KR20240039913A - 전기버스의 냉난방 시스템 - Google Patents

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윤남석
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Abstract

본 발명은 냉매를 압축하는 컴프레서, 상기 컴프레서의 토출단에 연결되는 유로와 상기 컴프레서의 흡입단에 연결되는 유로를 포함한 4개의 유로와 연결되는 4웨이(way) 밸브, 상기 4웨이 밸브와 연결되며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제1 열교환기 및 일 단은 상기 제1 열교환기와 연결되고 타 단은 상기 4웨이 밸브와 연결되 며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제2 열교환기를 포함하고, 상기 4웨이 밸브는 제어기의 제어에 의해 상기 컴프레서의 토출단에 연결되는 유로를 통해 유입된 상기 냉매를 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기로 순환시키는 것을 특징으로 하는 전기버스의 냉난방 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 인사이드 컨덴서, 별도의 증발기 등의 추가 없이 소형 버스에 효율적인 냉난방의 제공이 가능하다.

Description

전기버스의 냉난방 시스템{HVAC SYSTEM OF AN ELECTRIC BUS}
본 발명은 전기차, 특히 소형의 전기버스에 적용되는 냉반방 시스템에 관한 것이다.
승용 전기 차량에서 3WAY 밸브와 PE(Power Electric)&배터리 폐열을 열원으로 하는 HVAC(Heating, Ventilation and Air Conditioner) 내 INSIDE CONDENSER를 활용한 히트펌프 시스템이 개발된 바 있다.
기존 승용 EV 차량의 난방 소비전력 절감를 위한 히트펌프 시스템은 HVAC 내에 인사이드 컨덴서와 3WAY 밸브를 활용한 냉매 방향 스위칭을 통해 난방 사이클을 구성하고 있다. 이러한 방식은 HVAC 내에 인사이드 컨덴서를 위한 별도의 공간 및 추가 부품이 필요하여 비용이 상승하게 된다.
그러나, 소형 EV 버스의 경우 승용 EV 차량과 구조적인 차이가 있어 이를 적용하기 어렵다.
또한 소형 EV 버스의 냉난방을 위해 종래 기술의 히트펌프 HVAC를 승객석에 적용할 경우에도 난방 및 냉방을 위한 별도의 증발기(EVAP) 및 컨덴서가 추가되어야 하므로, 비용 부담은 더욱 커진다는 단점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2020-0061426호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 인사이드 컨덴서, 별도의 증발기 등의 추가 없이 소형 버스에 효율적인 냉난방의 제공이 가능한 전기버스의 냉난방 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 전기버스의 냉난방 시스템은, 냉매를 압축하는 컴프레서, 상기 컴프레서의 토출단에 연결되는 유로와 상기 컴프레서의 흡입단에 연결되는 유로를 포함한 4개의 유로와 연결되는 4웨이(way) 밸브, 상기 4웨이 밸브와 연결되며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제1 열교환기 및 일 단은 상기 제1 열교환기와 연결되고 타 단은 상기 4웨이 밸브와 연결되 며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제2 열교환기를 포함하고, 상기 4웨이 밸브는 제어기의 제어에 의해 상기 컴프레서의 토출단에 연결되는 유로를 통해 유입된 상기 냉매를 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기로 순환시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 4웨이 밸브는 상기 제어기의 제어에 의해 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기로부터 유입된 냉매를 상기 컴프레서의 흡입단에 연결되는 유로를 통해 순환시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 열교환기 측에 구비되는 블로워(blower)에 의한 공기는 운전석 측 송풍구를 통해 송풍되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 열교환기 후단에 구비되는 PTC((Positive Temperature Coefficient) 히터를 더 포함하고, 상기 제1 열교환기로부터 상기 PTC 히터로의 유로는 개폐 가능한 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 제어기의 제어에 의해 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제1 열교환기로의 유로를 개폐하거나, 팽창 밸브로 작동하는 제1 조절밸브를 더 포함한다.
그리고, 상기 제1 열교환기로부터 상기 제2 열교환기로의 유로에 구비되며, 팽창 밸브로 작동 가능한 제2 조절밸브를 더 포함한다.
