KR20120133737A - Cooling System for Electric Vehicle - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A cooling system for an electric vehicle is provided to enable to lower a fan required performance because a needed quantity of ventilation is reduced and to reduce a size and the weight of a cooling module package. CONSTITUTION: A cooling system(1000) for an electric vehicle comprises an air conditioner(100), a radiator(200), and a water-cooling type LTR heat exchanger(110). The air conditioner comprises first and second bypass valves(171,172). The radiator is formed into a heat exchanger form, thereby circulating cooling water. The radiator performs heat exchange between outdoor air and the cooling water, thereby cooling the cooling water. The water-cooling type LTR heat exchanger receives the cooling water flowing to the radiator and a refrigerant flowing to the air conditioner, thereby perform the heat exchange of the same.

Description

전기 자동차용 냉각 시스템 {Cooling System for Electric Vehicle}Cooling System for Electric Vehicles

본 발명은 전기 자동차용 냉각 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling system for an electric vehicle.

최근 저공해 고연비 대책으로 하이브리드 자동차가 점차 각광받고 있는 추세에 있다. 종래에는 휘발유, 경우 등과 같은 화석 연료를 사용하는 엔진을 구비하는 자동차가 일반적으로 사용되어 왔으나, 화석 연료의 매장량 감소 및 환경 오염 문제 등으로 화석 연료를 대체할 자동차용 에너지원에 대한 연구가 있어 왔다. 그 중 현재 가장 활발히 연구되고 있는 에너지원은 연료 전지인데, 아직까지는 연료 전지만으로 작동하는 자동차의 경우 연료 대비 효율이나 냉각 시스템의 최적화 등이 완전히 이루어지지 않은 상태이다. 따라서 현재로서는 화석 연료와 연료 전지(즉 전기)를 모두 사용하는 하이브리드 자동차가 가장 합리적인 대안으로 대두되고 있다. 이러한 연료 전지 자동차 또는 하이브리드 자동차에는 구동원으로서 전기를 사용하는 구동 모터가 구비되며, 화석 연료를 사용하는 엔진을 대체하거나 또는 보조하는 역할을 한다. 그러나 점차로 자동차의 구동계에 있어서, 내연 기관을 완전히 (전기 모터를 포함하는) 전장 부품으로 전환하고자 하는 연구 및 개발이 꾸준히 이루어지고 있다.
In recent years, hybrid vehicles are becoming more and more popular due to low pollution and high fuel cost measures. Conventionally, automobiles having an engine using fossil fuels such as gasoline and case have been generally used, but there have been researches on energy sources for automobiles to replace fossil fuels due to reduction of fossil fuel reserves and environmental pollution problems . Among them, the most active energy source currently is fuel cells. However, fuel efficiency and cooling system optimization have not yet been fully achieved in the case of a fuel cell-only vehicle. Therefore, at present, hybrid vehicles using both fossil fuel and fuel cells (ie electricity) are emerging as the most reasonable alternative. Such a fuel cell automobile or hybrid automobile is provided with a driving motor that uses electricity as a driving source, and plays a role of replacing or assisting an engine using fossil fuel. Increasingly, however, in the drivetrains of automobiles, research and development are constantly underway to completely convert internal combustion engines into electrical components (including electric motors).

화석 연료를 사용하는 내연 기관 자동차의 경우, 엔진에서 고온ㆍ고압의 가스를 점화ㆍ연소시키는 과정에서 매우 많은 양의 열이 발생하게 되며, 따라서 냉각을 시켜 주지 않으면 과열로 인하여 실린더와 피스톤을 포함하는 각종 부품이 녹거나 탐으로써 손상 및 파손이 발생하게 된다. 따라서 실린더 주위에 냉각수를 수용하는 재킷을 설치하고, 상기 재킷 내부로 냉각수를 순환시킴으로써 냉각수가 엔진으로부터 발생하는 열을 흡수함으로써 엔진이 냉각되도록 하고 있다. 그러나 냉각수 역시 오랜 시간 동안 엔진으로부터 열을 흡수하여 고온이 되면 엔진으로부터 더 이상 열을 흡수할 수 없게 되기 때문에, 상기 냉각수를 냉각시켜 주는 장치가 필요한데, 라디에이터(radiator)는 바로 이러한 고온의 냉각수를 순환시켜 냉각시켜 주는 장치로서, 내연 기관에서 발생한 열의 일부를 냉각수를 통해서 대기 속으로 방출하는 역할을 한다. 라디에이터는 대부분의 경우 일반적으로 가장 널리 사용되는 열교환기의 형태, 즉 다열의 튜브들, 상기 튜브들의 양단에 결합되는 한 쌍의 헤더탱크, 상기 튜브들 사이에 개재되는 핀을 포함하여 이루어지는 형태를 가지게 된다.In the case of an internal combustion engine vehicle using fossil fuel, a very large amount of heat is generated in ignition and combustion of high temperature and high pressure gas in the engine. Therefore, if the engine is not cooled, As various parts are melted or tampered, damage or breakage occurs. Therefore, a jacket is provided around the cylinder to circulate the cooling water, and the cooling water is circulated inside the jacket, so that the engine is cooled by absorbing heat generated from the engine. However, since the cooling water also absorbs heat from the engine for a long time and can no longer absorb heat from the engine at a high temperature, a device for cooling the cooling water is required. The radiator directly circulates the high- And discharges part of the heat generated in the internal combustion engine through the cooling water to the atmosphere. Radiators typically have the form of the most commonly used heat exchangers, that is, tubes of multiple rows, a pair of header tanks coupled to both ends of the tubes, and fins interposed between the tubes do.

연료 전지를 동력원으로 하는 자동차의 경우에도 물론, 연료 전지 셀 스택, 모터 등과 같은 각 전장 부품에서 발열이 일어난다. 따라서 내연 기관의 냉각수를 이용한 냉각 시스템과 유사한 방식으로, 냉각수를 이용하여 이러한 전장 부품들에서 발생되는 열을 흡수하여 냉각을 수행하게 된다. 또한 역시 내연 기관의 냉각 시스템과 유사하게, 흡수된 열로 인해 온도가 올라가게 된 냉각수를 별도의 라디에이터를 이용하여 냉각시켜 주게 된다.In the case of automobiles using fuel cells as a power source, heat is generated in each electric component such as a fuel cell stack and a motor. Therefore, in a manner similar to the cooling system using the cooling water of the internal combustion engine, cooling water is used to absorb heat generated in these electric components to perform cooling. Also, similar to the cooling system of the internal combustion engine, the cooling water whose temperature has been raised due to absorbed heat is cooled by using a separate radiator.

한편, 내연 기관 자동차의 경우에는 주행 중 또는 아이들 상태 등을 막론하고 엔진에서 지속적으로 많은 열이 발생하며, 특히 동절기에는 이 열을 이용하여 실내의 난방을 수행하도록 함으로써 차량 전반적인 시스템 효율을 높이고 있다. 그런데, 전기 자동차의 경우에는 전장 부품에서 발열이 일어나기는 하지만 내연 기관 자동차에 비하여 그 발열량이 상대적으로 훨씬 낮으며, 특히 아이들 상태의 경우에는 거의 발열이 없다. 이에 따라 내연 기관 자동차에서처럼 구동계에서 발생되는 열을 이용한 안정적이고 지속적인 난방을 수행하기에는 어려움이 있다.On the other hand, in the case of an internal combustion engine car, a lot of heat is continuously generated from the engine regardless of driving or idle state, and in particular, in winter, the vehicle system is heated by using this heat to increase the overall system efficiency. However, in the case of an electric vehicle, heat generation occurs in the electric component, but the heat generation amount is relatively lower than that of an internal combustion engine vehicle, and especially in the idle state, there is almost no heat generation. Accordingly, it is difficult to perform stable and continuous heating using heat generated from the drive system as in an internal combustion engine vehicle.

