WO2023224278A1 - 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 포함하는 차량용 열관리 장치 - Google Patents

Abstract

실시예는 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기; 압축된 냉매가 유입되어 다른 열교환매체와 열교환하는 제1 열교환기; 차실외 공기와 열교환하는 제2 열교환기; 공조장치에 장착되어 차실내로 토출되는 공기와 열교환하는 제3 열교환기; 기상의 냉매를 압축기로 유입시킬 수 있는 베이퍼 인젝션 모듈을 포함하는 차량용 열관리 장치에 있어서, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 복수개의 팽창수단과 하나의 기액분리기를 포함하고, 냉방모드시에 상기 제2 열교환기를 통과한 냉매가 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입되고, 난방모드시에 상기 제1 열교환기를 통과한 냉매가 베이퍼 인젝션 모듈로 유입되는 차량용 열관리 장치를 개시한다. 이에 따라, 상기 차량용 열관리 장치는 냉난방 성능을 향상시키면서도 컴팩트한 사이즈로 구현될 수 있다.

Description

베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 포함하는 차량용 열관리 장치

실시예는 베이퍼 인젝션 모듈 및 이를 포함하는 차량용 열관리 장치에 관한 것이다. 상세하게, 복수 개의 팽창수단과 하나의 기액분리기를 포함하는 베이퍼 인젝션 모듈을 이용하여 컴팩트하면서도 냉난방 성능과 품질을 향상시킬 수 있는 차량용 열관리 장치에 관한 것이다.

자동차는 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 공조장치를 갖추고 있다. 상기 공조장치는 온기를 발생시켜 차량의 실내를 따뜻하게 유지시키거나, 냉기를 발생시켜 차량의 실내를 시원하게 유지시킨다. 여기서, 차량용 공조장치는 열교환매체인 냉매를 순환시키도록 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 이를 연결하는 파이프 등을 포함할 수 있다.

이러한 공조장치가 설치되는 차량 중 대부분은 휘발유, 경유 등의 화석연료를 에너지원으로 구동하는 내연기관을 이용하고 있다. 그에 따라, 환경오염 문제, 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 대두되고 있다. 이에, 전기자동차, 연료전지 자동차 등의 친환경 자동차가 부각되고 있는 실정이다.

상기 내연기관을 사용하는 차량(이하, '내연기관 차량'이라 함)의 경우, 내연기관을 냉각하는 냉각수를 이용하여 차량 내부를 난방할 수 있다. 예컨대, 상기 내연기관 차량은 내연기관으로부터 흡수한 열을 차량의 실내 난방에 이용하도록 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 구비하여 차량 내부를 난방할 수 있다.

그러나, 연료전지 등을 사용하는 차량의 경우에는 내연기관을 이용하지 않기 때문에, 차량의 내연기관을 열원으로 하는 히팅 시스템을 사용할 수 없는 문제가 있다.

그에 따라, 연료전지 등을 사용하는 차량은 공조장치에 히트펌프를 추가하여 이를 열원으로 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하여 차량 내부를 난방하고 있다. 여기서, 상기 히트펌프는 저온의 열을 흡수한 후 흡수된 열을 고온으로 이동시키는 장치를 의미할 수 있다. 일 예로서의 히트펌프는 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래의 일반적인 공조장치에서 부족하던 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.

이러한 히트펌프가 배치되는 히트펌프 시스템에서는 냉난방의 성능을 증대하기 위해 베이퍼 인젝션 시스템이 사용될 수 있다. 여기서, 상기 베이퍼 인젝션 시스템은 냉난방을 위한 냉매 순환 시스템에서 기액분리기를 이용하여 기상냉매는 다시 압축기로 유입시키고, 액상의 냉매는 증발기 또는 칠러로 공급하는 구조를 구비하고 있다.

종래의 히트펌프 시스템은 냉방 및 난방 별로 적어도 두 개의 기액분리기를 구비해야 하기 때문에, 컴팩트한 히트펌프 시스템을 제공하는데 한계가 있다. 그에 따라, 이러한 사이즈의 한계는 주변 부품과의 배치 관계에 영향을 주기 때문에, 히트펌프 시스템의 설계 자유도의 제한 요소로 작용한다.

또한, 종래의 히트펌프 시스템은 냉방 및 난방 별로 적어도 두 개의 기액분리기를 구비한다. 공조 모드에 따라 상기 기액분리기 각각에서 유출되는 냉매를 제어하기 위해, 상기 기액분리기의 기상 출구측에 체크밸브가 사용되어야 한다.

이러한 체크밸브는 종래의 히트펌프 시스템의 성능을 감소시키는 인자로 작용할 수 있다.

또한, 종래의 히트펌프 시스템은 상기 체크밸브와 같은 추가적인 부품을 요구하기 때문에, 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

이에, 기액분리기의 기상 출구측에 배치되는 체크밸브를 삭제하면서도 컴팩트한 사이즈를 구현할 수 있는 할 수 있는 차량용 열관리 장치가 요청되고 있는 실정이다.

실시예는 하나의 기액분리기만을 사용하면서도 상기 기액분리기의 기상 출구측에 배치되던 체크밸브를 삭제한 차량용 열관리 장치를 제공한다.

실시예는 모듈화된 베이퍼 인젝션 모듈을 통해 컴팩트한 사이즈의 차량용 열관리 장치를 제공한다.

실시예는 베이퍼 인젝션 모듈의 각 구성에 대한 최적화된 배치 구조를 제공하는 차량용 열관리 장치를 제공한다.

실시예가 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제는 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기; 압축된 냉매가 유입되어 다른 열교환매체와 열교환하는 제1 열교환기; 차실외 공기와 열교환하는 제2 열교환기; 공조장치에 장착되어 차실내로 토출되는 공기와 열교환하는 제3 열교환기; 및 기상의 냉매를 압축기로 유입시킬 수 있는 베이퍼 인젝션 모듈을 포함하는 차량용 열관리 장치에 있어서, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 복수개의 팽창수단과 하나의 기액분리기를 포함하고, 냉방모드시에 상기 제2 열교환기를 통과한 냉매가 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입되고, 난방모드시에 상기 제1 열교환기를 통과한 냉매가 베이퍼 인젝션 모듈로 유입되는 차량용 열관리 장치에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 난방용 제1 팽창수단 그룹과 냉방용 제2 팽창수단 그룹을 포함하고, 상기 제1 열교환기의 출구는 상기 제1 팽창수단 그룹과 연결되고, 상기 제2 열교환기의 출구는 상기 제2 팽창수단 그룹과 연결될 수 있다.

바람직하게, 상기 차량용 열관리장치의 냉방 모드시, 상기 제1 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제1 팽창수단, 상기 제2 열교환기, 및 상기 제4 팽창수단을 통해 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제3 팽창수단에 의해 팽창 후 상기 제3 열교환기로 이동할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제1 팽창수단, 제2 열교환기, 제4 팽창수단, 및 상기 기액분리기를 따라 이동할 때, 상기 냉매는 상기 제4 팽창수단에서만 팽창할 수 있다.

바람직하게, 상기 차량용 열관리장치의 난방 모드시, 상기 제1 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제2 팽창수단에 의해 팽창 후 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제1 팽창수단에서 팽창하고, 상기 제2 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 이동할 수 있다.

바람직하게, 상기 차량용 열관리장치의 제습 모드시, 상기 제1 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제2 팽창수단에서 팽창한 후 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단으로 각각 분기되고, 상기 제1 팽창수단으로 유입되어 팽창된 냉매는 상기 제2 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 유입되고, 상기 제3 팽창수단으로 유입된 팽창된 냉매는 상기 제3 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 유입될 수 있다.

상기 과제는 압축기, 실내 열교환기, 베이퍼 인젝션 모듈, 증발기 및 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 라인; 상기 베이퍼 인젝션 모듈과 실외 열교환기를 연결하는 제2 라인; 상기 베이퍼 인젝션 모듈과 상기 압축기를 연결하는 제3 라인; 및 일측은 상기 증발기와 상기 어큐뮬레이터 사이의 상기 제1 라인에 연결되고 타측은 상기 실외 열교환기와 상기 베이퍼 인젝션 모듈 사이의 상기 제2 라인에 연결되는 제4 라인을 포함하고, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 상기 실내 열교환기의 출구측의 제1 라인과 연결되는 제1 팽창수단과 제2 팽창수단, 상기 실외 열교환기의 출구측의 제2 라인과 연결되는 제3 팽창수단과 제4 팽창수단, 및 하나의 기액분리기를 포함하고, 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단은 상기 기액분리기의 액상 출구에 병렬로 연결되며, 상기 제2 팽창수단과 상기 제4 팽창수단은 상기 기액분리기의 입구에 병렬로 연결되고, 상기 기액분리기의 기상 출구는 상기 압축기와 연결되는 차량용 열관리 장치에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단 각각은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 팽창 밸브이고, 상기 제1 팽창수단의 출구는 상기 실외 열교환기의 입구측과 연결되며, 상기 제3 팽창수단의 출구는 상기 증발기와 연결될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 팽창수단 및 상기 제4 팽창수단에 의해, 상기 제2 팽창수단을 통과한 열교환매체 또는 상기 제4 팽창수단을 통과한 열교환매체 중 하나만이 상기 기액분리기에 공급될 수 있다.

