KR20140020658A

KR20140020658A - 전기자동차의 공기조화기

Info

Publication number: KR20140020658A
Application number: KR1020120087892A
Authority: KR
Inventors: 원유성
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-19
Also published as: EP2769861B1; CN103906639B; EP2769861A4; US20140298830A1; EP2769861A1; WO2014025226A1; CN103906639A; KR101551213B1

Abstract

본 발명에 따른 전기자동차의 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기와, 유입되는 냉매를 공기와 열교환시키는 내부 열교환기와, 유입되는 냉매를 실외 공기와 열교환하는 외부 열교환기와, 상기 내부 열교환기와 상기 외부 열교환기 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창기구와, 유입된 냉매를 증발시켜 실내 공기를 제습하는 증발기와, 상기 외부 열교환기와 상기 증발기 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창기구와, 상기 내부 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제1팽창기구 및 외부 열교환기를 바이패스 한 후에 상기 증발기 측으로 흐를 수 있게 연결된 제1바이패스 유로와, 상기 증발기 측으로 흐르는 냉매가 상기 증발기를 바이패스한 후에 상기 압축기로 흐를 수 있게 연결된 제2바이패스 유로와, 저온 실내 난방 운전시, 상기 제1팽창기구 측으로 흐르는 냉매를 상기 제1바이패스 유로로 흐르도록 절환시키는 제1절환 밸브와, 무제습 운전시, 상기 증발기 측으로 흐르는 냉매를 상기 제2바이패스 유로로 흐르도록 절환시키는 제2절환 밸브를 포함한다.

Description

전기자동차의 공기조화기 {Air conditioner for electronic vehicles}

본 발명은 전기자동차의 공기조화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력소모가 적은 공기조화기를 적용한 전기자동차의 공기조화기에 관한 것이다.

자동차는 자체 엔진에서 동력을 생산해 바퀴에 전달하여 도로 상에서 승객이나 화물을 운반하는 교통 수단이다. 자동차는 크게 외관을 형성하는 차체(body)와 각종 장치들이 유기적으로 연결된 섀시(chassis)로 나눌 수 있다. 섀시는 주행의 원동력이 되는 자동차 엔진을 비롯하여 동력전달 장치, 조향 장치, 현가 장치, 제동 장치 등 주요 장치를 포함한다.

엔진은 자동차를 달리게 하는 원동력이다. 대부분의 자동차 엔진은 4행정 내연기관이다. 4행정 내연기관은 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4행정에 의해 한 주기를 끝내는 내연기관으로 왕복운동 엔진의 가장 일반적인 예이다. 주로 휘발성 연료를 사용하는 내연기관은 연료를 공기 중의 산소와 완전연소가 이루어지도록 잘 혼합된 상태에서 압축을 한 다음 연소를 시킬 때 발생하는 열에너지를 직접 이용해 운동에너지를 얻는다.

이러한 휘발성 연료를 사용하는 내연기관은 배기 가스로 인한 환경 오염과 석유 자원의 고갈을 일으켜 그 대안으로 전기를 동력으로 움직이는 자동차가 대두되었다.

전기자동차(Electric vehicle, EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC 모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차로서, 크게 배터리전용 자동차와 하이브리드 자동차로 분류되며, 배터리전용 자동차는 배터리의 전원을 이용하여 모터를 구동하고 전원이 다 소모되면 재충전하고, 하이브리드 자동차는 엔진을 가동하여 전기발전을 하여 배터리에 충전을 하고 이 전기를 이용하여 전기 모터를 구동하여 차를 움직이게 할 수 있다.

또한, 하이브리드 자동차는 직렬 방식과 병렬 방식으로 분류될 수 있으며, 직렬 방식은 엔진에서 출력되는 기계적 에너지는 발전기를 통하여 전기적 에너지로 바뀌고 이 전기적 에너지가 배터리나 모터로 공급되어 차량은 항상 모터로 구동되는 자동차로 기존의 자동차에 주행거리의 증대를 위하여 엔진과 발전기를 추가시킨 개념이고, 병렬 방식은 배터리 전원으로도 차를 움직이게 할 수 있고 엔진(가솔린 또는 디젤)만으로도 차량을 구동시키는 두 가지 동력원을 사용하고 주행조건에 따라 병렬 방식은 엔진과 모터가 동시에 차량을 구동할 수도 있다.

