WO2025135481A1 - 차량용 열관리 시스템 - Google Patents

차량용 열관리 시스템 Download PDF

Info

Publication number
WO2025135481A1
WO2025135481A1 PCT/KR2024/017115 KR2024017115W WO2025135481A1 WO 2025135481 A1 WO2025135481 A1 WO 2025135481A1 KR 2024017115 W KR2024017115 W KR 2024017115W WO 2025135481 A1 WO2025135481 A1 WO 2025135481A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
line
refrigerant
evaporator
heat exchanger
expansion valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/KR2024/017115
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김윤진
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hanon Systems Corp
Original Assignee
Hanon Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hanon Systems Corp filed Critical Hanon Systems Corp
Publication of WO2025135481A1 publication Critical patent/WO2025135481A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3227—Cooling devices using compression characterised by the arrangement or the type of heat exchanger, e.g. condenser, evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant other than from cooling liquid of the plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant other than from cooling liquid of the plant
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating devices the heat being derived from the propulsion plant other than from cooling liquid of the plant the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3213—Control means therefor for increasing the efficiency in a vehicle heat pump
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
    • B60H2001/3285—Cooling devices output of a control signal related to an expansion unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers

Definitions

  • the present invention relates to a thermal management system for a vehicle.
  • Vehicle air conditioners are equipped with heat pump systems that can selectively perform cooling and heating of the vehicle's interior using a refrigerant cycle.
  • an indoor heat exchanger is installed inside the air conditioner case, and an outdoor heat exchanger is installed outside the air conditioner case.
  • the outdoor heat exchanger operates as an evaporator to absorb heat from the outside air
  • the indoor heat exchanger operates as a condenser to heat the interior of the vehicle through heat dissipation.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a vehicle thermal management system capable of improving cooling and heating performance.
  • a vehicle thermal management system includes a compressor which compresses a refrigerant and discharges it into a refrigerant line, a condenser which condenses the refrigerant discharged from the compressor, an evaporator which is disposed inside an air conditioning case together with the condenser and performs heat exchange with a heat medium the refrigerant passing through the condenser, a heat exchanger which is disposed outside the air conditioning case and performs heat exchange with the refrigerant passing through the evaporator or the refrigerant passing through the condenser and the heat medium, and a first expansion valve which is disposed between the condenser and the evaporator in the refrigerant line, and is characterized in that the degree of expansion of the refrigerant is controlled differently in the first expansion valve depending on a heating load.
  • the above heat exchanger may include at least one of an outdoor heat exchanger that uses outside air as the heat medium, a water-cooled heat exchanger that uses cooling water as the heat medium, and a chiller.
  • the above refrigerant line may include a first line in which the compressor, the condenser, the evaporator, and the outdoor heat exchanger are arranged, a second line connected in parallel to the first line and in which the water-cooled heat exchanger is arranged, a third line connecting the first line and the second line, a fourth line connected in parallel to the first line and in which the chiller is arranged, and a fifth line connecting the first line and the fourth line.
  • It may further include a second expansion valve arranged in the first line.
  • the second line may have one end connected to the inlet-side front end of the outdoor heat exchanger from the first line, and the other end connected to the outlet-side rear end of the outdoor heat exchanger.
  • the third line may have one end connected to the rear end of the outlet side of the condenser in the first line, and the other end connected to the front end of the inlet side of the water-cooled heat exchanger in the second line.
  • It may further include a third expansion valve arranged in the third line.
  • the fourth line may have one end connected between the evaporator and the outdoor heat exchanger in the first line, and the other end connected to the inlet side terminal of the compressor.
  • the fifth line may have one end connected between the condenser and the evaporator in the first line, and the other end connected to the rear end of the outlet side of the chiller in the fourth line.
  • the first line may further include an accumulator arranged at the inlet side tip of the compressor.
  • a two-way valve may be arranged between the compressor and the condenser in the first line, between the evaporator and the outdoor heat exchanger, between the outdoor heat exchanger and the compressor, in the second line, and in the fifth line, respectively.
  • the heating mode is configured so that the refrigerant passing through the condenser passes through the evaporator or bypasses the evaporator depending on the heating load, and the heating mode in which the refrigerant passes through the evaporator can operate under conditions in which the heating load is relatively greater than the heating mode in which the refrigerant bypasses the evaporator.
  • the degree of expansion of the refrigerant by the first expansion valve is controlled differently depending on the heating load.
  • the refrigerant can be controlled to expand to an intermediate pressure, and when the heating load is relatively small, the refrigerant can be controlled to pass in a non-expanded state.
  • the refrigerant may be configured to expand while passing through the third expansion valve and then exchange heat with the heat medium in the water-cooled heat exchanger, or to expand while passing through the fourth expansion valve and then exchange heat with the heat medium in the chiller.
  • the dehumidification mode is configured so that the refrigerant passing through the condenser passes through the evaporator or bypasses the evaporator depending on the dehumidification load, and the dehumidification mode in which the refrigerant bypasses the evaporator can operate under conditions in which the dehumidification load is relatively greater than the dehumidification mode in which the refrigerant passes through the evaporator.
  • the refrigerant may be configured to pass through the third expansion valve in a non-expanded state, then exchange heat with the heat medium while passing through at least one of the water-cooled heat exchanger and the outdoor heat exchanger, and then expand while passing through the second expansion valve and then pass through the evaporator.
  • the refrigerant may be configured to expand while passing through the first expansion valve and then exchange heat with the heat medium while passing through at least one of the evaporator, the outdoor heat exchanger, and the water-cooled heat exchanger.
  • the refrigerant may be configured to expand while passing through the first expansion valve, then exchange heat with the heat medium while passing through the evaporator, and then exchange heat with the heat medium while passing through the second expansion valve and the fourth expansion valve in a non-expanded state and then passing through the chiller.
  • a vehicle thermal management system capable of improving cooling and heating performance can be provided.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a drawing showing operation in the first heating mode of a vehicle thermal management system.
  • Figure 3 is a drawing showing operation in the second heating mode of a vehicle thermal management system.
  • Figure 4 is a drawing showing operation in the third heating mode of a vehicle thermal management system.
  • Figure 5 is a drawing showing the operation in the fourth heating mode of the vehicle thermal management system.
  • Figure 6 is a drawing showing the operation in the first dehumidification mode of the vehicle thermal management system.
  • Figure 7 is a drawing showing the operation in the second dehumidification mode of the vehicle thermal management system.
  • Figure 8 is a drawing showing operation in the third dehumidification mode of a vehicle thermal management system.
  • Vehicles are equipped with air conditioning units to control air temperature, humidity, cleanliness, and ventilation, and can create a comfortable environment inside the vehicle by using the air conditioning units.
