KR20220037794A - 전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템 - Google Patents

전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템 Download PDF

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KR20220037794A
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신기영
한승식
권동호
김명회
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명에서는 증발기, 히터기, PTC히터가 직렬 배치되고, 기존의 템프도어가 삭제되고 바이패스도어로 대체되어 온도의 조절이 수행됨으로써 전체 구조가 축소된다. 특히, 증발기와 히터기에 순환되는 냉매의 흐름을 전환하여 냉난방을 수행하며, 히트펌프에 의해 냉난방 성능이 확보되는 전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템이 소개된다.

Description

전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템 {AIR CONDITIONER DEVICE FOR ELECTRIC MOTOR VEHICLE AND AIR CONDITIONER SYSTEM FOR ELECTRIC MOTOR VEHICLE USING THE SAME}
본 발명은 온도조절도어를 삭제하고 증발기, 히터기, PTC히터를 직렬 배치하여 전체 구조가 축소되는 전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템에 관한 것이다.
최근 환경친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 사회적 이슈로 대두되고 있는 것이 전기자동차이다. 전기자동차는 배터리로부터 전기를 공급받아 동력을 출력하는 모터를 이용하여 작동한다. 따라서, 이산화탄소의 배출이 없고, 소음이 아주 작으며, 모터의 에너지효율은 엔진의 에너지효율보다 높은 장점이 있어 친환경 자동차로 각광받고 있다.
이런 전기자동차를 구현함에 있어 핵심기술은 배터리 모듈과 관련한 기술이며, 최근 배터리의 경량, 소형화, 짧은 충전시간 등에 대한 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 배터리 모듈은 최적의 온도환경에서 사용하여야 최적의 성능과 긴 수명을 유지할 수 있다. 그러나 구동 중 발생하는 열과 외부의 온도변화에 의해 최적의 온도환경에서 사용하기 어려운 실정이다.
또한, 전기자동차는 내연기관처럼 별도의 엔진에서 연소시 발생되는 폐열원이 없어 전기식 난방장치로 겨울철 차량 실내난방을 수행하고, 또한 혹한기 시 배터리 충방전 성능을 향상시키기 위해 웜업이 필요하므로, 별도의 냉각수 가열식 전기 히터를 각각 구성하여 사용한다. 즉, 배터리 모듈의 최적의 온도환경 유지를 위해 배터리 모듈 온도조절을 위한 냉난방 시스템을 차량 실내 공조를 위한 냉난방 시스템과는 별도로 운용하는 기술이 사용되고 있다.
여기서, 차량 실내 공조를 위한 공조시스템의 경우 주행거리 증대를 위해 난방 에너지 소모를 최소화하기 위한 히트펌프 기술이 적용되어, 에너지 소모량을 최소화한다. 공조시스템은 냉각공기와 난방공기의 제공을 선택적으로 조절하기 위한 온도조절 도어가 구비되고, 증발기 및 히터기에 따른 각 구성들이 각기 이격되어 배치됨에 따라 전체 크기가 증가된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2008-0092527 A (2008.10.16)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 온도조절도어가 삭제되고, 증발기, 히터기, PTC히터가 직렬 배치되어 전체 구조가 축소되는 전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기차량용 공조장치는 공기유입구에서 공기배출구로 연통되는 공조통로를 가지는 케이스; 케이스의 공조통로에서 직렬로 배치되는 증발기, 히터기, 전기히터; 및 케이스의 공조통로에서 증발기의 후방에 배치되고, 증발기를 통과한 공기의 일부가 히터기 및 전기히터를 통과하지 않고 공기배출구로 바이패스되는 것을 선택적으로 허용하는 바이패스도어;를 포함한다.
공조통로는 공기유입구에서 공기배출구로 연통되며 바이패스도어가 설치되는 제1유로와, 제1유로에서 분기되어 공기배출구로 연통되는 제2유로로 이루어진 것을 특징으로 한다.
증발기는 제1유로와 제2유로가 포함되도록 설치되고, 히터기와 전기히터는 제2유로에서 증발기의 후방에 직렬 배치된 것을 특징으로 한다.
한편, 전기차량용 공조장치에 따른 전기차량용 공조시스템에 있어서, 압축기에서 히터기에 연결되는 제1냉매라인; 히터기에서 제1팽창기구를 지나 실외열교환기에 연결되는 제2냉매라인; 실외열교환기에서 제2팽창기구를 지나 증발기에 연결되는 제3냉매라인; 및 증발기에서 압축기에 연결되는 제4냉매라인;을 포함한다.