이 중, 배터리에 의해 구동되는 전기자동차는 배터리의 전력소모를 최소화하는 것이 가장 중요하다. 그러나 전기자동차의 공기조화장치는 일반 내연기관 자동차와 동일하게 차량의 증발기 앞에 히터를 장착하여 난방 시에 공기를 직접 가열하여 실내 공기를 난방을 한다. 따라서, 히터로 실내 공기를 난방하는 방식은 전력소모가 매우 큰 문제점이 있었다.

또한, 전력소모가 큰 공기조화기를 사용함으로써, 전기자동차의 주행거리가 짧아지는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전력소모가 적은 공기조화기를 적용한 전기자동차의 공기조화기를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 본 발명에 따른 전기자동차의 공기조화기는 냉매를 압축하는 압축기와, 유입되는 냉매를 공기와 열교환시키는 내부 열교환기와, 유입되는 냉매를 실외 공기와 열교환하는 외부 열교환기와, 상기 내부 열교환기와 상기 외부 열교환기 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창기구와, 유입된 냉매를 증발시켜 실내 공기를 제습하는 증발기와, 상기 외부 열교환기와 상기 증발기 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창기구와, 상기 내부 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제1팽창기구 및 외부 열교환기를 바이패스 한 후에 상기 증발기 측으로 흐를 수 있게 연결된 제1바이패스 유로와, 상기 증발기 측으로 흐르는 냉매가 상기 증발기를 바이패스한 후에 상기 압축기로 흐를 수 있게 연결된 제2바이패스 유로와, 저온 실내 난방 운전시, 상기 제1팽창기구 측으로 흐르는 냉매를 상기 제1바이패스 유로로 흐르도록 절환시키는 제1절환 밸브와, 무제습 운전시, 상기 증발기 측으로 흐르는 냉매를 상기 제2바이패스 유로로 흐르도록 절환시키는 제2절환 밸브를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 전기 차량용 공기조화장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

첫째,　차실내의 공기를 냉/난방할 경우에 전력소모가 적은 장점이 있다.

둘째,　전력소모가 적은 만큼 전기자동차의 주행거리가 증가하는 장점도 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 차체를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기를 개략적으로 나타낸 일부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기를 개략적으로 나타낸 일부 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 실내 제습 냉방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 실내 무제습 난방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 실내 제습 난방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 저온 실내 제습 난방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 전기자동차의 공기조화기(100)를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 차체를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차는 전방 차체(10), 중앙 차체(20), 후방 차체(30)를 포함한다.

차체는 닫힌 공간을 만들어 그 내부에 각종 장치를 배치하고, 탑승자나 화물을 수용한다. 일부를 개폐시켜 탑승자나 화물의 출입, 각종 장치의 유지 보수를 용이하게 할 수 있는 구조를 가질 필요도 있다. 외부의 비나 바람, 먼지 등에서 탑승자나 화물, 각종 장치를 보호하는 것도 중요한 작용이다, 또한, 차체는 외관으로서 차체의 형상은 그래도 자동차의 형상으로 된다.

동력원 및 동력 전달 계통의 부품이 탑재되는 전방 차체(10)는 우물 정(井)자를 형성하며. 동력원 및 변속기가 구비된다. 전방 차체(10)에는 자동차(1)의 진행 방향을 바꾸기 위하여 앞바퀴의 회전 축 방향을 조절하는 조향장치와, 노면의 진동이 직접 차체에 닿지 않도록 하는 전륜 현가 장치와, 차실내의 공기를 냉방, 난방, 제습 등을 하는 공기조화장치가 구비된다.

전방 차체(10)는 동력원이나 변속기, 각종 보조 기구류 등의 중량물이 집중되어 탑재되는 것을 비롯하여 전륜 현가 장치의 앞바퀴를 지지할 필요가 있다. 또한, 전륜 구동 자동차에서는 구동력도 전방 차체(10)가 담당한다.

전방 차체(10)는 사고 등으로 말미암아 강한 충격을 받을 경우 파손되어 충격을 흡수하여 차실에 강한 힘이 전달되지 않도록 한다. 전방 차체(10)의 각 부품은 전방 차체(10)에 볼트/너트로 고정되거나 용접되어 있으며, 프론트 휀더, 후드 등 외판 부품만 분리할 수 있게 되어 있다.

