KR20200117584A - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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KR20200117584A
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low
side heat
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KR1020190039897A
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이준민
김용식
김철희
이병하
정재오
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 공조 모드 상태에 따라, 열교환기 간의 냉매 흐름을 직렬 또는 병렬로 제어함으로써, 공조 모드 상태에 따라, 각 열교환기의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있고, 이를 통해. 각각의 열량에 맞는 최적 유량의 냉매를 각 열교환기에 도입할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 냉매를 흡입해 압축하여 토출하는 압축기와, 압축기에서 토출된 냉매의 열을 열원을 공조 대상 공간으로 송풍되는 공기를 가열하는 고압측 열교환기와; 냉매와 차실외 공기를 열교환하는 실외열교환기와; 고압측 열교환기 또는 실외열교환기에서 유출한 냉매를 감압시키는 팽창밸브를 구비하고; 감압된 냉매를 증발시키는 적어도 하나 이상의 저압측 열교환기를 구비하며; 실외열교환기와 저압측 열교환기가 공조 모드에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량의 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공조 모드 상태에 따라, 열교환기 간의 냉매 흐름을 직렬 또는 병렬로 제어함으로써, 공조 모드 상태에 따라, 각 열교환기의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있고, 이를 통해. 각각의 열량에 맞는 최적 유량의 냉매를 각 열교환기에 도입할 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, "차량"이라 통칭함) 등이 있다.
이러한 차량은, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조영역을 냉,난방하는 공조장치(1)를 갖추고 있다.
공조장치(1)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매순환라인(3)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(3)은, 압축기(3a)와 고압측 열교환기(3b)와 히트펌프모드용 팽창밸브(3c)와 실외열교환기(3d) 및, 서로 간에 병렬로 설치되는 다수의 에어컨모드용 팽창밸브(3e)들과, 각 에어컨모드용 팽창밸브(3e)들의 하류측에 설치되는 저압측 열교환기(3f)들을 구비한다.
이러한 냉매순환라인(3)은, "에어컨 모드" 시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(3c)를 개방시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(3c)를 거치지 않으면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 열교환기(3f)들에 저온의 "냉기"를 발생시키며, 발생된 "냉기"를 차량의 공조영역, 예를 들면, 차실내와 배터리(5)측에 전달한다. 따라서, 차실내와 배터리(5)를 냉방한다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에는, 히트펌프모드용 팽창밸브(3c)를 온(ON)시킴으로써, 내부의 냉매가 히트펌프모드용 팽창밸브(3c)를 통과하면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 열교환기(3b)에 고온의 "열"을 발생시키며, 발생된 "열"을 차실내로 공급하여 난방한다.
그런데, 이러한 종래의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(3)의 각 열교환기(3d, 3f)들 중, 특정의 열교환기(3d, 3f)들이 서로 직렬로 연결되는데, 이러한 열교환기(3d, 3f)간의 직렬 연결구조 때문에 냉매의 압력손실이 커진다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 열교환기(3d, 3f)의 냉방성능이 현저하게 저하된다는 문제점이 있다.
