WO2019208942A1 - 차량용 열교환 시스템 - Google Patents

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WO2019208942A1
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cooling water
circulation loop
chiller
expansion valve
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황인국
이성제
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한온시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle heat exchange system for cooling an interior of a vehicle using a primary cooling loop using a refrigerant and a secondary cooling loop using a cooling water.
  • a cooling system for cooling the interior of a vehicle includes a condenser, an expansion valve, an evaporator, and a compressor connected in a loop so that refrigerant is circulated, and an evaporator is installed in the interior of the vehicle to cool the interior of the vehicle.
  • the compressor (1), the condenser (2), expansion valve (3) and the chiller (4) is connected to a single loop as shown in Figure 1, the refrigerant is circulated cooling the cooling loop 10; and the coolant pump ( 5), the cooler (6) and the chiller (4) is connected to the other loop and consists of a secondary cooling loop (20) in which the coolant is circulated with heat exchange with the refrigerant in the chiller (4) to cool the coolant.
  • a secondary loop cooling system for cooling the interior of a vehicle by using the cooler 6 on the cooling loop 20 side.
  • the secondary loop cooling system has lower cooling performance than the direct cooling system.
  • the second loop cooling system uses the refrigerant to cool the water first and then cools the air secondly. This is disadvantageous in terms of cooling efficiency because it is a system for cooling the interior of a vehicle.
  • the temperature of the coolant entering the cooler should be made as low as possible.
  • the temperature of the coolant passing through the chiller should be lowered.
  • the expansion valve must be adjusted.
  • the expansion valve is adjusted to lower the temperature of the refrigerant, the flow rate of the refrigerant is reduced, and as a result, the cooling performance of the secondary loop cooling system is not improved.
  • an object of the present invention is to provide a vehicle heat exchange system with improved cooling performance compared to the technology for cooling the interior of the vehicle using a conventional secondary roof cooling system. .
  • Vehicle heat exchange system of the present invention for achieving the above object, the compressor 100, the condenser 200, the first expansion valve 310, the second expansion valve 320, the first chiller 410 and Including a second chiller 420, the first expansion valve 310 and the first chiller 410 is a pair and the second expansion valve 320 and the second chiller 420 is a pair of the other Two pairs are arranged in parallel, and a refrigerant circulation loop L1 through which refrigerant is circulated;
  • a second coolant circulation loop (L2-2) including a second cooler (620), through which coolant heat exchanged with the refrigerant through the second chiller (420) is circulated; It may include.
  • the refrigerant passing through the first chiller 410 is higher in pressure and temperature than the refrigerant passing through the second chiller 420 and the flow rate is greater so that the first expansion valve 310 and the second expansion are larger.
  • the valve 320 can be adjusted.
  • the air cooled primarily through the first cooler 610 may be used to cool the vehicle after the second cool through the second cooler 620.
  • the radiator 110 may further include a third coolant circulation loop L2-3 through which the coolant heat exchanged with the refrigerant through the condenser 200 is circulated.
  • the third cooling water circulation loop (L2-3) is connected to the second cooling water circulation loop (L2-2) by the first four-way valve 711 and the second four-way valve 712, the third cooling water in the cooling mode Cooling water flow between the circulation loop (L2-3) and the second cooling water circulation loop (L2-2) is blocked, and the flow of the cooling water circulating through the condenser (200) and the second cooler (620) and the radiator (110) in the heating mode.
  • the first four-way valve 711 and the second four-way valve 712 may be adjusted to form a flow of cooling water circulating through the second chiller 420.
  • cooling water heater 710 may be further installed on the cooling water line of the second cooling water circulation loop L2-2 to heat the cooling water.
  • the third expansion valve 330 is installed in the refrigerant line of the refrigerant circulation loop (L1) to adjust and distribute the flow rate of the refrigerant flowing toward the first expansion valve 310 and the second expansion valve (320) It may further include.
  • the battery 800 may further include a battery 800 installed in the cooling water line of the first cooling water circulation loop L2-1 and cooled by the cooling water.
  • the apparatus may further include a battery 800 installed in the cooling water line of the first cooling water circulation loop L2-1 and an electric component 900 installed in the cooling water line of the third cooling water circulation loop L2-3.
  • the battery 800 and the electronic component 900 are cooled by the coolant.
  • the waste heat of the battery 800 and the electronic component 900 may be recovered by the coolant and used to heat the vehicle. .
  • the air cooled primarily through the first cooler 610 in the cooling mode is used to cool the vehicle after the second cooling through the second cooler 620
  • the air in the heating mode in the first After passing through only the second cooler 620 without passing through the cooler 610 may be configured to be used for indoor heating of the vehicle.
  • bypass line 112 is installed in the cooling water line of the third cooling water circulation loop (L2-3) and disposed in parallel with the radiator 110, and controls the flow rate of the cooling water passing through the radiator 110. ) May be further included.
  • first coolant pump 510 installed in the coolant line of the first coolant circulation loop L2-1 and circulating the coolant and the coolant line of the second coolant circulation loop L2-2 are installed in the coolant line. It may further include a second coolant pump 520 to circulate.
  • the apparatus may further include a third coolant pump 530 installed in the coolant line of the third coolant circulation loop L2-3 to circulate the coolant.
  • Vehicle heat exchange system of the present invention has the advantage that the cooling performance is improved compared to the conventional cooling system for cooling the interior of the vehicle using a secondary loop cooling system.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing a conventional secondary loop cooling system.
  • Figure 2 is a block diagram showing a cooling mode of the heat exchange system for a vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a heating mode of the vehicle heat exchange system according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a block diagram showing a cooling mode of the vehicle heat exchange system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a heating mode of a vehicle heat exchange system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing a cooling mode of a vehicle heat exchange system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are diagrams showing the heating mode of the vehicle heat exchange system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a cooling mode of a vehicle heat exchange system according to a first embodiment of the present invention.
  • the vehicle heat exchange system includes a refrigerant circulation loop L1 through which refrigerant is circulated, a first coolant circulation loop L2-1 through which coolant is circulated, and a second coolant circulation loop ( L2-2).