제1냉매라인에서 분기되어 제2냉매라인에 연결됨에 따라 압축기에서 압축된 냉매가 히터기를 바이패스하도록 하는 제1바이패스라인;을 더 포함하고, 제1냉매라인과 제1바이패스라인에는 제1밸브가 마련된 것을 특징으로 한다.
제3냉매라인에서 분기되어 제4냉매라인에 연결됨에 따라 냉매가 제2팽창기구 및 증발기를 바이패스하도록 하는 제2바이패스라인;을 더 포함하고, 제3바이패스라인에는 제2밸브가 마련된 것을 특징으로 한다.
기설정된 냉방모드, 난방모드, 온도조절 및 제습모드에 따라 제1팽창기구, 제2팽창기구, 제1밸브, 제2밸브를 제어하는 제어유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 냉방모드시, 제1밸브가 제1바이패스라인측으로 개방되고 제2밸브가 폐쇄되며, 제1팽창기구가 완전 개방되고, 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 냉방모드시, 전기히터가 미동작되고 바이패스도어가 개방 동작되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 난방모드시, 제1밸브가 히터기측으로 개방되고, 제2밸브가 개방되며, 제1팽창기구가 냉매를 팽창시키고, 제2팽창기구가 폐쇄되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 난방모드시, 전기히터가 동작되고 바이패스도어가 폐쇄 동작되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 제1밸브가 히터기측으로 개방되고, 제2밸브가 폐쇄되며, 제1팽창기구가 완전 개방되고, 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 히터기 및 증발기를 통해 조절된 공조공기의 온도를 파악하고 공조공기의 온도가 실내의 요구온도에 따른 타겟온도를 추종하도록 전기히터 온/오프, 제1밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 공조공기의 온도가 타겟온도보다 높을 경우 전기히터가 미동작되고 제1밸브가 제1바이패스라인측으로 개방되도록 하는 것을 특징으로 한다.
제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 공조공기의 온도가 타겟온도보다 낮을 경우 전기히터가 동작되고 바이패스도어를 조절하여 히터기 및 전기히터측으로 유통되는 공기량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템은 증발기, 히터기, PTC히터가 직렬 배치되고, 기존의 템프도어가 삭제되고 바이패스도어로 대체되어 온도의 조절이 수행됨으로써 전체 구조가 축소된다. 특히, 증발기와 히터기에 순환되는 냉매의 흐름을 전환하여 냉난방을 수행하며, 히트펌프에 의해 냉난방 성능이 확보된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차량용 공조장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 전기차량용 공조장치에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도.
도 3은 냉방모드에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도.
도 4는 냉방모드에 따른 전기차량용 공조장치를 설명하기 위한 도면.
도 5는 난방모드에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도.
도 6은 난방모드에 따른 전기차량용 공조장치를 설명하기 위한 도면.
도 7은 온도조절 및 제습모드에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도.
도 8은 온도조절 및 제습모드에 따른 전기차량용 공조장치를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 전기차량용 공조장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 전기차량용 공조장치에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도이며, 도 3은 냉방모드에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도이고, 도 4는 냉방모드에 따른 전기차량용 공조장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 난방모드에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도이고, 도 6은 난방모드에 따른 전기차량용 공조장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 온도조절 및 제습모드에 따른 전기차량용 공조시스템의 회로도이고, 도 8은 온도조절 및 제습모드에 따른 전기차량용 공조장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 전기차량용 공조장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 공기유입구(110)에서 공기배출구(120)로 연통되는 공조통로(130)를 가지는 케이스(100); 케이스(100)의 공조통로(130)에서 직렬로 배치되는 증발기(200), 히터기(300), 전기히터(400); 및 케이스(100)의 공조통로(130)에서 증발기(200)의 후방에 배치되고, 증발기(200)를 통과한 공기의 일부가 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통과하지 않고 공기배출구(120)로 바이패스되는 것을 선택적으로 허용하는 바이패스도어(500);를 포함한다.
케이스(100)는 일측으로 공기유입구(110)가 형성되고, 공조통로(130)에 통과한 공기가 공기배출구(120)를 통과한다. 이때, 공기는 증발기(200) 또는 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통해 온도가 조절되어 실내에 공조공기로서 제공된다. 여기서, 케이스(100)의 공기배출구(120)는 디프로스트 벤트, 풋 벤트 등 다양한 벤트가 적용될 수 있으며, 각 벤트에는 해당 벤트의 개도량을 조절하는 도어가 각기 설치될 수 있다. 또한, 전기히터(400)는 PTC히터로 구성될 수 있다.
