KR20230157087A - 차량용 통합 열관리 시스템 - Google Patents
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Abstract
발명은 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 방식이 구현되어 흡열 및 발열 에너지를 증대시켜서 성능 및 효율을 향상시킨 차량용 통합 열관리 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 통합 열관리 시스템은 압축기, 실내콘덴서, 제 1 팽창밸브, 실외콘덴서 및 증발기가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환되는 메인 냉매라인과; 배터리, 수가열 히터 및 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 1 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 1 메인 냉각수라인과; 전장부품 및 상기 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 2 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 2 메인 냉각수라인과; 상기 메인 냉매라인, 제 1 메인 냉각수라인 및 제 2 메인 냉각수라인에서 각각 분기되어 유동되는 상기 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어지는 통합칠러와; 냉매의 유동방향을 기준으로 상기 실외콘덴서 하류지점과 증발기의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 통합칠러를 통과한 다음 상기 압축기로 합류되는 분기 냉매라인과; 상기 메인 냉매라인과 분기 냉매라인이 통과되도록 구비되어 상기 메인 냉매라인으로 유동되는 냉매와 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 내부열교환기부를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 통합 열관리 시스템은 압축기, 실내콘덴서, 제 1 팽창밸브, 실외콘덴서 및 증발기가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환되는 메인 냉매라인과; 배터리, 수가열 히터 및 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 1 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 1 메인 냉각수라인과; 전장부품 및 상기 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 2 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 2 메인 냉각수라인과; 상기 메인 냉매라인, 제 1 메인 냉각수라인 및 제 2 메인 냉각수라인에서 각각 분기되어 유동되는 상기 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어지는 통합칠러와; 냉매의 유동방향을 기준으로 상기 실외콘덴서 하류지점과 증발기의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 통합칠러를 통과한 다음 상기 압축기로 합류되는 분기 냉매라인과; 상기 메인 냉매라인과 분기 냉매라인이 통과되도록 구비되어 상기 메인 냉매라인으로 유동되는 냉매와 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 내부열교환기부를 포함한다.
Description
본 발명은 차량용 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 방식이 구현되어 흡열 및 발열 에너지를 증대시켜서 성능 및 효율을 향상시킨 차량용 통합 열관리 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 모듈화 하면서도 제조가 간단하고 패키지적인 측면에서도 컴팩트한 모듈화의 개념이 필요한 것이다.
한편, 최근에는 전기차에서 히트펌프의 효율을 높이기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
히트펌프의 효율을 높이는 방법으로는 가스인젝션 타입의 히트펌프 및 내부열교환기 타입의 히트펌프가 사용되고 있다.
도 1a는 종래의 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 시스템을 보여주는 회로도이고, 도 1b는 종래의 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 시스템의 작동시 P-h 선도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 종래의 내부열교환기(IHX)가 적용된 가스인젝션 타입의 히트펌프 시스템은 압축기(10), 콘덴서(20), 내부열교환기(50), 팽창밸브(30), 증발기(40)가 구비되어 순차적으로 냉매가 순환되는 냉매라인이 구비된다. 이때 실내열교환기(Internal Heat Exchanger, IHX)(50)는 내부유로와 외부유로가 형성되는 2중관 형태로 구비되어, 내부유로로는 증발기(50)에서 토출된 냉매가 유동되고, 외부유로로는 콘덴서에서 토출된 냉매가 유동되면서 상호간에 열교환이 이루어진다.
그래서, 압축기(10)에서 압축된 냉매는 콘덴서(20)를 통과하면서 방열되고, 방열된 냉매가 실내열교환기(50)의 외부유로를 통과한 다음 팽창밸브(30)로 흡입되어 팽창된다. 그리고, 팽창된 냉매는 증발기(40)를 통과하면서 흡열되고, 흡열된 냉매가 실내열교환기(50)의 내부유로를 통과한 다음 압축기(10)로 흡입된다.