  • the air conditioning units can be called HVAC (Heating/Ventilation/Air Conditioning).
  • the vehicle When a vehicle uses a fuel cell or the like as a power source, the vehicle may be equipped with a separate battery coolant circulation structure capable of cooling the battery.
  • the vehicle may be an electric vehicle or a fuel cell vehicle.
  • the vehicle thermal management system can improve thermal management efficiency by implementing a heat pump structure in the air conditioning unit that utilizes heat (hereinafter referred to as “waste heat”) that is wasted in the coolant circulation structure of the battery and electrical components.
  • the electrical components can include a motor, inverter, Lidar, radar, sensors, etc. installed in the vehicle.
  • the vehicle thermal management system can improve the cooling and heating performance and quality inside the vehicle by utilizing waste heat depending on the air conditioning mode.
  • a vehicle thermal management system can provide a compact-sized vehicle thermal management system while improving cooling and heating performance by controlling a vapor injection module including a plurality of expansion means and a single vapor-liquid separator and a heat exchange medium passing through the vapor injection module.
  • the expansion means can include an expansion valve.
  • the vehicle thermal management system can optimize the flow of the heat exchange medium by suggesting an optimized arrangement relationship between the components of the vapor injection module. Accordingly, the vehicle thermal management system can further improve the cooling and heating performance.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • a vehicle thermal management system (1) may include a compressor (10), a condenser (20), an evaporator (30), a heat exchanger (40, 50, 60), and a plurality of valves (100).
  • an accumulator (70) may be further included.
  • the compressor (10), condenser (20), evaporator (30), and heat exchanger (40, 50, 60) can be placed and connected to a refrigerant line (L) through which refrigerant circulates.
  • the plurality of valves (100) may include a first expansion valve (110), a second expansion valve (120), a third expansion valve (130), and a fourth expansion valve (140).
  • the refrigerant line (L) can be configured so that the refrigerant discharged from the compressor (10) passes through the condenser (20), the evaporator (30), and a number of heat exchangers (40, 50, 60), then passes through the accumulator (70) and circulates back to the compressor (10).
  • the refrigerant line (L) may include a first line (L1) in which a compressor (10), a condenser (20), an evaporator (30), and an outdoor heat exchanger (40) are arranged, a second line (L2) connected in parallel to the first line (L1) and in which a water-cooled heat exchanger (50) is arranged, a third line (L3) connecting the first line (L1) and the second line (L2), a fourth line (L4) connected in parallel to the first line (L1) and in which a chiller (60) is arranged, and a fifth line (L5) connecting the first line (L1) and the fourth line (L4).
  • the water-cooled heat exchanger (50) and chiller (60) can each be connected in parallel to the first line (L1).
  • the water-cooled heat exchanger (50) can heat-exchange the refrigerant and the heat medium introduced along the second line (L2).
  • the water-cooled heat exchanger (50) can heat-exchange the refrigerant and the cooling water passing through the electrical components (not shown) of the vehicle. That is, the cooling water can be used as the heat medium that exchanges heat with the refrigerant in the water-cooled heat exchanger (50).
  • the vehicle's thermal management system (1) can perform heating by using the waste heat of the electrical components as a heat source.
  • the chiller (60) may be arranged in the fourth line (L4) and connected in parallel to the first line (L1).
  • One end of the fourth line (L4) may be connected between the evaporator (30) and the outdoor heat exchanger (50) in the first line (L1), and the other end may be connected to the inlet-side terminal of the compressor (10). Accordingly, the refrigerant that has passed through the evaporator (30) along the first line (L1) may move along the fourth line (L4) and pass through the chiller (60).
  • the chiller (60) can heat-exchange the refrigerant and the heat medium introduced along the fourth line (L4).
  • the chiller (60) can heat-exchange the refrigerant and the coolant passing through the battery (not shown) of the vehicle. That is, the coolant can be used as the heat medium that exchanges heat with the refrigerant in the chiller (60).
  • the vehicle's thermal management system (1) can perform heating by using the waste heat of the battery as a heat source.
  • the third line (L3) may have one end connected to the rear end of the outlet side of the condenser (20) in the first line (L1), and the other end connected to the front end of the inlet side of the water-cooled heat exchanger (50) in the second line (L2). Accordingly, the refrigerant passing through the condenser (20) may flow into the evaporator (30) along the first line (L1), or may branch off from the first line (L1) and move along the third line (L3) and then move to the second line (L2).
  • the fifth line (L5) may have one end connected between the condenser (20) and the evaporator (30) in the first line (L1), and the other end connected to the rear end of the outlet side of the chiller (60) in the fourth line (L4). Accordingly, the refrigerant passing through the evaporator (30) may branch from the first line (L1) and flow to the fourth line (L4) through the fifth line (L5).
  • the first expansion valve (110) can be arranged between the condenser (20) and the evaporator (30) in the first line (L1).
  • the first expansion valve (110) can perform expansion, flow control, and opening/closing functions of the refrigerant discharged from the condenser (20) and moving along the first line (L1). In particular, by controlling the degree of expansion of the refrigerant in the first expansion valve (110) differently depending on the heating load, the temperature of the air supplied to the room can be increased.
  • the first expansion valve (110) may be an electronic 2-way expansion valve or an electronic 3-way expansion valve.
  • the fifth line (L5) may be connected to the first line (L1) through the first expansion valve (110).
  • the second expansion valve (120) may be arranged between the evaporator (30) and the outdoor heat exchanger (40) in the first line (L1).
  • the second expansion valve (120) may perform expansion, flow rate control, and opening/closing functions of the refrigerant passing through the evaporator (30) and moving to the outdoor heat exchanger (40) along the first line (L1) or the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger (40) and moving to the evaporator (30) along the first line (L1).
  • the second expansion valve (120) may be an electronic 2-way expansion valve or an electronic 3-way expansion valve.
  • the fourth line (L4) may be connected to the first line (L1) through the second expansion valve (120).
  • the third expansion valve (130) may be arranged in the third line (L3).
  • the third expansion valve (130) may perform expansion, flow control, and opening/closing functions of the refrigerant passing through the condenser (20) and moving along the third line (L3).
  • the third expansion valve (130) may be an electronic two-way expansion valve.
  • the compressor (10) operates and high temperature and high pressure refrigerant is discharged from the compressor (10).
  • the refrigerant discharged from the compressor (10) moves along the first line (L1).
  • the refrigerant exchanges heat with the air flowing inside the air conditioning case (AC) while passing through the condenser (20), and the heated air is supplied as warm air into the vehicle to perform heating. That is, primary heat dissipation is performed in the condenser (20).
