WO2020071803A1 - 열관리 시스템 - Google Patents

열관리 시스템

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WO2020071803A1
WO2020071803A1 PCT/KR2019/012942 KR2019012942W WO2020071803A1 WO 2020071803 A1 WO2020071803 A1 WO 2020071803A1 KR 2019012942 W KR2019012942 W KR 2019012942W WO 2020071803 A1 WO2020071803 A1 WO 2020071803A1
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WO
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refrigerant
line
cooling
cooling water
cooled condenser
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PCT/KR2019/012942
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English (en)
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이해준
이성제
황인국
김무중
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한온시스템 주식회사
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    • B60H2001/00949—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 additional heating/cooling sources, e.g. second evaporator

Definitions

  • the present invention relates to a heat management system, and more particularly, to a system for managing heat of electric components and batteries in a vehicle as well as cooling and heating of the vehicle.
  • Electric vehicles are driven by a motor driven by receiving power from a battery or a fuel cell, resulting in low carbon emissions and low noise.
  • the electric vehicle is environmentally friendly because it uses a motor that is more energy efficient than the conventional engine.
  • the refrigerant is configured to absorb heat through an air-cooled condenser, which may degrade the dehumidification performance on the evaporator side.
  • the cooling of the air-cooled condenser may cause the heat exchange to become impossible and the heating performance of the system may deteriorate.
  • the present invention has been devised to solve the problems as described above, and the object of the present invention is to provide a sufficient heat absorbing heat source to the evaporator side to improve dehumidification performance and reduce unnecessary flow paths in the heat pump mode of the heat management system. It is to provide a heat management system that can improve the performance of the heat pump.
  • the heat management system of the present invention for achieving the above object is a compressor 210, a water-cooled condenser 220, a first expansion valve, an air-cooled condenser 230, a second expansion valve 240, an evaporator 242 and A refrigerant circulation line 200 connected in parallel with the air-cooled condenser 230 and optionally including a first refrigerant bypass line 232 through which a refrigerant can pass, and circulating the refrigerant to cool the room; A heating line 301 that circulates cooling water exchanged with the refrigerant through the water-cooled condenser 220 to heat the room; And a cooling line 302 that circulates cooling water exchanged with air or the refrigerant to cool the battery 350 and the electric component 460. It may include.
  • a refrigerant does not flow through the air-cooled condenser 230, and the refrigerant may flow into the first refrigerant bypass line 232.
  • the refrigerant circulation line 200 a first check valve 231 or evaporator 242 installed between the rear side of the refrigerant bypass line 232 and the rear side of the air-cooled condenser 230 in the flow direction of the refrigerant
  • a second check valve 259 installed between the compressor 210 may be further included.
  • the refrigerant circulation line 200 a first expansion valve is disposed between the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230, the first expansion valve is formed of an electronic expansion valve 225, Further comprising a fourth directional valve 226 installed between the electronic expansion valve 225 and the air-cooled condenser 230, the first refrigerant bypass line 232 is connected to the fourth directional valve 226 You can.
  • a first expansion valve is disposed between the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230, and the first expansion valve includes a three-way switching valve and an electronic expansion valve. It is formed of a direction change integral expansion valve 227 formed, a first refrigerant bypass line 232 may be connected to the direction change integral expansion valve 227.
  • valve body (227-3) is formed (227d); It may include.
  • valve body 227-3, the throttle flow passage 227e is concavely formed on the outer circumferential surface, so that the throttle flow passage 227e can be connected to the bypass flow passage 227d.
  • the throttle passage 227e is formed by a specific angular range in the circumferential direction of the valve body 227-3, and the throttle passage 227e passes the refrigerant toward the far side from a portion connected to the bypass passage 227d. It can be formed so that the possible cross-sectional area becomes smaller.
  • cooling line 302 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 the first direction change valve 410, and the first direction change valve 410
  • the cooling line 302 and the heating line 301 may be connected to each other or the connection may be blocked.
  • the electric component may be disposed on the second connection line.
  • cooling line 302 includes a fourth connection line 302-4 connecting the first connection line 302-1 and the second connection line 302-2, and the fourth connection line ( 302-4) may further include a shutoff valve 360 installed 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 electric component 460 in the flow direction of the cooling water.
  • a chiller 252 that heats the discharged refrigerant with the cooling water in the cooling line 302 may be further included.
  • the cooling line 302 is connected to the battery 350 in parallel and includes a third connection line 302-3 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 cooling water flows through the third connection line 302-3 or the flow may be blocked by the third direction switching valve 330. have.
  • the cooling line 302 may include an electric radiator 310 for cooling the cooling water with air.
  • the heating line 301 a heat exchanger with the refrigerant through the water-cooled condenser 220 and heat exchanged air flowing into the room and the heater core 440 to heat the room using the heated air, and cooling water It may be disposed in front of the heater core 440 in the flow direction may include a cooling water heater 430 for heating the cooling water.
  • the third expansion valve 251 is blocked so that the refrigerant may not pass through the chiller 252.
  • the second expansion valve 240 is blocked so that the refrigerant may not pass through the evaporator 242.
  • the refrigerant circulation line 200 may not circulate the refrigerant.
  • the refrigerant circulation line 200 may not circulate the refrigerant.
  • the refrigerant may not flow through the air-cooled condenser 230 but flow through the first refrigerant bypass line 232.
  • the thermal management system of the present invention has an advantage that enables efficient heat management of electric components and batteries in the vehicle as well as cooling and heating of the vehicle.
  • the heat management system of the present invention can provide a sufficient heat absorbing heat source to the evaporator side to improve dehumidification performance, and when the heat pump mode of the heat management system, the refrigerant inlet side pressure of the compressor rises to improve the performance of the heat pump.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the operating state in the dehumidification heating mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the operating state when the maximum heating mode of the heat management system according to another embodiment of the present invention or when a drop occurs in an air-cooled condenser.
  • 3 to 6 is a cross-sectional view showing the flow of the refrigerant according to the operating state of the direction change integral expansion valve according to the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an operating state in the maximum cooling mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing an operating state in a mild cooling mode of a heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing an operating state in the cooling mode dedicated to the battery of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing the operating state when the maximum heating mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention or when a drop occurs in an air-cooled condenser.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing an operating state in the battery heating mode of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing an operating state in a mild heating mode of a heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the operating state in the dehumidification heating mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a thermal management system according to another embodiment of the present invention.
  • 15 and 16 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.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the operating state in the dehumidification heating mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • the thermal management system of the present invention may be largely composed of a refrigerant circulation line 200 for cooling the room by circulating the refrigerant and a cooling water circulation line 300 for cooling the room by cooling water and cooling the parts.
  • the cooling water circulation line 300 may include a heating line 301 for indoor heating and a cooling line 302 for cooling the electric components 460 and the battery 350.
  • the refrigerant circulation line 200 includes a compressor 210, a water-cooled condenser 220, a first expansion valve, an air-cooled condenser 230, a first check valve 231, a first refrigerant bypass line 232, a refrigerant branch It may include (241), the second expansion valve 240, the evaporator 242, the second check valve 259, the accumulator 260, the third expansion valve 251 and the chiller 252.
  • the compressor 210 may be an electric compressor driven by receiving electric power, and serves to suck and compress the refrigerant and discharge it toward the water-cooled condenser 220.
  • the water-cooled condenser 220 serves to heat the refrigerant discharged from the compressor 210 with cooling water to condense it into a liquid refrigerant and send it to the first expansion valve.
