KR20040103596A - 전기자동차용 히트펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 압축기에 액상 냉매가 유입되지 않도록 하여 액압축에 따른 소음을 방지하고, 압축기의 손상을 막을 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 전기자동차용 히트펌프 시스템은, 전동 압축기(10)와, 상기 전동 압축기에서 토출되는 냉매의 방향을 전환하는 인버터(20)와, 실내측 열교환기(30) 및 실외측 열교환기(40)와, 상기 전동 압축기의 토출측에 연결되며 상기 실내측/실외측 열교환기에 각각 연결되어 냉매의 흐름을 선택적으로 전환하는 사방밸브(50)와, 상기 실내측/실외측 열교환기의 사이에 설치되는 팽창밸브(60)와, 상기 사방밸브의 토출측과 상기 인버터를 연결하여 상기 실내측/실외측 열교환기를 통과한 냉매가 상기 인터버를 통과한 후 상기 전동 압축기에 유입되도록 안내하는 제 1 및 제 2 냉매 순환관(70)(80)을 포함하여 이루어진다. 이에 의하여, 냉매가 전동 압축기에 유입되기 이전에 인버터를 통과하여 냉매에 포함된 수분이 인버터에서 발열되는 열에 의해 증발하여 전동 압축기에는 액상 냉매가 유입되지 않는다.

Description

전기자동차용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR ELECTRIC-CAR}

본 발명은 전기자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동 압축기에 액상냉매가 유입되지 않도록 하여 액압축에 따른 소음을 없애고, 전동 압축기의 손상을 막을 수 있도록 한 전기자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적인 자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과 자동차의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함한다. 냉방시스템은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 열교환매체가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 냉방하도록 구성되며, 한편 난방시스템은 냉각수를 히터로 유입하여 열교환시킴으로써 실내를 난방하도록 구성된다.

한편, 전기자동차, 하이브리드 자동차용 공조장치는 일반적인 자동차에서와 같은 냉각수를 이용하는 히터가 별도로 사용되지 않기 때문에 그 구성이 상기한 바와 같은 일반적인 자동차의 공기조화장치와는 다르다.

전기자동차에 적용되는 공기조화장치인 히트펌프 시스템은 그 기본원리는 다음과 같다.

여름에는 전동 압축기로부터 압축된 고온 고압의 기상냉매가 실외측 열교환기(응축기)를 통하여 응축된 후 팽창밸브를 거쳐 실내측 열교환기(증발기)에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추는 일반적인 원리와 동일하지만, 겨울에는 고온 고압의 기상냉매를 히터 매체로 이용한다는 특징을 가지고 있다. 즉, 겨울철에는 전동 압축기에 의한 냉매의 흐름을 역으로 하여 실내측 및 실외측 열교환기의 기능이 여름철과 반대로 수행됨으로써 차 실내를 난방하는 것이다.

종래 기술에 따른 전기자동차용 히트펌프 시스템은, 도 1에서 보이는 바와 같이, 배터리(B)의 전원으로 구동모터에 의해 구동되는 전동 압축기(1)와, 전동 압축기(1)에서 토출되는 냉매의 흐름을 바꾸는 인버터(2)와, 실내측 열교환기(3)와, 실외측 열교환기(4)와, 전동 압축기(1)의 토출측과 실내측 및 실외측열교환기(3)(4)에 각각 연결되어 유로를 선택적으로 전환하는 사방밸브(5)와, 실내측 및 실외측 열교환기(3)(4)의 사이에 설치되는 팽창밸브(6)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 기술에 따른 전기자동차의 히트펌프 시스템의 작용은 다음과 같다.

냉방모드일 경우에는 전동 압축기(1)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매가 실외측 열교환기(4)로 보내진다. 냉매는 팬(4a)에 의해 실외측 열교환기(4)를 통과하는 공기와 열교환되어 고압의 액체로 응축된 후, 팽창밸브(6)를 통과하여 저압으로 되어 차내에 설치된 실내측 열교환기(증발기)(3)로 보내진다. 실내측 열교환기(증발기)(3)에 유입된 냉매는 실내측 열교환기(증발기)(3)를 거치는 동안 팬(3a)에 의해 실내측 열교환기(증발기)(3)를 통과하는 공기와 열교환되어 그 자신은 증발되면서 주위 공기를 냉각하게 된다. 실내측 열교환기(증발기)(3)를 통과하는 동안 저압의 가스 상태로 변환된 냉매는 다시 전동 압축기(1)로 보내져 전술한 싸이클을 재순환하게 된다.

한편, 난방모드일 경우에는 인버터(2)에 의해 전동 압축기(1)에서 토출되는 냉매의 흐름이 냉방 모드와 역으로 진행된다. 즉, 전동 압축기(1)에서 토출된 고온고압 냉매가 사방밸브(5)를 통해 실내측 열교환기(응축기)(3)로 보내어져 저온저압의 액체로 응축되면서 팬(3a)에 의해 송풍되는 외기와 열교환되어 외기의 온도를 상승시키게 된다. 온도가 상승된 외기는 차내로 송풍되고, 냉매는 팽창밸브(6)를 통과하면서 저온저압의 액체로 된 후, 실외측 열교환기(증발기)(4)를 지나면서 팬(4a)에 의해 송풍되는 차가운 외기에서 열을 흡수하여 기체로 된 다음 다시 전동압축기(1)로 보내지게 된다.

