KR20130078623A

KR20130078623A - 양방향 오리피스 및 전기 자동차용 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20130078623A
Application number: KR1020110147659A
Authority: KR
Inventors: 이근형
Original assignee: (주)아드반텍
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-07-10

Abstract

본 발명은 양방향 체크밸브가 내재된 양방향 오리피스와 양방향 오리피스를 적용하여 순방향 흐름과 역방향 흐름을 통해 냉방의 기능과 난방의 기능을 취할 수 있는 전기 자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 양방향 오리피스는 유체가 유입되거나 배출되는 제1 출입구와, 상기 제1 출입구에 연통되는 제1 상부유로 및 제1 하부유로가 형성되는 좌측부;유체가 유입되거나 배출되는 제2 출입구와, 상기 제2 출입구에 연통되는 제2 상부유로 및 제2 상부유로가 형성되는 우측부;상기 제1 상부유로와 연통되는 제1 유로, 상기 제1 유로와 연통되며, 상기 제1 유로보다 직경이 큰 제 2 유로, 상기 제1 하부유로와 연통되는 제3 유로, 상기 제3 유로와 연통되며, 상기 제3 유로보다 직경이 작은 제4 유로가 형성되고, 상기 좌측부와 상기 우측부 사이에 위치하는 중앙부;를 포함하되 상기 제2 유로에 설치되어 제1 스프링에 의해 지지되며, 상기 제1 유로를 개폐하는 제1 볼, 상기 제3 유로에 설치되어 제2 스프링에 의해 지지되며, 상기 제4 유로를 개폐하는 제2 볼를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 구성에 따르면 전기 자동차용 히트펌프 시스템은 양방향 체크밸브가 내재된 양방향 오리피스를 적용하므로, 구조가 단순화되고, 부품수가 줄어들어 자동차의 중량을 감소시켜 전기 자동차를 효율적으로 구동시킬 수 있다.

Description

양방향 오리피스 및 전기 자동차용 히트펌프 시스템{Both direction orifice and Heat pump system of electronics vehicle}

본 발명은 필요에 따라 냉방의 기능과 난방의 기능을 만족할 수 있는 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 양방향 체크밸브가 내재된 양방향 오리피스와 양방향 오리피스를 적용하여 순방향 흐름과 역방향 흐름을 통해 냉방의 기능과 난방의 기능을 취할 수 있는 전기 자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

종래의 자동차용 공조시스템에 적용되는 냉난방 겸용 공기조화장치는 한국등록실용 10-0697675호에 제시된 것이 있다.

냉난방 겸용 공기조화장치의 팽창 장치는 실내열교환기와 실외열교환기 사이의 냉매 순환관에 설치되어 냉동사이클을 순환하는 냉매의 유량 제어 및 압력 평형을 조절하는 팽창장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 팽창장치는, 실내열교환기에서 실외열교환기로 또는 실외열교환기에서 실내열교환기로 흐르는 냉매의 양방향 흐름을 제어하기 위한 직선형 오리피스홀을 갖는 숏튜브로 이루어진다. 상기 숏튜브의 양측 일정 위치에는 상기 오리피스홀을 흐르는 냉매의 유량 조절을 위한 바이패스 홀이 상기 오리피스홀에 대하여 수직한 방향으로 관통하도록 각각 형성된다. 그리고, 상기 오리피스홀의 양측에는 오리피스홀로의 냉매의 흐름을 안정적으로 유도하기 위하여 냉매의 흐름방향을 따라 직경이 점점 작아지도록 형성되는 원추형 안내부가 각각 구비된다. 본 발명에 의한 팽창장치는 숏튜브 하나만으로 냉매의 양방향 흐름 제어 및 유량 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

이러한 종래 팽창 장치는 팽창 밸브를 포함하기 때문에 중량이 증가하고 구조가 복잡한 문제점이 있다.

또 다른 종래의 전기자동차용 히트펌프 시스템은 한국등록실용 10-0950402호에 제시된 것이 있다.