이때 실내열교환기(50)에서는 외부유로로 콘덴서(20)에서 토출된 냉매가 유동되고, 내부유로로 증발기(40)에서 토출된 냉매가 유동되면서 냉매 상호간에 열교환이 이루어지면서 흡열 및 발열 에너지가 증가하게 된다.
이렇게, 내부열교환기(50)가 적용되는 히트펌프는 상대적으로 고온부인 콘덴서(20) 하류지점의 열을 상대적으로 저온부인 증발기(40) 하류지점에서 흡수시킴으로써, 팽창밸브(30)로 흡입되는 냉매의 온도를 더 낮추고, 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 더 높일 수 있기 때문에 히트펌프의 성능 및 효율 향상을 기대할 수 있는 방식이다.
이에, 본 출원인은 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 시스템을 차량의 통합 열관리 시스템에 적용하면 흡열 및 발열 에너지를 증가시켜 히트펌프의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다.
상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 방식이 구현되어 흡열 및 발열 에너지를 증대시켜서 성능 및 효율을 향상시킨 차량용 통합 열관리 시스템을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 통합 열관리 시스템은 압축기, 실내콘덴서, 제 1 팽창밸브, 실외콘덴서 및 증발기가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환되는 메인 냉매라인과; 배터리, 수가열 히터 및 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 1 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 1 메인 냉각수라인과; 전장부품 및 상기 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 2 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 2 메인 냉각수라인과; 상기 메인 냉매라인, 제 1 메인 냉각수라인 및 제 2 메인 냉각수라인에서 각각 분기되어 유동되는 상기 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어지는 통합칠러와; 냉매의 유동방향을 기준으로 상기 실외콘덴서 하류지점과 증발기의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 통합칠러를 통과한 다음 상기 압축기로 합류되는 분기 냉매라인과; 상기 메인 냉매라인과 분기 냉매라인이 통과되도록 구비되어 상기 메인 냉매라인으로 유동되는 냉매와 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 내부열교환기부를 포함한다.
이때 상기 내부열교환기부는 내부유로와 외부유로가 형성되는 2중관 형태로 구비되고, 상기 내부열교환기부의 내부유로로는 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매가 유동되고, 상기 내부열교환기부의 외부유로로는 상기 통합칠러를 통과한 냉매가 유동되도록 배치되어 상기 실내콘덴서에서 토출된 냉매와 상기 통합칠러를 통과한 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 내부열교환기부에서는 상기 실내콘덴서에서 토출된 냉매의 열이 방열되어 상기 통합칠러를 통과한 냉매로 흡열되는 것을 특징으로 한다.
제 1 냉각수의 유동방향을 기준으로 상기 라디에이터 하류지점과 배터리의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 수가열 히터의 하류지점과 라디에이터의 상류지점 사이로 합류되는 제 1 분기 냉각수라인과; 제 2 냉각수의 유동방향을 기준으로 상기 라디에이터 하류지점과 전장부품의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 전장부품의 하류지점과 라디이에터의 상류지점 사이로 합류되는 제 2 분기 냉각수라인이 더 구비되고, 상기 통합칠러는 상기 분기 냉매라인, 제 1 분기 냉각수라인 및 제 2 분기 냉각수라인이 통과되도록 구비되어 상기 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 내부열교환기부는 상기 통합칠러와 일체로 형성될 수 있다.
이때 상기 내부열교환기부가 일체로 형성된 통합칠러는, 상기 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매와 상기 제 1 분기 냉각수라인으로 유동되는 제 1 냉각수 및 제 2 분기 냉각수라인으로 유동되는 제 2 냉각수 사이에 열교환이 이루어지는 제 1 칠러부와; 상기 메인 냉매라인으로 유동되는 냉매와 상기 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 제 2 칠러부로 구분되고, 상기 제 1 칠러부와 제 2 칠러부 사이에는 단열층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 내부열교환기부는 상기 통합칠러에 삽입형으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 통합칠러는 상기 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매가 유출되는 유출배관이 형성되고, 상기 내부열교환기부는 상기 통합칠러의 유출배관에 삽입되는 삽입배관으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 삽입배관은 상기 유출배관의 외벽을 관통하여 삽입되는 유입부와, 상기 유입부에서 연장되어 상기 유출배관의 내부에서 배치되는 내장부와; 상기 내장부에서 연장되어 상기 유출배관의 외벽을 관통하여 배출되는 배출부로 구분되는 것을 특징으로 한다.