특히, 저압측 열교환기(3f)들의 경우, 상류의 실외열교환기(3d)와 직렬로 연결되는데, 이렇게, 연결된 저압측 열교환기(3f)들은, 상류의 실외열교환기(3d)를 통과하면서 압력이 손실된 냉매가 도입된다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 저압측 열교환기(3f)들의 냉각성능이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 상기 저압측 열교환기(3f)들은, 상류의 실외열교환기(3d)를 통과한 냉매가 도입되는 구조이므로, 상류의 실외열교환기(3d) 때문에 도입 냉매의 유량이 제한될 수 밖에 없다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 각 저압측 열교환기(3f)가 가지고 있는 열량에 맞는 최적 유량의 냉매를 상기 각 저압측 열교환기(3f)에 도입시킬 수 없다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 각 저압측 열교환기(3f)의 냉방성능이 저하된다는 결점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 각 열교환기들의 배열구조와, 그에 따른 냉매의 흐름구조를 개선함으로써, 열교환기 간의 직렬 연결구조로 인한 냉매의 압력손실과, 그로 인한 열교환기의 냉방성능 저하현상을 방지할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 각 열교환기들의 배열구조와, 그에 따른 냉매의 흐름구조를 개선함으로써, 열량에 맞는 최적 유량의 냉매를 각 저압측 열교환기에 도입시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 최적 유량의 냉매를 각 저압측 열교환기에 도입시킬 수 있도록 구성함으로써, 각 열교환기가 최적의 냉방성능을 발휘할 수 있게 하고, 이를 통해, 차실내의 냉방성능을 개선시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 냉매를 흡입해 압축하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 열을 열원을 공조 대상 공간으로 송풍되는 공기를 가열하는 고압측 열교환기와; 냉매와 차실외 공기를 열교환하는 실외열교환기와; 상기 고압측 열교환기 또는 상기 실외열교환기에서 유출한 냉매를 감압시키는 팽창밸브를 구비하고; 감압된 냉매를 증발시키는 적어도 하나 이상의 저압측 열교환기를 구비하며; 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기가 공조 모드에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기는, 냉매순환라인 상에서 서로에 대해 병렬로 연결되어 독립적인 작동이 가능함과 아울러, 서로 간에 직렬로 연결되어 서로 연계하여 작동될 수 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 실외열교환기는, 상기 냉매순환라인 상에 설치되고; 상기 저압측 열교환기들은, 상기 냉매순환라인으로부터 분지되는 분지냉매라인상에 병렬로 설치되어, 상기 실외열교환기와 상기 냉매순환라인 상에서 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 실외열교환기의 하류측 냉매순환라인과, 상기 저압측 열교환기들의 상류측 분지냉매라인을 연결하는 연결냉매라인을 더 포함하며; 상기 연결냉매라인은, 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와, 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간을 직렬로 연결시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 공조 모드에 따라, 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와, 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 직렬로 제어하거나, 또는 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 병렬로 제어하는 냉매흐름제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매흐름제어부는, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들의 상류측에 각각 설치되어, 상기 실외열교환기와 각 저압측 열교환기로의 냉매도입을 허용 또는 차단하는 상기 가변식 팽창밸브들과; 상기 냉매순환라인의 실외열교환기에 대한 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들의 병렬 구조의 냉매 흐름을 허용 또는 차단할 수 있도록, 상기 분지냉매라인에 설치되는 개폐밸브와; 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 직렬 구조 냉매 흐름을 허용 또는 차단할 수 있도록, 상기 냉매순환라인에 설치되는 냉매흐름제어밸브 및; 상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하여, 공조 모드에 따라 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 직렬로 제어하거나, 또는 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와, 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 병렬로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 공조장치의 모드 상태에 따라, 열교환기들 간의 냉매 흐름을 직렬 또는 병렬로 제어하는 구조이므로, 공조장치의 모드 상태에 따라, 각 열교환기의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있는 효과가 있다.
또한, 각 열교환기의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있으므로, 최적 유량의 냉매를 각 열교환기에 도입시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 최적 유량의 냉매를 각 열교환기에 도입할 수 있으므로, 각 저압측 열교환기가 최적의 상태로 제어될 수 있으며, 그 결과, 각 저압측 열교환기들이 최적의 냉각성능을 발휘하면서 냉,난방성능을 현저하게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량의 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 제 1실시예를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 차량 열관리 시스템의 제 1실시예를 구성하는 압축기와 고압측 열교환기와 팽창밸브와 저압측 열교환기들의 연결관계를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 냉방모드와 배터리 냉각모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 차량 열관리 시스템의 제 1실시예를 구성하는 압축기와 고압측 열교환기와 팽창밸브와 저압측 열교환기들의 연결관계를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 난방모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 최대 에어컨 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 에어컨 모드와 배터리쿨링 모드의 동시 제어 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 배터리 급속충전을 위한 배터리쿨링 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 최대 히트펌프 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 진입 중, 열교환기 제상 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 진입 중, 차실내 제습 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 11은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 상세하게 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 진입 중, 열교환기 제상 모드와 차실내 제습 모드의 동시 제어 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 12는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 제 2실시예를 상세하게 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
[ 제 1실시예 ]
먼저, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차량의 열관리 시스템에 대해 간략하게 설명한다.
