KR20210126905A - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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KR20210126905A
KR20210126905A KR1020200044562A KR20200044562A KR20210126905A KR 20210126905 A KR20210126905 A KR 20210126905A KR 1020200044562 A KR1020200044562 A KR 1020200044562A KR 20200044562 A KR20200044562 A KR 20200044562A KR 20210126905 A KR20210126905 A KR 20210126905A
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KR1020200044562A
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김두훈
안경주
이진재
한중만
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기로의 냉매 도입량이 증가될 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프 모드와 차실내 제습모드 조건하에서의 차실내 냉방용 저압측 열교환기를 통한 차실내의 제습효율을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와, 고압측 열교환기와, 실외열교환기와, 복수개의 팽창밸브와 저압측 열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 실외열교환기와 저압측 열교환기의 냉매경로측과 병렬로 연결되며, 차량의 전기부품을 수냉식으로 냉각시키는 냉각수 순환라인과 열교환할 수 있는 전장폐열 칠러와; 고압측 열교환기의 배출 냉매를 실외열교환기로 유입되기 전에 분기하며, 전장폐열 칠러가 설치되는 분지라인 및; 실외열교환기와 압축기 순의 제 1냉매경로와, 실외열교환기와 저압측 열교환기와 압축기 순의 제 2냉매경로와, 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로 중 적어도 어느 하나에 도입시킬 수 있도록, 냉매의 흐름을 제어하는 냉매흐름제어부를 구비한다.

Description

차량의 열관리 시스템{HEAT MANAGEMENT SYSTEM OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기로의 냉매 도입량이 증가될 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프 모드와 차실내 제습모드 조건하에서의 차실내 냉방용 저압측 열교환기를 통한 차실내의 제습효율을 높일 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, "차량"이라 통칭함) 등이 있다.
이러한 차량은, 다양한 열관리 장치들을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 전기부품(20), 예를 들면, 배터리(20a)와 전장부품모듈(20b) 등을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치(30) 등이 있다.
공조장치(10)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매순환라인(12)과 히터코어측 냉각수순환라인(14)을 구비한다.
냉매순환라인(12)은, 압축기(12a)와 고압측 열교환기(12b)와 제 1팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d) 및, 서로 간에 병렬로 설치되는 다수의 제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)들과, 각 제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)들의 하류측에 설치되는 저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)들을 구비한다.
히터코어측 냉각수순환라인(14)은, 냉매순환라인(12)의 고압측 열교환기(12b)와 히터코어(16) 사이에서 냉각수를 순환시키며, 고압측 열교환기(12b)에서 응축된 냉매열을 히터코어(16)로 전달한다.
여기서, 냉매순환라인(12)의 저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)들 중, 차실내를 냉방하기 위한 저압측 열교환기(12f-1)를 "차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)"로, 전기부품(20)을 냉방하기 위한 저압측 열교환기(12f-2)를 "전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)"로 각각 칭하기로 한다.
또한, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1) 상류측의 제 2팽창밸브(12e-1)는 감온식(TXV)으로 구성되고, 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2) 상류측의 제 2팽창밸브(12e-2)와 제 1팽창밸브(12c)는 전자식(EXV)로 구성된다.
한편, 수냉식 냉각장치(30)는, 냉각수 순환라인(32)을 구비하며, 상기 냉각수 순환라인(32)은, 냉매순환라인(12)의 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)와 전기부품(20) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 따라서, 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)에서 발생된 냉기를 전기부품(20)에 전달한다.
이러한 열관리 장치(10, 30)들은, 에어컨 모드 시에는, 압축기(12a)의 냉매가 제 1팽창밸브(12c)의 감압,팽창 과정을 거치지 않고, 고압측 열교환기(12b)→실외열교환기(12d)→제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)→저압측 열교환기(12f-1, 12f-2) 순으로 순환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)들에 저온의 냉기를 발생시키며, 발생된 냉기를 차량의 공조영역, 예를 들면, 차실내와 전기부품(20)측에 전달한다. 따라서, 차실내와 전기부품(20)을 냉방한다.
여기서, 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)에서 발생된 냉기는, 냉각수 순환라인(32)을 통해 전기부품(20)에 전달되면서 상기 전기부품(20)을 냉각시킨다.
