KR20200040432A

KR20200040432A - 차량용 공조 시스템

Info

Publication number: KR20200040432A
Application number: KR1020180120330A
Authority: KR
Inventors: 김성훈; 이해준; 이성제
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2020-04-20

Abstract

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 일부 냉매를 증기상태로 변환하여 압축기로 공급하는 가스인젝션부가 구비되어 압축기 석션측의 냉매 유량 증대로 인해 증발 압력이 상승됨에 따라 유발되는 냉방 성능 저하를 방지할 수 있으며, 배터리 냉방 성능을 확보할 수 있는 차량용 공조 시스템을 제공하는 것이다.

Description

차량용 공조 시스템{Air conditioning system for vehicle}

최근 자동차 분야에서 환경 친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제 해결책으로서 각광받고 있는 것이 전기 자동차이다.

전기 자동차는 배터리 또는 연료전지로부터 전력을 공급받아 구동되는 모터를 이용해 주행하기 때문에 탄소 배출이 적고 소음이 작다. 또한, 전기 자동차는 기존의 엔진보다 에너지 효율이 우수한 모터를 사용하기 때문에 친환경적이다.

그런데 전기 자동차는 배터리 및 구동 모터의 작동 시 많은 열이 발생하기 때문에 열관리가 중요하다. 그리고 배터리를 재충전하는데 시간이 오래 소요되므로 효율적인 배터리 사용 시간의 관리가 중요하다. 특히, 전기 자동차는 실내 공조를 위해 구동되는 냉매 압축기도 전기로 구동되는바 더욱 배터리의 사용 시간 관리가 중요하다. 배터리를 냉각하기 위한 방안으로, 종래 도 1에 도시한 바와 같이 증발기 측으로 공급되는 냉매를 이용하여 배터리 냉각을 수행하는 예가 제안된 바 있다.

더욱 상세하게, 상기 도 1에 도시한 차량용 공조 시스템(10)은 냉매가 순환되는 냉매순환라인(1); 상기 냉매순환라인(1) 상에 구비되는 압축기(2); 상기 압축기(2)에서 압축된 고온의 냉매를 전달받아 차량 실내를 공조하기 위한 공조풍을 가열하는 실내열교환기(3); 외부 공기를 전달받아, 공조 모드에 따라 상기 실내열교환기(3)를 통과한 냉매를 응축 또는 증발하는 실외열교환기(4); 상기 냉방 모드 시, 상기 실외열교환기(4)를 통과한 냉매를 전달받아 증발시켜 상기 공조풍을 냉각하는 증발기(5); 상기 증발기(5) 전측에서 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(6); 상기 냉매순환라인(1)에 상기 제1팽창수단(6) 및 증발기(5)와 병렬로 연결되어 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(8) 및 배터리에 의해 가열된 냉각수와 열교환되는 칠러(7)를 포함한다.

이와 같은 차량용 공조 시스템은 상기 칠러와 증발기가 병렬로 연결됨에 따라 증발기 측으로 유입되는 냉매의 일부가 분기되어 배터리 냉각을 수행하게되며, 증발기 측으로 유입되는 냉매량이 감소될 수 밖에 없으며, 상기 증발기 및 칠러를 통과한 냉매가 합류하여 상기 압축기로 공급되어 압축기 석션측(입구측)의 유량 증대로 인해 냉방을 위한 증발 압력이 상승됨에 따라 전체 냉방 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 냉방 성능 저하를 위하여 상기 압축기의 작동을 증대하는 경우, 에너지 소요량이 증대될 수밖에 없는 문제점이 있다.

KR 2018-0007021 A (2018.01.22)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 일부 냉매를 증기상태로 변환하여 압축기로 공급하는 가스인젝션부가 구비되어 압축기 석션측의 냉매 유량 증대로 인해 증발 압력이 상승됨에 따라 유발되는 냉방 성능 저하를 방지할 수 있는 차량용 공조 시스템을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 목적은 가스인젝션부의 제1가열부 또는 제2가열부가 배터리 또는 전장부품 폐열에 의해 가열되는 냉각수와 열교환되는 칠러가 이용될 수 있어 냉방 성능은 유지하면서도 배터리 또는 전장부품의 냉각 성능은 확보할 수 있는 차량용 공조 시스템을 제공하는 것이다.

