WO2024162675A1 - 자동차용 hvac 모듈의 공기 혼합 장치 및 이를 포함하는 hvac 모듈 - Google Patents

자동차용 hvac 모듈의 공기 혼합 장치 및 이를 포함하는 hvac 모듈 Download PDF

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WO2024162675A1
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cooling
mixing device
heating
flow
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PCT/KR2024/001049
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황승국
정재호
김진화
박상문
김지현
이준호
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Estra Automotive Systems Co Ltd
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Estra Automotive Systems Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00021—Air flow details of HVAC devices
    • B60H1/00064—Air flow details of HVAC devices for sending air streams of different temperatures into the passenger compartment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60H1/00007—Combined heating, ventilating, or cooling devices
    • B60H1/00021—Air flow details of HVAC devices
    • B60H2001/00078—Assembling, manufacturing or layout details
    • B60H2001/00092—Assembling, manufacturing or layout details of air deflecting or air directing means inside the device

Definitions

  • the present invention relates to an air mixing device of an HVAC (Heating, ventilation and air-conditioning) module of an automobile and an HVAC module including the same.
  • HVAC Heating, ventilation and air-conditioning
  • the HVAC module of a car is configured to mix the cool air from the evaporator core and the warm air from the heater core to create air of an appropriate temperature and distribute the created air to each outlet.
  • the temperature of the air sent to each outlet must be set differently by mixing air of different temperatures, but in reality, it is very difficult to control the temperature of the air sent to each outlet simply by controlling the flow inside the HVAC.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an air mixing device of an HVAC module capable of effectively mixing heated air and cooled air.
  • An air mixing device for mixing cooling air passing through a cooling member of an HVAC module and heating air passing through a heating member includes a plurality of air ducts each forming a heating air passage through which the heating air flows and arranged adjacent to each other.
  • the plurality of air ducts are arranged adjacent to each other in sequence to form a cooling air passage through which the cooling air flows between the adjacently arranged air ducts, and the air ducts are configured such that a portion corresponding to a downstream side of the flow of the cooling air through the cooling air passage is entirely open.
  • the surface of the air duct on the side into which the cooling air is introduced may be formed into a convex curve.
  • the above-mentioned heated air may be configured to be simultaneously introduced into the heated air passage formed in the air duct and the space between the air duct.
  • An air mixing device may further include a tail plate formed to protrude from the air duct so as to be positioned downstream in the flow direction of the cooling air and upstream in the flow direction of the heating air, thereby forming an air mixing area of the cooling air and the heating air.
  • the above tail plate may have one or more through holes for guiding mixed air in the air mixing region toward the foot outlet.
  • the above tail plate may be configured such that at least one of the areas between the air ducts does not have the through hole formed therein to reduce the amount of mixed air guided to the rear row vent outlet.
  • An air mixing device may further include a blocking plate fixed to the air duct at a position corresponding to the upstream side of the flow of the cooling air and the downstream side of the flow of the heating air to reduce the amount of the cooling air flowing into the cooling air passage.
  • An HVAC module for a vehicle comprises a housing, a cooling member disposed within the housing and configured to cool supply air, a heating member disposed within the housing and configured to heat the supply air, an air mixing device for mixing cooling air passing through the cooling member and heated air passing through the heating member, and at least one valve configured to control a flow of mixed air passing through the air mixing device to at least one distribution opening.
  • the air mixing device comprises a plurality of air ducts each forming a heating air passage through which the heated air flows and which are arranged adjacent to each other, and the plurality of air ducts are arranged adjacently and sequentially to form a cooling air passage through which the cooling air flows between the air ducts arranged adjacent to each other.
  • the air ducts are configured such that a portion corresponding to a downstream side of a flow of the cooling air through the cooling air passage is entirely open.
  • FIG. 1 is a perspective view of an HVAC module according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view of an air mixing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a bottom perspective view of an air mixing device according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a rear perspective view of an air mixing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a drawing showing air flow when an HVAC module according to an embodiment of the present invention operates in vent mode.
  • FIG. 6 is a drawing showing air flow when an HVAC module according to an embodiment of the present invention operates in tri-level mode.
  • FIG. 7 is a drawing showing air flow when an HVAC module according to an embodiment of the present invention operates in high-level mode.
  • FIG. 8 is a diagram showing air flow when the HVAC module according to an embodiment of the present invention operates in a bi-level mode (vent mode).
  • FIG. 9 is a drawing showing air flow when the HVAC module according to an embodiment of the present invention operates in foot & defog mode.
  • FIG. 10 is a drawing showing air flow when an HVAC module according to an embodiment of the present invention operates in defrost mode.
  • an HVAC module (10) includes a housing (11).
  • the housing (11) is formed so as to accommodate components to be described later, and is configured so as to control and discharge the temperature of supply air, for example, exterior air or interior air in a passenger compartment.
  • a cooling member for cooling the supply air that is, an evaporator core (13), and a heating member for heating the supply air, that is, a heater core (15)
  • the heater core (15) may be disposed on the downstream side of the evaporator core (13) so that air passing through the evaporator core (13) passes through the heater core (15).
  • air cooled by the evaporator core (13) is referred to as cooling air
  • air heated by the heater core (15) is referred to as heated air.
  • An air mixing device (40) is arranged downstream of the evaporator core (13) and the heater core (15) and is configured to mix cooling air passing through the evaporator core (13) and heating air passing through the heater core (15).