상기 과제는 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기; 압축된 냉매가 유입되어 다른 열교환매체와 열교환하는 제1 열교환기; 차실외 공기와 열교환하는 제2 열교환기; 공조장치에 장착되어 차실내로 토출되는 공기와 열교환하는 제3 열교환기; 및 기상의 냉매를 압축기로 유입시킬 수 있는 베이퍼 인젝션 모듈을 포함하는 차량용 열관리 장치에 있어서, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 제1 팽창수단 그룹, 제2 팽창수단 그룹, 하나의 기액분리기, 상기 기액분리기의 입구에 배치되어 상기 제1 팽창수단 그룹 및 상기 제2 팽창수단 그룹과 연결되는 제1 합류부, 및 상기 기액분리기의 액상 출구에 배치되어 상기 제1 팽창수단 그룹 및 상기 제2 팽창수단 그룹과 연결되는 제1 분기부를 포함하는 차량용 열관리 장치에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 압축기, 상기 제1 열교환기, 상기 베이퍼 인젝션 모듈, 상기 제3 열교환기, 및 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 라인, 상기 베이퍼 인젝션 모듈과 제2 열교환기를 연결하는 제2 라인, 상기 베이퍼 인젝션 모듈과 상기 압축기를 연결하는 제3 라인, 일측은 상기 제3 열교환기와 상기 어큐뮬레이터 사이의 상기 제1 라인에 연결되고 타측은 상기 제2 열교환기와 상기 베이퍼 인젝션 모듈 사이의 상기 제2 라인에 연결되는 제4 라인, 및 상기 제4 라인 상에 배치되는 칠러와 제5 팽창수단을 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 팽창수단 그룹은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제1 팽창수단, 2웨이 밸브 타입의 제2 팽창수단, 및 상기 제1 열교환기의 출구에 배치되어 상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단에 연결되는 제2 분기부를 포함하고, 상기 제2 팽창수단 그룹은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제3 팽창수단, 2웨이 밸브 타입의 제4 팽창수단, 및 상기 제2 열교환기의 출구에 배치되어 상기 제3 팽창수단과 상기 제4 팽창수단에 연결되는 제3 분기부를 포함하고, 상기 제1 팽창수단의 출구는 상기 제2 열교환기의 입구측의 제2 라인과 연결되며, 상기 제1 팽창수단의 입구 중 하나는 상기 제1 분기부와 연결되고, 상기 제2 팽창수단의 출구는 상기 제1 합류부와 연결되며, 상기 제3 팽창수단의 출구는 상기 제3 열교환기의 입구측의 제1 라인과 연결되며, 상기 제3 팽창수단의 입구 중 하나는 상기 제1 분기부와 연결되고, 상기 제4 팽창수단의 출구는 상기 제1 합류부와 연결될 수 있다.

상기 과제는 압축기, 실내 열교환기, 베이퍼 인젝션 모듈, 증발기, 및 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 라인; 상기 베이퍼 인젝션 모듈과 실외 열교환기를 연결하는 제2 라인; 상기 베이퍼 인젝션 모듈과 상기 압축기를 연결하는 제3 라인; 및 일측은 상기 증발기와 상기 어큐뮬레이터 사이의 상기 제1 라인에 연결되고 타측은 상기 실외 열교환기와 상기 베이퍼 인젝션 모듈 사이의 상기 제2 라인에 연결되는 제4 라인을 포함하고, 상기 베이퍼 인젝션 모듈은 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 실내 열교환기의 출구측의 제1 라인과 연결되는 제1 팽창수단 그룹, 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 실외 열교환기의 출구측의 제2 라인과 연결되는 제2 팽창수단 그룹, 하나의 기액분리기, 제1 합류부를 통해 상기 제1 팽창수단 그룹과 상기 제2 팽창수단 그룹과 상기 기액분리기를 연결하는 제1 유로, 및 상기 기액분리기의 액상 출구측에 배치되는 제1 분기부를 통해 상기 기액분리기와 상기 제1 팽창수단 그룹과 제2 팽창수단 그룹을 연결하는 제2 유로를 포함하고, 상기 제3 라인은 상기 기액분리기의 기상 출구에 연결되며, 상기 실외 열교환기는 상기 제1 팽창수단 그룹과 연결되고, 상기 증발기는 상기 제2 팽창수단 그룹과 연결되는 차량용 열관리 장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 실내 열교환기를 통과한 열교환매체 또는 상기 실외 열교환기를 통과한 열교환매체 중 하나는 상기 제1 팽창수단 그룹과 상기 제2 팽창수단 그룹에 의해 상기 기액분리기에 공급될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 팽창수단 그룹은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제1 팽창수단, 2웨이 밸브 타입의 제2 팽창수단, 및 제2 분기부를 통해 상기 실내 열교환기의 출구측의 제1 라인과 상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단을 연결하는 제3 유로를 포함하고, 상기 제1 팽창수단의 출구는 상기 실외 열교환기의 입구측의 제2 라인과 연결되며, 상기 제1 팽창수단의 입구 중 하나는 상기 제2 유로와 연결되고, 상기 제2 팽창수단의 출구는 상기 제1 유로와 연결될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 팽창수단 그룹은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제3 팽창수단, 2웨이 밸브 타입의 제4 팽창수단, 및 제3 분기부를 통해 상기 실외 열교환기의 출구측의 제2 라인과 상기 제3 팽창수단과 상기 제4 팽창수단을 연결하는 제4 유로를 포함하고, 상기 제3 팽창수단의 출구는 상기 증발기의 입구측의 제1 라인과 연결되며, 상기 제3 팽창수단의 입구 중 하나는 상기 제2 유로와 연결되고, 상기 제4 팽창수단의 출구는 상기 제1 유로와 연결될 수 있다.

바람직하게, 상기 제4 라인에 배치되는 칠러와 제5 팽창수단을 포함하고, 상기 칠러에서 상기 제4 라인을 따라 이동하는 열교환매체와 제5 라인을 따라 이동하는 열교환매체가 열교환할 수 있다.

바람직하게, 상기 제5 팽창수단은 상기 칠러의 입구측에 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 제5 라인 상에는 배터리, 펌프 및 히터가 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 제4 라인을 따라 이동하는 열교환매체는 냉매이고, 상기 제5 라인을 따라 이동하는 열교환매체는 냉각수일 수 있다.

한편, 상기 제3 라인은 체크 밸브없이 파이프만으로 제공될 수 있다.

상기 차량용 열관리 장치의 냉방 모드시, 상기 실내 열교환기를 통과한 열교환매체는 상기 제1 팽창수단, 실외 열교환기, 및 제4 팽창수단을 통해 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상의 열교환매체는 상기 제3 라인을 통해 상기 압축기로 이동하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 열교환매체는 상기 제3 팽창수단을 통해 상기 증발기로 이동할 수 있다.

상기 차량용 열관리 장치의 난방 모드시, 상기 실내 열교환기를 통과한 열교환매체는 상기 제2 팽창수단을 통해 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상의 열교환매체는 상기 제3 라인을 통해 상기 압축기로 이동하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 열교환매체는 상기 제1 팽창수단을 통해 상기 실외 열교환기, 제5 팽창수단, 칠러, 어큐뮬레이터 및 압축기로 이동할 수 있다.

상기 차량용 열관리 장치의 제습 모드시, 상기 실내 열교환기를 통과한 열교환매체는 상기 제2 팽창수단을 통해 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 기상의 열교환매체는 상기 제3 라인을 통해 상기 압축기로 이동하고, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 열교환매체 중 일부는 상기 제1 팽창수단을 통해 상기 실외 열교환기, 제5 팽창수단, 칠러, 어큐뮬레이터 및 압축기로 이동하며, 상기 기액분리기에서 분리된 액상의 열교환매체 중 다른 일부는 상기 제3 팽창수단을 통해 상기 증발기로 이동할 수 있다.

상기 과제는 3웨이 밸브 타입의 제1 팽창수단; 2웨이 밸브 타입의 제2 팽창수단; 3웨이 밸브 타입의 제3 팽창수단; 2웨이 밸브 타입의 제4 팽창수단; 하나의 기액분리기; 및 상기 기액분리기의 액상 출구와 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단을 연결하는 제1 분기부를 포함하고, 상기 제1 분기부는 상기 기액분리기의 하부에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈에 의해 달성된다.

바람직하게, 상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단은 제1 방향으로 오버랩되게 배치되고, 상기 제3 팽창수단과 상기 제4 팽창수단은 제1 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단은 제2 방향으로 오버랩되게 배치되고, 상기 제2 팽창수단과 상기 제4 팽창수단은 제2 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 팽창수단과 상기 제4 팽창수단은 상기 기액분리기와 제3 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단은 상기 제1 분리부와 제3 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다.

실시예는 복수 개의 팽창수단을 이용하여 실내 열교환기를 통과한 열교환매체 또는 실외 열교환기를 통과한 열교환매체 중 하나를 하나의 기액분리기에 선택적으로 공급함으로써, 냉난방 성능을 향상시키면서도 컴팩트한 사이즈의 차량용 열관리 장치를 구현할 수 있다.

실시예는 종래의 기액분리기의 기상 출구측에 배치되던 체크밸브를 삭제하여 냉난방 성능을 향상시키면서도 컴팩트한 차량용 열관리 장치를 구현할 수 있다.

실시예는 복수 개의 팽창수단과 연결된 하나의 기액분리기만을 공용으로 사용하는 베이퍼 인젝션 모듈을 통해, 차량용 열관리 장치의 컴팩트한 사이즈를 구현할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 열관리 장치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

실시예는 각 구성별로 모듈화된 베이퍼 인젝션 모듈을 통해 유지 및 보수에 따른 효율적으로 관리를 가능하게 한다.