아울러, 본 발명의 목적은 열공급수단이 더 구비되어 난방성능을 보다 높일 수 있는 차량용 공조 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 제1가열부 및 제2가열부가 구비되어 가스인젝션부의 증기 변환을 용이하게 수행할 수 있으며, 제2가열부가 배터리에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 칠러이고 제1가열부를 통과하지 않고 제2가열부로 바이패스 가능하여 요구되는 냉각 성능에 따라 제2가열부를 통과하는 냉매량을 조절할 수 있어 충분한 배터리 냉각 성능을 확보할 수 있는 차량용 공조 시스템을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 목적은 제2가열부 후측과 압축기 전측(석션측)을 연결하는 제2바이패스라인 및 그 흐름을 조절하는 제3조절밸브가 구비되어 냉방작동과 관계없이 배터리 냉각이 가능한 차량용 공조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)은 냉매가 순환되는 냉매순환라인(100); 상기 냉매순환라인(100) 상에 구비되는 압축기(200); 상기 압축기(200)에서 압축된 고온의 냉매를 전달받아 차량 실내를 공조하기 위한 공조풍을 가열하는 실내열교환기(300); 공조 모드에 따라 상기 실내열교환기(300)를 통과한 냉매를 응축 또는 증발하는 실외열교환기(400); 상기 공조 모드 중 냉방 모드 시, 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매를 전달받아 증발시켜 상기 공조풍을 냉각하는 증발기(500); 상기 냉방 모드 시, 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매 중 일부가 분기되며, 상기 공조 모드 중 난방 모드 시, 상기 실내열교환기(300)를 통과한 냉매 중 일부가 분기되어 이송되면서 증기상태로 변환된 냉매를 압축기(200)로 공급하는 가스인젝션부(700)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 증발기(500) 전측에서 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(610); 및 상기 실외열교환기(400) 전측에서 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(620)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 가스인젝션부(700)는 냉매가 이송되는 가스인젝션라인(701)과, 냉매를 팽창시키는 제3팽창수단(711)과, 상기 제3팽창수단(711) 후측에서 냉매를 가열하는 제1가열부(720)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 실내열교환기(300)를 통과하고 상기 실외열교환기(400)로 공급되는 냉매가 상기 제2팽창수단(620)의 통과 유무를 조절하는 제1조절밸브(810); 및 상기 실외열교환기(400)를 통과하고 상기 압축기(200)로 공급되는 냉매가 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500) 통과 유무를 조절하는 제2조절밸브(820)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1가열부(720)는 가열된 냉각수와 열교환되는 칠러인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1가열부(720)는 배터리에 의해 가열된 냉각수 또는 배터리와 전장부품에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 차량용 공조 시스템(1000)은 난방 모드에서 상기 압축기(200) 전측의 냉매순환라인(100) 상에 구비되어 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매를 가열하는 열공급수단(900)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열공급수단(900)은 전장부품에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 칠러인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1가열부(720)는 상기 제3팽창수단(711)을 통과하지 않는 냉매와 상기 제3팽창수단(711)을 통과한 냉매가 열교환되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 가스인젝션부(700)는 상기 제1가열부(720) 후측의 가스인젝션라인(701)에 냉매를 가열하는 제2가열부(730)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2가열부(730)는 가열된 냉각수와 열교환되는 칠러인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제2가열부(730)는 배터리에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 가스인젝션부(700)는 상기 제1가열부(720)를 통과하지 않고 상기 제2가열부(730)로 바이패스가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스인젝션부(700)는 상기 제3팽창수단(711)과 상기 제2가열부(730) 전측을 연결하는 제1-1바이패스라인(111)을 포함하며, 상기 제3팽창수단(711)이 1개의 입구와 2개의 출구를 갖되, 2개의 출구를 통과하면서 냉매를 팽창하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 가스인젝션부(700)는 상기 가스인젝션라인(701)의 상기 제3팽창수단(711) 전측과 상기 제2가열부(730) 전측을 연결하는 제1-2바이패스라인(112); 및 상기 제1-2바이패스라인(112) 상에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제4팽창수단(712) 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 제2가열부(730) 후측과 상기 냉매순환라인(100) 상 압축기(200) 전측을 연결하는 제2바이패스라인(120); 상기 제2바이패스라인(120) 상에 구비되어 증기상태의 냉매가 상기 가스인젝션라인(701)을 통해 상기 압축기(200)로 공급되거나, 상기 냉매순환라인(100)을 통해 상기 압축기(200)로 공급되는 흐름을 제어하는 제3조절밸브(830)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 압축기(200) 전측의 냉매순환라인(100) 상에 구비되는 어큐뮬레이터(210)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 제1팽창수단(610) 및 제2팽창수단(620)의 개도량이 각각 조절되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 공조 모드 중 제습 모드 시, 상기 가스인젝션부(700)로 공급되지 않은 냉매 중 일부 냉매가 상기 제2팽창수단(620)의 개도량 조절에 의해 제2팽창수단(620), 실외열교환기(400), 및 압축기(200)를 통과하고, 나머지 냉매가 상기 제1팽창수단(610), 증발기(500), 및 압축기(200)를 통과함에 따라, 공조풍이 상기 증발기(500) 및 실내열교환기(300)를 통과하면서, 공조풍에 포함된 수분이 제거되고 온도조절되어 차량 실내로 공급되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 차량용 공조 시스템은 일부 냉매를 증기상태로 변환하여 압축기로 공급하는 가스인젝션부가 구비되어 압축기 석션측의 냉매 유량 증대로 인해 증발 압력이 상승됨에 따라 유발되는 냉방 성능 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.