한편, 상기 제2 열교환기는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키기 위한 유로를 순환하는 냉각수와 열교환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 조절밸브와 상기 제2 조절밸브 간에 구비되며, 차량 실외측에 배치되는 공랭식 컨덴서 및 상기 제1 조절밸브와 상기 제2 조절밸브 간의 유로를 연결시키고, 상기 공랭식 컨덴서로의 유로를 선택적으로 개폐하는 3웨이 밸브를 더 포함한다.
그리고, 상기 제어기에 의한 냉방 모드 제어시, 상기 3웨이 밸브가 상기 공랭식 컨덴서로의 유로를 개방시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가, 상기 제1 열교환기와 병렬로 구성되어 상기 4웨이 밸브와 연결되며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제3 열교환기를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어기의 제어에 의해 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제3 열교환기로의 유로를 개폐하거나, 팽창 밸브로 작동하는 제3 조절밸브를 더 포함할 수 있다.
그래서, 상기 제어기에 의한 난방 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제1 열교환기 또는 상기 제3 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고, 상기 제1 조절밸브 및 상기 제3 조절밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 제2 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제어기에 의한 냉방 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제2 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고, 상기 제1 조절밸브 및 상기 제3 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 한다.
또는, 상기 제어기에 의한 디프로스팅(deforesting) 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제2 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고, 상기 제1 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 열교환기로부터 상기 제1 열교환기 후단에 구비되는 PTC((Positive Temperature Coefficient) 히터로의 유로를 폐쇄 제어하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제3 열교환기 측에 구비되는 블로워(blower)에 의한 공기는 승객석 측 실내 루프에 구비되는 송풍구를 통해 송풍되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 제1 열교환기와 병렬로 구성되어 상기 4웨이 밸브와 연결되며, 배터리 냉각 유로를 순환하는 냉매와 열교환하는 배터리 칠러(Chiller) 및 상기 배터리 칠러 전단에 구비되는 칠러 조절밸브를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 제어기에 의한 배터리 쿨링 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제2 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고, 상기 칠러 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 전기버스의 냉난방 시스템은, 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하며, 운전석 측 차량 전방에 배치되는 제1 열교환기, 상기 제1 열교환기와 연결되고, 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하며, 차량 실외측에 배치되는 제2 열교환기, 상기 제1 열교환기와 병렬로 연결되고, 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하며, 승객석 측 루프(roof)에 배치되는 제3 열교환기, 승객석 측 히팅을 위해, 승객석 측 플로어(floor)에 배치되는 승객측 히터 및 냉매를 압축하는 컴프레서의 흡입단과 토출단, 상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기로의 4개의 유로와 연결되는 4웨이(way) 밸브를 포함한다.
그리고, 상기 제2 열교환기는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키기 위한 유로를 순환하는 냉각수와 열교환하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 간에 구비되며, 차량 실외측에 배치되는 공랭식 컨덴서 및 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 간의 유로를 연결시키고, 상기 공랭식 컨덴서로의 유로를 선택적으로 개폐하는 3웨이 밸브를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템에 의하면, 하나의 컴프레서와 4way 밸브를 이용하여 소형 전기버스의 냉난방을 효율적으로 운용할 수 있게 한다.
또한, 배터리 냉각을 위한 폐열을 이용하며, 승객석의 충분한 냉난방이 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템에 의한 공조 방식을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템을 도시한 것이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템에 의한 난방 모드를 각각 나타낸 것이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템에 의한 냉방 모드를 각각 나타낸 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템에 의한 공조 방식을 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템을 도시한 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 전기버스의 냉난방 시스템을 설명하기로 한다.
본 발명은 소형 전기버스에 적용이 용이한 냉난방 시스템 구조로, 1개의 컴프레서(110)와 컴프레서 출입구측(디스챠지&석션)에 냉매의 방향 변환을 위한 4웨이(way) 밸브(120)를 설치하며 차량 실외에 냉매 방열을 위한 수냉 컨덴서와 공랭식 컨덴서를 포함하고, 실내 냉난방을 위한 열교환기는 운전석용 열교환기 및 PTC가 설치된다.
소형 버스는 승객석의 높이가 높고 체적이 넓어 운전석의 HVAC과 승객석 플로어의 히터만으로 효과적인 냉난방이 어려움이 있다.
