KR101456007B1 - 전기자동차용 공기조화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차용 공기조화장치에 관한 것으로, 실내 공간의 난방을 위한 배터리 사용 및 엔진 사용을 최소화하여 연비를 증가시킬 수 있는 전기자동차용 공기조화장치에 관한 것이다.

Description

전기자동차용 공기조화장치{Air conditoner for electric vehicle}
본 발명은 전기자동차용 공기조화장치에 관한 것으로, 실내 공간의 난방을 위한 배터리 사용 및 엔진 사용을 최소화하여 연비를 증가시킬 수 있는 전기자동차용 공기조화장치에 관한 것이다.
최근 세계적인 환경규제 강화 및 에너지 비용 절감 추세에 따라 환경 친화적인 전기자동차(EV: Electric Vehicle)에 대한 요구가 증가 되고 있다. 미국과 유럽의 경우 대기보존법 제정에 의하여 전기자동차의 보급이 의무화되고 있는 상황이며, 국내에서도 저탄소 녹색성장의 일환으로 그린카(Green car, 친환경 자동차)에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되고 있다.
전기 자동차에는 자동차의 구동을 위한 모터 및 각종 전장 장치를 작동시키기 위하여 배터리가 장착되며, 여름철 냉방 또는 겨울철 난방을 위한 공기조화장치가 장착된다.
공기조화장치는 내부를 순환하는 냉매가 압축, 응축, 팽창 및 증발의 순으로 순환하여 열을 전달하는 사이클을 가진다. 이러한 사이클에 의해 공기조화장치는 하절기에는 실내의 열을 외부로 배출하는 냉방 사이클로 동작하고, 동절기에는 냉방 사이클과 반대로 순환하여 실내로 열을 공급하는 히트 펌프(Heat Pump)의 난방 사이클로 동작하게 된다.
한편 하이브리드(Hybrid) 전기자동차는 전술한 모터와 엔진이 함께 장착된 복합 차량이며, 일 실시예로 상기 하이브리드 전기자동차는 시동 및 저속 구간에서 상기 모터를 구동원으로 사용하고, 고속 구간에서 상기 엔진을 구동원으로 사용한다.
여기서 하이브리드 전기자동차는 엔진 운전 시 발생하는 엔진의 폐열을 활용하여 실내 공간을 난방시키는 구조를 갖는다. 그러나 저속 운전 또는 차량의 정지가 잦은 시내 주행에서 하이브리드 전기자동차 특성상 엔진이 구동되지 않는 경우에 해당함에도 불구하고 실내 공간의 난방을 위해서 엔진이 작동하게 된다.
한편, 이와 같이 실내 공간을 난방만을 위하여 엔진이 구동되는 것을 방지하기 위하여 고전압 히터를 사용할 수도 있으나, 고전압 히터는 배터리 사용량이 많으므로 추가로 엔진이 작동되어야 하는 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서 실내 공간의 난방을 위한 엔진의 사용 및 배터리의 사용을 줄일 수 있는 전기자동차용 공기조화장치가 요구된다.
본 발명은 실내 공간의 난방을 위한 배터리 사용 및 엔진 사용을 최소화하여 연비를 증가시킬 수 있는 전기자동차용 공기조화장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 난방을 위하여 배터리를 우선 사용하고 난방만을 위한 엔진 가동을 줄일 수 있는 전기자동차용 공기조화장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 급속 난방이 가능하고, 압축기 오일의 점도를 개선할 수 있는 전기자동차용 공기조화장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진과 모터 및 상기 모터를 구동하기 위한 배터리를 포함하는 전기자동차용 공기조화장치에 있어서, 상기 엔진의 배열을 회수하여 실내공간을 난방시키기 위한 히트코어와 상기 모터로 구동되는 압축기와 실내 열교환기 및 실외 열교환기를 포함하는 공조 유니트 및 상기 엔진과 히트코어 및 공조 유니트의 작동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 전기자동차용 공기조화장치가 제공된다.
여기서 상기 제어부는 상기 전기자동차의 주행 시 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키고, 엔진 운전모드에서 상기 히트코어를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킨다.
이와는 다르게 상기 제어부는 상기 전기자동차의 정지 시 상기 엔진의 구동을 멈추고 상기 공조 유니트를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 및 엔진을 구동원으로 운전되는 전기자동차용 공기조화장치에 있어서, 상기 엔진의 배열을 회수한 냉각수를 통해 실내공간을 난방시키기 위한 히트코어와 냉매를 압축하기 위한 압축기와 하나 이상의 실내 열교환기 및 실외 열교환기를 포함하는 공조 유니트 및 상기 엔진과 히트코어 및 공조 유니트의 작동을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 전기자동차용 공기조화장치가 제공된다.
여기서 상기 제어부는 상기 냉각수의 온도, 실내온도, 실외온도 및 상기 전기 자동차의 구동 상태 중 적어도 하나 이상에 기초하여 공조 유니트와 히트코어 중 적어도 하나 이상을 단독 또는 동시 운전시켜 실내공간을 난방시킨다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치에 따르면, 실내 공간의 난방을 위한 배터리 사용 및 엔진 사용을 최소화하여 연비를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치에 따르면, 난방을 위하여 배터리를 우선 사용하고 난방만을 위한 엔진 가동을 줄일 수 있으며, 급속 난방이 가능하고, 압축기 오일의 점도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치의 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치의 구성도.
도 6은 도 5에 도시된 공기조화장치의 초기 난방 속도를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명의 제5 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치의 구성도.
도 8은 본 발명의 제6 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치의 구성도.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 공기조화장치(이하, 공기조화장치라고 함)를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치는 엔진과 모터 및 상기 모터를 구동하기 위한 배터리를 포함한다. 전술한 바와 같이 상기 공기조화장치는 하이브리드 전기자동차이며, 주행 시 엔진 또는 모터를 구동원으로 사용한다.
상기 공기조화장치는 상기 엔진의 배열을 회수하여 실내공간을 난방시키기 위한 히트코어와 상기 모터로 구동되는 압축기와 실내 열교환기 및 실외 열교환기를 포함하는 공조 유니트 및 상기 엔진과 히트코어 및 공조 유니트의 작동을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
여기서 상기 제어부는 상기 전기자동차의 주행 시 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키고, 엔진 운전모드에서 상기 히트코어를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킨다.
또한, 상기 제어부는 상기 전기자동차의 정지 시 상기 엔진의 구동을 멈추고 상기 공조 유니트를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킨다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 공기조화장치의 다양한 실시예를 구체적으로 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치(100)를 나타내는 구성도이며, 도 2는 본 발명의 제1 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치를 나타내는 블록 구성도이다.
상기 히트코어(114)는 엔진의 폐열을 회수하여 차량의 실내 공간을 난방시키는 기능을 수행한다. 상기 엔진(111)과 방열기(113)와 히트코어(114)는 상기 엔진(111)의 배열을 회수한 냉각수가 유동하는 배열 회수 유니트(110)를 형성한다.