그리고 히트펌프 모드 시에는, 압축기(12a)의 냉매가 제 1팽창밸브(12c)를 통과하면서, 고압측 열교환기(12b)→제 1팽창밸브(12c)→실외열교환기(12d) 순으로 순환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 열교환기(12b)에 고온의 열을 발생시키고, 발생된 열이 히터코어측 냉각수순환라인(14)을 통해 히터코어(16)로 전달되며, 열이 전달된 히터코어(16)가 차실내를 난방한다.
여기서, 히트펌프 모드 시에, 차실내의 습도가 높을 경우, 차실내를 제습하는데, 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1팽창밸브(12c)를 통과하기 전의 냉매를 바이패스라인(12g)과 바이패스밸브(12h)로 일부 바이패스한 다음, 바이패스된 냉매를 저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)측으로 도입시킨다.
따라서, 압축기(12a)측 고압 냉매가, 제 2팽창밸브(12e-1)와 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)를 통과하면서 냉기를 발생할 수 있게 하고, 발생된 냉기가 차실내를 제습할 수 있게 한다.
한편, 히트펌프 모드 시, 또는 공조장치(10)의 오프(OFF) 시에는, 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)의 작동도 정지되므로, 공조장치(10)의 냉매를 이용한 전기부품(20)의 냉각은 중지된다.
따라서, 히트펌프 모드 시, 또는 공조장치(10)의 오프(OFF) 시에는, 공조장치(10)의 냉매 대신에, 라디에이터(Radiator)(34)를 이용하여 전기부품(20)을 공랭식으로 냉각시킨다.
이를 위해서, 수냉식 냉각장치(30)는, 냉각수 순환라인(32)의 냉각수를 라디에이터(34)측으로 순환시키는 냉각수 흐름제어밸브(35)들과 냉각수 연장라인(36)을 갖추고 있다.
이러한 수냉식 냉각장치(30)는, 공조장치(10)의 냉매를 이용한 전기부품(20)의 냉각이 중지될 경우, 전기부품(20)과 라디에이터(34) 사이에서 냉각수를 순환시킨다.
따라서, 전기부품(20)의 폐열이 냉각수로 흡수되고, 폐열이 흡수된 냉각수가 라디에이터(34)로 순환하면서 폐열을 방출할 수 있게 한다. 이로써, 전기부품(20)이 냉각될 수 있게 한다.
그런데, 이러한 종래의 열관리 시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 과정에서, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)측으로의 냉매 유입량이 매우 적다는 단점이 있으며, 이러한 단점 때문에 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)에서 충분한 냉기가 발생하지 않아 차실내의 제습효과가 현저하게 떨어진다는 문제점이 있다.
특히, 외기온이 낮은 히트펌프 모드 조건 하에서는, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)의 냉방부하가 매우 낮으므로, 감온식 구조의 제 2팽창밸브(12e-1)의 개도량이 매우 적을 수 밖에 없는데, 이러한 제 2팽창밸브(12e-1)의 적은 개도량 때문에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)측으로의 냉매 유입량이 매우 적다는 단점이 있다.
그리고 이러한 단점 때문에 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)에서 충분한 냉기가 발생하지 않는다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점 때문에 차실내의 제습효과가 현저하게 떨어진다는 결점이 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉매의 흐름과 구조를 개선함으로써, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기측에 충분한 유량의 냉매를 공급할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기측에 충분한 유량의 냉매를 공급할 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기측에서 충분한 냉기가 발생할 수 있도록 하는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기측에서 충분한 냉기가 발생할 수 있도록 구성함으로써, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내의 제습효율을 높일 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기와, 고압측 열교환기와, 실외열교환기와, 복수개의 팽창밸브와 저압측 열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기의 냉매경로측과 병렬로 연결되며, 차량의 전기부품을 수냉식으로 냉각시키는 냉각수 순환라인과 열교환할 수 있는 전장폐열 칠러와; 상기 고압측 열교환기의 배출 냉매를 상기 실외열교환기로 유입되기 전에 분기하며, 상기 전장폐열 칠러가 설치되는 분지라인 및; 상기 실외열교환기와 압축기 순의 제 1냉매경로와, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기와 압축기 순의 제 2냉매경로와, 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로 중 적어도 어느 하나에 도입시킬 수 있도록, 냉매의 흐름을 제어하는 냉매흐름제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 냉매흐름제어부는, 히트펌프 모드일 시에, 상기 압축기측의 냉매 중, 일부는 상기 실외열교환기와 압축기 순의 제 1냉매경로로 제어하고, 상기 압축기의 냉매 중, 다른 일부는 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로로 제어하여, 상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 1팽창밸브와 실외열교환기 순의 제 1히트펌프 순환루프(Loop)와, 상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러 순의 제 2히트펌프 순환루프가 동시에 제어되면서 차실내를 난방할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매흐름제어부는, 히트펌프 모드 조건하에서 차실내 제습모드 시에, 상기 압축기측의 냉매 중, 일부는 상기 실외열교환기와 차실내 냉방용 