탑승자가 승차하여 착석할 수 있는 중앙 차체(20)는 전방측 차실의 바닥을 형성하는 프론트 플로어 패널과, 프론트 플로어 패널 가운데 구비되는 터널과, 프론트 플로어의 양측 가장자리에 구비되어 하부 측면을 형성하는 사이드 실 패널을 포함한다.

중앙 차체(20)는 대부분 차실, 즉 탑승자 등이 탑승하는 장소로 되어 있기 때문에 내부 공간은 될수록 크게 한다. 또한, 중앙 차체(20)는 측면에 외부로부터의 비, 바람 등이 들어오는 것을 방지하기 위해 도어가 장착된다. 프론트 플로어 패널은 차실 내의 바닥으로서 강도가 높고 면적이 넒은 패널이다. 프론트 플로어 패널의 좌우에는 각각 필러의 베이스가 되는 사이드 실 패널이 앞에서 뒤까지 연결되어 있다. 또한, 프론트 플로어의 가운데에는 터널이 구비된다.

스페어 타이어 및 기타 물건 등을 보관 할 수 있는 후방 차체(30)는 후방 차체(30)의 바닥을 형성하는 리어 플로어 패널을 포함한다. 후방 차체(30)에는 노면의 진동이 직접 차체에 닿지 않도록 하는 후륜 현가 장치가 구비된다. 후방 차체(30)는 후륜 현가 장치의 뒷바퀴를 지지할 필요가 있다. 또한, 후륜 구동 자동차에서는 구동력도 후방 차체(30)가 담당한다. 후방 차체(30)는 후방 충돌 시 충격을 흡수하는 후방 범퍼가 구비된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기를 개략적으로 나타낸 일부 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기를 개략적으로 나타낸 일부 분해사시도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기(100)는 압축기(110), 내부 열교환기(120), 제1팽창기구(130), 외부 열교환기(140), 증발기(160), 제2팽창기구(161), 제1 절환밸브(181), 제2 절환밸브(182), 체크밸브(183), IHX(150), 어큐물레이터(170) 및 히터(200)를 포함한다. 또한, 히터(200)를 제외한 위의 구성품들은 냉매가 흐르는 유로들로 연결되어 있다.

또한, 제2팽창기구(161)는 증발기(160)와 일체로 형성될 수 있다.

따라서, 전기자동차의 공기 조화기는 압축기(110)와 내부 열교환기(120)를 연결하는 제1연결유로(193), 내부 열교환기(120)와 제1팽창기구(130)를 연결하는 제2연결유로(194), 제1팽창기구(130)와 외부 열교환기(140)를 연결하는 제3연결유로(195), 외부 열교환기(140)와 증발기(160)를 연결하는 제4연결유로(196), 증발기(160)와 어큐물레이터(170)를 연결하는 제5연결유로(197) 및 어큐물레이터(170)와 압축기(110)를 연결하는 제6연결유로(198)를 포함한다.

압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축한다. 압축기(110)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 인버터형 압축기(110) 또는 정속 압축기(110)가 채택될 수도 있다. 또한, 압축기(110)에 액상의 냉매가 유입되는 것을 방지하도록, 압축기(110)는 어큐물레이터(170)와 연결될 수 있다. 압축기(110)는 다단 압축기가 사용될 수도 있다. 압축기(110)에서 토출된 냉매 중 오일을 회수하도록 압축기(110)의 토출배관에는 오일 분리기(미도시)가 설치될 수도 있다.

내부 열교환기(120)는 유입되는 고온 고압의 냉매를 저온 저압의 냉매로 응축한다. 이에 내부 연교환기(120)는 냉매를 응축 시 외부로 열을 방열하게 된다.

또한, 내부 열교환기(120)는 실내 공기가 흐르는 공기 유로(300)상에 배치된다. 정확하게는 실내 공기가 토출되는 측에 내부 열교환기(120)가 배치된다. 따라서, 내부 열교환기(120)는 난방 운전시 실내 공기로 방열하는 바 실내 공기를 난방할 수 있다.