상기 삽입배관의 내장부는 코일형태로 형성되어 상기 유출배관의 내부면과 소정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인 냉매라인 상에는 상기 압축기의 상류지점에 기액분리기가 더 구비되고, 상기 내부열교환기부는 상기 기액분리기와 일체로 형성될 수 있다.
이때 상기 내부열교환기부는 적어도 일부가 상기 기액분리기 내부의 액체 냉매에 잠기도록 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
상기 메인 냉매라인 상에는 상기 증발기의 상류지점에 제 2 팽창밸브가 더 구비되고, 상기 제 2 팽창밸브의 상류지점을 통과하는 냉매와 상기 증발기의 하류지점을 통과하는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 가스인젝션 열교환기를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 흡열 및 발열 에너지를 증대시킬 수 있는 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 방식을 차량의 통합 열관리 시스템에서 구현하여 히트펌프의 성능 및 효율을 향상시킴으로써, 차량의 열관리 측면에서 에너지의 활용도를 높일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1a는 종래의 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 시스템을 보여주는 회로도이고,
도 1b는 종래의 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 시스템의 작동시 P-h 선도이며,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이고,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 삽입형으로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이고,
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며,
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 기액분리기의 구조를 보여주는 도면이다.
도 1b는 종래의 내부열교환기(IHX)가 적용된 히트펌프 시스템의 작동시 P-h 선도이며,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이고,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이고,
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 삽입형으로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이고,
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며,
도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 기액분리기의 구조를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
한편, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 특별한 언급이 없는 한 각 구성 요소의 위치는 냉매 및 냉각수와 같은 유체의 유동흐름 방향을 기준으로 설명한 것이다. 예를 들어 유체의 흐름상 유체가 상대적으로 먼저 통과되는 구성 요소는 상류지점에 위치하는 것이고, 상대적으로 나중에 통과되는 구성 요소는 하류지점에 위치하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이고, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며, 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 삽입형으로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며, 도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 기액분리기의 구조를 보여주는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 차량용 통합 열관리 시스템은 히트펌프 시스템이 적용되어 냉매의 순환에 의해 차량의 실내를 냉난방 시키는 메인 냉매라인(L10)과, 제 1 냉각수에 의해 배터리(200)를 냉각시키는 제 1 메인 냉각수라인(L20)과, 제 2 냉각수에 의해 전장부품(400)을 냉각시키는 제 2 메인 냉각수라인(L30)이 구비된다.
이때, 메인 냉매라인(L10)에는 압축기(110), 실내콘덴서(120), 제 1 팽창밸브(130), 실외콘덴서(140) 및 증발기(150)가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환된다.
그리고, 제 1 메인 냉각수라인(L20)에는 배터리(200), 수가열 히터(210) 및 라디에이터(300)가 순차적으로 구비되어 제 1 냉각수가 순환되면서 열교환된다.
또한, 제 2 메인 냉각수라인(L30)에는 전장부품(400) 및 라디에이터(300)가 순차적으로 구비되어 제 2 냉각수가 순환되면서 열교환된다. 이때 제 1 메인 냉각수라인(L20)과 제 2 메인 냉각수라인(L30)에 구비되는 라디에이터(300)는 서로 통합하여 사용한다. 물론 제 1 메인 냉각수라인(L20)과 제 2 메인 냉각수라인(L30)에 구비되는 라디에이터(300)는 각각 별개로 구비될 수 있다.
