WO2025206540A1 - 차량용 열관리 시스템 - Google Patents

차량용 열관리 시스템

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WO2025206540A1
WO2025206540A1 PCT/KR2024/096768 KR2024096768W WO2025206540A1 WO 2025206540 A1 WO2025206540 A1 WO 2025206540A1 KR 2024096768 W KR2024096768 W KR 2024096768W WO 2025206540 A1 WO2025206540 A1 WO 2025206540A1
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heat exchange
exchange medium
vehicle
coolant
chiller
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PCT/KR2024/096768
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이진재
안경주
조성래
한중만
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Hanon Systems Corp
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Hanon Systems Corp
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Publication date
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    • B60Y2200/00—Type of vehicle
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Definitions

  • the present invention relates to a thermal management system for a vehicle.
  • thermal management systems deliver refrigerant to the front air conditioning unit, which is located in the front seat of the vehicle, and the rear air conditioning unit, which is located in the rear seat.
  • conventional thermal management systems require a line to be installed in the vehicle to deliver refrigerant to the rear seat.
  • the front and rear air conditioning units may each be equipped with a heater for heating the vehicle. Accordingly, in the vehicle's cooling mode, both the front and rear air conditioning units cool the air using a refrigerant, and in the vehicle's heating mode, both the front and rear air conditioning units heat the air using a heater.
  • conventional thermal management systems only have a condenser installed in the front-seat climate control system, through which refrigerant flows when the vehicle is in heating mode. While the front-seat climate control system can minimize the amount of energy the heater uses to heat the air through the condenser, the rear-seat climate control system relies solely on the heater, resulting in excessive heater usage, lowering energy efficiency and heating efficiency.
  • coolant was utilized as a heat exchange medium for the rear-seat air conditioning system. Furthermore, a coolant circulation cycle was configured to pass through the rear-seat air conditioning system. Furthermore, conventional thermal management systems have configured a cycle to cool the vehicle's battery using coolant. Thus, conventional thermal management systems utilize multiple coolant circulation cycles to cool the rear area of the vehicle and the battery.
  • the conventional thermal management system implemented cooling of the coolant through a chiller having a coolant zone for receiving coolant, a first coolant zone for receiving coolant passing through the battery, and a second coolant zone for receiving coolant passing through the rear seat air conditioning unit.
  • the coolant flowing into the coolant zone is moved to overlap with the first coolant zone and then moved to overlap with the second coolant zone. Accordingly, the coolant flowing into the first coolant zone can undergo heat exchange with the refrigerant before being heat-exchanged with the coolant flowing into the second coolant zone.
  • the refrigerant flowing into the chiller is heat-exchanged with the coolant flowing into the first coolant area and then, at an increased temperature, heat-exchanged with the coolant flowing into the second coolant area. Therefore, the coolant flowing into the second coolant area is directed to the rear seat air conditioning unit without achieving the cooling intended during the design process. Therefore, the air that exchanges heat with the coolant passing through the rear seat air conditioning unit may cause a problem in that it does not satisfy the air conditioning satisfaction of passengers riding in the rear seat area of the vehicle.
  • a vehicle radiator comprises: a refrigerant line connected to a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and guiding a first heat exchange medium to cool and heat a first area of a vehicle; a first coolant line connected to a cabin cooler and a chiller, and guiding a second heat exchange medium to cool a second area of the vehicle; and a second coolant line connected to a battery and the chiller, and guiding the second heat exchange medium to heat the second area of the vehicle and cool the battery; wherein the first heat exchange medium and the second heat exchange medium are heat-exchanged in the chiller, and the first heat exchange medium flowing into the chiller first exchanges heat with the second heat exchange medium flowing into the chiller through the first coolant line, and then heat-exchanges with the second heat exchange medium flowing into the chiller through the second coolant line.
  • a chiller including a first air conditioning module arranged in a first area of the vehicle; a second air conditioning module arranged in a second area of the vehicle; and a plate unit having a first movement area through which the second heat exchange medium directed toward the second air conditioning module moves, a second movement area through which the second heat exchange medium directed toward the battery moves, and a third movement area through which the first heat exchange medium moves; wherein the first heat exchange medium passes through the first movement area of the plate unit of the chiller and then passes through the second movement area.
  • the first heat exchange medium may be characterized in that it exchanges heat with the second heat exchange medium passing through the first movement area of the plate unit of the chiller and then exchanges heat with the second heat exchange medium passing through the second movement area of the plate unit of the chiller.
  • the chiller may include a first inlet disposed in the first movement area of the plate unit and introducing the first heat exchange medium flowing along the refrigerant line into the interior of the plate unit; and a first discharge port disposed in the second movement area of the plate unit and discharging the first heat exchange medium to the exterior of the plate unit.
  • the chiller may include a second inlet disposed in the first moving area of the plate unit and introducing the second heat exchange medium flowing along the first cooling water line into the interior of the plate unit; and a second discharge port disposed in the first moving area of the plate unit and discharging the second heat exchange medium to the exterior of the plate unit.
  • the chiller may include a third inlet disposed in the second movement area of the plate unit and introducing the second heat exchange medium flowing along the second cooling water line into the interior of the plate unit; and a third discharge port disposed in the second movement area of the plate unit and discharging the second heat exchange medium to the exterior of the plate unit.
  • the first coolant line and the second coolant line may be characterized in that they have a shared area through which the second heat exchange medium can move depending on the air conditioning mode of the vehicle.
  • the first coolant line and the second coolant line may be characterized in that they form independent lines.
  • a coolant heater that accommodates the second heat exchange medium therein and heats the second heat exchange medium; and the first coolant line may include a first-first coolant line that forms a path through which the second heat exchange medium passes through the chiller and the cabin cooler in a cooling mode of the vehicle; and a first-second coolant line that forms a path through which the second heat exchange medium passes through the coolant heater and the cabin cooler in a heating mode of the vehicle.
  • the above 1-1 coolant line and the above 1-2 coolant line may be characterized in that they have a shared area through which the second heat exchange medium can move depending on the air conditioning mode of the vehicle.
  • the above 1-2 coolant lines and the above 2nd coolant line may be characterized in that they are connected to each other when the dehumidification mode is additionally operated in the heating mode of the vehicle.
  • the above 1-2 coolant lines and the above 2nd coolant line may be characterized in that they are connected to each other when the battery temperature raising mode is additionally operated in the vehicle heating mode.
  • the second heat exchange medium flowing along the first-first coolant line may be characterized in that it passes through the chiller, exchanges heat with the first heat exchange medium, and then flows toward the cabin cooler.
  • the second heat exchange medium flowing along the first-second coolant line may be characterized in that it passes through the coolant heater, is heated, and then flows toward the cabin cooler.
  • the second heat exchange medium flowing along the first and second coolant lines and the second coolant line may sequentially pass through the coolant heater, the battery, and the chiller before reaching the cabin cooler.
