KR102556799B1 - Thermal management system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압축기, 수랭식 응축기, 제1팽창밸브, 공랭식 응축기, 제2팽창밸브, 증발기 및 상기 공랭식 응축기와 병렬로 연결되며 선택적으로 냉매가 통과될 수 있는 제1냉매 바이패스라인을 포함하고, 냉매를 순환시켜 실내를 냉방하는 냉매 순환라인; 상기 수랭식 응축기를 통해 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 실내를 난방하는 난방라인; 및 공기 또는 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 배터리 및 전장부품을 냉각시키는 냉각라인; 을 포함하여 이루어져, 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 효율적인 열관리가 가능하고, 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있으며, 히트 펌프 모드 시 히트 펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 열관리 시스템에 관한 것이다.The present invention includes a compressor, a water-cooled condenser, a first expansion valve, an air-cooled condenser, a second expansion valve, an evaporator, and a first refrigerant bypass line connected in parallel to the air-cooled condenser and through which a refrigerant can selectively pass. a refrigerant circulation line that cools the room by circulating; a heating line for heating a room by circulating cooling water that exchanges heat with the refrigerant through the water-cooled condenser; and a cooling line cooling the battery and electric components by circulating air or cooling water that exchanges heat with the refrigerant. Including, cooling and heating of the vehicle, as well as efficient thermal management of electric parts and batteries in the vehicle, and sufficient endothermic heat source can be provided to the evaporator to improve dehumidification performance. It is about a thermal management system that can improve performance.
Description
본 발명은 열관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 열을 관리하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a thermal management system, and more particularly, to a system for managing heat of electrical components and batteries in a vehicle as well as cooling and heating of a vehicle.
최근 자동차 분야에서 환경 친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제 해결책으로서 각광받고 있는 것이 전기 자동차이다.Recently, an electric vehicle has been in the spotlight as a solution to problems such as implementation of environmentally friendly technology and energy depletion in the field of automobiles.
전기 자동차는 배터리 또는 연료전지로부터 전력을 공급받아 구동되는 모터를 이용해 주행하기 때문에 탄소 배출이 적고 소음이 작다. 또한, 전기 자동차는 기존의 엔진보다 에너지 효율이 우수한 모터를 사용하기 때문에 친환경적이다.Since electric vehicles drive using motors that are powered by power from batteries or fuel cells, carbon emissions are low and noise is low. In addition, electric vehicles are environmentally friendly because they use motors that are more energy efficient than conventional engines.
그런데 전기 자동차는 배터리 및 구동 모터의 작동 시 많은 열이 발생하기 때문에 열관리가 중요하다. 그리고 배터리를 재충전하는데 시간이 오래 소요되므로 효율적인 배터리 사용 시간의 관리가 중요하다. 특히, 전기 자동차는 실내 공조를 위해 구동되는 냉매 압축기도 전기로 구동되는바 더욱 배터리의 사용 시간 관리가 중요하다. 또한, 구동 모터 및 인버터에서는 배터리나 충전기 등 다른 전장부품에 비해 상대적으로 많은 열이 발생하므로, 구동 모터를 적정한 온도로 냉각시켜야 하며 이를 위해 구동 모터의 냉각을 위한 열교환기의 냉각 성능을 높여야 할 필요성이 있다.However, since a lot of heat is generated during the operation of a battery and a driving motor in an electric vehicle, thermal management is important. In addition, since it takes a long time to recharge the battery, efficient management of battery usage time is important. In particular, in an electric vehicle, since a refrigerant compressor driven for indoor air conditioning is also driven by electricity, it is more important to manage the use time of the battery. In addition, since a relatively large amount of heat is generated in the drive motor and inverter compared to other electrical components such as batteries and chargers, the drive motor must be cooled to an appropriate temperature. For this purpose, the cooling performance of the heat exchanger for cooling the drive motor needs to be increased there is
그리고 열관리 시스템의 펌프 모드 시 냉매는 공랭식 컨덴서를 통해 흡열을 하도록 구성되는데, 이로 인해 증발기 측에서 제습 성능이 저하될 수 있다. 또한, 열관리 시스템은 외기 온도가 낮은 경우 공랭식 컨덴서에 적상(Icing)이 발생되어 열교환이 불가능하게 될 수 있으며 시스템의 난방 성능이 저하될 수 있다.In addition, in the pump mode of the thermal management system, the refrigerant is configured to absorb heat through the air-cooled condenser, which may reduce dehumidification performance at the evaporator side. In addition, in the thermal management system, when the outside temperature is low, icing is generated in the air-cooled condenser, making heat exchange impossible and reducing the heating performance of the system.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있으며, 열관리 시스템의 히트 펌프 모드 시 불필요한 유로를 축소시켜 히트 펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 열관리 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to improve dehumidification performance by providing a sufficient endothermic heat source to the evaporator side, and to reduce unnecessary passages in the heat pump mode of the thermal management system. It is to provide a thermal management system capable of improving the performance of a heat pump by doing so.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열관리 시스템은 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브, 공랭식 응축기(230), 제2팽창밸브(240), 증발기(242) 및 상기 공랭식 응축기(230)와 병렬로 연결되며 선택적으로 냉매가 통과될 수 있는 제1냉매 바이패스라인(232)을 포함하고, 냉매를 순환시켜 실내를 냉방하는 냉매 순환라인(200); 상기 수랭식 응축기(220)를 통해 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 실내를 난방하는 난방라인(301); 및 공기 또는 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 배터리(350) 및 전장부품(460)을 냉각시키는 냉각라인(302); 을 포함할 수 있다.The thermal management system of the present invention for achieving the above object is a
또한, 최대 난방 모드 시 또는 상기 공랭식 응축기(230)에 적상 발생 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동될 수 있다.In addition, in the maximum heating mode or when frost occurs in the air-cooled
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 냉매 바이패스라인(232)의 후단 사이에 설치된 제1체크밸브(231) 또는 증발기(242)와 압축기(210) 사이에 설치된 제2체크밸브(259)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 전자식 팽창밸브(225)로 형성되고, 상기 전자식 팽창밸브(225)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 설치된 제4방향전환밸브(226)를 더 포함하며, 상기 제4방향전환밸브(226)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결될 수 있다.In addition, in the
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 3방향 전환밸브와 전자식 팽창밸브가 일체로 형성된 방향전환 일체형 팽창밸브(227)로 형성되며, 상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결될 수 있다.In addition, in the
또한, 상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는, 상기 수랭식 응축기(220)측 냉매라인에 연결되는 입구(227a), 상기 공랭식 응축기(230)측 냉매라인에 연결되는 제1출구(227b) 및 상기 제1냉매 바이패스라인(232)측 냉매라인에 연결되는 제2출구(227c)가 서로 연결된 유로가 형성된 하우징(227-1); 상기 하우징(227-1)의 내측에 결합되되, 상기 입구(227a)와 제1출구(227b)의 사이 및 상기 입구(227a)와 제2출구(227c)의 사이에 배치된 한 쌍의 실링부재(227-2); 및 상기 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 개재되어 외주면이 실링부재(227-2)들과 밀착되고, 상기 하우징(227-1)의 입구(227a)와 외주면을 연결하는 바이패스 유로(227d)가 형성된 밸브몸체(227-3); 를 포함할 수 있다.In addition, the direction switching
또한, 상기 밸브몸체(227-3)는, 외주면에서 오목하게 교축 유로(227e)가 형성되어, 상기 교축 유로(227e)가 바이패스 유로(227d)와 연결될 수 있다.In addition, the valve body 227-3 has a concave throttling passage 227e formed on an outer circumferential surface thereof, and the throttling passage 227e may be connected to the bypass passage 227d.
또한, 상기 교축 유로(227e)는 밸브몸체(227-3)의 원주방향으로 특정한 각도 범위만큼 형성되며, 상기 교축 유로(227e)는 바이패스 유로(227d)와 연결된 부분에서부터 먼쪽으로 갈수록 냉매가 통과될 수 있는 단면적이 점점 작아지도록 형성될 수 있다.In addition, the throttling passage 227e is formed by a specific angular range in the circumferential direction of the valve body 227-3, and the refrigerant passes through the throttling passage 227e as it goes farther from the portion connected to the bypass passage 227d. It can be formed so that the cross-sectional area that can be made gradually becomes smaller.