한편, 메인 냉매라인(L10), 제 1 메인 냉각수라인(L20) 및 제 2 메인 냉각수라인(L30)에서 각각 분기되어 유동되는 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어지는 통합칠러(500)가 구비된다.
그래서, 메인 냉매라인(L10)에서 분기되어 통합칠러(500)로 냉매를 유동시키는 분기 냉매라인(L11)과, 제 1 메인 냉각수라인(L20)에서 분기되어 통합칠러(500)로 제 1 냉각수를 유동시키는 제 1 분기 냉각수라인(L21)과; 제 2 메인 냉각수라인(L30)에서 분기되어 통합칠러(500)로 제 2 냉각수를 유동시키는 제 2 분기 냉각수라인(L31)이 구비된다.
또한, 메인 냉매라인(L10)과 분기 냉매라인(L11)이 통과되도록 구비되어 메인 냉매라인(L10)으로 유동되는 냉매와 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 내부열교환기부(600)가 구비된다.
전술된 바와 같이 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 차량용 통합 열관리 시스템은 공통적으로 메인 냉매라인(L10), 제 1 메인 냉각수라인(L20), 제 2 메인 냉각수라인(L30), 분기 냉매라인(L11), 제 1 분기 냉각수라인(L21) 및 제 2 분기 냉각수라인(L31)이 구비된다. 그리고, 통합칠러(500)와 내부열교환기부(600)가 구비된다.
그리고, 메인 냉매라인(L10) 상에는 증발기(150)의 상류지점에 제 2 팽창밸브(170)가 더 구비될 수 있다.
또한, 제 2 팽창밸브(170)의 상류지점을 통과하는 냉매와 증발기(150)의 하류지점을 통과하는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 가스인젝션 열교환기(180)가 더 구비될 수 있다.
다만, 본 발명은 내부열교환기부(600)의 구성을 다양하게 변경시켜서 구현할 수 있다.
이하에서, 각 실시예들에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 구성 및 작동상태에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템에 적용되는 내부열교환기부(600)는 내부유로와 외부유로가 형성되는 이중관 형태로 구비된다.
이때 내부열교환기부(600)는 메인 냉매라인(L10)에 구비되는 실내콘덴서(120)에서 토출된 냉매가 유동되고, 통합칠러(500)를 통과한 냉매가 유동되도록 실내콘덴서(120)와 제 1 팽창밸브(130) 사이 및 통합칠러(500)와 압축기(110) 사이에 배치된다.
그래서 실내콘덴서(120)에서 토출된 냉매가 내부열교환기부(600)를 구성하는 내부유로로 유동되고, 통합칠러(500)에서 토출된 냉매가 내부열교환기부(600)를 구성하는 외부유로로 유동되면서 실내콘덴서(120)에서 토출된 냉매와 통합칠러(500)에서 토출된 냉매 사이에 열교환이 이루어진다. 이에 따라 내부열교환기부(600)에서는 실내콘덴서(120)에서 토출되어 상대적으로 상대적으로 고온인 냉매의 열이 방열되어 통합칠러(500)를 통과하여 상대적으로 저온인 냉매로 흡열된다.
예를 들어 히트펌프 모드시, 압축기(110)에서 압축된 냉매는 실내콘덴서(120)를 통과하면서 방열되고, 방열된 냉매가 내부열교환기부(600)를 통과하면서 한번 더 방열된 다음 제 1 팽창밸브(130)로 흡입되어 팽창된다. 그리고, 팽창된 냉매는 실외콘덴서(140)를 통과하면서 흡열되고, 흡열된 냉매가 증발기(150)를 통과한 다음 압축기(110)로 흡입된다.
또한, 통합칠러(500)가 작동되는 모드시, 실외콘덴서(140)를 통과한 냉매는 분기 냉매라인(L11)으로 통하여 통합칠러(500)를 통과하면서 흡열된다. 그리고, 흡열되어 온도가 상승된 냉매가 내부열교환기부(600)를 통과하면서 한번 더 흡열되어 냉매의 온도가 더 상승된 상태로 압축기(110)로 흡입된다.