전기자동차용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 토출하는 전동 압축기(10)와; 상기 전동 압축기(10)에 전원을 공급하기 위한 배터리(B)와; 상기 전동 압축기(10)와 배터리(B) 사이에 설치되는 인버터(20)와; 실내측 열교환기(30)와; 실외측 열교환기(40)와; 상기 전동 압축기(10)의 토출측에 연결되고, 상기 실내측 열교환기(30) 및 실외측 열교환기(40)에 각각 연결되어 유로를 선택적으로 전환하는 사방밸브(50)와; 상기 실내측 열교환기(30) 및 실외측 열교환기(40)의 사이에 설치되는 팽창밸브(60)와; 그리고 상기 실내측 열교환기(30) 또는 실외측 열교환기(40)를 통과한 냉매가 기화될 수 있도록 사방밸브(50)의 토출측과 인버터(20) 사이에 제1 냉매 순환관(70)이 연결되고, 상기 인버터(20)와 상기 전동 압축기(10) 사이에 제2 냉매 순환관(80)이 연결되어 이루어진다. 이에 의하여, 냉매가 전동 압축기에 유입되기 이전에 인버터를 통과한다.

이러한 종래 전기자동차용 히트펌프 시스템은 사방밸브, 인버터, 팽창밸브 등이 연결되어 있어 구조가 복잡하고, 부품수가 많아 비용이 증가되는 문제점이 있다.

또한 종래 전기자동차용 히트펌프 시스템은 부품수의 증가에 따라 자동차의 중량을 증가시켜 자동차 주행거리가 단축되는 문제점이 있다.

한국등록실용 10-0697675 한국등록실용 10-0950402호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기자동차용 히트펌프 시스템은 양방향 체크밸브가 내재된 양방향 오리피스를 적용하여, 효율적인 냉방 및 난방을 실현할 수 있는데 그 목적이 있다.

본 발명의 양방향 오리피스 및 전기 자동차용 히트펌프 시스템에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

전기 자동차용 히트펌프 시스템은 양방향 체크밸브가 내재된 양방향 오리피스를 적용하므로, 구조가 단순화되고, 부품수가 줄어들어 비용이 감소되는 장점이 있다.

또한, 전기자동차용 히트펌프 시스템은 부품수의 감소에 따라 자동차의 중량을 감소시켜 자동차 주행가능거리가 향상되는 장점이 있다.

도 1은 종래 자동차용 냉난방 겸용 공기조화장치의 구성도이다.
도 2는 종래 전기자동차용 히트펌프 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양방향 오리피스를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유체가 순방향으로 흐를 때 양방향 오리피스의 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체가 역방향으로 흐를 때 양방향 오리피스의 구성도이다.
도 6은 본 발명에 따른 냉방 시스템 경로를 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명에 따른 난방 시스템 경로를 나타낸 구성도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 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.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

[양방향 오리피스에 대한 실시예]

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 양방향 오리피스(300)는 좌측부(10), 우측부(30), 중앙부(20)를 포함한다.

좌측부(10)는 유체가 유입되거나 배출되는 제1 출입구(11)와 제1 출입구(11)에 연통되는 제1 상부유로(12)와 제1 하부유로(13)가 형성된다. 제1 하부유로(13)는 제1 상부유로(12)보다 직경이 큰 것을 특징으로 한다.

우측부(30)는 유체가 유입되거나 배출되는 제2 출입구(31)와 제2 출입구(31)에 연통되는 제2 상부유로(32)와 제2 하부유로(33)가 형성된다. 제2 상부유로(32)는 제2 하부유로(33)보다 직경이 클 수 있다.

중앙부(20)는 좌측부(10)와 우측부(30) 사이에 위치하며, 제1 상부유로(12)와 연통되는 제1 유로(21), 제1 유로(21)와 연통되며, 제1 유로(21)보다 직경이 큰 제2 유로(22)를 형성한다.

또한, 제1 하부유로(13)와 연통되는 제3 유로(23), 제3 유로(23)와 연통되며, 제3 유로(23)보다 직경이 작은 제4 유로(24)가 형성된다.

제2 유로(22)는 유체가 흐를 수 있도록 제1 유로(21)와 제2 유로(22)가 연결된 부분으로부터 제2 유로(22)를 따라 양측으로 경사진 형상을 이루는 제1 경사부(44)를 형성한다.

또한, 제2 유로(22)는 제1 볼(25) 및 제1 스프링(26)을 포함하며, 유체의 흐름방향에 따라 제1 유로(21)를 개폐하며, 제1 스프링(26)은 제1 볼(25)를 지지해준다.

