)를 갖는다. 구체적으로 본 발명에 따른 제2 열교환부(300)의 일면은 열전모듈(100)의 저온부(120)와 열 접촉하며, 타면에는 히트싱크(310)가 구비되어 열전모듈 저온부(120)의 온도와 공기가 열접촉하게 한다(도 7 참조).
본 발명에 따른 히트싱크(310)는 공기와의 열접촉 향상을 위하여 돌출형성된 복수의 돌기부(311)가 상호 이격 배치되는 것이 바람직하다(도 9 및 도 10 참조).
본 발명에 따른 히트싱크(310)의 일 측에는 송풍팬(320)이 구비되고(도 10 참조), 타측에는 에어덕트(330)가 구비된다(도 8 참조).
도 8은 본 발명에 따른 공조장치의 공기흐름을 나타내는 개념도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 송풍팬(320)에 의해 히트싱크(310)를 통과한 공기가 에어덕트(330)를 통해 차량 실내로 유입된다.
히트싱크(310)가 열전모듈(100)의 저온부와 열접촉하게 되면, 히트싱크(310)를 통과하는 공기는 냉각되므로, 차량 내부로 냉각된 공기가 유입된다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 차량 내부에 열전모듈(100)의 일측 및 타측의 전기적 극성을 변경시키는 극성변경가능한 갖는 제어부(미도시)가 구비된다.
또한 본 발명에 따른 차량용 공조장치는 차량내부에 열전모듈(100)에 인가되는 전원을 조절하는 제어부(미도시)가 구비된다.
만약 사용자가 열전모듈의 전기적 극성을 변화시켜, 히트싱크(310)가 열전모 듈(100)의 고온부와 열접촉하게 되면, 히트싱크(310)를 통과하는 공기는 가열되므로, 차량 내부로 가열된 공기가 유입된다.
본 발명에 따른 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 열교환부(200)와 제2 열교환부(300)가 한 쌍으로 결합되는 것이 바람직하다. 즉 열전모듈(100)의 일 측에는 제1 열교환부(200)가 결합되고, 열전모듈(100)의 타 측에는 제2 열교환부(300)가 결합되어 한 쌍을 이루게 된다.
여기서, 열전모듈(100)의 일측 및 타측은 각각 제1 열교환부(200) 및 제2 열교환부(300)에 열접촉이 최대로 될 수 있도록 밀착 결합되는 것이 바람직하다. 밀착결합을 위해 용접결합으로 열접촉되는 것이 더욱 바람직하다. 본 발명에 따른 용접결합은 공지의 다양한 용접방법을 의미한다.
또한 제1 열교환부(200)와 제2 열교환부(300)가 한 쌍으로 결합된 열교환부가 하나 이상 결합 배치될 수도 있다.
2개의 결합 열교환부는 다양한 방법으로 배치될 수 있으며, 특히 도 9에 도시된 바와 같이 히트싱크(310)가 맞닿게 배치되는 실시예가 바람직하다.
차량 내부에 유입되는 공기를 히트싱크(310)의 돌기부(311)와 열교환을 시키면 급속하게 온도변화가 가능하기 때문이다(도 8 참조).
결합된 한 쌍의 열교환부가 복수로 배치되는 경우, 각 쌍의 제2 열교환부의 히트싱크(310)가 마주보게 배치되는 실시예(미도시) 등이 바람직하다. 이러한 다양한 실시예는 당업자가 공기의 유입 및 열교환 효율을 위하여 적절하게 배치할 수 있다.
본 발명에 따른 진공조절부(400)는 제1 열교환부(200)와 응축부(500) 사이에서 진공처리된 중공체로 구성된다. 이러한 중공체의 일측에는 제1 열교환부(200)에 연통형성된 유입부(410)가 형성되고, 중공체의 타측에는 응축부(500)와 연통형성된 유출부(420)가 구비된다.