  • Figure 3 is a drawing showing operation in the second heating mode.
  • the second heating mode operates when the heating load is relatively small compared to the first heating mode.
  • the compressor (10) operates and high temperature and high pressure refrigerant is discharged from the compressor (10).
  • the refrigerant discharged from the compressor (10) moves along the first line (L1).
  • the refrigerant passes through the condenser (20) and exchanges heat with the air flowing inside the air conditioning case (AC), and the heated air is supplied as warm air to the inside of the vehicle to perform heating. That is, primary heat dissipation is performed in the condenser (20).
  • Figure 6 is a diagram showing operation in the first dehumidification mode.
  • the first dehumidification mode operates when the dehumidification load is relatively large.
  • the refrigerant passing through the evaporator (30) passes through the second expansion valve (120) in a non-expanded state and moves along the first line (L1), and exchanges heat with the heat medium while passing through the outdoor heat exchanger (40) or the water-cooled heat exchanger (50) or the outdoor heat exchanger (40) and the water-cooled heat exchanger (50). At this time, heat absorption occurs in the outdoor heat exchanger (40) and the water-cooled heat exchanger (50). Then, it passes through the accumulator (70) and flows back into the compressor (10).
  • Figure 8 is a diagram showing operation in the third dehumidification mode.
  • the compressor (10) operates and high temperature and high pressure refrigerant is discharged from the compressor (10).
  • the refrigerant discharged from the compressor (10) moves along the first line (L1).
  • the refrigerant exchanges heat with the air flowing inside the air conditioning case (AC) while passing through the condenser (20), and the heated air is supplied as warm air into the vehicle interior to perform heating. That is, heat dissipation is performed in the condenser (20).
  • the refrigerant that has passed through the condenser (20) moves along the first line (L1), expands while passing through the first expansion valve (110), and then flows into the evaporator (30). Then, the refrigerant exchanges heat with the air flowing inside the air conditioning case (AC) while passing through the evaporator (30). At this time, heat absorption occurs in the evaporator (30).
  • the refrigerant passing through the evaporator (30) passes through the second expansion valve (120) in a non-expanded state, then moves along the fourth line (L4) branched from the first line (L1), and then passes through the fourth expansion valve (140) in a non-expanded state and then flows into the chiller (60).
  • the refrigerant exchanges heat with the cooling water while passing through the chiller (60). At this time, additional heat absorption occurs in the chiller (60). Then, it passes through the accumulator (70) and flows back into the compressor (10). If additional heat absorption is unnecessary, the flow of the cooling water passing through the chiller (60) is blocked to prevent heat exchange with the refrigerant.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

실시예는 냉매를 압축하여 냉매라인으로 토출하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기와 함께 공조케이스 내부에 배치되며, 상기 응축기를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시키는 증발기; 상기 공조케이스 외부에 배치되며, 상기 증발기를 통과한 냉매 또는 상기 응축기를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시키는 복수의 열교환기; 및 상기 냉매라인에서 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치되는 제1 팽창밸브;를 포함하고, 난방 부하에 따라 상기 제1 팽창밸브에서 냉매의 팽창 정도를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템을 개시한다.

Description

차량용 열관리 시스템
본 발명은 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.
차량용 공조장치는 냉매 사이클을 이용하여 차량의 실내에 대한 냉방 및 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다. 예컨대 공조케이스의 내부에 실내열교환기를 설치하고, 공조케이스의 외부에는 실외열교환기를 설치하며, 이때 실외열교환기는 증발기로 작동하여 외기로부터 흡열을 하게 되고, 실내열교환기는 응축기로 작동하여 방열을 통해 차실내를 난방하게 된다.
이러한 히트펌프 시스템에서 난방 운전시에는 외기온도가 낮으면 충분한 난방 능력을 얻기 힘들다. 이러한 경우, 실내열교환기에서 응축되고 실외열교환기로 흐르는 냉매 중에 기상 냉매의 혼입비율이 높아진다. 이 기상 냉매는 실외열교환기에 공급되더라도 외기로부터 흡열 작용에는 대부분 기여하지 못한다. 따라서, 히트펌프 시스템의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있는 방법이 요청되고 있으며, 이에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 냉난방 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템은, 냉매를 압축하여 냉매라인으로 토출하는 압축기, 상기 압축기에서 토출된 냉매를 응축시키는 응축기, 상기 응축기와 함께 공조케이스 내부에 배치되며 상기 응축기를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시키는 증발기, 상기 공조케이스 외부에 배치되며 상기 증발기를 통과한 냉매 또는 상기 응축기를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시키는 열교환기, 및 상기 냉매라인에서 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치되는 제1 팽창밸브를 포함하고, 난방 부하에 따라 상기 제1 팽창밸브에서 냉매의 팽창 정도를 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 상기 열매체로 외기가 사용되는 실외열교환기와 상기 열매체로 냉각수가 사용되는 수냉식 열교환기와 칠러 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 냉매라인은 상기 압축기와 상기 응축기와 상기 증발기와 상기 실외열교환기가 배치되는 제1 라인, 상기 제1 라인에 병렬로 연결되며 상기 수냉식 열교환기가 배치되는 제2 라인, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인을 연결하는 제3 라인, 상기 제1 라인에 병렬로 연결되며 상기 칠러가 배치되는 제4 라인, 상기 제1 라인과 상기 제4 라인을 연결하는 제5 라인을 포함할 수 있다.
상기 제1 라인에 배치되는 제2 팽창밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 실외열교환기의 입구측 선단에 연결되고, 타단은 상기 실외열교환기의 출구측 후단에 연결될 수 있다.
상기 제3 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 응축기의 출구측 후단에 연결되고, 타단은 상기 제2 라인에서 상기 수냉식 열교환기의 입구측 선단에 연결될 수 있다.
상기 제3 라인에 배치되는 제3 팽창밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 제4 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 증발기와 상기 실외열교환기 사이에 연결되고, 타단은 상기 압축기의 입구측 선단에 연결될 수 있다.
상기 제4 라인에 배치되는 제4 팽창밸브를 더 포함하고, 상기 제4 팽창밸브는 상기 제4 라인에서 상기 칠러의 입구측 선단에 배치될 수 있다.
상기 제5 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 연결되고, 타단은 상기 제4 라인에서 상기 칠러의 출구측 후단에 연결될 수 있다.
상기 제1 라인에서 상기 압축기의 입구측 선단에 배치되는 어큐뮬레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 라인에서 상기 압축기와 상기 응축기 사이, 상기 증발기와 상기 실외열교환기 사이, 상기 실외열교환기와 상기 압축기 사이, 상기 제2 라인 및 상기 제5 라인에는 각각 2웨이 밸브가 배치될 수 있다.
