KR20210088192A - 전기자동차의 히트펌프장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기자동차의 히트펌프장치에 관한 것으로, 보다 상세하게 서로 다른 3종류의 냉매가 각각 유동하는 3종류의 독립된 냉매사이클을 구성하고, 냉매들이 서로 열교환하는 제 1열교환부 및 제 2열교환부를 냉매사이클에 배치시킴으로써, 실내공간과 배터리 및 구동모듈의 열관리를 통합적으로 수행하는 히트펌프장치에 관한 것이다.

Description

전기자동차의 히트펌프장치 {Heat Pump Apparatus for Electric Cars}
본 발명은 전기자동차의 히트펌프장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실내공간, 구동모듈 및 배터리의 열관리를 통합적으로 수행하는 히트펌프장치에 관한 것이다.
전기자동차는 배터리로부터 공급받은 전기를 동력원으로 하는 운송기관이다.
전기자동차의 전방차체와 후방차체에는 상기 배터리로부터 전기를 공급받아 전기자동차를 거동시키는 구동모듈이 장착되고, 배터리와 구동모듈은 발열장치로서 운전시에 온도가 상승하게 된다.
하지만, 배터리와 구동모듈의 과도한 온도상승은 전기자동차의 성능저하로 직결되었고, 이러한 문제를 해결하기 위한 냉각장치가 전기자동차의 배터리와 구동모듈에 필수적으로 장착된다.
상기 냉각장치는 일반적으로 압축기, 실외기, 팽창밸브 및 실내기로 구성된 일반적인 공기조화기 냉매사이클에서, 냉매유로 또는 공기유로를 분지시켜 배터리와 구동모듈과 열교환시킴으로써, 배터리와 구동모듈을 냉각시켰다.
또한, 상기 냉각장치와 더불어, 겨울철 실외기에 착상되는 서리를 제거하기 위한 제상장치 및 낮은 외부온도로 인해 배터리 충전효율이 감소하는 것을 방지하기 위한 배터리 예열장치가 장착될 필요가 있었다.
선행기술인 국내출원번호 1020150117282에서는, 배터리냉각을 위해 겨울철 실내로 공급되는 냉기류의 일부를 배터리방향으로 분지시켜 배터리를 냉각하는 방식을 개시하고 있으나, 냉기류를 열원으로 사용하여 배터리를 냉각시키기 때문에 냉각이 불안정하게 이루어진다는 문제점이 있었다.
선행기술인 유럽등록특허 EP2972019B1에서는, 냉매루프를 구성하여 배터리와 구동모듈을 냉각시키기 때문에 냉각 자체는 안정적으로 이루어질 수 있으나, 배터리와 구동모듈이 실외기 및 실내공간과 상호연결되기 때문에, 독립적인 냉매루프를 구성하지 못하여 실내공간의 냉난방모드에 의존적이라는 문제점이 있었다. 또한, 겨울철 제상운전을 위해 냉매사이클을 역방향으로 순환시켜야 하기 때문에, 난방효율이 낮아진다는 문제점과, 냉매사이클의 단방향 순환으로 인해 배터리 예열이 불가능하다는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 실내공간을 냉난방시키는 냉매루프, 배터리를 냉각/예열시키는 냉매루프 및 구동모듈을 냉각시키는 냉매루프를 각각 구성하고, 각 냉매루프를 유동하는 냉매 간 열교환이 이루어지도록 하는 제 1열교환부와 제 2열교환부를 설치하여, 실내공간, 배터리 및 구동모듈의 통합적인 열관리를 가능하게 하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 실내공간을 냉난방시키는 냉매루프, 배터리를 냉각/예열시키는 냉매루프 및 구동모듈을 냉각시키는 냉매루프를 독립적으로 구성하고, 각 냉매루프를 유동하는 냉매의 종류를 달리하여, 실내공간의 냉난방에 의존하지 않고 배터리와 구동모듈의 냉난방을 독립적으로 실현시키고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 실내공간을 냉난방시키는 냉매루프, 배터리를 냉각/예열시키는 냉매루프 및 구동모듈을 냉각시키는 냉매루프를 독립적으로 구성함으로써, 겨울철에 냉매사이클을 역방향으로 순환시키지 않고 제상운전을 실시할 수 있게 하고, 배터리 예열을 가능하게 하는 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 전기자동차의 히트펌프장치는 제 1유체가 유동하고 서로 연결되어 폐루프를 형성하는 압축기; 실내열교환부; 제 1팽창밸브; 제 1열교환부; 상기 압축기와 상기 실내열교환부 사이에서 분지되어 상기 제 1열교환부와 상기 제 1팽창밸브 사이에서 합쳐지는 유로에 설치되는 제 2열교환부; 및 상기 압축기, 상기 실내열교환부 및 상기 제 1열교환부와 연결되는 절환밸브를 포함하고, 상기 제 1열교환부는 라디에이터 또는 구동모듈을 선택적으로 유동하는 제 2유체를 상기 제 1유체와 열교환시키고, 상기 제 2열교환부는 배터리를 선택적으로 유동하는 제 3유체를 상기 제 1유체와 열교환시키는 장치이다.
