KR20220135340A - 차량용 열 관리 시스템 - Google Patents

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KR20220135340A
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김연호
신기영
김재연
김재완
류재춘
황인국
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
한온시스템 주식회사
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Abstract

차량용 열 관리 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터, 제1 워터펌프, 및 제1 밸브를 포함하며, 상기 냉각수 라인에 구비되는 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 상기 제1 밸브를 통해 상기 냉각수 라인과 선택적으로 연결되는 제1 연결라인; 상기 제1 연결라인과 제2 밸브를 통해 선택적으로 연결되는 제2 연결라인; 및 상기 제2 연결라인에 구비되는 히터; 를 포함하고, 상기 제1 연결라인에는 에어컨 장치에 구비된 컨덴서가 구비되며, 상기 히터는 상기 에어컨 장치에 구비된 HVAC 모듈의 내부에 구비될 수 있다.

Description

차량용 열 관리 시스템{THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 열 관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전장품으로부터 발생된 폐열을 이용하여 난방효율을 향상시키고, 냉매 또는 냉각수를 이용해 차량의 실내 냉방을 수행하도록 하는 차량용 열 관리 시스템에 관한 것이다.
최근에는 환경문제와 에너지 자원 문제가 중요시되는 가운데 전기 자동차(Electric Vehicle)가 미래의 운송 수단으로 각광받고 있다. 전기 자동차는 충전 또는 방전이 가능한 다수의 2차 전지(cell)가 하나의 팩(pack)으로 형성된 배터리 모듈을 주동력원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없고 소음이 매우 작다.
이러한 전기 자동차는 배터리 모듈로부터 공급된 전력을 통해 작동하는 구동모터로 구동된다. 또한, 전기 자동차에는 편의장치를 위한 다수의 전자장치들과 함께, 구동모터를 제어 및 관리하고, 배터리 모듈을 충전하기 위한 전장품들이 구비된다.
한편, 전기 자동차의 주동력원으로 사용되는 구동모터와 함께 배터리 모듈, 및 전장품들은 발열량이 매우 크기 때문에 효율적인 냉각이 요구되는 바, 전장품과 배터리 모듈의 효율적인 온도관리는 매우 중요한 문제라고 할 수 있다.
종래에는 전장품, 및 배터리 모듈의 온도조절을 위해 별도의 냉각 시스템을 적용하였지만, 전장품과 배터리 모듈의 크기에 따라 용량을 증대시켜야만 하는 바, 공간의 제약이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 각 냉각 시스템들의 용량이 증대될 경우, 냉각 시스템의 가동에 요구되는 전력이 증가되는 문제점도 있다.
이에 따라, 전기 자동차에서는 전장품, 및 배터리 모듈의 내구성을 확보하면서 에너지 효율을 극대화시키기 위하여 전장품, 및 배터리의 온도조절과 함께, 전장품에서 발생되는 폐열을 효율적으로 사용하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
최근에는 주행을 위한 차체와, 차체에 선택적으로 결합되며 다양한 목적에 맞게 실내공간이 형성된 차 룸으로 구성되는 전기 자동차가 개발되고 있다.
이와 같이 구성되는 전기 자동차에서는 차 룸의 충분한 실내공간 확보를 위하여 차 룸에 구비된 구성요소를 차체에 이동시키기 위한 연구개발이 필수적으로 요구되고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전장품으로부터 발생된 폐열을 이용해 차량의 실내를 난방하고, 냉매 또는 냉각수를 이용해 차량의 실내를 냉방함으로써, 전체 시스템의 간소화 및 단순화를 도모하도록 하는 차량용 열 관리 시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터, 제1 워터펌프, 및 제1 밸브를 포함하며, 상기 냉각수 라인에 구비되는 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치; 상기 제1 밸브를 통해 상기 냉각수 라인과 선택적으로 연결되는 제1 연결라인; 상기 제1 연결라인과 제2 밸브를 통해 선택적으로 연결되는 제2 연결라인; 및 상기 제2 연결라인에 구비되는 히터; 를 포함하고, 상기 제1 연결라인에는 에어컨 장치에 포함된 컨덴서가 구비되며, 상기 히터는 상기 에어컨 장치에 포함된 HVAC 모듈의 내부에 구비될 수 있다.