  • the refrigerant circulation loop L1 includes a compressor 100, a condenser 200, a first expansion valve 310, a second expansion valve 320, a first chiller 410, and a second chiller 420.
  • the first expansion valve 310 and the first chiller 410 may be formed in one pair, and the second expansion valve 320 and the second chiller 420 may be formed in another pair and the two pairs may be arranged in parallel.
  • the refrigerant circulation loop L1 includes a compressor 100, a condenser 200, a first expansion valve 310, a second expansion valve 320, a first chiller 410, and a second chiller 420. Can be connected.
  • the compressor 100 may be driven by receiving power from a motor or an engine which is a power supply, and sucks the low-temperature low-pressure gaseous refrigerant discharged from the first chiller 410 and the second chiller 420 corresponding to the evaporator. And it compresses and serves to make the gas state of high temperature and high pressure to send to the condenser 200.
  • the condenser 200 may be a water-cooled condenser, for example, and the condenser 200 heat-exchanges the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 with cooling water to condense it into a liquid of low temperature and high pressure, thereby expanding the first expansion valve 310. And it serves to send to the second expansion valve (320).
  • the first expansion valve 310 and the second expansion valve 320 are configured in parallel, rapidly expanding the low-temperature high-pressure liquid refrigerant discharged from the condenser 200 by the throttling action to make the low-temperature low-pressure wet state It serves to send to the first chiller (410) and the second chiller (420).
  • the first expansion valve 310 and the second expansion valve 320 have an expansion passage having an orifice to expand the refrigerant flowing from the condenser 200 toward the first chiller 410 and the second chiller 420. It may be formed, flow rate adjusting means for adjusting the opening degree of the orifice to adjust the flow rate of the refrigerant flowing toward the first chiller 410 and the second chiller 420 in the condenser 200.
  • the first chiller 410 and the second chiller 420 correspond to an evaporator, and the first expansion valve 310 and the first chiller 410 form a group, and the second expansion valve 320 and the second chiller ( 420 may form another pair, such that the two pairs may be configured in parallel on the refrigerant line.
  • the first chiller 410 and the second chiller 420 exchange the low pressure liquid refrigerant throttled by the first expansion valve 310 and the second expansion valve 320 with the cooling water to evaporate the liquid refrigerant to form the refrigerant.
  • Cooling water is cooled by the endothermic action by the latent heat of evaporation, the low-temperature low-pressure gaseous refrigerant evaporated in the first chiller 410 and the second chiller 420 is sucked and compressed again through the compressor 100 to the high-temperature high-pressure gas phase After the refrigerant is made, it is sent to the condenser 200 to repeat the cycle of circulating the refrigerant as described above.
  • the first coolant circulation loop L2-1 may include a first chiller 410, a first coolant pump 510, and a first cooler 610.
  • the first chiller 410, the first coolant pump 510, and the first cooler 610 may be connected to a coolant line.
  • the first chiller 410 is a heat exchanger in which heat exchange is performed between the refrigerant circulating in the refrigerant circulation loop L1 and the cooling water circulating in the first cooling water circulation loop L2-1.
  • the first coolant pump 510 is a means for feeding the coolant to circulate the coolant along the first coolant circulation loop L2-1.
  • the first cooler 610 serves to cool the air by heat-exchanging the coolant cooled through the first chiller 410 with air.
  • the coolant cooled through the first chiller 410 may be supplied to the first cooler 610 by the operation of the first coolant pump 510.
  • the first cooler 610 may be installed in the air conditioning case 640 of the vehicle air conditioner provided with the blower 630, and the air discharged from the blower 630 may be formed along the space inside the air conditioning case 640. While passing through the first cooler 610, the air may be exchanged with the coolant passing through the inside of the first cooler 610 to cool the air.
  • the coolant discharged from the first cooler 610 is sent back to the first chiller 410, and repeats the process of circulating the coolant as described above.
  • the second coolant circulation loop L2-2 may include a second chiller 420, a second coolant pump 520, and a twenty-second cooler 620.
  • the second chiller 420, the second coolant pump 520, and the second cooler 620 may be connected to the coolant line.
  • the second coolant circulation loop L2-2 is configured separately from the first coolant circulation loop L2-1, and thus, the second coolant circulation loop L2-2 and the first coolant circulation loop L2-1 are provided. May be formed so as not to be connected to each other.
  • the second chiller 420 is a heat exchanger in which heat exchange is performed between the refrigerant circulating in the refrigerant circulation loop L1 and the cooling water circulating in the second cooling water circulation loop L2-2.
  • the second coolant pump 520 is a means for feeding the coolant to circulate the coolant along the second coolant circulation loop L2-2.
  • the second cooler 620 serves to cool the air by heat-exchanging the coolant cooled through the second chiller 420 with air.
  • the coolant cooled through the second chiller 420 may be supplied to the second cooler 620 by the operation of the second coolant pump 520.
  • the second cooler 620 may be installed in the air conditioning case 640 of the vehicle air conditioner equipped with the blower 630, and may exchange heat with the coolant passing through the inside of the second cooler 620 to cool the air. have.
  • the coolant discharged from the second cooler 620 is sent to the second chiller 420 again, and the process of circulating the coolant is repeated as described above.
  • the second cooler 620 may be disposed behind the first cooler 610 in the air direction in the air conditioning case 640. That is, the air discharged from the blower 630 is first cooled along the space inside the air conditioning case 640 while passing through the first cooler 610, and then secondly cooled through the second cooler 620. Can be supplied to the interior of the vehicle can be used for cooling the interior of the vehicle.
  • the vehicle heat exchange system of the present invention uses a cooling water cooled by heat-exchanging with the refrigerant in the cooling mode, and includes a first coolant circulation loop and a second cooler including a first cooler that cools the air by using the coolant heat-exchanged through the first chiller.
  • a second coolant circulation loop including a second cooler that cools the air by using the coolant heat exchanged through the chiller can further reduce the temperature of the air supplied to the interior of the vehicle. Cooling performance can be improved compared to a technology for cooling the interior of a vehicle using a secondary loop cooling system having a cooling water circulation loop.
  • the refrigerant passing through the first chiller 410 is higher in pressure and temperature than the refrigerant passing through the second chiller 420 and has a higher flow rate than the first expansion valve ( 310 and the second expansion valve 320 may be adjusted.