그러나, 종래 기술에 따른 전기자동차용 히트펌프 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

실내측 열교환기(3) 및 실외측 열교환기(4)를 통과한 후 전동 압축기(1)로 귀환되는 냉매 중 일부가 실내측/실외측 열교환기(3)를 통과하는 중에 미처 기화되지 못하고 액상으로 존재할 수 있으며, 액상 냉매가 전동 압축기(1)에 유입되면 전동 압축기(1)는 기상 냉매와 액상 냉매를 함께 압축하게 되는데, 액상 냉매는 비압축성이므로 초기 압축시 소음이 발생됨과 아울러, 과도한 힘이 작용되어 히트펌프 시스템이 불안정해지는 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해 열교환기의 출구측에서 냉매를 고온고압의 냉매와 교차시키거나, 차량의 따뜻한 냉각수를 교차시켜 냉매에 포함된 액상 냉매가 기화되도록 하고 있으나, 이러한 방법은 기화율이 높지 않기 때문에 실질적으로 큰 효과를 얻지 못하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 전동 압축기에 액상 냉매가 유입되지 않도록 하여 냉매의 압축시 액압축에 따른 소음이 발생되지 않도록 하고, 전동 압축기의 손상을 막을 수 있도록 한 전기자동차용 히트펌프 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 히트펌프 시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 히터펌프 시스템의 구성도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 전동 압축기, 20 : 인버터

30 : 실내측 열교환기, 40 : 실외측 열교환기

50 : 사방밸브, 60 : 팽창밸브

70,80 : 냉매 순환관

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하여 토출하는 전동 압축기(10)와; 상기 전동 압축기에 전원을 공급하는 인버터(20); 실내측 열교환기(30)와; 실외측 열교환기(40)와; 상기 압축기의 토출측에 연결되고, 상기 실내측 및 실외측 열교환기에 각각 연결되어 유로를 선택적으로 전환하는 사방밸브(50)와; 상기 실내측 및 실외측 열교환기의 사이에 설치되는 팽창밸브(60)와; 그리고, 상기 실내측 또는 실외측 열교환기(30)를 통과한 냉매가 기화될 수 있도록 상기 전동 압축기(10)와 상기 인버터(20) 사이에 냉매순환관(70,80)이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 히트펌프 시스템은, 전동 압축기(10), 인버터(20), 실내측 열교환기(30), 실외측 열교환기(40), 사방밸브(50) 및 팽창밸브(60)를 포함한다.

전동 압축기(10)는, 냉매를 고온고압으로 압축하여 토출한다.

인버터(20)는, 전동 압축기(10)에서 토출되는 냉매의 흐름을 바꾸는 것이다.

실내측 열교환기(30)는, 냉방시에 증발기의 기능을 수행하고, 난방시에 응축기의 기능을 수행한다.

실외측 열교환기(40)는, 실내측 열교환기와 반대로 냉방시에 응축기의 기능을 수행하고, 난방시에 증발기의 기능을 수행한다.

사방밸브(50)는, 전동 압축기(10)의 토출측, 실내측 및 실외측 열교환기(30)(40)와 각각 연결되어 전동 압축기(10)에서 토출되는 냉매가 실내측 열교환기(30) 또는 실외측 열교환기(40)에 선택적으로 흐르도록 하는 한편, 실내측 열교환기(30) 또는 실외측 열교환기(40)를 통과한 냉매가 전동 압축기(10)로 귀환되도록 안내한다.

팽창밸브(60)는, 실내측 열교환기(30)와 실외측 열교환기(40)의 사이에 설치되어 유입되는 냉매를 팽창시키게 된다.

실내측 열교환기(30) 또는 실외측 열교환기(40)를 통과한 냉매가 사방밸브(50)를 통해 전동 압축기(10)로 유입될 때 이 냉매가 인버터(20)를 통과한 후 전동 압축기(10)에 유입되도록 사방밸브(50)의 토출측과 인버터(20) 그리고, 인버터(20)와 전동 압축기(10)의 유입측은 각각 냉매 순환관(70)(80)에 의해 연결된다.

도면중 미설명 부호 31, 41은 팬이며, B는 전동 압축기(10) 구동용 모터에 전원을 공급하기 위한 배터리이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전기자동차용 히트펌프 시스템의 작용은 다음과 같다.

본 발명에 따른 히트펌프 시스템은 냉방모드와 난방모드로 구분되며, 먼저, 냉방모드시의 작용을 설명한다.

