KR20230143451A - 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈 - Google Patents

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이종문
장성주
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주식회사 두원공조
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Abstract

본 발명은, 차량용 히트펌프 시스템의 실내콘덴서와, 실외콘덴서와 증발기 및 어큐뮬레이터와 연결되어 냉매의 흐름 방향을 전환 및, 이동되는 냉매를 팽창시키고, 냉매와 냉각수를 열교환하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈에 있어서, 실내콘덴서와, 실외콘덴서와 증발기 및 어큐뮬레이터와 연결되며, 내부에는 냉매가 이동하도록 가이드하는 내부유로부 및, 내부유로부와 연결된 밸브유로부가 형성된 매니폴드 몸체, 내부유로부와 연결되도록 매니폴드 몸체에 결합 설치되며, 내부유로부로 이동되는 냉매와 냉각수라인으로 이동하는 냉각수를 열교환시키는 수냉식콘덴서, 내부유로부와 연결되도록 매니폴드 몸체에 결합 설치되며, 냉매와 열교환으로 배터리 냉각수를 냉각시키는 배터리칠러, 밸브유로부에 연결 구비되어, 수냉식콘덴서와, 실외콘덴서와, 실내콘덴서와 배터리칠러 및 증발기로 이동되는 냉매를 감압하는 팽창밸브부, 밸브유로부에 연결 구비되어, 내부유로부로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 개폐밸브부를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈을 제공한다.

Description

차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈{Refrigerant module for vehicle heat pump system}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈에 관한 것으로, 히트펌프 시스템을 구성하는 냉매밸브와 열교환기 및 이들을 연결하는 냉매 배관라인을 일체로 모듈화한 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는, 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실외 열교환기가 냉방용 콘덴서의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실외 열교환기가 난방용 증발기의 역할을 하게 된다.
이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 고압측 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 고압측 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 저압측 열교환기(60)와, 상기 저압측 열교환기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 중간열교환기(50)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다. 도 1 중 도면부호 10은 상기 고압측 열교환기(32)와 저압측 열교환기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.
이같이, 종래의 차량용 히트펌프 시스템에는 냉매팽창 및 방향전환을 위해 여러가지 밸브가 적용중이며, 냉매밸브 및 열교환기의 연결을 위해 여러종류의 배관과 호스가 전기자동차의 엔진룸내 공간을 차지하면서 복잡하게 구성되어져 있다.
자율주행 자동차 기술이 발달함에 따라 차량 실내공간의 효율성 증대를 위해 현재 차량 실내에 구성되어 있는 HVAC(Heating, ventilation, & air conditioning)을 포함한 여러부품이 PE(Power Electric)룸으로 이동 장착중에 있으며, 한정되어 있는 PE룸의 공간으로 인해 히트펌프시스템의 구성을 위한 회로구상에 현재의 연결방법으론 상당한 어려움 계속될 것이고, 냉매밸브와 열교환기를 매니폴드에 의해 일체화시키고 매니폴드내의 유로를 통해 연결배관을 최소화시킬수 있다면 PE룸내 패키지구성과 원가절감, 중량절감으로 인한 전비향상에 따른 주행거리 증가에도 많은 도움이 될 것이라 예상되는 바, 이에 대한 연구가 진행되고 있는 실정이다.
이러한, 종래의 히트 펌프시스템 관련 기술로는, 한국 공개특허 제10-2013-0101254호(2013.09.13)에 제시되고 있다.
본 발명은, 히트펌프 시스템을 구성하는 냉매밸브와 열교환기 및 이들을 연결하는 배관라인을 매니폴드를 활용하여 일체화 및 공용화하여 차량 개발시마다 달라지는 배관의 루트 개발 등의 손실 발생을 줄일 수 있고 중량 절감으로 인한 전비향상도 가능하도록 하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 차량용 히트펌프 시스템의 실내콘덴서와, 실외콘덴서와 증발기 및 어큐뮬레이터와 연결되어 냉매의 흐름 방향을 전환 및, 이동되는 냉매를 팽창시키고, 냉매와 냉각수를 열교환하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈에 있어서, 상기 실내콘덴서와, 실외콘덴서와, 증발기 및 어큐뮬레이터와 연결되며, 내부에는 냉매가 이동하도록 가이드하는 내부유로부 및, 내부유로부와 연결된 밸브유로부가 형성된 매니폴드 몸체, 상기 내부유로부와 연결되도록 매니폴드 몸체에 결합 설치되며, 내부유로부로 이동되는 냉매와 냉각수라인으로 이동하는 냉각수를 열교환시키는 수냉식콘덴서, 상기 내부유로부와 연결되도록 매니폴드 몸체에 결합 설치되며, 냉매와 열교환으로 배터리 냉각수를 냉각시키는 배터리칠러, 상기 밸브유로부에 연결 구비되어, 수냉식콘덴서와, 실외콘덴서와, 실내콘덴서와 배터리칠러 및 증발기로 이동되는 냉매를 감압하는 팽창밸브부, 상기 밸브유로부에 연결 구비되어, 내부유로부로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 개폐밸브부를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈을 제공한다.