그래서, 승객석용 메인 히팅을 위한 플로어 히터(수가열 히터 또는 PTC 히터), 승객석용 보조 히팅과 냉방을 위해 실내 루프에 별도의 열교환기가 구성되고, 승객석 후방 루프에 냉방 및 난방(히트펌프)용 열교환기 & 블로워를 추가하여 냉난방 효율을 증대시킨다.
본 발명은 특히 운전석용 열교환기와 승객석용 열교환기가 4WAY 밸브의 냉매 방향 전환에 따라 냉방/난방 열교환기로 변환되는 구조를 가진다.
즉, 제어기에 의한 4웨이 밸브(120, 4WAY REVERSING VALVE)의 전후 방향 움직임에 따라 컴프레서(110)에서 토출&흡입 냉매의 출입구를 조절하여 운전석 측 제1 열교환기(131)와 승객석 측 제3 열교환기(141) 및 제4 열교환기(151)의 역할을 컨덴서(Condenser) 또는 에바포레이터(Evaporator)로 변환할 수 있게 한다.
본 발명은 이를 통해 소형 전기버스에 적합하도록 하나의 컴프레서와 필요 최소한의 구성을 최대한 이용하여 난방과 냉방을 효율적으로 운용할 수 있게 한다.
한편, 후술할 승객석 플로어 히터는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터로도 변경 가능하다.
도시의 냉각수 서지 탱크(S/TANK)는 PE쿨링, 배터리 쿨링, 승객석 히터 냉각수 시스템에서 공용으로 사용 가능하다.
이하, 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템의 냉방 및 난방 모드를 각각 설명한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템에 의한 난방 모드를 각각 나타낸 것이다.
먼저 도 3은 히트펌프 모드로서 운전석만 난방을 실시하는 모드이다.
냉매를 고온고압 기체로 압축하는 컴프레서(110, COMP.)의 토출단에는 4웨이 밸브(120)가 연결된다.
4웨이 밸브(120, 4WAY REVERSING VALVE)는 입구 측 유로가 컴프레서(110)의 토출단에 연결되고, 출구 측 3개의 유로가 각각 컴프레서(110)의 흡입단 측, 제1 열교환기(131) 측, 제2 열교환기(170) 측으로 연결되어, 제어기의 제어에 의해 2개의 출구가 폐쇄되고 하나의 출구를 선택적으로 오픈되게 함으로써 제어된다.
또한, 출구 측 3개의 유로는 동시에 입구 측으로서도 기능하여, 어느 출구 측 유로로 유입된 냉매는 컴프레서(110)의 입구 측에 연결된 출구를 통해 컴프레서(110)의 흡입단으로 연결되게 된다.
운전석만 난방을 실시하는 히트펌프 모드가 선택되면, 제어기는 4웨이 밸브(120)의 출구를 제1 열교환기(131)로 연결되게 한다.
제1 열교환기(131)는 운전석 측 열교환기(DR's HEX.)로서, 컴프레서(110)로부터의 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기로서 기능하게 되며, 블로워에 의해 더운 공기가 운전석 측 송풍구를 통해 송풍되게 한다.
아울러, 제1 열교환기(131)를 통과한 공기는 PTC를 거쳐 송풍되게 구성될 수 있다.
제1 열교환기(131) 후단에는 제1 조절밸브(132), 3웨이 밸브(161), 제2 조절밸브(162)가 구비되고, 냉매는 이를 통과하여 제2 열교환기(170)로 유입된다.
제1 조절밸브(132)는 단순 개폐 또는 팽창 밸브(EXV.)로 기능할 수 있고, o(open)는 개방, c(close)는 폐쇄, e는 팽창 밸브로 기능함을 나타낸 것이며, 이후 다른 밸브에 대해서도 동일하게 표기하였다.
즉, 도 3의 모드에서 제1 열교환기(131) 후단의 제1 조절밸브(132)는 개방되고, 제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)는 폐쇄되어 냉매가 운전석 측 제1 열교환기(131)만 통과하게 된다.
3웨이 밸브(161)는 입구 측은 제1 열교환기(131) 측에 연결되고, 출구 측은 제2 열교환기(170) 측과 공랭식 컨덴서(190)에 연결되며, 도 3의 모드에서 3웨이 밸브(161)는 제2 열교환기(170) 측에 연결된다.
여기서, 입구와 출구는 냉매의 방향이 역방향인 경우 반대로 작용하게 된다.
