WO2020040418A1 - 열관리 시스템 - Google Patents

열관리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2020040418A1
WO2020040418A1 PCT/KR2019/007770 KR2019007770W WO2020040418A1 WO 2020040418 A1 WO2020040418 A1 WO 2020040418A1 KR 2019007770 W KR2019007770 W KR 2019007770W WO 2020040418 A1 WO2020040418 A1 WO 2020040418A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
refrigerant
line
expansion valve
cooling
coolant
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/007770
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이해준
이성제
황인국
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Priority to DE112019004190.8T priority Critical patent/DE112019004190T5/de
Priority to CN201980054269.9A priority patent/CN112585020B/zh
Priority to US17/267,628 priority patent/US20220349627A1/en
Publication of WO2020040418A1 publication Critical patent/WO2020040418A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00357—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles
    • B60H1/00385—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell
    • B60H1/00392—Air-conditioning arrangements specially adapted for particular vehicles for vehicles having an electrical drive, e.g. hybrid or fuel cell for electric vehicles having only electric drive means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B25/00—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00
    • F25B25/005—Machines, plants or systems, using a combination of modes of operation covered by two or more of the groups F25B1/00 - F25B23/00 using primary and secondary systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/20—Disposition of valves, e.g. of on-off valves or flow control valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H2001/00928—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices comprising a secondary circuit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
    • F25B2339/04—Details of condensers
    • F25B2339/047—Water-cooled condensers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0403—Refrigeration circuit bypassing means for the condenser

