KR20210094390A - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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KR20210094390A
KR20210094390A KR1020200008098A KR20200008098A KR20210094390A KR 20210094390 A KR20210094390 A KR 20210094390A KR 1020200008098 A KR1020200008098 A KR 1020200008098A KR 20200008098 A KR20200008098 A KR 20200008098A KR 20210094390 A KR20210094390 A KR 20210094390A
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low
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이진재
김두훈
안경주
한중만
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 공조 모드 상태에 따라, 저압측 열교환기 간의 냉매 흐름을 직렬 또는 병렬로 제어함으로써, 공조 모드 상태에 따라, 각 저압측 열교환기의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있고, 이를 통해. 각각의 열량에 맞는 최적 유량의 냉매를 각 저압측 열교환기에 도입할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와 실외열교환기와 다수의 저압측 열교환기 및 다수의 팽창밸브들을 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 실외열교환기와 상기 저압측 열교환기는 공조 모드에 따라 서로에 대해 직렬 또는 병렬로 연결되고; 냉매순환라인에서 발생된 냉매의 열을, 차실내측에 설치되는 히터코어에 수냉식으로 전달하여 차실내를 난방하는 히터코어측 냉각수순환라인을 더 구비한다.

Description

차량의 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 공조 모드 상태에 따라, 저압측 열교환기 간의 냉매 흐름을 직렬 또는 병렬로 제어함으로써, 공조 모드 상태에 따라, 각 저압측 열교환기의 도입 냉매 유량을 각각 독립적으로 제어할 수 있고, 이를 통해, 각각의 열량에 맞는 최적 유량의 냉매를 각 저압측 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 냉기를 발생시키며, 발생된 냉기를 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 열을 발생시키며, 발생된 열을 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, 압축기와 실외열교환기와 다수의 저압측 열교환기 및 다수의 팽창밸브들을 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 상기 실외열교환기와 상기 저압측 열교환기는 공조 모드에 따라 서로에 대해 직렬 또는 병렬로 연결되고; 상기 냉매순환라인에서 발생된 냉매의 열을, 차실내측에 설치되는 히터코어에 수냉식으로 전달하여 차실내를 난방하는 히터코어측 냉각수순환라인을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 히터코어측 냉각수순환라인은, 상기 냉매순환라인의 압축기 출구측 냉매를 도입하여, 상기 압축기측 냉매의 열을 방출하는 수냉식 열교환기를 포함하며; 상기 수냉식 열교환기와 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜, 상기 수냉식 열교환기에서 방출되는 상기 냉매순환라인의 냉매열을 냉각수로 전달받고, 냉매열을 전달받은 냉각수를 상기 히터코어로 도입시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 히터코어측 냉각수순환라인은, 인가되는 전기에 의해 작동되면서 상기 히터코어로 순환되는 냉각수를 가열하는 PTC 히터와; 상기 냉매순환라인의 수냉식 열교환기와 상기 히터코어와 상기 PTC 히터 사이에서 냉각수를 강제 순환시키는 워터펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 팽창밸브들은, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들의 상류측에 각각 설치되며; 내부 교축유로의 개도량이 가변 조절되어, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들에 도입되는 냉매의 유량을 각각 독립적으로 가변 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 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.
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 시스템을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 차량 열관리 시스템을 구성하는 압축기와 수냉식 열교환기와 팽창밸브와 실외열교환기와 저압측 열교환기들의 연결관계를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 냉방모드와 배터리쿨링 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 차량 열관리 시스템을 구성하는 압축기와 수냉식 열교환기와 팽창밸브와 실외열교환기와 저압측 열교환기들의 연결관계를 개략적으로 나타내는 도면으로서, 난방모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 최대 에어컨 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 에어컨 모드와 배터리쿨링 모드의 동시 제어 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 배터리 급속충전을 위한 배터리쿨링 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 최대 히트펌프 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 진입 중, 열교환기 제상 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 진입 중, 차실내 제습 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 차량의 공조영역을 냉,난방하는 공조장치(10)를 갖추고 있다.
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(20)과 히터코어측 냉각수순환라인(100)을 구비한다.
냉매순환라인(20)은, 압축기(22)와 고압측의 수냉식 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 각각 칭함)을 구비한다.
히터코어측 냉각수순환라인(100)은, 냉매순환라인(20)의 수냉식 열교환기(24)와 차실내측에 설치되는 히터코어(Heater Core)(102)를 수냉식으로 연결하는 것으로, 인가되는 전기에 의해 냉각수를 가열하는 PTC 히터(104) 및, 상기 수냉식 열교환기(24)와 PTC 히터(104)와 히터코어(102) 사이에서 냉각수를 순환시키는 워터펌프(106)를 포함한다.
이러한 공조장치(10)는, 에어컨 모드 시에는, 냉매순환라인(20)의 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들에서 저온의 냉기를 발생시키고, 발생된 냉기를 차량의 공조영역, 예를 들면, 차실내와 배터리(40)측과 전장부품모듈(50)측에 전달한다.
특히, 제 1저압측 열교환기(29)에서 발생된 냉기는 차실내에 전달하여 차실내를 냉방하고, 제 2저압측 열교환기(30)에서 발생된 냉기는 배터리(40)측과 전장부품모듈(50)에 전달하여, 상기 배터리(40)와 전장부품모듈(50)을 냉각시킨다.
그리고 히트펌프 모드 시에는, 냉매순환라인(20)의 압축기(22)측 냉매열 방출하는 수냉식 열교환기(24)의 열을, 히터코어측 냉각수순환라인(100)의 냉각수를 통해 전달받고, 냉매열을 전달받은 고온의 냉각수를 히터코어(102)에 순환시킨다. 따라서, 상기 히터코어(10)가 냉각수 열을 차실내로 방출하여, 차실내를 난방할 수 있게 한다.
한편, 냉매순환라인(20)의 제 2저압측 열교환기(30)와 배터리(40)와 전장부품모듈(50)은, 배터리측 냉각수순환라인(60)을 통해서 수냉식으로 서로 연결된다.
특히, 배터리(40)와 전장부품모듈(50)은, 배터리측 냉각수순환라인(60)을 통해 제 2저압측 열교환기(30)에 대해 서로 병렬로 연결되는데, 이렇게 연결된 배터리(40)와 전장부품모듈(50)은, 배터리측 냉각수순환라인(60)을 따라 순환되는 냉각수를 통해 제 2저압측 열교환기(30)의 냉기를 전달받아 냉각된다.
그리고 도 2와 도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(20)의 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 좀더 상세하게 설명하면, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매순환라인(20)의 실외열교환기(26)와, 제 1 및 제 2저압측 열교환기(29, 30)들이 서로에 대해 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 압축기(22)의 토출 냉매를 모두 독립적으로 도입할 수 있다. 그 결과, 각각 독립적으로 작동될 수 있다.
특히, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 압축기(22)의 토출 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.
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 좀더 상세하게 설명하면, 상기 가변식 팽창밸브(25, 27, 28)들과 냉매흐름제어밸브(20c)와 개폐밸브(20a-1)는, 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 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 냉기가 발생될 수 있게 한다. 그 결과, 차실내를 최대 냉방할 수 있게 한다.
또한, 에어컨 모드와 배터리쿨링 모드가 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 모드와 배터리쿨링 모드가 동시에 진입될 시에는, 실외열교환기(26)와 제 1저압측 열교환기(29) 및, 실외열교환기(26)와 제 2저압측 열교환기(30)가 각각 연결될 수 있게 한다.
이로써, 에어컨 모드와 배터리쿨링 모드가 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 냉기가 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 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 냉기가 발생될 수 있게 한다. 그 결과, 배터리(40)를 냉방할 수 있게 한다.
또한, 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 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, 수냉식 열교환기(24)에서 고온의 열이 효율좋게 발생되고, 제 2저압측 열교환기(30)에서 저온의 냉기가 효율좋게 발생될 수 있게 된다.
이에 따라, 수냉식 열교환기(24)와 제 2저압측 열교환기(30)는, 자신의 열량에 맞춰 최적의 상태로 제어될 수 있고, 이로써, 수냉식 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 냉기는 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 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, 수냉식 열교환기(24)에서는 고온의 열이 효율좋게 발생되면서 차실내를 효율좋게 난방하고, 제 1저압측 열교환기(29)에서는 저온의 냉기가 효율좋게 발생되면서 차실내의 습기를 효율좋게 제거 처리하며, 제 2저압측 열교환기(30)에서는 저온의 냉기가 효율좋게 발생되면서 배터리(40)와 전장부품모듈(50)을 효율좋게 냉각시킨다.
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 10에 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.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 냉매순환라인(20)의 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: 수냉식 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: 배터리측 냉각수순환라인 80: 제어부
100: 히터코어측 냉각수순환라인 102: 히터코어(Heater Core)
104: PTC 히터(Heater) 106:워터펌프(Water Pump)