전기 자동차에서는 이러한 문제를 해소하기 위하여, 히트 펌프(heat pump) 개념을 도입하여 난방을 수행하도록 하고 있다. 응축기 - 팽창 밸브 - 증발기 - 압축기 순으로 냉매가 순환되는 일반적인 냉동 사이클에서, 증발기에서는 그 내부에서는 냉매의 증발이 일어나되 외부로부터 그 증발열을 흡수함으로써 외부 공기는 냉각하는 효과를 얻게 되며, 이와 같이 냉각된 공기를 이용하여 냉방을 수행하는 것이 에어 컨디셔너의 원리이다. 이 때, 응축기에서는 그 내부에서는 냉매의 응축이 일어나되 (증발기에서와는 반대로) 외부로 그 응축열을 발산하게 되고, 따라서 응축기 주변에서는 외부 공기가 가열되게 된다. 히트 펌프는 바로 이러한 원리를 이용한 것으로, 즉 응축기 주변을 통과하면서 가열된 공기를 이용하여 난방을 수행하는 것이다. 구체적으로는, 기존 차량에 구비되어 있는 냉방 시스템을 이용하여 유로와 공기 통로를 적절히 전환하여 줌으로써 냉방 시스템을 히트 펌프를 이용한 난방 시스템으로 전환하여 사용할 수 있도록 한다.In order to solve this problem, electric vehicles have introduced the concept of a heat pump to perform heating. In a typical refrigeration cycle in which the refrigerant circulates in the order of condenser-expansion valve-evaporator-compressor, the evaporator cools the outside air by absorbing the evaporation heat from the outside inside the evaporator. It is a principle of an air conditioner to perform cooling using the air which has been inflated. At this time, in the condenser, the refrigerant is condensed inside but dissipates the heat of condensation to the outside (as opposed to in the evaporator), so that the outside air is heated around the condenser. The heat pump uses this principle, that is, heating is carried out using heated air as it passes around the condenser. Specifically, by using the cooling system provided in the existing vehicle, the flow path and the air passage are appropriately switched so that the cooling system can be converted into a heating system using a heat pump.

도 1은 종래의 전기 자동차에서의 공조 시스템을 간략히 도시하고 있다. 점선 부분은 냉방 시 냉매의 유통 경로를 표시한 것이며, 실선 부분은 난방 시, 즉 히트 펌프 시스템으로서 동작 시의 냉매의 유통 경로를 표시한 것이다. 도시되어 있는 바와 같이 종래의 전기 자동차에서, 히트 펌프 시스템으로서 동작 시에는 냉매가 내부 응축기(Inside Cond.) - 히트 펌프 시스템 팽창 밸브(Heater TXV) - 실외기(Outdoor H/Ex) - 압축기(Comp.)를 순차적으로 통과하며, 이 때 실외기가 증발기 역할을 하고 내부 응축기에서 발열이 일어나 실내로 송풍되는 공기를 가열하게 된다. 도 1의 시스템이 냉방 시스템으로서 동작 시에는, 냉매가 점선 부분의 유통 경로, 즉 실외기(Outdoor H/Ex) - 냉방 시스템 팽창 밸브(A/C TXV) - 증발기(Evap.) - 압축기(Comp.)를 순차적으로 통과하게 된다. 즉 이 때에는 실외기가 응축기 역할을 하게 된다.1 is a simplified illustration of an air conditioning system in a conventional electric vehicle. The dotted line indicates the flow path of the refrigerant during cooling, and the solid line indicates the flow path of the refrigerant during operation, that is, during operation as a heat pump system. As shown, in a conventional electric vehicle, when operating as a heat pump system, the refrigerant is inside cond. (Inside Cond.)-Heat pump system expansion valve (Heater TXV)-outdoor unit (Outdoor H / Ex)-compressor (Comp. ), And the outdoor unit acts as an evaporator, and heat is generated in the internal condenser to heat the air blown into the room. When the system of FIG. 1 operates as a cooling system, the refrigerant flows in a dotted line, that is, an outdoor unit (Outdoor H / Ex)-a cooling system expansion valve (A / C TXV)-an evaporator (Evap.)-A compressor (Comp. ) Will pass sequentially. In this case, the outdoor unit acts as a condenser.

한편, 상술한 바와 같이 내연 기관 자동차 및 전기 자동차 모두 구동계를 냉각하기 위해 냉각수를 순환시키는 시스템이 구비되어 있으며, 냉각수 순환 시스템에는 구동계로부터 발생된 열을 흡수하여 가열된 냉각수를 냉각하기 위한 라디에이터가 포함된다. (본 명세서에서, 상술한 공조 시스템과 이러한 구동계를 냉각하는 시스템을 총칭하여 '냉각 시스템'이라고 한다.) 이 때, 라디에이터는 실내의 냉방 및 난방을 위한 공조 시스템(도 1의 시스템)에서의 실외기, 즉 냉방 시 응축기로서 작동되는 열교환기의 전방에 나란하게 병렬 배치되는 것이 일반적이다.On the other hand, as described above, both the internal combustion engine car and the electric vehicle are provided with a system for circulating the coolant to cool the drive system, and the coolant circulation system includes a radiator for cooling the heated coolant by absorbing heat generated from the drive system. do. (In this specification, the above-described air conditioning system and a system for cooling such a drive system are collectively referred to as a 'cooling system'.) At this time, the radiator is an outdoor unit in an air conditioning system (system of FIG. 1) for cooling and heating indoors. In other words, it is generally arranged side by side in front of the heat exchanger which acts as a condenser when cooling.

그런데 이러한 종래의 시스템에서는, 동절기에 외부 공기 온도가 영하로 떨어지게 될 경우 공기 중 수분이 실외기 표면에 부착 및 동결되는 현상이 빈번히 발생하였으며, 이에 따라 실외기가 증발기 역할을 수행하기 어려워져 히트 펌프로서의 기능이 제대로 발휘되지 못하는 문제가 있었다.
However, in such a conventional system, when the outside air temperature drops to below zero in winter, moisture in the air adheres to the outdoor unit surface and freezes frequently. As a result, it becomes difficult for the outdoor unit to function as an evaporator, thereby functioning as a heat pump. There was a problem that was not manifested properly.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기 자동차용 냉각 시스템에 있어서 (라디에이터와 나란히 병렬 배치되는) 실외기를 공랭식에서 수냉식으로 변경하고 유로를 개선함으로써 하절기/동절기 각 경우에 있어 냉방/난방 효율을 극대화할 수 있도록 하는, 전기 자동차용 냉각 시스템을 제공함에 있다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to change the outdoor unit (parallel and parallel to the radiator) in the cooling system for electric vehicles air-cooled to water-cooled and flow path In order to maximize the cooling / heating efficiency in each summer / winter by improving the, to provide an electric vehicle cooling system.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기 자동차용 냉각 시스템은, 전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)의 냉각 및 실내 공기의 냉방 및 난방을 수행하는 냉각 시스템(1000)에 있어서, 냉매를 순환시켜 냉방 또는 난방을 수행하되, 냉매를 압축하는 압축기(140), 차량 실내로 유입되는 공기유통경로 내에 구비되며, 냉방 모드 시 냉방용 팽창밸브(120)를 통과한 냉매를 증발시키면서 공기를 냉각하는 증발기(130), 차량 실내로 유입되는 공기유통경로 내의 상기 증발기(130) 하류 위치에 구비되며, 난방 모드 시 냉매를 응축시키면서 공기를 가열하는 내부 응축기(150), 난방 모드 시 상기 내부 응축기(150)를 통과한 냉매를 팽창시키는 난방용 팽창밸브(160), 난방 모드 시 상기 냉방용 팽창밸브(120) 및 상기 증발기(130)로 냉매가 통과하지 않도록 냉매를 바이패스시키는 제1바이패스 밸브(171), 냉방 모드 시 상기 난방용 팽창밸브(160)로 냉매가 통과하지 않도록 냉매를 바이패스시키는 제2바이패스밸브(172)를 포함하여 이루어지는 공조부(100); 냉각수를 순환시켜 상기 전장 부품(500)을 냉각하되, 열교환기 형태로 형성되어 냉각수를 유통시키며 외부 공기와 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 라디에이터(200); 상기 공조부(100)로 유통되는 냉매와 상기 라디에이터(200)로 유통되는 냉각수를 유입받아 서로 열교환시키도록 형성되는 수냉식의 LTR 열교환기(Liquid-To-Refrigerant heat exchanger, 110); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the cooling system for an electric vehicle of the present invention for achieving the above object, in the cooling system 1000 for cooling the heating system 500 of the electric vehicle and cooling and heating of indoor air, the refrigerant is Cooling the air while circulating to perform the cooling or heating, the compressor 140 to compress the refrigerant, the air flow path flowing into the vehicle interior, evaporating the refrigerant passing through the cooling expansion valve 120 in the cooling mode. The evaporator 130, which is provided at the downstream position of the evaporator 130 in the air flow path flowing into the vehicle interior, the internal condenser 150 for heating the air while condensing the refrigerant in the heating mode, the internal condenser in the heating mode ( The expansion valve 160 for heating to expand the refrigerant passing through the 150, the refrigerant in the heating mode so that the refrigerant does not pass through the expansion valve 120 and the evaporator 130 in the heating mode. The first bypass valve 171, the air conditioning unit 100, the refrigerant so that during the cooling mode, not the refrigerant is passed to the heating expansion valve (160) comprises a second bypass valve 172 to the bypass to bypass; A radiator 200 for cooling the electric component 500 by circulating a cooling water, configured to form a heat exchanger, circulating the cooling water, and cooling the cooling water by exchanging cooling air with external air; A water-cooled LTR heat exchanger (Liquid-To-Refrigerant heat exchanger, 110) formed to receive the refrigerant circulated to the air conditioning unit 100 and the cooling water circulated to the radiator 200 to exchange heat with each other; And a control unit.