또한, 상기 냉각라인(302)은, 상기 냉각라인(302)의 일측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제1연결라인(302-1); 및 상기 냉각라인(302)의 타측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제2연결라인(302-2);을 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 제1연결라인(302-1), 제2연결라인(302-2) 및 난방라인(301)은 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 상기 제1방향전환밸브(410)에 의해 냉각라인(302)과 난방라인(301)이 서로 연결되거나 연결이 차단될 수 있다.In addition, the first connection line 302-1, the second connection line 302-2, and the
또한, 상기 전장부품은 상기 제2연결라인 상에 배치될 수 있다.Also, the electric component may be disposed on the second connection line.
또한, 상기 냉각라인(302)은, 상기 제1연결라인(302-1)과 제2연결라인(302-2)을 연결하는 제4연결라인(302-4), 및 상기 제4연결라인(302-4) 상에 설치되어 제1방향전환밸브(410)와 병렬로 배치된 셧오프 밸브(360)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 냉각라인(302)은, 냉각수의 유동방향으로 전장부품(460)의 전방에 설치된 냉각수온 센서(461)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 수랭식 응축기(220)에서 토출된 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 흐름을 차단하는 제3팽창밸브(251) 및 상기 제3팽창밸브(251)에서 토출된 냉매를 상기 냉각라인(302)의 냉각수와 열교환하는 칠러(252)를 더 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 냉각라인(302)은, 상기 배터리(350)와 병렬로 연결되며 칠러(252)를 통과하는 제3연결라인(302-3)을 포함하고, 상기 제3연결라인(302-3)은 제3방향전환밸브(330)에 의해 냉각라인(302)에 연결되어, 상기 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3연결라인(302-3)에 냉각수가 흐르거나 흐름이 차단될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 냉각라인(302)은, 냉각수를 공기로 냉각시키기 위한 전장용 라디에이터(310)를 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 난방라인(301)은, 상기 수랭식 응축기(220)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수와 실내로 유입되는 공기를 열교환하여 가열된 공기를 이용해 실내를 난방하는 히터 코어(440), 및 냉각수의 유동 방향으로 상기 히터 코어(440)의 전방에 배치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(430)를 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 마일드 냉방 모드 시, 상기 제3팽창밸브(251)는 차단되어 상기 칠러(252)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다.Also, in the mild cooling mode, the
또한, 배터리 전용 냉각 모드 시, 상기 제2팽창밸브(240)는 차단되어 상기 증발기(242)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다.Also, in the battery-only cooling mode, the
또한, 배터리 승온 모드 시, 상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않을 수 있다.Also, in the battery temperature raising mode, the
또한, 마일드 난방 모드 시, 상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않을 수 있다.Also, in the mild heating mode, the
또한, 제습 난방 모드 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동될 수 있다.In addition, in the dehumidifying heating mode, the refrigerant does not flow through the air-cooled
본 발명의 열관리 시스템은 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 효율적인 열관리가 가능한 장점이 있다.The thermal management system of the present invention has the advantage of being able to efficiently manage the heat of electrical components and batteries in the vehicle as well as cooling and heating of the vehicle.
또한, 본 발명의 열관리 시스템은 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있으며, 열관리 시스템의 히트 펌프 모드 시 압축기의 냉매 유입측 압력이 상승하게 되어 히트 펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In addition, the thermal management system of the present invention can provide a sufficient endothermic heat source to the evaporator side, thereby improving dehumidification performance, and in the heat pump mode of the thermal management system, the pressure at the inlet side of the refrigerant of the compressor increases, thereby improving the performance of the heat pump. There are advantages to being able to
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 방향전환 일체형 팽창밸브의 작동 상태에 따른 냉매의 흐름을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 전용 냉각 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 승온 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 15 및 도 16은 도 14에서 셧오프 밸브의 개폐에 따른 냉각수 순환라인에서 냉각수의 흐름을 나타낸 개념도이다.1 is a block diagram showing an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a dehumidifying heating mode.
2 is a configuration diagram illustrating an operating state of a thermal management system according to another embodiment of the present invention in the maximum heating mode or when frost occurs in an air-cooled condenser.
3 to 6 are cross-sectional views showing the flow of refrigerant according to the operating state of the direction-changing integrated expansion valve according to the present invention.
7 is a block diagram showing an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in the maximum cooling mode.
8 is a configuration diagram showing an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in a mild cooling mode.
9 is a configuration diagram illustrating an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in a battery-only cooling mode.
10 is a configuration diagram illustrating an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in the maximum heating mode or when frost occurs in an air-cooled condenser.
11 is a configuration diagram illustrating an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a battery temperature raising mode.
12 is a configuration diagram showing an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a mild heating mode.
13 is a block diagram showing an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a dehumidifying heating mode.
14 is a configuration diagram illustrating a thermal management system according to another embodiment of the present invention.
15 and 16 are conceptual views illustrating the flow of cooling water in the cooling water circulation line according to the opening and closing of the shut-off valve in FIG. 14 .
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a thermal management system according to the present invention having the configuration described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram showing an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a dehumidifying heating mode.
도시된 바와 같이 본 발명의 열관리 시스템은, 크게 냉매가 순환되어 실내를 냉방하는 냉매 순환라인(200) 및 냉각수가 순환되어 실내를 난방하고 부품들을 냉각하는 냉각수 순환라인(300)으로 구성될 수 있다. 그리고 냉각수 순환라인(300)은 실내 난방을 위한 난방라인(301)과, 전장부품(460) 및 배터리(350)의 냉각을 위한 냉각라인(302)로 구성될 수 있다.As shown, the thermal management system of the present invention may be largely composed of a
냉매 순환라인(200)은 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브, 공랭식 응축기(230), 제1체크밸브(231), 제1냉매 바이패스라인(232), 냉매 분기부(241), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 제2체크밸브(259), 어큐뮬레이터(260), 제3팽창밸브(251) 및 칠러(252)를 포함할 수 있다.The