특히, 케이스(100)의 공조통로(130)에는 증발기(200), 히터기(300), 전기히터(400)가 마련되며, 증발기(200), 히터기(300), 전기히터(400)는 서로 인접하여 직렬 배치된다. 이로 인해, 증발기(200)와 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통해 냉/난방공기가 형성될 수 있다. 이러한 증발기(200), 히터기(300) 외에 압축기(10), 실외열교환기(30), 팽창기구로 이루어지는 히트펌프 시스템은 하기에 다시 설명하도록 한다.
또한, 케이스(100)에는 공조통로(130)에서 증발기(200)의 후방에 배치되는 바이패스도어(500)가 구비된다. 이러한 바이패스도어(500)는 케이스(100)의 공조통로(130)에서 증발기(200)의 후방에 배치됨으로써, 증발기(200)를 통과한 공기의 일부가 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통과하지 않고 공기배출구(120)로 바이패스하거나, 공기가 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통과하도록 한다. 특히, 종래에는 도 9에서 볼 수 있듯이, 증발기(1)와 히터기(2)가 이격 배치되고, 증발기(1)와 히터기(2) 사이에 공조공기의 온도 조절을 위해 템프도어(3)가 마련되었지만, 본 발명에서는 도 1에서 볼 수 있듯이, 종래의 템프도어가 삭제되고 일부 공기만 통과되는 통로에 바이패스도어(500)가 마련되어 전체 레이아웃이 축소된다.★
이를 통해, 냉방공기 제공시 바이패스도어(500)가 개방됨으로써, 증발기(200)를 통과한 공기가 히터기(300) 및 전기히터(400)틀 통과함과 더불어 바이패스도어(500)의 개방 부분으로도 일부 공기가 통과됨에 따라, 냉방공기의 풍량이 확보된다.
또한, 난방공기 제공시 바이패스도어(500)가 폐쇄됨으로써, 공기가 히터기(300) 및 전기히터(400)만으로 통과됨에 따라 난방공기의 형성 효율이 향상된다.
이처럼, 본 발명은 증발기(200), 히터기(300), 전기히터(400)가 직렬 배치됨에 따라 전체 구조가 축소되고, 냉난방을 수행할 수 있다.
상세하게, 도 1에서 볼 수 있듯이, 공조통로(130)는 공기유입구(110)에서 공기배출구(120)로 연통되며 바이패스도어(500)가 설치되는 제1유로(131)와, 제1유로(131)에서 분기되어 공기배출구(120)로 연통되는 제2유로(132)로 이루어진다.
여기서, 증발기(200)는 제1유로(131)와 제2유로(132)가 포함되도록 설치되고, 히터기(300)와 전기히터(400)는 제2유로(132)에서 증발기(200)의 후방에 직렬 배치될 수 있다.
이렇게, 공조통로(130)는 제1유로(131)와 제2유로(132)로 분기되며, 제1유로(131)와 제2유로(132)는 격벽에 의해 구획될 수 있다. 즉, 제1유로(131)는 공기유입구(110)에서 공기배출구(120)로 연통됨에 따라 공기유입구(110)를 통해 유입된 공기가 증발기(200)만을 통과하여 공기배출구(120)로 이동되고, 제2유로(132)는 제1유로(131)에서 분기됨에 따라 공기유입구(110)를 통해 유입된 공기가 증발기(200) 이후 히터기(300)와 전기히터(400)를 통과하여 공기배출구(120)로 이동된다.
이처럼, 제1유로(131)는 냉방공기의 제공시 냉방공기의 유량을 확보하기 위한 것으로, 공기의 일부가 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통과하지 않고 공기배출구(120)로 유통된다. 제2유로(132)는 공기가 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통과하여 온도가 상승됨에 따라 난방공기가 공기배출구(120)로 유통된다. 이러한 제1유로(131)와 제2유로(132)의 개도량은 바이패스도어(500)에 의해 조절되며, 바이패스도어(500)는 냉방공기 또는 난방공기의 제공 여부에 따라 개도 위치가 조절된다.