  • the refrigerant flows to both the first chiller 410 and the second chiller 420, and the opening degree of the first expansion valve 310 and the second expansion valve 320 is adjusted to control the second chiller.
  • the refrigerant having a higher flow rate flows in the first chiller 410 than the pressure 420, and the pressure and temperature of the refrigerant flowing in the first chiller 410 are higher than the pressure and temperature of the refrigerant flowing in the second chiller 410.
  • the air flowing from the first cooler 610 is first cooled with a relatively large amount of coolant flow rate, and the second cooler 620 is secondly cooled with the coolant cooled to a relatively low temperature to provide air. Cooling can be made to lower the temperature.
  • the vehicle heat exchange system of the present invention may further include a third coolant circulation loop (L2-3).
  • the third coolant circulation loop L2-3 may include a radiator 110, a third coolant pump 530, and a condenser 200, and may include a radiator 110, a third coolant pump 530, and a condenser ( 200 may be connected to a coolant line.
  • the radiator 110 is a heat exchanger for cooling the coolant
  • the third coolant pump 530 is a means for feeding the coolant to circulate the coolant along the third coolant circulation loop L2-3.
  • the coolant may be cooled in the condenser 200 by the coolant flowing along the third coolant circulation loop L2-3, and the coolant that is heat-exchanged by the condenser 200 is heated to the outside air through the radiator 110.
  • the cooling water cooled by the radiator 110 is sent back to the condenser 200 to repeat the process of circulating the cooling water as described above.
  • the third coolant circulation loop L2-3 is configured separately from the first coolant circulation loop L2-1, and thus, the third coolant circulation loop L2-3 and the first coolant circulation loop L2-1. May be formed so as not to be connected to each other.
  • the third coolant circulation loop L2-3 may be connected to the second coolant circulation loop L2-2 through the first four-way valve 711 and the second four-way valve 712.
  • the second chiller 420 and the second cooler 620 in the lower coolant line and the second coolant circulation loop L2-2 to which the condenser 200 and the radiator 110 are connected in the third coolant circulation loop L2-3.
  • the coolant line connected to the lower side may be connected to the first four-way valve 711, and the upper coolant line and the second coolant line connected to the condenser 200 and the radiator 110 in the third coolant circulation loop L2-3.
  • an upper cooling water line to which the second chiller 420 and the second cooler 620 are connected may be connected to the second four-way valve 712.
  • first four-way valve 711 and the second four-way valve 712 may be connected to four coolant lines, and may be a four-way directional valve capable of controlling a state in which four coolant lines are connected to or disconnected from each other. Can be.
  • the first four-way valve 711 and the second four-way valve 712 are adjusted, and thus, between the third coolant circulation loop L2-3 and the second coolant circulation loop L2-2.
  • the coolant flow is blocked, and thus, the coolant circulation may be performed in the third coolant circulation loop L2-3 and the second coolant circulation loop L2-2.
  • the first four-way valve 711 and the second four-way valve 712 are adjusted to flow the coolant circulating through the condenser 200 and the second cooler 620 and the radiator 110. And a flow of cooling water circulating through the second chiller 420 may be formed. Accordingly, the coolant that absorbs heat from the outside air through the radiator 110 is heat-exchanged with the refrigerant in the second chiller 320 to heat the refrigerant, and then passes through the compressor 100, and the refrigerant heated up through the condenser 200.
  • the coolant is heated with the coolant to heat the coolant, and the heated coolant is heat-exchanged with the air through the second cooler 620 to heat the air, and then is supplied to the interior of the vehicle to be used for heating the vehicle.
  • the second cooler 620 serves as a heating device in the heating mode
  • the heater core provided in the air conditioner of the vehicle may be used as the second cooler 620.
  • the first expansion valve 310 is closed, the refrigerant may not flow in the first chiller 410, and the first coolant pump 510 of the first coolant circulation loop L2-1 may be in a stopped state. 1
  • the cooling water may be stopped without being circulated along the cooling water circulation loop L2-1.
  • the cooling water line of the second cooling water circulation loop L2-2 may be used.
  • the coolant heater 710 is installed at a position proximate the second cooler 620 between the one-way valve 711 and the second cooler 620 so that the coolant heated while passing through the coolant heater 710 is heated to the second cooler ( By directly entering the 620, it is possible to improve the heating performance.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a cooling mode of a vehicle heat exchange system according to a second embodiment of the present invention.
  • the vehicle heat exchange system according to the second embodiment of the present invention may include a third expansion valve 330 in addition to the configuration according to the first embodiment.
  • the third expansion valve 330 is installed in the refrigerant line of the refrigerant circulation loop (L1), the refrigerant flows on the refrigerant line flowing toward the first expansion valve 310 after the refrigerant from the condenser 200 is branched.
  • the third expansion valve 330 may be installed in front of the first expansion valve 310 in the direction.
  • the flow rate of the refrigerant flowing to the first expansion valve 310 and the second expansion valve 320 by the third expansion valve 330 can be adjusted by distributing, and thus, the first chiller 410 and the first chiller 410 can be adjusted. Since the pressure difference of the refrigerant formed in the two chillers 420 may be further increased, the cooling performance may be further improved. In this case, the first expansion valve 310 and the second expansion valve 320 may be adjusted in the same manner as in the first embodiment.
  • the vehicle heat exchange system according to the second embodiment of the present invention as shown in Figure 5 can be operated and controlled in the same manner as the heating mode of the first embodiment in the heating mode, the third expansion valve 330 is closed to the first The refrigerant may not flow through the expansion valve 310 and the first chiller 410.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing a cooling mode of a vehicle heat exchange system according to a third embodiment of the present invention.
  • the vehicle heat exchange system may further include a battery 800 and the electric component 900 in addition to the configuration according to the first embodiment.
  • the battery 800 may be a battery pack for driving the motor of the vehicle, and the battery 800 may be installed in the cooling water line of the first cooling water circulation loop L2-1 and cooled by the cooling water.