실시예는 난방 또는 제습 모드시, 배터리 등에서 발생하여 버려지는 열(이하, '폐열'이라 함)을 이용하여 열관리 효율을 향상시킬 수 있다.

실시예의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치를 나타내는 도면이고,

도 2는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈의 구성 요소 간의 배치 관계를 나타내는 도면이고,

도 3은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 칠러에 연결되는 냉각수 순환구조를 나타내는 도면이고,

도 4는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈을 나타내는 사시도이고,

도 5는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈을 나타내는 저면사시도이고,

도 6은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈의 제1 팽창수단 그룹과 제2 팽창수단 그룹을 나타내는 사시도이고,

도 7은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 냉방 모드를 나타내는 도면이고,

도 8은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 난방 모드를 나타내는 도면이고,

도 9는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 제습 모드를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지게 된다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

차량은 공기 온도, 습도, 청정도, 및 환기 등을 조절하기 위한 공조장치를 구비하며, 상기 공조장치를 이용하여 차실내의 쾌적한 환경을 조성할 수 있다. 여기서, 상기 공조장치는 에이치백(HVAC, Heating/Ventilaiton/Air Conditioning)이라 불릴 수 있다.

또한, 차량이 연료전지 등을 구동원으로 사용하는 경우, 상기 차량은 배터리를 냉각할 수 있는 별도의 배터리 냉각수 순환구조를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 차량은 전기자동차 또는 연료전지 자동차 등일 수 있다.

이에, 실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 상기 배터리 냉각수 순환구조 상에서 버려지는 열(이하, '폐열'이라 함)을 이용하는 히트펌프 구조를 공조장치에 구현함으로써, 열관리 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 배터리의 폐열을 이용하는 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 차량은 모터, 인버터, 라이더(Lidar), 레이더(Radar), 센서 등의 전장부품을 구비할 수 있으며, 실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 상기 전장부품의 폐열을 이용할 수도 있다.

즉, 실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 공조 모드에 따라 상기 폐열을 이용함으로써, 차량 내부의 냉난방 성능과 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 하나의 기액분리기만을 공용으로 사용하면서도 복수 개의 팽창수단 및 상기 기액분리기와 상기 팽창수단 각각을 연결하는 유로 구조를 통해, 상기 기액분리기의 기상 출구측에 배치되던 체크밸브를 삭제할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 열관리 장치는 차량 내부의 냉난방 성능과 품질을 향상시키면서도 컴팩트한 사이즈로 구현될 수 있다. 여기서, 상기 차량용 열관리 장치는 베이퍼 인젝션 히트 펌프 시스템이라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 유로 구조는 열교환매체가 이동하는 통로일 수 있다.

특히, 실시예는 복수 개의 팽창수단과 하나의 기액분리기를 포함하는 베이퍼 인젝션 모듈과 상기 베이퍼 인젝션 모듈 상에서 이동하는 열교환매체를 제어함으로써, 냉난방 성능을 향상시키면서도 컴팩트한 사이즈의 차량용 열관리 장치를 제공할 수 있다. 여기서, 상기 팽창수단은 팽창밸브일 수 있다.

즉, 상기 차량용 열관리 장치는 모듈화된 베이퍼 인젝션 모듈을 통해 설계 자유도를 향상시키면서도 용이하게 유지 및 보수를 수행할 수 있다.

나아가, 실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 베이퍼 인젝션 모듈의 구성 간의 최적화된 배치 관계를 제시함으로써, 열교환매체의 흐름을 최적화할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 열관리 장치는 냉난방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈의 구성 요소 간의 배치 관계를 도식화하여 나타내는 도면이고, 도 3은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 칠러에 연결되는 냉각수 순환구조를 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 열교환매체가 이동하도록 압축기(100)와 실내 열교환기(200)와 베이퍼 인젝션 모듈(300)과 증발기(400)와 어큐뮬레이터(500)를 연결하는 제1 라인(L1), 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)과 실외 열교환기(600)를 연결하는 제2 라인(L2), 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)과 상기 압축기(100)를 연결하는 제3 라인(L3), 및 일측은 상기 증발기(400)와 상기 어큐뮬레이터(500) 사이의 상기 제1 라인(L1)에 연결되고 타측은 상기 실외 열교환기(600)와 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300) 사이의 상기 제2 라인(L2)에 연결되는 제4 라인(L4)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 라인(L1)과 제2 라인(L2)과 제3 라인(L3)과 제4 라인(L4)을 따라 이동하는 열교환매체는 냉매일 수 있으며, 제1 열교환매체라 불릴 수 있다.

그리고, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 실내 열교환기(200)의 출구측의 제1 라인(L1)과 연결되는 제1 팽창수단 그룹(G1), 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 실외 열교환기(600)의 출구측의 제2 라인(L2)과 연결되는 제2 팽창수단 그룹(G2), 하나의 기액분리기(310), 제1 합류부(320)를 통해 상기 제1 팽창수단 그룹(G1)과 상기 제2 팽창수단 그룹(G2)과 상기 기액분리기(310)의 입구(311)를 연결하는 제1 유로(CH1), 및 상기 기액분리기(310)의 액상 출구(312)측에 배치되는 제1 분기부(330)를 통해 상기 기액분리기(310)와 상기 제1 팽창수단 그룹(G1)과 제2 팽창수단 그룹(G2)을 연결하는 제2 유로(CH2)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 유로(CH1)는 제1 내부 유로라 불릴 수 있고, 상기 제2 유로(CH2)는 제2 내부 유로라 불릴 수 있다. 이때, 상기 제1 팽창수단 그룹(G1)은 난방모드시 이용될 수 있어 난방용 제1 팽창수단 그룹이라 불릴 수 있고, 상기 제2 팽창수단 그룹(G2)은 냉방모드시 이용될 수 있어 냉방용 제2 팽창수단 그룹이라 불릴 수 있다.

그리고, 상기 제1 팽창수단 그룹(G1)은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제1 팽창수단(340), 2웨이 밸브 타입의 제2 팽창수단(350), 및 제2 분기부(360)를 통해 상기 실내 열교환기의 출구측의 제1 라인(L1)과 상기 제1 팽창수단(340)과 상기 제2 팽창수단(350)을 연결하는 제3 유로(CH3)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제3 유로(CH3)는 제3 내부 유로라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 제1 팽창수단(340)은 전자식 3웨이 팽창 밸브일 수 있다. 그리고, 상기 제2 팽창수단(350)은 전자식 2웨이 팽창 밸브일 수 있다.

그리고, 상기 제2 팽창수단 그룹(G2)은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제3 팽창수단(370), 2웨이 밸브 타입의 제4 팽창수단(380), 및 제3 분기부(390)를 통해 상기 실외 열교환기(600)의 출구측의 제2 라인(L2)과 상기 제3 팽창수단(370)과 상기 제4 팽창수단(380)을 연결하는 제4 유로(CH4)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제4 유로(CH4)는 제4 내부 유로라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 제3 팽창수단(370)은 전자식 3웨이 팽창 밸브일 수 있다. 그리고, 상기 제4 팽창수단(380)은 전자식 2웨이 팽창 밸브일 수 있다.

따라서, 상기 차량용 열관리 장치는 기액분리기(310)를 기준으로 입구(311) 전단에 두 개의 2웨이 팽창 밸브를 병렬로 배치하고, 액상 출구(312) 후단에 두 개의 3웨이 팽창 밸브를 병렬로 배치하여 하나의 기액분리기(310)를 공용으로 사용할 수 있다.

그리고, 상기 차량용 열관리 장치는 상기 제4 라인(L4)에 배치되는 칠러(700)와 제5 팽창수단(800)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 차량용 열관리 장치는 상기 배터리(B)의 폐열을 이용하도록 상기 칠러(700)에 연결되는 제5 라인(L5) 및 상기 제5 라인(L5) 상에 배치되는 배터리(B) 등을 포함할 수 있다.

이때, 상기 차량용 열관리 장치는 모듈화된 베이퍼 인젝션 모듈(300), 및 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)에 연결되는 상기 제1 라인(L1)과 제2 라인(L2)과 제3 라인(L3)과 제4 라인(L4)을 통해 상기 열교환매체의 이동을 제어함으로써, 차실내의 냉난방을 조절하면서도 컴팩트한 사이즈의 차량용 열관리 장치를 구현할 수 있다.

상세하게, 상기 차량용 열관리 장치는 공조 모드에 따라 베이퍼 인젝션 모듈(300) 내에서 이동하는 열교환매체를 조절하여 차실내의 냉난방을 조절할 수 있다. 그리고, 베이퍼 인젝션 모듈(300)의 배치 구조의 최적화 및 모듈화를 통해 컴팩트한 사이즈의 차량용 열관리 장치가 구현될 수 있다.

상기 제1 라인(L1)은 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)을 기준으로 제1 열교환매체가 순환하도록 배치되는 파이프일 수 있다.

그리고, 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 제1 라인(L1) 상에는 압축기(100)와 실내 열교환기(200)와 베이퍼 인젝션 모듈(300)과 증발기(400)와 어큐뮬레이터(500)가 배치될 수 있다.

상기 압축기(100)는 제1 라인(L1)을 따라 이동하는 상기 제1 열교환매체를 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 상기 실내 열교환기(200)를 향해 배출한다. 그에 따라, 상기 제1 열교환매체는 상기 차량용 열교환 장치의 내부를 순환할 수 있다. 여기서, 압축기(110)는 콤프레서라 불릴 수 있다.