  • the coolant directed to the second air conditioning module can be cooled before the coolant directed to the battery. Therefore, sufficient cooling of the air through the second air conditioning module can be achieved, thereby improving the air conditioning experience for passengers in the rear seat of the vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a chiller of a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a table recording the measured temperature values of cooling water passing through the first inlet and first outlet of the chiller.
  • Figure 6 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium when the battery cooling mode is additionally operated in the cooling mode of the vehicle.
  • Figure 7 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium in the vehicle's heating mode.
  • Figure 8 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium when the dehumidification mode is additionally operated in the vehicle heating mode.
  • Figure 9 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium when the battery warm-up mode is additionally operated in the vehicle heating mode.
  • a component when a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, it may include not only cases where the component is directly connected, coupled, or connected to the other component, but also cases where the component is “connected,” “coupled,” or “connected” by another component between the component and the other component.
  • “above” or “below” when described as being formed or arranged “above or below” each component, “above” or “below” includes not only cases where the two components are in direct contact with each other, but also cases where one or more other components are formed or arranged between the two components. Furthermore, when expressed as “above” or “below,” it can include the meaning of not only the upward direction but also the downward direction based on one component.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention.
  • a vehicle thermal management system (1) can air-condition a passenger compartment of a vehicle by intersecting a first heat exchange medium or a second heat exchange medium with a third heat exchange medium.
  • the vehicle thermal management system (1) may include a compressor (100), a first air conditioning module (200), a second air conditioning module (300), a second condenser (400), a chiller (500), a coolant heater (600), an accumulator (700), and a circulation line (800).
  • the first heat exchange medium is referred to as a first heat exchange medium or a refrigerant
  • the second heat exchange medium is referred to as a second heat exchange medium or a coolant.
  • the first air conditioning module (200) may be placed in the front seat area of the vehicle (or referred to as the “first area”). In addition, the first air conditioning module (200) is connected to an air vent that discharges air-conditioned air toward the front seat area of the vehicle, and may discharge the air-conditioned air toward the air vent.
  • the first air conditioning module (200) may include a first case (210), an evaporator (220), a first condenser (230), and a PTC heater (240).
  • the first case (210) can accommodate an evaporator (220), a first condenser (230), and a PTC heater (240) therein.
  • An exhaust port through which cooled or heated air is discharged can be formed in the first case (210).
  • the first condenser (230) can be placed inside the first case (210).
  • the first condenser (230) can convert the high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the compressor (100) into a liquid refrigerant.
  • a mode door may be placed between the evaporator (220) and the first condenser (230).
  • the mode door may or may not rotate depending on the vehicle's air conditioning mode.
  • the second case (310) can accommodate a cabin cooler (320) inside.
  • An exhaust port through which cooled or heated air is discharged can be formed in the second case (310).
  • the second condenser (400) may be installed at the front side of the vehicle.
  • the second condenser (400) may store refrigerant that has passed through the first condenser (230) of the first air conditioning module (200). Air flowing into the vehicle (air outside the vehicle cabin) may be heat-exchanged with the refrigerant stored inside the second condenser (400).
  • the second condenser (400) may be referred to as an outdoor heat exchanger.
  • the coolant heater (600) may be placed on the circulation line (800).
  • the coolant heater (600) may operate in the vehicle's heating mode or battery warm-up mode.
  • the coolant heater (600) may contain coolant therein.
  • the coolant heater (600) may heat the coolant flowing through the circulation line (800).
  • the accumulator (700) may be placed on the circulation line (800).
  • the accumulator (700) may receive the refrigerant that has passed through the chiller (500).
  • the accumulator (700) may receive the refrigerant that has passed through the evaporator (220) of the first air conditioning module (200).
  • the accumulator (700) may selectively discharge the refrigerant in a liquid phase (liquid state) and a gaseous phase (gaseous state).
  • the accumulator (700) may be referred to as an accumulator.
  • the first line (810) may be referred to as a refrigerant line (810)
  • the second line (820) may be referred to as a first coolant line (820)
  • the third line (830) may be referred to as a second coolant line (830).
  • the vehicle thermal management system may include a plurality of expansion valves arranged on a circulation line (800) to expand a refrigerant, which is a first heat exchange medium, a water pump (W) arranged in front of the cabin cooler (320) of the second air conditioning module (300) and the battery (B) along the flow direction of the coolant, which is a second heat exchange medium, and a plurality of branch valves arranged on the circulation line (800) to guide the movement path of the refrigerant or coolant.
  • a circulation line (800) to expand a refrigerant, which is a first heat exchange medium
  • W water pump
  • W arranged in front of the cabin cooler (320) of the second air conditioning module (300) and the battery (B) along the flow direction of the coolant, which is a second heat exchange medium
  • branch valves arranged on the circulation line (800) to guide the movement path of the refrigerant or coolant.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a chiller of a vehicle thermal management system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a drawing illustrating a path along which a first heat exchange medium and a second heat exchange medium flow inside the chiller.
  • the chiller (500) may include a plate unit (510), a first inlet (520), a first outlet (530), a second inlet (540), a second outlet (550), a third inlet (560), and a third outlet (570).
  • the plate unit (510) is composed of a plurality of plates, and the plurality of plates can be maintained in a stacked state.
  • Each plate forming the plate unit (510) can have a plurality of protrusions arranged to guide refrigerant and cooling water.
  • the plate unit (510) can accommodate a first heat exchange medium and a second heat exchange medium therein.
  • the first movement area (512) and the second movement area (514) may be plates corresponding to odd or even layers among a plurality of plates in a stacked state
  • the third movement area (516) may be plates other than the plates that are the first movement area (512) and the second movement area (514).
  • the third movement area (516) through which the first heat exchange medium passes may be plates corresponding to even layers among the plurality of plates.
  • first movement area (512) and the second movement area (514) may be composed of plates in which a plurality of plates corresponding to either odd or even layers are not arranged in a cross-like manner.
  • first movement area (512) may be the left area of the plate unit (510)
  • second movement area (514) may be the right area.
  • the positions of the movement areas are not limited thereto, and may change depending on the arrangement positions of the first inlet (520), the first outlet (530), the second inlet (540), and the second outlet (540).
  • the first discharge port (530) is arranged in the second movement area (514) and can be connected to the first line (810) of the circulation line (800).
  • the first discharge port (530) can discharge the refrigerant, which is the first heat exchange medium, that has undergone heat exchange with the cooling water, which is the second heat exchange medium, while passing through the plate unit (510) to the outside of the plate unit (510).
  • the second inlet (540) is arranged in the first moving area (512) of the plate unit (510) and can be connected to the second line (820) of the circulation line (800).
  • the second inlet (540) can introduce cooling water, which is a second heat exchange medium flowing along the second line (820), into the interior of the plate unit (510).
