KR20220102334A - 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은, 배터리 및 전장품 냉각용의 2종의 라디에이터를 구비하는 전기자동차에서, 차량의 공조 시스템이 난방 모드로서 히트펌프 시스템으로서 작동하고 있을 때 동절기 시동 직후 전방에 배치된 라디에이터에 발생된 서리를 효과적으로 제거할 수 있도록 하는, 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 배터리 냉각용 라디에이터 및 전장품 냉각용 라디에이터가 방열핀을 공유하는 형태로 결합됨으로써 서로간에 얼마간의 열교환이 가능하도록 함과 동시에 냉각수 흐름을 개선함으로써, 난방 모드 시 히트펌프 시스템 작동 중에도 난방성능을 유지하면서도 효과적으로 제상을 수행할 수 있도록 하는, 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

Description

라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법 {Radiator, heat-pump system having the same radiator, and controlling method for the same heat-pump system}
본 발명은 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차에서 배터리를 냉각하는 라디에이터와 전장품을 냉각하는 라디에이터가 결합된 형태로 이루어지는 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진 룸 내에는 엔진 등과 같은 구동을 위한 부품뿐만 아니라, 엔진 등과 같은 차량 내 각 부품을 냉각하거나 또는 차량 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 라디에이터, 인터쿨러, 증발기, 응축기 등과 같은 다양한 열교환기들이 구비된다. 이와 같은 열교환기들은 일반적으로 내부에 열교환매체가 유통하며, 열교환기 내부의 열교환매체와 열교환기 외부의 공기가 서로 열교환함으로써 냉각 또는 방열이 이루어지게 된다. 이처럼 1종의 열교환매체가 외부 공기와 열교환하는 방식의 열교환기를 공랭식 열교환기라고 칭하기도 한다.
라디에이터는 일반적으로 엔진을 냉각하는 냉각수를 공기와 열교환하여 냉각시키는 열교환기로서, 즉 내부에 고온의 냉각수가 유통된다. 한편 환경문제 등으로 인하여 최근 전기자동차에 대한 수요가 증가하고 있는데, 내연기관을 동력으로 하는 차량의 경우에는 냉각수가 엔진만을 냉각하는 반면 전기자동차의 경우에는 냉각수가 배터리 및 그 외 전장품을 냉각하도록 이루어진다. 이 때 배터리에서는 상대적으로 더 많은 열이 발생하여 배터리로부터 열을 흡수한 냉각수는 보다 고온이 되며, 전장품에서는 상대적으로 더 적은 열이 발생하여 전장품으로부터 열을 흡수한 냉각수는 보다 저온이 된다. 이처럼 전기자동차의 경우 냉각수가 냉각해야 할 대상이 배터리 및 전장품으로 2가지인데 각각에서 냉각수의 온도영역 간에 차이가 있기 때문에, 각각에서의 열교환성능을 극대화하기 위하여 배터리 냉각용 라디에이터 및 전장품 냉각용 라디에이터가 별도로 형성되도록 하고 있다. 이러한 관점에서, 냉각수의 온도영역에 따라 라디에이터들을 고온 라디에이터 / 저온 라디에이터라고 구분하여 칭하기도 한다. 한국특허공개 제 2019-0031580호("차량 내 전기 파워 유닛용 냉각 시스템", 2019.03.26.)에는, 동력전자장치를 냉각하는 고온 라디에이터 및 전기에너지저장장치를 냉각하는 저온 라디에이터, 이렇게 2개의 라디에이터가 전후방향으로 병렬 배치된 구성으로 된 차량용 냉각시스템이 개시된다.
한편 동절기에는 난방 모드 시 공조 시스템이 히트펌프 시스템으로서 작동하게 된다. 일반적으로 냉방 시스템이 히트펌프 시스템으로서 작동하는 경우, 원래 냉방 시스템에서 (내부의 냉매가 응축되도록 외부로 열을 방출하는) 응축기는 히트펌프 시스템에서는 (외부로부터 열을 흡수하여 내부의 냉매가 증발되는) 증발기 역할을 한다. 수냉식 응축기가 적용된 히트펌프 시스템의 경우, 다른 부품으로부터 열을 흡수하여 고온이 된 냉각수가 응축기의 냉매로 열을 전달하게 된다.
앞서 설명한 바와 같이 전기자동차의 경우 배터리 / 전장품 냉각용 라디에이터가 각각 구비되며, 일반적으로 두 종류의 라디에이터는 전후방향으로 병렬 배치된다. 동절기의 경우 시동 초기에는 냉각수가 아직 배터리나 전장품으로부터 열을 흡수하지 않은 상태이므로 영하의 상태이다. 전방으로부터 주행풍이 불어와 전방의 라디에이터가 외기와 접촉하는 과정에서, 상술한 바와 같이 라디에이터 내 냉각수가 영하 상태인 경우 외기 중의 수분이 전방의 라디에이터 표면에서 동결되어 착상이 발생하게 된다. 라디에이터 상의 착상이 증가되면 외기와의 열교환이 원활하지 못하게 되므로 전체적인 난방성능이 저하된다. 그런데 제상을 하기 위해서 히트펌프 모드를 멈추게 되면 차량 난방에 문제가 생기게 된다.
이처럼 라디에이터 상에 서리가 끼었을 경우 난방성능 저하를 방지하기 위하여 이를 신속히 제거해야 함이 당연하지만, 시스템 특성상 난방성능을 유지하면서 제상을 수행하는 것이 상당히 난해하다는 문제가 있었다.
