KR102293713B1 - 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템 - Google Patents

자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 증기압축 사이클을 순환하는 액상 냉매 중 일부를 전장부품으로 안내하여 전장부품을 냉각시킴으로써, 별도의 냉각수 유로가 필요하지 않으므로 유로의 구성이 간단해질 수 있을 뿐만 아니라, 액상 냉매의 비등 열전달을 이용하여 냉각시키기 때문에 냉각수를 사용하는 경우에 비해 냉각성능이 보다 향상될 수 있다. 또한, 전장부품을 냉각시키면서 전장부품의 폐열을 흡수한 냉매를 증기압축 사이클의 고압측 냉매로 공급함으로써, 시스템의 성능계수도 보다 향상될 수 있다.

Description

자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템{Integrated system for vehicle with vapor compression cycle and pump driven two-phase cooling cycle}
본 발명은 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차의 난방을 위한 증기압축 사이클의 냉매 중 일부를 전장부품을 냉각시키는 데 활용함으로써, 전장부품의 냉각 효과와 증기압축 사이클의 성능을 모두 향상시킬 수 있는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템에 관한 것이다.
최근 전기 자동차 산업이 급 성장함에 따라 전기 자동차의 전장부품인 영구자석형 모터, 인버터 등 60℃ 이상 발열원에 대한 냉각이 중요시되고 있다.
종래의 전기 자동차는 차실 난방을 위한 증기압축 사이클과, 전장부품을 냉각시키기 위한 냉각수 사이클을 포함한다.
상기 증기압축 사이클은, 압축기, 응축기, 증발기, 팽창 밸브 및 냉매 유로를 포함한다. 상기 압축기에서 압축된 냉매는 상기 응축기를 통해 차실에 열원을 제공한 후, 상기 증발기에서 열교환되어 가열된 후 상기 압축기로 순환된다.
상기 냉각수 사이클은, 냉각수 펌프, 냉각수 유로 및 라디에이터를 포함하고, 상기 냉각수 펌프에서 펌핑된 냉각수는 전장부품을 냉각시킨 후, 상기 라디에이터에서 열교환되어 냉각된 후 다시 상기 냉각수 펌프로 순환된다.
상기 증발기와 상기 라디에이터는 서로 대향되게 배치되어, 상기 증발기를 통과하는 냉매와 상기 라디에이터를 통과하는 냉각수가 서로 열교환될 수 있다.
그러나, 전기 자동차의 출력이 지속적으로 증가함에 따라 고부하 운전시 냉각수의 냉각 성능에 한계가 따르는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1875651호
본 발명의 목적은, 전장부품의 냉각 성능을 보다 향상시키면서 증기압축 사이클의 성능 계수도 향상시킬 수 있는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 공기와 열교환시켜 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와, 상기 팽창밸브에서 나온 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하는 증기압축 사이클과; 상기 응축기와 상기 팽창밸브를 연결하는 액상 냉매유로에서 분기되어 전장부품을 통과하도록 형성되어, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품으로 안내하여 상기 전장부품을 냉각시키는 전장부품 냉각용 냉매유로와; 상기 전장부품 냉각용 냉매유로에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품측으로 펌핑하는 전장부품 냉각용 냉매펌프와; 상기 전장부품과 상기 응축기의 흡입측 유로를 연결하여, 상기 전장부품의 폐열을 흡수하고 나온 냉매를 상기 응축기의 흡입측 유로로 안내하는 폐열공급 냉매유로를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와; 차실의 냉방운전과 난방운전에 따라 상기 압축기에서 나온 냉매의 유로를 선택적으로 전환하는 사방밸브와; 상기 난방운전시 상기 압축기에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하는 제1실내 열교환기와; 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 난방용 팽창밸브와; 상기 난방운전시 상기 난방용 팽창밸브에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하고, 상기 냉방운전시 상기 압축기에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하는 실외 열교환기와; 상기 제1실내 열교환기와 상기 난방용 팽창밸브를 연결하여, 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기에서 응축되어 나온 액상 냉매를 상기 난방용 팽창밸브로 안내하는 난방용 액상냉매유로와; 상기 난방용 액상냉매유로에서 분기되고, 자동차의 전장부품을 통과하도록 형성되어, 상기 제1실내 열교환기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품으로 안내하여 상기 전장부품을 냉각시키는 전장부품 냉각용 냉매유로와; 상기 전장부품 냉각용 냉매 유로에 설치되어, 상기 액상 냉매를 상기 전장부품으로 펌핑하는 전장부품 냉각용 냉매펌프와; 상기 전장부품과 상기 제1실내 열교환기의 흡입측 유로를 연결하여, 상기 난방운전시 상기 전장부품의 폐열을 흡수하고 나온 냉매를 상기 제1실내 열교환기의 흡입측 유로로 안내하는 난방용 폐열공급 냉매유로와; 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하는 제2실내 열교환기와; 상기 실외 열교환기와 상기 난방용 팽창밸브를 연결하는 유로에서 분기되어 상기 제2실내 열교환기에 연결되어, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되고 나온 액상 냉매가 상기 난방용 팽창밸브를 바이패스하고 상기 제2실내 열교환기측으로 공급되도록 안내하는 냉방용 액상냉매유로와; 상기 냉방용 액상냉매유로에 설치되어, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 냉방용 팽창밸브와; 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품 냉각용 냉매유로로 안내하여 상기 전장부품을 냉각시키는 냉방용 냉각유로를 포함한다.
본 발명은, 증기압축 사이클을 순환하는 액상 냉매 중 일부를 전장부품으로 안내하여 전장부품을 냉각시킴으로써, 별도의 냉각수 유로가 필요하지 않으므로 유로의 구성이 간단해질 수 있을 뿐만 아니라, 액상 냉매의 비등 열전달을 이용하여 냉각시키기 때문에 냉각수를 사용하는 경우에 비해 냉각성능이 보다 향상될 수 있다.