차량의 열관리 시스템은, 차량의 공조영역을 냉,난방하는 공조장치(10)를 갖추고 있다.
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(20)을 구비한다.
냉매순환라인(20)은, 압축기(22)와 고압측 열교환기(24)와 히트펌프모드용 팽창밸브(25)와 실외열교환기(26)와, 다수의 에어컨모드용 팽창밸브(27, 28)들 및, 각 에어컨모드용 팽창밸브(27, 28)들의 하류에 설치되는 저압측 열교환기(29, 30)들(이하, "제 1저압측 열교환기(29)"와, "제 2저압측 열교환기(30)"라 칭함)을 구비한다.
이러한 냉매순환라인(20)은, "에어컨 모드" 시에는, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들에 저온의 "냉기"를 발생시키고, 발생된 "냉기"를 차량의 공조영역, 예를 들면, 차실내와 배터리(40)측과 전장부품모듈(50)측에 전달한다.
특히, 제 1저압측 열교환기(29)에서 발생된 "냉기"는 차실내에 전달하여 차실내를 냉방하고, 제 2저압측 열교환기(30)에서 발생된 "냉기"는 배터리(40)측과 전장부품모듈(50)에 전달하여, 상기 배터리(40)와 전장부품모듈(50)을 냉각시킨다.
그리고 "히트펌프 모드" 시에, 고압측 열교환기(24)에 고온의 "열"을 발생시키고, 발생된 "열"을 차실내로 공급한다. 따라서, 차실내를 난방한다.
여기서, 제 2저압측 열교환기(30)와 배터리(40)와 전장부품모듈(50)은, 냉각수 순환라인(60)을 통해서 수냉식으로 서로 연결된다.
특히, 배터리(40)와 전장부품모듈(50)은, 냉각수 순환라인(60)을 통해 제 2저압측 열교환기(30)에 대해 서로 병렬로 연결되는데, 이렇게 연결된 배터리(40)와 전장부품모듈(50)은, 냉각수 순환라인(60)을 따라 순환되는 냉각수를 통해 제 2저압측 열교환기(30)의 냉기를 전달받아 냉각된다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 2 내지 도 11을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2와 도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 상기 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들이, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라 서로에 대해 직렬 또는 병렬로 연결되는 구조를 갖는다.
이를 상세하게 설명하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들이 서로에 대해 물리적으로 병렬 연결되는 구조를 갖는다.
특히, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들은, 냉매순환라인(20)으로부터 분지되는 분지냉매라인(20a)상에 서로에 대해 병렬로 연결되는데, 이렇게 연결되는 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들은, 서로에 대해 병렬로 연결됨과 동시에 실외열교환기(26)와도 병렬로 연결되는 구조를 갖는다.
이렇게 서로에 대해 병렬로 연결되는 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들은, 도 4에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 고압측 열교환기(24)에서 배출된 냉매를 모두 독립적으로 도입할 수 있다. 그 결과, 각각 독립적으로 작동될 수 있다.
특히, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 고압측 열교환기(24)의 냉매를 각각 독립적으로 도입할 수 있다. 따라서, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 서로에 대해 병렬로 연결되면서 각각의 열량에 맞는 최적 유량의 냉매를 도입할 수 있다. 그 결과, 각 열교환기(26, 29, 30)들은 최적의 냉각성능을 발휘할 수 있게 된다.
여기서, 도 2를 참조하면, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)의 상류측 분지냉매라인(20a)에는 개폐밸브(20a-1)가 설치된다.
개폐밸브(20a-1)는, 인가되는 제어신호에 따라 작동되는 것으로, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들을 병렬로 연결하지 않을 시에, 분지냉매라인(20a)을 차단한다.
특히, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들을 병렬로 연결하지 않는 경우가 있는데, 예를 들면, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)를 직렬로 연결할 경우가 있는데, 이러한 경우, 분지냉매라인(20a)을 차단한다.
따라서, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들간의 병렬 연결을 제한한다.