Claims (9)

  1. 압축기와 실외열교환기와 다수의 저압측 열교환기 및 다수의 팽창밸브들을 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    상기 실외열교환기와 상기 저압측 열교환기는 공조 모드에 따라 서로에 대해 직렬 또는 병렬로 연결되고;
    상기 냉매순환라인에서 발생된 냉매의 열을, 차실내측에 설치되는 히터코어에 수냉식으로 전달하여 차실내를 난방하는 히터코어측 냉각수순환라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히터코어측 냉각수순환라인은,
    상기 냉매순환라인의 압축기 출구측 냉매를 도입하여, 상기 압축기측 냉매의 열을 방출하는 수냉식 열교환기를 포함하며;
    상기 수냉식 열교환기와 상기 히터코어 사이에서 냉각수를 순환시켜, 상기 수냉식 열교환기에서 방출되는 상기 냉매순환라인의 냉매열을 냉각수로 전달받고, 냉매열을 전달받은 냉각수를 상기 히터코어로 도입시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 히터코어측 냉각수순환라인은,
    인가되는 전기에 의해 작동되면서 상기 히터코어로 순환되는 냉각수를 가열하는 PTC 히터와;
    상기 냉매순환라인의 수냉식 열교환기와 상기 히터코어와 상기 PTC 히터 사이에서 냉각수를 강제 순환시키는 워터펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팽창밸브들은,
    상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들의 상류측에 각각 설치되며;
    내부 교축유로의 개도량이 가변 조절되어, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기들에 도입되는 냉매의 유량을 각각 독립적으로 가변 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 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.
  6. 제 5항에 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.
  7. 제 6항에 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.
  8. 제 7항에 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.
  9. 제 8항에 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.
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