  • the battery 800 is installed in the cooling water line in front of the first chiller 410 and the rear of the first cooler 610 in the flow direction of the cooling water, and the cooling water after passing through the first cooler 610 in the cooling mode. Can be configured to cool the battery 800.
  • the electrical component 900 may be installed in the cooling water line of the third cooling water circulation loop L2-3 to be cooled by the cooling water.
  • the electric component 900 may be a motor, an inverter, an on board charger (OBC), and the like, and the electric component 900 may be installed in the cooling water line of the third cooling water circulation loop L2-3 to provide cooling water.
  • OBC on board charger
  • the electrical component 900 is installed in the cooling water line in the rear of the first four-way valve 711 and in front of the radiator 110 in the flow direction of the cooling water, and the cooling water after passing through the condenser 200 in the cooling mode. And may be configured to cool 900.
  • the first cooler 610, the second cooler 620 and the temperature control door 650 may be provided in the air conditioning case 640 of the vehicle air conditioner, and a blower installed at one side of the air conditioning case 640
  • the temperature control door 650, the first cooler 610, and the second cooler 620 may be sequentially disposed from the front to the rear in the flow direction of the air supplied from the 630 to the air conditioning case 640.
  • the temperature control door 650 selectively opens or closes the cooling passage 660 and the heating passage 670 inside the air conditioning case 640 or measures the flow rate of the air passing through the cooling passage 660 and the heating passage 670. It can be configured to be adjustable.
  • the first cooler 610 may be disposed on the cooling passage 660 side so as not to block the heating passage 670 near the temperature control door 650, and the second cooler 620 may open the air conditioning case 640.
  • the rear end portion may be formed to correspond to the entire inner region of the rear end portion.
  • the temperature control door 650 is adjusted to block the heating passage 670 so that the air blown by the blower 630 is first cooled while passing through the first cooler 610 and then the second cooler ( After passing through 620 and further cooled second, it may be supplied to the interior of the vehicle and used for cooling. At this time, the flow of the refrigerant and the cooling water may be the same as the first embodiment or the second embodiment.
  • the temperature control door 650 is adjusted to block the cooling passage 660 so that the air blown by the blower 630 does not pass through the first cooler 610. Heats only after passing through) and heats with warm cooling water, and then it can be supplied to the vehicle's interior and used for heating.
  • the flow of the coolant and the coolant is the same as the first embodiment or the second embodiment, but the coolant also flows in the first expansion valve 310 and the first chiller 410 in the coolant circulation loop L1 and the first Cooling water is circulated along the cooling water circulation loop L2-1 to recover waste heat of the battery 800 and the electronic component 900 through the cooling water in the heating mode, and may be used for heating the vehicle.
  • the third expansion valve 330 is installed as in the second embodiment, and the first expansion valve 310 and the second expansion valve 330 are installed by the third expansion valve 330.
  • the flow rate of the refrigerant flowing toward the expansion valve 320 can be distributed and adjusted.
  • the cooling water passing through the radiator 110 It may further comprise a bypass line 112 that can adjust the flow rate.
  • the three-way valve 111 is installed in the coolant line connecting the second four-way valve 712 and the radiator 110 and the confluence unit 113 is connected to the coolant line connecting the electric component 900 and the radiator 110.
  • the bypass line 112 may be formed to connect the three-way valve 111 and the confluence 113.
  • the three-way valve 111 may be connected to three coolant lines, it may be a three-way direction switching valve that can adjust the state in which the three coolant lines are connected to each other or blocked.
  • the confluence unit 113 may be a pipe fitting of a type in which all three cooling water lines are connected to allow the cooling water to flow.
  • the three-way valve 111 is adjusted according to the temperature of the outside air, so that the coolant flow to the bypass line 112 is blocked as shown in FIG. 7, and the coolant is heat exchanged through the radiator 110, or vice versa. As such, the coolant flow to the radiator 110 may be blocked and the coolant may pass through the bypass line 112.

Abstract

본 발명은 압축기, 응축기, 제1팽창밸브, 제2팽창밸브, 제1칠러 및 제2칠러를 포함하고, 상기 제1팽창밸브와 제1칠러가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브와 제2칠러가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치되며, 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프; 제1쿨러를 포함하고, 상기 제1칠러를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프; 및 제2쿨러를 포함하고, 상기 제2칠러를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제2냉각수 순환 루프; 를 포함하여 이루어지며, 냉방 모드 시 상기 제1칠러를 통과하는 냉매는 제2칠러를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브 및 제2팽창밸브가 조절되어, 기존에 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 시스템에 비해 냉방 성능이 향상된 차량용 열교환 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 열교환 시스템
본 발명은 냉매를 이용한 1차 냉각 루프와 냉각수를 이용한 2차 냉각 루프를 이용해 차량의 실내를 냉방하는 차량용 열교환 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 실내를 냉방하는 냉방 시스템 중에는 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 압축기가 하나의 루프로 연결되어 냉매가 순환되면서 차량의 실내에 증발기가 설치되어 차량의 실내를 냉방하는 직접(Direct) 냉방 시스템이 있다.
그리고 도 1과 같이 압축기(1), 응축기(2), 팽창밸브(3) 및 칠러(4)가 하나의 루프로 연결되어 냉매가 순환되면서 냉각되는 1차 냉각 루프(10);와 냉각수 펌프(5), 쿨러(6) 및 칠러(4)가 다른 하나의 루프로 연결되어 냉각수가 순환되면서 칠러(4)에서 냉매와 열교환되어 냉각수가 냉각되는 2차 냉각 루프(20)로 구성되어, 2차 냉각 루프(20)측의 쿨러(6)를 이용해 차량의 실내를 냉방하는 2차 루프(Secondary loop) 냉방 시스템이 있다.
그런데 상기한 바와 같은 2차 루프 냉방 시스템은 직접 냉방 시스템에 비해 냉방 성능이 낮으며, 냉매를 이용해 공기를 직접 냉각시키는 것이 아니라 냉매를 이용해 냉각수를 1차로 냉각시키고 이 냉각수를 이용해 공기를 2차로 냉각시켜 차량의 실내를 냉방하는 시스템이기 때문에 냉각 효율 측면에서 불리하다.