Definitions

  • the present invention relates to a thermal management system, and more particularly, to a system for managing heat of electrical components and batteries in a vehicle as well as cooling and heating of a vehicle.
  • Electric vehicles are driven by motors powered by batteries or fuel cells, so they emit less carbon and produce less noise.
  • electric vehicles are environmentally friendly because they use motors that are more energy efficient than conventional engines.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermal management system capable of efficient thermal management of electrical components and batteries in a vehicle as well as cooling and heating the vehicle.
  • the heat management system of the present invention for achieving the above object is a compressor 210, water-cooled condenser 220, the first expansion valve 225, air-cooled condenser 230, the second expansion valve 240, the evaporator ( 242, a refrigerant heat exchanger 233 for exchanging heat exchange between the refrigerant flowing into the second expansion valve 240 and the refrigerant discharged from the evaporator 242, and the refrigerant passing through the water-cooled condenser 220 may be provided.
  • first refrigerant bypass line 232 may be unused in the cooling mode, and may flow the refrigerant in the heating mode.
  • first refrigerant bypass line 232 may be unused in the cooling mode, and may flow the refrigerant in the dehumidifying heating mode.
  • the refrigerant heat exchanger 233 exchanges heat between the refrigerant flowing into the second expansion valve 240 and the refrigerant discharged from the evaporator 242 in the cooling mode, and the second expansion valve 240 in the heating mode.
  • the refrigerant introduced into the c) and the refrigerant discharged from the evaporator 242 may not be heat exchanged.
  • the refrigerant circulation line 200 may further include a check valve 231 installed between the rear side of the air-cooled condenser 230 and the rear end of the refrigerant bypass line 232 in the flow direction of the refrigerant.
  • the cooling line 302 may include a first connection line 302-1 branched from one side of the cooling line 302 and connected to the heating line 301; And a second connection line 302-2 branched from the other side of the cooling line 302 and connected to the heating line 301.
  • first connection line 302-1, the second connection line 302-2, and the heating line 301 are connected to a first direction switching valve 410 and the first direction switching valve 410.
  • cooling line 302 and the heating line 301 may be connected to each other or disconnected.
  • the electrical component 460 may be disposed on the second connection line 302-2.
  • cooling line 302 the fourth connection line 302-4 for connecting the first connection line 302-1 and the second connection line 302-2, and the fourth connection line ( It may further include a shut-off valve 360 installed on the 302-4 and disposed in parallel with the first direction switching valve 410.
  • the cooling line 302 may further include a cooling water temperature sensor 461 installed in front of the electrical component 460 in the flow direction of the cooling water.
  • the chiller 252 may further include a chiller 252 for exchanging the discharged refrigerant with the cooling water of the cooling line 302.
  • the refrigerant heat exchanger 233 may be connected to the air-cooled condenser 230 and the chiller 252 in parallel.
  • the cooling line 302 includes a third connection line 302-3 connected in parallel with the battery 350 and passing through the chiller 252, and the third connection line 302-3. Is connected to the cooling line 302 by the third direction switching valve 330, the coolant flow or the flow can be blocked by the third direction switching valve 330 to the third connection line (302-3). have.
  • the cooling line 302 may include an electric radiator 310 for cooling the cooling water with air.
  • the heating line 301 of the heater core 440 for heating the room using the heated air by heat-exchanging the air flowing into the room and the coolant heat exchanged with the refrigerant through the water-cooled condenser 220, and the It may include a coolant heater 430 disposed in front of the heater core 440 in the flow direction to heat the coolant.
  • the heating line 301 includes a heater core 440 for heating the room using the heated air by heat-exchanging the coolant heat exchanged with the refrigerant through the water-cooled condenser 220 and the air introduced into the room,
  • the heating line 301 may further include an air heating heater 470 configured to heat the air by directly heating the air introduced into the room.
  • the refrigerant circulation line 200, the second expansion valve 240 is disposed between the refrigerant heat exchanger 233 and the evaporator 242, the second expansion valve 240 is a flow of refrigerant A second expansion valve bypass line 234 which is a mechanical expansion valve 240b in which a flow rate of throttling the refrigerant is mechanically adjusted according to a temperature, and connected in parallel with the mechanical expansion valve 240b; And a three-way switching valve 240-1 installed at a branch point of the refrigerant to the mechanical expansion valve 240b and the second refrigerant bypass line 234.
  • the refrigerant circulation line 200, the second expansion valve 240 is disposed between the refrigerant heat exchanger 233 and the evaporator 242, the second expansion valve 240 is a flow of refrigerant
  • a second expansion valve bypass line 234 which is a mechanical expansion valve 240b in which a flow rate of throttling the refrigerant is mechanically adjusted according to a temperature, and connected in parallel with the mechanical expansion valve 240b;
  • a second opening / closing valve 240-3 installed on the mechanical expansion valve 240 b after the refrigerant is branched.
  • the refrigerant circulation line 200, the second expansion valve 240 is disposed between the refrigerant heat exchanger 233 and the evaporator 242, the second expansion valve 240 is a flow of refrigerant
  • the flow rate for throttling the refrigerant according to the temperature is mechanically controlled and the mechanical expansion valve (240c) with the electronic on-off valve formed integrally with the electronic on-off valve, the second connected in parallel with the mechanical expansion valve (240c) with the electronic on-off valve Refrigerant bypass line 234;
  • a first opening / closing valve 240-2 installed in the second refrigerant bypass line 234 after the refrigerant is branched.
  • the thermal management system of the present invention has the advantage of enabling efficient thermal management of electric components and batteries in the vehicle as well as cooling and heating the vehicle.
  • the cooling and cooling performance is improved, there is an advantage that can increase the use time of the battery by reducing the power consumption.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an operating state in the maximum cooling mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an operating state in a mild cooling mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an operating state in the battery-only cooling mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an operating state in the maximum heating mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an operating state in the battery temperature rising mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an operating state in the mild heating mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing an operating state in the dehumidification heating mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing a thermal management system according to another embodiment of the present invention.
  • 10 and 11 are conceptual views illustrating the flow of coolant in a coolant circulation line according to opening and closing of the shutoff valve in FIG. 9.
  • 12 to 15 are configuration diagrams showing embodiments of the refrigerant circulation line according to the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the thermal management system of the present invention can be largely composed of a refrigerant circulation line 200 for circulating the refrigerant to cool the room and the cooling water circulation line 300 for cooling the components by heating the room and cooling the parts.
  • the cooling water circulation line 300 may include a heating line 301 for indoor heating, a cooling line 302 for cooling the electric component 460, and the battery 350.
  • the refrigerant circulation line 200 includes a compressor 210, a water-cooled condenser 220, a first expansion valve 225, an air-cooled condenser 230, a check valve 231, a first refrigerant bypass line 232, and a refrigerant component.
  • the base 241, the second expansion valve 240, the evaporator 242, the refrigerant heat exchanger 233, the accumulator 260, the third expansion valve 251, and the chiller 252 may be included.
  • the compressor 210 may be an electric compressor driven by electric power, and serves to suck and compress the refrigerant and discharge the refrigerant to the water-cooled condenser 220.
  • the water-cooled condenser 220 exchanges the refrigerant discharged from the compressor 210 with the cooling water to condense it into the liquid refrigerant and send it to the first expansion valve 225.
  • the first expansion valve 225 may serve to throttle or bypass the refrigerant or block the flow of the refrigerant, and may be disposed at the rear of the water-cooled condenser 220 in the flow direction of the refrigerant.
  • the air-cooled condenser 230 may serve as a condenser or an evaporator, and the function of the air-cooled condenser 230 may vary according to the role of the first expansion valve 225. That is, when the refrigerant circulation line 200 is used as an air conditioner loop, the first expansion valve 225 is completely opened to pass the refrigerant, and the air-cooled condenser 230 serves as a condenser together with the water-cooled condenser 220. When the circulation line 200 is used as a heat pump loop, the first expansion valve 225 throttles the refrigerant and the air-cooled condenser 230 serves as an evaporator. And the air-cooled condenser 230 may be cooled or heated air-cooled by the outside air.
  • the check valve 231 serves to prevent the refrigerant from flowing back and may be installed at the rear of the air-cooled condenser 230 in the flow direction of the refrigerant to prevent the refrigerant from flowing into the discharge side of the air-cooled condenser 230.
  • the first refrigerant bypass line 232 is connected in parallel with the air-cooled condenser 230, one end of the first refrigerant bypass line 232 is connected to the first expansion valve 225 and the other end is checked in the refrigerant flow direction Connected to the rear of the valve 231, the refrigerant discharged from the water-cooled condenser 220 may be selectively passed through the air-cooled condenser 230 or the first refrigerant bypass line 232. That is, the first refrigerant bypass line 232 may allow the refrigerant passing through the water-cooled condenser 220 to bypass the first expansion valve 225 and the air-cooled condenser 230.
  • the refrigerant flows only toward the air-cooled condenser 230 by the operation of the first expansion valve 225, and the refrigerant does not flow to the first refrigerant bypass line 232.
  • the refrigerant flowing toward the air-cooled condenser 230 may be throttled by the first expansion valve 225 or may pass through the first expansion valve 225 without being throttled.
  • the refrigerant may flow only into the first refrigerant bypass line 232 without the refrigerant flowing toward the air-cooled condenser 230 by the operation of the first expansion valve 225, and in this case, the first refrigerant bypass In the refrigerant flowing toward the line 232, the refrigerant bypassed by the first expansion valve 225 may flow.
  • the refrigerant branch portion 241 may be formed at the rear side of the point where the rear side of the air-cooled condenser 230 and the first refrigerant bypass line 232 meet in the flow direction of the refrigerant. Branched into three lines, one line may be connected to the evaporator 242 and the other line may be configured to be connected to the chiller 252.
  • the second expansion valve 240 and the third expansion valve 251 may serve to throttle or pass the refrigerant or block the flow of the refrigerant.
  • the second expansion valve 240 and the third expansion valve 251 may be configured in parallel. That is, the refrigerant line is branched into two lines from the cold distribution branch 241, and the second expansion valve 240 is disposed in one refrigerant line of the two branched refrigerant lines and the third expansion in the other refrigerant line.
  • Valve 251 may be disposed. In this case, the second expansion valve 240 may be disposed in front of the evaporator 242, and the third expansion valve 251 may be disposed in front of the chiller 252.
  • the evaporator 242 is disposed at the rear of the second expansion valve 240 in the flow direction of the refrigerant, and is provided inside the air conditioner 150 of the vehicle, and the air flowing by the blower 152 of the air conditioner is evaporator 242. Cooled through) can be supplied to the interior of the vehicle can be used for cooling the interior of the vehicle.
  • the refrigerant heat exchanger 233 serves to improve the cooling performance by mutual heat exchange between the refrigerant flowing into the second expansion valve 240 and the refrigerant discharged from the evaporator 242.
  • the refrigerant heat exchanger 233 passes through an inlet refrigerant line into which the refrigerant flows into the evaporator 242 connecting the refrigerant branch 241 and the second expansion valve 240, and the evaporator 242 and the accumulator ( A discharge side refrigerant line through which the refrigerant is discharged passes through the evaporator 242 connecting 260, and heat exchange between the refrigerant passing through the inlet side refrigerant line and the discharge side refrigerant line may occur.
  • the refrigerant may be further cooled before being introduced into the second expansion valve 240 by the refrigerant heat exchanger 233, and the cooling performance through the evaporator 242 may be improved and the efficiency of the cooling system may be improved.
  • the refrigerant heat exchanger 233 is connected in parallel with the air-cooled condenser 230 and the chiller 252. That is, the refrigerant heat exchanger 233 is disposed adjacent to the evaporator 242, not in series in the refrigerant line between the air-cooled condenser 230 and the chiller 252. If the refrigerant heat exchanger 233 is disposed in series between the air-cooled condenser 230 and the chiller 252, the heating performance may be reduced by acting as a low pressure side pressure drop in the heating mode. On the contrary, when the refrigerant heat exchangers 233 are connected in parallel, the cooling performance and the heating performance are also increased. This is because the refrigerant heat exchanger 233 is connected between the condenser 220 and 230 and the chiller 252 in the refrigerant flow in the heating mode. Because it is not.
  • the chiller 252 is disposed behind the third expansion valve 251 in the flow direction of the coolant, and may be heat-exchanged with the coolant to cool the coolant.
  • the second expansion valve 240 and the evaporator 242 constitute a pair
  • the third expansion valve 251 and the chiller 252 is a different pair
  • the two pairs are configured in parallel on the refrigerant line.
  • the coolant lines may be joined to the rear side of the evaporator 242 and the chiller 252 in the coolant flow direction to form a single coolant line.
  • the accumulator 260 may separate the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant from the refrigerant, and supply only the gaseous refrigerant to the compressor 210.
  • the accumulator 260 is disposed and connected to the point where the rear side of the evaporator 242 and the rear side refrigerant line of the chiller 252 join, and the accumulator 260 is located in front of the compressor 210 in the refrigerant flow direction. Can be arranged.
  • the heating line 301 may include a water-cooled condenser 220, a first coolant pump 450, a coolant heater 430, a heater core 440, and a first directional valve 410.
  • the water-cooled condenser 220 may exchange heat with each other while passing through the refrigerant and the cooling water.
  • the first coolant pump 450 is a means for conveying the coolant to circulate the coolant along the heating line 301, and the first coolant pump 450 is disposed at the rear of the water-cooled condenser 220 in the flow direction of the coolant to cool the coolant. Can be installed on the line.
  • the coolant heater 430 is a device for heating the coolant, and may be disposed in the rear of the first coolant pump 450 and in front of the heater core 440 in the flow direction of the coolant.
  • the coolant heater 430 may be operated when the temperature of the coolant is lower than a specific temperature, and may be variously formed such as an induction heater, a seed heater, a PTC heater, a film heater, and the like, which may generate heat using electric power.
  • the heater core 440 may be disposed in the air conditioner 150 of the vehicle, and the air flowing by the blower 152 is heated up through the heater core 440 to be supplied to the interior of the vehicle to be used for heating the vehicle indoors. Can be.
  • the heater core 440 may be disposed behind and connected to the coolant heater 430 in the flow direction of the coolant.
  • the first directional valve 410 may be installed between the heater core 440 and the water-cooled condenser 220, selectively connecting or connecting the heating line 301 and the cooling line 302 to be described later. Can be configured to block. More specifically, the first diverter valve 410 is installed on the heating line 301 so that two coolant line pipes are connected to the first diverter valve 410 and branched from one side of the cooling line 302. First connecting line 302-1 is connected to the first diverter valve 410, and one second connecting line 302-2 branched from the other side of the cooling line 302 is the first diverting valve 410 may be connected. That is, the first direction switching valve 410 is connected so that four coolant lines meet, the first direction switching valve 410 is a four-way direction change that can adjust the state in which the four coolant lines are connected to each other or blocked It can be a valve.
