KR20090090574A - 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치 - Google Patents

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
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    • B60H1/32—Cooling devices

Abstract

본 발명은, 전기를 사용하여 냉매를 고온.고압으로 압축시키는 압축기와, 압축기에 의해 압축된 고온.고압인 냉매의 열을 냉각팬의 작동에 의해 외기로 방출시키는 증발기 겸용 쿨러와, 증발기 겸용 쿨러를 통과한 냉매를 공급받아 냉각시키는 내부 열교환기와, 내부 열교환기에 의해 냉각된 냉매를 감압시키는 팽창밸브와, 팽창밸브에 의해 감압된 냉매를 증발시킴으로써 자동차의 덕트를 통과하는 공기를 냉각시키는 증발기와, 압축기에 의해 압축된 고온.고압의 냉매를 공급받아 자동차의 덕트를 통과하는 공기를 가열시키는 제 1 히터와, 압축기의 고온.고압의 냉매를 증발기 겸용 쿨러, 내부 열교환기, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐서 냉각 상태로 내부 열교환기로 순환 공급되도록 하고, 다수의 개폐수단의 동작에 의해 압축기의 고온.고압의 냉매를 제 1 히터, 내부 열교환기, 팽창밸브 및 증발기 겸용 쿨러를 거쳐서 냉각 상태로 내부 열교환기로 순환 공급되도록 하는 냉매순환라인과, 개폐수단을 제어하는 제어부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 전기를 사용하여 운행하는 차량의 실내를 냉매를 이용하여 냉방과 난방을 동시에 수행할 수 있도록 함과 아울러 냉난방이 효율적으로 이루어지도록 하는 효과를 가지고 있다.
전기, 연료전지, 냉매, 내부 열교환기, 히터, 증발기 겸용 쿨러, 팽창밸브

Description

전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치{Heating and cooling Apparatus of an electric car}
본 발명은 차실 내의 냉난방을 효율적으로 할 수 있고, 난방 시에는 연료전지의 폐열을 이용하여 난방 성능을 향상시키는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기를 동력으로 사용하는 차량, 예컨대, 연료전지를 동력으로 하는 차량에서는 난방을 수행하기 위해 연료전지의 스택에서 발생하는 열만을 전적으로 이용하여 차실 내의 난방을 할 수 없기 때문에, 난방을 위해서는 부가적인 장치가 필요하다. 따라서 열펌프를 이용해 차실 내의 냉난방을 동시에 구현하는 것이 필수적이다.
최근 차세대 자동차 신기술에 대한 관심이 높아지면서 즉, 전기자동차, 하이브리드 자동차 및 연료전지 자동차에 대한 연구가 활발히 진행되어짐에 따라 이에 부합되는 냉난방 겸용의 열펌프 기술에 대해서 연구의 필요성이 대두되고 있다.
난방 시 연료전지 차량에서의 열펌프 시스템은 저온 외기인 경우 동력원인 연료전지의 스택 발열량도 감소할 것이기 때문에 그 열을 활용하는 문제는 중요하 다고 할 수 있다.
상기한 바와 같은, 전기를 사용하여 운행하는 자동차, 특히 연료전지를 사용하는 차량의 경우 기존의 내연기관에 비하여 냉각수 온도가 낮기 때문에 차량의 실내에 대한 난방에 필요한 고온의 열이 부족하다는 문제점을 가지고 있었다. 따라서, 전기를 사용하여 운행하는 자동차에서 냉방뿐만 아니라 이러한 난방을 효율적으로 할 수 있는 장치의 개발이 필요하게 되었다.
본 발명은 전기를 사용하여 운행하는 차량의 실내에 대한 냉난방 제공을 위한 효율적인 설계와 연료전지 스택의 폐열을 이용함으로써 냉난방 성능을 향상시키도록 한다.