한편, 실외열교환기(26)는, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)와 직렬로 연결되기도 하며, 이를 위해, 실외열교환기(26)와 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)을 직렬로 연결하기 위한 연결냉매라인(20b)을 구비한다.
연결냉매라인(20b)은, 실외열교환기(26)의 하류측 냉매순환라인(20)으로부터 분지되어, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)의 상류측 분지냉매라인(20a)에 연결되는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 실외열교환기(26)의 하류측과 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)의 상류측을 서로 연결한다.
따라서, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)가 직렬로 연결될 수 있게 한다. 그 결과, 실외열교환기(26)를 통과한 냉매가 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)로 도입될 수 있게 한다.
여기서, 실외열교환기(26)의 하류측 냉매순환라인(20)에는, 실외열교환기(26)를 통과한 냉매를, 필요에 따라 연결냉매라인(20b)로 도입시키는 냉매흐름제어밸브(20c)가 설치된다.
냉매흐름제어밸브(20c)는, 솔레노이드식 개폐밸브로서, 냉매순환라인(20)부분 중, 연결냉매라인(20b)의 분지점 하류측에 설치되며, 이렇게 설치된 냉매흐름제어밸브(20c)는, 인가되는 제어신호에 따라 작동되면서 연결냉매라인(20b)의 분지점 하류측 냉매순환라인(20)을 개폐한다.
따라서, 실외열교환기(26)를 통과한 냉매가, 압축기(22)측으로 순환되거나 또는 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)측으로 순환될 수 있게 한다. 이로써, 필요에 따라 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)이 직렬로 연결될 수 있게 한다.
한편, 공조장치(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)가 직렬로 연결될 시에, 실외열교환기(26)에서 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)로 이송되는 고온냉매와, 상기 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)에서 압축기(22)로 이송되는 저온냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기(70)를 더 구비한다.
내부열교환기(70)는, 이중관 구조로서, 실외열교환기(26)에서 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)로 이송되는 고온냉매가 통과하는 제 1내부유로(70a)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)에서 압축기(22)로 이송되는 저온냉매가 통과하는 제 2내부유로(70b)를 구비한다.
상기 제 1 및 제 2내부유로(70a, 70b)는, 서로 대응되게 형성되며, 실외열교환기(26)에서 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)로 이송되는 고온냉매와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)에서 압축기(22)로 이송되는 저온냉매를 상호 열교환시킨다.
따라서, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)가 직렬로 연결될 시에, 실외열교환기(26)에서 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)로 도입되는 냉매의 온도를 추가적으로 낮추어 과냉시킨다. 이로써, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)의 냉방효율을 향상시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 본 발명의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(20)의 냉매가, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)를 직렬로 통과하게 하거나, 또는 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29)와 제 2저압측 열교환기(30)를 각각 병렬로 통과할 수 있게 제어하는 냉매흐름제어부를 더 포함한다.
냉매흐름제어부는, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들의 상류측에 각각 설치되는 상기 가변식 팽창밸브(25, 27, 28)들과, 실외열교환기(26)의 하류측 냉매순환라인(20)에 설치되는 상기 냉매흐름제어밸브(20c) 및, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)의 상류측 분지냉매라인(20a)에 설치되는 개폐밸브(20a-1)를 포함한다.
가변식 팽창밸브(25, 27, 28)들은, 인가되는 전압의 크기에 따라 교축유로(25a, 27a, 28a)의 개도량이 가변 조절되는 것으로, 하류측의 각 열교환기(26, 29, 30)에 도입되는 냉매를 감압,팽창시킴과 동시에, 해당 열교환기(26, 29, 30)로의 냉매도입을 차단 또는 허용한다. 따라서, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)로의 냉매흐름을 제어한다.
특히, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 상기 냉매흐름제어밸브(20c) 및 개폐밸브(20a-1)와 협동하여, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)로의 냉매흐름을 제어하고, 이를 통해, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30) 간의 냉매 흐름을 직렬 또는 병렬로 제어한다.
이를 상세하게 설명하면, 상기 가변식 팽창밸브(25, 27, 28)들과 냉매흐름제어밸브(20c)와 개폐밸브(20a-1)는, 차실내의 최대 냉방이 필요한 "최대 에어컨 모드" 시에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어함으로써, 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29)를 직렬로 연결한다.
