KR100298724B1

KR100298724B1 - 전기자동차의히터펌프

Info

Publication number: KR100298724B1
Application number: KR1019970069795A
Authority: KR
Inventors: 권혁률
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2001-11-30
Also published as: KR19990050661A

Abstract

전기자동차의 운행중 차량 실내의 공기를 난방 또는 냉방하여 쾌적한 운행 환경을 제공하도록 한 전기자동차의 히터 펌프에 관한 것으로, 난방시 외부 코일을 전후하여 작동유체를 상대적으로 높은 온도에서 충분한 열량을 가지고 있는 전기자동차 모터 냉각수와 열 교환시켜 외부 코일에서 받아들이는 열 교환율을 증가시킴으로써 일정량의 열량을 공급하기 위해 압축기에 요구되는 동력을 줄일 수 있고, 실내에서의 발생 열량도 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부 코일의 용량을 증가에 따른 차량 하중 증가를 억제할 수 있으며, 차량 내의 추가적인 설치 공간이 필요하지 않다.

Description

전기자동차의 히터 펌프

본 발명은 전기자동차의 히터 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차의 운행중 차량 실내의 공기를 난방 또는 냉방하여 쾌적한 운행 환경을 제공하도록 한 전기자동차의 히터 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차의 히터 펌프는 4 방향 밸브를 통해 냉매의 흐름을 조절하여 난방 또는 냉방이 되도록 한 것으로, 종래의 전기자동차 히터 펌프는 도 3과 도 4에서와 같이 압축기(1)와 4 방향 밸브(2), 내부 코일(3), 팽창 밸브(4), 외부 코일(5)로 이루어진다.

이와 같이 이루어진 종래의 전기자동차 히터 펌프의 동작을 설명하면 다음과 같다.

차량의 난방 모드 상태에서는 도 3에서와 같이 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 기체 냉매(①)가 4 방향 밸브(2)에 의해 내부 코일(3)에 인가된다. 그러면, 내부 코일(3)에서 열 변환이 되어 고온고압의 기체 냉매(①)가 액화되면서 실내로 유입되는 공기를 가열한다.

그리고, 내부 코일(3)에서 액화된 고온고압의 액체 냉매(②)는 팽창 밸브(4)를 통해 액체 냉매가 혼합된 저압의 기체 냉매(③)로 팽창되고, 팽창된 저압의 기체 냉매(③)는 외부 코일(5)를 통과하면서 열 변환을 통해 실외의 공기로부터 열을 흡수하여 저압의 기체 냉매(④)로 기화된 후, 4 방향 밸브(2)를 통해 압축기(1)에 인가되어 상기와 같은 동작을 반복한다.

이와는 달리 차량의 냉방 모드 상태에서는 도 4에서와 같이 압축기(1)에서 압축된 고온고압의 기체 냉매(①)가 4 방향 밸브(2)에 의해 외부 코일(5)에 인가된다. 그러면, 외부 코일(5)에서 외부 공기와 열 변환이 되어 고온고압의 기체 냉매(①)가 액화되어 고온고압의 액체 냉매(②)가 된다.

그리고, 외부 코일(5)에서 액화된 고온고압의 액체 냉매(②)는 팽창 밸브(4)를 통해 액체 냉매가 혼합된 저압의 기체 냉매(③)로 팽창되고, 팽창된 저압의 기체 냉매(③)는 내부 코일(3)을 통과하면서 열 변환을 통해 실내로 유입되는 공기로부터 열을 흡수하여 저압의 기체 냉매(④)로 기화된다.

그러면, 실내로 유입되는 공기의 온도는 강하되어 차량의 실내가 냉방된다.

그리고, 내부 코일(3)에서 기화된 저압의 기체 냉매(④)는 4 방향 밸브(2)를 통해 압축기(1)에 인가됨으로써 상기와 같은 동작을 반복한다.

이러한 종래의 전기자동차 히터 펌프에서 난방 모드 상태에서 외기 온도가 낮을 경우, 외부 코일에 유입되는 기체 냉매의 온도가 매우 낮은 데 실제적으로 외기 온도도 낮아 온도차가 작으므로 외부 코일(증발기)에서 충분한 열 교환이 이루어지지 않기 때문에 충분한 열 교환이 이루어지는 경우보다 압축기에서 요구되는 동력이 증가할 뿐만 아니라 실내로 보낼 수 있는 열량이 감소된다.

따라서, 충분한 열량을 공급하기 위해서는 다음의 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 압축기나 외부 코일(증발기)의 용량을 증가시켜야만 한다.

수학식 1에서

COP

는 히터 펌프의 성능,

Q_L

은 증발기(외부 코일) 열 변환율,

W

는 압축기 모터에 공급되는 전력을 나타낸다.

