KR102576259B1

KR102576259B1 - 전기자동차용 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR102576259B1
Application number: KR1020180148366A
Authority: KR
Inventors: 석경수
Original assignee: 주식회사 두원공조
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2023-09-11
Also published as: KR20200062682A

Abstract

본 발명은 실내컨덴서의 유출단에서 분기되는 서브냉매순환라인과, 상기 서브냉매순환라인 상에 구비되는 서브팽창장치에 의해 난방 및 냉방 운전 중 배터리 냉각 요구에 대응하여 신속히 배터리를 냉각 제어할 수 있어, 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인하여 증발기의 냉방능력이 떨어지지 않고 지속적으로 유지할 수 있으며, 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있고, 배터리 냉각이 어느 정도 이루어지면, 2웨이밸브를 통하여 서브 팽창을 중지시킬 수 있어, 냉방 능력을 최대로 유지시킬 수 있는 전기자동차용 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

전기자동차용 냉난방 시스템{Air-conditioning system for electric vehicles}

본 발명은 전기자동차용 냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내컨덴서의 유출단에서 분기되는 서브냉매순환라인과, 상기 서브냉매순환라인 상에 구비되는 서브팽창장치에 의해 난방 및 냉방 운전 중 배터리 냉각 요구에 대응하여 신속히 배터리를 냉각 제어할 수 있어, 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인하여 증발기의 냉방능력이 떨어지지 않고 지속적으로 유지할 수 있으며, 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있고, 배터리 냉각이 어느 정도 이루어지면, 2웨이밸브를 통하여 서브 팽창을 중지시킬 수 있어, 냉방 능력을 최대로 유지시킬 수 있는 전기자동차용 냉난방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전기자동차에서는 차량 구동을 위한 구동모터나 고전압 정션박스(HV J/BOX), 인버터를 포함한 모터제어기(MCU:Motor Control Unit), 전력변환장치(LDC:Low Voltage DC/DC Converter), 기타 각종 제어기 및 고전압 부품 등의 전장 부품들을 열해 방지 및 내구성능 유지를 위해 냉각하고 있는데, 통상 냉각수를 이용하는 수냉식이 적용되고 있다.

이러한 수냉식에서는 각 전장 부품을 순환한 냉각수의 열을 라디에이터(이하, 전장 라디에이터라 함)를 통해 방출하게 되는데, 전기자동차의 전장 라디에이터는 일반 엔진(내연기관) 자동차에 사용되는 엔진 라디에이터와 마찬가지로 공냉식으로 냉각수의 열을 방출하고 있다.

전기자동차의 경우, 엔진 대신 전장 부품을 수냉식으로 냉각해야 하므로, 기존의 엔진 라디에이터 대신 전장 라디에이터를 설치하여, 냉각팬에 의해 흡입되는 외기 또는 주행풍을 전장 라디에이터로 통과시킴으로써 냉각수의 열을 방출시키는 것이다.

통상 전기자동차의 냉각시스템은 전장 부품(VSD100, MCU, LDC, HV J/BOX, Motor)을 통과하는 냉각수라인, 냉각수의 열을 방출시키기 위한 공냉식 라디에이터, 냉각수 펌프, 냉각팬 등으로 구성되어 있으며, 이때 전장 라디에이터는 에어컨용 컨덴서의 뒤쪽에 배치된다.

에어컨용 컨덴서와 전장 라디에이터는 전후로 배치되어 공통적으로 냉각팬의 흡입공기 또는 주행풍에 의해 냉각되는 공냉식 방식을 적용하고 있지만, 컨덴서는 팽창밸브, 증발기 및 압축기와 함께 독립된 냉동계를 구성하면서 냉매의 열을 공냉식으로 방출시키는 구성이고, 전장 라디에이터는 각종 고전압 전장 부품으로부터 열교환되어 나온 냉각수를 냉각하는 역할을 수행하게 된다.

그러나 전장 라디에이터, 컨덴서 등 종래 냉각모듈의 가장 큰 문제점은 전장 부품 냉각을 위한 전장라디에이터의 방열성능 및 용량 부족을 고려하여 전장 라디에이터의 두께 증대 등을 도모하려 하여도 그 제한된 설치공간으로 인해 한계가 있다는 점이다.

전장 라디에이터의 두께를 증대시키는 경우, 제한된 설치공간에서 컨덴서의 두께를 축소해야 하므로 컨덴서 축소로 인해 차량의 냉방성능이 불리해질 뿐만 아니라, 컨덴서의 두께 유지시에는 전장 라디에이터의 두께 증대로 인해 냉각모듈 전체의 두께가 증가하므로 설치공간 확보가 어려워진다.