따라서, "최대 에어컨 모드" 시에, 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29)가 물리적으로 연계될 수 있게 한다.
이로써, 냉매순환라인(20)의 냉매가 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29)를 순차적으로 통과할 수 있게 하고, 이를 통해, 제 1저압측 열교환기(29)로부터 "냉기"가 발생될 수 있게 한다. 그 결과, 차실내를 최대 냉방할 수 있게 한다.
또한, "에어컨 모드"와"배터리쿨링 모드"가 동시에 진입될 시에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어함으로써, 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29)를 직렬로 연결함과 동시에 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)를 직렬로 연결한다.
따라서, "에어컨 모드"와"배터리쿨링 모드"가 동시에 진입될 시에는, 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29) 및, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)가 각각 물리적으로 연계될 수 있게 한다.
이로써, "에어컨 모드"와"배터리쿨링 모드"가 동시에 진입될 시에는, 냉매순환라인(20)의 냉매가 실외열교환기(26)를 통과한 후, 제 1저압측 열교환기(29)와 제 2저압측 열교환기(30)를 각각 통과할 수 있게 한다.
그 결과, 제 1저압측 열교환기(29)와 제 2저압측 열교환기(30)로부터 "냉기"가 발생될 수 있게 한다. 이에 따라, 차실내와 배터리(40)와 전장부품모듈(50)을 냉방할 수 있게 한다.
또한, 배터리(40)의 급속충전을 위한"배터리쿨링 모드" 시에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어함으로써, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)를 직렬로 연결한다.
따라서, "배터리쿨링 모드" 시에, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)가 물리적으로 연계될 수 있게 한다.
이로써, "배터리쿨링 모드" 시에, 냉매순환라인(20)의 냉매가 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)를 순차적으로 통과할 수 있게 하고, 이를 통해, 제 2저압측 열교환기(30)로부터 "냉기"가 발생될 수 있게 한다. 그 결과, 배터리(40)를 냉방할 수 있게 한다.
또한, 차실내의 최대 난방이 필요한 "최대 히트펌프 모드" 시에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어함으로써, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)를 병렬로 연결한다.
따라서, "최대 히트펌프 모드" 시에는, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)가 물리적으로 독립되면서 냉매순환라인(20)의 냉매가 각각 독립적으로 도입될 수 있게 한다. 이로써, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)가 각각 독립적으로 작동될 수 있게 한다.
그 결과, "최대 히트펌프 모드" 시에, 고압측 열교환기(24)에서 고온의 "열"이 효율좋게 발생되고, 제 2저압측 열교환기(30)에서 저온의 "냉기"가 효율좋게 발생될 수 있게 된다.
이에 따라, 고압측 열교환기(24)와 제 2저압측 열교환기(30)는, 자신의 열량에 맞춰 최적의 상태로 제어될 수 있고, 이로써, 고압측 열교환기(24)와 제 2저압측 열교환기(30)는 최적의 냉,난방성능을 발휘하면서 차실내와 배터리(40)를 효율좋게 난방 및 냉방할 수 있게 된다.
그리고, "히트펌프 모드"진입 중, 실외열교환기(26)의 결빙(Icing) 제거를 위한"제상 모드"시에는, 도 9에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어함으로써, 실외열교환기(26)로의 냉매 도입은 차단하고, 제 2저압측 열교환기(30)만 냉매의 도입을 허용한다.
따라서, "히트펌프 모드"진입 중, 실외열교환기(26)의 "제상 모드"시에는, 제 2저압측 열교환기(30)에만 냉매순환라인(20)의 냉매가 독립적으로 도입될 수 있게 한다. 이로써, 제 2저압측 열교환기(30)만 독립적으로 작동될 수 있게 한다.
그 결과, "히트펌프 모드"진입 중, 실외열교환기(26)의 "제상 모드"시에, 실외열교환기(26)의 결빙은 제거되고, 제 2저압측 열교환기(30)의 "냉기"는 배터리(40)와 전장부품모듈(50)로 전달되면서 이들을 냉각시킨다.