1. 한국특허공개 제 2019-0031580호("차량 내 전기 파워 유닛용 냉각 시스템", 2019.03.26.)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 배터리 및 전장품 냉각용의 2종의 라디에이터를 구비하는 전기자동차에서, 차량의 공조 시스템이 난방 모드로서 히트펌프 시스템으로서 작동하고 있을 때 동절기 시동 직후 전방에 배치된 라디에이터에 발생된 서리를 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다. 보다 상세하게는, 배터리 냉각용 라디에이터 및 전장품 냉각용 라디에이터가 방열핀을 공유하는 형태로 결합됨으로써 서로간에 얼마간의 열교환이 가능하도록 함과 동시에 냉각수 흐름을 개선함으로써, 난방 모드 시 히트펌프 시스템 작동 중에도 난방성능을 유지하면서도 효과적으로 제상을 수행할 수 있도록 하는 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 라디에이터(100)는, 배터리(115) 및 전장품(125)을 포함하는 전기차량에 구비되며, 수냉식 응축기(10), 압축기(20), 실내기(30)를 포함하고, 냉매가 순환하면서 상기 실내기(30)가 방열하여 난방을 수행하는 히트펌프 시스템의 상기 수냉식 응축기(10)에 유통되는 냉각수를 냉각하는 라디에이터(100)에 있어서, 외부 공기가 불어오는 방향을 전방, 불어나가는 방향을 후방이라 할 때, 상기 배터리(115)를 냉각하는 냉각수가 유통되며, 내부에 냉각수유동공간을 형성하며 서로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제1헤더탱크(111) 및 상기 제1헤더탱크(111)에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 제1튜브(112)를 포함하는 제1열교환부(110); 상기 전장품(125)을 냉각하는 냉각수가 유통되며, 내부에 냉각수유동공간을 형성하며 서로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제2헤더탱크(121) 및 상기 제2헤더탱크(121)에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 제2튜브(122)를 포함하고, 상기 제1열교환부(110) 후방에 배치되는 제2열교환부(120); 전방 일부가 상기 제1튜브(112) 사이에 개재되며, 후방 일부가 상기 제2튜브(122) 사이에 개재되는 복수 개의 방열핀(130); 을 포함할 수 있다.
이 때 상기 라디에이터(100)는, 복수 개의 상기 제1튜브(111)들 서로간의 이격간격 및 복수 개의 상기 제2튜브(121)들 서로간의 이격간격이 동일하게 형성되며, 복수 개의 상기 제1튜브(111)들 서로간의 이격공간 위치 및 복수 개의 상기 제2튜브(121)들 서로간의 이격공간 위치가 동일하게 배치되어, 상기 방열핀(130)이 전후방향으로 평탄하게 연장 형성될 수 있다.
또한 상기 라디에이터(100)는, 상기 제1헤더탱크(111) 및 상기 제2헤더탱크(121)는 전후방향으로 결합된 일체형으로 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 의한 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템은, 배터리(115) 및 전장품(125)을 포함하는 전기차량에 구비되며, 수냉식 응축기(10), 압축기(20), 실내기(30)를 포함하고, 냉매가 순환하면서 상기 실내기(30)가 방열하여 난방을 수행하는 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 히트펌프 시스템은, 냉매가 상기 수냉식 응축기(10), 상기 압축기(20), 상기 실내기(30)를 순환하는 1차 순환경로인 냉매루프(LP1); 냉각수 일부가 상기 수냉식 응축기(10), 상기 배터리(115), 제 1항에 의한 상기 라디에이터(100)의 상기 제1열교환부(110)를 순환하는 2차 순환경로인 저온냉각수루프(LP2-1); 냉각수 나머지 일부가 상기 수냉식 응축기(10), 상기 전장품(125), 제 1항에 의한 상기 라디에이터(100)의 상기 제2열교환부(120)를 순환하는 2차 순환경로인 고온냉각수루프(LP2-2); 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 저온냉각수루프(LP2-1)는, 상기 제1열교환부(110) 배출단과 연결되는 제1배출노드(110A) 및 상기 제1열교환부(120) 유입단과 연결되는 제1유입노드(110B)를 포함하며, 냉각수가 상기 제1열교환부(110) 배출단 - 상기 수냉식 응축기(10) - 상기 제1배출노드(110A) - 상기 배터리(115) - 상기 제1유입노드(110B) - 상기 제1열교환부(110) 유입단을 순차적으로 통과하여 상기 배터리(115)를 냉각하는 제1냉각용순환경로 및 냉각수가 상기 제1열교환부(110) 배출단 - 상기 제1배출노드(110A) - 상기 수냉식 응축기(10) - 상기 제1유입노드(110B) - 상기 제1열교환부(110) 유입단을 순차적으로 통과하여 상기 수냉식 응축기(10)에 유통되는 냉매와 열교환하는 제1냉매용순환경로를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 저온냉각수루프(LP2-1)는, 상기 제1배출노드(110A) 및 상기 제1유입노드(110B) 각각에 삼방밸브가 구비되며, 상기 전기차량 실내의 냉방, 난방, 제습, 제상을 포함하는 공조모드에 따라 상기 삼방밸브 각 유통단의 개방 및 폐쇄를 조절하여, 냉각수가 상기 제1냉각용순환경로 및 상기 제1냉매용순환경로 중 선택되는 어느 하나의 순환경로를 따라 유통되도록 형성될 수 있다.
또한 상기 고온냉각수루프(LP2-2)는, 상기 제2열교환부(120) 배출단과 연결되는 제2배출노드(120A) 및 상기 제2열교환부(120) 유입단과 연결되는 제2유입노드(120B)를 포함하며, 냉각수가 상기 제2열교환부(120) 배출단 - 상기 제2배출노드(120A) - 상기 전장품(125) - 상기 제2유입노드(120B) - 상기 제2열교환부(120) 유입단을 순차적으로 통과하여 상기 전장품(125)을 냉각하는 제2냉각용순환경로 및 냉각수가 상기 전장품(125) - 상기 제2배출노드(120A) - 상기 수냉식 응축기(10) - 상기 제2유입노드(120B) - 상기 전장품(125)을 순차적으로 통과하여 상기 수냉식 응축기(10)에 유통되는 냉매와 열교환하는 제2냉매용순환경로를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)는, 상기 제2배출노드(120A) 및 상기 제2유입노드(120B) 각각에 삼방밸브가 구비되며, 상기 전기차량 실내의 냉방, 난방, 제습, 제상을 포함하는 공조모드에 따라 상기 삼방밸브 각 유통단의 개방 및 폐쇄를 조절하여, 냉각수가 상기 제2냉각용순환경로 및 상기 제2냉매용순환경로 중 선택되는 어느 하나의 순환경로를 따라 유통되도록 형성될 수 있다.
또한 상기 히트펌프 시스템은, 상기 전기차량 실내의 난방 시, 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 냉매로 전달될 수 있다.
또는 상기 히트펌프 시스템은, 상기 제1열교환부(110)의 제상 시, 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉각용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 상기 방열핀(130)을 통해 상기 제1열교환부(110)로 전달될 수 있다.
또한 상기 히트펌프 시스템은, 상기 라디에이터(100)로 외기를 강제 송풍하는 팬을 포함하되, 상기 팬 작동전류가 기결정된 기준 이상인지를 이용하여 상기 제1열교환부(110)의 제상 필요여부를 감지할 수 있다.
