KR20230101251A - 냉매 가열 장치 및 이를 포함한 히트펌프 시스템 - Google Patents

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KR20230101251A
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오만주
김기목
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현대자동차주식회사
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Abstract

압축기에서 토출된 냉매가 내부로 유입되는 유입구 및 유입구와 이격된 위치에서 내부의 냉매가 배출되는 열교환출구가 형성된 가열탱크; 및 가열탱크의 내부에 삽입된 상태로 가열탱크에 결합되고, 유입구와 열교환출구 사이에서 평면 방향으로 연장되며, 작동시 가열탱크 내부의 냉매를 가열하는 가열히터;를 포함하는 냉매 가열 장치 및 이를 포함한 히트펌프 시스템이 소개된다.

Description

냉매 가열 장치 및 이를 포함한 히트펌프 시스템 {REFRIGERANT HEATING DEVICE AND HEAT PUMP SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 냉매 가열 장치 및 이를 포함한 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 실내컨덴서로 유입되기 이전에 냉매를 가열하는 냉매 가열 장치 및 이를 포함하는 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
최근 내연기관 차량의 환경적인 이슈로 인하여 전기차 등이 친환경 차량으로 보급이 확대되는 추세이다. 그러나 기존의 내연기관 차량의 경우 엔진의 폐열을 통하여 실내를 난방할 수 있어 별도의 난방을 위한 에너지가 필요치 않았지만, 전기차 등의 경우 엔진이 없어 열원이 없기 때문에 별도의 에너지를 통하여 난방을 수행하여 하고, 이로 인하여 연비가 하락하는 문제를 가지고 있다. 그리고 이 점은 전기차의 주행가능거리를 단축시켜 잦은 충전이 필요하게 되는 등 불편함을 주고 있는 것이 사실이다.
한편, 차량의 전동화로 인하여 차량의 실내뿐만 아니라, 고전압배터리, 모터 등의 전장부품들의 열관리 니즈도 새로이 추가되었다. 즉, 전기차 등의 경우 실내공간과 배터리, 전장부품 들의 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 증대시키고자 차량의 통합 열관리 개념이 제시되고 있다.
이러한 차량의 통합 열관리가 수행되기 위해서는 복잡한 냉각수라인들과 부품들을 통합하여 모듈화 할 필요가 있는데, 복수의 부품들을 모듈화하면서도 제조가 간단하고 패키지적인 측면에서도 컴팩트한 모듈화의 개념이 필요한 것이다.
종래 기술에 따르면, 전기 차량의 배터리 및 전장부품을 각각 냉각하는 냉각수회로 및 실내 공조를 위한 냉매회로가 포함되는데, 외기온이 낮은 상태에서의 차량 시동 초기시 배터리를 승온시키기 위한 수가열히터 및 실내 난방을 위한 PTC 히터 등의 구성이 요구되었다.
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.
KR 10-2191560 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 실내컨덴서로 유입되기 이전에 냉매를 가열하도록 실내컨덴서와 일체화된 냉매 가열 장치 및 이를 구비한 히트펌프 시스템를 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉매 가열 장치는, 압축기에서 토출된 냉매가 내부로 유입되는 유입구 및 유입구와 이격된 위치에서 내부의 냉매가 배출되는 열교환출구가 형성된 가열탱크; 및 가열탱크의 내부에 삽입된 상태로 가열탱크에 결합되고, 유입구와 열교환출구 사이에서 평면 방향으로 연장되며, 작동시 가열탱크 내부의 냉매를 가열하는 가열히터;를 포함한다.
가열탱크의 열교환출구는 실내컨덴서의 상류 지점과 연결될 수 있다.
가열히터는, 일면 측에 유입구가 위치되면서 타면 측에 열교환출구가 위치되도록 유입구와 열교환출구 사이에서 연장되어 냉매의 유동이 차단하되, 유입구 및 열교환출구에서 이격된 단부 측에서 냉매의 유동이 허용되도록 개방된 제1가열플레이트를 포함할 수 있다.
가열히터는, 제1가열플레이트와 일체로 결합되어 냉매를 가열하며, 제1가열플레이트가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 연장된 제2가열플레이트를 더 포함할 수 있다.