또한, "히트펌프 모드"진입 중, "차실내 제습 모드"시에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어함으로써, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)를 각각 병렬로 연결한다.
따라서, "히트펌프 모드"진입 중, "차실내 제습 모드"시에는, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)가 모두 물리적으로 독립되면서 냉매순환라인(20)의 냉매가 각각 독립적으로 도입될 수 있게 한다. 이로써, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)가 각각 독립적으로 작동될 수 있게 한다.
그 결과, "히트펌프 모드"진입 중, "차실내 제습 모드"시에, 고압측 열교환기(24)에서는 고온의 "열"이 효율좋게 발생되면서 차실내를 효율좋게 난방하고, 제 1저압측 열교환기(29)에서는 저온의 "냉기"가 효율좋게 발생되면서 차실내의 습기를 효율좋게 제거 처리하며, 제 2저압측 열교환기(30)에서는 저온의 "냉기"가 효율좋게 발생되면서 배터리(40)와 전장부품모듈(50)을 효율좋게 냉각시킨다.
또한, "히트펌프 모드"진입 중, 실외열교환기(26)의 "제상 모드"와 "차실내 제습 모드"시에는, 도 11에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어함으로써, 실외열교환기(26)로의 냉매 도입은 차단하고, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)은 각각 병렬로 연결한다.
따라서, "히트펌프 모드"진입 중, 실외열교환기(26)의 "제상 모드"와 "차실내 제습 모드"시에는, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)에만 냉매순환라인(20)의 냉매가 각각 독립적으로 도입될 수 있게 한다. 이로써, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)가 독립적으로 작동될 수 있게 한다.
그 결과, "히트펌프 모드"진입 중, 실외열교환기(26)의 "제상 모드"와 "차실내 제습 모드"시에, 실외열교환기(26)의 결빙은 제거되고, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)에서 "냉기"는 차실내와 배터리(40)와 전장부품모듈(50)로 각각 전달되면서 이들을 냉방시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 본 발명의 열관리 시스템은, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 상기 가변식 팽창밸브(25, 27, 28)와 냉매흐름제어밸브(20c)와 개폐밸브(20a-1)들을 제어하여, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어하는 제어부(80)를 더 구비한다.
제어부(80)는, 마이크로 프로세서를 갖추고 있는 것으로, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 상기 가변식 팽창밸브(25, 27, 28)와 냉매흐름제어밸브(20c)와 개폐밸브(20a-1)들을 제어하여, 냉매순환라인(20)의 냉매흐름을 제어하고, 이를 통해, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들을 직렬 또는 병렬로 연결한다.
특히, 도 5 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들을 직렬 또는 병렬로 연결한다.
따라서, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29)가 서로 연계되어 작동되거나, 또는 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29) 및, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)가 서로 연계되어 작동하거나, 또는 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)가 서로 연계되어 작동하거나, 또는 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30) 중, 적어도 어느 하나가 독립적으로 작동할 수 있게 한다.
이로써, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 최적 유량의 냉매가 각 저압측 열교환기(26, 29, 30)에 도입될 수 있게 한다. 그 결과, 각 열교환기(26, 29, 30)가 최적의 상태로 제어될 수 있게 한다.
[ 제 2실시예 ]
다음으로, 도 12에는 본 발명에 따른 열관리 시스템의 제 2실시예를 나타내는 도면이 도시되어 있다.
제 2실시예의 열관리 시스템은, 상기한 제 1실시예와 주요 구성이 동일하다. 특히, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들을 직렬 또는 병렬로 연결하고, 이를 통해, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들이 서로 연계하여 작동되거나 또는 각각 독립적으로 작동되는 구조가 동일하다.
다만, 제 2실시예의 열관리 시스템은, 상기 제어부(80)가 냉,난방 부하와 과열도에 따라 상기 가변식 팽창밸브(25, 27, 28)들의 개도량을 가변 제어하는 구조를 더 구비한다.
특히, "히트펌프 모드" 시에는, 외기센서(82)에서 입력된 외기온도에 따라 실외열교환기(26)의 상류측 팽창밸브(25) 개도량을 제어하도록 구성된다. 예를 들면, 외기센서(82)에서 입력된 외기온도에 비례하여 팽창밸브(25)의 개도량을 제어하도록 구성된다.