저압측 열교환기와 압축기 순의 제 2냉매경로로 제어하고, 상기 압축기의 냉매 중, 다른 일부는 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로로 제어하여, 상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 1팽창밸브와 실외열교환기와 제 2팽창밸브와 차실내 냉방용 저압측 열교환기 순의 차실내 제습 순환루프와, 상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러 순의 히트펌프 순환루프가 동시에 제어되면서, 차실내 제습과 차실내의 난방이 동시에 이루어질 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매흐름제어부는, 히트펌프 모드 조건하에서 실외열교환기 제상모드 시에, 상기 압축기측의 냉매를 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로로 제어하여, 상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러 순의 히트펌프 순환루프 및 실외열교환기 제상순환루프를 형성하면서 차실내의 난방과, 상기 실외열교환기로의 냉매흐름 제한을 통한 실외열교환기 제상이 동시에 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 전기부품의 전장폐열을 흡수한 냉각수를 상기 전기부품 냉방용 저압측 열교환기로 순환시켜, 상기 전기부품을 냉각시키는 상기 냉각수 순환라인 및; 공조모드에 따라, 상기 냉각수 순환라인의 냉각수에 흡수된 전장폐열을 상기 압축기측으로 회수시키는 전장폐열회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 냉매의 흐름과 구조를 개선함으로써, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 압축기의 냉매가 2번에 걸쳐 감압,팽창되면서 차실내 냉방용 저압측 열교환기로 도입될 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 압축기의 냉매가 2번에 걸쳐 감압,팽창되면서 차실내 냉방용 저압측 열교환기로 도입되는 구조이므로, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기로 도입되는 냉매의 유량이 증가되는 효과가 있다.
또한, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기로 도입되는 냉매의 유량이 증가되므로, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기측에서 충분한 냉기가 발생할 수 있게 하고, 이를 통해, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내의 제습효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 전장폐열을 압축기측에 회수시키는 구조이므로, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 히프펌프 모드의 효율을 높일 수 있고, 이를 통해, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량의 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 종래의 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 조건 하에서 차실내 제습모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 에어컨 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드 시의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드와 차실내 제습모드 조건하에서의 냉매 흐름을 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동예를 나타내는 도면으로서, 히트펌프 모드와 실외열교환기 제상모드 조건하에서의 냉매 흐름을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 3 내지 도 5를 참조하여 차량의 열관리 시스템에 대해 간략하게 설명한다.
차량의 열관리 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 전기부품(20)을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치(30)를 구비한다.
공조장치(10)는, 냉매순환라인(12)과 히터코어측 냉각수순환라인(14)을 구비한다.
냉매순환라인(12)은, 압축기(12a)와 고압측 열교환기(12b)와 제 1팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d) 및, 서로 간에 병렬로 설치되는 다수의 제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)들과, 각 제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)들의 하류측에 설치되는 저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)들을 구비한다.
히터코어측 냉각수순환라인(14)은, 냉매순환라인(12)의 고압측 열교환기(12b)와 히터코어(16) 사이에서 냉각수를 순환시키며, 고압측 열교환기(12b)의 냉매열을 히터코어(16)로 전달한다.
수냉식 냉각장치(30)는, 냉각수 순환라인(32)을 구비한다. 냉각수 순환라인(32)은, 냉매순환라인(12)의 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)와 전기부품(20) 사이에서 냉각수를 순환시키며, 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)의 냉기를 전기부품(20)에 전달한다.
이러한 열관리 시스템은, 에어컨 모드 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압축기(12a)의 냉매가 제 1팽창밸브(12c)의 감압,팽창 과정을 거치지 않고, 고압측 열교환기(12b)→실외열교환기(12d)→제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)→저압측 열교환기(12f-1, 12f-2) 순으로 순환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)들에 저온의 냉기를 발생시키며, 발생된 냉기를 차실내와 전기부품(20)측에 전달한다. 따라서, 차실내와 전기부품(20)을 냉방한다.