상기 에어컨 장치는 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 외기를 선택적으로 차량의 실내로 유입시키는 상기 HVAC모듈; 상기 제1 연결라인과 연결되어 내부에 냉각수가 순환되고, 냉매라인을 통해 공급된 냉매를 냉각수와 열교환시키는 상기 컨덴서; 상기 냉매라인을 통해 상기 컨덴서와 연결되며, 냉매를 증발시키는 증발기; 상기 증발기와 상기 컨덴서의 사이에서 상기 냉매라인을 통해 연결되는 압축기; 및 상기 컨덴서와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 팽창밸브; 를 포함할 수 있다.
상기 증발기는 상기 HVAC 모듈로 유입되는 외기가 먼저 통과되도록 상기 외기가 차량의 실내로 유입되는 방향을 기준으로, 상기 HVAC 모듈의 내부에서 상기 히터의 전방에 배치될 수 있다.
상기 컨덴서와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에는 서브 컨덴서가 더 구비될 수 있다.
상기 컨덴서는 수랭식 열교환기이고, 상기 서브 컨덴서와 상기 증발기는 공랭식 열교환기일 수 있다.
상기 HVAC 모듈의 내부에는 저온의 냉각수가 선택적으로 유입되는 쿨러가 구비될 수 있다.
상기 쿨러는 상기 HVAC 모듈로 유입되는 외기가 먼저 통과되도록 상기 외기가 차량의 실내로 유입되는 방향을 기준으로, 상기 HVAC 모듈의 내부에서 상기 히터의 전방에 배치될 수 있다.
상기 쿨러는 상기 라디에이터와 상기 전장품의 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비된 제3 밸브의 작동을 통해 상기 냉각수 라인과 선택적으로 연결되는 제3 연결라인에 구비될 수 있다.
상기 증발기는 내부에 냉각수가 순환되도록 상기 제3 연결라인에 연결되며, 상기 냉매라인을 통해 공급된 냉매를 냉각수와 열교환을 통해 증발시킬 수 있다.
상기 컨덴서와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에는 서브 컨덴서가 더 구비되고, 상기 컨덴서와 상기 증발기는 수랭식 열교환기이고, 상기 서브 컨덴서는 공랭식 열교환기일 수 있다.
상기 쿨러에는 차량의 냉방모드에서 상기 증발기를 통과하는 동안 냉매와 열교환을 통해 온도가 낮아진 냉각수가 상기 제3 연결라인을 통해 공급될 수 있다.
상기 제3 밸브와 상기 증발기의 사이에서 상기 제3 연결라인에는 제3 워터펌프가 구비될 수 있다.
상기 제3 밸브는 차량의 냉방모드에서 상기 증발기를 통과하면서 냉각된 냉각수가 상기 쿨러에 공급되도록 상기 냉각수 라인과 상기 제3 연결라인을 연결할 수 있다.
상기 제3 밸브는 4-way 밸브일 수 있다.
상기 제1 밸브는 차량의 냉방모드, 제습 모드에서 상기 컨덴서에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인과 상기 제1 연결라인을 연결할 수 있다.
상기 제2 밸브는 차량의 난방모드에서 상기 전장품을 통과한 고온의 냉각수를 상기 히터에 공급하기 위하여 상기 제2 연결라인을 상기 제1 연결라인에 연결할 수 있다.
상기 라디에이터와 상기 제1 밸브의 사이에서 상기 냉각수 라인에는 리저버 탱크가 구비될 수 있다.
상기 제1 밸브와 상기 컨덴서의 사이에서 상기 제1 연결라인에는 제2 워터펌프가 구비될 수 있다.
상기 제1, 및 제2 밸브는 4-way 밸브일 수 있다.
상기 전장품은 모터, 또는 전력제어장치, 또는 인버터, 또는 충전기(On Board Charger, OBC), 또는 전력변환장치, 또는 자율주행 제어기를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에 의하면, 전장품으로부터 발생된 폐열을 이용해 차량 실내를 난방하고, 냉매 또는 냉각수를 이용해 차량의 실내 냉방을 수행함으로써, 전체 시스템의 간소화 및 단순화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 전장품으로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용함으로써, 난방효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 HVAC 모듈의 내부에 구비되던 개폐도어를 제거함으로써, HVAC 모듈의 부품수 축소를 통해 HVAC 모듈을 컴팩트화 시킬 수 있고, 제작공수 축소 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 개폐도어의 제거를 통해 종래 차량의 실내에 구비되던 HVAC 모듈을 차 룸으로부터 차체로 이동시킴으로써, 차량의 실내공간을 충분히 확보할 수 있다.
나아가, 전체 시스템의 간소화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 전장품(15)으로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용하고, 냉각수 또는 냉매를 이용해 실내냉방을 수행할 수 있다.