제2 열교환기(170) 전단의 제2 조절밸브(162)는 팽창밸브(e)로서 기능하여, 제1 열교환기(131)를 통과한 저온고압의 액채 냉매는 제2 조절밸브(162)를 통해 저온저압의 액체가 되어 제2 열교환기(170)로 유입된다.
여기서, 그리고 이후의 전단과 후단의 표현은 냉매를 기준으로 한 표현이며, 냉매의 순환 방향에 따라 전단과 후단은 반대가 될 수 있다.
제2 열교환기(170)는 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 되며, PE(Power Electric) 부품을 냉각시키는 냉각수와 열교환을 한다. 이때 PE 부품을 냉각시키는 냉각수는 도시와 같이 라디에이터(Radiator)를 경유하지 않도록 제어된다.
이후 제2 열교환기(170)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 흡입단으로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
다음, 도 4는 히트펌프 모드로서 승객석만 난방을 실시하는 모드이다. 이후 모드에서 앞서 설명된 모드와 동일한 설명은 생략하도록 한다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151) 측의 출구를 통해 순환된다.
여기서, 승객석만 난방을 실시하는 히트펌프 모드가 선택되면, 제1 열교환기(131) 후단의 제1 조절밸브(132)는 폐쇄(c)된 상태로 제어되고, 제3 열교환기(141) 후단의 제3 조절밸브(142)와 제4 열교환기(151) 후단의 제4 조절밸브(152)는 개방(o) 제어된다.
따라서, 제3 열교환기(141)는 승객석 측 좌측 열교환기(PA's HEX. LH), 제4 열교환기(151)는 승객석 측 우측 열교환기(PA's HEX. RH)로서, 컴프레서(110)로부터의 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기로서 기능하게 되며, 블로워에 의해 더운 공기가 승객석 측 루프 실내에 구비된 송풍구를 통해 송풍되게 한다.
제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151) 후단에는 3웨이 밸브(161), 제2 조절밸브(162)가 구비되고, 냉매는 이를 통과하여 제2 열교환기(170)로 유입된다.
제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)로의 유로는 제1 열교환기(131)로의 유로와 함께 병렬로 구성되고, 제2 열교환기(170)로의 유로 상에 제1 승객측 히터(181)와 제2 승객측 히터(182)가 구비되어, 제1 승객측 히터(181)와 제2 승객측 히터(182)가 구비된 승객측 플로어(floor)를 통해서 더운 공기가 송풍되게 된다.
제2 열교환기(170) 측으로 개방된 3웨이 밸브(161)를 통해서 냉매는 순환되고, 제2 열교환기(170) 전단의 제2 조절밸브(162)는 팽창밸브(e)로서 기능하여, 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)를 통과한 저온고압의 액채 냉매는 제2 조절밸브(162)를 통해 저온저압의 액체가 되어 제2 열교환기(170)로 유입된다.
제2 열교환기(170)는 PE 부품 냉각수와 열교환하여 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 된다.
이후 제2 열교환기(170)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
다음, 도 5는 히트펌프 모드로서 운전석과 승객석을 모두 난방을 실시하는 모드이다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)가 병렬로 연결된 출구를 통해 순환된다.
여기서, 운전석과 승객석 모두 난방을 실시하는 히트펌프 모드가 선택되면, 제1 열교환기(131) 후단의 제1 조절밸브(132), 제3 열교환기(141) 후단의 제3 조절밸브(142)와 제4 열교환기(151) 후단의 제4 조절밸브(152)는 모두 개방(o) 제어된다.
따라서, 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141) 및 제4 열교환기(151) 모두 컴프레서(110)로부터의 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기로서 기능하게 되며, 블로워에 의해 더운 공기가 운전석 측, 승객석 측 루프 실내, 승객석 측 플로어에 구비된 송풍구를 통해 송풍되게 된다.
아울러, 제1 열교환기(131)를 통과한 공기는 PTC를 거쳐 송풍되게 구성될 수 있다.
3웨이 밸브(161)는 제2 열교환기(170) 측으로 개방 제어되고, 냉매는 3웨이 밸브(161), 제2 조절밸브(162)를 거쳐 제2 열교환기(170)로 유입된다.