이 때, 상기 냉각 시스템(1000)은, 냉방 시, 냉매가 상기 LTR 열교환기(110) - 상기 냉방용 팽창 밸브(120) - 상기 증발기(130) - 상기 압축기(140) - 상기 내부 응축기(150) - 제2바이패스 밸브(172) 순으로 통과하며 순환되면서, 상기 LTR 열교환기(110)에서 냉매가 응축되며 상기 증발기(130) 주변에서 냉각된 공기가 실내로 송풍되어 냉방을 수행하고, 난방 시, 냉매가 상기 LTR 열교환기(110) - 상기 제1바이패스 밸브(171) - 상기 압축기(140) - 상기 내부 응축기(150) - 상기 난방용 팽창 밸브(160) 순으로 통과하며 순환되면서, 상기 LTR 열교환기(110)에서 냉매가 증발되며 상기 내부 응축기(150) 주변에서 가열된 공기가 실내로 송풍되어 난방을 수행하는 것을 특징으로 한다.At this time, the cooling system 1000, when cooling, the refrigerant is the LTR heat exchanger 110-the cooling expansion valve 120-the evaporator 130-the compressor 140-the internal condenser 150 In the second bypass valve 172, the refrigerant is condensed in the LTR heat exchanger 110, and the air cooled around the evaporator 130 is blown into the room to perform cooling. When the refrigerant is circulated through the LTR heat exchanger 110-the first bypass valve 171-the compressor 140-the internal condenser 150-the expansion valve 160 for heating, Refrigerant is evaporated in the LTR heat exchanger (110) and the heated air around the internal condenser (150) is blown into the room, characterized in that to perform heating.

이 때, 상기 냉각 시스템(1000)은 상기 라디에이터(200)에서 배출되어 상기 전장 부품(500) 주변을 통과함으로써 열을 흡수한 냉각수가 상기 LTR 열교환기(110)로 유입되도록 유로가 형성되는 것을 특징으로 한다.At this time, the cooling system 1000 is discharged from the radiator 200 passes through the electric component 500, the flow path is formed so that the cooling water absorbed heat flows into the LTR heat exchanger (110). It is done.

또한, 상기 공조부(100)는 공기가 상기 증발기(130) - 상기 내부 응축기(150) 순으로 통과하여 실내로 송풍되도록 배치 형성되는 것을 특징으로 한다.
In addition, the air conditioning unit 100 is characterized in that the air is formed so as to pass through the evaporator 130-the inner condenser 150 in order to blow into the room.

본 발명에 의하면, 전기 자동차용 냉각 시스템에 있어서 실외기를 공랭식이 아닌 수냉식으로 형성함으로써 동절기에 히트 펌프를 이용한 난방 시스템 작동 시 실외기 표면에서 공기 중 수분이 동결되는 것을 방지하여 난방 시스템의 효율을 극대화시키는 큰 효과가 있다. 특히 본 발명에서는, 동절기 난방 시 즉 실외기가 증발기 역할을 할 때, 상술한 바와 같이 실외기가 수냉식으로 이루어짐으로써 냉각수와 냉매 간 열교환이 이루어지도록 하기 때문에, 운전 중반 이후에는 전장 부품에서 발생되는 열량이 증발기로 흡수되도록 할 수 있다. 즉 종래에는 전장 부품에서 발생되는 열량이 난방에 이용되기 어려워 그냥 버려졌으나, 본 발명에서는 전장 부품에서 발생되는 열량이 냉각수를 통해 냉매로 흡수되도록 함으로써 난방에 이용될 수 있게 되어, 히트 펌프 시스템의 효율을 더욱 높여 주는 효과를 얻을 수 있는 것이다.According to the present invention, in the cooling system for an electric vehicle, the outdoor unit is formed by water cooling instead of air cooling, thereby preventing water from freezing on the surface of the outdoor unit during operation of the heating system using a heat pump in winter to maximize the efficiency of the heating system. It has a big effect. In particular, in the present invention, when the winter heating, that is, the outdoor unit acts as an evaporator, since the outdoor unit is made of water-cooling as described above, the heat exchange between the coolant and the refrigerant is made, the amount of heat generated from the electrical components after the mid-operation evaporator Can be absorbed. That is, in the prior art, the heat generated from the electric component is difficult to be used for heating, but was simply discarded, but in the present invention, the heat generated from the electric component can be used for heating by allowing the refrigerant to be absorbed through the cooling water, thereby improving the efficiency of the heat pump system. You can get a more effective effect.

더불어, 이에 따라 라디에이터에서는 냉각수가 실외기에서 냉매와의 열교환을 통해 충분히 냉각될 수 있게 되므로 공기로의 방열 필요성이 줄어들게 되어, 송풍 필요량이 줄어들기 때문에 팬 요구 성능이 낮아져도 되게 되는 효과가 있다. 따라서 본 발명에 의하면 팬의 모터 사양 축소 및 소비 전력 감소를 달성할 수 있는 효과가 있고, 나아가 쿨링 모듈의 패키지의 소형화 및 경량화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
In addition, in the radiator, since the coolant can be sufficiently cooled through heat exchange with the refrigerant in the outdoor unit, the need for heat dissipation to air is reduced, and thus the required fan performance is lowered because the required amount of air is reduced. Therefore, according to the present invention, the motor specification of the fan and power consumption can be reduced, and further, the package of the cooling module can be made smaller and lighter.