또한, 상기 배열 회수 유니트(110)에는 상기 냉각수를 유동시키기 위한 펌프(112)가 마련될 수 있다. 일 작동을 살펴보면, 상기 엔진(111)으로부터 배열을 회수한 냉각수는 상기 히트코어(114)를 유동하고, 상기 히트코어(114)를 유동하는 과정에서 상기 냉각수와 실내 공기의 열 교환이 이루어진다. 이때 상기 엔진(111)의 구동에 의하여 소정 온도 이상으로 가열된 냉각수는 실내 공기를 가열시킬 수 있으며, 이에 따라 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
또한, 상기 히트코어(114)는 상기 전기자동차의 실내 공기가 유입되는 실내 덕트(10) 내부에 배치되며, 상기 실내 덕트(10) 내부에는 실내 공기의 유동 방향을 조절하기 위한 복수의 댐퍼(13, 14) 및 송풍팬(15)이 각각 마련될 수 있다. 또한 상기 실내 덕트(10)에는 실내 공기 유입구(11)와 실내 공기 토출구(12)가 마련된다.
한편, 상기 공조 유니트(120)는 상기 냉매를 압축시키기 압축기(121)와 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 하나 이상의 실내 열교환기(122, 123)와 실외 열교환기(124) 및 복수의 밸브(161 내지 164)를 포함한다. 상기 공조 유니트(120)는 냉매의 방향을 변경시키기 위한 유로전환밸브(예를 들어, 사방밸브)를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 경우 상기 실내 열교환기는 상기 공조 유니트를 유동하는 냉매의 유동방향에 따라 증발기 또는 응축기로 작동될 수 있으며 그 결과 실내 공간을 난방 또는 냉방시킬 수 있다.
이와는 다르게, 상기 실내 열교환기가 복수로 구비되는 경우, 상기 실내 열교환기(122, 123)는 실내 난방용 열교환기(122)와 실내 냉방용 열교환기(123)로 구성될 수도 있으며, 상기 실내 난방용 열교환기(122)와 실내 냉방용 열교환기(123)는 상기 실내 덕트(10) 내부에 각각 배치된다. 상기 압축기(121)로 냉매가 유입되는 흡입구 측에는 어큐뮬레이터(126: accumulator)를 마련될 수도 있다.
또한, 상기 공기조화장치(100)는 실내 온도, 실외 온도 및 실내 습도를 측정하기 위한 복수의 온도센서(170) 및 습도센서(180)를 포함할 수 있다.
이하 상기 실내 열교환기(122, 123)가 실내 난방용 열교환기(122)와 실내 냉방용 열교환기(124)로 구성된 경우를 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 실내 난방용 열교환기(122)와 상기 실외 열교환기(124) 사이에는 제1 전자팽창밸브(161)와 제1 솔레노이드 밸브(162)가 병렬로 마련될 수 있고, 상기 실내 냉방용 열교환기(123)와 상기 실외 열교환기(124) 사이에는 제2 전자팽창밸브(163)와 제2 솔레노이드 밸브(164)가 병렬로 마련될 수 있다.
이러한 전자팽창밸브(161, 163)와 솔레노이드 밸브(162, 164)는 단순히 밸브(160)로도 지칭될 수 있으며, 상기 제어부(190)는 밸브(160)들의 개도를 조절할 수 있고, 상기 밸브(160)는 하나 이상의 전자팽창밸브(161, 163)과 하나 이상의 솔레노이드 밸브(162, 164)를 포함할 수 있다.
상기 공조 유니트(120)가 히트 펌프로 작동하는 경우를 설명하면, 상기 제어부(190)는 제1 솔레노이드 밸브(162)를 닫고, 제1 전자팽창밸브(161)의 개도를 조절함으로써 실내 난방용 열교환기(122)를 통과한 냉매가 제1 전자팽창밸브(161)를 통과하도록 제어한다. 또한, 상기 제어부(190)는 제2 전자팽창밸브(163)를 닫고, 제2 솔레노이드 밸브(164)를 개방시킴으로써 실외 열교환기(124)를 통과한 냉매가 제2 솔레노이드 밸브(164)를 통과하도록 제어한다.
상기 압축기(121)에서 압축된 냉매는 실내 난방용 열교환기(122)로 유입된다. 이때 상기 냉매는 상기 실내 난방용 열교환기(122)를 통과하는 과정에서 실내 공기와 열 교환되며, 이에 따라 상기 냉매의 응축이 이루어지고, 제1 전자팽창밸브(161)에 의하여 냉매의 팽창이 이루어진다.
상기 제1 전자팽창밸브(161)를 통과한 냉매는 실외 열교환기(124)로 유입되며, 상기 실외 열교환기(124)를 통과하는 과정에서 상기 냉매는 실외공기와 열 교환되며 상기 실외 열교환기(124)에서는 냉매의 증발이 이루어진다. 상기 실외 열교환기(124)로부터 토출된 냉매는 제2 솔레노이드(164)를 통과하여 어큘물레이터(116)로 유입된 후 차례로 압축기(121)로 유입될 수 있다.
한편, 상기 공조 유니트(120)는 실내 공간의 난방과 동시에 실내 공간을 제습할 수 있다. 상기 제어부(190)는 제1 솔레노이드 밸브(162)를 개방하고, 제1 전자팽창밸브(161)를 닫음으로써 실내 난방용 열교환기(122)를 통과한 냉매가 제1 솔레노이드 밸브(162)를 통과하도록 제어하며, 제2 솔레노이드 밸브(164)를 닫고, 제2 전자팽창밸브(163)의 개도를 조절함으로써, 실외 열교환기(124)를 통과한 냉매가 제2 전자팽창밸브(163)를 통과하도록 제어한다.
이러한 경우, 상기 실내 난방용 열교환기(122)에서는 냉매의 응축이 이루어지고, 실내 냉방용 열교환기(123)에서는 냉매의 증발이 이루어진다. 한편, 상기 실내 냉방용 열교환기(123)는 상기 실내 난방용 열교환기(122)보다 실내 덕트(10)의 실내 공기 흡입구(11) 측에 가깝게 배치된다. 따라서, 실내 덕트(10)의 흡입구(11)로 유입된 실내 공기는 상기 실내 냉방용 열교환기(123)를 통과하는 과정에서 제습되고, 차례로 상기 실내 난방용 열교환기(122)를 통과하는 과정에서 가열되며, 제습 및 가열된 실내 공기는 실내 덕트(10)의 토출구(12)를 통하여 실내 공간으로 공급된다.
제1 실시예와 관련된 공기조화장치(100)를 구성하는 상기 공조 유니트(120)는 상기 제어부(190)에 의하여 선택적으로 실내 공간을 난방하거나, 난방과 제습을 동시에 수행할 수 있다. 즉, 상기 제어부(190)는 실내 공간의 난방을 위하여 상기 실내 난방용 열교환기(122)를 작동시키고, 실내 공간의 습도가 소정 값 이상인 경우 상기 실내 냉방용 열교환기(123)와 상기 실내 난방용 열교환기(122)를 동시 운전시킬 수 있다.