본 발명에 따른 진공조절부(400)는 진공처리를 위한 진공밸브(430)가 중공체의 일측에 구비되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 차량용 공조장치에 진공조절부(400)가 처음에는 진공처리되어 결합되었으나, 시간이 경과함에 따라 진공상태가 일부 또는 전부 해제될 수도 있을 것이다. 본 발명에 따른 진공밸브(430)는 이러한 경우에 사후적으로 진공조절부(400)의 진공을 유지하도록 한다.
진공조절부(400)에 의해 작동유체의 내부 순환경로 상에 압력차가 발생되면 제1 열교환부(200)에서 발생된 기체가 응축부(500)로 이송되는 구동력이 된다. 작동유체의 순환경로는 모두 연통되어 있으므로, 순환경로 일측에서 발생된 구동력은 순환경로 전체를 구동시키는 힘으로 작용하게 된다.
구체적으로, 제1 열교환부(200)의 기상챔버(240)에는 이송채널(230)에서 기화된 기체가 모이면서 압력이 상승된다. 기상챔버(240)의 압력이 상승됨에 따라 진공조절부(400)와의 압력차이가 증가하게 된다. 이에 기상챔버(240)에 모인 기체(기상 작동유체)는 진공조절부(400)의 유입부(410)로 신속하게 이동가능하게 된다. 기상챔버(240)에는 기체가 계속 유입되어 압력이 상승되므로, 기상챔버(240)에서 진공조절부(400)로의 기체의 이동 또한 계속되게 된다. 즉 작동유체 순환경로 전체를 순환시키는 구동력으로 작용되는 것이다. 이에 따라 진공조절부(400)에 유입된 기체는 유출부(420)를 통해 응축부(500)로 이송된다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 공조장치에는 결합된 한 쌍의 열교환부가 복수로 구비될 수 있다. 이 경우 본 발명에 따른 진공조절부(400)의 유입부(410)는 도 13에 도시된 바와 같이, 각 제1 열교환부(200)의 기상챔버(240)와 각각 연통되는 유입부(410a, 410b) 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 응축부(500)는 진공조절부(400)에 연통된 방열파이프(510)가 구비된 것을 특징으로 한다(도 5 및 도 12 참조). 방열파이프(510)의 배치형상은 다양한 형상이 가능하며, 특히 지그재그 형상으로 구비되는 것이 공간활용 등의 측면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 방열파이프(510)의 외면에는 방열핀(520)이 형성되어 보다 원활한 방열이 진행되도록 보조하는 것이 바람직하다. 다양한 형태의 방열핀이 가능하며, 특히 박판 형상의 방열핀(520)이 보다 바람직하다(도 12 참조).
본 발명에 따른 박판 형상의 방열핀(520)은 방열파이프(510)와 밀접하게 결합될수록 방열파이프(510)의 열량이 방열핀(520)으로 용이하게 전달될 수 있다. 이에 본 발명에 따른 방열핀(520)은 방열파이프(510)의 외면을 인출시켜 형성된 것을 특징으로 한다. 즉 방열파이프(510) 소재 자체를 강제로 인출시켜 박판형상으로 만든 것이다. 이 경우 방열파이프(510)와 방열핀(520)은 일체형이기 때문에 열전달 효율은 매우 높게 되는 장점이 있다.
본 발명에 따른 응축부(500)의 일 측에 방열팬(530)이 더 구비될 수 있다. 방열팬(530)은 응축부(500)의 방열파이프(510) 및 방열핀(520) 사이를 공기가 골고 루 신속하게 유동되면서 열교환하여 기체가 응축되는 것을 돕는다(도 1 참조).
본 발명에 따른 차량용 공조장치에 있어서, 응축부(500)는 결합 열교환부의 하측에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치에 있어서, 응축부(500)와 제1 열교환부(200)의 경로 상에는 작동유체를 저장하는 저장조(700)가 더 구비되는 것이 바람직하다(도 1 참조). 보다 구체적으로 본 발명에 따른 작동유체 저장조(700)는 응축부(500)와 제1 열교환부(200)의 액상챔버(220)의 경로 상에 배치된다. 참고로 작동유체의 순환경로에는 제1 열교환부(200)의 액상챔버(220), 이송채널(230) 및 기상챔버(240)가 포함되어 있다. 제2 열교환부(300)는 작동유체의 순환경로와는 무관하다.