이러한 열 관리 시스템은 전기 자동차에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 열 관리 시스템은 냉각장치(10), 제1 연결라인(21), 히터(30), 제2 연결라인(31), 및 에어컨 장치(50)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 냉각장치(10)는 냉각수 라인(11)으로 연결되는 라디에이터(12), 제1 워터펌프(14), 제1 밸브(V1), 및 리저버 탱크(16)를 포함한다.
상기 라디에이터(12)는 차량의 전방에 배치되며, 후방에는 쿨링팬(13)이 구비되고, 상기 쿨링팬(13)의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.
또한, 상기 전장품(15)은 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU), 또는 모터, 또는 인버터, 또는 충전기(On Board Charger, OBC) 등의 전력변환장치, 또는 자율주행 제어기를 포함할 수 있다.
상기 전력제어장치 또는 상기 인버터는 주행 중에 발열되고, 상기 충전기는 배터리를 충전할 경우 발열될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 전장품(15)은 상기 냉각수 라인(11)에 구비되어 수랭식으로 냉각될 수 있다.
이에 따라, 차량의 난방모드에서 상기 전장품(15)의 폐열을 회수할 경우에는 상기 전력제어장치, 모터, 인버터, 또는 충전기로부터 발생된 열을 회수할 수 있다.
한편, 상기 리저버 탱크(16)는 상기 라디에이터(12)와 상기 제1 밸브(V1)의 사이에서 상기 냉각수 라인(11)에 구비된다.
이러한 냉각장치(10)는 상기 냉각수 라인(11)에 구비되는 상기 전장품(15)에 냉각수가 공급되도록 상기 제1 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 냉각수 라인(11)에 냉각수를 순환시킬 수 있다.
상기 제1 연결라인(21)은 상기 제1 밸브(V1)를 통해 상기 냉각수 라인(11)과 선택적으로 연결된다.
여기서, 상기 제1 연결라인(21)에는 상기 에어컨 장치(50)에 구비된 컨덴서(53)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 밸브(V1)와 상기 컨덴서(53)의 사이에서 상기 제1 연결라인(21)에는 제2 워터펌프(24)가 구비될 수 있다.
상기 제2 워터펌프(24)는 상기 제1 연결라인(21)과 상기 제2 연결라인(31)에 냉각수를 순환시킬 경우에 작동될 수 있다.
여기서, 상기 제1 밸브(V1)는 차량의 냉방모드, 제습 모드에서 상기 컨덴서(53)에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인(11)과 상기 제1 연결라인(21)을 연결할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제2 연결라인(31)은 상기 전장품(15)을 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 선택적으로 순환되도록 상기 제1 연결라인(21)과 제2 밸브(V2)를 통해 선택적으로 연결될 수 있다.
그리고 상기 히터(30)는 고온의 냉각수를 이용해 차량의 실내를 난방하도록 상기 제2 연결라인(31)에 구비된다.
이러한 히터(30)는 상기 에어컨 장치(50)에 구비된 HVAC 모듈(52)의 내부에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제2 밸브(V2)는 차량의 난방모드에서 상기 전장품(15)을 통과한 고온의 냉각수를 상기 히터(30)에 공급하기 위하여 상기 제2 연결라인(31)을 상기 제1 연결라인(21)에 연결할 수 있다.
한편, 상기 라디에이터(12)의 전방에는 에어플랩(미도시)이 구비될 수 있다, 상기 에어플랩은 상기 라디에이터(12)에서 외기와 열교환을 통해 냉각수가 냉각되는 것을 방지하도록 차량의 모드에 따라 선택적으로 폐쇄될 수 있다.
이에 따라, 냉각수는 상기 에어플랩의 개폐 작동에 의해 상기 라디에이터(12)를 통과하면서 온도가 조절될 수 있고, 상기 전장품(15)의 폐열을 보다 효율적으로 회수할 수 있다.
즉, 차량 실내를 난방할 경우, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 전장품(15)을 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 상기 히터(30)에 공급되도록 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 개방된 상기 제1 연결라인(21)과 상기 제2 연결라인(31)을 연결할 수 있다.
그러면, 상기 히터(30)에는 상기 전장품(15)을 통과한 고온의 냉각수가 공급될 수 있다.
즉, 상기 히터(30)는 차량의 난방모드에서 상기 전장품(15)을 통과한 고온의 냉각수가 상기 제1, 및 제2 워터펌프(14, 24)의 작동을 통해 공급됨으로써, 차량 실내를 난방할 수 있다.