한편, 상술한 전기차량용 공조장치에 따른 전기차량용 공조시스템은 하기와 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기차량용 공조시스템은 압축기(10)에서 히터기(300)에 연결되는 제1냉매라인(L1); 히터기(300)에서 제1팽창기구(20)를 지나 실외열교환기(30)에 연결되는 제2냉매라인(L2); 실외열교환기(30)에서 제2팽창기구(40)를 지나 증발기(200)에 연결되는 제3냉매라인(L3); 및 증발기(200)에서 압축기(10)에 연결되는 제4냉매라인(L4);을 포함한다.
이러한 제1냉매라인(L1), 제2냉매라인(L2), 제3냉매라인(L3), 제4냉매라인(L4)에는 냉매가 순환되며, 냉매의 순환 방향에 따라 냉방 또는 난방 공기가 형성되고, 히트펌프가 구현될 수 있다.
여기서, 압축기(10)는 냉매를 압축하여 배출함에 따라 각 냉매라인에 냉매가 순환되도록 하고, 팽창기구는 냉난방 여부에 따라 냉매를 팽창시키거나, 완전 개방되어 냉매가 통과되도록 하거나. 폐쇄되어 냉매가 통과되지 않도록 한다. 팽창기구의 경우 복수로 구성될 수 있으며, 냉난방 여부에 따른 냉매의 순환 방향에 따라 개폐가 조절된다.
실외열교환기(30)는 실외에 배치될 수 있으며, 라디에이터 팬의 회전을 통해 냉매의 온도 조절을 수행할 수 있다.
한편, 제1냉매라인(L1)에서 분기되어 제2냉매라인(L2)에 연결됨에 따라 압축기(10)에서 압축된 냉매가 히터기(300)를 바이패스하도록 하는 제1바이패스라인(L5);을 더 포함하고, 제1냉매라인(L1)과 제1바이패스라인(L5)에는 제1밸브(50)가 마련될 수 있다.
이를 통해, 압축기(10)에서 압축된 냉매가 제1밸브(50)의 개폐 여부에 따라 제1냉매라인(L1)을 통해 히터기(300)를 순환하거나, 제1바이패스라인(L5)을 통해 히터기(300)를 순환하지 않고 바이패스되어 제2냉매라인(L2)에 순환될 수 있다. 이로 인해, 히터기(300)는 제1밸브(50)에 의한 냉매의 선택적인 순환에 의해, 압축기(10)에서 압축된 고온의 냉매를 통한 공기의 가열이 선택적으로 수행될 수 있다.
한편, 제3냉매라인(L3)에서 분기되어 제4냉매라인(L4)에 연결됨에 따라 냉매가 제2팽창기구(40) 및 증발기(200)를 바이패스하도록 하는 제2바이패스라인(L6);을 더 포함하고, 제3바이패스라인에는 제2밸브(60)가 마련될 수 있다.
이를 통해, 실외열교환기(30)를 통과한 냉매가 제2팽창기구(40) 및 제2밸브(60)의 개폐 여부에 따라 증발기(200)를 순환하거나, 제2바이패스라인(L6)을 통해 증발기(200)를 순환하지 않고 바이패스되어 압축기(10)로 유통될 수 있다. 이로 인해, 증발기(200)에 냉매의 순환 여부가 결정되며, 제2밸브(60)에 의해 냉매의 순환 방향이 전환되어 공기의 냉각이 선택적으로 수행될 수 있다.
상술한 전기차량용 공조시스템은 기설정된 냉방모드, 난방모드, 온도조절 및 제습모드에 따라 제1팽창기구(20), 제2팽창기구(40), 제1밸브(50), 제2밸브(60)를 제어하는 제어유닛(70)을 통해, 온도 조절된 공조공기를 제공할 수 있다.
제어유닛(70)은 실내에서 요구되는 온도 조건에 따라 특정 모드를 결정하여 제1팽창기구(20), 제2팽창기구(40), 제1밸브(50), 제2밸브(60)를 제어함으로써, 복수의 냉매라인 및 바이패스라인으로 순환되는 냉매를 통해 냉방공기 또는 난방공기가 실내에 제공되도록 할 수 있다.
상세하게, 제어유닛(70)은 냉방모드시, 제1밸브(50)가 제1바이패스라인(L5)측으로 개방되고 제2밸브(60)가 폐쇄되며, 제1팽창기구(20)가 완전 개방되고, 제2팽창기구(40)가 냉매를 팽창시킨다.
