KR200238168Y1 - 전기자동차냉/난방시스템의열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치에 관한 것으로, 동절기에 차량에서 발생되는 각종의 열원을 이용하여 히터의 열원으로 이용할 수 있도록 구성함으로써 효율적인 열이용효과가 발생되고 그로인한 전기자동차의 전력소모를 극소화시킬 수 있도록 한 것으로, 히터모드선택시 일반 냉방장치와 반대되는 경로로 고온고압의 액체로 발열되어 실내난방동작을 수행하는 증발기와, 팽창밸브를 통과하면서 저온저압의 액체로 상변환되어 공기중의 습기가 응축기코어의 표면에 응축되어 응축된 물을 차체밖으로 배출시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 저온저압 기체중에 포함된 습기를 제거하는 어큐뮬레이터 및, 상기 어큐뮬레이터를 통과한 저온저압의 기체를 가압하여 고온고압의 기체로 변환시키는 콤프레샤와,상기 히터모드 또는 에어컨모드중 어느 하나의 모드 선택시 데이터저장수단으로부터 해당되는 스위칭수단을 독취하여 기 선택된 모드에 대한 전자밸브만이 구동될 수 있도록 제 1, 제 2스위칭수단을 온(on)시키는 소정 제어신호를 발생하는 제어부와, 상기 제어부의 제어동작에 따라 상기 히터모드 또는 에어컨모드 중 어느 하나의 제 1, 제 2스위칭수단이 온동작되면 상기 히터모드 또는 에어컨모드에 따른 차량 냉/난방이 수행될 수 있도록 해당 전자밸브로 구동력을 발생하는 전자밸브구동부가 구비된 전기자동차의 냉/난방장치에 있어서, 상기 제어부(108) 및 전자밸브구동부(80,84,94,98)의 선택조작에 따라 상기 히터모드가 선택되는 경우 제 1, 제2전자밸브(48,50)만이 개방되는 한편 응축기(55) 대용으로 열원을 이용할수 있도록 엔진 냉각수의 순환경로상의 소정 위치에 장착되어 열교환이 이루어지는 열교환기(44)가 구비되어 난방기능이 제공되고, 상기 에어컨모드가 선택되는 경우에는 상기 열교환기(44)의 경로와는 무관하게 제 3, 제4전자밸브(52,54)만이 개방되어 냉각팬(53) 구동에 따른 냉방작용이 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치{APPARATUS FOR EXCHANGING HEAT OF AIR-CONDITION/HEATER SYSTEM AT ELECTRONIC VEHICLE}

본 고안은 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기차량의 차량 부재의 열원을 이용하여 냉/난방모드시 응축기의 열교환효율을 높인 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 현재의 차량은 냉/난방장치를 필수적으로 채용하고 있는 바, 일반적인 차량에서의 냉/난방장치는 각각 별개의 장치와 경로로 냉/난방동작이 수행될 수 있게 이루어져 있다.

통상으로 사용되고 있는 난방장치는 통상 엔진의 냉각수를 열원으로 사용하는 방식으로서 승용차를 비롯한 중소형 자동차는 대부분 이 방식을 사용하며, 도 1a에는 이 방식이 채용되는 온수순환계통도를 나타낸다.

동 도면에 도시된 바와 같이, 소형 히터코어(4)에 송풍기(blower)를 설치하고, 여기에 제어장치들을 장착한 비교적 간단한 구조이다. 엔진(6) 냉각수는 배관 계통에 설치되어 있는 워터밸브(2)를 통하여 히터코어(4)를 순환한다. 참조부호 8은 라디에이터서머스탯을 나타내며, 10은 라디에이터를 나타낸다. 한편, 실내통풍은 송풍기에 의해 히터코어핀의 공간에 순환시켜 그 부분에서 열교환을 한다.