상기 제 1열교환부는 라디에이터와 연결되어 상기 제 1열교환부와 상기 라디에이터로 구성되고, 상기 제 2유체가 유동하는 독립된 냉매사이클을 구성할 수 있다.
상기 라디에이터의 입구측에는 제 1삼방밸브가 설치될 수 있고, 출구측에는 제 2삼방밸브가 설치될 수 있다.
상기 제 1열교환부와 상기 라디에이터로 구성된 독립된 냉매사이클의 루프는 구동모듈을 포함할 수 있다.
상기 제 2열교환부는 배터리와 연결되어 상기 제 2열교환부와 상기 배터리로 구성되고, 상기 제 3유체가 유동하는 독립된 냉매사이클을 구성할 수 있다.
상기 제 2열교환부와 배터리로 구성된 독립된 냉매사이클의 루프는 상기 제 3유체를 압출하는 펌프를 포함할 수 있다.
상기 제 1열교환부와 상기 제 1팽창밸브 사이에서 분지된 유로 중 상기 제 2열교환부와 연결되는 유로에는 상기 제 1유체를 팽창시키는 제 2팽창밸브가 배치될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 전기자동차의 히트펌프장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　히트펌프장치에 연결된 실내공간, 배터리 및 구동모듈이 각각 독립된 냉매사이클에 구성됨에 따라, 독립적인 냉난방이 이루어질 수 있다.
둘째,　겨울철 제상운전 및 배터리예열의 효율을 상승시킬 수 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 하부구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 히트펌프장치의 냉매사이클 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉매의 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 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.
본 발명의 실시예들에 사용되는 제 1유체는 제 1냉매(10f)를 사용할 수 있고, 제 2유체는 제 2냉매(20f)를 사용할 수 있고, 제 3유체는 제 3냉매(30f)를 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 전기자동차의 히트펌프장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기자동차는 배터리(31)로부터 공급받는 전기를 동력원으로 하는 운송수단이다.
전기자동차는 공급받은 전기를 동력전달 장치에 전달하고, 전달받은 전기를 이용하여 조향 장치, 현가 장치, 제동 장치 등을 포함하는 구동모듈(22)을 구동시켜 전기자동차를 움직이게 한다.
전기자동차의 차체는 전방차체(100), 중앙차체(200) 및 후방차체(300)로 이루어져 있다. 이 때 전기를 공급하는 배터리(31)는 중앙차체(200) 터널(231)의 내부에 위치하고, 구동모듈(122, 322)로 전기를 공급한다.
전기자동차의 전방차체(100)에는 전방구동모듈(122)이 배치되고, 후방차체(300)에는 후방구동모듈(322)이 배치되어 전기자동차의 움직임을 제어한다.
중앙차체(200)에는 운전자가 탑승할 수 있고, 전기자동차의 운전장치가 배치된 실내공간이 형성된다.
도 3을 참조하면, 실내공간, 배터리(31) 및 구동모듈(22)의 열관리를 통합적으로 수행하기 위한 전기자동차의 히트펌프장치를 개략적으로 확인할 수 있다.
히트펌프장치는 압축기(1), 실내열교환부(10), 제 1열교환부(20), 제 2열교환부(30), 제 1팽창밸브(11), 라디에이터(21), 구동모듈(22), 절환밸브(2) 및 배터리(31)를 포함한다.
히트펌프장치는 압축기(1)와 절환밸브(2), 절환밸브(2)와 제 1열교환부(20), 제 1열교환부(20)와 제 1팽창밸브(11), 제 1팽창밸브(11)와 실내열교환부(10), 실내열교환부(10)와 절환밸브(2), 제 1열교환부(20)와 라디에이터(21), 라디에이터(21)와 제 1열교환부(20), 제 1열교환부(20)와 구동모듈(22) 및 제 2열교환부(30)와 배터리(31)를 연결하는 유로를 포함한다.
히트펌프장치가 포함하는 유로에는 제 1냉매(10f), 제 2냉매(20f) 및 제 3냉매(30f) 중 어느 하나가 유동할 수 있다.
제 1냉매(10f)는 압축기(1)와 절환밸브(2), 절환밸브(2)와 제 1열교환부(20), 제 1열교환부(20)와 제 1팽창밸브(11), 제 1팽창밸브(11)와 실내열교환부(10) 및 실내 열교환부(10)와 절환밸브(2)를 연결하는 유로를 통해 유동할 수 있다.
압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)의 개도상태에 따라 절환밸브(2)에서 제 1열교환부(20)로 유동할 수 있고, 절환밸브(2)에서 실내열교환부(10)로 유동할 수도 있다.