또, 본 발명의 차량용 공조 시스템은 가스인젝션부의 제1가열부 또는 제2가열부가 배터리 또는 전장부품 폐열에 의해 가열되는 냉각수와 열교환되는 칠러가 이용될 수 있어 냉방 성능은 유지하면서도 배터리 또는 전장부품의 냉각 성능은 확보할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 본 발명의 차량용 공조 시스템은 열공급수단이 더 구비되어 난방성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 차량용 공조 시스템은제1가열부 및 제2가열부가 구비되어 가스인젝션부의 증기 변환을 용이하게 수행할 수 있으며, 제2가열부가 배터리에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 칠러이고 제1가열부를 통과하지 않고 제2가열부로 바이패스 가능하여 요구되는 냉각 성능에 따라 제2가열부를 통과하는 냉매량을 조절할 수 있어 충분한 배터리 냉각 성능을 확보할 수 있는 장점이 있다.

또, 본 발명의 차량용 공조 시스템은제2가열부 후측과 압축기 전측(석션측)을 연결하는 제2바이패스라인 및 그 흐름을 조절하는 제3조절밸브가 구비되어 냉방작동과 관계없이 배터리 냉각이 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래의 차량용 공조 시스템을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템을 나타낸 도면.
도 3 내지 도 5는 상기 도 2에 도시한 차량용 공조 시스템의 냉방, 난방 및 제습 모드 상태를 나타낸 도면.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템을 나타낸 도면.
도 8은 종래 및 도 7에 도시한 시스템의 P-h 선도를 나타낸 도면.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템을 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템을 나타낸 다른 도면.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템의 냉방 모드의 배터리 저부하, 중부하, 고부하 및 배터리 냉각 모드 상태를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템을 나타낸 또 다른 도면.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)을 나타낸 도면이고, 도 3 내지 도 5는 상기 도 2에 도시한 차량용 공조 시스템(1000)의 냉방, 난방 및 제습 모드 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 냉매순환라인(100), 압축기(200), 실내열교환기(300), 실외열교환기(400), 증발기(500) 및 가스인젝션부(700)를 포함한다. 상기 냉매순환라인(100)은 나머지 구성들이 장착되는 구성으로, 냉방 모드 및 난방 모드 설정에 따라 냉매가 순환된다.

상기 압축기(200)는 상기 냉매가 순환되는 냉매순환라인(100) 상에 설치되어 냉매를 압축하여 배출한다. 본 발명에서 압축기(200)는 냉매가 유입되는 입구가 2곳, 출곳이 1곳인 형태로서, 입구는 상기 실외열교환기(400) 또는 증발기(500)를 통과한 냉매가 이송되는 전측(석션측)과 상기 가스인젝션부(700)와 연결되는 측이 존재한다.

상기 실내열교환기(300)는 공조풍과 압축기(200)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 구성으로, 상기 압축기(200)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하여 차량 실내로 공급되는 공기를 가열하여 난방을 수행한다.

상기 실외열교환기(400)는 상기 냉매순환라인(100)을 순환하는 냉매와 외부 공기를 열교환시키는 구성으로, 냉방설정에 따라 상기 증발기(500)로 공급되는 냉매를 응축하거나, 난방설정에 따라 상기 실내열교환기(300)로 공급되는 냉매를 증발한다.

상기 증발기(500)는 상기 냉매순환라인(100)에 설치되어 공조풍과 압축기(200)로 공급되는 냉매를 열교환시키는 구성으로, 저압의 액상 냉매를 증발시킴으로써 실내로 공급되는 공기를 가열하여 냉방을 수행한다.

또한, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 제1팽창수단(610), 제2팽창수단(620), 제1조절밸브(810) 및 제2조절밸브(820)이 구비된다.

상기 제1팽창수단(610)은 상기 증발기(500) 전측 냉매순환라인(100)에 설치되어 증발기(500)로 공급되는 냉매를 팽창시킨다. 상기 제1팽창수단(610)은 냉방 시, 상기 실외열교환기(400)를 통과하면서 응축된 냉매를 저온 저압의 상태로 교축하여 상기 증발기(500)로 공급한다.

