KR20230125941A - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

차량의 열관리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20230125941A
KR20230125941A KR1020220022800A KR20220022800A KR20230125941A KR 20230125941 A KR20230125941 A KR 20230125941A KR 1020220022800 A KR1020220022800 A KR 1020220022800A KR 20220022800 A KR20220022800 A KR 20220022800A KR 20230125941 A KR20230125941 A KR 20230125941A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
compressor
ejector
flash tank
expansion valve
Prior art date
Application number
KR1020220022800A
Other languages
English (en)
Inventor
김종원
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020220022800A priority Critical patent/KR20230125941A/ko
Publication of KR20230125941A publication Critical patent/KR20230125941A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/323—Cooling devices using compression characterised by comprising auxiliary or multiple systems, e.g. plurality of evaporators, or by involving auxiliary cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3211—Control means therefor for increasing the efficiency of a vehicle refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/385—Dispositions with two or more expansion means arranged in parallel on a refrigerant line leading to the same evaporator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/006—Accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/04—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases
    • F25B43/043—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases for compression type systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
    • B60H2001/3285—Cooling devices output of a control signal related to an expansion unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3286—Constructional features
    • B60H2001/3298—Ejector-type refrigerant circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/23—Separators

Abstract

컴프레서, 컨덴서, 이젝터, 플래쉬탱크를 연결하며 냉매가 순환하는 제1루프; 플래쉬탱크, 제1팽창밸브, 제1증발기, 이젝터를 연결하며 냉매가 순환하는 제2루프; 및 플래쉬탱크, 제2팽창밸브, 제2증발기, 컴프레서를 연결하며 냉매가 순환하는 제3루프;을 포함하는 차량의 열관리 시스템이 소개된다.

Description

차량의 열관리 시스템 {THERMAL MANAGEMENT SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 이젝터와 컴프레서의 가스인젝션 효과를 통하여 냉매 시스템의 효율을 극대화할 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
최근 전기차, 연료전지차량 등 친환경적인 차량이 많이 개발되고 보급됨에 따라 그러한 차량들의 전비 향상을 위해 차량 전체적인 열관리의 중요도가 높아지고 있다.
특히 이러한 차량들은 난방시 배터리의 에너지를 소모하기 때문에 히트펌프 시스템 등을 통한 난방을 수행함에 있어서 효율적인 냉매의 운영이 필수적이다.
그러나 종래의 차량의 열관리 회로들은 히트펌프 시스템의 초기 형태이기 때문에 열효율이 낮은 단점이 있었다.
특히 칠러에서의 흡열량을 충분히 확보할 수 없었고, 냉매의 팽창이 반복됨에 따라 냉매 유량이 부족하였으며, 최대 냉방시 컴프레서의 과부하 등의 문제가 있었다.
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 10-2022-0008556 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 이젝터와 컴프레서의 가스인젝션 효과를 통하여 냉매 시스템의 효율을 극대화할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 컴프레서, 컨덴서, 이젝터, 플래쉬탱크를 연결하며 냉매가 순환하는 제1루프; 플래쉬탱크, 제1팽창밸브, 제1증발기, 이젝터를 연결하며 냉매가 순환하는 제2루프; 및 플래쉬탱크, 제2팽창밸브, 제2증발기, 컴프레서를 연결하며 냉매가 순환하는 제3루프;을 포함한다.
제1루프와 제2루프는 이젝터와 플래쉬탱크를 연결하는 라인을 공유하고, 제1루프와 제3루프는 플래쉬탱크와 컴프레서를 연결하는 라인을 공유할 수 있다.
플래쉬탱크에는 기상냉매와 액상냉매가 분리되고, 기상냉매는 컴프레서로 공급되며, 액상냉매는 제1팽창밸브 및 제2팽창밸브로 공급될 수 있다.
제3루프에는 제2증발기와 컴프레서 사이에 어큐뮬레이터가 마련될 수 있다.
이젝터에는 제1루프의 컨덴서에서 토출된 냉매와 제2루프의 제1증발기에서 토출된 냉매가 유입되고, 이젝터에서 토출된 냉매는 플래쉬탱크로 공급될 수 있다.