  • the cooling line 302 is an electric radiator 310, a reservoir tank 370, a second diverter valve 320, a second coolant pump 420, a first diverter valve 410, and an electric component 460.
  • the first coolant joint 313, the second coolant joint 312, the third coolant pump 340, the battery 350, the chiller 252, and the third direction switching valve 330 may be included.
  • the electric radiator 310 is a radiator for cooling the coolant heat exchanged with the electric component 460 or the battery 350, and the electric radiator 310 may be cooled by air cooling with the cooling fan 311.
  • the reservoir tank 370 may serve to store the coolant and replenish the insufficient coolant on the coolant line, and the reservoir tank 370 may include the second coolant pump 420 and the third coolant pump 340 in the flow direction of the coolant. ) It can be installed on the cooling water line in front.
  • the second diverter valve 320 is installed on the cooling line 302 so that two coolant pipes are connected to the second diverter valve 320 and the heating line 301 and the cooling line 302 are connected to each other.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be connected to the first connection line 302-1. That is, the second direction switching valve 320 is connected so that the three coolant lines meet, the second direction switching valve 320 is a three-way direction change to control the three coolant lines are connected to each other or blocked It can be a valve.
  • the second coolant pump 420 is a means for feeding the coolant to circulate the coolant along the cooling line 302.
  • the second coolant pump 420 may be installed on the first connection line 302-1 between the first diverter valve 410 and the second diverter valve 320, thereby providing a second coolant pump 420. By the operation, the coolant may flow from the second diverter valve 320 toward the first diverter valve 410.
  • the first direction switching valve 410 is as described in the heating line 301 described above.
  • the electric component 460 is disposed on the second connection line 302-2 connecting the first directional valve 410 and the second coolant joint 312 to cool the electric component 460 by the coolant.
  • the electronic component 460 may be a driving motor, an inverter, an on board charger (OBC), or the like.
  • the third coolant pump 340 is a means for feeding the coolant to circulate the coolant along the cooling line 302.
  • the third coolant pump 340 may be installed in the coolant line between the first coolant joint 313 and the battery 350, and the coolant may flow from the third coolant pump 340 toward the battery 350.
  • the battery 350 may be a power source of the vehicle, and may be a driving source of various electronic components 460 in the vehicle. Alternatively, the battery 350 may be connected to the fuel cell to store electricity or to store electricity supplied from the outside. The battery 350 may be disposed on the coolant line between the third coolant pump 340 and the third direction switching valve 330. Thus, the battery 350 may be cooled or heated by heat exchange with the flowing cooling water.
  • the first coolant joint 313 is installed in the coolant line behind the second direction switching valve 320 in the flow direction of the coolant, and the first coolant joint 313 is connected to meet three coolant lines. That is, the first coolant joint 313 may be installed on both sides of the cooling line 302, and the third connecting line 302-3 may be connected to the lower side thereof. Here, the third connection line 302-3 may be connected to pass through the chiller 252.
  • the second coolant joint 312 may be installed at a point where the rear end of the second connection line 302-2 meets the cooling line 302, and is connected to meet three coolant lines at the second coolant joint 312. do. That is, the second coolant joint 312 may be installed on both sides of the cooling line 302, and the second connection line 302-2 may be connected to the upper side thereof.
  • the chiller 252 is as described in the above-described heating line 301.
  • the third directional valve 330 is installed on the coolant line between the battery 350 and the second coolant joint 312, two coolant pipes are connected to the third directional valve 330, the third direction
  • the third connection line 302-3 may be connected to the upper side of the switching valve 330 so that the battery 350 and the third connection line 302-3 may be connected in parallel.
  • the second direction switching valve 320 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 air conditioner 150 has a blower 152 installed at one side to blow air, and a temperature control door 151 may be installed inside the air conditioner 150.
  • the evaporator 242 and the heater core 440 disposed in the air conditioning apparatus allow the air discharged from the blower 152 to enter the room after passing through the evaporator 242 only according to the operation of the temperature control door 151, After passing through the evaporator 242 may be arranged and configured to pass through the heater core 440 to be introduced into the room.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an operating state in the maximum cooling mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge the high temperature and high pressure refrigerant from the compressor 210. And the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with the cooling water in the water-cooled condenser 220. Subsequently, the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 flows into the air-cooled condenser 230 through the first expansion valve 225 in a state of being fully open to the air-cooled condenser 230, and the refrigerant flows outside the air-cooled condenser 230. Heat exchange with air to cool.
  • the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230 both act as a condenser to condense the refrigerant.
  • the condensed refrigerant is then branched from the refrigerant branch 241 and a part of the refrigerant is passed through the second expansion valve 240 after being passed through the refrigerant heat exchanger 233, and the refrigerant is expanded. While passing through the evaporator 242 and the heat exchanged with the air blown by the blower 152 of the air conditioner 150, the refrigerant is evaporated while the refrigerant is cooled, supplying the cooled air to the interior of the vehicle is made to cool the room.
  • the refrigerant evaporated in the evaporator 242 passes through the refrigerant heat exchanger 233 and heat-exchanges with the refrigerant before being introduced into the second expansion valve 240, and then flows back into the compressor 210 through the accumulator 260.
  • the remainder of the refrigerant branched from the refrigerant branch 241 is throttled while passing through the third expansion valve 240 to expand the refrigerant, and then the expanded refrigerant is heat-exchanged with the cooling water while passing through the chiller 252 so that the refrigerant is Cooling water may be cooled as it is evaporated.
  • the refrigerant evaporated in the chiller 252 flows back into the compressor 210 through the accumulator 260.
  • the refrigerant may not flow in the first refrigerant bypass line 232 by the first expansion valve 225.
  • the refrigerant passing through the evaporator 242 and the refrigerant passing through the chiller 252 join the accumulator 260 and flow into the compressor 210, and the refrigerant is circulated while repeating the above process.
  • the coolant of the coolant circulation line 200 is circulated by the operation of the first coolant pump 450, the second coolant pump 420, and the third coolant pump 340.
  • the coolant, the electric component 460, and the battery 350 that pass through the water-cooled condenser 220 may be cooled by the coolant, and the heated coolant is operated by the cooling fan 311 in the electric radiator 310. It can be cooled by heat exchange with outside air.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be adjusted in a direction connecting the heating line 301 and the cooling line 302.
  • first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side so that the coolant is circulated and the lower side and the right side are connected to each other so that the coolant can be circulated.
  • second direction switching valve 320 may be connected to the left side and the lower side so that the coolant is distributed and the right side may be disconnected.
  • third direction switching valve 330 may be connected to the upper side and the right side and the left side may be blocked.
  • the radiator 310 for electric equipment is again passed through the coolant pump 450, the coolant heater 430, the heater core 440, the first directional valve 410, the electric component 460, and the second coolant joint 312. Cycle is repeated.
  • the coolant does not flow from the second direction switching valve 320 to the first coolant joint 313 by the second direction switching valve 320, and the third direction switching valve by the third direction switching valve 330. Cooling water may not flow from 330 to the second coolant joint 312.
  • the coolant flows back into the chiller 252 from the chiller 252 through the first coolant joint 313, the third coolant pump 340, the battery 350, and the third direction switching valve 330.
  • the cycle cycles is repeated. That is, the battery 350 and the chiller 252 are formed by separate closed loops through which the coolant is circulated by the second direction switching valve 320 and the third direction switching valve 330, so that the battery 350 is formed. Can be cooled separately.
  • the maximum cooling mode may be operated when the temperature of the outside air is in the range of 30 degrees to 45 degrees Celsius, and the compressor 210 may be rotated at the maximum rotation speed.
  • the third expansion valve 251 may be blocked to prevent the refrigerant from flowing toward the chiller 252. In this case, the third cooling water pump 340 may not operate.
  • FIG. 3 is a block diagram showing an operating state in a mild cooling mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge the high temperature and high pressure refrigerant from the compressor 210. And the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with the cooling water in the water-cooled condenser 220. Subsequently, the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 flows into the air-cooled condenser 230 through the first expansion valve 225 in a state of being fully open to the air-cooled condenser 230, and the refrigerant flows outside the air-cooled condenser 230. Heat exchange with air to cool.
  • the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230 both act as a condenser to condense the refrigerant.
  • the condensed refrigerant then passes through the refrigerant branch 241, passes through the refrigerant heat exchanger 233, passes through the second expansion valve 240, and is throttled to expand the refrigerant, and then the expanded refrigerant expands the evaporator 242.
  • the refrigerant is evaporated as the refrigerant is evaporated, by supplying the cooled air to the interior of the vehicle is cooled indoors.
  • the refrigerant evaporated in the evaporator 242 passes through the refrigerant heat exchanger 233 and heat-exchanges with the refrigerant before being introduced into the second expansion valve 240, and then flows back into the compressor 210 through the accumulator 260.
  • the refrigerant may not flow in the first refrigerant bypass line 232 by the first expansion valve 225, and the third expansion valve 251 may be blocked to prevent the refrigerant from flowing into the chiller 252.
  • the refrigerant passing through the evaporator 242 is introduced into the compressor 210 through the accumulator 260, the refrigerant is circulated while repeating the above process.
  • the coolant of the coolant circulation line 200 is circulated by the operation of the first coolant pump 450, the second coolant pump 420, and the third coolant pump 340.
  • the coolant, the electric component 460, and the battery 350 that pass through the water-cooled condenser 220 may be cooled by the coolant, and the heated coolant is operated by the cooling fan 311 in the electric radiator 310. It can be cooled by heat exchange with outside air.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be adjusted in a direction connecting the heating line 301 and the cooling line 302.
  • first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side so that the coolant is circulated and the lower side and the right side are connected to each other so that the coolant can be circulated.
  • second direction switching valve 320 may be connected to both the left, the lower and the right in the set direction so that the coolant may be distributed.
  • third direction switching valve 330 may be left and right are connected to each other and the upper side is blocked.
  • the radiator 310 for electric equipment is again passed through the coolant pump 450, the coolant heater 430, the heater core 440, the first directional valve 410, the electric component 460, and the second coolant joint 312. Cycle is repeated.
  • some of the coolant flows to the right by the second diverter valve 320 so that the first coolant joint 313, the third coolant pump 340, the battery 350, the third diverter valve 330,
  • the cycle that is introduced into the electric radiator 310 and circulated again is repeated.
  • the coolant passing through the electric component 460 and the coolant passing through the battery 350 may be joined in the second coolant joint 312 and introduced into the electric radiator 310.
  • the mild cooling mode here can be operated when the temperature of the outside air is in the range of 15 to 25 degrees Celsius, where the battery can be cooled by the electric radiator, preventing the refrigerant from circulating to the chiller side. There is an advantage that can reduce the power consumed to drive the compressor.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an operating state in the battery-only cooling mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge the high temperature and high pressure refrigerant from the compressor 210. And the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with the cooling water in the water-cooled condenser 220. Subsequently, the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 flows into the air-cooled condenser 230 through the first expansion valve 225 in a state of being fully open to the air-cooled condenser 230, and the refrigerant flows outside the air-cooled condenser 230. Heat exchange with air to cool.
  • the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230 both act as a condenser to condense the refrigerant.
  • the condensed refrigerant then passes through the refrigerant branch 241, passes through the refrigerant heat exchanger 233, and then passes through the third expansion valve 251 to be condensed to expand the refrigerant, and then the expanded refrigerant moves the chiller 252.
  • the cooling water is cooled, and the battery 350 is cooled using the cooled cooling water.
  • the refrigerant evaporated through the chiller 252 flows back into the compressor 210 through the accumulator 260.
  • the refrigerant may not flow in the first refrigerant bypass line 232 by the first expansion valve 225, and the second expansion valve 240 may be blocked to prevent the refrigerant from flowing into the evaporator 242.
  • the refrigerant is circulated while repeating the above process.
  • the coolant of the coolant circulation line 200 is circulated by the operation of the first coolant pump 450, the second coolant pump 420, and the third coolant pump 340.
  • the coolant, the electric component 460, and the battery 350 that pass through the water-cooled condenser 220 may be cooled by the coolant, and the heated coolant is operated by the cooling fan 311 in the electric radiator 310. It can be cooled by heat exchange with outside air.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be adjusted in a direction connecting the heating line 301 and the cooling line 302.
  • first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side so that the coolant is circulated and the lower side and the right side are connected to each other so that the coolant can be circulated.
  • second direction switching valve 320 may be connected to the left side and the lower side so that the coolant is distributed and the right side may be disconnected.
  • third direction switching valve 330 may be connected to the upper side and the right side and the left side may be blocked.
  • the radiator 310 for electric equipment is again passed through the coolant pump 450, the coolant heater 430, the heater core 440, the first directional valve 410, the electric component 460, and the second coolant joint 312. Cycle is repeated.
  • the coolant does not flow from the second direction switching valve 320 to the first coolant joint 313 by the second direction switching valve 320, and the third direction switching valve by the third direction switching valve 330. Cooling water may not flow from 330 to the second coolant joint 312.
  • the coolant flows back into the chiller 252 from the chiller 252 through the first coolant joint 313, the third coolant pump 340, the battery 350, and the third direction switching valve 330.
  • the cycle cycles is repeated. That is, the battery 350 and the chiller 252 are formed by separate closed loops through which the coolant is circulated by the second direction switching valve 320 and the third direction switching valve 330, so that the battery 350 is formed. Can be cooled separately.
  • the battery-only cooling mode may be operated when rapid charging of the battery is required without cooling the room.
  • the compressor 210 may be rotated at the maximum rotation speed.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an operating state in the maximum heating mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge the high temperature and high pressure refrigerant from the compressor 210. And the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with the cooling water in the water-cooled condenser 220. Subsequently, the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 is throttled while passing through the first expansion valve 225 to expand the refrigerant, and the expanded refrigerant exchanges heat with external air while passing through the air-cooled condenser 230 to evaporate the refrigerant. Absorbs heat from the air.