또한 본 발명의 히트펌프 시스템의 제어방법은, 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 냉매로 전달되어, 상기 전기차량의 난방이 수행되는 난방단계; 상기 라디에이터(100)로 외기를 강제 송풍하는 팬의 작동전류가 기결정된 기준 이상인지 판단되는 판단단계; 상기 팬의 작동전류가 기결정된 기준 이상이면, 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉각용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 상기 방열핀(130)을 통해 상기 제1열교환부(110)로 전달되어, 상기 제1열교환부(110)의 제상이 수행되는 제상단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배터리 및 전장품 냉각용의 2종의 라디에이터를 구비하는 전기자동차에서, 차량의 공조 시스템이 난방 모드로서 히트펌프 시스템으로서 작동하고 있을 때 동절기 시동 직후 전방에 배치된 라디에이터에 발생된 서리를 효과적으로 제거할 수 있는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명에서는 먼저 배터리 냉각용 라디에이터 및 전장품 냉각용 라디에이터가 방열핀을 서로 공유함으로써 일체형으로 결합되도록 한다. 이와 같이 함으로써 필요 시 방열핀을 통해 라디에이터 간 열교환이 가능하게 되는데, 이러한 열교환을 통해 전방에 배치된 라디에이터에서의 제상이 원활하게 이루어질 수 있게 된다. 또한 본 발명에서는 히트펌프 시스템이 상기 라디에이터를 가질 뿐 아니라, 팬의 작동전류 변화를 이용하여 착상을 인지하고 필요 시 전장품 폐열을 활용하여 더욱 효과적인 제상이 이루어질 수 있도록 한다.
이처럼 본 발명에서는 효과적인 제상을 실현할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 제상 과정에서 난방성능에 악영향이 발생하지 않는다. 즉 본 발명에 의하면, 효과적인 제상을 수행하면서도 난방성능을 잘 유지할 수 있게 해 주는 효과를 얻는 것이다.
도 1은 본 발명의 라디에이터의 분해도.
도 2는 본 발명의 라디에이터의 조립도.
도 3은 본 발명의 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템.
도 4는 본 발명의 히트펌프 시스템에서 난방에 전장품 폐열 활용시 냉각수 흐름.
도 5는 본 발명의 히트펌프 시스템에서 제상에 전장품 폐열 활용시 냉각수 흐름.
도 6은 본 발명의 히트펌프 시스템의 제어방법 흐름도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 라디에이터, 상기 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템 및 그 제어방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
[1] 본 발명의 라디에이터
본 발명의 라디에이터(100)는, 기본적으로 배터리(115) 및 전장품(125)을 포함하는 전기차량에 구비되어, 상기 배터리(115) 및 상기 전장품(125)에서 발생되는 열을 흡수하여 가열된 냉각수가 상기 라디에이터(100)를 통과하면서 외기와 열교환하여 냉각되도록 함으로써, 결과적으로 상기 배터리(115) 및 상기 전장품(125)을 냉각하는 역할을 하는 열교환기이다. 외기 온도가 높거나 고속 주행시 등과 같이 상기 배터리(115) 및 상기 전장품(125)을 냉각할 필요가 높은 경우에는 이처럼 상기 라디에이터(100)에서 냉각수가 냉각되는 동작이 활발하게 일어난다. 참고적으로, 상기 전장품(125)은 모터 등과 같은 전기적인 동력장치를 포함하는 것으로, 상기 배터리(115)에 비하여 보다 많은 발열이 발생한다. 따라서 상기 배터리(115)로부터 열을 흡수한 냉각수에 비해 상기 전장품(125)으로부터 열을 흡수한 냉각수가 보다 고온이 되며, 각각의 냉각수들은 작동 온도영역이 다르다. 따라서 전기차량에서는 배터리 냉각용 냉각수 및 전장품 냉각용 냉각수가 각각 별도의 루프(loop)로 구분되어 순환되도록 하고 있으며, 본 발명의 상기 라디에이터(100)는 이처럼 작동 온도영역이 다른 냉각수들을 서로 독립적으로 냉각할 수 있도록 형성된다.
도 1은 본 발명의 라디에이터의 분해도를, 도 2는 본 발명의 라디에이터의 조립도를 각각 도시하고 있다. 본 발명의 라디에이터(100)는, 먼저 요약해서 그 구성을 설명하자면, 전후방향으로 병렬 배치되는 제1, 2열교환부(110)(120)가 서로 독립적으로 구성되되, 방열핀(130)을 서로 공유함으로써 일체화되도록 형성된다. 여기에서 외부 공기가 불어오는 방향을 전방, 불어나가는 방향을 후방이라 하며, 보다 구체적으로 각부를 설명하자면 다음과 같다.
상기 제1열교환부(110)에는 상기 배터리(115)를 냉각하는 냉각수가 유통된다. 상기 제1열교환부(110)는 일반적인 핀-튜브 타입 열교환기와 유사하게, 내부에 냉각수유동공간을 형성하며 서로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제1헤더탱크(111) 및 상기 제1헤더탱크(111)에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 제1튜브(112)를 포함한다.
상기 제2열교환부(120)에는 상기 전장품(125)을 냉각하는 냉각수가 유통된다. 상기 제2열교환부(120) 역시 일반적인 핀-튜브 타입 열교환기와 유사하게, 내부에 냉각수유동공간을 형성하며 서로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제2헤더탱크(121) 및 상기 제2헤더탱크(121)에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 제2튜브(122)를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 배터리(115)을 냉각하는 냉각수의 온도영역은 상기 전장품(125)을 냉각하는 냉각수의 온도영역보다 낮으므로, 상기 제1열교환부(110)의 온도영역이 상기 제2열교환부(120)의 온도영역보다 낮다. 이 때 외기가 상대적으로 더 고온인 상기 제2열교환부(120)를 먼저 통과한다면, 상기 제2열교환부(120)로부터 열을 흡수하여 이미 한 번 가열된 외기가 상기 제1열교환부(110)로 송풍될 때, 상기 제1열교환부(110)는 상대적으로 더 저온이기 때문에 이미 가열된 외기와의 온도차가 크지 않게 되어, 상기 제1열교환부(110)에서의 열교환성능이 상당히 불량해지게 된다. 반대로 외기가 상대적으로 더 저온인 상기 제1열교환부(110)를 먼저 통과한다면, 상기 제2열교환부(120)를 먼저 통과할 때에 비해 외기가 덜 가열되기도 하고, 또한 상기 제2열교환부(120)는 상대적으로 더 고온이기 때문에 이미 가열된 외기라 하더라도 충분한 열교환성능을 얻을 수 있을 만큼의 온도차를 확보할 수 있다. 이러한 사항들을 고려하여, 상기 제2열교환부(120)가 상기 제1열교환부(110) 후방에 배치되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 방열핀(130)은 원래 핀-튜브 타입 열교환기에서 튜브들 사이에 개재되어 열교환면적을 넓혀 열교환성능을 향상시켜 주는 역할을 한다. 이 때 본 발명에서는, 상기 방열핀(130)이 상기 제1열교환부(110) 및 상기 제2열교환부(120)를 결합시켜 주는 역할도 겸하게 된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1열교환부(110) 및 상기 제2열교환부(120)는 상기 방열핀(130)을 서로 공유한다. 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 방열핀(130)은 도 2에 명시적으로 도시된 바와 같이, 전방 일부가 상기 제1튜브(112) 사이에 개재되며, 후방 일부가 상기 제2튜브(122) 사이에 개재되도록 형성된다.