또한, 전기자동차의 공기조화기(100)는 공기 유로(300) 상에 내부 열교환기(120)와 열 교환한 공기가 실내로 유입되는 것을 방지하는 공기유입차단부(121)를 더 포함할 수 있다. 공기유입차단부(121)는 전기자동차의 공기조화기(100)가 냉방 운전 시에 내부 열교환기(120)의 열이 자동차의 실내로 유입되는 것을 방지한다. 공기유입차단부(121)는 일 예로 댐퍼로 구성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.

압축기(110)와 내부 열교환기(120)는 냉매가 흐를 수 있는 제1연결 유로로 연결되어 있다. 제1연결유로(193)는 압축기(110)에서 배출되는 고온 고압의 냉매가 흐르는 바, 내열성과 내식성 등이 우수한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

제1팽창기구(130)는 내부 열교환기(120)와 외부 열교환기(140) 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시킨다. 따라서, 제1팽창기구(130) 제1팽창기구(130)는 내부 열교환기(120)를 통과한 냉매를 교축시킨다. 또한, 제1팽창기구(130)는 전자식 팽창밸브 또는 오리피스 밸브(orifice valve)로 이루어지는 것이 바람직하다. 오리피스 밸브란 교축작용을 이용하여 냉매를 감압하기 위해 사용하는 정압 팽창 밸브를 말한다.

제1팽창기구(130)와 내부 열교환기(120)는 냉매가 흐를 수 있는 제2연결유로(194)로 연결되어 있다. 제2 연결유로(194)상에는 제1 절환밸브(181)가 배치된다. 제1 바이패스 유로(191)는 내부 열교환기(120)를 통과한 냉매가 제1팽창기구(130) 및 외부 열교환기(140)를 바이패스한 후에 증발기(160)측으로 흐를 수 있게 연결된다. 제1 바이패스 유로(191)는 제1 절환밸브(181)를 통해 제2 연결유로(194)와 연결된다. 즉, 제1바이패스 유로(191)는 제1절환밸브(181)와 연결된다.

제1절환밸브(181)는 내부 열교환기(120), 제1팽창기구(130) 및 제1바이패스 유로(191)를 연결한다. 따라서, 제1절환밸브(181)는 저온 실내 난방 운전시 제1팽창기구(130)측으로 흐르는 냉매를 제1바이패스 유로(191)로 흐르도록 절환시킨다.

절환밸브는 밸브로 인하여 유로의 방향을 절환하는 방향 변환 밸브이다. 일반적으로 절환밸브는 이방밸브, 삼방밸브, 사방밸브 등으로 이루어진다. 본 발명의 경우, 제1절환밸브(181)는 상술한 바와 같이 내부 열교환기(120), 제1팽창기구(130) 및 제1바이패스 유로(191)를 연결하기에 삼방밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.

외부 열교환기(140)는 유입되는 냉매를 실외 공기와 열교환한다. 따라서, 외부 열교환기(140)는 냉방 운전시 응축기로 작용하고, 난방 운전시 증발기로 작용한다. 그리고 외부 열교환기(140)는 제3연결유로(195)를 통해 제1팽창기구(130)와 연결되어 있다. 또한, 외부 열교환기(140)는 제4연결유로(196)를 통해 증발기(160)와 연결되어 있다.

제4연결유로(196)는 제1바이패스 유로(191)와 연결되어 있다. 또한, 제4연결유로(196) 상에는 체크 밸브가 배치된다. 체크 밸브는 저온 실내 난방 운전시, 제1바이패스 유로(191)로 흐르는 냉매가 외부 열교환기(140) 측으로 흐르는 것을 방지한다. 또한. 제4연결유로(196)상에는 제2절환밸브(182)와 내부 열교환기(150)가 배치된다.

제2바이패스 유로(192)는 증발기(160) 측으로 흐르는 냉매가 증발기(160)를 바이패스한 후에 압축기(110)로 흐를 수 있게 연결된다. 따라서, 제2바이패스 유로(192)는 무제습 운전시 냉매가 흐르는 유로이다. 또한, 제2바이패스 유로(192)는 제2절환밸브(182)를 통해 제4연결유로(196)와 연결된다. 즉, 제2바이패스 유로(192)는 제2절환밸브(182)와 연결된다.