또한, 상기 내부유로부와 밸브유로부는 매니폴드 몸체에 상호 동일한 수평선상에 연결 배치되고, 상기 내부유로부와 밸브유로부는 매니폴드 몸체 바닥면에 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 매니폴드 몸체는, 저면에 상기 내부유로부와 밸브유로부가 형성된 몸체 상판, 상기 몸체 상판의 하부에 마주보게 결합되는 몸체 하판을 포함하며, 상기 몸체 상판은 단조공정을 통해 제조되고, 몸체 하판은 프레스공정을 통해 제조되며, 상기 몸체 상판과 몸체 하단은 브레이징으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 매니폴드 몸체에는 수냉식콘덴서의 출구단과 연결된 내부유로부와, 배터리칠러의 출구단과 연결된 내부유로부를 분리시키는 분리홈이 형성될 수 있다.
또한, 상기 수냉식콘덴서의 입구단 및 출구단과 연결되는 각각의 내부유로부 끝단은 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체에 배치될 수 있다.
또한, 상기 배터리칠러의 입구단 및 출구단과 연결되는 각각의 내부유로부 끝단은 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체에 배치될 수 있다.
또한, 상기 연결유로부는, 상기 실내콘덴서 측과 수냉식콘덴서의 입력단을 연결하는 제1내부유로, 상기 수냉식콘덴서의 출력단과 연결되는 제2내부유로, 상기 어큐뮬레이터 측과 배터리칠러의 출력단을 연결하는 제3내부유로, 상기 제3내부유로에서 분기되는 제4내부유로, 상기 배터리칠러의 입구단과 연결되는 제5내부유로를 포함하고, 상기 밸브유로부는, 제1내부유로와 연결되며 실내콘덴서 측과 수냉식콘덴서의 입구측을 연결하는 제1밸브유로, 제2내부유로와 제3내부유로에 연결되는 제2밸브유로, 제2밸브유로 및 제1내부유로와 연결되며 실외콘덴서 측과 증발기 측을 연결하는 제3밸브유로, 제4내부유로 및 제5내부유로와 연결되며 실외콘덴서 측을 연결하는 제4밸브유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1밸브유로와 제3밸브유로 및 제4밸브유로에는 팽창밸브부가 구비되고, 상기 제2밸브유로에는 개폐밸브부가 구비되며, 상기 팽창밸브부는, 상기 제1밸브유로에 구비되어 난방모드 및 난방제습모드시 제1내부유로를 통해 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브, 상기 제4밸브유로에 구비되어 제4내부유로와 제5내부유로를 선택적으로 개폐하면서 제4내부유로와 제5내부유로로 이동하는 냉매의 흐름방향을 조절하고 냉방모드 및 배터리냉각모드시 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브, 상기 제3밸브유로에 구비되어 제2밸브유로와 제1내부유로를 선택적으로 개폐하면서 제2밸브유로와 제1내부유로를 이동하는 냉매의 흐름방향을 조절하고 난방모드 및 난방제습모드시 실외콘덴서 및 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제3전자식팽창밸브를 포함하고, 상기 개폐밸브부는 제2밸브유로에 구비되어 제3밸브유로와 제3내부유로를 선택적으로 개폐하면서 제3밸브유로와 제3내부유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환할 수 있다.
또한, 상기 1전자식팽창밸브는 2웨이밸브 타입이며, 제2전자식팽창밸브와 제3전자식팽창밸브 및 개폐밸브부는 3웨이밸브 타입 일 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈은, 매니폴드 몸체의 내측에 냉매를 이동되게 가이드하는 내부유로부와 밸브유로부가 연결상태로 형성되어 내부유로부와 밸브유로부 사이를 통해 이동되는 냉매의 이동저항이 감소되며, 팽창밸브부와 개폐밸브부를 밸브유로부에 연결 설치함과 더불어 수냉식콘덴서 및 배터리칠러를 매니폴드 몸체에 일체화 및 공용화하여 차량 개발시마다 달라지는 배관의 루트 개발 등의 손실 발생 및 열손실을 줄일 수 있고, 배관 구성의 최소화로 PE룸 내 패키지 활용 증가 및 원가절감이 이루어지게 된다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈이 결합된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 매니폴드 몸체의 내부에 형성된 내부유로부 및 내부유로부에 팽창밸브부 및 개폐밸브부가 구비된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 3에 도시한 매니폴드 몸체의 분해사시도이다.