본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치는, 전기를 이용하는 운행되는 자동차의 냉난방 시스템에 있어서, 전기를 사용하여 냉매를 고온.고압으로 압축시키는 압축기와, 압축기에 의해 압축된 고온.고압인 냉매의 열을 냉각팬의 작동에 의해 외기로 방출시키는 증발기 겸용 쿨러와, 증발기 겸용 쿨러를 통과한 냉매를 공급받아 냉각시키는 내부 열교환기와, 내부 열교환기에 의해 냉각된 냉매를 감압시키는 팽창밸브와, 팽창밸브에 의해 감압된 냉매를 증발시킴으로써 자동차의 덕트를 통과하는 공기를 냉각시키는 증발기와, 압축기에 의해 압축된 고온.고압의 냉매를 공급받아 자동차의 덕트를 통과하는 공기를 가열시키는 제 1 히터와, 압축기의 고온.고압의 냉매를 증발기 겸용 쿨러, 내부 열교환기, 팽창밸브 및 증발기 를 거쳐서 냉각 상태로 내부 열교환기로 순환 공급되도록 하고, 다수의 개폐수단의 동작에 의해 압축기의 고온.고압의 냉매를 제 1 히터, 내부 열교환기, 팽창밸브 및 증발기 겸용 쿨러를 거쳐서 냉각 상태로 내부 열교환기로 순환 공급되도록 하는 냉매순환라인과, 개폐수단을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 전기를 사용하여 운행하는 차량의 실내를 냉매를 이용하여 냉방과 난방을 동시에 수행할 수 있도록 함과 아울러 냉난방이 효율적으로 이루어지도록 하고, 연료전지를 동력원으로 사용할 경우 연료전지의 폐열을 난방에 이용함으로써 난방 효율을 보다 높이며, 난방시 영하 이온의 저온에서도 전체 난방 시스템의 성능 감소를 최소화하고, 냉난방에 사용되는 냉매를 이산화탄소 냉매를 사용함으로써 환경 친화적인 효과를 가지고 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치를 도시한 구성도로서, 냉방시를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치를 도시한 구성도로서, 난방시를 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치(100)는, 전기를 사용하여 냉매를 압축시키는 압축기(110)와, 고온.고압인 냉매의 열을 냉각팬의 작동에 의해 외기로 방출시키는 증발기 겸용 쿨러(180)와, 냉각 상태의 냉매를 공급받아 증발기 겸용 쿨러(180)를 통과한 냉매를 더욱 냉각시키는 내부 열교환기(120)와, 냉매를 감압시키는 팽창밸브(130)와, 자동차의 덕트(1)를 통과하는 공기를 냉각시키는 증발기(140)와, 덕트(1)를 통과하는 공기를 가열시키는 제 1 히터(150)와, 개폐수단(162,163,165,166)의 조작에 의해 냉방과 난방의 선택적인 수행을 위하여 냉매를 증발기(140)와 제 1 히터(150) 중 어느 하나로 순환 공급되도록 경로를 제공하는 냉매순환라인(160)과, 개폐수단(162,163,165,166)을 제어하는 제어부(170)를 포함한다.
압축기(110)는 전기식으로서, 전기를 사용하는 운행하는 자동차의 동력원인 전기, 일예로 연료전지(2)의 전기를 사용하여 저온.저압의 냉매를 순환 공급받아 고온.고압으로 압축시킨다.
증발기 겸용 쿨러(180)는 차량의 실외에 설치되고, 압축기(110)에 의해 압축된 고온.고압의 냉매의 열을 차량의 주행속도 및 냉각팬의 작동에 의해 외기로 방출시킴으로써 고온.고압의 냉매를 냉각시켜서 내부 열교환기(120)의 고온부(121)로 공급되도록 한다.
내부 열교환기(120)는 증발기 겸용 쿨러(180)를 통과한 냉각 상태의 냉매를 공급받아 더욱 냉각시키는데, 이를 위해 압축기(110)에 의해 압축된 고온.고압의 냉매가 증발기 겸용 쿨러(180)에 의해 1차적으로 냉각되어 통과하는 고온부(121)와 냉각 사이클을 마침으로써 냉각된 냉매가 통과하는 저온부(122)를 가진다.