  • the first expansion valve may serve to throttle or bypass the refrigerant or to block the flow of the refrigerant, and may be disposed behind the water-cooled condenser 220 in the flow direction of the refrigerant.
  • the first expansion valve may be formed of an electronic expansion valve 225 as an example, and a fourth direction switching valve 226 may be installed between the electronic expansion valve 225 and the air-cooled condenser 230.
  • the air-cooled condenser 230 functions as a condenser or an evaporator, and the function of the air-cooled condenser 230 may be changed according to the role of the first expansion valve. That is, when the refrigerant circulation line 200 is used as an air conditioner loop, the first expansion valve bypasses the refrigerant, and the air-cooled condenser 230 serves as a condenser together with the water-cooled condenser 220, and the refrigerant circulation line 200 When used as a heat pump loop, the first expansion valve throttles the refrigerant, and the air-cooled condenser 230 serves as an evaporator. In addition, the air-cooled condenser 230 may be cooled in an air-cooled manner by external air.
  • the first check valve 231 serves to prevent the refrigerant from flowing backward, and is 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 fourth direction switching valve 226 and the other end in the refrigerant flow direction.
  • the refrigerant discharged from the water-cooled condenser 220 may be configured to selectively pass through the air-cooled condenser 230 or the first refrigerant bypass line 232.
  • the refrigerant flows only toward the air-cooled condenser 230 by the operation of the fourth direction switching valve 226, and the refrigerant may not flow to the first refrigerant bypass line 232, wherein the air-cooled condenser 230
  • the refrigerant flowing toward) may be throttled or bypassed by the first expansion valve, the electronic expansion valve 225.
  • the refrigerant may not flow to the air-cooled condenser 230 by the operation of the fourth direction switching valve 226, and the refrigerant may flow only to the first refrigerant bypass line 232, at this time, the first refrigerant by
  • the refrigerant flowing toward the pass line 232 may be throttled or bypassed by the first expansion valve, the electronic expansion valve 225.
  • the refrigerant branch 241 may be formed at a rear side of a point where the rear side of the air-cooled condenser 230 meets the first refrigerant bypass line 232 in the flow direction of the refrigerant, and the refrigerant branch portion 241 is 2 Branched into four lines, one line may be configured to be connected to the evaporator 242 and the other line to be connected to the chiller 252.
  • the second expansion valve 240 and the third expansion valve 251 may serve to throttle or bypass the refrigerant or to 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 from the cold distribution branch 241 into two lines, a second expansion valve 240 is disposed on one of the two branched refrigerant lines, and a third expansion is performed on the other refrigerant line.
  • the valve 251 may be disposed. At this time, 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 ) And cooled to be supplied to the vehicle interior to be used for indoor cooling of the vehicle.
  • the chiller 252 is disposed at the rear of the third expansion valve 251 in the flow direction of the refrigerant, and heat exchanges with the cooling water to cool or heat the cooling water.
  • the second expansion valve 240 and the evaporator 242 form one set
  • the third expansion valve 251 and the chiller 252 form another set
  • the two sets are configured in parallel on the refrigerant line.
  • a refrigerant line may be formed as a single refrigerant line by joining a refrigerant line at the rear side of the evaporator 242 and the chiller 252 in the refrigerant flow direction.
  • the first check valve 231 serves to prevent the refrigerant from flowing backward, and is installed behind the evaporator 242 in the flow direction of the refrigerant and in front of the accumulator 260, so that the refrigerant flows into the discharge side of the evaporator 242. It can be prevented.
  • the accumulator 260 may serve to temporarily store the pressure of the refrigerant on the refrigerant line.
  • the accumulator 260 may separate the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant among the refrigerants 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 refrigerant line of the rear side of the chiller 252 are joined, and the accumulator 260 is in front of the compressor 210 in the refrigerant flow direction. Can be deployed.
  • 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 direction change valve 410.
  • the water-cooled condensers 220 may exchange heat with each other while the refrigerant and the cooling water pass.
  • the first cooling water pump 450 is a means for pushing the cooling water to circulate the cooling water along the heating line 301, and the first cooling water pump 450 is disposed at the rear of the water-cooled condenser 220 in the flow direction of the cooling water to cool the water. Can be installed on line.
  • the cooling water heater 430 is a device that heats the cooling water, and may be connected to the rear of the first cooling water pump 450 and in front of the heater core 440 in the flow direction of the cooling water.
  • the cooling water heater 430 may be operated when the temperature of the cooling water is below a specific temperature, and may be variously formed, such as an induction heater, a seed heater, a PTC heater, and a film heater capable of generating heat using electric power.
  • the heater core 440 may be disposed in the air conditioning unit 150 of the vehicle, and the air flowing by the blower 152 is heated through the heater core 440 and supplied to the vehicle interior to be used for indoor heating of the vehicle. Can be.
  • the heater core 1440 may be disposed and connected to the rear of the cooling water heater 430 in the flow direction of the cooling water.
  • the first direction switching valve 410 may be installed between the heater core 440 and the water-cooled condenser 220, and selectively connect or connect the heating line 301 and the cooling line 302 to be described later. It can be configured to block. More specifically, the first direction switching valve 410 is installed on the heating line 301, and two cooling water line pipes are connected to the first direction switching valve 410, and branched from one side of the cooling line 302. One first connection line 302-1 is connected to the first direction change valve 410, and one second connection line 302-2 branched from the other side of the cooling line 302 is a first direction change valve. It can be connected to 410.
  • the first direction change valve 410 in the first direction change valve 410, four cooling water lines are connected to meet each other, and the first direction change valve 410 is a four direction change direction in which four coolant lines are connected to each other or can control a blocked state. It can be a valve.
  • the cooling line 302 includes an electric radiator 310, a reservoir tank 370, a second direction change valve 320, a second coolant pump 420, a first direction change valve 410, and an electric component 460 , A first coolant joint 313, a second coolant joint 312, a third coolant pump 340, a battery 350, a chiller 252, and a third direction change valve 330.
  • the electric radiator 310 is a radiator for cooling the cooling water heat exchanged with the electric component 460 or the battery 350, and the electric radiator 310 may be cooled by air cooling by a cooling fan 311.
  • the reservoir tank 370 may serve to store cooling water and replenish insufficient cooling water on the cooling water line, and the reservoir tank 370 may be installed on the cooling water line behind the electric radiator 310 in the flow direction of the cooling water. You can.
  • the second direction switching valve 320 is installed on the cooling line 302 so that two cooling water pipes are connected to the second direction switching valve 320 and the heating line 301 and the cooling line 302 are connected.
  • 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 cooling water lines meet, and the second direction switching valve 320 is three-way direction switching that can control the state where the three cooling water lines are connected to each other or blocked. It can be a valve.
  • the second cooling water pump 420 is a means for feeding the cooling water to circulate the cooling water along the cooling line 302. And the second cooling water pump 420 is installed on the first connection line 302-1 between the first direction switching valve 410 and the second direction switching valve 320, the second cooling water pump 420 Cooling water may flow from the second direction switching valve 320 toward the first direction switching valve 410 by operation.
  • 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 direction switching valve 410 and the second coolant joint 312, so that the electric component 460 is cooled by the coolant. You can.
  • the electric component 460 may be a driving motor, an inverter, an On Board Charger (OBC), or the like.
  • the third cooling water pump 340 is a means for feeding the cooling water to circulate the cooling water along the cooling line 302.
  • the third coolant pump 420 is installed in the coolant line between the first coolant joint 313 and the battery 350, so that the coolant flows from the third coolant pump 420 toward the battery 350.
