KR101127463B1 - 차량용 냉난방 사이클 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 독립적인 순환유로들에 의하여 송풍기로부터 유입되는 공기가 가열 및 냉각될 수 있으며, 연료전지로부터 발생되는 폐열의 이용도가 향상된 차량용 냉난방 사이클을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기상의 냉매를 압축하는 압축기(100)와, 차량의 구동장치(320)를 순환하는 냉각수에 의하여 냉각시키는 냉각장치(300)와, 상기 냉각장치(300)로부터 분기되어 흐르는 냉각수와 냉매를 열교환시키는 이종유체열교환기(110)와, 난방모드 시 고온의 냉각수가 냉각되면서 공기를 가열하는 가열용 실내 열교환기(160)와, 고온고압의 냉매와 저온저압의 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(120)와, 난방모드 시 제1팽창밸브(131)에 의해 교축된 냉매를 증발시키는 실외열교환기(170)와, 기상의 냉매만을 상기 압축기로 보내기 위한 어큐물레이터(150)와, 상기 압축기(100)에서 토출된 냉매가, 상기 이종유체열교환기(110), 및 상기 내부열교환기(120)를 지나 제1팽창밸브(131)에 의해 교축된 후, 상기 실외열교환기(170)에서 증발되고, 상기 어큐물레이터(150) 및 상기 내부열교환기(120)를 거쳐 상기 압축기(100)로 유입되는 난방용 냉매순환경로와, 상기 냉각장치(300)에 분기된 냉각수가, 상기 이종유체열교환기(110)에서 상기 압축기에서 토출된 냉매와 열교환한 후, 상기 가열용 실내 열교환기(160)에서 공기를 가열하고, 상기 냉각장치(300)로 다시 유입되는 냉각수순환경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 사이클을 제공한다.

Description

차량용 냉난방 사이클 {The air-conditioning and heating cycle for the vehicle}
도 1은 종래기술에 따른 차량용 냉난방 사이클의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 사이클의 구성도이다.
도 3은 도 2의 차량용 냉난방 사이클에서, 난방 모드 시 냉매 및 냉각수의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 차량용 냉난방 사이클에서, 냉방 모드 시 냉매 및 냉각수의 흐름을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 압축기 110 : 이종유체열교환기
120 : 내부열교환기 131 : 제1팽창밸브
132 : 제2팽창밸브 140 : 냉각용 실내 열교환기
150 : 어큐물레이터 160 : 가열용 실내 열교환기
170 : 실외열교환기 181 : 제1유로제어수단
182 : 제2유로제어수단 183 : 제3유로제어수단
190 : 템프도어 200 : 차량용 냉난방 사이클
300 : 냉각장치 310 : 방열기
320 : 구동장치
본 발명은 차량용 냉난방 사이클에 관한 것으로서, 독립적인 순환유로들에 의하여 송풍기로부터 유입되는 공기가 가열 및 냉각될 수 있으며, 연료전지로부터 발생되는 폐열의 이용도가 향상된 차량용 냉난방 사이클에 관한 것이다.
차량용 냉난방 사이클은 차의 실내를 냉방하기 위한 냉방 사이클과, 실내를 난방하기 위한 난방 사이클을 포함한다. 냉방 사이클은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 온도가 감소된 후, 차량의 실내로 공급함으로써, 차량의 실내를 냉방하는 시스템이다. 이에 반하여, 난방 사이클은 냉각수를 히터 코어로 유입시켜 차량의 실내로 공급함으로써, 차량의 실내를 난방하는 사이클이다.
그런데, 내연기관을 이용하여 자동차를 구동하는 것이 일반적인데, 환경문제 및 열효율을 고려하여 연료전지를 이용하여 자동차를 구동하는 기술이 광범위하게 이루어지고 있다. 또한, 냉방 사이클을 순환하는 냉매로서 종래에는 R134a 등이 이용되었는데, 최근 들어 대체 냉매로서 이산화탄소를 이용하는 냉동 사이클에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
도 1은 일본 특허공개공보 특개2003-285632호에 개시된 차량용 공조장치를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 차량용 냉난방 사이클(1)은 히트펌프 방식의 냉동 사이클(10)과, 연료전지의 스택(stack)(30) 냉각수를 순환시킨 온수 사이클(50)을 구비한다.