도 7은 도 3에 도시한 매니폴드 몸체의 부분 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 차량용 히트펌프 시스템(100)에는 압축기(150)와, 실내콘덴서(110)와, 실외콘덴서(120)와, 어큐뮬레이터(130)와, 증발기(140) 및 냉매용 모듈(1000)을 포함하고, 솔레노이드팽창밸브(160) 및 제어부(도면미도시)를 더 포함할 수 있으며, 냉매가 순환하는 냉매순환라인 상에는 압축기(150)와, 실내콘덴서(110)와, 실외콘덴서(120)와, 어큐뮬레이터(130)와, 증발기(140) 및 냉매용 모듈(1000)이 연결된다. 그리고, 라디에이터(RAD)와 전력전자부품(PE;Power Electronics)을 연결하는 냉각수라인(W1)과, 수가열히터(H)와 배터리(B)를 연결하는 냉각수라인(W2)을 포함하고, 리저버탱크(T)를 더 포함할 수 있으며, 냉각수라인(W1,W2) 상으로 수냉식컨덴서(1200)과 배터리칠러(1300)가 연결되며, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.
상기 압축기(150)의 출력단은 제1유로(R1)와 연결되고, 상기 제1유로(R1)를 통해 실내콘덴서(110)의 입력단과 압축기(150)의 출력단이 연결되어, 압축기(150)에서 압축된 고온고압의 냉매(기체)를 상기 실내콘덴서(110)로 출력한다.
상기 실내콘덴서(110)는 공조케이스(미도시) 내에 구비되며, 상기 실내콘덴서(110)는 압축기(150)에서 토출되는 고온고압의 냉매(기체)를 제1유로(R1)를 통해 인입한다. 실내콘덴서(110)가 공조케이스(미도시)를 통해 차량 실내로 공급되는 공기와의 열교환을 통해 내부를 유동하는 고온고압의 냉매(기체)를 응축시키면서 그 응축열로 공기를 가열하여, 차량 실내의 난방이 이루어지도록 한다.
상기 공조케이스(미도시)의 구조 및 공조케이스(미도시)가 공기를 인입한 후 열교환된 공기를 차량의 실내로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 과정은 공지된 기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 실내콘덴서(110)의 출력단은 제2유로(R2)와 연결되고, 상기 제2유로(R2)는 냉매용 모듈(1000)과 연결된다. 이때, 제2유로(R2)는 후술되는 제1내부유로(1111)와 연결된다.
상기 실외콘덴서(120)는 수냉식콘덴서(1200)와 연결되어 수냉식콘덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 역할을 한다. 즉 실외콘덴서(120)의 입력단은 제3유로(R3)와 연결되고, 상기 제3유로(R3)는 냉매용 모듈(1000)의 제2내부유로(1112)를 통해 수냉식콘덴서(1200)와 연결된다. 그리고, 실외콘덴서(120)의 출력단은 제4유로(R4)와 연결되고, 상기 제4유로(R4)는 솔레노이드팽창밸브(160)를 통해 증발기(140)와 연결된다. 이때, 제4유로(R4)에서 분기되는 바이패스유로(BR)를 통해 냉매용 모듈(1000)의 제5내부유로(1115)와 연결된다.
상기 어큐뮬레이터(130)는 증발기(140)에서 공급되는 냉매 및 수냉식콘덴서(1200)에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 분리된 기상 냉매를 압축기(150)로 공급하는 역할을 한다. 이때, 어큐뮬레이터(130)의 입력단은 제5유로(R5)와 연결되고, 어큐뮬레이터(130)의 출력단은 제6유로(R6)를 통해 압축기(150)와 연결된다. 이때, 상기 제5유로(R5)는 냉매용 모듈(1000)의 제3내부유로(1113)를 통해 배터리칠러(1300)와 연결된다.
상기 증발기(140)는 실외콘덴서(120)에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 역할을 한다. 이러한, 증발기(140)의 입력단은 제4유로(R4)와 연결되고, 증발기(140)의 출력단은 제5유로(R5)를 통해 어큐뮬레이터(130)와 연결된다. 그리고, 증발기(140)는 제5유로(R5)를 통해 냉매용 모듈(1000)의 제3내부유로(1113)를 통해 배터리칠러(1300)와 연결된다.
상기 제어부는 냉매용 모듈(1000)의 팽창밸브부(1400) 및 개폐밸브부(1500)와 연결되어 팽창밸브부(1400)의 동작과 상기 개폐밸브부(1500)의 개폐방향을 제어하는 역할을 한다.