  • the battery 350 is a power source for a vehicle, and may be a driving source for various electric components 460 in the vehicle.
  • the battery 350 may be connected to the fuel cell to store electricity, or may serve to store electricity supplied from the outside.
  • the battery 350 may be disposed on the cooling water line between the third cooling water pump 420 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 at the rear of 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 is installed so that both sides are connected on the cooling line 302, and the third connection line 302-3 may be connected to the lower side. 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 so that three coolant lines meet at the second coolant joint 312. do. That is, the second coolant joint 312 is installed so that both sides are connected on the cooling line 302, and the second connection line 302-2 may be connected to the upper side.
  • the chiller 252 is as described in the heating line 301 described above.
  • the third direction switching valve 330 is installed on the cooling water line between the battery 350 and the second coolant joint 312, and two cooling water pipes are connected to the third direction switching valve 330, and 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 are connected in parallel.
  • the second direction switching valve 320 may be a three-way direction switching valve capable of adjusting a state in which three cooling water lines are connected to or blocked from each other.
  • the air conditioning device 150 is provided with a blower 152 on one side to blow air, and a temperature control door 151 may be installed inside the air conditioning device 150.
  • the evaporator 242 and the heater core 440 disposed in the air conditioning device allow air discharged from the blower 152 to flow into the room after only the evaporator 242 according to the operation of the temperature control door 151, After passing through the evaporator 242, the heater core 440 may be disposed and configured to be introduced into the room.
  • the heat management system of the present invention can selectively use an endothermic source when the outside temperature is relatively low, and thus can provide a sufficient endothermic heat source to the evaporator side, thereby improving dehumidification performance.
  • the refrigerant inlet side pressure of the compressor can be further increased, thereby improving the performance of the heat pump. Can be increased.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the operating state when the maximum heating mode of the heat management system according to another embodiment of the present invention or when a drop occurs in an air-cooled condenser.
  • the first expansion valve of the refrigerant circulation line 200 is formed of a three-way switching valve and an electronic expansion valve integrally formed with a diverting direction integral expansion valve 227, and a diverting direction expansion expansion valve 227.
  • To the first refrigerant bypass line 232 may be connected. That is, the number of parts is reduced by the direction change integral expansion valve 227, and accordingly, connection pipes and flanges are reduced, and control can be facilitated since only one part needs to be controlled.
  • specific details of the operating state when a drop occurs in the maximum heating mode or the air-cooled condenser will be described below.
  • 3 to 6 is a cross-sectional view showing the flow of the refrigerant according to the operating state of the direction change integral expansion valve according to the present invention.
  • the direction-integrated expansion valve 227 may be largely composed of a housing 227-1, a pair of sealing members 227-2, and a valve body 227-3.
  • the housing 227-1 is formed with a flow path penetrating the inside, and for example, the flow path may be formed in a "T" shape to form three ports.
  • one of the three ports formed in the housing 227-1 is an inlet 227a connected to the refrigerant line of the water-cooled condenser 220, and the other one is connected to the refrigerant line of the air-cooled condenser 230 side. It becomes an outlet 227b, and the other one may be a second outlet 227c connected to the refrigerant line on the side of the first refrigerant bypass line 232.
  • the sealing member 227-2 is fixed by being coupled to the inside of the housing 227-1, and the sealing member 227-2 is composed of a pair so that one sealing member 227-2 is provided with an inlet 227a. It is disposed between the first outlet 227b and the other sealing member 227-2 is disposed between the inlet 227a and the second outlet 227c.
  • the valve body 227-3 may be formed in a spherical shape as an example, and may have a substantially circular cross-sectional shape. A hole is formed concavely from the outer circumferential surface to a central portion, and a hole is concave along the central axis from the central portion By extending, the valve body 227-3 may be formed with a bypass flow path 227d connecting one side of the central axis direction with an outer circumferential surface. In addition, the valve body 227-3 is provided inside the housing 3227-1, and is interposed between the pair of sealing members 227-2 so that the outer circumferential surface can be in close contact with the sealing members 227-2. .
  • valve body 227-3 may be formed to be rotatable relative to the central axis, and one side of the bypass flow path 227d of the valve body 227-3 is connected to the inlet 227a of the housing 227-1. Always remain connected and the other side of the bypass flow path 227d is connected to the first outlet 227b or the second outlet 227c, or the inlet 227a is provided depending on the position where the valve body 227-3 is rotated. It may be blocked so as not to be connected to both the first exit (227b) and the second exit (227c).
  • the flow direction of the refrigerant can be controlled and controlled only by using the single-directional expansion valve 227, and the refrigerant may be throttled and passed by controlling the position where the valve body is rotated.
  • valve body 227-3, the throttle flow path 227e is formed in a concave groove shape on the outer circumferential surface, so that the throttle flow path 227e can be connected to the bypass flow path 227d.
  • the refrigerant is throttled to cool the first outlet 227b or second. It can be connected to send towards the exit 227c.
  • the flow passage through which the refrigerant is throttled and the flow passage through which the refrigerant is bypassed can be used separately, so that the flow of the refrigerant can be easily controlled.
  • the throttle flow passage 227e is formed in a circumferential direction of the valve body 227-3 by a specific angular range, and the throttle flow passage 227e can pass the refrigerant toward the far side from a portion connected to the bypass flow passage 227d. It is formed so that the cross-sectional area is gradually smaller, it is possible to easily adjust the degree of refrigerant refrigerant according to the rotation angle of the valve body (227-3).
  • the direction change integral expansion valve 227 in the air conditioner mode, is arranged so that the open refrigerant flow path of the valve body 227-3 faces toward the first outlet 227b, so that the refrigerant changes direction integration.
  • the expansion valve 227 may be bypassed and flow toward the air-cooled condenser 230. At this time, since it is blocked toward the second outlet 227c, refrigerant may not flow through the first refrigerant bypass line 232.
  • the direction change integral expansion valve 227 in the heat pump mode, is disposed between the pair of sealing members 227-2 so that the open refrigerant flow path of the valve body 227-3 faces upward.
  • the inlet 227a and the first outlet 227b are connected through the throttling flow passage 227e of the valve body 227-3, and the refrigerant is throttled while passing through the direction changing integral expansion valve 227 to be air-cooled condenser ( 230).
  • refrigerant since it is blocked toward the second outlet 227c, refrigerant may not flow through the first refrigerant bypass line 232.
  • the direction change integral expansion valve 227 is arranged such that the open refrigerant flow path of the valve body 227-3 is directed toward the second outlet 227c, so that the refrigerant is Bypassing the expansion valve 227 integrated with the direction switching valve may be flowed toward the first refrigerant bypass line (232). At this time, since it is blocked toward the first outlet 227b, refrigerant may not flow through the air-cooled condenser 230.
  • the direction change integral expansion valve 227 is opened to the valve body 227-3.
  • the refrigerant passage is disposed between the pair of sealing members 227-2 so that the refrigerant flows downward, wherein the inlet 227a and the second outlet 227c are provided through the throttle passage 227e of the valve body 227-3. Connected, it may be in a state in which the refrigerant is throttled while passing through the direction change integral expansion valve 227 and flows to the first refrigerant bypass line 232. At this time, since it is blocked toward the first outlet 227b, refrigerant may not flow through the air-cooled condenser 230.
  • the first expansion valve is formed of a direction change integral expansion valve.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an operating state in the maximum cooling mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor 210.
  • the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with cooling water in the water-cooled condenser 220.
