KR102510371B1 - 차량용 열교환 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압축기, 응축기, 제1팽창밸브, 제2팽창밸브, 제1칠러 및 제2칠러를 포함하고, 상기 제1팽창밸브와 제1칠러가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브와 제2칠러가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치되며, 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프; 제1쿨러를 포함하고, 상기 제1칠러를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프; 및 제2쿨러를 포함하고, 상기 제2칠러를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제2냉각수 순환 루프; 를 포함하여 이루어지며, 냉방 모드 시 상기 제1칠러를 통과하는 냉매는 제2칠러를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브 및 제2팽창밸브가 조절되어, 기존에 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 시스템에 비해 냉방 성능이 향상된 차량용 열교환 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 열교환 시스템 {Heat exchange system for vehicle}
본 발명은 냉매를 이용한 1차 냉각 루프와 냉각수를 이용한 2차 냉각 루프를 이용해 차량의 실내를 냉방하는 차량용 열교환 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 실내를 냉방하는 냉방 시스템 중에는 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 압축기가 하나의 루프로 연결되어 냉매가 순환되면서 차량의 실내에 증발기가 설치되어 차량의 실내를 냉방하는 직접(Direct) 냉방 시스템이 있다.
그리고 도 1과 같이 압축기(1), 응축기(2), 팽창밸브(3) 및 칠러(4)가 하나의 루프로 연결되어 냉매가 순환되면서 냉각되는 1차 냉각 루프(10);와 냉각수 펌프(5), 쿨러(6) 및 칠러(4)가 다른 하나의 루프로 연결되어 냉각수가 순환되면서 칠러(4)에서 냉매와 열교환되어 냉각수가 냉각되는 2차 냉각 루프(20)로 구성되어, 2차 냉각 루프(20)측의 쿨러(6)를 이용해 차량의 실내를 냉방하는 2차 루프(Secondary loop) 냉방 시스템이 있다.
그런데 상기한 바와 같은 2차 루프 냉방 시스템은 직접 냉방 시스템에 비해 냉방 성능이 낮으며, 냉매를 이용해 공기를 직접 냉각시키는 것이 아니라 냉매를 이용해 냉각수를 1차로 냉각시키고 이 냉각수를 이용해 공기를 2차로 냉각시켜 차량의 실내를 냉방하는 시스템이기 때문에 냉각 효율 측면에서 불리하다.
여기에서 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 쿨러에 의해 냉각되는 공기의 온도를 낮추기 위해서는 쿨러로 들어가는 냉각수의 온도를 최대한 낮게 형성해야 하며, 이를 위해서는 칠러를 통과하는 냉매의 온도를 낮게 형성해야 하는데, 냉매의 온도를 낮추기 위해서는 팽창밸브를 조절해야 한다.
그런데 냉매의 온도를 낮추기 위해 팽창밸브를 조절하면 냉매의 유량이 감소하므로, 결과적으로 2차 루프 냉방 시스템의 냉방 성능이 향상되지 않는다.
JP 6139047 B2 (2017.05.12)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 기술에 비해 냉방 성능이 향상된 차량용 열교환 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 모드 및 난방하는 난방 모드를 전환하여 효율적으로 사용할 수 있는 차량용 열교환 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 열교환 시스템은, 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)를 포함하고, 상기 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치되며, 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프(L1); 제1쿨러(610)를 포함하고, 상기 제1칠러(410)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프(L2-1); 및 제2쿨러(620)를 포함하고, 상기 제2칠러(420)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제2냉각수 순환 루프(L2-2); 를 포함할 수 있다.
또한, 냉방 모드 시, 상기 제1칠러(410)를 통과하는 냉매는 제2칠러(420)를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)가 조절될 수 있다.
또한, 상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다.
또한, 라디에이터(110)를 포함하고, 상기 응축기(200)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)로 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 연결되되, 냉방 모드 시 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)간의 냉각수 유동이 차단되며, 난방 모드 시 응축기(200)와 제2쿨러(620)를 순환하는 냉각수의 흐름 및 라디에이터(110)와 제2칠러(420)를 순환하는 냉각수의 흐름이 각각 형성되도록 상기 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절될 수 있다.