또한, "에어컨 모드" 시에는, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들의 하류측에 각각 설치되는 해당 PT센서(84, 86)들의 냉매 온도,압력값에 따라 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들의 상류측 팽창밸브(27, 28) 개도량을 각각 제어하도록 구성된다. 예를 들면, PT센서(84, 86)들의 냉매 온도,압력값에 비례하여 해당 팽창밸브(27, 28)들의 개도량을 제어하도록 구성된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30) 간의 냉매 흐름을 직렬 또는 병렬로 제어하는 구조이므로, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 각 열교환기(26, 29, 30)의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있다.
또한, 각 열교환기(26, 29, 30)의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있으므로, 최적 유량의 냉매를 각 열교환기(26, 29, 30)에 도입시킬 수 있다.
또한, 최적 유량의 냉매를 각 열교환기(26, 29, 30)에 도입할 수 있으므로, 각 저압측 열교환기(29, 30)가 최적의 상태로 제어될 수 있으며, 그 결과, 각 저압측 열교환기(29, 30)들이 최적의 냉각성능을 발휘하면서 냉,난방성능을 현저하게 개선시킨다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
10: 공조장치 20: 냉매순환라인(Line)
20a: 분지냉매라인 20a-1: 개폐밸브(Valve)
20b: 연결냉매라인 20c: 냉매흐름제어밸브
22: 압축기 24: 고압측 열교환기
25: 히트펌프모드용 팽창밸브(Valve)
25a: 교축유로 26: 실외열교환기
27, 28: 에어컨모드용 팽창밸브 27a, 28a: 교축유로
29: 제 1저압측 열교환기 30: 제 2저압측 열교환기
40: 배터리(Battery) 50: 전장부품모듈
60: 냉각수 순환라인 70: 내부열교환기
70a: 제 1내부유로 70b: 제 2내부유로
80: 제어부 82: 외기센서(Sensor)
84, 86: PT센서

Claims (19)

  1. 냉매를 흡입해 압축하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기에서 토출된 냉매의 열을 열원을 공조 대상 공간으로 송풍되는 공기를 가열하는 고압측 열교환기와;
    냉매와 차실외 공기를 열교환하는 실외열교환기와;
    상기 고압측 열교환기 또는 상기 실외열교환기에서 유출한 냉매를 감압시키는 팽창밸브를 구비하고;
    감압된 냉매를 증발시키는 적어도 하나 이상의 저압측 열교환기를 구비하며;
    상기 실외열교환기와 저압측 열교환기가 공조 모드에 따라 직렬 또는 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실외열교환기와 저압측 열교환기는,
    냉매순환라인 상에서 서로에 대해 병렬로 연결되어 독립적인 작동이 가능함과 아울러, 서로 간에 직렬로 연결되어 서로 연계하여 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 실외열교환기는, 상기 냉매순환라인 상에 설치되고;
    상기 저압측 열교환기들은, 상기 냉매순환라인으로부터 분지되는 분지냉매라인상에 병렬로 설치되어, 상기 실외열교환기와 상기 냉매순환라인 상에서 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 실외열교환기의 하류측 냉매순환라인과, 상기 저압측 열교환기들의 상류측 분지냉매라인을 연결하는 연결냉매라인을 더 포함하며;
    상기 연결냉매라인은,
    상기 냉매순환라인의 실외열교환기와, 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간을 직렬로 연결시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    공조 모드에 따라, 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와, 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 직렬로 제어하거나, 또는
    상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 병렬로 제어하는 냉매흐름제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들의 상류측에 각각 설치되어, 상기 실외열교환기와 각 저압측 열교환기로의 냉매도입을 허용 또는 차단하는 상기 가변식 팽창밸브들과;
    상기 냉매순환라인의 실외열교환기에 대한 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들의 병렬 구조의 냉매 흐름을 허용 또는 차단할 수 있도록, 상기 분지냉매라인에 설치되는 개폐밸브와;
    상기 냉매순환라인의 실외열교환기와 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 직렬 구조 냉매 흐름을 허용 또는 차단할 수 있도록, 상기 냉매순환라인에 설치되는 냉매흐름제어밸브 및;
    상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하여, 공조 모드에 따라 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 직렬로 제어하거나, 또는 상기 냉매순환라인의 실외열교환기와, 상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 간의 냉매 흐름을 병렬로 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 냉매순환라인의 실외열교환기는, 엔진룸측에 설치되고;