그리고 컨덴서가 전장 라디에이터의 전방에 배치되므로 전장 라디에이터에서는 차량 전방으로부터 유입되는 외기의 저항, 즉 통기 저항이 증가하게 되면서 전장 부품의 냉각성능 저하를 초래한다.

종래의 기술로는 공개특허 제10-2012-0059730호(2012.06.11)를 참조할 수 있다.

본 발명은 실내컨덴서의 유출단에서 분기되는 서브냉매순환라인과, 상기 서브냉매순환라인 상에 구비되는 서브팽창장치에 의해 난방 및 냉방 운전 중 배터리 냉각 요구에 대응하여 신속히 배터리를 냉각 제어할 수 있어, 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인하여 증발기의 냉방능력이 떨어지지 않고 지속적으로 유지할 수 있으며, 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있고, 배터리 냉각이 어느 정도 이루어지면, 2웨이밸브를 통하여 서브 팽창을 중지시킬 수 있어, 냉방 능력을 최대로 유지시킬 수 있는 전기자동차용 냉난방 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템은 외부에서 인가되는 전원에 의해 구동하여 유입된 냉매를 압축하여 토출하는 전동압축기와, 유입된 냉매가 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 방열하여 급기를 히팅하는 실내컨덴서와, 유입된 냉매를 공냉하여 유출하는 실외컨덴서와, 유입된 냉매를 팽창하여 유출하는 제1팽창밸브와, 유입된 냉매가 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 흡열하여 급기를 냉각하는 증발기와, 유입된 냉매를 액상과 기상으로 분리하면서 기상 냉매만 상기 전동압축기로 유출하는 어큐뮬레이터와, 상기 전동압축기, 실내컨덴서, 실외컨덴서, 제1팽창밸브, 증발기, 어큐뮬레이터 순으로 연결되어, 냉매를 순환시키는 제1 냉매순환라인과, 상기 제1 냉매순환라인 중 상기 실외컨덴서의 유입단 측에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 어큐뮬레이터의 유입단과 연결되는 제2 냉매순환라인과, 상기 제2 냉매순환라인 상에 구비되면서, 유입된 냉매를 전기자동차의 전장부를 통과한 냉각수의 폐열과 열교환시킨 후 유출하는 폐열칠러와, 상기 제1 냉매순환라인 중 상기 제1팽창밸브의 유입단 측 사이에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제1 냉매순환라인 중 어큐뮬레이터의 유입단 측에 연결되는 제3 냉매순환라인과, 상기 제3 냉매순환라인 상에 구비되면서, 유입된 냉매를 배터리를 통과한 냉각수의 폐열과 열교환시킨 후 유출하는 배터리칠러와, 상기 제3 냉매순환라인 중 배터리칠러의 유입단 측에 구비되어, 상기 배터리칠러로 유입되는 냉매를 팽창한 후 유입되도록 하는 제3팽창밸브와, 상기 제1 냉매순환라인 중 상기 실내컨덴서의 유출단 측 사이에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제3 냉매순환라인 중 배터리칠러의 유입단 측에 연결되는 서브냉매순환라인, 및 상기 서브냉매순환라인 상에 구비되어, 상기 서브냉매순환라인을 따라 유동하는 냉매를 팽창하는 서브팽창장치를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템은 상기 제1 냉매순환라인 중 제2 냉매순환라인과 상기 실외컨덴서의 유입단 측 사이에 구비되어, 선택적으로 제1 냉매순환라인을 개폐하는 제1유로개폐밸브와, 상기 제1 냉매순환라인 중 상기 실외컨덴서의 유출단 측에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제2 냉매순환라인 중 어큐뮬레이터의 유입단 측에 연결되는 냉매바이패스라인과, 상기 냉매바이패스라인에 구비되어, 선택적으로 상기 냉매바이패스라인을 개폐하는 제2유로개폐밸브와, 상기 서브냉매순환라인에 구비되어, 선택적으로 상기 서브냉매순환라인을 개폐하는 제3유로개폐밸브를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템은 상기 제2 냉매순환라인 중 폐열칠러의 유입단 측에 구비되어, 상기 폐열칠러로 유입되는 냉매를 팽창한 후 유입되도록 하는 제2팽창밸브를 포함한다.