  • the second discharge port (550) is arranged in the first moving area (512) of the plate unit (510) and can be connected to the second line (820) of the circulation line (800).
  • the second discharge port (550) can discharge the cooling water, which is the second heat exchange medium that has exchanged heat with the refrigerant, which is the first heat exchange medium, while passing through the plate unit (510), to the outside of the plate unit (510).
  • the third inlet (560) is arranged in the second moving area (514) of the plate unit (510) and can be connected to the third line (830) of the circulation line (800).
  • the third inlet (560) can introduce cooling water, which is a second heat exchange medium, into the interior of the plate unit (510).
  • the third discharge port (570) is arranged in the second moving area (514) of the plate unit (510) and can be connected to the third line (830) of the circulation line (800).
  • the third discharge port (570) can discharge the cooling water, which is the second heat exchange medium that has exchanged heat with the refrigerant, which is the first heat exchange medium, while passing through the plate unit (510), to the outside of the plate unit (510).
  • the first heat exchange medium can pass through the first movement area (512) of the plate unit (510) of the chiller (500) and then the second movement area (514). Accordingly, the first heat exchange medium can be heat-exchanged with the second heat exchange medium passing through the first movement area (512) of the plate unit (510) of the chiller (500) and then heat-exchanged with the second heat exchange medium passing through the second movement area (514).
  • This can prevent a deterioration in the heat exchange performance of the second air conditioning module (300) in the vehicle thermal management system (1) of the present embodiment, which can cool the second air conditioning module (300) and the battery (B) through coolant.
  • the cooling water which is the second heat exchange medium passing through the first movement area (512) exchanges heat with the first heat exchange medium, which has a higher temperature, after exchanging heat with the cooling water while passing through the second movement area (514).
  • the cooling water heading to the second air conditioning module (300) may cause a problem in that it cannot sufficiently cool the air passing through the cabin cooler (320) of the second air conditioning module (300).
  • Figure 4 is a table recording the measured temperature values of cooling water passing through the first inlet and first outlet of the chiller.
  • FIG. 4 is a table
  • the comparative example is an example in which the temperature of the refrigerant passing through the first inlet (520) of the chiller and the temperature of the refrigerant passing through the first outlet (530) are measured when the refrigerant moves to a position overlapping the second movement area (514) of the chiller (500) and then moves to a position overlapping the first movement area (512)
  • the embodiment is an example in which the temperature of the refrigerant passing through the first inlet (520) of the chiller (500) and the temperature of the refrigerant passing through the first outlet (530) are measured when the refrigerant moves to a position overlapping the first movement area (512) of the chiller (500) and then moves to a position overlapping the second movement area (514).
  • the temperature of the first outlet (530) of the embodiment is measured to be lower than that of the comparative example. Therefore, it can be seen that in the embodiment, the cooling water directed toward the cabin cooler (320) of the second air conditioning module (300) is cooled to a lower temperature and directed toward the second air conditioning module (300) than in the comparative example.
  • Figure 5 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium in the cooling mode of the vehicle.
  • the second heat exchange medium (hereinafter referred to as “coolant”) may flow along the 1-1 coolant line (822). More specifically, in the cooling mode of the vehicle, the coolant flowing along the 1-1 coolant line (822) sequentially passes through the water pump (W), the chiller (500), and the cabin cooler (320) and then flows back to the water pump (W).
  • the coolant passing through the chiller (500) may be cooled by heat exchange with the refrigerant, which is the first heat exchange medium passing through the chiller (500), and may then move toward the cabin cooler (320).
  • coolant can flow along the first coolant line (822) and the second coolant line (830).
  • the coolant flowing along the 1-1 coolant line (822) sequentially passes through the water pump (W), the chiller (500), and the cabin cooler (320) and then flows back to the water pump (W).
  • the coolant passing through the chiller (500) is heat-exchanged with the refrigerant passing through the chiller (500) and moves toward the cabin cooler (320) in a cooled state.
  • the coolant flowing along the second coolant line (830) sequentially passes through the water pump (W), the chiller (500), and the battery (B) and then heads back to the water pump (W).
  • the coolant passing through the chiller (500) is heat-exchanged with the refrigerant passing through the chiller (500) and moves toward the battery (B) in a cooled state.
  • Figure 7 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium in the vehicle's heating mode.
  • coolant may flow along the first-second coolant line (824). More specifically, in the vehicle heating mode, coolant flowing along the first-second coolant line (824) sequentially passes through the water pump (W), the coolant heater (600), and the cabin cooler (320) and then flows back to the water pump (W). Here, the coolant is heated while passing through the coolant heater (600) and moves toward the cabin cooler (320) in a heated state.
  • Figure 8 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium when the dehumidification mode is additionally operated in the vehicle heating mode.
  • the coolant may flow along the first-second coolant line (824) and the second coolant line (830).
  • the first-second coolant line (824) and the second coolant line (830) may be connected by a branch valve disposed on the circulation line (800).
  • the coolant flowing along the first-second coolant line (824) and the second coolant line (830) sequentially passes through the water pump (W) positioned in front of the cabin cooler (320), the cabin cooler (320), the coolant heater (600), the water pump (W) positioned in front of the battery (B), the battery (B), and the chiller (500), and then again flows toward the water pump (W) positioned in front of the cabin cooler (320).
  • Figure 9 is a drawing showing the flow path of the second heat exchange medium when the battery warm-up mode is additionally operated in the vehicle heating mode.
  • coolant may flow along the first-second coolant line (824) and the second coolant line (830).
  • first-second coolant line (824) and the second coolant line (830) may be connected by a branch valve disposed on the circulation line (800).
  • the coolant flowing along the first-second coolant line (824) and the second coolant line (830) sequentially passes through the water pump (W) positioned in front of the cabin cooler (320), the cabin cooler (320), the coolant heater (600), the water pump (W) positioned in front of the battery (B), the battery (B), and the chiller (500), and then again flows toward the water pump (W) positioned in front of the cabin cooler (320).
  • the path along which the coolant, which is the second heat exchange medium, flows is the same as the path along which the coolant flows in Fig. 8.
  • the difference from the mode in Fig. 8 is that the refrigerant passing through the expansion valve is not directed to the evaporator (220) of the first air conditioning module (200) by the branch valve located above the expansion valve based on Fig. 9.
  • the vehicle thermal management system (1) can implement various coolant flow paths for implementing various air conditioning modes.
