KR20050112355A - 전기자동차의 냉/난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발에 의해 이루어지는 냉/난방 사이클을 구성하여 공기를 냉/난방시키는 열펌프유닛을 포함하여 구성되는 전기자동차의 냉/난방 시스템에 있어서, 발열과정에 의해 동력을 발생시켜 압축기를 구동시키는 압축기엔진으로부터 열을 흡수하여 공기를 가열시키는 난방유닛을 포함하여 구성되어 열펌프유닛의 냉/난방 사이클에 의해 전적으로 의존하지 않고, 난방을 실시할 수 있는 난방유닛을 구비하기 때문에 외부의 낮은 온도에 의해 발생되는 열펌프유닛의 난방사이클을 보완하는 효과를 가지고 있다.

Description

전기자동차의 냉/난방 시스템{Cooling and heating system of electric vehicle}

본 발명은 전기자동차의 냉/난방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압축기를 구동시키는 가스엔진의 방출열을 이용해 냉/난방을 행하는 전기자동차의 냉/난방 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 자동자의 냉/난방 시스템이 도시된 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 자동차의 냉/난방 시스템은 열펌프 사이클을 이루도록 압축기(1), 4방밸브(미도시), 제 1, 2 열교환기(3)(4), 팽창밸브(미도시), 제 1, 2 송풍기(5)(미도시) 등으로 구성된 열펌프유닛과, 엔진(6)의 열을 이용하는 난방유닛(7)을 포함하여 구성된다.

상기 열펌프유닛은 냉방 시 압축기(1)가 냉매를 압축시키고, 상기 압축된 냉매는 사방밸브를 거쳐 제 1 열교환기(3)로 유입되며, 상기 제 1 열교환기(3) 및 제 1 송풍기(5)은 압축된 냉매를 응축시키며, 상기 응축된 냉매는 팽창밸브를 거쳐 저온저압의 액 냉매로 변환되며, 상기 저온저압의 액 냉매는 상기 제 2 열교환기(4) 및 제 2 송풍기에 의해 증발되어 제 2 열교환기(4) 주위의 공기 온도를 하강시킨다.

그리고 상기 제 2 열교환기(4) 주위의 공기는 상기 제 2 송풍기 및 덕트(8)를 통해 자동차의 실내로 유입되어 차내에 냉방을 실시한다.

다음으로 난방 시, 상기 난방유닛(7)은 상기 엔진(6)에서 발생된 열의 일부를 흡수하여 난방 시 공기를 가열시키는 열원의 일부를 담당하고, 엔진(6)을 냉각시키기 위해 상기 엔진(6)을 경유하여 설치된 냉각수 배관(6a)은 상기 엔진(6)의 열을 흡수하며 순환되도록 설치되고, 상기 냉각수 배관(6a)의 유로 상에는 상기 냉각수의 양을 조절하는 밸브(6b)가 설치되며, 상기 냉각수 배관(6a)을 따라 순환되는 냉각수는 히터코어(9)를 통해 냉각수의 열을 방출시킨다. 여기서 상기 히터코어(9)를 통해 방출된 열을 공기를 가열시키고, 상기 가열된 공기는 난방 시 상기 열펌프유닛에 의해 방출된 열과 혼합되어 차내로 유입된다.

한편, 상기 열펌프유닛은 난방 시 상술한 냉방 시 작동과정과 반대로 작동되는 바, 압축기(1)에서 압축된 냉매가 상기 사방밸브를 거쳐 제 2 열교환기(4)로 유입되어 응축되기 때문에 상기 제 2 열교환기(4)에서 응축되는 냉매의 응축과정을 통해 냉매의 잠열이 방출된다.

그래서 상기 난방 시에는 상기 잠열과 상기 히터코어(9)에서 방출된 열을 이용하여 차 내 난방을 실시하게 된다.

그런데, 최근 개발되고 있는 하이브리드 자동차나 전기자동차의 경우 상기 난방유닛(7)의 열원인 엔진의 열이 제공되지 않기 때문에 상기 열펌프유닛의 난방열에 전적으로 의존하여 차내를 난방시키게 되는 문제점을 가지고 있다.