본 발명에 따른 작동유체 저장조(700)는 도 1에 도시된 바와 같이, 일 측에는 작동유체 유입부(710)가 형성되어 이송파이프(600)를 통해 응축부(500)에 연통되며, 타 측에는 작동유체 유출부(720)가 형성되어 액상챔버(220)에 연통된다.
본 발명에 따른 작동유체 저장조(700)는 상기의 기술적 구성을 포함하는 다양한 실시예가 가능하다. 그리고 저장조(700)에 유입된 액상 작동유체가 역류하지 않도록 하는 것이 필요하다.
이를 위하여, 작동유체 저장조(700)의 상측에 작동유체 유입부(710)를 형성시키고, 작동유체 유출부(720)는 작동유체 저장조(700)의 하측에 형성되는 실시예가 가능하다.
또한, 작동유체의 역류 가능성을 최소화하기 위하여, 작동유체 유입부(710) 는 작동유체 저장조(700)의 일측에서 내부로 삽입관통된 유입파이프(711)로 형성될 수도 있다(도 5 참조). 이 경우에도 작동유체 유출부(720)는 작동유체 저장조(700)의 하측에 형성되는 실시예가 바람직하다.
액상 작동유체는 내부 압력차에 의한 구동력 등에 의해, 아래에 배치된 이송파이프(600)로부터 위에 배치된 작동유체저장조(700)로 이송된다. 작동유체 유입부(710)는 저장조(700)의 일 측에서 내부로 삽입관통되어 있고, 상측으로 충분히 돌출형성되어 있다.
액상 작동유체는 도 5와 같이 작동유체 유입부(710)에서 분출되어 저장조(700) 아래로 떨어지게 된다. 이러한 구조는 액상 작동유체의 역류를 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 작동유체 저장조(700)에 유입되는 것은 액상 작동유체가 대부분이지만, 기체가 일부 존재할 수도 있다. 기체가 액상챔버(220)로 유입되면 증발부(210)의 열교환 효율이 저하된다. 따라서 기체가 제외된 액상 작동유체만 액상챔버(220)로 이송되게 하는 것이 필요하다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 작동유체 저장조(700)에 유입된 기체를 타 부분으로 이송시켜 상기 문제점을 해결하고자 한다.
도 5는 작동유체 저장조(700)에 유입된 기체의 배출에 관한 제1 실시예를 나타낸다. 즉, 일 측은 상기 작동유체 저장조(700)의 상단과 연통되고, 타 측은 상기 기상챔버(240)와 연통되도록 형성되어, 작동유체 저장조(700)에 유입된 기체를 기상챔버(240)로 배출하는 제1 기체배출부(730)가 더 구비될 수 있다.
제1 기체배출부(730)에 의해, 저장조(700)에 유입되거나 액상 작동유체의 분출 등으로 발생된 기체는 위로 상승하여 기상챔버(240)로 바로 이송되게 된다. 즉 기체가 액상챔버(220)로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 결합 열교환부가 둘 이상 배치된 경우에는, 제1 기체배출부(730)는 각 제1 열교환부(200)의 기상챔버(240)와 각각 연통되는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
도 6은 작동유체 저장조(700)에 유입된 기체의 배출에 관한 제2 실시예를 나타낸다. 본 발명에 따른 응축부(500)는 진공조절부(400)에 연통된 방열파이프(510)로 구성될 수 있다. 이 경우 일 측은 상기 작동유체 저장조(700)의 상단과 연통되고, 타 측은 상기 응축부(500)의 방열파이프(510)의 적어도 일측과 연통되도록 형성되어, 작동유체 저장조(700)에 유입된 기체를 응축부(500)의 방열파이프(510)로 배출하는 제2 기체배출부(740)가 더 구비될 수 있다.