이렇게, 내부열교환기부(600)에서 냉매가 열교환을 통하여 제 1 팽창밸브(130)로 흡입되는 냉매는 온도가 더 낮춰진 상태로 흡입되고, 증발기(150)로 흡입되는 냉매는 온도가 더 높아진상태로 상태로 흡입되기 때문에 도 1b와 같이 흡열 및 발열 에너지가 증가하게 된다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템에 적용되는 내부열교환기부(600a)는 통합칠러(500a)와 일체로 형성되는 타입이다.
이를 위하여, 제 1 분기 냉각수라인(L21)은 제 1 냉각수의 유동방향을 기준으로 라디에이터(300) 하류지점과 배터리(200)의 상류지점 사이에서 분기되어 수가열 히터(210)의 하류지점과 라디에이터(300)의 상류지점 사이로 합류된다.
그리고, 제 2 분기 냉각수라인(L31)은 제 2 냉각수의 유동방향을 기준으로 라디에이터(300) 하류지점과 전장부품(400)의 상류지점 사이에서 분기되어 전장부품(400)의 하류지점과 라디에이터(300)의 상류지점 사이로 합류된다.
그래서, 통합칠러(5000a)는 분기 냉매라인(L11), 제 1 분기 냉각수라인(L21) 및 제 2 분기 냉각수라인(L31)이 통과되도록 구비되어 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어진다.
특히, 통합칠러(500a)와 내부열교환기부(600a)가 일체로 형성되는데, 이를 위하여 통합칠러(500a)는 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매와 제 1 분기 냉각수라인(L21)으로 유동되는 제 1 냉각수 및 제 2 분기 냉각수라인(L31)으로 유동되는 제 2 냉각수 사이에 열교환이 이루어지는 제 1 칠러부(510)와; 메인 냉매라인(L10)으로 유동되는 냉매와 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 제 2 칠러부(520)로 구분된다.
그리고, 제 1 칠러부(510)와 제 2 칠러부(520) 사이에는 상호 간에 열간섭을 최소화하기 위하여 단열층(530)이 형성되는 것이 바람직하다.
그래서, 제 1 칠러부(510), 단열층(530) 및 제 2 칠러부(520)가 순차적으로 배치되어 상호 간에 적층된 상태로 통합칠러(500a)가 구성된다.
예를 들어 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 제 1 칠러부(510)에는 제 1 분기 냉각수라인(L21)으로 유동되는 제 1 냉각수가 유입 및 유출되는 포트(③, ④)가 형성되고, 제 2 분기 냉각수라인(L31)으로 유동되는 제 2 냉각수가 유입 및 유출되는 포트(⑤, ⑥)가 형성된다.
그리고, 제 1 칠러부(510)의 내부에는 제 1 냉각수가 유동되는 유로와 제 2 냉각수가 유동되는 유로가 개별적으로 형성된다.
또한, 제 1 칠러부(510)의 내부에는 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매가 유동되는 유로가 형성되는데, 이때 냉매가 유동되는 유로는 제 1 냉각수가 유동되는 유로와 제 2 냉각수가 유동되는 유로와 각각 열교환이 가능하도록 형성된다.
그리고, 제 2 칠러부(520)는 제 1 칠러부(510)의 하부에 배치되어 메인 냉매라인(L10)으로 유동되는 냉매가 유입 및 유출되는 포트(⑦, ⑧)가 형성되고, 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매가 유입 및 유출되는 포트(①, ②)가 형성된다.
또한, 제 2 칠러부(520)의 내부에는 메인 냉매라인(L10)으로 유동되는 냉매가 유동되는 유로와 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매가 유동되는 유로와 열교환이 가능하도록 형성된다. 이때 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매가 유동되는 유로는 제 1 칠러부(510)를 통과하도록 형성된다.