팽창밸브(130)는 내부 열교환기(120)를 통과함으로써 냉각된 냉매를 감압시킨다.
증발기(140)는 자동차의 덕트(1) 내측에 설치되고, 팽창밸브(130)에 의해 감압된 냉매를 증발시킴으로써 덕트(1)를 통과하는 공기를 냉각시킨다.
제 1 히터(150)는 자동차의 덕트(1) 내측에 설치되고, 압축기(110)에 의해 압축된 고온.고압의 냉매를 직접 공급받아 자동차의 덕트(1)를 통과하는 공기를 가열시킨다.
덕트(1)는 차량 실내에 설치되어 흡입도어(1a)의 개방에 의해 공기를 흡입하여 디프로스터, 벤트, 플로어 측으로 공기를 송풍하기 위한 경로를 제공하고, 흡입되는 공기의 풍량 조절을 위하여 풍량조절팬(1b)이 설치된다.
냉매순환라인(160)은 압축기(110)에 의해 압축된 고온.고압의 냉매를 증발기 겸용 쿨러(180), 내부 열교환기(120), 팽창밸브(130) 및 증발기(140)를 거쳐서 냉각 상태로 내부 열교환기(120)로 순환 공급되도록 하고, 다수의 개폐수단(162,163,165,166)의 동작에 의해 압축기(110)에 의해 압축된 고온.고압의 냉매를 제 1 히터(150), 내부 열교환기(120), 팽창밸브(130) 및 증발기 겸용 쿨러(180)를 거쳐서 냉각 상태로 내부 열교환기(120)로 순환 공급되도록 한다.
냉매순환라인(160)은 압축기(110)로부터 증발기 겸용 쿨러(180), 내부 열교환기(120)의 고온부(121), 팽창밸브(130), 증발기(140) 및 내부 열교환기(120)의 저온부(122)를 거쳐서 압축기(110)로 냉매를 순환 공급시키는 제 1 라인(161)과, 제 1 개폐수단(162)의 조작에 의해 압축기(110)로부터 제 1 히터(150)로 고온.고압의 냉매를 공급시킴과 아울러 제 1 히터(150)를 통과한 냉매를 제 2 개폐수단(163)의 조작에 의해 내부 열교환기(120)의 고온부(121)로 공급되도록 하는 제 2 라인(164)과, 제 3 개폐수단(165)의 조작에 의해 내부 열교환기(120)의 고온부(121)와 팽창밸브(130)를 통과한 냉매를 증발기(140)를 바이패스시켜서 증발기 겸용 쿨러(180)를 통과하여 제 4 개폐수단(166)의 조작에 의해 내부 열교환기(120)의 저온부(122)로 공급되도록 하는 제 3 라인(167)을 포함한다.
제 1 내지 제 4 개폐수단(162,163,165,166) 각각은 냉매의 경로를 전환하기 위하여 다수의 밸브의 조합으로 이루어질 수 있으나, 구성의 간단을 위하여 3방향 밸브가 사용됨이 바람직하다.
냉매순환라인(160)은 제 1 라인(161)에서 내부 열교환기(120)의 저온부(122) 전단에 어큐뮬레이터(168)가 설치되고, 제 1 라인(161)에서 내부 열교환기(120)의 고온부(121) 전단에 증발기 겸용 쿨러(180)가 설치된다.
한편, 냉매순환라인(160)을 통해 냉방 및 난방에 사용되는 냉매는 친환경적인 이산화탄소(CO2) 냉매인 것이 바람직하다.