컴프레서의 가동과 제1팽창밸브 및 제2팽창밸브의 개도량을 제어하는 제어기;를 더 포함할 수 있다.
플래쉬탱크와 컴프레서를 연결하는 라인 또는 컴프레서에는 개폐밸브가 마련되고, 개폐밸브는 플래쉬탱크로부터 컴프레서에 유입되는 냉매량을 조절할 수 있다.
컨덴서와 제2증발기는 실내공조장치에 마련되어 차량의 실내공간에 온도가 조절된 공기를 공급하고, 제1증발기는 차량 전자부품의 냉각수와 열교환될 수 있다.
제1루프에는 컨덴서와 이젝터의 사이에 멀티웨이밸브를 통해 실외열교환기가 병렬로 연결되고 실외열교환기에는 제3팽창밸브가 마련될 수 있다.
멀티웨이밸브에는 전달라인이 연결되고 전달라인의 출구는 제2증발기와 컴프레서 사이 또는 컴프레서에 연결되어, 실외열교환기를 통과한 냉매가 전달라인을 통해 컴프레서측으로 도입될 수 있다.
차량의 실내난방모드에서는 컴프레서를 통해 압축된 냉매가 컨덴서를 통해 방열하고, 냉매가 분기되어 냉매의 일부는 제3팽창밸브와 실외열교환기를 통해 흡열한 후 컴프레서로 공급되고 나머지 냉매는 이젝터와 플래쉬탱크를 거쳐 컴프레서로 도입되며, 플래쉬탱크에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브와 제1증발기를 통해 흡열한 후 이젝터에 공급될 수 있다.
차량의 실내냉방모드에서는 제3팽창밸브가 풀오픈(full open)되고 컴프레서를 통해 압축된 냉매가 실외열교환기를 통해 방열된 후 이젝터와 플래쉬탱크로 공급되고, 플래쉬탱크에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브와 제1증발기를 통해 흡열한 후 이젝터에 공급되고 동시에 제2팽창밸브와 제2증발기를 통해 흡열한 후 컴프레서로 도입될 수 있다.
차량의 최대실내냉방모드에서는 제3팽창밸브가 풀오픈(full open)되고 컴프레서를 통해 압축된 냉매가 실외열교환기를 통해 방열된 후 이젝터로 공급되고, 냉매는 이젝터와 플래쉬탱크를 거쳐 컴프레서로 도입되며, 플래쉬탱크에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브와 제1증발기를 통해 흡열한 후 이젝터에 공급되고 동시에 제2팽창밸브와 제2증발기를 통해 흡열한 후 컴프레서로 도입될 수 있다.
본 발명의 차량의 열관리 시스템에 따르면, 이젝터와 컴프레서의 가스인젝션 효과를 통하여 냉매 시스템의 효율을 극대화할 수 있다.
특히, 이젝션 효과를 통해 컴프레서의 흡입 압력 상승으로 난방시 소모동력 감소를 이룰 수 있고, 가스인젝션을 통하여 시스템 전체 냉매 유량을 증가시킬 수 있으며, 시스템 병렬회로 구성을 할 수 있어 시스템 직렬회로의 단점을 극복하고 흡입과정에 대한 자유도 증가 및 온도에 따른 압력 영향 감소를 이룰 수 있으며, 플래쉬탱크를 활용함으로써 시스템 냉매 사용량이 증대된다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템의 각 모드별 냉매 흐름을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템의 이젝터를 설명하는 도면.
도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템이 차량에 적용된 경우 각 모드별 냉매의 흐름을 설명하는 도면.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템의 각 모드별 냉매 흐름을 설명하는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템의 이젝터를 설명하는 도면이며, 도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템이 차량에 적용된 경우 각 모드별 냉매의 흐름을 설명하는 도면이다.
본 발명의 열관리 시스템의 경우 복수의 구성이 함게 모여 차량의 전체적인 열관리 시스템을 구성하는 것이다. 특히, 본 발명의 경우 차량의 열관리 시스템 중 냉매 라인들에 관하여 다룬다. 차량의 열관리 시스템에는 냉각수 라인들도 포함되지만 본 발명은 이 중 냉매 부분의 라인들에 관한 것이다.