냉방모드시에는 전동 압축기(10)에서 고온고압으로 압축된 냉매가 사방밸브(50)를 통해 실외측 열교환기(응축기)(40)로 압송된다. 압송된 냉매는 실외측 열교환기(40)를 거치면서 팬(41)에 의해 실외측 열교환기(40)를 통과하는 공기와 열교환되어 그 자신은 응축되어 그 다음의 팽창밸브(60)로 흐르게 된다.

냉매는 팽창밸브(60)를 통과하면서 팽창되어 실내측 열교환기(증발기)(30)에 유입되고, 실내측 열교환기(증발기)(30)를 통과하는 공기와 열교환되어 자신은 증발되면서 공기를 냉각한다. 실내측 열교환기(증발기)(30)를 통과하면서 냉각된 공기는 팬(31)에 의해 차 실내에 공급되어 차 실내를 냉방하게 된다.

실내측 열교환기(증발기)(30)를 거친 냉매는 사방밸브(50)를 통해 제 1 냉매 순환관(70)을 따라 인버터(20)에 유입되어 인버터(20)를 경유하게 되며, 이때, 실내측 열교환기(증발기)(30)를 통과하는 중에 미처 기화되지 못한 액상 냉매가 인버터(20) 자체에서 발열되는 열에 의해 증발된다.

인버터(20)를 통과한 순수한 기상 냉매는 제 2 냉매 순환관(80)을 통해 전동 압축기(10)에 귀환된다.

전동 압축기(10)에 귀환된 냉매는 전술한 싸이클을 반복해서 순환하게 된다.

이하, 난방모드시의 작용을 설명한다.

난방모드가 선택되면 냉매가 전동 압축기(10)에서 고온고압으로 압축되며, 이때, 인버터(20)에 의해 전동 압축기(10)에서 토출되는 냉매가 냉방시와 역으로 흐르도록 한다.

전동 압축기(10)에서 토출된 냉매는 사방밸브(50)를 거쳐 실내측 열교환기(응축기)(30)를 통과하게 된다. 냉매는 실내측 열교환기(응축기)(30)를 통과하면서 팬(31)에 의해 실내측 열교환기(응축기)(30)를 통과하는 공기와 열교환하여 그 자신은 응축되고 공기의 온도를 높이게 된다. 온도가 상승된 공기는 팬(31)의 송풍력에 의해 차 실내에 공급되어 차 실내를 난방하게 된다.

실내측 열교환기(응축기)(30)를 거친 냉매는 팽창밸브(60)를 통해 팽창되어 실외측 열교환기(증발기)(40)를 통과하게 된다. 실외측 열교환기(증발기)(40)를 통과하는 냉매는 팬(41)에 의해 실외측 열교환기(증발기)(40)를 통과하는 공기와 열교환하여 그 자신은 증발되면서 공기를 냉각한다.

실외측 열교환기(증발기)(40)를 통과한 냉매는 사방밸브(50)를 통해 제 1 냉매 순환관(70)을 따라 인버터(20)를 경유하게 되며, 이때, 실외측 열교환기(증발기)(40)를 통과하는 중에 미처 기화되지 못한 액상 냉매는 인버터(20) 자체에서 발열되는 열에 의해 증발된다.

이어서, 인버터(20)를 경유하면서 기화된 기상냉매가 제 2 냉매 순환관(80)을 통해 전동 압축기(10)에 귀환된다.

따라서, 냉/난방모드시 실내측/실외측 열교환기(30)(40)를 거쳐 전동 압축기(10)로 보내지는 냉매가 인버터(20)를 통과한 후 전동 압축기(10)에 유입되는데, 인버터(20)를 통과하는 과정에서 인버터(20) 자체에서 발생되는 고온의 열에 의해 열교환기(30)(40)를 통해 기화되지 못한 액상 냉매가 증발되므로 종래와 같이 전동 압축기에 액상 냉매가 유입되지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전기자동차용 히트펌프 시스템에 의하면, 열교환기를 거치는 과정에서 기화되지 않은 액상 냉매가 전동 압축기에 유입되기 이전에 인버터를 통과하면서 증발되어 전동 압축기에 액상 냉매가 유입되지 않으므로 전동 압축기는 기상의 냉매만을 압축하게 되며, 결과적으로 전동 압축기의 가동시 액상 냉매의 액압축에 따른 소음이 발생되지 않고, 전동 압축기 손상도 방지된다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (1)

1. 냉매를 압축하여 토출하는 전동 압축기(10)와;

   상기 전동 압축기에 전원을 공급하는 인버터(20);

   실내측 열교환기(30)와;

   실외측 열교환기(40)와;

   상기 압축기의 토출측에 연결되고, 상기 실내측 및 실외측 열교환기에 각각 연결되어 유로를 선택적으로 전환하는 사방밸브(50)와;

   상기 실내측 및 실외측 열교환기의 사이에 설치되는 팽창밸브(60)와; 그리고,

   상기 실내측 또는 실외측 열교환기(30)를 통과한 냉매가 기화될 수 있도록 상기 전동 압축기(10)와 상기 인버터(20) 사이에 냉매 순환관(70,80)이 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 히트펌프 시스템.