가열탱크는, 유입구 및 열교환출구가 형성된 상부챔버 및 냉매의 유동이 차단되도록 가이드패널에 의해 분리되며 열교환입구 및 배출구가 형성된 하부챔버로 구성되며, 가열탱크에 일체로 결합되며, 열교환출구로부터 냉매가 유입되면서 열교환입구를 통해 냉매를 배출하고, 내부의 냉매가 주위의 공기와 열교환 가능하게 배치되는 열교환기;를 더 포함할 수 있다.
가이드패널은, 열교환출구 측에서 유입구 측으로 연장될수록 하방으로 절곡되어 상부챔버를 확장시킬 수 있다.
열교환기는, 열교환출구로부터 측방으로 연장된 복수 개의 유출튜브, 열교환입구로부터 측방으로 연장된 복수 개의 유입튜브, 및 가열탱크에서 이격되어 복수 개의 유출튜브 및 복수 개의 유입튜브와 동시에 연결된 연결탱크로 구성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템은, 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템으로서, 냉매 가열 장치의 상류 지점에 구비된 압축기; 냉매 가열 장치의 하류 지점에 구비된 실내컨덴서; 실내컨덴서의 하류 지점에 구비된 외부컨덴서; 외부컨덴서의 하류 지점과 압축기의 상류 지점 사이에 구비된 증발기; 및 순차적으로 구비된 압축기, 냉매 가열 장치, 실내컨덴서, 외부컨덴서 및 증발기로 내부의 냉매를 순환시키는 냉매순환유로;를 포함하는 냉매 가열 장치를 포함한다.
냉매순환유로로부터 외부컨덴서의 상류 지점 또는 증발기의 상류 지점에서 분기되고, 압축기의 상류 지점에서 냉매순환유로로 합류되는 냉매분기유로; 및 냉매분기유로에 구비되며, 내부의 냉매가 배터리 또는 전장부품를 냉각하는 냉각수와 열교환 가능하게 배치되는 칠러;를 더 포함하는 냉매 가열 장치를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템은, 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템으로서, 냉매 가열 장치의 상류 지점에 구비된 압축기; 냉매 가열 장치의 하류 지점에 구비된 외부컨덴서; 외부컨덴서의 하류 지점과 압축기의 상류 지점 사이에 구비된 증발기; 및 순차적으로 구비된 압축기, 냉매 가열 장치, 외부컨덴서 및 증발기로 내부의 냉매를 순환시키는 냉매순환유로;를 포함한다.
본 발명의 냉매 가열 장치 및 이를 포함하는 히트펌프 시스템에 따르면, 시동 초기시 냉매 가열 장치가 압축기에서 토출된 냉매를 추가로 가열함으로써 실내컨덴서에서의 방열량을 증대시킬 수 있고, 이에 따라 PCT히터를 삭제할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 시동 초기시 냉매 가열 장치가 냉매를 가열시킴으로써 배터리냉각회로는 통합칠러에서 흡열하여 배터리를 승온할 수 있고, 이에 따라 수가열히터를 삭제할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템의 회로도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)의 상면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)는, 압축기(200)에서 토출된 냉매가 내부로 유입되는 유입구(113) 및 유입구(113)와 이격된 위치에서 내부의 냉매가 배출되는 열교환출구(115)가 형성된 가열탱크(110); 및 가열탱크(110)의 내부에 삽입된 상태로 가열탱크(110)에 결합되고, 유입구(113)와 열교환출구(115) 사이에서 평면 방향으로 연장되며, 작동시 가열탱크(110) 내부의 냉매를 가열하는 가열히터(120);를 포함한다.
가열탱크(110)는 내부에 냉매가 유동되는 공간이 형성되며, 특히 냉매가 유입되는 유입구(113)와 냉매가 배출되는 열교환출구(115)가 형성될 수 있다. 일 실시예로, 가열탱크(110)의 일측에는 냉매가 유입되는 유입구(113)가 형성되고, 가열탱크(110)의 타측에는 냉매가 배출되는 열교환출구(115)가 형성될 수 있다.
가열히터(120)는 가열탱크(110)와 별물로 제조되며, 가열탱크(110)의 내부에 삽입되어 고정될 수 있다. 일 실시예로, 가열히터(120)는 가열탱크(110)의 상방 또는 하방에서 가열탱크(110)의 내부로 삽입되며, 가열탱크(110)에 결합시 가열탱크(110)의 개방된 상방 또는 하방을 커버링할 수 있다.