제2 열교환기(170) 전단의 제2 조절밸브(162)는 팽창밸브(e)로서 기능하여, 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)를 통과한 저온고압의 액채 냉매는 제2 조절밸브(162)를 통해 저온저압의 액체가 되어 제2 열교환기(170)로 유입된다.
따라서, 제2 열교환기(170)는 PE 부품 냉각수와 열교환하여 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 된다.
이후 제2 열교환기(170)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
다음 도 6은 운전석 디프로스팅(defrosting) 모드로서, 창유리가 물방울이나 서리 등으로 흐려져 있을 때 서리를 제거하기 위한 모드이다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제2 열교환기(170) 측의 출구를 통해 순환되고, 이를 위해 제2 열교환기(170) 후단의 제2 조절밸브(162)는 개방 제어된다.
그리고, 3웨이 밸브(161)의 입구측 유로가 공랭식 컨덴서(190) 측으로 개방 제어됨으로써, 제2 열교환기(170)를 통과한 냉매는 공랭식 컨덴서(190)를 거쳐 순환된다.
제2 열교환기(170)와 공랭식 컨덴서(190)는 고온고압의 기체 냉매를 저온고압의 액체 냉매로 응축시킨다.
제2 열교환기(170)는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키는 냉각수와 열교환을 하고, 도시와 같이 라디에이터(Radiator)를 경유한 차가운 냉각수와 열교환하도록 제어된다.
제1 조절밸브(132)는 팽창 밸브(e)로서 기능하고, 제3 조절밸브(142)와 제4 조절밸브(152)는 폐쇄 제어됨으로써, 냉매는 제1 조절밸브(132)를 거쳐 제1 열교환기(131)로 순환된다.
이때, 제1 열교환기(131)로의 유로 상에 구비된 제1 승객측 히터(181)와 제2 승객측 히터(182)에 의해 더운 공기가 승객측 플로어(floor)를 통해서 송풍되게 된다.
제1 열교환기(131) 전단의 제1 조절밸브(132)를 통과한 저온저압의 액체 냉매는 제1 열교환기(131)로 유입되고, 제1 열교환기(131)는 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 된다.
또한, 제1 열교환기(131)를 통과한 차가운 공기는 PTC 히터를 거쳐 송풍되게 함으로써, 저온의 건조한 공기를 통해서 운전석 측 디프로스팅이 되도록 제어한다.
이후 제1 열교환기(131)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
이와 같이, 동절기 디프로스팅 필요시 에어컨 모드(냉방 모드)의 사이클로 작동하되 PTC를 이용하여 난방하게 되므로, 종래 기술과 같이 별도의 배관 및 밸브를 요하지 않는다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 4웨이 밸브를 이용하여 냉난방 시스템(HVAC) 내의 열교환기가 에바포레이터 또는 컨덴서 역할을 하므로, 히트펌프를 위한 별도의 이너 컨덴서가 불필요하여 HVAC 사이즈의 축소가 가능하게 한다.
다음으로, 도 7 내지 도 11은 본 발명의 전기버스의 냉난방 시스템에 의한 냉방 모드를 각각 나타낸 것이다.
먼저 도 7은 냉방 모드로서 운전석만 냉방을 실시하는 모드이다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제2 열교환기(170) 측의 출구를 통해 순환되고, 이를 위해 제2 열교환기(170) 후단의 제2 조절밸브(162)는 개방 제어된다.
그리고, 3웨이 밸브(161)는 입구가 공랭식 컨덴서(190) 측으로 개방 제어됨으로써, 제2 열교환기(170)를 통과한 냉매는 공랭식 컨덴서(190)를 거쳐 순환된다.
제2 열교환기(170)와 공랭식 컨덴서(190)는 고온고압의 기체 냉매를 저온고압의 액체 냉매로 응축시킨다.
제2 열교환기(170)는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키는 냉각수와 열교환을 하고, 도시와 같이 라디에이터(Radiator)를 경유한 차가운 냉각수와 열교환하도록 제어된다.
제1 조절밸브(132)는 팽창 밸브(e)로서 기능하고, 제3 조절밸브(142)와 제4 조절밸브(152)는 폐쇄 제어됨으로써, 냉매는 제1 열교환기(131) 전단의 제1 조절밸브(132)를 거쳐 제1 열교환기(131)로 순환된다.
