KR20230089352A

KR20230089352A - 차량의 열관리 시스템

Info

Publication number: KR20230089352A
Application number: KR1020210177902A
Authority: KR
Inventors: 김종원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2023-06-20

Abstract

가스인젝션 히트펌프 시스템이 구비된 차량의 열관리 시스템에 이젝터를 병렬적으로 적용하여 압축기의 요구동력을 절감함과 동시에, 시스템 전체의 에너지 효율을 증가시키는 차량의 열관리 시스템이 소개된다.

Description

차량의 열관리 시스템 {THERMAL MANAGEMENT SYSTEM}

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 가스인젝션 히트펌프 시스템이 구비된 차량의 열관리 시스템에 이젝터를 병렬적으로 적용하여 압축기의 요구동력을 절감함과 동시에, 시스템 전체의 에너지 효율을 증가시키는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.

최근 내연기관 차량의 환경적인 이슈로 인해 전기차 등이 친환경 차량으로 보급이 확대되는 추세이다. 그러나 기존의 내연기관 차량의 경우 엔진의 폐열을 통해 실내를 난방할 수 있어 별도의 난방을 위한 에너지가 필요하지 않았으나, 전기차 등의 경우 엔진이 없어 열원이 없기 때문에 별도의 에너지를 통해 난방을 수행하여야 하고, 이로 인해 연비가 하락하는 문제가 있다.

이러한 문제는 전기차의 주행가능거리를 단축시켜 잦은 충전을 필요하게 하는 등 차량의 이용자에게 불편함을 초래하고 있는 실정이다.

한편, 차량의 전동화로 인해 차량의 실내 뿐만 아니라, 고전압배터리, 모터 등의 전장부품들의 열관리에 관한 니즈도 새로이 추가되고 있다. 즉, 전기차 등의 경우 실내공간과 배터리, 전장부품들의 경우 각각 공조에 대한 니즈가 상이하고, 이들을 독립적으로 대응하면서도 효율적으로 협업하여 에너지를 최대한 절약할 수 있는 기술이 필요한 것이다. 이에 따라 각각의 구성에 대하여 독립적으로 열관리를 수행하면서 동시에 전체적인 차량의 열관리를 통합하여 열효율을 증대 시키고자 차량의 통합 열관리 개념이 제시되고 있다.

이에, 최근에는 전기차에서 히트펌프의 효율을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 히트펌프의 효율을 높이는 방법으로는, 가스인젝션 히트펌프 시스템을 활용하거나 이젝터를 적용하는 방법이 있다.

가스인젝션 히트펌프 시스템은 플래쉬탱크를 사용하여, 난방시 순환되는 냉매의 유량을 증가시켜 시스템 전체의 에너지 효율을 높이는 방식이고, 이젝터를 적용하는 방법은 압축기에 유입되는 냉매의 흡입압력을 상승시킴으로써 압축기의 요구동력을 절감시키는 방식이다.

종래, 위와 같은 서로 다른 방식을 각각 적용하거나, 직렬회로를 구성하여 가스인젝션 히트펌프 시스템과 이젝터를 동시에 적용한 바 있으나, 직렬회로의 경우 압력조절이 불가능한 단점이 있어, 보다 개선된 회로의 구성이 필요한 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

US

2019-0070924

A1 (2019.03.07)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 가스인젝션 히트펌프 시스템이 구비된 차량의 열관리 시스템에 이젝터를 병렬적으로 적용하여 압축기의 요구동력을 절감함과 동시에, 시스템 전체의 에너지 효율을 증가시키는 차량의 열관리 시스템을 제공하고자 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기, 컨덴서, 이젝터, 제1증발기 및 기액분리기가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환 유동되는 제1냉매라인, 제1냉매라인의 컨덴서 하류지점에서 분기되고, 메인팽창밸브 및 플래쉬탱크가 순차적으로 구비되며, 압축기로 냉매가 토출되는 제2냉매라인, 플래쉬탱크와 이젝터 사이를 연결하며, 제2증발기가 구비된 제3냉매라인을 포함한다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에서, 제1냉매라인의 컨덴서는 실내 컨덴서와 실외 컨덴서가 순차적으로 구비되고, 실내 컨덴서와 실외 컨덴서 사이에 마련되어, 실내 컨덴서로부터 실외 컨덴서로 유동되는 냉매의 유량을 조절하는 메인멀티웨이밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 메인멀티웨이밸브와 실외 컨덴서 사이에 마련되어, 실내 컨덴서로부터 실외 컨덴서로 유동되는 냉매를 감압시키는 보조팽창밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 제2냉매라인의 플래쉬탱크와 압축기 사이에 마련되어, 압축기로 토출되는 플래쉬탱크 내부의 기상 또는 액상의 냉매의 토출량을 조절하는 보조멀티웨이밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에서, 제2증발기는 차량의 구동부 또는 전자부품에서 발생한 폐열이 플래쉬탱크에서 토출된 냉매로 흡열되도록 열교환되는 칠러인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브 및 메인멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 난방모드에서 제어부는, 압축된 냉매가 실내 컨덴서를 통과하면서 차량의 내기와 열교환되면서 방열되도록 압축기를 작동시키고, 실내 컨덴서를 통과하면서 방열된 냉매가 외기 컨덴서로 유동되면서 차량의 외기와 열교환되면서 흡열되도록 메인멀티웨이밸브의 개폐를 제어하며, 외기 컨덴서를 통과하면서 흡열된 냉매가 메인팽창밸브를 통과하면서 팽창된 후 플래쉬탱크를 통과하여 압축기로 토출되거나 제3냉매라인으로 유동되도록 메인팽창밸브의 개도량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브, 보조팽창밸브 및 메인멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 난방모드에서 제어부는, 메인멀티웨이밸브를 통과한 냉매가 저온 상태로 감압되어 외기 컨덴서로 유동되도록 보조팽창밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브, 보조팽창밸브, 메인멀티웨이밸브 및 보조멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제1냉방모드에서 제어부는, 플래쉬탱크를 통과한 냉매가 압축기로 토출되는 것을 차단하도록 보조멀티웨이밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브, 보조팽창밸브, 메인멀티웨이밸브 및 보조멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부를 더 포함하고, 제2냉방모드에서 제어부는, 플래쉬탱크를 통과하여 압축기로 토출되는 냉매가 압축기 내부의 열을 흡열하도록 보조멀티웨이밸브를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 차량의 열관리 시스템에 따르면, 가스인젝션 히트펌프 시스템이 구비된 차량의 열관리시스템에 이젝터를 병렬적으로 적용하여 압축기의 요구동력을 절감함과 동시에, 시스템 전체의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템을 간략히 나타낸 기본 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동시 P-h선도를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템에 적용되는 이젝터의 작동원리를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템을 간략히 나타낸 실차 적용 회로도.
도 5는 도 4를 구체화하여 난방모드에서의 작동을 보여주는 회로도.
도 6은 도 4를 구체화하여 제1냉방모드에서의 작동을 보여주는 회로도.
도 7은 도 4를 구체화하여 제2냉방모드에서의 작동을 보여주는 회로도.