압축기(210)는 전력을 공급받아 구동되는 전동 압축기일 수 있으며, 냉매를 흡입 및 압축하여 수랭식 응축기(220)쪽으로 토출하는 역할을 한다.The
수랭식 응축기(220)는 압축기(210)에서 토출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상 냉매로 응축하여 제1팽창밸브쪽으로 보내는 역할을 한다.The water-cooled
제1팽창밸브는 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 냉매의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 후방에 배치될 수 있다. 여기에서 제1팽창밸브는 일례로 전자식 팽창밸브(225)로 형성될 수 있으며, 전자식 팽창밸브(225)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제4방향전환밸브(226)가 설치될 수 있다.The first expansion valve may serve to throttle or bypass the refrigerant or block the flow of the refrigerant, and may be disposed behind the water-cooled
공랭식 응축기(230)는 응축기 또는 증발기 역할을 하며, 제1팽창밸브의 역할에 따라 공랭식 응축기(230)의 기능이 가변될 수 있다. 즉, 냉매 순환라인(200)이 에어컨 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브에서는 냉매를 바이패스 시키고 공랭식 응축기(230)는 수랭식 응축기(220)와 함께 응축기의 역할을 하며, 냉매 순환라인(200)이 히트펌프 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브에서는 냉매를 교축하며 공랭식 응축기(230)는 증발기 역할을 한다. 그리고 공랭식 응축기(230)는 외부 공기에 의해 공랭식으로 냉각될 수 있다.The air-cooled
제1체크밸브(231)는 냉매가 역류하지 않도록 하는 역할을 하며, 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방에 설치되어 공랭식 응축기(230)의 배출측으로 냉매가 유입되지 않도록 할 수 있다.The
제1냉매 바이패스라인(232)은 공랭식 응축기(230)와 병렬로 연결되며, 제1냉매 바이패스라인(232)은 일단이 제4방향전환밸브(226)에 연결되고 타단은 냉매 유동방향으로 제1체크밸브(231)의 후방에 연결되어, 수랭식 응축기(220)에서 배출된 냉매가 공랭식 응축기(230) 또는 제1냉매 바이패스라인(232)을 선택적으로 통과될 수 있도록 구성될 수 있다. 여기에서 냉매는 제4방향전환밸브(226)의 작동에 의해 공랭식 응축기(230)쪽으로만 냉매가 유동되고 제1냉매 바이패스라인(232)으로는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 이때 공랭식 응축기(230)쪽으로 유동되는 냉매는 제1팽창밸브인 전자식 팽창밸브(225)에 의해 교축되거나 바이패스될 수 있다. 또는 냉매는 제4방향전환밸브(226)의 작동에 의해 공랭식 응축기(230)쪽으로는 냉매가 흐르지 않고 제1냉매 바이패스라인(232)으로만 냉매가 유동될 수 있으며, 이때, 제1냉매 바이패스라인(232)쪽으로 유동되는 냉매는 제1팽창밸브인 전자식 팽창밸브(225)에 의해 교축되거나 바이패스될 수 있다.The first
냉매 분기부(241)는 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 제1냉매 바이패스라인(232)이 만나는 지점의 후방측에 형성될 수 있으며, 냉매 분기부(241)에서 2개의 라인으로 분기되어 하나의 라인은 증발기(242)와 연결되고 다른 하나의 라인은 칠러(252)와 연결되도록 구성될 수 있다.The
제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있다. 그리고 제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 병렬로 구성될 수 있다. 즉, 냉배 분기부(241)에서 두 개의 라인으로 냉매라인이 분기되며, 분기된 두 개의 냉매라인 중 하나의 냉매라인에 제2팽창밸브(240)가 배치되고 다른 하나의 냉매라인에 제3팽창밸브(251)가 배치될 수 있다. 이때, 제2팽창밸브(240)는 증발기(242)의 전방에 배치되고, 제3팽창밸브(251)는 칠러(252)의 전방에 배치될 수 있다.The
증발기(242)는 냉매의 유동 방향으로 제2팽창밸브(240)의 후방에 배치되며, 차량의 공조장치(150) 내부에 구비되어 공조장치의 송풍기(152)에 의해 유동되는 공기가 증발기(242)를 거치며 냉각되어 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다.The
칠러(252)는 냉매의 유동 방향으로 제3팽창밸브(251)의 후방에 배치되며, 냉각수와 열교환되어 냉각수가 냉각 또는 가열될 수 있다. 그리하여 제2팽창밸브(240)와 증발기(242)가 한 조를 이루고 제3팽창밸브(251)와 칠러(252)가 다른 한 조를 이루어, 두 조가 냉매라인 상에서 병렬로 구성된다. 또한, 냉매 유동 방향으로 증발기(242)와 칠러(252)의 후방쪽은 냉매라인이 합류되어 하나의 냉매라인으로 형성될 수 있다.The
제1체크밸브(231)는 냉매가 역류하지 않도록 하는 역할을 하며, 냉매의 유동방향으로 증발기(242)의 후방이면서 어큐뮬레이터(260)의 전방에 설치되어, 증발기(242)의 배출측으로 냉매가 유입되지 않도록 할 수 있다.The
어큐뮬레이터(260)는 냉매라인 상의 냉매의 압력을 일시적으로 저장하는 역할을 할 수 있다. 그리고 어큐뮬레이터(260)는 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(210)로 공급할 수 있다. 여기에서 증발기(242)의 후방측과 칠러(252)의 후방측 냉매라인이 합류된 지점에 어큐뮬레이터(260)가 배치되어 연결되며, 어큐뮬레이터(260)는 냉매 유동 방향으로 압축기(210)의 전방에 배치될 수 있다.The
난방라인(301)은 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440) 및 제1방향전환밸브(410)를 포함할 수 있다.The
수랭식 응축기(220)는 상기한 바와 같이 냉매 및 냉각수가 통과하면서 서로 열교환될 수 있다.As described above, the water-cooled
제1냉각수 펌프(450)는 난방라인(301)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이며, 제1냉각수 펌프(450)는 냉각수의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 후방에 배치되어 냉각수라인 상에 설치될 수 있다.The first
냉각수 히터(430)는 냉각수를 가열하는 장치이며, 냉각수의 유동 방향으로 제1냉각수 펌프(450)의 후방 및 히터코어(440)의 전방에 배치되어 연결될 수 있다. 그리고 냉각수 히터(430)는 냉각수의 온도가 특정한 온도 이하일 경우 가동될 수 있으며, 전력을 이용해 발열할 수 있는 인덕션 히터, 씨즈 히터, 피티씨 히터, 필름 히터 등 다양하게 형성될 수 있다.The cooling
히터코어(440)는 차량의 공조장치(150) 내에 배치될 수 있으며, 송풍기(152)에 의해 유동되는 공기가 히터코어(440)를 거치며 승온되어 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 난방에 이용될 수 있다. 그리고 히터코어(1440)는 냉각수의 유동 방향으로 냉각수 히터(430)의 후방에 배치되어 연결될 수 있다.The
제1방향전환밸브(410)는 히터코어(440)와 수랭식 응축기(220)의 사이에 설치될 수 있으며, 난방라인(301)과 이후에 설명할 냉각라인(302)을 선택적으로 연결하거나 연결을 차단하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게 제1방향전환밸브(410)는 난방라인(301) 상에 설치되어 2개의 냉각수라인 배관이 제1방향전환밸브(410)에 연결되고, 냉각라인(302)의 일측에서 분기된 1개의 제1연결라인(302-1)이 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 냉각라인(302)의 타측에서 분기된 1개의 제2연결라인(302-2)이 제1방향전환밸브(410)에 연결될 수 있다. 즉, 제1방향전환밸브(410)에서는 4개의 냉각수 라인이 만나도록 연결되며, 제1방향전환밸브(410)는 4개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 4방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.The first
냉각라인(302)은 전장용 라디에이터(310), 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제1냉각수 조인트(313), 제2냉각수 조인트(312), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 칠러(252) 및 제3방향전환밸브(330)를 포함할 수 있다.The
전장용 라디에이터(310)는 전장부품(460) 또는 배터리(350)와 열교환된 냉각수를 냉각시키는 라디에이터이며, 전장용 라디에이터(310)는 냉각팬(311)에 의해 공랭식으로 냉각될 수 있다.The
리저버 탱크(370)는 냉각수를 저장 및 냉각수라인 상에 부족한 냉각수를 보충하는 역할을 할 수 있으며, 리저버 탱크(370)는 냉각수의 유동방향으로 전장용 라디에이터(310) 후방의 냉각수라인 상에 설치될 수 있다.The
제2방향전환밸브(320)는 냉각라인(302) 상에 설치되어 2개의 냉각수 배관이 제2방향전환밸브(320)에 연결되고, 난방라인(301)과 냉각라인(302)이 연결되도록 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320)가 제1연결라인(302-1)으로 연결될 수 있다. 즉, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결되며, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.The second
제2냉각수 펌프(420)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제2냉각수 펌프(420)는 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320) 사이의 제1연결라인(302-1) 상에 설치되어, 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 제2방향전환밸브(320)에서 제1방향전환밸브(410)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다.The second
제1방향전환밸브(410)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다.The first
전장부품(460)은 제1방향전환밸브(410)와 제2냉각수 조인트(312)를 연결하는 제2연결라인(302-2) 상에 배치되어, 냉각수에 의해 전장부품(460)이 냉각될 수 있다. 그리고 전장부품(460)은 구동 모터, 인버터, 충전기(OBC; On Board Charger) 등이 될 수 있다.The
제3냉각수 펌프(340)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제3냉각수 펌프(420)는 제1냉각수 조인트(313)와 배터리(350) 사이의 냉각수라인에 설치되어, 제3냉각수 펌프(420)에서 배터리(350)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다.The third