또한, 상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(710)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환 루프(L1)의 냉매 라인에 설치되어 상기 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있는 제3팽창밸브(330)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각되는 배터리(800)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치된 배터리(800) 및 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치된 전장부품(900)을 더 포함하며, 냉방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)이 냉각되며, 난방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)의 폐열을 회수하여 차량의 실내 난방에 이용할 수 있다.
또한, 냉방 모드 시 상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용되며, 난방 모드 시 공기가 상기 제1쿨러(610)를 통과하지 않고 제2쿨러(620)만을 통과하여 가열된 후 차량의 실내 난방에 이용되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되되 상기 라디에이터(110)와 병렬로 배치되며, 상기 라디에이터(110)를 통과하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 바이패스라인(112)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제1냉각수 펌프(510) 및 상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제2냉각수 펌프(520)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제3냉각수 펌프(530)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 차량용 열교환 시스템은 기존에 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 시스템에 비해 냉방 성능이 향상되는 장점이 있다.
또한, 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 모드 및 난방하는 난방 모드를 전환하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 2차 루프 냉각 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 난방 모드를 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 난방 모드를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 난방 모드를 나타낸 구성도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 차량용 열교환 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 크게 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프(L1), 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프(L2-1) 및 제2냉각수 순환 루프(L2-2)로 구성될 수 있다.
냉매 순환 루프(L1)는 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)를 포함하고, 상기 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치될 수 있다. 그리고 냉매 순환 루프(L1)는 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)가 냉매 라인으로 연결될 수 있다.
여기에서 압축기(100)는 동력 공급원인 모터 또는 엔진으로부터 동력을 전달받아 구동될 수 있으며, 증발기에 해당되는 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)에서 토출된 저온저압의 기상 냉매를 흡입 및 압축하여 고온고압의 기체 상태로 만들어 응축기(200)로 보내는 역할을 한다.
응축기(200)는 일례로 수랭식 응축기가 사용될 수 있으며, 응축기(200)는 압축기(100)에서 토출된 고온고압의 기상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 저온고압의 액체로 응축하여 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)쪽으로 보내는 역할을 한다.
제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)는 병렬로 구성되며, 응축기(200)에서 토출된 저온고압의 액상 냉매를 교축작용을 이용해 급속히 팽창시켜 저온저압의 습포화 상태로 만들어 각각 제1칠러(410)와 제2칠러(420)로 보내는 역할을 한다. 여기에서 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)는 응축기(200)에서 제1칠러(410)와 제2칠러(420)쪽으로 유동되는 냉매를 팽창시키도록 오리피스를 갖는 팽창유로가 형성될 수 있으며, 응축기(200)에서 제1칠러(410)와 제2칠러(420)쪽으로 유동되는 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 오리피스의 개방 정도를 조절하는 유량조절수단이 구비될 수 있다.
제1칠러(410)와 제2칠러(420)는 증발기에 해당되며, 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어, 두 조가 냉매 라인 상에서 병렬로 구성될 수 있다. 그리고 제1칠러(410)와 제2칠러(420)는 각각 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상 냉매를 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 냉각수를 냉각시키게 되며, 제1칠러(410)와 제2칠러(420)에서 증발한 저온저압의 기상 냉매는 다시 압축기(100)를 통해 흡입 및 압축되어 고온고압의 기상 냉매로 만들어진 후 응축기(200)로 보내져, 상기한 바와 같은 냉매가 순환되는 사이클을 반복하게 된다.
제1냉각수 순환 루프(L2-1)는 제1칠러(410), 제1냉각수 펌프(510) 및 제1쿨러(610)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제1냉각수 순환 루프(L2-1)는 제1칠러(410), 제1냉각수 펌프(510) 및 제1쿨러(610)가 냉각수 라인으로 연결될 수 있다.
여기에서 제1칠러(410)는 냉매 순환 루프(L1)를 순환하는 냉매와 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 순환하는 냉각수 간의 열교환이 이루어지는 열교환기이다.
제1냉각수 펌프(510)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다.