  • Vehicle thermal management system 100 Compressor
  • Second Case 320 Cabin Cooler
  • Plate unit 512 First moving area
  • Coolant heater 700 Accumulator
  • Circulation line 810 First line, refrigerant line
  • first coolant line 822 First-first coolant line

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Abstract

본 발명은 후석 공조장치를 향하는 냉각수의 충분한 냉각이 이루어질 수 있도록 개선된 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다. 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기와 연결되며, 차량의 제1 영역을 냉난방하도록 제1 열교환매체를 가이드하는 냉매라인, 캐빈 쿨러 및 칠러와 연결되며, 차량의 제2 영역을 냉방하도록 제2 열교환매체를 가이드하는 제1 냉각수라인 및 배터리 및 칠러와 연결되며, 차량의 제2 영역을 난방하며, 배터리를 냉각하도록 제2 열교환매체를 가이드하는 제2 냉각수라인을 포함하고, 칠러에서 제1 열교환매체와 제2 열교환매체가 열교환되며, 칠러로 유입되는 상기 제1 열교환매체는 제1 냉각수라인에서 칠러로 유입되는 제2 열교환매체와 먼저 열교환한 후 제2 냉각수라인에서 칠러로 유입되는 제2 열교환매체와 열교환 하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 열관리 시스템
본 발명은 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.
열관리 시스템은 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래의 일반적인 공조장치에서 부족하던 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이러한 종래의 열관리 시스템은 차량의 전석 영역에 배치되는 전석 공조장치와 차량의 후석 영역에 배치되는 후석 공조장치에 냉매를 전달하게 된다. 즉, 종래의 열관리 시스템은 차량의 후석까지 냉매를 전달하는 라인이 차량에 설치되어야 한다.
여기서, 전석 공조장치와 후석 공조장치에는 차량의 난방을 위한 히터가 각각 구비될 수 있다. 따라서, 차량의 냉방모드에서는, 전석 공조장치와 후석 공조장치 모두 냉매를 통한 공기의 냉각을 이루고, 차량의 난방모드에서는, 전석 공조장치와 후석 공조장치 모두 히터를 통한 공기의 가열을 이루게 된다.
그러나, 종래의 열관리 시스템은 전석 공조장치에만 차량의 난방모드시 냉매가 유동하는 응축기가 설치되어 있다. 이에 의해, 전석 공조장치는 응축기를 통해 히터가 공기를 가열하는 에너지량을 최소화시킬 수 있으나, 후석 공조장치는 히터만으로 공기를 가열해야 하므로, 히터가 과도하게 사용하게 되어 에너지 사용 효율이 저하되며, 난방 효율이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 후석 공조장치의 난방 효율을 개선시키기 위해 냉각수를 후석 공조장치의 열교환매체로 활용하였다. 또한, 이를 위해, 후석 공조장치를 거치는 냉각수 순환 사이클을 구성하였다. 또한, 종래의 열관리 시스템은 냉각수를 통해 차량의 배터리를 냉각하는 사이클을 구성하였다. 이와 같이, 종래의 열관리 시스템은 복수 개의 냉각수 순환사이클을 사용하여 차량의 후석 영역의 냉방과 배터리의 냉각을 구현하였다.
여기서, 종래의 열관리 시스템은 냉매를 수용하는 냉매 영역, 배터리를 지나는 냉각수를 수용하는 제1 냉각수 영역 및 후석 공조장치를 지나는 냉각수를 수용하는 제2 냉각수 영역을 가지는 칠러를 통해 냉각수의 냉각을 구현하였다. 이 때, 냉매 영역에 유입되는 냉매는 제1 냉각수 영역과 오버랩되도록 이동된 후 제2 냉각수 영역과 오버랩되도록 이동된다. 따라서, 제1 냉각수 영역에 유입된 냉각수가 냉매와 열교환된 후 제2 냉각수 영역에 유입된 냉각수가 열교환될 수 있다.
그러나, 종래의 열관리 시스템은 칠러에 유입된 냉매가 제1 냉각수 영역에 유입된 냉각수와 열교환된 뒤 온도가 상승된 상태에서 제2 냉각수 영역에 유입된 냉각수와 열교환되기 때문에 제2 냉각수 영역에 유입된 냉각수는 설계과정에서 의도한 만큼의 냉각을 이루지 못한 상태로 후석 공조장치로 향하게 된다. 따라서, 후석 공조장치를 통과하는 냉각수와 열교환되는 공기는 차량의 후석 영역에 탑승한 탑승객의 공조 만족도를 채우지 못하는 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 목적은 후석 공조장치를 향하는 냉각수의 충분한 냉각이 이루어질 수 있도록 개선된 차량용 열관리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기와 연결되며, 차량의 제1 영역을 냉난방하도록 제1 열교환매체를 가이드하는 냉매라인; 캐빈 쿨러 및 칠러와 연결되며, 차량의 제2 영역을 냉방하도록 제2 열교환매체를 가이드하는 제1 냉각수라인; 및 배터리 및 상기 칠러와 연결되며, 차량의 제2 영역을 난방하며, 상기 배터리를 냉각하도록 상기 제2 열교환매체를 가이드하는 제2 냉각수라인; 을 포함하고, 상기 칠러에서 상기 제1 열교환매체와 상기 제2 열교환매체가 열교환되며, 상기 칠러로 유입되는 상기 제1 열교환매체는 상기 제1 냉각수라인에서 상기 칠러로 유입되는 상기 제2 열교환매체와 먼저 열교환한 후 상기 제2 냉각수라인에서 상기 칠러로 유입되는 상기 제2 열교환매체와 열교환 하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량의 제1 영역에 배치되는 제1 공조모듈; 상기 차량의 제2 영역에 배치되는 제2 공조모듈; 및 상기 제2 공조모듈로 향하는 상기 제2 열교환매체가 이동되는 제1 이동 영역과 상기 배터리로 향하는 상기 제2 열교환매체가 이동되는 제2 이동 영역 및 상기 제1 열교환매체가 이동되는 제3 이동 영역을 가지는 플레이트 유닛;을 가지는 칠러;를 포함하고, 상기 제1 열교환매체는 상기 칠러의 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역을 통과한 뒤 상기 제2 이동 영역을 통과하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1 열교환매체는 상기 칠러의 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역을 통과하는 상기 제2 열교환매체와 열교환 된 후 상기 칠러의 상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역을 통과하는 상기 제2 열교환매체와 열교환되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 칠러는, 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역에 배치되며 상기 냉매라인을 따라 흐르는 상기 제1 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 내부로 유입시키는 제1 유입구; 및 상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역에 배치되며 상기 제1 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 외부로 배출시키는 제1 배출구;를 포함할 수 있다.
상기 칠러는, 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역에 배치되며 상기 제1 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 내부로 유입시키는 제2 유입구; 및 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역에 배치되며 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 외부로 배출시키는 제2 배출구; 를 포함할 수 있다.
상기 칠러는, 상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역에 배치되며 상기 제2 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 내부로 유입시키는 제3 유입구; 및 상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역에 배치되며 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 외부로 배출시키는 제3 배출구; 를 포함할 수 있다.