이처럼 상기 제1열교환부(110) 및 상기 제2열교환부(120)가 상기 방열핀(130)을 용이하고 원활하게 공유할 수 있도록 하기 위해서는, 상기 제1, 2열교환부(110)(120) 각각에서 상기 방열핀(130)이 배치되는 공간의 크기 및 위치가 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 복수 개의 상기 제1튜브(111)들 서로간의 이격간격 및 복수 개의 상기 제2튜브(121)들 서로간의 이격간격이 동일하게 형성되며, 복수 개의 상기 제1튜브(111)들 서로간의 이격공간 위치 및 복수 개의 상기 제2튜브(121)들 서로간의 이격공간 위치가 동일하게 배치되도록 하는 것이다. 이와 같이 할 경우, 상기 방열핀(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 전후방향으로 평탄하게 연장되기만 하면 상기 제1, 2열교환부(110)(120)에 쉽게 공유되도록 결합될 수 있다. 물론, 상기 제1, 2열교환부(110)(120) 각각에서 상기 방열핀(130)이 배치되는 공간의 크기 및 위치가 서로 상이하게 형성된다 하더라도, 상기 방열핀(130)이 전후방향으로 굴곡진 형상이 되게 하는 등의 방식으로 연결되게 할 수는 있겠으나, 실제로 이러한 형상을 구현하는 것은 매우 어렵기 때문에, 서로 동일하게 형성되게 하는 것이 훨씬 바람직하다.
더불어, 보다 안정적이고 견고한 결합력을 확보하기 위해, 상기 제1헤더탱크(111) 및 상기 제2헤더탱크(121)는 전후방향으로 결합된 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 1에서는 상기 제1헤더탱크(111) 및 상기 제2헤더탱크(121)가 서로 분리되어 있는 것처럼 도시되었는데, 물론 각각을 따로따로 제작한 후 전후방향으로 접합하는 등과 같은 방식으로 만들어도 된다. 그러나 제작상의 편의성 문제나, 상술한 바와 같은 견고한 결합력을 얻기 위한 목적 등을 고려한다면, 도 2에서와 같이 상기 제1헤더탱크(111) 및 상기 제2헤더탱크(121)가 일체형으로 형성되는 것이 더욱 바람직한 것이다. 이 경우 헤더탱크 내부에는 헤더탱크의 연장방향으로 연장되는 격벽이 형성되게 하여, 상기 제1헤더탱크(111)에 해당하는 냉각수유동공간 및 상기 제2헤더탱크(121)에 해당하는 냉각수유동공간이 서로 독립적으로 형성되게 한다.
이처럼 상기 방열핀(130)이 상기 제1, 2열교환부(110)(120)에 공유됨에 따라, 상기 제1, 2열교환부(110)(120)는 상기 방열핀(130)을 통해 주로 열교환이 일어나는 코어(core) 영역에서 서로간의 열교환이 가능하게 된다.
종래에는 일반적으로 배터리 냉각용 라디에이터 및 전장품 냉각용 라디에이터가 서로 완전히 분리형으로 형성되며, 이 경우에는 서로간의 열교환이 전혀 이루어지지 않는다. 또는 배터리 / 전장품 냉각용 냉각수가 서로 온도영역이 다르기는 하지만 일체형 열교환기로 냉각시키되, 하나의 열교환기 내에서 적절하게 공간을 분리하고 작동영역을 나누어 배치함으로써 열교환성능을 최대한 확보하고자 하는 기술도 상당히 개시된 바 있다. 이처럼 배터리 / 전장품 라디에이터가 일체형 열교환기 형태로 이루어지는 경우 대개 2열 열교환기 형태로서 전방 튜브열에는 배터리 냉각용 냉각수가, 후방 튜브열에는 전장품 냉각용 냉각수가 흐르게 하였다. 즉 일체형 열교환기의 경우에는 배터리 / 전장품 라디에이터가 (격벽으로 각각의 작동공간은 분리된) 헤더탱크를 공유한다고 할 수 있다. 이 경우에는 헤더탱크 몸체 각부에서의 열전도를 통해 서로간의 열교환이 이루어질 수 있겠으나, 실제로 열교환기에서 열교환이 가장 활발하게 일어나는 영역은 핀-튜브로 이루어지는 코어(core) 부분이므로 헤더탱크에서 일어나는 열교환에 대해서는 상대적으로 덜 중요하게 고려해도 무방하다.
일반적으로는 이러한 구성에 큰 무리가 없으며, 두 라디에이터 간의 열교환에 대한 필요성(종래의 분리형)이나 활용성(종래의 일체형)에 대해서 그다지 심도있는 논의가 이루어지지는 않은 실정이다. 그러나 (이후 보다 상세히 설명될) 전기차량의 동절기 히트펌프 시스템 운용 시, 종래와 같은 구성으로는 라디에이터의 제상이 효과적으로 이루어지기 어렵다는 문제가 새롭게 지적되고 있다. 본 발명에서는 전후방 라디에이터가 기본적으로는 분리형과 유사하게 형성되게 하되, 방열핀을 공유함으로써 일체형으로 이루어지게 하여, 필요 시 서로간의 열교환이 가능하게 함으로써 라디에이터의 제상이 종래보다 효과적으로 이루어지게 한다. 이하에서 본 발명의 라디에이터(100)를 가지는 히트펌프 시스템에 대하여 보다 상세히 설명한다.