냉동 사이클은 냉매를 압축하는 압축기(11)와, 압축된 냉매를 외기에 의하여 열교환시키는 주 응축기와(14), 주 응축기를 거친 냉매를 송풍 공기와 열교환하며, 차량 실내에 배치된 보조 응축기(17)와, 보조 응축기(17)를 거친 냉매를 교축하는 팽창밸브(18)와, 교축되어 저온 저압의 상태가 된 냉매에 열을 전달하도록 배치된 증발기(19)와, 연료전지의 폐열을 증발기로부터 유출되는 냉매에 전달하는 열교환기(31)를 구비한다. 상기의 차량용 냉난방 사이클(1)에서, 압축기(11)에 의하여 고온 고압의 상태가 된 냉매는 보조 응축기(17)에서 송풍공기를 가열하고, 증발기(19)에서 송풍기(24)에 의하여 유입된 공기를 냉각하도록 작동된다. 이 때 송풍공기의 온도는 템프도어(25)의 회동에 의하여 조절된다.
그런데, 상기와 같은 구성 및 작용을 가지는 차량용 냉난방 사이클(1)에서는, 난방 모드 시에도 증발기(19)로 저온의 냉매가 유입되기 때문에, 실내로 취출되는 공기의 온도를 빠르게 상승시키기 어렵다. 또한, 송풍 공기가 동일한 순환 유로를 통하여 증발기(19)와 보조 응축기(17)를 흐르는 냉매와 열교환하기 때문에, 송풍 공기의 온도의 제어가 매우 어렵게 된다. 이 뿐만 아니라, 냉방 모드 시 열교환기에는 스택(30)으로부터 냉각수가 유입되지 않기 때문에, 연료전지의 폐열을 효율적으로 이용하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 독립적인 순환유로들에 의하여 송풍기로부터 유입되는 공기가 가열 및 냉각될 수 있으며, 연료전지로부터 발생되는 폐열의 이용도가 향상된 차량용 냉난방 사이클을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연료전지로 구동되는 차량에서도, 일반적인 내연기관 차량에 설치된 가열용 실내 열교환기 및 냉각용 실내 열교환기를 그대로 이용할 수 있는 차량용 냉난방 사이클을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기상의 냉매를 압축하는 압축기(100)와, 차량의 구동장치(320)를 순환하는 냉각수에 의하여 냉각시키는 냉각장치(300)와, 상기 냉각장치(300)로부터 분기되어 흐르는 냉각수와 냉매를 열교환시키는 이종유체열교환기(110)와, 난방모드 시 고온의 냉각수가 냉각되면서 공기를 가열하는 가열용 실내 열교환기(160)와, 고온고압의 냉매와 저온저압의 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(120)와, 난방모드 시 제1팽창밸브(131)에 의해 교축된 냉매를 증발시키는 실외열교환기(170)와, 기상의 냉매만을 상기 압축기로 보내기 위한 어큐물레이터(150)와, 상기 압축기(100)에서 토출된 냉매가, 상기 이종유체열교환기(110), 상기 내부열교환기(120)를 지나 제1팽창밸브(131)에 의해 교축된 후, 상기 실외열교환기(170)에서 증발되고, 상기 어큐물레이터(150) 및 상기 내부열교환기(120)를 거쳐 상기 압축기(100)로 유입되는 난방용 냉매순환경로와, 상기 냉각장치(300)에 분기된 냉각수가, 상기 이종유체열교환기(110)에서 상기 압축기에서 토출된 냉매와 열교환한 후, 상기 가열용 실내 열교환기(160)에서 공기를 가열하고, 상기 냉각장치(300)로 다시 유입되는 냉각수순환경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 사이클을 제공한다.