도 1은 종래의 전기 자동차에서의 냉각 시스템.
도 2는 본 발명의 전기 자동차에서의 냉각 시스템.
도 3은 본 발명의 냉각 시스템의 하절기/동절기 작동 유로.
도 4는 공랭식 열교환기의 일실시예.
도 5는 판형 이종 열교환기의 일실시예.1 is a cooling system in a conventional electric vehicle.
2 is a cooling system in the electric vehicle of the present invention.
Figure 3 is a summer / winter operating flow path of the cooling system of the present invention.
4 is one embodiment of an air cooled heat exchanger.
5 is one embodiment of a plate-type heterogeneous heat exchanger.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 전기 자동차용 냉각 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a cooling system for an electric vehicle according to the present invention having the configuration as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 전기 자동차에서의 냉각 시스템을 도시한 것이다. 또한 도 3은 본 발명의 냉각 시스템의 하절기/동절기 작동 유로를 각각 도시한 것으로, 도 3(A)는 하절기 시 즉 냉방 시스템으로서 작동할 때의 냉매 유통 경로를 도시한 것이며, 도 3(B)는 동절기 시 즉 (히트 펌프 방식을 이용한) 난방 시스템으로서 작동할 때의 냉매 유통 경로를 도시한 것이다. 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서는 냉각수를 순환시켜 구동계를 냉각하는 부분과 냉매를 순환시켜 실내 냉방 및 난방을 수행하는 부분(공조부)을 통틀어, (비록 공조부가 히트 펌프 시스템으로서 작동될 때에는 난방을 수행하기는 하나, 기본적으로 공조부는 냉방 사이클 형태로 형성되므로) '냉각 시스템'이라고 칭하기로 한다. 즉 본 발명의 냉각 시스템(1000)은, 전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)의 냉각 및 실내 공기의 냉방 및 난방을 수행하는 역할을 하는 부분을 총칭하는 것으로, 상술한 바와 같이 실내 공기의 냉방/난방을 수행하는 공조부(100)와, 냉각수를 유통시키며 냉각하는 라디에이터(200)와, 상기 공조부(100) 사이클 및 (상기 라디에이터(200)를 포함하는) 전장 부품 냉각 사이클 모두에 포함되는 LTR 열교환기(Liquid-To-Refrigerant heat exchanger, 110)를 포함하여 이루어진다. 본 발명에서 상기 LTR 열교환기(110)의 구성이 바로 특징이 되는데, 이에 대해서는 이후 보다 상세히 설명한다.2 shows a cooling system in the electric vehicle of the present invention. In addition, Figure 3 shows the summer / winter operation flow path of the cooling system of the present invention, respectively, Figure 3 (A) shows the refrigerant flow path when operating during the summer, that is, as a cooling system, Figure 3 (B) Shows the refrigerant flow path during winter season, i.e. when operating as a heating system (using a heat pump method). As mentioned above, in the present invention, both the portion for cooling the drive system by circulating the coolant and the portion (air conditioner) for circulating the refrigerant to perform indoor cooling and heating (although the air conditioner is operated as a heat pump system, Although the air conditioning unit is basically formed in the form of a cooling cycle, it will be referred to as a 'cooling system'. That is, the cooling system 1000 of the present invention refers to a part that serves to perform cooling of the drive system electric component 500 of the electric vehicle and cooling and heating of indoor air, and to cool / cool indoor air as described above. LTR included in both the air conditioning unit 100 for heating, the radiator 200 for distributing and cooling the cooling water, the air conditioning unit 100 cycle, and the electric component cooling cycle (including the radiator 200) And a heat exchanger (Liquid-To-Refrigerant heat exchanger, 110). In the present invention, the configuration of the LTR heat exchanger 110 is immediately characterized, which will be described in more detail later.

상기 라디에이터(200)는 일반적인 내연 기관 자동차에서의 라디에이터 등과 마찬가지로, 냉각수를 순환시켜 상기 전장 부품(500)을 냉각하되, 열교환기 형태로 형성되어 냉각수를 유통시키며 외부 공기와 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 역할을 한다. 또한, 냉각수를 강제 순환시키기 위하여 상기 라디에이터(200)로 유통되는 냉각수의 유로 상에는 도시된 바와 같은 워터 펌프(water pump)가 더 구비되는 것이 일반적이다. 상기 라디에이터(200)는 일반적인 공랭식 열교환기 형태로 형성될 수 있는데, 그 한 예시가 도 4에 도시되어 있다. 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 라디에이터(200)는, 복수 개의 튜브(tube)와, 상기 튜브 사이에 개재되는 핀(fin)과, 상기 튜브의 양측 단부에 결합되어 열교환매체가 유통하는 한 쌍의 헤더탱크(header-tank)를 포함하여 이루어져, 상기 헤더탱크 및 상기 튜브 내로 열교환매체가 유통하며 상기 튜브 및 상기 핀에 의하여 외부 공기와 열교환하도록 형성되는 일반적인 공랭식 열교환기 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 라디에이터의 기능에 대해서는 이미 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The radiator 200 circulates coolant to cool the electric component 500 by circulating coolant, and is formed in the form of a heat exchanger to distribute coolant and exchange heat between outside air and coolant to cool the coolant. It plays a role. In addition, a water pump as shown in the drawing is generally provided on the flow path of the coolant circulated to the radiator 200 in order to forcibly circulate the coolant. The radiator 200 may be formed in the form of a general air-cooled heat exchanger, an example of which is illustrated in FIG. 4. More specifically, referring to FIG. 4, the radiator 200 is coupled to a plurality of tubes, fins interposed between the tubes, and both ends of the tubes so that heat exchange media flow. It comprises a pair of header tank (header-tank), the heat exchange medium flows into the header tank and the tube can be made in the form of a general air-cooled heat exchanger is formed to exchange heat with the outside air by the tube and the fins. have. Since the function of such a radiator is already well known, a detailed description thereof will be omitted.

상기 공조부(100)는 상술한 바와 같이 냉매를 순환시켜 냉방 또는 난방을 수행하되, 냉방 시/난방 시 각각의 경우에 따라 냉매 유통 경로를 달리하여 각각 냉방 시스템/(히트 펌프 원리를 이용한) 난방 시스템으로 작동되게 된다. 기본적으로 상기 공조부(100)의 각 구성요소를 살펴보면, 상기 공조부(100)는 냉매를 압축하는 압축기(140), 차량 실내로 유입되는 공기유통경로 내에 구비되며, 냉방 모드 시 냉방용 팽창밸브(120)를 통과한 냉매를 증발시키면서 공기를 냉각하는 증발기(130), 차량 실내로 유입되는 공기유통경로 내의 상기 증발기(130) 하류 위치에 구비되며, 난방 모드 시 냉매를 응축시키면서 공기를 가열하는 내부 응축기(150), 난방 모드 시 상기 내부 응축기(150)를 통과한 냉매를 팽창시키는 난방용 팽창밸브(160), 난방 모드 시 상기 냉방용 팽창밸브(120) 및 상기 증발기(130)로 냉매가 통과하지 않도록 냉매를 바이패스시키는 제1바이패스 밸브(171), 냉방 모드 시 상기 난방용 팽창밸브(160)로 냉매가 통과하지 않도록 냉매를 바이패스시키는 제2바이패스밸브(172)를 포함하여 이루어진다.The air conditioning unit 100 performs the cooling or heating by circulating the refrigerant as described above, but the cooling system / heating (using the heat pump principle) by varying the refrigerant distribution path according to each case during cooling / heating It will work as a system. Basically, when looking at each component of the air conditioning unit 100, the air conditioning unit 100 is provided in the compressor 140, the air flow path flowing into the vehicle interior to compress the refrigerant, in the cooling mode expansion valve for cooling The evaporator 130 for cooling the air while evaporating the refrigerant passing through the 120, is provided in the evaporator 130 downstream position in the air flow path flowing into the vehicle interior, and heating the air while condensing the refrigerant in the heating mode Internal condenser 150, the heating expansion valve 160 for expanding the refrigerant passing through the internal condenser 150 in the heating mode, the refrigerant passes through the cooling expansion valve 120 and the evaporator 130 in the heating mode. And a first bypass valve 171 for bypassing the refrigerant so as to bypass the refrigerant, and a second bypass valve 172 for bypassing the refrigerant so that the refrigerant does not pass through the heating expansion valve 160 in the cooling mode. Eojinda.