  • the refrigerant passes through the refrigerant branch 241 and passes through the third expansion valve 251 in a completely open state to the chiller 252.
  • the refrigerant and the coolant are heat-exchanged to heat the refrigerant. have.
  • the refrigerant passing through the chiller 252 is then introduced to the compressor 210 via the accumulator 260.
  • the refrigerant may not flow in the first refrigerant bypass line 232 by the first expansion valve 225, and the second expansion valve 240 may be blocked to prevent the refrigerant from flowing into the evaporator 242.
  • the refrigerant is circulated while repeating the above process.
  • the first expansion valve 225 may bypass the refrigerant to the first refrigerant bypass line 232 instead of the air-cooled condenser 230.
  • the air-cooled condenser 230 disposed outside and endothermic may generate ice according to a low outdoor temperature, and bypasses the refrigerant to the first refrigerant bypass line 232 to prevent it.
  • heat radiation may occur in the air-cooled condenser 230 while the front of the compressor, that is, the low pressure side pressure, increases in the refrigerant flow direction.
  • the front of the compressor that is, the low pressure side pressure
  • the cooling water of the cooling water circulation line 200 is circulated by the operation of the first cooling water pump 450 and the second cooling water pump 420.
  • the coolant may be heated while passing through the water-cooled condenser 220, heated by the coolant heater 430, heated by waste heat of the electric component 460, and cooled while passing through the chiller 252.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be adjusted in a direction separating the heating line 301 and the cooling line 302. More specifically, the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the right side so that the coolant is distributed and the lower side and the left side are connected to each other so that the coolant may be distributed.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the lower side, and the coolant may be distributed and the left side may be disconnected.
  • the third direction switching valve 330 may be connected to the upper side and the left side and the right side may be blocked.
  • the cooling water of the heating line 301 passes through the first cooling water pump 450, the cooling water heater 430, the heater core 440, the first direction switching valve 410, and the water-cooled condenser 220 in order.
  • the cycle that enters and circulates into the coolant pump 450 is repeated.
  • the cooling water of the cooling line 302 separated from the heating line 301 is from the second cooling water pump 420, the first diverter valve 410, electrical components 460, the second cooling water joint 312, the third
  • the cycle which flows through the directional valve 330, the chiller 252, the first coolant joint 313, and the second directional valve 320 in turn and flows back to the second coolant pump 420 is repeated.
  • the coolant may not flow from the second diverter valve 320 to the second coolant joint 312 through the electric radiator 310 by the second diverter valve 320, and the third diverter valve Cooling water may not flow from the third directional valve 330 to the first coolant joint 313 through the battery 350 and the third coolant pump 340 by 330.
  • the coolant is heat-exchanged with the air blown by the blower 152 of the air conditioning apparatus 150 while passing through the heater core 440, the air is heated, the room is heated by supplying the heated air to the interior of the vehicle.
  • the thermal management system according to the present invention may further include an air-heated heater 470 which is configured separately from the heating line 301 and directly heats the air introduced into the room. That is, the air-heated heater 470 may be provided in proximity to the heater core 440, and the air-heated heater 470 may be formed of, for example, an electrically operated PTC heater to quickly heat air. Thus, the fastness of the room heating can be increased.
  • the air-heated heater 470 may use a low voltage PTC heater having a relatively low heat generation capacity, and thus a high voltage PTC It can be configured at a lower price than the heater.
  • the coolant heater 430 is connected to the cooling line 302 near the battery 350, not the heating line 301. Can be installed.
  • efficiency can be increased and separate control of the battery can be possible.
  • the maximum heating mode may be operated when the temperature of the outside air is in the range of 20 degrees Celsius to 5 degrees Celsius. 350 may be cooled.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an operating state in the battery temperature rising mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the refrigerant circulation line 200 does not operate and refrigerant does not circulate.
  • the coolant of the coolant circulation line 200 is circulated by the operation of the first coolant pump 450, the second coolant pump 420, and the third coolant pump 340.
  • the coolant may be heated by the waste heat of the coolant heater 430 and the electric component 460.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be adjusted in a direction connecting the heating line 301 and the cooling line 302. More specifically, the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side so that the coolant is circulated and the lower side and the right side are connected to each other so that the coolant can be circulated.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the lower side, and the coolant may be distributed and the left side may be disconnected.
  • the third direction switching valve 330 may be connected to both the left side and the upper side and the right side.
  • the coolant is converted from the second coolant pump 420 to the first diverter valve 410, the water-cooled condenser 220, the first coolant pump 450, the coolant heater 430, the heater core 440, and the first diverter.
  • the valve 410, the electric component 460, the second coolant joint 312, the third diverter valve 330, the chiller 252, the first coolant joint 313, and the second diverter valve 320 are separated from each other.
  • the cycle which flows into the second coolant pump 420 and circulates is repeated.
  • the coolant passing through the battery 350 may be joined from the third direction switching valve 330 and flow upward, and then branched from both sides of the first coolant joint 313.
  • the coolant may not flow from the second diverter valve 320 to the second coolant joint 312 via the electric radiator 310 by the second diverter valve 320.
  • the heated cooling water may increase the temperature of the battery 350, thereby rapidly improving the initial performance of the battery 350 in winter when the outdoor air temperature is low.
  • the battery temperature rising mode may be activated when the temperature of the outside air is in the range of -20 degrees Celsius to -5 degrees Celsius.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an operating state in the mild heating mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the refrigerant circulation line 200 does not operate and the refrigerant is not circulated.
  • the cooling water of the cooling water circulation line 200 is circulated by the operation of the first cooling water pump 450 and the second cooling water pump 420.
  • the coolant may be heated only by waste heat of the electric component 460.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be adjusted in a direction connecting the heating line 301 and the cooling line 302. More specifically, the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side so that the coolant is circulated and the lower side and the right side are connected to each other so that the coolant can be circulated.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the lower side, and the coolant may be distributed and the left side may be disconnected.
  • the third direction switching valve 330 may be connected to the left side and the upper side and the right side may be blocked.
  • the coolant is converted from the second coolant pump 420 to the first diverter valve 410, the water-cooled condenser 220, the first coolant pump 450, the coolant heater 430, the heater core 440, and the first diverter.
  • the valve 410, the electric component 460, the second coolant joint 312, the third diverter valve 330, the chiller 252, the first coolant joint 313, and the second diverter valve 320 are separated from each other.
  • the cycle which flows into the second coolant pump 420 and circulates is repeated.
  • the cooling water may not flow from the third direction switching valve 312 to the battery 350, the third cooling water pump 340, and the first cooling water joint 313 by the third direction switching valve 330.
  • Cooling water may not flow from the second diverter valve 320 to the second coolant joint 312 via the electric radiator 310 by the second diverter valve 320.
  • the waste heat of the electric component 460 may be used to heat the cooling water and use it for indoor heating.
  • the mild heating mode here may be activated when the temperature of the outside air is in the range of 5 degrees Celsius to 15 degrees Celsius.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing an operating state in the dehumidification heating mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge the high temperature and high pressure refrigerant from the compressor 210. And the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with the cooling water in the water-cooled condenser 220. Subsequently, the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 is throttled while passing through the first expansion valve 225 to expand the refrigerant, and the expanded refrigerant branches through the first refrigerant bypass line 232 at the branch 241.
  • the refrigerant heat exchanger 233 Part of the refrigerant passes through the refrigerant heat exchanger 233, and then bypasses the second expansion valve 240, and then the refrigerant is blown by the blower 152 of the air conditioning device 150 while passing through the evaporator 242. Heat exchanged with the air is removed to remove the moisture in the air.
  • the refrigerant passing through the evaporator 242 is introduced into the compressor 210 after passing through the refrigerant heat exchanger 233 and passing through the accumulator 260.
  • the remainder of the refrigerant branched from the refrigerant branch 241 bypasses the third expansion valve 240, after which the refrigerant passes through the chiller 252 and then joins in the accumulator 260 to the compressor 210.
  • the refrigerant is circulated while repeating the above process. At this time, the refrigerant may not pass through the air-cooled condenser 230 by the first expansion valve 225.
  • the air-cooled condenser 230 absorbs heat during dehumidification heating, the endothermic performance of the evaporator 242 may be insufficient. If the air-cooled condenser 230 radiates heat, the heating performance may be deteriorated. In this embodiment, the refrigerant bypasses the air-cooled condenser 230 to prevent this, thereby sufficiently securing the dehumidification heating performance.
  • the cooling water of the cooling water circulation line 200 is circulated by the operation of the first cooling water pump 450 and the second cooling water pump 420.
  • the coolant may be heated only by waste heat of the electric component 460.
  • the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320 may be adjusted in a direction separating the heating line 301 and the cooling line 302. More specifically, the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the right side so that the coolant is circulated and the lower side and the left side are connected to each other so that the coolant can be circulated.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the lower side, and the coolant may be distributed and the left side may be disconnected.
  • the third direction switching valve 330 may be connected to the left side and the upper side and the right side may be blocked.
  • the cooling water of the heating line 301 passes through the first cooling water pump 450, the cooling water heater 430, the heater core 440, the first direction switching valve 410, and the water-cooled condenser 220 in order.
  • the cycle that enters and circulates into the coolant pump 450 is repeated.
  • the cooling water of the cooling line 302 separated from the heating line 301 is from the second cooling water pump 420, the first diverter valve 410, electrical components 460, the second cooling water joint 312, the third
  • the cycle which flows through the directional valve 330, the chiller 252, the first coolant joint 313, and the second directional valve 320 in turn and flows back to the second coolant pump 420 is repeated.
  • the cooling water may not flow from the third direction switching valve 312 to the battery 350, the third cooling water pump 340, and the first cooling water joint 313 by the third direction switching valve 330. Cooling water may not flow from the second diverter valve 320 to the second coolant joint 312 via the electric radiator 310 by the second diverter valve 320.
  • the coolant heater 430 may not operate, and the air dehumidified while passing through the evaporator 242 may be heated while passing through the heater core 440 to be used for indoor heating.
  • the dehumidification heating mode here can be operated when the temperature of the outside air is in the range of 5 degrees Celsius to 15 degrees Celsius.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a thermal management system according to another embodiment of the present invention
  • Figures 10 and 11 is a conceptual diagram showing the flow of cooling water in the cooling water circulation line according to the opening and closing of the shut-off valve in FIG.
  • the cooling line 302 may further include a fourth connection line 302-4 connecting the first connection line 302-1 and the second connection line 302-2.
  • the shutoff valve 360 may be installed on the fourth connection line 302-4 so that the shutoff valve 360 may be disposed in parallel with the first diverter valve 410.
  • the electric component 460 is cooled by using a flow of coolant, and when the cooling demand of the electric component 460 is large, the shutoff valve as shown in FIG. 11. Opening the 360 may cool the electric component 460 using cooler coolant.
  • the coolant temperature sensor 461 may be installed close to the front of the electric component 460 in the flow direction of the coolant, and the shutoff valve 360 according to the temperature of the coolant measured by the coolant temperature sensor 461. By controlling the opening and closing of the electronic component 460 can adjust the cooling.
  • 12 to 15 are configuration diagrams showing embodiments of the refrigerant circulation line according to the present invention.
  • the refrigerant circulation line 200 is the compressor 210, the water-cooled condenser 220, the first expansion valve 225, the air-cooled condenser 230, as described in the embodiment of the present invention described above
  • the expansion valve 251 and the chiller 252 may be included.
  • the second expansion valve 240 may be fully open, may be completely closed, and may be an electronic expansion valve 240a that may electronically adjust a flow rate for throttling the refrigerant.
  • the electronic expansion valve 240a measures the temperature and pressure of the rear side of the evaporator 242 in the refrigerant flow direction with a sensor, the valve can be controlled using this value.
  • the second expansion valve 240 disposed between the refrigerant heat exchanger 233 and the evaporator 242 in the refrigerant circulation line 200 throttles the refrigerant according to the temperature of the flowing refrigerant.
  • the flow rate may be a mechanical expansion valve 240b that is mechanically adjusted.
  • the refrigerant circulation line 200 includes a second refrigerant bypass line 234 connected in parallel with the mechanical expansion valve 240b; And a three-way switching valve 240-1 installed at a branch point of the refrigerant to the mechanical expansion valve 240b and the second refrigerant bypass line 234.
  • the mechanical expansion valve 240b is not fully open and completely closed, and only the flow rate of the throttle is mechanically adjustable.
  • the flow of the refrigerant can be controlled by the three-way switching valve 240-1, and the refrigerant flows only to the mechanical expansion valve 240 b or the second refrigerant by Refrigerant may flow only to the pass line 234 or both may not flow to both sides.
  • the refrigerant branched from the refrigerant heat exchanger 233 to the mechanical expansion valve 240b and the second refrigerant bypass line 234, and then the second opening / closing valve 240 to the mechanical expansion valve 240b. -3) may be installed, and the first opening / closing valve 240-2 may be installed in the second refrigerant bypass line 234. Therefore, there is no need for a temperature sensor and a pressure sensor behind the evaporator 242 in the refrigerant flow direction, and there is no need for logic for controlling the second expansion valve 240.
  • the second expansion valve 240 disposed between the refrigerant heat exchanger 233 and the evaporator 242 in the refrigerant circulation line 200 exchanges the refrigerant according to the temperature of the flowing refrigerant.
  • the condensation may be a mechanical expansion valve 240c with an electronic on / off valve in which the flow rate is mechanically adjusted and the electronic on / off valve is integrally formed.
  • the refrigerant circulation line 200 includes a second refrigerant bypass line 234 connected in parallel with a mechanical expansion valve 240c with an electronic on / off valve; And a first opening / closing valve 240-2 installed in the second refrigerant bypass line 234 after the refrigerant is branched.
  • the mechanical expansion valve 240c with the electronic on / off valve can mechanically adjust the flow rate being throttled, and cannot be completely opened, but can be completely closed.
  • the configuration can be simplified by using the mechanical expansion valve 240c with the electronic on / off valve integrally formed as compared with using the mechanical expansion valve and the two-way switching valve (opening and closing valve), respectively.
  • 240a electronic expansion valve
  • 240b mechanical expansion valve
  • 240-1 3-way selector valve
  • 240-2 first open / close valve
  • 300 cooling water circulation line
  • 301 heating line
  • 302 cooling line