여기서, 전기부품 냉방용 저압측 열교환기(12f-2)에서 발생된 냉기는, 냉각수 순환라인(32)을 통해 전기부품(20)에 전달되면서 상기 전기부품(20)을 냉각시킨다.
그리고 히트펌프 모드 시에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(12a)의 냉매가 제 1팽창밸브(12c)를 통과하면서, 고압측 열교환기(12b)→제 1팽창밸브(12c)→실외열교환기(12d) 순으로 순환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 열교환기(12b)에 고온의 열을 발생시키고, 발생된 열이 히터코어측 냉각수순환라인(14)을 통해 히터코어(16)로 전달되며, 열이 전달된 히터코어(16)가 차실내를 난방한다.
한편, 수냉식 냉각장치(30)는, 공조장치(10)의 모드 상태에 따라, 냉각수 순환라인(32)의 냉각수를 공랭식으로 냉각시킬 수 있는 라디에이터(34)를 갖는다.
라디에이터(34)는, 전기부품(20)을 순차적으로 통과한 냉각수 순환라인(32)의 냉각수를 도입하고, 도입된 냉각수의 폐열을 방출한다. 따라서, 전기부품(20)을 냉각시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 3 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 냉매순환라인(12)을 구비하되, 상기 냉매순환라인(12)이 제 3팽창밸브(40)와 전장폐열 칠러(Chiller)(42)를 더 구비하는 구조를 갖는다.
제 3팽창밸브(40)와 전장폐열 칠러(42)는, 제 1팽창밸브(12c)의 상류측과 압축기(12a)의 입구(12a-1)측을 연결하는 분지라인(44)상에 순차적으로 설치된다.
이러한 제 3팽창밸브(40)와 전장폐열 칠러(42)는, 압축기(12a)측에 대해 상기 제 1팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d)와 제 2팽창밸브(12e-1)와 저압측 열교환기(12f-1) 순의 냉매경로(R1, R2)측과 병렬로 연결되도록 구성된다.
이렇게 연결된 제 3팽창밸브(40)와 전장폐열 칠러(42)는, 히트펌프 모드 조건하에서 특정 모드로 진입할 경우, 예를 들면, 도 6 또는 도 7에 도시된 바와 같이, 히트펌프 모드 조건하에서 차실내 제습모드 또는 실외열교환기 제상모드 진입 시에, 제 1팽창밸브(12c)를 통과하기 전의 일부 냉매 또는 전부 냉매를 도입한 후, 이를 감압,팽창 및 증발시키고, 증발된 냉매를 압축기(12a)로 리턴시킨다.
따라서, 히트펌프 모드 조건하에서 차실내 제습모드 또는 실외열교환기 제상모드 진입 시에, 상기 제 1팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d)를 대신하여, 히트펌프 순환루프(Loop)를 형성한다.
이로써, 히트펌프 모드 조건하에서 차실내 제습모드 또는 실외열교환기 제상모드 진입 시에, 상기 제 1팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d)를 또 다른 용도로 사용하거나 또는 사용하지 않도록 할 수 있게 한다. 예를 들면, 차실내의 제습에 사용하거나, 또는 실외열교환기(12d)의 냉매흐름 제한하여 제상(Defrosting)할 수 있게 한다.
여기서, 제 3팽창밸브(40)는, 전자식(EXV)으로 구성되는 것이 바람직하다.
다시, 도 3을 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 공조모드에 따라 압축기(12a)측의 냉매 흐름 방향을 제어하는 냉매흐름제어부(50)를 더 포함한다.
냉매흐름제어부(50)는, 압축기(12a)측의 냉매를, 상기 제 1팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d)와 압축기(12a) 순으로 연결되는 제 1냉매경로(R1), 또는 제 1팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d)와 제 2팽창밸브(12e-1)와 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)와 압축기(12a) 순으로 연결되는 제 2냉매경로(R2), 또는 제 3팽창밸브(40)와 전장폐열 칠러(42)와 압축기(12a) 순으로 연결되는 제 3냉매경로(R3), 또는 제 1 및 제 3냉매경로(R1, R3) 둘 다 동시에, 또는 제 2 및 제 3냉매경로(R2, R3) 둘 다 동시에 도입시킨다.