상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(140)의 전단에는 솔레노이드팽창밸브(160)가 구비되며, 상기 솔레노이드팽창밸브(160)는 냉방모드, 난방제습모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제4유로(R4)를 통해 상기 증발기(140)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈(1000)은 앞서 설명한 차량용 히트펌프 시스템(100)에 포함되어 냉매의 흐름 방향을 전환, 이동되는 냉매를 팽창, 냉매와 냉각수를 열교환 후 열교환된 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하는 역할을 하며, 매니폴드 몸체(1100)와, 수냉식콘덴서(1200)와, 배터리칠러(1300)와, 팽창밸브부(1400), 개폐밸브부(1500)를 구비하고 있다.
상기 매니폴드 몸체(1100)는 차량용 히트펌프 시스템(100)에 포함되는 실내콘덴서(110)와, 실외콘덴서(120)와, 어큐뮬레이터(130) 및 증발기(140)와 유로를 통해 연결되며, 상기 매니폴드 몸체(1100)의 내부에는 냉매의 이동을 가이드하는 냉매유로부(1110) 및 밸브유로부(1120)가 형성된다. 더불어, 상기 매니폴드 몸체(1100)의 일측단에는 수냉식콘덴서(1200)가 별도의 배관라인없이 직결상태로 결합되고, 매니폴드 몸체(1100)의 타측단에는 배터리칠러(1300)가 별도의 배관라인없이 직결상태로 결합된다.
여기서, 상기 냉매유로부(1110)에는 실내콘덴서(110)와 어큐뮬레이터(130)와 수냉식콘덴서(1200) 및 배터리칠러(1300)가 연결되고, 밸브유로부(1120)에는 실외콘덴서(120)와, 증발기(140)가 연결된다. 이때, 밸브유로부(1120)에는 팽창밸브부(1400)와 개폐밸브부(1500)를 연결 구비하여, 팽창밸브부(1400)와 개폐밸브부(1500)의 작동에 따라 냉매의 이동방향이 조절되거나 냉매의 감압이 이루어지게 된다.
도 6을 참조하면, 상기 매니폴드 몸체(1100)는 저면에 내부유로부(1110)와 밸브유로부(1120)가 형성된 몸체 상판(1110a)과, 몸체 상판(1110a)의 하부에 마주보게 결합되면서 내부유로부(1110)와 밸브유로부(1120)의 하부를 밀폐시키는 몸체 하판(1110b)으로 구성될 수 있다. 이때, 몸체 상판(1110a)은 단조 공정을 통해 제조되고, 몸체 하판(1110b)은 프레스 고정을 통해 제조된 후, 몸체 상판(1110a)과 몸체 하판(1110b)을 상호 맞닿게 배치한 상태에서 몸체 상판(1110a)과 몸체 하판(1110b)의 끝단 부분을 조립하여 브레이징 공정으로 결합되게 하는 바, 매니폴드 몸체(1110)의 가공공정을 최소화하여 제조원가를 절감할 수 있게 된다.
도 5와 도 7을 참조하면, 상기 매니폴드 몸체(1100)의 몸체 상판(1110a)에 형성된 내부유로부(1100)와 밸브유로부(1120)는 상호 동일한 수평선상으로 연결 배치되게 하고, 내부유로부(1100)와 밸브유로부(1120)는 몸체 하판(1110a)의 상면에 평행하게 배치되게 형성되는 바, 내부유로부(1100)와 밸브유로부(1120) 사이로 냉매의 유출입시 유체 저항을 최소화하여 냉매의 이동을 안정적으로 이루어지게 한다.
이러한, 상기 매니폴드 몸체(1100)에 형성된 내부유로부(1110)는 제1내부유로(1111), 제2내부유로(1112), 제3내부유로(1113), 제4내부유로(1114), 제5내부유로(1115)를 포함한다.
상기 제1내부유로(1111)는 실내콘덴서(110) 측과 수냉식콘덴서(1200)의 입력단을 연결한다. 보다 상세하게는 제1내부유로(1111)의 길이방향 일단은 수냉식콘덴서(1200)의 입력단에 연결되고, 제1내부유로(1111)의 길이방향 타단은 밸브유로부(1120)의 제3밸브유로(1123)에 연결되며, 제1내부유로(1111)의 일단은 제2유로(R2)를 통해 실내콘덴서(110)가 연결된다.