난방모드는 난방 부하에 따라 상기 응축기를 통과한 상기 냉매가 상기 증발기를 통과하거나 상기 증발기를 바이패스하도록 구성되며, 상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 난방모드는 상기 증발기를 바이패스하는 난방모드보다 상대적으로 난방 부하가 큰 조건에서 작동할 수 있다.
상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 난방모드에서 난방 부하에 따라 상기 제1 팽창밸브의 상기 냉매의 팽창 정도를 다르게 제어하되, 상대적으로 난방 부하가 큰 경우에는 상기 냉매가 중간압으로 팽창하도록 제어하고, 상대적으로 난방 부하가 작은 경우에는 비팽창상태로 통과하도록 제어할 수 있다.
상기 냉매가 상기 증발기를 바이패스하는 난방모드에서 상기 냉매는 상기 제3 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 수냉식 열교환기에서 상기 열매체와 열교환하거나, 상기 제4 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 칠러에서 상기 열매체와 열교환하도록 구성될 수 있다.
제습모드는 제습 부하에 따라 상기 응축기를 통과한 상기 냉매가 상기 증발기를 통과하거나 상기 증발기를 바이패스하도록 구성되며, 상기 냉매가 상기 증발기를 바이패스하는 제습모드는 상기 증발기를 통과하는 제습모드보다 상대적으로 제습 부하가 큰 조건에서 작동할 수 있다.
상기 냉매가 상기 증발기를 바이패스하는 제습모드에서 상기 냉매는 상기 제3 팽창밸브를 비팽창상태로 통과한 후 상기 수냉식 열교환기와 상기 실외열교환기 중 적어도 하나를 통과하면서 상기 열매체와 열교환하고, 상기 제2 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 증발기를 통과하도록 구성될 수 있다.
상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 제습모드에서 상기 냉매는 상기 제1 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 증발기 및 상기 실외열교환기와 상기 수냉식 열교환기 중 적어도 하나를 통과하면서 상기 열매체와 열교환하도록 구성될 수 있다.
상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 제습모드에서 상기 냉매는 상기 제1 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 증발기를 통과하며 상기 열매체와 열교환하고, 상기 제2 팽창밸브와 상기 제4 팽창밸브를 비팽창상태로 통과한 후 상기 칠러를 통과하며 상기 열매체와 열교환하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 냉난방 성능을 향상시킬 수 있는 차량용 열관리 시스템이 제공될 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 차량용 열관리 시스템의 제1 난방모드에서 동작을 나타내는 도면.
도 3은 차량용 열관리 시스템의 제2 난방모드에서 동작을 나타내는 도면.
도 4는 차량용 열관리 시스템의 제3 난방모드에서 동작을 나타내는 도면.
도 5는 차량용 열관리 시스템의 제4 난방모드에서 동작을 나타내는 도면.
도 6은 차량용 열관리 시스템의 제1 제습모드에서 동작을 나타내는 도면.
도 7은 차량용 열관리 시스템의 제2 제습모드에서 동작을 나타내는 도면.
도 8은 차량용 열관리 시스템의 제3 제습모드에서 동작을 나타내는 도면.
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, 공조장치를 이용하여 차실내의 쾌적한 환경을 조성할 수 있다. 여기서, 공조장치는 에이치백(HVAC, Heating/Ventilation/Air Conditioning)이라 불릴 수 있다.
차량이 연료전지 등을 구동원으로 사용하는 경우, 차량은 배터리를 냉각할 수 있는 별도의 배터리 냉각수 순환구조를 구비할 수 있다. 여기서, 차량은 전기자동차 또는 연료전지 자동차 등일 수 있다.
이에, 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템은 배터리와 전장부품의 냉각수 순환구조 상에서 버려지는 열(이하, '폐열'이라 함)을 이용하는 히트펌프 구조를 공조장치에 구현함으로써 열관리 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 전장부품은 차량에 설치된 모터, 인버터, 라이더(Lidar), 레이더(Radar), 센서 등을 포함할 수 있다.
즉, 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템은 공조모드에 따라 폐열을 이용함으로써 차량 내부의 냉난방 성능과 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템은 복수개의 팽창수단과 단일의 기액분리기를 포함하는 베이퍼 인젝션 모듈(Vapor Injection Module)과 이러한 베이퍼 인젝션 모듈을 통과하는 열교환매체를 제어함으로써, 냉난방 성능을 향상시키면서도 컴팩트한 사이즈의 차량용 열관리 시스템을 제공할 수 있다. 여기서, 팽창수단은 팽창밸브를 포함할 수 있다.
나아가, 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템은 베이퍼 인젝션 모듈의 구성간의 최적화된 배치 관계를 제시함으로써, 열교환매체의 흐름을 최적화할 수 있다. 이에 따라, 차량용 열관리 시스템은 냉난방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템(1)은 압축기(10), 응축기(20), 증발기(30), 열교환기(40, 50, 60), 복수의 밸브(100)를 포함할 수 있다. 그리고, 어큐뮬레이터(70)를 더 포함할 수 있다.
압축기(10)와 응축기(20)와 증발기(30)와 열교환기(40, 50, 60)는 냉매가 순환되는 냉매라인(L)에 배치되어 연결될 수 있다.
열교환기(40, 50, 60)는 증발기(30)를 통과한 냉매 또는 응축기(20)를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시키도록 구성된다. 실시예에서, 열교환기(40, 50, 60)는 공조케이스(AC) 외부에 배치되는 실외열교환기(40), 수냉식 열교환기(50), 칠러(60)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 실외열교환기(40)와 수냉식 열교환기(50)와 칠러(60)가 모두 포함되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 실외열교환기(40)와 수냉식 열교환기(50)와 칠러(60) 중 적어도 하나를 포함하는 것도 가능하다.
복수의 밸브(100)는 제1 팽창밸브(110), 제2 팽창밸브(120), 제3 팽창밸브(130), 제4 팽창밸브(140)를 포함할 수 있다.
냉매라인(L)은 압축기(10)에서 토출된 냉매가 응축기(20)와 증발기(30) 및 다수의 열교환기(40, 50, 60)를 통과한 후 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기(10)로 순환이동하도록 구성될 수 있다.
냉매라인(L)은 압축기(10)와 응축기(20)와 증발기(30)와 실외열교환기(40)가 배치되는 제1 라인(L1), 제1 라인(L1)에 병렬로 연결되며 수냉식 열교환기(50)가 배치되는 제2 라인(L2), 제1 라인(L1)과 제2 라인(L2)을 연결하는 제3 라인(L3), 제1 라인(L1)에 병렬로 연결되며 칠러(60)가 배치되는 제4 라인(L4), 제1 라인(L1)과 제4 라인(L4)을 연결하는 제5 라인(L5)을 포함할 수 있다.