또한, 전장부품을 냉각시키면서 전장부품의 폐열을 흡수한 냉매를 증기압축 사이클의 고압측 냉매로 공급함으로써, 시스템의 성능계수도 보다 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템의 난방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 시스템의 냉방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 시스템의 난방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 시스템의 난방 제습 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 시스템의 냉방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 시스템의 난방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7에 도시된 시스템의 난방 제습 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 7에 도시된 시스템의 냉방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템의 난방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템은, 압축기(10), 사방밸브(20), 실내 열교환기(30), 팽창밸브(40), 실외 열교환기(50)를 포함하는 증기압축 사이클과, 리저버(60), 전장부품 냉각용 냉매펌프(70), 전장부품 냉각용 냉매유로(81), 폐열공급 냉매유로(82), 폐열공급 밸브(83) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 압축기(10)는, 상기 증기압축 사이클을 순환하는 냉매를 압축시킨다.
상기 사방밸브(20)는, 차실의 냉방운전과 난방운전에 따라 상기 압축기(10)에서 나온 냉매의 유로를 선택적으로 전환한다. 상기 사방밸브(20)는, 상기 난방운전시 상기 압축기(10)에서 나온 냉매를 상기 실내 열교환기(30)로 안내하도록 유로를 전환하고, 상기 냉방운전시 상기 압축기(10)에서 나온 냉매를 상기 실외 열교환기(50)로 안내하도록 유로를 전환한다.
상기 실내 열교환기(30)는, 상기 난방운전시 상기 압축기(10)에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하고, 상기 냉방운전시 상기 팽창밸브(40)에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하는 열교환기이다.
상기 팽창밸브(40)는, 상기 난방운전시 상기 실내 열교환기(30)에서 나온 냉매를 팽창시키고, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기(30)에서 나온 냉매를 팽창시킨다.
상기 실외 열교환기(50)는, 상기 난방운전시 상기 팽창밸브(40)에서 팽창된 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하고, 상기 냉방운전시 상기 압축기(10)에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 한다.
상기 실내 열교환기(30)와 상기 팽창밸브(40)는 제1냉매 유로(91)로 연결된다. 상기 제1냉매 유로(91)는, 상기 난방운전시 응축기 역할을 하는 상기 실내 열교환기(30)에서 응축되어 나온 액상 냉매를 안내하는 액상 냉매유로 역할을 한다.
상기 팽창밸브(40)와 상기 실외 열교환기(50)는 제2냉매 유로(92)로 연결된다. 상기 제2냉매 유로(92)는, 상기 냉방 운전시 응축기 역할을 하는 상기 실외 열교환기(50)에서 나온 액상 냉매를 안내하는 액상 냉매유로 역할을 한다.
상기 실외 열교환기(50)와 상기 사방밸브(20)는 제3냉매 유로(93)로 연결된다. 상기 제3냉매 유로(93)는, 상기 냉방운전시 상기 압축기(10)에서 나온 고온 고압의 냉매를 안내하는 고압 냉매유로 역할을 한다.
상기 사방밸브(20)와 상기 실내 열교환기(30)는 제4냉매 유로(94)로 연결된다. 상기 제4냉매 유로(94)는, 상기 난방운전시 상기 압축기(10)에서 나온 고온 고압의 냉매를 안내하는 고압 냉매유로 역할을 한다.
상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)는, 상기 제1냉매 유로(91)에서 분기되어 전장부품(2)을 통과하도록 형성된 유로이다. 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)는, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품으로 안내하여, 상기 액상 냉매가 상기 전장부품을 냉각시키기 위한 유로이다.
상기 전장부품은, 자동차의 모터인 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 인버터 등 냉각이 필요한 발열 전장부품이라면 어느 것이나 적용가능하다.
상기 제1냉매 유로(91)에서 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)가 분기되는 지점에는 액상 냉매를 저장하는 리저버(60)가 설치된다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 리저버(60)는 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)에 설치되는 것도 가능하다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)는, 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매를 상기 전장부품(2)으로 펌핑한다.
상기 폐열공급 냉매유로(82)는, 상기 전장부품(2)과 상기 제4냉매 유로(94)를 연결하는 유로이다. 상기 폐열공급 냉매유로(82)는, 상기 전장부품(2)을 냉각시키면서 상기 전장부품(2)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매를 상기 제4냉매 유로(94)로 안내하도록 형성된 유로이다.
상기 폐열공급 밸브(83)는, 상기 폐열공급 냉매유로(82)에 설치되어 상기 폐열공급 냉매유로(82)의 개폐를 단속하는 밸브이다. 상기 폐열공급 밸브(83)는 볼 밸브를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 전장부품(2)에는 온도를 측정하는 온도센서(미도시)가 설치된다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 온도센서(미도시)에서 감지된 온도에 따라 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)와 상기 폐열공급 밸브(83)를 제어한다. 상기 제어부(미도시)는, 상기 온도센서(미도시)에서 감지된 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)의 작동을 중지시키고, 상기 폐열공급 밸브(83)가 상기 폐열공급 냉매유로(82)를 차폐하도록 제어한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하면, 겨울철 난방운전시, 상기 압축기(10)에서 나온 냉매는 상기 실내 열교환기(30), 상기 팽창밸브(40), 상기 실외 열교환기(50) 및 상기 사방밸브(20)를 통해 상기 압축기(10)로 다시 순환한다.
상기 난방운전시에는 상기 실내 열교환기(30)가 냉매를 응축시키는 응축기 역할을 하고, 상기 실외 열교환기(50)는 냉매를 증발시키는 증발기 역할을 한다.
상기 실내 열교환기(30)에서는 냉매와 공기의 열교환이 이루어져, 상기 냉매는 응축되고, 상기 공기는 상기 냉매로부터 열을 흡수한 후 차실로 공급되어 차실을 난방시킨다.
상기 차실의 난방운전이 이루어지는 동안, 상기 제어부(미도시)는 상기 전장부품(2)의 냉각이 필요한 지 판단한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(2)이 작동 중이고 상기 전장부품(2)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 전장부품(2)의 냉각이 필요하다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)를 작동시키고, 상기 폐열공급 밸브(83)는 개방시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)가 작동되면, 상기 실내 열교환기(30)에서 응축되어 나온 액상 냉매 중 일부가 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)에 의해 펌핑되어 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)로 유입된다.
