KR0140231Y1 - 전기 자동차의 공조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 전기 자동차의 공조 시스템을 개시한다. 개시된 본 고안은, 난방 모드시 냉매가 차량의 실외에 설치된 제 1 응축기로 흐르지 않고 압축기에서 직접 흐르도록 압축기(1)와 별도로 연결되고, 차량의 실내에 설치된 제 2 응축기(2a)와; 상기 제 2 응축기(2a)와 압축기(1) 사이에 설치되고, 증발기(4)와 일체로 구성되어 계속적인 열교환을 하게 되는 제 3 응축기(2b)를 포함하는 전기 자동차의 공조 시스템에 있어서, 상기 제 2 응축기(2a)에 라디에이터(10)에서 연장된 냉각수 라인(11)이 근접,배치되고, 상기 냉각수 라인(11)은 냉/난방 모드 전환에 따라 압축기(1)에서 토출되는 냉매의 흐름을 역으로 변경시키는 인버터(5)와 압축기 전용 모터(7)를 통과하도록 배치되어, 상기 인버터(5)와 압축기 전용 모터(7)의 폐열로 제 2 응축기(2a)를 가열하게 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

전기 자동차의 공조 시스템
본 고안은 전기 자동차의 공조 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉방장치의 압축기 전용 모터와 인버터의 폐열을 이용해서 난방효율을 상승시키고자한 전기 자동차의 공조 시스템에 관한 것이다.
전기를 구동원으로 하는 전기 자동차는 가솔린이나 디젤을 구동원으로 하는 일반 자동차와 같이 냉/난방장치, 즉 공조 시스템이 구비되어 있다. 공조 시스템은 통상적으로, 차내와 같이 밀폐된 공간 내의 공기의 온도(가열 및 냉각), 습도(가습 또는 감습), 청정도(여과) 및 분산(순환)을 차내의 공간의 목적에 따라 동시에 수행하는 장치이며, 자동차의 공기 조화기는 냉방 장치와 난방 장치(히터를 포함하는 경우)를 포함한다. 냉방 장치는 기관에 풀리로 연결된 압축기를 구동원으로 해서 차내의 공기 온도와 습도를 낮추고, 난방 장치는 기관의 폐열을 이용해서 차내의 온도와 습도를 높인다.
그런데, 전기 자동차에서는, 전기 발생원인 축전지의 용량에 많은 제한이 따르게 되므로, 이 축전지로 압축기를 구동시키기에는 너무나 많는 전력소비가 발생되어 주행거리를 단축시키게 되므로, 압축기를 구동시키기 위한 압축기 전용 모터가 마련되어 있다. 또한, 전기 자동차에서는 별도의 난방장치가 구비되지 않고, 냉방장치를 이용해서 난방을 하도록 되어 있다. 즉, 난방장치의 가동할 때는, 냉방장치의 냉매 흐름이 역으로 진행되어, 응축기가 증발기 역할을 하게 된다.
먼저, 냉방 모드일 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1), 응축기(2), 팽창 밸브(3), 증발기(4), 컨버터(5), 및 컨트롤러(6)로 구성되어서, 통상의 증기 압축식 냉장고와 동일한 작동 원리로 작동한다.
즉, 압축기(1)는 전용 모터에 의해 작동되어, 냉매를 고압의 가스 상태로 압축한다. 고압의 가스 상태로 압축된 냉매는 압축기(1)에 연결된 배관을 통하여 응축기(2)로 보내진다. 냉매는 응축기(2)에서 고압의 액체로 응축된 후, 팽창 밸브(3)를 통과하는 것에 의하여 저온,저압의 액체로 되어 차내에 설치된 증발기(4)로 보내진다.
증발기(4)로 들어간 냉매는 증발기(4)를 거치는 동안, 저압의 가스 상태로 변환되며, 응축기 팬에 의해 송풍된 주위의 더운 공기는 증발기를 통과하는 동안, 증발기 내의 냉매와 열 교환되는 것에 의하여 냉각되는 동시에, 증발기 팬에 의하여 차내로 보내진다. 냉매는 증발기를 통과하는 동안 저압의 가스 상태로 되고, 압축기(1)로 보내져 다시 재순환을 하게 된다.
한편, 공기에 포함된 포화 상태의 수분은 증발기(4)에서 응축되어 감습되고, 증발기(4) 표면에서 응축된 응축수는 증발기 하부에 위치된 물받이에 모아져, 물받이에 연결된 호스를 통하여 자동차 외부로 배출된다.