제3 유로(23)는 유체가 흐를 수 있도록 제3 유로(23)와 제4 유로(24)가 연결된 부분으로부터 제3 유로(23)를 따라 양측으로 경사진 형상을 이루는 제2 경사부(48)를 형성한다.

또한, 제3 유로(23)는 제2 볼(27) 및 제2 스프링(28)을 포함하며, 유체의 흐름방향에 따라 제4 유로(24)를 개폐하며, 제2 스프링(28)은 제2 볼(27)을 지지해준다.

중앙부(20)의 제2 유로(22)와 우측부(30)의 제2 상부유로(32) 사이에는 제1 걸림홈(41), 제1 걸림부재(42), 제1 통과홀(43)을 포함한다.

제1 걸림부재(42)는 제1 스프링(26) 및 제1 볼(25)이 빠져나가지 않도록 제1 걸림홈(41)에 체결된다. 또한 제1 걸림부재(42)는 유체가 흐를 수 있도록 제1 통과홀(43)을 포함한다. 제1 통과홀(43)은 원기둥 형상, 타원기둥 형상, 다각기둥 형상 중 어느 하나일 수 있다.

좌측부(10)의 제1 하부유로(13)와 중앙부(20)의 제3 유로(23) 사이에는 제2 걸림홈(45), 제2 걸림부재(46), 제2 통과홀(47)을 포함한다.

제2 걸림부재(46)는 제2 스프링(28) 및 제2 볼(27)이 빠져나가지 않도록 제2 걸림홈(45)에 체결된다. 또한 제2 걸림부재(46)는 유체가 흐를 수 있도록 제2 통과홀(47)을 포함한다. 제2 통과홀(47)은 원기둥 형상, 타원기둥 형상, 다각기둥 형상 중 어느 하나일 수 있다.

[양방향 오리피스의 기본원리에 대한 실시예]

도 4에 도시된 바와 같이, 유체가 순방향으로 흐를 때 양방향 오리피스(300)의 기본원리는 다음과 같다.

고온고압의 유체가 제1 출입구(11)를 통해 들어오면 유체는 제1 상부유로(12) 및 제1 하부유로(13)로 나뉘어 흐르나 제3 유로(23)로 흐르던 유체는 제2 볼(27)에 의해 막히고, 제1 유로(21)로 흐르던 유체는 제1 볼(25)에 의해 급격하게 좁은 통로를 통과하면서 외부에 대한 어떤 조절도 하지 않고 압력이 낮아져 팽창하는 교축 작용을 거치게 된다.

교축 작용을 거친 유체는 제2 상부유로(32)를 통과하여 제2 출입구(31)로 빠져나가 냉방 또는 난방의 결과를 얻게 된다.

또한 도 5에 도시된 바와 같이, 유체가 역방향으로 흐를 때 양방향 오리피스(300)의 기본원리는 다음과 같다.

고온고압의 유체가 제2 출입구(31)를 통해 들어오면 유체는 제2 상부유로(32) 및 제2 하부유로(33)로 나뉘어 흐르나 제2 유로(22)로 흐르던 유체는 제1 볼(25)에 의해 막히고, 제4 유로(24)로 흐르던 유체는 제2 볼(27)에 의해 급격하게 좁은 통로를 통과하면서 외부에 대한 어떤 조절도 하지 않고 압력이 낮아서 팽창하는 교축 작용을 거치게 된다.

교축 작용을 거친 유체는 제1 하부유로(13)를 통과하여 제1 출입구(11)로 빠져나가 냉방 또는 난방의 결과를 얻게 된다.

본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 양방향 오리피스는 유체의 통과 흐름을 원활하게 하기 위하여 유체 통로 공간의 변화를 용이하게 할 수 있으며 그 구조는 더 다양하다.

[전기 자동차용 히트펌프 시스템에 대한 실시예]

도 6은 본 발명에 따른 전기 자동차의 히트펌프 시스템의 냉방 운전시의 구성도이며, 도 7은 본 발명에 따른 전기 자동차의 히트펌프 시스템의 난방 운전시의 구성도이다.