이로 인해, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축기(10)에서 압축된 냉매가 제1바이패스라인(L5)을 통해 히터기(300)를 순환하지 않고 바이패스되어 제2냉매라인(L2)의 제1팽창기구(20)로 순환된다. 이에 따라, 히터기(300)에 고온의 냉매가 순환되지 않음에 따라 히터기(300)를 통한 공기의 가열이 수행되지 않는다.
한편, 제1팽창기구(20)는 완전 개방 상태임에 따라 냉매가 통과되어 실외열교환기(30)로 이동되고, 실외열교환기(30)를 통해 냉매의 열이 방열된다. 이후, 냉매는 제2팽창기구(40)를 통해 팽창되고 증발기(200)에서 냉매의 증발이 수행됨에 따라 증발기(200)를 통과하는 공기가 냉각된다. 여기서, 제2팽창기구(40) 이전에 실외열교환기(30)를 통해 냉매의 열이 방열됨에 따라 히트펌프에 의한 냉매의 증발 효율이 향상된다.
이와 더불어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어유닛(70)은 전기히터(400)가 미동작되고, 바이패스도어(500)가 개방 동작되도록 한다. 이로 인해, 공기유입구(110)를 통해 유입된 공기의 일부가 바이패스도어(500)를 통해 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통과하지 않고 바이패스되어 공기배출구(120)로 유통됨에 따라 냉방공기의 풍량이 확보된다.
이와 같이, 실내에 냉방공기 제공시, 히트펌프의 구현을 통해 냉방 효율이 향상되고, 바이패스도어(500)의 개방에 의해 냉방공기의 풍량이 확보될 수 있다.
한편, 제어유닛(70)은 난방모드시, 제1밸브(50)가 히터기(300)측으로 개방되고, 제2밸브(60)가 개방되며, 제1팽창기구(20)가 냉매를 팽창시키고, 제2팽창기구(40)가 폐쇄되도록 한다.
이로 인해, 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(10)에서 압축된 냉매는 제1냉매라인(L1)을 통해 히터기(300)로 순환됨으로써 히터기(300)를 통한 냉매의 방열에 의해 공기의 가열이 수행되어 난방공기를 형성할 수 있다.
한편, 제1팽창기구(20)는 냉매를 팽창시킴으로써 히터기(300)를 통과함에 따라 응축된 냉매가 팽창되고, 팽창된 냉매가 실외열교환기(30)로 유통되어 실외열교환기(30)에서 증발되어 외부의 열을 흡열하게 된다. 이후, 냉매는 제2밸브(60)가 개방되고, 제2팽창기구(40)가 폐쇄됨에 따라 제2바이패스라인(L6)을 통해 압축기(10)로 순환된다. 여기서, 압축기(10) 이전에 실외열교환기(30)에서 외부이 열이 흡열됨에 따라 냉매의 온도가 상승되어 압축기(10)를 통한 냉매의 온도를 추가 확보할 수 있다. 이러한 히트펌프의 구현을 통해, 압축기(10)에서 압축된 고온의 냉매가 히터기(300)로 순환시 히터기(300)를 통한 난방 효율이 향상된다.
이와 더불어, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어유닛(70)은 전기히터(400)가 동작되고, 바이패스도어(500)가 폐쇄 동작되도록 할 수 있다. 이로 인해, 공기유입구(110)를 통해 유입된 공기는 바이패스도어(500)의 폐쇄에 의해 히터기(300) 및 전기히터(400)측으로 유통되고, 히터기(300)만으로 만족하지 못하는 공기의 온도를 전기히터(400)가 충족시킴으로써 실내에서 요구되는 난방공기를 형성할 수 있다.
이와 같이, 실내에 난방공기 제공시, 히트펌프의 구현을 통해 난방 효율이 향상되고, 바이패스도어(500)의 폐쇄에 의해 난방공기를 충분히 확보할 수 있다.
한편, 제어유닛(70)은 온도조절 및 제습모드시, 제1밸브(50)가 히터기(300)측으로 개방되고, 제2밸브(60)가 폐쇄되며, 제1팽창기구(20)가 완전 개방되고, 제2팽창기구(40)가 냉매를 팽창시킬 수 있다.