더불어 난방을 실시하는 환경은 자동차의 외기 온도가 낮은 경우일 때가 대부분이기 때문에, 상기 열펌프유닛에 의해서만 난방을 실시할 경우 자동차 외부의 낮은 온도로 인해 상기 열펌프유닛의 난방효율이 낮아지는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 열펌프유닛 이외의 별도의 장치로부터 열원을 공급받아 차내 난방을 실시하는 전기자동차의 냉/난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발에 의해 이루어지는 냉/난방 사이클을 구성하여 공기를 냉/난방시키는 열펌프유닛을 포함하여 구성되는 전기자동차의 냉/난방 시스템에 있어서, 발열과정에 의해 동력을 발생시켜 압축기를 구동시키는 압축기엔진으로부터 열을 흡수하여 공기를 가열시키는 난방유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템에서 차내 냉방 시 냉매 및 냉각수의 유동이 도시된 작동도이며, 도 4는 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템에서 차내 난방 시 냉매 및 냉각수의 유동이 도시된 작동도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템은 냉/난방 사이클로 구동되는 열펌프유닛(10)과, 압축기엔진(22)으로부터 열을 흡수하여 방출하는 난방유닛(30)을 포함하여 구성된다.

상기 열펌프유닛(10)은 냉매를 압축시키는 압축기(12)와, 냉매를 응축 또는 증발시키는 제 1, 2 열교환기(14)(16)와, 액체상태의 냉매를 팽창시켜 저온저압의 냉매로 변환시키는 팽창밸브(18)와, 냉/난방 시 냉매의 유로를 선택하여 유로의 방향을 전환시키는 사방밸브(24)와, 냉매의 유로를 형성하는 냉매배관(22)을 포함하여 구성된다.

상기 압축기(12)는 압축기엔진(22)에 의해 구동되고, 상기 압축기(12)는 기체상태의 냉매를 공급받아 고온 고압 상태의 기체로 냉매를 압축시킨다.

상기 압축기엔진(22)은 가스(gas), 경유, 휘발류 등의 연료를 태워 발생된 동력으로 상기 압축기(12)를 구동시키고, 상기 동력 발생과정에서 발생된 열 중 일부는 상기 난방유닛(30)을 통해 흡수되어 냉/난방에 사용된다.

상기 제 1, 2 열교환기(14)(16)는 공급되는 냉매와 주위의 온도차에 의해 냉매를 응축 또는 증발시키는 것으로서, 열교환기(14)(16)에 의해 냉매가 응축될 경우 기체상태의 냉매는 액체상태로 상 변화를 일으키며 열을 방출시키고, 냉매가 증발될 경우 액체상태의 냉매는 열을 흡수하며 기체 상태로 상 변화를 일으킨다. 여기서 상기 열펌프유닛(10)은 상기 흡수되는 열에 의해 냉각된 공기를 통해 차내(50)를 냉방하고, 상기 방출되는 열에 의해 가열된 공기를 통해 차내(50)를 난방한다.

더불어 미도시 되었으나, 상기 열교환기(14)(16) 주위에는 열교환기 주위의 공기를 유동시켜 상기 열교환의 효율을 향상시키는 송풍기(미도시)이 설치되고, 상기 제 2 열교환기(16)에 설치된 송풍기는 상기 2 열교환기(16) 주위의 공기를 상기 차내(50)로 유동시키는 역할을 겸한다.

상기 팽창밸브(18)는 냉매의 증발이 원활이 이루어지도록 액체 상태를 냉매를 분사시켜 분무형태의 냉매로 변화시킨다.

