JP2022098411A - モビリティ統合熱管理システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ターボエンジンが適用されたハイブリッドモビリティの統合的な環境制御を行うための熱管理システムを提供する。【解決手段】エンジンの駆動力によって駆動される機械式圧縮部及び電動機の駆動力によって駆動される電動式圧縮部を含んでなり、電動式圧縮部には、ブロワーが連結されたハイブリッド圧縮機と、ハイブリッド圧縮機、コンデンサー及び膨張バルブを循環する冷媒循環ラインと、ブロワーを通して導入された空気を冷却又は加熱して室内に吐き出し、冷媒循環ラインの膨張バルブの下流地点に連結された冷房コア及びエンジンの排気ガス吐出ラインと連結された暖房コアを備えた室内空調部とを含む。【選択図】図１
Description
本発明はモビリティ統合熱管理システムに関するもので、ハイブリッド圧縮機を用いてモビリティの乗客室、電装品、バッテリーの冷暖房を遂行するための熱管理システムに関するものである。
モビリティはヒト又は貨物を運送することができる全ての手段を指称し、モビリティが駆動される方法はさまざまなものがある。最もクラシックな方法としては内燃機関があり、最近には環境問題の登場のため、リチウムイオンバッテリーを一緒に使用するハイブリッド機関を始めとしてリチウムイオンバッテリーのみで駆動されるか、水素燃料電池のみで駆動される環境に優しい方法がある。
内燃機関及びバッテリーを使うハイブリッドモビリティにおいて、バッテリーの冷却、電装品の冷却、モビリティ客室の内部空調のための冷却システムを構築するために適切な構成の結合が必要である。
仮に、回路が独立的に構成される場合、室内冷暖房及び電装品の冷却のための圧縮機だけでなく、バッテリー冷却水の冷却のための圧縮機がさらに要求され、モビリティの外部に空気と接触しなければならない独立した熱交換器が多数要求され、モビリティの重量増加、重量増加による運行距離の減少、コスト増加のような問題点が伴う。
前記背景技術として説明した事項は本発明の背景に対する理解増進のためのものであるだけで、当該技術分野で通常の知識を有する者に既に知られた従来技術に相当することを認めるものと受け入れてはいけないであろう。
本発明はこのような問題点を解決するために提案されたものであり、ターボエンジンが適用されたハイブリッドモビリティの統合的な環境制御を行うための熱管理システムを提供することを目的とする。
前記の目的を達成するための本発明によるモビリティ統合熱管理システムは、エンジンの駆動力によって駆動される機械式圧縮部及び電動機の駆動力によって駆動される電動式圧縮部を含んでなり、電動式圧縮部には、ブロワーが連結されたハイブリッド圧縮機と、ハイブリッド圧縮機、コンデンサー及び膨張バルブを循環する冷媒循環ラインと、ブロワーを通して導入された空気を冷却又は加熱して室内に吐き出し、冷媒循環ラインの膨張バルブの下流地点に連結された冷房コア及びエンジンの排気ガス吐出ラインと連結された暖房コアを備えた室内空調部とを含む。
冷房コアは、モビリティの内部乗客室に供給される空気を冷却するための第１蒸発器と、モビリティの内部電装品に供給される空気を冷却するための第２蒸発器とを含むことができる。
室内空調部の内部には電気ヒーターを備えることができ、電気ヒーターは暖房コアの温度が充分に高くない場合に稼動されることができる。
モビリティの内部には、モビリティを駆動するバッテリーと、ウォーターポンプによってバッテリーを循環する冷却水循環ラインと、冷媒と冷却水の熱交換のために冷却水スンファンラインに備えられた第１熱交換器とをさらに含むことができる。
冷却水循環ラインの冷却水は冷却バッテリーを通過した後、第１制御バルブを通して第１熱交換器に流入し、第１制御バルブは冷却水の温度によって開度が調節されることができる。
冷却水循環ラインは、排気ガスと冷却水の熱交換のために、第２熱交換器をさらに含むことができ、バッテリーの昇温が必要な場合には、第２熱交換器を介して冷却水を加熱してバッテリーを昇温させることができる。