이러한 냉매흐름제어부(50)는, 제 1 및 제 2냉매경로(R1, R2)의 공통된 부분에 설치되는 상기 가변식 제 1팽창밸브(12c)와 삼방향 흐름제어밸브(52) 및, 제 3냉매경로(R3) 상에 설치되는 상기 가변식 제 3팽창밸브(40)를 포함한다.
가변식 제 1팽창밸브(12c)는, 공조모드에 따라 상기 압축기(12a)측에서 제 1 및 제 2냉매경로(R1, R2)측으로의 냉매 이동을 허용 또는 차단한다.
삼방향 흐름제어밸브(52)는, 제 1 및 제 2냉매경로(R1, R2)의 공통부분으로 도입된 냉매를, 공조모드에 따라 제 1냉매경로(R1)측의 압축기(12a)와, 제 2냉매경로(R2)측의 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1) 중 어느 하나로 도입시킨다.
가변식 제 3팽창밸브(40)는, 공조모드에 따라 상기 압축기(12a)측에서 제 3냉매경로(R3)측으로의 냉매 이동을 허용 또는 차단한다.
이러한 냉매흐름제어부(50)에 의하면, 히트펌프 모드일 시에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 3팽창밸브(40)와 제 1팽창밸브(12c)는 냉매의 감압,팽창이 가능하도록 개방하며, 삼방향 흐름제어밸브(52)는 압축기(12a)로의 냉매흐름을 허용한다.
따라서, 압축기(12a)의 냉매가, 고압측 열교환기(12b)→제 1팽창밸브(12c)→실외열교환기(12d)→압축기(12a) 순의 제 1냉매경로(R1)를 따라 순환될 수 있게 한다.
또한, 압축기(12a)의 냉매가, 고압측 열교환기(12b)→제 3팽창밸브(40)→전장폐열 칠러(42) 순의 제 3냉매경로(R3)를 따라 순환될 수 있게 한다.
이로써, 압축기(12a)→고압측 열교환기(12b)→제 1팽창밸브(12c)→실외열교환기(12d)→압축기(12a)가 제 1히트펌프 순환루프(Loop) 및, 압축기(12a)→고압측 열교환기(12b)→제 3팽창밸브(40)→전장폐열 칠러(42) 순의 제 2히트펌프 순환루프가 동시에 제어되면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
그리고 히트펌프 모드 조건하에서 차실내 제습모드의 진입 시에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 3팽창밸브(40)와 제 1팽창밸브(12c)는 냉매의 감압,팽창이 가능하도록 개방하고, 삼방향 흐름제어밸브(52)는 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)로의 냉매흐름을 허용하도록 구성된다.
따라서, 압축기(12a)의 냉매 중, 일부는 고압측 열교환기(12b)→제 3팽창밸브(40)→전장폐열 칠러(42)→압축기(12a) 순의 제 3냉매경로(R3)로 순환될 수 있게 한다.
이로써, 압축기(12a)→고압측 열교환기(12b)→제 3팽창밸브(40)→전장폐열 칠러(42)→압축기(12a)가 히트펌프 순환루프를 형성하면서 차실내를 난방할 수 있게 한다.
또한, 압축기(12a)의 냉매 중, 다른 일부는 고압측 열교환기(12b)→제 1팽창밸브(12c)→실외열교환기(12d)→제 2팽창밸브(12e-1)→차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)→압축기(12a) 순의 제 2냉매경로(R2)로 순환될 수 있게 한다.
따라서, 압축기(12a)→고압측 열교환기(12b)→제 1팽창밸브(12c)→실외열교환기(12d)→제 2팽창밸브(12e-1)→차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)→압축기(12a)가 차실내 제습 순환루프를 형성하면서 차실내를 제습할 수 있게 한다.
특히, 차실내 제습 순환루프의 경우, 압축기(12a)의 냉매가 제 1팽창밸브(12c)와 제 2팽창밸브(12e-1)를 모두 통과하므로, 압축기(12a)의 냉매가 2번에 걸쳐 감압,팽창되는데, 이러한 2번의 감압,팽창에 따라 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)로 도입되는 냉매의 유량이 증가된다.
이로써, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)에서 충분한 냉기가 발생될 수 있고, 그 결과, 차실내의 제습효과가 향상된다.
