KR102654658B1 - 차량용 열관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로서, "에어컨 모드" 작동 중에 엔진을 작동시키지 않고서도 차실내의 온풍 공급이 가능하고, 이를 통해, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진의 작동을 최소화하여, 차량의 연비를 개선시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매순환라인과, 엔진의 냉각수를 히터코어에 순환시켜 엔진의 폐열로 차실내를 난방하는 냉각수순환라인을 포함하는 차량용 열관리 시스템에 있어서, 냉매순환라인의 냉매가 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기를 통과하여 흐르고 실내열교환기의 냉매 냉기를 이용하여 차실내를 냉방하는 에어컨 모드로 제어되고, 차실내에 온풍 공급이 필요할 시에, 압축기 토출 냉매 열과, 엔진의 냉각수 열 중, 어느 하나를 차실내의 온풍 공급원으로 선택하는 온풍 공급원 선택부를 구비한다.

Description

차량용 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, "에어컨 모드" 작동 중에, 엔진을 작동시키지 않고서도 차실내의 온풍 공급이 가능하고, 이를 통해, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진의 작동을 최소화하여, 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.
하이브리드(Hybrid) 차량은, 전기모터와 내연기관(엔진)을 병행하여 사용하는 차량으로서, 차량의 주행부하가 클 경우, 예를 들면, 고속주행시나 오르막길 주행시에는 "엔진 구동모드"로 전환되면서 엔진을 사용한다.
반대로, 차량의 주행부하가 작을 경우, 예를 들면, 저속주행이나 정차시에는 "모터 구동모드"로 전환되면서 전기모터를 사용한다.
이러한 하이브리드 차량(이하, "차량"이라 통칭함)은, 차실내를 냉,난방하는 공조장치를 갖추고 있다.
공조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1)와 응축기(3)와 팽창밸브(5)와 증발기(6) 및 히터코어(7)를 갖추고 있는 것으로, 차실내의 "냉방모드" 시에는, 압축기(1)의 냉매를 응축기(3)와 팽창밸브(5)와 증발기(6)로 순환시킴으로써, 증발기(6)에서 냉기를 발생시키고, 발생된 냉기를 차실내 공급하여 차실내를 냉방한다.
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, 엔진(8)의 냉각수를 히터코어(7)에 순환시킴으로써, 엔진(8)의 폐열을 히터코어(7)에 전달하여 열기를 발생시키고, 발생된 열기를 차실내에 공급하여 차실내를 난방한다.
한편, 공조장치는, 차량이 "모터 구동모드"로 제어되고 있는 상태에서 "난방모드"로 진입할 경우가 종종 발생하는데, 이러한 경우, "모터 구동모드"에서 "엔진 구동모드"로 전환되면서 엔진(8)을 재작동시킨다.
따라서, 엔진(8)의 폐열을 이용한 차실내 난방이 가능하게 하고, 이로써, 차실내의 난방성능을 높인다.
그런데, 이러한 종래의 공조장치는, "모터 구동모드" 상태에서 "난방모드"의 "진입과 해제"가 빈번하게 발생되는 경우가 있는데, 이럴 때마다 엔진(8)이 빈번하게 온(ON), 오프(OFF)된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 에너지 소모가 증가되고, 차실내로 송풍되는 온도가 변화되어 차실내의 쾌적성이 떨어진다는 문제점이 있다.
특히, 엔진(8)이 빈번하게 온(ON), 오프(OFF)되므로, 에너지 소모가 급격하게 증가되고, 이로써, 차량의 연비가 현저하게 저하된다는 결점이 있다.
한편, 이를 감안하여, 공조장치를 "히트펌프식(Heat Pump Type)"으로 개선하는 방법이 있다.
히트펌프식 공조장치(도시하지 않음)는, 냉매의 흐름 방향에 따라 "에어컨 모드" 또는 "히트펌프 모드"로 제어되면서 냉방용 또는 난방용으로 사용하는 것으로, 차실내의 "난방모드" 시, 엔진(8)을 재작동시키지 않고서도 차실내를 난방할 수 있게 한다. 따라서, 차량의 연비를 개선시킨다.