본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 차량용 냉난방 사이클은, 냉방모드 시 제2팽창밸브(132)에 의해 교축된 냉매를 증발시키면서 공기를 냉각하는 냉각용 실내 열교환기(140)와, 상기 압축기(100)에서 토출된 냉매가, 상기 이종유체열교환기(110) 및 상기 실외열교환기(170)를 지나 제2팽창밸브(132)에 의해 교축된 후, 상기 냉각용 실내 열교환기(140)에서 증발되고, 상기 어큐물레이터(150) 및 상기 내부열교환기(120)를 거쳐 상기 압축기(100)로 유입되는 냉방용 냉매순환경로를 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서 바람직하게는, 상기 차량용 냉난방 사이클은, 상기 제1팽창밸브(131), 상기 제2팽창밸브(132) 및 상기 내부열교환기(120)간의 유로를 전환하는 제1유로제어수단(181)과; 상기 이종유체열교환기(110), 상기 내부열교환기(120) 및 상기 실외열교환기(170)간의 유로를 전환하는 제2유로제어수단(182)과; 상기 이종유체열교환기(110), 상기 내부열교환기(120), 상기 어큐물레이터(150) 및 상기 제2유로수단(182)간의 유로를 전환하는 제3유로제어수단(183)을 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 차량용 냉난방 사이클에서, 상기 구동장치는 연료전지를 구동원으로 하고, 상기 냉각장치는 상기 연료전지의 스택(Stack)을 순환하는 냉각수를 냉각시키는 방열기를 구비할 수 있다.
또한 본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 차량용 냉난방 사이클에서, 상기 냉매는 이산화탄소일 수 있다.
이어서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 사이클(200)의 구성도가 도시되어 있다.
압축기(100)는 내부열교환기(120)로부터 유입되는 기상의 냉매를 고온 고압으로 압축하여 이종유체열교환기(110)로 공급한다. 본 실시예에서, 냉매로 이산화탄소가 채용되는 것이 바람직하다. 이산화탄소를 냉매로 이용할 경우, 작동압축비가 낮아 압축효율이 높고, 열전달 특성이 우수한 장점을 가진다.
이종유체열교환기(110)에서는, 고온 고압의 냉매와 냉각장치(300)로부터 분기되어 유입되는 냉각수가 서로 열교환한다. 따라서, 냉매의 온도가 낮아지고, 냉각수의 온도가 상승된다.
냉각수는 차량의 구동장치(320)로부터 열을 전달받아 온도가 상승된 후, 일부는 방열기(310)에서 외기와 열교환되어 온도가 감소되어, 다시 구동장치(320)로 유입된다. 냉각수의 나머지는 이종유체열교환기(110)에서 온도가 더욱 상승된 후, 차량의 실내로 공급되는 공기를 가열하도록 설치된 가열용 실내 열교환기(160)로 유입된다. 그 후에 냉각수는 가열용 실내 열교환기(160)에서 열교환되어 온도가 하강되고, 다시 구동장치(320)와 방열기(310) 사이에 형성된 유로로 유입된다.
여기에서 냉각장치(300)는, 구동장치(320)로부터 발생하는 열을 외기에 의해 방열시키는 방열기(310)를 구비한다. 구동장치(320)로는 내연기관 차량용 엔진이 채용될 수 있으나, 전기차량용 연료전지를 구동원으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 방열기(310)는 연료전지 스택(Stack)을 순환하는 냉각수를 냉각하게 된다. 이 때 냉각수는 유로 상에 설치된 펌프(P)에 의하여 순환된다. 냉각장치(300)에는, 방열기(310)를 우회하는 우회경로(330)가 형성되어 있다. 우회유로(330)는 구동장치(320)가 시동될 때와 같이, 냉각수의 온도가 높지 않을 경우, 방열기(310)를 거치지 않고 다시 구동장치(320)로 유입되도록 밸브(134)를 이용하여 제어된다.