가열히터(120)에는 외부로부터 전원을 공급 받는 전원단자가 가열탱크(110)의 외부에 노출되도록 구비되며, 전원단자를 통해 공급된 전력으로 발열하는 발열선이 냉매를 가열할 수 있다. 발열선은 가열히터(120)의 전반에 걸쳐 구비될 수 있다.
특히, 가열탱크(110)의 유입구(113)는 압축기(200)의 하류 지점에 연결되고, 압축기(200)에서 고온/고압으로 압축된 냉매가 가열탱크(110)의 유입구(113)로 유입될 수 있다. 가열히터(120)는 압축기(200)에서 압축되어 가열탱크(110)로 유입된 냉매를 추가적으로 가열할 수 있다.
또한, 가열탱크(110)의 열교환출구(115)는 실내컨덴서(300)의 상류 지점과 연결될 수 있다. 즉, 일 실시예로 가열탱크(110)의 유입구(113)는 압축기(200)의 하류 지점에 연결되며, 가열탱크(110)의 열교환출구(115)는 실내컨덴서(300)의 상류 지점에 연결되어 압축기(200)에서 토출된 냉매를 추가 가열하여 실내컨덴서(300)로 공급함으로써 차량 실내에 공급하는 열량을 증대시키고, 이에 따라 별도로 실내 난방을 위한 PTC히터를 삭제할 수 있는 효과를 갖는다.
더 구체적으로 가열히터(120)는, 일면 측에 유입구(113)가 위치되면서 타면 측에 열교환출구(115)가 위치되도록 유입구(113)와 열교환출구(115) 사이에서 연장되어 냉매의 유동이 차단하되, 유입구(113) 및 열교환출구(115)에서 이격된 단부 측에서 냉매의 유동이 허용되도록 개방된 제1가열플레이트(121)를 포함할 수 있다.
제1가열플레이트(121)는 유입구(113)와 열교환출구(115) 사이에서 평면 방향으로 연장되어 유입구(113)에서 유입된 냉매가 직접적으로 열교환출구(115)로 유동되지 않도록 유동을 차단할 수 있다. 즉, 유입구(113)에서 유입된 냉매는 제1가열플레이트(121)에 의해 유동이 차단되면서 제1가열플레이트(121)의 일면 및 타면을 따라 가이드되며, 유입구(113) 및 열교환출구(115)에서 이격된 제1가열플레이트(121)의 단부 측에서 개방된 부분을 통해 유동될 수 있다.
일 실시예로, 유입구(113) 및 열교환출구(115)는 가열탱크(110)의 상단부에서 가열탱크(110)의 일측 및 타측에 각각 위치되고, 제1가열플레이트(121)는 중력 방향에 따른 상하 방향 및 가열탱크(110)의 일측과 타측 사이에서 연장될 수 있다. 또한, 제1가열플레이트(121)는 하단부에서 냉매의 유동이 허용되도록 차단되어, 유입구(113)에서 유입된 냉매는 제1가열플레이트(121)를 따라 하방으로 유동되며, 개방된 제1가열플레이트(121)의 하단부를 통해 다시 제1가열플레이트(121)를 따라 상방으로 유동되어 열교환출구(115)로 배출될 수 있다.
이에 따라, 가열탱크(110)의 내부에서 냉매가 가열히터(120)에 접촉되는 시간 및 경로가 확대되는 효과를 갖는다.
또한 가열히터(120)는, 제1가열플레이트(121)와 일체로 결합되어 냉매를 가열하며, 제1가열플레이트(121)가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 연장된 제2가열플레이트(122)를 더 포함할 수 있다.
제2가열플레이트(122)는 제1가열플레이트(121)의 평면에 수직한 방향 또는 경사진 방향으로 연장될 수 있고, 제1가열플레이트(121)와 마찬가지로 발열선이 구비될 수 있다.