이 때, 본 발명의 냉각 시스템(1000)에서는, 도시된 바와 같이 상기 제1바이패스 밸브(171)가 냉방 시에는 상기 냉방용 팽창 밸브(120) - 상기 증발기(130)로 이어지는 유통 경로로 냉매를 유통시키고, 난방 시에는 이를 우회하여 냉매가 바로 상기 압축기(140)로 유입되도록 하는 위치에 배치된다. 또한 상기 제2바이패스 밸브(172)는 난방 시에는 상기 난방용 팽창 밸브(160)로 냉매를 유통시키고, 냉방 시에는 냉매가 상기 난방용 팽창 밸브(160)를 우회하도록 한다. 이러한 상기 바이패스 밸브들(171)(172)은 도시된 바와 같이 유입된 유체를 제1경로 또는 제2경로 중 선택되는 하나의 경로로 배출시키는 형태의 밸브, 즉 삼방 밸브 형태로 형성되도록 하면 용이하게 구현할 수 있다.At this time, in the cooling system 1000 of the present invention, when the first bypass valve 171 is cooled as shown, the refrigerant flows through the circulation path leading to the cooling expansion valve 120-the evaporator 130. It is disposed in a position to circulate and bypass the heating when the refrigerant flows directly into the compressor 140. In addition, the second bypass valve 172 distributes the refrigerant to the heating expansion valve 160 when heating, and when the cooling the refrigerant bypasses the heating expansion valve 160. The bypass valves 171 and 172 may be easily formed in the form of a valve, that is, a three-way valve, for discharging the fluid introduced into one of the first path and the second path, as shown. Can be implemented.

즉 냉방 시에는, 도 3(A)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제1바이패스 밸브(171)에 의하여 상기 냉방용 팽창 밸브(120) 및 상기 증발기(130) 쪽으로 냉매의 유통이 이루어지고, 또한 상기 제2바이패스 밸브(172)에 의하여 상기 난방용 팽창 밸브(160)로 냉매가 유통되지 않도록 우회된다. 따라서 냉방 시, 냉매가 상기 LTR 열교환기(110) - 상기 냉방용 팽창 밸브(120) - 상기 증발기(130) - 상기 압축기(140) - 상기 내부 응축기(150) - 제2바이패스 밸브(172) 순으로 통과하며 순환되면서, 상기 LTR 열교환기(110)에서 냉매가 응축되며 상기 증발기(130) 주변에서 냉각된 공기가 실내로 송풍되어 냉방을 수행한다. 즉 이 경우 상기 LTR 열교환기(110)는 응축기 역할을 하며, 외부로 응축열을 발산하며 내부에 유통되는 냉매를 응축시키게 된다. 상기 증발기(130)에서는 외부로부터 증발열을 흡수하여 내부에 유통되는 냉매를 증발시키며, 이에 따라 상기 증발기(130) 주변의 공기가 냉각되고, 이렇게 냉각된 공기가 실내로 송풍됨으로써 실내 냉방이 수행되게 된다. 이 때 도면에서는 생략되었으나 실내로 공기가 송풍되는 덕트에는 도어가 구비되어 있으며(도 1 참조), 냉방 시 상기 내부 응축기(150)를 통해 공기가 유통되지 않도록 도어가 배치됨으로써 상기 내부 응축기(150)에서는 열교환이 일어나지 않는다. 즉 상기 내부 응축기(150)는 단지 냉매의 유통 경로로서 작동할 뿐 열교환기로서 작동하는 것이 아니다.That is, during cooling, as shown in FIG. 3 (A), the refrigerant flows toward the cooling expansion valve 120 and the evaporator 130 by the first bypass valve 171. In addition, the second bypass valve 172 is bypassed so that the refrigerant is not circulated to the heating expansion valve 160. Therefore, when cooling, the refrigerant is the LTR heat exchanger 110-the cooling expansion valve 120-the evaporator 130-the compressor 140-the internal condenser 150-the second bypass valve 172 While circulating in a sequential order, the refrigerant is condensed in the LTR heat exchanger 110 and the air cooled around the evaporator 130 is blown into the room to perform cooling. In this case, the LTR heat exchanger 110 serves as a condenser, dissipates heat of condensation to the outside, and condenses the refrigerant circulated therein. The evaporator 130 absorbs the heat of evaporation from the outside to evaporate the refrigerant circulated therein. Accordingly, the air around the evaporator 130 is cooled, and the cooled air is blown into the room to perform indoor cooling. . In this case, although omitted in the drawing, the door is provided in the duct through which air is blown into the room (see FIG. 1), and the door is disposed so that air is not circulated through the internal condenser 150 during cooling. Heat exchange does not occur at. In other words, the internal condenser 150 operates only as a circulation path of the refrigerant and does not operate as a heat exchanger.

반면 난방 시에는, 도 3(B)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제1바이패스 밸브(171)에 의하여 상기 냉방용 팽창 밸브(120) 및 상기 증발기(130)로 냉매가 유통되지 않도록 우회되고, 또한 상기 제2바이패스 밸브(172)에 의하여 상기 난방용 팽창 밸브(160) 쪽으로 냉매의 유통이 이루어진다. 따라서 난방 시, 냉매가 상기 LTR 열교환기(110) - 상기 제1바이패스 밸브(171) - 상기 압축기(140) - 상기 내부 응축기(150) - 상기 난방용 팽창 밸브(160) 순으로 통과하며 순환되면서, 상기 LTR 열교환기(110)에서 냉매가 증발되며 상기 내부 응축기(150) 주변에서 가열된 공기가 실내로 송풍되어 난방을 수행한다. 이 때에는 상기 내부 응축기(150)가 실제 응축기로서 작동하게 되며, 상기 LTR 열교환기(110)는 (냉방 시 상기 LTR 열교환기(110)가 응축기로서 작동했던 것과는 반대로) 증발기로서 작동하게 된다.On the other hand, during heating, as shown in FIG. 3B, the first bypass valve 171 bypasses the refrigerant to the cooling expansion valve 120 and the evaporator 130. In addition, the second bypass valve 172 is used to distribute the refrigerant toward the expansion valve 160 for heating. Therefore, during heating, the refrigerant is circulated while passing through the LTR heat exchanger 110-the first bypass valve 171-the compressor 140-the internal condenser 150-the expansion valve 160 for heating. The refrigerant is evaporated from the LTR heat exchanger 110, and the heated air around the internal condenser 150 is blown into the room to perform heating. In this case, the internal condenser 150 operates as the actual condenser, and the LTR heat exchanger 110 operates as an evaporator (as opposed to the LTR heat exchanger 110 operating as a condenser when cooling).

상기 공조부(100)는 공기가 상기 증발기(130) - 상기 내부 응축기(150) 순으로 통과하여 실내로 송풍되도록 배치 형성되도록 하여, 냉방 시에는 상기 증발기(130)를 통과하여 냉각된 공기가 송풍되고, 난방 시에는 상기 내부 응축기(150)를 통과하여 가열된 공기가 송풍되도록 한다. 상술한 바와 같이 실내로의 송풍을 위한 공기유통경로로서의 덕트 및 도어가 더 구비되며, 이러한 구성에 대해서는 도 1과 같은 일반적인 덕트 구성 및 배치를 따르면 되므로 상세한 설명은 생략한다.The air conditioning unit 100 is arranged so that air passes through the evaporator 130-the internal condenser 150 in order to blow into the room, and when cooled, the air cooled by passing through the evaporator 130 is blown. In the heating, the heated air is blown through the internal condenser 150. As described above, a duct and a door are further provided as air distribution paths for blowing air into the room, and the detailed description thereof will be omitted since this configuration can be followed by the general duct structure and arrangement as shown in FIG. 1.