  • the air passing through the evaporator core (13) is referred to as cooling air
  • the air passing through the heater core (15) is referred to as heated air
  • the air passing through the air mixing device (40) is referred to as mixed air. Since only one of the heated air and the cooled air can be supplied to the air mixing device (40) as needed, the mixed air should be understood as a concept that includes not only the mixed heated air and the cooled air, but also the heated air or the cooled air.
  • the air mixture passing through the air mixing device (40) may be configured to flow to the first to fourth distribution openings (21, 23, 25, 27).
  • the first to fourth distribution openings (21, 23, 25, 27) may be respectively connected to the outlets of the first row of the vehicle, i.e., the front row, for example, the vent outlet, the defrost outlet, the foot outlet, and the vent outlet of the second row, i.e., the rear row.
  • a plurality of valves for controlling the airflow within the HVAC module (10) may be provided, for example, a first valve (31) for controlling the flow of cooling air passing through the evaporator core (13) to the air mixing device (40), a second valve (33) for controlling the flow of cooling air passing through the evaporator core (13) to the heater core (15), a third valve (35) for controlling the flow of the mixed air passing through the air mixing device (40) to the first distribution opening (21), i.e., the front heat vent outlet, and the fourth distribution opening (27), i.e., the rear heat vent outlet, a fourth valve (37) for controlling the flow of the mixed air passing through the air mixing device (40) to the second distribution opening (23), i.e., the defrost outlet, and a fifth valve (39) for controlling the flow of the mixed air passing through the air mixing device (40) to the third distribution opening (25), i.e., the foot outlet.
  • These valves (31, 33, 35, 37, 39) can be implemented as valve
  • the flow of cooling air passing through the evaporator core (13) to the air mixing element (40) can be controlled, and depending on the rotational position of the second valve (33), the flow of cooling air passing through the evaporator core (13) to the heater core (15) and accordingly the flow of heating air passing through the heater core (15) to the air mixing device (40) can be controlled.
  • the flow of mixed air passing through the air mixing element (40) to the vent outlet of the front row and the vent outlet of the rear row can be controlled.
  • the flow of mixed air passing through the air mixing element (40) to the defrost outlet can be controlled, and depending on the rotational position of the fifth valve (39), the flow of mixed air passing through the air mixing element (40) to the foot outlet can be controlled.
  • the air mixing device (40) can be placed in a space where the cooling air passing through the evaporator core (13) and the heating air passing through the heater core (15) merge, and forms a cooling air passage and a heating air passage through which the cooling air and the heating air pass, respectively.
  • the air mixing device (40) is configured to mix the introduced cooling air and the heating air with each other, and thereby the temperature and air volume of the mixed air can be controlled.
  • FIGS 2 to 4 illustrate perspective views of an air mixing device (40) according to an embodiment of the present invention from different angles.
  • the air mixing device (40) forms a heating air passage (41) through which heated air passing through a heater core (15) flows and a cooling air passage (43) through which cooling air passing through an evaporator core (13) flows, and is configured to discharge mixed air created by mixing heated air and cooling air in multiple directions.
  • the air mixing device (40) includes a plurality of air ducts (42) each forming a heating air passage (41) through which heating air flows.
  • the plurality of air ducts (42) are arranged in a parallel manner adjacent to each other with a gap therebetween.
  • the space between the adjacently arranged air ducts (42) forms a cooling air passage (43).
  • the space between the adjacently arranged air ducts (42) is configured so that a part of the heating air flows, and in this respect, it can be said that the space between the air ducts (42) functions as a cooling air passage and a heating air passage simultaneously.
  • the heating air passage (41) and the cooling air passage (43) are formed so as to extend in a direction substantially intersecting each other.
  • the heating air passage (41) extends toward the fourth valve (37) based on Fig. 1
  • the cooling air passage (43) extends toward the third valve (35) based on Fig. 1, whereby the heating air flowing through the heating air passage (41) and the cooling air flowing through the cooling air passage (43) flow in directions that substantially intersect each other.
  • a connecting member (51, 52, 53) may be provided to connect a plurality of air ducts (42) arranged adjacently to each other.
  • the connecting members (51, 52, 53) may extend in the direction in which the plurality of air ducts (42) are arranged to fixedly connect the plurality of air ducts (42) to each other.
  • the air duct (42) is formed so that the side into which cooling air flows in has a convex curve and the opposite side is entirely open, for example, the air duct (42) has an approximately “U” shaped cross-section. Due to the open structure of the air duct (42), the heating air flowing in the heating air passage (41) and the cooling air flowing in the cooling air passage (43) can be mixed with each other. For example, a portion of the heating air flowing in the heating air passage (41) can flow out into the cooling air passage (43) and be mixed with the cooling air, and a portion of the cooling air can flow into the heating air passage (41) and be mixed with the heating air.
  • a cooling air flow (CA) is formed through a cooling air passage (43) formed between air ducts (42) as illustrated in FIG. 2, and a heating air flow (HA) is formed through a space between a heating air passage (41) formed in an air duct (42) and an air duct (42) as illustrated in FIG. 3. Since the air duct (42) has a structure in which a portion corresponding to the downstream side of the cooling air flow (CA) is open, as illustrated in FIG. 4, a part of the heating air is mixed into the cooling air flow (CA) to form a first mixed air flow (MA1), and a part of the cooling air is mixed into the heating air flow (HA) to form a second mixed air flow (MA2).
  • the first mixed air flow (MA1) may be directed approximately toward the fourth valve (37), and the second mixed air flow (MA2) may be directed approximately toward the third valve (23).