전기 자동차의 히트펌프 시스템은 압축기(100)와 압축기(100)와 연결되는 제1 열교환기(200), 제1 열교환기(200)에 연결되는 양방향 오리피스(300), 양방향 오리피스(300)와 연결되는 제2 열교환기(400), 압축기(100)와 제1 열교환기(200) 사이에 설치되어, 유체의 흐름방향을 바꾸기 위한 제1 방향전환밸브(500), 제2 열교환기(400)와 압축기(100) 사이에 설치되어, 유체의 흐름방향을 바꾸기 위한 제2 방향전환밸브(600), 제1 방향전환밸브(500) 및 제2 방향전환밸브(600)의 유로 변경에 의해 제1 모드(820) 및 제2 모드(840)로 작동하도록 하는 제어부(미도시)를 포함한다.

본, 발명에 따른 전기 자동차용 히트펌프 시스템에 의하면, 제1 방향전환밸브(500) 및 제2 방향전환밸브(600)는 냉난방운전시 유로가 전환되어, 필요에 따라 냉난방운전을 실현할 수 있게 된다. 제1 모드(820)는 냉방모드로 구동되며, 제2 모드(840)는 난방모드로 구동된다.

[제1 모드에 대한 실시예]

도 6에 도시된 바와 같이, 제1 모드(820)인 경우는 압축기(100)가 구동되면, 압축기(100)에서 고온고압으로 압축되어 송출된 냉매는 입구(510)를 거쳐 제1 방향전환밸브(500)에서 제1 출구(520) 또는 제2 출구(530) 중 하나의 경로를 판단하게 된다.

냉방 시스템의 구동을 위해, 냉매는 제1 출구(520)의 유로는 흐르고, 그때 제2 출구(530)의 유로는 닫히게 된다. 제1 출구(520)를 거친 고온고압의 냉매는 제1 유로(1)를 거쳐 제1 열교환기(200)에서 열교환을 통해 응축된다.

제1 열교환기(200)에서 통과하여 응축된 냉매는 제3 열교환기(700)를 지나 양방향 오리피스(300)로 유입되며, 양방향 오리피스(300)의 구성은 전술한 내용과 같다.

양방향 오리피스(300)로 유입된 냉매는 감압된 후 팽창된 냉매를 공급받아 제2 열교환기(400)에서 증발된다. 증발된 냉매는 제2 유로(2)롤 거쳐 제2 방향전환밸브(600)에서 유로의 방향을 전환 시켜준다.

제2 방향전환밸브(600)에서 제1 입구(610) 또는 제2 입구(620) 중 하나의 경로를 판단한 후, 증발된 냉매는 제1 입구(610)를 지나며, 그때 제2 입구(620)는 유로가 닫히게 된다.

제1 입구(610)를 지난 냉매는 출구(630)로 나와 제3 열교환기(700) 및 제3 유로(3)를 거쳐 압축기(100)로 유입된다. 압축기(100)에 귀환된 냉매는 전술한 사이클을 반복해서 순환하게 된다.

[제2 모드에 대한 실시예]

도 7에 도시된 바와 같이, 제2 모드(840)인 경우는 압축기(100)가 구동되면, 압축기(100)에서 고온고압으로 압축되어 송출된 냉매는 입구(510)를 거쳐 제1 방향전환밸브(500)에서 제1 출구(520) 또는 제2 출구(530) 중 하나의 경로를 판단하게 된다.

난방 시스템의 구동을 위해, 냉매는 제1 출구(520)의 유로는 닫히고, 그때 제2 출구(530)는 열리게 되어 냉매는 제2 출구(530)로 흐르게 된다. 제2 출구(530)를 거친 고온고압의 냉매는 제4 유로(4)를 거쳐 제2 열교환기(400)에서 열교환을 통해 응축된다.

제2 열교환기(400)에서 통과하여 응축된 냉매는 양방향 오리피스(300)로 유입되며, 양방향 오리피스(300)의 구성은 전술한 내용과 같다.

양방향 오리피스(300)로 유입된 냉매는 감압된 후 팽창된 냉매를 공급받아 제3 열교환기(700)를 거쳐 제1 열교환기(200)에서 증발된다. 증발된 냉매는 제1 유로(1) 및 제5 유로(5)를 거쳐 제2 방향전환밸브(600)에서 유로의 방향을 전환 시켜준다.

제2 방향전환밸브(600)에서 제1 입구(610) 또는 제2 입구(620) 중 하나의 경로를 판단한 후, 증발된 냉매는 제2 입구(620)를 지나며, 그때 제1 입구(610)는 유로가 닫히게 된다.