이 때 본 발명의 냉각 시스템(1000)에서, 상기 LTR 열교환기(110)는 수냉식으로서, 상기 라디에이터(200)로 유통되는 냉각수가 상기 LTR 열교환기(110)로 유통되어 상기 LTR 열교환기(110) 내를 유통하는 냉매와 열교환하도록 형성되는 것이 특징이다. 즉 상기 LTR 열교환기(110)는 상기 공조부(100)로 유통되는 냉매와 상기 라디에이터(200)로 유통되는 냉각수를 유입받아 서로 열교환시키도록 형성되는 것으로, 상기 LTR 열교환기(110)는 이와 같이 이종의 열교환매체를 그 내부로 유통시켜 서로 열교환이 일어나도록 하는 이종 열교환기 형태로 이루어질 수 있다.At this time, in the cooling system 1000 of the present invention, the LTR heat exchanger 110 is water-cooled, and the coolant flowing through the radiator 200 is distributed to the LTR heat exchanger 110 and the LTR heat exchanger 110. It is characterized in that it is formed to exchange heat with the refrigerant flowing through. That is, the LTR heat exchanger 110 is formed to receive the refrigerant circulated to the air conditioning unit 100 and the coolant circulated to the radiator 200 to exchange heat with each other. The LTR heat exchanger 110 is thus It can be made in the form of a heterogeneous heat exchanger to circulate the heterogeneous heat exchange medium therein so that heat exchange occurs with each other.

도 5는 판형 이종 열교환기의 일실시예를 도시하고 있는데, 도 5를 통해 상기 LTR 열교환기(110)의 구체적인 구성에 대해 설명한다. 상기 LTR 열교환기(110)는 상술한 바와 같이 냉매와 냉각수를 유입받아 이를 서로 열교환시키는데, 이를 구현할 수 있는 판형 이종 열교환기의 일반적인 구성이 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 형태이다. 상기 LTR 열교환기(110)는, 복수 개의 플레이트(1150)가 적층되어 상기 플레이트(1150)의 전면끼리 마주보며 결합된 부분에 제1열교환매체가 유동하는 제1매체공간(1110)이 형성되고 상기 플레이트(1150)의 후면끼리 마주보며 결합된 부분에 제2열교환매체가 유동하는 제2매체공간(1120)이 형성되며, 상기 플레이트(1150)에는 상기 제1매체공간(1110)으로 제1열교환매체를 각각 유입 및 배출시키도록 통공 형태로 형성되는 제1매체유입구(1111) 및 제1매체배출구(1112)와; 상기 제1매체유입구(1111) 및 상기 제1매체배출구(1112) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제1열교환매체를 수용 및 유동시키는 제1매체탱크부(1115)와; 상기 제2매체공간(1120)으로 제2열교환매체를 각각 유입 및 배출시키는 제2매체유입구(1121) 및 제2매체배출구(1122)와; 상기 제2매체유입구(1121) 및 상기 제2매체배출구(1122) 부근 영역이 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되어 제2열교환매체를 수용 및 유동시키는 제2매체탱크부(1125);가 구비되는 판형 열교환기 형태로 형성되게 된다. 이 때, 상기 제1매체공간(1110) 및 상기 제2매체공간(1120) 내로 상기 저온 라디에이터(210)에서 배출된 냉각수 및 상기 압축기(130)에서 배출된 냉매가 각각 유동하게 됨으로써, 서로 인접해 있는 상기 제1매체공간(1110) 내의 냉각수 및 상기 제2매체공간(1120) 내의 냉매가 서로 열교환을 일으킬 수 있게 되는 것이다.FIG. 5 illustrates an embodiment of a plate type heat exchanger, and a detailed configuration of the LTR heat exchanger 110 will be described with reference to FIG. 5. As described above, the LTR heat exchanger 110 receives the refrigerant and the coolant and exchanges them with each other. The general configuration of the plate type heat exchanger capable of implementing the LTR heat exchanger 110 is illustrated in FIG. 5. In the LTR heat exchanger 110, a plurality of plates 1150 are stacked to form a first medium space 1110 through which a first heat exchange medium flows at a portion of the plate 1150 facing the front surfaces of the plates 1150. A second medium space 1120 in which a second heat exchange medium flows is formed at a portion of the plate 1150 facing the rear surfaces of the plate 1150. The plate 1150 has a first heat exchange medium as the first medium space 1110. A first medium inlet 1111 and a first medium outlet 1112 formed in a through shape to respectively introduce and discharge the gas; A first medium tank unit 1115 formed in a recessed or protruding region in the vicinity of the first medium inlet 1111 and the first medium outlet 1112 to receive and flow the first heat exchange medium; A second medium inlet 1121 and a second medium outlet 1122 for introducing and discharging a second heat exchange medium into the second medium space 1120, respectively; A second medium tank part 1125 formed to have a recessed or protruding area in the vicinity of the second medium inlet 1121 and the second medium outlet 1122 to receive and flow the second heat exchange medium; It is formed in the form of a heat exchanger. At this time, the coolant discharged from the low-temperature radiator 210 and the refrigerant discharged from the compressor 130 flow into the first medium space 1110 and the second medium space 1120, respectively, to be adjacent to each other. The coolant in the first medium space 1110 and the refrigerant in the second medium space 1120 may cause heat exchange with each other.

상기 제1매체유입구(1111), 상기 제1매체배출구(1112), 상기 제2매체유입구(1121), 상기 제2매체배출구(1122)의 위치가 도 5에 도시된 바와 반드시 동일하게 형성될 필요는 없다. 또한, 상기 플레이트(1150)의 형상 역시 도 5에 도시된 바와 반드시 동일하게 형성될 필요는 없다. 또한, 도 5에는 제1열교환매체가 냉각수이고, 제2열교환매체가 냉매인 것으로 표기되어 있으나, 이 둘이 서로 바뀌어도 전혀 무방하다. 다만, 냉각수 및 냉매 간의 열교환성능을 극대화하기 위하여, 상기 LTR 열교환기(110)는 냉각수 및 냉매의 유동이 대향류를 형성하도록 입출구 배치 또는 매체 선택 등이 이루어지는 것이 바람직하다.
Positions of the first medium inlet 1111, the first medium outlet 1112, the second medium inlet 1121, and the second medium outlet 1122 must be formed in the same manner as illustrated in FIG. 5. There is no. In addition, the shape of the plate 1150 is also not necessarily formed to be the same as shown in FIG. In addition, although the first heat exchange medium is a cooling water and the second heat exchange medium is a refrigerant in FIG. 5, the two may be interchanged. However, in order to maximize the heat exchange performance between the coolant and the coolant, the LTR heat exchanger 110 is preferably arranged at the inlet and outlet or the medium selection so that the flow of the coolant and the coolant forms a counter flow.

이와 같이 상기 LTR 열교환기(110)가 (종래에 공랭식이었던 것과는 달리) 수냉식으로 형성되도록 함으로써 얻을 수 있는 이득에 대하여 이하에서 보다 상세히 설명한다.Thus, the gain obtained by allowing the LTR heat exchanger 110 to be formed by water cooling (unlike conventional air cooling) will be described in more detail below.