  • downstream side of the air duct (42) has an entirely open structure based on the direction of the cooling air flow (CA), mixing of the heated air and the mixed air can be effectively achieved, which leads to the ease of temperature control of the mixed air.
  • CA cooling air flow
  • the air duct (42) may be formed so that the upstream portion, that is, the portion extending a certain distance from the upstream end to the downstream end, based on the direction of the heated air flow, has a cross-sectional area that decreases as it goes downstream.
  • the heated air can be effectively mixed with the fast-flowing cooling air in the upstream portion of the cooling air passage (43).
  • the air mixing device (40) is provided with a tail plate (45) at a portion corresponding to the upstream end based on the heated air flow and at a portion corresponding to the downstream end based on the cooled air flow.
  • the air mixing device (40) is arranged to form an incline with respect to the main direction of the cooled air flow (CA) and the tail plate (45) is formed to block the cooled air flow (CA) passing between the air ducts (42), thereby forming an air mixing zone (MZ) where the cooled air and the cooled air are mixed, as illustrated in FIG. 1.
  • the presence of the air mixing zone (MZ) allows the cooled air and the cooled air to be mixed more effectively, which leads to the ease of temperature control.
  • the tail plate (45) may have one or more through-holes (46) through which a portion of the first mixed air flow (MA1) passes.
  • a blocking plate (47) is provided to block a portion of a cooling air passage (43) formed between air ducts (42). As shown in FIGS. 2 to 4, the blocking plate (47) can be positioned on the upstream side of the cooling air flow (CA) and the downstream side of the heating air flow (HA). In addition, a position corresponding to the blocking plate (47) among the tail plates (45) can be formed so as not to have a through hole. The area of the blocking plate (47) and the tail plate (45) not having a through hole can reduce the amount of mixed air flowing into the fourth distribution opening (27), i.e., the rear-row vent outlet, thereby preventing a rapid increase in the rear-row vent temperature. Furthermore, in order to more effectively prevent a rapid increase in the rear-row vent temperature, a portion corresponding to the blocking plate (47) among the spaces between adjacently arranged air ducts (42) can be closed by a closing portion (49) so that heating air is not introduced.
  • a vortex-inducing plate (48) may be provided. As shown in FIGS. 2 to 4, the vortex-inducing plate (48) may be formed to protrude from the outer surface of the air duct (42) into the cooling air passage (43), and may be positioned downstream with respect to the cooling air flow (CA) and downstream with respect to the heating air flow (HA). The vortex-inducing plate (48) induces a vortex in the cooling air flow (CA), thereby increasing the mixing efficiency of the cooling air flow (CA) and the heating air flow (HA).
  • FIGS. 5 to 10 are drawings showing airflow when the HVAC module (10) according to an embodiment of the present invention operates in various modes.
  • FIG. 5 shows airflow in the vent mode, in which case the cooling airflow is discharged through the first distribution opening (21), i.e., the front row vent outlet, and the fourth distribution opening (27), i.e., the rear row vent outlet.
  • the third valve (35) is open and the fourth and fifth valves (37, 39) are closed.
  • Fig. 6 shows the air flow in the tri-level mode, where the cooling air flow and the heating air flow are mixed by the air mixing device (40) and then discharged through the first to fourth distribution openings (21, 23, 25, 27), i.e., the front row and rear row vent outlets, the defrost outlet, and the foot outlet.
  • the first to fourth distribution openings 21, 23, 25, 27
  • all of the third to fifth valves 35, 37, 39) are open.
  • Fig. 7 shows the air flow in the high-level mode, in which case the cooling air flow and the heating air flow are mixed by the air mixing device (40) and then discharged through the first distribution opening (21), i.e., the front row vent outlet, the second distribution opening (23), i.e., the defrost outlet, and the fourth distribution opening (27), i.e., the rear row vent outlet.
  • the third and fourth valves (35, 37) are open and the fifth valve (39) is closed.
  • Fig. 8 shows the air flow when the bi-level mode is operated, in which case the cooling air flow and the heating air flow are mixed by the air mixing device (40) and then discharged through the first distribution opening (21), i.e., the front row vent outlet, the third distribution opening (25), i.e., the foot outlet, and the fourth distribution opening (27), i.e., the rear row vent outlet.
  • the third and fifth valves (35, 39) are open and the fourth valve (37) is closed.
  • Fig. 9 shows the air flow during operation in foot mode and defog mode, in which case the cooling air flow and the heating air flow are mixed by the air mixing device (40) and then discharged through the second distribution opening (23), i.e., the defrost discharge port, and the third distribution opening (25), i.e., the foot discharge port.
  • the third valve (35) is closed and the fourth and fifth valves (37, 39) are open.
  • Fig. 10 shows the air flow when the defrost mode is in operation, in which case the cooling air flow and the heating air flow are mixed by the air mixing device (40) and then discharged through the second distribution opening (23), i.e., the defrost discharge port.
  • the third and fifth valves (35, 39) are closed and the fourth valve (37) is open.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈의 냉각 부재를 통과한 냉각 공기와 가열 부재를 통과한 가열 공기를 혼합하는 공기 혼합 장치는, 상기 가열 공기가 흐르는 가열 공기 통로를 각각 형성하며 서로 이웃하게 배치되는 복수의 공기 덕트를 포함한다. 상기 복수의 공기 덕트는 이웃하게 차례로 배치되어 상기 이웃하게 배치되는 공기 덕트 사이에 상기 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로를 형성하도록 배열되고, 상기 공기 덕트는 상기 냉각 공기 통로를 통한 상기 냉각 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 부분이 전체적으로 개방되도록 구성된다.