  • the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 bypasses the first expansion valve, the directional change integral expansion valve 227, and enters the air-cooled condenser 230, and the refrigerant is exchanged with external air in the air-cooled condenser 230. Cooled.
  • the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230 both serve as condensers to condense the refrigerant.
  • the condensed refrigerant is then branched from the refrigerant branch 241, and a part of the refrigerant is throttled while passing through the second expansion valve 240 to expand the refrigerant, and then the expanded refrigerant passes through the evaporator 242 to provide an air conditioning device (
  • the refrigerant is evaporated by exchanging heat with the air blown by the blower 152 of 150) to cool the air, thereby supplying the cooled air to the vehicle interior to cool the room.
  • the refrigerant evaporated from the evaporator 242 flows back through the accumulator 260 to the compressor 210.
  • 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 the expanded refrigerant is then exchanged with cooling water while passing through the chiller 252 to cool the refrigerant. Cooling water can be cooled while evaporating.
  • the refrigerant evaporated from the chiller 252 flows back through the accumulator 260 to the compressor 210. At this time, the refrigerant may not flow through the first refrigerant bypass line 232 by the direction change integral expansion valve 227 that is the first expansion valve.
  • the refrigerant that has passed through the evaporator 242 and the refrigerant that has passed through the chiller 252 are joined by the accumulator 260 and flows into the compressor 210, and the refrigerant is circulated while repeating the above-described process.
  • the cooling water in the cooling water circulation line 200 is circulated by the operation of the first cooling water pump 450, the second cooling water pump 420, and the third cooling water pump 340.
  • the refrigerant passing through the water-cooled condenser 220, the electric component 460 and the battery 350 may be cooled by the cooling water, and the heated cooling water is operated by the cooling fan 311 in the radiator 310 for electric equipment. It can be cooled by heat exchange with external 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.
  • the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side, so that the cooling water flows, and the lower side and the right side may be connected to each other, thereby allowing the cooling water to flow.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the left side and the bottom side so that cooling water flows and the right side is disconnected.
  • the third direction switching valve 330 may be connected to the upper side and the right side, and the left side may be blocked.
  • the cooling water 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 Coolant may not flow from 330 to the second coolant joint 312.
  • the coolant flows back from the chiller 252 to the chiller 252 through the first coolant joint 313, the third coolant pump 340, the battery 350, and the third direction switching valve 330 in this order.
  • the cycle that is cycled is repeated. That is, the battery 350 and the chiller 252 are formed with separate closed loops through which cooling water is circulated by the second direction switching valve 320 and the third direction switching valve 330, so that the battery 350 is formed. It can be cooled separately.
  • the maximum cooling mode may be operated when the temperature of the external air is in the range of 30 degrees to 45 degrees Celsius, and the compressor 210 may be rotated at the maximum rotational speed.
  • the third expansion valve 251 may be blocked so that refrigerant does not flow toward the chiller 252, and the third cooling water pump 340 may not operate.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing an operating state in a mild cooling mode of a heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor 210.
  • the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with cooling water in the water-cooled condenser 220.
  • the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 bypasses the direction change integral expansion valve 227 and flows into the air-cooled condenser 230, and the refrigerant is cooled by heat exchange with external air in the air-cooled condenser 230.
  • the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230 both serve as condensers to condense the refrigerant.
  • the condensed refrigerant passes through the refrigerant branch 241, passes through the refrigerant heat exchanger 233, is throttled while passing through the second expansion valve 240, and the refrigerant expands, and the expanded refrigerant then uses the evaporator 242.
  • heat is exchanged with air blown by the blower 152 of the air conditioning apparatus 150 to cool the air as the refrigerant evaporates, and the cooled air is supplied to the vehicle interior to provide indoor cooling.
  • the refrigerant evaporated from the evaporator 242 flows back through the accumulator 260 to the compressor 210.
  • the refrigerant may not flow through the first refrigerant bypass line 232 by the direction changing integral expansion valve 227, and the third expansion valve 251 may be blocked so that the refrigerant does not flow through the chiller 252.
  • the refrigerant passes through the evaporator 242, the refrigerant flows into the compressor 210 through the accumulator 260, and the refrigerant is circulated while repeating the above process.
  • the cooling water in the cooling water circulation line 200 is circulated by the operation of the first cooling water pump 450, the second cooling water pump 420, and the third cooling water pump 340.
  • the refrigerant passing through the water-cooled condenser 220, the electric component 460 and the battery 350 may be cooled by the cooling water, and the heated cooling water is operated by the cooling fan 311 in the radiator 310 for electric equipment. It can be cooled by heat exchange with external 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.
  • the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side, so that the cooling water flows, and the lower side and the right side may be connected to each other, thereby allowing the cooling water to flow.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the left, lower, and right sides in the three directions, thereby allowing cooling water to flow therethrough.
  • the third direction switching valve 330 may be connected to the left and right sides and the upper side may be blocked.
  • a part of the cooling water flows to the right by the second direction switching valve 320, so that the first coolant joint 313, the third coolant pump 340, the battery 350, and the third direction switching valve 330,
  • the cycle through which the second coolant joint 312 flows through the radiator 310 again for circulation is repeated.
  • the coolant that has passed through the electric component 460 and the coolant that has passed through the battery 350 may be joined at the second coolant joint 312 and introduced into the electric radiator 310.
  • the mild cooling mode can be operated when the temperature of the outside air is in the range of 15 to 25 degrees Celsius, and the battery can be cooled by the radiator for the battlefield, so that the refrigerant does not circulate through the chiller side.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing an operating state in the cooling mode dedicated to the battery of the thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor 210.
  • the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with cooling water in the water-cooled condenser 220.
  • the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 bypasses the direction change integral expansion valve 227 and flows into the air-cooled condenser 230, and the refrigerant is cooled by heat exchange with external air in the air-cooled condenser 230.
  • the water-cooled condenser 220 and the air-cooled condenser 230 both serve as condensers to condense the refrigerant.
  • the condensed refrigerant passes through the refrigerant branch 241 and passes through the third expansion valve 251, the refrigerant expands, and the expanded refrigerant heats up with the cooling water while passing through the chiller 252 to evaporate the refrigerant.
  • the cooling water is cooled, and cooling of the battery 350 is performed using the cooled cooling water. Then, the refrigerant evaporated through the chiller 252 flows back through the accumulator 260 to the compressor 210.
  • the refrigerant may not flow to the first refrigerant bypass line 232 by the direction changing integral expansion valve 227, and the second expansion valve 240 may be blocked so that the refrigerant does not flow to the evaporator 242. .
  • the refrigerant is circulated while repeating the above process.
  • the cooling water in the cooling water circulation line 200 is circulated by the operation of the first cooling water pump 450, the second cooling water pump 420, and the third cooling water pump 340.
  • the refrigerant passing through the water-cooled condenser 220, the electric component 460 and the battery 350 may be cooled by the cooling water, and the heated cooling water is operated by the cooling fan 311 in the radiator 310 for electric equipment. It can be cooled by heat exchange with external 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.
  • the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side, so that the cooling water flows, and the lower side and the right side may be connected to each other, thereby allowing the cooling water to flow.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the left side and the bottom side so that cooling water flows and the right side is disconnected.
  • the third direction switching valve 330 may be connected to the upper side and the right side, and the left side may be blocked.
  • the cooling water 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 Coolant may not flow from 330 to the second coolant joint 312.
  • the coolant flows back from the chiller 252 to the chiller 252 through the first coolant joint 313, the third coolant pump 340, the battery 350, and the third direction switching valve 330 in this order.