제2 기체배출부(740)에 의해, 저장조(700)에 유입되거나 액상 작동유체의 분출 등으로 발생된 기체는 다시 응축부(500)의 방열파이프(510)로 되돌아 가게 된다. 되돌아간 기체는 액상 작동유체로 될 것이다.
한편, 응축부(500)의 방열파이프(510) 내부의 기압이 작동유체 저장조(700) 내부보다 높다면, 작동유체 저장조(700)의 내부 기체의 원활한 배출이 곤란할 것이다. 이에 본 발명에서는 응축부(500)의 방열파이프(510)상에서 제2 기체배출부(740)와 연통되는 위치를 방열파이프(510) 내부에서 기상 작동유체의 액화가 개시된 후의 지점인 것으로 하는 것이 바람직하다. 일반적으로는 응축부(500)의 방열 파이프(510)의 출구 부분에 가까운 지점이 바람직할 것이며, 액화가 시작되어 기체의 압력이 저하된 지점도 가능할 것이다. 그리고 복수 지점도 가능하다. 제2 기체배출부(740)의 직경도 미세하게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 차량용 공조장치는 결합 열교환부가 둘 이상 배치될 수 있다. 이 경우 본 발명에 따른 제1 기체배출부(730)는 도 14에 도시된 바와 같이, 각 제1 열교환부(100)의 각 기상챔버(240)와 각각 연통되는 제1 기체배출부(730a, 730b)구조인 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 작동에 관하여 설명한다.
사용자가 공조장치를 작동시키지 않는 때에는, 작동유체 저장조(700)에 수용된 액상 작동유체의 압력에 의해 액상챔버(220)까지 액상 작동유체가 흘러들어가게 된다. 그리고 작동유체 저장조(700)에서 일부 발생되는 기체는 기상챔버(240)로 유입된다.
이러한 공조장치 동작 전 상태에서는 증발부(210)에 열이 가해지지 아니하므로 액상챔버(220)에 수용된 액상 작동유체가 기화되지 못하고 있다. 따라서 동작 전의 경우, 작동유체는 순환되지 아니하나, 액상챔버(220)에는 액상 작동유체가 항상 수용되어 있는 상태가 유지된다.
예를 들어 사용자가 차량 내부의 냉방이 되도록 공조장치를 동작시키는 경우를 살펴보자. 이 경우 열전모듈(100)에 전원이 인가될 것이며, 냉방 단계이므로 제1 열교환부(200)의 증발부(210)와 열접촉되는 열전모듈(100)의 일측이 고온부로 될 것이다.
열전모듈(100)의 고온부와 증발부(210)는 열접촉을 하고 있으며, 액상챔버(220)에 수용된 액상 작동유체는 이송채널(230)에 이미 채워져 있으므로, 즉시 열교환이 일어나게 된다.
액상 작동유체는 공조장치가 동작 되면 바로 이송채널(230) 상에서 위로 상승하면서 증발부(210)로부터 열량을 공급받아 기포로 변환된다. 기포는 신속하게 위로 이동되어 기상챔버(240)로 수용된다. 기상챔버(240)에는 기포가 점차 많아지게 되면서 압력이 상승된다.
기상챔버(240)의 압력이 상승될수록 진공조절부(400)와의 압력차이는 증가하게 된다. 따라서 기체는 기상챔버(240)에서 진공조절부(400) 방향으로 신속하게 이동하게 된다.
한편, 진공조절부(400) 쪽으로 신속하게 이송된 기체는 응축부(500)에서 응축이 되어 액화된다. 기체의 액화에 의해, 진공조절부(400)의 진공상태 내지 낮은 압력상태는 일정하게 유지된다. 따라서, 진공조절부(400)와 기상챔버(240) 상호간의 압력차는 일정한 수준으로 유지된다.
예를 들어 기상챔버(240)의 기체 압력이 0.05~0.1atm을 유지하고, 진공조절부(400)의 압력은 0.01atm 을 유지하면 일정한 압력차이가 지속되므로, 압력차로 인하여 액상 작동유체를 이송파이프(600) 상측으로 밀어 올려주는 구동력이 발생하게 되는 것이다.