방열기(310)의 일 측에는 난방모드 시 제1팽창밸브(131)에 의하여 교축된 냉매가 증발되는 실외열교환기(170)가 배치된다. 실외열교환기(170)에서, 냉매는 차량에 설치된 팬(350)에 의하여 유입되는 외기와 열교환한다. 이러한 실외열교환기(170)는 냉방모드 시에는 압축기(100)에 의하여 고온 고압의 상태가 된 냉매를 냉각시키는 역할을 수행한다.
이종유체열교환기(110), 내부열교환기(120) 및 실외열교환기(170)간에 유로를 전환하는 제2유로제어수단(182)이 형성되어 있다. 따라서, 제2유로제어수단(182)은 삼방향 밸브로서, 난방모드 시에는 이종유체열교환기(110)로부터 내부열교환기(120)로의 유로를 개방하고, 냉방모드 시에는 이종유체열교환기(110)로부터 유입되는 냉매가 실외열교환기(170)로 흐르는 유로를 개방한다.
한편 냉방모드 시 냉각용 실내 열교환기(140)는 제2팽창밸브(132)에서 저온 저압의 상태가 된 냉매가, 외기 및/또는 내기 유입구를 통하여 송풍기(195)에 의하여 유입되는 공기와 열교환하여, 상기 공기를 냉각 및 제습시키는 기능을 수행한다. 이러한 냉각용 실내 열교환기(140)는 가열용 실내 열교환기(160) 전단에 배치 된다. 따라서, 냉각용 실내 열교환기(140)를 거친 공기는 가열용 실내 열교환기(160)를 지나거나, 케이스(198) 내에 형성된 우회유로(194)를 지나 취출구(196)들을 통하여 차량 실내로 송풍된다.
가열용 실내 열교환기(160)가 배치된 유로(199)와 우회 유로(198)가 분기되는 부분에는 템프 도어(190)가 배치되어 있어서, 템프 도어(190)의 회동에 의하여 취출 공기의 온도가 제어된다. 예를 들면, 최대 난방 모드에서는 템프 도어(190)가 우회 유로(198)를 폐쇄하여 송풍기(195)로부터 유입되는 공기가 가열용 실내 열교환기(160)에서 온도가 증가된 후, 차량 실내로 취출된다. 하지만 최대 냉방 모드에서는 템프 도어(190)가 가열용 실내 열교환기(160)가 배치된 유로(199)를 폐쇄하기 때문에, 유입 공기가 냉각용 실내 열교환기(140)에서 열교환된 후에 우회유로(198)를 지나, 취출구(196)들을 통하여 차량 실내로 유입된다.
도면을 참조하면, 냉방 모드 시 제2팽창밸브(132)로 유입되는 고온 고압의 냉매와 압축기(100)로 유입되는 저온 저압의 냉매가 열교환하는 내부열교환기(120)가 배치되어 있다. 내부열교환기(120)는 제2팽창밸브(132)로 유입되는 공기의 온도를 낮추기 때문에, 냉난방 사이클(200)의 냉동능력 및 성적계수를 향상시킨다. 또한, 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도를 상승시키기 때문에, 압축기(100)의 액압축 가능성을 더욱 감소시킨다. 다만, 난방모드 시에는 제1팽창밸브(131)로 유입되는 고온 고압의 냉매와 압축기(100)로 유입되는 저온 저압의 냉매가 내부열교환기(120)에서 열교환한다.
제1팽창밸브(131), 제2팽창밸브(132) 및 내부열교환기(120)간의 유로를 전환 하는 제1유로제어수단(181)이 형성되어 있다. 제1유로제어수단(181)은 삼방향 밸브로서, 난방 모드 시 내부열교환기(120)로부터 제1팽창밸브(131)로의 유로를 선택적으로 개방하고, 냉방 모드 시 제2팽창밸브(132)로의 유로를 선택적으로 개방한다.
내부열교환기(120)와 냉각용 실내 열교환기(140)와의 사이에는 어큐물레이터(150)가 설치되며, 어큐물레이터(150)는 압축기(100)의 액압축 현상을 방지할 수 있도록, 기상냉매만을 압축기(100)로 공급하는 기능을 한다.