Description

자동차용 HVAC 모듈의 공기 혼합 장치 및 이를 포함하는 HVAC 모듈
본 발명은 자동차의 HVAC(Heating, ventilation and air-conditioning) 모듈의 공기 혼합 장치 및 이를 포함하는 HVAC 모듈에 관한 것이다.
자동차의 HVAC 모듈은 증발기 코어(evaporator core)를 냉풍과 히터 코어(heater core)를 통과한 온풍을 섞어서 적절한 온도의 바람을 만들고 만들어진 바람을 각 토출구로 배분하여 보낼 수 있도록 구성된다. 이때 서로 다른 온도의 바람을 섞어 각 토출구로 보내는 바람의 온도를 다르게 설정해야 하나 실제로 HVAC 내부의 유동 조절만으로 각 토출구로 보내는 바람의 온도를 조절하는 것은 매우 어렵다.
냉풍은 히터 코어를 통과하지 않기 때문에 온풍보다 풍속이 더 강하여 온풍과 잘 섞이지 않고 온풍을 만나면 밀어내는 특성을 갖는다. 냉풍과 온풍을 혼합하기 위한 공기 혼합 장치가 사용되고 있으나, HVAC의 성능 안정화를 위하여 유량 비율을 효과적으로 조절할 수 있는 개선된 구조를 갖는 공기 혼합 장치가 요구되고 있다.
<선행기술문헌>
- 미국 등록특허 US8,376,819 (2013.02.19)
- 일본 특허공보 제4172013호 (2008.08.20)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 가열된 공기와 냉각된 공기를 효과적으로 혼합할 수 있는 HVAC 모듈의 공기 혼합 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈의 냉각 부재를 통과한 냉각 공기와 가열 부재를 통과한 가열 공기를 혼합하는 공기 혼합 장치는, 상기 가열 공기가 흐르는 가열 공기 통로를 각각 형성하며 서로 이웃하게 배치되는 복수의 공기 덕트를 포함한다. 상기 복수의 공기 덕트는 이웃하게 차례로 배치되어 상기 이웃하게 배치되는 공기 덕트 사이에 상기 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로를 형성하도록 배열되고, 상기 공기 덕트는 상기 냉각 공기 통로를 통한 상기 냉각 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 부분이 전체적으로 개방되도록 구성된다.
상기 냉각 공기가 유입되는 쪽의 상기 공기 덕트의 면은 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다.
상기 가열 공기는 상기 공기 덕트에 형성된 상기 가열 공기 통로 및 상기 공기 덕트 사이의 공간으로 동시에 유입되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 혼합 장치는 상기 냉각 공기의 흐름 방향의 하류측 및 상기 가열 공기의 흐름 방향의 상류측에 위치하도록 상기 공기 덕트에서 돌출되게 형성되어 상기 냉각 공기와 상기 가열 공기의 공기 혼합 영역을 형성하는 꼬리 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 꼬리 플레이트는 상기 공기 혼합 영역에서 혼합된 혼합 공기를 풋 토출구 방향으로 안내하는 하나 이상의 관통홀을 구비할 수 있다.
상기 꼬리 플레이트는 후방열 벤트 토출구로 안내되는 혼합 공기의 양을 줄이기 위해 상기 공기 덕트 사이의 영역 중 적어도 하나에는 상기 관통홀이 형성되지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 혼합 장치는 상기 냉각 공기의 흐름의 상류측 및 상기 가열 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 위치에서 상기 공기 덕트에 고정되어 상기 냉각 공기 통로로 유입되는 상기 냉각 공기의 양을 줄이는 차단 플레이트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차용 HVAC 모듈은 하우징, 상기 하우징 내에 배치되며 공급 공기를 냉각할 수 있도록 구성되는 냉각 부재, 상기 하우징 내에 배치되며 상기 공급 공기를 가열할 수 있도록 구성되는 가열 부재, 상기 냉각 부재를 통과한 냉각 공기와 상기 가열 부재를 통과한 가열 공기를 혼합하는 공기 혼합 장치, 그리고 상기 공기 혼합 장치를 통과한 혼합 공기의 적어도 하나의 분배 개구로의 흐름을 조절할 수 있도록 구성되는 적어도 하나의 밸브를 포함한다. 상기 공기 혼합 장치는 상기 가열 공기가 흐르는 가열 공기 통로를 각각 형성하며 서로 이웃하게 배치되는 복수의 공기 덕트를 포함하고, 상기 복수의 공기 덕트는 이웃하게 차례로 배치되어 상기 이웃하게 배치되는 공기 덕트 사이에 상기 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로를 형성하도록 배열된다. 상기 공기 덕트는 상기 냉각 공기 통로를 통한 상기 냉각 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 부분이 전체적으로 개방되도록 구성된다.