배터리(350)는 차량의 동력원이며, 차량 내 각종 전장부품(460)의 구동원이 될 수 있다. 또는 배터리(350)는 연료전지와 연결되어 전기를 저장하는 역할을 하거나, 외부에서 공급되는 전기를 저장하는 역할을 할 수 있다. 그리고 배터리(350)는 제3냉각수 펌프(420)와 제3방향전환밸브(330) 사이의 냉각수라인 상에 배치될 수 있다. 그리하여 유동되는 냉각수와 열교환되어 배터리(350)가 냉각되거나 가열될 수 있다.The
제1냉각수 조인트(313)는 냉각수의 유동방향으로 제2방향전환밸브(320)의 후방의 냉각수라인에 설치되며, 제1냉각수 조인트(313)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제1냉각수 조인트(313)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 하측에는 제3연결라인(302-3)이 연결될 수 있다. 여기에서 제3연결라인(302-3)은 칠러(252)를 통과하도록 연결될 수 있다.The
제2냉각수 조인트(312)는 제2연결라인(302-2)의 후단이 냉각라인(302)과 만나는 지점에 설치될 수 있으며, 제2냉각수 조인트(312)에서 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제2냉각수 조인트(312)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 상측에는 제2연결라인(302-2)이 연결될 수 있다.The
칠러(252)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다. The
제3방향전환밸브(330)는 배터리(350)와 제2냉각수 조인트(312) 사이의 냉각수라인 상에 설치되며, 2개의 냉각수 배관이 제3방향전환밸브(330)에 연결되고, 제3방향전환밸브(330)의 상측에 제3연결라인(302-3)이 연결되어 배터리(350)와 제3연결라인(302-3)이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.The third
그리고 공조장치(150)는 공기를 송풍시킬 수 있도록 일측에 송풍기(152)가 설치되어 있으며, 공조장치(150)의 내부에는 온도조절도어(151)가 설치될 수 있다. 또한, 공조장치 내에 배치된 증발기(242) 및 히터코어(440)는 온도조절도어(151)의 작동에 따라 송풍기(152)에서 토출된 공기가 증발기(242)만을 거친 후 실내로 유입되도록 하거나, 증발기(242)를 거친 후 히터코어(440)를 통과하여 실내로 유입될 수 있도록 배치 및 구성될 수 있다.In addition, a
그리하여 본 발명의 열관리 시스템은 외기 온도가 상대적으로 낮을 때 흡열원을 선택적으로 사용할 수 있으며 이에 따라 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1체크밸브와 제2체크밸브에 의해 공랭식 응축기 배출측과 증발기의 배출측으로 냉매가 유입되는 것이 방지됨에 따라 압축기의 냉매 유입측 압력을 더욱 상승시킬 수 있어 히트 펌프의 성능을 향상 효과가 증대될 수 있다.Thus, the thermal management system of the present invention can selectively use a heat absorption source when the outdoor temperature is relatively low, and thus can provide a sufficient heat absorption source to the evaporator side, thereby improving dehumidification performance. In addition, as the refrigerant is prevented from flowing into the discharge side of the air-cooled condenser and the discharge side of the evaporator by the first check valve and the second check valve, the pressure on the refrigerant inlet side of the compressor can be further increased, resulting in an effect of improving the performance of the heat pump. can be increased
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.2 is a configuration diagram illustrating an operating state of a thermal management system according to another embodiment of the present invention in the maximum heating mode or when frost occurs in an air-cooled condenser.
도 2를 참조하면, 냉매 순환라인(200)의 제1팽창밸브는 3방향 전환밸브와 전자식 팽창밸브가 일체로 형성된 방향전환 일체형 팽창밸브(227)로 형성되며, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결될 수 있다. 즉, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 부품의 수가 적어지고 이에 따라 연결 배관 및 플랜지 등이 줄어들며, 하나의 부품만을 제어하면 되므로 제어가 용이할 수 있다. 그리고 최대 난방 모드 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시의 작동상태에 대한 구체적인 내용은 이하에서 설명하기로 한다.Referring to FIG. 2, the first expansion valve of the
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 방향전환 일체형 팽창밸브의 작동 상태에 따른 냉매의 흐름을 나타낸 단면도이다.3 to 6 are cross-sectional views showing the flow of refrigerant according to the operating state of the direction-changing integrated expansion valve according to the present invention.
도시된 바와 같이 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 크게 하우징(227-1), 한 쌍의 실링부재(227-2) 및 밸브몸체(227-3)로 구성될 수 있다.As shown, the direction-changing
하우징(227-1)은 내부를 관통하는 유로가 형성되며, 일례로 유로는 "T"자형으로 형성되어 3개의 포트가 형성될 수 있다. 여기에서 하우징(227-1)에 형성된 3개의 포트 중 하나는 수랭식 응축기(220)측 냉매라인에 연결되는 입구(227a)가 되고, 다른 하나는 공랭식 응축기(230)측 냉매라인에 연결되는 제1출구(227b)가 되며, 나머지 하나는 제1냉매 바이패스라인(232)측 냉매라인에 연결되는 제2출구(227c)가 될 수 있다.The housing 227-1 has a flow path penetrating the inside, and for example, the flow path may be formed in a “T” shape to form three ports. Here, one of the three ports formed in the housing 227-1 becomes an inlet 227a connected to the refrigerant line on the side of the water-cooled
실링부재(227-2)는 하우징(227-1)의 내측에 결합되어 고정되며, 실링부재(227-2)는 한 쌍으로 구성되어 하나의 실링부재(227-2)가 입구(227a)와 제1출구(227b) 사이에 배치되고 다른 하나의 실링부재(227-2)는 입구(227a)와 제2출구(227c) 사이에 배치된다.The sealing member 227-2 is coupled and fixed to the inside of the housing 227-1, and the sealing member 227-2 is composed of a pair so that one sealing member 227-2 is connected to the inlet 227a. It is disposed between the first outlet 227b and another sealing member 227-2 is disposed between the inlet 227a and the second outlet 227c.
밸브몸체(227-3)는 일례로 구 형태로 형성되어 단면 형상이 대략 원형으로 형성될 수 있고, 외주면에서 반경방향으로 중심부분까지 오목하게 홀이 형성되며 중심부분에서 중심축을 따라 오목하게 홀이 연장 형성되어, 밸브몸체(227-3)는 중심축 방향 일측과 외주면을 연결하는 바이패스 유로(227d)가 형성될 수 있다. 그리고 밸브몸체(227-3)는 하우징(3227-1)의 내부에 구비되며, 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 개재되어 외주면이 실링부재(227-2)들과 밀착될 수 있다. 여기에서 밸브몸체(227-3)는 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성될 수 있으며, 밸브몸체(227-3)의 바이패스 유로(227d) 일측은 하우징(227-1)의 입구(227a)와 항상 연결된 상태로 유지되고 바이패스 유로(227d) 타측은 밸브몸체(227-3)가 회전된 위치에 따라 제1출구(227b) 또는 제2출구(227c)에 연결되거나, 입구(227a)가 제1출구(227b) 및 제2출구(227c) 모두에 연결되지 않도록 차단될 수 있다.The valve body 227-3 is formed, for example, in a spherical shape, and the cross-sectional shape may be formed in a substantially circular shape, and a hole is formed concavely from the outer circumferential surface to a central portion in a radial direction, and a hole is concave from the central portion along the central axis. By extending, the valve body 227-3 may have a bypass passage 227d connecting one side in the direction of the central axis and the outer circumferential surface. And the valve body 227-3 is provided inside the housing 3227-1 and is interposed between a pair of sealing members 227-2 so that its outer circumferential surface can come into close contact with the sealing members 227-2. . Here, the valve body 227-3 may be formed to be rotatable about a central axis, and one side of the bypass passage 227d of the valve body 227-3 is connected to the inlet 227a of the housing 227-1. It remains connected at all times, and the other side of the bypass flow path 227d is connected to the first outlet 227b or the second outlet 227c according to the rotated position of the valve body 227-3, or the inlet 227a is It may be blocked from being connected to both the first outlet 227b and the second outlet 227c.