제1쿨러(610)는 제1칠러(410)를 통해 냉각된 냉각수를 공기와 열교환시켜 공기를 냉각시키는 역할을 한다. 이때, 제1칠러(410)를 통해 냉각된 냉각수가 제1냉각수 펌프(510)의 작동에 의해 제1쿨러(610)로 공급될 수 있다. 그리고 제1쿨러(610)는 송풍기(630)가 구비된 차량 공조장치의 공조 케이스(640) 내에 설치될 수 있으며, 송풍기(630)에서 토출된 공기가 공조 케이스(640) 내부의 공간을 따라 제1쿨러(610)의 거치면서 제1쿨러(610)의 내부를 통과하는 냉각수와 열교환되어 공기가 냉각될 수 있다. 또한, 제1쿨러(610)에서 배출된 냉각수는 다시 제1칠러(410)로 보내져, 상기한 바와 같이 냉각수가 순환되는 과정을 반복하게 된다.
제2냉각수 순환 루프(L2-2)는 제2칠러(420), 제2냉각수 펌프(520) 및 제22쿨러(620)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제2냉각수 순환 루프(L2-2)는 제2칠러(420), 제2냉각수 펌프(520) 및 제2쿨러(620)가 냉각수 라인으로 연결될 수 있다. 또한, 제2냉각수 순환 루프(L2-2)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)와는 별개로 구성되어, 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 제1냉각수 순환 루프(L2-1)가 서로 연결되어 있지 않도록 형성될 수 있다.
여기에서 제2칠러(420)는 냉매 순환 루프(L1)를 순환하는 냉매와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)를 순환하는 냉각수 간의 열교환이 이루어지는 열교환기이다.
제2냉각수 펌프(520)는 제2냉각수 순환 루프(L2-2)를 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다.
제2쿨러(620)는 제2칠러(420)를 통해 냉각된 냉각수를 공기와 열교환시켜 공기를 냉각시키는 역할을 한다. 이때, 제2칠러(420)를 통해 냉각된 냉각수가 제2냉각수 펌프(520)의 작동에 의해 제2쿨러(620)로 공급될 수 있다. 그리고 제2쿨러(620)는 송풍기(630)가 구비된 차량 공조장치의 공조 케이스(640) 내에 설치될 수 있으며, 제2쿨러(620)의 내부를 통과하는 냉각수와 열교환되어 공기가 냉각될 수 있다. 또한, 제1쿨러(610)에서 배출된 냉각수는 다시 제1칠러(410)로 보내져, 상기한 바와 같이 냉각수가 순환되는 과정을 반복하게 된다.
이때, 공조 케이스(640) 내에서 공기의 유동방향으로 제1쿨러(610)의 후방에 제2쿨러(620)가 배치될 수 있다. 즉, 송풍기(630)에서 토출된 공기가 공조 케이스(640) 내부의 공간을 따라 제1쿨러(610)의 거치면서 1차로 냉각되고 이후 제2쿨러(620)를 거치면서 2차로 냉각된 후 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다.
그리하여 본 발명의 차량용 열교환 시스템은 냉방 모드 시 냉매와 열교환되어 냉각된 냉각수를 이용하되, 제1칠러를 통해 열교환된 냉각수를 이용해 공기를 냉각시키는 제1쿨러를 포함하는 제1냉각수 순환 루프 및 제2칠러를 통해 열교환된 냉각수를 이용해 공기를 냉각시키는 제2쿨러를 포함하는 제2냉각수 순환 루프를 이용해 차량의 실내로 공급되는 공기의 온도를 더욱 낮게 만들 수 있어, 기존에 하나의 냉매 순환 루프와 하나의 냉각수 순환 루프를 갖는 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 기술에 비해 냉방 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 차량용 열교환 시스템은 냉방 모드 시, 제1칠러(410)를 통과하는 냉매는 제2칠러(420)를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)가 조절될 수 있다.
즉, 냉방 모드 시 제1칠러(410)와 제2칠러(420)에 모두 냉매가 흐르되, 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)의 개방된 정도가 조절되어 제2칠러(420) 보다 제1칠러(410)에 많은 유량의 냉매가 흐르며, 제2칠러(410)에 흐르는 냉매의 압력 및 온도보다 제1칠러(410)에 흐르는 냉매의 압력 및 온도가 높게 형성된다.
그 결과 상대적으로 많은 양의 냉각수 유량으로 제1쿨러(610)에서 유입되는 공기를 1차로 냉각하며, 상대적으로 낮은 온도로 냉각된 냉각수로 제2쿨러(620)에서 공기를 2차로 냉각하여 공기의 온도가 더욱 낮아지도록 냉각할 수 있다.