[2] 전기차량 공조시스템의 하절기 및 동절기 운용방식 및 동절기 제상 문제
전기차량에 대한 수요 증가에 따라 그에 대한 연구도 증가하고 있으며, 내연기관차량과는 상당히 온도환경이 상당히 다르기 때문에 이에 맞추어 성능을 극대화하기 위한 새로운 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 과정에서, 상대적으로 매우 많은 열이 발생되는 내연기관에 비하여 전기차량은 발열량이 훨씬 적기 때문에, 동절기에 차량 실내를 난방하는 데에 있어서 내연기관차량보다 불리한 문제가 있다는 점이 지적되고 있다. 이에 따라 전기차량에서는 보다 효과적인 난방을 실현하기 위해, 차량 내 공조 시스템이 동절기에는 히트펌프 시스템으로서 운영되게 하는 경우가 많다.
앞서도 설명한 바와 같이, 히트펌프 시스템은 일반적인 냉동 사이클로 된 공조 시스템을 거꾸로 돌리는 것이라고 볼 수 있다. 즉 하절기에는 공조 시스템에서 냉매가 압축기 - 응축기 - (팽창기) - 증발기를 순차적으로 통과하여 순환하며, 증발기 주변에서 냉각된 공기가 차량 실내로 송풍되면서 냉방을 수행한다. 이 때 증발기는 실내로 송풍되는 공기의 온도를 조절하는 실내기로서 동작한다. 반면 하절기에는 동일한 공조 시스템에서 냉매가 반대 방향으로 순환하므로, 공조 시스템에서 방열을 수행하던 응축기가 반대로 외부로부터 열을 흡수하는 동작을 하고, 공조 시스템에서 외부 공기를 냉각하던 증발기(실내기)가 반대로 열을 방출하여 주변 공기를 가열한다. 즉 하절기에는 공조 시스템이 원래의 냉동 사이클로 동작하므로 실내기인 증발기 주변의 공기가 냉각되어 차량 실내의 냉방이 이루어지며, 동절기에는 공조시스템이 히트펌프 시스템으로서 운영되므로 실내기인 증발기 주변의 공기가 가열되어 차량 실내의 난방이 이루어지는 것이다.
본 발명에서, 히트펌프 시스템은 수냉식 응축기(10), 압축기(20), 실내기(30)를 포함하고, 냉매가 순환하면서 상기 실내기(30)가 방열하여 난방을 수행한다. 이 때 상기 수냉식 응축기(10)는, 주변 공기와 열교환하는 것이 아니라 냉각수와 열교환하여 흡열을 수행하도록 이루어진다. 즉 상기 수냉식 응축기(10)에는 냉매 및 냉각수, 이렇게 2종의 열교환매체가 유통되는데, 냉매가 냉각수로부터 열을 흡수함에 따라 냉각수는 상기 수냉식 응축기(10)를 통과하면서 냉각되게 된다. 이렇게 냉각된 냉각수는 상기 배터리(115) 또는 상기 전장품(125)으로 보내져 각각에서 발생된 열을 흡수하게 된다.
이 때 냉각수는 상기 수냉식 응축기(10)만으로 냉각되는 것이 아니라, 상기 라디에이터(100)를 통해 외기와 열교환함으로써도 냉각된다. 상술한 바와 같이 동절기에 공조 시스템이 히트펌프 시스템으로서 운영될 때에는 상기 수냉식 응축기(10)를 이용하여 냉각수를 냉각할 수 있겠으나, 하절기의 경우에는 공조 시스템이 원래대로 운영되므로 상기 수냉식 응축기(10)로의 냉각이 불가능한 바, 이러한 경우를 위하여 라디에이터가 구비되어 있는 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 전기자동차의 경우 배터리 / 전장품 냉각용 라디에이터가 각각 구비되며, 일반적으로 두 종류의 라디에이터는 전후방향으로 병렬 배치된다. 이처럼 냉각수는 하절기에는 전후방으로 병렬 배치된 라디에이터들에 의해, 동절기에는 라디에이터들 및 상기 수냉식 응축기(10)에 의해 냉각되도록 이루어진다. 특히 동절기에는, 라디에이터에서 상기 수냉식 응축기(10)로 냉각수가 흘러가므로, 라디에이터 내 냉각수 온도가 외기보다 낮을 경우 라디에이터는 외기로부터 열을 흡수하게 되며, 이처럼 외부로부터 흡수한 열이 상기 수냉식 응축기(10)에서 냉매에 전달되도록 함으로써 상기 수냉식 응축기(10)의 흡열성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
그런데 앞서 설명한 바와 같이, 종래 전기차량에서 동절기에 난방을 위해 공조 시스템이 히트펌프 시스템으로서 동작하는 경우에 있어서 다음과 같은 문제가 있었다. 동절기 시동 초기와 같이 냉각수가 외기보다 온도가 낮은 영하 상태일 때, 전방으로부터 주행풍이 불어와 전방의 라디에이터가 외기와 접촉하는 과정에서, 외기 중의 수분이 전방의 라디에이터 표면에서 동결되어 착상이 발생하게 된다. 라디에이터 상의 착상이 증가되면 외기와의 열교환이 원활하지 못하게 되므로 전체적인 난방성능이 저하된다. 상술한 바와 같이 난방모드에서는 라디에이터가 외부로부터 열을 흡수하고 이를 상기 수냉식 응축기(10)를 통해 냉매로 전달하는데, 이처럼 라디에이터가 외부로부터 열을 흡수하면서 라디에이터 주변의 공기가 더욱 냉각됨에 따라 라디에이터 표면에 낀 서리의 양이 점점 증가하게 될 수 있다. 이러한 경우 서리를 제거하기 위해서는 라디에이터가 외부로부터의 열 흡수를 하지 않도록(즉 라디에이터 주변의 공기를 냉각하지 않도록) 할 필요가 있다. 즉 제상을 하기 위해서는 차량 난방을 멈춰야 한다는 것이다. 즉 종래에는, 시스템적으로 동절기 시동 초기에 전방 라디에이터에서 제상하는 것이 상당히 난해하였다.
[3] 본 발명의 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템
본 발명에서는, 히트펌프 시스템에 상기 라디에이터(100)를 적용함과 동시에 냉각수 흐름을 개선함으로써, 난방성능을 잘 유지하면서도 효과적으로 제상할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 라디에이터를 가지는 히트펌프 시스템을 도시하고 있다. 상기 히트펌프 시스템은, 앞서 설명한 바와 같이 기본적으로 배터리(115) 및 전장품(125)을 포함하는 전기차량에 구비되며, 수냉식 응축기(10), 압축기(20), 실내기(30)를 포함하고, 냉매가 순환하면서 상기 실내기(30)가 방열하여 난방을 수행하되, 상기 수냉식 응축기(10)를 동작시키기 위한 냉각수의 순환경로도 포함한다. 즉 본 발명의 히트펌프 시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 난방을 위한 냉매루프(LP1) 외에도 저온냉각수루프(LP2-1) 및 고온냉각수루프(LP2-2)를 가진다.