그리고 본 발명에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템은 상기 실내컨덴서의 후방에 구비되고, 외부에서 인가되는 전원에 의해 구동하여 상기 실내컨덴서를 통과한 급기에 방열하여 열을 더하는 PTC히터를 포함한다.

본 발명에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템에 의해 나타나는 효과는 다음과 같다.

첫째, 폐열칠러의 폐열과 실외컨덴서에 적체된 냉매 및 배터리의 폐열을 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있고, 난방모드 시에도 배터리를 냉각하여 배터리의 열관리가 가능하다.

둘째, 전장 라디에이터와 배터리 칠러 및 가열수단을 이용하여 배터리의 냉각뿐만 아니라 가열까지 수행할 수 있어 배터리의 온도를 최적으로 유지하여 배터리의 효율을 향상시킬 수 있다.

셋째, 실내컨덴서의 유출단에서 분기되는 서브냉매순환라인과, 상기 서브냉매순환라인 상에 구비되는 서브팽창장치에 의해 난방 및 냉방 운전 중 배터리 냉각 요구에 대응하여 신속히 배터리를 냉각 제어할 수 있어, 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인하여 증발기의 냉방능력이 떨어지지 않고 지속적으로 유지할 수 있으며, 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있어, 전기자동차의 연비를 향상시킬 수 있다.

넷째, 배터리 냉각이 어느 정도 이루어지면, 2웨이밸브를 통하여 서브 팽창을 중지시킬 수 있어, 냉방 능력을 최대로 유지시킬 수 있는 효과를 가진다.

다섯째, 난방모드 운전 시, 실외컨덴서에 남아 있는 냉매와 냉동오일을 냉매바이패스라인을 통해 전동압축기로 회수할 수 있어서 안정적인 난방운전이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템의 난방모드 시 냉매의 순환과정을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템의 난방모드 중 배터리 냉각이 필요한 경우 냉매의 순환과정을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템의 냉방모드 시 냉매의 순환과정을 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템의 냉방모드 중 배터리 냉각이 필요한 경우 냉매의 순환과정을 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 실내컨덴서의 유출단에서 분기되는 서브냉매순환라인과, 상기 서브냉매순환라인 상에 구비되는 서브팽창장치에 의해 난방 및 냉방 운전 중 배터리 냉각 요구에 대응하여 신속히 배터리를 냉각 제어할 수 있어, 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인하여 증발기의 냉방능력이 떨어지지 않고 지속적으로 유지할 수 있으며, 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있어, 전기자동차의 연비를 향상시킬 수 있고, 배터리 냉각이 어느 정도 이루어지면, 2웨이밸브를 통하여 서브 팽창을 중지시킬 수 있어, 난방 및 냉방 능력을 최대로 유지시킬 수 있는 전기자동차용 냉난방 시스템에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1을 참조한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템은 전동압축기(10), 실내컨덴서(20), 실외컨덴서(30), 증발기(40), 어큐뮬레이터(50), 가 포함되는데, 상기 전동압축기(10)는 냉난방 시스템의 제어부에서 송출한 구동신호에 따라 외부에서 인가되는 전원에 의해 구동하여 유입된 냉매를 압축하여 토출한다.

그리고 상기 실내컨덴서(20)는 유입된 냉매가 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 방열하여 급기를 히팅하고, 상기 증발기(30)는 유입된 냉매가 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 흡열하여 급기를 냉각한다.

이때 상기 전동압축기(10)와 상기 실내컨덴서(20)는 제1 냉매순환라인(100)으로 연결되는데, 상기 제1 냉매순환라인(100)은 상기 전동압축기(10)의 유출단과 일측이 연결되고, 타측은 상기 실내컨덴서(20)의 유입단과 연결되어, 상기 전동압축기(10)에서 압축된 냉매가 상기 실내컨덴서(20)로 유입된다.

상기 실내컨덴서(20)로 유입된 냉매는 상기 실내컨덴서(20)에서 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 급기에 방열하여 급기를 히팅하고, 히팅된 급기는 자동차 실내로 제공되어 자동차 실내의 난방이 이루어진다.

여기서 상기 실내컨덴서(20)로 유출된 냉매는 실외컨덴서(30)로 유입되는데, 상기 실외컨덴서(30)는 유입된 냉매를 공냉하여 유출한다.