    상기 분지냉매라인의 저압측 열교환기들 중, 어느 하나는 차실내 냉방에 사용되며, 다른 하나는 배터리 냉방에 사용되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제어부는,
    최대 에어컨 모드 시에는, 상기 실외열교환기와 상기 차실내 냉방용 저압측 열교환기 간에 직렬 구조의 냉매 흐름이 허용될 수 있도록, 상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    에어컨 모드와 배터리쿨링 모드의 동시 진입 시에는, 상기 실외열교환기와 상기 차실내 냉방용 저압측 열교환기 간에 직렬 구조의 냉매 흐름과,
    상기 실외열교환기와 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기 간에 직렬 구조의 냉매 흐름이 허용될 수 있도록, 상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    배터리의 급속충전을 위한 배터리쿨링 모드 시에는, 상기 실외열교환기와 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기 간에 직렬 구조의 냉매 흐름이 허용될 수 있도록, 상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는,
    최대 히트펌프 모드 시에는, 상기 실외열교환기와 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기 간에 병렬 구조의 냉매 흐름이 허용될 수 있도록, 상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부는,
    히트펌프 모드 진입 중, 상기 실외열교환기의 결빙(Icing) 제거를 위한 제상 모드 시에는, 상기 실외열교환기로의 냉매 도입은 차단하고,
    상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 독립적인 냉매 흐름은 허용할 수 있도록, 상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    히트펌프 모드 진입 중, 차실내 제습 모드 시에는, 상기 실외열교환기와 상기 차실내 냉방용 저압측 열교환기와 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기들에 병렬 구조의 냉매 흐름이 모두 허용될 수 있도록,
    상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 제어부는,
    히트펌프 모드 진입 중, 상기 실외열교환기의 제상 모드와 차실내 제습 모드의 동시 진입 시에는, 상기 실외열교환기로의 냉매 도입은 차단하고;
    상기 차실내 냉방용 저압측 열교환기와 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 병렬 구조의 냉매 흐름은 허용할 수 있도록, 상기 가변식 팽창밸브들과 개폐밸브와 냉매흐름제어밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어부는,
    냉,난방 부하와 과열도에 따라 상기 각 가변식 팽창밸브들을 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각 가변식 팽창밸브들 중, 상기 실외열교환기의 상류측 팽창밸브의 경우, 외기센서에서 입력된 외기온도에 따라 개도량을 제어하고;
    차실내 및 배터리 냉방용 상기 저압측 열교환기들의 상류측 팽창밸브들의 경우, 상기 차실내 및 배터리 냉방용 저압측 열교환기들의 각 하류측에 설치되는 해당 PT센서들의 냉매 온도,압력값에 따라 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  17. 제 7항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실외열교환기와 상기 차실내 냉방용 저압측 열교환기, 상기 실외열교환기와 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기 중, 적어도 어느 하나가 직렬로 연결될 시에,
    상기 실외열교환기에서 상기 차실내 및 배터리 냉방용 저압측 열교환기로 이송되는 고온냉매와, 상기 차실내 및 배터리 냉방용 저압측 열교환기에서 상기 압축기로 이송되는 저온냉매를 상호 열교환시키는 내부열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  18. 제 7항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기는, 필요에 따라 전장부품모듈의 냉방에도 사용되고;
    상기 배터리와 상기 전장부품모듈은,
    냉각수 순환라인을 통해서 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기와 수냉식으로 서로 연결되어, 상기 냉각수 순환라인을 따라 순환되는 냉각수를 통해 상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기의 냉기를 전달받아 냉각되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 전장부품모듈은,
    상기 배터리 냉방용 저압측 열교환기에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있도록, 상기 냉각수 순환라인 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
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