또한, 승용차용 냉방장치는 고무호스 또는 금속파이프로 연결하여 냉매순환회로를 구성하고 그 사이를 냉매가 순환하게 이루어져 있는 데, 그 구성으로는 크게 3가지 주요부재로 이루어져 있다.

먼저, 도 1b에 도시된 압축기(18)는 통상 엔진 크랭크축 풀리에 의해 V벨트로 구성되며, 압축기내부의 마그네틱 클러치에 의해 구동축과 단속하도록 되어 있으며, 응축기(22)는 라디에이터 앞에 설치되어 있으며, 냉각 팬과 주행풍에 의해 냉매를 냉각시켜 액화시키고, 증발기(14)는 팽창밸브(12)와 함께 차실내에 설치되어 있으며, 냉매증발시 주위의 열을 흡수하여 냉방작용을 일으키는 부분이다.

도 1b의 냉방사이클을 살펴보면, 상기 증발기(14)에서 저압 저온액체인 냉매에 의해 냉각공기를 실내로 방출시키고 저압 저온기체로 바뀐 냉매를 어큐뮬레이터(16)를 통해 습기를 제거시키고 콤프레샤(18)를 거치면서 가압하여 냉매를 고압 고온의 기체화시키고 콘덴서(20)을 통해 고온고압의 액체로 변환시킨다.

그리고, 다시 고온고압의 액체로 변환된 냉매를 상기 팽창밸브(12)를 통과시켜 저압저온의 액체로 변환시켜 상기 증발기(14)측으로 순환시키면서 실내를 냉각시킨다.

상기한 일반 차량의 냉/난방장치와는 다르게, 전기자동차에서는 상기 냉/난방장치의 소형, 경량화가 요구되므로 냉방장치와 난방장치를 일체로 사용하고 있는 바, 하나의 경로를 구성하여 그 순환방향만을 바꾸어 냉/난방이 가능하도록 설계하여 사용하며 순환방향이 다르기 때문에, 냉방장치에서 응축기가 증발기의 역할을, 증발기는 응축기의 역할을 수행하도록 구성되어 있는 실정이다.

이하, 도 1c를 참조하여 전기자동차 냉/난방장치중 난방장치의 구성과 역할을 보다 상세히 기술하면, 팽창밸브(38)을 통과한 저온저압의 액체는 상기 응축기(30)에서 저온저압의 기체로 상변환되면서 냉각공기를 외부로 배출시키는 데 이때, 팬(31)를 구동하지 않으면 상기 응축기(30)에 빙결현상이 발생되어 히터를 구동시킬 수 없게 된다.

그리고, 상기 응축기(30)를 통과한 저온저압의 기체는 점선순환계통을 따라 어큐뮬레이터(32)로 인가되어 습기가 제거되고, 습기가 제거된 저온저압의 기체는 다시 콤프레샤(34)를 거쳐 가압되어 고온고압의 기체로 상변환되어 증발기(36)를 거치면서 고온고압의 액체로 되고 이때, 차량의 실내로 온기를 투입시키며, 다시 상기한 바와 같이 순환하게 된다.

그러나, 상기 전기자동차의 냉/난방장치에 따르면, 히터모드시 상기 응축기(30)에서 냉각공기를 외부로 유출시키면서 실외기를 통해 흡열동작을 실행하여 상기 증발기(36)로 이송시키는 바, 동절기에는 차량의 주위 실외기의 온도가 낮아 흡열가능한 열량이 감소되므로 히터의 성능이 저하되는 문제점이 발생된다.