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 압축기, 수랭식 응축기, 제1팽창밸브, 공랭식 응축기, 제2팽창밸브, 증발기, 상기 제2팽창밸브로 유입되는 냉매와 증발기에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시키는 냉매 열교환기, 및 상기 수랭식 응축기를 통과한 냉매가 상기 제1팽창밸브 및 상기 공랭식 응축기를 우회하도록 하는 제1냉매 바이패스라인을 포함하고, 냉매를 순환시켜 실내를 냉방하는 냉매 순환라인; 상기 수랭식 응축기를 통해 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 실내를 난방하는 난방라인; 및 공기 또는 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 배터리 및 전장부품을 냉각시키는 냉각라인; 을 포함하여 이루어져, 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 효율적인 열관리가 가능하고, 냉방 및 냉각 성능이 향상되며 전력 소모량을 감소시켜 배터리의 사용 시간을 증가시킬 수 있는 열관리 시스템에 관한 것이다.

Description

열관리 시스템
본 발명은 열관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 열을 관리하는 시스템에 관한 것이다.
최근 자동차 분야에서 환경 친화적 기술의 구현 및 에너지 고갈 등의 문제 해결책으로서 각광받고 있는 것이 전기 자동차이다.
전기 자동차는 배터리 또는 연료전지로부터 전력을 공급받아 구동되는 모터를 이용해 주행하기 때문에 탄소 배출이 적고 소음이 작다. 또한, 전기 자동차는 기존의 엔진보다 에너지 효율이 우수한 모터를 사용하기 때문에 친환경적이다.
그런데 전기 자동차는 배터리 및 구동 모터의 작동 시 많은 열이 발생하기 때문에 열관리가 중요하다. 그리고 배터리를 재충전하는데 시간이 오래 소요되므로 효율적인 배터리 사용 시간의 관리가 중요하다. 특히, 전기 자동차는 실내 공조를 위해 구동되는 냉매 압축기도 전기로 구동되는바 더욱 배터리의 사용 시간 관리가 중요하다. 또한, 구동 모터 및 인버터에서는 배터리나 충전기 등 다른 전장부품에 비해 상대적으로 많은 열이 발생하므로, 구동 모터를 적정한 온도로 냉각시켜야 하며 이를 위해 구동 모터의 냉각을 위한 열교환기의 냉각 성능을 높여야 할 필요성이 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 2018-0007021 A (2018.01.22)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 효율적인 열관리가 가능한 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 냉방 및 냉각 성능이 향상되며 전력 소모량을 감소시켜 배터리의 사용 시간을 증가시킬 수 있는 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열관리 시스템은 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브(225), 공랭식 응축기(230), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 상기 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시키는 냉매 열교환기(233), 및 상기 수랭식 응축기(220)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창밸브(252) 및 상기 공랭식 응축기(230)를 우회하도록 하는 제1냉매 바이패스라인(232)을 포함하고, 냉매를 순환시켜 실내를 냉방하는 냉매 순환라인(200); 상기 수랭식 응축기(220)를 통해 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 실내를 난방하는 난방라인(301); 및 공기 또는 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 배터리(350) 및 전장부품(460)을 냉각시키는 냉각라인(302); 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1냉매 바이패스라인(232)은 냉방 모드 시 미사용되고, 난방 모드 시 상기 냉매를 유동할 수 있다.
또한, 상기 제1냉매 바이패스라인(232)은 냉방 모드 시 미사용되고, 제습 난방 모드 시 상기 냉매를 유동할 수 있다.
또한, 상기 냉매 열교환기(233)는 냉방 모드 시 상기 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 상기 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시키고, 난방 모드 시 상기 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 상기 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 열교환시키지 않을 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 냉매 바이패스라인(232)의 후단 사이에 설치된 체크밸브(231)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각라인(302)은, 상기 냉각라인(302)의 일측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제1연결라인(302-1); 및 상기 냉각라인(302)의 타측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제2연결라인(302-2);을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1연결라인(302-1), 제2연결라인(302-2) 및 난방라인(301)은 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 상기 제1방향전환밸브(410)에 의해 냉각라인(302)과 난방라인(301)이 서로 연결되거나 연결이 차단될 수 있다.
또한, 상기 전장부품(460)은 상기 제2연결라인(302-2) 상에 배치될 수 있다.
또한, 상기 냉각라인(302)은, 상기 제1연결라인(302-1)과 제2연결라인(302-2)을 연결하는 제4연결라인(302-4), 및 상기 제4연결라인(302-4) 상에 설치되어 제1방향전환밸브(410)와 병렬로 배치된 셧오프 밸브(360)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉각라인(302)은, 냉각수의 유동방향으로 전장부품(460)의 전방에 설치된 냉각수온 센서(461)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 수랭식 응축기(220)에서 토출된 냉매를 교축하거나 바이패스시키거나 흐름을 차단하는 제3팽창밸브(251) 및 상기 제3팽창밸브(251)에서 토출된 냉매를 상기 냉각라인(302)의 냉각수와 열교환하는 칠러(252)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 열교환기(233)는 상기 공랭식 응축기(230) 및 상기 칠러(252)와 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 냉각라인(302)은, 상기 배터리(350)와 병렬로 연결되며 칠러(252)를 통과하는 제3연결라인(302-3)을 포함하고, 상기 제3연결라인(302-3)은 제3방향전환밸브(330)에 의해 냉각라인(302)에 연결되어, 상기 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3연결라인(302-3)에 냉각수가 흐르거나 흐름이 차단될 수 있다.
또한, 상기 냉각라인(302)은, 냉각수를 공기로 냉각시키기 위한 전장용 라디에이터(310)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 난방라인(301)은, 상기 수랭식 응축기(220)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수와 실내로 유입되는 공기를 열교환하여 가열된 공기를 이용해 실내를 난방하는 히터 코어(440), 및 냉각수의 유동 방향으로 상기 히터 코어(440)의 전방에 배치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(430)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 난방라인(301)은 상기 수랭식 응축기(220)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수와 실내로 유입되는 공기를 열교환하여 가열된 공기를 이용해 실내를 난방하는 히터 코어(440)를 포함하며, 상기 난방라인(301)과는 별도로 구성되며 상기 실내로 유입되는 공기를 직접 가열하여 실내를 난방하는 공기 가열식 히터(470)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 제2팽창밸브(240)가 배치되고, 상기 제2팽창밸브(240)는 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축하는 유량이 기계식으로 조절되는 기계식 팽창밸브(240b)이며, 상기 기계식 팽창밸브(240b)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 및 상기 기계식 팽창밸브(240b)측과 제2냉매 바이패스라인(234)으로 냉매가 분기되는 지점에 설치된 3방향 전환밸브(240-1);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 제2팽창밸브(240)가 배치되고, 상기 제2팽창밸브(240)는 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축하는 유량이 기계식으로 조절되는 기계식 팽창밸브(240b)이며, 상기 기계식 팽창밸브(240b)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 냉매가 분기된 후 상기 제2냉매 바이패스라인(234)에 설치된 제1개폐 밸브(240-2); 및 냉매가 분기된 후 상기 기계식 팽창밸브(240b)측에 설치된 제2개폐 밸브(240-3);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 제2팽창밸브(240)가 배치되고, 상기 제2팽창밸브(240)는 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축하는 유량이 기계식으로 조절되며 전자식 개폐밸브가 일체로 형성된 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)이며, 상기 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 및 냉매가 분기된 후 상기 제2냉매 바이패스라인(234)에 설치된 제1개폐 밸브(240-2);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 열관리 시스템은 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 효율적인 열관리가 가능한 장점이 있다.
또한, 냉방 및 냉각 성능이 향상되며 전력 소모량을 감소시켜 배터리의 사용 시간을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 전용 냉각 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 승온 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 10 및 도 11은 도 9에서 셧오프 밸브의 개폐에 따른 냉각수 순환라인에서 냉각수의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 냉매 순환라인의 실시예들을 나타낸 구성도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은 크게 냉매가 순환되어 실내를 냉방하는 냉매 순환라인(200) 및 냉각수가 순환되어 실내를 난방하고 부품들을 냉각하는 냉각수 순환라인(300)으로 구성될 수 있다. 그리고 냉각수 순환라인(300)은 실내 난방을 위한 난방라인(301)과, 전장부품(460) 및 배터리(350)의 냉각을 위한 냉각라인(302)로 구성될 수 있다.
냉매 순환라인(200)은 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브(225), 공랭식 응축기(230), 체크밸브(231), 제1냉매 바이패스라인(232), 냉매 분기부(241), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 냉매 열교환기(233), 어큐뮬레이터(260), 제3팽창밸브(251) 및 칠러(252)를 포함할 수 있다.
압축기(210)는 전력을 공급받아 구동되는 전동 압축기일 수 있으며, 냉매를 흡입 및 압축하여 수랭식 응축기(220)쪽으로 토출하는 역할을 한다.
수랭식 응축기(220)는 압축기(210)에서 토출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상 냉매로 응축하여 제1팽창밸브(225)쪽으로 보내는 역할을 한다.
제1팽창밸브(225)는 냉매를 교축하거나 바이패스시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 냉매의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 후방에 배치될 수 있다.
공랭식 응축기(230)는 응축기 또는 증발기 역할을 하며, 제1팽창밸브(225)의 역할에 따라 공랭식 응축기(230)의 기능이 가변될 수 있다. 즉, 냉매 순환라인(200)이 에어컨 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브(225)는 완전 개방되어 냉매를 통과시키고 공랭식 응축기(230)는 수랭식 응축기(220)와 함께 응축기의 역할을 하며, 냉매 순환라인(200)이 히트펌프 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브(225)에서는 냉매를 교축하며 공랭식 응축기(230)는 증발기 역할을 한다. 그리고 공랭식 응축기(230)는 외부 공기에 의해 공랭식으로 냉각 또는 가열될 수 있다.
체크밸브(231)는 냉매가 역류하지 않도록 하는 역할을 하며, 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방에 설치되어 공랭식 응축기(230)의 배출측으로 냉매가 유입되지 않도록 할 수 있다.
제1냉매 바이패스라인(232)은 공랭식 응축기(230)와 병렬로 연결되며, 제1냉매 바이패스라인(232)은 일단이 제1팽창밸브(225)에 연결되고 타단은 냉매 유동방향으로 체크밸브(231)의 후방에 연결되어, 수랭식 응축기(220)에서 배출된 냉매가 공랭식 응축기(230) 또는 제1냉매 바이패스라인(232)을 선택적으로 통과될 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 제1냉매 바이패스라인(232)은 수랭식 응축기(220)를 통과한 냉매가 제1팽창밸브(225) 및 공랭식 응축기(230)를 우회하도록 할 수 있다. 여기에서 냉매는 제1팽창밸브(225)의 작동에 의해 공랭식 응축기(230)쪽으로만 냉매가 유동되고 제1냉매 바이패스라인(232)으로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 이때 공랭식 응축기(230)쪽으로 유동되는 냉매는 제1팽창밸브(225)에 의해 교축되거나, 교축되지 않고 제1팽창밸브(225)를 통과할 수 있다. 또는 냉매는 제1팽창밸브(225)의 작동에 의해 공랭식 응축기(230)쪽으로는 냉매가 흐르지 않고 제1냉매 바이패스라인(232)으로만 냉매가 유동될 수 있으며, 이때, 제1냉매 바이패스라인(232)쪽으로 유동되는 냉매는 제1팽창밸브(225)에서 바이패스된 냉매가 유동될 수 있다.
냉매 분기부(241)는 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 제1냉매 바이패스라인(232)이 만나는 지점의 후방측에 형성될 수 있으며, 냉매 분기부(241)에서 2개의 라인으로 분기되어 하나의 라인은 증발기(242)와 연결되고 다른 하나의 라인은 칠러(252)와 연결되도록 구성될 수 있다.
제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 냉매를 교축하거나 통과시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있다. 그리고 제2팽창밸브(240) 및 제3팽창밸브(251)는 병렬로 구성될 수 있다. 즉, 냉배 분기부(241)에서 두 개의 라인으로 냉매라인이 분기되며, 분기된 두 개의 냉매라인 중 하나의 냉매라인에 제2팽창밸브(240)가 배치되고 다른 하나의 냉매라인에 제3팽창밸브(251)가 배치될 수 있다. 이때, 제2팽창밸브(240)는 증발기(242)의 전방에 배치되고, 제3팽창밸브(251)는 칠러(252)의 전방에 배치될 수 있다.
증발기(242)는 냉매의 유동 방향으로 제2팽창밸브(240)의 후방에 배치되며, 차량의 공조장치(150) 내부에 구비되어 공조장치의 송풍기(152)에 의해 유동되는 공기가 증발기(242)를 거치며 냉각되어 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다.
냉매 열교환기(233)는 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시켜 냉방 성능을 향상시키는 역할을 한다. 여기에서 냉매 열교환기(233)는 냉매 분기부(241)와 제2팽창밸브(240)를 연결하는 증발기(242)로 냉매가 유입되는 유입측 냉매라인이 통과하고, 증발기(242)와 어큐뮬레이터(260)를 연결하는 증발기(242)에서 냉매가 배출되는 배출측 냉매라인이 통과하며, 유입측 냉매라인과 배출측 냉매라인을 통과하는 냉매들 간 열교환이 일어날 수 있다. 그리하여 냉매 열교환기(233)에 의해 제2팽창밸브(240)로 유입되기 전에 냉매는 더욱 냉각될 수 있으며, 증발기(242)를 통한 냉방 성능이 향상됨과 동시에 냉방 시스템의 효율이 향상될 수 있다.
특히, 냉매 열교환기(233)는 공랭식 응축기(230) 및 칠러(252)와 병렬로 연결된다. 즉, 냉매 열교환기(233)는 공랭식 응축기(230)와 칠러(252) 사이 냉매 라인에 직렬 배치되는 것이 아닌, 증발기(242)와 인접하게 배치된다. 만약, 냉매 열교환기(233)가 공랭식 응축기(230)와 칠러(252) 사이에 직렬로 배치될 경우, 난방 모드 시 저압측 압력 강하로 작용하여 난방 성능이 감소될 수 있다. 반대로, 냉매 열교환기(233)가 병렬로 연결될 경우 냉방 성능은 물론 난방 성능도 증가되는데, 이는 난방 모드의 냉매 흐름 상 응축기(220, 230)와 칠러(252) 사이에 냉매 열교환기(233)가 없기 때문이다.
칠러(252)는 냉매의 유동 방향으로 제3팽창밸브(251)의 후방에 배치되며, 냉각수와 열교환되어 냉각수가 냉각될 수 있다. 그리하여 제2팽창밸브(240)와 증발기(242)가 한 조를 이루고 제3팽창밸브(251)와 칠러(252)가 다른 한 조를 이루어, 두 조가 냉매라인 상에서 병렬로 구성된다. 또한, 냉매 유동 방향으로 증발기(242)와 칠러(252)의 후방쪽은 냉매라인이 합류되어 하나의 냉매라인으로 형성될 수 있다.