일 실시예로, 제2가열플레이트(122)는 제1가열플레이트(121)가 연장된 평면 방향에 수직한 방향으로 열교환출구(115) 측으로 연장될 수 있고, 제1가열플레이트(121)가 개방된 하단부 측까지 추가로 연장되며, 후술하는 가이드패널(117)의 절곡된 형상을 따라 연장될 수 있다. 다른 실시예로, 제2가열플레이트(122)는 유입구(113) 측으로 연장될 수도 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)는 실내컨덴서(300)와 일체형일 수 있다. 즉, 후술하는 실시예에서 냉매 가열 장치(100)의 열교환기(130)는 실내 공조 라인에 위치되어 실내로 유입되는 공기를 가열하도록 열교환될 수 있다.
구체적으로 가열탱크(110)는, 유입구(113) 및 열교환출구(115)가 형성된 상부챔버(111) 및 냉매의 유동이 차단되도록 가이드패널(117)에 의해 분리되며 열교환입구(116) 및 배출구(114)가 형성된 하부챔버(112)로 구성되며, 가열탱크(110)에 일체로 결합되며, 열교환출구(115)로부터 냉매가 유입되면서 열교환입구(116)를 통해 냉매를 배출하고, 내부의 냉매가 주위의 공기와 열교환 가능하게 배치되는 열교환기(130);를 더 포함할 수 있다.
즉, 가열탱크(110)에는 내부를 상부챔버(111) 및 하부챔버(112)로 분리시키는 가이드패널(117)이 구비되며, 가이드패널(117)의 상방에는 상부챔버(111)가 형성되고, 가이드패널(117)의 하방에는 하부챔버(112)가 형성될 수 있다.
특히, 상부챔버(111)에는 냉매가 유입되는 유입구(113)가 형성되며, 하부챔버(112)에는 냉매를 배출시키는 배출구(114)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 상부챔버(111)에서 가열된 냉매가 열교환기(130)를 거치면서 냉각되고, 냉각된 냉매가 분리되어 하부챔버(112)를 통해 배출될 수 있다.
또한, 상부챔버(111)에는 열교환출구(115)가 형성되고, 하부챔버(112)에는 열교환입구(116)가 형성될 수 있다. 즉, 상부챔버(111)에서 가열된 냉매는 열교환출구(115)를 통해 열교환기(130)로 배출되고, 열교환기(130)에서 열교환된 냉매가 다시 열교환입구(116)를 통해 하부챔버(112)로 유입될 수 있다.
가열히터(120)는 가열탱크(110)의 상부챔버(111)에 위치되며, 상부챔버(111) 내부에 삽입된 상태에서 가이드패널(117)까지 연장될 수 있다. 특히, 가열히터(120)는 후술하는 것과 같이 절곡된 가이드패널(117)의 연장된 형상을 따라 연장될 수 있다.
가이드패널(117)은, 열교환출구(115) 측에서 유입구(113) 측으로 연장될수록 하방으로 절곡되어 상부챔버(111)를 확장시킬 수 있다.
가이드패널(117)은 가열탱크(110)의 상부챔버(111)와 하부챔버(112)를 분리시키며, 특히 상부챔버(111)의 내부를 확장시키도록 하방으로 절곡되면서 연장될 수 있다.
구체적으로, 가열탱크(110)에는 열교환기(130)의 복수 개의 튜브와 연결되는 열교환출구(115) 및 열교환입구(116)가 복수 개로 구비되며, 이들 사이의 균형적인 유동을 위해 열교환출구(115) 및 열교환입구(116)는 동일한 개수 또는 동일한 개구면적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가이드패널(117)은 가열탱크(110)에 형성된 열교환출구(115) 및 열교환입구(116) 측에서는 가열탱크(110)의 중앙부에 위치될 수 있다.
다만, 가열히터(120)가 구비된 가열탱크(110)는 냉매로 충분한 열량을 공급하기 위하여 상부챔버(111) 내부에서 냉매의 유동 시간 및 유동 경로가 확대되도록 상부챔버(111)의 내부 공간이 확장될 수 있다. 따라서, 가이드패널(117)은 열교환출구(115) 및 열교환입구(116) 측에서 유입구(113) 측으로 연장되면서 하방으로 절곡되어 상부챔버(111)를 확장시킬 수 있으며, 특히 가이드패널(117)은 경사지게 절곡될 수 있다.
일 실시예로, 열교환기(130)는 내부로 냉매가 유동되는 복수 개의 튜브로 구성되고, 복수 개의 튜브는 각각 외부의 공기와 열교환되도록 서로 이격되게 배치되며 표면적이 확장될 수 있다.