따라서 상기 실내컨덴서(20)로 유출된 냉매는 상기 실외컨덴서(30)를 통과한 후, 상기 증발기(40)로 유입되고, 상기 실외컨덴서(30)와 상기 증발기(40)는 제1 냉매순환라인(100)으로 연결되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 제1팽창밸브(101)는 솔레노이드 열팽창밸브(SOL TXV)로 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 선택된 모드에 따라 선택적으로 개방 제어되어, 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 상기 증발기(40)로 유입되는 냉매를 팽창하여, 감압된 냉매가 상기 증발기(40)로 유입되도록 한다.

상기 제1팽창밸브(101)에 의해 팽창된 후, 상기 증발기(40)로 유입된 냉매는 상기 증발기(40)에서 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 급기에 흡열하여 급기를 냉각하고, 냉각된 급기는 자동차 실내로 제공되어 자동차 실내의 냉방이 이루어진다.

또한, 상기 실내컨덴서(20) 후방에는 PTC히터(6)가 구비되는데, 상기 PTC히터(6)는 냉난방 시스템의 제어부에서 송출하는 운전 모드별 신호에 따라 외부에서 인가되는 전원에 의해 선택적으로 구동하여 상기 실내컨덴서(20)를 통과한 급기에 방열하여 열을 더하는데, 동계에 자동차 실내 난방 시 부족한 열을 PTC히터(6)로 보충할 수 있다.

그리고 상기 냉매순환라인(100) 중 전동압축기(10)의 후방에는 어큐뮬레이터(50)가 배치되는데, 상기 어큐뮬레이터(50)는 유입된 냉매를 액상과 기상으로 분리하면서 기상 냉매만 유출하여 상기 전동압축기(10)로 유입되도록 한다.

따라서 상기 제1 냉매순환라인(100)은 상기 전동압축기(10), 실내컨덴서(20), 실외컨덴서(30), 제1팽창밸브(101), 증발기(40), 어큐뮬레이터(50) 순으로 연결되어, 냉매를 상기 전동압축기(10), 실내컨덴서(20), 실외컨덴서(30), 제1팽창밸브(101), 증발기(40), 어큐뮬레이터(50) 순으로 순환시킨다.

그리고 상기 제1 냉매순환라인(100)에서 제2 냉매순환라인(200)가 분기되는데, 상기 제2 냉매순환라인(200)은 상기 제1 냉매순환라인(100) 중 상기 실외컨덴서(30)의 유입단 측에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 어큐뮬레이터(50)의 유입단과 연결된다.

상기 제2 냉매순환라인(200) 상에는 폐열칠러(60)가 구비되는데, 상기 폐열칠러(60)는 제2 냉각수순환라인(200)에 중첩되어, 유입된 냉매를 전기자동차의 전장부(미도시)를 통과한 냉각수의 폐열과 열교환시킨 후 유출한다.

그리고 상기 제2 냉매순환라인(200) 중 폐열칠러(60)의 유입단 측에는 제2팽창밸브(102)가 구비되는데, 상기 제2팽창밸브(102)는 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 선택된 모드에 따라 선택적으로 개방 제어되어, 상기 폐열칠러(60)로 유입되는 냉매를 팽창한 후 상기 폐열칠러(60)로 유입되도록 한다.

또한, 상기 제1 냉매순환라인(100) 중 제2 냉매순환라인(200)과 상기 실외컨덴서(30)의 유입단 측 사이에는 제1유로개폐밸브(110)가 구비되는데, 상기 제1유로개폐밸브(110)는 2웨이밸브로 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 선택된 모드에 따라 선택적으로 제1 냉매순환라인(100)을 개폐한다.

따라서 상기 실내컨덴서(20)에서 유출된 냉매는 상기 제1유로개폐밸브(110)의 선택적인 개폐 제어로 상기 제1 냉매순환라인(100) 또는 제2 냉매순환라인(200)으로 냉매가 유동하게 제어된다.

그리고 상기 제1 냉매순환라인(100)에서 냉매바이패스라인(120)가 분기되는데, 상기 냉매바이패스라인(120)은 상기 제1 냉매순환라인(100) 중 상기 실외컨덴서(30)의 유출단 측에서 그 일측이 분기되고, 타측은 상기 제2 냉매순환라인(200) 중 어큐뮬레이터(50)의 유입단 측에 연결되고, 상기 냉매바이패스라인(120)에는 제2유로개폐밸브(121)가 구비되어, 상기 제2유로개폐밸브(121)는 2웨이밸브로 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 선택된 모드에 따라 선택적인 개폐로 상기 냉매바이패스라인(120)을 개폐한다.