상기 냉매루프(LP1)은, 냉매가 상기 수냉식 응축기(10), 상기 압축기(20), 상기 실내기(30)를 순환하는 1차 순환경로이다. 냉매가 상기 냉매루프(LP1)을 순환하면서 상기 실내기(30)에서는 방열이 되어 난방이 수행되며, 상기 수냉식 응축기(10)에서는 냉매가 냉각수로부터 열을 전달받아 흡열하게 된다. 여기에서, 상기 냉매루프(LP1)가 실질적인 난방을 수행하기 때문에 '1차'라는 용어가 사용된다.
상기 저온냉각수루프(LP2-1)는, 냉각수 일부가 상기 수냉식 응축기(10), 상기 배터리(115), 상기 라디에이터(100)의 상기 제1열교환부(110)를 순환하는 2차 순환경로이다. 여기에서, 상기 냉매루프(LP1)가 '1차' 순환경로이며, 상기 저온냉각수루프(LP2-1)는 상기 냉매루프(LP1)와 연계되어 동작하는 순환경로이므로 '2차'라는 용어가 사용된다.
상기 고온냉각수루프(LP2-2)는, 냉각수 나머지 일부가 상기 수냉식 응축기(10), 상기 전장품(125), 상기 라디에이터(100)의 상기 제2열교환부(120)를 순환하는 2차 순환경로이다. 상기 고온냉각수루프(LP2-2) 역시 상기 저온냉각수루프(LP2-1)와 마찬가지로 상기 냉매루프(LP1)와 연계되어 동작하는 순환경로이므로 '2차'라는 용어가 사용된다.
상기 냉각수루프들(LP2-1)(LP2-2)에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 3에 도시된 바와 같이 상기 냉매루프(LP1)는 하나만의 경로를 가지는 폐루프를 형성하지만, 상기 냉각수루프들(LP2-1)(LP2-2)은 경로 상에 분기점을 가진다는 점에서 상기 냉매루프(LP1)와는 조금 다르게 형성된다.
상기 저온냉각수루프(LP2-1)는, 일단 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1열교환부(110) 배출단과 연결되는 제1배출노드(110A) 및 상기 제1열교환부(120) 유입단과 연결되는 제1유입노드(110B)를 포함한다. 상기 제1배출노드(110A) 및 상기 제1유입노드(110B) 각각에는 삼방밸브가 구비되며, 상기 전기차량 실내의 냉방, 난방, 제습, 제상을 포함하는 공조모드에 따라 상기 삼방밸브 각 유통단의 개방 및 폐쇄가 적절하게 조절됨으로써 냉각수 흐름을 조절할 수 있다. 상기 저온냉각수루프(LP2-1)는 제1냉각용순환경로 및 제1냉매용순환경로를 포함한다.
상기 제1냉각용순환경로는, 냉각수가 상기 제1열교환부(110) 배출단 - 상기 수냉식 응축기(10) - 상기 제1배출노드(110A) - 상기 배터리(115) - 상기 제1유입노드(110B) - 상기 제1열교환부(110) 유입단을 순차적으로 통과하는 순환경로로서, 상기 배터리(115)를 냉각하는 데에 사용되는 것이라서 '냉각용'이라는 용어를 사용하였다. 하절기에는 상기 제1냉각용순환경로가 활발히 사용되겠으나, 동절기에는 외기에 의하여 상기 배터리(115)가 적절한 작동온도조건으로 동작할 만큼 충분히 냉각되기 때문에, 일반적으로 동절기에는 상기 제1냉각용순환경로는 사용되지 않는다.
상기 제1냉매용순환경로는, 냉각수가 상기 제1열교환부(110) 배출단 - 상기 제1배출노드(110A) - 상기 수냉식 응축기(10) - 상기 제1유입노드(110B) - 상기 제1열교환부(110) 유입단을 순차적으로 통과하는 순환경로로서, 상기 수냉식 응축기(10)에 유통되는 냉매와 열교환하는 데에 사용되는 것이라서 '냉매용'이라는 용어를 사용하였다.
상기 고온냉각수루프(LP2-2)는, 역시 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2열교환부(120) 배출단과 연결되는 제2배출노드(120A) 및 상기 제2열교환부(120) 유입단과 연결되는 제2유입노드(120B)를 포함한다. 상기 제2배출노드(120A) 및 상기 제2유입노드(120B) 각각에도 삼방밸브가 구비되며, 상기 전기차량 실내의 냉방, 난방, 제습, 제상을 포함하는 공조모드에 따라 상기 삼방밸브 각 유통단의 개방 및 폐쇄가 적절하게 조절됨으로써 냉각수 흐름을 조절할 수 있다. 상기 고온냉각수루프(LP2-2)는 제2냉각용순환경로 및 제2냉매용순환경로를 포함한다.
상기 제2냉각용순환경로는, 냉각수가 상기 제2열교환부(120) 배출단 - 상기 제2배출노드(120A) - 상기 전장품(125) - 상기 제2유입노드(120B) - 상기 제2열교환부(120) 유입단을 순차적으로 통과하는 순환경로로서, 상기 전장품(125)을 냉각하는 데에 사용되는 것이라서 '냉각용'이라는 용어를 사용하였다.
상기 제2냉매용순환경로는, 냉각수가 상기 전장품(125) - 상기 제2배출노드(120A) - 상기 수냉식 응축기(10) - 상기 제2유입노드(120B) - 상기 전장품(125)을 순차적으로 통과하는 순환경로로서, 상기 수냉식 응축기(10)에 유통되는 냉매와 열교환하는 데에 사용되는 것이라서 '냉매용'이라는 용어를 사용하였다. 앞서 설명한 바와 같이 라디에이터 내 냉각수 온도가 외기 온도보다 낮은 경우 냉각수는 외기로부터 열을 흡수하여 상기 수냉식 응축기(10)의 냉매로 전달하는 역할을 하게 된다. 그런데 상기 전장품(125)에서는 상기 배터리(115)에서보다 훨씬 많은 열이 발생하기 때문에, 상기 전장품(125)에서 발생되는 열을 상기 수냉식 응축기(10)의 냉매로 전달하는 것만으로도 상기 수냉식 응축기(10)에서의 흡열이 충분하게 일어날 수 있다. 따라서 동절기 난방모드에서는, 라디에이터(즉 본 발명에서는 상기 제2열교환부(120))를 동작시키지 않는 상기 제2냉매용순환경로로 냉각수를 순환시킬 수 있다.