한편, 상기 공조 유니트(120)를 구성하는 압축기(121)는 모터(20)에 의하여 구동되며, 상기 모터(20)는 배터리(30)로부터 전원을 공급받는다. 또한, 상기 배터리(30)의 잔량이 소정값 이하가 되면, 배터리(30) 충전을 위하여 상기 엔진(111)이 구동될 수 있다. 따라서, 실내 요구 난방부하를 만족시킴과 동시에 연비를 향상시키기 위하여 전술한 히트 코어(114) 및 공조 유니트(120)의 구동을 적절히 제어하여야 한다.
본 발명과 관련된 공기조화장치(100)에서는 상기 전기자동차의 주행 시 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트(120)를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키고, 엔진 운전모드에서 상기 히트코어(114)를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킨다.
또한, 상기 제어부(190)는 상기 전기자동차의 정지 시 상기 엔진(111)의 구동을 멈추고 상기 공조 유니트(120)를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킨다. 즉, 상기 제어부(190)는 전기자동차가 정지된 경우 실내 공간의 난방만을 위해서 엔진(111)이 가동되는 것을 방지하고 연비를 높이기 위하여 공조 유니트(120)를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킨다.
여기서 배터리 운전모드라 함은 엔진(111)이 구동되지 않은 상태에서 모터(20)를 구동원으로 전기자동차가 주행하고 있는 상태를 의미하며, 예를 들어 초기 운전시 또는 저속 운전시 배터리 운전모드로 주행될 수 있고, 상기 엔진 운전모드라 함은 엔진(111)을 구동원으로 전기자동차가 주행하고 있는 상태를 의미하며, 예를 들어 고속 운전시 엔진 운전모드로 주행될 수 있다.
또한, 상기 제어부(190)는 상기 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트(120)의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 상기 공조 유니트(120) 및 히트코어(114)를 동시 운전하여 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(190)는 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트(120)를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키고, 이러한 상태에서 상기 공조 유니트(120)의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 상기 히트코어(114)를 추가로 가동하여 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(190)는 상기 엔진 운전모드에서 상기 히트코어(114)의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 상기 히트코어(114) 및 상기 공조 유니트(120)를 동시 운전하여 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제어부(190)는 엔진 운전모드에서 상기 히트코어(114)를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키고, 이러한 상태에서 상기 히트코어(114)의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 상기 공조 유니트(120)를 추가로 가동하여 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제어부(190)는 상기 전기자동차의 주행 상태에서 정지 상태로 전환되고 상기 히트코어(114)의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 큰 경우 엔진 구동을 정지시킨 상태에서 상기 히트코어(114)로 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 전기자동차의 주행 상태 중 엔진 운전모드인 경우 엔진의 작동에 따라 냉각수의 온도가 올라갈 것이다.
이때 전기자동차가 정지 상태로 전환되는 경우 상기 냉각수의 유동에 따라 실내 공간을 난방하고 있는 히트코어(114)의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 큰 경우 엔진 구동을 정지시킨 상태에서 상기 히트코어(114)로 계속 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
상기 엔진 구동을 정지시킨 상태에서 상기 히트코어(114)로 계속 실내 공간을 난방시킨다는 의미는 배열 회수 유니트(110)의 펌프(112)만을 작동시키는 것을 의미한다.
한편, 상기 히트코어(114)의 난방 능력은 냉각수의 온도에 따라 결정되며, 일 실시태양으로 히트코어(114)로 유입되는 냉각수의 온도가 약 60℃이상인 경우 상기 히트코어(114)는 충분한 난방 능력을 보유할 수 있으므로 상기 전기자동차가 정지 상태로 전환된 경우에도 히트코어(114)로 유입되는 냉각수의 온도가 약 60℃이상인 경우라면 상기 펌프(112)를 가동하여 상기 히트코어(114)로 실내 공간을 가열시키는 것이 연비 측면에서 유리하다.
이와는 다르게, 상기 제어부(190)는 상기 전기자동차의 주행 상태에서 정지 상태로 전환되고 상기 히트코어(114)의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 엔진 구동을 정지시킨 상태에서 상기 공조 유니트(120)를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 히트코어(114)의 난방 능력은 냉각수의 온도에 따라 결정되며, 통상 약 60℃이상인 경우 상기 히트코어(114)가 충분한 난방 능력을 보유하고 있는 것으로 판단되고, 상기 히트코어(114) 단독으로 실내 공간을 난방할 수 있다.
즉, 엔진 운전모드에서는 엔진이 계속 작동하고 있는 상태이므로 엔진에서 많은 열이 발생하고, 그 결과 히트코어(114)의 난방 능력은 요구 난방 부하를 만족시키는 수준으로 유지될 수 있다. 그러나 엔진이 작동하지 않고 모터로 전기자동차가 운행되는 상황에서 상기 냉각수의 온도는 떨어질 수밖에 없다.
따라서 상기 히트코어(114)는 실내 열교환기보다 실내 공기 유입구(12) 측에 가깝게 위치될 수 있으며, 상기 실내 열교환기가 실내 냉방용 열교환기(123)와 실내 난방용 열교환기(122)를 포함하는 경우 상기 실내 냉방용 열교환기(123)와 히트 코어(114) 및 상기 실내 난방용 열교환기(122)는 실내 덕트(10)의 실내 공기 유입구(11) 측에서 실내 공기 토출구(12) 측을 따라 차례로 배치되는 것이 바람직하다.
구체적으로 실내 난방의 관점에서 히트 코어(114)와 상기 실내 난방용 열교환기(122)의 배치관계를 설명하면, 엔진(111)이 작동하지 않고 모터(20)로 전기자동차가 운행되는 상황에서 상기 냉각수의 온도는 떨어질 수밖에 없으며 이러한 경우 실내 공기는 상대적으로 저온인 히트 코어(114)에서 1차로 열교환을 하고, 상대적으로 고온인 실내 난방용 열교환기(122)에서 2차로 열교환된 후 실내 공간으로 토출되는 것이 유리하다.
또한, 히트코어(114)로 유입되는 냉각수의 온도를 기준으로, 상기 제어부(190)는 상기 히트코어(114)를 순환하는 냉각수의 온도가 소정온도 이하인 경우 상기 히트코어(114)와 상기 실내 난방용 열교환기(122)를 동시 운전하여 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
이와는 다르게, 상기 제어부(190)는 상기 히트코어(114)를 순환하는 냉각수의 온도가 소정온도(약 60℃)보다 큰 경우 상기 히트코어(114)만을 단독 운전하여 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
한편, 지금까지 제1 실시예를 통해 연비를 줄이기 위하여 공조 유니트(120)와 히트코어(114)를 단독 또는 동시 운전시키는 경우를 설명하였고, 이러한 제어방식은 아래에 설명하는 각 실시예에 모두 적용될 수 있다. 아래에서 설명할 각 실시예에 따른 공기조화장치는 공조 유니트의 구성 및 히트코어의 위치에서 제1 실시예의 공기조화장치(100)와 차이를 가지며, 이하 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치를 나타내는 구성도이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예와 관련된 공기조화장치(200)는 엔진(211)의 배열을 회수하기 위한 배열 회수 유니트(210)와 공조 유니트(220)를 포함한다.