그러나, 이러한 히트펌프식 공조장치는, "에어컨 모드" 작동 중에, 차실내에 온풍을 공급하여 토출공기의 온도를 상승시켜야 할 경우가 종종 발생되는데, 이러한 경우에 대응할 수 없다는 단점이 있다.
특히, 마일드(Mild)한 외기 온도조건에서는, 에어컨과 히터가 동시에 작동되면서 에어컨의 냉풍과 히터의 온풍을 차실내에 동시에 공급할 필요가 있는데, 종래의 히트펌프식 공조장치는, 이러한 상황에 대응할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 공조장치를 히트펌프식으로 개선하더라도, "에어컨 모드" 작동 중, 차실내에 온풍을 공급해야 할 경우, 여전히 엔진(8)을 작동시킬 수 밖에 없다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 여전히 에너지 소모가 심하고, 그 결과, 차량의 연비가 저하된다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 엔진을 작동시키지 않고서도, "에어컨 모드" 작동 중 차실내에 온풍을 공급할 수 있고, 이를 통해, 에너지 소비를 최소화하고서도 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있는 히트펌프식 차량용 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, "에어컨 모드" 작동 중 차실내에 온풍을 공급해야 할 시에, 엔진을 작동시키되, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진의 작동을 최소화할 수 있는 히트펌프식 차량용 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진의 작동을 최소화할 수 있도록 구성함으로써, 에너지 소비를 최소화하여 차량의 연비를 개선시킬 수 있는 차량용 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템은, 냉매순환라인과, 엔진의 냉각수를 히터코어에 순환시켜 상기 엔진의 폐열로 차실내를 난방하는 냉각수순환라인을 포함하는 차량용 열관리 시스템에 있어서, 상기 냉매순환라인의 냉매가 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기를 통과하여 흐르고 상기 실내열교환기의 냉매 냉기를 이용하여 차실내를 냉방하는 에어컨 모드로 제어되고, 차실내에 온풍 공급이 필요할 시에, 상기 압축기 토출 냉매 열과, 상기 엔진의 냉각수 열 중, 어느 하나를 차실내의 온풍 공급원으로 선택하는 온풍 공급원 선택부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 온풍 공급원 선택부는, 상기 냉매순환라인의 압축기 토출의 고압,고온의 냉매에서 발생된 열을 상기 냉각수순환라인의 냉각수에 전달하는 수냉식 열교환기와; 상기 엔진과 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 엔진의 폐열을 상기 히터코어에 전달하거나, 또는 상기 수냉식 열교환기와 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 냉매순환라인측 열을 상기 히터코어에 전달할 수 있도록, 상기 냉각수순환라인의 냉각수 흐름을 제어하는 흐름제어밸브와 워터펌프 및; 상기 엔진과 히터코어 사이에서의 냉각수 순환에 따른 상기 엔진 폐열의 차실내 온풍 공급과, 상기 수냉식 열교환기와 히터코어 사이에서의 냉각수 순환에 따른 상기 냉매순환라인 열의 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도와, 상기 압축기의 출구측 냉매토출온도에 따라, 상기 냉매순환라인의 열을 통한 차실내 온풍 공급과, 상기 엔진의 냉각수 열을 통한 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도가 상기 압축기의 출구측 냉매토출온도 이하인 조건에서, 상기 냉각수토출온도와 냉매토출온도 간의 온도편차에 따라, 상기 냉매순환라인의 열을 통한 차실내 온풍 공급과, 상기 엔진의 냉각수 열을 통한 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 제어부는, 상기 냉각수토출온도와 냉매토출온도 간의 온도편차가, 미리 설정된 기준온도편차를 초과하면, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를, 상기 수냉식 열교환기와 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시키는 방향으로 제어하여, 상기 냉매순환라인의 열이 차실내 온풍 공급원으로 사용될 수 있게 하고, 상기 냉각수토출온도와 냉매토출온도 간의 온도편차가, 기준온도편차 이하이면, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를, 상기 엔진과 히터코어 사이에서 냉매를 순환시키는 방향으로 제어하여, 엔진의 폐열이 차실내 온풍 공급원으로 사용될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템에 의하면, 구조와 제어로직을 개선함으로써, 엔진을 작동시키지 않고서도, "에어컨 모드" 작동 중에 차실내의 온풍 공급이 가능하다는 효과가 있다.