제어부(170)는 개폐수단(162,163,165,166)을 제어함으로써 도 1에 도시된 바와 같이, 냉방을 위해 압축기(110)의 고온.고압의 냉매가 증발기 겸용 쿨러(180), 내부 열교환기(120)의 고온부(121), 팽창밸브(130) 및 증발기(140)를 거쳐서 냉각되어 증발기(140)측으로 공급되도록 함과 아울러 증발기(140)를 통과한 냉각 상태 의 냉매가 내부 열교환기(120)의 저온부(122)를 거쳐서 압축기(110)로 순환 공급되도록 하거나, 도 2에 도시된 바와 같이, 난방을 위해 압축기(110)의 고온.고압의 냉매가 직접 제 1 히터(150)로 공급되어 내부 열교환기(120)의 고온부(121), 팽창밸브(130) 및 증발기 겸용 쿨러(180)를 거쳐서 냉각 상태로 내부 열교환기(120)의 저온부(122)를 거쳐서 압축기(110)로 순환 공급되도록 한다.
제어부(170)는 운전자의 조작에 의해 냉방 또는 난방의 세기를 조절하도록 냉매의 온도를 측정하도록 센서가 마련될 수 있는데, 이 때, 냉매의 온도 및 압력을 각각 측정하여 감지신호로서 출력하는 온도/압력센서(171)가 제 1 라인(161)에서 내부 열교환기(120)의 고온부(121) 전단에 설치된다. 따라서, 제어부(170)는 온도/압력센서(171)로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 팽창밸브(130)를 제어함으로써 냉방 또는 난방의 세기를 조절할 수 있다.
제어부(170)는 냉매의 온도에 따른 최적 효율의 냉매 압력을 저장하여 온도/압력센서(171)로부터 출력되는 감지신호에 의한 냉매의 온도에 해당하는 저장된 최적 효율의 냉매 압력을 가지도록 팽창밸브(130)의 개도를 조절한다. 따라서, 제어부(170)가 냉매가 온도에 따른 최적의 효율을 가지는 압력을 가지도록 함으로써 냉난방 효율을 증대시키도록 한다.
한편, 자동차의 구동을 위하여 전기를 공급하는 연료전지(2)로부터 발생되는 폐열에 의해 가열되는 유체를 순환 공급시킴으로써 덕트(1)를 통과하는 공기를 가열시키는 폐열가열수단(190)을 더 포함할 수 있다.
폐열가열수단(190)은 연료전지(2)에 설치되는 냉각자켓(191)과, 덕트(1) 내 측에 설치되는 제 2 히터(192)와, 냉각자켓(191)으로부터 제 2 히터(192)로 유체를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 유체순환라인(193)과, 유체순환라인(193) 상에 설치되어 유체의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 순환펌프(194)와, 유체순환라인(193)에 제 2 히터(192)를 바이패스시키도록 연결되는 바이패스라인(195)과, 유체를 유체순환라인(193)과 바이패스라인(195) 중 어느 하나로 순환되도록 하는 바이패스밸브(196)를 포함하며, 이 때, 바이패스밸브(196)는 유체의 경로를 전환하기 위하여 다수의 밸브로 이루어질 수 있으나, 구성의 간단을 위하여 3방향 밸브가 사용됨이 바람직하다.
따라서, 운전자의 조작에 의해 순환펌프(194)를 구동시키면, 연료전지(2)의 폐열에 의해 가열된 유체의 순환에 의해 제 2 히터(192)에 열을 공급함으로써 덕트(1)를 통과하는 공기를 가열시킨다. 이 때, 제 2 히터(192)의 구동이 불필요하여 연료전지(2)의 냉각만이 필요한 경우 바이패스밸브(196)의 조작에 의해 연료전지(2)의 냉각을 위해 순환되는 유체의 순환으로부터 제 2 히터(192)를 제외시킬 수 있다.
한편, 제 2 히터(192)의 전단에 제어부(170)에 제어되어 제 2 히터(192) 측으로 유입되는 공기량을 조절하는 공기유입량조절수단(210)을 더 포함할 수 있다.