이 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, 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 특별한 언급이 없는 한 각 구성요소의 위치는 냉매와 같은 유체의 유동흐름 방향을 기준으로 설명한 것이다. 예를 들어, 유체의 흐름상 유체가 상대적으로 먼저 통과하는 구성요소는 상류지점에 위치하는 것이고, 상대적으로 나중에 통과되는 구성요소는 하류지점에 위치하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 개시된 발명의 여러 실시형태에 대한 구성 및 작용원리를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)을 간략히 나타낸 기본 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)의 작동시 P-h선도를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)에 적용되는 이젝터(30)의 작동원리를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)을 간략히 나타낸 실차 적용 회로도이며, 도 5는 도 4를 구체화하여 난방모드에서의 작동을 보여주는 회로도이고, 도 6은 도 4를 구체화하여 제1냉방모드에서의 작동을 보여주는 회로도이며, 도 7은 도 4를 구체화하여 제2냉방모드에서의 작동을 보여주는 회로도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)을 간략히 나타낸 기본 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)의 작동시 P-h선도를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)에 적용되는 이젝터(30)의 작동원리를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 압축기(10), 컨덴서(20), 이젝터(30), 제1증발기(40) 및 기액분리기(50)가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환 유동되는 제1냉매라인(100), 제1냉매라인(100)의 컨덴서(20) 하류지점에서 분기되고, 메인팽창밸브(60) 및 플래쉬탱크(70)가 순차적으로 구비되며, 압축기(10)로 냉매가 토출되는 제2냉매라인(200), 플래쉬탱크(70)와 이젝터(30) 사이를 연결하며, 제2증발기(80)가 구비된 제3냉매라인(300)을 포함한다.

본 발명의 이해를 돕기 위해, 일반적인 히트펌프 시스템의 구조와 히트펌프의 열효율을 높이기 위한 방법을 살펴보면서, 본 발명의 구성요소들이 갖는 핵심적 특징들을 함께 설명하기로 한다.

일반적으로 차량의 냉난방장치는 히트펌프 시스템을 이용한다. 일반적인 히트펌프 시스템은 '증발-압축-응축-팽창'구조로 이루어진 회로를 냉매가 순환하면서 열교환을 통해 열에너지를 이동시키는 것으로서, 압축시 온도가 올라가고 팽창시 온도가 떨어지는 기본원리를 이용한다.

즉, 히트펌프는 에어컨과 마찬가지로 증발기, 압축기(10), 컨덴서(20), 팽창밸브(60, 90) 등의 구성을 기본 부품으로 하고, 최대한의 열효율을 얻기 위해 압축기(10)에는 기체상태의 냉매만이 들어가며, 이를 위해 기액분리기(50)를 추가적으로 구비하거나, 열효율을 더 향상하기 위해 냉매 간 열을 교환시키는 내부열교환기를 구비하기도 한다.

여기서 증발기, 압축기(10), 컨덴서(20), 팽창밸브(60, 90) 등은 각각의 부품이 해당 부품의 기능을 수행할 수 있는 다양한 형태로 제작될 수 있다. 특히 증발기, 압축기(10), 컨덴서(20), 팽창밸브(60, 90) 등은 해당 부품의 기능을 수행할 수 있다면, 그 내부 구성은 어떠하여도 무방하다.

또한, 히트펌프 시스템에는 냉매가 흐르는 냉매라인(100, 200, 300)이 마련되어, 냉매가 냉매라인(100, 200, 300)을 따라 각각의 구성요소를 통과하여 순환하도록 형성된다.

한편, 최근 전기차에서 히트펌프의 효율을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 히트펌프의 효율을 높이는 방법으로는, 가스인젝션 히트펌프 시스템을 활용하거나 이젝터(30)를 적용하는 방법이 있다.

가스인젝션 히트펌프 시스템은 플래쉬탱크(70)를 사용하여, 난방시 순환되는 냉매의 유량을 증가시켜 시스템 전체의 에너지 효율을 높이는 방식이고, 이젝터(30)를 적용하는 방법은 압축기(10)에 유입되는 냉매의 흡입압력을 상승시킴으로써 압축기(10)의 요구동력을 절감시키는 방식이다.