그리하여 방향전환 일체형 팽창밸브(227) 하나 만으로도 냉매의 유동 방향을 조절 및 할 수 있으며, 아울러 밸브몸체가 회전된 위치를 조절하여 냉매가 교축되어 통과되도록 할 수도 있다.Thus, the flow direction of the refrigerant can be adjusted and controlled with only one direction-changing
또한, 밸브몸체(227-3)는, 외주면에서 오목하게 홈 형태로 교축 유로(227e)가 형성되어, 교축 유로(227e)가 바이패스 유로(227d)와 연결될 수 있다. 그리하여 도시된 바와 같이 바이패스 유로(227d)가 직접 제1출구(227b) 또는 제2출구(227c)쪽을 바라보는 방향으로 위치가 회전되지 않더라도 냉매를 교축하여 제1출구(227b) 또는 제2출구(227c)쪽으로 보내도록 연결될 수 있다. 그리고 냉매가 교축되어 통과되도록 하는 유로와 냉매가 바이패스되는 유로를 구분하여 사용할 수 있어, 냉매의 유동 조절이 용이할 수 있다. 이때, 교축 유로(227e)는 밸브몸체(227-3)의 원주방향으로 특정한 각도 범위만큼 형성되며, 교축 유로(227e)는 바이패스 유로(227d)와 연결된 부분에서부터 먼쪽으로 갈수록 냉매가 통과될 수 있는 단면적이 점점 작아지도록 형성되어, 밸브몸체(227-3)의 회전 각도에 따라 냉매가 교축되는 정도를 용이하게 조절할 수 있다.In addition, the valve body 227-3 has a concave, groove-shaped throttling passage 227e formed on its outer circumferential surface, so that the throttling passage 227e may be connected to the bypass passage 227d. Thus, even if the position of the bypass flow path 227d is not rotated in the direction of directly facing the first outlet 227b or the second outlet 227c as shown, the refrigerant is throttled to pass through the first outlet 227b or the second outlet 227b. It can be connected to direct it towards the outlet 227c. In addition, since a passage through which the refrigerant is throttled and a passage through which the refrigerant is bypassed can be used separately, the flow of the refrigerant can be easily controlled. At this time, the throttling passage 227e is formed by a specific angular range in the circumferential direction of the valve body 227-3, and the refrigerant can pass through the throttling passage 227e as it goes farther from the portion connected to the bypass passage 227d. Since the cross-sectional area of the valve body 227-3 is formed to gradually decrease, the degree of throttling of the refrigerant can be easily adjusted according to the rotational angle of the valve body 227-3.
그리고 도 3을 참조하면, 에어컨 모드에서 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 제1출구(227b)쪽을 향하도록 배치되어, 냉매가 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 공랭식 응축기(230)쪽으로 유동될 수 있다. 이때, 제2출구(227c)쪽으로는 막혀있어 제1냉매 바이패스라인(232)으로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 도 4를 참조하면, 히트펌프 모드에서 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 상측을 향하도록 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 배치되며, 이때 밸브몸체(227-3)의 교축 유로(227e)를 통해 입구(227a)와 제1출구(227b)가 연결되어, 냉매가 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 공랭식 응축기(230)쪽으로 유동될 수 있다. 이때, 제2출구(227c)쪽으로는 막혀있어 제1냉매 바이패스라인(232)으로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 도 5를 참조하면, 제습 난방 또는 최대 난방 모드에서 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 제2출구(227c)쪽을 향하도록 배치되어, 냉매가 방향전환밸브 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 제1냉매 바이패스라인(232)쪽으로 유동될 수 있다. 이때, 제1출구(227b)쪽으로는 막혀있어 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 도 6을 참조하면, 냉매 순환라인(200)이 작동되지 않을 때 즉 방향전환 일체형 팽창밸브(227)가 사용되지 않을 때 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 하측을 향하도록 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 배치되며, 이때 밸브몸체(227-3)의 교축 유로(227e)를 통해 입구(227a)와 제2출구(227c)가 연결되어, 냉매가 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 제1냉매 바이패스라인(232)으로 유동될 수 있는 상태가 될 수 있다. 이때, 제1출구(227b)쪽으로는 막혀있어 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다.And, referring to FIG. 3, in the air conditioner mode, the direction-changing
이하 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 작동 모드에 따른 동작에 대해 설명한다. 그리고 제1팽창밸브는 방향전환 일체형 팽창밸브로 형성된 것을 예로 설명하기로 한다. Hereinafter, operations according to operating modes of the thermal management system according to an embodiment of the present invention described above will be described. In addition, the first expansion valve will be described as an example in which it is formed as a direction-changing integrated expansion valve.
1. 최대 냉방 모드 시1. In maximum cooling mode
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.7 is a block diagram showing an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in the maximum cooling mode.
도 7을 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 공랭식 응축기(230)로 유입되며, 냉매는 공랭식 응축기(230)에서 외부 공기와 열교환되어 냉각된다. 즉, 수랭식 응축기(220) 및 공랭식 응축기(230)가 모두 응축기의 역할을 하여 냉매를 응축시킨다. 응축된 냉매는 이후 냉매 분기부(241)에서 분기되어 냉매의 일부는 제2팽창밸브(240)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 증발기(242)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 냉매가 증발되면서 공기가 냉각되어, 냉각된 공기를 차량의 실내로 공급하여 실내 냉방이 이루어진다. 그리고 증발기(242)에서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 또한, 냉매 분기부(241)에서 분기된 냉매의 나머지는 제3팽창밸브(240)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 칠러(252)를 거치면서 냉각수와 열교환되어 냉매가 증발되면서 냉각수가 냉각될 수 있다. 그리고 칠러(252)에서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 제1냉매 바이패스라인(232)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 이와 같이 증발기(242)를 통과한 냉매와 칠러(252)를 통과한 냉매가 어큐뮬레이터(260)에서 합류되어 압축기(210)로 유입된 후, 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다.Referring to FIG. 7 , in the
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수에 의해 수랭식 응축기(220)를 통과하는 냉매, 전장부품(460) 및 배터리(350)가 냉각될 수 있으며, 가열된 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서 냉각팬(311)의 작동에 의해 외부 공기와 열교환되어 냉각될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 좌측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 우측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 상측과 우측이 서로 연결되어 있고 좌측은 차단되어 있을 수 있다.Meanwhile, the cooling water in the cooling
그리하여 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서부터 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않으며, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(330)에서부터 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 또한, 냉각수는 칠러(252)에서부터 제1냉각수 조인트(313), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 제3방향전환밸브(330)를 차례대로 거쳐 다시 칠러(252)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 즉, 제2방향전환밸브(320) 및 제3방향전환밸브(330)에 의해 배터리(350)와 칠러(252)는 냉각수가 순환되는 별개의 폐루프로 냉각라인이 형성되어 배터리(350)가 별도로 냉각될 수 있다.Thus, the cooling water is supplied from the
여기에서 최대 냉방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 30도 내지 45도 범위일 경우에 작동될 수 있으며, 이때 압축기(210)는 최대 회전수로 회전될 수 있다. 그리고 배터리(350)의 냉각이 불필요할 경우에는 제3팽창밸브(251)가 차단되어 칠러(252)쪽으로 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 이때 제3냉각수 펌프(340)는 작동되지 않을 수 있다.Here, the maximum cooling mode may be operated when the temperature of the outside air is in the range of 30 degrees Celsius to 45 degrees Celsius, and at this time, the
2. 마일드(Mild) 냉방 모드 시2. In mild cooling mode
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.8 is a configuration diagram showing an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in a mild cooling mode.