이에, 본 고안은 상기한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 모터와 인버터 등을 통해 흡열된 냉각수의 열원을 흡열하여 전기자동차의 난방장치의 열원으로 사용할 수 있도록 된 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 실행하기 위한 본 고안의 일실시예를 따르면, 히터모드선택시 일반 냉방장치와 반대되는 경로로 고온고압의 액체로 발열되어 실내난방동작을 수행하는 증발기와, 팽창밸브를 통과하면서 저온저압의 액체로 상변환되어 공기중의 습기가 응축기코어의 표면에 응축되어 응축된 물을 차체밖으로 배출시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 저온저압 기체중에 포함된 습기를 제거하는 어큐뮬레이터 및, 상기 어큐뮬레이터를 통과한 저온저압의 기체를 가압하여 고온고압의 기체로 변환시키는 콤프레샤와,상기 히터모드 또는 에어컨모드중 어느 하나의 모드 선택시 데이터저장수단으로부터 해당되는 스위칭수단을 독취하여 기 선택된 모드에 대한 전자밸브만이 구동될 수 있도록 제 1, 제 2스위칭수단을 온(on)시키는 소정 제어신호를 발생하는 제어부와, 상기 제어부의 제어동작에 따라 상기 히터모드 또는 에어컨모드 중 어느 하나의 제 1, 제 2스위칭수단이 온동작되면 상기 히터모드 또는 에어컨모드에 따른 차량 냉/난방이 수행될 수 있도록 해당 전자밸브로 구동력을 발생하는 전자밸브구동부가 구비된 전기자동차의 냉/난방장치에 있어서, 상기 제어부 및 전자밸브구동부의 선택조작에 따라 상기 히터모드가 선택되는 경우 제 1, 제2전자밸브만이 개방되는 한편 응축기 대용으로 열원을 이용할 수 있도록 엔진 냉각수의 순환경로상의 소정 위치에 장착되어 열교환이 이루어지는 열교환기가 구비되어 난방기능이 제공되고, 상기 에어컨모드가 선택되는 경우에는 상기 열교환기의 경로와는 무관하게 제 3, 제4전자밸브만이 개방되어 냉각팬 구동에 따른 냉방작용이 제공되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치를 제공한다.

상기한 구성으로 된 본 고안에 의하면, 동절기에 차량에서 발생되는 각종의 열원을 이용하여 열교환기에서 히터의 열원으로 이용할 수 있도록 구성하고 그 열교환기가 응축기의 역할을 대신할 수 있도록 경로를 구성한다.

도 1a는 일반적인 차량의 난방장치의 온수순환계통도를 나타내는 도면,

도 1b는 일반적인 차량의 냉방장치의 냉매순환계통도를 나타내는 도면,

도 1c는 본 고안의 일실시예를 따른 전기자동차 콘덴서의 팬제어장치의 냉/난방순환도를 나타내는 도면,

도 2는 본 고안의 일실시예를 따른 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치의 난방순환로를 나타내는 도면,

도 3은 본 고안의 일실시예를 따른 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치의 구성을 나타내는 블럭구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설정*

44:열교환기, 48,50,52,54:전자밸브,

53:냉각팬, 55:응축기,

56:팽창밸브, 58:어큐뮬레이터,

60:콤프레샤, 62:증발기,

72:기능설정부, 74,88:트랜지스터,

76,90:여자코일, 78,92:릴레이스위치,

80,84,94,98:전자밸브구동부, 102:팬구동부,

106:데이터저장부, 108:제어부.

이하, 첨부되어진 도면을 참조하여 본 고안의 구성을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2는 본 고안의 일실시예를 따른 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치의 난방순환로를 나타내는 도면으로, 전기자동차의 직류전원을 교류로 전환시키기 위한 인버터(40)와 모터(42)에서 발생된 열을 냉각시키기 위해 냉각수를 순환시키며, 상기 인버터(40)와 모터(42)를 통해 열을 흡수하여 고온으로된 냉각수는 열교환장치(44)를 통과하여 라디에이터(46)로 유입된다.

그 상태에서, 제 1전자밸브(48)와 제 2전자밸브(50)을 개방하고, 제 3전자밸브(52)와 제 4전자밸브(54)는 폐로된 채로 유지시키면, 팽창밸브(56)를 통과하여 저온저압의 액체는 상기 제 2전자밸브(50)를 통과하여 상기 열교환기(44)로 유입되어 그 내부의 온수로부터 열을 흡수해서 제 1전자밸브(48)를 통해 유출된다.