제 2냉매(20f)는 제 1열교환부(20)와 라디에이터(21), 라디에이터(21)와 제 1열교환부(20) 및 제 1열교환부(20)와 구동모듈(22)을 연결하는 유로를 통해 유동할 수 있다.
제 3냉매(30f)는 제 2열교환부(30)와 배터리(31)를 연결하는 유로를 통해 유동할 수 있다.
제 1열교환부(20)에서는 제 1냉매(10f)와 제 2냉매(20f) 간 열교환이 이루어질 수 있고, 제 2열교환부(30)에서는 제 1냉매(10f)와 제 3냉매(30f) 간 열교환이 이루어질 수 있다.
제 1열교환부(20)와 제 1팽창밸브(11)를 연결하는 유로에는 제 1분지점(19a)이 형성될 수 있고, 절환밸브(2)와 실내열교환부(10)를 연결하는 유로에는 제 2분지점(19b)이 형성될 수 있다.
제 1냉매(10f)는 제 1팽창밸브(11)의 개도상태에 따라 실내열교환부(10)로 유동할 수 있고, 유동하지 않을 수도 있다.
제 1냉매(10f)가 유동하는 유로는 제 1분지점(19a) 및 제 2분지점(19b)에서 분지되어 제 2열교환부(30)에 연결되는 유로를 형성할 수 있고, 제 1분지점(19a)과 제 2열교환부(30)를 연결하는 유로에 제 2팽창밸브(12)가 배치될 수 있다.
제 1냉매(10f)는 제 2팽창밸브(12)의 개도상태에 따라 제 2열교환부(30)로 유동할 수 있고, 유동하지 않을 수도 있다.
제 1열교환부(20)와 라디에이터(21)를 연결하는 유로에 제 1삼방밸브(23), 제 2삼방밸브(24) 및 제 1펌프(25)가 배치될 수 있고, 구동모듈(22)은 제 1삼방밸브(23) 및 제 2삼방밸브(24)와 각각 연결될 수 있다.
구동모듈(22)과 제 2삼방밸브(24)를 연결하는 유로에는 제 3분지점(29a)이 형성될 수 있고, 라디에이터(21)와 제 1삼방밸브(23)를 연결하는 유로에는 제 4분지점(29b)이 형성될 수 있다.
제 2냉매(20f)는 제 3분지점(29a)과 제 4분지점(29b)을 연결하는 유로를 통해 유동할 수 있다.
제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)와 제 2삼방밸브(24)의 개도상태에 따라 제 1열교환부(20), 제 1삼방밸브(23), 라디에이터(21), 제 2삼방밸브(24), 제 1펌프(25) 및 제 1열교환부(20) 순서로 연결되어 폐루프를 형성하는 유로를 통해 유동할 수 있고, 제 1열교환부(20), 제 1삼방밸브(23), 구동모듈(22), 제 3분지점(29a), 제 4분지점(29b), 라디에이터(21), 제 2삼방밸브(24), 제 1펌프(25) 및 제 1열교환부(20) 순서로 연결되어 폐루프를 형성하는 유로를 통해 유동할 수도 있고, 제 1열교환부(20), 제 1삼방밸브(23), 구동모듈(22), 제 3분지점(29a), 제 2삼방밸브(24), 제 1펌프(25) 및 제 1열교환부(20) 순서로 연결되어 폐루프를 형성하는 유로를 통해 유동할 수도 있다.
라디에이터(21)와 이격되게 실외팬(26)이 설치될 수 있고, 실외팬(26)의 구동으로 인해 라디에이터(21)를 관통하는 제 2냉매(20f)가 응축될 수 있다.
제 2냉매(20f)는 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 제 1열교환부(20)로 유동할 수 있다.
제 2열교환부(30)와 배터리(31)를 연결하는 유로에 제 3냉매(30f)를 압출하는 제 2펌프(35)가 배치될 수 있다.
제 3냉매(30f)는 제 2펌프(35)의 구동상태에 따라 제 2열교환부(30), 배터리(31), 제 2펌프(35) 및 제 2열교환부(30) 순서로 연결되어 폐루프를 형성하는 유로를 통해 유동할 수 있고, 유동하지 않을 수도 있다.
제 1냉매(10f)가 유동하는 유로, 제 2냉매(20f)가 유동하는 유로 및 제 3냉매(30f)가 유동하는 유로는 서로 다른 독립된 폐루프를 형성할 수 있다.
절환밸브(2), 제 1팽창밸브(11), 제 2팽창밸브(12), 제 1삼방밸브(23), 제 2삼방밸브(24)의 개도상태 및 제 2펌프(35)의 구동여부에 따라 제 1냉매(10f), 제 2냉매(20f) 및 제 3냉매(30f)는 유동여부, 유동방향, 열출입형태를 달리 할 수 있고, 이에 따라 배터리(31), 구동모듈(22), 라디에이터(21) 및 실내공간에서 냉각 또는 난방이 선택적으로 이루어질 수 있다.