특히, 제 1 칠러부(510)와 제 2 칠러부(520)에서 유동되는 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 사이에는 온도차이가 있기 때문에 상호 간에 필요치 않은 열간섭이 발생하는 것을 최소화하기 이하여 제 1 칠러부(510)와 제 2 칠러부(520) 사이에는 단열층(530)을 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며, 도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 삽입형으로 형성된 통합칠러의 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템에 적용되는 내부열교환기부(600b)는 통합칠러(500b)에 삽입되어 형성되는 삽입형으로 형성되는 타입이다.
이를 위하여, 제 2 실시예와 마참가지로 제 1 분기 냉각수라인(L21)은 제 1 냉각수의 유동방향을 기준으로 라디에이터(300) 하류지점과 배터리(200)의 상류지점 사이에서 분기되어 수가열 히터(210)의 하류지점과 라디에이터(300)의 상류지점 사이로 합류되고, 제 2 분기 냉각수라인(L31)은 제 2 냉각수의 유동방향을 기준으로 라디에이터(300) 하류지점과 전장부품(400)의 상류지점 사이에서 분기되어 전장부품(400)의 하류지점과 라디에이터(300)의 상류지점 사이로 합류된다.
그래서, 통합칠러(500b)는 분기 냉매라인(L11), 제 1 분기 냉각수라인(L21) 및 제 2 분기 냉각수라인(L31)이 통과되도록 구비되어 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어진다. 예를 들어 통합칠러(500b)는 제 2 실시예에서 제시된 통합칠러(500a)의 제 1 칠러부(510)의 형태를 유지하면서 구성될 수 있다.
다만, 내부열교환기부(600b)가 통합칠러(500b)로 삽입되어 형성되는데, 이를 위하여 통합칠러(500b)는 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매가 유출되는 유출배관(540, ②)이 형성되고, 내부열교환기부(600b)는 유출배관(540)에 삽입되는 삽입배관(610)으로 형성된다.
이때, 삽입배관(610)은 유출배관(540)의 외벽을 관통하여 삽입되는 유입부(611)와, 유입부(611)에서 연장되어 유출배관(540)의 내부에서 배치되는 내장부(612)와; 내장부(612)에서 연장되어 유출배관(540)의 외벽을 관통하여 배출되는 배출부(613)로 구분된다.
그리고, 삽입배관(610)의 내장부(612)는 열교환 면적을 최대로 확대하기 위하여 코일형태로 형성되어 유출배관(540)의 내부면과 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
이렇게 삽입배관(610)의 내부에 내부열교환기부(600b)가 삽입된 형태로 구비되기 때문에 삽입배관(610)으로 유동되는 냉매와 내부열교환기부(600b)로 유동되는 냉매 사이, 즉 분기 냉매라인(L11)으로 유동되는 냉매와 메인 냉매라인(L10)으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템을 보여주는 회로도이며, 도 8은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 내부열교환기부가 일체로 형성된 기액분리기의 구조를 보여주는 도면이다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템에 적용되는 내부열교환기부(600c)는 기액분리기(160)와 일체로 형성되는 타입이다.
이를 위하여 메인 냉매라인(L10) 상에는 압축기(110)의 상류지점에 기액분리기(160)가 더 구비된다.
그리고, 내부열교환기부(600c)가 기액분리기(160)와 일체로 형성된다.
예를 들어, 기액분리기(160)는 압축기(110)로 흡입되는 냉매가 유입 및 유출되는 포트(⑨, ⑩)가 형성되고, 내부공간을 갖는 함체로 구비될 수 있다.
그리고, 기액분리기(160)의 내부에는 냉매가 유입되는 포트(⑨)에서 연장되어 냉매가 유동되는 파이프형 유로(620)가 형성된다. 이때 파이프형 유로(620)의 단부는 기액분리기(160)의 내부 상측에 배치된다. 그리고, 냉매가 유출되는 포트(⑩)는 기액분리기(160)의 상단에 기액분리기(160)의 내부와 연통되도록 구비된다.