排気ガス吐出ラインは第２制御バルブをさらに含むことができ、バッテリーの昇温が必要な場合には開度が制御されることができる。
本発明のモビリティ統合熱管理システムによれば、エンジンの動力を用いて室内冷房、電装品の冷却及びバッテリーの冷却のためのシステム運用が可能であり、エンジンが運用されない場合には、電動機でシステムを運用して室内に持続的に外気を供給することができる。また、エンジンで発生する廃熱をバッテリーの初期加熱及び室内暖房に活用することができるという利点がある。
以下、上述した目的を達成し問題点を解決するための本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。一方、本発明の説明において、同一分野の公知の技術についての詳細な説明が発明の核心内容を理解するのに役立たない場合、その説明を省略する。本発明の技術的思想はこの詳細な説明に限定されず、通常の技術者によって変更されて多様に実施可能である。
図１は本発明の一実施例によるハイブリッド圧縮機の構成図、図２は本発明の一実施例によるハイブリッド圧縮機が適用された冷媒循環ライン及び室内空調を示す回路図、図３は本発明の一実施例によるモビリティ統合熱管理システムの回路図である。
前記目的を達成するための本発明によるモビリティ統合熱管理システムは、エンジンＡの駆動力によって駆動される機械式圧縮部１１０と、電動機１４０の駆動力によって駆動される電動式圧縮部１２０とからなる。電動式圧縮部１２０は、ブロワー１３０が連結されたハイブリッド圧縮機１００と、ハイブリッド圧縮機１００、コンデンサー１５０及び膨張バルブ１６０を循環する冷媒循環ライン１０１と、ブロワー１３０を介して導入された空気を冷却又は加熱して室内に吐き出し、冷媒循環ライン１０１の膨張バルブ１６０の下流地点に連結された冷房コア１７０及びエンジンの排気ガス吐出ライン２０１と連結された暖房コア１８０を備えた室内空調部とを含む。
図１及び図２を参照すると、まず図１はハイブリッド圧縮機１００の詳細な構成を示す図である。ハイブリッド圧縮機１００は、エンジンＡのシャフトの回転力を受けて駆動される機械式圧縮部１１０と、電動機１４０の駆動力によって駆動される電動式圧縮部１２０とを含む。機械式圧縮部１１０と電動式圧縮部１２０は共にモビリティの内部で冷媒を圧縮するための役割を果たす。すなわち、冷媒がハイブリッド圧縮機１００によって高温及び高圧に圧縮され、コンデンサー１５０で放熱されながら低温及び高圧に凝縮し、膨張バルブ１６０を通して低温及び低圧状態になることを繰り返しながら冷媒循環ライン１０１を流動する。
ここで、電動機１４０は圧縮機だけでなくブロワー１３０と連結される。図２を参照すると、ブロワー１３０によって空気も一緒に加圧してモビリティの内部に供給し、加圧された空気は冷媒との熱交換によって室内を空調することができる。
図３は本発明の一実施例によるモビリティ統合熱管理システムの回路図であり、図３を参照してエンジンの排気ガスの廃熱を活用して室内を空調する制御を説明する。
エンジンＡの内部で燃料（Ｆｕｅｌ）と吸入空気の混合、燃焼及び排気が繰り返されるにつれて高温の排気ガスが生成される。ここで、高温の排気ガスを暖房コア１８０に流動させることにより、ブロワー１３０によって加圧された空気を暖房コア１８０に伝送すれば、排気ガスと加圧空気の熱交換によって加圧空気が加熱され、室内が暖房されることができる。
前記内容を要約すると、基本的に電動機１４０を用いて室内を空調することができるように空気を加圧し、加圧された空気が室内冷房を遂行することができるようにハイブリッド圧縮機１００で冷媒を循環させ、室内暖房が必要な場合にはエンジンの排気ガスの廃熱を用いて室内空調を行うことができる。
また、室内暖房を遂行するために、室内側に補助的なコンデンサーを備えることは通常の技術者が容易に実施することができるものであり、自明なものである。