이에 따라 차량의 실내로 공급되는 공기의 온도를 더욱 낮출 수 있어 냉방 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 차량용 열교환 시스템은, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 더 포함할 수 있다. 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 라디에이터(110), 제3냉각수 펌프(530) 및 응축기(200)를 포함하여 이루어질 수 있고, 라디에이터(110), 제3냉각수 펌프(530) 및 응축기(200)는 냉각수 라인으로 연결될 수 있다.
여기에서 라디에이터(110)는 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기이며, 제3냉각수 펌프(530)는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리하여 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 따라 유동되는 냉각수에 의해 응축기(200)에서 냉매가 냉각될 수 있고, 응축기(200)에서 열교환되어 가열된 냉각수는 라디에이터(110)를 통해 외부 공기 등에 의해 냉각될 수 있으며, 라디에이터(110)에서 냉각된 냉각수는 다시 응축기(200)로 보내져 상기한 바와 같이 냉각수가 순환되는 과정을 반복하게 된다.
이때, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)와는 별개로 구성되어, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제1냉각수 순환 루프(L2-1)가 서로 연결되어 있지 않도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)로 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 연결될 수 있으며, 도시된 바와 같이 제3냉각수 순환 루프(L2-3)에서 응축기(200)와 라디에이터(110)가 연결된 하측의 냉각수 라인과 제2냉각수 순환 루프(L2-2)에서 제2칠러(420)와 제2쿨러(620)가 연결된 하측의 냉각수 라인이 제1사방밸브(711)로 연결될 수 있으며, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)에서 응축기(200)와 라디에이터(110)가 연결된 상측의 냉각수 라인과 제2냉각수 순환 루프(L2-2)에서 제2칠러(420)와 제2쿨러(620)가 연결된 상측의 냉각수 라인이 제2사방밸브(712)로 연결될 수 있다. 여기에서 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)는 4개의 냉각수 라인이 연결될 수 있으며, 4개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 4방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
그리하여 도 2와 같이 냉방 모드 시에는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절되어, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)간의 냉각수 유동이 차단되며, 이에 따라 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)에서 각각의 냉각수 순환이 이루어질 수 있다.
그리고 도 3과 같이 난방 모드 시에는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절되어, 응축기(200)와 제2쿨러(620)를 순환하는 냉각수의 흐름 및 라디에이터(110)와 제2칠러(420)를 순환하는 냉각수의 흐름이 각각 형성될 수 있다. 이에 따라 라디에이터(110)를 통해 외부 공기에서 열을 흡수한 냉각수가 제2칠러(320)에서 냉매와 열교환되어 냉매가 가열되고 이후 압축기(100)를 통과하며 승온된 냉매가 응축기(200)를 통해 냉각수와 열교환되어 냉각수를 가열하며, 가열된 냉각수가 제2쿨러(620)를 통해 공기와 열교환되어 공기가 가열된 후 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 난방에 이용될 수 있다. 여기에서 제2쿨러(620)는 난방 모드 시에 가열장치의 역할을 하므로 차량의 공조장치 내에 구비되는 히터코어를 제2쿨러(620)로 사용할 수 있다. 또한, 제1팽창밸브(310)는 닫혀있어 제1칠러(410)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 제1냉각수 펌프(510)는 정지 상태가 되어 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 따라 냉각수가 순환되지 않고 멈춰있는 상태가 될 수 있다.
또한, 난방 모드 시 라디에이터(110)를 통한 흡열 및 압축기(100)의 작동에 의한 흡열만으로 차량의 실내 난방에 필요한 에너지가 부족할 수 있으므로, 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에서 제1사방밸브(711)와 제2쿨러(620) 사이의 제2쿨러(620)에 근접한 위치에 냉각수 히터(710)를 설치하여, 냉각수 히터(710)를 통과하며 가열된 냉각수가 제2쿨러(620)로 바로 유입되도록 하여 난방 성능을 향상시킬 수 있다.
<실시예 2>
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 제1실시예에 따른 구성에 추가로 제3팽창밸브(330)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 제3팽창밸브(330)는 냉매 순환 루프(L1)의 냉매 라인에 설치되되, 응축기(200)에서 나온 냉매가 분기된 후 제1팽창밸브(310)쪽으로 흘러가는 냉매 라인 상에서 냉매의 유동방향으로 제1팽창밸브(310)의 전방에 제3팽창밸브(330)가 설치될 수 있다.