공기유입량조절수단(210)은 제 2 히터(192) 측으로 유입되는 공기의 흐름을 도어의 개도에 의해 조절하게 되며, 제어부(170) 또는 운전자의 조작에 의해 도어의 개도량 조절을 위하여 제 2 히터(192) 측으로 유입되는 공기의 이동 경로상에 마련되는 도어가 모터나 실린더 등과 같은 액츄에이터에 의해 회전 운동 또는 직선 왕복 운동을 하게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치의 작동 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치(100)는 전기 자동차, 특히 연료전지를 동력으로 사용하는 자동차에서 천연 냉매인 이산화탄소를 이용하여 열펌프 시스템의 차량 실내의 냉방은 물론 난방을 동시에 가능하도록 할 뿐만 아니라 이러한 냉난방 효율을 높이도록 설계되고, 나아가서 연료전지(2)의 폐열에 의해 가열된 유체, 즉 냉각수를 효과적으로 난방에 이용할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량 실내를 냉방하기 위하여 연료전지(2)로부터 전기를 공급받아 구동하는 전동식 압축기(110)에 의해 기상의 냉매를 고온.고압의 가스로 압축하고, 이러한 고온.고압의 냉매는 실외기에 설치되어 있는 증발기 겸용 쿨러(180)에 의해 차량의 주행속도 및 냉각팬의 작동에 의해 열을 외기로 방출하여 1차적으로 냉각된다.
증발기 겸용 쿨러(180)를 통과한 냉매는 팽창밸브(130)로 공급되기 전에 이산화탄소 냉매의 순환 사이클에서 시스템 성능을 향상시키기 위해 사용하는 내부 열교환기(120)의 고온부(121)로 공급되어 저온부(122)측으로 냉각 상태로 공급되는 냉매와의 열교환에 의해 더욱 냉각되어 팽창밸브(130)를 거침으로써 저온.저압의 냉매가 되어 덕트(1)에 설치되는 증발기(140)로 공급되고, 이로 인해 내부의 순환공기 또는 외기와 열교환을 하여 증발열을 빼앗아 차량의 실내를 냉각시키게 된다.
증발작용을 마친 기상의 냉매는 어큐뮬레이터(168)와 내부 열교환기(120)의 저온부(122)를 통과함으로써 내부 열교환기(120)의 고온부(121)를 통과하는 냉매를 냉각시키고서 압축기(110)로 다시 흡입된다. 이 때, 제어부(170)에 의해 제어되는 제 1 내지 제 4 개폐수단(162,163,165,166)을 조절함으로써 운전모드를 용이하게 변경시킬 수 있다.
한편, 냉매로 사용되는 이산화탄소 초임계 사이클에서 내부 열교환기(120)의 전단인 증발기 겸용 쿨러(180)의 후단 온도, 증발 온도 및 압축기(110)의 성능에 따른 증발기 겸용 쿨러(180) 압력의 최적값이 결정된다. 이 때, 냉난방의 효율적인 제어를 위하여 적은 개수의 제어 변수를 이용해 최대의 효율을 얻는 것이 바람직하며, 냉난방 장치에 영향을 미치는 많은 인자 중에 가장 크게 영향을 미치는 인자를 찾는 것이 매우 중요하다.
따라서 운전 조건에 의한 변화폭이 상대적으로 크고, 냉난방 장치의 성능에 큰 영향을 미치는 내부 열교환기(120)의 전단인 증발기 겸용 쿨러(180) 후단의 냉매 온도를 측정하여 증발기 겸용 쿨러(180)의 전단의 압력을 조정하게 된다. 이를 위해 내부 열교환기(120)의 전단에 압력/온도센서(171)를 설치하여 압력과 온도를 한 위치에서 동시에 측정하도록 하여 간단한 구성을 가능하도록 하며, 냉매의 압력, 일예로, 내부 열교환기(120)의 전단인 증발기 겸용 쿨러(180) 후단에서의 냉매 압력을 설정해 주는 것이 유리해진다. 따라서, 냉매의 온도를 측정하고, 냉매의 온도에 상응하는 효율적인 냉매 압력을 기준으로 팽창밸브(130)의 개도를 조절함으로써 냉난방의 효율을 높이게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 차량의 실내를 난방시 압축기(110)에 의해 압축된 고온.고압의 냉매를 제 1 개폐수단(162)의 조작에 의해 제 1 히터(150)로 공급하여 제 1 히터(150)로부터 열을 방출하여 덕트(1)를 통과하는 공기를 가열시킴으로써 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.