상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)로 유입된 액상 냉매는 상기 전장부품(2)을 통과하면서, 상기 전장부품(2)을 냉각시킨다. 즉, 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품(2)을 냉각시킬 수 있으므로, 종래에 냉각수에 의한 단상(single phase) 열전달보다 냉각성능이 향상될 수 있다.
상기 전장부품(2)을 냉각시키면서 상기 전장부품(2)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매는 상기 폐열공급 냉매유로(82)를 통해 상기 제4냉매 유로(94)로 다시 공급된다.
상기 전장부품(2)의 폐열이 상기 제4냉매 유로(94)를 통과하는 고온 고압 냉매에 전달됨으로써, 시스템의 COP가 보다 향상될 수 있다.
한편, 상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(2)이 작동 중지 상태이고 상기 전장부품(2)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품(2)의 냉각이 필요하지 않다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)의 작동을 중지시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)의 작동이 중지되면, 상기 실내 열교환기(30)에서 응축되어 나온 액상 냉매는 전부 상기 팽창밸브(40)로만 유입된다.
한편, 도 2를 참조하면, 여름철 냉방운전시에는 상기 압축기(10)에서 나온 냉매는 상기 실외 열교환기(50), 상기 팽창밸브(40), 상기 실내 열교환기(30) 및 상기 사방밸브(20)를 통해 상기 압축기(10)로 다시 순환한다.
상기 냉방운전시에는 상기 실외 열교환기(50)가 냉매를 응축시키는 응축기 역할을 하고, 상기 실내 열교환기(30)는 냉매를 증발시키는 증발기 역할을 한다.
상기 냉방운전시, 상기 제어부(미도시)는 상기 전장부품(2)의 냉각이 필요한 지 판단한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(2)이 작동 중이고 상기 전장부품(2)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 전장부품(2)의 냉각이 필요하다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)를 작동시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)가 작동되면, 상기 실외 열교환기(50)에서 응축되어 나온 액상 냉매 중 일부가 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)에 의해 펌핑되어 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)로 유입된다.
상기 전장부품 냉각용 냉매유로(81)로 유입된 액상 냉매는 상기 전장부품(2)을 통과하면서, 상기 전장부품(2)을 냉각시킨다. 즉, 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품(2)을 냉각시킬 수 있으므로, 종래에 냉각수에 의한 단상(single phase) 열전달보다 냉각성능이 향상될 수 있다.
상기 전장부품(2)을 냉각시키면서 상기 전장부품(2)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매는 상기 폐열공급 냉매유로(82)를 통해 상기 제4냉매 유로(94)로 다시 공급된다.
한편, 상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(2)이 작동 중지 상태이고 상기 전장부품(2)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품(2)의 냉각이 필요하지 않다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(70)의 작동을 중지시킨다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 시스템은, 상기 증기압축 사이클을 순환하는 액상 냉매를 이용하여 상기 전장부품(2)을 냉각시킴으로써, 냉각수를 사용하는 경우에 비해 냉각성능이 향상될 수 있다.
또한, 상기 전장부품(2)의 폐열을 상기 증기압축 사이클에 이용함으로써 시스템의 성능계수도 향상될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 6은, 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템은, 압축기(110), 사방밸브(120), 제1실내 열교환기(131), 제2실내 열교환기(132), 난방용 팽창밸브(141), 냉방용 팽창밸브(142), 실외 열교환기(150)를 포함하는 증기압축 사이클과, 리저버(260), 전장부품 냉각용 냉매펌프(270), 전장부품 냉각용 냉매유로(280), 난방용 폐열공급 냉매유로(281), 냉방용 폐열공급 냉매유로(282), 냉방용 냉각유로(283), 난방용 폐열공급 밸브(293), 냉방용 폐열공급 밸브(294) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 압축기(110)는, 상기 증기압축 사이클을 순환하는 냉매를 압축시킨다.
상기 사방밸브(120)는, 차실의 냉방운전과 난방운전에 따라 상기 압축기(110)에서 나온 냉매의 유로를 선택적으로 전환한다. 상기 사방밸브(120)는, 상기 난방운전시 상기 압축기(110)에서 나온 냉매를 상기 제1실내 열교환기(131)로 안내하도록 유로를 전환하고, 상기 냉방운전시 상기 압축기(110)에서 나온 냉매를 상기 실외 열교환기(150)로 안내하도록 유로를 전환한다.
상기 제1실내 열교환기(131)는, 상기 난방운전시 상기 압축기(110)에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하는 열교환기이다.
상기 제2실내 열교환기(132)는, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기(150)에서 응축되어 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하는 열교환기이다. 상기 제2실내 열교환기(132)는 공기의 유로 상에서 상기 제1실내 열교환기(131)보다 상류측에 배치된다. 따라서, 외부 공기는 상기 제2실내 열교환기(132)를 통과한 후 상기 제1실내 열교환기(131)를 통과하게 된다.
본 시스템은 2개의 실내 열교환기를 포함하고, 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기(131)만 사용되고, 상기 냉방운전시 상기 제2실내 열교환기(132)만 사용되고, 후술하는 난방제습운전시 상기 제1실내 열교환기(131)와 상기 제2실내 열교환기(132)가 모두 사용된다.
상기 난방용 팽창밸브(141)는, 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기(131)에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 밸브이다. 상기 난방용 팽창밸브(141)는 개도율의 제어가 가능한 밸브이다.
상기 냉방용 팽창밸브(142)는, 후술하는 냉방용 액상냉매유로(170)에 설치되어, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기(150)에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 밸브이다. 상기 냉방용 팽창밸브(142)는 개도율의 제어가 가능한 밸브이고, 후술하는 난방제습운전시에는 100%의 개도율로 개방되어 냉매를 팽창시키지 않고 통과시키는 밸브 역할을 한다.
상기 실외 열교환기(150)는, 상기 난방운전시 상기 난방용 팽창밸브(141)에서 팽창된 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하고, 상기 냉방운전시 상기 압축기(110)에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 한다.
상기 제1실내 열교환기(131)와 상기 난방용 팽창밸브(141)는 난방용 액상냉매유로(161)로 연결된다.