이종유체열교환기(110), 내부열교환기(120), 어큐물레이터(150) 및 제2유로수단(182)간의 유로를 전환하도록 제3유로제어수단(183)이 배치되어 있다. 제3유로제어수단(183)은 사방향 밸브로서, 난방모드 시에는 방열기(310)로부터 어큐물레이터(150)로 가는 냉매 유로와, 이종유체열교환기(110)로부터 내부열교환기(120)로 가는 냉매 유로를 선택적으로 개방하며, 냉방모드 시에는 실외열교환기(170)로부터 내부열교환기(120)로 가는 냉매 유로를 선택적으로 개방한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 사이클(200)에서, 난방 모드 시 압축기(100)에서 토출된 냉매가, 이종유체열교환기(110) 및 내부열교환기(120)를 지나 제1팽창밸브(131)에 의해 교축된 후, 실외열교환기(170)에서 증발되고, 어큐물레이터(150) 및 내부열교환기(120)를 거쳐 압축기(100)로 유입되는 난방용 냉매순환경로가 형성된다. 또한, 냉방모드 시 압축기(100)에서 토출된 냉매가, 이종유체열교환기(110), 실외열교환기(170) 및 내부열교환기(120)를 지나 제2팽창밸브(132)에 의해 교축된 후, 냉각용 실내 열교환기(140)에서 증발되고, 어큐물레이터 및 내부열교환기(120)를 거쳐 압축기(100)로 유입되는 냉방용 냉매순환경로가 형성된다. 상기의 난방모드 및 냉방모드 시, 냉각장치(300)에 분기된 냉각수가, 이종유체열교환기(110)에서 온도가 상승되어, 가열용 실내 열교환기(160)에서 공기를 가열한 후, 냉각장치(300)로 유입되는 냉각수순환경로가 형성된다.
다음에, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량용 냉난방 사이클(200)의 작용에 대하여 설명한다.
<난방모드>
난방모드가 수행될 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1유로제어수단(181)에 의하여 내부열교환기(120)와 제1팽창밸브(131)가 통하도록 유로가 전환되고, 제2유로제어수단(182)에 의하여 이종유체열교환기(110)와 제3유로제어수단(183)이 통하도록 유로가 전환된다. 한편, 제3유로제어수단(183)에 의해서는, 제2유로제어수단(182)과 내부열교환기(120)가 통하도록 유로가 전환됨과 아울러, 실외열교환기(170)와 어큐물레이터(150)가 통하도록 유로가 전환된다. 또한, 템프도어(190)는 가열용 실내 열교환기(160)가 배치된 유로(199)를 개방하도록 회동한다.
상기와 같은 제1유로제어수단(181), 제2유로제어수단(182) 및 제3유로제어수단(183)에 의하여, 냉매는 난방용 냉매순환경로를 통하여 순환하고, 냉각수는 냉각수순환경로를 통하여 순환한다.
먼저 난방용 냉매순환경로를 통한 냉매의 순환을 살펴보자. 압축기(100)에 의하여 압축된 냉매는, 이종유체열교환기(110)에서 온도가 하강된 후, 제2유로제어수단(182) 및 제3유로제어수단(183)을 거쳐 내부열교환기(120)로 유입된다. 내부열교환기(120)에서 온도가 더 하강된 냉매는, 제1유로제어수단(181)을 통하여 제2팽창밸브(132)에서 교축되어 저온 저압의 상태가 된 후, 실외열교환기(170)로 유입된다. 냉매는 실외열교환기(170)에서 외기와 열전달한 후, 어큐물레이터(150)로 유입된다. 어큐물레이터(150)에서는 기상의 냉매만 내부열교환기(120)에서 온도가 상승된 후에, 다시 압축기(100)로 유입된다. 이 때 냉매가 냉각용 실내 열교환기(140)로 유입되지 않는다.