제 1 히터(150)를 통과하여 냉각된 냉매는 제 2 라인(164)을 거쳐서 제 2 개폐수단(163)의 조작에 의해 내부 열교환기(120)의 고온부(121)로 공급되어 더욱 과냉각되고, 팽창밸브(130)를 거쳐서 저온.저압의 냉매가 되며, 제 3 및 제 4 개폐수단(165,166)의 조작에 의해 제 3 라인(167)에 의해서 증발기 겸용 쿨러(180)를 통과하여 증발작용을 하게 되고, 어큐뮬레이터(168)와 내부 열교환기(120)의 저온부(122)를 지나서 압축기(110)로 공급된다.
동절기의 경우 차량 운전시 연료전지(2)의 스택에 대한 냉각장치로서 사용될 수 있는 폐열가열수단(190)에 의해 연료전지(2)의 반응온도를 일정하게 유지하도록 하고, 연료전지(2)의 스택에서 발생한 폐열을 외부에 버리는 것이 아니라 이를 이용하여 열펌프의 예열원으로 사용하게 된다. 즉, 순환펌프(194)의 구동에 의해 냉각수인 유체를 유체순환라인(193)을 따라 순환시킴으로써 연료전지(2)를 냉각시킴으로써 가열된 고온의 유체가 바이패스밸브(196)에 의하여 유량이 조절된 상태로 차량의 난방부하 및 운전조건에 따라 덕트(1)에 설치된 제 2 히터(192)로 공급되며, 이로 인해 덕트(1)를 통해 공급되는 공기를 가열하여 난방시키며, 차량의 실내에서 요구되는 부하가 적을 경우 연료전지(2)의 폐열을 이용한 제 2 히터(192)의 구동만으로 난방할 수 있다. 또한, 차량의 시동시에는 연료전지(2)의 성능을 고려하여 제 1 히터(150)만을 사용하여 난방을 실시할 수 있다.
또한, 차량 실내의 난방은 내부순환공기 또는 외기가 덕트(1)의 흡입도어(1a)로 흡입되어 풍량조절팬(1b)에 의하여 난방 풍량이 조절되고, 공기유입량조절수단(210)의 도어를 개방시켜서 더운 공기가 차량의 실내로 공급되도록 하고, 동절기 저온다습한 경우 차량의 앞 창문에 생성된 서리 제거를 위하여 운전모드를 냉방으로 변경하여 차가운 공기를 디프로스터 토출구로 내보내어 제습을 하도록 할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치를 도시한 구성도로서, 냉방시를 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치를 도시한 구성도로서, 난방시를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 덕트 1a : 흡입도어
1b : 풍량조절팬 2 : 연료전지
110 : 압축기 120 : 내부 열교환기
121 : 고온부 122 : 저온부
130 : 팽창밸브 140 : 증발기
150 : 제 1 히터 160 : 냉매순환라인
161 : 제 1 라인 162 : 제 1 개폐수단
163 : 제 2 개폐수단 164 : 제 2 라인
165 : 제 3 개폐수단 166 : 제 4 개폐수단
167 : 제 3 라인 168 : 어큐뮬레이터
170 : 제어부 171 : 온도/압력 센서
180 : 증발기 겸용 쿨러 190 : 폐열가열수단
191 : 냉각자켓 192 : 제 2 히터
193 : 유체순환라인 194 : 순환펌프
195 : 바이패스라인 196 : 바이패스밸브
210 : 공기유입량조절수단

Claims (8)

  1. 전기를 이용하는 운행되는 자동차의 냉난방 시스템에 있어서,
    전기를 사용하여 냉매를 고온.고압으로 압축시키는 압축기와,
    상기 압축기에 의해 압축된 고온.고압인 냉매의 열을 냉각팬의 작동에 의해 외기로 방출시키는 증발기 겸용 쿨러와,
    상기 증발기 겸용 쿨러를 통과한 냉매를 냉각시키는 내부 열교환기와,
    상기 내부 열교환기에 의해 냉각된 냉매를 감압시키는 팽창밸브와,
    상기 팽창밸브에 의해 감압된 냉매를 증발시킴으로써 상기 자동차의 덕트를 통과하는 공기를 냉각시키는 증발기와,