도 8을 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 공랭식 응축기(230)로 유입되며, 냉매는 공랭식 응축기(230)에서 외부 공기와 열교환되어 냉각된다. 즉, 수랭식 응축기(220) 및 공랭식 응축기(230)가 모두 응축기의 역할을 하여 냉매를 응축시킨다. 응축된 냉매는 이후 냉매 분기부(241)를 지나 냉매 열교환기(233)를 통과한 후 제2팽창밸브(240)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 증발기(242)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 냉매가 증발되면서 공기가 냉각되어, 냉각된 공기를 차량의 실내로 공급하여 실내 냉방이 이루어진다. 그리고 증발기(242)에서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 제1냉매 바이패스라인(232)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 제3팽창밸브(251)는 차단되어 칠러(252)로 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 냉매는 증발기(242)를 통과한 냉매가 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 압축기(210)로 유입된 후, 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다. Referring to FIG. 8 , in the
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수에 의해 수랭식 응축기(220)를 통과하는 냉매, 전장부품(460) 및 배터리(350)가 냉각될 수 있으며, 가열된 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서 냉각팬(311)의 작동에 의해 외부 공기와 열교환되어 냉각될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 셋방향인 좌측, 하측 및 우측이 모두 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 우측이 서로 연결되어 있고 상측은 차단되어 있을 수 있다.Meanwhile, the cooling water in the cooling
그리하여 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서부터 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 냉각수 중 일부는 우측으로 유동되어 제1냉각수 조인트(313), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 제3방향전환밸브(330), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 전장부품(460)을 통과한 냉각수와 배터리(350)를 통과한 냉각수는 제2냉각수 조인트(312)에서 합류되어 전장용 라디에이터(310)로 유입될 수 있다.Thus, the cooling water is supplied from the
여기에서 마일드 냉방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 15도 내지 25도 범위일 경우에 작동될 수 있으며, 이때 배터리는 전장용 라디에이터에 의해 냉각될 수 있어, 냉매가 칠러쪽을 순환하지 않도록 할 수 있으므로 압축기의 구동에 소모되는 동력을 저감할 수 있는 장점이 있다.Here, the mild cooling mode can be operated when the temperature of the outside air is in the range of 15 to 25 degrees Celsius. There is an advantage in that the power consumed in driving the compressor can be reduced.
3. 배터리 전용 냉각 모드 시3. In battery-only cooling mode
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 전용 냉각 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.9 is a configuration diagram illustrating an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in a battery-only cooling mode.
도 9를 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 공랭식 응축기(230)로 유입되며, 냉매는 공랭식 응축기(230)에서 외부 공기와 열교환되어 냉각된다. 즉, 수랭식 응축기(220) 및 공랭식 응축기(230)가 모두 응축기의 역할을 하여 냉매를 응축시킨다. 응축된 냉매는 이후 냉매 분기부(241)를 지나 제3팽창밸브(251)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 칠러(252)를 거치면서 냉각수와 열교환되어 냉매가 증발되면서 냉각수가 냉각되며, 냉각된 냉각수를 이용해 배터리(350)의 냉각이 이루어진다. 그리고 칠러(252)를 거치며 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 제1냉매 바이패스라인(232)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 제2팽창밸브(240)는 차단되어 증발기(242)로 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다.Referring to FIG. 9 , in the
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수에 의해 수랭식 응축기(220)를 통과하는 냉매, 전장부품(460) 및 배터리(350)가 냉각될 수 있으며, 가열된 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서 냉각팬(311)의 작동에 의해 외부 공기와 열교환되어 냉각될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 좌측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 우측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 상측과 우측이 서로 연결되어 있고 좌측은 차단되어 있을 수 있다.Meanwhile, the cooling water in the cooling
그리하여 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서부터 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않으며, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(330)에서부터 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 또한, 냉각수는 칠러(252)에서부터 제1냉각수 조인트(313), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 제3방향전환밸브(330)를 차례대로 거쳐 다시 칠러(252)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 즉, 제2방향전환밸브(320) 및 제3방향전환밸브(330)에 의해 배터리(350)와 칠러(252)는 냉각수가 순환되는 별개의 폐루프로 냉각라인이 형성되어 배터리(350)가 별도로 냉각될 수 있다.Thus, the cooling water is supplied from the
여기에서 배터리 전용 냉각 모드는 실내의 냉방을 하지 않으면서 배터리의 급속 충전이 필요한 경우 작동될 수 있다. 이때 압축기(210)는 최대 회전수로 회전될 수 있다.Here, the battery-only cooling mode may be operated when rapid charging of the battery is required without cooling the room. At this time, the
4. 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시4. In case of maximum heating mode or frost on air-cooled condenser
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.10 is a configuration diagram illustrating an operating state of the thermal management system according to an embodiment of the present invention in the maximum heating mode or when frost occurs in an air-cooled condenser.
도 10을 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 제1냉매 바이패스라인(232)을 통과한다. 이때, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다. 이후 냉매는 냉매 분기부(241)를 지나 제3팽창밸브(251)를 바이패스하여 칠러(252)로 유입되며, 칠러(252)에서는 냉매와 냉각수가 열교환되어 냉각수가 가열될 수 있다. 그다음 칠러(252)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 제2팽창밸브(240)는 차단되어 증발기(242)로 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다.Referring to FIG. 10 , in the
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 수랭식 응축기(220)를 통과하면서 가열되고, 냉각수 히터(430)에 의해 가열되며, 전장부품(460)의 폐열로 가열될 수 있으며, 칠러(252)를 통과하면서 가열될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 상측과 좌측이 서로 연결되고 우측은 차단될 수 있다.Meanwhile, the cooling water in the cooling
그리하여 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있으며, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(330)에서부터 배터리(350) 및 제3냉각수 펌프(340)를 거쳐 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 그리고 냉각수는 히터코어(440)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 공기가 가열되며, 가열된 공기를 차량의 실내로 공급하여 실내 난방이 이루어진다.Thus, the cooling water flows from the second
여기에서 최대 난방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 -20도 내지 -5도 범위일 경우에 작동될 수 있으며, 제3방향전환밸브(330) 및 제3냉각수 펌프(340)를 제어하여 실내 난방에 배터리(350)의 폐열을 선택적으로 활용할 수도 있다.Here, the maximum heating mode may be operated when the temperature of the outside air is in the range of -20 degrees Celsius to -5 degrees Celsius, and the third
그리하여 외기 온도가 섭씨 영하 20도 정도로 낮을 때 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 불필요한 유로를 축소시켜 압축기의 냉매 유입측 압력을 상승시킬 수 있어, 히트 펌프의 성능을 향상시킬 수 있다. Therefore, when the outdoor temperature is as low as -20 degrees Celsius, the maximum heating mode of the thermal management system or when frost occurs in the air-cooled condenser, the unnecessary flow path can be reduced to increase the pressure on the inlet side of the refrigerant of the compressor, thereby improving the performance of the heat pump. there is.
5. 배터리 승온 모드 시5. In battery temperature rising mode
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 승온 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.11 is a configuration diagram illustrating an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a battery temperature raising mode.
도 11을 참조하면, 냉매 순환라인(200)은 작동하지 않아 냉매가 순환되지 않는다.Referring to FIG. 11 , the
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 냉각수 히터(430) 및 전장부품(460)의 폐열로 가열될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 상측과 우측이 모두 연결될 수 있다.Meanwhile, the cooling water in the cooling
그리하여 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 배터리(350)를 통과하는 냉각수는 제3방향전환밸브(330)에서 합류되어 상측으로 유동된 후 제1냉각수 조인트(313)에서 양쪽으로 분기될 수 있다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 가열된 냉각수가 배터리(350)를 승온시켜 외기 온도가 낮은 동절기에 배터리(350)의 초기 성능을 빠르게 향상시킬 수 있다.Thus, the cooling water flows from the second
여기에서 배터리 승온 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 -20도 내지 -5도 범위일 경우에 작동될 수 있다.Here, the battery temperature increase mode may be operated when the temperature of the outside air is in the range of -20 degrees Celsius to -5 degrees Celsius.
6. 마일드(Mild) 난방 모드 시6. In mild heating mode
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.12 is a configuration diagram showing an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a mild heating mode.
도 12를 참조하면, 냉매 순환라인(200)은 작동하지 않아 냉매가 순환되지 않는다.Referring to FIG. 12 , the
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 전장부품(460)의 폐열만으로 가열될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 상측이 서로 연결되고 우측은 차단될 수 있다.Meanwhile, the cooling water in the cooling
그리하여 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(312)에서부터 배터리(350), 제3냉각수 펌프(340), 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 난방 수요가 적을 때 전장부품(460)의 폐열만을 이용해 냉각수를 가열하여 실내 난방에 활용할 수 있다.Thus, the cooling water flows from the second
여기에서 마일드 난방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 5도 내지 15도 범위일 경우에 작동될 수 있다.Here, the mild heating mode may be operated when the temperature of outside air is in the range of 5 degrees Celsius to 15 degrees Celsius.
7. 제습 난방 모드 시7. In dehumidification heating mode
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.13 is a block diagram showing an operating state of a thermal management system according to an embodiment of the present invention in a dehumidifying heating mode.