제1 조절밸브(132)를 통과한 저온저압의 액체 냉매는 제1 열교환기(131)로 유입되고, 제1 열교환기(131)는 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 된다.
이때, 제1 열교환기(131)를 통과한 차가운 공기는 PTC 히터를 거치지 않도록 유로가 조절되어 송풍되게 함으로써, 차가운 공기가 운전석 측 송풍구로 송풍되게 한다.
이후 제1 열교환기(131)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
다음 도 8은 냉방 모드로서 승객석만 냉방을 실시하는 모드이다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제2 열교환기(170) 측의 출구를 통해 순환되고, 이를 위해 제2 조절밸브(162)는 개방 제어된다.
그리고, 3웨이 밸브(161)는 공랭식 컨덴서(190) 측으로 개방 제어됨으로써, 제2 열교환기(170)를 통과한 냉매는 공랭식 컨덴서(190)를 거쳐 순환된다.
제2 열교환기(170)와 공랭식 컨덴서(190)는 고온고압의 기체 냉매를 저온고압의 액체 냉매로 응축시킨다.
제2 열교환기(170)는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키는 냉각수와 열교환을 하고, 도시와 같이 라디에이터(Radiator)를 경유한 차가운 냉각수와 열교환하도록 제어된다.
승객석만 냉방시키는 모드에서, 제1 조절밸브(132)는 폐쇄(c) 제어되고, 제3 조절밸브(142)와 제4 조절밸브(152)는 팽창밸브(e)로서 제어됨으로써, 냉매는 제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)를 거쳐 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)로 순환된다.
제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)를 통과한 저온저압의 액체 냉매는 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)로 유입되고, 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)는 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 된다.
따라서, 차가운 공기가 승객석 측 루프를 통해 송풍되게 한다.
이후 제1 열교환기(131)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
다음 도 9는 냉방 모드로서 운전석과 승객석 모두 냉방을 실시하는 모드이다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제2 열교환기(170) 측의 출구를 통해 순환되고, 이를 위해 제2 조절밸브(162)는 개방 제어된다.
그리고, 3웨이 밸브(161)는 공랭식 컨덴서(190) 측으로 개방 제어됨으로써, 제2 열교환기(170)를 통과한 냉매는 공랭식 컨덴서(190)를 거쳐 순환된다.
제2 열교환기(170)와 공랭식 컨덴서(190)는 고온고압의 기체 냉매를 저온고압의 액체 냉매로 응축시킨다.
제2 열교환기(170)는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키는 냉각수와 열교환을 하고, 도시와 같이 라디에이터(Radiator)를 경유한 차가운 냉각수와 열교환하도록 제어된다.
운전석, 승객석 모두를 냉방시키는 모드에서, 제1 조절밸브(132), 제3 조절밸브(142)와 제4 조절밸브(152)는 모두 팽창밸브(e)로서 제어됨으로써, 냉매는 제1 조절밸브(132), 제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)를 거쳐 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)로 순환된다.
제1 조절밸브(132), 제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)를 통과한 저온저압의 액체 냉매는 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)로 유입되고, 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)는 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 된다.
따라서, 차가운 공기가 운전석 측과 승객석 측 루프를 통해 송풍되게 한다.
이후 제1 열교환기(131)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
한편, 도 10은 냉방 모드로서 배터리 쿨링(cooling)만 실시하는 모드이다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제2 열교환기(170) 측의 출구를 통해 순환되고, 이를 위해 제2 조절밸브(162)는 개방 제어된다.
그리고, 3웨이 밸브(161)는 공랭식 컨덴서(190) 측으로 개방 제어됨으로써, 제2 열교환기(170)를 통과한 냉매는 공랭식 컨덴서(190)를 거쳐 순환된다.
제2 열교환기(170)와 공랭식 컨덴서(190)는 고온고압의 기체 냉매를 저온고압의 액체 냉매로 응축시킨다.
제2 열교환기(170)는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키는 냉각수와 열교환을 하고, 도시와 같이 라디에이터(Radiator)를 경유한 차가운 냉각수와 열교환하도록 제어된다.
배터리 쿨링을 위한 배터리 칠러(220, B/CHILLER)는 제1 열교환기(131)와 병렬로 구성되고, 배터리 쿨링만 실시하는 모드를 위해 배터리 칠러(220) 전단에 구비되는 칠러 조절밸브(210)는 팽창밸브(e)로서 제어된다.