    상기 압축기에 의해 압축된 고온.고압의 냉매를 공급받아 상기 자동차의 덕트를 통과하는 공기를 가열시키는 제 1 히터와,
    상기 압축기의 고온.고압의 냉매를 상기 증발기 겸용 쿨러, 상기 내부 열교환기, 상기 팽창밸브 및 상기 증발기를 거쳐서 냉각 상태로 상기 내부 열교환기로 순환 공급되도록 하고, 다수의 개폐수단의 동작에 의해 상기 압축기의 고온.고압의 냉매를 상기 제 1 히터, 상기 내부 열교환기, 상기 팽창밸브 및 상기 증발기 겸용 쿨러를 거쳐서 냉각 상태로 상기 내부 열교환기로 순환 공급되도록 하는 냉매순환라인과,
    상기 개폐수단을 제어하는 제어부
    를 포함하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매는,
    이산화탄소 냉매인 것
    을 특징으로 하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉매순환라인은,
    상기 압축기로부터 상기 증발기 겸용 쿨러, 상기 내부 열교환기의 고온부, 상기 팽창밸브, 상기 증발기 및 상기 내부 열교환기의 저온부를 거쳐서 상기 압축기로 냉매를 순환 공급시키는 제 1 라인과,
    상기 제 1 개폐수단의 조작에 의해 상기 압축기로부터 상기 제 1 히터로 고온.고압의 냉매를 공급시키고, 상기 제 1 히터를 통과한 냉매를 제 2 개폐수단의 조작에 의해 상기 내부 열교환기의 고온부로 공급되도록 하는 제 2 라인과,
    상기 제 3 개폐수단의 조작에 의해 상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 상기 증발기를 바이패스시켜서 상기 증발기 겸용 쿨러를 통과하여 제 4 개폐수단의 조작에 의해 상기 내부 열교환기의 저온부로 공급되도록 하는 제 3 라인
    을 포함하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 열교환기의 전단에 냉매의 온도 및 압력을 각각 측정하여 감지신호로서 출력하는 온도/압력센서와,
    상기 온도/압력센서로부터 출력되는 감지신호를 수신받아 상기 팽창밸브를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    냉매의 온도에 따른 최적 효율의 냉매 압력을 저장하여 상기 온도/압력센서로부터 출력되는 감지신호에 의한 냉매의 온도에 해당하는 저장된 냉매 압력을 가지도록 상기 팽창밸브의 개도를 조절하는 것
    을 특징으로 하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 자동차의 구동을 위하여 전기를 공급하는 연료전지로부터 발생되는 폐 열에 의해 가열되는 유체를 순환 공급시킴으로써 상기 덕트를 통과하는 공기를 가열시키는 폐열가열수단
    을 더 포함하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 폐열가열수단은,
    상기 연료전지에 설치되는 냉각자켓과,
    상기 덕트에 설치되는 제 2 히터와,
    상기 냉각자켓으로부터 상기 제 2 히터로 유체를 순환 공급시키는 경로를 제공하는 유체순환라인과,
    상기 유체순환라인 상에 설치되어 유체의 순환을 위한 펌핑력을 제공하는 순환펌프와,
    상기 유체순환라인에 상기 제 2 히터를 바이패스시키도록 연결되는 바이패스라인과,
    상기 유체를 상기 유체순환라인과 상기 바이패스라인 중 어느 하나로 순환되도록 하는 바이패스밸브
    를 포함하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 히터의 전단에 제어부에 제어되어 상기 제 2 히터 측으로 유입되는 공기량을 조절하는 공기유입량조절수단
    을 더 포함하는 전기로 운행하는 자동차의 냉난방 장치.
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