실내열교환부(10)와 이격되게 실내팬(16)이 설치될 수 있고, 실내팬(16)의 구동으로 인해 실내열교환부(10)를 관통하는 제 1냉매(10f)가 응축될 수 있다.
전기자동차의 실내공간에는 실내히터(18)가 설치될 수 있고, 실내히터(18)의 구동으로 인해 실내공간은 열을 공급받을 수 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 11를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다.
도 4를 참조하여 실내공간 냉방, 구동모듈(22) 및 배터리(31)의 냉각모드시 냉매의 흐름을 설명한다.
실내공간, 구동모듈(22) 및 배터리(31)의 냉각모드시에 압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)를 거쳐 제 1열교환부(20)로 유입되고, 제 1팽창밸브(11)와 제 2팽창밸브(12)는 냉매를 팽창시키는 개도로 운전된다.
제 1삼방밸브(23)는 제 4분지점(29b)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2삼방밸브(24)는 제 3분지점(29a)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2펌프(35)는 구동상태로 운전되어 제 2펌프(35)에 의해 압출된 제 3냉매(30f)는 유로를 통해 유동된다.
절환밸브(2)를 거친 고온고압의 제 1냉매(10f)는 제 1열교환부(20)를 거치면서 제 2냉매(20f)로 열을 방출하여 응축되고, 제 1분지점(19a)에 도달한 뒤 분지된다.
분지되어 제 1팽창밸브(11)로 유입된 제 1냉매(10f)는 제 1팽창밸브(11)를 거치면서 팽창되고, 실내열교환부(10)로 유입되어 실내공기로부터 열을 흡수하여 증발된 뒤 절환밸브(2)를 거쳐 압축기(1)로 다시 유입된다.
분지되어 제 2팽창밸브(12)로 유입된 제 1냉매(10f)는 제 2팽창밸브(12)를 거치면서 팽창되고, 제 2열교환부(30)로 유입되어 제 3냉매(30f)로부터 열을 흡수하여 증발한 뒤 제 2분지점(19b)에서 실내열교환부(10)를 거쳐오는 제 1냉매(10f) 유동과 합류한다.
제 1열교환부(20)에서 제 1냉매(10f)로부터 열을 흡수하여 증발한 제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)을 거쳐 구동모듈(22)로 유입되고, 구동모듈(22)로부터 열을 흡수하여 다시 한 번 증발한 뒤 제 4분지점(29b)으로 유동한다.
제 4분지점(29b)에 도달한 제 2냉매(20f)는 라디에이터(21)로 유입되고, 외부로 열을 방출하여 응축된 뒤 제 2삼방밸브(24)를 거쳐 제 1펌프(25)로 유입되고, 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 다시 제 1열교환부(20)로 유입된다.
제 2열교환부(30)에서 제 1냉매(10f)로 열을 방출하여 응축된 제 3냉매(30f)는 배터리(31)로 유입되고, 배터리(31)로부터 열을 흡수하여 증발한 뒤, 제 2펌프(35)에 의해 압출되어 다시 제 2열교환부(30)로 유입된다.
이 과정에서, 실내공기는 실내열교환부(10)에서 실내공기의 열을 흡수하는 제 1냉매(10f)로 인해 냉방되고, 구동모듈(22)은 구동모듈(22)로부터 열을 흡수하는 제 2냉매(20f)로 인해 냉각되며, 배터리(31)는 배터리(31)로부터 열을 흡수하는 제 3냉매(30f)로 인해 냉각된다.
도 5을 참조하여 실내공간 냉방 및 구동모듈(22)의 냉각모드시 냉매의 흐름을 설명한다.
실내공간 냉방 및 구동모듈(22)의 냉각모드시에 압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)를 거쳐 제 1열교환부(20)로 유입되고, 제 2팽창밸브(12)는 폐쇄된 상태로, 제 1팽창밸브(11)는 냉매를 팽창시키는 개도로 운전된다. 이에 따라 제 1분지점(19a)에 도달한 제 1냉매(10f)는 전부 실내열교환부(10)로 유입되게 된다.
제 1삼방밸브(23)는 제 4분지점(29b)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2삼방밸브(24)는 제 3분지점(29a)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2펌프(35)는 정지상태로 운전되어 제 3냉매(30f)는 유로를 통해 유동하지 않는다.
절환밸브(2)를 거친 고온고압의 제 1냉매(10f)는 제 1열교환부(20)를 거치면서 제 2냉매(20f)로 열을 방출하여 응축되고, 제 1분지점(19a)에 도달한 뒤 제 1팽창밸브(11)로 전부 유입된다.
제 1팽창밸브(11)로 유입된 제 1냉매(10f)는 제 1팽창밸브(11)를 거치면서 팽창되고, 실내열교환부(10)로 유입되어 실내공기로부터 열을 흡수하여 증발한 뒤 절환밸브(2)를 거쳐 압축기(1)로 다시 유입된다.