  • the cycle that is cycled is repeated. That is, the battery 350 and the chiller 252 are formed with separate closed loops through which cooling water is circulated by the second direction switching valve 320 and the third direction switching valve 330, so that the battery 350 is formed. It can be cooled separately.
  • the battery-only cooling mode may be operated when fast charging of the battery is required without cooling the room.
  • the compressor 210 may be rotated at the maximum rotational speed.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing the operating state when the maximum heating mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention or when a drop occurs in an air-cooled condenser.
  • the compressor 210 operates to discharge high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor 210.
  • the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with cooling water in the water-cooled condenser 220.
  • the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 is throttled while passing through the first expansion valve, the directional change integral expansion valve 227, and the refrigerant expands, and the expanded refrigerant passes through the first refrigerant bypass line 232.
  • the refrigerant may not pass through the air-cooled condenser 230 by the direction change integral expansion valve 227.
  • the refrigerant flows into the chiller 252 by bypassing the third expansion valve 251 after passing through the refrigerant branch 241, and in the chiller 252, the coolant and the coolant exchange heat to cool the coolant.
  • the refrigerant that has passed through the chiller 252 then flows back into the compressor 210 through the accumulator 260.
  • the second expansion valve 240 is blocked, the refrigerant may not flow to the evaporator 242.
  • the refrigerant is circulated while repeating the above process.
  • the cooling water in 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 cooling water may be heated while passing through the water-cooled condenser 220, heated by the cooling water heater 430, and heated by waste heat of the electric component 460, and may be heated 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 connecting the heating line 301 and the cooling line 302.
  • the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side, so that the cooling water flows, and the lower side and the right side may be connected to each other, thereby allowing the cooling water to flow.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the bottom side, so that coolant flows 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 from the second cooling water pump 420, the first direction switching valve 410, the water-cooled condenser 220, the first cooling water pump 450, the cooling water heater 430, the heater core 440, the first direction switching Valve 410, electrical components 460, the second coolant joint 312, the third direction switching valve 330, the chiller 252, the first coolant joint 313, the second direction switching valve 320 The cycle through which the second coolant pump 420 flows through in turn is repeated.
  • the cooling water may not flow from the second direction switching valve 320 to the second cooling water joint 312 through the electric radiator 310 by the second direction switching valve 320, and the third direction switching valve Coolant may not flow from the third direction switching valve 330 to the first coolant joint 313 through the battery 350 and the third coolant pump 340 by 330.
  • the cooling water passes through the heater core 440 and heats with air blown by the air blower 152 of the air conditioning apparatus 150 to heat the air, and the heated air is supplied to the vehicle interior to perform indoor heating.
  • the maximum heating mode can be operated when the temperature of the outside air is in the range of ?? 20 degrees to ?? 5 degrees Celsius, and the third direction switching valve 330 and the third cooling water pump 340 are controlled to indoor
  • the waste heat of the battery 350 may be selectively used for heating.
  • the unnecessary flow path can be reduced in the maximum heating mode of the thermal management system or in the event of a drop in the air-cooled condenser to increase the pressure at the refrigerant inlet side of the compressor, thereby improving the performance of the heat pump. have.
  • FIG. 11 is a configuration diagram showing an operating state in the battery 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 in the cooling water circulation line 200 is circulated by the operation of the first cooling water pump 450, the second cooling water pump 420, and the third cooling water pump 340.
  • the cooling water may be heated by waste heat of the cooling water 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.
  • the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side, so that the cooling water flows, and the lower side and the right side may be connected to each other, thereby allowing the cooling water to flow.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the bottom side, so that coolant flows 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 cycle through which the second coolant pump 420 flows through in turn is repeated.
  • the cooling water passing through the battery 350 may be joined by the third direction switching valve 330 and flowed upward, and then branched to both sides of the first cooling water joint 313.
  • the cooling water may not flow from the second direction switching valve 320 by the second direction switching valve 320 to the second cooling water joint 312 through the electric radiator 310.
  • the heated cooling water may heat up the battery 350 to rapidly improve the initial performance of the battery 350 in the winter when the ambient temperature is low.
  • the battery heating mode may be operated when the temperature of the outside air is in the range of ?? 20 degrees to ?? 5 degrees Celsius.
  • FIG. 12 is a configuration diagram showing an operating state in a mild heating mode of a heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • the refrigerant circulation line 200 does not operate and thus the refrigerant is not circulated.
  • the cooling water in 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 cooling water 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.
  • the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side, so that the cooling water flows, and the lower side and the right side may be connected to each other, thereby allowing the cooling water to flow.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the bottom side, so that coolant flows 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 from the second cooling water pump 420, the first direction switching valve 410, the water-cooled condenser 220, the first cooling water pump 450, the cooling water heater 430, the heater core 440, the first direction switching Valve 410, electrical components 460, the second coolant joint 312, the third direction switching valve 330, the chiller 252, the first coolant joint 313, the second direction switching valve 320 The cycle through which the second coolant pump 420 flows through in turn 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 direction switching valve 320 to the second coolant joint 312 through the electric radiator 310 by the second direction switching valve 320.
  • the heating demand is low, only the waste heat of the electric component 460 can be used to heat the cooling water and use it for indoor heating.
  • the mild heating mode can be operated when the temperature of the outside air is in the range of 5 to 15 degrees Celsius.
  • FIG. 13 is a block diagram showing the operating state in the dehumidification heating mode of the heat management system according to an embodiment of the present invention.
  • the compressor 210 operates to discharge high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor 210.
  • the refrigerant discharged from the compressor 210 is cooled by heat exchange with cooling water in the water-cooled condenser 220.
  • the refrigerant cooled in the water-cooled condenser 220 is throttled while passing through the first expansion valve directional change integral expansion valve 227, and the expanded refrigerant passes through the first refrigerant bypass line 232.
  • the cooling water in 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 cooling water 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.
  • the first direction switching valve 410 may be connected to the upper side and the left side, so that the cooling water flows, and the lower side and the right side may be connected to each other, thereby allowing the cooling water to flow.
  • the second direction switching valve 320 may be connected to the right side and the bottom side, so that coolant flows 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 from the second cooling water pump 420, the first direction switching valve 410, the water-cooled condenser 220, the first cooling water pump 450, the cooling water heater 430, the heater core 440, the first direction switching Valve 410, electrical components 460, the second coolant joint 312, the third direction switching valve 330, the chiller 252, the first coolant joint 313, the second direction switching valve 320 The cycle through which the second coolant pump 420 flows through in turn 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 direction switching valve 320 to the second coolant joint 312 through the electric radiator 310 by the second direction switching valve 320.
  • the cooling water heater 430 may not operate, and air dehumidified while passing through the evaporator 242 may be heated while passing through the heater core 440 and used for indoor heating.
  • the third direction switching valve 330 is operated to connect all three directions, and the waste heat of the battery 350 may be used for heating together.
  • FIG. 14 is a configuration diagram showing a thermal management system according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 15 and 16 are conceptual views showing the flow of cooling water in the cooling water circulation line according to opening and closing of the shutoff valve in FIG. 14.
  • 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, A shutoff valve 360 is installed on the fourth connection line 302-4 so that the shutoff valve 360 can be arranged in parallel with the first direction switching valve 410.
  • shut-off valve 360 is blocked as shown in FIG. 15 to cool the electric component 460 using the flow of cooling water, and when the cooling demand for the electric component 460 is high, the shut-off valve is illustrated in FIG. 16. Opening 360 may cool the electric component 460 using cooler cooling water.