상기 제2내부유로(1112)는 제1내부유로(1111)와는 이격되게 배치되며, 제2내부유로(1112)의 길이방향 일단은 수냉식콘덴서(1200)의 출력단에 연결되고, 제2내부유로(1112)의 길이방향 타단은 제2밸브유로(1122)와 연결된다. 이때, 제2내부유로(1112)는 제3유로(R3)를 통해 실외콘덴서(120)와 연결된다.
상기 제3내부유로(1113)은 어큐뮬레이터(130) 측과 배터리칠러(1300)의 출력단을 연결한다. 보다 상세하게는 제3내부유로(1113)의 길이방향 일단은 배터리칠러(1300)의 출력단에 연결되고, 제3내부유로(1113)의 길이방향 타단은 제2밸브유로(1122)에 연결되며, 제3내부유로(1113)는 제5유로(R5)를 통해 어큐뮬레이터(130)가 연결된다.
상기 제4내부유로(1114)는 제3내부유로(1113)로부터 분기되며, 제4내부유로(1114)의 길이방향 일단은 제3내부유로(1113)의 일측에 연결되고, 제4내부유로(1114)의 길이방향 타단은 제4밸브유로(1124)에 연결된다.
상기 제5내부유로(1115)는 제1,2,3,4내부유로(1111,1112,1113,1114)와는 이격되게 배치되며, 제5내부유로(1115)의 길이방향 일단은 배터리칠러(1300)의 입구단에 연결되고, 제5내부유로(1115)의 길이방향 타단은 제4밸브유로(1124)에 연결된다. 제5내부유로(1115)는 바이패스유로(BR)를 통해 실외콘덴서(120)와 연결된다.
여기서, 상기 내부유로부(1110) 중 수냉식콘덴서(1200)의 입구단 및 출구단과 연결되는 제1내부유로(1111)의 길이방향 일단 끝 부분과 제2내부유로(1112)의 길이방향 일단 끝 부분은 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체(1100)에 배치되게 한다. 그리고, 내부유로부(1110) 중 배터리칠러(1300)의 입구단 및 출구단과 연결되는 제3내부유로(1113)의 길이방향 일단 끝 부분과 제5내부유로(1115)의 길이방향 일단 끝 부분은 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체(1100)에 배치되게 한다. 이같이, 상기 수냉식콘덴서(1200)의 입구단 및 출구단과 연결되는 각각의 내부유로부(1110) 끝단이 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체(1100)에 배치되며,배터리칠러(1300)의 입구단 및 출구단과 연결되는 각각의 내부유로부(1110) 끝단이 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체(1100)에 배치된 바, 수냉식콘덴서(1200)을 매니폴드 몸체(1100)에 연결시 조립성을 좋게 함과 더불어 수냉식콘덴서(1200)와 배터리칠러(1300) 사이의 열간섭을 최소화할 수 있게 한다.
그리고, 상기 매니폴드 몸체(1100)에 형성된 밸브유로부(1120)는 제1밸브유로(1121), 제2밸브유로(1122), 제3밸브유로(1123), 제4밸브유로(1124)를 포함한다.
상기 제1밸브유로(1121)는 제1내부유로(1111)의 길이방향 일단 부분에 연결되며, 실내콘덴서(110) 측과 수냉식콘덴서(1200)의 입구측을 연결한다. 이러한, 제1밸브유로(1121)에는 팽창밸브부(1400)의 제1전자식팽창밸브(1410)가 연결 설치된다.
상기 제2밸브유로(1122)는 제2내부유로(1112)의 길이방향 타단과 제3내부유로(1113)의 길이방향 타단에 연결되고, 제2밸브유로(1122)는 제3밸브유로(1123)와도 연결된다. 이러한, 제2밸브유로(1122)에는 개폐밸브부(1500)가 연결 설치된다.
상기 제3밸브유로(1123)은 제2밸브유로(1122) 및 제1내부유로(1111)의 길이방향 타단 부분과 연결되며, 실외콘덴서(120) 측과 증발기(140) 측을 연결한다. 이러한, 제3밸브유로(1123)에는 제3전자식팽창밸브(1430)가 연결 설치된다.
상기 제4밸브유로(1124)는 제4내부유로(1114)의 길이방향 타단과 제5내부유로(1115)의 길이방향 타단에 연결되고, 제4밸브유로(1124)는 실외콘덴서(120) 측과도 연결된다. 이러한, 제4밸브유로(1124)에는 제2전자식팽창밸브(1420)가 연결 설치된다.