더불어 상기 제1 냉매순환라인(100)에서 제3 냉매순환라인(130)이 분기되는데, 상기 제3 냉매순환라인(130)은 상기 제1 냉매순환라인(100) 중 상기 냉매바이패스라인(120)의 분기지점과 제1팽창밸브(101)의 유입단 측 사이에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제1 냉매순환라인(100) 중 어큐뮬레이터(50)의 유입단 측에 연결된다.

이때 상기 제3 냉매순환라인(130) 상에는 배터리칠러(80)가 구비되는데, 상기 배터리칠러(80)는 상기 제1냉각수순환라인(300)에 중첩되어, 유입된 냉매를 배터리(미도시)를 통과한 냉각수의 폐열과 열교환시킨 후 유출한다.

그리고 상기 제3 냉매순환라인(130) 중 배터리칠러(80)의 유입단 측에는 제3팽창밸브(131)이 구비되는데, 상기 제3팽창밸브(131)는 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 선택된 모드에 따라 선택적으로 개방 제어되어, 상기 배터리칠러(80)로 유입되는 냉매를 팽창한 후 유입되도록 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템은 서브냉매순환라인(300) 및 서브팽창장치(320)이 포함되는데, 상기 서브냉매순환라인(300)은 상기 제1 냉매순환라인(100) 중 상기 실내컨덴서(20)의 유출단 측 사이에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제3 냉매순환라인(130) 중 제3팽창밸브(131)의 유출단 측에 연결된다.

따라서 상기 실내컨덴서(20)의 유출단에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 선택적으로 상기 서브냉매순환라인(300)으로 유입되어 상기 배터리칠러(180)로 유입된다.

그리고 상기 서브냉매순환라인(300) 상에는 서브팽창장치(320)가 구비되는데, 상기 서브팽창장치(320)는 상기 서브냉매순환라인(300)을 따라 유동하는 냉매를 팽창한다.

이때 상기 서브팽창장치(320)는 유체가 유동하는 배관 형태로 내부을 유동하는 냉매에 교축 작용이 일어나도록, 중공을 가로막는 가로막에 오리피스가 형성된 형태로 형성될 수 있다.

여기서 상기 서브냉매순환라인(300) 중 서브팽창장치(320)의 전방에는 제3유로개폐밸브(310)가 구비되는데, 상기 제3유로개폐밸브(310)은 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호에 의해 선택적으로 상기 서브냉매순환라인(300)을 개폐 제어하여, 상기 서브팽창장치(320)의 냉매 교축 작용을 제어할 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 냉난방 시스템의 난방모드, 난방모드 중 배터리 냉각, 냉방모드, 냉방모드 중 배터리 냉각 별 냉매의 순환과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 2를 참조한 난방모드에서는 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 상기 제1유로개폐밸브(110)는 폐쇄 제어되고, 제2유로개폐밸브(121)는 개방 제어되며, 제1팽창밸브(101) 및 제3팽창밸브(131)는 폐쇄 제어되며, 제2팽창밸브(102)는 개방 제어된다.

상기한 밸브들의 제어에 의해 냉매는 상기 전동압축기(10)로 유입되어 압축된 후 토출되고, 상기 전동압축기(10)에서 토출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 실내컨덴서(20)로 유입되어, 상기 실내컨덴서(20)에서 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 급기로 방열하여 급기가 히팅되고, 히팅된 급기는 자동차 실내로 제공되어 자동차 실내의 난방이 이루어진다.

그리고 상기 실내컨덴서(20)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 상기 제1유로개폐밸브(110)의 폐쇄로 분기지점을 통해 제2 냉매순환라인(200)을 따라 분기되어 유동하고, 상기 제2유로개폐밸브(121)의 개방으로 상기 실외컨덴서(30)에 남아 있는 냉매와 냉동오일을 냉매바이패스라인(120)으로 유동하게 되며, 상기 제2 냉각수순환라인(200)으로 합류한 후, 상기 제2 냉각수순환라인(200)을 통해 상기 어큐뮬레이터(50)로 유입된다.

또한, 상기 제2 냉매순환라인(200)을 따라 유동하는 냉매는 제2팽창밸브(102)에 의해 팽창된 후, 상기 폐열칠러(60)로 유입된다.

그리고 상기 폐열칠러(60)로 유입된 냉매는 전장부(미도시)를 통과한 냉각수와의 열교환으로 흡열하여 냉매가 냉각수에 의해 히팅된 후, 상기 제2 냉매순환라인(200)을 통해 상기 어큐뮬레이터(50)로 유입된다.