반면, 제1 조절밸브(132), 제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)는 폐쇄(c) 제어된다.
따라서, 칠러 조절밸브(210)를 통과한 저온저압의 액체 냉매는 배터리 칠러(220)로 유입되고, 배터리 칠러(220)는 배터리 냉각 유로를 순환하는 냉매와 열교환한다.
이후 배터리 칠러(220)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
마지막으로, 도 11은 냉방 모드로서 운전석, 승객석 냉방 및 배터리 쿨링(cooling) 모두를 실시하는 모드이다.
컴프레서(110)에 의해 고온고압 기체로 압축된 냉매는 4웨이 밸브(120)의 입구로 유입되어 제2 열교환기(170) 측의 출구를 통해 순환되고, 이를 위해 제2 조절밸브(162)는 개방 제어된다.
그리고, 3웨이 밸브(161)는 공랭식 컨덴서(190) 측으로 개방 제어됨으로써, 제2 열교환기(170)를 통과한 냉매는 공랭식 컨덴서(190)를 거쳐 순환된다.
제2 열교환기(170)와 공랭식 컨덴서(190)는 고온고압의 기체 냉매를 저온고압의 액체 냉매로 응축시킨다.
제2 열교환기(170)는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키는 냉각수와 열교환을 하고, 도시와 같이 라디에이터(Radiator)를 경유한 차가운 냉각수와 열교환하도록 제어된다.
운전석과 승객석 냉방 및 배터리 쿨링 모두를 위해 칠러 조절밸브(210), 제1 조절밸브(132), 제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)는 모두 팽창밸브(e)로서 제어된다.
따라서, 칠러 조절밸브(210), 제1 조절밸브(132), 제3 조절밸브(142), 제4 조절밸브(152)를 통과한 저온저압의 액체 냉매는 배터리 칠러(220), 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)로 유입되고, 배터리 칠러(220)는 배터리 냉각 유로를 순환하는 냉매와 열교환한다.
그리고, 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)는 저온저압의 액체를 저온저압의 기체로 증발시키는 증발기로서 기능하게 된다.
따라서, 차가운 공기가 운전석 측과 승객석 측 루프를 통해 송풍되게 한다.
이후 배터리 칠러(220)에 의해 열교환된 저온저압의 기체 냉매, 제1 열교환기(131), 제3 열교환기(141), 제4 열교환기(151)에 의해 열교환된 냉매는 다시 4웨이 밸브(120)를 거쳐 컴프레서(110)의 입구로 유입되어 냉매가 순환되게 된다.
이상과 같이 본 발명의 냉난방 시스템은 4웨이 밸브를 제어하여 컴프레서에서 토출&흡입 냉매의 출입구를 조절함으로써, 운전석 측과 승객석 측에 구비된 열교환기의 역할을 컨덴서(Condenser) 또는 증발기(Evaporator)로 변환할 수 있게 하여, 하나의 컴프레서와 효율적 구성을 통해 소형 전기버스의 효율적인 냉난방을 구현할 수 있게 한다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
110 : 컴프레서
120 : 4웨이 밸브
131 : 제1 열교환기 132 : 제1 조절밸브
141 : 제3 열교환기 142 : 제3 조절밸브
151 : 제4 열교환기 152 : 제4 조절밸브
161 : 3웨이 밸브 162 : 제2 조절밸브
170 : 제2 열교환기
181 : 제1 승객측 히터 182 : 제2 승객측 히터
190 : 공랭식 컨덴서
210 : 칠러 조절밸브 220 : 배터리 칠러

Claims (20)

  1. 냉매를 압축하는 컴프레서;
    상기 컴프레서의 토출단에 연결되는 유로와 상기 컴프레서의 흡입단에 연결되는 유로를 포함한 4개의 유로와 연결되는 4웨이(way) 밸브;
    상기 4웨이 밸브와 연결되며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제1 열교환기; 및
    일 단은 상기 제1 열교환기와 연결되고 타 단은 상기 4웨이 밸브와 연결되 며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제2 열교환기를 포함하고,
    상기 4웨이 밸브는 제어기의 제어에 의해 상기 컴프레서의 토출단에 연결되는 유로를 통해 유입된 상기 냉매를 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기로 순환시키는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 4웨이 밸브는 상기 제어기의 제어에 의해 상기 제1 열교환기 또는 상기 제2 열교환기로부터 유입된 냉매를 상기 컴프레서의 흡입단에 연결되는 유로를 통해 순환시키는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 열교환기 측에 구비되는 블로워(blower)에 의한 공기는 운전석 측 송풍구를 통해 송풍되는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 열교환기 후단에 구비되는 PTC((Positive Temperature Coefficient) 히터를 더 포함하고, 상기 제1 열교환기로부터 상기 PTC 히터로의 유로는 개폐 가능한 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어기의 제어에 의해 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제1 열교환기로의 유로를 개폐하거나, 팽창 밸브로 작동하는 제1 조절밸브를 더 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 열교환기로부터 상기 제2 열교환기로의 유로에 구비되며, 팽창 밸브로 작동 가능한 제2 조절밸브를 더 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키기 위한 유로를 순환하는 냉각수와 열교환하는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 조절밸브와 상기 제2 조절밸브 간에 구비되며, 차량 실외측에 배치되는 공랭식 컨덴서; 및