그리하여 냉방 모드 시 제3팽창밸브(330)에 의해 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있으며, 이로 인해 제1칠러(410)와 제2칠러(420)에서 형성되는 냉매의 압력 차이를 더욱 키울 수 있어 냉방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)는 제1실시예와 동일하게 조절될 수 있다.
또한, 도 4와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 난방 모드 시 제1실시예의 난방 모드와 동일하게 작동 및 제어될 수 있으며, 제3팽창밸브(330)는 닫혀있어 제1팽창밸브(310) 및 제1칠러(410)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있다.
<실시예 3>
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 제1실시예에 따른 구성에 추가로 배터리(800) 및 전장부품(900)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 배터리(800)는 차량의 모터 구동을 위한 배터리 팩이 될 수 있으며, 배터리(800)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 또한, 배터리(800)는 냉각수의 흐름 방향으로 제1칠러(410)의 전방 및 제1쿨러(610)의 후방의 냉각수 라인에 설치되어, 냉방 모드 시 제1쿨러(610)를 통과한 후의 냉각수가 배터리(800)를 냉각시키도록 구성될 수 있다.
또한, 전장부품(900)은 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 이때, 전장부품(900)은 모터, 인버터, 충전기(OBC; On Board Charger) 등이 될 수 있으며, 전장부품(900)은 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 그리고 전장부품(900)은 냉각수의 흐름 방향으로 제1사방밸브(711)의 후방 및 라디에이터(110)의 전방의 냉각수 라인에 설치되어, 냉방 모드 시 응축기(200)를 통과한 후의 냉각수가 전장부품(900)을 냉각시키도록 구성될 수 있다.
또한, 차량 공조장치의 공조 케이스(640) 내부에 제1쿨러(610), 제2쿨러(620) 및 온도조절도어(650)가 구비될 수 있으며, 공조 케이스(640)의 일측에 설치된 송풍기(630)로부터 공조 케이스(640) 내부로 공급된 공기의 유동방향으로 전방에서 후방쪽으로 온도조절도어(650), 제1쿨러(610) 및 제2쿨러(620)가 차례로 배치될 수 있다. 이때, 온도조절도어(650)는 공조 케이스(640) 내부의 냉방 유로(660)와 난방 유로(670)를 선택적으로 개폐하거나 냉방 유로(660) 및 난방 유로(670)를 통과하는 공기의 유량을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1쿨러(610)는 온도조절도어(650)에 근접하여 난방 유로(670)를 막지 않도록 냉방 유로(660)측에 배치될 수 있으며, 제2쿨러(620)는 공조 케이스(640)의 개방된 후단부쪽에 배치되어 후단부 내측 전체 영역에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리하여 냉방 모드 시 온도조절도어(650)는 난방 유로(670)쪽을 막도록 조절되어 송풍기(630)에 의해 송풍된 공기가 제1쿨러(610)를 통과하면서 1차로 냉각된 다음 제2쿨러(620)를 통과하여 2차로 더 냉각된 후 차량의 실내로 공급되어 냉방에 이용될 수 있다. 이때, 냉매 및 냉각수의 흐름은 제1실시예 또는 제2실시예와 동일할 수 있다.
그리고 도 7과 같이 난방 모드 시 온도조절도어(650)는 냉방 유로(660)쪽을 막도록 조절되어 송풍기(630)에 의해 송풍된 공기가 제1쿨러(610)를 거치지 않고 제2쿨러(620)만을 통과하면서 따듯한 냉각수와 열교환되어 가열된 후 차량의 실내로 공급되어 난방에 이용될 수 있다. 이때, 냉매 및 냉각수의 흐름은 제1실시예 또는 제2실시예와 동일하되, 추가로 냉매 순환 루프(L1)에서 제1팽창밸브(310) 및 제1칠러(410)에도 냉매가 흐르고 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 따라서 냉각수가 순환되어 난방 모드 시 냉각수를 통해 배터리(800) 및 전장부품(900)의 폐열을 회수하여 차량의 실내 난방에 이용할 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템에서도 제2실시예와 같이 제3팽창밸브(330)가 설치되어 제3팽창밸브(330)에 의해 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템에서는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되되 라디에이터(110)와 병렬로 배치되며, 라디에이터(110)를 통과하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 바이패스라인(112)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
일례로 제2사방밸브(712)와 라디에이터(110)를 연결하는 냉각수 라인에 삼방밸브(111)가 설치되고 전장부품(900)과 라디에이터(110)를 연결하는 냉각수 라인에 합류부(113)가 형성되어, 삼방밸브(111)와 합류부(113)를 연결하도록 바이패스라인(112)이 형성될 수 있다. 이때, 삼방밸브(111)는 3개의 냉각수 라인이 연결될 수 있으며, 3개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다. 또한, 합류부(113)는 3개의 냉각수 라인이 모두 연결되어 냉각수가 유동될 수 있는 형태의 관 이음쇠일 수 있다.