여기서, 상기 제1, 및 제2 워터펌프(14, 24)는 전동식 워터펌프 일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 에어컨 장치(50)는 상기 냉매라인(51)을 통해 연결되는 상기 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 52), 컨덴서(53), 서브 컨덴서(54), 팽창밸브(55), 증발기(56), 및 압축기(59)를 포함한다.
먼저, 상기 HVAC 모듈(52)은 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 외기를 선택적으로 차량의 실내로 유입시킬 수 있다.
상기 컨덴서(53)는 상기 냉매라인(51)과 연결되어 냉매가 통과되고, 냉각수가 통과되도록 상기 제1 연결라인(21)과 연결된다.
이러한 컨덴서(53)는 상기 제1 연결라인(21)을 통해 공급된 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 응축시킬 수 있다. 즉, 상기 컨덴서(53)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.
이와 같이 구성되는, 상기 컨덴서(53)는 상기 압축기(59)로부터 공급된 냉매를 상기 냉각장치(10)로부터 상기 제1 연결라인(21)을 통해 선택적으로 공급되는 냉각수와 열교환시켜 냉매를 응축시킬 수 있다.
상기 증발기(56)는 상기 냉매라인(51)을 통해 상기 컨덴서(53)와 연결되며, 냉매를 증발시킬 수 있다.
여기서, 상기 증발기(56)는 상기 HVAC 모듈(52)로 유입되는 외기가 먼저 통과되도록 상기 외기가 차량의 실내로 유입되는 방향을 기준으로, 상기 HVAC 모듈(52)의 내부에서 상기 히터(30)의 전방에 배치될 수 있다.
이에 따라, 차량의 난방모드가 작동되면, 상기 제1, 및 제2 밸브(V1, V2)의 작동 제어에 의해 고온의 냉각수가 상기 제1, 및 제2 연결라인(21, 31)을 따라 상기 히터(30)에 공급될 수 있다.
이와는 반대로, 차량의 냉방모드가 작동되면, 상기 제1, 및 제2 밸브(V1, V2)의 작동 제어에 의해 상기 히터(30)에 냉각수의 공급을 중단하고, 상기 에어컨 장치(50)의 작동에 의해 상기 증발기(56)에 냉매를 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 열 관리 시스템은 종래 외기의 유입을 제어하기 위해 상기 HVAC 모듈(52)에 적용되던 개폐도어를 제거할 수 있다.
상기 개폐도어를 제거할 경우, 상기 HVAC 모듈(52)이 차량의 실내에 구비하지 않아도 됨에 따라, 차량의 실내공간을 확보할 수 있다.
한편, 상기 컨덴서(53)와 상기 증발기(56)의 사이에서 상기 냉매라인(51)에는 서브 컨덴서(54)가 구비될 수 있다.
상기 서브 컨덴서(54)는 상기 컨덴서(53)에서 응축된 냉매를 외기와 열교환을 통해 추가로 응축시킬 수 있다. 즉, 상기 서브 컨덴서(54)는 상기 라디에이터(12)의 전방에 배치되어 내부로 유입된 냉매를 외기와 상호 열교환 시키게 된다.
즉, 상기 서브 컨덴서(54)는 외기를 이용해 냉매를 응축하는 공랭식 열교환기일 수 있다.
이와 같이, 상기 서브 컨덴서(54)는 상기 컨덴서(53)에서 응축된 냉매를 더 응축시킴으로써, 냉매의 서브쿨을 증대시킬 수 있고, 이로 인해, 압축기 소요동력 대비 냉방 능력의 계수인 COP(Coefficient Of Performance)가 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 팽창밸브(55)는 상기 서브 컨덴서(54)와 상기 증발기(56)의 사이에서 상기 냉매라인(51)에 구비된다. 상기 팽창밸브(55)는 상기 서브 컨덴서(54)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키게 된다.
그리고 상기 압축기(59)는 상기 증발기(56)와 상기 컨덴서(53) 사이에서 상기 냉매라인(51)을 통해 연결된다. 이러한 압축기(59)는 기체 상태의 냉매를 압축시키고 압축된 냉매를 상기 컨덴서(53)에 공급할 수 있다.
여기서, 상기 팽창밸브(55)는 상기 냉매라인(51)을 통과하는 냉매의 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.
또한, 상기 제1, 및 제2 밸브(V1, V2)는 4-way 밸브일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템을 첨부한 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템의 블록 구성도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템은 전장품(115)으로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용하고, 냉각수 또는 냉매를 이용해 실내냉방을 수행할 수 있다.