또한, 기액분리기(160)에는 제 1 분기 냉각수라인(L21)으로 유동되는 제 1 냉각수가 유입 및 유출되는 포트(⑦, ⑧)가 기액분리기의 상단을 관통하여 기액분리기(160)의 내부로 연장된다.
그리고, 내부열교환기부(600c)는 기액분리기(160)의 내부에 내장되는데, 양단이 각각 제 1 냉각수가 유입 및 유출되는 포트(⑦, ⑧)에 연결된다. 이때 내부열교환기부(600c)는 냉매와의 효과적인 열교환을 위하여 기액분리기(160)의 내부에 배치된 파이프형 유로(620)의 외부를 감싸는 이중관 형태로 구비될 수 있다.
특히, 내부열교환기부(600c)는 적어도 일부, 바람직하게는 내부열교환기부(600c)의 전부가 기액분리기(160) 내부의 액체 냉매에 잠기도록 구비되는 것이 좋다.
그래서, 저온 냉매와 고온 냉매 사이의 열교환뿐만 아니라 기액분리기(160)의 내부의 액체 상태의 냉매와도 열효환하여 히트펌프 모드시 냉매량을 증대시키는 효과도 기대할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
L10: 메인 냉매라인
L11: 분기 냉매라인
L20: 제 1 메인 냉각수라인 L21: 제 1 분기 냉각수라인
L30: 제 2 메인 냉각수라인 L31: 제 2 분기 냉각수라인
110: 압축기 120: 실내콘덴서
130: 제 1 팽창밸브 140: 실외콘덴서
150: 증발기 160: 기액분리기
170: 제 2 팽창밸브 180: 가스인젝션 열교환기
200: 배터리 210: 수가열히터
300: 라디에이터 400: 전장부품
500: 통합칠러 510: 제 1 칠러부
520: 제 2 칠러부 530: 단열층
540: 유출배관 600: 내부열교환기부
610: 삽입배관 611: 유입부
612: 내장부 613: 배출부
620: 파이프형 유로
L20: 제 1 메인 냉각수라인 L21: 제 1 분기 냉각수라인
L30: 제 2 메인 냉각수라인 L31: 제 2 분기 냉각수라인
110: 압축기 120: 실내콘덴서
130: 제 1 팽창밸브 140: 실외콘덴서
150: 증발기 160: 기액분리기
170: 제 2 팽창밸브 180: 가스인젝션 열교환기
200: 배터리 210: 수가열히터
300: 라디에이터 400: 전장부품
500: 통합칠러 510: 제 1 칠러부
520: 제 2 칠러부 530: 단열층
540: 유출배관 600: 내부열교환기부
610: 삽입배관 611: 유입부
612: 내장부 613: 배출부
620: 파이프형 유로
Claims (13)
- 압축기, 실내콘덴서, 제 1 팽창밸브, 실외콘덴서 및 증발기가 순차적으로 구비되어 냉매가 순환되는 메인 냉매라인과;
배터리, 수가열 히터 및 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 1 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 1 메인 냉각수라인과;
전장부품 및 상기 라디에이터가 순차적으로 구비되어 제 2 냉각수가 순환되면서 열교환되는 제 2 메인 냉각수라인과;
상기 메인 냉매라인, 제 1 메인 냉각수라인 및 제 2 메인 냉각수라인에서 각각 분기되어 유동되는 상기 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어지는 통합칠러와;
냉매의 유동방향을 기준으로 상기 실외콘덴서 하류지점과 증발기의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 통합칠러를 통과한 다음 상기 압축기로 합류되는 분기 냉매라인과;
상기 메인 냉매라인과 분기 냉매라인이 통과되도록 구비되어 상기 메인 냉매라인으로 유동되는 냉매와 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 내부열교환기부를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 내부열교환기부는 내부유로와 외부유로가 형성되는 이중관 형태로 구비되고,
상기 내부열교환기부의 내부유로로는 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매가 유동되고, 상기 내부열교환기부의 외부유로로는 상기 통합칠러를 통과한 냉매가 유동되도록 배치되어 상기 실내콘덴서에서 토출된 냉매와 상기 통합칠러를 통과한 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 2에 있어서,
상기 내부열교환기부에서는 상기 실내콘덴서에서 토출된 냉매의 열이 방열되어 상기 통합칠러를 통과한 냉매로 흡열되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
제 1 냉각수의 유동방향을 기준으로 상기 라디에이터 하류지점과 배터리의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 수가열 히터의 하류지점과 라디에이터의 상류지점 사이로 합류되는 제 1 분기 냉각수라인과;
제 2 냉각수의 유동방향을 기준으로 상기 라디에이터 하류지점과 전장부품의 상류지점 사이에서 분기되어 상기 전장부품의 하류지점과 라디이에터의 상류지점 사이로 합류되는 제 2 분기 냉각수라인이 더 구비되고,