이 때, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 제1팽창수단(610)을 통과하는 흐름유무를 조절하기 위한 제2조절밸브(820)가 구비되는 데, 냉방 및 난방 모드에 따라 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500)를 통과한 후 압축기(200)로 공급되도록 하거나, 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매가 상기 압축기(200)로 바로 공급되도록 제어한다.

상기 제2팽창수단(620)은 상기 실외열교환기(400) 전측 냉매순환라인(100)에 설치되어 상기 실내열교환기(300)에서 배출된 냉매를 선택적으로 팽창시킨다. 상기 제2팽창수단(620)은 난방 시, 상기 실내열교환기(300)에서 냉매가 응축되고, 상기 실외열교환기(400)에서 냉매가 증발되도록 작동되어 저온 저압의 상태로 냉매를 교축한다.

또, 본 발명의 차량용 공조 시스ㅜ템은 상기 제2팽창수단(620)을 통과하는 흐름 유무를 조절하기 위한 제1조절밸브(810)가 구비되는데, 냉방 및 난방 모드에 따라 상기 실내열교환기(300)를 통과한 후 상기 제2팽창수단(620)을 통과하지 않고 바로 실외열교환기(400)로 공급되거나, 상기 실내열교환기(300)를 통과한 후 상기 제2팽창수단(620)을 통과하여 실외열교환기(400)로 공급되도록 제어한다.

상기 가스인젝션부(700)는 냉매순환라인(100)을 순환하는 냉매 중 일부가 분기되어 이송되면서 증기상태로 변환된 냉매를 압축기(200)로 공급하는 구성이다. 이 때, 상기 가스인젝션부(700)는 냉방 모드 시, 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매 중 일부가 분기되어 이송되면서 증기상태로 변환되어 압축기(200)로 공급되고, 난방 모드 시, 상기 실내열교환기(300)를 통과한 냉매 중 일부가 준기되어 이송되면서 증기상태로 변환되어 압축기(200)로 공급된다. 더욱 상세하게, 상기 가스인젝션부(700)는 가스인젝션라인(701)과, 냉매를 팽창시키는 제3팽창수단(711), 및 제1가열부(720)를 포함한다.

상기 가스인젝션라인(701)은 냉매순환라인(100)의 일부 냉매를 이송받는 부분으로, 일측이 냉매순환라인(100)과 연결되어 냉매가 유입되며, 타측이 압축기(200)와 연결된다. 상기 가으인젝션라인의 냉매가 유입되는 일측은 냉방 모드 시, 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매 중 일부가 분기되도록 상기 실외열교환기(400)를 통과하여 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500)로 이송되기 전 일부 냉매가 분기되어 유입되며, 난방 모드 시, 상기 실내열교환기(300)를 통과한 냉매 중 일부가 분기되도록 상기 실내열교환기(300)를 통과하여 상기 제2팽창수단(620) 및 실외열교환기(400)로 이송되기 전 일부 냉매가 분기되도록 연결된다.

상기 제3팽창수단(711)은 상기 가스인젝션라인(701) 상에 구비되어 냉매를 팽창시킨다.

상기 제1가열부(720)는 상기 제3팽창수단(711)을 통과한 냉매를 가열하는 구성이다. 상기 제1가열부(720)는 냉매를 증기 상태로 변환하는 다양한 수단이 이용될 수 있는데, 먼저, 상기 제1가열부(720)는 가열된 냉각수와 열교환되는 칠러일 수 있다. 도 2에서 냉각수의 흐름은 따로 도시하지 않았다. 특히, 상기 제1가열부(720)는 배터리에 의해 가열된 냉각수가 이용되거나, 전장부품에 의해 가열된 냉각수가 이송되어 냉매를 가열할 수 있다.

또, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 압축기(200) 전측인 석션측의 냉매순환라인(100) 상에 어큐뮬레이터(210)가 더 구비될 수 있다. 상기 어큐뮬레이터(210)는 상기 냉매순환라인(100) 상의 냉매 압력을 일시적으로 저장하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 상기 어큐뮬레이터(210)는 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 상기 압축기(200)로 공급할 수 있다. 상기 도 2 내지 도 5에서, 상기 어큐뮬레이터(210)는 상기 증발기(500)를 통과한 냉매 및 실외 열교환기를 통과한 냉매가 각각 유입되는 예를 나타내었다.

위와 같은 형태를 갖는 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)의 냉방, 난방 및 제습 모드의 냉매 흐름을 설명한다.