이로 인해, 도 7에 도시된 바와 같이, 압축기(10)에서 압축된 냉매는 제1냉매라인(L1)을 통해 히터기(300)로 순환됨으로써 히터기(300)를 통한 냉매의 방열에 의해 공기의 가열이 수행되어 난방공기를 형성된다. 또한, 제1팽창기구(20)는 완전 개방 상태임에 따라 냉매가 통과되어 실외열교환기(30)로 이동되고, 실외열교환기(30)를 통해 냉매의 열이 방열된다. 이후, 냉매는 제2팽창기구(40)를 통해 팽창되고 증발기(200)에서 냉매의 증발이 수행됨에 따라 증발기(200)를 통과하는 공기가 냉각된다.
이처럼, 온도조절시 히터기(300)와 증발기(200)에 모두 냉매가 순환됨에 따라 난방공기와 냉방공기가 모두 형성되고, 난방공기와 냉방공기가 혼합되어 온도가 조절된다. 이와 더불어, 제어유닛(70)은 압축기(10)의 동작량(RPM)을 제어하여 냉매의 온도 조절을 통해 공기의 온도를 조절할 수 있다. 또한, 증발기(200)에 의해 공기 내의 수분이 제거되어 제습모드를 구현할 수 있다.
여기서, 제어유닛(70)은 공기의 온도가 정밀히 조절되도록 하기와 같은 제어를 수행할 수 있다.
즉, 제어유닛은 히터기(300) 및 증발기(200)를 통해 조절된 공조공기의 온도를 파악하고, 공조공기의 온도가 실내의 요구온도에 따른 타겟온도를 추종하도록 전기히터(400) 온/오프, 제1밸브(50)의 개폐를 제어할 수 있다.
여기서, 히터기(300) 및 증발기(200)를 통해 조절된 공조공기의 온도는 증발기(200)의 냉매 온도와 히터기(300)의 냉매 온도를 통해 증발기(200)와 히터기(300)를 통과하는 공기의 온도를 파악할 수 있다. 타겟온도는 실내 탑승자가 설정하거나, 자동설정된 실내의 최적화된 온도이다.
이에 따라, 제어유닛(70)은 공조공기의 온도와 타겟온도를 비교하고, 공조공기의 온도가 타겟온도를 추종하도록 각 구성의 제어를 수행할 수 있다.
상세하게, 제어유닛(70)은 공조공기의 온도가 타겟온도보다 높을 경우 전기히터(400)가 미동작되고, 제1밸브(50)가 제1바이패스라인(L5)측으로 개방되도록 한다.
이렇게, 공조공기의 온도가 타겟온도보다 높음에 따라 뜨거운 공조공기가 제공되는 경우, 전기히터(400)가 미동작되도록 하고 제1밸브(50)가 제1바이패스측으로 개방되도록 한다. 이로 인해, 히터기(300)에는 압축기(10)에서 압축된 고온의 냉매가 순환되지 않음에 따라 공기의 가열이 수행되지 않고, 증발기(200)를 통과한 냉각공기가 제공되어 공조공기의 온도가 타겟온도를 추종하도록 한다. 이때, 제1팽창기구는 개방되고, 제2팽창기구는 냉매를 팽창시키며, 제2밸브가 폐쇄동작될 수 있다. 이와 더불어, 제어유닛(70)은 바이패스도어(500)를 제어하여, 증발기(200)를 통과한 공기량의 송풍량을 확보할 수 있다.
한편, 제어유닛(70)은 공조공기의 온도가 타겟온도보다 낮을 경우 전기히터(400)가 동작되고, 바이패스도어(500)를 조절하여 히터기(300) 및 전기히터(400)측으로 유통되는 공기량을 증가시킨다.
이렇게, 공조공기의 온도가 타겟온도보다 낮음에 따라 차가운 공조공기가 제공되는 경우, 전기히터(400)가 동작되도록 하여 공조공기를 가열한다. 이로 인해, 증발기(200), 히터기(300)를 통과한 공조공기의 온도가 전기히터(400)에 의해 상승되어 공조공기의 온도가 타겟온도를 추종할 수 있다. 이와 더불어, 바이패스도어(500)를 조절하여 히터기(300) 및 전기히터(400)측으로 유통되는 공기량을 확보하여 공조공기의 온도가 타겟온도를 효율적으로 추종할 수 있다.