상기 실내 열교환기(200)는 공조장치의 공조 케이스(C) 내부에 배치되며, 상기 제1 열교환매체와 다른 열교환매체인 공기와 상기 압축기(100)에 의해 압축되어 내부로 유입되는 제1 열교환매체 간의 열교환을 가능하게 한다. 그에 따라, 실내 열교환기(120)는 차량 내부를 난방할 수 있게 한다. 여기서, 실내 열교환기(200)는 제1 열교환기 또는 제1 응축기라 불릴 수 있으며, 공조 모드에 따라 응축기로써의 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 실내 열교환기(200)에서 상기 제1 열교환매체와 열교환하는 공기는 차량의 내부로 유입되는 공기일 수 있다.

상기 실내 열교환기(200)를 설명함에 있어서, 상기 공기와 상기 제1 열교환매체 간의 열교환을 그 예로 하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 별도의 냉각수 라인을 배치하고 상기 냉각수 라인을 따라 이동하는 냉각수와 상기 제1 열교환매체를 열교환시켜 차실내를 난방할 수도 있다. 상세하게, 워터 콘덴서(Water Condenser) 타입의 열교환기를 이용하여 상기 냉각수와 상기 제1 열교환매체인 냉매와의 열교환을 통해 차실내를 난방할 수도 있다.

상기 베이퍼 인젝션 모듈(300, Vapor injection module)은 제1 열교환매체의 팽창여부, 기상의 제1 열교환매체와 액상의 제1 열교환매체의 구분, 및 공조 모드에 따라 제1 열교환매체의 이동 방향을 제어할 수 있다.

바람직하게, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 3웨이 밸브 타입의 팽창수단과 2웨이 밸브 타입의 팽창수단으로 구성된 제1 팽창수단 그룹(G1)과 제2 팽창수단 그룹(G2), 하나의 기액분리기(310) 및 복수 개의 내부 유로를 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 내부로 유입된 제1 열교환매체에 대한 팽창 및 이동을 제어하고, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 기상 및 액상의 제1 열교환매체 중 하나를 상기 제1 라인(L1), 제2 라인(L2) 및 제3 라인(L3) 중 적어도 어느 하나로 공급한다. 여기서, 상기 제1 팽창수단 그룹(G1)은 제1 팽창수단(340)과 제2 팽창수단(350)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 팽창수단 그룹(G2)은 제3 팽창수단(370)과 제4 팽창수단(380)을 포함할 수 있다.

상기 기액분리기(310)는 내부로 유입된 제1 열교환매체를 기상 및 액상으로 분리하여 상별로 배출할 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 기액분리기(310)는 제1 열교환매체가 유입되는 입구(311), 액상의 제1 열교환매체가 배출되는 액상 출구(312), 및 기상의 제1 열교환매체가 배출되는 기상 출구(313)를 포함할 수 있다.

상기 기액분리기(310)의 입구(311)는 제1 유로(CH1)를 통해 상기 제1 팽창수단 그룹(G1) 및 제2 팽창수단 그룹(G2)과 연결될 수 있다.

상세하게, 기액분리기(310)의 입구(311)는 상기 제1 유로(CH1)의 제1 합류부(320)를 통해 제2 팽창수단(350) 및 제4 팽창수단(380)과 연결될 수 있다. 그리고 공조 모드에 따른 제2 팽창수단(350) 및 제4 팽창수단(380)의 제어를 통해, 상기 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체 및 상기 실외 열교환기(600)를 통과한 제1 열교환매체 중 하나가 상기 기액분리기(310)의 내부로 유입될 수 있다. 그리고, 상기 기액분리기(310)의 내부로 유입된 제1 열교환매체는 상기 기액분리기(310)에 의해 기상 및 액상으로 분류될 수 있다.

이때, 상기 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 기액분리기(310)의 상류측에 2웨이 밸브 타입의 제2 팽창수단(350)과 제4 팽창수단(380)이 배치되어 상기 기액분리기(310)에 상기 제2 팽창수단(350)과 제4 팽창수단(380) 중 어느 하나를 통과한 제1 열교환매체를 선택적으로 공급하기 때문에, 상기 차량용 열교환 장치는 기상 출구(313)와 연결되는 제3 라인(L3)에 배치되던 체크밸브를 삭제하고 파이프만으로 상기 제3 라인(L3)을 구성할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 열교환 장치는 상기 체크밸브에 의한 압력 손실 등을 방지하여 열효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 차량용 열교환 장치는 상기 체크밸브가 차지하던 공간을 이용할 수 있게 하여 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.

상기 기액분리기(310)의 액상 출구(312)는 제2 유로(CH2)를 통해 상기 제1 팽창수단 그룹(G1)의 제1 팽창수단(340) 및 제2 팽창수단 그룹(G2)의 제3 팽창수단(370)과 연결될 수 있다. 이때, 상기 액상 출구(312)는 상기 기액분리기(310)의 하부에 배치되어 액상의 냉매의 토출에 대한 효율을 향상시킬 수 있다.

상세하게, 기액분리기(310)의 액상 출구(312)는 상기 제2 유로(CH2)의 제1 분기부(330)를 통해 제1 팽창수단(340) 및 제3 팽창수단(370)과 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제1 팽창수단(340)의 일측은 제2 라인(L2)과 연결될 수 있고, 상기 제3 팽창수단(370)의 일측은 제1 라인(L1)과 연결될 수 있다.

그리고, 공조 모드에 따른 제1 팽창수단(340) 및 제3 팽창수단(370)의 제어를 통해, 액상의 제1 열교환매체는 증발기(400) 또는 실외 열교환기(600) 또는 증발기(400)와 실외 열교환기(600) 모두로 이동할 수 있다.

상기 기액분리기(310)의 기상 출구(312)는 제3 유로(CH3)와 연결될 수 있다. 이때, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 제5 유로(CH5)를 포함하여 상기 기상 출구(312)와 제3 유로(CH3)를 연결할 수도 있다. 여기서, 상기 제5 유로(CH5)는 제5 내부 유로라 불릴 수 있다.

그에 따라, 상기 기상 출구(312)를 통해 배출되는 기상의 제1 열교환매체는 상기 압축기(100)에 공급될 수 있다.

상기 제1 합류부(320)는 기액분리기(310)의 입구(311)측에 연결되게 배치되는 제1 유로(CH1) 상에 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 합류부(320)는 상기 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체 및 상기 실외 열교환기(600)를 통과한 제1 열교환매체가 합류하는 합류점일 수 있다.

상기 제1 분기부(330)는 기액분리기(310)의 액상 출구(312)측에 연결되게 배치되는 제2 유로(CH2) 상에 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제1 분기부(330)는 액상의 제1 열교환매체가 분기되어 이동하는 분기점일 수 있다.

상기 제1 팽창수단(340)은 제2 팽창수단(350)과 함께 제1 팽창수단 그룹(G1)을 구성하며, 3웨이 밸브 타입의 밸브로 제공될 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 팽창수단(340)은 제1 열교환매체의 이동 방향과 팽창 여부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1 팽창수단(340)은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함할 수 있다.

상기 제1 팽창수단(340)의 두 개의 입구 중 하나인 제1 입구(341)는 상기 제3 유로(CH3) 상에 배치되는 제2 분기부(360)를 통해 상기 실내 열교환기(200)의 출구측에 배치되는 제1 라인(L1)과 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 팽창수단(340)의 두 개의 입구 중 다른 하나인 제2 입구(342)는 상기 제2 분기부(360)에서 분기되는 제2 유로(CH1)의 일부와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 팽창수단(340)의 출구인 제1 출구(343)는 상기 실외 열교환기(600)의 입구측 제2 라인(L2)과 연결될 수 있다.

따라서, 공조 모드에 따라, 상기 제1 입구(341)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(340)에 의해 제1 출구(343)로 배출되어 상기 실외 열교환기(600)로 공급될 수 있다. 또한, 공조 모드에 따라, 상기 제2 입구(342)통해 유입된 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(340)에 의해 제1 출구(343)로 배출되어 상기 실외 열교환기(600)로 공급될 수 있다.

상기 제2 팽창수단(350)은 제1 팽창수단(340)과 함께 제1 팽창수단 그룹(G1)을 구성하며, 2웨이 밸브 타입의 밸브로 제공될 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 팽창수단(350)은 제1 열교환매체의 이동 및 팽창 여부를 제어할 수 있다.

상기 제2 팽창수단(350)의 입구는 상기 제3 유로(CH3) 상에 배치되는 제2 분기부(360)를 통해 상기 실내 열교환기(200)의 출구측에 배치되는 제1 라인(L1)과 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제2 팽창수단(340)의 출구는 상기 제1 유로(CH1) 상에 배치되는 제1 합류부(320)를 통해 상기 기액분리기(310)의 입구(311)와 연결될 수 있다.

공조 모드에 따라, 상기 제2 팽창수단(350)은 기액분리기(310)로 공급되는 제1 열교환매체의 이동 및 팽창을 제어할 수 있다.

상기 제2 분기부(360)는 상기 실내 열교환기(200)의 출구측 제1 라인(L1)과 연결되게 배치되는 제3 유로(CH3) 상에 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제2 분기부(360)는 상기 실내 열교환기(200)에서 배출되는 제1 열교환매체가 분기되어 이동하는 분기점일 수 있다.