상기 제1 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 차량의 공조모드에 따라 상기 제2 열교환매체가 이동될 수 있는 공유 영역을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량의 냉방모드 시, 상기 제1 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 독립적인 라인을 구성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2 열교환매체를 내부에 수용하며, 상기 제2 열교환매체를 가열시키는 쿨런트 히터;를 포함하고, 상기 제1 냉각수라인은, 차량의 냉방모드에서 상기 제2 열교환매체가 상기 칠러 및 상기 캐빈 쿨러를 지나는 경로를 구성하는 제1-1 냉각수라인; 및 차량의 난방모드에서 상기 제2 열교환매체가 상기 쿨런트 히터 및 상기 캐빈 쿨러를 지나는 경로를 구성하는 제1-2 냉각수라인;을 포함할 수 있다.
상기 제1-1 냉각수라인과 상기 제1-2 냉각수라인은 차량의 공조모드에 따라 상기 제2 열교환매체가 이동될 수 있는 공유 영역을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1-2 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 차량의 난방모드에서 제습모드가 추가로 작동되었을 때 서로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제1-2 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 차량의 난방모드에서 배터리 승온모드가 추가로 작동되었을 때 서로 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량의 냉방모드 시, 상기 제1-1 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체는 상기 칠러를 통과하여 상기 제1 열교환매체와 열교환된 후 상기 캐빈 쿨러를 향하는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량의 난방모드 시, 상기 제1-2 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체는 상기 쿨런트 히터를 통과하여 가열된 후 상기 캐빈 쿨러를 향하는 것을 특징으로 할 수 있다.
차량의 제습모드 시, 상기 제1-2 냉각수라인 및 상기 제2 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체는 상기 쿨런트 히터, 상기 배터리, 상기 칠러를 순차적으로 통과한 후 상기 캐빈 쿨러에 도달하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제2 공조모듈로 향하는 냉각수가 배터리로 향하는 냉각수보다 먼저 냉각될 수 있다. 따라서, 제2 공조모듈을 통한 공기의 충분한 냉각이 이루어지므로, 차량의 후석 영역에 탑승한 탑승객의 공조 만족도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템의 구조도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템의 칠러를 도시한 사시도이다.
도 3은 제1 열교환매체 및 제2 열교환매체가 칠러의 내부에서 흐르는 경로를 도시한 도면이다.
도 4는 칠러의 제1 유입구 및 제1 배출구를 통과하는 냉각수의 온도를 측정한 값을 기록한 표이다.
도 5는 차량의 냉방모드에서 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 6은 차량의 냉방모드에서 배터리 쿨링모드가 추가로 작동될 때 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 7은 차량의 난방모드에서 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 8은 차량의 난방모드에서 제습모드가 추가로 작동될 때 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 9는 차량의 난방모드에서 배터리 웜업모드가 추가로 작동될 때 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 차량용 열관리 시스템을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템의 구조도를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템(1)은 제1 열교환매체 또는 제2 열교환매체가 제3 열교환매체와 교차되면서 차량의 승객룸을 공조화시킬 수 있다. 차량용 열관리 시스템(1)은 압축기(100), 제1 공조모듈(200), 제2 공조모듈(300), 제2 응축기(400), 칠러(500), 쿨런트 히터(600), 축압기(700) 및 순환라인(800)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 열교환매체는 제1 열교환매체 또는 냉매로 지칭하며, 제2 열교환매체는 제2 열교환매체 또는 냉각수로 지칭하기로 한다.
압축기(100)는 냉매를 압축할 수 있다. 압축기(100)는 압축되어 고온고압의 기체 상태가 된 냉매를 응축기를 향해 배출할 수 있다. 여기서, 압축기(100)는 콤프레서(Compressor)로 불릴 수 있다.
제1 공조모듈(200)은 차량의 전석 영역(또는 ‘제1 영역‘ 이라 함)에 배치될 수 있다. 또한, 제1 공조모듈(200)은 차량의 전석 영역을 향해 공조된 공기를 배출하는 에어 벤트와 연결되며, 에어 벤트를 향해 공조된 공기를 배출시킬 수 있다. 제1 공조모듈(200)은 제1 케이스(210), 증발기(220), 제1 응축기(230) 및 PTC 히터(240)를 포함할 수 있다.
제1 케이스(210)는 증발기(220), 제1 응축기(230) 및 PTC 히터(240)를 내부에 수용할 수 있다. 제1 케이스(210)에는 냉각 또는 가열된 공기가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다.
증발기(220)는 제1 케이스(210)의 내부에 배치될 수 있다. 증발기(220)는 실외 열교환기를 통과한 액체 상태의 냉매를 수용할 수 있다. 증발기(220)를 통과하는 공기는 증발기(220)에 수용되는 냉매와 열교환될 수 있다.
제1 응축기(230)는 제1 케이스(210)의 내부에 배치될 수 있다. 제1 응축기(230)는 압축기(100)에서 배출된 고온고압의 냉매를 액체 상태의 냉매로 변환시킬 수 있다.
증발기(220)와 제1 응축기(230)의 사이에는 모드도어가 배치될 수 있다. 모드도어는 차량의 공조모드에 따라 회전되거나 회전되지 않을 수 있다.
PTC 히터(240)는 제1 케이스(210)의 내부에서 외부로 공기가 흐르는 방향을 따라 제1 응축기(230)의 전방에 배치될 수 있다. PTC 히터(240)는 차량의 난방모드에서 작동되며, 제1 응축기(230)를 통과한 공기가 가열되도록 공기를 열교환시킬 수 있다.
제2 공조모듈(300)은 차량의 후석 영역(또는 ‘제2 영역’ 이라 함)에 배치될 수 있다. 또한, 제2 공조모듈(300)은 차량의 후석 영역을 향해 공조된 공기를 배출하는 에어 벤트와 연결되며, 에어 벤트를 향해 공조된 공기를 배출시킬 수 있다. 제2 공조모듈(300)은 제2 케이스(310) 및 캐빈 쿨러(320)를 포함할 수 있다.
제2 케이스(310)는 캐빈 쿨러(320)를 내부에 수용할 수 있다. 제2 케이스(310)에는 냉각 또는 가열된 공기가 배출되는 배출구가 형성될 수 있다.
캐빈 쿨러(320)(Cabin cooler)는 제2 케이스(310)의 내부에 배치될 수 있다. 캐빈 쿨러(320)는 제2 열교환매체인 냉각수를 내부에 수용할 수 있다. 보다 자세하게는, 캐빈 쿨러(320)는 냉각된 냉각수 또는 가열된 냉각수를 내부에 수용할 수 있다. 따라서, 차량의 공조모드에 따라 캐빈 쿨러(320)를 통과하는 공기는 냉각되거나 가열될 수 있다.