그러나, 압축기나 외부 코일(증발기)의 용량을 증가시키는 것은 동력 소비나 차량 중량이 증가하므로 바람직하지 않고 또 차량 내의 설치공간이 추가적으로 필요하게 되는 문제점이 발생하게 된다. 뿐만 아니라 실내외의 온도차가 클수록 히터 펌프의 성능이 나빠진다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 일정량의 열량을 공급하기 위해 압축기에 요구되는 동력 증가나 차량의 하중 증가 없이 실내에서의 발생 열량도 증가시킬 수 있도록 하는 전기자동차의 히터 펌프를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예인 전기자동차의 히터 펌프에서 난방 모드 상태를 도시한 것이고,

도 2는 본 발명의 일 실시예인 전기자동차의 히터 펌프에서 냉방 모드 상태를 도시한 것이고,

도 3은 종래의 전기자동차 히터 펌프에서 난방 모드 상태를 도시한 것이고,

도 4는 종래의 전기자동차 히터 펌프에서 냉방 모드 상태를 도시한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 난방시 외부 코일을 전후하여 작동유체를 상대적으로 높은 온도에서 충분한 열량을 가지고 있는 전기자동차 모터 냉각수와 열 교환시켜 외부 코일에서 받아들이는 열 교환율을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.

도 1 또는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예인 전기자동차의 히터 펌프는 압축기(10)와 4 방향 밸브(20), 내부 코일(30), 팽창 밸브(40), 외부 코일(50), 열 교환기(60), 바이패스 관(70)으로 이루어진다.

압축기(10)는 유입되는 저압의 기체 냉매를 고온고압의 기체 냉매로 압축하다.

4 방향 밸브(20)는 사용자에 의해 선택된 난방 또는 냉방 모드에 따라 냉매의 흐름 방향을 조절한다.

내부 코일(30)은 차량의 실내로 유입되는 공기와 냉매 사이의 열 교환이 이루어지는 것으로, 난방 모드에서는 응축기로 동작되어 고온고압의 기체 냉매를 액화시키고, 냉방 모드에서는 증발기로 동작되어 저압의 액체 냉매를 기화시킨다.

팽창 밸브(40)는 양방향 밸브로 이루어지며, 고압의 액체 냉매를 팽창시켜 액체가 혼합된 기체 냉매로 변화시킨다.

외부 코일(50)은 차량 외부 공기와 냉매 사이의 열 교환이 이루어지는 것으로, 난방 모드에서는 증발기로 동작되어 저압의 액체 냉매를 기화시키고, 냉방 모드에서는 응축기로 동작되어 고온고압의 기체 냉매를 액화시킨다.

열 교환기(60)는 4 방향 밸브(20)와 외부 코일(50) 사이의 관로상에 설치되며, 일측 관로상에 일방향 밸브인 체크 밸브(61)를 설치한 것으로, 난방 모드에서 전기자동차 모터 냉각수와 외부 코일(50)에서 유출되는 저압의 기체 냉매 사이에 열 교환이 이루어지도록 하여 외부 코일(50)의 열 교환율을 보상하여 준다.

바이패스 관(70)은 열 교환기(60)와 체크 밸브(61)가 설치된 관로의 양측에 연결되며, 일측에 체크 밸브(61)와 반대 방향을 가진 체크 밸브(71)를 설치한 것으로, 냉방 모드에서 4 방향 밸브(20)를 통해 압축기(10)에서 인가되는 고온고압의 기체 냉매가 열 교환기(60)를 통하지 않고 외부 코일(50)로 유입되도록 한다.

이와 같이 이루어진 전기자동차의 히터 펌프를 그 동작과정에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

전기자동차의 운행중 사용자가 히터 펌프를 난방 모드로 선택하면 도 1에서와 같이 압축기(30)에서 고온고압으로 압축된 기체 냉매(①)가 4 방향 밸브(20)를 통하여 내부 코일(30)로 유입된다. 그러면, 내부 코일(30)에서 열 변환이 되어 고온고압의 기체 냉매(①)가 액화되면서 실내로 유입되는 공기를 가열한다.

그리고, 내부 코일(30)에서 액화된 고온고압의 액체 냉매(②)는 팽창 밸브(40)를 통해 액체 냉매가 혼합된 저압의 기체 냉매(③)로 팽창되고, 팽창된 저압의 기체 냉매(③)는 외부 코일(50)를 통과하면서 열 변환을 통해 실외의 공기로부터 열을 흡수하여 저압의 기체 냉매(④)로 기화된다.