제1 팽창밸브(110)와 제2 팽창밸브(120)는 제1 라인(L1)에 배치될 수 있다. 제3 팽창밸브(130)는 제3 라인(L3)에 배치되고, 제4 팽창밸브(140)는 제4 라인(L4)에 배치될 수 있다.
압축기(10)는 냉매를 압축하여 제1 라인(L1)으로 토출할 수 있다. 압축기(10)는 엔진(내연기관) 또는 모터 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 유입된 냉매를 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.
응축기(20)는 압축기(10)에서 토출된 냉매를 응축시킬 수 있다. 응축기(20)는 공조케이스(AC) 내부에 배치되며, 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 냉매를 열교환시킬 수 있다. 응축기(20)에서 공기는 가열되고, 차량 내부로 유입되어 차량 내부를 난방하게 된다.
증발기(30)는 응축기(20)와 함께 공조케이스(AC) 내부에 배치되며, 응축기(20)를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시킬 수 있다. 즉, 냉매와 열교환되는 열매체는 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기일 수 있으며, 냉매와 열교환된 공기는 차량 내부로 유입되어 차량 내부를 난방하게 된다.
실외열교환기(40)는 제1 라인(L1)에서 증발기(30)와 직렬을 이루는 구조로 배치되며, 제1 라인(L1)을 따라 유입된 냉매와 열매체를 열교환시킬 수 있다. 실시예에서, 실외열교환기(L1)는 공랭식 컨덴서를 포함할 수 있으며, 냉매와 열교환되는 열매체로는 외기가 사용될 수 있다.
실시예에서, 제1 라인(L1)에는 실외열교환기(40)와 증발기(30) 사이에 내부열교환기(80)가 더 배치될 수 있다.
어큐뮬레이터(70)는 제1 라인(L1)에서 압축기(10)의 입구측 선단에 배치될 수 있다. 어큐뮬레이터(70)는 냉매가 제1 라인(L1)을 따라서 유입되면, 냉매를 기액분리하여 압축기(10)로 기상 냉매를 공급할 수 있다.
수냉식 열교환기(50)와 칠러(60)는 각각 제1 라인(L1)에 병렬로 연결될 수 있다.
수냉식 열교환기(50)는 제2 라인(L2)에 배치되어 제1 라인(L1)에 병렬로 연결될 수 있다. 제2 라인(L2)은 일단이 제1 라인(L1)에서 실외열교환기(40)의 입구측 선단에 연결되고, 타단은 실외열교환기(40)의 출구측 후단에 연결되는 구조로 제공될 수 있다. 따라서, 냉매는 제1 라인(L1)을 따라서 실외열교환기(40)를 통과하고, 일부는 분기되어 제2 라인(L2)을 따라서 수냉식 열교환기(50)를 통과할 수 있다.
수냉식 열교환기(50)는 제2 라인(L2)을 따라 유입된 냉매와 열매체를 열교환시킬 수 있다. 실시예에서, 수냉식 열교환기(50)는 냉매와 차량의 전장부품(미도시)을 통과하는 냉각수를 열교환시킬 수 있다. 즉, 수냉식 열교환기(50)에서 냉매와 열교환되는 열매체로는 냉각수가 사용될 수 있다. 이에 따라, 차량의 열관리 시스템(1)은 전장부품의 폐열을 열원으로 이용하여 난방을 수행할 수 있다.
칠러(60)는 제4 라인(L4)에 배치되어 제1 라인(L1)에 병렬로 연결될 수 있다. 제4 라인(L4)은 일단이 제1 라인(L1)에서 증발기(30)와 실외열교환기(50) 사이에 연결되고, 타단은 압축기(10)의 입구측 선단에 연결될 수 있다. 따라서, 제1 라인(L1)을 따라서 증발기(30)를 통과한 냉매는 제4 라인(L4)을 따라서 이동하여 칠러(60)를 통과할 수 있다.
칠러(60)는 제4 라인(L4)을 따라 유입된 냉매와 열매체를 열교환시킬 수 있다. 실시예에서, 칠러(60)는 냉매와 차량의 배터리(미도시)를 통과하는 냉각수를 열교환시킬 수 있다. 즉, 칠러(60)에서 냉매와 열교환되는 열매체로는 냉각수가 사용될 수 있다. 이에 따라, 차량의 열관리 시스템(1)은 배터리의 폐열을 열원으로 이용하여 난방을 수행할 수 있다.
한편, 제3 라인(L3)은 일단이 제1 라인(L1)에서 응축기(20)의 출구측 후단에 연결되고, 타단은 제2 라인(L2)에서 수냉식 열교환기(50)의 입구측 선단에 연결될 수 있다. 따라서, 응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)을 따라서 증발기(30)로 유입되거나, 제1 라인(L1)에서 분기되어 제3 라인(L3)을 따라 이동한 후 제2 라인(L2)으로 이동할 수 있다.
제5 라인(L5)은 일단이 제1 라인(L1)에서 응축기(20)와 증발기(30) 사이에 연결되고, 타단은 제4 라인(L4)에서 칠러(60)의 출구측 후단에 연결될 수 있다. 따라서, 증발기(30)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)에서 분기되어 제5 라인(L5)을 거쳐 제4 라인(L4)으로 유동할 수 있다.
제1 팽창밸브(110)는 제1 라인(L1)에서 응축기(20)와 증발기(30) 사이에 배치될 수 있다. 제1 팽창밸브(110)는 응축기(20)에서 토출되어 제1 라인(L1)을 따라 이동하는 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다. 특히, 난방 부하에 따라 제1 팽창밸브(110)에서 냉매의 팽창 정도를 다르게 제어함으로써 실내로 공급되는 공기의 온도를 상승시킬 수 있다.
실시예에서, 제1 팽창밸브(110)는 전자식 2웨이 팽창밸브 또는 전자식 3웨이 팽창밸브일 수 있다. 제1 팽창밸브(110)가 전자식 3웨이 팽창밸브로 제공되는 경우, 제5 라인(L5)은 제1 팽창밸브(110)를 통해 제1 라인(L1)에 연결될 수 있다.
제2 팽창밸브(120)는 제1 라인(L1)에서 증발기(30)와 실외열교환기(40) 사이에 배치될 수 있다. 제2 팽창밸브(120)는 증발기(30)를 통과하여 제1 라인(L1)을 따라 실외열교환기(40)로 이동하는 냉매 또는 실외열교환기(40)를 통과하여 제1 라인(L1)을 따라 증발기(30)로 이동하는 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다.