제2 응축기(400)는 차량의 전방측에 설치될 수 있다. 제2 응축기(400)는 제1 공조모듈(200)의 제1 응축기(230)를 통과한 냉매를 내부에 수용할 수 있다. 차량으로 유입되는 공기(차실외 공기)는 제2 응축기(400)의 내부에 수용되는 냉매와 열교환될 수 있다. 여기서, 제2 응축기(400)는 실외 열교환기로 불릴 수 있다.
칠러(500)는 내부에서 제1 열교환매체와 제2 열교환매체가 이동 가능할 수 있다. 따라서, 칠러(500)는 차량의 전석 영역에 배치되는 제1 공조모듈(200), 차량의 후석 영역에 배치되는 제2 공조모듈(300) 및 배터리(B)를 순환하는 제2 열교환매체(냉각수)를 냉각시킬 수 있다.
쿨런트 히터(600)는 순환라인(800) 상에 배치될 수 있다. 쿨런트 히터(600)는 차량의 난방모드 또는 배터리 웜업모드 시 작동할 수 있다. 쿨런트 히터(600)는 내부에 냉각수를 수용할 수 있다. 쿨런트 히터(600)는 순환라인(800)을 통해 이동하는 냉각수를 가열시킬 수 있다.
축압기(700)는 순환라인(800) 상에 배치될 수 있다. 축압기(700)는 칠러(500)를 통과한 냉매를 수용할 수 있다. 또한, 축압기(700)는 제1 공조모듈(200)의 증발기(220)를 통과한 냉매를 수용할 수 있다. 축압기(700)는 액상(액체 상태)의 냉매와 기상(기체 상태)의 냉매를 선별하여 배출할 수 있다. 축압기(700)는 어큐뮬레이터(Accumulator)라 불릴 수 있다.
순환라인(800)은 제1 열교환매체 또는 제2 열교환매체가 이동되는 라인일 수 있다. 따라서, 순환라인(800)은 배관일 수 있다. 순환라인(800)은 제1 열교환매체가 이동되며, 제1 공조모듈(200)과 연결되는 제1 라인(810), 제2 열교환매체가 이동되며, 제2 공조모듈(300)과 연결되는 제2 라인(820) 및 제2 열교환매체가 이동되며, 배터리(B)와 연결되는 제3 라인(830)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 라인(810)은 냉매라인(810)으로 불릴 수 있으며, 제2 라인(820)은 제1 냉각수라인(820)으로 불릴 수 있고, 제3 라인(830)은 제2 냉각수라인(830)으로 불릴 수 있다.
또한, 차량용 열관리 시스템은 순환라인(800) 상에 배치되어 제1 열교환매체인 냉매를 팽창시키는 복수 개의 팽창밸브, 제2 열교환매체인 냉각수의 흐름 방향을 따라 제2 공조모듈(300)의 캐빈 쿨러(320) 및 배터리(B)의 전방에 배치되는 워터 펌프(W) 및 순환라인(800) 상에 배치되어 냉매 또는 냉각수의 이동 경로를 가이드 하는 복수 개의 분기밸브를 포함할 수 있다.
이러한 구조를 가지는 차량용 열관리 시스템(1)은 칠러(500)를 통해 제2 공조모듈(300)을 통과하는 제2 열교환매체인 냉각수의 냉각 효율을 상승시킬 수 있다. 이하에서는 칠러(500)에 대해 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템의 칠러를 도시한 사시도이며, 도 3은 제1 열교환매체 및 제2 열교환매체가 칠러의 내부에서 흐르는 경로를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 칠러(500)는 플레이트 유닛(510), 제1 유입구(520), 제1 배출구(530), 제2 유입구(540), 제2 배출구(550), 제3 유입구(560), 제3 배출구(570)를 포함할 수 있다.
플레이트 유닛(510)은 복수 개의 플레이트로 구성되며, 복수 개의 플레이트는 적층된 상태를 유지할 수 있다. 플레이트 유닛(510)을 이루는 각각의 플레이트에는 냉매와 냉각수를 가이드하는 복수 개의 돌기가 배치될 수 있다. 플레이트 유닛(510)은 제1 열교환매체와 제2 열교환매체를 내부에 수용할 수 있다.
플레이트 유닛(510)은 제2 공조모듈(300)로 향하는 제2 열교환매체(냉각수)가 이동되는 제1 이동 영역(512)과 배터리(B)로 향하는 제2 열교환매체(냉각수)가 이동되는 제2 이동 영역(514) 및 제1 열교환매체(냉매)가 이동되는 제3 이동 영역(516)을 가질 수 있다.
제1 이동 영역(512) 및 제2 이동 영역(514)은 적층된 상태의 복수 개의 플레이트 중 홀수층 또는 짝수층에 해당하는 플레이트들 일 수 있으며, 제3 이동 영역(516)은 제1 이동 영역(512)과 제2 이동 영역(514)인 플레이트를 제외한 나머지 플레이트들 일 수 있다. 예를 들면, 제2 열교환매체가 지나는 제1 이동 영역(512) 및 제2 이동 영역(514)이 복수 개의 플레이트 중 홀수층에 해당하는 플레이트일 경우, 제1 열교환매체가 지나는 제3 이동 영역(516)은 복수 개의 플레이트 중 짝수층에 해당하는 플레이트 일 수 있다.
또한, 제1 이동 영역(512)과 제2 이동 영역(514)은 홀수층 또는 짝수층 중 어느 하나의 층에 해당하는 복수 개의 플레이트가 교차 배열되지 않은 상태의 플레이트들로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 2를 기준으로, 제1 이동 영역(512)은 플레이트 유닛(510)의 좌측 영역일 수 있으며, 제2 이동 영역(514)은 우측 영역일 수 있다. 그러나, 이동 영역들의 위치는 이에 한정되지 않으며, 제1 유입구(520), 제1 배출구(530), 제2 유입구(540) 및 제2 유입구(540)의 배치 위치에 따라 변경될 수 있다.
제1 유입구(520)는 플레이트 유닛(510)의 제1 이동 영역(512)에 배치되며, 순환라인(800)의 제1 라인(810)과 연결될 수 있다. 제1 유입구(520)는 제1 열교환매체인 냉매를 플레이트 유닛(510)의 내부로 유입시킬 수 있다.
제1 배출구(530)는 제2 이동 영역(514)에 배치되며, 순환라인(800)의 제1 라인(810)과 연결될 수 있다. 제1 배출구(530)는 플레이트 유닛(510)을 통과하면서 제2 열교환매체인 냉각수와 열교환된 제1 열교환매체인 냉매가 플레이트 유닛(510)의 외부로 배출시킬 수 있다.
제2 유입구(540)는 플레이트 유닛(510)의 제1 이동 영역(512)에 배치되며, 순환라인(800)의 제2 라인(820)과 연결될 수 있다. 제2 유입구(540)는 제2 라인(820)을 따라 흐르는 제2 열교환매체인 냉각수를 플레이트 유닛(510)의 내부로 유입시킬 수 있다.