상기 난방용 액상냉매유로(161)는, 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기(131)에서 나온 액상 냉매를 안내하는 액상냉매유로이다. 상기 난방용 액상냉매유로(161)는, 상기 제1실내 열교환기(131)와 상기 난방용 팽창밸브(141)를 연결하여, 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기(131)에서 나온 액상 냉매를 상기 난방용 팽창밸브(141)로 안내한다.
상기 난방용 팽창밸브(141)와 상기 실외 열교환기(150)는 제2냉매 유로(162)로 연결된다.
상기 제2냉매유로(162)에는 냉방용 액상냉매유로(170)가 분기된다.
상기 냉방용 액상냉매유로(170)는, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기(150)에서 응축되고 나온 액상 냉매를 안내하는 액상냉매유로이다. 상기 냉방용 액상냉매유로(170)는, 상기 제2냉매유로(162)에서 분기되어, 상기 실외 열교환기(150)에서 나온 액상 냉매를 상기 난방용 팽창밸브(141)를 바이패스하고 상기 제2실내 열교환기(132)측으로 안내한다.
상기 실외 열교환기(150)와 상기 사방밸브(120)는 제3냉매 유로(163)로 연결된다. 상기 제3냉매 유로(163)는, 상기 냉방운전시 상기 압축기(110)에서 나온 고온 고압의 냉매를 안내하는 고압 냉매유로 역할을 한다.
상기 사방밸브(120)와 상기 제1실내 열교환기(131)는 제4냉매 유로(164)로 연결된다. 상기 제4냉매 유로(164)는, 상기 난방운전시 상기 압축기(110)에서 나온 고온 고압의 냉매를 안내하는 고압 냉매유로 역할을 한다.
상기 제2실내 열교환기(132)와 상기 압축기(110)의 흡입측 유로는 제5냉매 유로(165)로 연결된다. 상기 제5냉매 유로(165)는, 상기 냉방운전시 또는 난방제습운전시 상기 제2실내 열교환기(132)에서 나온 냉매를 상기 압축기(110)의 흡입측으로 안내한다.
상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)는, 상기 난방용 액상냉매유로(161)에서 분기되어 전장부품(200)을 통과하도록 형성된 유로이다. 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)는, 상기 제1실내 열교환기(131)와 상기 실외 열교환기(150) 중 응축기 역할을 하는 어느 하나에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품으로 안내하여, 상기 액상 냉매가 상기 전장부품을 냉각시키기 위한 유로이다.
상기 전장부품은, 자동차의 모터인 것으로 예를 들어 설명하나, 인버터 등 냉각이 필요한 발열 전장부품이라면 어느 것이나 적용가능하다. 또한, 상기 전장부품은 복수개가 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)에 직렬 또는 병렬로 연결되는 것도 물론 가능하다.
상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)에는 난방용 액상냉매 밸브(291), 리저버(260), 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270) 및 상기 전장부품(200)이 순차적으로 설치된다.
상기 난방용 액상냉매 밸브(291)는, 상기 난방용 액상냉매유로(161)로부터 액상 냉매가 유입되는 것을 단속하는 개폐밸브이다. 상기 난방용 액상냉매 밸브(291)는 볼 밸브를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)는, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매를 상기 전장부품(200)으로 펌핑한다.
상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)는, 상기 전장부품(200)과 상기 제4냉매 유로(164)를 연결하는 유로이다. 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)는, 상기 난방운전시 상기 전장부품(200)을 냉각시키면서 상기 전장부품(200)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매를 상기 제4냉매 유로(164)로 안내하도록 형성된 유로이다.
상기 난방용 폐열공급 밸브(293)는, 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)에 설치되어 유로를 개폐하는 개폐밸브이다. 상기 난방용 폐열공급 밸브(293)는 볼 밸브를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)는, 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)에서 분기되어 상기 제3냉매 유로(163)로 연결된 유로이다. 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)는, 상기 냉방운전시 상기 전장부품(200)을 냉각시키면서 상기 전장부품(200)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매를 상기 제3냉매 유로(163)로 안내하도록 형성된 유로이다.
상기 냉방용 폐열공급 밸브(294)는, 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)에 설치되어 유로를 개폐하는 개폐밸브이다. 상기 냉방용 폐열공급 밸브(294)는 볼 밸브를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 냉방용 냉각유로(283)는, 상기 제2냉매 유로(162)에서 분기되어 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)에 연결된 유로이다. 상기 냉방용 냉각유로(283)는, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기(150)에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)로 안내하여, 상기 전장부품을 냉각시키기 위한 유로이다.
상기 냉방용 냉각유로(283)에는, 냉방용 액상냉매 밸브(292)가 설치된다. 상기 냉방용 액상냉매 밸브(292)는, 상기 냉방운전시 상기 냉방용 냉각유로(283)를 개폐시키는 개폐밸브이다. 상기 냉방용 액상냉매 밸브(292)는 볼 밸브를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 전장부품(200)에는 온도를 측정하는 온도센서(미도시)가 설치된다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 온도센서(미도시)에서 감지된 온도에 따라 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270), 상기 난방용 액상냉매 밸브(291), 상기 냉방용 액상냉매 밸브(292), 상기 난방용 폐열공급 밸브(293), 상기 냉방용 폐열공급 밸브(294)의 개폐를 선택적으로 제어한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템의 난방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 겨울철 난방운전시, 상기 압축기(110)에서 나온 냉매는 상기 제1실내 열교환기(131), 상기 난방용 팽창밸브(141), 상기 실외 열교환기(150) 및 상기 사방밸브(120)를 통해 상기 압축기(110)로 다시 순환한다.
상기 제1실내 열교환기(131)에서는 냉매와 공기의 열교환이 이루어져, 상기 냉매는 응축되고, 상기 공기는 상기 냉매로부터 열을 흡수한 후 차실로 공급되어 차실을 난방시킨다.
상기 차실의 난방운전이 이루어지는 동안, 상기 제어부(미도시)는 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요한 지 판단한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중이고 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)를 작동시킨다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 난방용 액상냉매 밸브(291)와 상기 난방용 폐열공급 밸브(293)는 개방시키고, 상기 냉방용 액상냉매 밸브(292)와 상기 냉방용 폐열공급밸브(294)는 차폐시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)가 작동되고, 상기 난방용 액상냉매 밸브(291)가 개방되면, 상기 제1실내 열교환기(131)에서 응축되어 나온 액상 냉매 중 일부가 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)에 의해 펌핑되어 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)로 유입된다.