또한, 엔진을 작동시키지 않고서도, "에어컨 모드" 작동 중에 차실내의 온풍 공급이 가능하므로, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진의 작동을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진의 작동을 최소화할 수 있으므로, 차량의 연비를 개선시킴과 동시에 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량용 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 1실시예를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 1실시예의 작동예를 나타내는 작동도로서, 엔진의 폐열에 의존하지 않고 히트펌프측 열을 이용하여 차실내에 온풍을 공급하는 사례를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 1실시예의 작동예를 나타내는 작동도로서, 엔진의 폐열을 이용하여 차실내에 온풍을 공급하는 사례를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 1실시예의 작동예를 나타내는 플로우챠트,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 2실시예를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 2실시예의 작동예를 나타내는 작동도로서, 엔진의 폐열에 의존하지 않고 히트펌프측 열을 이용하여 차실내에 온풍을 공급하는 사례를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 2실시예의 작동예를 나타내는 작동도로서, 엔진의 폐열을 이용하여 차실내에 온풍을 공급하는 사례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
[ 제 1실시예 ]
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 공조장치를 구비하며, 상기 공조장치는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매순환라인(10)과 냉각수순환라인(20)을 구비한다.
냉매순환라인(10)은, 압축기(12)와 수냉식 열교환기(14)와 히트펌프모드용 팽창밸브(15)와 실외열교환기(16)와 에어컨모드용 팽창밸브(17)와 실내열교환기(19)를 갖추고 있다.
이러한 냉매순환라인(10)은, 차실내의 "냉방모드" 시에, "에어컨 모드"로 제어되면서, 압축기(12)와 수냉식 열교환기(14)와 실외열교환기(16)와 에어컨모드용 팽창밸브(17)와 실내열교환기(19)로 구성되는 "냉매 순환루프"를 형성한다.
특히, 압축기(12)의 토출 냉매가 수냉식 열교환기(14)를 통과하면서 1차로 응축되고, 실외열교환기(16)를 통과하면서 2차 응축되며, 팽창밸브(17)를 통과하면서 감압,팽창되고, 실내열교환기(19)를 통과하면서 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 통해 차실내를 냉방한다.
그리고 차실내의 "난방모드" 시에는, "히트펌프 모드"로 제어되면서, 압축기(12)와 수냉식 열교환기(14)와 히트펌프모드용 팽창밸브(15)와 실외열교환기(16)로 구성되는 "냉매 순환루프"를 형성하고, 이러한 "냉매 순환루프"를 통해 수냉식 열교환기(14)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 냉각수순환라인(20)에 전달한다. 이로써, 냉각수순환라인(20)으로 전달된 고온의 "열"이 히터코어(22)를 통해 차실내로 방출되어 차실내를 난방할 수 있게 한다.
여기서, 수냉식 열교환기(14)는, 냉매순환라인(10)의 냉매가 순환되는 냉매유로(14a)와, 냉각수순환라인(20)의 냉각수가 순환되는 냉각수유로(14b)를 갖추고 있다.
이들 냉매유로(14a)와 냉각수유로(14b)는, 서로 대응되게 형성되어 냉매순환라인(10)의 냉매와, 냉각수순환라인(20)의 냉각수를 상호 열교환시킨다.
특히, 차량이 "모터 구동모드" 상태로 제어되고 있는 상태에서, "난방모드"로 진입할 경우, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)측 고온 냉매와, 냉각수순환라인(20)의 냉각수가 상호 열교환되게 한다.
따라서, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)측 "열"이 냉각수순환라인(20)의 냉각수로 전달되고, "열"이 전달된 냉각수가 히터코어(22)로 순환되면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
또한, 수냉식 열교환기(14)의 냉매유로(14a)와 냉각수유로(14b)는, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서, 차실내에 온풍 공급이 필요할 경우, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)측 고온 냉매와, 냉각수순환라인(20)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
따라서, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)측 "열"이, 냉각수순환라인(20)의 냉각수로 전달되면서 히터코어(22)를 통해 차실내에 방출될 수 있게 한다. 이로써, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서도, 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 냉각수순환라인(20)은, 히터코어(22)와 엔진(24)과 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)를 서로 연결하고, 이들 사이에서 워터펌프(28)를 통해 냉각수를 순환시키는 것으로, 히터코어(22)측과 엔진(24)측을 서로 연통시키거나, 또는 히터코어(22)측과 수냉식 열교환기(14)측을 서로 연통시키는 흐름제어밸브(26)를 포함한다.