즉, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 압축기(10), 컨덴서(20), 증발기(40, 80), 기액분리기(50) 및 팽창밸브(60, 90)를 기본 구성으로 하고, 이젝터(30) 및 가스인젝션 히트펌프 시스템을 위한 플래쉬탱크(70)를 추가로 구비함으로써, 히트펌프의 효율을 높이고자 하는 것이다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 앞서 본 각각의 히트펌프 효율 향상방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

먼저, 가스인젝션 히트펌프 시스템은 압축기(10)의 압축과정에 기상의 냉매를 주입하여 냉매의 순환 량을 증가시켜 성능을 향상시키는 것으로서, 팽창밸브(60, 90)를 통과하면서 중간 압력으로 감압된 냉매 중 기상의 냉매만을 분리하고, 이를 압축기(10)에 주입하여 냉매의 유량을 증가시키는 원리에 기반한다.

팽창밸브(60, 90)를 통과한 냉매 중 기상의 냉매를 분리하기 위해 플래쉬탱크(70)가 사용된다. 즉, 플래쉬탱크(70)는 일종의 기액분리기(50)로 볼 수 있다. 다만, 플래쉬탱크(70)를 통해 분리된 기상의 냉매는 증발기(40, 80)를 통과하지 않으므로, 증발기(40, 80)에서의 압력 손실이 저감되는 효과도 있게 된다.

이는 도 2를 참조하여 이해할 수 있다. 도 2에서 '1-2-2a-7-8-9-1'의 순서로 순환되는 경로는 냉매가 증발기(40, 80)와 기액분리기(50)를 통과하여 압축기(10)로 순환되는 것을 나타내고, 이와 달리 '1-2-3-3a-1'의 순서로 순환되는 경로(Cycle 1)는 냉매가 플래쉬탱크(70)를 통과하여 압축기(10)로 순환되는 것을 나타낸다.

각 경로를 비교하면 경로 간 압력 차이가 발생함을 알 수 있는데, 이러한 차이만큼 압력 손실이 저감된다. 아울러 'Cycle 1'에 의해 냉매의 순환 량이 증대됨으로써 히트펌프의 효율이 향상되는 것이다. 즉, 도 2에서 A로 표시된 부분은 가스인젝션 히트펌프 시스템을 적용한 결과를 보여주는 것으로 이해될 수 있다.

여기서 '1-2-2a-7-8-9-1'의 순서로 순환되는 경로는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)의 제1냉매라인(100)을 따라 냉매가 유동되는 경로를 의미하며, 'Cycle 1'은 제2냉매라인(200) 상의 경로를 의미한다.

즉, 도 1을 참조하여 구체적으로 살펴보면, '1-2-2a-7-8-9-1'의 순서로 순환되는 경로는, 냉매가 압축기(10), 컨덴서(20), 이젝터(30), 제1증발기(40) 및 기액분리기(50)를 순차적으로 거쳐 다시 압축기(10)로 순환되는 과정을 P-h 선도 상에 도시한 것이고, 'Cycle 1'은, 냉매가 제1냉매라인(100)의 컨덴서(20) 하류지점에서 분기되어 메인팽창밸브(60) 및 플래쉬탱크(70)를 순차적으로 거쳐, 압축기(10)로 토출되는 과정을 P-h 선도 상에 도시한 것이다.

다음으로, 도 3을 참조하여 히트펌프 시스템에 이젝터(30)를 적용한 경우에 대해서 살펴보기로 한다.

이젝터(30)는 베르누이의 원리(Bernoulli's Principle)를 이용한 장치로서, 이젝터(30)의 상류 지점에서 냉매 흐름이 냉매 순환유로로서의 이젝터(30)로 유입되면서 유속이 증가하고 압력이 감소하는 영역(C), 기상 냉매가 유입되어 혼합되는 영역(D), 이로써 냉매가 가압되면서 이젝터(30)의 하류 지점에 배치된 증발기(제1증발기, 40)로 유입되도록 배출되는 영역(E)로 구성된다.

이젝터(30)의 출구에서의 압력은 기상 냉매가 혼합되면서 압력이 회복됨에 따라, 이젝터(30)를 적용하지 않은 경우보다 압력이 증가하게 되고, 증가된 압력만큼 증발기(제1증발기, 40)를 거쳐 압축기(10)로 유입되는 압력이 높아지게 된다.

즉, 압축기(10)의 흡입 압력을 상승시켜 압축기(10)에서 필요한 소비동력이 감소하며, 이에 따라 히트펌프 사이클의 COP(Coefficient of Performance) 계수가 상승함으로써 히트펌프의 효율이 개선되는 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, '1-2-3-4-5-6-7'의 순서로 유동되는 경로는 냉매가 압축기(10), 컨덴서(20), 메인팽창밸브(60), 플래쉬탱크(70), 제2증발기(80) 및 이젝터(30)를 순차적으로 유동하는 경로를 의미하며, '1-2-2a-7'의 순서로 유동되는 경로는 냉매가 압축기(10), 컨덴서(20), 및 이젝터(30)를 순차적으로 유동하는 경로를 의미한다. 즉, '4-5-6-7'의 순서로 유동되는 경로는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)의 제3냉매라인(300) 상의 경로를 의미한다.

구체적으로, 플래쉬탱크(70) 내부에서 분리된 액상의 냉매는, 플래쉬탱크(70)와 이젝터(30) 사이에 구비된 제2증발기(80)를 거쳐 기상의 냉매가 되어, 이젝터(30)로 유입된다. 그리고 '1-2-2a-7'의 경로를 따라 이젝터(30)로 유입된 냉매와 혼합되어 가압작용을 한 후, 가압된 냉매를 이젝터(30)의 하류 지점으로 배출하여 제1증발기(40)로 유입되도록 한다.