또한, 상기 매니폴드 몸체(1100)에는 수냉식콘덴서(1200)의 출구단과 연결된 내부유로부(1110)와, 배터리칠러(1300)의 출구단과 연결된 내부유로부(1110)를 분리시키는 분리홈(1130)이 형성된다. 보다 상세하게는 분리홈(1130)은 내부유로부(1110)의 제2내부유로(1112)와 제3내부유로(1113)를 물리적으로 분리되게 할 수 있도록 매니폴드 몸체(1100)의 상하방향으로 관통되게 형성되는 바, 수냉식콘덴서(1200)를 순환하는 냉매와 배터리칠러(1300)를 순환하는 냉매 사이의 열간섭을 방지하여 수냉식콘덴서(1200)와 배터리칠러(1300)의 열교환 성능을 최대화할 수 있게 한다.
상기 수냉식콘덴서(1200)는 내부유로부(1110) 및 밸브유로부(1120)를 통해 이동되는 냉매와 냉각수라인(미도시)으로 이동되는 냉각수를 열교환하여 냉매를 응축 및 증발시키는 역할을 한다.
이러한, 상기 수냉식콘덴서(1200)는 매니폴드 몸체(1100)에 바로 직결상태로 결합되는데, 보다 상세하게는 수냉식콘덴서(1200)의 입구단은 내부유로부(1110)의 제1내부유로(1111) 길이방향 일단 끝 부분에 연결되고, 제1내부유로(1111)와 연결된 제2유로(R2)를 통해 실내콘덴서(110)와 연결된다. 그리고 수냉식콘덴서(1200)의 출구단은 내부유로부(1110)의 제2내부유로(1112) 길이방향 일단 끝 부분에 연결되고, 제2내부유로(1112)와 연결된 제3유로(R3)를 통해 실외콘덴서(120)와 연결된다.
상기 배터리칠러(1300)는 냉방 및 배터리냉각모드 시 냉매와 열교환으로 배터리 냉각수를 냉각시킨다.
이러한, 상기 배터리칠러(1300)는 매니폴드 몸체(1100)에 바로 직결상태로 결합되는데, 보다 상세하게는 배터리칠러(1300)의 입구단은 제5내부유로(1115)의 길이방향 일단 끝 부분에 연결되고, 제5내부유로(1115)와 연결된 바이패스라인(BR)을 통해 실외콘덴서(120)와 연결된다. 그리고, 배터리칠러(1300)의 출구단은 제3내부유로(1113)의 길이방향 일단 끝 부분에 연결되고, 제3내부유로(1113)와 연결된 제5유로(R5)를 통해 어큐뮬레이터(130)와 연결된다.
이같이, 상기 매니폴드 몸체(1100)의 내부에 형성된 내부유로부(1110) 및 밸브유로부(1120)로 유입된 냉매는 팽창밸브부(1400) 및 개폐밸브부(1500)의 동작에 의해 실내콘덴서(110)와, 실외콘덴서(120)와, 증발기(140)와, 수냉식콘덴서(1200)와, 배터리칠러(1300)로 공급되어 냉각수, 공기, 배터리 냉각수와 열교환하게 된다.
상기 팽창밸브부(1400)는 매니폴드 몸체(1100)의 밸브유로부(1120)에 연결 구비되어, 실내콘덴서(110)와, 실외콘덴서(120)와, 증발기(140)와, 수냉식콘덴서(1200) 및 배터리칠러(1300)로 이동되는 냉매를 감압하는 역할을 한다. 이러한, 팽창밸브부(1400)는 밸브유로부(1120)에 회전되게 삽입 배치되며, 냉매를 배출시킨 가이드홈부(도면미도시)가 형성된 볼(1400a)과, 볼(1400a)을 회전시키면서 밸브유로부(1120)를 이동하는 냉매가 팽창 또는 밸브유로부(1120)를 개폐되게 하는 엑추에이터(1400b)로 구성될 수 있다. 여기서, 팽창밸브부(1400)는 제1전자식팽창밸브(1410), 제2전자식팽창밸브(1420), 제3전자식팽창밸브(1430)을 포함한다. 이때, 도면부호 1400c는 볼(1400a)을 밸브유로부(1120)에 설치 또는 해체시 관리를 쉽게 하기 위해 매니폴드 몸체(1100)의 밸브유로부(1120)를 개폐되게 하는 덮개이다.
상기 제1전자식팽창밸브(1410)는 제1밸브유로(1121)에 연결 구비되어, 차량용 히트펌프 시스템(100)의 난방모드 및 난방제습모드시 제1내부유로(1111)를 통해 수냉식콘덴서(1200)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압되게 한다.
상기 제2전자식팽창밸브(1420)는 제4밸브유로(1124)에 연결 구비되어 제4내부유로(1114)와 제5내부유로(1115)를 선택적으로 개폐하면서 제4내부유로(1114)와 제5내부유로(1115)로 이동하는 냉매의 흐름방향을 조절한다. 더불어, 제2전자식팽창밸브(1420)는 차량용 히트펌프 시스템(100)의 냉방모드 및 배터리냉각모드시 배터리칠러(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압되게 한다.