한편, 난방 모드일 경우에는, 인버터(5)에서 압축기(1)에서 토출되는 냉매의 흐름을 냉방 모드의 역으로 진행시키게 된다. 즉, 압축기(1)에서 토출된 고온,고압의 냉매가 증발기(4)로 먼저 보내어져 저온,저압의 액체로 응축되면서, 응축기 팬에 의해 송풍되는 외기와 열교환되어, 외기의 온도를 상승시키게 된다. 온도가 상승된 외기는 차내로 응축기 팬에 의해 송풍되고, 냉매는 팽창밸브(3)를 통과하면서 저온,저압의 액체로 된 후, 응축기(2)를 지나면서 차가운 외기에서 열을 흡수하여 중온,저압의 기체로 된 다음, 다시 압축기(1)로 보내어지게 된다.
그런데, 적정한 난방효율이 발휘되려면, 응축기(1)로 유입되는 냉매와 외기와의 온도차가 20℃ 이상, 예를 들면 외기의 온도가 -8℃일 경우에는 냉매의 온도가 -28℃ 이하가 되어야만 적정한 난방효율이 발휘될 수가 있다.
그러나, 상기와 같이 외기의 온도가 -8℃ 이하로 떨어지면, 냉매가 응축기(2)를 지나면서 충분한 열을 얻지 못하고, 따라서 압축기(1)에서 고온,고압의 냉매가 토출되지 못하게 되고, 결국에는 응축기(2)로 유입되는 냉매의 온도가 -28℃ 이상이 되어, 난방성능이 저하되는 문제점이 있었다.
이를 해소하기 위해 종래에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 응축기(2)와 증발기(4) 사이에 냉매에 열을 보충하기 위한 제 2 응축기(2a)를 설치하고, 특히 이 제 2 응축기(2a)는 온도가 매우 낮은 외기와 직접 접촉되지 않도록 증발기(4)와 같이 차량의 실내에 위치하도록 설치된다. 또한, 제 3 응축기(2b)가 증발기(4)에 접촉되게 설치되면서 제 2 응축기(2a)와 압축기(1) 사이에 설치된다.
상기와 같이 구성되어서, 냉방 모드일 경우에는 제 2 응축기(2a)를 지나는 냉매는 열교환없이 그대로 바이패스되고, 제 3 응축기(2b)로는 전혀 흐르지 않게 되어, 기존의 냉매 사이클과 동일한 사이클을 형성하게 된다.
난방 모드일 경우에는, 냉매는 제 1 응축기(2)로 흐르지 않는다. 즉, 압축기(1)에서 토출된 고온,고압의 냉매는 증발기(4)를 통과하면서 저온,저압으로 된 다음, 제 1 응축기(2)로 흐르지 않고 차량의 실내에 위치한 제 2 응축기(2a)로 보내져 중온,저압의 기체로 된다. 다시 냉매는 압축기(1)로 들어가기 전에, 증발기(4)에 접촉된 상태로 있는 제 3 응축기(2b)를 지나면서 어느 정도의 열이 보충된 다음, 압축기(1)로 보내어지게 된다.
따라서, 냉매는 실내에 위치한 제 2 응축기(2a)에서 외기와 열교환되므로, 열을 얻기가 보다 용이하고, 특히 증발기(4)와 계속적을 열교환을 하고 있는 제 3 응축기(2b)를 지나면서 어느 정도의 열을 보충된 상태로 압축기(1)로 공급되므로써, 압축기(1)에서 냉매를 고온,고압의 상태로 전환시키기가 보다 용이해진다.
그러나, 종래의 전기 자동차의 공조 시스템, 특히 난방장치에서 비록 제 2 및 제 3 응축기(2a,2b)를 별도로 구비시켜서 냉매에 열을 어느 정도 보충해주는 것은 가능해졌지만, 외기의 온도가 매우 낮아지게 되면, 열 보충에 한계가 있게 되고, 따라서 압축기(1)에서 냉매를 고온,고압 상태로 토출시킬 수가 없게 되므로써, 난방성능이 저하된다는 문제점이 여전히 상존하였다.
따라서, 본 고안은 종래의 전기 자동차의 공조 시스템의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 전기 자동차의 폐열을 이용해서 냉매에 열을 보충시켜 외기의 온도가 매우 낮아지더라도 난방성능을 유지시킬 수 있는 전기 자동차의 공조 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 일반적인 전기 자동차의 공조 시스템을 나타낸 도면
도 2 및 도 3은 종래의 전기 자동차의 공조 시스템을 나타낸 것으로서,
도 2는 냉방 모드시의 냉매 흐름을 나타낸 도면
도 3은 난방 모드시의 냉매 흐름을 나타낸 도면
도 4는 본 고안에 따른 전기 자동차의 공조 시스템을 나타낸 도면
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 압축기 2 : 제 1 응축기
2a : 제 2 응축기 2b : 제 3 응축기
3 : 팽창밸브 4 : 증발기
5 : 인버터 7 : 압축기 전용 모터
10 : 라디에이터 11 : 냉각수 라인
12 : 물펌프
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안은, 난방 모드시 냉매가 차량의 실외에 설치된 제 1 응축기로 흐르지 않고 압축기에서 직접 흐르도록 압축기와 별도로 연결되고, 차량의 실내에 설치된 제 2 응축기와; 상기 제 2 응축기와 압축기 사이에 설치되고, 증발기와 일체로 구성되어 계속적인 열교환을 하게 되는 제 3 응축기를 포함하는 전기 자동차의 공조 시스템에 있어서,
상기 제 2 응축기에 라디에이터에서 연장된 냉각수 라인이 근접,배치되고, 상기 냉각수 라인은 냉/난방 모드 전환에 따라 압축기에서 토출되는 냉매의 흐름을 역으로 변경시키는 인버터와 압축기 전용 모터를 통과하도록 배치되어, 상기 인버터와 압축기 전용 모터의 폐열로 제 2 응축기를 가열하게 구성된 것을 특징으로 한다.