상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)로 유입된 액상 냉매는 상기 전장부품(200)을 통과하면서, 상기 전장부품(200)을 냉각시킨다. 즉, 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품(200)을 냉각시킬 수 있으므로, 종래에 냉각수에 의한 단상(single phase) 열전달보다 냉각성능이 향상될 수 있다.
상기 전장부품(200)을 냉각시키면서 상기 전장부품(200)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매는 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)를 통해 상기 제4냉매 유로(164)로 다시 공급된다.
상기 전장부품(200)의 폐열이 상기 제4냉매 유로(164)를 통과하는 고온 고압 냉매에 전달됨으로써, 시스템의 성능계수가 보다 향상될 수 있다.
상기 전장부품의 온도는 60℃ 이상이기 때문에, 상기 전장부품(200)의 폐열을 약 -5℃ 부근의 저압측 냉매 보다 고온인 50℃ 부근의 고압측 냉매에 전달함으로써, 열전달시 발생하는 비가역성이 감소될 수 있다.
한편, 상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중지 상태이거나 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하지 않다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)의 작동을 중지시키고, 상기 난방용 액상냉매 밸브(291)와 상기 난방용 폐열공급 밸브(293)를 차폐시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)의 작동이 중지되면, 상기 제1실내 열교환기(131)에서 응축되어 나온 액상 냉매는 전부 상기 난방용 팽창밸브(141)로만 유입된다.
한편, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템의 난방 제습 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 제어부(미도시)는 상기 난방운전을 하는 동안, 외부 공기의 습도가 미리 설정된 설정 습도를 초과하면, 제습이 필요하다고 판단하여 난방제습운전을 실시한다.
상기 난방제습운전시, 상기 제어부(미도시)는, 상기 냉방용 팽창밸브(142)를 추가적으로 개방한다.
상기 냉방용 팽창밸브(142)가 개방되면, 상기 난방용 팽창밸브(141)에서 상기 실외 열교환기(150)로 흐르는 냉매 중 적어도 일부가 상기 냉방용 액상냉매유로(170)로 바이패스되어 상기 제2실내 열교환기(132)로 유입된다. 이 때, 상기 냉방용 팽창밸브(142)는 100%의 개도율로 완전 개방되어, 팽창 기능을 하지 않고 냉매를 통과시키는 역할만 한다.
상기 제2실내 열교환기(132)에서는 상기 난방용 팽창밸브(141)에서 팽창된 냉매와 차실로 유입되는 공기의 열교환이 이루어진다. 상기 난방제습운전시, 상기 제2실내 열교환기(132)는 증발기 역할을 하며, 냉매는 공기의 열을 흡수하여 증발되고, 공기는 제습된다.
따라서, 상기 난방제습운전시, 상기 제2실내 열교환기(132)에서 공기가 제습되고, 제습된 공기는 상기 제1실내 열교환기(131)에서 가열된 후 차실로 공급될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템의 냉방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 여름철 냉방운전시에는 상기 압축기(110)에서 나온 냉매는 상기 실외 열교환기(150), 상기 냉방용 팽창밸브(142), 상기 제2실내 열교환기(132)를 통해 상기 압축기(110)로 다시 순환한다.
상기 냉방운전시, 상기 제어부(미도시)는 상기 난방용 팽창밸브(141)를 차폐시키고, 상기 냉방용 팽창밸브(142)를 개방시켜 상기 실외 열교환기(150)에서 나온 액상냉매가 상기 냉방용 액상냉매유로(170)로 유입되도록 한다.
또한, 상기 제어부(미도시)는 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요한 지 판단한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중이고 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)를 작동시킨다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 난방용 액상냉매 밸브(291)와 상기 난방용 폐열공급 밸브(293)는 차폐시키고, 상기 냉방용 액상냉매 밸브(292)와 상기 냉방용 폐열공급밸브(294)는 개방시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)가 작동되고, 상기 냉방용 액상냉매 밸브(292)가 개방되면, 상기 실외 열교환기(150)에서 응축되어 나온 액상 냉매 중 일부가 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)에 의해 펌핑되어 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)로 유입된다.
상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)로 유입된 액상 냉매는 상기 전장부품(200)을 통과하면서, 상기 전장부품(200)을 냉각시킨다. 즉, 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품(200)을 냉각시킬 수 있으므로, 종래에 냉각수에 의한 단상(single phase) 열전달보다 냉각성능이 향상될 수 있다.
상기 전장부품(200)을 냉각시키면서 상기 전장부품(200)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매는 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)를 통해 상기 제3냉매 유로(163)로 다시 공급된다.
상기 전장부품(200)의 폐열이 상기 제3냉매 유로(163)를 통과하는 고온 고압 냉매에 전달됨으로써, 시스템의 성능계수가 보다 향상될 수 있다.
상기 전장부품의 온도는 60℃ 이상이기 때문에, 상기 전장부품(200)의 폐열을 약 -5℃ 부근의 저압측 냉매 보다 고온이 50℃ 부근의 고압측 냉매에 전달함으로써, 열전달시 발생하는 비가역성이 감소될 수 있다.
한편, 상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중지 상태이거나 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하지 않다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)의 작동을 중지시키고, 상기 냉방용 액상냉매 밸브(292)와 상기 냉방용 폐열공급 밸브(294)는 차폐시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)의 작동이 중지되면, 상기 실외 열교환기(150)에서 응축되어 나온 액상 냉매는 전부 상기 냉방용 팽창밸브(142)로만 유입된다.
상기와 같은 본 발명의 제2실시예에 따른 시스템은, 상기 증기압축 사이클을 순환하는 액상 냉매를 이용하여 상기 전장부품(200)을 냉각시킴으로써, 냉각수를 사용하는 경우에 비해 냉각성능이 향상될 수 있다.
또한, 상기 전장부품(200)의 폐열을 상기 증기압축 사이클에 이용함으로써 시스템의 성능계수도 향상될 수 있다.