본 발명에서는, 이와 같은 구성으로 된 상기 히트펌프 시스템에서, 난방모드 및 제상모드에서 냉각수 흐름을 달리함으로써 난방성능을 유지하면서도 효과적으로 제상이 이루어지게 한다. 도 4 및 도 5를 통해 각각의 모드에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 전기차량 실내의 난방 시(즉 난방모드 시)에는, 본 발명에서는 도 4에서와 같이 상기 전장품(125)에서 발생하는 폐열을 활용하여 상기 수냉식 응축기(10)에서 냉매 흡열이 이루어지도록 한다. 이 때, 앞서 설명한 바와 같이 동절기에는 상기 배터리(115)는 외기만으로도 충분히 냉각되기 때문에, 냉각수는 상기 배터리(115)는 통과하지 않는다. 즉, 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 냉매로 전달되도록 하는 것이다.
이와 같은 방식으로 냉각수 흐름이 운용될 때, 다음과 같은 문제가 발생할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 저온냉각수루프(LP2-1)에 포함되는 상기 제1열교환부(110)는 전방에 배치되어 있으며, 냉각수가 외기보다 저온인 영하 상태일 때 외기가 상기 제1열교환부(110)로 송풍되면 외기 내 수분이 상기 제1열교환부(110) 표면에서 얼어붙어 서리가 끼게 된다. 난방모드에서 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서는 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통되므로, 즉 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되도록 하고 있다. 그런데 이처럼 상기 제1열교환부(110) 표면에 서리가 끼면 열교환성능이 떨어지게 되어, 냉매로 전달되는 열량이 줄어들게 되며 이는 난방성능의 저하를 유발한다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 본 발명에서는 상기 제1열교환부(110) 표면에 서리가 끼면 제상모드로 전환한다.
상기 제1열교환부(110)의 제상 시(즉 제상모드 시)에는, 본 발명에서는 도 5에서와 같이 상기 전장품(125)에서 발생하는 폐열이 상기 제1열교환부(110)의 착상을 제거하는 데 활용되게 한다. 즉, 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉각용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 상기 방열핀(130)을 통해 상기 제1열교환부(110)로 전달되도록 하는 것이다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 상기 라디에이터(100)는, 상기 제1, 2열교환부(110)(120)가 상기 방열핀(130)을 통해 전후방향으로 연결됨에 따라, 코어(core) 영역에서 효과적인 열전달을 할 수 있도록 이루어진다. 따라서 상기 제2열교환부(120)에 상기 전장품(125)에서 발생하는 폐열을 흡수하여 고온이 된 냉각수가 흘러가면, 이 열이 상기 방열핀(130)을 통해 상기 제1열교환부(110)로 전달된다. 그러면 상기 제1열교환부(110) 표면에 끼어있던 서리가 이 열로 인하여 효과적으로 제거될 수 있게 된다. 이 과정에서, 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서는 여전히 외기에서 열이 흡수되며 이 열이 상기 제1냉매용순환경로를 통해 냉매로 전달되고 있다. 즉 제상이 이루어지는 중에도 상기 수냉식 응축기(10)에서의 흡열동작은 여전히 일어나고 있는 것으로, 다시 말해 제상 중에도 차량 실내의 난방이 계속 유지될 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 히트펌프 시스템의 제어방법 흐름도를 간략히 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 히트펌프 시스템은, 기본적으로 난방모드로 운용되고 있다가, 상기 제1열교환부(110)에 서리가 끼게 되면 제상모드로 전환하게 된다. 이 때 본 발명에서는, 팬의 작동전류를 이용하여 상기 제1열교환부(110)에 서리가 끼었는지의 여부를 판단한다.
보다 상세히 설명하면 다음과 같다. 상기 히트펌프 시스템은 상기 라디에이터(100)로 외기를 강제 송풍하는 팬을 포함할 수 있다. 이 때 상기 제1열교환부(110)에 서리가 끼면, 상기 제1열교환부(110)의 공기저항이 높아지게 되어 필요 송풍량이 증가하며, 결과적으로 상기 팬의 작동전류가 증가하게 된다. 이러한 원리를 이용하여, 상기 팬 작동전류가 기결정된 기준 이상인지를 이용하여 상기 제1열교환부(110)의 제상 필요여부를 감지할 수 있는 것이다.
즉, 먼저 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 냉매로 전달되어, 상기 전기차량의 난방이 수행되는 난방단계가 수행되면서, 상기 라디에이터(100)로 외기를 강제 송풍하는 팬의 작동전류가 기결정된 기준 이상인지 판단되는 판단단계가 수행된다. 상기 팬의 작동전류가 기결정된 기준 미만이라면 계속 난방모드로 운용되면 되지만, 상기 팬의 작동전류가 기결정된 기준 이상이면, 도 6에 도시된 바와 같이 제상모드로 전환된다. 즉 상기 저온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고, 상기 고온냉각수루프(LP2-2)에서 냉각수가 상기 제2냉각용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품(125)에서 흡수된 열이 상기 방열핀(130)을 통해 상기 제1열교환부(110)로 전달되어, 상기 제1열교환부(110)의 제상이 수행되는 제상단계가 수행되는 것이다. 이렇게 제상단계가 수행되면서 판단단계는 역시 계속 수행되는데, 제상이 완료되어 상기 팬의 작동전류가 기결정된 기준 미만으로 떨어지면, 다시 난방단계로 돌아가게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 수냉식 응축기
20 : 압축기 30 : 실내기
100 : 라디에이터
110 : 제1열교환부 115 : 배터리
110A : 제1배출노드 110B : 제1유입노드
111 : 제1헤더탱크 112 : 제1튜브
120 : 제2열교환부 125 : 전장품
120A : 제2배출노드 120B : 제2유입노드
121 : 제2헤더탱크 122 : 제2튜브
130 : 방열핀

Claims (12)

  1. 배터리 및 전장품을 포함하는 전기차량에 구비되며, 수냉식 응축기, 압축기, 실내기를 포함하고, 냉매가 순환하면서 상기 실내기가 방열하여 난방을 수행하는 히트펌프 시스템의 상기 수냉식 응축기에 유통되는 냉각수를 냉각하는 라디에이터에 있어서,
    외부 공기가 불어오는 방향을 전방, 불어나가는 방향을 후방이라 할 때,
    상기 배터리를 냉각하는 냉각수가 유통되며, 내부에 냉각수유동공간을 형성하며 서로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제1헤더탱크 및 상기 제1헤더탱크에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 제1튜브를 포함하는 제1열교환부;
    상기 전장품을 냉각하는 냉각수가 유통되며, 내부에 냉각수유동공간을 형성하며 서로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 한 쌍의 제2헤더탱크 및 상기 제2헤더탱크에 양단이 고정되어 냉각수 유로를 형성하는 복수 개의 제2튜브를 포함하고, 상기 제1열교환부 후방에 배치되는 제2열교환부;
    전방 일부가 상기 제1튜브 사이에 개재되며, 후방 일부가 상기 제2튜브 사이에 개재되는 복수 개의 방열핀;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 라디에이터는,
    복수 개의 상기 제1튜브들 서로간의 이격간격 및 복수 개의 상기 제2튜브들 서로간의 이격간격이 동일하게 형성되며,
    복수 개의 상기 제1튜브들 서로간의 이격공간 위치 및 복수 개의 상기 제2튜브들 서로간의 이격공간 위치가 동일하게 배치되어,
    상기 방열핀이 전후방향으로 평탄하게 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 라디에이터는,
    상기 제1헤더탱크 및 상기 제2헤더탱크는 전후방향으로 결합된 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 라디에이터.