  • a cooling water temperature sensor 461 may be installed near the front of the electric component 460 in the flow direction of the cooling water, and the shutoff valve 360 may be adjusted according to the temperature of the cooling water measured through the cooling water temperature sensor 461. Cooling of the electric component 460 may be controlled by controlling the opening and closing of the electronic components.
  • 227-1 housing, 227a: entrance
  • 227-2 sealing member
  • 227-3 valve body

Abstract

본 발명은 압축기, 수랭식 응축기, 제1팽창밸브, 공랭식 응축기, 제2팽창밸브, 증발기 및 상기 공랭식 응축기와 병렬로 연결되며 선택적으로 냉매가 통과될 수 있는 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, 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있으며, 히트 펌프 모드 시 히트 펌프의 성능을 향상시킬 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.
그리고 열관리 시스템의 펌프 모드 시 냉매는 공랭식 컨덴서를 통해 흡열을 하도록 구성되는데, 이로 인해 증발기 측에서 제습 성능이 저하될 수 있다. 또한, 열관리 시스템은 외기 온도가 낮은 경우 공랭식 컨덴서에 적상(Icing)이 발생되어 열교환이 불가능하게 될 수 있으며 시스템의 난방 성능이 저하될 수 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 2014-0147365 A (2014.12.30)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있으며, 열관리 시스템의 히트 펌프 모드 시 불필요한 유로를 축소시켜 히트 펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열관리 시스템은 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브, 공랭식 응축기(230), 제2팽창밸브(240), 증발기(242) 및 상기 공랭식 응축기(230)와 병렬로 연결되며 선택적으로 냉매가 통과될 수 있는 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, 최대 난방 모드 시 또는 상기 공랭식 응축기(230)에 적상 발생 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동될 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 냉매 바이패스라인(232)의 후단 사이에 설치된 제1체크밸브(231) 또는 증발기(242)와 압축기(210) 사이에 설치된 제2체크밸브(259)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 전자식 팽창밸브(225)로 형성되고, 상기 전자식 팽창밸브(225)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 설치된 제4방향전환밸브(226)를 더 포함하며, 상기 제4방향전환밸브(226)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결될 수 있다.
또한, 상기 냉매 순환라인(200)은, 상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 3방향 전환밸브와 전자식 팽창밸브가 일체로 형성된 방향전환 일체형 팽창밸브(227)로 형성되며, 상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결될 수 있다.
또한, 상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는, 상기 수랭식 응축기(220)측 냉매라인에 연결되는 입구(227a), 상기 공랭식 응축기(230)측 냉매라인에 연결되는 제1출구(227b) 및 상기 제1냉매 바이패스라인(232)측 냉매라인에 연결되는 제2출구(227c)가 서로 연결된 유로가 형성된 하우징(227-1); 상기 하우징(227-1)의 내측에 결합되되, 상기 입구(227a)와 제1출구(227b)의 사이 및 상기 입구(227a)와 제2출구(227c)의 사이에 배치된 한 쌍의 실링부재(227-2); 및 상기 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 개재되어 외주면이 실링부재(227-2)들과 밀착되고, 상기 하우징(227-1)의 입구(227a)와 외주면을 연결하는 바이패스 유로(227d)가 형성된 밸브몸체(227-3); 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 밸브몸체(227-3)는, 외주면에서 오목하게 교축 유로(227e)가 형성되어, 상기 교축 유로(227e)가 바이패스 유로(227d)와 연결될 수 있다.
또한, 상기 교축 유로(227e)는 밸브몸체(227-3)의 원주방향으로 특정한 각도 범위만큼 형성되며, 상기 교축 유로(227e)는 바이패스 유로(227d)와 연결된 부분에서부터 먼쪽으로 갈수록 냉매가 통과될 수 있는 단면적이 점점 작아지도록 형성될 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 전장부품은 상기 제2연결라인 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 바이패스 시키거나 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 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, 마일드 냉방 모드 시, 상기 제3팽창밸브(251)는 차단되어 상기 칠러(252)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다.
또한, 배터리 전용 냉각 모드 시, 상기 제2팽창밸브(240)는 차단되어 상기 증발기(242)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다.
또한, 배터리 승온 모드 시, 상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않을 수 있다.
또한, 마일드 난방 모드 시, 상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않을 수 있다.
또한, 제습 난방 모드 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동될 수 있다.
본 발명의 열관리 시스템은 차량의 냉방 및 난방은 물론 차량 내의 전장부품 및 배터리의 효율적인 열관리가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 열관리 시스템은 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있으며, 열관리 시스템의 히트 펌프 모드 시 압축기의 냉매 유입측 압력이 상승하게 되어 히트 펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 방향전환 일체형 팽창밸브의 작동 상태에 따른 냉매의 흐름을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 전용 냉각 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 승온 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 15 및 도 16은 도 14에서 셧오프 밸브의 개폐에 따른 냉각수 순환라인에서 냉각수의 흐름을 나타낸 개념도이다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이 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, 공랭식 응축기(230), 제1체크밸브(231), 제1냉매 바이패스라인(232), 냉매 분기부(241), 제2팽창밸브(240), 증발기(242), 제2체크밸브(259), 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 제1팽창밸브쪽으로 보내는 역할을 한다.
제1팽창밸브는 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 냉매의 유동 방향으로 수랭식 응축기(220)의 후방에 배치될 수 있다. 여기에서 제1팽창밸브는 일례로 전자식 팽창밸브(225)로 형성될 수 있으며, 전자식 팽창밸브(225)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제4방향전환밸브(226)가 설치될 수 있다.
공랭식 응축기(230)는 응축기 또는 증발기 역할을 하며, 제1팽창밸브의 역할에 따라 공랭식 응축기(230)의 기능이 가변될 수 있다. 즉, 냉매 순환라인(200)이 에어컨 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브에서는 냉매를 바이패스 시키고 공랭식 응축기(230)는 수랭식 응축기(220)와 함께 응축기의 역할을 하며, 냉매 순환라인(200)이 히트펌프 루프로 사용되는 경우 제1팽창밸브에서는 냉매를 교축하며 공랭식 응축기(230)는 증발기 역할을 한다. 그리고 공랭식 응축기(230)는 외부 공기에 의해 공랭식으로 냉각될 수 있다.
제1체크밸브(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 제4방향전환밸브(226)에 연결되고 타단은 냉매 유동방향으로 제1체크밸브(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. 여기에서 냉매는 제4방향전환밸브(226)의 작동에 의해 공랭식 응축기(230)쪽으로만 냉매가 유동되고 제1냉매 바이패스라인(232)으로는 냉매가 흐르지 않을 수 있으며, 이때 공랭식 응축기(230)쪽으로 유동되는 냉매는 제1팽창밸브인 전자식 팽창밸브(225)에 의해 교축되거나 바이패스될 수 있다. 또는 냉매는 제4방향전환밸브(226)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 제1팽창밸브인 전자식 팽창밸브(225)에 의해 교축되거나 바이패스될 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 바이패스 시키거나 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.
칠러(252)는 냉매의 유동 방향으로 제3팽창밸브(251)의 후방에 배치되며, 냉각수와 열교환되어 냉각수가 냉각 또는 가열될 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.
제1체크밸브(231)는 냉매가 역류하지 않도록 하는 역할을 하며, 냉매의 유동방향으로 증발기(242)의 후방이면서 어큐뮬레이터(260)의 전방에 설치되어, 증발기(242)의 배출측으로 냉매가 유입되지 않도록 할 수 있다.