제 1열교환부(20)에서 제 1냉매(10f)로부터 열을 흡수하여 증발한 제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)을 거쳐 구동모듈(22)로 유입되고, 구동모듈(22)로부터 열을 흡수하여 다시 한 번 증발한 뒤 제 4분지점(29b)으로 유동한다.
제 4분지점(29b)에 도달한 제 2냉매(20f)는 라디에이터(21)로 유입되고, 외부에 열을 방출하여 응축된 뒤 제 2삼방밸브(24)를 거쳐 제 1펌프(25)로 유입되고, 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 다시 제 1열교환부(20)로 유입된다.
제 1냉매(10f) 및 제 3냉매(30f)의 유동이 없는 제 2열교환부(30)에서는 열교환이 이루어지지 않는다.
이 과정에서, 실내공기는 실내열교환부(10)에서 실내공기의 열을 흡수하는 제 1냉매(10f)로 인해 냉방되고, 구동모듈(22)은 구동모듈(22)로부터 열을 흡수하는 제 2냉매(20f)로 인해 냉각되며, 배터리(31)는 제 3냉매(30f)와의 열교환이 없으므로 냉각/가열되지 않는다.
도 6을 참조하여 실내공간 냉방모드시 냉매의 흐름을 설명한다.
실내공간 냉방모드시에 압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)를 거쳐 제 1열교환부(20)로 유입되고, 제 2팽창밸브(12)는 폐쇄된 상태로, 제 1팽창밸브(11)는 냉매를 팽창시키는 개도로 운전된다. 이에 따라 제 1분지점(19a)에 도달한 제 1냉매(10f)는 전부 실내열교환부(10)로 유입되게 된다.
제 1삼방밸브(23)는 구동모듈(22)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2삼방밸브(24)는 제 3분지점(29a)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2펌프(35)는 정지상태로 운전되어 제 3냉매(30f)는 유로를 통해 유동하지 않는다.
절환밸브(2)를 거친 고온고압의 제 1냉매(10f)는 제 1열교환부(20)를 거치면서 제 2냉매(20f)로 열을 방출하여 응축되고, 제 1분지점(19a)에 도달한 뒤 제 1팽창밸브(11)로 전부 유입된다.
제 1팽창밸브(11)로 유입된 제 1냉매(10f)는 제 1팽창밸브(11)를 거치면서 팽창되고, 실내열교환부(10)로 유입되어 실내공기로부터 열을 흡수하여 증발한 뒤 절환밸브(2)를 거쳐 압축기(1)로 다시 유입된다.
제 1열교환부(20)에서 제 1냉매(10f)로부터 열을 흡수하여 증발한 제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)을 거쳐 라디에이터(21)로 유입되고, 외부로 열을 방출하여 응축된 뒤 제 2삼방밸브(24)를 거쳐 제 1펌프(25)로 유입되고, 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 다시 제 1열교환부(20)로 유입된다.
제 1냉매(10f) 및 제 3냉매(30f)의 유동이 없는 제 2열교환부(30)에서는 열교환이 이루어지지 않는다.
이 과정에서, 실내공기는 실내열교환부(10)에서 실내공기의 열을 흡수하는 제 1냉매(10f)로 인해 냉방되고, 구동모듈(22) 및 배터리(31)는 냉매(20f, 30f)와의 열교환이 없으므로 냉각/가열되지 않는다.
도 7을 참조하여 배터리(31)의 예열모드시 냉매의 흐름을 설명한다.
배터리(31)의 예열모드시에 압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)와 제 2분지점(19b)를 차례로 거쳐 제 2열교환부(30)로 유입되고, 제 1팽창밸브(11)는 폐쇄된 상태로, 제 2팽창밸브(12)는 냉매를 팽창시키는 개도로 운전된다. 이에 따라 제 2분지점(19b)에 도달한 제 1냉매(10f)는 전부 제 2열교환부(30)로 유입되게 된다.
제 1삼방밸브(23)는 구동모듈(22)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2삼방밸브(24)는 제 3분지점(29a)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2펌프(35)는 구동상태로 운전되어 제 2펌프(35)에 의해 압출된 제 3냉매(30f)가 유로를 통해 유동된다.
절환밸브(2)를 거친 고온고압의 제 1냉매(10f)는 제 2열교환부(20)를 거치면서 제 3냉매(30f)로 열을 방출하여 응축되고, 제 2팽창밸브(12)를 거치면서 팽창된다.
팽창된 제 1냉매(10f)는 제 1열교환부(20)로 유입되어 제 2냉매(20f)로부터 열을 흡수하여 증발된 뒤 절환밸브(2)를 거쳐 다시 압축기(1)로 유입된다.
제 1열교환부(20)에서 제 1냉매(10f)로 열을 방출하여 응축된 제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)을 거쳐 라디에이터(21)로 유입되고, 외부로부터 열을 흡수하여 증발된 뒤 제 2삼방밸브(24)를 거쳐 제 1펌프(25)로 유입되고, 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 다시 제 1열교환부(20)로 유입된다.