즉, 도 2에서 B로 표시된 부분은 히트펌프 시스템에 이젝터(30)를 적용한 결과를 보여주는 것으로 이해될 수 있으며, 'Cycle 2'는 제3냉매라인(300)을 통과하여 이젝터(30)에 의해 가압된 냉매가 압축기(10)로 유입되어 순환되는 것을 의미하는 것이다. 'Cycle 2'를 보면, 압축기(10)에 유입되는 냉매의 압력이 상승된 것을 쉽게 알 수 있다.

결론적으로, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 앞서 살펴본 가스인젝션과 이젝터(30)를 하나의 히트펌프 시스템에 동시에 적용함으로써, 압축기(10)의 요구동력을 절감함과 동시에, 히트펌프 시스템 전체의 에너지 효율을 더욱 효과적으로 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

나아가, 기존의 가스인젝션 히트펌프 시스템에서는 플래쉬탱크(70)의 상류 지점과 하류 지점에 각각 1개의 팽창밸브가 구비되어 총 2개의 팽창밸브를 요구하였으나, 플래쉬탱크(70)의 하류 지점에 이젝터(30)를 배치함으로써, 팽창밸브의 개수를 1개로 축소할 수 있게 된다. 이에 따라, 원가가 절감되고 생산성이 향상되는 효과가 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 제1냉매라인(100)의 컨덴서(20) 하류지점에 분기점이 형성되어, 앞서 살펴본 가스인젝션과 이젝터(30)를 병렬회로로 구성하고 있다.

가스인젝션과 이젝터(30)를 직렬회로로 구성할 경우, 냉매가 각각의 구성요소를 통과하면서, 불가피한 압력 손실이 누적되게 된다. 즉, 냉매가 먼저 통과하는 구성에 비해 나중에 통과하는 구성에서의 흡입 압력이 감소하게 되어, 냉매의 압력 변화에 대한 영향이 높아지게 된다. 이에 따라, 히트펌프 시스템의 안정적인 제어가 어려울 뿐만 아니라, 압력 손실에 따라 히트펌프 시스템 에너지 효율이 감소하게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 가스인젝션과 이젝터(30)를 병렬회로로 구성하여, 제1냉매라인(100)의 컨덴서(20) 하류지점에서 분기되어 플래쉬탱크(70)와 이젝터(30)로 각각 유입되는 냉매의 압력을 동일하게 유지할 수 있도록 한다. 이에 따라, 불가피한 압력 손실을 회피할 수 있게 되며, 압축기(10)나 팽창밸브(60, 90) 등을 제어함으로써 냉매의 유동 압력을 원하는 압력의 수준으로 보다 정밀하게 조절할 수 있는 효과가 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)을 간략히 나타낸 실차 적용 회로도이고, 도 5는 도 4를 구체화하여 난방모드에서의 작동을 보여주는 회로도이며, 도 6은 도 4를 구체화하여 제1냉방모드에서의 작동을 보여주는 회로도이고, 도 7은 도 4를 구체화하여 제2냉방모드에서의 작동을 보여주는 회로도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)에서, 제1냉매라인(100)의 컨덴서(20)는 실내 컨덴서(22)와 실외 컨덴서(21)가 순차적으로 구비되고, 실내 컨덴서(22)와 실외 컨덴서(21) 사이에 마련되어, 실내 컨덴서(22)로부터 실외 컨덴서(21)로 유동되는 냉매의 유량을 조절하는 메인멀티웨이밸브(92)를 더 포함할 수 있다.

압축기(10)를 통과한 고온, 고압의 냉매는 실내 컨덴서(22)를 통해 차량의 내기와 열교환되면서 방열된다. 이에 따라, 차량 내부를 난방하는 기능을 수행한다. 실내 컨덴서(22)를 통과한 냉매는 실외 컨덴서(21)로 유입되어, 차량의 외기와 열교환되면서 흡열과정을 거치고, 실외 컨덴서(21)의 하류 지점에서 분기되어 이젝터(30) 또는 메인팽창밸브(60) 각각으로 분리되어 유입된다.

이때, 실내 컨덴서(22)와 실외 컨덴서(21)의 사이에 구비된 메인멀티웨이밸브(92)에 의해 실내 컨덴서(22)로부터 실외 컨덴서(21)로 유동되는 냉매의 유량이 조절된다.

즉, 메인멀티웨이밸브(92)의 개폐 정도를 조절함으로써, 실외 컨덴서(21)에서 수행되는 흡열과정의 제어가 가능하게 되는 것이다.

한편, 도 4에는 메인멀티웨이밸브(92)로부터 상방으로 추가적인 분기점이 형성되어 있는데, 이는 실외 컨덴서가 차량의 외기와 안정적으로 열교환되도록 하기 위해, 차량의 외기와 열적으로 접촉되는 냉매라인 영역을 의미한다. 이는 도 5 내지 도 7을 참조하면 쉽게 이해될 수 있으며, 이러한 냉매라인으로 유동되는 냉매의 유량도 역시 마찬가지로 메인멀티웨이밸브(92)에 의해 조절될 수 있다.

참고로, 여기서 메인멀티웨이밸브(92)는 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이 3-웨이밸브(3-way valve)로 구성될 수 있으며, 필요에 따라 4-웨이밸브 등 다양한 멀티웨이밸브로 구성될 수도 있다. 즉, 위와 같은 3-웨이밸브는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시적 기재에 불과할 뿐, 이러한 기재로 인해 본 발명의 내용이 제한되는 것으로 보아서는 아니된다.

한편, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 메인멀티웨이밸브(92)와 실외 컨덴서(21) 사이에 마련되어, 실내 컨덴서(22)로부터 실외 컨덴서(21)로 유동되는 냉매를 감압시키는 보조팽창밸브(90)를 더 포함할 수 있다.