또한, 상기 난방운전, 상기 냉방운전 및 상기 난방제습운전시 상기 전장부품(200)을 냉각시키면서도 시스템의 성능을 확보할 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템은, 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)에서 상기 냉방용 냉각유로(283)가 연결된 지점에 제1삼방밸브(301)가 설치되고, 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)에서 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)가 분기된 지점에 제2삼방밸브(302)가 설치된 점이 상기 제2실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성을 중심으로 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 시스템의 난방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 겨울철 난방 운전시, 상기 압축기(110)에서 나온 냉매는 상기 제1실내 열교환기(131), 상기 난방용 팽창밸브(141), 상기 실외 열교환기(150) 및 상기 사방밸브(120)를 통해 상기 압축기(110)로 다시 순환한다.
상기 제1실내 열교환기(131)에서는 냉매와 공기의 열교환이 이루어져, 상기 냉매는 응축되고, 상기 공기는 상기 냉매로부터 열을 흡수한 후 차실로 공급되어 차실을 난방시킨다.
상기 차실의 난방운전이 이루어지는 동안, 상기 제어부(미도시)는 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요한 지 판단한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중이고 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)를 작동시킨다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제1삼방밸브(301)가 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)는 개방시키고, 상기 냉방용 냉각유로(283)는 차폐시키도록 제어한다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제2삼방밸브(302)가 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)는 개방시키고, 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)는 차폐시키도록 제어한다.
따라서, 상기 제1실내열교환기(131)에서 나온 액상 냉매는, 상기 제1삼방밸브(301), 상기 리저버(260), 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270) 및 상기 전장부품(200)을 차례로 통과하면서, 상기 전장부품(200)을 냉각시킨다.
상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품(200)을 냉각시킬 수 있으므로, 종래에 냉각수에 의한 단상(single phase) 열전달보다 냉각성능이 향상될 수 있다.
상기 전장부품(200)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매는 상기 제2삼방밸브(302)를 통해 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)로 유입되어 상기 제4냉매 유로(164)로 다시 공급된다.
상기 전장부품(200)의 폐열이 상기 제4냉매 유로(164)를 통과하는 고온 고압 냉매에 전달됨으로써, 시스템의 성능계수가 보다 향상될 수 있다.
한편, 상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중지 상태이거나 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하지 않다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)의 작동을 중지시키고, 상기 제1삼방밸브(301)가 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)를 차폐시킨다.
한편, 도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 시스템의 난방 제습 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 제어부(미도시)는 상기 난방운전을 하는 동안, 차실로 유입되는 공기의 습도가 미리 설정된 설정 습도를 초과하면, 제습이 필요하다고 판단하여 난방제습운전을 실시한다.
상기 난방제습운전시, 상기 제어부(미도시)는, 상기 냉방용 팽창밸브(142)를 추가적으로 개방하고, 상기 제2실내 열교환기(132)가 사용된다.
상기 냉방용 팽창밸브(142)가 개방되면, 상기 난방용 팽창밸브(141)에서 팽창된 후 상기 실외 열교환기(150)를 향해 흐르는 냉매 중 적어도 일부가 상기 냉방용 액상냉매유로(170)를 통해 상기 제2실내 열교환기(132)로 유입된다. 이 때, 상기 냉방용 팽창밸브(142)는 100%의 개도율로 완전 개방되어, 팽창 기능을 하지 않고 냉매를 통과시키는 역할만 한다.
상기 제2실내 열교환기(132)에서는 상기 난방용 팽창밸브(141)에서 팽창된 냉매와 차실로 유입되는 공기의 열교환이 이루어진다. 상기 난방제습운전시, 상기 제2실내 열교환기(132)는 증발기 역할을 하며, 냉매는 공기의 열을 흡수하여 증발되고, 공기는 제습된다.
따라서, 상기 난방제습운전시, 상기 제2실내 열교환기(132)에서 공기가 제습되고, 제습된 공기는 상기 제1실내 열교환기(131)에서 가열된 후 차실로 공급될 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 시스템의 냉방 운전시 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 여름철 냉방운전시에는 상기 압축기(110)에서 나온 냉매는 상기 실외 열교환기(150), 상기 냉방용 팽창밸브(142), 상기 제2실내 열교환기(132)를 통해 상기 압축기(110)로 다시 순환한다.
상기 냉방운전시, 상기 제어부(미도시)는 상기 난방용 팽창밸브(141)를 차폐시키고, 상기 냉방용 팽창밸브(142)를 개방시켜 상기 실외 열교환기(150)에서 나온 액상냉매가 상기 냉방용 액상냉매유로(170)로 유입되도록 한다.
또한, 상기 제어부(미도시)는 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요한 지 판단한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중이고 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 이상이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)를 작동시킨다
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제1삼방밸브(301)가 상기 전장부품 냉각용 냉매유로(280)는 차폐시키고, 상기 냉방용 냉각유로(283)는 개방시키도록 제어한다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제2삼방밸브(302)가 상기 난방용 폐열공급 냉매유로(281)는 차폐시키고, 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)는 개방시키도록 제어한다.
따라서, 상기 실외 열교환기(150)에서 나온 액상 냉매 중 일부는 상기 냉방용 냉각유로(283)로 유입된다.
상기 냉방용 냉각유로(283)로 유입된 액상 냉매는 상기 제1삼방밸브(301), 상기 리저버(260), 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270) 및 상기 전장부품(200)을 차례로 통과하면서, 상기 전장부품(200)을 냉각시킨다.
여름철 냉방운전시에도 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품(200)을 냉각시킬 수 있으므로, 종래에 냉각수에 의한 단상(single phase) 열전달보다 냉각성능이 향상될 수 있다.
상기 전장부품(200)의 폐열을 흡수하고 나온 냉매는 상기 제2삼방밸브(302)를 통해 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로(282)로 유입되어, 상기 제3냉매 유로(163)로 다시 공급된다.
상기 냉방운전시에도 상기 전장부품(200)의 폐열이 상기 제3냉매 유로(134)를 통과하는 고온 고압 냉매에 전달됨으로써, 시스템의 성능계수가 보다 향상될 수 있다.
한편, 상기 제어부(미도시)는, 상기 전장부품(200)이 작동 중지 상태이거나 상기 전장부품(200)의 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품(200)의 냉각이 필요하지 않다고 판단하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)의 작동을 중지시킨다.