본 발명에 의하면, 가열 공기와 냉각 공기의 혼합이 효율적으로 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 혼합 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 다른 공기 혼합 장치의 저면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 혼합 장치의 배면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈이 벤트 모드(vent mode)로 작동할 시의 공기 흐름을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈이 트라이-레벨 모드(tri-level mode)로 작동할 시의 공기 흐름을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈이 하이-레벨 모드(high-level mode)로 작동할 시의 공기 흐름을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈이 바이-레벨 모드(vent mode)로 작동할 시의 공기 흐름을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈이 풋 및 디포그 모드(foot & defog mode)로 작동할 시의 공기 흐름을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈이 디프로스트 모드(defrost mode)로 작동할 시의 공기 흐름을 보여주는 도면이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈(10)은 하우징(11)을 포함한다. 하우징(11)은 뒤에서 설명할 구성품들을 수용할 수 있도록 형성되고, 공급 공기, 예를 들어, 외기(exterior air) 또는 승객실 내의 내기(interior air)의 온도를 조절하여 토출할 수 있도록 구성된다. 공급 공기를 냉각하기 위한 냉각 부재, 즉 증발기 코어(13)와 공급 공기를 가열하기 위한 가열 부재, 즉 히터 코어(15)가 HAVC 모듈(10) 내의 공기 통로에 배치될 수 있다. 예를 들어, 증발기 코어(13)를 통과한 공기가 히터 코어(15)를 통과하도록, 히터 코어(15)가 증발기 코어(13)의 하류 측에 배치될 수 있다. 이하에서 증발기 코어(13)에 의해 냉각된 공기를 냉각 공기, 히터 코어(15)에 의해 가열된 공기를 가열 공기로 칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 공기 혼합 장치(40)는 증발기 코어(13)와 히터 코어(15)의 하류측에 배치되며 증발기 코어(13)를 통과한 냉각 공기 및 히터 코어(15)를 통과한 가열 공기를 서로 혼합할 수 있도록 구성된다. 본 명세서의 전체에 걸쳐 증발기 코어(13)를 통과한 공기를 냉각 공기, 히터 코어(15)를 통과한 공기를 가열 공기, 공기 혼합 장치(40)를 통과한 공기를 혼합 공기라 칭한다. 필요에 따라 가열 공기와 냉각 공기 중 어느 하나만 공기 혼합 장치(40)로 공급될 수 있으므로, 혼합 공기는 가열 공기와 냉각 공기가 혼합뿐만 아니라 가열 공기 또는 냉각 공기도 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.
공기 혼합 장치(40)를 통과한 혼합 공기가 제1 내지 제4 분배 개구(21, 23, 25, 27)로 흐를 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 내지 제4 분배 개구(21, 23, 25, 27)는 자동차의 1열, 즉 전방열의 토출구, 예를 들어 벤트 토출구, 디프로스트 토출구, 풋 토출구, 그리고 2열, 즉 후방열의 벤트 토출구에 각각 연통될 수 있다.
HVAC 모듈(10) 내의 공기 흐름을 조절하기 위한 복수의 밸브, 예를 들어 증발기 코어(13)를 통과한 냉각 공기의 공기 혼합 장치(40)로의 흐름을 조절하기 위한 제1 밸브(31), 증발기 코어(13)를 통과한 냉각 공기의 히터 코어(15)로의 흐름을 조절하기 위한 제2 밸브(33), 공기 혼합 장치(40)를 통과한 혼합 공기의 제1 분배 개구(21), 즉 전방 열 벤트 토출구 및 제4 분배 개구(27), 즉 후방 열 벤트 토출구로의 흐름을 조절하기 위한 제3 밸브(35), 공기 혼합 장치(40)를 통과한 혼합 공기의 제2 분배 개구(23), 즉 디프로스트 토출구로의 흐름을 조절하기 위한 제4 밸브(37), 그리고 공기 혼합 장치(40)를 통과한 혼합 공기의 제3 분배 개구(25), 즉 풋 토출구로의 흐름을 조절하기 위한 제5 밸브(39)가 구비될 수 있다. 이들 밸브(31, 33, 35, 37, 39)는 각 회전축을 중심으로 회전하여 공기 통로의 개폐 또는 개도율을 조절할 수 있는 임의의 형태의 밸브, 예를 들어 플레이트 밸브로 구현될 수 있다.
제1 밸브(31)의 회전 위치에 따라 증발기 코어(13)를 통과한 냉각 공기의 공기 혼합 부재(40)로의 흐름이 조절될 수 있고, 제2 밸브(33)의 회전 위치에 따라 증발기 코어(13)를 통과한 냉각 공기의 히터 코어(15)로의 흐름, 및 그에 따른 히터 코어(15)를 통과한 가열 공기의 공기 혼합 장치(40)로의 흐름이 조절될 수 있다. 제3 밸브(35)의 회전 위치에 따라 공기 혼합 부재(40)를 통과한 혼합 공기의 전방 열의 벤트 토출구 및 후방 열의 벤트 토출구로의 흐름이 조절될 수 있다. 또한 제4 밸브(37)의 회전 위치에 따라 공기 혼합 부재(40)를 통과한 혼합 공기의 디프로스트 토출구로의 흐름이 조절될 수 있고, 제5 밸브(39)의 회전 위치에 따라 공기 혼합 부재(40)를 통과한 혼합 공기의 풋 토출구로의 흐름이 조절될 수 있다.