실내 컨덴서(22)를 통과한 냉매는 방열과정을 거침으로써 중온, 고압 상태의 냉매가 되며, 실외 컨덴서(21)에서 차량의 외기로부터 흡열과정을 수행하기 위해서는 차량의 외기보다 저온 상태여야만 한다.

특히, 겨울철과 같이 차량의 외기 온도가 상대적 저온 상태인 경우, 냉매가 실내 컨덴서(22)의 통과시 방열과정을 통해 자연적으로 저감되는 온도보다 더 낮추어야 할 필요성이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 메인멀티웨이밸브(92)와 실외 컨덴서(21) 사이에 보조팽창밸브(90)를 구비하여, 실내 컨덴서(22)로부터 실외 컨덴서(21)로 유동되는 냉매를 감압 시킴으로써 냉매의 온도를 낮추는 것이다. 이에 따라, 겨울철과 같이 차량의 외기 온도가 상대적 저온 상태인 경우에도, 실외 컨덴서(21)를 통과하는 냉매가 차량의 외기보다 더 저온 상태로 형성되어, 충분한 흡열과정을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

참고로, 겨울철과 같이 차량의 외기 온도가 저온 상태인 경우, 히트펌프는 난방 목적으로 활용되는 경우가 대부분일 것이나, 겨울철에도 실내를 저온 상태로 유지해야 하는 특수한 경우에는 냉방 목적으로 활용하는 경우에도 이용될 수 있음은 당연하다.

한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 제2냉매라인(200)의 플래쉬탱크(70)와 압축기(10) 사이에 마련되어, 압축기(10)로 토출되는 플래쉬탱크(70) 내부의 기상 또는 액상의 냉매의 토출량을 조절하는 보조멀티웨이밸브(94)를 더 포함할 수 있다.

앞서 본 바와 같이, 가스인젝션 히트펌프 시스템을 적용하는 경우, 압축기(10)에 기상의 냉매를 주입하여 냉매의 순환 량을 증가시켜 시스템 전체의 성능을 향상시키게 된다. 이때, 압축기(10)를 통과하는 냉매의 총량이 증가함에 따라, 압축기(10)가 휴지기 없이 장시간 지속적으로 구동될 수 있고, 이 경우 압축기(10)가 과열되는 문제가 발생할 수 있다.

특히, 여름철 또는 혹서기와 같이 차량의 외기 온도가 상대적 고온 상태인 경우, 압축기(10)의 구동에 따른 열이 축적되어 위와 같은 압축기(10) 과열 문제가 빈번하게 발생할 수 있다.

과열된 압축기(10)를 냉각시키기 위해서는 저온의 냉매를 압축기(10) 내부로 분사하는 방법이 활용된다. 일반적으로 압축기(10) 내부로 유입되는 냉매는 기상의 냉매일 것이 요구되나, 필요에 따라 신속한 냉각을 위해 액상의 냉매를 사용하기도 한다. 이와 같이 액상 냉매를 활용하는 경우를 소위, '리퀴드 인젝션(Liquid Injection)'이라 한다.

다만, 리퀴드 인젝션을 활용하더라도 극히 소량의 냉매만이 압축기(10)로 유입되어야 한다. 액상 냉매는 비압축성 유체이므로, 압축기(10) 내부에 액상 냉매가 다량 유입되는 경우, 압축기(10)의 구동이 원활하게 이루어지지 않으며, 경우에 따라서는 압축기(10) 내부의 스크롤이(스크롤 압축기의 경우) 깨지는 등 압축기(10) 고장의 원인이 될 수 있다. 즉, 리퀴드 인젝션을 활용하는 경우에는 압축기(10)로 토출되는 액상 냉매의 토출량을 조절할 필요성이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 제2냉매라인(200)의 플래쉬탱크(70)와 압축기(10) 사이에 보조멀티웨이밸브(94)를 구비하여, 압축기(10)로 토출되는 플래쉬탱크(70) 내부의 기상 또는 액상의 냉매의 토출량을 조절하는 것이다. 이에 따라, 압축기(10)가 과열된 경우, 이를 신속하게 냉각시키고, 리퀴드 인젝션을 활용하더라도 압축기(10)의 고장을 방지하면서 과열된 압축기(10)를 냉각시킬 수 있게 되는 것이다.

결과적으로, 압축기(10)의 과열 및 고장이 방지됨에 따라, 시스템 전체의 내구성이 향상되는 효과가 있다.

한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)에서, 제2증발기(80)는 차량의 구동부 또는 전자부품에서 발생한 폐열이 플래쉬탱크(70)에서 토출된 냉매로 흡열되도록 열교환되는 칠러인 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서 차량의 구동부는 엔진을, 전자부품은 배터리 기타 ECU(Electronic Control Unit) 등을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 이와 같은 차량의 구동부 또는 전자부품은 그 구동과정에서 열이 발생한다. 이때 발생한 열은 '열역학 제2법칙(Second law of thermodynamics)'에 따라 대기중으로 서서히 방열되어 사라지게 된다. 즉, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 이러한 폐열을 활용하고자 하는 것이다.

한편, 이젝터(30)는 앞서 도 3을 참조하여 살펴본 바와 같이, 냉매의 가압작용을 위해 기상 냉매가 유입되어 혼합되는 영역(D)이 존재한다. 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 가스인젝션과 이젝터(30)가 병렬회로로 구성됨에 따라 플래쉬탱크(70)에서 분리된 액상의 냉매가 이젝터(30)의 'D 영역'에 유입되게 된다.

따라서, 이러한 액상의 냉매를 기체 상태로 전환시키는 흡열과정이 필요하다. 이때, 증발기를 활용할 수도 있으나, 본 발명에서는 앞서 언급한 차량의 구동부 또는 전자부품에서 발생한 폐열을 흡수하도록 열교환되는 칠러를 활용하고자 한다.