그리고 어큐뮬레이터(260)는 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(210)로 공급할 수 있다. 여기에서 증발기(242)의 후방측과 칠러(252)의 후방측 냉매라인이 합류된 지점에 어큐뮬레이터(260)가 배치되어 연결되며, 어큐뮬레이터(260)는 냉매 유동 방향으로 압축기(210)의 전방에 배치될 수 있다.
난방라인(301)은 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440) 및 제1방향전환밸브(410)를 포함할 수 있다.
수랭식 응축기(220)는 상기한 바와 같이 냉매 및 냉각수가 통과하면서 서로 열교환될 수 있다.
제1냉각수 펌프(450)는 난방라인(301)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이며, 제1냉각수 펌프(450)는 냉각수의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 후방에 배치되어 냉각수라인 상에 설치될 수 있다.
냉각수 히터(430)는 냉각수를 가열하는 장치이며, 냉각수의 유동 방향으로 제1냉각수 펌프(450)의 후방 및 히터코어(440)의 전방에 배치되어 연결될 수 있다. 그리고 냉각수 히터(430)는 냉각수의 온도가 특정한 온도 이하일 경우 가동될 수 있으며, 전력을 이용해 발열할 수 있는 인덕션 히터, 씨즈 히터, 피티씨 히터, 필름 히터 등 다양하게 형성될 수 있다.
히터코어(440)는 차량의 공조장치(150) 내에 배치될 수 있으며, 송풍기(152)에 의해 유동되는 공기가 히터코어(440)를 거치며 승온되어 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 난방에 이용될 수 있다. 그리고 히터코어(440)는 냉각수의 유동 방향으로 냉각수 히터(430)의 후방에 배치되어 연결될 수 있다.
제1방향전환밸브(410)는 히터코어(440)와 수랭식 응축기(220)의 사이에 설치될 수 있으며, 난방라인(301)과 이후에 설명할 냉각라인(302)을 선택적으로 연결하거나 연결을 차단하도록 구성될 수 있다. 보다 상세하게 제1방향전환밸브(410)는 난방라인(301) 상에 설치되어 2개의 냉각수라인 배관이 제1방향전환밸브(410)에 연결되고, 냉각라인(302)의 일측에서 분기된 1개의 제1연결라인(302-1)이 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 냉각라인(302)의 타측에서 분기된 1개의 제2연결라인(302-2)이 제1방향전환밸브(410)에 연결될 수 있다. 즉, 제1방향전환밸브(410)에서는 4개의 냉각수 라인이 만나도록 연결되며, 제1방향전환밸브(410)는 4개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 4방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
냉각라인(302)은 전장용 라디에이터(310), 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제1냉각수 조인트(313), 제2냉각수 조인트(312), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 칠러(252) 및 제3방향전환밸브(330)를 포함할 수 있다.
전장용 라디에이터(310)는 전장부품(460) 또는 배터리(350)와 열교환된 냉각수를 냉각시키는 라디에이터이며, 전장용 라디에이터(310)는 냉각팬(311)에 의해 공랭식으로 냉각될 수 있다.
리저버 탱크(370)는 냉각수를 저장 및 냉각수라인 상에 부족한 냉각수를 보충하는 역할을 할 수 있으며, 리저버 탱크(370)는 냉각수의 유동방향으로 제2냉각수 펌프(420)와 제3냉각수 펌프(340) 전방의 냉각수라인 상에 설치될 수 있다.
제2방향전환밸브(320)는 냉각라인(302) 상에 설치되어 2개의 냉각수 배관이 제2방향전환밸브(320)에 연결되고, 난방라인(301)과 냉각라인(302)이 연결되도록 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320)가 제1연결라인(302-1)으로 연결될 수 있다. 즉, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결되며, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
제2냉각수 펌프(420)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제2냉각수 펌프(420)는 제1방향전환밸브(410)와 제2방향전환밸브(320) 사이의 제1연결라인(302-1) 상에 설치되어, 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 제2방향전환밸브(320)에서 제1방향전환밸브(410)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다.
제1방향전환밸브(410)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다.
전장부품(460)은 제1방향전환밸브(410)와 제2냉각수 조인트(312)를 연결하는 제2연결라인(302-2) 상에 배치되어, 냉각수에 의해 전장부품(460)이 냉각될 수 있다. 그리고 전장부품(460)은 구동 모터, 인버터, 충전기(OBC; On Board Charger) 등이 될 수 있다.
제3냉각수 펌프(340)는 냉각라인(302)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제3냉각수 펌프(340)는 제1냉각수 조인트(313)와 배터리(350) 사이의 냉각수라인에 설치되어, 제3냉각수 펌프(340)에서 배터리(350)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다.
배터리(350)는 차량의 동력원이며, 차량 내 각종 전장부품(460)의 구동원이 될 수 있다. 또는 배터리(350)는 연료전지와 연결되어 전기를 저장하는 역할을 하거나, 외부에서 공급되는 전기를 저장하는 역할을 할 수 있다. 그리고 배터리(350)는 제3냉각수 펌프(340)와 제3방향전환밸브(330) 사이의 냉각수라인 상에 배치될 수 있다. 그리하여 유동되는 냉각수와 열교환되어 배터리(350)가 냉각되거나 가열될 수 있다.
제1냉각수 조인트(313)는 냉각수의 유동방향으로 제2방향전환밸브(320)의 후방의 냉각수라인에 설치되며, 제1냉각수 조인트(313)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제1냉각수 조인트(313)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 하측에는 제3연결라인(302-3)이 연결될 수 있다. 여기에서 제3연결라인(302-3)은 칠러(252)를 통과하도록 연결될 수 있다.
제2냉각수 조인트(312)는 제2연결라인(302-2)의 후단이 냉각라인(302)과 만나는 지점에 설치될 수 있으며, 제2냉각수 조인트(312)에서 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제2냉각수 조인트(312)는 냉각라인(302) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 상측에는 제2연결라인(302-2)이 연결될 수 있다.
칠러(252)는 상기한 난방라인(301)에서 설명한 바와 같다.
제3방향전환밸브(330)는 배터리(350)와 제2냉각수 조인트(312) 사이의 냉각수라인 상에 설치되며, 2개의 냉각수 배관이 제3방향전환밸브(330)에 연결되고, 제3방향전환밸브(330)의 상측에 제3연결라인(302-3)이 연결되어 배터리(350)와 제3연결라인(302-3)이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 제2방향전환밸브(320)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
그리고 공조장치(150)는 공기를 송풍시킬 수 있도록 일측에 송풍기(152)가 설치되어 있으며, 공조장치(150)의 내부에는 온도조절도어(151)가 설치될 수 있다. 또한, 공조장치 내에 배치된 증발기(242) 및 히터코어(440)는 온도조절도어(151)의 작동에 따라 송풍기(152)에서 토출된 공기가 증발기(242)만을 거친 후 실내로 유입되도록 하거나, 증발기(242)를 거친 후 히터코어(440)를 통과하여 실내로 유입될 수 있도록 배치 및 구성될 수 있다.
이하 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 작동 모드에 따른 동작에 대해 설명한다.
1. 최대 냉방 모드 시
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 공랭식 응축기(230) 측으로 완전히 개방된 상태의 제1팽창밸브(225)를 통과하여 공랭식 응축기(230)로 유입되며, 냉매는 공랭식 응축기(230)에서 외부 공기와 열교환되어 냉각된다. 즉, 수랭식 응축기(220) 및 공랭식 응축기(230)가 모두 응축기의 역할을 하여 냉매를 응축시킨다. 응축된 냉매는 이후 냉매 분기부(241)에서 분기되어 냉매의 일부는 냉매 열교환기(233)를 통과한 후 제2팽창밸브(240)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 증발기(242)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 냉매가 증발되면서 공기가 냉각되어, 냉각된 공기를 차량의 실내로 공급하여 실내 냉방이 이루어진다. 그리고 증발기(242)에서 증발된 냉매는 냉매 열교환기(233)를 거치며 제2팽창밸브(240)로 유입되기 전의 냉매와 열교환된 후 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 또한, 냉매 분기부(241)에서 분기된 냉매의 나머지는 제3팽창밸브(240)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 칠러(252)를 거치면서 냉각수와 열교환되어 냉매가 증발되면서 냉각수가 냉각될 수 있다. 그리고 칠러(252)에서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 제1팽창밸브(225)에 의해 제1냉매 바이패스라인(232)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 이와 같이 증발기(242)를 통과한 냉매와 칠러(252)를 통과한 냉매가 어큐뮬레이터(260)에서 합류되어 압축기(210)로 유입된 후, 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수에 의해 수랭식 응축기(220)를 통과하는 냉매, 전장부품(460) 및 배터리(350)가 냉각될 수 있으며, 가열된 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서 냉각팬(311)의 작동에 의해 외부 공기와 열교환되어 냉각될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 좌측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 우측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 상측과 우측이 서로 연결되어 있고 좌측은 차단되어 있을 수 있다.
그리하여 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서부터 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않으며, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(330)에서부터 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 또한, 냉각수는 칠러(252)에서부터 제1냉각수 조인트(313), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 제3방향전환밸브(330)를 차례대로 거쳐 다시 칠러(252)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 즉, 제2방향전환밸브(320) 및 제3방향전환밸브(330)에 의해 배터리(350)와 칠러(252)는 냉각수가 순환되는 별개의 폐루프로 냉각라인이 형성되어 배터리(350)가 별도로 냉각될 수 있다.
여기에서 최대 냉방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 30도 내지 45도 범위일 경우에 작동될 수 있으며, 이때 압축기(210)는 최대 회전수로 회전될 수 있다. 그리고 배터리(350)의 냉각이 불필요할 경우에는 제3팽창밸브(251)가 차단되어 칠러(252)쪽으로 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 이때 제3냉각수 펌프(340)는 작동되지 않을 수 있다.
2. 마일드(Mild) 냉방 모드 시
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 3을 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 공랭식 응축기(230) 측으로 완전히 개방된 상태의 제1팽창밸브(225)를 통과하여 공랭식 응축기(230)로 유입되며, 냉매는 공랭식 응축기(230)에서 외부 공기와 열교환되어 냉각된다. 즉, 수랭식 응축기(220) 및 공랭식 응축기(230)가 모두 응축기의 역할을 하여 냉매를 응축시킨다. 응축된 냉매는 이후 냉매 분기부(241)를 지나 냉매 열교환기(233)를 통과한 후 제2팽창밸브(240)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 증발기(242)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 냉매가 증발되면서 공기가 냉각되어, 냉각된 공기를 차량의 실내로 공급하여 실내 냉방이 이루어진다. 그리고 증발기(242)에서 증발된 냉매는 냉매 열교환기(233)를 거치며 제2팽창밸브(240)로 유입되기 전의 냉매와 열교환된 후 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 제1팽창밸브(225)에 의해 제1냉매 바이패스라인(232)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 제3팽창밸브(251)는 차단되어 칠러(252)로 냉매가 흐르지 않을 수 있다.
그리하여 냉매는 증발기(242)를 통과한 냉매가 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 압축기(210)로 유입된 후, 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수에 의해 수랭식 응축기(220)를 통과하는 냉매, 전장부품(460) 및 배터리(350)가 냉각될 수 있으며, 가열된 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서 냉각팬(311)의 작동에 의해 외부 공기와 열교환되어 냉각될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 셋방향인 좌측, 하측 및 우측이 모두 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 우측이 서로 연결되어 있고 상측은 차단되어 있을 수 있다.
그리하여 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서부터 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 냉각수 중 일부는 우측으로 유동되어 제1냉각수 조인트(313), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 제3방향전환밸브(330), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 전장부품(460)을 통과한 냉각수와 배터리(350)를 통과한 냉각수는 제2냉각수 조인트(312)에서 합류되어 전장용 라디에이터(310)로 유입될 수 있다.
여기에서 마일드 냉방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 15도 내지 25도 범위일 경우에 작동될 수 있으며, 이때 배터리는 전장용 라디에이터에 의해 냉각될 수 있어, 냉매가 칠러쪽을 순환하지 않도록 할 수 있으므로 압축기의 구동에 소모되는 동력을 저감할 수 있는 장점이 있다.
3. 배터리 전용 냉각 모드 시
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 전용 냉각 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 공랭식 응축기(230) 측으로 완전히 개방된 상태의 제1팽창밸브(225)를 통과하여 공랭식 응축기(230)로 유입되며, 냉매는 공랭식 응축기(230)에서 외부 공기와 열교환되어 냉각된다. 즉, 수랭식 응축기(220) 및 공랭식 응축기(230)가 모두 응축기의 역할을 하여 냉매를 응축시킨다. 응축된 냉매는 이후 냉매 분기부(241)를 지나 냉매 열교환기(233)를 통과한 후 제3팽창밸브(251)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 칠러(252)를 거치면서 냉각수와 열교환되어 냉매가 증발되면서 냉각수가 냉각되며, 냉각된 냉각수를 이용해 배터리(350)의 냉각이 이루어진다. 그리고 칠러(252)를 거치며 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 제1팽창밸브(225)에 의해 제1냉매 바이패스라인(232)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 제2팽창밸브(240)는 차단되어 증발기(242)로 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수에 의해 수랭식 응축기(220)를 통과하는 냉매, 전장부품(460) 및 배터리(350)가 냉각될 수 있으며, 가열된 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서 냉각팬(311)의 작동에 의해 외부 공기와 열교환되어 냉각될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 좌측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 우측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 상측과 우측이 서로 연결되어 있고 좌측은 차단되어 있을 수 있다.
그리하여 냉각수는 전장용 라디에이터(310)에서부터 리저버 탱크(370), 제2방향전환밸브(320), 제2냉각수 펌프(420), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(310)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않으며, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(330)에서부터 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 또한, 냉각수는 칠러(252)에서부터 제1냉각수 조인트(313), 제3냉각수 펌프(340), 배터리(350), 제3방향전환밸브(330)를 차례대로 거쳐 다시 칠러(252)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 즉, 제2방향전환밸브(320) 및 제3방향전환밸브(330)에 의해 배터리(350)와 칠러(252)는 냉각수가 순환되는 별개의 폐루프로 냉각라인이 형성되어 배터리(350)가 별도로 냉각될 수 있다.