상기 도 3에 도시한 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 최대 냉방 모드 시, 상기 압축기(200)에서 압축된 냉매가 상기 실내열교환기(300)를 상변화없이 통과한 후, 상기 제1조절밸브(810)에 의해 상기 제2팽창수단(620)를 통과하지 않고, 상기 실외열교환기(400)로 공급되어 응축된다. 또, 상기 제2조절밸브(820)에 의해 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500)를 통과하면서 팽창 및 증발되어 압축기(200)로 공급되는데, 공조풍이 상기 증발기(500)와 열교환되면서 냉방이 수행된다. 이 때, 상기 증발기(500)와 실내열교환기(300) 사이의 템프도어(d)는 공조풍이 상기 증발기(500)만 통과되도록 상기 실내열교환기(300)를 차단하는 위치로 제어된다. 또, 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500)로 이송되기 전 일부 냉매가 분기되어 상기 제3팽창수단(711) 및 제1가열기를 통과하면서 증기상태로 가열되어 상기 압축기(200)로 공급된다. 이를 통해, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 압축기(200) 석션측의 냉매 유량 증대없이 배터리를 냉각할 수 있으며, 증발기(500)측 압력을 낮게 유지할 수 있어 냉방 성능 저하 없이 충분한 냉방 성능을 기대할 수 있다.

또, 상기 도 4에 도시한 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 최대 난방 모드 시, 상기 압축기(200)에서 압축된 냉매가 상기 실내열교환기(300)를 통과하면서 응축됨에 따라 공조풍이 상기 실내열교환기(300)를 통과하면서 난방이 수행된다. 이 때, 상기 증발기(500)와 실내열교환기(300) 사이의 템프도어(d)는 공조풍이 상기 증발기(500) 및 실내열교환기(300) 통과하도록 제어되는 데, 상기 증발기(500)에는 냉매가 유입되지 않으므로 열교환이 이루어지지 않는다. 또, 상기 제1조절밸브(810)에 의해 상기 제2팽창수단(620) 및 실외열교환기(400)를 통과하면서 팽창 및 증발되어 다시 압축기(200)로 공급된다. 이 때, 상기 제2팽창수단(620) 및 실외열교환기(400)로 이송되기 전 일부 냉매가 분기되어 상기 제3팽창수단(711) 및 제1가열기를 통과하면서 증기상태로 가열되어 상기 압축기(200)로 공급된다.

또한, 상기 도 5에 도시한 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 제습 모드 시, 상기 도 4에 도시한 난방 모드 상태와 유사하되, 제1팽창수단(610) 및 제2팽창수단(620)의 개도량이 조절되어, 일부 냉매가 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500)를 통과하도록 하고, 공조풍에 포함된 수분이 상기 증발기(500) 및 실내열교환기(300)를 통과하면서 제거되고 온도조절되어 차량 실내로 공급된다.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)을 나타낸 도면이다. 상기 도 6 및 도 7에 도시한 형태는 상기 제1가열기가 상기 제3팽창수단(711)을 통과하지 않는 냉매와 상기 제3팽창수단(711)을 통과한 냉매가 서로 열교환되는 형태를 나타내었다. 즉, 상기 제3팽창수단(711)을 통과한 냉매가 제3팽창수단(711)을 통과하지 않은 냉매와 열교환되면서 증발되어 상기 압축기(200)로 공급되는 형태를 나타내었다.

또, 상기 도 7은 상기 제1가열부(720) 후측의 가스인젝션라인(701)에 냉매를 가열하는 제2가열부(730)가 더 구비되는 예를 나타내었다. 상기 제2가열부(730)는 상기 제1가열부(720)와 같이, 상기 제3팽창수단(711)을 통과한 냉매를 증발시키는 역할을 담당하는 것으로, 상기 제2가열부(730)는 가열된 냉각수와 열교환되는 칠러일 수 있다. 더욱 상세하게, 상기 제2가열부(730)는 배터리에 의해 가열된 냉각수가 이송되어 냉매를 가열하는 구성일 수 있다. 상기 도 7에 도시한 형태의 경우, 배터리 냉각을 위한 냉각수를 이용하여 냉매를 증발시킬 수 있어 압축기(200)의 부하를 증대하지 않으면서도 냉방 및 난방 성능을 충분히 확보할 수 있으며, 배터리를 냉각할 수 있는 장점이 있다.

도 8은 종래 및 도 7에 도시한 시스템의 P-h 선도를 나타낸 도면이다. 도 8 (a)는 배터리 냉각을 위한 칠러와 증발기(500)가 병렬로 구비되는 종래 도 1에 도시한 바와 같은 차량용 공조 시스템(1000)의 P-h 선도를 나타내었고, 도 8 (b)는 상기 도 7에 도시한 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)의 P-h 선도를 나타내었다. 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 가스인젝션부(700)가 형성됨에 따라, 종래의 증발기(500) 압력(P1)에 비하여 더 낮은 증발기(500) 압력(P2)을 가져 실내 냉방 성능을 보다 향상할 수 있고, 종래 E1에서 E2 로 응축기의 과냉 정도를 증대할 수 있으며, 종래 압축기(200) 엔탈피(E2)에 비하여 더 낮은 압축기(200) 엔탈피(E4)를 가져 전체 시스템의 구동 안정성을 높일 수 있습니다. 즉, P-h 선도에서도 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 증발기(500)의 증발 성능을 증대할 수 있어 냉방 성능을 향상할 수 있으며, 압축기(200)의 부하를 줄일 수 있는 장점이 있습니다.