상기 통합칠러는 상기 분기 냉매라인, 제 1 분기 냉각수라인 및 제 2 분기 냉각수라인이 통과되도록 구비되어 상기 냉매, 제 1 냉각수 및 제 2 냉각수 간에 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 내부열교환기부는 상기 통합칠러와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 5에 있어서,
상기 내부열교환기부가 일체로 형성된 통합칠러는,
상기 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매와 상기 제 1 분기 냉각수라인으로 유동되는 제 1 냉각수 및 제 2 분기 냉각수라인으로 유동되는 제 2 냉각수 사이에 열교환이 이루어지는 제 1 칠러부와;
상기 메인 냉매라인으로 유동되는 냉매와 상기 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 제 2 칠러부로 구분되고,
상기 제 1 칠러부와 제 2 칠러부 사이에는 단열층이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 4에 있어서,
상기 내부열교환기부는 상기 통합칠러에 삽입형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 7에 있어서,
상기 통합칠러는 상기 분기 냉매라인으로 유동되는 냉매가 유출되는 유출배관이 형성되고,
상기 내부열교환기부는 상기 통합칠러의 유출배관에 삽입되는 삽입배관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 8에 있어서,
상기 삽입배관은 상기 유출배관의 외벽을 관통하여 삽입되는 유입부와, 상기 유입부에서 연장되어 상기 유출배관의 내부에서 배치되는 내장부와; 상기 내장부에서 연장되어 상기 유출배관의 외벽을 관통하여 배출되는 배출부로 구분되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 9에 있어서,
상기 삽입배관의 내장부는 코일형태로 형성되어 상기 유출배관의 내부면과 소정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 메인 냉매라인 상에는 상기 압축기의 상류지점에 기액분리기가 더 구비되고,
상기 내부열교환기부는 상기 기액분리기와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 11에 있어서,
상기 내부열교환기부는 적어도 일부가 상기 기액분리기 내부의 액체 냉매에 잠기도록 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
- 청구항 1에 있어서,
상기 메인 냉매라인 상에는 상기 증발기의 상류지점에 제 2 팽창밸브가 더 구비되고,
상기 제 2 팽창밸브의 상류지점을 통과하는 냉매와 상기 증발기의 하류지점을 통과하는 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 가스인젝션 열교환기를 더 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220056629A KR20230157087A (ko) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 차량용 통합 열관리 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220056629A KR20230157087A (ko) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 차량용 통합 열관리 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230157087A true KR20230157087A (ko) | 2023-11-16 |
Family
ID=88964786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020220056629A KR20230157087A (ko) | 2022-05-09 | 2022-05-09 | 차량용 통합 열관리 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230157087A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102200390B1 (ko) | 2014-07-16 | 2021-01-11 | 주식회사 두원공조 | 차량용 냉난방시스템 |
-
2022
- 2022-05-09 KR KR1020220056629A patent/KR20230157087A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102200390B1 (ko) | 2014-07-16 | 2021-01-11 | 주식회사 두원공조 | 차량용 냉난방시스템 |
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