실시예에서, 제2 팽창밸브(120)는 전자식 2웨이 팽창밸브 또는 전자식 3웨이 팽창밸브일 수 있다. 제2 팽창밸브(120)가 전자식 3웨이 팽창밸브로 제공되는 경우, 제4 라인(L4)은 제2 팽창밸브(120)를 통해 제1 라인(L1)에 연결될 수 있다.
제3 팽창밸브(130)는 제3 라인(L3)에 배치될 수 있다. 제3 팽창밸브(130)는 응축기(20)를 통과하여 제3 라인(L3)을 따라 이동하는 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다. 실시예에서, 제3 팽창밸브(130)는 전자식 2웨이 팽창밸브일 수 있다.
제4 팽창밸브(140)는 제4 라인(L4)에서 칠러(60)의 입구측 선단에 배치될 수 있다. 제4 팽창밸브(140)는 제4 라인(L4)을 따라 칠러(60)로 이동하는 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다. 실시예에서, 제4 팽창밸브(140)는 전자식 2웨이 팽창밸브일 수 있다.
또한, 2웨이 밸브(200)가 제1 라인(L1)에서 압축기(10)와 응축기(20) 사이, 증발기(30)와 실외열교환기(40) 사이, 실외열교환기(40)와 압축기(10) 사이에 각각 배치될 수 있다. 그리고, 제2 라인(L2)에서 수냉식 열교환기(50)의 입구측 선단, 제5 라인(L5)에 각각 배치될 수 있다. 이러한 2웨이 밸브(200)는 팽창기능이 없이 냉매의 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다.
이하 앞서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템(1)의 공조모드별 동작에 대해 설명한다.
도 2는 제1 난방모드에서 동작을 나타내는 도면이다. 제1 난방모드는 상대적으로 난방 부하가 큰 경우에 작동한다.
도 2를 참조하면, 압축기(10)가 작동하여 압축기(10)에서 고온 고압의 냉매가 토출된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하게 된다. 그리고, 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환되고, 이에 따라 가열된 공기는 온풍으로 차량 내부로 공급되어 난방이 수행될 수 있다. 즉, 응축기(20)에서 1차 방열이 진행된다.
응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하여 제1 팽창밸브(110)를 거치면서 중간압으로 팽창된 후 증발기(30)로 유입된다. 그리고, 냉매는 증발기(30)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환된다. 즉, 증발기(30)에서 2차 방열이 진행된다. 이때, 제1 팽창밸브(110)에서 냉매는 중간압으로 팽창됨에 따라 Pd/Td가 상승하여 차실내로 토출되는 공기의 온도를 상승시킬 수 있게 된다. 또한, 증발기(30)에서 2차 방열이 이루어짐에 따라 보다 가열된 공기가 차실내로 유입될 수 있다.
증발기(30)를 통과한 냉매는 제2 팽창밸브(120)를 거치면서 팽창되어 제1 라인(L1)을 따라 이동하고, 실외열교환기(40) 또는 수냉식 열교환기(50) 또는 실외열교환기(40)와 수냉식 열교환기(50)를 통과하면서 열매체와 열교환된다(흡열). 그리고, 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기(10)로 유입된다.
이처럼 응축기(20)와 증발기(30)를 통해 2번의 방열이 이루어지며, 수냉식 열교환기(50)를 통해 전장부품의 폐열을 회수하고, 실외열교환기(40)를 통해 외기 흡열이 이루어지도록 구성함으로써 난방 성능이 향상될 수 있다.
도 3은 제2 난방모드에서 동작을 나타내는 도면이다. 제2 난방모드는 제1 난방모드에 비해 상대적으로 난방 부하가 작은 경우에 작동한다.
도 3을 참조하면, 압축기(10)가 작동하여 압축기(10)에서 고온 고압의 냉매가 토출된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하게 된다. 그리고, 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환되고, 이에 따라 가열된 공기는 온풍으로 차량 내부로 공급되어 난방이 수행될 수 있다. 즉, 응축기(20)에서 1차 방열이 진행된다.
응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하여 완전 개방된 상태의 제1 팽창밸브(110)를 거쳐 증발기(30)로 유입된다. 즉, 냉매가 비팽창상태로 통과하도록 제1 팽창밸브(110)를 제어한다. 그리고, 냉매는 증발기(30)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환된다. 즉, 증발기(30)에서 2차 방열이 진행된다.
증발기(30)를 통과한 냉매는 제2 팽창밸브(120)를 거치면서 팽창되어 제1 라인(L1)을 따라 이동하고, 실외열교환기(40) 또는 수냉식 열교환기(50) 또는 실외열교환기(40)와 수냉식 열교환기(50)를 통과하면서 열매체와 열교환된다(흡열). 그리고, 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기(10)로 유입된다.
이처럼 응축기(20)와 증발기(30)를 통해 2번의 방열이 이루어지며, 수냉식 열교환기(50)를 통해 전장부품의 폐열을 회수하고, 실외열교환기(40)를 통해 외기 흡열이 이루어지도록 구성함으로써 난방 성능이 향상될 수 있다.
도 4는 제3 난방모드에서 동작을 나타내는 도면이다. 제3 난방모드는 난방 부하가 작은 경우에 작동한다.
도 4를 참조하면, 압축기(10)가 작동하여 압축기(10)에서 고온 고압의 냉매가 토출된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하게 된다. 그리고, 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환되고, 이에 따라 가열된 공기는 온풍으로 차량 내부로 공급되어 난방이 수행될 수 있다.
응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)에서 분기된 제3 라인(L3)을 따라 이동하고, 제3 팽창밸브(130)를 거치면서 팽창된 후 제2 라인(L2)을 따라 이동하여 수냉식 열교환기(50)로 유입된다. 즉, 증발기(30)를 바이패스하여 이동한다.
냉매는 수냉식 열교환기(50)를 통과하면서 냉각수와 열교환되고(흡열), 제1 라인(L1)을 따라서 이동하며 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기(10)로 유입된다.
이처럼 응축기(20)에서 방열이 이루어지고, 수냉식 열교환기(50)를 통해 전장부품의 폐열을 회수하도록 구성함으로써 차실내를 난방할 수 있다.
도 5는 제4 난방모드에서 동작을 나타내는 도면이다. 제4 난방모드는 제3 난방모드와 같이 난방 부하가 작은 경우에 작동한다.
도 5를 참조하면, 압축기(10)가 작동하여 압축기(10)에서 고온 고압의 냉매가 토출된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하게 된다. 그리고, 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환되고, 이에 따라 가열된 공기는 온풍으로 차량 내부로 공급되어 난방이 수행될 수 있다.