여기에서 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 쿨러에 의해 냉각되는 공기의 온도를 낮추기 위해서는 쿨러로 들어가는 냉각수의 온도를 최대한 낮게 형성해야 하며, 이를 위해서는 칠러를 통과하는 냉매의 온도를 낮게 형성해야 하는데, 냉매의 온도를 낮추기 위해서는 팽창밸브를 조절해야 한다.
그런데 냉매의 온도를 낮추기 위해 팽창밸브를 조절하면 냉매의 유량이 감소하므로, 결과적으로 2차 루프 냉방 시스템의 냉방 성능이 향상되지 않는다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
JP 6139047 B2 (2017.05.12)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기존의 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 기술에 비해 냉방 성능이 향상된 차량용 열교환 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 모드 및 난방하는 난방 모드를 전환하여 효율적으로 사용할 수 있는 차량용 열교환 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 열교환 시스템은, 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)를 포함하고, 상기 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치되며, 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프(L1); 제1쿨러(610)를 포함하고, 상기 제1칠러(410)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프(L2-1); 및 제2쿨러(620)를 포함하고, 상기 제2칠러(420)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제2냉각수 순환 루프(L2-2); 를 포함할 수 있다.
또한, 냉방 모드 시, 상기 제1칠러(410)를 통과하는 냉매는 제2칠러(420)를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)가 조절될 수 있다.
또한, 상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다.
또한, 라디에이터(110)를 포함하고, 상기 응축기(200)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)로 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 연결되되, 냉방 모드 시 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)간의 냉각수 유동이 차단되며, 난방 모드 시 응축기(200)와 제2쿨러(620)를 순환하는 냉각수의 흐름 및 라디에이터(110)와 제2칠러(420)를 순환하는 냉각수의 흐름이 각각 형성되도록 상기 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절될 수 있다.
또한, 상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(710)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환 루프(L1)의 냉매 라인에 설치되어 상기 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있는 제3팽창밸브(330)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각되는 배터리(800)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치된 배터리(800) 및 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치된 전장부품(900)을 더 포함하며, 냉방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)이 냉각되며, 난방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)의 폐열을 회수하여 차량의 실내 난방에 이용할 수 있다.
또한, 냉방 모드 시 상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용되며, 난방 모드 시 공기가 상기 제1쿨러(610)를 통과하지 않고 제2쿨러(620)만을 통과하여 가열된 후 차량의 실내 난방에 이용되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되되 상기 라디에이터(110)와 병렬로 배치되며, 상기 라디에이터(110)를 통과하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 바이패스라인(112)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제1냉각수 펌프(510) 및 상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제2냉각수 펌프(520)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제3냉각수 펌프(530)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 차량용 열교환 시스템은 기존에 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 시스템에 비해 냉방 성능이 향상되는 장점이 있다.
또한, 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 냉방 모드 및 난방하는 난방 모드를 전환하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 2차 루프 냉각 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 난방 모드를 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 난방 모드를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 난방 모드를 나타낸 구성도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 차량용 열교환 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 크게 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프(L1), 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프(L2-1) 및 제2냉각수 순환 루프(L2-2)로 구성될 수 있다.
냉매 순환 루프(L1)는 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)를 포함하고, 상기 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치될 수 있다. 그리고 냉매 순환 루프(L1)는 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)가 냉매 라인으로 연결될 수 있다.
여기에서 압축기(100)는 동력 공급원인 모터 또는 엔진으로부터 동력을 전달받아 구동될 수 있으며, 증발기에 해당되는 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)에서 토출된 저온저압의 기상 냉매를 흡입 및 압축하여 고온고압의 기체 상태로 만들어 응축기(200)로 보내는 역할을 한다.
응축기(200)는 일례로 수랭식 응축기가 사용될 수 있으며, 응축기(200)는 압축기(100)에서 토출된 고온고압의 기상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 저온고압의 액체로 응축하여 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)쪽으로 보내는 역할을 한다.
제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)는 병렬로 구성되며, 응축기(200)에서 토출된 저온고압의 액상 냉매를 교축작용을 이용해 급속히 팽창시켜 저온저압의 습포화 상태로 만들어 각각 제1칠러(410)와 제2칠러(420)로 보내는 역할을 한다. 여기에서 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)는 응축기(200)에서 제1칠러(410)와 제2칠러(420)쪽으로 유동되는 냉매를 팽창시키도록 오리피스를 갖는 팽창유로가 형성될 수 있으며, 응축기(200)에서 제1칠러(410)와 제2칠러(420)쪽으로 유동되는 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 오리피스의 개방 정도를 조절하는 유량조절수단이 구비될 수 있다.
제1칠러(410)와 제2칠러(420)는 증발기에 해당되며, 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어, 두 조가 냉매 라인 상에서 병렬로 구성될 수 있다. 그리고 제1칠러(410)와 제2칠러(420)는 각각 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)에서 교축된 저압의 액상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상 냉매를 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 냉각수를 냉각시키게 되며, 제1칠러(410)와 제2칠러(420)에서 증발한 저온저압의 기상 냉매는 다시 압축기(100)를 통해 흡입 및 압축되어 고온고압의 기상 냉매로 만들어진 후 응축기(200)로 보내져, 상기한 바와 같은 냉매가 순환되는 사이클을 반복하게 된다.
제1냉각수 순환 루프(L2-1)는 제1칠러(410), 제1냉각수 펌프(510) 및 제1쿨러(610)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제1냉각수 순환 루프(L2-1)는 제1칠러(410), 제1냉각수 펌프(510) 및 제1쿨러(610)가 냉각수 라인으로 연결될 수 있다.
여기에서 제1칠러(410)는 냉매 순환 루프(L1)를 순환하는 냉매와 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 순환하는 냉각수 간의 열교환이 이루어지는 열교환기이다.
제1냉각수 펌프(510)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다.