제2절환 밸브는 IHX(150), 제4연결유로(196) 및 제2바이패스 유로를 연결한다. 따라서, 제2절환 밸브는 무제습 운전시, 증발기(160) 측으로 흐르는 냉매를 제2바이패스 유로(192)로 흐르도록 절환시킨다. 또한, 제2절환밸브(182)는 상술한 바와 같이 IHX(150), 제4연결유로(196) 및 제2바이패스 유로(192)를 연결하는 바 삼방밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.

IHX(150)는 증발기(160)와 외부 열교환기(140)간에 흐르는 냉매와 어큐물레이터(170)와 압축기(110)간에 흐르는 냉매를 열교환한다. 즉, IHX(150)는 제4연결유로(196)에 흐르는 냉매와 후술할 제6연결유로(198)에 흐르는 냉매를 열교환한다.

상술한 외부 열교환기(140)과 IHX(150)와 같은 열교환기란 온도가 높은 매질로부터 온도가 낮은 매질로 열을 전달하는 장치를 의미한다. 일반적으로 열교환기는 가열기, 냉각기, 증발기, 응축기 등에 사용된다. 또한, 목적하는 유체에 열을 주기 위해 사용되는 전열매체를 열매라고 하며, 이와 반대로 열을 뺏는데 사용되는 것을 냉매라고 한다. 본 실시예에서 냉매는 R-134a, 1234yf를 사용하는 것이 바람직하다.

증발기(160)는 냉매를 증발시켜 실내 공기를 제습하고, 실내공기를 냉각시킨다. 증발기(160)는 후술할 바와 같이 공기 유로(300)상에 배치된다. 정확하게는 실내 공기가 유입되는 측에 증발기(160)가 배치된다. 따라서, 공기 유로(300)상에 흐르는 공기의 열을 흡수하여 공기 내 수분을 응축시킨다. 즉, 증발기(160)란 액체가 증발하여　기체가 될 때 주변에서 열을 흡수하고 주변의 온도를 급격히 낮추는　장치를 말한다.

제2팽창기구(161)는 외부 열교환기(140)와 증발기(160) 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시킨다. 따라서, 제2팽창기구(161)는 외부 열교환기(140)를 통과한 냉매를 교축시킨다. 또한, 제2팽창기구(161)는 전자식 팽창밸브 또는 오리피스 밸브(orifice valve)로 이루어지는 것이 바람직하다. 오리피스 밸브란 교축작용을 이용하여 냉매를 감압하기 위해 사용하는 정압 팽창 밸브를 말한다.

어큐물레이터(170)는 압축기(110)에 연결되며, 냉매가 담긴다. 어큐뮬레이터(170)는 실내 냉방 운전시에는 압축기(110)에서 토출되는 냉매가 담기며, 실내 난방 운전시에는 증발기(160)를 통과한 냉매 또는 제2바이패스 유로(192)를 통해 유입된 냉매가 담긴다.

어큐물레이터(170)란 압축기(110)에 기체 상태의 냉매만을 공급하기 위한 수분 분리 역할을 하는 장치로서, 압축기(110)에 흡입부 전단에 설치하는 것이 바람직하다.

히터(200)는 공기 유로(300)상에 배치되며, 내부 열교환기(120)와 인접한 곳에 배치된다. 히터(200)는 내부 열교환기(120)와 연결되며 실내 공기로 방열한다. 따라서, 히터(200)는 실내 공기의 온도가 매우 낮은 경우에 내부 열교환기(120)를 보조하여 실내 공기를 난방하는 역할을 한다.

히터(200)는 PTC 히터로 이루어지는 것이 바람직하다. PTC란 티탄산바륨계(系) 도자기로 온도가 상승하면 전기저항이 급격히 커지는 반도체소자로 니크롬선을 대신하는 안전한 발열체이다. 온도에 따라 저항이 달라지면 스위치 작용을 하므로 에어컨, 헤어드라이기, 의류건조기 등에 사용한다.