흐름제어밸브(26)는 삼방향 제어밸브로서, 히터코어(22)에 대해 병렬로 연결되는 엔진(24)과 수냉식 열교환기(14)의 분지점에 설치된다.
이러한 삼방향 흐름제어밸브(26)는, 차실내의 "난방모드" 시에, 히터코어(22)측과 엔진(24)측을 서로 연통시킴으로써, 히터코어(22)와 엔진(24) 사이에 "냉각수 순환루프"가 형성되게 하거나, 또는 히터코어(22)측과 수냉식 열교환기(14)측을 서로 연통시킴으로써, 히터코어(22)와 수냉식 열교환기(14) 사이에 "냉각수 순환루프"가 형성될 수 있게 한다.
따라서, 차실내의 "난방모드" 시에, 엔진(24)과 히터코어(22) 사이에서 냉각수를 순환시켜, 엔진(24)의 폐열을 통해 차실내를 난방하거나, 또는 수냉식 열교환기(14)와 히터코어(22) 사이에서 냉각수를 순환시켜, 수냉식 열교환기(14)에서 발생된 열을 통해 차실내를 난방하도록 구성된다.
또한, 삼방향 흐름제어밸브(26)는, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서, 차실내에 온풍 공급이 필요할 경우, 히터코어(22)측과 수냉식 열교환기(14)측을 서로 연통시킴으로써, 히터코어(22)와 수냉식 열교환기(14) 사이에 "냉각수 순환루프"가 형성될 수 있게 한다.
따라서, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)측 고온 냉매와, 냉각수순환라인(20)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
이로써, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)측 "열"이, 냉각수순환라인(20)의 냉각수로 전달되면서 히터코어(22)를 통해 차실내에 방출될 수 있게 한다. 그 결과, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서도, 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서, 차실내에 온풍 공급이 필요할 시에, 예를 들면, 마일드(Mild)한 외기조건에서 차실내에 냉풍과 온풍을 동시에 공급할 필요가 있을 시에, 엔진(24)의 폐열과 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열 중, 어느 하나를 차실내의 온풍 공급원으로 선택하는 온풍 공급원 선택부(30)를 포함한다.
온풍 공급원 선택부(30)는, 제어부(32)를 구비한다. 제어부(32)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서, 엔진 출구측 냉각수온도 감지센서(34)에서 입력된 "냉각수토출온도"와, 압축기 출구측 냉매온도 감지센서(36)에서 입력된 "냉매토출온도"를 비교한다.
비교 결과, 엔진(24)의 "냉각수토출온도"가, 압축기(12)의 "냉매토출온도" 이하일 시에, 상기 제어부(32)는, 상기 "냉각수토출온도"와 "냉매토출온도" 간의 온도편차를 미리 설정된 "기준온도편차", 예를 들면, "10℃"와 다시 비교한다.
비교 결과, "냉각수토출온도"와 "냉매토출온도" 간의 온도편차가, "기준온도편차"를 초과하면, 예를 들어, "10℃"를 초과하면, 상기 제어부(32)는, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열로도 차실내의 온풍 공급이 충분히 가능하다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 상기 제어부(32)는, "히트펌프측 온풍공급모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(20)의 흐름제어밸브(26)와 워터펌프(28)를 제어하여, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)와 히터코어(22)를 연통시킨다.
따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 히터코어(22)와 수냉식 열교환기(14) 사이에 "냉각수 순환루프"가 형성될 수 있게 하고, 형성된 "냉각수 순환루프"를 통해 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 "열"을 히터코어(22)로 전달하며, 히터코어(22)로 전달된 수냉식 열교환기(14)측 "열"을 통해 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다.
결국, 제어부(32)는, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서도, 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다. 특히, 엔진(24)을 작동시키지 않고서도, "에어컨 모드" 작동 중, 차실내에 온풍을 공급할 수 있게 한다.