제 2열교환부(30)에서 제 1냉매(10f)로부터 열을 흡수하여 증발된 제 3냉매(30f)는 배터리(31)로 유입되고, 배터리(31)로 열을 방출하여 응축된 뒤, 제 2펌프(35)에 의해 압출되어 다시 제 2열교환부(30)로 유입된다.
이 과정에서, 실내공기는 실내열교환부(10)에서 열교환이 없으므로 냉난방되지 않고, 구동모듈(22)은 제 2냉매(20f)와의 열교환이 없으므로 냉각/가열되지 않으며, 배터리(31)는 배터리(31)로 열을 방출하는 제 3냉매(30f)로 인해 가열된다.
도 8를 참조하여 실내공간 난방모드시 냉매의 흐름을 설명한다.
실내공간 난방모드시에 압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)와 제 2분지점(19b)를 차례로 거쳐 실내열교환부(10)로 유입되고, 제 2팽창밸브(12)는 폐쇄된 상태로, 제 1팽창밸브(11)는 냉매를 팽창시키는 개도로 운전된다. 이에 따라 제 2분지점(19b)에 도달한 제 1냉매(10f)는 전부 실내열교환부(10)로 유입되게 된다.
제 1삼방밸브(23)는 구동모듈(22)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2삼방밸브(24)는 제 3분지점(29a)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2펌프(35)는 정지상태로 운전되어 제 3냉매(30f)는 유로를 통해 유동하지 않는다.
절환밸브(2)를 거친 고온고압의 제 1냉매(10f)는 실내열교환부(10)를 거치면서 실내공기로 열을 방출하여 응축되고, 제 1팽창밸브(12)를 거치면서 팽창된다.
팽창된 제 1냉매(10f)는 제 1열교환부(20)로 유입되어 제 2냉매(20f)로부터 열을 흡수하여 증발된 뒤 절환밸브(2)를 거쳐 다시 압축기(1)로 유입된다.
제 1열교환부(20)에서 제 1냉매(10f)로 열을 방출하여 응축된 제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)을 거쳐 라디에이터(21)로 유입되고, 외부로부터 열을 흡수하여 증발된 뒤 제 2삼방밸브(24)를 거쳐 제 1펌프(25)로 유입되고, 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 다시 제 1열교환부(20)로 유입된다.
제 1냉매(10f) 및 제 3냉매(30f)의 유동이 없는 제 2열교환부(30)에서는 열교환이 이루어지지 않는다.
이 과정에서, 실내공기는 실내열교환부(10)에서 실내공기로 열을 방출하는 제 1냉매(10f)로 인해 난방되고, 구동모듈(22) 및 배터리(31)는 냉매(20f, 30f)와의 열교환이 없으므로 냉각/가열되지 않는다.
도 9 및 도 10을 참조하여 폐열회수를 통한 실내공기 난방모드시 냉매의 흐름을 설명한다.
폐열회수를 통한 실내공기 난방모드시에 압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)와 제 2분지점(19b)를 차례로 거쳐 실내열교환부(10)로 유입되고, 제 2팽창밸브(12)는 폐쇄된 상태로, 제 1팽창밸브(11)는 냉매를 팽창시키는 개도로 운전된다. 이에 따라 제 2분지점(19b)에 도달한 제 1냉매(10f)는 전부 실내열교환부(10)로 유입되게 된다.
제 1삼방밸브(23)는 제 4분지점(29b)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2삼방밸브(24)는 라디에이터(21)와 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2펌프(35)는 정지상태로 운전되어 제 3냉매(30f)는 유로를 통해 유동하지 않는다.
절환밸브(2)를 거친 고온고압의 제 1냉매(10f)는 실내열교환부(10)를 거치면서 실내공기로 열을 방출하여 응축되고, 제 1팽창밸브(12)를 거치면서 팽창된다. 이 때, 실내공간에 배치된 실내히터(18)가 구동되어 실내공기로 방출되는 열량을 증가시킬 수 있다.
팽창된 제 1냉매(10f)는 제 1열교환부(20)로 유입되어 제 2냉매(20f)로부터 열을 흡수하여 증발된 뒤 절환밸브(2)를 거쳐 다시 압축기(1)로 유입된다.
제 1열교환부(20)에서 제 1냉매(10f)로 열을 방출하여 응축된 제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)을 거쳐 구동모듈(22)로 유입되고, 구동모듈(22)로부터 열을 흡수하여 증발된 뒤 제 3분지점(29a)으로 유동한다.
제 3분지점(29a)에 도달한 제 2냉매(20f)는 제 2삼방밸브(24)로 유입되고, 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 다시 제 1열교환부(20)로 유입된다.
제 1냉매(10f) 및 제 3냉매(30f)의 유동이 없는 제 2열교환부(30)에서는 열교환이 이루어지지 않는다.