상기 엔진(211)과 방열기(213)와 히트코어(214)는 상기 엔진(211)의 배열을 회수한 냉각수가 유동하는 배열 회수 유니트(210)를 구성한다. 또한, 상기 배열 회수 유니트(210)에는 상기 냉각수를 유동시키기 위한 펌프(212)가 마련될 수 있다.
제2 실시예에서 상기 히트코어(214)는 냉각수의 열을 이용하여 실내 공간을 직접 난방시키지 않고, 실내 열교환기(222)로부터 토출된 냉매와 열 교환함으로써 실외 열교환기(224)로 유입되는 냉매를 가열하는 기능을 수행한다. 즉, 상기 히트코어(214)는 엔진(211)의 배열로 상기 냉매의 증발 온도를 높이는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진(211)으로부터 배열을 회수한 냉각수는 상기 히트코어(214)를 유동하고, 상기 히트코어(214)를 유동하는 과정에서 상기 냉각수와 실내 열교환기(222)로부터 토출된 냉매의 열 교환이 이루어진다.
이때 상기 엔진(211)의 구동에 의하여 소정 온도 이상으로 가열된 냉각수는 실내 열교환기(222)로부터 토출된 냉매를 가열시킬 수 있으며, 이에 따라 냉매의 증발온도를 높일 수 있다.
한편, 상기 공조 유니트(220)는 상기 냉매를 압축시키기 압축기(221)와 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 복수의 실내 열교환기(222, 223)와 실외 열교환기(224) 및 복수의 밸브(261 내지 265)를 포함한다. 상기 공조 유니트(220)는 냉매의 방향을 변경시키기 위한 유로전환밸브(227)를 포함하며, 상기 압축기(221)로 냉매가 유입되는 흡입구 측에는 어큐뮬레이터(226)를 포함한다.
상기 복수의 실내 열교환기(222, 223)는 제1 실내 열교환기(222)와 제2 실내 열교환기(223)로 구분될 수 있으며, 상기 제1 실내 열교환기(222)는 제2 실내 열교환기보다 실내 공기 토출구(12) 측에 가깝게 배치될 수 있다.
제1 실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 제어부는 밸브들(261 내지 265)의 개도를 각각 조절하여 상기 제1 실내 열교환기(222)와 제2 실내 열교환기(223)를 응축기 또는 증발기로 작동되도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 공조 유니트(220)에서 실내 공간을 난방하는 경우, 제1 실내 열교환기(222)를 단독으로 작동하여 제1 실내 열교환기(222)로만 냉매가 유입되도록 제어함으로써 실내 공간을 난방시킬 수도 있고, 제1 실내 열교환기(222) 및 제2 실내 열교환기(223)를 단독으로 작동하여 제1 및 제2 실내 열교환기(222, 223)로 냉매가 유입되도록 제어함으로써 실내 공간을 난방시킬 수도 있다.
또한, 상기 실내 공간의 습도가 소정습도 이상인 경우 상기 제어부는 제1 실내 열교환기(222)를 응축기로 작동시킴으로서 실내 공간을 난방시키고, 제2 실내 열교환기(223)를 증발기로 작동시킴으로써 실내 덕트로 유입되는 실내 공기를 제습할 수 있다.
한편, 제2 실시예에서 상기 제어부는 상기 냉각수의 온도가 실외 온도보다 높은 경우에만 상기 제1 실내 열교환기(222)로부터 토출된 냉매와 열교환 되도록 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 냉각수의 온도가 실외 온도보다 높으면, 상기 제어부는 제1 전자팽창밸브(261)를 개방시키고, 제2 전자팽창밸브(262)를 닫음으로써 상기 냉매가 상기 히트코어(214)를 유동하는 냉각수와 열교환 되도록 제어할 수 있다.
이와는 다르게, 상기 냉각수의 온도가 실외 온도보다 낮으면, 상기 제어부는 제1 전자팽창밸브(261)를 닫고, 제2 전자팽창밸브(262)를 개방시킴으로써 상기 냉매가 냉각수와 열 교환되지 않고 바로 실외 열교환기(224)로 유입되도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치를 나타내는 구성도이다.
도 4를 참조하면, 제3 실시예와 관련된 공기조화장치(300)는 엔진(311)의 배열을 회수하기 위한 배열 회수 유니트(310)와 공조 유니트(320)를 포함한다.
상기 엔진(311)과 방열기(313)와 제1 히트코어(314) 및 제2 히트코어(315)는 상기 엔진(311)의 배열을 회수한 냉각수가 유동하는 배열 회수 유니트(310)를 구성한다. 또한, 상기 배열 회수 유니트(310)에는 상기 냉각수를 유동시키기 위한 펌프(312)가 마련될 수 있다.
제3 실시예에서 제1 히트코어(314)는 상기 전기자동차의 실내 공기가 유입되는 실내 덕트(10) 내부에 배치되며, 냉각수의 열로 실내 공간을 난방시키는 기능을 수행한다. 전술한 바와 같이 상기 실내 덕트(10) 내부에는 실내 공기의 유동 방향을 조절하기 위한 복수의 댐퍼(13, 14) 및 송풍팬(15)이 각각 마련될 수 있다.
상기 제1 히트코어(314)는 엔진의 폐열을 회수하여 차량의 실내 공간을 난방시키는 기능을 수행한다. 일 작동으로, 상기 엔진(311)으로부터 배열을 회수한 냉각수는 상기 제1 히트코어(314)를 유동하고, 상기 제1 히트코어(314)를 유동하는 과정에서 상기 냉각수와 실내 공기의 열 교환이 이루어진다. 이때 상기 엔진(311)의 구동에 의하여 소정 온도 이상으로 가열된 냉각수는 실내 공기를 가열시킬 수 있으며, 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
한편, 상기 제2 히트코어(315)는 냉각수의 열을 이용하여 실내 공간을 직접 난방시키지 않고, 실내 열교환기(322)로부터 토출된 냉매와 열 교환함으로써 실외 열교환기(324)로 유입되는 냉매를 가열시키는 기능을 수행한다. 즉, 제2 히트코어(315)는 엔진의 배열로 상기 냉매의 증발 온도를 높이는 기능을 수행할 수 있다.
구체적으로, 상기 엔진(311)으로부터 배열을 회수한 냉각수는 상기 제2 히트코어(315)를 유동하고, 상기 제2 히트코어(315)를 유동하는 과정에서 상기 냉각수와 실내 열교환기로부터 토출된 냉매의 열 교환이 이루어진다. 이에 따라 냉매의 증발온도를 높일 수 있다.
정리하면, 제3 실시예에 관련된 배열회수 유니트(310)는 제1 실시예의 배열회수 유니트(110)와 제2 실시예의 배열 회수 유니트(210)의 기능을 모두 수행할 수 있다.