제1쿨러(610)는 제1칠러(410)를 통해 냉각된 냉각수를 공기와 열교환시켜 공기를 냉각시키는 역할을 한다. 이때, 제1칠러(410)를 통해 냉각된 냉각수가 제1냉각수 펌프(510)의 작동에 의해 제1쿨러(610)로 공급될 수 있다. 그리고 제1쿨러(610)는 송풍기(630)가 구비된 차량 공조장치의 공조 케이스(640) 내에 설치될 수 있으며, 송풍기(630)에서 토출된 공기가 공조 케이스(640) 내부의 공간을 따라 제1쿨러(610)의 거치면서 제1쿨러(610)의 내부를 통과하는 냉각수와 열교환되어 공기가 냉각될 수 있다. 또한, 제1쿨러(610)에서 배출된 냉각수는 다시 제1칠러(410)로 보내져, 상기한 바와 같이 냉각수가 순환되는 과정을 반복하게 된다.
제2냉각수 순환 루프(L2-2)는 제2칠러(420), 제2냉각수 펌프(520) 및 제22쿨러(620)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제2냉각수 순환 루프(L2-2)는 제2칠러(420), 제2냉각수 펌프(520) 및 제2쿨러(620)가 냉각수 라인으로 연결될 수 있다. 또한, 제2냉각수 순환 루프(L2-2)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)와는 별개로 구성되어, 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 제1냉각수 순환 루프(L2-1)가 서로 연결되어 있지 않도록 형성될 수 있다.
여기에서 제2칠러(420)는 냉매 순환 루프(L1)를 순환하는 냉매와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)를 순환하는 냉각수 간의 열교환이 이루어지는 열교환기이다.
제2냉각수 펌프(520)는 제2냉각수 순환 루프(L2-2)를 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다.
제2쿨러(620)는 제2칠러(420)를 통해 냉각된 냉각수를 공기와 열교환시켜 공기를 냉각시키는 역할을 한다. 이때, 제2칠러(420)를 통해 냉각된 냉각수가 제2냉각수 펌프(520)의 작동에 의해 제2쿨러(620)로 공급될 수 있다. 그리고 제2쿨러(620)는 송풍기(630)가 구비된 차량 공조장치의 공조 케이스(640) 내에 설치될 수 있으며, 제2쿨러(620)의 내부를 통과하는 냉각수와 열교환되어 공기가 냉각될 수 있다. 또한, 제2쿨러(620)에서 배출된 냉각수는 다시 제2칠러(420)로 보내져, 상기한 바와 같이 냉각수가 순환되는 과정을 반복하게 된다.
이때, 공조 케이스(640) 내에서 공기의 유동방향으로 제1쿨러(610)의 후방에 제2쿨러(620)가 배치될 수 있다. 즉, 송풍기(630)에서 토출된 공기가 공조 케이스(640) 내부의 공간을 따라 제1쿨러(610)의 거치면서 1차로 냉각되고 이후 제2쿨러(620)를 거치면서 2차로 냉각된 후 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다.
그리하여 본 발명의 차량용 열교환 시스템은 냉방 모드 시 냉매와 열교환되어 냉각된 냉각수를 이용하되, 제1칠러를 통해 열교환된 냉각수를 이용해 공기를 냉각시키는 제1쿨러를 포함하는 제1냉각수 순환 루프 및 제2칠러를 통해 열교환된 냉각수를 이용해 공기를 냉각시키는 제2쿨러를 포함하는 제2냉각수 순환 루프를 이용해 차량의 실내로 공급되는 공기의 온도를 더욱 낮게 만들 수 있어, 기존에 하나의 냉매 순환 루프와 하나의 냉각수 순환 루프를 갖는 2차 루프 냉방 시스템을 이용해 차량의 실내를 냉방하는 기술에 비해 냉방 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 차량용 열교환 시스템은 냉방 모드 시, 제1칠러(410)를 통과하는 냉매는 제2칠러(420)를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)가 조절될 수 있다.
즉, 냉방 모드 시 제1칠러(410)와 제2칠러(420)에 모두 냉매가 흐르되, 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)의 개방된 정도가 조절되어 제2칠러(420) 보다 제1칠러(410)에 많은 유량의 냉매가 흐르며, 제2칠러(410)에 흐르는 냉매의 압력 및 온도보다 제1칠러(410)에 흐르는 냉매의 압력 및 온도가 높게 형성된다.
그 결과 상대적으로 많은 양의 냉각수 유량으로 제1쿨러(610)에서 유입되는 공기를 1차로 냉각하며, 상대적으로 낮은 온도로 냉각된 냉각수로 제2쿨러(620)에서 공기를 2차로 냉각하여 공기의 온도가 더욱 낮아지도록 냉각할 수 있다.
이에 따라 차량의 실내로 공급되는 공기의 온도를 더욱 낮출 수 있어 냉방 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 차량용 열교환 시스템은, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 더 포함할 수 있다. 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 라디에이터(110), 제3냉각수 펌프(530) 및 응축기(200)를 포함하여 이루어질 수 있고, 라디에이터(110), 제3냉각수 펌프(530) 및 응축기(200)는 냉각수 라인으로 연결될 수 있다.
여기에서 라디에이터(110)는 냉각수를 냉각시키기 위한 열교환기이며, 제3냉각수 펌프(530)는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리하여 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 따라 유동되는 냉각수에 의해 응축기(200)에서 냉매가 냉각될 수 있고, 응축기(200)에서 열교환되어 가열된 냉각수는 라디에이터(110)를 통해 외부 공기 등에 의해 냉각될 수 있으며, 라디에이터(110)에서 냉각된 냉각수는 다시 응축기(200)로 보내져 상기한 바와 같이 냉각수가 순환되는 과정을 반복하게 된다.
이때, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)와는 별개로 구성되어, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제1냉각수 순환 루프(L2-1)가 서로 연결되어 있지 않도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)로 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 연결될 수 있으며, 도시된 바와 같이 제3냉각수 순환 루프(L2-3)에서 응축기(200)와 라디에이터(110)가 연결된 하측의 냉각수 라인과 제2냉각수 순환 루프(L2-2)에서 제2칠러(420)와 제2쿨러(620)가 연결된 하측의 냉각수 라인이 제1사방밸브(711)로 연결될 수 있으며, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)에서 응축기(200)와 라디에이터(110)가 연결된 상측의 냉각수 라인과 제2냉각수 순환 루프(L2-2)에서 제2칠러(420)와 제2쿨러(620)가 연결된 상측의 냉각수 라인이 제2사방밸브(712)로 연결될 수 있다. 여기에서 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)는 4개의 냉각수 라인이 연결될 수 있으며, 4개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 4방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
그리하여 도 2와 같이 냉방 모드 시에는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절되어, 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)간의 냉각수 유동이 차단되며, 이에 따라 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)에서 각각의 냉각수 순환이 이루어질 수 있다.