또한, 냉매흐름제어부(50)는, 히트펌프 모드 조건하에서 실외열교환기 제상모드의 진입 시에는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1팽창밸브(12c)는 완전히 차단하고, 제 3팽창밸브(40)는 냉매의 감압,팽창이 가능하도록 개방한다.
따라서, 압축기(12a)의 냉매가, 고압측 열교환기(12b)→제 3팽창밸브(40)→전장폐열 칠러(42)→압축기(12a) 순의 제 3냉매경로(R3)로 순환될 수 있게 한다.
이로써, 압축기(12a)→고압측 열교환기(12b)→제 3팽창밸브(40)→전장폐열 칠러(42)→압축기(12a)가 히트펌프 순환루프 및 실외열교환기 제상순환루프를 형성하면서 차실내를 난방하고, 실외열교환기(12d)로의 냉매흐름을 제한하여 상기 실외열교환기(12d)를 제상할 수 있게 한다.
또한, 냉매흐름제어부(50)는, 에어컨 모드일 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 3팽창밸브(40)는 완전히 차단하고, 제 1팽창밸브(12c)는 완전히 개방하며, 삼방향 흐름제어밸브(52)는 저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)들로의 냉매흐름을 허용하도록 구성된다.
따라서, 압축기(12a)의 냉매가, 고압측 열교환기(12b)→실외열교환기(12d)→제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)→저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)→압축기(12a) 순의 제 2냉매경로(R2)로 순환될 수 있게 한다.
따라서, 압축기(12a)→고압측 열교환기(12b)→실외열교환기(12d)→제 2팽창밸브(12e-1, 12e-2)→저압측 열교환기(12f-1, 12f-2)→압축기(12a)가 에어컨 순환루프를 형성하면서 차실내를 냉방할 수 있게 한다.
다시, 도 3을 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 히트펌프 모드 조건하에서, 상기 전기부품(20)의 전장폐열을 상기 냉매순환라인(12)의 전장폐열 칠러(42)로 회수하기 위한 전장폐열회수부(60)를 더 구비한다.
전장폐열회수부(60)는, 전기부품(20)의 전장폐열을 흡수한 냉각수 순환라인(32)의 냉각수를 상기 전장폐열 칠러(42)의 폐열회수유로(42a)측으로 바이패스하는 바이패스 밸브(62)와 바이패스 라인(64)을 포함한다.
특히, 바이패스 밸브(62)와 바이패스 라인(64)은, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 히트펌프 모드 조건하에서, 전기부품(20)의 전장폐열을 흡수한 냉각수 순환라인(32)의 냉각수를 바이패스한 다음, 바이패스된 냉각수를 전장폐열 칠러(42)의 폐열회수유로(42a)로 도입시키고, 전장폐열 칠러(42)의 폐열회수유로(42a)를 통과한 냉각수를 다시 냉각수 순환라인(32)으로 리턴시킨다.
이러한 전장폐열회수부(60)는, 전기부품(20)의 전장폐열을 흡수한 냉각수 순환라인(32)의 냉각수를 바이패스 하고, 바이패스된 냉각수를 전장폐열 칠러(42)의 폐열회수유로(42a)로 도입시킨 후, 폐열회수유로(42a)로 도입된 냉각수와, 전장폐열 칠러(42)를 통과하는 냉매를 상호 열교환시킨다.
따라서, 전기부품(20)의 전장폐열이, 전장폐열 칠러(42)의 냉매에 전달될 수 있게 한다. 이로써, 전장폐열 칠러(42)의 냉매가 압축기(12a)로 리턴될 시에, 전기부품(20)의 전장폐열이 압축기(12a)측으로 회수될 수 있게 한다.
그 결과, 히프펌프 모드의 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킨다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 냉매의 흐름과 구조를 개선함으로써, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 압축기(12a)의 냉매가 2번에 걸쳐 감압,팽창되면서 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)로 도입될 수 있게 한다.
또한, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 압축기(12a)의 냉매가 2번에 걸쳐 감압,팽창되면서 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)로 도입되는 구조이므로, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)로 도입되는 냉매의 유량이 증가된다.
또한, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)로 도입되는 냉매의 유량이 증가되므로, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내 냉방용 저압측 열교환기(12f-1)측에서 충분한 냉기가 발생할 수 있게 하고, 이를 통해, 히트펌프 모드 조건 하에서의 차실내 제습 모드 시에, 차실내의 제습효율을 높일 수 있다.