그리하여 난방 모드 시 외부 공기의 온도에 따라 삼방밸브(111)를 조절하여 도 7과 같이 바이패스라인(112)으로의 냉각수 흐름은 차단되고 냉각수가 라디에이터(110)를 통과하며 열교환되거나, 반대로 도 8과 같이 라디에이터(110)로의 냉각수 흐름은 차단되고 냉각수가 바이패스라인(112)을 통과하도록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 압축기 110 : 라디에이터
111 : 삼방밸브 112 : 바이패스라인
113 : 합류부
200 : 응축기
310 : 제1팽창밸브 320 : 제2팽창밸브
330 : 제3팽창밸브
410 : 제1칠러 420 : 제2칠러
510 : 제1냉각수 펌프 520 : 제2냉각수 펌프
530 : 제3냉각수 펌프
610 : 제1쿨러 620 : 제2쿨러(히터코어)
630 : 송풍기 640 : 공조 케이스
650 : 온도조절도어 660 : 냉방 유로
670 : 난방 유로
710 : 냉각수 히터 711 : 제1사방밸브
711 : 제1사방밸브 712 : 제2사방밸브
800 : 배터리 900 : 전장부품
L1 : 냉매 순환 루프
L2-1 : 제1냉각수 순환 루프
L2-2 : 제2냉각수 순환 루프
L2-3 : 제3냉각수 순환 루프

Claims (13)

  1. 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)를 포함하고, 상기 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치되며, 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프(L1);
    제1쿨러(610)를 포함하고, 상기 제1칠러(410)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프(L2-1); 및
    제2쿨러(620)를 포함하고, 상기 제2칠러(420)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제2냉각수 순환 루프(L2-2); 를 포함하고,
    냉방 모드 시,
    상기 제1칠러(410)를 통과하는 냉매는 제2칠러(420)를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)가 조절되며,
    상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  2. 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)를 포함하고, 상기 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치되며, 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프(L1);
    제1쿨러(610)를 포함하고, 상기 제1칠러(410)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프(L2-1); 및
    제2쿨러(620)를 포함하고, 상기 제2칠러(420)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제2냉각수 순환 루프(L2-2); 를 포함하고,
    라디에이터(110)를 포함하고 상기 응축기(200)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    라디에이터(110)를 포함하고, 상기 응축기(200)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)로 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 연결되되,
    냉방 모드 시 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)간의 냉각수 유동이 차단되며,
    난방 모드 시 응축기(200)와 제2쿨러(620)를 순환하는 냉각수의 흐름 및 라디에이터(110)와 제2칠러(420)를 순환하는 냉각수의 흐름이 각각 형성되도록 상기 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(710)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환 루프(L1)의 냉매 라인에 설치되어 상기 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있는 제3팽창밸브(330)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각되는 배터리(800)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치된 배터리(800) 및 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치된 전장부품(900)을 더 포함하며,
    냉방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)이 냉각되며, 난방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)의 폐열을 회수하여 차량의 실내 난방에 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    냉방 모드 시 상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용되며,
    난방 모드 시 공기가 상기 제1쿨러(610)를 통과하지 않고 제2쿨러(620)만을 통과하여 가열된 후 차량의 실내 난방에 이용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되되 상기 라디에이터(110)와 병렬로 배치되며, 상기 라디에이터(110)를 통과하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 바이패스라인(112)을 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제1냉각수 펌프(510) 및 상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제2냉각수 펌프(520)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제3냉각수 펌프(530)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
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