도 13을 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 제1냉매 바이패스라인(232)을 지나 분기부(241)에서 분기되어 냉매의 일부는 제2팽창밸브(240)를 바이패스하고, 이후 냉매는 증발기(242)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되면서 공기 중의 수분이 제거된다. 그리고 증발기(242)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 또한, 냉매 분기부(241)에서 분기된 냉매의 나머지는 제3팽창밸브(240)를 바이패스하고, 이후 냉매는 칠러(252)를 통과한 다음 어큐뮬레이터(260)에서 합류되어 압축기(210)로 유입된 후, 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다. 이때, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다. Referring to FIG. 13 , in the
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 전장부품(460)의 폐열만으로 가열될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 상측이 서로 연결되고 우측은 차단될 수 있다.Meanwhile, the cooling water in the cooling
그리하여 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(312)에서부터 배터리(350), 제3냉각수 펌프(340), 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 여기에서 냉각수 히터(430)는 작동되지 않을 수 있으며, 증발기(242)를 통과하면서 제습된 공기는 히터코어(440)를 통과하면서 가열되어 실내 난방에 이용될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)가 세 방향을 모두 연결하도록 작동되어 배터리(350)의 폐열을 함께 난방에 활용할 수도 있다.Thus, the cooling water flows from the second
도 14는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 15 및 도 16은 도 14에서 셧오프 밸브의 개폐에 따른 냉각수 순환라인에서 냉각수의 흐름을 나타낸 개념도이다.14 is a configuration diagram showing a thermal management system according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 15 and 16 are conceptual diagrams showing the flow of coolant in the coolant circulation line according to the opening and closing of the shut-off valve in FIG. 14 .
도 14를 참조하면, 냉각라인(302)은 제1연결라인(302-1)과 제2연결라인(302-2)을 연결하는 제4연결라인(302-4)이 더 형성될 수 있으며, 제4연결라인(302-4) 상에는 셧오프 밸브(360)가 설치되어 셧오프 밸브(360)가 제1방향전환밸브(410)와 병렬로 배치될 수 있다.Referring to FIG. 14, the
그리하여 평상시에는 도 15와 같이 셧오프 밸브(360)를 차단한 상태에서 냉각수의 흐름을 이용해 전장부품(460)을 냉각시키고, 전장부품(460)의 냉각 수요가 클 때에는 도 16과 같이 셧오프 밸브(360)를 열어서 보다 차가운 냉각수를 이용해 전장부품(460)을 냉각시킬 수 있다.Therefore, in a state in which the shut-off
또한, 냉각수의 유동방향으로 전장부품(460)의 전방에 근접하여 냉각수온 센서(461)가 설치될 수 있으며, 냉각수온 센서(461)를 통해 측정되는 냉각수의 온도에 따라 셧오프 밸브(360)의 개폐를 제어하여 전장부품(460)의 냉각을 조절할 수 있다.In addition, the
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.The present invention is not limited to the above embodiments, and the scope of application is diverse, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims Of course, various modifications are possible.
150 : 공조장치 151 : 온도조절도어
152 : 송풍기
200 : 냉매 순환라인 210 : 압축기
220 : 수랭식 응축기 225 : 전자식 팽창밸브
226 : 제4방향전환밸브
227 : 방향전환 일체형 팽창밸브
227-1 : 하우징 227a : 입구
227b : 제1출구 227c : 제2출구
227-2 : 실링부재 227-3 : 밸브몸체
227d : 바이패스 유로 227e : 교축 유로
230 : 공랭식 응축기 231 : 제1체크밸브
232 : 제1냉매 바이패스라인 240 : 제2팽창밸브
241 : 냉매 분기부
242 : 증발기 251 : 제3팽창밸브
252 : 칠러 259 : 제2체크밸브
260 : 어큐뮬레이터
300 : 냉각수 순환라인 301 : 난방라인
302 : 냉각라인 302-1 : 제1연결라인
302-2 : 제2연결라인 302-3 : 제3연결라인
302-4 : 제4 결라인
310 : 전장용 라디에이터 311 : 냉각팬
312 : 제2냉각수 조인트 313 : 제1냉각수 조인트
320 : 제2방향전환밸브 330 : 제3방향전환밸브
340 : 제3냉각수 펌프 350 : 배터리
360 : 셧오프 밸브 370 : 리저버 탱크
410 : 제1방향전환밸브 420 : 제2냉각수 펌프
430 : 냉각수 히터 440 : 히터코어
450 : 제1냉각수 펌프 460 : 전장부품
461 : 냉각수온 센서150: air conditioner 151: temperature control door
152: blower
200: refrigerant circulation line 210: compressor
220: water-cooled condenser 225: electronic expansion valve
226: fourth direction switching valve
227: direction switching integral expansion valve
227-1: housing 227a: inlet
227b: first exit 227c: second exit
227-2: sealing member 227-3: valve body
227d: bypass flow path 227e: bridge flow path
230: air-cooled condenser 231: first check valve
232: first refrigerant bypass line 240: second expansion valve
241: refrigerant branch
242: evaporator 251: third expansion valve
252: chiller 259: second check valve
260: accumulator
300: cooling water circulation line 301: heating line
302: cooling line 302-1: first connection line
302-2: second connection line 302-3: third connection line
302-4: 4th tie line
310: electrical radiator 311: cooling fan
312: second coolant joint 313: first coolant joint
320: second directional switching valve 330: third directional switching valve
340: third coolant pump 350: battery
360: shut-off valve 370: reservoir tank
410: first directional control valve 420: second coolant pump
430: coolant heater 440: heater core
450: first cooling water pump 460: electrical components
461: coolant temperature sensor
Claims (22)
상기 수랭식 응축기(220)를 통해 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 실내를 난방하는 난방라인(301); 및
공기 또는 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 배터리(350) 및 전장부품(460)을 냉각시키는 냉각라인(302); 을 포함하고,
상기 냉각라인(302)은,
상기 냉각라인(302)의 일측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제1연결라인(302-1); 및 상기 냉각라인(302)의 타측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제2연결라인(302-2);을 포함하며,
상기 제1연결라인(302-1), 제2연결라인(302-2) 및 난방라인(301)은 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 상기 제1방향전환밸브(410)에 의해 냉각라인(302)과 난방라인(301)이 서로 연결되거나 연결이 차단되며,
상기 전장부품은 상기 제2연결라인 상에 배치되며,
상기 냉각라인(302)은,
상기 제1연결라인(302-1)과 제2연결라인(302-2)을 연결하는 제4연결라인(302-4), 및 상기 제4연결라인(302-4) 상에 설치되어 제1방향전환밸브(410)와 병렬로 배치된 셧오프 밸브(360)를 더 포함하는 열관리 시스템.
A compressor 210, a water-cooled condenser 220, a first expansion valve, an air-cooled condenser 230, a second expansion valve 240, an evaporator 242, and the air-cooled condenser 230 are connected in parallel and optionally contain a refrigerant. A refrigerant circulation line 200 including a first refrigerant bypass line 232 through which the refrigerant can be passed and cooling the room by circulating the refrigerant;
a heating line (301) for heating a room by circulating cooling water that exchanges heat with the refrigerant through the water-cooled condenser (220); and
a cooling line 302 cooling the battery 350 and the electric component 460 by circulating air or cooling water that exchanges heat with the refrigerant; including,
The cooling line 302,
a first connection line 302-1 branched from one side of the cooling line 302 and connected to the heating line 301; And a second connection line 302-2 branched from the other side of the cooling line 302 and connected to the heating line 301;
The first connection line 302-1, the second connection line 302-2, and the heating line 301 are connected to the first directional control valve 410, and by the first directional control valve 410 The cooling line 302 and the heating line 301 are connected or disconnected from each other,
The electric component is disposed on the second connection line,
The cooling line 302,
A fourth connection line 302-4 connecting the first connection line 302-1 and the second connection line 302-2, and installed on the fourth connection line 302-4, A thermal management system further comprising a shut-off valve (360) disposed in parallel with the directional control valve (410).