열교환기(130)는, 열교환출구(115)로부터 측방으로 연장된 복수 개의 유출튜브(131), 열교환입구(116)로부터 측방으로 연장된 복수 개의 유입튜브(132), 및 가열탱크(110)에서 이격되어 복수 개의 유출튜브(131) 및 복수 개의 유입튜브(132)와 동시에 연결된 연결탱크(140)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 열교환기(130)는 차량의 실내로 유입되는 공기와 열교환하는 구성으로, 가열탱크(110)의 열교환출구(115)와 연결된 복수 개의 유출튜브(131) 및 가열탱크(110)의 열교환입구(116)와 연결된 복수 개의 유입튜브(132)가 외부의 공기와 열교환 가능하도록 배치될 수 있다. 여기서, 복수 개의 유출튜브(131) 및 복수 개의 유입튜브(132)는 각각의 일단부가 가열탱크(110)의 일측에서 측방으로 연장되게 형성되며, 외부의 공기와 열교환되는 표면적이 확대된 형상일 수 있다.
또한, 열교환기(130)에는 복수 개의 유출튜브(131) 및 복수 개의 유입튜브(132)의 타단부와 동시에 연결된 연결탱크(140)가 구비되어 복수 개의 유출튜브(131)를 통해 유입된 냉매를 유입 받아 복수 개의 유입튜브(132)로 배출시킬 수 있다. 즉, 연결탱크(140)는 복수 개의 유출튜브(131)에서 유입된 냉매를 합류시키고, 상대적으로 냉각된 냉매를 하방으로 분리시켜 유입튜브(132)로 배출시킬 수 있다.
다른 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)는 실내컨덴서(300)와 별물로 형성되고, 실내컨덴서(300)의 상류 지점에 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)를 포함한 히트펌프 시스템의 회로도이다.
도 5를 더 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)를 포함한 히트펌프 시스템은, 냉매 가열 장치(100)의 상류 지점에 구비된 압축기(200); 냉매 가열 장치(100)의 하류 지점에 구비된 실내컨덴서(300); 실내컨덴서(300)의 하류 지점에 구비된 외부컨덴서(400); 외부컨덴서(400)의 하류 지점과 압축기(200)의 상류 지점 사이에 구비된 증발기(500); 및 순차적으로 구비된 압축기(200), 냉매 가열 장치(100), 실내컨덴서(300), 외부컨덴서(400) 및 증발기(500)로 내부의 냉매를 순환시키는 냉매순환유로(600);를 포함한다.
냉매순환유로(600)는 냉매가 내부에서 유동되면서 순환하는 유로인 것으로, 냉매순환유로(600)에는 본 발명의 압축기(200), 냉매 가열 장치(100), 실내컨덴서(300), 외부컨덴서(400) 및 증발기(500)가 순차적으로 구비될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)는 실내컨덴서(300)의 상류 지점에 위치되며, 실내컨덴서(300)에 일체로 결합될 수도 있다.
압축기(200)는 유입되는 냉매순환유로(600)의 냉매를 고온/고압으로 압축하며, 냉매 가열 장치(100)는 압축기(200)에서 토출된 냉매를 추가로 가열하여 실내컨덴서(300)로 유동시킬 수 있다. 이에 따라, 압축기(200)에서 1차적으로 압축된 냉매를 추가적으로 가열하여 실내컨덴서(300)에서의 방열량을 증대하는 효과를 갖는다.
냉매 가열 장치(100)를 거쳐, 실내컨덴서(300)에서 배출된 냉매는 외부컨덴서(400) 및 증발기(500)를 순차적으로 통과할 수 있다. 외부컨덴서(400)와 증발기(500)의 상류 지점에는 각각 팽창밸브가 마련되어, 유입되는 냉매를 유동시키거나, 팽창시키거나 또는 차단할 수 있다. 팽창밸브에서 팽창된 냉매는 외부컨덴서(400) 또는 증발기(500)에서 흡열할 수 있다.
냉매순환유로(600)로부터 외부컨덴서(400)의 상류 지점 또는 증발기(500)의 상류 지점에서 분기되고, 압축기(200)의 상류 지점에서 냉매순환유로(600)로 합류되는 냉매분기유로(700); 및 냉매분기유로(700)에 구비되며, 내부의 냉매가 배터리 또는 전장부품를 냉각하는 냉각수와 열교환 가능하게 배치되는 칠러(710);를 더 포함할 수 있다.