그리고 도 3과 같이 난방 모드 시에는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절되어, 응축기(200)와 제2쿨러(620)를 순환하는 냉각수의 흐름 및 라디에이터(110)와 제2칠러(420)를 순환하는 냉각수의 흐름이 각각 형성될 수 있다. 이에 따라 라디에이터(110)를 통해 외부 공기에서 열을 흡수한 냉각수가 제2칠러(320)에서 냉매와 열교환되어 냉매가 가열되고 이후 압축기(100)를 통과하며 승온된 냉매가 응축기(200)를 통해 냉각수와 열교환되어 냉각수를 가열하며, 가열된 냉각수가 제2쿨러(620)를 통해 공기와 열교환되어 공기가 가열된 후 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 난방에 이용될 수 있다. 여기에서 제2쿨러(620)는 난방 모드 시에 가열장치의 역할을 하므로 차량의 공조장치 내에 구비되는 히터코어를 제2쿨러(620)로 사용할 수 있다. 또한, 제1팽창밸브(310)는 닫혀있어 제1칠러(410)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 제1냉각수 펌프(510)는 정지 상태가 되어 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 따라 냉각수가 순환되지 않고 멈춰있는 상태가 될 수 있다.
또한, 난방 모드 시 라디에이터(110)를 통한 흡열 및 압축기(100)의 작동에 의한 흡열만으로 차량의 실내 난방에 필요한 에너지가 부족할 수 있으므로, 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에서 제1사방밸브(711)와 제2쿨러(620) 사이의 제2쿨러(620)에 근접한 위치에 냉각수 히터(710)를 설치하여, 냉각수 히터(710)를 통과하며 가열된 냉각수가 제2쿨러(620)로 바로 유입되도록 하여 난방 성능을 향상시킬 수 있다.
<실시예 2>
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 제1실시예에 따른 구성에 추가로 제3팽창밸브(330)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 제3팽창밸브(330)는 냉매 순환 루프(L1)의 냉매 라인에 설치되되, 응축기(200)에서 나온 냉매가 분기된 후 제1팽창밸브(310)쪽으로 흘러가는 냉매 라인 상에서 냉매의 유동방향으로 제1팽창밸브(310)의 전방에 제3팽창밸브(330)가 설치될 수 있다.
그리하여 냉방 모드 시 제3팽창밸브(330)에 의해 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있으며, 이로 인해 제1칠러(410)와 제2칠러(420)에서 형성되는 냉매의 압력 차이를 더욱 키울 수 있어 냉방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때, 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)는 제1실시예와 동일하게 조절될 수 있다.
또한, 도 5와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 난방 모드 시 제1실시예의 난방 모드와 동일하게 작동 및 제어될 수 있으며, 제3팽창밸브(330)는 닫혀있어 제1팽창밸브(310) 및 제1칠러(410)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있다.
<실시예 3>
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템의 냉방 모드를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템은 제1실시예에 따른 구성에 추가로 배터리(800) 및 전장부품(900)을 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 배터리(800)는 차량의 모터 구동을 위한 배터리 팩이 될 수 있으며, 배터리(800)는 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 또한, 배터리(800)는 냉각수의 흐름 방향으로 제1칠러(410)의 전방 및 제1쿨러(610)의 후방의 냉각수 라인에 설치되어, 냉방 모드 시 제1쿨러(610)를 통과한 후의 냉각수가 배터리(800)를 냉각시키도록 구성될 수 있다.
또한, 전장부품(900)은 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 이때, 전장부품(900)은 모터, 인버터, 충전기(OBC; On Board Charger) 등이 될 수 있으며, 전장부품(900)은 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 그리고 전장부품(900)은 냉각수의 흐름 방향으로 제1사방밸브(711)의 후방 및 라디에이터(110)의 전방의 냉각수 라인에 설치되어, 냉방 모드 시 응축기(200)를 통과한 후의 냉각수가 전장부품(900)을 냉각시키도록 구성될 수 있다.
또한, 차량 공조장치의 공조 케이스(640) 내부에 제1쿨러(610), 제2쿨러(620) 및 온도조절도어(650)가 구비될 수 있으며, 공조 케이스(640)의 일측에 설치된 송풍기(630)로부터 공조 케이스(640) 내부로 공급된 공기의 유동방향으로 전방에서 후방쪽으로 온도조절도어(650), 제1쿨러(610) 및 제2쿨러(620)가 차례로 배치될 수 있다. 이때, 온도조절도어(650)는 공조 케이스(640) 내부의 냉방 유로(660)와 난방 유로(670)를 선택적으로 개폐하거나 냉방 유로(660) 및 난방 유로(670)를 통과하는 공기의 유량을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1쿨러(610)는 온도조절도어(650)에 근접하여 난방 유로(670)를 막지 않도록 냉방 유로(660)측에 배치될 수 있으며, 제2쿨러(620)는 공조 케이스(640)의 개방된 후단부쪽에 배치되어 후단부 내측 전체 영역에 대응되도록 형성될 수 있다.
그리하여 냉방 모드 시 온도조절도어(650)는 난방 유로(670)쪽을 막도록 조절되어 송풍기(630)에 의해 송풍된 공기가 제1쿨러(610)를 통과하면서 1차로 냉각된 다음 제2쿨러(620)를 통과하여 2차로 더 냉각된 후 차량의 실내로 공급되어 냉방에 이용될 수 있다. 이때, 냉매 및 냉각수의 흐름은 제1실시예 또는 제2실시예와 동일할 수 있다.