그 결과, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진(24)의 작동을 최소화할 수 있고, 이로써, 차량의 연비를 개선시킴과 동시에 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 제어부(32)는, "냉각수토출온도"와 "냉매토출온도" 간의 온도편차가, "기준온도편차" 이하이면, 예를 들어, "10℃" 이하이면, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열로는 차실내의 온풍 공급이 부족하다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 상기 제어부(32)는, "엔진측 온풍공급모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(20)의 흐름제어밸브(26)와 워터펌프(28)를 제어하여, 엔진(24)과 히터코어(22)를 연통시킨다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 히터코어(22)와 엔진(24) 사이에 "냉각수 순환루프"가 형성될 수 있게 하고, 형성된 "냉각수 순환루프"를 통해 엔진(24)의 폐열을 히터코어(22)로 전달하며, 히터코어(22)로 전달된 엔진(24)의 폐열을 통해 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다.
결국, 제어부(32)는, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열이 낮아서, 엔진(24)의 폐열과의 편차가 작을 때만 엔진(24)의 폐열을 이용하여 차실내에 온풍을 공급한다.
따라서, 가능한 엔진(24)의 폐열을 최소한으로 사용하도록 구성된다. 특히, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서, 가능한 한 엔진(24)의 폐열에 의존하지 않고, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열을 이용하여 차실내에 온풍을 공급할 수 있게 구성된다.
그 결과, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진(24)의 작동을 최소화할 수 있고, 이로써, 차량의 연비를 개선시킴과 동시에 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있게 된다.
다음으로, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작동예를 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
먼저, 도 5와 도 2를 참조하면, 공조장치의 냉매순환라인(10)이 온(ON)된 상태에서(S101), 현재 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되는 지를 판단한다(S103).
판단 결과, "에어컨 모드"로 제어되고 있으면, 상기 제어부(32)는, 엔진(24)의 "냉각수토출온도"가 압축기(12)의 "냉매토출온도" 이하인지를 다시 판단한다(S105).
판단 결과, "냉각수토출온도"가 "냉매토출온도" 이하이면, 제어부(32)는, "냉각수토출온도"와 "냉매토출온도" 간의 온도편차가, "기준온도편차", 예를 들면, "10℃"를 초과하는 지를 다시 판단한다(S107).
판단 결과, "냉각수토출온도"와 "냉매토출온도" 간의 온도편차가, "기준온도편차"를 초과하면, 예를 들어, "10℃"를 초과하면, 상기 제어부(32)는, "히트펌프측 온풍공급모드"로 진입한다(S109).
그리고 "히트펌프측 온풍공급모드"로 진입한 제어부(32)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각수순환라인(20)의 흐름제어밸브(26)와 워터펌프(28)를 제어하여, 히터코어(22)와 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)로 구성되는 "냉각수 순환루프"를 형성하고(S111), 형성된 "냉각수 순환루프"로 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)측 "열"을 히터코어(22)에 전달하여 차실내에 온풍을 공급한다(S113).
따라서, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서도, 차실내에 온풍이 공급되게 한다. 특히, 엔진(24)을 작동시키지 않고서도, "에어컨 모드" 작동 중, 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다.
한편, (S107) 단계에서의 판단 결과, "냉각수토출온도"와 "냉매토출온도" 간의 온도편차가, "기준온도편차"를 초과하지 않으면(S107-1), 즉, "냉각수토출온도"와 "냉매토출온도" 간의 온도편차가, "기준온도편차" 이하이면, 예를 들어, "10℃" 이하이면, 상기 제어부(32)는, "엔진측 온풍공급모드"로 진입한다(S115).
그리고 "히트펌프측 온풍공급모드"로 진입한 제어부(32)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각수순환라인(20)의 흐름제어밸브(26)와 워터펌프(28)를 제어하여, 히터코어(22)와 엔진(24)으로 구성되는 "냉각수 순환루프"를 형성하고(S117), 형성된 "냉각수 순환루프"로 엔진(24)의 "폐열"을 히터코어(22)에 전달하여 차실내에 온풍을 공급한다(S119).
따라서, 냉매순환라인(10)이 "에어컨 모드"로 제어되고 있는 상태에서도, 차실내에 온풍이 공급되게 한다.