이때 상기 어큐뮬레이터(50)로 유입된 냉매는 액상과 기상으로 분리되면서 기상 냉매만 유출되고, 유출된 기상 냉매는 상기 냉매순화라인(100)을 통해 전동압축기(10)로 재유입되는 순환과정을 이룬다.

여기서 난방모드 중 배터리 냉각을 실시할 경우에는 도 3에 도시한 바와 같이 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 상기 제1유로개폐밸브(110) 및 제3유로개폐밸브(310)는 개방 제어되고, 상기 제2유로개폐밸브(121)는 폐쇄 제어되며, 제2팽창밸브(102) 및 제3팽창밸브(131)는 개방 제어되고, 제1팽창밸브(101)는 폐쇄 제어된다.

그리고 상기 실내컨덴서(20)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 상기 제1유로개폐밸브(110)의 개방으로 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 상기 실외컨덴서(30)로 유입되어 상기 실외컨덴서(30)에서 공냉된 후, 공냉된 냉매가 상기 실외컨덴서(30)에서 유출되고, 상기 실외컨덴서(30)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 제1팽창밸브(101)의 폐쇄 및 제3팽창밸브(131)의 개방으로, 냉매가 상기 제3 냉매순환라인(130)으로 유동하게 되고, 상기 제3팽창밸브(131)에 의해 팽창된 후, 상기 배터리칠러(80)로 유입된다.

이때 상기 배터리칠러(80)로 유입된 냉매는 배터리(미도시)를 통과한 냉각수와의 열교환으로 흡열하여 냉매가 냉각수를 냉각하여 배터리의 냉각이 이루어지고, 상기 배터리칠러(80)로 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)으로 합류한 후, 어큐뮬레이터(50)로 유입된다.

여기서 상기 실내컨덴서(20)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 배터리(미도시)의 온도가 상승하여 배터리 냉각이 필요한 경우, 상기 제3유로개폐밸브(310)의 개방으로 상기 서브냉매순환라인(300)을 따라 상기 서브팽창장치(320)로 유입되고, 상기 서브팽창장치(320)로 유입된 냉매는 팽창된 후, 상기 제3 냉매순환라인(130)으로 합류한 후 배터리칠러(80)로 유입된다.

따라서 상기한 과정에 의해 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인해 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있어 전기자동차의 연비 향상 효과를 얻게 된다.

그리고 배터리(미도시)가 원하는 온도로 냉각된 후, 상기 제3유로개폐밸브(310)가 상기 서브냉매순환라인(300)을 폐쇄하여, 난방 성능을 최대로 유지하게 한다.

도 4를 참조한 냉방모드에서는 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 상기 제1유로개폐밸브(110)는 개방 제어되고, 상기 제2유로개폐밸브(121)는 폐쇄 제어되며, 제1팽창밸브(101)는 개방 제어되고, 제2팽창밸브(102) 및 제3팽창밸브(131)는 폐쇄 제어된다.

상기한 밸브들의 제어에 의해 냉매는 상기 전동압축기(10)로 유입되어 압축된 후 토출되고, 상기 전동압축기(10)에서 토출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 실내컨덴서(20)로 유입되는데, 이때 실내컨덴서(20)로 유입된 급기와의 열교환 없이 유출된다.

그리고 상기 실내컨덴서(20)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 상기 제1유로개폐밸브(110)의 개방으로 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하고, 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하는 냉매는 상기 실외컨덴서(30)로 유입되어 상기 실외컨덴서(30)에서 공냉된 후, 공냉된 냉매가 상기 실외컨덴서(30)에서 유출되고, 상기 실외컨덴서(30)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 제1팽창밸브(101)에 의해 팽창된 후, 상기 증발기(40)로 유입된다.

상기 증발기(40)로 유입된 냉매는 상기 증발기(40)에서 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 급기로부터 흡열하여 급기가 냉각되고, 냉각된 급기는 자동차 실내로 제공되어 자동차 실내의 냉방이 이루어진다.

그리고 상기 증발기(40)에서 유출된 냉매는 제1 냉매순화라인(100)을 통해 상기 어큐뮬레이터(50)로 유입된다.

상기 어큐뮬레이터(50)로 유입된 냉매는 액상과 기상으로 분리되면서 기상 냉매만 유출되고, 유출된 기상 냉매는 상기 냉매순화라인(100)을 통해 전동압축기(10)로 재유입되는 순환과정을 이룬다.