상기 난방유닛(30)은 상기 압축기엔진(22)에서 방출되는 폐열을 흡수하도록 상기 압축기엔진(22) 내부 또는 외측을 경유하여 유로를 형성시키는 냉각수배관(32)과, 상기 냉각수배관(32)을 통해 유입된 냉각수의 열을 주위로 방출시키는 히터코어(34)와, 상기 냉각수가 순환되도록 상기 냉각수를 펌핑하는 펌프(미도시)와, 상기 냉각수의 유로 즉, 상기 냉각수배관(32)에 설치되어 상기 냉각수의 유량을 조절하는 밸브(36)를 포함하여 구성된다.

상기 히터코어(34)는 히터코어 주위의 온도와 냉각수의 온도차를 이용해 상기 냉각수의 열을 히터코어 주위로 방출시킨다.

상기 밸브(36)는 냉각수배관(32)을 유동하는 냉각수의 유량을 조절하는 것으로서, 차내(50) 배출되는 공기의 온도조절이 필요할 경우 상기 밸브(36)를 통해 유동되는 냉각수의 양을 조절하고, 낮은 온도의 공기가 요구될 경우 상기 밸브(36)를 통해 냉각수가 유동되지 않도록 상기 냉각수의 유동을 차단하며, 높은 온도의 공기가 요구될 경우 상기 밸브(36)를 모두 개방한다.

이하 본 발명에 따른 실시예의 작동과정을 도 3 또는 도 4를 중심으로 보다 상세히 설명한다.

먼저, 차내에 냉방이 요구될 경우, 상기 열펌프유닛(10)은 냉방사이클로 구동되는 바, 압축기(12)에 의해 냉매가 압축되고, 상기 압축된 냉매는 사방밸브(24)를 거쳐 제 1 열교환기(14)에 공급되어 응축되며, 상기 제 1 열교환기(14)에 의해 응축된 냉매는 상기 팽창밸브(18)를 통해 팽창되어 저온저압의 분무상태로 변환되고, 상기 분무 상태의 냉매는 상기 제 2 열교환기(16)에 공급되어 증발된다. 여기서 상기 제 2 열교환기(16)에서 증발되는 냉매는 액체상태에서 기체상태로 상 변화되며 제 2 열교환기(16) 주위 공기의 열을 흡수함으로서 상기 주위 공기를 냉각시킨다. 그리고 상기 제 2 열교환기(16)에서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)에서 기체 상태의 냉매만이 추출된 후 사방밸브(24)를 거쳐 상기 압축기(12)에 공급되어 상기와 같은 과정을 반복한다.

다음으로, 차내에 난방이 요구될 경우, 상기 열펌프유닛(10)은 난방사이클로 구동되는 바, 압축기(12)에 의해 냉매가 압축되고, 상기 압축기(12)에 의해 압축된 냉매는 상기 사방밸브(24)를 거쳐 제 2 열교환기(16)에 공급되어 응축되고, 상기 제 2 열교환기(16)는 주위 공기와 냉매를 열교환시켜 상기 냉매를 응축시킨다. 이때 제 2 열교환기(16)의 응축과정에서 상기 냉매는 기체상태에서 액체상태로 상 변화되고, 상기 상 변화과정에서 잠열이 방출되어 제 2 열교환기(16) 주위의 공기를 가열시킨다.

그리고 상기 제 2 열교환기(16)의 냉매는 상기 팽창밸브(18), 제 1 열교환기(14)를 거쳐 증발되고, 상기 증발된 냉매는 어큐뮬레이터 및 사방밸브(24)를 거쳐 압축기(12)에 공급되어 상기와 같은 과정을 반복한다.

한편, 상기 난방유닛(30)은 냉각수배관(32)을 통해 순환되는 냉각수가 상기 히터코어(34)에서 열을 방출한다.

여기서 상기 차내(50)의 냉/난방은 상기 열펌프유닛(10) 및 난방유닛(30)의 조합에 의해 실시된다.

예를 들어, 차내(50)에 낮은 온도의 냉방이 요구되는 경우, 상기 열펌프유닛(10)만이 냉방사이클로 구동되고, 상기 제 2 열교환기(16)에 의해 냉각된 공기는 송풍기를 통해 차내(30)로 유입된다.