이때, 제어부(32)는, 엔진(24)이 오프(OFF)되어 있으면, 상기 엔진(24)을 온(ON)시킨다. 따라서, 엔진(24)의 폐열이 히터코어(22)에 전달될 수 있게 한다.
[ 제 2실시예 ]
다음으로, 도 6 내지 도 8에는 본 발명에 따른 차량용 열관리 시스템의 제 2실시예를 나타내는 도면이 도시되어 있다.
먼저, 도 6을 참조하면, 제 2실시예의 열관리 시스템은, 히터코어 입구측 냉각수온도 감지센서(38)를 더 구비하며, 상기 제어부(32)는, 상기 엔진 출구측 냉각수온도 감지센서(34)와, 압축기 출구측 냉매온도 감지센서(36)와, 히터코어 입구측 냉각수온도 감지센서(38)에서 입력된 각각의 온도 데이터를 근거로 상기 흐름제어밸브(26)와 엔진(24)과 워터펌프(28)를 제어하도록 구성된다.
이를 상세히 설명하면, 상기 제어부(32)는, 차실내에 온풍 공급이 필요할 시에, 압축기 출구측 냉매온도 감지센서(36)에서 입력된 "냉매토출온도"와, 히터코어 입구측 냉각수온도 감지센서(38)에서 입력된 "냉각수도입온도"를 비교한다.
비교 결과, 압축기(12)의 "냉매토출온도"가, 히터코어(22)의 "냉각수도입온도"이상일 시에, 상기 제어부(22)는, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열로도 차실내의 온풍 공급이 충분히 가능하다고 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 상기 제어부(32)는, "히트펌프측 온풍공급모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(20)의 흐름제어밸브(26)와 워터펌프(28)를 제어하여, 냉매순환라인(10)의 수냉식 열교환기(14)와 히터코어(22)를 연통시킨다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 히터코어(22)와 수냉식 열교환기(14) 사이에 "냉각수 순환루프"가 형성될 수 있게 하고, 형성된 "냉각수 순환루프"를 통해 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 "열"을 히터코어(22)로 전달하며, 히터코어(22)로 전달된 수냉식 열교환기(14)측 "열"을 통해 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다.
결국, 제어부(32)는, 차실내에 온풍 공급이 필요할 시에, 엔진(24)을 작동시키지 않고서도, 차실내에 온풍을 공급할 수 있게 한다. 그 결과, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진(24)의 작동을 최소화할 수 있고, 이로써, 차량의 연비를 개선시킴과 동시에 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있게 된다.
여기서, 제어부(32)는, "히트펌프측 온풍공급모드"로 진입할 시에, 냉매순환라인(10)의 압축기(12)를 작동시켜야 함은 물론이다.
한편, 상기 제어부(32)는, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 "열"로써, 차실내에 온풍을 공급하는 과정에서, 엔진 출구측 냉각수온도 감지센서(34)에서 입력된 "냉각수토출온도"와, 히터코어 입구측 냉각수온도 감지센서(38)에서 입력된 "냉각수도입온도"를 지속적으로 비교한다.
비교 결과, 엔진(24)의 "냉각수토출온도"가, 히터코어(22)의 "냉각수도입온도"이상일 시에, 상기 제어부(22)는, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열보다 엔진(24)의 폐열을 이용한 차실내의 온풍 공급이 보다 효율적이라 인식한다.
그리고 이러한 인식이 들면, 상기 제어부(32)는, "엔진측 온풍공급모드"로 진입하면서 냉각수순환라인(20)의 흐름제어밸브(26)와 워터펌프(28)를 제어하여, 엔진(24)과 히터코어(22)를 연통시킨다.
따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 히터코어(22)와 엔진(24) 사이에 "냉각수 순환루프"가 형성될 수 있게 하고, 형성된 "냉각수 순환루프"를 통해 엔진(24)의 폐열을 히터코어(22)로 전달하며, 히터코어(22)로 전달된 엔진(24)의 폐열을 통해 차실내에 온풍이 공급될 수 있게 한다.
결국, 제어부(32)는, 히트펌프측 수냉식 열교환기(14)의 열보다 엔진(24)의 폐열이 높을 시에만, 엔진(24)의 폐열을 이용하여 차실내에 온풍을 공급하도록 구성된다.