여기에서 배터리 전용 냉각 모드는 실내의 냉방을 하지 않으면서 배터리의 급속 충전이 필요한 경우 작동될 수 있다. 이때 압축기(210)는 최대 회전수로 회전될 수 있다.
4. 최대 난방 모드 시
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 5를 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 제1팽창밸브(225)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 공랭식 응축기(230)를 거치면서 외부 공기와 열교환되어 냉매가 증발되면서 외부 공기의 열을 흡수한다. 이후 냉매는 냉매 분기부(241)를 지나 완전 개방된 상태의 제3팽창밸브(251)를 통과하여 칠러(252)로 유입되며, 칠러(252)에서는 냉매와 냉각수가 열교환되어 냉매가 가열될 수 있다. 그 다음 칠러(252)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 제1팽창밸브(225)에 의해 제1냉매 바이패스라인(232)에는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 제2팽창밸브(240)는 차단되어 증발기(242)로 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다.
다른 예로서, 제1팽창밸브(225)는 냉매를 공랭식 응축기(230)가 아닌 제1냉매 바이패스라인(232)으로 우회시킬 수도 있다. 겨울철 난방 모드 시, 실외에 배치되어 흡열하는 공랭식 응축기(230)는 낮은 실외 온도에 따라 적상(Icing)이 발생할 수 있는데, 이를 방지하고자 냉매를 제1냉매 바이패스라인(232)으로 우회시키며, 냉매는 경우에 따라 제습 시 제2팽창밸브(240) 또는 냉각수 폐열 회수 시 제3팽창밸브(251)에서 팽창된다. 또한, 겨울철 난방 모드 시 배터리, 전장부품의 폐열 회수가 많을 경우 냉매 유동방향으로 압축기의 전방, 즉 저압측 압력이 상승하면서 공랭식 응축기(230)에서 방열이 일어날 수 있다. 공랭식 응축기(230)에서 방열이 일어날 경우 난방 성능에 손실이 발생하며, 이를 방지하기 위해 냉매를 우회시킨다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 수랭식 응축기(220)를 통과하면서 가열되고, 냉각수 히터(430)에 의해 가열되며, 전장부품(460)의 폐열로 가열될 수 있으며, 칠러(252)를 통과하면서 냉각될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 분리하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 상측과 좌측이 서로 연결되고 우측은 차단될 수 있다.
그리하여 난방라인(301)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220)를 차례대로 거쳐 다시 제1냉각수 펌프(450)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 그리고 난방라인(301)과 분리된 냉각라인(302)의 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있으며, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(330)에서부터 배터리(350) 및 제3냉각수 펌프(340)를 거쳐 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 그리고 냉각수는 히터코어(440)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 공기가 가열되며, 가열된 공기를 차량의 실내로 공급하여 실내 난방이 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 열관리 시스템은 난방라인(301)과는 별도로 구성되며 실내로 유입되는 공기를 직접 가열하여 실내를 난방하는 공기 가열식 히터(470)를 더 포함할 수 있다. 즉, 히터코어(440)에 근접하여 공기 가열식 히터(470)가 구비될 수 있으며, 공기 가열식 히터(470)는 일례로 전기로 작동되는 피티씨 히터로 형성되어 빠르게 공기를 가열할 수 있다. 그리하여 실내 난방의 속효성을 증대시킬 수 있다. 이때, 냉각수 히터(430)에 의해 미리 가열된 냉각수가 히터 코어(440)로 유입되므로, 공기 가열식 히터(470)는 상대적으로 발열 용량이 작은 저전압 피티씨 히터를 사용할 수 있으며, 이에 따라 고전압 피티씨 히터 대비 저렴한 가격으로 구성할 수 있다. 또는, 도시되지는 않았으나 히터코어(440)에 근접하여 공기 가열식 히터(470)가 구비되는 경우, 냉각수 히터(430)는 난방라인(301)이 아닌 배터리(350)에 근접한 냉각라인(302)에 설치될 수 있다. 그리하여 난방을 위해 공기 가열식 히터를 사용하고 배터리의 승온을 위해 냉각수 히터를 분리 적용하여 효율이 증대되며 배터리의 별도 제어가 가능할 수 있다.
여기에서 최대 난방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 ??20도 내지 ??5도 범위일 경우에 작동될 수 있으며, 제3방향전환밸브(330) 및 제3냉각수 펌프(340)를 제어하여 배터리(350)를 냉각시킬 수도 있다.
5. 배터리 승온 모드 시
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 승온 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 6을 참조하면, 냉매 순환라인(200)은 작동하지 않아 냉매가 순환되지 않는다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 제2냉각수 펌프(420) 및 제3냉각수 펌프(340)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 냉각수 히터(430) 및 전장부품(460)의 폐열로 가열될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 상측과 우측이 모두 연결될 수 있다.
그리하여 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 배터리(350)를 통과하는 냉각수는 제3방향전환밸브(330)에서 합류되어 상측으로 유동된 후 제1냉각수 조인트(313)에서 양쪽으로 분기될 수 있다. 여기에서 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 가열된 냉각수가 배터리(350)를 승온시켜 외기 온도가 낮은 동절기에 배터리(350)의 초기 성능을 빠르게 향상시킬 수 있다.
여기에서 배터리 승온 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 ??20도 내지 ??5도 범위일 경우에 작동될 수 있다.
6. 마일드(Mild) 난방 모드 시
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 7을 참조하면, 냉매 순환라인(200)은 작동하지 않아 냉매가 순환되지 않는다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 전장부품(460)의 폐열만으로 가열될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 상측이 서로 연결되고 우측은 차단될 수 있다.
그리하여 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220), 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(312)에서부터 배터리(350), 제3냉각수 펌프(340), 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 그리하여 난방 수요가 적을 때 전장부품(460)의 폐열만을 이용해 냉각수를 가열하여 실내 난방에 활용할 수 있다.
여기에서 마일드 난방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 5도 내지 15도 범위일 경우에 작동될 수 있다.
7. 제습 난방 모드 시
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 8을 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서는 압축기(210)가 작동하여 압축기(210)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(210)에서 토출된 냉매는 수랭식 응축기(220)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(220)에서 냉각된 냉매는 제1팽창밸브(225)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 제1냉매 바이패스라인(232)을 지나 분기부(241)에서 분기되어 냉매의 일부는 냉매 열교환기(233)를 통과한 후 제2팽창밸브(240)를 바이패스하고, 이후 냉매는 증발기(242)를 거치면서 공조장치(150)의 송풍기(152)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되면서 공기 중의 수분이 제거된다. 그리고 증발기(242)를 통과한 냉매는 냉매 열교환기(233)를 지나 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 또한, 냉매 분기부(241)에서 분기된 냉매의 나머지는 제3팽창밸브(240)를 바이패스하고, 이후 냉매는 칠러(252)를 통과한 다음 어큐뮬레이터(260)에서 합류되어 압축기(210)로 유입된 후, 상기한 바와 같은 과정을 반복하면서 냉매가 순환된다. 이때, 제1팽창밸브(225)에 의해 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다.
이와 같이, 제습 난방 시 공랭식 응축기(230)가 흡열을 하면 증발기(242)에서의 흡열 성능이 부족할 수 있고, 공랭식 응축기(230)가 방열을 하면 난방 성능이 저하될 수 있다. 본 실시예에서는 이를 방지하고자 냉매가 공랭식 응축기(230)를 바이패스함으로써, 제습 난방 성능을 충분히 확보한다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450) 및 제2냉각수 펌프(420)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 전장부품(460)의 폐열만으로 가열될 수 있다. 이때, 제1방향전환밸브(410) 및 제2방향전환밸브(320)는 난방라인(301)과 냉각라인(302)을 분리하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1방향전환밸브(410)는 상측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2방향전환밸브(320)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3방향전환밸브(330)는 좌측과 상측이 서로 연결되고 우측은 차단될 수 있다.
그리하여 난방라인(301)의 냉각수는 제1냉각수 펌프(450), 냉각수 히터(430), 히터코어(440), 제1방향전환밸브(410), 수랭식 응축기(220)를 차례대로 거쳐 다시 제1냉각수 펌프(450)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 그리고 난방라인(301)과 분리된 냉각라인(302)의 냉각수는 제2냉각수 펌프(420)에서부터 제1방향전환밸브(410), 전장부품(460), 제2냉각수 조인트(312), 제3방향전환밸브(330), 칠러(252), 제1냉각수 조인트(313), 제2방향전환밸브(320)를 차례대로 거쳐 다시 제2냉각수 펌프(420)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다. 이때, 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3방향전환밸브(312)에서부터 배터리(350), 제3냉각수 펌프(340), 제1냉각수 조인트(313)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있으며, 제2방향전환밸브(320)에 의해 제2방향전환밸브(320)에서부터 전장용 라디에이터(310)를 거쳐 제2냉각수 조인트(312)까지에는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다. 여기에서 냉각수 히터(430)는 작동되지 않을 수 있으며, 증발기(242)를 통과하면서 제습된 공기는 히터코어(440)를 통과하면서 가열되어 실내 난방에 이용될 수 있다.
여기에서 제습 난방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 5도 내지 15도 범위일 경우에 작동될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 10 및 도 11은 도 9에서 셧오프 밸브의 개폐에 따른 냉각수 순환라인에서 냉각수의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 9를 참조하면, 냉각라인(302)은 제1연결라인(302-1)과 제2연결라인(302-2)을 연결하는 제4연결라인(302-4)이 더 형성될 수 있으며, 제4연결라인(302-4) 상에는 셧오프 밸브(360)가 설치되어 셧오프 밸브(360)가 제1방향전환밸브(410)와 병렬로 배치될 수 있다.
그리하여 평상시에는 도 10과 같이 셧오프 밸브(360)를 차단한 상태에서 냉각수의 흐름을 이용해 전장부품(460)을 냉각시키고, 전장부품(460)의 냉각 수요가 클 때에는 도 11과 같이 셧오프 밸브(360)를 열어서 보다 차가운 냉각수를 이용해 전장부품(460)을 냉각시킬 수 있다.
또한, 냉각수의 유동방향으로 전장부품(460)의 전방에 근접하여 냉각수온 센서(461)가 설치될 수 있으며, 냉각수온 센서(461)를 통해 측정되는 냉각수의 온도에 따라 셧오프 밸브(360)의 개폐를 제어하여 전장부품(460)의 냉각을 조절할 수 있다.
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 냉매 순환라인의 실시예들을 나타낸 구성도이다.
도 12를 참조하면, 냉매 순환라인(200)은 상기한 본원발명의 일실시예에서 설명한 바와 같이 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브(225), 공랭식 응축기(230), 체크밸브(231), 제1냉매 바이패스라인(232), 냉매 분기부(241), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 냉매 열교환기(233), 어큐뮬레이터(260), 제3팽창밸브(251) 및 칠러(252)를 포함할 수 있다. 여기에서 제2팽창밸브(240)는 완전 개방이 가능하고, 완전 폐쇄가 가능하며, 전자식으로 냉매를 교축하는 유량을 조절할 수 있는 전자식 팽창밸브(240a)가 될 수 있다. 이때, 전자식 팽창밸브(240a)는 냉매 유동방향으로 증발기(242)의 후방측의 온도 및 압력을 센서로 측정하여, 이 값을 이용해 밸브가 제어될 수 있다.
그리고 도 13을 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 배치된 제2팽창밸브(240)가, 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축되는 유량이 기계식으로 조절되는 기계식 팽창밸브(240b)일 수 있다. 그리고 냉매 순환라인(200)은 기계식 팽창밸브(240b)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 및 상기 기계식 팽창밸브(240b)측과 제2냉매 바이패스라인(234)으로 냉매가 분기되는 지점에 설치된 3방향 전환밸브(240-1);를 더 포함할 수 있다. 여기에서 기계식 팽창밸브(240b)는 완전한 개방 및 완전한 폐쇄가 불가능하며, 교축되는 유량만 기계식으로 조절이 가능하다. 이에 따라 3방향 전환밸브(240-1)에 의해 냉매의 흐름을 조절할 수 있으며, 3방향 전환밸브(240-1)의 작동에 따라 기계식 팽창밸브(240b)측으로만 냉매가 흐르거나 제2냉매 바이패스라인(234)측으로만 냉매가 흐르거나 양측에 모두 냉매가 흐르지 않도록 할 수 있다.
또는 도 14와 같이 냉매 열교환기(233)에서 나와서 기계식 팽창밸브(240b)측과 제2냉매 바이패스라인(234)으로 냉매가 분기된 후 기계식 팽창밸브(240b)측에 제2개폐 밸브(240-3)가 설치되고, 제2냉매 바이패스라인(234)에 제1개폐 밸브(240-2)가 설치될 수 있다. 그리하여 냉매 유동방향으로 증발기(242)의 후방에 온도 센서 및 압력 센서가 필요하지 않으며, 제2팽창밸브(240)의 제어를 위한 로직이 필요 없는 장점이 있다.
또한, 도 15를 참조하면, 냉매 순환라인(200)에서 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 배치된 제2팽창밸브(240)가, 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축하는 유량이 기계식으로 조절되며 전자식 개폐밸브가 일체로 형성된 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)일 수 있다. 그리고 냉매 순환라인(200)은 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 및 냉매가 분기된 후 상기 제2냉매 바이패스라인(234)에 설치된 제1개폐 밸브(240-2);를 더 포함할 수 있다. 여기에서 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)는 교축되는 유량을 기계식으로 조절이 가능하며, 완전히 개방될 수는 없으나 완전한 폐쇄가 가능하다. 그리하여 기계식 팽창밸브와 2방향 전환밸브(개폐 밸브)를 각각 사용하는 것에 비해 일체로 구성된 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)를 사용함으로써 구성이 간단해질 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]
150 : 공조장치, 151 : 온도조절도어, 152 : 송풍기
200 : 냉매 순환라인, 210 : 압축기
220 : 수랭식 응축기, 225 : 제1팽창밸브
230 : 공랭식 응축기, 231 : 체크밸브
232 : 제1냉매 바이패스라인, 233 : 냉매 열교환기
234 : 제2냉매 바이패스라인, 240 : 제2팽창밸브
240a : 전자식 팽창밸브, 240b : 기계식 팽창밸브
240c : 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브
240-1 : 3방향 전환밸브, 240-2 : 제1개폐 밸브
240-3 : 제2개폐 밸브, 241 : 냉매 분기부
242 : 증발기, 251 : 제3팽창밸브
252 : 칠러, 260 : 어큐뮬레이터
300 : 냉각수 순환라인, 301 : 난방라인, 302 : 냉각라인
302-1 : 제1연결라인, 302-2 : 제2연결라인, 302-3 : 제3연결라인
310 : 전장용 라디에이터, 311 : 냉각팬
312 : 제2냉각수 조인트, 313 : 제1냉각수 조인트
320 : 제2방향전환밸브, 330 : 제3방향전환밸브
340 : 제3냉각수 펌프, 350 : 배터리
360 : 셧오프 밸브, 370 : 리저버 탱크
410 : 제1방향전환밸브, 420 : 제2냉각수 펌프
430 : 냉각수 히터, 440 : 히터코어
450 : 제1냉각수 펌프, 460 : 전장부품
461 : 냉각수온 센서, 470 : 공기 가열식 히터