또한, 제3 실시예에 관련된 배열회수 유니트(310)에서, 엔진(311)의 배열을 회수한 냉각수가 제2 히트코어(315) 및 제1 히트코어(314)를 따라 차례로 유동(도 4참조)하도록 제어할 수도 있지만, 엔진의 배열을 회수한 냉각수를 제1 히트코어(314) 및 제2 히트코어(315)를 따라 차례로 유동(도시되지 않음)하도록 제어할 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 공조 유니트(320)는 상기 냉매를 압축시키기 압축기(321)와 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 복수의 실내 열교환기(322, 323)와 실외 열교환기 및 복수의 밸브(361 내지 365)를 포함한다. 상기 공조 유니트(320)는 냉매의 방향을 변경시키기 위한 유로전환밸브(327)를 포함하며, 상기 압축기(321)로 냉매가 유입되는 흡입구 측에는 어큐뮬레이터(326)를 포함한다.
상기 복수의 실내 열교환기(322, 323)는 제1 실내 열교환기(322)와 제2 실내 열교환기(323)로 구분될 수 있으며, 상기 제1 실내 열교환기(322)는 제2 실내 열교환기(323)보다 실내 공기 토출구(12) 측에 가깝게 배치될 수 있다.
제1 및 제2 실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 제어부는 밸브들(361 내지 365)의 개도를 각각 조절하여 상기 제1 실내 열교환기(322)와 제2 실내 열교환기(323)를 응축기 또는 증발기로 작동되도록 제어할 수 있다.
구체적으로 상기 공조 유니트(210)에서 실내 공간을 난방하는 경우, 제1 실내 열교환기를 단독으로 작동하여 제1 실내 열교환기(322)로만 냉매가 유입되도록 제어함으로써 실내 공간을 난방시킬 수도 있고, 제1 실내 열교환기(322) 및 제2 실내 열교환기(323)를 단독으로 작동하여 제1 및 제2 실내 열교환기로 냉매가 유입되도록 제어함으로써 실내 공간을 난방시킬 수도 있다.
한편, 제1 실내 열교환기(322)는 전술한 실내 난방용 열교환기일 수도 있고, 제2 실내 열교환기(323)는 실내 냉방용 열교환기일 수도 있다. 상기 실내 공간의 습도가 소정습도 이상인 경우 상기 제어부는 제1 실내 열교환기(322)를 응축기로 작동시킴으로서 실내 공간을 난방시키고, 제2 실내 열교환기(323)를 증발기로 작동시킴으로써 실내 덕트(10)로 유입되는 실내 공기를 제습할 수 있다.
또한, 상기 제2 실내 열교환기(323)와 제1 히트 코어(314) 및 상기 제1 실내 열교환기(322)는 실내 공기 유입구(11) 측에서 실내 공기 토출구(12) 측을 따라 차례로 배치되며, 그 이유는 제1 실시예에서 설명한 그것과 동일하다.
한편, 도 5는 본 발명의 제4 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치를 나타내는 구성도이다.
도 5를 참조하면, 제4 실시예와 관련된 공기조화장치(400)는 엔진(411)의 배열을 회수하기 위한 배열 회수 유니트(410)와 공조 유니트(420)를 포함한다.
상기 엔진(411)과 방열기(413)와 제1 히트코어(414) 및 제2 히트코어(415)는 상기 엔진(411)의 배열을 회수한 냉각수가 유동하는 배열 회수 유니트(410)를 구성한다. 또한, 상기 배열 회수 유니트(410)에는 상기 냉각수를 유동시키기 위한 펌프(412)가 마련될 수 있다.
제4 실시예에서 제1 히트코어(414)는 상기 전기자동차의 실내 공기가 유입되는 실내 덕트(10) 내부에 배치되며, 상기 냉각수의 열로 실내 공간을 난방시키는 기능을 수행한다. 전술한 바와 같이 상기 실내 덕트(10) 내부에는 실내 공기의 유동 방향을 조절하기 위한 복수의 댐퍼(13, 14) 및 송풍팬(15)이 각각 마련될 수 있다.
상기 제1 히트코어(414)는 엔진의 폐열을 회수하여 차량의 실내 공간을 난방시키는 기능을 수행한다. 구체적으로, 상기 엔진(411)으로부터 배열을 회수한 냉각수는 상기 제1 히트코어(414)를 유동하고, 상기 제1 히트코어(414)를 유동하는 과정에서 상기 냉각수와 실내 공기의 열 교환이 이루어진다. 이때 상기 엔진(411)의 구동에 의하여 소정 온도 이상으로 가열된 냉각수는 실내 공기를 가열시킬 수 있으며, 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
한편, 상기 제2 히트코어(415)는 냉각수의 열을 이용하여 실내 공간을 직접 난방시키지 않고, 실내 열교환기로부터 토출된 냉매와 열 교환함으로써 압축기(421)로 유입되는 냉매를 가열하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 상기 엔진(411)으로부터 배열을 회수한 냉각수는 상기 제2 히트코어(415)를 유동하고, 상기 제2 히트코어(415)를 유동하는 과정에서 상기 냉각수와 실내 열교환기(422)로부터 토출된 냉매의 열 교환이 이루어진다.
또한, 제4 실시예에 관련된 배열회수 유니트(410)에서, 엔진의 배열을 회수한 냉각수를 제1 히트코어(414) 및 제2 히트코어(415)를 따라 차례로 유동(도 5 참조)시킬 수도 있지만, 엔진의 배열을 회수한 냉각수를 제2 히트코어(414) 및 제1 히트코어(414)를 따라 차례로 유동(도시되지 않음)시킬 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 공조 유니트(420)는 상기 냉매를 압축시키기 압축기(421)와 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 복수의 실내 열교환기(422, 423)와 실외 열교환기(424) 및 복수의 밸브(461 내지 464)를 포함한다.
상기 복수의 실내 열교환기(422, 423)는 제1 실내 열교환기(422)와 제2 실내 열교환기(423)로 구분될 수 있으며, 상기 제1 실내 열교환기(422)는 제2 실내 열교환기(423)보다 실내 공기 토출구(12) 측에 가깝게 배치될 수 있다.
제1 및 제2 실시예에서 설명한 바와 같이, 상기 제어부는 밸브들(461 내지 464)의 개도를 각각 조절하여 상기 제1 실내 열교환기(422)와 제2 실내 열교환기(423)를 응축기 또는 증발기로 작동되도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 공조 유니트(420)에서 실내 공간을 난방하는 경우, 제1 실내 열교환기(422)를 단독으로 작동하여 제1 실내 열교환기(422)로만 냉매가 유입되도록 제어함으로써 실내 공간을 난방시킬 수도 있다.
또한, 상기 실내 공간의 습도가 소정습도 이상인 경우 상기 제어부는 제1 실내 열교환기(422)를 응축기로 작동시킴으로서 실내 공간을 난방시키고, 제2 실내 열교환기(423)를 증발기로 작동시킴으로써 실내 덕트로 유입되는 실내 공기를 제습할 수 있다.
또한, 상기 제2 실내 열교환기(423)와 제1 히트 코어(414) 및 상기 제1 실내 열교환기(422)는 실내 공기 유입구(11) 측에서 실내 공기 토출구(12) 측을 따라 차례로 배치되며, 그 이유는 제1 실시예에서 설명한 그것과 동일하다.
제4 실시예에서, 상기 배열 회수 유니트(410)는 엔진의 배열을 회수하기 위한 냉각수가 통과되는 워터 재킷(416: Water jacket)을 포함하며, 상기 워터 재킷(416)은 압축기(411)에 마련된다.