먼저, 도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템의 각 모드별 냉매 흐름을 설명하는 도면으로서, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 컴프레서(120), 컨덴서(140), 이젝터(160), 플래쉬탱크(180)를 연결하며 냉매가 순환하는 제1루프(100); 플래쉬탱크(180), 제1팽창밸브(320), 제1증발기(340), 이젝터(160)를 연결하며 냉매가 순환하는 제2루프(300); 및 플래쉬탱크(180), 제2팽창밸브(520), 제2증발기(540), 컴프레서(120)를 연결하며 냉매가 순환하는 제3루프(500);을 포함한다.
본 발명의 열관리 시스템은 크게 3가지의 냉매 루프로 구성된다. 각 루프에는 냉매가 순환되며, 각 루프는 서로 공유하는 라인을 통해 서로 냉매를 공유하도록 한다. 따라서 각 루프는 완벽한 폐회로를 구성하는 것은 아니고, 루프의 형태이지만 루프를 이루는 라인을 공유하는 점에서 냉매 역시 일부가 서로 섞기거나 분할되거나 한다.
제1루프(100)의 경우에는 냉매가 컴프레서(120), 컨덴서(140), 이젝터(160), 플래쉬탱크(180)를 순서대로 순환하도록 한다. 컴프레서(120)에서 압축된 냉매는 컨덴서(140)를 통하여 방열하고, 이어서 이젝터(160)에 공급되어 냉매의 유량이 증대되며 압력 역시 증가된다. 그리고 이는 플래쉬탱크(180)로 도입되고, 플래쉬탱크(180)에 축적된 기상의 냉매는 어느 정도 높은 압력을 가진 상태에서 컴프레서(120)에 다시 공급되는 것이다. 따라서, 종래에 비하여 컴프레서(120)에서 좀 더 높은 압력의 냉매를 사용할 수 있어, 컴프레서(120)에 걸리는 부압을 방지할 수 있고, 전반적으로 컴프레서(120)의 부하가 줄어들어 효율적이다. 이를 가스인젝션 효과라 한다.
제2루프(300)의 경우는 냉매가 플래쉬탱크(180), 제1팽창밸브(320), 제1증발기(340), 이젝터(160)를 순서대로 흐른다. 제1루프(100)와 제2루프(300)는 도시된 것과 같이 이젝터(160)와 플래쉬탱크(180)를 연결하는 라인을 공유한다. 제2루프(300)에서는 제1루프(100)를 통해 이젝터(160)에 유입되는 냉매에 냉매를 추가적으로 도입함으로써 결론적으로 이젝터(160)를 통해 토출되는 냉매의 압력을 증대시켜 컴프레서(120)에서의 가스인젝션 효과를 구현이 가능하도록 한다. 그리고 플래쉬탱크(180)에 축적된 액상의 냉매는 일정 압력을 가지고 있으며, 제1팽창밸브(320)를 통해 팡창된 후 제1증발기(340)에 도입되어 제1증발기(340)에서 흡열을 하도록 한다. 제2증발기(540)를 통해 흡열된 냉매는 이젝터(160)에 도입되어 이젝터(160)에서 토출되는 냉매의 압력을 증대시킨다.
제3루프(500)의 경우는 냉매가 플래쉬탱크(180), 제2팽창밸브(520), 제2증발기(540), 컴프레서(120)를 순서대로 흐른다. 도시된 것과 같이, 제1루프(100)와 제3루프(500)는 플래쉬탱크(180)와 컴프레서(120)를 연결하는 라인을 공유하도록 한다. 제3루프(500)에서는 플래쉬탱크(180)에 축적된 액상의 냉매가 제2팽창밸브(520)를 통해 팽창되어 제2증발기(540)에서 흡열을 한다. 그리고 냉매는 어큐뮬레이터(560)에 축압된 후 기상의 냉매가 다시 컴프레서(120)로 도입되어 압축되는 것이다.