이러한 열 관리 시스템은 전기 자동차에 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 열 관리 시스템은 냉각장치(110), 제1 연결라인(121), 히터(130), 제2 연결라인(131), 및 에어컨 장치(150)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 냉각장치(110)는 냉각수 라인(111)으로 연결되는 라디에이터(112), 제1 워터펌프(114), 제1 밸브(V1), 및 리저버 탱크(116)를 포함한다.
상기 라디에이터(112)는 차량의 전방에 배치되며, 후방에는 쿨링팬(113)이 구비되고, 상기 쿨링팬(113)의 작동과 외기와의 열교환을 통해 냉각수를 냉각하게 된다.
또한, 상기 전장품(115)은 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU), 또는 모터, 또는 인버터, 또는 충전기(On Board Charger, OBC) 등의 전력변환장치, 또는 자율주행 제어기를 포함할 수 있다.
상기 전력제어장치 또는 상기 인버터는 주행 중에 발열되고, 상기 충전기는 배터리를 충전할 경우 발열될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 전장품(115)은 상기 냉각수 라인(111)에 구비되어 수랭식으로 냉각될 수 있다.
이에 따라, 차량의 난방모드에서 상기 전장품(115)의 폐열을 회수할 경우에는 상기 전력제어장치, 모터, 인버터, 또는 충전기로부터 발생된 열을 회수할 수 있다.
한편, 상기 리저버 탱크(116)는 상기 라디에이터(112)와 상기 제1 밸브(V1)의 사이에서 상기 냉각수 라인(111)에 구비된다.
이러한 냉각장치(110)는 상기 냉각수 라인(111)에 구비되는 상기 전장품(115)에 냉각수가 공급되도록 상기 제1 워터펌프(14)의 작동을 통해 상기 냉각수 라인(111)에 냉각수를 순환시킬 수 있다.
상기 제1 연결라인(121)은 상기 제1 밸브(V1)를 통해 상기 냉각수 라인(111)과 선택적으로 연결된다.
여기서, 상기 제1 연결라인(121)에는 상기 에어컨 장치(150)에 구비된 컨덴서(153)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 밸브(V1)와 상기 컨덴서(153)의 사이에서 상기 제1 연결라인(121)에는 제2 워터펌프(124)가 구비될 수 있다.
상기 제2 워터펌프(124)는 상기 제1 연결라인(121)과 상기 제2 연결라인(131)에 냉각수를 순환시킬 경우에 작동될 수 있다.
여기서, 상기 제1 밸브(V1)는 차량의 냉방모드, 제습 모드에서 상기 컨덴서(53)에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인(111)과 상기 제1 연결라인(121)을 연결할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제2 연결라인(131)은 상기 전장품(115)을 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 선택적으로 순환되도록 상기 제1 연결라인(121)과 제2 밸브(V2)를 통해 선택적으로 연결될 수 있다.
그리고 상기 히터(130)는 고온의 냉각수를 이용해 차량의 실내를 난방하도록 상기 제2 연결라인(131)에 구비된다.
이러한 히터(130)는 상기 에어컨 장치(50)에 구비된 HVAC 모듈(152)의 내부에 구비될 수 있다.
여기서, 상기 제2 밸브(V2)는 차량의 난방모드에서 상기 전장품(115)을 통과한 고온의 냉각수를 상기 히터(130)에 공급하기 위하여 상기 제2 연결라인(131)을 상기 제1 연결라인(121)에 연결할 수 있다.
한편, 상기 라디에이터(112)의 전방에는 에어플랩(미도시)이 구비될 수 있다, 상기 에어플랩은 상기 라디에이터(112)에서 외기와 열교환을 통해 냉각수가 냉각되는 것을 방지하도록 차량의 모드에 따라 선택적으로 폐쇄될 수 있다.
이에 따라, 냉각수는 상기 에어플랩의 개폐 작동에 의해 상기 라디에이터(112)를 통과하면서 온도가 조절될 수 있고, 상기 전장품(115)의 폐열을 보다 효율적으로 회수할 수 있다.
즉, 차량 실내를 난방할 경우, 상기 제2 밸브(V2)는 상기 전장품(115)을 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 상기 히터(130)에 공급되도록 상기 제1 밸브(V1)의 작동에 의해 개방된 상기 제1 연결라인(121)과 상기 제2 연결라인(131)을 연결할 수 있다.
그러면, 상기 히터(130)에는 상기 전장품(115)을 통과한 고온의 냉각수가 공급될 수 있다.