이와 같이, 제어유닛(70)은 공기유입구(110)를 통해 유입된 공기가 바이패스도어(500)의 개도량에 따라 증발기(200)만을 통과한 냉방공기와 히터기(300) 및 전기히터(400)를 통과한 난방공기의 유통량이 조절되고, 제1밸브(50)의 개폐 방향을 조절하여 냉매가 히터기(300)를 선택적으로 통과하며, 전기히터(400)의 동작을 제어하여 유통되는 공기의 온도가 조절되도록 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기차량용 공조장치 및 이를 이용한 전기차량용 공조시스템은 증발기(200), 히터기(300), PTC히터가 직렬 배치되어 전체 구조가 축소되고, 히트펌프에 의해 냉난방 성능이 확보된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:케이스 110:공기유입구
120:공기배출구 130:공조통로
131:제1유로 132:제2유로
200:증발기 300:히터기
400:전기히터 500:바이패스도어
10:압축기 20:제1팽창기구
30:실외열교환기 40:제2팽창기구
50:제1밸브 60:제2밸브
70:제어유닛
L1:제1냉매라인 L2:제2냉매라인
L3:제3냉매라인 L4:제4냉매라인
L5:제1바이패스라인 L6:제2바이패스라인

Claims (15)

  1. 공기유입구에서 공기배출구로 연통되는 공조통로를 가지는 케이스;
    케이스의 공조통로에서 직렬로 배치되는 증발기, 히터기, 전기히터; 및
    케이스의 공조통로에서 증발기의 후방에 배치되고, 증발기를 통과한 공기의 일부가 히터기 및 전기히터를 통과하지 않고 공기배출구로 바이패스되는 것을 선택적으로 허용하는 바이패스도어;를 포함하는 전기차량용 공조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    공조통로는 공기유입구에서 공기배출구로 연통되며 바이패스도어가 설치되는 제1유로와, 제1유로에서 분기되어 공기배출구로 연통되는 제2유로로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    증발기는 제1유로와 제2유로가 포함되도록 설치되고,
    히터기와 전기히터는 제2유로에서 증발기의 후방에 직렬 배치된 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조장치.
  4. 청구항 1의 전기차량용 공조장치에 따른 전기차량용 공조시스템에 있어서,
    압축기에서 히터기에 연결되는 제1냉매라인;
    히터기에서 제1팽창기구를 지나 실외열교환기에 연결되는 제2냉매라인;
    실외열교환기에서 제2팽창기구를 지나 증발기에 연결되는 제3냉매라인; 및
    증발기에서 압축기에 연결되는 제4냉매라인;을 포함하는 전기차량용 공조시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    제1냉매라인에서 분기되어 제2냉매라인에 연결됨에 따라 압축기에서 압축된 냉매가 히터기를 바이패스하도록 하는 제1바이패스라인;을 더 포함하고,
    제1냉매라인과 제1바이패스라인에는 제1밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    제3냉매라인에서 분기되어 제4냉매라인에 연결됨에 따라 냉매가 제2팽창기구 및 증발기를 바이패스하도록 하는 제2바이패스라인;을 더 포함하고,
    제3바이패스라인에는 제2밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    기설정된 냉방모드, 난방모드, 온도조절 및 제습모드에 따라 제1팽창기구, 제2팽창기구, 제1밸브, 제2밸브를 제어하는 제어유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 냉방모드시, 제1밸브가 제1바이패스라인측으로 개방되고 제2밸브가 폐쇄되며, 제1팽창기구가 완전 개방되고, 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 냉방모드시, 전기히터가 미동작되고 바이패스도어가 개방 동작되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 난방모드시, 제1밸브가 히터기측으로 개방되고, 제2밸브가 개방되며, 제1팽창기구가 냉매를 팽창시키고, 제2팽창기구가 폐쇄되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 난방모드시, 전기히터가 동작되고 바이패스도어가 폐쇄 동작되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 제1밸브가 히터기측으로 개방되고, 제2밸브가 폐쇄되며, 제1팽창기구가 완전 개방되고, 제2팽창기구가 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  13. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 히터기 및 증발기를 통해 조절된 공조공기의 온도를 파악하고 공조공기의 온도가 실내의 요구온도에 따른 타겟온도를 추종하도록 전기히터 온/오프, 제1밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  14. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 공조공기의 온도가 타겟온도보다 높을 경우 전기히터가 미동작되고 제1밸브가 제1바이패스라인측으로 개방되도록 하는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
  15. 청구항 7에 있어서,
    제어유닛은 온도조절 및 제습모드시, 공조공기의 온도가 타겟온도보다 낮을 경우 전기히터가 동작되고 바이패스도어를 조절하여 히터기 및 전기히터측으로 유통되는 공기량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전기차량용 공조시스템.
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