따라서, 가능한 엔진(24)의 폐열을 최소한으로 사용하고, 이를 통해, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 차량의 연비를 개선시킴과 동시에 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있게 된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 구조와 제어로직을 개선함으로써, 엔진(24)을 작동시키지 않고서도, "에어컨 모드" 작동 중에 차실내의 온풍 공급이 가능하다.
또한, 엔진(24)을 작동시키지 않고서도, "에어컨 모드" 작동 중에 차실내의 온풍 공급이 가능하므로, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진(24)의 작동을 최소화할 수 있다.
또한, 차실내의 쾌적성을 저하시키지 않는 한도내에서 엔진(24)의 작동을 최소화할 수 있으므로, 차량의 연비를 개선시킴과 동시에 차실내의 쾌적성을 개선시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 냉매순환라인 12: 압축기
14: 수냉식 열교환기 15: 히트펌프모드용 팽창밸브(Valve)
16: 실외열교환기 17: 에어컨모드용 팽창밸브
19: 실내열교환기 20: 냉각수순환라인
22: 히터코어(Heater Core) 24: 엔진(Engine)
26: 흐름제어밸브 28: 워터펌프(Water Pump)
30: 온풍 공급원 선택부 32: 제어부
34: 엔진 출구측 냉각수온도 감지센서(Sensor)
36: 압축기 출구측 냉매온도 감지센서
38: 히터코어 입구측 냉각수온도 감지센서

Claims (12)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 냉매순환라인과, 엔진의 냉각수를 히터코어에 순환시켜 상기 엔진의 폐열로 차실내를 난방하는 냉각수순환라인을 포함하는 차량용 열관리 시스템에 있어서,
    상기 냉매순환라인의 냉매가 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기를 통과하여 흐르고 상기 실내열교환기의 냉매 냉기를 이용하여 차실내를 냉방하는 에어컨 모드로 제어되고,
    차실내에 온풍 공급이 필요할 시에, 상기 압축기 토출 냉매 열과, 상기 엔진의 냉각수 열 중, 어느 하나를 차실내의 온풍 공급원으로 선택하는 온풍 공급원 선택부를 포함하며;
    상기 온풍 공급원 선택부는,
    상기 냉매순환라인의 압축기 토출의 고압,고온의 냉매에서 발생된 열을 상기 냉각수순환라인의 냉각수에 전달하는 수냉식 열교환기와;
    상기 엔진과 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 엔진의 폐열을 상기 히터코어에 전달하거나, 또는 상기 수냉식 열교환기와 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 냉매순환라인측 열을 상기 히터코어에 전달할 수 있도록, 상기 냉각수순환라인의 냉각수 흐름을 제어하는 흐름제어밸브와 워터펌프 및;
    상기 엔진과 히터코어 사이에서의 냉각수 순환에 따른 상기 엔진 폐열의 차실내 온풍 공급과, 상기 수냉식 열교환기와 히터코어 사이에서의 냉각수 순환에 따른 상기 냉매순환라인 열의 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하는 제어부를 포함하고;
    상기 제어부는,
    상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도와, 상기 압축기의 출구측 냉매토출온도에 따라, 상기 냉매순환라인의 열을 통한 차실내 온풍 공급과, 상기 엔진의 냉각수 열을 통한 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하고;
    상기 제어부는,
    상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도가 상기 압축기의 출구측 냉매토출온도 이하인 조건에서, 상기 냉각수토출온도와 냉매토출온도 간의 온도편차에 따라,
    상기 냉매순환라인의 열을 통한 차실내 온풍 공급과, 상기 엔진의 냉각수 열을 통한 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 냉각수토출온도와 냉매토출온도 간의 온도편차가, 미리 설정된 기준온도편차를 초과하면, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를, 상기 수냉식 열교환기와 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시키는 방향으로 제어하여, 상기 냉매순환라인의 열이 차실내 온풍 공급원으로 사용될 수 있게 하고,