구동장치(320)와 방열기(310) 사이의 유로에서 분기된 냉각수는, 이종유체열교환기(110)에서 압축기에서 토출된 냉매와 열교환한 후, 가열용 실내 열교환기(160)로 유입된다. 이 때 템프도어(190)가 가열용 실내 열교환기(160)가 배치된 유로(199)를 개방하도록 회동되기 때문에, 송풍기(195)로부터 유입된 공기가 가열용 실내 열교환기(160)에서 냉각수와 열교환하여 온도가 상승된 후에, 취출구(196)들을 통하여 차량 실내로 송풍된다. 가열용 실내 열교환기(160)를 지난 냉각수는 구동장치(320)와 방열기(310) 사이에 형성된 유로로 다시 유입된다.
<냉방모드>
냉방모드가 수행될 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1유로제어수단(181)에 의하여 내부열교환기(120)와 제2팽창밸브(132)가 통하도록 유로가 전환되고, 제2유로제어수단(182)에 의하여 이종유체열교환기(110)와 실외열교환기(170)가 통하도록 유로가 전환된다. 한편, 제3유로제어수단(183)에 의해서는, 실외열교환기(170)와 내부열교환기(120)가 통하도록 유로가 전환된다. 또한, 템프도어(190)는 가열용 실내 열교환기(160)가 배치된 유로(199)가 전체 또는 부분 폐쇄되도록 회동한다.
상기와 같은 제1유로제어수단(181), 제2유로제어수단(182) 및 제3유로제어수단(183)에 의하여, 냉매는 냉방용 냉매순환경로를 통하여 순환하고, 냉각수는 냉각수순환경로를 통하여 순환한다.
먼저 냉방용 냉매순환경로를 통한 냉매의 순환을 살펴보자. 압축기(100)에 의하여 압축된 냉매는, 이종유체열교환기(110)에서 온도가 하강된 후, 제2유로제어수단(182)을 거쳐 실외열교환기(170)로 유입된다. 실외열교환기(170)에서 온도가 더 하강된 냉매는, 제3유로제어수단(183)을 거쳐 내부열교환기(120)로 유입된다. 내부열교환기(120)에서 온도가 하강된 냉매는, 제1유로제어수단(181)을 거친 후 제2팽창밸브(132)에서 교축되어 저온 저압의 상태가 된다. 그 후 저온 저압의 냉매는 냉각용 실내 열교환기(140)로 유입되어, 송풍기(195)에 의하여 유입된 공기와 열교환한다. 이 때 송풍기(195)에 의하여 유입된 공기가 냉각용 실내 열교환기(140)에서 온도가 하강된다. 또한, 템프도어의 회동 정도에 따라서 냉각용 실내 열교환기(140)를 거친 공기가 가열용 실내 열교환기(160)를 배치된 유로(199) 및/또는 우회유로(198)를 거친 후 취출구(196)들을 통하여 차량 실내로 송풍된다. 또한, 가열용 실내 열교환기(160)에는 고온의 냉각수가 흐르기 때문에, 가열용 실내 열교환기(160)를 거치는 공기는 온도가 상승된다. 따라서, 템프도어(190)의 회동에 의하여 저온의 공기와 고온의 공기가 혼합되어, 요구되는 온도의 공조풍을 얻을 수 있게 된다. 이 때, 냉각수순환유로를 따라 순환하는 냉각수에 대한 사항은 전술한 난방모드 시에서의 사항과 동일 또는 유사하기 때문에 여기서는 생략한다.
앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 사이클은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 냉각수 순환유로에 설치된 가열용 실내 열교환기에 의하여 송풍기로부터 유입되는 공기가 가열되고, 냉매순환유로에 설치된 냉각용 실내 열교환기에 의하여 송풍 공기가 냉각되므로, 실내로 취출되는 공기의 온도의 제어가 원활해진다.
둘째, 난방 모드뿐만 아니라 냉방 모드에서도, 연료전지 스택에서의 폐열을 이용하기 때문에, 폐열의 이용도가 향상되어 냉난방 사이클의 성능이 향상된다.
셋째, 본 발명은 연료전지로 구동되는 차량에서도, 일반적인 내연기관 차량에 설치된 가열용 실내 열교환기 및 냉각용 실내 열교환기를 그대로 이용할 수 있기 때문에, 비용이 절감된다.