상기 냉각수는 상기 워터 재킷(416)을 통과하는 과정에서 압축기(411) 내부의 오일을 가열시키며, 상기 공조 유니트(410)에서는 오일의 점도가 올라가 빠른 난방효과를 얻을 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 공기조화장치의 성능을 나타내는 그래프로서, 워터 재킷 사용에 따른 초기 난방 속도를 나타내는 그래프이며, 도 6의 세로축은 난방능력을 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 워터 재킷을 사용한 경우(L1)에 워터 재킷을 사용하지 않은 경우(L2)보다 초기 난방 속도가 약 30% 정도 향상되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 제어부는 실외온도가 소정 값 이상인 경우 상기 냉각수가 히트코어(제1 히트코어 또는 제2 히트코어)로 직접 유입되도록 제어하고, 실외온도가 소정 값보다 작은 경우 상기 냉각수가 워터 재킷(416)을 통과한 후 히트코어(제1 히트코어 또는 제2 히트코어)로 유입되도록 제어할 수 있다. 실외온도가 소정 값 이상인 경우에는 워터 재킷(416)에 의한 효과는 실제 크지 않으며, 실외온도가 낮을수록 워터 재킷(416)에 의한 효과가 증가한다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치(500)를 나타내는 구성도이다.
제5 실시예와 관련된 공기조화장치(500)는 엔진(511)의 배열을 회수하기 위한 배열 회수 유니트(510)와 메인 공조 유니트(520) 및 서브 공조 유니트(530)를 포함한다.
상기 엔진(511)과 방열기(513)와 제1 히트코어(514) 및 제2 히트코어(515)는 상기 엔진(511)의 배열을 회수한 냉각수가 유동하는 배열 회수 유니트(510)를 구성한다. 또한, 상기 배열 회수 유니트(510)에는 상기 냉각수를 유동시키기 위한 펌프(512)가 마련될 수 있다.
제5 실시예에서 제1 히트코어(514)는 상기 전기자동차의 실내 공기가 유입되는 실내 덕트(10) 내부에 배치되며, 상기 냉각수의 열로 실내 공간을 난방시키는 기능을 수행한다. 전술한 바와 같이 상기 실내 덕트(10) 내부에는 실내 공기의 유동 방향을 조절하기 위한 복수의 댐퍼(13, 14) 및 송풍팬(15)이 각각 마련될 수 있다.
상기 제1 히트코어(514)는 엔진(511)의 폐열을 회수하여 차량의 실내 공간을 난방시키는 기능을 수행한다. 구체적으로, 상기 엔진(511)으로부터 배열을 회수한 냉각수는 상기 제1 히트코어(514)를 유동하고, 상기 제1 히트코어(514)를 유동하는 과정에서 상기 냉각수와 실내 공기의 열 교환이 이루어진다. 이때 상기 엔진(511)의 구동에 의하여 소정 온도 이상으로 가열된 냉각수는 실내 공기를 가열시킬 수 있으며, 이에 따라 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
한편, 상기 메인 공조 유니트(520)는 상기 냉매를 압축시키기 압축기(521)와 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 실내 열교환기(522)와 실외 열교환기(524) 및 하나 이상의 밸브(561)를 포함한다. 또한, 상기 메인 공조 유니트(520)는 난방 사이클 또는 냉방 사이클 중 어느 한 사이클로만 동작하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 서브 공조 유니트(530)는 상기 냉매를 압축시키기 압축기(531)와 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 실내 열교환기(532)와 실외 열교환기(515) 및 하나 이상의 밸브(562)를 포함한다. 또한, 상기 서브 공조 유니트(520)는 난방 사이클 또는 냉방 사이클 중 어느 한 사이클로만 동작하도록 구성될 수 있다.
상기 메인 공조 유니트(520)의 압축기(521)는 상기 서브 공조 유니트(530)의 압축기(531) 보다 큰 용량을 가질 수 있으며, 일 실시태양으로 상기 서브 공조 유니트(530)의 압축기(531)는 메인 공조 유니트(520)의 압축기(521) 용량의 1/3일 수도 있다.
또한, 상기 메인 공조 유니트(520)의 실내 열교환기(522)와 제1 히트 코어(514) 및 상기 서브 공조 유니트(530)의 실내 열교환기(532)는 실내 공기 유입구 (11) 측에서 실내 공기 토출구(12) 측을 따라 차례로 배치될 수 있다.
한편, 전술한 제2 히트코어(515)는 서브 공조 유니트(530)의 실외 열교환기의 기능을 수행한다. 즉, 서브 공조 유니트(530)의 실외 열교환기(제2 히트코어, 514)에서는 냉매와 실외 공기의 열 교환이 이루어지는 것이 아니라, 냉매와 냉각수의 열 교환이 이루어진다.
여기서 제어부는 실외온도와 냉각수의 온도 및 요구 난방부하 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 메인 공조 유니트(520)와 상기 서브 공조 유니트(530) 및 상기 제1 히트코어(514) 중 적어도 하나 이상을 단독 또는 동시 운전시킴으로써 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
일 실시태양으로, 메인 공조 유니트(520)가 냉방 사이클로만 작동하도록 구성되고, 상기 서브 공조 유니트(520)는 난방 사이클로만 작동하도록 구성된 경우 상기 제어부는 실외온도와 냉각수의 온도 및 요구 난방부하 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 서브 공조 유니트(530) 및 상기 제1 히트코어(514) 중 적어도 하나 이상을 단독 또는 동시 운전시킴으로써 실내 공간을 난방시킬 수 있으며, 이와 같은 경우에는 전술한 제1 실시예와 동일하다.
여기서 난방만을 위한 서브 공조 유니트(530)의 압축기(531)는 메인 공조 유니트(520)의 압축기(521) 용량의 1/3일 수 있으며, 이에 따라 압축기 구동에 따른 배터리 사용량을 줄일 수 있다.
다른 실시태양으로, 메인 공조 유니트(520)가 냉/난방 사이클로 작동하도록 구성되고, 상기 서브 공조 유니트(520)는 난방 사이클로만 작동하도록 구성된 경우 제어부는 실외온도와 냉각수의 온도 및 요구 난방부하 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 메인 공조 유니트(520)와 상기 서브 공조 유니트(530) 및 상기 제1 히트코어(514) 중 적어도 하나 이상을 단독 또는 동시 운전시킴으로써 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
특히, 상기 제어부는 실외온도가 소정 온도(예를 들어, -7℃) 이하인 한랭 구간에서 상기 메인 공조 유니트(520)와 상기 서브 공조 유니트(530) 및 상기 제1 히트코어(514)를 동시 운전시킴으로써 실내 공간의 요구 난방 부하를 만족시킬 수도 있다.
또한, 상기 실내 공간의 요구 난방 부하에 따라 난방 용량이 보다 큰 메인 공조 유니트(520)와 난방 능력이 보다 작은 서브 공조 유니트(530)를 선택적으로 구동시킴으로써 배터리 사용량을 줄일 수 있으며, 이에 따라 전기자동차의 연비를 증가시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치(600)를 나타내는 구성도이다.