또, 비교예1) 배터리 냉각을 하지 않는 경우, 증발기(500)로 공급되는 유량을 100으로 보았을 때, 상기 압축기(200) 석션측 유량은 100이며, 비교예2) 칠러를 통해 배터리를 냉각하는 경우, 증발기(500)로 공급되는 유량이 80, 칠러측 유량은 40 정도가 확보되어야 하며, 이 때, 상기 압축기(200) 석션측 유량은 120이고, 본 발명의 실시예) 본 발명의 칠러를 통해 배터리를 냉각하고, 가스인젝션부(700)를 함께 구동하는 경우, 증발기(500)로 공급되는 유량이 95, 칠러측 유량이 40 정도로 상기 압축기(200) 석션측 유량은 95이다. 즉, 본 발명의 실시예는 냉매순환라인(100)을 순환하는 전체 냉매 유량은 135이지만, 압축기(200) 석션측 유량은 증발기(500)로 공급되는 유량과 동일하게 유지되어 압축기(200)를 과도하게 구동할 필요가 없다.

도 9 및 도 10은 각각 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)을 나타낸 도면으로, 압축기(200) 전측의 냉매순환라인(100) 상에 구비되어 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매를 가열하는 열공급수단(900)이 더 구비되는 예를 나타낸 것으로서, 상기 도 9 및 도 10은 각각 상기 도 2 및 도 7에 도시한 형태에서, 상기 열공급수단(900)이 더 구비된 예를 나타내었다. 상기 열공급수단(900)은 전장부품에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 칠러일 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 실외열교환기(400)와 함께 냉매를 가열하여 냉매의 흡열량을 증대함에 따라 상기 실내열교환기(300)를 통한 난방 성능을 보다 높일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 가스인젝션부(700)는 상기 제1가열부(720) 및 제2가열부(730)가 모두 존재하는 형태에서, 상기 제1가열부(720)를 통과하지 않고, 상기 제2가열부(730)로 바로 공급(바이패스)될 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)을 나타낸 다른 도면이고, 도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)의 냉방 모드의 배터리 저부하, 중부하, 고부하 및 배터리 냉각 모드 상태를 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명에 따른 차량용 공조 시스템(1000)을 나타낸 또 다른 도면이다.

상기 도 11 내지 도 15는 상기 제1가열부(720)를 바이패스 가능하되, 상기 가스인젝션부(700)가 제1-1바이패스라인(111)을 포함하며, 상기 제3팽창수단(711)이 1개의 입구와 2개의 출구를 갖되, 2개의 출구를 통과하면서 냉매를 팽창하는 형태를 나타내었다. 상기 제1-1바이패스라인(111)은 상기 제3팽창수단(711)과 상기 가스인젝션라인(701)의 상기 제2가열부(730) 전측을 연결한다. 이 때, 상기 제3팽창수단(711)은 2개의 출구를 선택적으로 선택가능한 형태로서, 상기 제3팽창수단(711)의 입구로 유입된 냉매는 2개의 출구 중 하나를 토출하면서 팽창된 냉매가 제1가열부(720) 및 제2가열부(730)를 통과하거나, 나머지 출구를 토출하면서 팽창된 냉매가 제2가열부(730)를 통과하게 된다.

또, 상기 도 16은 상기 제1가열부(720)를 바이패스 가능하되, 상기 가스인젝션부(700)가 제1-2바이패스라인(112) 및 제4팽창수단(712)을 포함하는 예를 나타내었다. 상기 제1-2바이패스 라인은 상기 제3팽창수단(711) 전측과 상기 가스인젝션라인(701)의 상기 제2가열부(730) 전측을 연결하며, 상기 제4팽창수단(712)이 상기 제1-2바이패스라인(112)에 구비된다. 즉, 상기 도 16에 도시한 형태는 상기 제3팽창수단(711)을 통과하면서 팽창된 후 상기 제1가열부(720) 및 제2가열부(730)를 통과하거나, 상기 제4팽창수단(712)을 통과하면서 팽창된 후 상기 제2가열부(730)를 통과하게 된다.