응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)에서 분기된 제3 라인(L3)을 따라 이동하고, 제3 팽창밸브(130)를 비팽창상태로 통과한 후 제2 라인(L2)과 제1 라인(L1)을 따라 이동한다. 즉, 수냉식 열교환기(50)와 실외열교환기(40)를 거치지 않고 우회하여 이동한다.
냉매는 제1 라인(L1)에서 분기된 제4 라인(L4)을 따라 이동하고, 제4 팽창밸브(140)를 거치면서 팽창된 후 칠러(60)로 유입된다. 그리고, 칠러(60)를 통과하면서 냉각수와 열교환되고(흡열), 제1 라인(L1)을 따라서 이동하며 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기로 유입된다.
이처럼 응축기(20)에서 방열이 이루어지고, 칠러(60)를 통해 배터리의 폐열을 회수하도록 구성함으로써 차실내를 난방할 수 있다.
도 6은 제1 제습모드에서 동작을 나타내는 도면이다. 제1 제습모드는 상대적으로 제습 부하가 큰 경우에 작동한다.
도 6을 참조하면, 압축기(10)가 작동하여 압축기(10)에서 고온 고압의 냉매가 토출된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하게 된다. 그리고, 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환되고, 이에 따라 가열된 공기는 온풍으로 차량 내부로 공급되어 난방이 수행될 수 있다.
응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)에서 분기된 제3 라인(L3)을 따라 이동하고, 제3 팽창밸브(130)를 비팽창상태로 통과한 후 제2 라인(L2)을 따라서 이동하여 수냉식 열교환기(50)로 유입된다. 즉, 증발기(30)를 바이패스하여 이동한다.
냉매는 수냉식 열교환기(50)를 통과하면서 냉각수와 열교환되고(방열), 제1 라인(L1)을 따라서 이동하여 실외열교환기(40)로 유입된다. 그리고, 실외열교환기(40)를 통과하면서 외기와 열교환된다(방열).
수냉식 열교환기(50)와 실외열교환기(40)를 통과하며 온도가 낮아진 냉매는 제2 팽창밸브(120)를 거쳐 팽창된 후 증발기(30)로 유입된다. 그리고, 증발기(30)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)에서 분기된 제5 라인(L5)을 따라 이동하고, 제1 라인(L1)에서 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기(10)로 유입된다.
이처럼 수냉식 열교환기(50)와 실외열교환기(40)를 통과하면서 냉매의 온도를 충분히 떨어트림으로써 제습 성능을 높일 수 있다.
도 7은 제2 제습모드에서 동작을 나타내는 도면이다. 제2 제습모드는 제1 제습모드에 비해 상대적으로 제습 부하가 작은 경우에 작동한다.
도 7을 참조하면, 압축기(10)가 작동하여 압축기(10)에서 고온 고압의 냉매가 토출된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하게 된다. 그리고, 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환되고, 이에 따라 가열된 공기는 온풍으로 차량 내부로 공급되어 난방이 수행될 수 있다. 즉, 응축기(20)에서 방열이 진행된다.
응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하여 제1 팽창밸브(110)를 거치면서 팽창된 후 증발기(30)로 유입된다. 그리고, 냉매는 증발기(30)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환된다. 이때, 증발기(30)에서 흡열이 진행된다.
증발기(30)를 통과한 냉매는 제2 팽창밸브(120)를 비팽창상태로 통과하여 제1 라인(L1)을 따라 이동하며, 실외열교환기(40) 또는 수냉식 열교환기(50) 또는 실외열교환기(40)와 수냉식 열교환기(50)를 통과하면서 열매체와 열교환을 한다. 이때, 실외열교환기(40)와 수냉식 열교환기(50)에서 흡열이 진행된다. 그리고, 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기(10)로 유입된다.
도 8은 제3 제습모드에서 동작을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 압축기(10)가 작동하여 압축기(10)에서 고온 고압의 냉매가 토출된다. 압축기(10)에서 토출된 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하게 된다. 그리고, 냉매는 응축기(20)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환되고, 이에 따라 가열된 공기는 온풍으로 차량 내부로 공급되어 난방이 수행될 수 있다. 즉, 응축기(20)에서 방열이 진행된다.
응축기(20)를 통과한 냉매는 제1 라인(L1)을 따라 이동하여 제1 팽창밸브(110)를 거치면서 팽창된 후 증발기(30)로 유입된다. 그리고, 냉매는 증발기(30)를 통과하면서 공조케이스(AC) 내부를 유동하는 공기와 열교환된다. 이때, 증발기(30)에서 흡열이 진행된다.
증발기(30)를 통과한 냉매는 제2 팽창밸브(120)를 비팽창상태로 통과한 후 제1 라인(L1)에서 분기된 제4 라인(L4)을 따라 이동하며, 제4 팽창밸브(140)를 비팽창상태로 통과한 후 칠러(60)로 유입된다.