그리고 도 7과 같이 난방 모드 시 온도조절도어(650)는 냉방 유로(660)쪽을 막도록 조절되어 송풍기(630)에 의해 송풍된 공기가 제1쿨러(610)를 거치지 않고 제2쿨러(620)만을 통과하면서 따듯한 냉각수와 열교환되어 가열된 후 차량의 실내로 공급되어 난방에 이용될 수 있다. 이때, 냉매 및 냉각수의 흐름은 제1실시예 또는 제2실시예와 동일하되, 추가로 냉매 순환 루프(L1)에서 제1팽창밸브(310) 및 제1칠러(410)에도 냉매가 흐르고 제1냉각수 순환 루프(L2-1)를 따라서 냉각수가 순환되어 난방 모드 시 냉각수를 통해 배터리(800) 및 전장부품(900)의 폐열을 회수하여 차량의 실내 난방에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템에서도 제2실시예와 같이 제3팽창밸브(330)가 설치되어 제3팽창밸브(330)에 의해 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 차량용 열교환 시스템에서는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되되 라디에이터(110)와 병렬로 배치되며, 라디에이터(110)를 통과하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 바이패스라인(112)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
일례로 제2사방밸브(712)와 라디에이터(110)를 연결하는 냉각수 라인에 삼방밸브(111)가 설치되고 전장부품(900)과 라디에이터(110)를 연결하는 냉각수 라인에 합류부(113)가 형성되어, 삼방밸브(111)와 합류부(113)를 연결하도록 바이패스라인(112)이 형성될 수 있다. 이때, 삼방밸브(111)는 3개의 냉각수 라인이 연결될 수 있으며, 3개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다. 또한, 합류부(113)는 3개의 냉각수 라인이 모두 연결되어 냉각수가 유동될 수 있는 형태의 관 이음쇠일 수 있다.
그리하여 난방 모드 시 외부 공기의 온도에 따라 삼방밸브(111)를 조절하여 도 7과 같이 바이패스라인(112)으로의 냉각수 흐름은 차단되고 냉각수가 라디에이터(110)를 통과하며 열교환되거나, 반대로 도 8과 같이 라디에이터(110)로의 냉각수 흐름은 차단되고 냉각수가 바이패스라인(112)을 통과하도록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
[부호의 설명]
100 : 압축기
110 : 라디에이터
111 : 삼방밸브
112 : 바이패스라인
113 : 합류부
200 : 응축기
310 : 제1팽창밸브
320 : 제2팽창밸브
330 : 제3팽창밸브
410 : 제1칠러
420 : 제2칠러
510 : 제1냉각수 펌프
520 : 제2냉각수 펌프
530 : 제3냉각수 펌프
610 : 제1쿨러
620 : 제2쿨러(히터코어)
630 : 송풍기
640 : 공조 케이스
650 : 온도조절도어
660 : 냉방 유로
670 : 난방 유로
710 : 냉각수 히터
711 : 제1사방밸브
711 : 제1사방밸브
712 : 제2사방밸브
800 : 배터리
900 : 전장부품
L1 : 냉매 순환 루프
L2-1 : 제1냉각수 순환 루프
L2-2 : 제2냉각수 순환 루프
L2-3 : 제3냉각수 순환 루프

Claims (13)

  1. 압축기(100), 응축기(200), 제1팽창밸브(310), 제2팽창밸브(320), 제1칠러(410) 및 제2칠러(420)를 포함하고, 상기 제1팽창밸브(310)와 제1칠러(410)가 한 조를 이루고 상기 제2팽창밸브(320)와 제2칠러(420)가 다른 한 조를 이루어 두 조가 병렬로 배치되며, 냉매가 순환되는 냉매 순환 루프(L1);
    제1쿨러(610)를 포함하고, 상기 제1칠러(410)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제1냉각수 순환 루프(L2-1); 및
    제2쿨러(620)를 포함하고, 상기 제2칠러(420)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제2냉각수 순환 루프(L2-2);
    를 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    냉방 모드 시,
    상기 제1칠러(410)를 통과하는 냉매는 제2칠러(420)를 통과하는 냉매보다 압력 및 온도가 높고 유량이 많도록 상기 제1팽창밸브(310) 및 제2팽창밸브(320)가 조절되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    라디에이터(110)를 포함하고, 상기 응축기(200)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수가 순환되는 제3냉각수 순환 루프(L2-3)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)는 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)로 제2냉각수 순환 루프(L2-2)와 연결되되,
    냉방 모드 시 제3냉각수 순환 루프(L2-3)와 제2냉각수 순환 루프(L2-2)간의 냉각수 유동이 차단되며,
    난방 모드 시 응축기(200)와 제2쿨러(620)를 순환하는 냉각수의 흐름 및 라디에이터(110)와 제2칠러(420)를 순환하는 냉각수의 흐름이 각각 형성되도록 상기 제1사방밸브(711) 및 제2사방밸브(712)가 조절되는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(710)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환 루프(L1)의 냉매 라인에 설치되어 상기 제1팽창밸브(310)와 제2팽창밸브(320)쪽으로 흐르는 냉매의 유량을 분배하여 조절할 수 있는 제3팽창밸브(330)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수에 의해 냉각되는 배터리(800)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치된 배터리(800) 및 상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치된 전장부품(900)을 더 포함하며,
    냉방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)이 냉각되며, 난방 모드 시 냉각수를 통해 상기 배터리(800) 및 전장부품(900)의 폐열을 회수하여 차량의 실내 난방에 이용하는 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    냉방 모드 시 상기 제1쿨러(610)를 통해 1차로 냉각된 공기가 상기 제2쿨러(620)를 통해 2차로 냉각된 후 차량의 실내 냉방에 이용되며,
    난방 모드 시 공기가 상기 제1쿨러(610)를 통과하지 않고 제2쿨러(620)만을 통과하여 가열된 후 차량의 실내 난방에 이용되도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 열교환 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되되 상기 라디에이터(110)와 병렬로 배치되며, 상기 라디에이터(110)를 통과하는 냉각수의 유량을 조절할 수 있는 바이패스라인(112)을 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉각수 순환 루프(L2-1)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제1냉각수 펌프(510) 및 상기 제2냉각수 순환 루프(L2-2)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제2냉각수 펌프(520)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 제3냉각수 순환 루프(L2-3)의 냉각수 라인에 설치되어 냉각수를 순환시키는 제3냉각수 펌프(530)를 더 포함하는 차량용 열교환 시스템.
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