공기 유로(300)는 실내 공기가 흐르는 유로이다. 공기 유로(300)상에는 증발기(160), 내부 열교환기(120) 및 히터(200)가 배치된다. 공기 유로(300)는 실내 공기가 유입되는 측에 증발기(160)가 배치될 수 있고, 실내 공기가 토출되는 측에는 내부 열교환기(120) 및 히터(200)가 배치될 수 있다. 따라서, 실내 공기를 제습한 후에 냉/난방이 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기(100)에서 제1팽창기구(130), 제1절환밸브(181) 및 제2절환밸브(182)는 전기적으로 제어 가능한 밸브로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 아래의 표1과 같이 제1팽창기구(130), 제1절환밸브(181) 및 제2절환밸브(182)가 작동한다. 여기서 제 1팽창기구(130)는 전자식 팽창 밸브로 구현될 수 있다.

구분	제1절환밸브	제1팽창기구	제2절환밸브
실내 제습 냉방 운전	OFF	OFF	OFF
실내 무제습 난방 운전	OFF	ON	ON
실내 제습 난방 운전	OFF	OFF	OFF
저온 실내 제습 난방 운전	ON	OFF	OFF

다만, 본 발명의 다른 실시예에서 전기자동차의 공기조화기(100)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기(100)에서 IHX(150) 및 어큐물레이터(170)가 제외되어 구성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에서 전기자동차의 공기조화기(100)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기(100)에서 제5연결유로(197)와 제6연결유로(198)가 제외되는 대신 증발기(160)와 압축기(110)가 연결되는 제7연결유로를 포함할 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 전기 차량용 공기조화기의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 실내 제습 냉방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 실내 무제습 난방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 실내 제습 난방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 공기조화기의 저온 실내 제습 난방 운전시 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 공기조화기의 작용을 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 차량용 공기조화기는 냉방 운전과 난방 운전으로 분류된다. 또한, 난방 운전은 실내 난방 운전과 저온 실내 난방 운전으로 분류된다. 실내 난방 운전과 저온 실내 난방 운전은 제습 운전과 무제습 운전으로 분류된다. 이러한 전기 차량용 공기조화기의 운전별 사이클은 아래의 표2와 같이 분류된다.

구분	Refrigerant Flow
구분	압축기	내부 열교환기	제1팽창기구	외부 열교환기	증발기
실내 제습 냉방 운전	압축	응축	패스	응축	증발
실내 무제습 난방 운전	압축	응축	팽창	팽창	-
실내 제습 난방 운전	압축	응축	패스	응축	증발
저온 실내 제습 난방 운전	압축	응축	-	-	증발

먼저, 도 4를 참조하여 실내 제습 냉방 운전을 설명하면, 압축기(110)에서 냉매를 압축시킨다. 따라서 냉매는 고온 고압을 형성한다.

압축된 냉매는 제1연결유로(193)를 따라 내부 열교환기(120) 측으로 흐르며, 이 때 열을 방출하게 된다. 이때, 공기유입차단부(121)가 닫힘으로써 내부 열교환기(120)서 가열된 공기가 실내로 유입되는 것을 방지한다. 내부 열교환기(120)에서 통과한 고온, 고압 상태의 냉매는 제2연결유로(194)를 따라 제1절환밸브(181)를 통해 제1팽창기구(130)으로 흐르게 된다. 이때, 제1팽창기구(130)는 OFF 상태이며 냉매는 상변화 없이 제3연결유로(195)를 통과 하여 외부 열교환기(140)로 유입된다. 외부 열교환기(140) 내에서 냉매는 방열하게 되며 저온, 고압의 액체 냉매로 상변화 하게 된다. 액체 냉매는 체크밸브(183)를 거쳐 제2절환밸브(182)로 흐르게 되며 제4연결유로(196)를 따라 IHX(150)를 통과 한다. 이때, 열교환을 통해 냉매를 외부 열교환기에서 낮아진 온도 보다 낮게 만들어 준다. 이는 증발기(160)에서 나온 차가운 냉매와 열교환 하기 때문이다.

액체 상태의 냉매는 IHX(150)를 통과 후 제2팽창기구(161)에서 팽창된 후 증발기(160)로 공급 되며 냉매의 상변화를 통해서 온도가 낮아지며 공기유로(300)의 공기와 열교환을 한다. 공기유로(300)를 지나가는 공기는 냉각되어 차량의 실내로 토출되어 진다.