상기 제3 팽창수단(370)은 제4 팽창수단(380)과 함께 제2 팽창수단 그룹(G2)을 구성하며, 3웨이 밸브 타입의 밸브로 제공될 수 있다. 그에 따라, 상기 제3 팽창수단(370)은 제1 열교환매체의 이동 방향과 팽창 여부를 제어할 수 있다.

또한, 상기 제3 팽창수단(370)은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함할 수 있다.

상기 제3 팽창수단(370)의 두 개의 입구 중 하나인 제3 입구(371)는 상기 제3 유로(CH3) 상에 배치되는 제3 분기부(390)를 통해 상기 실외 열교환기(600)의 출구측에 배치되는 제2 라인(L2)과 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제3 팽창수단(370)의 두 개의 입구 중 다른 하나인 제4 입구(372)는 상기 제2 분기부(360)에서 분기되는 제2 유로(CH1)의 일부와 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제3 팽창수단(370)의 출구인 제2 출구(373)는 상기 증발기(400)의 입구측 제1 라인(L1)과 연결될 수 있다.

따라서, 공조 모드에 따라, 상기 제3 입구(371)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 상기 제3 팽창수단(370)에 의해 제2 출구(373)로 배출되어 상기 증발기(400)로 공급될 수 있다. 또한, 공조 모드에 따라, 상기 제4 입구(372)통해 유입된 제1 열교환매체는 상기 제3 팽창수단(370)에 의해 제2 출구(373)로 배출되어 상기 증발기(400)로 공급될 수 있다.

상기 제4 팽창수단(380)은 제3 팽창수단(370)과 함께 제2 팽창수단 그룹(G2)을 구성하며, 2웨이 밸브 타입의 밸브로 제공될 수 있다. 그에 따라, 상기 제4 팽창수단(380)은 제1 열교환매체의 이동 및 팽창 여부를 제어할 수 있다.

상기 제4 팽창수단(380)의 입구는 상기 제4 유로(CH3) 상에 배치되는 제3 분기부(390)를 통해 상기 실외 열교환기(600)의 출구측에 배치되는 제2 라인(L2)과 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제4 팽창수단(380)의 출구는 상기 제1 유로(CH1) 상에 배치되는 제1 합류부(320)를 통해 상기 기액분리기(310)의 입구(311)와 연결될 수 있다.

공조 모드에 따라, 상기 제2 팽창수단(350)은 기액분리기(310)로 공급되는 제1 열교환매체의 이동 및 팽창을 제어할 수 있다.

상기 제3 분기부(390)는 상기 실외 열교환기(600)의 출구측 제2 라인(L2)과 연결되게 배치되는 제4 유로(CH4) 상에 배치될 수 있다.

여기서, 상기 제3 분기부(390)는 상기 실외 열교환기(600)에서 배출되는 제1 열교환매체가 분기되어 이동하는 분기점일 수 있다.

상기 제1 유로(CH1), 제2 유로(CH2), 제3 유로(CH3), 제4 유로(CH4), 및 제5 유로(CH5)는 베이퍼 인젝션 모듈(300)의 내에 배치되어 제1 열교환매체가 이동하는 통로일 수 있다.

상기 제1 유로(CH1)는 제1 합류부(320)를 이용하여 기액분리기(310)의 입구(311), 제2 팽창수단(350)의 출구, 및 제4 팽창수단(380)의 출구를 연결할 수 있다. 이때, 제2 팽창수단(350) 및 제4 팽창수단(380)의 제어에 의해 상기 제2 팽창수단(350)을 통과한 제1 열교환매체 또는 제4 팽창수단(380)을 통과한 제1 열교환매체 중 하나가 상기 기액분리기(310)로 공급될 수 있다.

상기 제2 유로(CH2)는 제1 분기부(330)를 이용하여 상기 기액분리기(310)의 액상 출구(312), 상기 제1 팽창수단(340)의 제2 입구(342), 및 상기 제3 팽창수단(370)의 제4 입구(372)를 연결할 수 있다. 이때, 제1 팽창수단(340) 및 제3 팽창수단(370)의 제어에 의해, 상기 기액분리기(310)에서 배출되는 액상의 제1 열교환매체는 제1 팽창수단(340)을 통해 실외 열교환기(600)에 공급되거나 또는 제3 팽창수단(370)을 통해 증발기(400)에 공급되거나 또는 증발기(400)와 실외 열교환기(600) 모두에 공급될 수 있다.

상기 제3 유로(CH3)는 제2 분기부(360)를 이용하여 상기 실내 열교환기(200)의 출구, 상기 제1 팽창수단(340)의 제1 입구(341), 및 상기 제2 팽창수단(350)의 입구를 연결할 수 있다. 이때, 제1 팽창수단(340) 및 제2 팽창수단(350)의 제어에 의해, 상기 실내 열교환기(200)에서 배출되는 제1 열교환매체는 제1 팽창수단(340)을 통해 실외 열교환기(600)에 공급되거나 또는 제2 팽창수단(350)을 통해 기액분리기(310)에 공급될 수 있다.

상기 제4 유로(CH4)는 제3 분기부(390)를 이용하여 상기 실외 열교환기(600)의 출구, 상기 제3 팽창수단(370)의 제3 입구(371), 및 상기 제4 팽창수단(380)의 입구를 연결할 수 있다. 이때, 제3 팽창수단(370) 및 제4 팽창수단(380)의 제어에 의해, 상기 실외 열교환기(200)에서 배출되는 제1 열교환매체는 제4 팽창수단(380)을 통해 기액분리기(310)에 공급될 수 있다.

상기 제5 유로(CH5)는 상기 기액분리기(310)의 기상 출구(313)와 압축기(100)의 입구측에 연결된 제3 라인(L3)을 연결할 수 있다. 그에 따라, 상기 기액분리기(310)의 기상 출구(313)에서 배출되는 기상의 제1 열교환매체는 상기 압축기(100)에 공급될 수 있다.

상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 상기 제1 팽창수단(340)과 제2 팽창수단(350)을 포함하는 제1 팽창수단 그룹(G1), 제3 팽창수단(370)과 제4 팽창수단(380)을 포함하는 제2 팽창수단 그룹(G2), 기액분리기(310), 및 제1 분기부(330)의 최적화된 구성 간의 배치 관계를 제시함으로써, 열교환매체의 흐름을 최적화할 수 있다. 그리고, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 상기 배치 관계를 통해 컴팩트한 사이즈를 구현함으로써, 상기 차량용 열관리 장치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 상기 제1 팽창수단 그룹(G1), 제2 팽창수단 그룹(G2), 기액분리기(310), 및 제1 분기부(330) 각각의 구성을 모듈화하여 조립, 보수 등을 용이하게 수행할 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 5는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈을 나타내는 저면사시도이고, 도 6은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈의 제1 팽창수단 그룹과 제2 팽창수단 그룹을 나타내는 사시도이다. 도 4 내지 도 6에 도시된 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향은 서로 다른 방향을 의미하며 서로 수직할 수 있다. 그리고, 상기 제1 방향은 상하 방향 또는 수직 방향을 나타낼 수 있다. 이때, 기액분리기(310)의 기상 출구(313)d의 위치를 고려하여 도면상 위쪽은 상방을 나타낼 수 있고 아래쪽은 하방을 나타낼 수 있다. 그리고, 상기 제2 방향 및 제3 방향은 평면상 수평 방향을 나타낼 수 있으며, 서로 수직할 수 있다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 상기 제1 팽창수단(340)과 제2 팽창수단(350)을 포함하는 제1 팽창수단 그룹(G1), 제3 팽창수단(370)과 제4 팽창수단(380)을 포함하는 제2 팽창수단 그룹(G2), 기액분리기(310), 및 제1 분기부(330)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 합류부(320)는 기액분리기(310)를 형성하는 유닛, 즉 기액분리기 하우징 내에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 분기부(360)는 제2 팽창수단(350)을 형성하는 유닛, 즉 제2 팽창수단 하우징 내에 배치될 수 있다. 그리고, 제3 분기부(390)는 제4 팽창수단(380)을 형성하는 유닛, 즉 제4 팽창수단 하우징 내에 배치될 수 있다.

또한, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 상기 제1 팽창수단(340), 제2 팽창수단(350), 제3 팽창수단(370), 및 제4 팽창수단(380) 각각에 대응하여 배치되는 액추에이터(A)를 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 팽창수단(340), 제2 팽창수단(350), 제3 팽창수단(370), 및 제4 팽창수단(380) 각각은 상기 액추에이터(A)에 의해 개별적으로 구동될 수 있다.

여기서, 상기 제1 팽창수단(340), 제2 팽창수단(350), 제3 팽창수단(370), 제4 팽창수단(380), 기액분리기(310), 및 제1 분기부(330)는 육면체 형상의 유닛으로 형성된 것을 그 예로 하고 있으나 반드시 이에 한정되지 않는다. 상기 제1 팽창수단(340), 제2 팽창수단(350), 제3 팽창수단(370), 제4 팽창수단(380), 기액분리기(310), 및 제1 분기부(330) 각각의 배치 관계를 만족한다면 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.