여기서 냉방모드 중 배터리 냉각을 실시할 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이 냉방 배터리 냉각모드에서는 냉난방 시스템의 제어부에서 송출된 신호 또는 사용자의 선택에 의해 상기 제1유로개폐밸브(110)는 개방 제어되고, 상기 제2유로개폐밸브(121)는 폐쇄 제어되며, 제1팽창밸브(101) 및 제3팽창밸브(131)는 개방 제어되고, 제2팽창밸브(102)는 폐쇄 제어된다.

그리고 상기 실내컨덴서(20)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 상기 제1유로개폐밸브(110)의 개방으로 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하고, 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하는 냉매는 상기 실외컨덴서(30)로 유입되어 상기 실외컨덴서(30)에서 공냉된 후, 공냉된 냉매가 상기 실외컨덴서(30)에서 유출되고, 상기 실외컨덴서(30)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 제1팽창밸브(101) 및 제3팽창밸브(131)의 개방으로, 냉매가 제1 냉매순환라인(100) 및 상기 제3 냉매순환라인(130)으로 분기되어 유동하게 되고, 상기 제3 냉매순환라인(130)을 유동하는 냉매는 상기 제3팽창밸브(131)에 의해 팽창된 후, 상기 배터리칠러(80)로 유입된다.

그리고 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하는 냉매는 제1팽창밸브(101)에 의해 팽창된 후, 상기 증발기(40)로 유입된다.

여기서 상기 실내컨덴서(20)에서 유출된 냉매는 상기 제1 냉매순환라인(100)을 따라 유동하다 배터리(미도시)의 온도가 상승하여 배터리 냉각이 필요한 경우 상기 제3유로개폐밸브(310)의 개방으로 상기 서브냉매순환라인(300)을 따라 상기 서브팽창장치(320)로 유입되고, 상기 서브팽창장치(320)로 유입된 냉매는 팽창된 후, 상기 제3 냉매순환라인(130)으로 합류한 후 배터리칠러(80)로 유입된다.

따라서 상기한 과정에 의해 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인해 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있어, 전기자동차의 연비 향상 효과를 얻게 된다.

그리고 냉매의 서브팽창이 없는 경우 상기 제3유로개폐밸브(310)가 상기 서브냉매순환라인(300)을 폐쇄하여, 난방 성능을 최대로 유지하게 한다.

그러므로 상기한 과정에 의해 배터리 냉각을 초기에 신속하게 대응할 수 있고, 초기 배터리 냉각으로 인하여 증발기의 냉방능력이 떨어지지 않고 지속적으로 유지할 수 있으며, 전체적으로 전동압축기의 운전 시간 및 회전수를 줄일 수 있어서, 전기자동차의 연비 향상을 높일 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 공조유닛의 하우징
2: 송풍수단
3: 난방통로
4: 냉방통로
5: 통로개폐도어
6: PTC히터
10: 전동압축기
20: 실내컨덴서
30: 실외컨덴서
40: 증발기
50: 어큐뮬레이터
60: 폐열칠러
80: 배터리칠러
100: 제1 냉매순환라인
101: 제1팽창밸브
102: 제2팽창밸브
110: 제1유로개폐밸브
120: 냉매바이패스라인
121: 제2유로개폐밸브
130: 제3 냉매순환라인
131: 제3팽창밸브
200: 제2 냉매순환라인
300: 서브냉매순환라인
310: 제3유로개폐밸브
320: 서브팽창장치