진공조절부(400)에서 응축부(500)로 유입된 기체는 응축부(500)의 방열파이프(510)와 방열핀(520)에 열량을 전달하고, 방열파이프(510)와 방열핀(520)은 공기에 열량을 전달함으로써, 열교환이 진행된다. 열교환에 의해 열량을 뺏긴 기체는 다시 액상 작동유체로 변환된다.
액상 작동유체는 이송파이프(600)를 거쳐서 작동유체 저장조(700)에 유입되고 다시 액상챔버(220)로 유입되면서 순환된다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 공조장치의 기본 개념도이고,
도 2는 본 발명에 따른 제1 열교환부의 정면도와 좌우측면도, 평면도, 배면도이고,
도 3은 도 2의 A의 부분확대도로서, 본 발명에 따른 제1 열교환부의 이송채널의 일 실시예를 나타내며,
도 4는 도 2의 A의 부분확대도로서, 본 발명에 따른 제1 열교환부의 이송채널의 다른 실시예를 나타내며,
도 5는 본 발명에 따른 작동유체저장조의 일 실시예를 설명하는 개념도이고,
도 6은 본 발명에 따른 작동유체저장조의 기체배출부의 다른 실시예를 설명하는 개념도이고,
도 7은 본 발명에 따른 제1 열교환부 및 제2 열교환부가 열전모듈과 결합된 실시예를 나타내는 평면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 공조장치의 공기흐름을 나타내는 개념도이고,
도 9는 본 발명에 따른 결합 열교환부를 나타내는 평면도이고,
도 10은 도 9의 배면도로서, 송풍팬이 구비된 것을 나타내며,
도 11은 본 발명에 따른 결합 열교환부의 액상챔버와 기상챔버를 나타내는 측단면도이고,
도 12는 본 발명에 따른 응축부를 나타내는 평면도이고,
도 13은 본 발명에 따른 결합 열교환부 및 진공조절부의 일 측면도이고,
도 14는 본 발명에 따른 결합 열교환부 및 작동유체 저장조의 타 측면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 열전모듈 110 : 고온부
120 : 저온부 200 : 제1 열교환부
210 : 증발부 220 : 액상챔버
230 : 이송채널 231 : 격벽
232 : 통로 240 : 기상챔버
300 : 제2 열교환부 310 : 히트싱크
311 : 돌기부 320 : 송풍팬
330 : 에어덕트 400 : 진공조절부
410,410a,410b : 유입부 420 : 유출부
430 : 진공밸브 500 : 응축부
510 : 방열파이프 520 : 방열핀
600 : 이송파이프 700 : 작동유체저장조
710 : 작동유체 유입부 711 : 유입파이프
720 : 작동유체 유출부 730,730a,730b : 제1 기체배출부
740 : 제2 기체배출부

Claims (28)

  1. 증발부 및 응축부 사이를 작동유체가 순환하는 경로를 가진 차량용 공조장치에 있어서,
    열전모듈의 일 측과 열 접촉하는 증발부와, 증발부의 양측에 각각 형성된 액상챔버 및 기상챔버를 갖는 제1 열교환부; 및 열전모듈의 타 측과 열 접촉하는 히트싱크를 갖는 제2 열교환부가 한 쌍으로 결합된 열교환부가 하나 이상 구비되며,
    상기 순환경로 상의 일 측에는 진공조절부가 구비되어, 진공조절부에 의해 발생되는 내부 압력차가 작동유체를 순환시키는 구동력으로 작용하며,
    상기 응축부와 상기 액상챔버의 경로 상에 작동유체 저장조가 구비되며,
    일측은 상기 작동유체 저장조의 상단과 연통되고, 타측은 상기 기상챔버와 연통되도록 형성되어, 작동유체 저장조에 유입된 기체를 기상챔버로 배출하는 제1기체배출부가 구비된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환부는 상기 열전모듈의 고온부와 열 접촉하는 증발부, 증발부의 일 측에 형성된 액상챔버, 증발부의 대향 측에 형성된 기상챔버 및 액상챔버와 기상챔버를 연결하는 복수의 이송채널이 구비된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열교환부는 일면은 상기 열전모듈의 저온부와 열 접촉하며, 타면에는 히트싱크가 구비된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진공조절부는 제1 열교환부와 응축부 사이에서 진공처리된 중공체로 구성되며, 상기 중공체의 일측에는 상기 제1 열교환부에 연통형성된 유입부가 형성되고, 상기 중공체의 타측에는 응축부와 연통형성된 유출부가 구비되어 작동유체의 내부 순환경로상에 압력차를 발생시켜,