이 과정에서, 실내공기는 실내열교환부(10)에서 실내공기로 열을 방출하는 제 1냉매(10f)로 인해 난방되고, 구동모듈(22)은 구동모듈(22)로부터 열을 흡수하는 제 2냉매(20f)로 인해 냉각되며, 배터리(31)는 제 3냉매(30f)와의 열교환이 없으므로 냉각/가열되지 않는다. 이 때, 구동모듈(22)의 구동에 의해 발생한 폐열을 회수하여 실내공기난방효율을 높일 수 있고, 고부하의 난방이 필요할 시에는 실내에 배치된 실내히터(18)를 구동시켜 실내공간에 열을 공급해줄 수 있다.
도 11를 참조하여 제상모드시 냉매의 흐름을 설명한다.
제상모드시에 압축기(1)에 의해 압축된 고온고압의 제 1냉매(10f)는 절환밸브(2)를 거쳐 제 1열교환부(20)로 유입되고, 제 2팽창밸브(12)는 폐쇄된 상태로, 제 1팽창밸브(11)는 냉매를 팽창시키는 개도로 운전된다. 이에 따라 제 1분지점(19a)에 도달한 제 1냉매(10f)는 전부 실내열교환부(30)로 유입되게 된다.
제 1삼방밸브(23)는 구동모듈(22)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2삼방밸브(24)는 제 3분지점(29a)과 연결된 유로를 폐쇄하고, 제 2펌프(35)는 정지상태로 운전되어 제 3냉매(30f)는 유로를 통해 유동하지 않는다.
절환밸브(2)를 거친 고온고압의 제 1냉매(10f)는 제 1열교환부(20)를 거치면서 제 2냉매(20f)로 열을 방출하여 응축되고, 제 1분지점(19a)에 도달한 뒤 제 1팽창밸브(11)로 유입된다.
제 1팽창밸브(11)로 유입된 제 1냉매(10f)는 제 1팽창밸브(11)를 거치면서 팽창되고, 실내열교환부(10)로 유입되어 실내공기로부터 열을 흡수하여 증발한 뒤 절환밸브(2)를 거쳐 압축기(1)로 다시 유입된다. 이 때, 실내공간에 배치된 실내히터(18)가 구동되어 실내에 열을 공급해줄 수 있다.
제 1열교환부(20)에서 제 1냉매(10f)로부터 열을 흡수하여 증발된 제 2냉매(20f)는 제 1삼방밸브(23)을 거쳐 라디에이터(21)로 유입되고, 외부로 열을 방출하여 응축된 뒤 제 2삼방밸브(24)를 거쳐 제 1펌프(25)로 유입되고, 제 1펌프(25)에 의해 압출되어 다시 제 1열교환부(20)로 유입된다.
제 1냉매(10f) 및 제 3냉매(30f)의 유동이 없는 제 2열교환부(30)에서는 열교환이 이루어지지 않는다.
이 과정에서, 실내공기는 실내열교환부(10)에서 실내공기의 열을 흡수하는 제 1냉매(10f)로 인해 냉방되고, 실내공간에 배치된 실내히터(18)로부터 열을 공급을 수 있고, 구동모듈(22) 및 배터리(31)는 냉매(20f, 30f)와의 열교환이 없으므로 냉각/가열되지 않는다. 또한, 라디에이터(21)는 제 2냉매(20f)로부터 방출되는 열을 이용하여 라디에이터(21)에 착상된 서리를 제상할 수 있다.
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.
1: 압축기 2: 절환밸브
10: 실내열교환부 10f: 제 1냉매
11: 제 1팽창밸브 12: 제 2팽창밸브
16: 실내팬 18: 실내히터
19a: 제 1분기점 19b: 제 2분기점
20: 제 1열교환부 20f: 제 2냉매
21: 라디에이터 22: 구동모듈
23: 제 1삼방밸브 24: 제 2삼방밸브
25: 제 1펌프 26: 실외팬
29a: 제 3분기점 29b: 제 4분기점
30: 제 2열교환부 30f: 제 3냉매
31: 배터리 35: 제 2펌프
100: 전방차체 200: 중앙차체
300: 후방차체 122: 전방구동모듈
322: 후방구동모듈 H: 히트펌프모듈

Claims (20)

  1. 제 1유체를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기와 연결되고, 상기 제 1유체가 유동하는 실내열교환부;
    상기 실내열교환부 및 상기 압축기와 연결되고, 상기 제 1유체가 유동하는 제 1열교환부;
    상기 실내열교환부와 상기 제 1열교환부 사이에서 유동하는 상기 제 1유체를 팽창시키는 제 1팽창밸브; 및
    상기 압축기와 상기 실내열교환부 사이에서 분지되어 상기 제 1열교환부와 상기 제 1팽창밸브 사이에서 합쳐지는 유로에 설치되는 제 2열교환부를 포함하고,
    상기 제 1열교환부는
    상기 제 1유체와, 라디에이터 또는 구동모듈을 선택적으로 유동하는 제 2유체를 열교환시키고,
    상기 제 2열교환부는
    상기 제 1유체와, 배터리를 선택적으로 유동하는 제 3유체를 열교환시키는 전기자동차의 히트펌프장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 라디에이터는
    상기 제 1열교환부와 연결되어 상기 제 2유체가 유동하는 폐루프를 형성하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 폐루프는
    상기 라디에이터의 입구측에 제 1삼방밸브가 설치되고, 출구측에 제 2삼방밸브가 설치되고,
    상기 구동모듈은
    상기 제 1삼방밸브 및 상기 제 2삼방밸브와 연결되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 구동모듈과 상기 제 2삼방밸브 사이에서 분지되어 상기 제 1삼방밸브와 상기 라디에이터 입구측 사이에서 합쳐지는 유로가 형성되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리는