냉매는 칠러(60)를 통과하면서 냉각수와 열교환을 한다. 이때, 칠러(60)에서 추가 흡열이 진행된다. 그리고, 어큐뮬레이터(70)를 거쳐 다시 압축기(10)로 유입된다. 만일, 추가 흡열이 불필요한 경우에는 칠러(60)를 통과하는 냉각수의 흐름을 차단하여 냉매와 열교환이 이루어지지 않도록 한다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 냉매를 압축하여 냉매라인으로 토출하는 압축기;
    상기 압축기에서 토출된 냉매를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기와 함께 공조케이스 내부에 배치되며, 상기 응축기를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시키는 증발기;
    상기 공조케이스 외부에 배치되며, 상기 증발기를 통과한 냉매 또는 상기 응축기를 통과한 냉매를 열매체와 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 냉매라인에서 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 배치되는 제1 팽창밸브;
    를 포함하고,
    난방 부하에 따라 상기 제1 팽창밸브에서 냉매의 팽창 정도를 다르게 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 열매체로 외기가 사용되는 실외열교환기와 상기 열매체로 냉각수가 사용되는 수냉식 열교환기와 칠러 중 적어도 하나를 포함하는 차량용 열관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉매라인은 상기 압축기와 상기 응축기와 상기 증발기와 상기 실외열교환기가 배치되는 제1 라인, 상기 제1 라인에 병렬로 연결되며 상기 수냉식 열교환기가 배치되는 제2 라인, 상기 제1 라인과 상기 제2 라인을 연결하는 제3 라인, 상기 제1 라인에 병렬로 연결되며 상기 칠러가 배치되는 제4 라인, 상기 제1 라인과 상기 제4 라인을 연결하는 제5 라인을 포함하는 차량용 열관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 라인에 배치되는 제2 팽창밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 실외열교환기의 입구측 선단에 연결되고, 타단은 상기 실외열교환기의 출구측 후단에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제3 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 응축기의 출구측 후단에 연결되고, 타단은 상기 제2 라인에서 상기 수냉식 열교환기의 입구측 선단에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제3 라인에 배치되는 제3 팽창밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제4 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 증발기와 상기 실외열교환기 사이에 연결되고, 타단은 상기 압축기의 입구측 선단에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제4 라인에 배치되는 제4 팽창밸브를 더 포함하고, 상기 제4 팽창밸브는 상기 제4 라인에서 상기 칠러의 입구측 선단에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 제5 라인은 일단이 상기 제1 라인에서 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 연결되고, 타단은 상기 제4 라인에서 상기 칠러의 출구측 후단에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제1 라인에서 상기 압축기의 입구측 선단에 배치되는 어큐뮬레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 제1 라인에서 상기 압축기와 상기 응축기 사이, 상기 증발기와 상기 실외열교환기 사이, 상기 실외열교환기와 상기 압축기 사이, 상기 제2 라인 및 상기 제5 라인에는 각각 2웨이 밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    난방모드는 난방 부하에 따라 상기 응축기를 통과한 상기 냉매가 상기 증발기를 통과하거나 상기 증발기를 바이패스하도록 구성되며,
    상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 난방모드는 상기 증발기를 바이패스하는 난방모드보다 상대적으로 난방 부하가 큰 조건에서 작동하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 난방모드에서 난방 부하에 따라 상기 제1 팽창밸브의 상기 냉매의 팽창 정도를 다르게 제어하되, 상대적으로 난방 부하가 큰 경우에는 상기 냉매가 중간압으로 팽창하도록 제어하고, 상대적으로 난방 부하가 작은 경우에는 비팽창상태로 통과하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 냉매가 상기 증발기를 바이패스하는 난방모드에서 상기 냉매는 상기 제3 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 수냉식 열교환기에서 상기 열매체와 열교환하거나, 상기 제4 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 칠러에서 상기 열매체와 열교환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    제습모드는 제습 부하에 따라 상기 응축기를 통과한 상기 냉매가 상기 증발기를 통과하거나 상기 증발기를 바이패스하도록 구성되며,
    상기 냉매가 상기 증발기를 바이패스하는 제습모드는 상기 증발기를 통과하는 제습모드보다 상대적으로 제습 부하가 큰 조건에서 작동하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 냉매가 상기 증발기를 바이패스하는 제습모드에서 상기 냉매는 상기 제3 팽창밸브를 비팽창상태로 통과한 후 상기 수냉식 열교환기와 상기 실외열교환기 중 적어도 하나를 통과하면서 상기 열매체와 열교환하고, 상기 제2 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 증발기를 통과하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 제습모드에서 상기 냉매는 상기 제1 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 증발기 및 상기 실외열교환기와 상기 수냉식 열교환기 중 적어도 하나를 통과하면서 상기 열매체와 열교환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 냉매가 상기 증발기를 통과하는 제습모드에서 상기 냉매는 상기 제1 팽창밸브를 거치면서 팽창된 후 상기 증발기를 통과하며 상기 열매체와 열교환하고, 상기 제2 팽창밸브와 상기 제4 팽창밸브를 비팽창상태로 통과한 후 상기 칠러를 통과하며 상기 열매체와 열교환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
PCT/KR2024/017115 2023-12-22 2024-11-04 차량용 열관리 시스템 Pending WO2025135481A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2023-0189602 2023-12-22
KR1020230189602A KR20250098379A (ko) 2023-12-22 2023-12-22 차량용 열관리 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025135481A1 true WO2025135481A1 (ko) 2025-06-26

Family

ID=96138363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2024/017115 Pending WO2025135481A1 (ko) 2023-12-22 2024-11-04 차량용 열관리 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20250098379A (ko)
WO (1) WO2025135481A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180007021A (ko) * 2016-07-11 2018-01-22 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR20200143787A (ko) * 2019-06-17 2020-12-28 한온시스템 주식회사 공조 시스템
JP2021175618A (ja) * 2020-05-01 2021-11-04 株式会社デンソー 車両用空調装置
KR20220068374A (ko) * 2020-11-19 2022-05-26 주식회사 두원공조 차량용 히트펌프 시스템
WO2023166951A1 (ja) * 2022-03-04 2023-09-07 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180007021A (ko) * 2016-07-11 2018-01-22 한온시스템 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템
KR20200143787A (ko) * 2019-06-17 2020-12-28 한온시스템 주식회사 공조 시스템
JP2021175618A (ja) * 2020-05-01 2021-11-04 株式会社デンソー 車両用空調装置
KR20220068374A (ko) * 2020-11-19 2022-05-26 주식회사 두원공조 차량용 히트펌프 시스템
WO2023166951A1 (ja) * 2022-03-04 2023-09-07 株式会社デンソー 冷凍サイクル装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20250098379A (ko) 2025-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018155886A1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
WO2021215695A1 (ko) 자동차용 히트 펌프 시스템
WO2019066330A1 (ko) 자동차의 통합 열관리 시스템
WO2019212275A1 (ko) 차량용 열관리 시스템
WO2014175589A1 (en) Heat pump system for vehicle
WO2019208942A1 (ko) 차량용 열교환 시스템
WO2024019339A1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
WO2019208939A1 (ko) 열관리 시스템
WO2022114563A1 (ko) 열관리 시스템
WO2018135850A1 (ko) 폐열회수형 하이브리드 히트펌프시스템
WO2019225867A1 (ko) 열관리 시스템
WO2023068645A1 (ko) 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템 및 이에 사용되는 베이퍼 인젝션 모듈
WO2018124789A1 (ko) 자동차용 히트펌프
WO2020246791A1 (ko) 열관리 시스템
WO2020204570A1 (ko) 차량의 열관리 시스템
WO2019160294A1 (ko) 차량용 열관리 시스템
WO2021133134A1 (ko) 차량의 열관리 시스템
WO2018190540A1 (ko) 차량용 공조장치
WO2023229278A1 (ko) 매니폴드 유체 모듈
WO2020246793A1 (ko) 열관리 시스템
WO2018186624A1 (ko) 차량용 열관리 시스템의 수가열식 ｐｔｃ 히터 제어 방법
WO2025135481A1 (ko) 차량용 열관리 시스템
WO2019027085A1 (ko) 공기열원 축냉운전과 수열원 축냉축열 동시운전을 갖는 다중열원 멀티 히트펌프 시스템 및 제어방법
WO2023132659A1 (ko) 매니폴드 냉매 모듈
WO2024014730A1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템

Legal Events

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

Ref document number: 24907766

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1