제2 입구(620)를 지난 냉매는 출구(630)를 지나 제3 열교환기(700)를 지나 제3 유로(3)를 거쳐 압축기(100)로 유입된다. 압축기에 귀환된 냉매는 전술한 사이클을 반복해서 순환하게 된다.

따라서 본 발명의 전기 자동차의 히트펌프 시스템에서 양방향 오리피스(300)는 팽창밸브의 기능을 대체함으로써, 구조가 단순화되고, 부품수가 줄어들어 비용이 감소되므로 그 쓰임은 더 다양하다.

또한, 본 발명에 따른 전기 자동차용 히트펌프 시스템에 사용되는 냉매로는 이산화탄소(CO2) 냉매가 바람직하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 좌측부 11 : 제1 출입구
12 : 제1 상부유로 13 : 제1 하부유로
20 : 중앙부 21 : 제1 유로
22 : 제2 유로 23 : 제3 유로
24 : 제4 유로 25 : 제1 볼
26 : 제1 스프링 27 : 제2 볼
28 : 제2 스프링
30 : 우측부 31 : 제2 출입구
32 : 제2 상부유로 33 : 제2 하부유로
100 : 압축기 200 : 제1 열교환기
300 : 양방향 오리피스 400 : 제2 열교환기
500 : 제1 방향전환밸브 600 : 제2 방향전환밸브
700 : 제3 열교환기

Claims

유체가 유입되거나 배출되는 제1 출입구와,
상기 제1 출입구에 연통되는 제1 상부유로 및 제1 하부유로가 형성되는 좌측부;
유체가 유입되거나 배출되는 제2 출입구와,
상기 제2 출입구에 연통되는 제2 상부유로 및 제2 하부유로가 형성되는 우측부;
상기 제1 상부유로와 연통되는 제1 유로, 상기 제1 유로와 연통되며, 상기 제1 유로보다 직경이 큰 제 2 유로, 상기 제1 하부유로와 연통되는 제3 유로, 상기 제3 유로와 연통되며, 상기 제3 유로보다 직경이 작은 제4 유로가 형성되고,
상기 좌측부와 상기 우측부 사이에 위치하는 중앙부;를 포함하되
상기 제2 유로에 설치되어 제1 스프링에 의해 지지되며, 상기 제1 유로를 개폐하는 제1 볼,
상기 제3 유로에 설치되어 제2 스프링에 의해 지지되며, 상기 제4 유로를 개폐하는 제2 볼를 포함하는 양방향 오리피스.
압축기;
상기 압축기와 연결되는 제1 열교환기;
제1 열교환기와 연결되는 양방향 오리피스;
상기 양방향 오리피스와 연결되는 제2 열교환기;
상기 압축기와 상기 제1 열교환기 사이에 설치되어, 유체의 흐름방향을 바꾸기 위한 제1 방향전환밸브;
상기 제2 열교환기와 상기 압축기 사이에 설치되어, 유체의 흐름방향을 바꾸기 위한 제2 방향전환밸브;
상기 제1 방향전환밸브 및 상기 제2 방향전환밸브의 유로 변경에 의해 제1 모드 및 제2 모드로 작동하도록 하는 제어부;를 포함하되,
상기 양방향 오리피스는,
유체가 유입되거나 배출되는 제1 출입구와,
상기 제1 출입구에 연통되는 제1 상부유로 및 제1 하부유로가 형성되는 좌측부;
유체가 유입되거나 배출되는 제2 출입구와,
상기 제2 출입구에 연통되는 제2 상부유로 및 제2 하부유로가 형성되는 우측부;
상기 제1 상부유로와 연통되는 제1 유로, 상기 제1 유로와 연통되며, 상기 제1 유로보다 직경이 큰 제 2 유로, 상기 제1 하부유로와 연통되는 제3 유로, 상기 제3 유로와 연통되며, 상기 제3 유로보다 직경이 작은 제4 유로가 형성되고,
상기 좌측부와 상기 우측부 사이에 위치하는 중앙부;를 포함하되
상기 제2 유로에 설치되어 제1 스프링에 의해 지지되며, 상기 제1 유로를 개폐하는 제1 볼,
상기 제3 유로에 설치되어 제2 스프링에 의해 지지되며, 상기 제4 유로를 개폐하는 제2 볼를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 히트펌프 시스템.