그러나, 실외 공기의 온도가 낮을 경우 외부 코일(50)에서 충분한 열 교환이 이루어지지 않아 액체가 혼합된 형태의 기체 냉매(④)는 열 교환기(60)를 통과하면서 과열된 전기자동차 모터 냉각수와 열 교환을 하여 고온의 저압 기체 냉매(④)로 기화된다. 이때, 바이패스 관(70)의 일측에는 체크 밸브(71)가 설치되어 있어 충분한 열 교환이 이루어지지 않은 기체 냉매(④)가 열 교환기(60)를 통하지 않고 압축기(10)로 유입되는 것을 방지한다.

그리고, 외부 코어(50)와 열 교환기(60)를 통해 충분히 열 교환된 고온의 저압 기체 냉매(④)는 4 방향 밸브(20)를 통해 압축기(10)로 유입되어 상기와 같은 동작을 반복한다.

이와는 달리 전기자동차의 운행중 사용자가 차량을 냉방하기 위하여 히터 펌프를 냉방 모드로 선택하면 도 2에서와 같이 압축기(10)에서 압축된 고온고압의 기체 냉매(①)가 4 방향 밸브(20)에 의해 외부 코일(50)에 인가된다.

이때, 고온고압의 기체 냉매(①)는 열 교환기(60)의 일측 관로에 체크 밸브(61)에 의해 열 교환기(60)를 통하지 않고 바이패스 관(70)을 통해 외부 코일(50)에 유입된다. 그러면, 외부 코일(50)에서 외부 공기와 열 변환이 되어 고온고압의 기체 냉매(①)가 액화되어 고온고압의 액체 냉매(②)가 된다.

그리고, 외부 코일(50)에서 액화된 고온고압의 액체 냉매(②)는 팽창 밸브(40)를 통해 액체 냉매가 혼합된 저압의 기체 냉매(③)로 팽창되고, 팽창된 저압의 기체 냉매(③)는 내부 코일(30)을 통과하면서 열 변환을 통해 실내로 유입되는 공기로부터 열을 흡수하여 저압의 기체 냉매(④)로 기화된다.

그리고, 내부 코일(30)에서 기화된 저압의 기체 냉매(④)는 4 방향 밸브(20)를 통해 압축기(10)에 인가됨으로써 상기와 같은 동작을 반복한다.

상기의 실시예에서 열 교환기(60)와 바이패스 관(70)의 설치 위치를 외부 코일(50)과 4 방향 밸브(20) 사이가 아닌 외부 코일(50)과 팽창 밸브(40) 사이에 설치하여도 같은 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이 본 발명은 외기 온도가 낮은 상태에서 난방을 할 경우 외부 코일(증발기)에서 충분히 열 교환이 이루어지지 않은 냉매를 전기자동차 모터 냉각수로 열 교환을 시켜 외부 코일의 열 교환율을 보상하여 줌으로써 일정량의 열량을 공급하기 위해 압축기에 요구되는 동력을 줄일 수 있고, 실내에서의 발생 열량도 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 외부 코일의 용량을 증가에 따른 차량 하중 증가를 억제할 수 있으며, 차량 내의 추가적인 설치 공간이 필요하지 않다.

Claims

저압의 기체 작동유체를 고온고압의 기체 작동유체로 압축하는 압축기와; 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 기체 작동유체를 실내 유입 공기 또는 외부 공기와의 열 교환을 통해 고온고압의 액체 작동유체로 응축시키고, 유입되는 저압의 기체 작동유체를 실내 유입공기 또는 외부 공기와의 열 교환을 통해 고온저압의 작동유체로 증발시키는 내부 코일 및 외부 코일과; 유입되는 고온고압의 액체 작동유체를 저압의 액체-기체 상태의 작동유체로 변환하는 팽창 밸브와; 난방 또는 냉방 모드에 따라 상기 압축기에서 작동유체의 유출 및 유입 방향을 변경하는 4 방향 밸브로 이루어져 전기자동차의 실내를 난방 또는 냉방시키는 히터 펌프에 있어서,

상기 외부 코일의 전후 관로상에 작동유체와 모터 냉각수 사이의 열 교환이 이루어지도록 하는 열 교환 수단과;

상기 열 교환 수단이 설치된 양측의 관로에 연결된 바이패스 수단과;

상기 외부 코일을 통해 4 방향 밸브로 유입되는 작동유체는 상기 열 교환 수단에 설치된 관로의 일측에 설치된 체크 밸브에 의해서 상기 열 교환 수단만 통과하도록 하고, 상기 외부 코일을 통해 팽창 밸브로 유입되는 작동유체는 상기 바이패스 수단에 설치된 체크 밸브에 의해 상기 열 교환 수단을 통하지 않고 바이패스 수단으로만 통과하도록 하는 작동유체 흐름 제어수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 히터 펌프.