증발기(160)를 통과한 기체 상태의 차가운 냉매는 제5연결유로(197)를 지나 어큐물레이터(170)으로 흐르게 되며, 이때, 상변화가 되지 못한 액체 상태의 냉매는 통과 하지 못하고 분리된다. 기체 상태의 차가운 냉매는 제6연결유로(198)를 지나 다시 IHX(150)와 통과하며, 이때, 제2절환밸브(182)를 통과한 저온, 고압 상태의 냉매와 열교환을 하여 보다 낮은 온도의 냉매 상태를 만들어 증발기(160)로 공급되게 하며 열교환 과정에서 열을 받아 들여 보다 높은 밀도의 기체 상태로 변화하게 된다.

기체상태의 냉매는 IHX(150)를 통과 후 압축기(110)로 들어 가게 되며 서술된 방식으로 순환하게 된다.

도 5를 참조하여, 실내 무제습 난방 운전을 설명하면, 압축기(110)에서 냉매를 압축시킨다. 따라서, 냉매는 고온 고압으로 변화된다.

압축된 냉매는 내부 열교환기(120) 측으로 흐르며, 내부 열교환기(120)로 유입된 냉매는 응축된다. 냉매가 응축됨으로써 냉매의 열이 실내 공기로 방열된다. 따라서, 냉매의 온도는 하강하게 되고 실내 공기의 온도는 상승하게 되는바 난방의 효과가 발생한다. 이때, 공기유입차단부(121)는 오픈 상태를 유지하게 된다.

응축된 냉매는 제2연결유로(194)를 통해 제1팽창기구(130) 측으로 흐른다. 제1팽창기구(130)에 유입된 냉매는 팽창하게 되며, 팽창된 냉매의 온도와 압력이 하강된다.

제1팽창기구(130)에서 토출된 냉매는 제3연결유로(195)를 통해 외부 열교환기(140) 측으로 흐른다. 외부 열교환기(140)에 유입된 냉매는 실외 공기와 열교환이 일어난다. 외부 열교환기(140)에서 냉매는 증발하여 실외 공기의 열을 흡수한다. 따라서, 냉매의 온도는 상승하게 된다.

외부 열교환기(140)에서 토출된 냉매는 제2절환밸브(182)에서 방향이 전환되어 제2바이패스 유로(192)를 통해 어큐물레이터(170)으로 바이패스 된다. 이에, 실내 공기는 제습이 되지 않는다. 어큐물레이터(170)로 유입된 냉매는 액체 상태의 냉매는 걸러지게 되고 기체 상태의 냉매만 압축기(110) 측으로 흐른다.

도 6을 참조하여, 실내 제습 난방 운전을 설명한다. 다만, 실내 제습 난방운전은 실내 무제습 난방 운전과 유사한바, 실내 무제습 난방 운전과 상이한 점을 중점으로 하여 설명한다.

외부 열교환기(140)에서 토출된 냉매는 제4연결유로(196)를 통해 증발기(160) 측으로 흐른다. 증발기(160) 측으로 흐르는 냉매는 제4연결유로(196)상에 배치된 IHX(150)를 통해 제6연결유로(198)에 흐르는 냉매와 열교환이 일어나고, 제2팽창기구(161)에서 팽창하게 된다. 따라서, 증발기(160) 측으로 흐르는 냉매는 열을 방출하여 온도가 하강한다.

증발기(160)에 유입된 냉매는 증발하여 실내 공기의 열을 흡수한다. 따라서, 실내 공기는 제습될 수 있다. 또한, 냉매는 실내 공기로부터 열을 흡수하는 바 냉매의 온도는 상승한다. 증발기(160)에서 토출된 냉매는 어큐물레이터(170) 측으로 흐른다. 어큐물레이터(170)에 유입된 냉매는 압축기(110) 측으로 흐른다.

도 7을 참조하여, 저온 실내 제습 난방 운전을 설명한다.

압축기(110)에서 냉매를 압축시킨다. 따라서, 냉매는 고온 고압으로 변화된다.

내부 열교환기(120)에서 토출된 냉매는 제1절환밸브(181)에서 방향이 전환되어 제1바이패스 유로(191)를 통해 제2 절환밸브(182)로 바이패스 된다.

제2 절환밸브(182)를 통과한 냉매는 증발기(160) 측으로 흐르게 된다.