어큐뮬레이터(260)는 냉매라인 상의 냉매의 압력을 일시적으로 저장하는 역할을 할 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(1440)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 전장용 라디에이터(310) 후방의 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(420)는 제1냉각수 조인트(313)와 배터리(350) 사이의 냉각수라인에 설치되어, 제3냉각수 펌프(420)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(420)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.
그리하여 본 발명의 열관리 시스템은 외기 온도가 상대적으로 낮을 때 흡열원을 선택적으로 사용할 수 있으며 이에 따라 증발기 측으로 충분한 흡열 열원을 제공할 수 있어 제습 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1체크밸브와 제2체크밸브에 의해 공랭식 응축기 배출측과 증발기의 배출측으로 냉매가 유입되는 것이 방지됨에 따라 압축기의 냉매 유입측 압력을 더욱 상승시킬 수 있어 히트 펌프의 성능을 향상 효과가 증대될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 냉매 순환라인(200)의 제1팽창밸브는 3방향 전환밸브와 전자식 팽창밸브가 일체로 형성된 방향전환 일체형 팽창밸브(227)로 형성되며, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결될 수 있다. 즉, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 부품의 수가 적어지고 이에 따라 연결 배관 및 플랜지 등이 줄어들며, 하나의 부품만을 제어하면 되므로 제어가 용이할 수 있다. 그리고 최대 난방 모드 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시의 작동상태에 대한 구체적인 내용은 이하에서 설명하기로 한다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 방향전환 일체형 팽창밸브의 작동 상태에 따른 냉매의 흐름을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 크게 하우징(227-1), 한 쌍의 실링부재(227-2) 및 밸브몸체(227-3)로 구성될 수 있다.
하우징(227-1)은 내부를 관통하는 유로가 형성되며, 일례로 유로는 "T"자형으로 형성되어 3개의 포트가 형성될 수 있다. 여기에서 하우징(227-1)에 형성된 3개의 포트 중 하나는 수랭식 응축기(220)측 냉매라인에 연결되는 입구(227a)가 되고, 다른 하나는 공랭식 응축기(230)측 냉매라인에 연결되는 제1출구(227b)가 되며, 나머지 하나는 제1냉매 바이패스라인(232)측 냉매라인에 연결되는 제2출구(227c)가 될 수 있다.
실링부재(227-2)는 하우징(227-1)의 내측에 결합되어 고정되며, 실링부재(227-2)는 한 쌍으로 구성되어 하나의 실링부재(227-2)가 입구(227a)와 제1출구(227b) 사이에 배치되고 다른 하나의 실링부재(227-2)는 입구(227a)와 제2출구(227c) 사이에 배치된다.
밸브몸체(227-3)는 일례로 구 형태로 형성되어 단면 형상이 대략 원형으로 형성될 수 있고, 외주면에서 반경방향으로 중심부분까지 오목하게 홀이 형성되며 중심부분에서 중심축을 따라 오목하게 홀이 연장 형성되어, 밸브몸체(227-3)는 중심축 방향 일측과 외주면을 연결하는 바이패스 유로(227d)가 형성될 수 있다. 그리고 밸브몸체(227-3)는 하우징(3227-1)의 내부에 구비되며, 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 개재되어 외주면이 실링부재(227-2)들과 밀착될 수 있다. 여기에서 밸브몸체(227-3)는 중심축을 기준으로 회전 가능하도록 형성될 수 있으며, 밸브몸체(227-3)의 바이패스 유로(227d) 일측은 하우징(227-1)의 입구(227a)와 항상 연결된 상태로 유지되고 바이패스 유로(227d) 타측은 밸브몸체(227-3)가 회전된 위치에 따라 제1출구(227b) 또는 제2출구(227c)에 연결되거나, 입구(227a)가 제1출구(227b) 및 제2출구(227c) 모두에 연결되지 않도록 차단될 수 있다.
그리하여 방향전환 일체형 팽창밸브(227) 하나 만으로도 냉매의 유동 방향을 조절 및 할 수 있으며, 아울러 밸브몸체가 회전된 위치를 조절하여 냉매가 교축되어 통과되도록 할 수도 있다.
또한, 밸브몸체(227-3)는, 외주면에서 오목하게 홈 형태로 교축 유로(227e)가 형성되어, 교축 유로(227e)가 바이패스 유로(227d)와 연결될 수 있다. 그리하여 도시된 바와 같이 바이패스 유로(227d)가 직접 제1출구(227b) 또는 제2출구(227c)쪽을 바라보는 방향으로 위치가 회전되지 않더라도 냉매를 교축하여 제1출구(227b) 또는 제2출구(227c)쪽으로 보내도록 연결될 수 있다. 그리고 냉매가 교축되어 통과되도록 하는 유로와 냉매가 바이패스되는 유로를 구분하여 사용할 수 있어, 냉매의 유동 조절이 용이할 수 있다. 이때, 교축 유로(227e)는 밸브몸체(227-3)의 원주방향으로 특정한 각도 범위만큼 형성되며, 교축 유로(227e)는 바이패스 유로(227d)와 연결된 부분에서부터 먼쪽으로 갈수록 냉매가 통과될 수 있는 단면적이 점점 작아지도록 형성되어, 밸브몸체(227-3)의 회전 각도에 따라 냉매가 교축되는 정도를 용이하게 조절할 수 있다.
그리고 도 3을 참조하면, 에어컨 모드에서 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 제1출구(227b)쪽을 향하도록 배치되어, 냉매가 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 공랭식 응축기(230)쪽으로 유동될 수 있다. 이때, 제2출구(227c)쪽으로는 막혀있어 제1냉매 바이패스라인(232)으로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 도 4를 참조하면, 히트펌프 모드에서 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 상측을 향하도록 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 배치되며, 이때 밸브몸체(227-3)의 교축 유로(227e)를 통해 입구(227a)와 제1출구(227b)가 연결되어, 냉매가 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 공랭식 응축기(230)쪽으로 유동될 수 있다. 이때, 제2출구(227c)쪽으로는 막혀있어 제1냉매 바이패스라인(232)으로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 도 5를 참조하면, 제습 난방 또는 최대 난방 모드에서 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 제2출구(227c)쪽을 향하도록 배치되어, 냉매가 방향전환밸브 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 제1냉매 바이패스라인(232)쪽으로 유동될 수 있다. 이때, 제1출구(227b)쪽으로는 막혀있어 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다. 도 6을 참조하면, 냉매 순환라인(200)이 작동되지 않을 때 즉 방향전환 일체형 팽창밸브(227)가 사용되지 않을 때 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는 밸브몸체(227-3)의 개방된 냉매유로가 하측을 향하도록 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 배치되며, 이때 밸브몸체(227-3)의 교축 유로(227e)를 통해 입구(227a)와 제2출구(227c)가 연결되어, 냉매가 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 제1냉매 바이패스라인(232)으로 유동될 수 있는 상태가 될 수 있다. 이때, 제1출구(227b)쪽으로는 막혀있어 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않을 수 있다.
이하 앞에서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 작동 모드에 따른 동작에 대해 설명한다. 그리고 제1팽창밸브는 방향전환 일체형 팽창밸브로 형성된 것을 예로 설명하기로 한다.