따라서, 본 발명의 경우 2개의 증발기가 모두 충분한 압력을 가지고 팽창되어 작동하기 때문에 완벽한 병렬형의 냉매라인을 구축할 수 있게 된다. 또한, 컴프레서에 추가적인 기상의 고압의 냉매를 이젝터를 통하여 공급하기 때문에 가스인젝션 효과를 통해 컴프레서의 부하가 줄어들어 전체적인 시스템의 효율이 상승되고 구동에너지의 절감이 가능해진다, 또한 이를 가능케 하도록 이젝터와 플래쉬탱크를 활용함으로써 토출되는 냉매의 압력과 유량을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.
구체적으로, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템의 이젝터를 설명하는 도면이다. 도 4와 같이 이젝터(160)에는 컨덴싱된 냉매가 도입된다. 이는 도 4의 1번 냉매로서 본 발명의 제1루프(100)에서의 컨덴서(140)에서 토출된 냉매를 의미할 수 있다. 그리고 1번 냉매는 이젝터(160)를 통과하면서 팽창되어 압력이 낮아진다. 이 상태에서 이젝터(160)에는 2번 냉매가 추가적으로 도입된다. 2번 냉매는 본 발명의 제2루프(300)의 제1증발기(340)에서 토출된 냉매를 의미할 수 있다. 그에 따라 이젝터 내부를 흐르는 냉매는 압력이 추가되어 결국 토출되는 3번 냉매의 경우 압력이 상승하는 것을 알 수 있다.
즉, 제2증발기(540)를 거쳐 토출되는 냉매의 압력을 증대시키는 것이다. 그리고 토출된 고압의 액상과 기상이 섞인 냉매는 플래쉬탱크(180)로 유입되어 액상과 기상으로 분리되며, 이 중 기상의 냉매는 다시 컴프레서(120)로 공급되고, 액상의 냉매는 나뉘어 각각 제2증발기(540)와 제2증발기(540)로 공급되는 것이다. 즉, 이젝터(160)에는 제1루프(100)의 컨덴서(140)에서 토출된 냉매와 제2루프(300)의 제1증발기(340)에서 토출된 냉매가 유입되고, 이젝터(160)에서 토출된 냉매는 플래쉬탱크(180)로 공급될 수 있다. 그리고 플래쉬탱크(180)에는 기상냉매와 액상냉매가 분리되고, 기상냉매는 컴프레서(120)로 공급되며, 액상냉매는 제1팽창밸브(320) 및 제2팽창밸브(520)로 공급될 수 있다. 그에 따라 컴프레서(120)에서는 좀 더 높은 기상의 냉매를 플래쉬탱크(180)로부터 추가적으로 공급받아 전체적인 부하가 저감되고 효율이 상승되는 것이다.
아울러, 제3루프(500)에는 제2증발기(540)와 컴프레서(120) 사이에 어큐뮬레이터(560)가 마련되어 컴프레서(120) 측으로는 기상의 냉매만이 도입되도록 한다. 또한, 가스인젝션의 선택적인 사용을 위하여 플래쉬탱크(180)와 컴프레서(120)를 연결하는 라인 또는 컴프레서(120)에는 개폐밸브(V)가 마련되고, 개폐밸브(V)는 플래쉬탱크(180)로부터 컴프레서(120)에 유입되는 냉매량을 조절할 수 있다. 이러한 개폐밸브(V)는 컴프레서(120)에 일체로 구비되는 것도 가능하다.
또한, 제어기(R)는 컴프레서(120)의 가동과 제1팽창밸브(320) 및 제2팽창밸브(520)의 개도량과 개폐밸브(V)의 개방여부를 제어하도록 한다.
이러한 본 발명의 열관리 시스템에 따른 각 모드에서의 냉매의 흐름을 설명한다. 먼저 도 1의 경우는 냉매가 컴프레서(120)에서 압축되고 컨덴서(140)를 통해 방열된 후 이젝터(160)를 통과하여 플래쉬탱크(180)로 도입되는 것이다. 그리고 플래쉬탱크(180)의 기상의 냉매는 컴프레서(120)로 도입되어 가스인젝션을 구현하고, 플래쉬탱크(180)의 액상의 냉매는 제2증발기(540)를 통해 흡열을 한 상태에서 컴프레서(120)로 도입되는 것이다.