즉, 상기 히터(130)는 차량의 난방모드에서 상기 전장품(115)을 통과한 고온의 냉각수가 상기 제1, 및 제2 워터펌프(114, 124)의 작동을 통해 공급됨으로써, 차량 실내를 난방할 수 있다.
여기서, 상기 제1, 및 제2 워터펌프(114, 124)는 전동식 워터펌프 일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 에어컨 장치(150)는 상기 냉매라인(151)을 통해 연결되는 상기 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 152), 컨덴서(153), 서브 컨덴서(154), 팽창밸브(155), 증발기(156), 및 압축기(159)를 포함한다.
먼저, 상기 HVAC 모듈(152)은 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 외기를 선택적으로 차량의 실내로 유입시킬 수 있다.
여기서, 상기 HVAC 모듈(152)의 내부에는 저온의 냉각수가 선택적으로 유입되는 쿨러(140)가 구비될 수 있다.
상기 쿨러(140)는 상기 HVAC 모듈(152)로 유입되는 외기가 먼저 통과되도록 상기 외기가 차량의 실내로 유입되는 방향을 기준으로, 상기 HVAC 모듈(152)의 내부에서 상기 히터(130)의 전방에 배치될 수 있다.
이러한 쿨러(140)는 상기 라디에이터(112)와 상기 전장품(115)의 사이에서 상기 냉각수 라인(111)에 구비된 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 상기 냉각수 라인(111)과 선택적으로 연결되는 제3 연결라인(141)에 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 컨덴서(153)는 상기 냉매라인(151)과 연결되어 냉매가 통과되고, 냉각수가 통과되도록 상기 제1 연결라인(121)과 연결된다.
이러한 컨덴서(153)는 상기 제1 연결라인(121)을 통해 공급된 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 응축시킬 수 있다. 즉, 상기 컨덴서(153)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.
이와 같이 구성되는, 상기 컨덴서(153)는 상기 압축기(159)로부터 공급된 냉매를 상기 냉각장치(110)로부터 상기 제1 연결라인(121)을 통해 선택적으로 공급되는 냉각수와 열교환시켜 냉매를 응축시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 증발기(156)는 상기 냉매라인(151)을 통해 상기 컨덴서(153)와 연결되며, 냉매를 증발시킬 수 있다.
여기서, 상기 증발기(156)는 내부에 냉각수가 순환되도록 상기 제3 연결라인(141)에 연결되며, 상기 냉매라인(151)을 통해 공급된 냉매를 냉각수와 열교환을 통해 증발시킬 수 있다.
이러한 증발기(156)는 상기 제3 연결라인(141)을 통해 공급된 냉각수와 열교환을 통해 상기 컨덴서(153)로부터 공급되고 상기 팽창밸브(155)에서 팽창된 냉매를 증발시킬 수 있다. 즉, 상기 증발기(156)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 증발기(156)는 상기 팽창밸브(155)에서 팽창된 냉매를 상기 냉각장치(110)로부터 상기 제3 연결라인(141)을 통해 선택적으로 공급되는 냉각수와 열교환시켜 냉매를 증발시킬 수 있다.
한편, 상기 제3 밸브(V3)와 상기 증발기(156)의 사이에서 상기 제3 연결라인(141)에는 제3 워터펌프(144)가 구비될 수 있다.
이러한 제3 워터펌프(144)는 차량의 냉방모드에서 상기 냉각장치(110)에서 공급된 냉각수가 상기 제3 밸브(V3)의 작동을 통해 개방된 상기 제3 연결라인(141)을 따라 순환하도록 작동할 수 있다.
이에 따라, 상기 쿨러(140)에는 차량의 냉방모드에서 상기 증발기(156)를 통과하는 동안 냉매와 열교환을 통해 온도가 낮아진 냉각수가 상기 제3 연결라인(141)을 통해 공급될 수 있다.
여기서, 상기 제3 밸브(V3)는 차량의 냉방모드에서 상기 증발기(156)를 통과하면서 냉각된 냉각수가 상기 쿨러(140)에 공급되도록 상기 냉각수 라인(11)과 상기 제3 연결라인(141)을 연결할 수 있다.
즉, 상기 쿨러(140)에는 차량의 냉방모드에서 상기 증발기(156)를 통과하는 동안 냉매와 열교환을 통해 온도가 낮아진 냉각수가 상기 제3 연결라인(141)을 통해 공급될 수 있다.