먼저 하절기, 즉 냉방 시 얻을 수 있는 이득은 다음과 같다. 내연 기관 자동차의 경우에는 구동계, 즉 엔진의 온도가 매우 높기 때문에 엔진 주변을 통과하면서 엔진으로부터 발산되는 열을 흡수한 냉각수의 온도(즉 라디에이터를 통과하는 냉각수의 온도) 역시 상당히 높다. 반면 전기 자동차의 경우 구동계가 전장 부품으로 이루어지는 바, 주행 중에도 엔진에 비하여 발열량이 적을뿐더러 특히 아이들 상태에서는 발열량이 거의 없는 수준이다. 이에 따라 전기 자동차의 경우에는 상기 라디에이터(200)의 작동 온도가 내연 기관 자동차의 라디에이터의 작동 온도에 비해 상당히 낮은 수준이며, 특히 상기 공조부(110)가 냉방 시스템으로 작동 시 응축기(즉 이 경우 상기 LTR 열교환기(110))를 통과하는 냉매로부터 열을 흡수할 수 있는 정도로 낮은 수준이다. 따라서 내연 기관 자동차에서와는 달리, 전기 자동차에서는 라디에이터를 유통하는 냉각수를 이용하여 응축기 역할을 하는 상기 LTR 열교환기(110)와 열교환시켜 냉매의 열을 흡수할 수 있으며, 굳이 상기 LTR 열교환기(110)를 공랭식으로 구현할 필요가 없다.First of all, the benefits that can be achieved during summer, or cooling, are as follows. In the case of internal combustion engine cars, the temperature of the drive system, i.e. the engine, is very high, so the temperature of the coolant (i.e. the temperature of the coolant passing through the radiator) that has absorbed the heat from the engine as it passes around the engine is also quite high. On the other hand, in the case of an electric vehicle, the drive system is composed of electrical components, which generates less heat than the engine while driving, and generates little heat in the idle state. Accordingly, in the case of an electric vehicle, the operating temperature of the radiator 200 is considerably lower than the operating temperature of the radiator of the internal combustion engine vehicle. In particular, when the air conditioning unit 110 operates as a cooling system, the condenser (that is, the The level is low enough to absorb heat from the refrigerant passing through the LTR heat exchanger (110). Therefore, unlike in an internal combustion engine vehicle, in an electric vehicle, heat may be absorbed by the LTR heat exchanger 110, which serves as a condenser, by using cooling water that distributes a radiator to absorb heat of the refrigerant, and the LTR heat exchanger 110 is dared. There is no need to implement air cooling.

한편 일반적으로 상기 LTR 열교환기(110)는 상기 라디에이터(200)와 나란하게 병렬 배치되는데, 상기 LTR 열교환기(110)가 공랭식일 경우에는 상기 라디에이터(200) 및 상기 LTR 열교환기(110) 모두를 통과할 수 있도록 공기를 송풍시켜야 하므로, 상기 라디에이터(200)에 구비되는 송풍 팬의 부하가 커지게 되었다. 그러나 전기 자동차에서는 냉방 시 상기 LTR 열교환기(110)가 굳이 공랭식이 될 필요가 없기 때문에, 본 발명에서와 같이 상기 LTR 열교환기(110)를 수냉식으로 전환하게 되면, 송풍 팬은 단지 상기 라디에이터(200)로만 공기를 강제 송풍하면 되므로, 팬 부하가 훨씬 줄어들게 된다. 따라서 팬의 모터 사양 축소 및 소비 전력 감소를 달성할 수 있는 효과가 있고, 나아가 쿨링 모듈의 패키지의 소형화 및 경량화를 이룰 수 있는 효과가 있는 것이다.
Meanwhile, the LTR heat exchanger 110 is generally arranged in parallel with the radiator 200. When the LTR heat exchanger 110 is air cooled, both the radiator 200 and the LTR heat exchanger 110 may be disposed. Since air must be blown to pass, the load of the blowing fan provided in the radiator 200 has increased. However, in the electric vehicle, since the LTR heat exchanger 110 does not necessarily need to be air-cooled when cooling, when the LTR heat exchanger 110 is converted to water-cooling as in the present invention, the blower fan is only the radiator 200. Only forced air is blown into the fan, which reduces the fan load. Therefore, the motor specification of the fan and power consumption can be reduced, and further, the package of the cooling module can be made smaller and lighter.

다음으로 동절기, 즉 난방 시 얻을 수 있는 이득은 다음과 같으며, 본 발명의 냉각 시스템은 바로 이 점을 위해 개발된 것이다. 상술한 바와 같이 난방 시 즉 공조부가 히트 펌프 시스템으로서 작동할 때에는 실외기가 증발기로서 작동하는 바 주변 공기를 냉각시키는데, 종래에는 동절기에 실외기 주변의 공기 중 수분이 실외기 표면에 동결 및 부착됨으로써 열교환효율을 불량하게 하고, 결과적으로 히트 펌프 시스템 효율을 저하시키는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에서는 상기 LTR 열교환기(110)가 수냉식이 되도록 함으로써, 즉 냉매와 주변 공기가 열교환하는 것이 아니라 냉매와 냉각수 간에 열교환이 이루어지게 된다. 따라서 상기 LTR 열교환기(110) 주변 공기가 냉각되지도 않고, 이에 따라 공기 중 수분이 상기 LTR 열교환기(110) 표면에 동결 및 부착되는 경향이 훨씬 줄어들게 된다. 물론 동절기에는 굳이 공기를 냉각하지 않아도 환경 자체가 영하이기 때문에 공기 중 수분이 상기 LTR 열교환기(110) 표면에 동결 및 부착될 수는 있겠으나, 그렇다 해도 상기 LTR 열교환기(110)에서 열교환이 일어나는 매체는 냉매와 냉각수인 바, 상기 LTR 열교환기(110) 표면이 얼어붙어 주변 공기와 차단된다 해도 열교환효율에는 별 영향을 미치지 않는다. 즉 본 발명에서와 같이 상기 LTR 열교환기(110)를 수냉식으로 형성함으로써, 동절기에 상기 공조부(100)가 히트 펌프 시스템으로서 작동할 때의 효율을 크게 개선할 수 있게 되는 것이다.Next, the winter season, that is, the gain obtained during heating is as follows, and the cooling system of the present invention was developed for this point. As described above, when the air conditioner operates as a heat pump system, the outdoor unit operates as an evaporator to cool the surrounding air. In the winter, moisture in the air around the outdoor unit is frozen and adhered to the outdoor unit surface to improve heat exchange efficiency. There was a problem of making it poor and consequently lowering the heat pump system efficiency. However, in the present invention, the LTR heat exchanger 110 is water-cooled, that is, the refrigerant and the ambient air are not heat exchanged, but heat is exchanged between the refrigerant and the coolant. Therefore, the air around the LTR heat exchanger 110 is not cooled, and thus the tendency of freezing and attaching moisture in the air to the surface of the LTR heat exchanger 110 is much reduced. Of course, in the winter, since the environment itself is zero even without cooling the air, moisture in the air may freeze and attach to the surface of the LTR heat exchanger 110. However, even though the heat exchange occurs in the LTR heat exchanger 110, Since the medium is a refrigerant and a coolant, even though the surface of the LTR heat exchanger 110 is frozen and blocked from the surrounding air, the medium does not affect the heat exchange efficiency. That is, by forming the LTR heat exchanger 110 as water-cooled as in the present invention, it is possible to greatly improve the efficiency when the air conditioning unit 100 operates as a heat pump system in winter.