도 2의 경우는 이젝터(160)를 활용한 히트펌프로 작동하는 경우로써, 이 경우는 컴프레서(120)로 압축된 냉매가 컨덴서(140)를 통해 방열하며 난방을 수행한다. 그리고 냉매는 이젝터(160)로 도입되며, 이젝터(160)에는 제1증발기(340)를 통해 흡열한 냉매가 추가적으로 도입됨으로써 히트펌프를 구성하고, 컴프레서(120)로 도입되는 냉매의 압력을 증대시키는 것이다.
도 3의 경우는 기본적인 냉방 회로의 경우로써, 이 경우는 가스인젝션을 사용하지 않고, 제1증발기(340)와 제2증발기(540)를 통해 모두 흡열함으로써 실내뿐만 아니라, 차량의 각종 전자부품들도 함께 냉방하는 경우를 나타낸다.
도 5 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 열관리 시스템이 차량에 적용된 경우 각 모드별 냉매의 흐름을 설명하는 도면으로써, 이하에서는 본 발명의 열관리 시스템이 실제 차량에 적용된 경우의 동작에 대하여 설명한다.
본 발명의 열관리 시스템이 실제 차량에 적용되는 경우에는 컨덴서(140)와 제2증발기(540)는 실내공조장치(C)에 마련되어 차량의 실내공간에 온도가 조절된 공기를 공급하고, 제1증발기(340)는 차량 전자부품의 냉각수와 열교환될 수 있다. 그리고 제1루프(100)에는 컨덴서(140)와 이젝터(160)의 사이에 멀티웨이밸브(760)를 통해 실외열교환기(740)가 병렬로 연결되고 실외열교환기(740)에는 제3팽창밸브(720)가 마련될 수 있다.
또한, 멀티웨이밸브(760)에는 전달라인(900)이 연결되고 전달라인(900)의 출구는 제2증발기(540)와 컴프레서(120) 사이 또는 컴프레서(120)에 연결되어, 실외열교환기(740)를 통과한 냉매가 전달라인(900)을 통해 컴프레서(120)측으로 도입될 수 있다.
구체적으로, 도 5는 차량의 실내난방모드를 나타낸다. 실내난방모드에서는 실내 난방을 위한 히트펌프를 구현해야 한다. 이를 위해 실외열교환기에서는 외부공기의 열을 흡열할 필요가 있고, 제1증발기(340)에서는 차량 전자부품의 냉각수를 통해 흡열을 할 필요가 있다. 이 경우에는 컴프레서(120)를 통해 압축된 냉매가 실내공조장치의 컨덴서(140)를 통해 방열함으로써 실내를 난방하게 된다. 그리고 컨덴서(140)에서 토출된 냉매는 분기되어 냉매의 일부는 제3팽창밸브(720)와 실외열교환기(740)를 통해 흡열한다. 이때 멀티웨이밸브(760)는 실외열교환기(740)에서 토출된 냉매가 컴프레서(120)로 바로 공급될 수 있도록 제어된다. 그리고 컨덴서(140)에서 토출되어 분기된 나머지 냉매의 경우는 이젝터(160)와 플래쉬탱크(180)를 거쳐 컴프레서(120)로 도입되어 가스인젝션 효과를 구현하며, 특히 플래쉬탱크(180)에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브(320)와 제1증발기(340)를 통해 흡열한 후 이젝터(160)에 공급됨으로써 압력이 높아진 상태에서 컴프레서(120)에 냉매를 공급하도록 한다. 그리고 이 경우 실내 냉방은 필요하지 않기 때문에 제2팽창밸브(520)는 완전히 클로징하도록 한다.
도 6의 경우는 차량의 실내냉방모드이다. 이 경우에는 제3팽창밸브(720)가 풀오픈(full open)되어 증발이 아닌 컨덴싱을 수행하도록 한다. 따라서 컴프레서(120)를 통해 압축된 냉매는 실외열교환기(740)를 통해 방열된 후 멀티웨이밸브(760)에 의해 바로 이젝터(160)와 플래쉬탱크(180)로 공급된다. 플래쉬탱크(180)에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브(320)와 제1증발기(340)를 통해 흡열하여 차량의 전자부품의 냉각이 가능하도록 한다. 그리고 동시에 제2팽창밸브(520)와 제2증발기(540)를 통해 흡열함으로써 실내의 냉방이 가능하도록 한다. 그 후 냉매는 다시 컴프레서(120)로 도입될 수 있다.