제1바이패스 유로(191)에 의해 증발기(160) 측으로 흐르는 냉매는 제4연결유로(196)를 통해 증발기(160) 측으로 흐른다. 증발기(160) 측으로 흐르는 냉매는 제4연결유로(196)상에 배치된 IHX(150)를 통해 제6연결유로(198)에 흐르는 냉매와 열교환이 일어난다. 따라서, 증발기(160) 측으로 흐르는 냉매는 열을 방출하여 온도가 하강한다.

IHX(150)를 통과한 냉매는 제2팽창기구(161)에 팽창되어 증발기(160)로 공급된다. 증발기(160)에 유입된 냉매는 증발하여 실내 공기의 열을 흡수한다. 따라서, 실내 공기는 제습될 수 있다. 또한, 냉매는 실내 공기로부터 열을 흡수하는바 냉매의 온도는 상승한다.

증발기(160)에서 토출된 냉매는 어큐물레이터(170) 측으로 흐르며, 어큐물레이터(170)에 유입된 냉매는 압축기(110) 측으로 흐른다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

10: 전방 차체 20: 중앙 차체
30: 후방 차체 110: 압축기
120: 내부 열교환기 130: 제1팽창기구
140: 외부 열교환기 150: IHX
160: 증발기 170: 어큐물레이터
181: 제1절환밸브 182: 제2절환밸브
183: 체크밸브
191: 제1바이패스 유로 192: 제2바이패스 유로
194: 제2연결유로 196: 제4연결유로
198: 제6연결유로 200: 히터
300: 공기 유로

Claims

냉매를 압축하는 압축기와;
유입되는 냉매를 공기와 열교환시키는 내부 열교환기와;
유입되는 냉매를 실외 공기와 열교환시키는 외부 열교환기와;
상기 내부 열교환기와 상기 외부 열교환기 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시키는 제1팽창기구와;
유입된 냉매를 증발시켜 실내 공기를 제습하는 증발기와;
상기 외부 열교환기와 상기 증발기 사이에 배치되어, 유입되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창기구와;
상기 내부 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제1팽창기구 및 외부 열교환기를 바이패스 한 후에 상기 증발기 측으로 흐를 수 있게 연결된 제1바이패스 유로와;
상기 증발기 측으로 흐르는 냉매가 상기 증발기를 바이패스한 후에 상기 압축기로 흐를 수 있게 연결된 제2바이패스 유로와;
저온 실내 난방 운전시, 상기 제1팽창기구 측으로 흐르는 냉매를 상기 제1바이패스 유로로 흐르도록 절환시키는 제1절환 밸브와;
무제습 운전시, 상기 증발기 측으로 흐르는 냉매를 상기 제2바이패스 유로로 흐르도록 절환시키는 제2절환 밸브를 포함하는 전기자동차의 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 내부 열교환기와 연결되며 실내 공기로 방열하는 히터를 더 포함하는 전기자동차의 공기조화기.
제2항에 있어서,
상기 히터는 PTC 히터로 이루어지는 전기자동차의 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 압축기와 연결되며, 냉매가 담기는 어큐물레이터를 더 포함하는 전기 차량용 공기조화기.
제4항에 있어서,
상기 증발기와 상기 외부 열교환기간에 흐르는 냉매와 상기 어큐물레이터와 상기 압축기간에 흐르는 냉매를 열교환하는 내부 열교환기를 더 포함하는 전기 차량용 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 제1팽창기구는 전자식 팽창 밸브로 이루어지는 전기자동차의 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 제1절환 밸브와 상기 제2절환 밸브는 삼방 밸브로 이루어지는 전기자동차의 공기조화기.
제1항에 있어서,
상기 저온 실내 난방 운전시,
상기 내부 열교환기와 열 교환한 공기가 실내로 유입되는 것을 방지하는 공기유입차단부를 더 포함하고,
상기 제1바이패스 유로로 흐르는 냉매가 상기 외부 열교환기 측으로 흐르는 것을 방지하는 체크 밸브를 더 포함하는 전기 차량용 공기조화기
제1항에 있어서,
실내 공기가 흐르는 공기 유로를 더 포함하고,
상기 증발기와 상기 내부 열교환기는 상기 공기 유로상에 배치되는 전기 차량용 공기조화기
제9항에 있어서,
상기 증발기는 실내 공기가 유입되는 측에 배치되고,
상기 내부 열교환기는 실내공기가 토출되는 측에 배치되는 전기자동차의 공기조화기.