한편, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 상기 기액분리기(310)의 액상 출구(312)와 연결되는 제1 분기부(330)를 별도로 유닛으로 구성하면서 기액분리기(310)의 하부에 배치하기 때문에, 자중에 의한 액상의 제1 열교환매체의 흐름을 최적화할 수 있다. 이때, 상기 기액분리기(310)의 기상 출구(133)는 기상의 제1 열교환매체가 배출되는 출구임을 고려하여 상방을 향해 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 제1 팽창수단(340)과 상기 제2 팽창수단(350)은 제1 방향인 상하 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다. 이때, 상기 기액분리기(310) 내에서 상별에 따른 제1 열교환매체의 자중을 고려하여 상기 기액분리기(310)의 입구(311)는 액상 출구(312)보다 높게 배치되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 상기 기액분리기(310)의 입구(311)와 연결되는 상기 제2 팽창수단(350)은 제1 팽창수단(240)의 상부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 제3 팽창수단(370)과 상기 제4 팽창수단(380)은 제1 방향인 상하 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다. 이때, 상기 기액분리기(310) 내에서 상별에 따른 제1 열교환매체의 자중을 고려하여 상기 기액분리기(310)의 입구(311)는 액상 출구(312)보다 높게 배치되는 것이 바람직하다. 그에 따라, 상기 기액분리기(310)의 입구(311)와 연결되는 상기 제4 팽창수단(380)은 제3 팽창수단(370)의 상부에 배치될 수 있다.

이때, 상기 제1 팽창수단(340)과 상기 제3 팽창수단(370)은 제2 방향으로 오버랩되게 배치되고, 상기 제2 팽창수단(350)과 상기 제4 팽창수단(380)은 제2 방향으로 오버랩되게 배치되어 최적화된 배치 관계를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제2 팽창수단(350)과 상기 제4 팽창수단(380)은 평면상 상기 기액분리기(310)와 제3 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다. 이때, 상기 제2 팽창수단(350)의 입구(351)는 상방을 향해 배치되고, 출구(352)는 기액분리기(310)를 향해 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제4 팽창수단(380)의 입구(381)는 상방을 향해 배치되고, 출구(382)는 기액분리기(310)를 향해 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제2 팽창수단(350)의 입구(351)는 실내 열교환기(200)의 출구측과 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제4 팽창수단(380)의 입구(381)는 실외 열교환기(600)의 출구측과 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1 팽창수단(340)과 상기 제3 팽창수단(370)은 평면상 상기 제1 분기부(330)와 제3 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 팽창수단(340)의 제2 입구(342)는 상기 제1 분기부(330)를 향해 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제3 팽창수단(370)의 제4 입구(372)는 상기 제1 분기부(330)를 향해 배치될 수 있다.

위에서 살펴본 바와 같이, 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300)은 기액분리기(310)와 제1 분기부(330)의 배치 관계를 기준으로 상기 제1 팽창수단(340), 제2 팽창수단(350), 제3 팽창수단(370), 및 제4 팽창수단(380)의 배치 관계를 제시함으로써, 최적화된 모듈을 형성할 수 있다.

상기 증발기(400)는 공조장치의 공조 케이스(C)의 내부에 설치되고, 상기 제1 라인(L1)에 배치되어 제3 팽창수단(370)에서 배출된 저온 저압의 제1 열교환매체가 공급된다. 이때, 블로어를 통해 공조 케이스(C)의 내부를 유동하는 공기가 증발기(400)를 통과하는 과정에서 증발기(400) 내부의 제1 열교환매체와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다. 즉, 상기 증발기(400)는 차실내로 토출되는 공기와 상기 제1 열교환매체의 열교환을 유도하여 차실내를 냉방할 수 있다. 여기서, 상기 증발기는 제3 열교환기라 불릴 수 있다 .

이때, 공조 케이스(C) 내부에는 실내 열교환기(200)와 증발기(400)가 함께 배치되어 실내의 냉난방을 제어할 수 있다. 그리고, 공조 케이스(C)의 내부에 배치되는 온도조절도어(D)는 실내 열교환기(200)와 증발기(400)를 통해 열교환한 공기의 양을 조절하여 차량 실내의 온도를 조절할 수 있게 한다.

상기 어큐뮬레이터(500, Accumulator)는 압축기(110)의 입구 측 제1 라인(L1)상에 설치될 수 있다. 그리고, 상기 어큐뮬레이터(500)는 내부로 유입된 제1 열교환매체에서 액상(액체 상태)의 제1 열교환매체 또는 기상(기체 상태)의 제1 열교환매체를 선별하여 배출할 수 있다.

이때, 상기 어큐뮬레이터(500)의 입구측에는 상기 제1 라인(L1)과 제4 라인(L4)을 따라 이동한 제1 열교환매체가 합류하는 제2 합류부(1000)가 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 어큐뮬레이터(500)에는 제3 팽창수단(370)에 의해 증발기(400)를 통과한 제1 열교환매체가 공급되거나, 또는 제5 팽창수단(800)에 의해 칠러(700)를 통과한 제1 열교환매체가 공급되거나, 또는 증발기(400)를 통과한 제1 열교환매체와 칠러(700)를 통과한 제1 열교환매체가 합류되어 공급될 수 있다.

상기 실외 열교환기(600)는 차량의 전방측에 설치되어 차량으로 유입되는 공기(차실외 공기)와 제1 열교환매체를 열교환시켜 방열함으로써, 제1 열교환매체를 응축할 수 있다. 여기서, 실외 열교환기(600)는 제2 열교환기 또는 제2 응축기라 불릴 수 있다.

이때, 상기 실외 열교환기(600)는 제2 라인(L2) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 팽창수단(340)을 통과한 제1 열교환매체가 공급될 수 있다.

상기 제4 라인(L4) 상에는 상기 폐열을 이용하기 위한 칠러(700)와 제5 팽창수단(800)이 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제5 팽창수단(800)은 2웨이 밸브 타입으로 제공될 수 있다. 예컨데, 제5 팽창수단(800)은 2웨이 팽창밸브일 수 있다.

상기 제4 라인(L4)은 제4 분기부(900)와 제2 합류부(1000)를 이용하여 상기 증발기(400)와 상기 어큐뮬레이터(500) 사이의 제1 라인(L1), 및 상기 실외 열교환기(600)와 상기 베이퍼 인젝션 모듈(300) 사이의 상기 제2 라인(L2)을 연결할 수 있다. 그에 따라, 상기 실외 열교환기(600)를 통과한 제1 열교환매체의 일부는 상기 제4 라인(L4)으로 이동할 수 있다. 그리고, 상기 칠러(700)와 제5 팽창수단(800)을 통과한 제1 열교환매체는 상기 어큐뮬레이터(500)로 이동할 수 있다.

상기 칠러(700)는 제5 팽창수단(800)을 통과한 제1 열교환매체와 제5 라인(L5)을 따라 이동하는 제2 열교환매체가 열교환 가능하게 하는 열교환기일 수 있다. 여기서, 상기 칠러(700)는 제4 열교환기라 불릴 수 있다. 그리고, 상기 제2 열교환매체는 냉각수일 수 있다.

상기 제1 열교환매체는 칠러(700)에서 상기 제2 열교환매체와 열교환하기 때문에, 상기 차량용 열관리 장치는 배터리(B)의 폐열을 열원으로 이용할 수 있다.

상기 제5 팽창수단(800)은 상기 칠러(700)의 입구측에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제5 팽창수단(800)은 상기 제4 라인(L4)을 따라 이동하는 제1 열교환매체의 팽창 및 이동 여부를 제어할 수 있다. 여기서, 상기 제5 팽창수단(800)은 전자식 2웨이 팽창 밸브일 수 있다.

상기 차량용 열교환장치는 상기 배터리(B)의 폐열을 이용하기 위해 배치되는 배터리 냉각 장치를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 배터리 냉각 장치는 제2 열교환매체가 순환하는 제5 라인(L5), 및 상기 제5 라인(L5) 상에 배치되는 배터리(B)와 펌프(P)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 냉각 장치는 제1 히터(H1)를 더 포함할 수 있다.

상기 제5 라인(L5)은 상기 제2 열교환매체가 순환할 수 있도록 차량에 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 제5 라인(L5)을 통해 순환되는 상기 제2 열교환매체는 배터리(B)에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다. 여기서, 상기 제5 라인(L5)은 파이프 등으로 제공될 수 있다.

그리고, 상기 제5 라인(L5)은 상기 칠러(700)를 통과하도록 배치될 수 있다. 그에 따라, 제5 라인(L5)을 따라 이송되는 제2 열교환매체는 상기 제4 라인(L4)을 따라 흐르는 제1 열교환매체와 상기 칠러(700)에서 열교환할 수 있다. 즉, 배터리(B)에서 발생하는 열은 상기 칠러(700)에서 상기 어큐뮬레이터(500)로 전달될 수 있다.

상기 펌프(P)는 상기 제2 열교환매체가 상기 제5 라인(L5)을 따라 이송되게 한다. 그에 따라, 배터리(B)에서 발생된 열을 흡수한 고온의 상기 제2 열교환매체는 펌프(P)에 의해 순환되어 상기 칠러(700)를 통과하면서 상기 제1 열교환매체와 열교환할 수 있다.

상기 제1 히터(H1)는 제5 라인(L5)을 따라 이송되는 상기 제2 열교환매체를 가열할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 히터(H1)는 제2 열교환매체의 흐름을 기준으로 배터리(B)의 출구측에 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 제1 히터(H1)는 제1 히터라 불릴 수 있다.

한편, 상기 차량용 열관리 장치는 공조 케이스(C)의 내부에 배치되는 제2 히터(H2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 히터(H2)는 피티씨 히터(Positive Temperature Coefficient Heater)가 사용될 수 있다. 그에 따라, 상기 피씨티 히터는 차량 실내의 냉난방을 보조하여, 차량 내부의 냉난방 품질을 향상시킬 수 있다.