도 7의 경우는 차량의 최대실내냉방모드로서, 혹서지역에서 활용될 수 있다. 이 경우에는 마찬가지로 제3팽창밸브(720)가 풀오픈(full open)되고 컴프레서(120)를 통해 압축된 냉매가 실외열교환기(740)를 통해 방열된 후 이젝터(160)로 공급된다. 특히 이 경우는 도 6과는 달리 냉매가 이젝터(160)와 플래쉬탱크(180)를 거쳐 컴프레서(120)로 도입되어 가스인젝션 효과를 구현함으로써 냉각의 효율성을 더 높이도록 한다. 그리고 이를 통해 컴프레서(120)에 너무 고온의 냉매만이 도입되어 컴프레서(120)가 열화되는 것을 방지한다. 그리고 플래쉬탱크(180)에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브(320)와 제1증발기(340)를 통해 흡열한 후 이젝터(160)에 공급되고 동시에 제2팽창밸브(520)와 제2증발기(540)를 통해 흡열한 후 컴프레서(120)로 도입됨으로써 실내와 전자부품을 모두 냉각할 수 있도록 한다.
본 발명의 차량의 열관리 시스템에 따르면, 이젝터와 컴프레서의 가스인젝션 효과를 통하여 냉매 시스템의 효율을 극대화할 수 있다.
특히, 이젝션 효과를 통해 컴프레서의 흡입 압력 상승으로 난방시 소모동력 감소를 이룰 수 있고, 가스인젝션을 통하여 시스템 전체 냉매 유량을 증가시킬 수 있으며, 시스템 병렬회로 구성을 할 수 있어 시스템 직렬회로의 단점을 극복하고 흡입과정에 대한 자유도 증가 및 온도에 따른 압력 영향 감소를 이룰 수 있으며, 플래쉬탱크를 활용함으로써 시스템 냉매 사용량이 증대된다.
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 : 제1루프 120 : 컴프레서
140 : 컨덴서 160 : 이젝터
180 : 플래쉬탱크 300 : 제2루프
500 : 제3루프

Claims (13)

  1. 컴프레서, 컨덴서, 이젝터, 플래쉬탱크를 연결하며 냉매가 순환하는 제1루프;
    플래쉬탱크, 제1팽창밸브, 제1증발기, 이젝터를 연결하며 냉매가 순환하는 제2루프; 및
    플래쉬탱크, 제2팽창밸브, 제2증발기, 컴프레서를 연결하며 냉매가 순환하는 제3루프;을 포함하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1루프와 제2루프는 이젝터와 플래쉬탱크를 연결하는 라인을 공유하고, 제1루프와 제3루프는 플래쉬탱크와 컴프레서를 연결하는 라인을 공유하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    플래쉬탱크에는 기상냉매와 액상냉매가 분리되고, 기상냉매는 컴프레서로 공급되며, 액상냉매는 제1팽창밸브 및 제2팽창밸브로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제3루프에는 제2증발기와 컴프레서 사이에 어큐뮬레이터가 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    이젝터에는 제1루프의 컨덴서에서 토출된 냉매와 제2루프의 제1증발기에서 토출된 냉매가 유입되고, 이젝터에서 토출된 냉매는 플래쉬탱크로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    컴프레서의 가동과 제1팽창밸브 및 제2팽창밸브의 개도량을 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    플래쉬탱크와 컴프레서를 연결하는 라인 또는 컴프레서에는 개폐밸브가 마련되고, 개폐밸브는 플래쉬탱크로부터 컴프레서에 유입되는 냉매량을 조절하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    컨덴서와 제2증발기는 실내공조장치에 마련되어 차량의 실내공간에 온도가 조절된 공기를 공급하고, 제1증발기는 차량 전자부품의 냉각수와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    제1루프에는 컨덴서와 이젝터의 사이에 멀티웨이밸브를 통해 실외열교환기가 병렬로 연결되고 실외열교환기에는 제3팽창밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    멀티웨이밸브에는 전달라인이 연결되고 전달라인의 출구는 제2증발기와 컴프레서 사이 또는 컴프레서에 연결되어, 실외열교환기를 통과한 냉매가 전달라인을 통해 컴프레서측으로 도입되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    차량의 실내난방모드에서는 컴프레서를 통해 압축된 냉매가 컨덴서를 통해 방열하고, 냉매가 분기되어 냉매의 일부는 제3팽창밸브와 실외열교환기를 통해 흡열한 후 컴프레서로 공급되고 나머지 냉매는 이젝터와 플래쉬탱크를 거쳐 컴프레서로 도입되며, 플래쉬탱크에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브와 제1증발기를 통해 흡열한 후 이젝터에 공급되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    차량의 실내냉방모드에서는 제3팽창밸브가 풀오픈(full open)되고 컴프레서를 통해 압축된 냉매가 실외열교환기를 통해 방열된 후 이젝터와 플래쉬탱크로 공급되고, 플래쉬탱크에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브와 제1증발기를 통해 흡열한 후 이젝터에 공급되고 동시에 제2팽창밸브와 제2증발기를 통해 흡열한 후 컴프레서로 도입되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  13. 