그런데 적당한 온도의 냉방이 요구되는 경우, 상기 열펌프유닛(10)을 통해 순환되는 냉매의 양을 조절함으로서 온도를 조절하는 것도 가능하고, 상기 히터코어(34)에 의해 가열된 공기와 상기 제 2 열교환기(16)에 의해 냉각된 공기를 혼합시켜 온도를 조절하는 것도 가능하다.

바람직하게는 상기 히터코어(34)의 가열된 공기와 제 2 열교환기(16)의 냉각된 공기를 혼합시켜 온도조절을 하는 것이 보다 용이하다.

더불어 차내(50)에 높은 온도의 냉방이 요구되는 경우, 상기 난방유닛의 밸브(36)를 모두 개방시켜 냉각수를 순환시키고, 상기 냉각수에서 방출된 열에 의해 가열된 공기와 상기 열펌프유닛(10)의 제 2 열교환기(16)에 의해 가열된 공기를 혼합하여 차내(50)에 공급한다.

그리고 적당한 온도의 난방이 요구되는 경우, 상기 냉방 시 온도조절과 같이 냉각수의 양을 조절하거나, 난방사이클에서 순환되는 냉매의 양을 조절함으로서 난방 시 온도를 조절할 수 있다.

한편, 난방 시 자동차의 외기 온도가 극히 낮은 경우 상기 열펌프유닛(10)의 제 1 열교환기(14)에서 냉매의 증발이 원활히 이루어지지 않기 때문에 난방사이클의 효율이 저하되나, 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템은 상기 난방유닛(30)에 의해 난방을 실시하여 상기 열펌프유닛(10)의 효율저하를 보상한다.

이와 같이 본 발명에 의한 전기자동차의 냉/난방 시스템은 열펌프유닛의 냉/난방 사이클에 의해 전적으로 의존하지 않고, 난방을 실시할 수 있는 난방유닛을 구비하기 때문에 외부의 낮은 온도에 의해 발생되는 열펌프유닛의 난방사이클을 보완하는 이점을 가지고 있다.

더불어 본 발명에 의한 전기자동차의 냉/난방 시스템은 열펌프유닛과 난방유닛을 가지고 있기 때문에 차내에 공급하는 공기의 온도를 보다 효과적으로 조절할 수 있는 이점을 가지고 있다.

도 1은 종래 자동자의 냉/난방 시스템이 도시된 사시도

도 2는 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템이 개략적으로 도시된 구성도

도 3은 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템에서 차내 냉방 시 냉매 및 냉각수의 유동이 도시된 작동도

도 4는 본 발명에 따른 전기자동차의 냉/난방 시스템에서 차내 난방 시 냉매 및 냉각수의 유동이 도시된 작동도

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 열펌프유닛 12 : 압축기

14 : 제 1 열교환기 16 : 제 2 열교환기

18 : 팽창밸브 22 : 압축기엔지

24 : 사방밸브 30 : 난방유닛

32 : 냉각수배관 34 : 히터코어

36 : 밸브

Claims (3)

1. 냉매의 압축, 응축, 팽창 및 증발에 의해 이루어지는 냉/난방 사이클을 구성하여 공기를 냉/난방시키는 열펌프유닛을 포함하여 구성되는 전기자동차의 냉/난방 시스템에 있어서,

   발열과정에 의해 동력을 발생시켜 압축기를 구동시키는 압축기엔진으로부터 열을 흡수하여 공기를 가열시키는 난방유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉/난방 시스템
2. 제 1항에 있어서,

   상기 난방유닛은 상기 압축기엔진에서 방출되는 열을 냉각수를 통해 흡수하도록 상기 압축기엔진을 경유하여 설치된 냉각수배관과;

   상기 냉각수배관의 유로 상에 설치되어 상기 냉각수의 열을 방출시키는 히터코어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉/난방 시스템
3. 제 2항에 있어서,

   상기 냉각수 배관 유로 상에는 냉각수의 유량을 조절하는 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 전기자동차의 냉난방 시스템