또한, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 전장폐열을 압축기(12a)측에 회수시키는 구조이므로, 히트펌프 모드 조건하에서의 차실내 제습모드 시에, 히프펌프 모드의 효율을 높일 수 있고, 이를 통해, 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있다.
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 12: 냉매순환라인(Line)
12a: 압축기 12a-1: 압축기의 입구
12b: 고압측 열교환기 12c: 제 1팽창밸브(Valve)
12d: 실외열교환기
12e-1, 12e-2: 제 2팽창밸브(Valve)
12f-1: 차실내 냉방용 저압측 열교환기
12f-2: 전기부품 냉방용 저압측 열교환기
14: 히터코어측 냉각수순환라인 16: 히터코어(Heater Core)
20: 전기부품 30: 수냉식 냉각장치
32: 냉각수 순환라인 34: 라디에이터(Radiator)
40: 제 3팽창밸브 42: 전장폐열 칠러(Chiller)
44: 분지라인 50: 냉매흐름제어부
52: 삼방향 흐름제어밸브 60: 전장폐열회수부
62: 바이패스 밸브(Bypass Valve) 64: 바이패스 라인(Bypass Line)
R1: 제 1냉매경로 R2: 제 2냉매경로
R3: 제 3냉매경로

Claims (13)

  1. 압축기와, 고압측 열교환기와, 실외열교환기와, 복수개의 팽창밸브와 저압측 열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    상기 실외열교환기와 저압측 열교환기의 냉매경로측과 병렬로 연결되며, 차량의 전기부품을 수냉식으로 냉각시키는 냉각수 순환라인과 열교환할 수 있는 전장폐열 칠러와;
    상기 고압측 열교환기의 배출 냉매를 상기 실외열교환기로 유입되기 전에 분기하며, 상기 전장폐열 칠러가 설치되는 분지라인 및;
    상기 실외열교환기와 압축기 순의 제 1냉매경로와, 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기와 압축기 순의 제 2냉매경로와, 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로 중 적어도 어느 하나에 도입시킬 수 있도록, 냉매의 흐름을 제어하는 냉매흐름제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    히트펌프 모드일 시에, 상기 압축기측의 냉매 중, 일부는 상기 실외열교환기와 압축기 순의 제 1냉매경로로 제어하고,
    상기 압축기의 냉매 중, 다른 일부는 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로로 제어하여,
    상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 1팽창밸브와 실외열교환기 순의 제 1히트펌프 순환루프(Loop)와,
    상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러 순의 제 2히트펌프 순환루프가 동시에 제어되면서 차실내를 난방할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    히트펌프 모드 조건하에서 차실내 제습모드 시에,
    상기 압축기측의 냉매 중, 일부는 상기 실외열교환기와 차실내 냉방용 저압측 열교환기와 압축기 순의 제 2냉매경로로 제어하고,
    상기 압축기의 냉매 중, 다른 일부는 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로로 제어하여,
    상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 1팽창밸브와 실외열교환기와 제 2팽창밸브와 차실내 냉방용 저압측 열교환기 순의 차실내 제습 순환루프와,
    상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러 순의 히트펌프 순환루프가 동시에 제어되면서, 차실내 제습과 차실내의 난방이 동시에 이루어질 수 있도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    히트펌프 모드 조건하에서 실외열교환기 제상모드 시에,
    상기 압축기측의 냉매를 상기 전장폐열 칠러와 압축기 순의 제 3냉매경로로 제어하여,
    상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러 순의 히트펌프 순환루프 및 실외열교환기 제상순환루프를 형성하면서 차실내의 난방과, 상기 실외열교환기로의 냉매흐름 제한을 통한 실외열교환기 제상이 동시에 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    에어컨 모드 시에, 상기 압축기측의 냉매를 상기 실외열교환기와 저압측 열교환기와 압축기 순의 제 2냉매경로로 제어하여,