상기 제3전자식팽창밸브(1430)는 제3밸브유로(1123)에 연결 구비되어 제2밸브유로(1121)와 제1내부유로(1111)를 선택적으로 개폐하면서 제2밸브유로(1122)와 제1내부유로(1111)를 이동하는 냉매의 흐름방향을 조절한다. 더불어, 제3전자식팽창밸브(1430)는 차량용 히트펌프 시스템(100)의 난방모드 및 난방제습모드시 실외콘덴서 (120) 및 증발기(140)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압되게 한다.
상기 개폐밸브부(1500)는 매니폴드 몸체(1100)의 밸브유로부(1120)에 연결 구비되어, 내부유로부(1110)로 이동되는 냉매의 흐름을 전환한다. 즉, 개폐밸브부(1500)는 밸브유로부(1120)의 제2밸브유로(1122)에 연결 구비되어 제3밸브유로(1123)와 제3내부유로(1113)를 선택적으로 개폐하면서 제3밸브유로(1123)와 제3내부유로(1113)로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환한다. 이러한, 개폐밸브부(1500)는 밸브유로부(1120)에 회전되게 삽입 배치되며, 냉매를 배출시키는 가이드홈부(도면미도시)가 형성된 볼(1500a)과, 볼(1500a)을 회전시키면서 밸브유로부(1120)를 이동하는 냉매가 팽창 또는 밸브유로부(1120)를 개폐되게 하는 엑추에이터(1500b)로 구성될 수 있다. 도면부호 1500c는 볼(1500a)을 밸브유로부(1120)에 설치 또는 해체시 관리를 쉽게 하기 위해 매니폴드 몸체(1100)의 밸브유로부(1120)를 개폐되게 하는 덮개이다.
여기서, 상기 팽창밸브부(1400)의 제1전자식팽창밸브(1410)는 2웨이밸브 타입으로 냉매를 팽창하거나 바이패스시킬 수 있다. 제2전자식팽창밸브(1420)와 제3전자식팽창밸브(1430)는 3웨이밸브 타입으로 냉매흐름방향을 조절하면서 단방향팽창과 단방향 바이패스를 시킬 수 있다. 개폐밸브부(1500)는 3웨이밸브 타입으로 냉매의 흐름방향을 조절할 수 있다.
이와 같이, 일 실시예의 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈은, 매니폴드 몸체(1100)의 내측에 냉매를 이동되게 가이드하는 내부유로부(1110)와 밸브유로부(1120)가 연결상태로 형성되어 내부유로부(1110)와 밸브유로부(1120) 사이를 통해 이동되는 냉매의 이동저항이 감소되며, 팽창밸브부(1400)와 개폐밸브부(1500)를 밸브유로부(1120)에 연결 설치함과 더불어 수냉식콘덴서(1200) 및 배터리칠러(1300)를 매니폴드 몸체(1100)에 일체화 및 공용화하여 차량 개발시마다 달라지는 배관의 루트 개발 등의 손실 발생 및 열손실을 줄일 수 있고, 배관 구성의 최소화로 PE룸 내 패키지 활용 증가 및 원가절감이 이루어지게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
W1,W2: 냉각수라인 R1: 제1유로
R2: 제2유로 R3: 제3유로
R4: 제4유로 R5: 제5유로
BR: 바이패스유로 RAD: 라디에이터
PE: 전력전자부품 H: 수가열히터
B: 배터리 T: 리저버탱크
110: 실내콘덴서 120: 실외콘덴서
130: 어큐뮬레이터 140: 증발기
150: 압축기 160: 솔레노이드팽창밸브
1100: 매니폴드 몸체 1100a: 몸체 상판
1100b: 몸체 하판 1110: 내부유로부
1111: 제1내부유로 1112: 제2내부유로
1113: 제3내부유로 1114: 제4내부유로
1115: 제5내부유로 1120: 밸브유로부
1121: 제1밸브유로 1122: 제2밸브유로
1123: 제3밸브유로 1124: 제4밸브유로
1200: 수냉식콘덴서 1300: 배터리칠러
1400: 팽창밸브부 1410: 제1전자식팽창밸브
1420: 제2전자식팽창밸브 1430: 제3전자식팽창밸브
1500: 개폐밸브부

Claims (9)

  1. 차량용 히트펌프 시스템의 실내콘덴서와, 실외콘덴서와 증발기 및 어큐뮬레이터와 연결되어 냉매의 흐름 방향을 전환 및, 이동되는 냉매를 팽창시키고, 냉매와 냉각수를 열교환하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈에 있어서,
    상기 실내콘덴서와, 실외콘덴서와, 증발기 및 어큐뮬레이터와 연결되며, 내부에는 냉매가 이동하도록 가이드하는 내부유로부 및, 내부유로부와 연결된 밸브유로부가 형성된 매니폴드 몸체;
    상기 내부유로부와 연결되도록 매니폴드 몸체에 결합 설치되며, 내부유로부로 이동되는 냉매와 냉각수라인으로 이동하는 냉각수를 열교환시키는 수냉식콘덴서;