モビリティの空調が必要な部分は、大別して室内、電装品及びバッテリーの３部分と見なすことができる。この３部分を適切に冷暖房するために各部分ごとに空調システムを設置すれば、モビリティのコストが増加し、重量が増加し、これはモビリティの走行距離減少につながる。したがって、本発明によるモビリティ統合熱管理システムは、ハイブリッド圧縮機１００を用いてモビリティの空調を担当する構成の重量及び体積を最小化してモビリティが効率的に運行することができるようにする。すなわち、エンジンＡで発生する排気ガスの廃熱、エンジンの回転力を用いた冷媒の循環システムを適切に結合してモビリティの環境制御を行うことができる。
また、冷房コア１７０は、モビリティの内部乗客室に供給される空気を冷却するための第１蒸発器１７１と、モビリティの内部電装品に供給される空気を冷却するための第２蒸発器１７２とを含むことができる。
第１蒸発器１７１は、ブロワー１３０によって加圧された空気を受けて低温の冷媒と熱交換させて乗客室の冷房を遂行することができる。
第２蒸発器１７２は、第１蒸発器１７１と同様に、空気を受けて低温の冷媒と熱交換させて電装品の冷却を遂行する。ただ、第２蒸発器１７２に供給される空気はブロワー１３０によって供給することができるが、電装品の冷却に空気の圧力があまり重要ではないから、別途のラインを備えて空気を第２蒸発器１７２に供給することができる。すなわち、走行風程度の圧力のみで十分であるから、ブロワーで加圧しなくてもよい。
図３は第２蒸発器１７２に流入する空気が別途のラインを通して電装品を冷却する回路を示す図である。
室内空調部の内部には電気ヒーター１８１が備えられ、電気ヒーター１８１は暖房コア１８０の温度が充分に高くない場合に稼動することができる。
具体的に、エンジンの排気ガス廃熱のみで暖房コア１８０で空気を加熱することが十分ではない場合には、電気ヒーター１８１を稼動して追加の加熱を試みることができる。
もしくは、エンジンＡが稼働しない場合には、電気ヒーター１８１の単独でブロワー１３０から加圧された空気を加熱して暖房を遂行することができ、モビリティの室内除湿に活用することができる。
モビリティの内部には、モビリティを駆動するバッテリーＢと、ウォーターポンプ３３０を通してバッテリーを循環する冷却水循環ライン３０１と、冷媒と冷却水の熱交換のために冷却水循環ライン３０１に備えられた第１熱交換器３１０とをさらに含むことができる。
具体的に、モビリティは、電力によって駆動されるかエンジンによって駆動されるハイブリッドモビリティであることができる。モビリティが電力によって駆動される場合、バッテリーＢが発熱して温度が上昇するから、これを抑制しなければならない。よって、モビリティはバッテリーを冷却するためにバッテリーを循環する冷却水が流動する冷却水循環ライン３０１と、低温の冷媒とバッテリーを冷却しながら加熱された冷却水が熱交換することができる第１熱交換器３１０とをさらに含むことによりバッテリーＢを冷却することができる。
冷却水循環ライン３０１の冷却水はバッテリーを通過した後、第１制御バルブ３４０を通して第１熱交換器３１０に流入し、第１制御バルブ３４０は冷却水の温度によって開度が調節されることができる。
具体的に、冷却水循環ラインはラジエーター（Ｒａｄｉａｔｏｒ）をさらに含むことができる。ラジエーターは冷却水の熱を外部に放熱する役割をする。すなわち、ラジエーターの役割も加熱された冷却水を再冷却することである。モビリティの初期始動の場合には冷媒が円滑に循環することができない場合があるからバッテリーが円滑に冷却されないことに予想される場合には、冷却水がラジエーターを介して放熱するようにする必要があり、冷媒のみで冷却水の再冷却が難しい場合は、ラジエーターを補助的に活用して冷却水の放熱を助けることができる。
第１制御バルブ３４０は前記のように冷却水が流動することができるように冷却水の温度によって開度が制御されることができる。
一方、冷却水循環ライン３０１は、排気ガスと冷却水の熱交換のために、第２熱交換器３２０をさらに含み、バッテリーＢの昇温が必要な場合には、第２熱交換器３２０を介して冷却水を加熱してバッテリーを昇温させることができる。