아울러, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 압축기(200)로 증기를 공급하는 가스인젝션부(700)의 작동 유무를 결정할 수 있도록 제2바이패스라인(120) 및 제3조절밸브(830)를 포함할 수 있다. 상기 제2바이패스라인(120)은 상기 제2가열부(730) 후측과 상기 냉매순환라인(100) 상 전측(석션측)을 연결하고, 상기 제3조절밸브(830)는 상기 제2바이패스라인(120) 상에 구비되어 증기상태의 냉매가 상기 가스인젝션라인(701)을 통해 상기 압축기(200)로 공급되거나, 상기 냉매순환라인(100)을 통해 상기 압축기(200) 전측(석션측)으로 공급되는 흐름을 제어한다.

이를 통해, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 냉방 및 난방 조절과 함께 제2가열부(730)가 배터리 냉각을 담당하는 칠러인 경우, 제2가열부(730)의 배터리 냉각 성능을 조절할 수 있는데, 도 12 내지 도 15에서, 도 12 내지 도 14는 냉방 시, 배터리 냉각 정도를 달리하는 상태를 나타내었고, 도 16은 배터리 냉각만 수행되는 상태를 나타내었다.

더욱 상세하게, 상기 도 12는 일반 냉방 모드 상태로서, 저부하 배터리 냉각이 요구되는 상태를 나타내었다. 냉방을 수행하는 냉매의 흐름은 상기 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 압축기(200), 실내열교환기(300), 실외열교환기(400), 제1팽창수단(610) 및 증발기(500)를 통과하면서 수행되며, 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500) 전측의 냉매 중 일부가 상기 제3팽창수단(711)을 통해 팽창된 후, 상기 제1가열부(720) 및 제2가열부(730)를 통과하면서 가열되어 압축기(200)로 공급된다.

상기 도 13은 중부하 배터리 냉각이 요구되는 상태로서, 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500) 전측의 냉매 중 일부가 상기 제3팽창수단(711)을 통해 팽창된 후, 상기 제1가열부(720)를 바이패스하고, 상기 제2가열부(730)를 통과하면서 가열되어 압축기(200)로 공급된다. 즉, 상기 가스인젝션부(700)를 통과하는 전체 냉매가 제2가열부(730)를 통과하면서 배터리 냉각을 위한 냉각수와 열교환되도록 한다.

상기 도 14는 고부하 배터리 냉각이 요구되는 상태로서, 상기 도 12에 도시한 형태와 냉매 흐름은 유사하되, 상기 제3조절밸브(830)가 상기 가스인젝션라인(701)을 통해 압축기(200)로 증기상태의 냉매를 공급하지 않고, 상기 압축기(200) 전측으로 냉매를 공급하는 예를 나타내었다.

상기 도 15는 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)이 냉방 또는 난방을 수행하지 않고, 상기 제2가열부(730)에 의해 배터리 냉각만 가능하도록 구동되는 예를 나타내었다. 상기 15에 도시한 경우, 상기 압축기(200)에서 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(300), 및 실뇌 열교환기를 통과한 후, 상기 제3팽창수단(711)을 통과하면서 팽창되어 전량 상기 제2가열부(730)를 통과하여 배터리에 의해 가열된 냉각수를 냉각시키는 예를 나타내었다.

즉, 본 발명의 차량용 공조 시스템(1000)은 배터리의 부하 정도에 따라 1차로, 제1가열부(720)를 바이패스하여 배터리 냉각할 수 있는 제2가열부(730)를 통과하는 흐름을 조절하고, 2차로, 상기 가스인젝션부(700)를 통해 압축기(200)로 증기상태의 냉매를 공급하는 흐름을 조절할 수 있어 효과적으로 차량 실내를 냉방 및 난방할수 있으면서도 적극적으로 배터리 냉각을 수행할 수 있는 장점이 있다.

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.

1000 : 차량용 공조 시스템
100 : 냉매순환라인
d : 템프도어
111 : 제1-1바이패스라인 112 : 제1-2바이패스라인
120 : 제2바이패스라인
200 : 압축기 210 : 어큐뮬레이터
300 : 실내열교환기
400 : 실외열교환기
500 : 증발기
610 : 제1팽창수단 620 : 제2팽창수단
700 : 가스인젝션부
701 : 가스인젝션라인
711 : 제3팽창수단 712 : 제4팽창수단
720 : 제1가열부
730 : 제2가열부
810 : 제1조절밸브
820 : 제2조절밸브
830 : 제3조절밸브
900 : 열공급수단