제2 배출구(550)는 플레이트 유닛(510)의 제1 이동 영역(512)에 배치되며, 순환라인(800)의 제2 라인(820)과 연결될 수 있다. 제2 배출구(550)는 플레이트 유닛(510)을 통과하면서 제1 열교환매체인 냉매와 열교환된 제2 열교환매체인 냉각수가 플레이트 유닛(510)의 외부로 배출시킬 수 있다.
제3 유입구(560)는 플레이트 유닛(510)의 제2 이동 영역(514)에 배치되며, 순환라인(800)의 제3 라인(830)과 연결될 수 있다. 제3 유입구(560)는 제2 열교환매체인 냉각수를 플레이트 유닛(510)의 내부로 유입시킬 수 있다.
제3 배출구(570)는 플레이트 유닛(510)의 제2 이동 영역(514)에 배치되며, 순환라인(800)의 제3 라인(830)과 연결될 수 있다. 제3 배출구(570)는 플레이트 유닛(510)을 통과하면서 제1 열교환매체인 냉매와 열교환된 제2 열교환매체인 냉각수가 플레이트 유닛(510)의 외부로 배출시킬 수 있다.
여기서, 제1 열교환매체는 칠러(500)의 플레이트 유닛(510)의 제1 이동 영역(512)을 통과한 뒤 제2 이동 영역(514)을 통과할 수 있다. 이에 의해, 제1 열교환매체는 칠러(500)의 플레이트 유닛(510)의 제1 이동 영역(512)을 통과하는 제2 열교환매체와 열교환된 후 제2 이동 영역(514)을 통과하는 제2 열교환매체와 열교환될 수 있다. 이는, 냉각수를 통해 제2 공조모듈(300)과 배터리(B)를 냉각시킬 수 있는 본 실시예의 차량용 열관리 시스템(1)에서, 제2 공조모듈(300)의 열교환 성능의 저하를 방지할 수 있다.
만약, 제1 열교환매체인 냉매가 칠러(500)의 플레이트 유닛(510)의 제2 이동 영역(514)을 통과한 뒤 제1 이동 영역(512)을 통과하게 되면, 제1 이동 영역(512)을 지나는 제2 열교환매체인 냉각수는 제2 이동 영역(514)을 통과하면서 냉각수와 열교환된 후 온도가 상승된 제1 열교환매체와 열교환된다. 이에 의해, 제2 공조모듈(300)로 향하는 냉각수는 제2 공조모듈(300)의 캐빈 쿨러(320)를 통과하는 공기를 충분히 냉각시키지 못하는 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 제2 공조모듈(300)로 향하는 냉각수를 배터리(B)로 향하는 냉각수보다 먼저 냉매와 열교환시킴으로써, 제2 공조모듈(300)에서 배출되는 공기의 충분한 냉각을 이루게 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 칠러(500)로 유입되는 제1 열교환매체(냉매)가 제1 냉각수라인(820)에서 칠러(500)로 유입되는 제2 열교환매체(냉각수)와 먼저 열교환한 후 제2 냉각수라인(830)에서 칠러(500)로 유입되는 제2 열교환매체(냉각수)와 열교환 하는 구조를 가진다. 따라서, 제2 공조모듈(300)로 향하는 냉각수의 온도를 종래의 열관리 시스템의 칠러에 비해 낮출 수 있다. 따라서, 차량의 후석 영역에 탑승한 탑승객의 공조 만족도가 상승될 수 있다.
도 4는 칠러의 제1 유입구 및 제1 배출구를 통과하는 냉각수의 온도를 측정한 값을 기록한 표이다.
도 4는 표로써, 비교예는 냉매가 칠러(500)의 제2 이동 영역(514)과 오버랩되는 위치로 이동된 후 제1 이동 영역(512)과 오버랩되는 위치로 이동할 경우, 철러의 제1 유입구(520)를 지나는 냉매의 온도와 제1 배출구(530)를 지나는 냉매의 온도를 측정한 예이며, 실시예는 그 반대의 예로써, 냉매가 칠러(500)의 제1 이동 영역(512)과 오버랩되는 위치로 이동된 후 제2 이동 영역(514)과 오버랩되는 위치로 이동할 경우, 칠러(500)의 제1 유입구(520)를 지나는 냉매의 온도와 제1 배출구(530)를 지나는 냉매의 온도를 측정한 예이다.
도 4의 표를 보면, 비교예에 비해 실시예의 제1 배출구(530)의 온도가 더 낮게 측정됨을 알 수 있다. 따라서, 비교예의 경우 보다 실시예의 경우, 제2 공조모듈(300)의 캐빈 쿨러(320)를 향하는 냉각수가 더 낮은 온도로 냉각된 상태로 제2 공조모듈(300)을 향함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템(1)은 배터리(B)를 향하는 냉각수보다 제2 공조모듈(300)을 향하는 냉각수를 우선 열교환하는 구조를 갖춤으로써, 종래의 히트펌프 시스템에 비해 차량의 후석 영역으로 배출되는 공기의 냉각성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 차량의 후석 영역에 탑승하는 탑승객의 공조 만족도가 향상될 수 있다.
이하에서는, 제2 열교환매체(냉각수)가 차량용 열관리 시스템(1)의 내부에서 순환되는 경로에 대해 설명한다.
도 5는 차량의 냉방모드에서 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 차량의 냉방모드에서, 제2 열교환매체(이하 ‘냉각수’ 라 함)는 제1-1 냉각수라인(822)을 따라 흐를 수 있다. 보다 자세하게는, 차량의 냉방모드에서, 제1-1 냉각수라인(822)을 따라 흐르는 냉각수는 워터 펌프(W), 칠러(500) 및 캐빈 쿨러(320)를 순차적으로 통과한 후 다시 워터 펌프(W)로 향한다. 여기서, 칠러(500)를 통과하는 냉각수는 칠러(500)를 통과하는 제1 열교환매체인 냉매와 열교환되어 냉각된 상태로 캐빈 쿨러(320)를 향해 이동될 수 있다.
도 6은 차량의 냉방모드에서 배터리 쿨링모드가 추가로 작동될 때 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 차량의 냉방모드에서 배터리 쿨링모드가 추가로 작동될 때, 냉각수는 제1-1 냉각수라인(822) 및 제2 냉각수라인(830)을 따라 흐를 수 있다.
먼저, 차량의 냉방모드에서 배터리 쿨링모드가 추가로 작동될 때, 제1-1 냉각수라인(822)을 따라 흐르는 냉각수는 워터 펌프(W), 칠러(500) 및 캐빈 쿨러(320)를 순차적으로 통과한 후 다시 워터 펌프(W)로 향한다. 여기서, 칠러(500)를 통과하는 냉각수는 칠러(500)를 통과하는 냉매와 열교환되어 냉각된 상태로 캐빈 쿨러(320)를 향해 이동된다.