공기 혼합 장치(40)는 증발기 코어(13)를 통과한 냉각 공기와 히터 코어(15)를 통과한 가열 공기가 합류하는 공간에 배치될 수 있으며, 냉각 공기와 가열 공기를 각각 통과시키는 냉각 공기 통로와 가열 공기 통로를 형성한다. 또한 공기 혼합 장치(40)는 유입된 냉각 공기와 가열 공기를 서로 혼합할 수 있도록 구성되며, 이에 의해 혼합 공기의 온도 및 풍량이 조절될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 공기 혼합 장치(40)의 서로 다른 각도에서 본 사시도들을 도시한다. 공기 혼합 장치(40)는 히터 코어(15)를 통과한 가열 공기가 흐르는 가열 공기 통로(41)와 증발기 코어(13)를 통과한 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로(43)를 형성하고, 가열 공기와 냉각 공기가 섞여 만들어지는 혼합 공기를 복수의 방향으로 배출할 수 있도록 구성된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 공기 혼합 장치(40)는 가열 공기가 흐르는 가열 공기 통로(41)를 각각 형성하는 복수의 공기 덕트(42)를 포함한다. 복수의 공기 덕트(42)는 간격을 두고 서로 이웃하게 병렬 형태로 배열된다. 이웃하게 배열되는 공기 덕트(42) 사이의 공간은 냉각 공기 통로(43)를 형성한다. 또한 이웃하게 배열되는 공기 덕트(42) 사이의 공간은 가열 공기의 일부가 흐르도록 구성되며, 이점에서 공기 덕트(42) 사이의 공간은 냉각 공기 통로 및 가열 공기 통로로 동시에 기능한다고 할 수 있다. 이때, 가열 공기 통로(41)와 냉각 공기 통로(43)는 대략 서로 교차하는 방향으로 연장되도록 형성된다. 예를 들어, 가열 공기 통로(41)는 도 1을 기준으로 제4 밸브(37)를 향해 연장되고 냉각 공기 통로(43)는 도 1을 기준으로 제3 밸브(35)를 향해 연장되며, 이에 의해 가열 공기 통로(41)를 흐르는 가열 공기와 냉각 공기 통로(43)를 흐르는 냉각 공기는 대략 서로 교차하는 방향으로 흐른다. 이웃하게 배열된 복수의 공기 덕트(42)를 서로 연결하기 연결 부재(51, 52, 53)가 구비될 수 있다. 연결 부재(51, 52, 53)는 복수의 공기 덕트(42)가 배열된 방향으로 연장되어 복수의 공기 덕트(42)를 서로 고정적으로 연결할 수 있다.
공기 덕트(42)는 냉각 공기가 유입되는 측은 볼록한 곡면을 갖고 그 반대측은 전체적으로 개방되도록 형성되며, 예를 들어 공기 덕트(42)는 대략 “U”자형 단면을 가진다. 이러한 공기 덕트(42)의 개방 구조에 의해, 가열 공기 통로(41)를 흐르는 가열 공기와 냉각 공기 통로(43)를 흐르는 냉각 공기가 서로 혼합될 수 있다. 예를 들어, 가열 공기 통로(41)를 흐르는 가열 공기의 일부가 냉각 공기 통로(43)로 유출되어 냉각 공기와 혼합되고, 냉각 공기 중 일부가 가열 공기 통로(41)로 유입되어 가열 공기와 혼합될 수 있다.
냉각 공기 흐름(CA)이 도 2에 도시된 바와 같이 공기 덕트(42) 사이에 형성되는 냉각 공기 통로(43)를 통해 형성되고, 가열 공기 흐름(HA)이 도 3에 도시된 바와 같이 공기 덕트(42)에 형성되는 가열 공기 통로(41) 및 공기 덕트(42) 사이의 공간을 통해 형성된다. 공기 덕트(42)가 냉각 공기 흐름(CA)의 하류측에 해당하는 부분이 개방되는 구조를 갖기 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 공기 흐름(CA)에 가열 공기의 일부가 혼합되어 제1 혼합 공기 흐름(MA1)이 형성되고 가열 공기 흐름(HA)에 냉각 공기의 일부가 혼합되어 제2 혼합 공기 흐름(MA2)이 형성된다. 이때, 제1 혼합 공기 흐름(MA1)의 방향과 제2 혼합 공기 흐름(MA2)의 방향은 서로 교차한다. 제1 혼합 공기 흐름(MA1)은 대략 제4 밸브(37)를 향할 수 있고, 제2 혼합 공기 흐름(MA2)은 대략 제3 밸브(23)를 향할 수 있다.
냉각 공기 흐름(CA)의 방향을 기준으로 공기 덕트(42)의 하류측 면이 전체적으로 개방된 구조를 가지기 때문에, 가열 공기와 혼합 공기의 혼합이 효과적으로 이루어질 수 있으며 이는 혼합 공기의 온도 조절의 용이성으로 이어진다.
공기 덕트(42)는 가열 공기 흐름의 방향을 기준으로 상류측 부분, 즉 상류측 단에서 하류측으로 일정 거리만큼 연장되는 부분은 하류측으로 갈수록 단면적이 감소하도록 형성될 수 있다. 이에 의해 냉각 공기 통로(43)의 상류측 부분에서 가열 공기가 빠른 유속의 냉각 공기와 효과적으로 섞일 수 있다.
가열 공기와 냉각 공기의 혼합 효과를 높이기 위해, 공기 혼합 장치(40)는 가열 공기 흐름을 기준으로 상류측 단에 해당하고 냉각 공기 흐름을 기준으로 하류측 단에 해당하는 부분에 꼬리 플레이트(45)를 구비한다. 공기 혼합 장치(40)가 냉각 공기 흐름(CA)의 주된 방향과 경사를 이루도록 배치되고 꼬리 플레이트(45)가 공기 덕트(42) 사이를 지나는 냉각 공기 흐름(CA)을 막도록 형성됨으로써, 도 1에 도시된 바와 같은 냉각 공기와 가열 공기가 서로 섞이는 영역인 공기 혼합 영역(air mixing zone)(MZ)이 형성된다. 공기 혼합 영역(MZ)의 존재에 의해 냉각 공기와 가열 공기가 보다 효과적으로 섞일 수 있으며 이는 온도 조절의 용이성으로 이어진다.