    상기 내부유로부와 연결되도록 매니폴드 몸체에 결합 설치되며, 냉매와 열교환으로 배터리 냉각수를 냉각시키는 배터리칠러;
    상기 밸브유로부에 연결 구비되어, 수냉식콘덴서와, 실외콘덴서와, 실내콘덴서와 배터리칠러 및 증발기로 이동되는 냉매를 감압하는 팽창밸브부;
    상기 밸브유로부에 연결 구비되어, 내부유로부로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 개폐밸브부;를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부유로부와 밸브유로부는 매니폴드 몸체에 상호 동일한 수평선상에 연결 배치되고,
    상기 내부유로부와 밸브유로부는 매니폴드 몸체 바닥면에 평행하게 배치된 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 매니폴드 몸체는,
    저면에 상기 내부유로부와 밸브유로부가 형성된 몸체 상판,
    상기 몸체 상판의 하부에 마주보게 결합되는 몸체 하판을 포함하며,
    상기 몸체 상판은 단조공정을 통해 제조되고, 몸체 하판은 프레스공정을 통해 제조되며,
    상기 몸체 상판과 몸체 하단은 브레이징으로 결합된 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 매니폴드 몸체에는 수냉식콘덴서의 출구단과 연결된 내부유로부와, 배터리칠러의 출구단과 연결된 내부유로부를 분리시키는 분리홈이 형성된 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 수냉식콘덴서의 입구단 및 출구단과 연결되는 각각의 내부유로부 끝단은 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체에 배치된 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리칠러의 입구단 및 출구단과 연결되는 각각의 내부유로부 끝단은 상호 인접하게 위치하도록 매니폴드 몸체에 배치된 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결유로부는, 상기 실내콘덴서 측과 수냉식콘덴서의 입력단을 연결하는 제1내부유로, 상기 수냉식콘덴서의 출력단과 연결되는 제2내부유로, 상기 어큐뮬레이터 측과 배터리칠러의 출력단을 연결하는 제3내부유로, 상기 제3내부유로에서 분기되는 제4내부유로, 상기 배터리칠러의 입구단과 연결되는 제5내부유로를 포함하고,
    상기 밸브유로부는, 제1내부유로와 연결되며 실내콘덴서 측과 수냉식콘덴서의 입구측을 연결하는 제1밸브유로, 제2내부유로와 제3내부유로에 연결되는 제2밸브유로, 제2밸브유로 및 제1내부유로와 연결되며 실외콘덴서 측과 증발기 측을 연결하는 제3밸브유로, 제4내부유로 및 제5내부유로와 연결되며 실외콘덴서 측을 연결하는 제4밸브유로를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1밸브유로와 제3밸브유로 및 제4밸브유로에는 팽창밸브부가 구비되고,
    상기 제2밸브유로에는 개폐밸브부가 구비되며,
    상기 팽창밸브부는,
    상기 제1밸브유로에 구비되어 난방모드 및 난방제습모드시 제1내부유로를 통해 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브,
    상기 제4밸브유로에 구비되어 제4내부유로와 제5내부유로를 선택적으로 개폐하면서 제4내부유로와 제5내부유로로 이동하는 냉매의 흐름방향을 조절하고 냉방모드 및 배터리냉각모드시 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브,
    상기 제3밸브유로에 구비되어 제2밸브유로와 제1내부유로를 선택적으로 개폐하면서 제2밸브유로와 제1내부유로를 이동하는 냉매의 흐름방향을 조절하고 난방모드 및 난방제습모드시 실외콘덴서 및 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제3전자식팽창밸브를 포함하고,
    상기 개폐밸브부는 제2밸브유로에 구비되어 제3밸브유로와 제3내부유로를 선택적으로 개폐하면서 제3밸브유로와 제3내부유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 1전자식팽창밸브는 2웨이밸브 타입이며, 제2전자식팽창밸브와 제3전자식팽창밸브 및 개폐밸브부는 3웨이밸브 타입 인 차량용 히트펌프 시스템의 냉매용 모듈.
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