    상기 제 2열교환부와 연결되어 상기 제 3유체가 유동하는 폐루프를 형성하고, 상기 배터리와 상기 제 2열교환부 사이에 상기 제 3유체를 압출하는 펌프가 설치되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 2열교환부로부터, 상기 제 1열교환부와 상기 제 1팽창밸브 사이에서 합쳐지는 지점까지 형성된 유로에 유동하는 상기 제 1유체를 팽창시키는 제 2팽창밸브를 더 포함하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 압축기, 상기 실내열교환부 및 상기 제 1열교환부와 연결되는 절환밸브를 더 포함하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 배터리는
    상기 제 2열교환부와 연결되어 상기 제 3유체가 유동하는 폐루프를 형성하고, 상기 배터리와 상기 제 2열교환부 사이에 상기 제 3유체를 압출하는 펌프가 설치되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2열교환부로부터, 상기 제 1열교환부와 상기 제 1팽창밸브 사이에서 합쳐지는 지점까지 형성된 유로에 유동하는 상기 제 1유체를 팽창시키는 제 2팽창밸브를 더 포함하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 압축기, 상기 실내열교환부 및 상기 제 1열교환부와 연결되는 절환밸브를 더 포함하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  11. 제 1유체를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기와 연결되는 유로를 포함하여 네 방향의 유로와 연결되는 절환밸브;
    상기 절환밸브와 연결되고, 상기 제 1유체가 유동하는 제 1열교환부;
    상기 제 1열교환부 및 상기 절환밸브와 연결되고, 상기 제 1유체가 유동하는 실내열교환부;
    상기 제 1열교환부와 상기 실내열교환부 사이에 설치되어 상기 제 1유체를 팽창시키는 제 1팽창밸브;
    상기 제 1열교환부와 상기 제 1팽창밸브 사이에서 분지되어 상기 실내열교환부와 상기 절환밸브 사이에서 합류하는 유로에 설치되고, 상기 제 1유체가 유동하는 제 2열교환부; 및
    상기 제 2열교환부와 연결되고, 제 2유체와 열교환하는 배터리를 포함하고,
    상기 배터리는
    상기 제 1유체의 유동흐름에 따라 선택적으로 냉각 또는 가열되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배터리는
    상기 제 2열교환부와 연결되어 상기 제 2유체가 유동하는 폐루프를 형성하고, 상기 배터리와 상기 제 2열교환부 사이에 상기 제 2유체를 압출하는 펌프가 설치되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2열교환부로부터 상기 제 1열교환부와 상기 제 1팽창밸브 사이에서 합쳐지는 지점까지 형성된 유로에 유동하는 상기 제 1유체를 팽창시키는 제 2팽창밸브를 더 포함하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 배터리는
    상기 제 1유체가 상기 제 2팽창밸브에서 상기 제 2열교환부로 유동시 냉각되고, 상기 제 1유체가 상기 제 2열교환부에서 상기 제 2팽창밸브로 유동시 가열되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1열교환부는
    상기 제 1유체와, 라디에이터 또는 구동모듈을 선택적으로 유동하는 제 3유체를 열교환시키는 전기자동차의 히트펌프장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 라디에이터는
    상기 제 1열교환부와 연결되어 상기 제 3유체가 유동하는 폐루프를 형성하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제 3유체는
    상기 제 1열교환부에서 상기 제 1유체로부터 열을 흡수하고, 상기 라디에이터에서 외부로 열을 방출하는 전기자동차의 히트펌프장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 라디에이터의 입구측에 제 1삼방밸브가 설치되고, 출구측에 제 2삼방밸브가 설치되고,
    상기 구동모듈은
    상기 제 1삼방밸브 및 상기 제 2삼방밸브와 연결되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 구동모듈과 상기 제 2삼방밸브 사이에서 분지되어 상기 제 1삼방밸브와 상기 라디에이터 입구측 사이에서 합쳐지는 유로가 형성되는 전기자동차의 히트펌프장치.
  20. 제 1항 내지 19항에 있어서,
    상기 실내열교환부는
    전기자동차의 실내에 열을 공급하는 히터를 포함하는 전기자동차의 히트펌프장치.
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