그러면, 상기 열교환기(44)에서 열을 흡수한 기체는 다시 어큐뮬레이터(58)로 인가되어 습기가 제거되고, 콤프레샤(60)에서 가압되어 고온고압의 기체로 상변환되어 증발기를 거치면서 고온고압의 액체로 변환되어 순환하게 된다.

반면에, 전기자동차의 에어컨모드시는 상기 제 1전자밸브(48)와 제 2전자밸브(50)가 폐로되고 상기 제 3전자밸브(52)와 제 4전자밸브(54)는 개방되어 상기 열교환기(44)과 무관하게 경로를 선택하고 상기 응축기(55)에서의 발열이 용이하게 이루어지게 하기 위해 냉각팬(53)을 구동시킨다.

그리고, 전기자동차의 에어컨모드시는 도 2에 도시된 점선의 흐름경로와 반대방향으로 순환되므로 일반차량의 에어콘모드와 같은 동작을 수행한다. 즉, 증발기(62)에서 실내로 저온저압의 액체를 이용하여 냉기를 유입시켜 주고 상기 응축기(55)에서는 냉각팬(53) 등을 이용하여 고온고압의 액체에서 열을 방열시킨다.

또한, 도 3은 본 고안의 일실시예를 따른 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치의 구성을 나타내는 블럭구성도로서, 참조부호 70은 시동키에 의해 엔진을 시동시키는 시동스위치를 나타내며, 72는 상기 차량의 전면 콘트롤패널(도시생략)의 온도변환스위치상에 위치하여 에어컨이나 히터모드로의 변환이 가능하도록 기능설정을 하는 기능설정부를 나타낸다.

또, 트랜지스터(74)는 후술하는 제어부(108)로부터 소정의 제어신호를 인가받아 도통되어 배터리전원(B+)을 여자코일(76)으로 인가시켜 그 여자코일(76)의 자기유도작용에 의해 릴레이스위치(78)을 스위칭하며, 제 2스위칭부(88,90,92)도 같은 구성으로 이루어져 있다.

그리고, 참조부호 80은 본 전기자동차의 히터모드선택시 구동되어 제 1전자밸브(48)가 구동될 수 있도록 구동력을 발생하는 제 1전자밸브구동부를 나타내며, 동시에 제 2전자밸브(84)구동부도 같은 구성으로 제 2전자밸브(50)가 구동될 수 있도록 한다. 이때의 전자밸브는 솔레노이드로 구성되어 있는 솔레노이드밸브를 통상사용하고 있다.

또한, 전기자동차의 에어컨모드선택시 제 3, 4의 전자밸브구동부(94,98)도 같은 구성으로 제 3,4전자밸브(52,54)를 구동시키며, 동시에, 상기 응축기(55)의냉각팬(53)이 구동될 수 있도록 하는 팬구동부(102)를 구성한다.

또, 참조부호 106은 상기 기능설정부(72)에서 선택한 모드에 해당하는 상기 스위칭부의 트랜지스터(74,88)중 하나의 트랜지스터에 후술하는 제어부(108)에서 소정의 제어신호를 발생, 인가할 수 있도록 모드에 따른 트랜지스터의 데이터를 저장하고 있으며, 모드선택시 해당하는 전자밸브(48,50,52,54)의 제어뿐 아나라 경로의 변환에 해당하는 데이터로 더 포함하여 저장한 데이터저장부를 나타낸다.

그리고, 참조부호 108은 상기 기능설정부(72)에서 행하는 모드선택에 따라 그 모드에 해당하는 트랜지스터와 유체의 경로를 상기 데이터저장부(106)로부터 독취하여 상기 전자밸브(48,50,52,54)중 해당모드에 대한 전자밸브만이 구동될 수 있도록 제어신호를 발생하는 제어부를 나타낸다.