バッテリーＢが適正温度区間で駆動されるようにするために、初期始動の際にバッテリーＢの温度が低ければバッテリーＢの温度を高めなければならない。したがって、気温が低い冬季の初期始動の際にはエンジンを作動させて高温の排気ガスを生成し、排気ガスの廃熱を用いてバッテリーＢを昇温させることができる。
具体的に、冷却水循環ライン３０１は、排気ガスと冷却水の熱交換によって冷却水を加熱するための第２熱交換器３２０をさらに含み、バッテリーが駆動されるのに適切な温度になれば、バッテリーＢを用いてモビリティを駆動することができる。
排気ガス吐出ライン２０１は第２制御バルブ２４０をさらに含み、バッテリーＢの昇温が必要な場合には開度が制御されることができる。バッテリーＢの昇温が必要な冬季の初期始動の際には第２熱交換器３２０に排気ガスを伝送するように第２制御バルブ２４０を制御することができる。第２制御バルブ２４０は、バッテリーＢの昇温が必要な程度によって排気ガスの流量を調節することができ、バッテリーＢの昇温が急激に必要な状況ではバッテリーの方向に全ての排気ガスを伝送してバッテリーを昇温させることができる。昇温が不要な状況になれば、排気ガスが第２熱交換器３２０を通らない方向に吐き出すことができる。
本発明を特定の実施例に基づいて図示して説明したが、以下の特許請求範囲によって決定される本発明の技術的思想を逸脱しない範疇内で本発明が多様に改良及び変化されることができるというのは当該分野で通常の知識を有する者に明らかであろう。
Ａ エンジン
１００ ハイブリッド圧縮機
１０１ 冷媒循環ライン
１７０ 冷房コア
２０１ 排気ガス吐出ライン
３０１ 冷却水循環ライン
１００ ハイブリッド圧縮機
１０１ 冷媒循環ライン
１７０ 冷房コア
２０１ 排気ガス吐出ライン
３０１ 冷却水循環ライン
Claims (7)
- エンジンの駆動力によって駆動される機械式圧縮部及び電動機の駆動力によって駆動される電動式圧縮部を含んでなり、電動式圧縮部には、
ブロワーが連結されたハイブリッド圧縮機と、
ハイブリッド圧縮機、コンデンサー及び膨張バルブを循環する冷媒循環ラインと、
ブロワーを通して導入された空気を冷却又は加熱して室内に吐き出し、冷媒循環ラインの膨張バルブの下流地点に連結された冷房コア及びエンジンの排気ガス吐出ラインと連結された暖房コアを備えた室内空調部とを含む、モビリティ統合熱管理システム。 - 冷房コアは、
モビリティの内部乗客室に供給される空気を冷却するための第１蒸発器と、
モビリティの内部電装品に供給される空気を冷却するための第２蒸発器とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のモビリティ統合熱管理システム。 - 室内空調部の内部には電気ヒーターを備え、電気ヒーターは暖房コアの温度が充分に高くない場合に稼動されることを特徴とする、請求項１に記載のモビリティ統合熱管理システム。
- モビリティの内部には、
モビリティを駆動するバッテリーと、
ウォーターポンプによってバッテリーを循環する冷却水循環ラインと、
冷媒と冷却水の熱交換のために冷却水スンファンラインに備えられた第１熱交換器とをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のモビリティ統合熱管理システム。 - 冷却水循環ラインの冷却水は冷却バッテリーを通過した後、第１制御バルブを通して第１熱交換器に流入し、第１制御バルブは冷却水の温度によって開度が調節されることを特徴とする、請求項４に記載のモビリティ統合熱管理システム。
- 冷却水循環ラインは、排気ガスと冷却水の熱交換のために、第２熱交換器をさらに含み、
バッテリーの昇温が必要な場合には、第２熱交換器を介して冷却水を加熱してバッテリーを昇温させることを特徴とする、請求項４に記載のモビリティ統合熱管理システム。 - 排気ガス吐出ラインは第２制御バルブをさらに含み、バッテリーの昇温が必要な場合には開度が制御されることを特徴とする、請求項６に記載のモビリティ統合熱管理システム。
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