상기 전장부품 냉각용 냉매펌프(270)의 작동이 중지되면, 상기 실외 열교환기(150)에서 응축되어 나온 액상 냉매는 전부 상기 냉방용 팽창밸브(142)로만 유입된다.
상기와 같은 본 발명의 제3실시예에 따른 시스템은, 상기 증기압축 사이클을 순환하는 액상 냉매를 이용하여 상기 전장부품(200)을 냉각시킴으로써, 냉각수를 사용하는 경우에 비해 냉각성능이 향상될 수 있다.
또한, 상기 전장부품(200)의 폐열을 상기 증기압축 사이클에 이용하되, 상기 전장부품(200)의 폐열을 흡수한 냉매를 저압측이 아닌 고압측으로 공급함으로써, 시스템의 성능계수도 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 난방운전, 상기 냉방운전 및 상기 난방제습운전시 상기 전장부품(200)을 냉각시키면서도 시스템의 성능을 확보할 수 있다.
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.
2: 전장부품 10: 압축기
20: 사방밸브 30: 실내 열교환기
40: 팽창밸브 50: 실외 열교환기
60: 리저버 70: 전장부품 냉각용 냉매펌프
81: 전장부품 냉각용 냉매유로 82: 폐열공급 냉매유로
83: 폐열공급 밸브
200: 전장부품 110: 압축기
120: 사방밸브 131: 제1실내 열교환기
132: 제2실내 열교환기 141: 난방용 팽창밸브
142: 냉방용 팽창밸브 150: 실외 열교환기
170: 냉방용 액상냉매유로 260: 리저버
270: 전장부품 냉각용 냉매펌프 280: 전장부품 냉각용 냉매유로
281: 난방용 폐열공급 냉매유로 282: 냉방용 폐열공급 냉매유로
283: 냉방용 냉각유로 291: 난방용 액상냉매 밸브
292: 냉방용 액상냉매 밸브 293: 난방용 폐열공급 밸브
294: 냉방용 폐열공급 밸브 301: 제1삼방밸브
302: 제2삼방밸브

Claims (14)

  1. 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 공기와 열교환시켜 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매를 팽창시키는 팽창 밸브와, 상기 팽창밸브에서 나온 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하는 증기압축 사이클과;
    상기 응축기와 상기 팽창밸브를 연결하는 액상 냉매유로에서 분기되어 전장부품를 통과하도록 형성되어, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품을 통과시켜 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품을 냉각시키는 전장부품 냉각용 냉매유로와;
    상기 전장부품 냉각용 냉매유로에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품으로 펌핑하는 전장부품 냉각용 냉매펌프와;
    상기 전장부품과 상기 응축기의 흡입측 유로를 연결하여, 상기 전장부품 냉각용 냉매유로를 통해 상기 전장부품을 냉각시키고 나온 냉매를 상기 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매를 안내하는 고압 냉매유로인 상기 응축기의 흡입측 유로로 안내하는 폐열공급 냉매유로와;
    상기 폐열공급 냉매유로의 개폐를 단속하는 폐열공급 밸브와;
    상기 액상 냉매유로에서 상기 전장부품 냉각용 냉매유로가 분기되는 지점에 설치되어, 상기 응축기에서 나온 액상 냉매를 저장하는 리저버와;
    상기 전장부품에 구비되어, 상기 전장부품의 온도를 측정하는 온도 센서와;
    상기 온도 센서에서 감지된 감지 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프의 작동을 중지시키고, 상기 폐열공급 밸브가 상기 폐열공급 냉매유로를 차폐하도록 제어하는 제어부를 포함하는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 냉매를 압축하는 압축기와;
    차실의 냉방운전과 난방운전에 따라 상기 압축기에서 나온 냉매의 유로를 선택적으로 전환하는 사방밸브와;
    상기 난방운전시 상기 압축기에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하는 제1실내 열교환기와;
    상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 난방용 팽창밸브와;
    상기 난방운전시 상기 난방용 팽창밸브에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하고, 상기 냉방운전시 상기 압축기에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하는 실외 열교환기와;
    상기 제1실내 열교환기와 상기 난방용 팽창밸브를 연결하여, 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기에서 응축되어 나온 액상 냉매를 상기 난방용 팽창밸브로 안내하는 난방용 액상냉매유로와;
    상기 난방용 액상냉매유로에서 분기되고, 자동차의 전장부품을 통과하도록 형성되어, 상기 제1실내 열교환기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품을 통과시켜 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품을 냉각시키는 전장부품 냉각용 냉매유로와;
    상기 전장부품 냉각용 냉매 유로에 설치되어, 상기 액상 냉매를 상기 전장부품으로 펌핑하는 전장부품 냉각용 냉매펌프와;
    상기 전장부품과 상기 제1실내 열교환기의 흡입측 유로를 연결하여, 상기 난방운전시 상기 전장부품 냉각용 냉매유로를 통해 상기 전장부품을 냉각시키고 나온 냉매를 상기 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매를 안내하는 고압 냉매유로인 상기 제1실내 열교환기의 흡입측 유로로 안내하는 난방용 폐열공급 냉매유로와;
    상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하는 제2실내 열교환기와;
    상기 실외 열교환기와 상기 난방용 팽창밸브를 연결하는 유로에서 분기되어 상기 제2실내 열교환기에 연결되어, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되고 나온 액상 냉매가 상기 난방용 팽창밸브를 바이패스하고 상기 제2실내 열교환기로 공급되도록 안내하는 냉방용 액상냉매유로와;
    상기 냉방용 액상냉매유로에 설치되어, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 냉방용 팽창밸브와;
    상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품 냉각용 냉매유로로 안내하여 상기 전장부품을 냉각시키는 냉방용 냉각유로와;
    상기 난방용 폐열공급 냉매유로에서 분기되어 상기 사방밸브와 상기 실외 열교환기를 연결하는 유로로 연결되어, 상기 냉방운전시 상기 전장부품의 폐열을 흡수하고 나온 냉매를 상기 실외 열교환기의 흡입측으로 안내하는 냉방용 폐열공급 냉매유로와;
    상기 전장부품 냉각용 냉매유로에 설치되어, 상기 액상 냉매를 저장하는 리저버와;
    상기 전장부품 냉각용 냉매유로에 설치되어, 상기 난방운전시 상기 난방용 액상냉매유로로부터 액상 냉매가 상기 전장부품 냉각용 냉매유로로 유입시키는 난방용 액상냉매 밸브와;
    상기 냉방용 냉각유로에 설치되어 상기 냉방운전시 상기 냉방용 냉각유로를 개방시키는 냉방용 액상냉매 밸브와;
    상기 전장부품에 구비되어, 상기 전장부품의 온도를 측정하는 온도 센서와;
    상기 냉방운전과 상기 난방운전에 따라 상기 난방용 액상냉매 밸브와 상기 냉방용 액상냉매 밸브의 개폐를 제어하고, 상기 온도 센서에서 감지된 감지 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프의 작동을 중지시키는 제어부를 포함하는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템.