    상기 압축기와 고압측 열교환기와 실외열교환기와 제 2팽창밸브들과 차실내 냉방용 및 전기부품 냉방용 저압측 열교환기 순의 에어컨 순환루프를 형성하면서 차실내와 전기부품을 냉방할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    전기부품의 전장폐열을 흡수한 냉각수를 상기 전기부품 냉방용 저압측 열교환기로 순환시켜, 상기 전기부품을 냉각시키는 상기 냉각수 순환라인 및;
    공조모드에 따라, 상기 냉각수 순환라인의 냉각수에 흡수된 전장폐열을 상기 압축기측으로 회수시키는 전장폐열회수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 전장폐열회수부는,
    히트펌프 모드 조건하에서, 전장폐열을 흡수한 상기 냉각수 순환라인의 냉각수를 상기 전장폐열 칠러측으로 순환시켜,
    상기 압축기로 도입되는 상기 전장폐열 칠러측의 냉매에 전장폐열을 전달할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전장폐열회수부는,
    전장폐열을 흡수한 상기 냉각수 순환라인의 냉각수를 바이패스 하여, 상기 전장폐열 칠러로 순환시키는 바이패스 밸브와 바이패스 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    상기 제 1 및 제 2냉매경로의 공통된 부분에 설치되는 상기 가변식 제 1팽창밸브와 삼방향 흐름제어밸브 및,
    상기 제 3냉매경로 상에 설치되는 상기 가변식 제 3팽창밸브를 포함하며;
    상기 가변식 제 1팽창밸브는, 공조모드에 따라 상기 압축기측에서 상기 제 1 및 제 2냉매경로측으로의 냉매 도입을 허용 또는 차단하고;
    상기 삼방향 흐름제어밸브는, 상기 제 1 및 제 2냉매경로의 공통부분으로 도입된 냉매를, 공조모드에 따라 상기 제 1냉매경로측의 압축기와, 상기 제 2냉매경로측의 저압측 열교환기 중 어느 하나로 도입시키며;
    상기 가변식 제 3팽창밸브는, 공조모드에 따라 상기 압축기측에서 상기 제 3냉매경로측으로의 냉매 도입을 허용 또는 차단하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    히트펌프 모드 시에, 상기 제 1팽창밸브와 상기 제 3팽창밸브는 냉매의 감압,팽창이 가능하도록 개방하며, 상기 삼방향 흐름제어밸브는 압축기로의 냉매흐름을 허용하도록 제어하여,
    상기 압축기측의 냉매가, 상기 고압측 열교환기와 제 1팽창밸브와 실외열교환기와 압축기 순의 상기 제 1냉매경로 및,
    상기 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러 순의 제 3냉매경로로 동시에 제어되면서 차실내를 난방할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    히트펌프 모드 조건하에서 차실내 제습모드 시에, 상기 제 1팽창밸브와 제 3팽창밸브는 냉매의 감압,팽창이 가능하도록 개방하고, 상기 삼방향 흐름제어밸브는 상기 차실내 냉방용 저압측 열교환기로의 냉매흐름을 허용하도록 제어하여,
    상기 압축기측의 냉매가, 상기 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러와 압축기 순의 상기 제 3냉매경로로 제어되면서 차실내를 난방함과 동시에,
    상기 압축기와 고압측 열교환기와 제 1팽창밸브와 실외열교환기와 제 2팽창밸브와 차실내 냉방용 저압측 열교환기와 압축기 순의 상기 제 2냉매경로로 제어되면서 차실내를 제습할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    에어컨 모드 시에, 상기 제 1팽창밸브는 완전히 개방하고, 상기 제 3팽창밸브는 완전히 차단하며, 상기 삼방향 흐름제어밸브는 상기 차실내 냉방용 및 전기부품 냉방용 저압측 열교환기로의 냉매흐름을 허용하도록 제어하여,
    상기 압축기측의 냉매가, 상기 고압측 열교환기와 실외열교환기와 제 2팽창밸브들과 차실내 냉방용 및 전기부품 냉방용 저압측 열교환기 순의 제 2냉매경로로 제어되면서 차실내와 전기부품을 냉방할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 냉매흐름제어부는,
    히트펌프 모드 조건하에서 실외열교환기 제상모드 시에, 상기 제 1팽창밸브는 완전히 차단하고, 상기 제 3팽창밸브는 냉매의 감압,팽창이 가능하도록 개방하여,
    상기 압축기측의 냉매가, 상기 고압측 열교환기와 제 3팽창밸브와 전장폐열 칠러와 압축기 순의 상기 제 3냉매경로로 제어되면서 차실내를 난방함과 동시에,
    상기 실외열교환기로의 냉매흐름을 제한하여, 상기 실외열교환기를 제상할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
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