즉, 액상의 냉매가 폐열로부터 열을 흡수하여 기체 상태로 전환되고, 이러한 기상의 냉매가 이젝터(30)의 'D 영역'으로 유입됨으로써, 이젝터(30) 내부에서 가압작용을 할 수 있게 되는 것이다.

이에 따라, 시스템 전체의 에너지 효율을 더욱 향상할 수 있으며, 가스인젝션과 이젝터(30)를 병렬적으로 구성할 수 있게 됨으로써 직렬회로에서의 불가피한 압력 손실 문제점을 회피하고, 필요에 따라 원하는 압력을 정밀하게 조절할 수 있게 되는 효과가 있다.

한편, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 압축기(10)의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브(60) 및 메인멀티웨이밸브(92)의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.

일반적으로 차량의 히트펌프 시스템은 차량 내부공간(캐빈, Cabin)을 난방하는 난방모드와 냉방하는 냉방모드를 모두 구현할 수 있도록 구성된다. 이에, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)도 난방모드와 냉방모드를 모두 구현할 수 있으며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 제어부(400)에 의해 난방모드, 제1냉방모드 및 제2냉방모드로 작동되는 모습을 나타낸 것이다. 도 5 내지 도 7에서 실선으로 표시된 부분은 저온 상태의 냉매가 흐르는 냉매라인을 의미하며, 점선으로 표시된 부분은 고온상태의 냉매가 흐르는 냉매라인을 의미한다.

구체적으로, 제어부(400)는 난방모드와 냉방모드에 상관없이 압축기(10)의 작동을 제어하고, 메인팽창밸브(60) 및 메인멀티웨이밸브(92)의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어한다.

즉, 압축기(10)의 작동에 따라, 기체상태의 냉매가 압축되면서 고온, 고압의 기체 냉매가 생성되며, 고온, 고압의 기체는 실내 컨덴서(22)를 통과하면서 방열과 동시에 응축되어 고압의 액체 냉매가 되고, 상대적으로 온도는 낮아진다(중온). 중온, 고압의 액체 냉매는 실외 컨덴서(21)를 통과하면서 차량의 외기로부터 흡열과정을 거치며, 실외 컨덴서(21) 하류 지점에서 분기되어 이젝터(30) 또는 메인팽창밸브(60)로 각각 유입되어 감압되고, 액체와 기체 상태가 공존하는 저온, 저압의 냉매가 된다.

메인팽창밸브(60)로 유입된 냉매는 플래쉬탱크(70) 내부에서 기상과 액상의 냉매로 분리되어, 기상의 냉매는 압축기(10)로 토출되고, 액상의 냉매는 제2증발기(80)를 통과하면서 흡열과정을 통해 기상의 냉매로 전환되어 이젝터(30)의 'D 영역'으로 유입된다. 이젝터(30)의 'D 영역'으로 유입된 냉매는 앞서 실외 컨덴서(21) 하류 지점에서 분기되어 이젝터(30)로 유입된 냉매와 혼합되면서 냉매의 압력을 높이는 가압작용을 한다. 가압된 냉매는 제1증발기(40)를 통과하면서 흡열과정을 거치고, 기액분리기(50)를 통과하면서 분리된 기상의 냉매만이 다시 압축기(10)로 들어가 동일한 사이클을 반복한다.

따라서, 냉매가 각 증발기(40, 80) 또는 실외 컨덴서(21)를 통과하는 경우, 흡열과정을 수행하게 되는데, 제어부(400)는 각각의 경우에 있어서 메인멀티웨이밸브(92) 또는 메인팽창밸브(60)의 개도량을 조절하여 흡열과정이 원활히 이루어질 수 있도록 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 것이다.

그리고, 실내 컨덴서(22)와 제1증발기(40)는 차량의 공조장치(미도시)와 연결되어 차량 내부공간과 열교환을 할 수 있다. 난방모드에서는 실내 컨덴서(22)와 연결된 차량의 공조장치(미도시)가 개방되고 제1증발기(40)와 연결된 차량의 공조장치(미도시)는 폐쇄된다. 이와 달리 냉방모드에서는 제1증발기(40)와 연결된 차량의 공조장치(미도시)가 개방되고 실내 컨덴서(22)와 연결된 차량의 공조장치(미도시)가 폐쇄된다.

결과적으로 제어부(400)는, 가스인젝션과 이젝터(30)가 병렬적으로 구성되어 함께 적용된 차량의 열관리 시스템(1000)을, 필요에 따라 난방모드 또는 냉방모드로 선택적으로 작동하도록 제어할 수 있는 것이다.

도 5를 참조하면, 난방모드에서 제어부(400)는, 압축된 냉매가 실내 컨덴서(22)를 통과하면서 차량의 내기와 열교환되면서 방열되도록 압축기(10)를 작동시키고, 실내 컨덴서(22)를 통과하면서 방열된 냉매가 외기 컨덴서(20)로 유동되면서 차량의 외기와 열교환되면서 흡열되도록 메인멀티웨이밸브(92)의 개폐를 제어하며, 외기 컨덴서(20)를 통과하면서 흡열된 냉매가 메인팽창밸브(60)를 통과하면서 팽창된 후 플래쉬탱크(70)를 통과하여 압축기(10)로 토출되거나 제3냉매라인(300)으로 유동되도록 메인팽창밸브(60)의 개도량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

난방모드의 경우 앞서 본 바와 같이, 실내 컨덴서(22)와 연결된 차량의 공조장치(미도시)가 개방되고 제1증발기(40)와 연결된 차량의 공조장치(미도시)는 폐쇄된다. 즉, 실내 컨덴서(22)를 통과하는 냉매가 차량의 내기와 열교환되면서 방열과정을 수행하는 것이다.