한편, 차량의 난방모드가 작동되면, 상기 제1, 및 제2 밸브(V1, V2)의 작동 제어에 의해 고온의 냉각수가 상기 제1, 및 제2 연결라인(121, 131)을 따라 상기 히터(130)에 공급될 수 있다.
이와는 반대로, 차량의 냉방모드가 작동되면, 상기 제1, 및 제2 밸브(V1, V2)의 작동 제어에 의해 상기 히터(130)에 냉각수의 공급을 중단하고, 상기 에어컨 장치(150)의 작동에 의해 상기 증발기(156)에 냉매가 공급된다.
이러한 상태에서, 상기 제3 연결라인(141)은 상기 제3 밸브(V3)의 작동 제어에 의해 개방된다.
그러면 상기 냉각장치(110)로부터 공급된 냉각수는 상기 제3 워터펌프(144)의 작동에 의해 상기 증발기(156)에서 냉매와 열 교환된다. 그런 후, 온도가 낮아진 냉각수는 상기 제3 연결라인(141)을 따라 상기 쿨러(140)에 공급될 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 열 관리 시스템은 종래 외기의 유입을 제어하기 위해 상기 HVAC 모듈(152)에 적용되던 개폐도어를 제거할 수 있다.
상기 개폐도어를 제거할 경우, 상기 HVAC 모듈(152)이 차량의 실내에 구비하지 않아도 됨에 따라, 차량의 실내공간을 확보할 수 있다.
한편, 상기 컨덴서(153)와 상기 증발기(156)의 사이에서 상기 냉매라인(151)에는 서브 컨덴서(154)가 구비될 수 있다.
상기 서브 컨덴서(154)는 상기 컨덴서(153)에서 응축된 냉매를 외기와 열교환을 통해 추가로 응축시킬 수 있다. 즉, 상기 서브 컨덴서(154)는 상기 라디에이터(112)의 전방에 배치되어 내부로 유입된 냉매를 외기와 상호 열교환 시키게 된다.
즉, 상기 서브 컨덴서(154)는 외기를 이용해 냉매를 응축하는 공랭식 열교환기일 수 있다.
이와 같이, 상기 서브 컨덴서(154)는 상기 컨덴서(153)에서 응축된 냉매를 더 응축시킴으로써, 냉매의 서브쿨을 증대시킬 수 있고, 이로 인해, 압축기 소요동력 대비 냉방 능력의 계수인 COP(Coefficient Of Performance)가 향상될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 팽창밸브(155)는 상기 서브 컨덴서(154)와 상기 증발기(156)의 사이에서 상기 냉매라인(151)에 구비된다. 상기 팽창밸브(155)는 상기 서브 컨덴서(154)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키게 된다.
그리고 상기 압축기(159)는 상기 증발기(156)와 상기 컨덴서(153) 사이에서 상기 냉매라인(151)을 통해 연결된다. 이러한 압축기(159)는 기체 상태의 냉매를 압축시키고 압축된 냉매를 상기 컨덴서(153)에 공급할 수 있다.
여기서, 상기 팽창밸브(155)는 상기 냉매라인(151)을 통과하는 냉매의 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2, 및 제3 밸브(V1, V2, V3)는 4-way 밸브일 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예, 및 다른 실시예에 따른 차량용 열 관리 시스템에 의하면, 상기 전장품(15, 115)으로부터 발생된 폐열을 이용해 차량 실내를 난방하고, 냉매 또는 냉각수를 이용해 차량의 실내 냉방을 수행함으로써, 전체 시스템의 간소화 및 단순화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전장품(15, 115)으로부터 발생된 폐열을 회수해 실내난방에 사용함으로써, 난방효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 종래 HVAC 모듈의 내부에 구비되던 개폐도어를 제거함으로써, HVAC 모듈의 부품수 축소를 통해 HVAC 모듈을 컴팩트화 시킬 수 있고, 제작공수 축소 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 개폐도어의 제거를 통해 종래 차량의 실내에 구비되던 상기 HVAC 모듈(52, 152)을 차 룸으로부터 차체로 이동시킴으로써, 차량의 실내공간을 충분히 확보할 수 있다.