    상기 제1 조절밸브와 상기 제2 조절밸브 간의 유로를 연결시키고, 상기 공랭식 컨덴서로의 유로를 선택적으로 개폐하는 3웨이 밸브를 더 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제어기에 의한 냉방 모드 제어시, 상기 3웨이 밸브가 상기 공랭식 컨덴서로의 유로를 개방시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 열교환기와 병렬로 구성되어 상기 4웨이 밸브와 연결되며, 상기 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하는 제3 열교환기를 더 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어기의 제어에 의해 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제3 열교환기로의 유로를 개폐하거나, 팽창 밸브로 작동하는 제3 조절밸브를 더 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기에 의한 난방 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제1 열교환기 또는 상기 제3 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고,
    상기 제1 조절밸브 및 상기 제3 조절밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하며,
    상기 제2 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기에 의한 냉방 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제2 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고,
    상기 제1 조절밸브 및 상기 제3 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제어기에 의한 디프로스팅(deforesting) 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제2 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고,
    상기 제1 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 제1 열교환기로부터 상기 제1 열교환기 후단에 구비되는 PTC((Positive Temperature Coefficient) 히터로의 유로를 폐쇄 제어하는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 열교환기 측에 구비되는 블로워(blower)에 의한 공기는 승객석 측 실내 루프에 구비되는 송풍구를 통해 송풍되는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 열교환기와 병렬로 구성되어 상기 4웨이 밸브와 연결되며, 배터리 냉각 유로를 순환하는 냉매와 열교환하는 배터리 칠러(Chiller); 및
    상기 배터리 칠러 전단에 구비되는 칠러 조절밸브를 더 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제어기에 의한 배터리 쿨링 모드 제어시, 상기 4웨이 밸브로부터 상기 제2 열교환기로 냉매가 순환되도록 상기 4웨이 밸브를 제어하고,
    상기 칠러 조절밸브를 팽창밸브로 작동시키는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  18. 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하며, 운전석 측 차량 전방에 배치되는 제1 열교환기;
    상기 제1 열교환기와 연결되고, 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하며, 차량 실외측에 배치되는 제2 열교환기;
    상기 제1 열교환기와 병렬로 연결되고, 냉매의 순환 방향에 따라 응축기 또는 증발기로 작동하며, 승객석 측 루프(roof)에 배치되는 제3 열교환기;
    승객석 측 히팅을 위해, 승객석 측 플로어(floor)에 배치되는 승객측 히터; 및
    냉매를 압축하는 컴프레서의 흡입단과 토출단, 상기 제1 열교환기 및 상기 제2 열교환기로의 4개의 유로와 연결되는 4웨이(way) 밸브를 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제2 열교환기는 PE(Power Electric) 부품을 냉각시키기 위한 유로를 순환하는 냉각수와 열교환하는 것을 특징으로 하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 간에 구비되며, 차량 실외측에 배치되는 공랭식 컨덴서; 및
    상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 간의 유로를 연결시키고, 상기 공랭식 컨덴서로의 유로를 선택적으로 개폐하는 3웨이 밸브를 더 포함하는,
    전기버스의 냉난방 시스템.
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