1. 최대 냉방 모드 시
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 냉방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 7을 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 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 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 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 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, 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)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 8은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 냉방 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 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 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 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)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 9는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 전용 냉각 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 9를 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 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 바이패스하여 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 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, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)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 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 10을 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 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 제1냉매 바이패스라인(232)을 통과한다. 이때, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다. 이후 냉매는 냉매 분기부(241)를 지나 제3팽창밸브(251)를 바이패스하여 칠러(252)로 유입되며, 칠러(252)에서는 냉매와 냉각수가 열교환되어 냉각수가 가열될 수 있다. 그다음 칠러(252)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(260)를 거쳐 다시 압축기(210)로 유입된다. 이때, 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) 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 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 상측과 좌측이 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. 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.
여기에서 최대 난방 모드는 외부 공기의 온도가 섭씨 ??20도 내지 ??5도 범위일 경우에 작동될 수 있으며, 제3방향전환밸브(330) 및 제3냉각수 펌프(340)를 제어하여 실내 난방에 배터리(350)의 폐열을 선택적으로 활용할 수도 있다.
그리하여 외기 온도가 섭씨 영하 20도 정도로 낮을 때 열관리 시스템의 최대 난방 모드 시 또는 공랭식 응축기에 적상 발생 시 불필요한 유로를 축소시켜 압축기의 냉매 유입측 압력을 상승시킬 수 있어, 히트 펌프의 성능을 향상시킬 수 있다.
5. 배터리 승온 모드 시
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 배터리 승온 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 11을 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 12는 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 마일드(Mild) 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 12를 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 13은 본 발명의 일실시예에 따른 열관리 시스템의 제습 난방 모드 시 작동상태를 나타낸 구성도이다.
도 13을 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 제1팽창밸브인 방향전환 일체형 팽창밸브(227)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 팽창된 냉매는 제1냉매 바이패스라인(232)을 지나 분기부(241)에서 분기되어 냉매의 일부는 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 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, 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 의해 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 통과되지 않을 수 있다.
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. 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. 또한, 제3방향전환밸브(330)가 세 방향을 모두 연결하도록 작동되어 배터리(350)의 폐열을 함께 난방에 활용할 수도 있다.
도 14는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 열관리 시스템을 나타낸 구성도이며, 도 15 및 도 16은 도 14에서 셧오프 밸브의 개폐에 따른 냉각수 순환라인에서 냉각수의 흐름을 나타낸 개념도이다.
도 14를 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 15와 같이 셧오프 밸브(360)를 차단한 상태에서 냉각수의 흐름을 이용해 전장부품(460)을 냉각시키고, 전장부품(460)의 냉각 수요가 클 때에는 도 16과 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.
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 : 전자식 팽창밸브
226 : 제4방향전환밸브, 227 : 방향전환 일체형 팽창밸브
227-1 : 하우징, 227a : 입구
227b : 제1출구, 227c : 제2출구
227-2 : 실링부재, 227-3 : 밸브몸체
227d : 바이패스 유로, 227e : 교축 유로
230 : 공랭식 응축기, 231 : 제1체크밸브
232 : 제1냉매 바이패스라인, 240 : 제2팽창밸브
241 : 냉매 분기부
242 : 증발기, 251 : 제3팽창밸브
252 : 칠러, 259 : 제2체크밸브
260 : 어큐뮬레이터
300 : 냉각수 순환라인, 301 : 난방라인
302 : 냉각라인, 302-1 : 제1연결라인
302-2 : 제2연결라인, 302-3 : 제3연결라인
302-4 : 제4 결라인
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

Claims (22)

  1. 압축기(210), 수랭식 응축기(220), 제1팽창밸브, 공랭식 응축기(230), 제2팽창밸브(240), 증발기(242) 및 상기 공랭식 응축기(230)와 병렬로 연결되며 선택적으로 냉매가 통과될 수 있는 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,
    최대 난방 모드 시 또는 상기 공랭식 응축기(230)에 적상 발생 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 냉매의 유동방향으로 공랭식 응축기(230)의 후방측과 냉매 바이패스라인(232)의 후단 사이에 설치된 제1체크밸브(231) 또는 증발기(242)와 압축기(210) 사이에 설치된 제2체크밸브(259)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 전자식 팽창밸브(225)로 형성되고, 상기 전자식 팽창밸브(225)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 설치된 제4방향전환밸브(226)를 더 포함하며, 상기 제4방향전환밸브(226)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 수랭식 응축기(220)와 공랭식 응축기(230)의 사이에 제1팽창밸브가 배치되되 상기 제1팽창밸브는 3방향 전환밸브와 전자식 팽창밸브가 일체로 형성된 방향전환 일체형 팽창밸브(227)로 형성되며, 상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)에 제1냉매 바이패스라인(232)이 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 방향전환 일체형 팽창밸브(227)는,
    상기 수랭식 응축기(220)측 냉매라인에 연결되는 입구(227a), 상기 공랭식 응축기(230)측 냉매라인에 연결되는 제1출구(227b) 및 상기 제1냉매 바이패스라인(232)측 냉매라인에 연결되는 제2출구(227c)가 서로 연결된 유로가 형성된 하우징(227-1);
    상기 하우징(227-1)의 내측에 결합되되, 상기 입구(227a)와 제1출구(227b)의 사이 및 상기 입구(227a)와 제2출구(227c)의 사이에 배치된 한 쌍의 실링부재(227-2); 및
    상기 한 쌍의 실링부재(227-2) 사이에 개재되어 외주면이 실링부재(227-2)들과 밀착되고, 상기 하우징(227-1)의 입구(227a)와 외주면을 연결하는 바이패스 유로(227d)가 형성된 밸브몸체(227-3);
    를 포함하는 열관리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 밸브몸체(227-3)는,
    외주면에서 오목하게 교축 유로(227e)가 형성되어, 상기 교축 유로(227e)가 바이패스 유로(227d)와 연결된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 교축 유로(227e)는 밸브몸체(227-3)의 원주방향으로 특정한 각도 범위만큼 형성되며, 상기 교축 유로(227e)는 바이패스 유로(227d)와 연결된 부분에서부터 먼쪽으로 갈수록 냉매가 통과될 수 있는 단면적이 점점 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  9. 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.
  10. 제9항에 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.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전장부품은 상기 제2연결라인 상에 배치된 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  12. 제11항에 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.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각라인(302)은,
    냉각수의 유동방향으로 전장부품(460)의 전방에 설치된 냉각수온 센서(461)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 순환라인(200)은,
    상기 수랭식 응축기(220)에서 토출된 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 흐름을 차단하는 제3팽창밸브(251) 및 상기 제3팽창밸브(251)에서 토출된 냉매를 상기 냉각라인(302)의 냉각수와 열교환하는 칠러(252)를 더 포함하는 열관리 시스템.
  15. 제14항에 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.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 냉각라인(302)은,
    냉각수를 공기로 냉각시키기 위한 전장용 라디에이터(310)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  17. 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.
  18. 제14항에 있어서,
    마일드 냉방 모드 시,
    상기 제3팽창밸브(251)는 차단되어 상기 칠러(252)로는 냉매가 통과되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    배터리 전용 냉각 모드 시,
    상기 제2팽창밸브(240)는 차단되어 상기 증발기(242)로는 냉매가 통과되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    배터리 승온 모드 시,
    상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    마일드 난방 모드 시,
    상기 냉매 순환라인(200)은 냉매가 순환되지 않는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    제습 난방 모드 시, 상기 공랭식 응축기(230)로는 냉매가 흐르지 않고 상기 제1냉매 바이패스라인(232)으로 냉매가 흐르도록 작동되는 것을 특징으로 하는 열관리 시스템.
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