나아가, 전체 시스템의 간소화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10, 110 : 냉각장치
11, 111 : 냉각수 라인
12, 112 : 라디에이터
13, 113 : 쿨링팬
14, 114 : 제1 워터펌프
15, 115 : 전장품
16, 116 : 리저버 탱크
21, 121 : 제1 연결라인
24, 124 : 제2 워터펌프
30, 130 : 히터
31, 131 : 제2 연결라인
50, 150 : 에어컨 장치
51, 151 : 냉매라인
52, 152 : HVAC 모듈
53, 153 : 컨덴서
54, 154 : 서브 컨덴서
55, 155 : 팽창밸브
56, 156 : 증발기
59, 159 : 압축기
V1, V2, V3 : 제1, 제2, 및 V3 밸브

Claims (20)

  1. 냉각수 라인으로 연결되는 라디에이터, 제1 워터펌프, 및 제1 밸브를 포함하며, 상기 냉각수 라인에 구비되는 적어도 하나의 전장품을 냉각하도록 상기 냉각수 라인에 냉각수를 순환시키는 냉각장치;
    상기 제1 밸브를 통해 상기 냉각수 라인과 선택적으로 연결되는 제1 연결라인;
    상기 제1 연결라인과 제2 밸브를 통해 선택적으로 연결되는 제2 연결라인; 및
    상기 제2 연결라인에 구비되는 히터; 를 포함하고,
    상기 제1 연결라인에는 에어컨 장치에 포함된 컨덴서가 구비되며,
    상기 히터는 상기 에어컨 장치에 포함된 HVAC 모듈의 내부에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어컨 장치는
    차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 외기를 선택적으로 차량의 실내로 유입시키는 상기 HVAC모듈;
    상기 제1 연결라인과 연결되어 내부에 냉각수가 순환되고, 냉매라인을 통해 공급된 냉매를 냉각수와 열교환시키는 상기 컨덴서;
    상기 냉매라인을 통해 상기 컨덴서와 연결되며, 냉매를 증발시키는 증발기;
    상기 증발기와 상기 컨덴서의 사이에서 상기 냉매라인을 통해 연결되는 압축기; 및
    상기 컨덴서와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 팽창밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 증발기는
    상기 HVAC 모듈로 유입되는 외기가 먼저 통과되도록 상기 외기가 차량의 실내로 유입되는 방향을 기준으로, 상기 HVAC 모듈의 내부에서 상기 히터의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨덴서와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에는 서브 컨덴서가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨덴서는 수랭식 열교환기이고, 상기 서브 컨덴서와 상기 증발기는 공랭식 열교환기인 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 HVAC 모듈의 내부에는
    저온의 냉각수가 선택적으로 유입되는 쿨러가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 쿨러는
    상기 HVAC 모듈로 유입되는 외기가 먼저 통과되도록 상기 외기가 차량의 실내로 유입되는 방향을 기준으로, 상기 HVAC 모듈의 내부에서 상기 히터의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 쿨러는
    상기 라디에이터와 상기 전장품의 사이에서 상기 냉각수 라인에 구비된 제3 밸브의 작동을 통해 상기 냉각수 라인과 선택적으로 연결되는 제3 연결라인에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 증발기는
    내부에 냉각수가 순환되도록 상기 제3 연결라인에 연결되며, 상기 냉매라인을 통해 공급된 냉매를 냉각수와 열교환을 통해 증발시키는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 컨덴서와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에는 서브 컨덴서가 더 구비되고,
    상기 컨덴서와 상기 증발기는 수랭식 열교환기이고, 상기 서브 컨덴서는 공랭식 열교환기인 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 쿨러에는
    차량의 냉방모드에서 상기 증발기를 통과하는 동안 냉매와 열교환을 통해 온도가 낮아진 냉각수가 상기 제3 연결라인을 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제3 밸브와 상기 증발기의 사이에서 상기 제3 연결라인에는
    제3 워터펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제3 밸브는
    차량의 냉방모드에서 상기 증발기를 통과하면서 냉각된 냉각수가 상기 쿨러에 공급되도록 상기 냉각수 라인과 상기 제3 연결라인을 연결하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제3 밸브는
    4-way 밸브인 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 밸브는
    차량의 냉방모드, 제습 모드에서 상기 컨덴서에 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인과 상기 제1 연결라인을 연결하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 밸브는
    차량의 난방모드에서 상기 전장품을 통과한 고온의 냉각수를 상기 히터에 공급하기 위하여 상기 제2 연결라인을 상기 제1 연결라인에 연결하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 라디에이터와 상기 제1 밸브의 사이에서 상기 냉각수 라인에는 리저버 탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 컨덴서의 사이에서 상기 제1 연결라인에는
    제2 워터펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 및 제2 밸브는 4-way 밸브인 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 전장품은
    모터, 또는 전력제어장치, 또는 인버터, 또는 충전기(On Board Charger, OBC), 또는 전력변환장치, 또는 자율주행 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열 관리 시스템.
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