    제1 열교환부에서 발생된 기체가 응축부로 이송되는 구동력이 되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 진공조절부는 진공처리를 위한 진공밸브가 상기 중공체의 일측에 구비되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 액상챔버에 수용된 액상 작동유체는 상기 이송채널에 의해 모세관력이 발생되어 액상 작동유체를 기상챔버 방향으로 이송시키는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 증발부의 이송채널은 증발부 내부에 배치된 각 격벽 사이에 형성되며, 각 격벽에는 하나 이상의 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 격벽의 통로는 인접한 통로와 동일 높이에 나란히 배치되는 구조 또는 인접한 통로와 나란하지 않게 배치되는 구조인 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제2 열교환부의 히트싱크는 돌출형성된 복수의 돌기부가 상호 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 결합된 한 쌍의 열교환부가 복수로 구비되는 경우, 각 쌍의 제2 열교환부의 히트싱크가 마주보게 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  11. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 히트싱크의 일 측에는 송풍팬이 구비되고, 타측에는 에어덕트가 구비되어, 송풍팬에 의해 히트싱크를 통과한 공기가 에어덕트를 통해 차량 실내로 유입되 는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열전모듈의 일측 및 타측은 각각 제1 열교환부 및 제2 열교환부에 용접 결합으로 열접촉되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 열전모듈의 일측 및 타측의 전기적 극성을 변경시키는 제어부가 차량 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 열전모듈에 인가되는 전원을 조절하는 제어부가 차량 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  15. 제4항에 있어서,
    상기 결합된 한 쌍의 열교환부가 복수로 구비되는 경우,
    진공조절부의 유입부는 각 제1 열교환부의 기상챔버와 각각 연통되는 구조인 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 응축부는 진공조절부에 연통된 방열파이프가 지그재그 형상으로 구비된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방열파이프의 외면에는 박판 형상의 방열핀이 구비된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 방열핀은 방열파이프의 외면을 인출시켜 형성된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 응축부의 일측에 방열팬이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서,
    상기 작동유체 저장조는 일 측에는 작동유체 유입부가 형성되어 이송파이프를 통해 응축부에 연통되며, 타 측에는 작동유체 유출부가 형성되어 액상챔버에 연통되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 작동유체 유입부는 작동유체 저장조의 상측에 형성되고,
    상기 작동유체 유출부는 작동유체 저장조의 하측에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 작동유체 유입부는 작동유체 저장조의 일측에서 내부로 삽입관통된 유입파이프로 형성되며,
    상기 작동유체 유출부는 작동유체 저장조의 하측에 형성되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  24. 삭제
  25. 제1항에 있어서,
    상기 결합 열교환부가 둘 이상 배치된 경우,
    상기 제1 기체배출부는 각 제1 열교환부의 기상챔버와 각각 연통되는 구조인 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 응축부는 진공조절부에 연통된 방열파이프로 구성되며,
    일 측은 상기 작동유체 저장조의 상단과 연통되고, 타 측은 상기 응축부의 방열파이프의 적어도 일측과 연통되도록 형성되어, 작동유체 저장조에 유입된 기체를 응축부의 방열파이프로 배출하는 제2 기체배출부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 응축부의 방열파이프 상에서 상기 제2 기체배출부와 연통되는 위치는
    방열파이프 내부에서 기상 작동유체의 액화가 개시된 후의 지점인 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 응축부는 상기 결합 열교환부의 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 열전모듈이 구비된 차량용 공조장치.
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