넷째, 압축기로 유입되는 저온의 냉매와, 팽창밸브로 유입되는 고온의 냉매가 열교환되기 때문에, 압축기의 액압축 가능성이 감소되고, 냉난방 사이클의 냉동능력이 향상된다.
다섯째, 냉각용 실내 열교환기(140)에는 고온의 냉매가 흐르지 않기 때문에, 냉방모드 시 냉각용 실내 열교환기(140)의 표면에 수증기가 응결되거나, 또는 먼지 등의 이물질이 부착되고, 이 상태에서 난방모드로 전환한다 할 지라도, 종래 문제시되었던 악취발생문제 및 플래시포깅(flash fogging)현상을 해결할 수 있다.
여섯째, 냉매로서 이산화탄소가 이용될 수 있기 때문에, 압축기의 압축비가 낮아 압축효율이 높고, 열교환기들에서 열전달 특성이 우수하므로, 전체 냉난방 사이클의 성능이 향상된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 기상의 냉매를 압축하는 압축기(100)와;
    차량의 구동장치(320)를 순환하는 냉각수에 의하여 냉각시키는 냉각장치(300)와;
    상기 냉각장치(300)로부터 분기되어 흐르는 냉각수와 냉매를 열교환시키는 이종유체열교환기(110)와;
    난방모드 시 고온의 냉각수가 냉각되면서 공기를 가열하는 가열용 실내 열교환기(160)와;
    고온고압의 냉매와 저온저압의 냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(120)와;
    난방모드 시 제1팽창밸브(131)에 의해 교축된 냉매를 증발시키는 실외열교환기(170)와;
    기상의 냉매만을 상기 압축기로 보내기 위한 어큐물레이터(150)와;
    상기 압축기(100)에서 토출된 냉매가, 상기 이종유체열교환기(110), 및 상기 내부열교환기(120)를 지나 제1팽창밸브(131)에 의해 교축된 후, 상기 실외열교환기(170)에서 증발되고, 상기 어큐물레이터(150) 및 상기 내부열교환기(120)를 거쳐 상기 압축기(100)로 유입되는 난방용 냉매순환경로와;
    상기 냉각장치(300)에 분기된 냉각수가, 상기 이종유체열교환기(110)에서 상기 압축기에서 토출된 냉매와 열교환한 후, 상기 가열용 실내 열교환기(160)에서 공기를 가열하고, 상기 냉각장치(300)로 다시 유입되는 냉각수순환경로와;,
    냉방모드 시 제2팽창밸브(132)에 의해 교축된 냉매를 증발시키면서 공기를 냉각하는 냉각용 실내 열교환기(140)와;
    상기 압축기(100)에서 토출된 냉매가, 상기 이종유체열교환기(110) 및 상기 실외열교환기(170)를 지나 제2팽창밸브(132)에 의해 교축된 후, 상기 냉각용 실내 열교환기(140)에서 증발되고, 상기 어큐물레이터(150) 및 상기 내부열교환기(120)를 거쳐 상기 압축기(100)로 유입되는 냉방용 냉매순환경로;를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 사이클.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1팽창밸브(131), 상기 제2팽창밸브(132) 및 상기 내부열교환기(120)간의 유로를 전환하는 제1유로제어수단(181)과; 상기 이종유체열교환기(110), 상기 내부열교환기(120) 및 상기 실외열교환기(170)간의 유로를 전환하는 제2유로제어수단(182)과; 상기 이종유체열교환기(110), 상기 내부열교환기(120), 상기 어큐물레이터(150) 및 상기 제2유로제어수단(182)간의 유로를 전환하는 제3유로제어수단(183)을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 사이클.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동장치(320)는 연료전지를 구동원으로 하고,
    상기 냉각장치(300)는 상기 연료전지의 스택(Stack)을 순환하는 냉각수를 냉각시키는 방열기(310)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 사이클.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각수는 상기 구동장치(320)와 상기 방열기(310) 사이의 유로에서 분기되어 상기 이종유체열교환기(110)로 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 사이클.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 사이클.
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