꼬리 플레이트(45)는 제1 혼합 공기 흐름(MA1)의 일부가 통과하는 하나 이상의 관통공(46)을 구비할 수 있다. 제1 혼합 공기 흐름(MA1) 중 일부가 관통공(46)을 통해 제3 분배 개구(25)로 이동함으로써, 제3 분배 개구(25)에 연통되는 풋 토출구에서 토출되는 공기의 온도 조절이 효과적으로 이루어질 수 있다.
공기 덕트(42) 사이에 형성되는 냉각 공기 통로(43)의 일부를 막는 차단 플레이트(blocking plate)(47)가 구비된다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 차단 플레이트(47)는 냉각 공기 흐름(CA)의 상류측 및 가열 공기 흐름(HA)의 하류측에 위치될 수 있다. 또한 꼬리 플레이트(45) 중 차단 플레이트(47)에 대응하는 위치는 관통공을 갖지 않도록 형성될 수 있다. 차단 플레이트(47) 및 관통공을 갖지 않는 꼬리 플레이트(45)의 영역은 제4 분배 개구(27), 즉 후방열 벤트 토출구로 흐르는 혼합 공기의 양을 줄여 후방열 벤트 온도가 급격히 증가하는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 후방열 벤트 온도의 급격한 증가를 더 효과적으로 방지하기 위해, 이웃하게 배치되는 공기 덕트(42)의 사이의 공간 중 차단 플레이트(47)에 대응하는 부분은 폐쇄부(49)에 의해 가열 공기가 유입되지 않도록 폐쇄될 수 있다.
한편, 공기 혼합 효율을 높이기 위해, 와류 유발 플레이트(48)가 구비될 수 있다. 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 와류 유발 플레이트(48)는 공기 덕트(42)의 외주면에서 냉각 공기 통로(43)로 돌출되어 형성될 수 있으며, 냉각 공기 흐름(CA)을 기준으로 하류측 및 가열 공기 흐름(HA)을 기준으로 하류측에 위치할 수 있다. 와류 유발 플레이트(48)는 냉각 공기 흐름(CA)에 와류를 유발함으로써 냉각 공기 흐름(CA)와 가열 공기 흐름(HA)의 혼합 효율을 향상시킨다.
도 5 내지 도 10에는 본 발명의 실시예에 따른 HVAC 모듈(10)이 다양한 모드로 작동할 시의 공기 흐름을 보여주는 도면이다. 도 5는 벤트 모드 시의 공기 흐름을 보여주며, 이 경우 냉각 공기 흐름이 제1 분배 개구(21), 즉 전방열 벤트 토출구 및 제4 분배 개구(27), 즉 후방열 벤트 토출구로 토출된다. 도 5의 상태에서 제3 밸브(35)는 개방되고 제4 및 제5 밸브(37, 39)는 폐쇄된다.
도 6은 트라이-레벨 모드 시의 공기 흐름을 보여주며, 이 경우 냉각 공기 흐름과 가열 공기 흐름이 공기 혼합 장치(40)에 의해 혼합된 후 제1 내지 제4 분배 개구(21, 23, 25, 27)로, 즉 전방열 및 후방열 벤트 토출구, 디프로스트 토출구, 풋 토출구로 토출된다. 도 6의 상태에서 제3 내지 제5 밸브(35, 37, 39) 모두 개방된다.
도 7은 하이-레벨 모드 시의 공기 흐름을 보여주며, 이 경우 냉각 공기 흐름과 가열 공기 흐름이 공기 혼합 장치(40)에 의해 혼합된 후 제1 분배 개구(21), 즉 전방열 벤트 토출구, 제2 분배 개구(23), 즉 디프로스트 토출구, 제4 분배 개구(27), 즉 후방열 벤트 토출구로 토출된다. 도 7의 상태에서 제3 및 제4 밸브(35, 37)는 개방되고 제5 밸브(39)는 폐쇄된다.
도 8은 바이-레벨 모드 작동 시의 공기 흐름을 보여주며, 이 경우 냉각 공기 흐름과 가열 공기 흐름이 공기 혼합 장치(40)에 의해 혼합된 후 제1 분배 개구(21), 즉 전방열 벤트 토출구, 제3 분배 개구(25), 즉 풋 토출구, 제4 분배 개구(27), 즉 후방열 벤트 토출구로 토출된다. 도 8의 상태에서 제3 및 제5 밸브(35, 39)는 개방되고 제4 밸브(37)는 폐쇄된다.
도 9는 풋 모드 및 디포그 모드 작동 시의 공기 흐름을 보여주며, 이 경우 냉각 공기 흐름과 가열 공기 흐름이 공기 혼합 장치(40)에 의해 혼합된 후 제2 분배 개구(23), 즉 디프로스트 토출구, 제3 분배 개구(25), 즉 풋 토출구로 토출된다. 도 9의 상태에서 제3 밸브(35)는 폐쇄되고 제4 및 제5 밸브(37, 39)는 개방된다.