Claims

냉매가 순환되는 냉매순환라인(100);
상기 냉매순환라인(100) 상에 구비되는 압축기(200);
상기 압축기(200)에서 압축된 고온의 냉매를 전달받아 차량 실내를 공조하기 위한 공조풍을 가열하는 실내열교환기(300);
공조 모드에 따라 상기 실내열교환기(300)를 통과한 냉매를 응축 또는 증발하는 실외열교환기(400);
상기 공조 모드 중 냉방 모드 시, 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매를 전달받아 증발시켜 상기 공조풍을 냉각하는 증발기(500);
상기 냉방 모드 시, 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매 중 일부가 분기되며, 상기 공조 모드 중 난방 모드 시, 상기 실내열교환기(300)를 통과한 냉매 중 일부가 분기되어 이송되면서 증기상태로 변환된 냉매를 압축기(200)로 공급하는 가스인젝션부(700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제1항에 있어서,
상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 증발기(500) 전측에서 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(610); 및 상기 실외열교환기(400) 전측에서 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(620)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가스인젝션부(700)는 냉매가 이송되는 가스인젝션라인(701)과, 냉매를 팽창시키는 제3팽창수단(711)과, 상기 제3팽창수단(711) 후측에서 냉매를 가열하는 제1가열부(720)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제3항에 있어서,
상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 실내열교환기(300)를 통과하고 상기 실외열교환기(400)로 공급되는 냉매가 상기 제2팽창수단(620)의 통과 유무를 조절하는 제1조절밸브(810); 및 상기 실외열교환기(400)를 통과하고 상기 압축기(200)로 공급되는 냉매가 상기 제1팽창수단(610) 및 증발기(500) 통과 유무를 조절하는 제2조절밸브(820)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1가열부(720)는 가열된 냉각수와 열교환되는 칠러인 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제1가열부(720)는 배터리에 의해 가열된 냉각수 또는 배터리와 전장부품에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제5항에 있어서,
상기 차량용 공조 시스템(1000)은 난방 모드에서 상기 압축기(200) 전측의 냉매순환라인(100) 상에 구비되어 상기 실외열교환기(400)를 통과한 냉매를 가열하는 열공급수단(900)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제7항에 있어서,
상기 열공급수단(900)은 전장부품에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 칠러인 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1가열부(720)는 상기 제3팽창수단(711)을 통과하지 않는 냉매와 상기 제3팽창수단(711)을 통과한 냉매가 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제9항에 있어서,
상기 가스인젝션부(700)는 상기 제1가열부(720) 후측의 가스인젝션라인(701)에 냉매를 가열하는 제2가열부(730)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제2가열부(730)는 가열된 냉각수와 열교환되는 칠러인 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제11항에 있어서,
상기 제2가열부(730)는 배터리에 의해 가열된 냉각수가 이송되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제12항에 있어서,
상기 가스인젝션부(700)는 상기 제1가열부(720)를 통과하지 않고 상기 제2가열부(730)로 바이패스가능한 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제12항에 있어서,
상기 가스인젝션부(700)는 상기 제3팽창수단(711)과 상기 제2가열부(730) 전측을 연결하는 제1-1바이패스라인(111)을 포함하며, 상기 제3팽창수단(711)이 1개의 입구와 2개의 출구를 갖되, 2개의 출구를 통과하면서 냉매를 팽창하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제12항에 있어서,
상기 가스인젝션부(700)는 상기 가스인젝션라인(701)의 상기 제3팽창수단(711) 전측과 상기 제2가열부(730) 전측을 연결하는 제1-2바이패스라인(112); 및 상기 제1-2바이패스라인(112) 상에 구비되어 냉매를 팽창시키는 제4팽창수단(712) 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제13항에 있어서,
상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 제2가열부(730) 후측과 상기 냉매순환라인(100) 상 압축기(200) 전측을 연결하는 제2바이패스라인(120); 상기 제2바이패스라인(120) 상에 구비되어 증기상태의 냉매가 상기 가스인젝션라인(701)을 통해 상기 압축기(200)로 공급되거나, 상기 냉매순환라인(100)을 통해 상기 압축기(200)로 공급되는 흐름을 제어하는 제3조절밸브(830)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제3항 내지 제16항 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,
상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 압축기(200) 전측의 냉매순환라인(100) 상에 구비되는 어큐뮬레이터(210)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제3항에 있어서,
상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 제1팽창수단(610) 및 제2팽창수단(620)의 개도량이 각각 조절되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.
제18항에 있어서,
상기 차량용 공조 시스템(1000)은 상기 공조 모드 중 제습 모드 시, 상기 가스인젝션부(700)로 공급되지 않은 냉매 중 일부 냉매가 상기 제2팽창수단(620)의 개도량 조절에 의해 제2팽창수단(620), 실외열교환기(400), 및 압축기(200)를 통과하고, 나머지 냉매가 상기 제1팽창수단(610), 증발기(500), 및 압축기(200)를 통과함에 따라, 공조풍이 상기 증발기(500) 및 실내열교환기(300)를 통과하면서, 공조풍에 포함된 수분이 제거되고 온도조절되어 차량 실내로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 공조 시스템.