냉매분기유로(700)는 외부컨덴서(400) 또는 증발기(500)를 바이패스하도록 외부컨덴서(400)의 상류 지점 또는 증발기(500)의 상류 지점에서 분기될 수 있다. 특히, 냉매분기유로(700)는 냉매순환유로(600)로부터 외부컨덴서(400)의 상류 지점 및 증발기(500)의 상류 지점에서 동시에 분기되어 연결되며, 통합밸브(720)를 통해 선택적으로 냉매순환유로(600)의 냉매가 유입될 수 있다.
또한, 냉매분기유로(700)로 유입된 냉매는 통합밸브(720)를 통해 칠러(710)로 유동되거나, 또는 칠러(710)를 바이패스하여 압축기(200)의 상류 지점에서 냉매순환유로(600)로 합류될 수 있다. 일 실시예로, 통합밸브(720)는 외부컨덴서(400)의 상류 지점 및 증발기(500)의 상류 지점에서 냉매순환유로(600)으로부터 선택적으로 냉매를 유입받도록 연결되며, 압축기(200)의 상류 지점에서 냉매순환유로(600) 및 칠러(710)의 상류 지점에서 냉매분기유로(700)로 선택적으로 냉매를 배출하도록 연결된 4-way 밸브일 수 있다.
칠러(710)는 내부의 냉매가 배터리 또는 전장부품를 냉각하는 냉각수와 열교환 가능하게 배치되는 구성으로, 칠러(710)의 상류 지점에는 팽창밸브가 구비되어 선택적으로 냉매를 유동시키거나, 팽창시키거나 또는 차단시킬 수 있다.
일 실시예로, 칠러(710)는 배터리를 냉각하는 배터리냉각회로의 냉각수 및 전장부품을 냉각하는 전장냉각회로의 냉각수와 각각 열교환 가능한 장치가 별도로 구비될 수 있다.
다른 실시예로, 칠러(710)는 배터리를 냉각하는 배터리냉각회로의 냉각수 및 전장부품을 냉각하는 전장냉각회로의 냉각수와 동시에 열교환 가능하도록 일체로 통합될 수 있다.
이에 따라, 냉매 가열 장치(100)에서 가열된 냉매가 칠러(710)를 통해 배터리냉각회로의 냉각수를 가열함으로써 배터리를 승온하는 수가열히터(120)를 삭제할 수 있는 효과를 갖는다. 특히, 도시한 것과 같은 유동 흐름에 따라 칠러(710)에서 배터리냉각회로의 냉각수가 냉매로부터 흡열할 수 있고, 이에 따라 배터리를 승온할 수 있다.
추가로, 칠러(710)에서 배터리의 폐열 또는 전장부품의 폐열을 흡수하여 실내컨덴서(300)에서의 방열량을 증대시킬 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 가열 장치(100)를 포함한 히트펌프 시스템은, 냉매 가열 장치(100)의 상류 지점에 구비된 압축기(200); 냉매 가열 장치(100)의 하류 지점에 구비된 외부컨덴서(400); 외부컨덴서(400)의 하류 지점과 압축기(200)의 상류 지점 사이에 구비된 증발기(500); 및 순차적으로 구비된 압축기(200), 냉매 가열 장치(100), 외부컨덴서(400) 및 증발기(500)로 내부의 냉매를 순환시키는 냉매순환유로(600);를 포함하고, 냉매 가열 장치(100)의 열교환기(130)는 외부의 공기와 열교환 가능하게 배치될 수 있다.
즉, 도시한 것과 같이 본 발명의 냉매 가열 장치(100)는 실내컨덴서(300)와 일체로 형성된 것이고, 냉매 가열 장치(100)의 열교환기(130)가 실내컨덴서(300)의 역할을 하도록 실내 공조 라인의 내부에 배치될 수 있다.