도 10은 디프로스트 모드 작동 시의 공기 흐름을 보여주며, 이 경우 냉각 공기 흐름과 가열 공기 흐름이 공기 혼합 장치(40)에 의해 혼합된 후 제2 분배 개구(23), 즉 디프로스트 토출구로 토출된다. 도 10의 상태에서 제3 및 제5 밸브(35, 39)는 폐쇄되고 제4 밸브(37)는 개방된다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

Claims (14)

  1. HVAC 모듈의 냉각 부재를 통과한 냉각 공기와 가열 부재를 통과한 가열 공기를 혼합하는 공기 혼합 장치에 있어서,
    상기 가열 공기가 흐르는 가열 공기 통로를 각각 형성하며 서로 이웃하게 배치되는 복수의 공기 덕트를 포함하고,
    상기 복수의 공기 덕트는 이웃하게 차례로 배치되어 상기 이웃하게 배치되는 공기 덕트 사이에 상기 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로를 형성하도록 배열되고,
    상기 공기 덕트는 상기 냉각 공기 통로를 통한 상기 냉각 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 부분이 전체적으로 개방되도록 구성되는 공기 혼합 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 냉각 공기가 유입되는 쪽의 상기 공기 덕트의 면은 볼록한 곡면으로 형성되는 공기 혼합 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 가열 공기는 상기 공기 덕트에 형성된 상기 가열 공기 통로 및 상기 공기 덕트 사이의 공간으로 동시에 유입되도록 구성되는 공기 혼합 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 냉각 공기의 흐름 방향의 하류측 및 상기 가열 공기의 흐름 방향의 상류측에 위치하도록 상기 공기 덕트에서 돌출되게 형성되어 상기 냉각 공기와 상기 가열 공기의 공기 혼합 영역을 형성하는 꼬리 플레이트를 더 포함하는 공기 혼합 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 꼬리 플레이트는 상기 공기 혼합 영역에서 혼합된 혼합 공기를 풋 토출구 방향으로 안내하는 하나 이상의 관통홀을 구비하는 공기 혼합 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 꼬리 플레이트는 후방열 벤트 토출구로 안내되는 혼합 공기의 양을 줄이기 위해 상기 공기 덕트 사이의 영역 중 적어도 하나에는 상기 관통홀이 형성되지 않도록 구성되는 공기 혼합 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 냉각 공기의 흐름의 상류측 및 상기 가열 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 위치에서 상기 공기 덕트에 고정되어 상기 냉각 공기 통로로 유입되는 상기 냉각 공기의 양을 줄이는 차단 플레이트를 더 포함하는 공기 혼합 장치.
  8. 자동차용 HVAC 모듈에 있어서,
    하우징,
    상기 하우징 내에 배치되며 공급 공기를 냉각할 수 있도록 구성되는 냉각 부재,
    상기 하우징 내에 배치되며 상기 공급 공기를 가열할 수 있도록 구성되는 가열 부재,
    상기 냉각 부재를 통과한 냉각 공기와 상기 가열 부재를 통과한 가열 공기를 혼합하는 공기 혼합 장치, 그리고
    상기 공기 혼합 장치를 통과한 혼합 공기의 적어도 하나의 분배 개구로의 흐름을 조절할 수 있도록 구성되는 적어도 하나의 밸브를 포함하고,
    상기 공기 혼합 장치는 상기 가열 공기가 흐르는 가열 공기 통로를 각각 형성하며 서로 이웃하게 배치되는 복수의 공기 덕트를 포함하고,
    상기 복수의 공기 덕트는 이웃하게 차례로 배치되어 상기 이웃하게 배치되는 공기 덕트 사이에 상기 냉각 공기가 흐르는 냉각 공기 통로를 형성하도록 배열되고,
    상기 공기 덕트는 상기 냉각 공기 통로를 통한 상기 냉각 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 부분이 전체적으로 개방되도록 구성되는 자동차용 HVAC 모듈.
  9. 제8항에서,
    상기 냉각 공기가 유입되는 쪽의 상기 공기 덕트의 면은 볼록한 곡면으로 형성되는 자동차용 HVAC 모듈.
  10. 제8항에서,
    상기 공기 혼합 장치는 상기 가열 공기가 상기 공기 덕트에 형성된 상기 가열 공기 통로 및 상기 공기 덕트 사이의 공간으로 동시에 유입되도록 구성되는 자동차용 HVAC 모듈.
  11. 제8항에서,
    상기 공기 혼합 장치는 상기 냉각 공기의 흐름 방향의 하류측 및 상기 가열 공기의 흐름 방향의 상류측에 위치하도록 상기 공기 덕트에서 돌출되게 형성되어 상기 냉각 공기와 상기 가열 공기의 공기 혼합 영역을 형성하는 꼬리 플레이트를 더 포함하는 자동차용 HVAC 모듈.
  12. 제11항에서,
    상기 꼬리 플레이트는 상기 공기 혼합 영역에서 혼합된 혼합 공기를 풋 토출구 방향으로 안내하는 하나 이상의 관통홀을 구비하는 자동차용 HVAC 모듈.
  13. 제12항에서,
    상기 꼬리 플레이트는 후방열 벤트 토출구로 안내되는 혼합 공기의 양을 줄이기 위해 상기 공기 덕트 사이의 영역 중 적어도 하나에는 상기 관통홀이 형성되지 않도록 구성되는 자동차용 HVAC 모듈.
  14. 제13항에서,
    상기 공기 혼합 장치는 상기 냉각 공기의 흐름의 상류측 및 상기 가열 공기의 흐름의 하류측에 해당하는 위치에서 상기 공기 덕트에 고정되어 상기 냉각 공기 통로로 유입되는 상기 냉각 공기의 양을 줄이는 차단 플레이트를 더 포함하는 자동차용 HVAC 모듈.
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