최대 난방 모드 시 또는 상기 공랭식 응축기(230)에 적상 발생 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
In the maximum heating mode or when frost occurs in the air-cooled condenser 230, the refrigerant does not flow through the air-cooled condenser 230 and the refrigerant flows through the first refrigerant bypass line 232. Thermal management system characterized in that .
상기 냉매 순환라인(200)은,
상기 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 냉매 바이패스라인(232)의 후단 사이에 설치된 제1체크밸브(231) 또는 증발기(242)와 압축기(210) 사이에 설치된 제2체크밸브(259)를 더 포함하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
The refrigerant circulation line 200,
A first check valve 231 installed between the rear side of the air-cooled condenser 230 and the rear end of the refrigerant bypass line 232 in the flow direction of the refrigerant or a second check installed between the evaporator 242 and the compressor 210 A thermal management system further comprising a valve (259).
상기 냉매 순환라인(200)은,
상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 전자식 팽창밸브(225)로 형성되고, 상기 전자식 팽창밸브(225)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 설치된 제4방향전환밸브(226)를 더 포함하며, 상기 제4방향전환밸브(226)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
The refrigerant circulation line 200,
A first expansion valve is disposed between the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230, and the first expansion valve is formed of an electronic expansion valve 225, and the electronic expansion valve 225 and the air-cooled condenser 230 ) and further comprising a fourth directional control valve 226 installed between them, wherein the first refrigerant bypass line 232 is connected to the fourth directional control valve 226.
상기 냉매 순환라인(200)은,
상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 3방향 전환밸브와 전자식 팽창밸브가 일체로 형성된 방향전환 일체형 팽창밸브(227)로 형성되며, 상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
The refrigerant circulation line 200,
A first expansion valve is disposed between the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230, and the first expansion valve is formed as a direction-changing integrated expansion valve 227 in which a three-way selector valve and an electronic expansion valve are integrally formed. And the thermal management system, characterized in that the first refrigerant bypass line 232 is connected to the direction switching integral expansion valve (227).
상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는,
상기 수랭식 응축기(220)측 냉매라인에 연결되는 입구(227a), 상기 공랭식 응축기(230)측 냉매라인에 연결되는 제1출구(227b) 및 상기 제1냉매 바이패스라인(232)측 냉매라인에 연결되는 제2출구(227c)가 서로 연결된 유로가 형성된 하우징(227-1);
상기 하우징(227-1)의 내측에 결합되되, 상기 입구(227a)와 제1출구(227b)의 사이 및 상기 입구(227a)와 제2출구(227c)의 사이에 배치된 한 쌍의 실링부재(227-2); 및
상기 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 개재되어 외주면이 실링부재(227-2)들과 밀착되고, 상기 하우징(227-1)의 입구(227a)와 외주면을 연결하는 바이패스 유로(227d)가 형성된 밸브몸체(227-3);
를 포함하는 열관리 시스템.
According to claim 5,
The direction switching integrated expansion valve 227,
The inlet 227a connected to the refrigerant line on the water-cooled condenser 220 side, the first outlet 227b connected to the refrigerant line on the air-cooled condenser 230 side, and the refrigerant line on the first refrigerant bypass line 232 side a housing 227-1 formed with a flow path in which the second outlets 227c are connected;
A pair of sealing members coupled to the inside of the housing 227-1 and disposed between the inlet 227a and the first outlet 227b and between the inlet 227a and the second outlet 227c. (227-2); and
It is interposed between the pair of sealing members 227-2 so that its outer circumferential surface is in close contact with the sealing members 227-2, and the bypass passage connecting the inlet 227a and the outer circumferential surface of the housing 227-1 ( 227d) is formed on the valve body 227-3;
Thermal management system comprising a.
상기 밸브몸체(227-3)는,
외주면에서 오목하게 교축 유로(227e)가 형성되어, 상기 교축 유로(227e)가 바이패스 유로(227d)와 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 6,
The valve body 227-3,
The thermal management system, characterized in that the throttling flow path (227e) is formed concavely on the outer circumferential surface, and the throttling flow path (227e) is connected to the bypass flow path (227d).
상기 교축 유로(227e)는 밸브몸체(227-3)의 원주방향으로 특정한 각도 범위만큼 형성되며, 상기 교축 유로(227e)는 바이패스 유로(227d)와 연결된 부분에서부터 먼쪽으로 갈수록 냉매가 통과될 수 있는 단면적이 점점 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 7,
The throttling passage 227e is formed by a specific angular range in the circumferential direction of the valve body 227-3, and the refrigerant can pass through the throttling passage 227e as it goes farther from the portion connected to the bypass passage 227d. A thermal management system, characterized in that the cross-sectional area is formed to gradually decrease.
상기 냉각라인(302)은,
냉각수의 유동방향으로 전장부품(460)의 전방에 설치된 냉각수온 센서(461)를 더 포함하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
The cooling line 302,
A thermal management system further comprising a cooling water temperature sensor 461 installed in front of the electric component 460 in a flow direction of the cooling water.
상기 냉매 순환라인(200)은,
상기 수랭식 응축기(220)에서 토출된 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 흐름을 차단하는 제3팽창밸브(251) 및 상기 제3팽창밸브(251)에서 토출된 냉매를 상기 냉각라인(302)의 냉각수와 열교환하는 칠러(252)를 더 포함하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
The refrigerant circulation line 200,
A third expansion valve 251 that throttles, bypasses, or blocks the flow of the refrigerant discharged from the water-cooled condenser 220 and the refrigerant discharged from the third expansion valve 251 of the cooling line 302 A thermal management system further comprising a chiller 252 that exchanges heat with the cooling water.
상기 냉각라인(302)은,
상기 배터리(350)와 병렬로 연결되며 칠러(252)를 통과하는 제3연결라인(302-3)을 포함하고, 상기 제3연결라인(302-3)은 제3방향전환밸브(330)에 의해 냉각라인(302)에 연결되어, 상기 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3연결라인(302-3)에 냉각수가 흐르거나 흐름이 차단되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 14,
The cooling line 302,
A third connection line 302-3 is connected in parallel with the battery 350 and passes through the chiller 252, and the third connection line 302-3 is connected to the third directional control valve 330. connected to the cooling line 302 by the third direction switching valve 330, the cooling water flows through the third connection line 302-3 or the flow is blocked.
상기 냉각라인(302)은,
냉각수를 공기로 냉각시키기 위한 전장용 라디에이터(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
The cooling line 302,
A thermal management system comprising a radiator 310 for cooling the cooling water with air.
상기 난방라인(301)은,
상기 수랭식 응축기(220)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수와 실내로 유입되는 공기를 열교환하여 가열된 공기를 이용해 실내를 난방하는 히터 코어(440), 및 냉각수의 유동 방향으로 상기 히터 코어(440)의 전방에 배치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(430)를 포함하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
The heating line 301,
The heater core 440 heats the room by using the heated air by exchanging heat between the cooling water that exchanges heat with the refrigerant through the water-cooled condenser 220 and the air introduced into the room, and the heater core 440 in the flow direction of the cooling water A thermal management system including a coolant heater 430 disposed at the front to heat the coolant.
마일드 냉방 모드 시,
상기 제3팽창밸브(251)는 차단되어 상기 칠러(252)로는 냉매가 통과되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 14,
In mild cooling mode,
The thermal management system, characterized in that the third expansion valve (251) is blocked so that the refrigerant does not pass through the chiller (252).
배터리 전용 냉각 모드 시,
상기 제2팽창밸브(240)는 차단되어 상기 증발기(242)로는 냉매가 통과되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
In battery-only cooling mode,
The thermal management system, characterized in that the second expansion valve 240 is blocked so that the refrigerant does not pass through the evaporator (242).
배터리 승온 모드 시,
상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
In battery temperature rise mode,
The refrigerant circulation line 200 is a thermal management system, characterized in that the refrigerant does not circulate.
마일드 난방 모드 시,
상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
According to claim 1,
In mild heating mode,
The refrigerant circulation line 200 is a thermal management system, characterized in that the refrigerant does not circulate.
제습 난방 모드 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.According to claim 1,
In the dehumidifying heating mode, the refrigerant does not flow through the air-cooled condenser (230) and the refrigerant is operated to flow through the first refrigerant bypass line (232).
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