본 발명의 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 : 냉매 가열 장치
110 : 가열탱크 111 : 상부챔버
112 : 하부챔버 113 : 유입구
114 : 배출구 115 : 열교환출구
116 : 열교환입구 117 : 가이드패널
120 : 가열히터 121 : 제1가열플레이트
122 : 제2가열플레이트
130 : 열교환기 131 : 유출튜브
132 : 유입튜브 140 : 연결탱크
200 : 압축기 300 : 실내컨덴서
400 : 외부컨덴서 500 : 증발기
600 : 냉매순환유로 700 : 냉매분기유로
710 : 칠러 720 : 통합밸브

Claims (10)

  1. 압축기에서 토출된 냉매가 내부로 유입되는 유입구 및 유입구와 이격된 위치에서 내부의 냉매가 배출되는 열교환출구가 형성된 가열탱크; 및
    가열탱크의 내부에 삽입된 상태로 가열탱크에 결합되고, 유입구와 열교환출구 사이에서 평면 방향으로 연장되며, 작동시 가열탱크 내부의 냉매를 가열하는 가열히터;를 포함하는 냉매 가열 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    가열탱크의 열교환출구는 실내컨덴서의 상류 지점과 연결된 것을 특징으로 하는 냉매 가열 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    가열히터는, 일면 측에 유입구가 위치되면서 타면 측에 열교환출구가 위치되도록 유입구와 열교환출구 사이에서 연장되어 냉매의 유동이 차단하되, 유입구 및 열교환출구에서 이격된 단부 측에서 냉매의 유동이 허용되도록 개방된 제1가열플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 가열 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    가열히터는, 제1가열플레이트와 일체로 결합되어 냉매를 가열하며, 제1가열플레이트가 연장된 방향과 교차되는 방향으로 연장된 제2가열플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 가열 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    가열탱크는, 유입구 및 열교환출구가 형성된 상부챔버 및 냉매의 유동이 차단되도록 가이드패널에 의해 분리되며 열교환입구 및 배출구가 형성된 하부챔버로 구성되며,
    가열탱크에 일체로 결합되며, 열교환출구로부터 냉매가 유입되면서 열교환입구를 통해 냉매를 배출하고, 내부의 냉매가 주위의 공기와 열교환 가능하게 배치되는 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉매 가열 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    가이드패널은, 열교환출구 측에서 유입구 측으로 연장될수록 하방으로 절곡되어 상부챔버를 확장시키는 것을 특징으로 하는 냉매 가열 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    열교환기는, 열교환출구로부터 측방으로 연장된 복수 개의 유출튜브, 열교환입구로부터 측방으로 연장된 복수 개의 유입튜브, 및 가열탱크에서 이격되어 복수 개의 유출튜브 및 복수 개의 유입튜브와 동시에 연결된 연결탱크로 구성된 것을 특징으로 하는 냉매 가열 장치.
  8. 청구항 1의 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템으로서,
    냉매 가열 장치의 상류 지점에 구비된 압축기;
    냉매 가열 장치의 하류 지점에 구비된 실내컨덴서;
    실내컨덴서의 하류 지점에 구비된 외부컨덴서;
    외부컨덴서의 하류 지점과 압축기의 상류 지점 사이에 구비된 증발기; 및
    순차적으로 구비된 압축기, 냉매 가열 장치, 실내컨덴서, 외부컨덴서 및 증발기로 내부의 냉매를 순환시키는 냉매순환유로;를 포함하는 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    냉매순환유로로부터 외부컨덴서의 상류 지점 또는 증발기의 상류 지점에서 분기되고, 압축기의 상류 지점에서 냉매순환유로로 합류되는 냉매분기유로; 및
    냉매분기유로에 구비되며, 내부의 냉매가 배터리 또는 전장부품를 냉각하는 냉각수와 열교환 가능하게 배치되는 칠러;를 더 포함하는 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템.
  10. 청구항 5의 냉매 가열 장치를 포함한 히트펌프 시스템으로서,
    냉매 가열 장치의 상류 지점에 구비된 압축기;
    냉매 가열 장치의 하류 지점에 구비된 외부컨덴서;
    외부컨덴서의 하류 지점과 압축기의 상류 지점 사이에 구비된 증발기; 및
    순차적으로 구비된 압축기, 냉매 가열 장치, 외부컨덴서 및 증발기로 내부의 냉매를 순환시키는 냉매순환유로;를 포함하는 냉매 가열 장치를 포함하고,
    냉매 가열 장치의 열교환기는 외부의 공기와 열교환 가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
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