Claims (19)

  1. 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브(225), 공랭식 응축기(230), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 상기 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시키는 냉매 열교환기(233), 및 상기 수랭식 응축기(220)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창밸브(252) 및 상기 공랭식 응축기(230)를 우회하도록 하는 제1냉매 바이패스라인(232)을 포함하고, 냉매를 순환시켜 실내를 냉방하는 냉매 순환라인(200);
    상기 수랭식 응축기(220)를 통해 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 실내를 난방하는 난방라인(301); 및
    공기 또는 상기 냉매와 열교환되는 냉각수를 순환시켜 배터리(350) 및 전장부품(460)을 냉각시키는 냉각라인(302);
    을 포함하는 열관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉매 바이패스라인(232)은 냉방 모드 시 미사용되고, 난방 모드 시 상기 냉매를 유동하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1냉매 바이패스라인(232)은 냉방 모드 시 미사용되고, 제습 난방 모드 시 상기 냉매를 유동하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 열교환기(233)는 냉방 모드 시 상기 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 상기 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시키고, 난방 모드 시 상기 제2팽창밸브(240)로 유입되는 냉매와 상기 증발기(242)에서 배출되는 냉매를 열교환시키지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 냉매 바이패스라인(232)의 후단 사이에 설치된 체크밸브(231)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각라인(302)은,
    상기 냉각라인(302)의 일측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제1연결라인(302-1); 및 상기 냉각라인(302)의 타측에서 분기되어 상기 난방라인(301)과 연결되는 제2연결라인(302-2);을 포함하는 열관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1연결라인(302-1), 제2연결라인(302-2) 및 난방라인(301)은 제1방향전환밸브(410)에 연결되며, 상기 제1방향전환밸브(410)에 의해 냉각라인(302)과 난방라인(301)이 서로 연결되거나 연결이 차단되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전장부품(460)은 상기 제2연결라인(302-2) 상에 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각라인(302)은,
    상기 제1연결라인(302-1)과 제2연결라인(302-2)을 연결하는 제4연결라인(302-4), 및 상기 제4연결라인(302-4) 상에 설치되어 제1방향전환밸브(410)와 병렬로 배치된 셧오프 밸브(360)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각라인(302)은,
    냉각수의 유동방향으로 전장부품(460)의 전방에 설치된 냉각수온 센서(461)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 수랭식 응축기(220)에서 토출된 냉매를 교축하거나 바이패스시키거나 흐름을 차단하는 제3팽창밸브(251) 및 상기 제3팽창밸브(251)에서 토출된 냉매를 상기 냉각라인(302)의 냉각수와 열교환하는 칠러(252)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉매 열교환기(233)는 상기 공랭식 응축기(230) 및 상기 칠러(252)와 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 냉각라인(302)은,
    상기 배터리(350)와 병렬로 연결되며 칠러(252)를 통과하는 제3연결라인(302-3)을 포함하고, 상기 제3연결라인(302-3)은 제3방향전환밸브(330)에 의해 냉각라인(302)에 연결되어, 상기 제3방향전환밸브(330)에 의해 제3연결라인(302-3)에 냉각수가 흐르거나 흐름이 차단되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 냉각라인(302)은,
    냉각수를 공기로 냉각시키기 위한 전장용 라디에이터(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 난방라인(301)은,
    상기 수랭식 응축기(220)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수와 실내로 유입되는 공기를 열교환하여 가열된 공기를 이용해 실내를 난방하는 히터 코어(440), 및 냉각수의 유동 방향으로 상기 히터 코어(440)의 전방에 배치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 히터(430)를 포함하는 열관리 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 난방라인(301)은 상기 수랭식 응축기(220)를 통해 냉매와 열교환되는 냉각수와 실내로 유입되는 공기를 열교환하여 가열된 공기를 이용해 실내를 난방하는 히터 코어(440)를 포함하며,
    상기 난방라인(301)과는 별도로 구성되며 상기 실내로 유입되는 공기를 직접 가열하여 실내를 난방하는 공기 가열식 히터(470)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 제2팽창밸브(240)가 배치되고, 상기 제2팽창밸브(240)는 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축하는 유량이 기계식으로 조절되는 기계식 팽창밸브(240b)이며,
    상기 기계식 팽창밸브(240b)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 및 상기 기계식 팽창밸브(240b)측과 제2냉매 바이패스라인(234)으로 냉매가 분기되는 지점에 설치된 3방향 전환밸브(240-1);를 더 포함하는 열관리 시스템.
    을 더 포함하는 열관리 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 제2팽창밸브(240)가 배치되고, 상기 제2팽창밸브(240)는 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축하는 유량이 조절되는 기계식으로 기계식 팽창밸브(240b)이며,
    상기 기계식 팽창밸브(240b)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 냉매가 분기된 후 상기 제2냉매 바이패스라인(234)에 설치된 제1개폐 밸브(240-2); 및 냉매가 분기된 후 상기 기계식 팽창밸브(240b)측에 설치된 제2개폐 밸브(240-3);를 더 포함하는 열관리 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 냉매 열교환기(233)와 증발기(242)의 사이에 제2팽창밸브(240)가 배치되고, 상기 제2팽창밸브(240)는 유동되는 냉매의 온도에 따라 냉매를 교축하는 유량이 기계식으로 조절되며 전자식 개폐밸브가 일체로 형성된 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)이며,
    상기 전자식 개폐밸브 붙이 기계식 팽창밸브(240c)와 병렬로 연결된 제2냉매 바이패스라인(234); 및 냉매가 분기된 후 상기 제2냉매 바이패스라인(234)에 설치된 제1개폐 밸브(240-2);를 더 포함하는 열관리 시스템.
PCT/KR2019/007770 2018-08-21 2019-06-27 열관리 시스템 WO2020040418A1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112019004190.8T DE112019004190T5 (de) 2018-08-21 2019-06-27 Wärmemanagementsystem
CN201980054269.9A CN112585020B (zh) 2018-08-21 2019-06-27 热管理系统
US17/267,628 US20220349627A1 (en) 2018-08-21 2019-06-27 Heat management system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180097124A KR102537052B1 (ko) 2018-08-21 2018-08-21 열관리 시스템
KR10-2018-0097124 2018-08-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020040418A1 true WO2020040418A1 (ko) 2020-02-27

Family

ID=69593296

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/007770 WO2020040418A1 (ko) 2018-08-21 2019-06-27 열관리 시스템

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220349627A1 (ko)
KR (1) KR102537052B1 (ko)
CN (1) CN112585020B (ko)
DE (1) DE112019004190T5 (ko)
WO (1) WO2020040418A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114312205A (zh) * 2021-02-05 2022-04-12 华为数字能源技术有限公司 热管理系统、热管理系统的控制方法与电动汽车

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190124899A (ko) * 2018-04-27 2019-11-06 한온시스템 주식회사 열관리 시스템
KR102598398B1 (ko) * 2018-10-19 2023-11-07 한온시스템 주식회사 열관리 시스템
DE102021113140B4 (de) * 2020-05-29 2023-01-12 Hanon Systems System zum Klimatisieren einer Luft eines Fahrgastraums und zur Wärmeübertragung mit Komponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben des Systems
CN112701380A (zh) * 2020-12-30 2021-04-23 上海亿边科技有限公司 一种储能电池热管理设计系统
KR20220135340A (ko) * 2021-03-30 2022-10-07 현대자동차주식회사 차량용 열 관리 시스템
JP7175353B1 (ja) * 2021-07-07 2022-11-18 大陽日酸株式会社 ２次冷媒の冷却循環装置及び冷却循環方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120037352A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Hitachi, Ltd. Vehicular Air Conditioning System
KR101416357B1 (ko) * 2012-09-07 2014-07-08 현대자동차 주식회사 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법
KR20150088953A (ko) * 2014-01-24 2015-08-04 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR20160046262A (ko) * 2014-10-20 2016-04-28 현대자동차주식회사 차량용 배터리 냉각 시스템
KR20180091978A (ko) * 2017-02-06 2018-08-17 한온시스템 주식회사 차량용 열관리 장치 및 그 방법

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101342931B1 (ko) * 2011-03-09 2013-12-18 한라비스테온공조 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR101339226B1 (ko) * 2011-06-20 2013-12-09 기아자동차 주식회사 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법
KR101283592B1 (ko) * 2011-09-06 2013-07-05 기아자동차주식회사 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법
KR101313593B1 (ko) * 2011-10-11 2013-10-01 한라비스테온공조 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
JP5860360B2 (ja) * 2012-08-13 2016-02-16 カルソニックカンセイ株式会社 電動車両用熱管理システム
KR102111323B1 (ko) * 2013-10-08 2020-05-18 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
JP2015186989A (ja) * 2014-03-12 2015-10-29 カルソニックカンセイ株式会社 車載温調装置、車両用空調装置及びバッテリ温調装置
US20160076795A1 (en) * 2014-09-15 2016-03-17 Halla Visteon Climate Control Corp. Heat pump and hvac system architecture for electric vehicles
US9731578B2 (en) * 2014-10-21 2017-08-15 Atieva, Inc. EV multi-mode thermal management system
US9731577B2 (en) * 2014-10-21 2017-08-15 Atieva, Inc. EV multi-mode thermal management system
KR102170463B1 (ko) * 2015-03-16 2020-10-29 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR102361190B1 (ko) * 2015-07-14 2022-02-11 한온시스템 주식회사 차량용 배터리의 온도 제어 장치
KR102552112B1 (ko) 2016-07-11 2023-07-10 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
US10220722B2 (en) * 2016-08-22 2019-03-05 Ford Global Technologies, Llc Operation of combined cooling circuit for power electronics and battery
KR101846911B1 (ko) * 2016-10-31 2018-05-28 현대자동차 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR101846923B1 (ko) * 2016-11-01 2018-04-09 현대자동차 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
JP2019100688A (ja) * 2017-12-08 2019-06-24 株式会社デンソー ヒートポンプシステム
FR3079670B1 (fr) * 2018-03-28 2021-07-09 Valeo Systemes Thermiques Systeme de conditionnement thermique d'un dispositif de stockage electrique equipant un vehicule
KR102575170B1 (ko) * 2018-06-15 2023-09-05 현대자동차 주식회사 차량용 히트펌프 시스템
JP7056819B2 (ja) * 2018-06-27 2022-04-19 サンデン・オートモーティブクライメイトシステム株式会社 車両用空気調和装置
KR20200011842A (ko) * 2018-07-25 2020-02-04 현대자동차주식회사 차량의 냉난방시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120037352A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Hitachi, Ltd. Vehicular Air Conditioning System
KR101416357B1 (ko) * 2012-09-07 2014-07-08 현대자동차 주식회사 차량용 히트펌프 시스템 및 그 제어방법
KR20150088953A (ko) * 2014-01-24 2015-08-04 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR20160046262A (ko) * 2014-10-20 2016-04-28 현대자동차주식회사 차량용 배터리 냉각 시스템
KR20180091978A (ko) * 2017-02-06 2018-08-17 한온시스템 주식회사 차량용 열관리 장치 및 그 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114312205A (zh) * 2021-02-05 2022-04-12 华为数字能源技术有限公司 热管理系统、热管理系统的控制方法与电动汽车
CN114312205B (zh) * 2021-02-05 2023-12-08 华为数字能源技术有限公司 热管理系统、热管理系统的控制方法与电动汽车

Also Published As

Publication number Publication date
KR102537052B1 (ko) 2023-05-30
CN112585020B (zh) 2024-04-05
KR20200021605A (ko) 2020-03-02
DE112019004190T5 (de) 2021-06-10
US20220349627A1 (en) 2022-11-03
CN112585020A (zh) 2021-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020040418A1 (ko) 열관리 시스템
WO2020080760A1 (ko) 열관리 시스템
WO2020130518A1 (ko) 열관리 시스템
WO2020145527A1 (ko) 열관리 시스템
WO2020071803A1 (ko) 열관리 시스템
WO2018012818A1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
WO2021215695A1 (ko) 자동차용 히트 펌프 시스템
WO2015111847A1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
WO2019212275A1 (ko) 차량용 열관리 시스템
WO2020071801A1 (ko) 열관리 시스템
WO2016114448A1 (en) Heat pump system for vehicle
WO2019225867A1 (ko) 열관리 시스템
WO2016148476A1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
WO2012169764A2 (en) Air conditioner in electric vehicle
WO2016017939A1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
WO2019160294A1 (ko) 차량용 열관리 시스템
WO2021172752A1 (ko) 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
WO2019208942A1 (ko) 차량용 열교환 시스템
WO2018155886A1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
WO2019208939A1 (ko) 열관리 시스템
WO2019066330A1 (ko) 자동차의 통합 열관리 시스템
WO2011145779A1 (en) Hot water supply device associated with heat pump
WO2016114557A1 (en) Air conditioning system
WO2022014900A1 (ko) 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
WO2018155871A1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19851072

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19851072

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1