  6. 삭제
  7. 냉매를 압축하는 압축기와;
    차실의 냉방운전과 난방운전에 따라 상기 압축기에서 나온 냉매의 유로를 선택적으로 전환하는 사방밸브와;
    상기 난방운전시 상기 압축기에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하는 제1실내 열교환기와;
    상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 난방용 팽창밸브와;
    상기 난방운전시 상기 난방용 팽창밸브에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하고, 상기 냉방운전시 상기 압축기에서 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 응축시키는 응축기 역할을 하는 실외 열교환기와;
    상기 제1실내 열교환기와 상기 난방용 팽창밸브를 연결하여, 상기 난방운전시 상기 제1실내 열교환기에서 응축되어 나온 액상 냉매를 상기 난방용 팽창밸브로 안내하는 난방용 액상냉매유로와;
    상기 난방용 액상냉매유로에서 분기되고, 자동차의 전장부품을 통과하도록 형성되어, 상기 제1실내 열교환기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품을 통과시켜 상기 액상 냉매의 비등 열전달을 이용해 상기 전장부품을 냉각시키는 전장부품 냉각용 냉매유로와;
    상기 전장부품 냉각용 냉매 유로에 설치되어, 상기 액상 냉매를 상기 전장부품으로 펌핑하는 전장부품 냉각용 냉매펌프와;
    상기 전장부품과 상기 제1실내 열교환기의 흡입측 유로를 연결하여, 상기 난방운전시 상기 전장부품 냉각용 냉매유로를 통해 상기 전장부품을 냉각시키고 나온 냉매를 상기 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매를 안내하는 고압 냉매유로인 상기 제1실내 열교환기의 흡입측 유로로 안내하는 난방용 폐열공급 냉매유로와;
    상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 외부 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기 역할을 하는 제2실내 열교환기와;
    상기 실외 열교환기와 상기 난방용 팽창밸브를 연결하는 유로에서 분기되어 상기 제2실내 열교환기에 연결되어, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되고 나온 액상 냉매가 상기 난방용 팽창밸브를 바이패스하고 상기 제2실내 열교환기로 공급되도록 안내하는 냉방용 액상냉매유로와;
    상기 냉방용 액상냉매유로에 설치되어, 상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 응축되어 나온 냉매를 팽창시키는 냉방용 팽창밸브와;
    상기 냉방운전시 상기 실외 열교환기에서 나온 액상 냉매 중 일부를 상기 전장부품 냉각용 냉매유로로 안내하여 상기 전장부품을 냉각시키는 냉방용 냉각유로와;
    상기 난방용 폐열공급 냉매유로에서 분기되어 상기 사방밸브와 상기 실외 열교환기를 연결하는 유로로 연결되어, 상기 냉방운전시 상기 전장부품의 폐열을 흡수하고 나온 냉매를 상기 실외 열교환기의 흡입측으로 안내하는 냉방용 폐열공급 냉매유로와;
    상기 전장부품 냉각용 냉매유로에 설치되어, 상기 액상 냉매를 저장하는 리저버와;
    상기 전장부품 냉각용 냉매유로에서 상기 냉방용 냉각유로가 연결된 지점에 설치된 제1삼방밸브와,
    상기 전장부품에 구비되어, 상기 전장부품의 온도를 측정하는 온도 센서와;
    상기 냉방운전과 상기 난방운전에 따라 상기 제1삼방밸브의 작동을 제어하고, 상기 온도 센서에서 감지된 감지 온도가 미리 설정된 설정 온도 미만이면, 상기 전장부품 냉각용 냉매펌프의 작동을 중지시키는 제어부를 포함하는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템.
  8. 삭제
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 난방용 폐열공급 냉매유로에 설치되어, 상기 난방운전시 상기 전장부품의 온도에 따라 개폐가 제어되고 상기 냉방운전시는 차폐되는 난방용 폐열공급 밸브와,
    상기 냉방용 폐열공급 냉매유로에 설치되어, 상기 냉방운전시 상기 전장부품의 온도에 따라 개폐가 제어되고 상기 난방운전시는 차폐되는 냉방용 폐열공급 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전장부품의 온도에 따라 상기 난방용 폐열공급 밸브와 상기 냉방용 폐열공급 밸브의 작동을 제어하는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 난방용 폐열공급 냉매유로에서 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로가 분기되는 지점에 설치되어, 상기 난방운전시 상기 난방용 폐열공급 냉매유로를 개방하고 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로는 차단하고, 상기 냉방운전시 상기 난방용 폐열공급 냉매유로를 차폐하고 상기 냉방용 폐열공급 냉매유로는 개방되는 제2삼방밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 전장부품의 온도에 따라 상기 제2삼방밸브의 작동을 제어하는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 5 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 난방제습운전시, 상기 난방용 팽창밸브와 상기 냉방용 팽창밸브를 모두 개방시켜, 상기 난방용 팽창밸브에서 팽창되어 상기 실외 열교환기로 흐르는 냉매 중 적어도 일부가 상기 냉방용 팽창밸브를 통과한 후 상기 제2실내 열교환기로 유입되어 상기 제2실내 열교환기를 통과하는 공기를 제습시키는 자동차용 증기압축 사이클과 펌프 구동 이상 냉각사이클의 통합 시스템.
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