실시예에 따른 차량용 열관리 장치는 복수 개의 공조 모드를 포함할 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 냉방 모드를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 7에 도시된 화살표는 열교환매체의 흐름을 나타낼 수 있다.

상기 차량용 열관리 장치의 냉방 모드시, 상기 차량용 열관리 장치는 차량 실내의 냉방을 수행할 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 7을 참조하면, 냉방 모드시, 상기 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(340), 실외 열교환기(600), 및 제4 팽창수단(380)을 통해 상기 기액분리기(310)로 유입되며, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 기상의 제1 열교환매체는 상기 제3 라인(L3)을 통해 상기 압축기(100)로 이동하고, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 액상의 제1 열교환매체는 상기 제3 팽창수단(370)을 통해 상기 증발기(400)로 이동할 수 있다.

상세하게, 상기 압축기(100)와 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체는 제1 팽창수단(340)과 제2 팽창수단(350)에 의해 실외 열교환기(600)로 이동할 수 있다. 이때, 제1 팽창수단(340)의 제2 입구(342)와 제2 팽창수단(350)은 닫힘 상태이다.

그리고, 상기 실외 열교환기(600)를 통과한 제1 열교환매체는 제3 팽창수단(370), 제4 팽창수단(380), 및 제5 팽창수단(800)에 의해 기액분리기(310)로 이동할 수 있다. 이때, 제3 팽창수단(370)의 제3 입구(371)와 제5 팽창수단(800)은 닫힘 상태이다.

그리고, 상기 기액분리기(310)의 내부에서 제1 열교환매체는 기상과 액상으로 분리된다.

그리고, 액상의 제1 열교환매체는 제3 팽창수단(370)에 의해 팽창된 후 증발기(400), 어큐뮬레이터(500) 및 압축기(100) 순으로 이동한다.

그리고, 기상의 제1 열교환매체는 제3 라인(L3)을 통해 압축기(100)로 이동한다.

즉, 상기 차량용 열관리 장치의 냉방 모드시, 상기 차량용 열관리 장치에서 상기 제1 열교환기인 실내 열교환기(200)를 통과한 냉매는 상기 제1 팽창수단(340), 상기 제2 열교환기인 실외 열교환기(600), 및 상기 제4 팽창수단(350)을 통해 상기 기액분리기(310)로 유입되며, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기(100)로 이동하고, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제3 팽창수단(350)에 의해 팽창 후 상기 제3 열교환기인 증발기(400)로 이동할 수 있다. 여기서, 상기 제1 열교환기인 실내 열교환기(200)를 통과한 냉매는 상기 제1 팽창수단(340), 상기 제2 열교환기인 실외 열교환기(600), 상기 제4 팽창수단(350) 및 상기 기액분리기(310)로 이동하는 동안 상기 제1 팽창수단(340)에서는 팽창하지 않고, 상기 제4 팽창수단(350)에서만 팽창할 수 있다.

따라서, 상기 차량용 열관리 장치의 냉방 모드시, 상기 차량용 열관리 장치는 베이퍼 인젝션 시스템이 사용된 종래의 히트펌프 시스템보다 15% 정도의 냉방성능을 향상시키면서도 냉방 효율을 10% 정도 개선할 수 있다.

도 8은 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 난방 모드를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 8에 도시된 화살표는 열교환매체의 흐름을 나타낼 수 있다.

상기 차량용 열관리 장치의 난방 모드시, 상기 차량용 열관리 장치는 차량 실내의 난방을 수행할 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 8을 참조하면, 난방 모드시, 상기 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제2 팽창수단(350)을 통해 상기 기액분리기(310)로 유입되며, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 기상의 제1 열교환매체는 상기 제3 라인(L3)을 통해 상기 압축기(100)로 이동하고, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 액상의 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(340)을 통해 상기 실외 열교환기(600), 제5 팽창수단(800), 칠러(700), 어큐뮬레이터(500) 및 압축기(100)로 이동할 수 있다.

상세하게, 상기 압축기(100)와 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체는 제1 팽창수단(340)과 제2 팽창수단(350)과 제4 팽창수단(380)에 의해 기액분리기(310)로 이동할 수 있다. 이때, 제1 팽창수단(340)의 제1 입구(341)와 제4 팽창수단(380)은 닫힘 상태이다.

그리고, 상기 기액분리기(310)의 내부에서 제1 열교환매체는 기상과 액상으로 분리된다.

그리고, 액상의 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(340)과 제3 팽창수단(370)에 의해 실외 열교환기(600)로 이동한다. 이때, 제3 팽창수단(370)은 닫힘 상태이다. 그에 따라, 상기 실외 열교환기(600)를 통과한 제1 열교환매체는 제5 팽창수단(800)에 의해 팽창된 후 칠러(700), 어큐뮬레이터(500) 및 압축기(100) 순으로 이동한다. 상기 제1 열교환매체가 상기 칠러(700)를 통과할 때, 상기 제1 열교환매체는 제5 라인(L5)을 따라 이동하는 제2 열교환매체와 상기 칠러(700)에서 열교환함으로써, 상기 배터리(B)의 폐열을 이용할 수 있다.

그리고, 기상의 제1 열교환매체는 제3 라인(L3)을 통해 압축기(100)로 이동한 후 상기 어큐뮬레이터(500)를 통해 상기 압축기(100)의 내부로 이동한 제1 열교환매체와 합류한다.

즉, 상기 차량용 열관리 장치의 난방 모드시, 상기 차량용 열관리 장치에서 상기 제1 열교환기인 실내 열교환기(200)를 통과한 냉매는 상기 제2 팽창수단(350)에 의해 팽창 후 상기 기액분리기(310)로 유입되며, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기(100)로 이동하고, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제1 팽창수단(340)에서 팽창하고, 상기 제2 열교환기인 실외 열교환기(600)를 통과한 후 상기 압축기로 이동할 수 있다.

따라서, 상기 차량용 열관리 장치의 난방 모드시, 상기 차량용 열관리 장치는 베이퍼 인젝션 시스템이 사용된 종래의 히트펌프 시스템보다 20% 정도의 난방성능을 향상시키면서도 난방 모드시 소모되는 전력을 10% 정도 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 차량용 열관리 장치의 난방 모드시, 상기 제2 히터(H2)는 구동될 수 있다.

도 9는 실시예에 따른 차량용 열관리 장치의 제습 모드를 나타내는 도면이다. 여기서, 도 9에 도시된 화살표는 열교환매체의 흐름을 나타낼 수 있다.

상기 차량용 열관리 장치의 제습 모드시, 상기 차량용 열관리 장치는 차량 실내의 제습을 수행할 수 있다.

도 1, 도 2 및 도 9를 참조하면, 제습 모드시, 상기 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제2 팽창수단(350)을 통해 상기 기액분리기(310)로 유입되며, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 기상의 제1 열교환매체는 상기 제3 라인(L3)을 통해 상기 압축기(100)로 이동하고, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 액상의 제1 열교환매체 중 일부는 상기 제1 팽창수단(340)을 통해 상기 실외 열교환기(600), 제5 팽창수단(800), 칠러(700), 어큐뮬레이터(500), 및 압축기(100)로 이동하며, 상기 기액분리기(310)에서 분리된 액상의 제1 열교환매체 중 다른 일부는 상기 제3 팽창수단(370)을 통해 상기 증발기(400)로 이동할 수 있다.

상세하게, 상기 압축기(100)와 실내 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체는 제1 팽창수단(340)과 제2 팽창수단(350)과 제4 팽창수단(380)에 의해 기액분리기(310)로 이동할 수 있다. 이때, 제1 팽창수단(340)의 제1 입구(341)와 제4 팽창수단(380)은 닫힘 상태이다.

그리고, 상기 기액분리기(310)의 내부에서 제1 열교환매체는 기상과 액상으로 분리된다.

그리고, 액상의 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(340)과 제3 팽창수단(370)에 의해 일부는 실외 열교환기(600)로 이동하고 다른 일부는 증발기(400)로 한다. 이때, 제3 팽창수단(370)의 제3 입구(371)는 닫힘 상태이다.

그에 따라, 상기 제1 분기부(330)에서 분기된 제1 열교환매체의 일부는 상기 실외 열교환기(600)를 통과한 제1 열교환매체는 제5 팽창수단(800)에 의해 팽창된 후 칠러(700), 어큐뮬레이터(500) 및 압축기(100) 순으로 이동한다. 상기 제1 열교환매체가 상기 칠러(700)를 통과할 때, 상기 제1 열교환매체는 제5 라인(L5)을 따라 이동하는 제2 열교환매체와 상기 칠러(700)에서 열교환함으로써, 상기 배터리(B)의 폐열을 이용할 수 있다.

또한, 상기 제1 분기부(330)에서 분기된 제1 열교환매체의 다른 일부는 제3 팽창수단(370)에 의해 팽창된 후 증발기(400), 어큐뮬레이터(500) 및 압축기(100) 순으로 이동한다.

그리고, 기상의 제1 열교환매체는 제3 라인(L3)을 통해 압축기(100)로 이동한 후 상기 어큐뮬레이터(500)를 통해 상기 압축기(100)의 내부로 이동한 제1 열교환매체와 합류한다.