Claims

외부에서 인가되는 전원에 의해 구동하여 유입된 냉매를 압축하여 토출하는 전동압축기;
유입된 냉매가 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 방열하여 급기를 히팅하는 실내컨덴서;
유입된 냉매를 공냉하여 유출하는 실외컨덴서;
유입된 냉매를 팽창하여 유출하는 제1팽창밸브;
유입된 냉매가 자동차 실내로 제공되는 급기와의 열교환으로 흡열하여 급기를 냉각하는 증발기;
유입된 냉매를 액상과 기상으로 분리하면서 기상 냉매만 상기 전동압축기로 유출하는 어큐뮬레이터;
상기 전동압축기, 실내컨덴서, 실외컨덴서, 제1팽창밸브, 증발기, 어큐뮬레이터 순으로 연결되어, 냉매를 순환시키는 제1 냉매순환라인;
상기 제1 냉매순환라인 중 상기 실외컨덴서의 유입단 측에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 어큐뮬레이터의 유입단과 연결되는 제2 냉매순환라인;
상기 제2 냉매순환라인 상에 구비되면서, 유입된 냉매를 전기자동차의 전장부를 통과한 냉각수의 폐열과 열교환시킨 후 유출하는 폐열칠러;
상기 제1 냉매순환라인 중 상기 제1팽창밸브의 유입단 측 사이에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제1 냉매순환라인 중 어큐뮬레이터의 유입단 측에 연결되는 제3 냉매순환라인;
상기 제3 냉매순환라인 상에 구비되면서, 유입된 냉매를 배터리를 통과한 냉각수의 폐열과 열교환시킨 후 유출하는 배터리칠러;
상기 제3 냉매순환라인 중 배터리칠러의 유입단 측에 구비되어, 상기 배터리칠러로 유입되는 냉매를 팽창한 후 유입되도록 하는 제3팽창밸브;
상기 제1 냉매순환라인 중 상기 실내컨덴서의 유출단 측 사이에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제3 냉매순환라인 중 배터리칠러의 유입단 측에 연결되는 서브냉매순환라인; 및
상기 서브냉매순환라인 상에 구비되어, 상기 서브냉매순환라인을 따라 유동하는 냉매를 팽창하는 서브팽창장치를 포함하는 전기자동차용 냉난방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 냉매순환라인 중 제2 냉매순환라인과 상기 실외컨덴서의 유입단 측 사이에 구비되어, 선택적으로 제1 냉매순환라인을 개폐하는 제1유로개폐밸브와;
상기 제1 냉매순환라인 중 상기 실외컨덴서의 유출단 측에서 일측이 분기되고, 타측은 상기 제2 냉매순환라인 중 어큐뮬레이터의 유입단 측에 연결되는 냉매바이패스라인과;
상기 냉매바이패스라인에 구비되어, 선택적으로 상기 냉매바이패스라인을 개폐하는 제2유로개폐밸브와;
상기 서브냉매순환라인에 구비되어, 선택적으로 상기 서브냉매순환라인을 개폐하는 제3유로개폐밸브;를 포함하는 전기자동차용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 냉매순환라인 중 폐열칠러의 유입단 측에 구비되어, 상기 폐열칠러로 유입되는 냉매를 팽창한 후 유입되도록 하는 제2팽창밸브;를 포함하는 전기자동차용 냉난방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 실내컨덴서의 후방에 구비되고, 외부에서 인가되는 전원에 의해 구동하여 상기 실내컨덴서를 통과한 급기에 방열하여 열을 더하는 PTC히터;를 포함하는 전기자동차용 냉난방 시스템.
청구항 3에 있어서,
난방모드 운전 시,
상기 제1유로개폐밸브는 폐쇄 제어되고, 상기 제2유로개폐밸브는 개방 제어되며, 상기 제1팽창밸브 및 제3팽창밸브는 폐쇄 제어되고, 상기 제2팽창밸브는 개방 제어되며, 상기 제3유로개폐밸브는 폐쇄 제어되는 전기자동차용 냉난방 시스템.
청구항 5에 있어서,
난방모드 중 배터리 냉각을 실시할 경우,
상기 제1유로개폐밸브는 개방 제어되고, 상기 제2유로개폐밸브는 폐쇄 제어되며, 상기 제2팽창밸브 및 제3팽창밸브는 개방 제어되고, 상기 제1팽창밸브는 폐쇄 제어되며, 상기 제3유로개폐밸브는 개방 제어되는 전기자동차용 냉난방 시스템.
청구항 3에 있어서,
냉방모드 운전 시,
상기 제1유로개폐밸브는 개방 제어되고, 상기 제2유로개폐밸브는 폐쇄 제어되며, 상기 제1팽창밸브는 개방 제어되고, 상기 제2팽창밸브 및 제3팽창밸브는 폐쇄 제어되며, 상기 제3유로개폐밸브는 폐쇄 제어되는 전기자동차용 냉난방 시스템.
청구항 7에 있어서,
냉방모드 중 배터리 냉각을 실시할 경우,
상기 제1유로개폐밸브는 개방 제어되고, 상기 제2유로개폐밸브는 폐쇄 제어되며, 상기 제1팽창밸브 및 제3팽창밸브는 개방 제어되고, 상기 제2팽창밸브는 폐쇄 제어되며, 상기 제3유로개폐밸브는 개방 제어되는 전기자동차용 냉난방 시스템.