제6 실시예와 관련된 공기조화장치(600)는 엔진(611)의 배열을 회수하기 위한 배열 회수 유니트(610)와 공조 유니트(620)를 포함한다.
도 8을 참조하면, 상기 엔진(611)과 방열기(613)와 히트코어(614)는 상기 엔진의 배열을 회수한 냉각수가 유동하는 배열 회수 유니트(610)를 구성한다. 또한, 상기 배열 회수 유니트(610)에는 상기 냉각수를 유동시키기 위한 펌프(612)가 마련될 수 있다.
한편, 제6 실시예에서 상기 히트코어(614)는 냉각수의 열을 이용하여 실내 공간을 직접 난방시키지 않고, 실내 열교환기(622)로부터 토출된 냉매와 열 교환함으로써 압축기(621)로 유입되는 냉매를 가열하는 기능을 수행한다.
또한, 상기 공조유니트(620)는 상기 냉매를 압축시키기 압축기(621)와 실내 공간을 냉방 또는 난방시키기 위한 하나 이상의 실내 열교환기(622)와 실외 열교환기(624) 및 복수의 밸브(661 내지 666)를 포함한다.
또한 실내 열교환기가 복수로 구비되는 경우, 상기 실내 열교환기(622, 623)는 실내 난방용 열교환기(622)와 실내 냉방용 열교환기(623)로 구성될 수도 있으며, 상기 실내 난방용 열교환기(622)와 실내 냉방용 열교환기(623)는 상기 실내 덕트(10) 내부에 각각 배치된다.
또한, 상기 공조유니트(620)는 기액 분리기(626)를 포함하며, 상기 기액분리기(626)는 상기 실내 난방용 열교환기(622)로부터 토출된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리시키는 기능을 수행한다.
여기서 기액 분리기(626)부터 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기(621)의 중간압으로 공급될 수 있다.
일 실시태양으로, 상기 압축기(611)는 복수의 스테이지를 가지며, 예를 들어 저압 압축부(621-1)와 고압 압축부(621-2)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 저압 압축부(621-1)로는 상기 실내 난방용 열교환기(622)로부터 토출된 냉매가 유입되고, 상기 고압 압축부(621-2)로는 상기 기액분리기(626)에서 분리된 기상 냉매가 유입될 수 있다. 또한 상기 기액 분리기(626)와 상기 고압 압축부(621-2) 측을 연결하는 주입 배관이 마련될 수 있으며, 상기 주입 배관에는 주입 밸브(666)가 마련될 수도 있다.
결과적으로 상기 고압 압축부(621-2)로는 기액분리기(626)에서 분리된 기상 냉매와 저압 압축부(621-1)에서 압축된 냉매가 함께 압축되기 때문에 상기 압축기(621)에 가해지는 압축일이 줄어들게 된다. 상기 압축기(621)에 가해지는 압축일이 줄어들게 됨으로써 압축기(621)의 운전범위가 늘어나는 효과가 발생한다. 즉, 상기 공조 유니트(620)는 인젝션 사이클(injection cycle)로도 구성될 수 있다.
지금까지 공조유니트의 구조 및 히트코어의 배치 등에 따른 다양한 실시예를 설명하였다. 전술한 바와 같이, 전술한 기술적 특징들은 해당 실시예에만 적용되지 않고 다른 실시예에도 중복적으로 적용이 가능할 것이다.
정리하면, 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치는 상기 엔진의 배열을 회수한 냉각수를 통해 실내공간을 난방시키기 위한 히트코어와 냉매를 압축하기 위한 압축기와 하나 이상의 실내 열교환기 및 실외 열교환기를 포함하는 공조 유니트 및 상기 엔진과 히트코어 및 공조 유니트의 작동을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.
여기서 상기 제어부는 전기자동차의 연비를 증가시키기 위하여 상기 냉각수의 온도, 실내온도, 실외온도 및 상기 전기 자동차의 구동 상태 중 적어도 하나 이상에 기초하여 공조 유니트와 히트코어 중 적어도 하나 이상을 단독 또는 동시 운전시켜 실내공간을 난방시킨다.
전술한 바와 같이, 상기 전기자동차의 초기 운전시 상기 제어부는 상기 공조 유니트와 상기 히트코어를 동시 운전시켜 실내 공간을 난방시킬 수 있으며, 상기 공조 유니트만으로 실내 공간의 요구 난방 부하를 만족시킬 수 있는 경우 상기 히트코어 운전을 위하여 별도로 엔진을 작동시키지 않을 수 있다. 특히, 실외온도가 소정 값 이하인 경우 전술한 워터 재킷으로 냉각수를 유입시킴으로써 초기 난방 속도를 증가시키고 엔진의 사용을 줄일 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 히트코어는 실내 열교환기보다 실내 공기 유입구 측에 가깝게 위치된다.
이와는 다르게 상기 전기자동차의 저속 운전시 상기 제어부는 냉각수 온도가 실내 온도보다 낮은 경우 상기 공조 유니트만을 단독 운전시켜 실내 공간을 난방시킬 수 있다.
이와는 다르게, 상기 전기자동차의 고속 운전시 상기 제어부는 상기 히트코어만을 단독 운전시켜 실내 공간을 난방시킬 수 있다. 물론, 히트코어만으로 난방 능력이 부족한 경우 공조 유니트로 부족한 난방 능력을 보충할 수도 있다.
이와 관련하여, 상기 제어부는 전기자동차의 초기 운전시 압축기를 최대 운전 주파수로 작동시키고, 상기 냉각수의 온도가 높아지거나 실내온도가 설정온도와 일정온도 범위 내에 속하는 경우 상기 압축기의 운전 주파수를 낮출 수 있다. 즉, 초기 운전 시 요구 난방 부하에 신속히 대응하기 위하여 압축기를 최대로 운전시킬 수 있고, 냉각수의 온도가 높아지거나 실내온도가 설정온도와 일정온도 범위 내에 속하는 경우 점차 압축기의 운전 주파수를 낮춤으로써 배터리 사용량을 줄일 수 있다.
일 실시태양으로, 상기 냉각수의 온도가 제1 온도(예를 들어, 약 50℃) 이상인 경우 상기 압축기를 최대 주파수의 1/3 이하로 작동시키고, 상기 냉각수의 온도가 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도(예를 들어, 약 60℃) 이상인 경우 상기 압축기의 작동을 정지시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 냉각수의 온도가 약 60℃이상인 경우 실내 공간의 요구 난방 능력을 만족시킬 수 있으므로 압축기에 소모되는 배터리량을 줄일 수 있다.
한편, 상기 제어부는 실외온도가 소정 온도(약 -7℃) 이하인 한랭 구간에서 상기 압축기를 최대 주파수로 연속 작동시킬 수 있다. 이러한 경우 실외 온도가 매우 낮은 경우이므로 실내 공간의 난방을 위하여 상기 압축기를 최대 주파수로 연속 작동시키는 것이다.