따라서 난방모드에서 제어부(400)는, 압축된 냉매가 실내 컨덴서(22)를 통과하면서 차량의 내기와 열교환되면서 방열되도록 압축기(10)를 작동시키는 것이다. 나아가 제어부(400)는, 메인멀티웨이밸브(92)의 개폐를 제어하여, 실내 컨덴서(22)를 통과하면서 방열된 냉매가 외기 컨덴서(20)로 유동되면서 차량의 외기와 원활한 열교환이 이루어지도록 하며, 메인팽창밸브(60)의 개도량을 제어하여, 외기 컨덴서(20)를 통과한 냉매가 메인팽창밸브(60)를 통과하면서 팽창된 후 플래쉬탱크(70)로를 통과하여 제3냉매라인(300)을 따라 제2증발기(80)로 유입되도록 함으로써, 각 경우에 있어서 흡열과정이 원활히 이루어지도록 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000) 전체의 효율을 향상하면서도, 충분한 난방 성능을 확보할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 압축기(10)의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브(60), 보조팽창밸브(90) 및 메인멀티웨이밸브(92)의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부(400)를 더 포함하고, 난방모드에서 제어부(400)는, 메인멀티웨이밸브(92)를 통과한 냉매가 저온 상태로 감압되어 외기 컨덴서(20)로 유동되도록 보조팽창밸브(90)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

앞서 본 바와 같이, 실내 컨덴서(22)를 통과한 냉매가 실외 컨덴서(21)를 통과하면서 차량의 외기로부터 흡열과정을 수행하기 위해서는, 냉매가 실내 컨덴서(22)의 통과시 방열과정을 통해 자연적으로 저감되는 온도보다 더 낮추어야 할 필요성이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)의 제어부(400)는, 메인멀티웨이밸브(92)와 실외 컨덴서(21) 사이에 구비된 보조팽창밸브(90)를 제어하여, 실내 컨덴서(22)로부터 실외 컨덴서(21)로 유동되는 냉매를 감압시킴으로써 냉매의 온도를 낮추고, 이러한 저온, 저압 상태의 냉매가 외기 컨덴서(20)로 유동되도록 하는 것이다.

이에 따라, 겨울철과 같이 차량의 외기 온도가 상대적 저온 상태인 경우에도, 실외 컨덴서(21)를 통과하는 냉매가 차량의 외기보다 더 저온 상태로 형성되어, 충분한 흡열과정을 수행할 수 있게 되는 효과가 있다.

참고로 여기서 보조팽창밸브(90)를 제외한 나머지 구성(압축기(10), 메인팽창밸브(60) 및 메인멀티웨이밸브(92))의 제어과정은 앞서 살펴본 난방모드에서와 같으므로, 이에 대한 설명은 생략하였다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 압축기(10)의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브(60), 보조팽창밸브(90), 메인멀티웨이밸브(92) 및 보조멀티웨이밸브(94)의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부(400)를 더 포함하고, 제1냉방모드에서 제어부(400)는, 플래쉬탱크(70)를 통과한 냉매가 압축기(10)로 토출되는 것을 차단하도록 보조멀티웨이밸브(94)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서 제1냉방모드는 일반적인 냉방모드를 의미하는 것으로서, 여름철과 같이 차량의 외기 온도가 상대적으로 고온인 상태에서 히트펌프 시스템이 냉방을 위해 구동되는 경우를 의미한다.

도 6에서 F는 차량 내부공간과의 열교환을 의미하고, G는 차량의 외부와의 열교환을, H는 차량의 구동부 또는 전자부품에서 발생한 폐열과 열교환되는 것을 의미한다. 앞서 본 바와 같이, 냉방모드에서는 제1증발기(40)가 차량의 공조장치와 연결되어, 제1증발기(40)를 통과하는 냉매가 차량의 내기와 열교환되면서 흡열과정을 거치게 된다. 이에 따라, 차량의 내부 온도를 낮출 수 있게 되는 것이다.

한편, 냉매가 각 증발기(40, 80) 또는 실외 컨덴서(21)를 통과하는 경우, 흡열과정을 수행하게 되는데, 각각의 경우에 있어서 제어부(400)가 메인멀티웨이밸브(92) 또는 메인팽창밸브(60)의 개도량을 조절하여 흡열과정이 원활히 이루어질 수 있도록 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어함은 앞서 본 바와 같다.

제1증발기(40)에서의 흡열과정은 이젝터(30)로부터 배출된 냉매의 온도에 의해 제어될 수 있고, 이젝터(30)로부터 배출되는 냉매의 온도는 제2증발기(80)에서의 흡열과정을 제어함으로써 제어될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 필요에 따라 보조멀티웨이밸브(94)를 제어하여 플래쉬탱크(70)를 통과한 냉매가 압축기(10)로 토출되는 것을 차단함으로써, 플래쉬탱크(70) 내부에 저장된 저온의 액냉매가 제2증발기(80)로 유입되는 유량을 증가시킨다. 이에 따라, 제2증발기(80)에서의 흡열과정을 조절함으로써, 냉방모드에서의 냉방 성능을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

참고로 여기서 보조멀티웨이밸브(94)를 제외한 나머지 구성(압축기(10), 메인팽창밸브(60), 보조팽창밸브(90) 및 메인멀티웨이밸브(92))의 제어과정은 앞서 살펴본 바와 같으므로, 이에 대한 설명은 생략하였다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)은, 압축기(10)의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브(60), 보조팽창밸브(90), 메인멀티웨이밸브(92) 및 보조멀티웨이밸브(94)의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부(400)를 더 포함하고, 제2냉방모드에서 제어부(400)는, 플래쉬탱크(70)를 통과하여 압축기(10)로 토출되는 냉매가 압축기(10) 내부의 열을 흡열하도록 보조멀티웨이밸브(94)를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.