이하, 상기한 구성의 본 고안에 따른 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치의 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

먼저, 상기 시동스위치(70)가 스위치온(ON)된 상태에서, 상기 온도변환스위치의 스위치를 조작하여 히터모드를 선택하면 상기 제어부(108)은 그 신호를 바탕으로 상기 데이터저장부(106)으로부터 히터모드에 해당하는 트랜지스터(74)와 순환경로(도 2의 점선경로)를 독취하여 그 데이터를 기초로 상기 트랜지스터(74)에 소정의 제어신호를 발생한다.

그러면, 상기 트랜지스터(74)가 상기 제어부(108)의 제어신호를 인가받아 상기 여자코일(76)을 여자시켜 상기 릴레이스위치(78)를 스위치온(ON)시키면 상기 제 1전자밸브구동부(80)과 제 2전자밸브구동부(84)에서 소정의 구동력을 발생하여 제1,2전자밸브(48,50)이 개로된다.

그 상태에서, 도 2의 난방경로는 상기 팽창밸브(56)를 통과한 유체가 상기 응축기(55)와의 사이에 구성된 제 4전자밸브(54)가 폐로되어 있으므로 상기 제 2전자밸브(50)를 통과하여 상기 열교환기(44)로 유입되어 그 내부의 열을 흡수하여 히터의 열원으로 사용될 수 있도록 순환된다.

상기한 바와 같이, 본 고안에 따르는 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치에 의하면, 동절기에 차량에서 발생되는 각종의 열원을 이용하여 히터의 열원으로 이용할 수 있도록 구성함으로써 효율적인 열이용효과가 발생되고 그로인한 전기자동차의 전력소모를 극소화시킬 수 있다는 이점이 있다.

Claims (1)

1. 히터모드선택시 일반 냉방장치와 반대되는 경로로 고온고압의 액체로 발열되어 실내난방동작을 수행하는 증발기와, 팽창밸브를 통과하면서 저온저압의 액체로 상변환되어 공기중의 습기가 응축기코어의 표면에 응축되어 응축된 물을 차체밖으로 배출시키는 응축기와, 상기 응축기를 통과한 저온저압 기체중에 포함된 습기를 제거하는 어큐뮬레이터 및, 상기 어큐뮬레이터를 통과한 저온저압의 기체를 가압하여 고온고압의 기체로 변환시키는 콤프레샤와,상기 히터모드 또는 에어컨모드중 어느 하나의 모드 선택시 데이터저장수단으로부터 해당되는 스위칭수단을 독취하여 기 선택된 모드에 대한 전자밸브만이 구동될 수 있도록 제 1, 제 2스위칭수단을 온(on)시키는 소정 제어신호를 발생하는 제어부와, 상기 제어부의 제어동작에 따라 상기 히터모드 또는 에어컨모드 중 어느 하나의 제 1, 제 2스위칭수단이 온동작되면 상기 히터모드 또는 에어컨모드에 따른 차량 냉/난방이 수행될 수 있도록 해당 전자밸브로 구동력을 발생하는 전자밸브구동부가 구비된 전기자동차의 냉/난방장치에 있어서,

   상기 제어부(108) 및 전자밸브구동부(80,84,94,98)의 선택조작에 따라 상기 히터모드가 선택되는 경우 제 1, 제2전자밸브(48,50)만이 개방되는 한편 응축기(55) 대용으로 열원을 이용할 수 있도록 엔진 냉각수의 순환경로상의 소정 위치에 장착되어 열교환이 이루어지는 열교환기(44)가 구비되어 난방기능이 제공되고, 상기 에어컨모드가 선택되는 경우에는 상기 열교환기(44)의 경로와는 무관하게제 3, 제4전자밸브(52,54)만이 개방되어 냉각팬(53) 구동에 따른 냉방작용이 제공되는 것을 특징으로 하는 전기자동차 냉/난방시스템의 열교환장치.