    상기 냉각수토출온도와 냉매토출온도 간의 온도편차가, 기준온도편차 이하이면, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를, 상기 엔진과 히터코어 사이에서 냉매를 순환시키는 방향으로 제어하여, 엔진의 폐열이 차실내 온풍 공급원으로 사용될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부에 내장된 기준온도편차는, 10℃ 인 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도를 감지할 수 있도록, 상기 엔진의 출구측에 설치되는 엔진 출구측 냉각수온도 감지센서와;
    상기 압축기의 출구측 냉매토출온도를 감지할 수 있도록, 상기 압축기의 출구측에 설치되는 압축기 출구측 냉매온도 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  8. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 엔진의 폐열이 차실내 온풍 공급원으로 사용될 시에, 상기 엔진이 오프(OFF)되어 있으면, 상기 엔진을 온(ON)시키는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  9. 제 4항에 있어서,
    상기 압축기의 토출 냉매 열을 이용하여 차실내를 난방할 경우,
    상기 압축기의 토출 냉매가 수냉식 열교환기를 통과하면서 1차로 응축되고, 실외열교환기를 통과하면서 2차 응축되며, 팽창밸브를 통과하면서 감압,팽창되고, 실내열교환기를 통과하면서 냉기를 발생시킨 후, 상기 압축기로 복귀하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  10. 삭제
  11. 냉매순환라인과, 엔진의 냉각수를 히터코어에 순환시켜 상기 엔진의 폐열로 차실내를 난방하는 냉각수순환라인을 포함하는 차량용 열관리 시스템에 있어서,
    상기 냉매순환라인의 냉매가 압축기와 실외열교환기와 팽창밸브와 실내열교환기를 통과하여 흐르고 상기 실내열교환기의 냉매 냉기를 이용하여 차실내를 냉방하는 에어컨 모드로 제어되고,
    차실내에 온풍 공급이 필요할 시에, 상기 압축기 토출 냉매 열과, 상기 엔진의 냉각수 열 중, 어느 하나를 차실내의 온풍 공급원으로 선택하는 온풍 공급원 선택부를 포함하며;
    상기 온풍 공급원 선택부는,
    상기 냉매순환라인의 압축기 토출의 고압,고온의 냉매에서 발생된 열을 상기 냉각수순환라인의 냉각수에 전달하는 수냉식 열교환기와;
    상기 엔진과 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 엔진의 폐열을 상기 히터코어에 전달하거나, 또는 상기 수냉식 열교환기와 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜 상기 냉매순환라인측 열을 상기 히터코어에 전달할 수 있도록, 상기 냉각수순환라인의 냉각수 흐름을 제어하는 흐름제어밸브와 워터펌프 및;
    상기 엔진과 히터코어 사이에서의 냉각수 순환에 따른 상기 엔진 폐열의 차실내 온풍 공급과, 상기 수냉식 열교환기와 히터코어 사이에서의 냉각수 순환에 따른 상기 냉매순환라인 열의 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하는 제어부를 포함하고;
    상기 제어부는,
    상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도와, 상기 압축기의 출구측 냉매토출온도와, 상기 히터코어의 입구측 냉각수도입온도에 따라, 상기 냉매순환라인의 열을 통한 차실내 온풍 공급과, 상기 엔진의 냉각수 열을 통한 차실내 온풍 공급 중, 어느 하나가 시행될 수 있도록, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를 제어하며;
    상기 제어부는,
    상기 압축기의 출구측 냉매토출온도가, 상기 히터코어의 입구측 냉각수도입온도 이상이면, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를, 상기 수냉식 열교환기와 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시키는 방향으로 제어하여, 상기 냉매순환라인의 열이 차실내 온풍 공급원으로 사용될 수 있게 하고,
    상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도가, 상기 히터코어의 입구측 냉각수도입온도 이상이면, 상기 흐름제어밸브와 워터펌프를, 상기 엔진과 히터코어 사이에서 냉매를 순환시키는 방향으로 제어하여, 엔진의 폐열이 차실내 온풍 공급원으로 사용될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 엔진의 출구측 냉각수토출온도를 감지할 수 있도록, 상기 엔진의 출구측에 설치되는 엔진 출구측 냉각수온도 감지센서와;
    상기 압축기의 출구측 냉매토출온도를 감지할 수 있도록, 상기 압축기의 출구측에 설치되는 압축기 출구측 냉매온도 감지센서와;
    상기 히터코어의 입구측 냉각수도입온도를 감지할 수 있도록, 상기 히터코어의 입구측에 설치되는 히터코어 입구측 냉각수온도 감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.

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