여기서 제2냉방모드는 제1냉방모드보다 압축기(10)의 구동이 더 요구되는 조건에서의 냉방모드를 의미하는 것이다. 예를 들어, 혹서기와 같이 일반적인 여름철보다 차량의 외기 온도가 상대적으로 더 고온인 상태를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서 이러한 경우, 앞서 본 바와 같이, 가스인젝션 히트펌프 시스템을 적용하는 경우 발생할 수 있는 압축기(10)의 과열 문제를 해결이 더욱 중요시된다.

과열된 압축기(10)를 냉각시키기 위해서는 저온의 기상 또는 액상 냉매를 압축기(10) 내부로 분사하는 방법이 활용된다. 이때, 액상 냉매를 활용하는 리퀴드 인젝션의 경우, 압축기(10)로 토출되는 냉매의 토출량을 조절할 필요성이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)의 제어부(400)는, 제2냉매라인(200)의 플래쉬탱크(70)와 압축기(10) 사이에 구비된 보조멀티웨이밸브(94)를 제어하여, 토출된 냉매가 압축기(10) 내부의 열을 흡열하도록 하되, 압축기(10)로 토출되는 플래쉬탱크(70) 내부의 냉매의 토출량을 조절함으로써 압축기(10)의 고장을 방지하면서도 과열된 압축기(10)를 냉각시킬 수 있도록 하는 것이다.

결론적으로, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템(1000)에 의하면, 가스인젝션 히트펌프 시스템이 구비된 차량의 열관리 시스템(1000)에 이젝터(30)를 병렬적으로 적용하여 압축기(10)의 요구동력을 절감함과 동시에, 시스템 전체의 에너지 효율을 증가시킬 수 있게 되며, 이와 같은 효과를 확보하면서도 필요에 따라 제어부(400)에 의해 난방모드 또는 냉방모드로 선택적으로 작동될 수 있는 장점이 있다.

발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였으나, 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.

10 : 압축기
20 : 컨덴서
21 : 실외 컨덴서
22 : 실내 컨덴서
30 : 이젝터
40 : 제1증발기
50 : 기액분리기
60 : 메인팽창밸브
70 : 플래쉬탱크
80 : 제2증발기
90 : 보조팽창밸브
92 : 메인멀티웨이밸브
94 : 보조멀티웨이밸브
100 : 제1냉매라인
200 : 제2냉매라인
300 : 제3냉매라인
400 : 제어부
1000 : 열관리 시스템

Claims

압축기, 컨덴서, 이젝터, 제1증발기 및 기액분리기가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환 유동되는 제1냉매라인;
제1냉매라인의 컨덴서 하류지점에서 분기되고, 메인팽창밸브 및 플래쉬탱크가 순차적으로 구비되며, 압축기로 냉매가 토출되는 제2냉매라인;
플래쉬탱크와 이젝터 사이를 연결하며, 제2증발기가 구비된 제3냉매라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
제1냉매라인의 컨덴서는 실내 컨덴서와 실외 컨덴서가 순차적으로 구비되고, 실내 컨덴서와 실외 컨덴서 사이에 마련되어, 실내 컨덴서로부터 실외 컨덴서로 유동되는 냉매의 유량을 조절하는 메인멀티웨이밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 2에 있어서,
메인멀티웨이밸브와 실외 컨덴서 사이에 마련되어, 실내 컨덴서로부터 실외 컨덴서로 유동되는 냉매를 감압시키는 보조팽창밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
제2냉매라인의 플래쉬탱크와 압축기 사이에 마련되어, 압축기로 토출되는 플래쉬탱크 내부의 기상 또는 액상의 냉매의 토출량을 조절하는 보조멀티웨이밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
제2증발기는 차량의 구동부 또는 전자부품에서 발생한 폐열이 플래쉬탱크에서 토출된 냉매로 흡열되도록 열교환되는 칠러인 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 2에 있어서,
압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브 및 메인멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 6에 있어서,
난방모드에서 제어부는,
압축된 냉매가 실내 컨덴서를 통과하면서 차량의 내기와 열교환되면서 방열되도록 압축기를 작동시키고,
실내 컨덴서를 통과하면서 방열된 냉매가 외기 컨덴서로 유동되면서 차량의 외기와 열교환되면서 흡열되도록 메인멀티웨이밸브의 개폐를 제어하며,
외기 컨덴서를 통과하면서 흡열된 냉매가 메인팽창밸브를 통과하면서 팽창된 후 플래쉬탱크를 통과하여 압축기로 토출되거나 제3냉매라인으로 유동되도록 메인팽창밸브의 개도량을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 3에 있어서,
압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브, 보조팽창밸브 및 메인멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
난방모드에서 제어부는,
메인멀티웨이밸브를 통과한 냉매가 저온 상태로 감압되어 외기 컨덴서로 유동되도록 보조팽창밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 4에 있어서,
압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브, 보조팽창밸브, 메인멀티웨이밸브 및 보조멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
제1냉방모드에서 제어부는,
플래쉬탱크를 통과한 냉매가 압축기로 토출되는 것을 차단하도록 보조멀티웨이밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
청구항 4에 있어서,
압축기의 작동 여부를 제어하고, 메인팽창밸브, 보조팽창밸브, 메인멀티웨이밸브 및 보조멀티웨이밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
제2냉방모드에서 제어부는,
플래쉬탱크를 통과하여 압축기로 토출되는 냉매가 압축기 내부의 열을 흡열하도록 보조멀티웨이밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.