  4. 배터리 및 전장품을 포함하는 전기차량에 구비되며, 수냉식 응축기, 압축기, 실내기를 포함하고, 냉매가 순환하면서 상기 실내기가 방열하여 난방을 수행하는 히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 히트펌프 시스템은,
    냉매가 상기 수냉식 응축기, 상기 압축기, 상기 실내기를 순환하는 1차 순환경로인 냉매루프;
    냉각수 일부가 상기 수냉식 응축기, 상기 배터리, 제 1항에 의한 상기 라디에이터의 상기 제1열교환부를 순환하는 2차 순환경로인 저온냉각수루프;
    냉각수 나머지 일부가 상기 수냉식 응축기, 상기 전장품, 제 1항에 의한 상기 라디에이터의 상기 제2열교환부를 순환하는 2차 순환경로인 고온냉각수루프;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 저온냉각수루프는,
    상기 제1열교환부 배출단과 연결되는 제1배출노드 및 상기 제1열교환부 유입단과 연결되는 제1유입노드를 포함하며,
    냉각수가 상기 제1열교환부 배출단 - 상기 수냉식 응축기 - 상기 제1배출노드 - 상기 배터리 - 상기 제1유입노드 - 상기 제1열교환부 유입단을 순차적으로 통과하여 상기 배터리를 냉각하는 제1냉각용순환경로 및
    냉각수가 상기 제1열교환부 배출단 - 상기 제1배출노드 - 상기 수냉식 응축기 - 상기 제1유입노드 - 상기 제1열교환부 유입단을 순차적으로 통과하여 상기 수냉식 응축기에 유통되는 냉매와 열교환하는 제1냉매용순환경로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 저온냉각수루프는,
    상기 제1배출노드 및 상기 제1유입노드 각각에 삼방밸브가 구비되며,
    상기 전기차량 실내의 냉방, 난방, 제습, 제상을 포함하는 공조모드에 따라 상기 삼방밸브 각 유통단의 개방 및 폐쇄를 조절하여,
    냉각수가 상기 제1냉각용순환경로 및 상기 제1냉매용순환경로 중 선택되는 어느 하나의 순환경로를 따라 유통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 고온냉각수루프는,
    상기 제2열교환부 배출단과 연결되는 제2배출노드 및 상기 제2열교환부 유입단과 연결되는 제2유입노드를 포함하며,
    냉각수가 상기 제2열교환부 배출단 - 상기 제2배출노드 - 상기 전장품 - 상기 제2유입노드 - 상기 제2열교환부 유입단을 순차적으로 통과하여 상기 전장품을 냉각하는 제2냉각용순환경로 및
    냉각수가 상기 전장품 - 상기 제2배출노드 - 상기 수냉식 응축기 - 상기 제2유입노드 - 상기 전장품을 순차적으로 통과하여 상기 수냉식 응축기에 유통되는 냉매와 열교환하는 제2냉매용순환경로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 고온냉각수루프는,
    상기 제2배출노드 및 상기 제2유입노드 각각에 삼방밸브가 구비되며,
    상기 전기차량 실내의 냉방, 난방, 제습, 제상을 포함하는 공조모드에 따라 상기 삼방밸브 각 유통단의 개방 및 폐쇄를 조절하여,
    냉각수가 상기 제2냉각용순환경로 및 상기 제2냉매용순환경로 중 선택되는 어느 하나의 순환경로를 따라 유통되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 히트펌프 시스템은,
    상기 전기차량 실내의 난방 시,
    상기 저온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고,
    상기 고온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제2냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품에서 흡수된 열이 냉매로 전달되는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 히트펌프 시스템은,
    상기 제1열교환부의 제상 시,
    상기 저온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고,
    상기 고온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제2냉각용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품에서 흡수된 열이 상기 방열핀을 통해 상기 제1열교환부로 전달되는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  11. 제 7항에 있어서, 상기 히트펌프 시스템은,
    상기 라디에이터로 외기를 강제 송풍하는 팬을 포함하되,
    상기 팬 작동전류가 기결정된 기준 이상인지를 이용하여 상기 제1열교환부의 제상 필요여부를 감지하는 것을 특징으로 하는 라디에이터를 포함하는 히트펌프 시스템.
  12. 제 7항에 따른 히트펌프 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 저온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고,
    상기 고온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제2냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품에서 흡수된 열이 냉매로 전달되어,
    상기 전기차량의 난방이 수행되는 난방단계;
    상기 라디에이터로 외기를 강제 송풍하는 팬의 작동전류가 기결정된 기준 이상인지 판단되는 판단단계;
    상기 팬의 작동전류가 기결정된 기준 이상이면,
    상기 저온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제1냉매용순환경로를 따라 유통됨으로써 외기에서 흡수된 열이 냉매로 전달되고,
    상기 고온냉각수루프에서 냉각수가 상기 제2냉각용순환경로를 따라 유통됨으로써 상기 전장품에서 흡수된 열이 상기 방열핀을 통해 상기 제1열교환부로 전달되어,
    상기 제1열교환부의 제상이 수행되는 제상단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템의 제어방법.
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