또한 본 발명에서, 상기 냉각 시스템(1000)이 상기 라디에이터(200)에서 배출되어 상기 전장 부품(500) 주변을 통과함으로써 열을 흡수한 냉각수가 상기 LTR 열교환기(110)로 유입되도록 유로가 형성되도록 함으로써, 다음과 같은 효과를 더 얻을 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 LTR 열교환기(110)는 동절기에 증발기로서 작동하게 되며, 상기 LTR 열교환기(110)를 통과하는 냉매는 주변(본 발명의 경우 냉각수)으로부터 열을 흡수한다. 이 때, 주행 중반 이후에는 상기 전장 부품(500)에서의 발열량이 점차로 많아지게 되며, 이 열은 냉각수로 흡수되어 냉각수의 온도를 높이게 된다. 이와 같이 상기 전장 부품(500)으로부터 열을 흡수하여 고온이 된 냉각수가 상기 LTR 열교환기(110)를 통과함으로써, 상기 LTR 열교환기(110)에서는 고온의 냉각수로부터 열을 흡수하여 그 내부를 유통하는 냉매가 보다 효과적으로 증발될 수 있게 된다. 종래에는 상기 전장 부품(500)에서 발생되는 열량 자체가 그리 많지도 않고 운전 조건에 따라 발열량 차이가 많은 등 난방에 직접 사용하기에 적당치 않은 바 이 열량은 그냥 버려지게 되었을 뿐이었다. 그러나 본 발명에서는 상기 전장 부품(500)에서 발생되는 폐열이 그냥 버려지지 않고 상기 LTR 열교환기(110)에서의 증발 효율을 높이는 데에 기여하게 되며, 나아가서는 상기 공조부(100)의 전체적인 난방 효율 또한 극대화시키는 효과가 있는 것이다.
In addition, in the present invention, the cooling system 1000 is discharged from the radiator 200 so as to pass through the electric component 500 around the electrical components to absorb the heat to form a flow path so that the flow into the LTR heat exchanger 110 By doing this, the following effects can be further obtained. As described above, the LTR heat exchanger 110 operates as an evaporator in winter, and the refrigerant passing through the LTR heat exchanger 110 absorbs heat from the surroundings (cooling water in the present invention). At this time, after the mid-run, the amount of heat generated by the electric component 500 gradually increases, and this heat is absorbed by the coolant to increase the temperature of the coolant. In this way, the coolant that has absorbed heat from the electrical component 500 and has become a high temperature passes through the LTR heat exchanger 110, so that the LTR heat exchanger 110 absorbs heat from the high temperature cooling water and distributes the inside thereof. The refrigerant can be evaporated more effectively. Conventionally, the heat amount generated by the electric component 500 is not very high, and the heat value is not suitable for direct use in heating, such as a large amount of heat generation difference depending on the operating conditions. However, in the present invention, the waste heat generated in the electrical component 500 is not simply discarded, but contributes to increasing the evaporation efficiency in the LTR heat exchanger 110, and furthermore, the overall heating efficiency of the air conditioning unit 100. It is also effective to maximize.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

1000: (본 발명의) 냉각 시스템
100: 공조부
110: LTR 열교환기 120: 냉방용 팽창 밸브
130: 증발기 140: 압축기
150: 내부 응축기 160: 난방용 팽창 밸브
171: 제1바이패스 밸브 172: 제2바이패스 밸브
200: 라디에이터 500: 전장 부품1000: cooling system (of the invention)
100: air conditioning
110: LTR heat exchanger 120: expansion valve for cooling
130: evaporator 140: compressor
150: internal condenser 160: expansion valve for heating
171: first bypass valve 172: second bypass valve
200: radiator 500: electrical components

Claims (4)

전기 자동차의 구동계 전장 부품(500)의 냉각 및 실내 공기의 냉방 및 난방을 수행하는 냉각 시스템(1000)에 있어서,
냉매를 순환시켜 냉방 또는 난방을 수행하되, 냉매를 압축하는 압축기(140), 차량 실내로 유입되는 공기유통경로 내에 구비되며, 냉방 모드 시 냉방용 팽창밸브(120)를 통과한 냉매를 증발시키면서 공기를 냉각하는 증발기(130), 차량 실내로 유입되는 공기유통경로 내의 상기 증발기(130) 하류 위치에 구비되며, 난방 모드 시 냉매를 응축시키면서 공기를 가열하는 내부 응축기(150), 난방 모드 시 상기 내부 응축기(150)를 통과한 냉매를 팽창시키는 난방용 팽창밸브(160), 난방 모드 시 상기 냉방용 팽창밸브(120) 및 상기 증발기(130)로 냉매가 통과하지 않도록 냉매를 바이패스시키는 제1바이패스 밸브(171), 냉방 모드 시 상기 난방용 팽창밸브(160)로 냉매가 통과하지 않도록 냉매를 바이패스시키는 제2바이패스밸브(172)를 포함하여 이루어지는 공조부(100);
냉각수를 순환시켜 상기 전장 부품(500)을 냉각하되, 열교환기 형태로 형성되어 냉각수를 유통시키며 외부 공기와 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각하는 라디에이터(200);
상기 공조부(100)로 유통되는 냉매와 상기 라디에이터(200)로 유통되는 냉각수를 유입받아 서로 열교환시키도록 형성되는 수냉식의 LTR 열교환기(Liquid-To-Refrigerant heat exchanger, 110);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각 시스템.
In the cooling system 1000 that performs the cooling of the drive system electrical component 500 and the cooling and heating of the indoor air of the electric vehicle,
The refrigerant is circulated to perform cooling or heating, and is provided in a compressor 140 for compressing the refrigerant and in an air flow path flowing into the vehicle interior. The air is evaporated while passing through the expansion valve 120 for cooling in the cooling mode. Evaporator (130) for cooling the inside of the evaporator (130) in the air flow path flowing into the vehicle interior, is provided in the condenser 150 for heating the air while condensing the refrigerant in the heating mode, the interior in the heating mode Heating expansion valve 160 for expanding the refrigerant passing through the condenser 150, the first bypass for bypassing the refrigerant so that the refrigerant does not pass through the cooling expansion valve 120 and the evaporator 130 in the heating mode An air conditioning unit 100 including a valve 171 and a second bypass valve 172 for bypassing the refrigerant so that the refrigerant does not pass through the heating expansion valve 160 in the cooling mode;
A radiator 200 for cooling the electric component 500 by circulating a cooling water, configured to form a heat exchanger, circulating the cooling water, and cooling the cooling water by exchanging cooling air with external air;
A water-cooled LTR heat exchanger (Liquid-To-Refrigerant heat exchanger, 110) formed to receive the refrigerant circulated to the air conditioning unit 100 and the cooling water circulated to the radiator 200 to exchange heat with each other;
Cooling system for an electric vehicle comprising a.
제 1항에 있어서, 상기 냉각 시스템(1000)은
냉방 시, 냉매가 상기 LTR 열교환기(110) - 상기 냉방용 팽창 밸브(120) - 상기 증발기(130) - 상기 압축기(140) - 상기 내부 응축기(150) - 제2바이패스 밸브(172) 순으로 통과하며 순환되면서, 상기 LTR 열교환기(110)에서 냉매가 응축되며 상기 증발기(130) 주변에서 냉각된 공기가 실내로 송풍되어 냉방을 수행하고,
난방 시, 냉매가 상기 LTR 열교환기(110) - 상기 제1바이패스 밸브(171) - 상기 압축기(140) - 상기 내부 응축기(150) - 상기 난방용 팽창 밸브(160) 순으로 통과하며 순환되면서, 상기 LTR 열교환기(110)에서 냉매가 증발되며 상기 내부 응축기(150) 주변에서 가열된 공기가 실내로 송풍되어 난방을 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각 시스템.
The method of claim 1, wherein the cooling system 1000
During cooling, the refrigerant flows in the order of the LTR heat exchanger 110-the cooling expansion valve 120-the evaporator 130-the compressor 140-the internal condenser 150-the second bypass valve 172. While passing through the circulation, the refrigerant is condensed in the LTR heat exchanger 110 and the air cooled around the evaporator 130 is blown into the room to perform the cooling,
During heating, the refrigerant is circulated through the LTR heat exchanger 110-the first bypass valve 171-the compressor 140-the internal condenser 150-the expansion valve 160 for heating, The refrigerant is evaporated in the LTR heat exchanger (110) and the heated air around the internal condenser (150) is blown into the room to perform heating.
제 1항에 있어서, 상기 냉각 시스템(1000)은
상기 라디에이터(200)에서 배출되어 상기 전장 부품(500) 주변을 통과함으로써 열을 흡수한 냉각수가 상기 LTR 열교환기(110)로 유입되도록 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각 시스템.
The method of claim 1, wherein the cooling system 1000
Cooling system for an electric vehicle, characterized in that the flow path is formed so that the cooling water is discharged from the radiator (200) passing through the electric component parts 500, the heat absorbed into the LTR heat exchanger (110).
제 1항에 있어서, 상기 공조부(100)는
공기가 상기 증발기(130) - 상기 내부 응축기(150) 순으로 통과하여 실내로 송풍되도록 배치 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 냉각 시스템.According to claim 1, wherein the air conditioning unit 100
Cooling system for an electric vehicle, characterized in that the air is arranged to pass through the evaporator (130)-the internal condenser (150) in order to blow into the room.
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