따라서, 상기 차량용 열관리 장치의 난방 모드시, 제3 팽창수단(370)과 제4 팽창수단(380)을 제어하여 증발기(400)로 이동하는 제1 열교환매체를 차단할 수 있다. 그리고, 상기 차량용 열관리 장치는 베이퍼 인젝션 시스템이 사용된 종래의 히트펌프 시스템보다 20% 정도의 난방성능을 향상시키면서도 난방 모드시 소모되는 전력을 10% 정도 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 차량용 열관리 장치의 제습 모드시, 상기 제2 히터(H2)는 구동될 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

<부호의 설명>

100: 압축기, 200: 실내 열교환기, 300: 베이퍼 인젝션 모듈, 310: 기액분리기, 320: 제1 합류부, 330: 제1 분기부, 340: 제1 팽창수단, 350: 제2 팽창수단, 360: 제2 분기부, 370: 제3 팽창수단, 380: 제4 팽창수단, 390: 제3 분기부, 400: 증발기, 500: 어큐뮬레이터, 600: 실외 열교환기, 700: 칠러, 800: 제5 팽창수단, 900: 제4 분기부, 1000: 제2 합류부, B: 배터리, C: 공조 케이스

Claims (19)

1. 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기;

   압축된 냉매가 유입되어 다른 열교환매체와 열교환하는 제1 열교환기;

   차실외 공기와 열교환하는 제2 열교환기;

   공조장치에 장착되어 차실내로 토출되는 공기와 열교환하는 제3 열교환기; 및

   기상의 냉매를 압축기로 유입시킬 수 있는 베이퍼 인젝션 모듈을 포함하는 차량용 열관리 장치에 있어서,

   상기 베이퍼 인젝션 모듈은 복수개의 팽창수단과 하나의 기액분리기를 포함하고,

   냉방모드시에 상기 제2 열교환기를 통과한 냉매가 상기 베이퍼 인젝션 모듈로 유입되고,

   난방모드시에 상기 제1 열교환기를 통과한 냉매가 베이퍼 인젝션 모듈로 유입되는 차량용 열관리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 베이퍼 인젝션 모듈은 난방용 제1 팽창수단 그룹과 냉방용 제2 팽창수단 그룹을 포함하고,

   상기 제1 열교환기의 출구는 상기 제1 팽창수단 그룹과 연결되고,

   상기 제2 열교환기의 출구는 상기 제2 팽창수단 그룹과 연결되는 차량용 열관리 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 팽창수단 그룹은 제1 팽창수단, 제2 팽창수단, 및 상기 제1 열교환기의 출구를 상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단에 연결하는 제3 유로를 포함하고,

   상기 제2 팽창수단 그룹은 제3 팽창수단, 제4 팽창수단, 및 제3 분기부를 통해 상기 제2 열교환기의 출구를 상기 제3 팽창수단과 상기 제4 팽창수단에 연결하는 제4 유로를 포함하는 차량용 열관리 장치.
4. 제3항에 있어서,

   냉방 모드시,

   상기 제1 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제1 팽창수단, 상기 제2 열교환기, 및 상기 제4 팽창수단을 통해 상기 기액분리기로 유입되며,

   상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동하고,

   상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제3 팽창수단에 의해 팽창 후 상기 제3 열교환기로 이동하는 차량용 열관리장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 열교환기를 통과한 냉매가 상기 제1 팽창수단, 제2 열교환기, 제4 팽창수단, 및 상기 기액분리기를 따라 이동할 때, 상기 냉매는 상기 제4 팽창수단에서만 팽창하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 장치.
6. 제3항에 있어서,

   난방 모드시,

   상기 제1 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제2 팽창수단에 의해 팽창 후 상기 기액분리기로 유입되며,

   상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동하고,

   상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제1 팽창수단에서 팽창하고, 상기 제2 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 이동하는 차량용 열관리장치.
7. 제3항에 있어서,

   제습 모드시,

   상기 제1 열교환기를 통과한 냉매는 상기 제2 팽창수단에서 팽창한 후 상기 기액분리기로 유입되며,

   상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동하고,

   상기 기액분리기에서 분리된 액상의 냉매는 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단으로 각각 분기되고,

   상기 제1 팽창수단으로 유입되어 팽창된 냉매는 상기 제2 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 유입되고,

   상기 제3 팽창수단으로 유입된 팽창된 냉매는 상기 제3 열교환기를 통과한 후 상기 압축기로 유입되는 차량용 열관리장치.
8. 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기;

   압축된 냉매가 유입되어 다른 열교환매체와 열교환하는 제1 열교환기;

   차실외 공기와 열교환하는 제2 열교환기;

   공조장치에 장착되어 차실내로 토출되는 공기와 열교환하는 제3 열교환기; 및

   기상의 냉매를 압축기로 유입시킬 수 있는 베이퍼 인젝션 모듈을 포함하는 차량용 열관리 장치에 있어서,

   상기 베이퍼 인젝션 모듈은

   제1 팽창수단 그룹,

   제2 팽창수단 그룹,

   하나의 기액분리기,

   상기 기액분리기의 입구에 배치되어 상기 제1 팽창수단 그룹 및 상기 제2 팽창수단 그룹과 연결되는 제1 합류부, 및

   상기 기액분리기의 액상 출구에 배치되어 상기 제1 팽창수단 그룹 및 상기 제2 팽창수단 그룹과 연결되는 제1 분기부를 포함하는 차량용 열관리 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 압축기, 상기 제1 열교환기, 상기 베이퍼 인젝션 모듈, 상기 제3 열교환기, 및 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 라인,

   상기 베이퍼 인젝션 모듈과 제2 열교환기를 연결하는 제2 라인,

   상기 베이퍼 인젝션 모듈과 상기 압축기를 연결하는 제3 라인,

   일측은 상기 제3 열교환기와 상기 어큐뮬레이터 사이의 상기 제1 라인에 연결되고 타측은 상기 제2 열교환기와 상기 베이퍼 인젝션 모듈 사이의 상기 제2 라인에 연결되는 제4 라인, 및

   상기 제4 라인 상에 배치되는 칠러와 제5 팽창수단을 포함하는 차량용 열관리 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1 팽창수단 그룹은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제1 팽창수단, 2웨이 밸브 타입의 제2 팽창수단, 및 상기 제1 열교환기의 출구에 배치되어 상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단에 연결되는 제2 분기부를 포함하고,

    상기 제2 팽창수단 그룹은 두 개의 입구와 하나의 출구를 포함하는 3웨이 밸브 타입의 제3 팽창수단, 2웨이 밸브 타입의 제4 팽창수단, 및 상기 제2 열교환기의 출구에 배치되어 상기 제3 팽창수단과 상기 제4 팽창수단에 연결되는 제3 분기부를 포함하고,

    상기 제1 팽창수단의 출구는 상기 제2 열교환기의 입구측의 제2 라인과 연결되며,

    상기 제1 팽창수단의 입구 중 하나는 상기 제1 분기부와 연결되고,

    상기 제2 팽창수단의 출구는 상기 제1 합류부와 연결되며,

    상기 제3 팽창수단의 출구는 상기 제3 열교환기의 입구측의 제1 라인과 연결되며,

    상기 제3 팽창수단의 입구 중 하나는 상기 제1 분기부와 연결되고,

    상기 제4 팽창수단의 출구는 상기 제1 합류부와 연결되는 차량용 열관리 장치.
11. 제9항에 있어서,

    상기 칠러에서 상기 제4 라인을 따라 이동하는 냉매와 제5 라인을 따라 이동하는 냉각수가 열교환하는 차량용 열관리 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 제5 팽창수단은 상기 칠러의 입구측에 배치되며,

    상기 제5 라인 상에는 배터리, 펌프 및 히터가 배치되는 차량용 열관리 장치.
13. 제9항에 있어서,

    상기 제3 라인은 체크 밸브없이 파이프만으로 제공되는 차량용 열관리 장치.
14. 4개의 팽창수단과 하나의 기액분리기를 포함하는 베이퍼 인젝션 모듈에 있어서,

    상기 기액분리기는 냉매가 유입되는 입구, 액상의 냉매가 토출되는 액상 출구, 및 기상의 냉매가 토출되는 기상 출구를 포함하고,

    상기 액상 출구는 상기 기액분리기의 하부에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈.
15. 제14항에 있어서,

    4개의 상기 팽창수단은 3웨이 밸브 타입의 제1 팽창수단, 2웨이 밸브 타입의 제2 팽창수단, 3웨이 밸브 타입의 제3 팽창수단, 및 2웨이 밸브 타입의 제4 팽창수단으로 형성되며,

    상기 기액분리기의 액상 출구와 상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단을 연결하는 제1 분기부를 포함하고,

    상기 제1 분기부는 상기 기액분리기의 하부에 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제1 팽창수단과 상기 제2 팽창수단은 제1 방향으로 오버랩되게 배치되고,

    상기 제3 팽창수단과 상기 제4 팽창수단은 제1 방향으로 오버랩되게 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈.
17. 제16항에 있어서,

    상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단은 제2 방향으로 오버랩되게 배치되고,

    상기 제2 팽창수단과 상기 제4 팽창수단은 제2 방향으로 오버랩되게 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈.
18. 제17항에 있어서,

    상기 제2 팽창수단과 상기 제4 팽창수단은 상기 기액분리기와 제3 방향으로 오버랩되게 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈.
19. 제18항에 있어서,

    상기 제1 팽창수단과 상기 제3 팽창수단은 상기 제1 분기부와 제3 방향으로 오버랩되게 배치되는 베이퍼 인젝션 모듈.

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