상기된 본 고안의 구성에 의하면, 라디에이터에서 이어진 냉각수 라인을 제 2 응축기로 보내면서, 인버터와 압축기 전용 모터에서 발생되는 폐열에 의해 온도가 상승된 냉각수로 제 2 응축기를 가열시키게 되므로써, 제 2 응축기를 지나는 냉매의 열보충이 보다 용이해지게 된다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
[실시예]
도 4는 본 고안에 따른 전기 자동차의 공조 시스템을 나타낸 도면이다.
참고로, 본 실시예의 구성을 설명함에 있어, 명세서의 서두에서 설명된 종래의 기술과 동일한 부분에 대해서는 설명의 중복을 피하기 위하여 반복설명은 생략하고 개선된 부분만을 주로하여 설명하며, 또한 동일부번을 사용한다.
본 발명에서는, 전기 자동차의 기관 냉각을 위한 냉각수와, 압축기 제어를 위한 인버터 및 모터의 폐열을 이용한다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 라디에이터(10)에서 이어진 냉각수 라인(11)이 제 2 응축기(2a)에 근접,배치된다. 이 냉각수 라인(11)에는 물펌프(12)가 설치되어, 이 물펌프(12)에 의해 냉각수가 강제압송되게 된다. 또한, 냉각수 라인(11)은 냉/난방 모드 전환시, 압축기(1)에서 토출되는 냉매의 흐름을 역으로 전환시키는 컨버터(5)와, 압축기(1) 구동을 위한 압축기 전용 모터(7)를 통과하여 제 2 응축기(2a)로 이어지게 된다.
여기서, 미설명부호 2는 냉방 모드시에만 냉매가 흐르게 되는 제 1 응축기이고, 2b는 제 3 응축기이며, 3은 팽창밸브, 4는 제 3 응축기와 일체화된 증발기이다.
상기와 같이 구성되어서, 증발기(4)에서 공급된 저온,저압의 냉매는 제 2 응축기(2a)에서 외기와 열교환되면서 열을 보충받게 된다. 이때, 물펌프(12)에 의해 강제압송되는 냉각수, 즉 라디에이터(10)로부터 강제압송되는 약 55 내지 65℃의 냉각수가 인버터(5)와 모터(7)를 거치면서, 인버터(5)와 모터(7)에서 발생되는 폐열을 흡수하여 온도가 더 상승이 되어, 제 2 응축기(2a)로 보내어져서 제 2 응축기(2a)를 지나는 냉매를 가열시켜 열을 보충시키게 된다.
상기된 바와 같이 본 고안에 의하면, 인버터(5)와 모터(7)에서 발생되는 폐열을 이용해서 제 2 응축기(2a)를 냉각수로 가열시켜 냉매의 열을 보충시키므로써, 압축기(1)에서 냉매를 고온,고압상태로 만들기가 보다 용이해지고, 따라서 외기가 매우 낮은 겨울철에도 난방성능이 저하되지 않게 유지시킬 수가 있게 된다.
한편, 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (1)

  1. 난방 모드시 냉매가 차량의 실외에 설치된 제 1 응축기로 흐르지 않고 압축기에서 직접 흐르도록 압축기와 별도로 연결되고, 차량의 실내에 설치된 제 2 응축기와; 상기 제 2 응축기와 압축기 사이에 설치되고, 증발기와 일체로 구성되어 계속적인 열교환을 하게 되는 제 3 응축기를 포함하는 전기 자동차의 공조 시스템에 있어서,
    상기 제 2 응축기에 라디에이터에서 연장된 냉각수 라인이 근접,배치되고, 상기 냉각수 라인은 냉/난방 모드 전환에 따라 압축기에서 토출되는 냉매의 흐름을 역으로 변경시키는 인버터와 압축기 전용 모터를 통과하도록 배치되어, 상기 인버터와 압축기 전용 모터의 폐열로 제 2 응축기를 가열하게 구성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 공조 시스템.
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