또한, 전술한 바와 같이, 상기 제어부는 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트를 가동하여 실내 공간을 우선 난방시키고, 엔진 운전모드에서 상기 히트코어를 가동하여 실내 공간을 우선 난방시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치에 따르면, 실내 공간의 난방을 위한 배터리 사용 및 엔진 사용을 최소화하여 연비를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기자동차용 공기조화장치에 따르면, 난방을 위하여 배터리를 우선 사용하고 난방만을 위한 엔진 가동을 줄일 수 있으며, 급속 난방이 가능하고, 압축기 오일의 점도를 개선할 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 공기조화장치
110: 배열 회수 유니트
111: 엔진
112: 펌프
113: 방열기
114: 히트코어
120: 공조 유니트
121: 압축기
122: 실내 난방용 열교환기
123: 실내 냉방용 열교환기
124: 실외 열교환기

Claims (22)

  1. 엔진과 모터 및 상기 모터를 구동하기 위한 배터리를 포함하는 전기자동차용 공기조화장치에 있어서,
    상기 엔진의 배열을 회수하여 실내공간을 난방시키기 위한 히트코어;
    상기 모터로 구동되는 압축기와 실내 열교환기 및 실외 열교환기를 포함하는 공조 유니트; 및
    상기 엔진과 히트코어 및 공조 유니트의 작동을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 전기자동차의 주행 시 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키고, 엔진 운전모드에서 상기 히트코어를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키며,
    상기 제어부는 상기 전기자동차의 정지 시 상기 엔진의 구동을 멈추고 상기 공조 유니트를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 상기 공조 유니트 및 히트코어를 동시 운전하여 실내 공간을 난방시키고,
    상기 제어부는 상기 엔진 운전모드에서 상기 히트코어의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 상기 히트코어 및 상기 공조 유니트를 동시 운전하여 실내 공간을 난방시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전기자동차의 주행 상태에서 정지 상태로 전환되고 상기 히트코어의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 큰 경우 엔진 구동을 정지시킨 상태에서 상기 히트코어로 실내 공간을 난방시키며,
    상기 제어부는 상기 전기자동차의 주행 상태에서 정지 상태로 전환되고 상기 히트코어의 난방 능력이 요구 난방 부하보다 작은 경우 엔진 구동을 정지시킨 상태에서 상기 공조 유니트를 우선 가동하여 실내 공간을 난방시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 히트코어는 실내 열교환기보다 실내 공기 유입구 측에 가깝게 위치된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조 유니트는 실내 냉방용 열교환기 및 실내 난방용 열교환기를 포함하며,
    상기 실내 냉방용 열교환기와 히트 코어 및 상기 실내 난방용 열교환기는 실내 공기 유입구 측에서 실내 공기 토출구 측을 따라 차례로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제어부는 상기 히트코어를 순환하는 냉각수의 온도가 소정온도 이하인 경우 상기 히트코어와 상기 실내 난방용 열교환기를 동시 운전하여 실내 공간을 난방시키고,
    제어부는 상기 히트코어를 순환하는 냉각수의 온도가 소정온도보다 큰 경우 상기 히트코어만을 단독 운전하여 실내 공간을 난방시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 실내 공간의 습도가 소정 값 이상인 경우 상기 실내 냉방용 열교환기와 상기 실내 난방용 열교환기를 동시 운전시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기에는 엔진의 배열을 회수하기 위한 냉각수가 통과되는 워터 재킷(Water jacket)이 마련된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제어부는 실외온도가 소정 값 이상인 경우 상기 냉각수가 히트코어로 직접 유입되도록 제어하고, 실외온도가 소정 값보다 작은 경우 상기 냉각수가 워터 재킷을 통과한 후 히트코어로 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조 유니트는 기액 분리기와 상기 기액분리기와 압축기를 연결하는 주입라인 및 상기 주입라인에 마련된 주입밸브를 추가로 포함하며,
    상기 기액 분리기부터 분리된 기상의 냉매는 상기 주입라인을 따라 상기 압축기의 중간압으로 공급되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조 유니트는 메인 공조 유니트와 서브 공조 유니트를 포함하며,
    상기 메인 공조 유니트의 압축기는 상기 서브 공조 유니트의 압축기 보다 큰 용량을 가지며,
    상기 메인 공조 유니트의 실내 열교환기와 히트 코어 및 상기 서브 공조 유니트의 실내 열교환기는 실내 공기 유입구 측에서 실내 공기 토출구 측을 따라 차례로 배치되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제어부는 실외온도와 냉각수의 온도 및 요구 난방부하 중 적어도 하나 이상에 기초하여 상기 메인 공조 유니트와 상기 서브 공조 유니트 및 상기 히트코어 중 적어도 하나 이상을 단독 또는 동시 운전시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 실외온도가 소정 온도 이하인 한랭 구간에서 상기 메인 공조 유니트와 상기 서브 공조 유니트 및 상기 히트코어를 동시 운전시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  14. 배터리 및 엔진을 구동원으로 운전되는 전기자동차용 공기조화장치에 있어서,
    상기 엔진의 배열을 회수한 냉각수를 통해 실내공간을 난방시키기 위한 히트코어;
    냉매를 압축하기 위한 압축기와 하나 이상의 실내 열교환기 및 실외 열교환기를 포함하는 공조 유니트; 및
    상기 엔진과 히트코어 및 공조 유니트의 작동을 제어하기 위한 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 배터리 운전모드에서 상기 공조 유니트를 가동하여 실내 공간을 우선 난방시키고, 엔진 운전모드에서 상기 히트코어를 가동하여 실내 공간을 우선 난방시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기자동차의 초기 운전시 상기 제어부는 상기 공조 유니트와 상기 히트코어를 동시 운전시켜 실내 공간을 난방시키며,
    상기 히트코어는 실내 열교환기보다 실내 공기 유입구 측에 가깝게 위치된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기자동차의 저속 운전시 상기 제어부는 냉각수 온도가 실내 온도보다 낮은 경우 상기 공조 유니트만을 단독 운전시켜 실내 공간을 난방시키며,
    상기 히트코어는 실내 열교환기보다 실내 공기 유입구 측에 가깝게 위치된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기자동차의 고속 운전시 상기 제어부는 상기 히트코어만을 단독 운전시켜 실내 공간을 난방시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 전기자동차의 초기 운전시 압축기를 최대 운전 주파수로 작동시키고, 상기 냉각수의 온도가 높아지거나 실내온도가 설정온도와 일정온도 범위 내에 속하는 경우 상기 압축기의 운전 주파수를 낮추는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 냉각수의 온도가 제1 온도 이상인 경우 상기 압축기를 최대 주파수의 1/3 이하로 작동시키고, 상기 냉각수의 온도가 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 이상인 경우 상기 압축기의 작동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어부는 실외온도가 소정 온도 이하인 한랭 구간에서 상기 압축기를 최대 주파수로 연속 작동시키는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 압축기에는 엔진의 배열을 회수하기 위한 냉각수를 통과시키기 위한 워터 재킷(Water jacket)이 마련되며,
    상기 제어부는 실외온도가 소정 값보다 작은 경우 상기 냉각수가 워터 재킷 을 통과한 후 히트코어로 유입되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 공기조화장치.
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