청구항 9에 있어서,
    차량의 최대실내냉방모드에서는 제3팽창밸브가 풀오픈(full open)되고 컴프레서를 통해 압축된 냉매가 실외열교환기를 통해 방열된 후 이젝터로 공급되고, 냉매는 이젝터와 플래쉬탱크를 거쳐 컴프레서로 도입되며, 플래쉬탱크에서는 액상의 축적된 냉매가 제1팽창밸브와 제1증발기를 통해 흡열한 후 이젝터에 공급되고 동시에 제2팽창밸브와 제2증발기를 통해 흡열한 후 컴프레서로 도입되는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
KR1020220022800A 2022-02-22 2022-02-22 차량의 열관리 시스템 KR20230125941A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220022800A KR20230125941A (ko) 2022-02-22 2022-02-22 차량의 열관리 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220022800A KR20230125941A (ko) 2022-02-22 2022-02-22 차량의 열관리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230125941A true KR20230125941A (ko) 2023-08-29

Family

ID=87802512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220022800A KR20230125941A (ko) 2022-02-22 2022-02-22 차량의 열관리 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230125941A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220008556A (ko) 2020-07-14 2022-01-21 주식회사 두원공조 차량용 열관리 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220008556A (ko) 2020-07-14 2022-01-21 주식회사 두원공조 차량용 열관리 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102552112B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR102610903B1 (ko) 차량용 냉난방 시스템
KR20220001670A (ko) 차량용 열 관리 시스템
KR20210123571A (ko) 차량용 열 관리 시스템
KR102587577B1 (ko) 공조 시스템
KR102644746B1 (ko) 차량용 냉난방 시스템
CN116605005A (zh) 一种车用热管理系统和汽车
US20230356564A1 (en) Thermal management system with improved working efficiency of compressor
CN111251808A (zh) 车辆的热管理系统及车辆
CN111251812A (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR20230125941A (ko) 차량의 열관리 시스템
KR102599849B1 (ko) 공조 시스템
KR102644748B1 (ko) 차량용 냉난방 시스템
KR102644744B1 (ko) 차량용 냉난방 시스템
CN111251810B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
CN111251804B (zh) 车辆的热管理系统及车辆
KR102644745B1 (ko) 차량용 냉난방 시스템
KR20200060632A (ko) 차량용 냉난방 시스템
KR20200061420A (ko) 차량용 냉난방 시스템
CN111845244A (zh) 热综合管理系统
CN220114412U (zh) 一种车用热管理系统和汽车
KR102644747B1 (ko) 차량용 냉난방 시스템
KR102644749B1 (ko) 차량용 냉난방 시스템
CN218805093U (zh) 间接式热泵系统
KR101170849B1 (ko) 축냉시스템을 이용한 차량용 공조장치