다음으로, 차량의 냉방모드에서 배터리 쿨링모드가 추가로 작동될 때, 제2 냉각수라인(830)을 따라 흐르는 냉각수는 워터 펌프(W), 칠러(500) 및 배터리(B)를 순차적으로 통과한 후 다시 워터 펌프(W)로 향한다. 여기서, 칠러(500)를 통과하는 냉각수는 칠러(500)를 통과하는 냉매와 열교환되어 냉각된 상태로 배터리(B)를 향해 이동된다.
도 7은 차량의 난방모드에서 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 차량의 난방모드에서 냉각수는 제1-2 냉각수라인(824)을 따라 흐를 수 있다. 보다 자세하게는, 차량의 난방모드에서, 제1-2 냉각수라인(824)을 따라 흐르는 냉각수는 워터 펌프(W), 쿨런트 히터(600) 및 캐빈 쿨러(320)를 순차적으로 통과한 후 다시 워터 펌프(W)로 향한다. 여기서, 냉각수는 쿨런트 히터(600)를 통과하면서 가열되며, 가열된 상태로 캐빈 쿨러(320)를 향해 이동된다.
도 8은 차량의 난방모드에서 제습모드가 추가로 작동될 때 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 차량의 난방모드에서 제습모드가 추가로 작동될 때, 냉각수는 제1-2 냉각수라인(824) 및 제2 냉각수라인(830)을 따라 흐를 수 있다.(여기서, 제1-2 냉각수라인(824)과 제2 냉각수라인(830)은 순환라인(800) 상에 배치된 분기밸브에 의해 연결될 수 있다.)
보다 자세하게는, 차량의 난방모드에서 제습모드가 추가로 작동될 때, 제1-2 냉각수라인(824)과 제2 냉각수라인(830)을 따라 흐르는 냉각수는 캐빈 쿨러(320)의 전방에 배치된 워터 펌프(W), 캐빈 쿨러(320), 쿨런트 히터(600), 배터리(B)의 전방에 배치된 워터 펌프(W), 배터리(B) 및 칠러(500)를 순차적으로 통과한 후 다시 캐빈 쿨러(320)의 전방에 배치된 워터 펌프(W)를 향한다.
여기서, 냉매라인을 따라 흐르는 냉매는 제1 공조모듈(200)의 제1 응축기(230), 및 팽창밸브를 지나 저온저압상태로 팽창된 후 도 8을 기준으로 팽창밸브의 상측에 배치된 분기밸브를 통과하여 제1 공조모듈(200)의 증발기(220)로 유입된다. 이와 같은 경로를 통해 증발기(220)로 유입된 냉매는 증발기(220)를 통과하는 공기와 교차된다. 이 때, 공기는 건조될 수 있다. 이렇게 건조된 공기가 제1 공조모듈(200)로부터 차량의 내부로 유입되면, 차량의 내부가 난방되고 있는 상태에서 차량의 내부가 제습될 수 있다.
도 9는 차량의 난방모드에서 배터리 웜업모드가 추가로 작동될 때 제2 열교환매체의 흐름 경로를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 차량의 난방모드에서 배터리 웜업모드가 추가로 작동될 때, 냉각수는 제1-2 냉각수라인(824) 및 제2 냉각수라인(830)을 따라 흐를 수 있다.(여기서, 제1-2 냉각수라인(824)과 제2 냉각수라인(830)은 순환라인(800) 상에 배치된 분기밸브에 의해 연결될 수 있다.)
보다 자세하게는, 차량의 난방모드에서 배터리 웜업모드가 추가로 작동될 때, 제1-2 냉각수라인(824)과 제2 냉각수라인(830)을 따라 흐르는 냉각수는 캐빈 쿨러(320)의 전방에 배치된 워터 펌프(W), 캐빈 쿨러(320), 쿨런트 히터(600), 배터리(B)의 전방에 배치된 워터 펌프(W), 배터리(B) 및 칠러(500)를 순차적으로 통과한 후 다시 캐빈 쿨러(320)의 전방에 배치된 워터 펌프(W)를 향한다.
즉, 차량의 난방모드에서 배터리 웜업모드가 추가로 작동될 때 제2 열교환매체인 냉각수가 흐르는 경로는 도 8에서 냉각수가 흐르는 경로와 동일하다. 여기서, 도 8의 모드와의 차이는 팽창밸브를 지난 냉매가 도 9를 기준으로 팽창밸브의 상측에 배치된 분기밸브에 의해 제1 공조모듈(200)의 증발기(220)로 향하지 않는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 열관리 시스템(1)은 다양한 공조모드 구현을 위한 다양한 냉각수 흐름 경로를 구현할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 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.
[부호의 설명]
1: 차량용 열관리 시스템 100: 압축기
200: 제1 공조모듈 210: 제1 케이스
220: 증발기 230: 제1 응축기
240: PTC 히터 300: 제2 공조모듈
310: 제2 케이스 320: 캐빈 쿨러
400: 제2 응축기 500: 칠러
510: 플레이트 유닛 512: 제1 이동 영역
514: 제2 이동 영역 516: 제3 이동 영역
520: 제1 유입구 530: 제1 배출구
540: 제2 유입구 550: 제2 배출구
560: 제3 유입구 570: 제3 배출구
600: 쿨런트 히터 700: 축압기
800: 순환라인 810: 제1 라인, 냉매라인
820: 제2 라인, 제1 냉각수라인 822: 제1-1 냉각수라인
824: 제1-2 냉각수라인 830: 제3 라인, 제2 냉각수라인
B: 배터리 W: 워터 펌프

Claims (15)

  1. 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기와 연결되며, 차량의 제1 영역을 냉난방하도록 제1 열교환매체를 가이드하는 냉매라인;
    캐빈 쿨러 및 칠러와 연결되며, 차량의 제2 영역을 냉방하도록 제2 열교환매체를 가이드하는 제1 냉각수라인; 및
    배터리 및 상기 칠러와 연결되며, 차량의 제2 영역을 난방하며, 상기 배터리를 냉각하도록 상기 제2 열교환매체를 가이드하는 제2 냉각수라인; 을 포함하고,
    상기 칠러에서 상기 제1 열교환매체와 상기 제2 열교환매체가 열교환되며,
    상기 칠러로 유입되는 상기 제1 열교환매체는 상기 제1 냉각수라인에서 상기 칠러로 유입되는 상기 제2 열교환매체와 먼저 열교환한 후 상기 제2 냉각수라인에서 상기 칠러로 유입되는 상기 제2 열교환매체와 열교환 하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량의 제1 영역에 배치되는 제1 공조모듈;
    상기 차량의 제2 영역에 배치되는 제2 공조모듈; 및
    상기 제2 공조모듈로 향하는 상기 제2 열교환매체가 이동되는 제1 이동 영역과 상기 배터리로 향하는 상기 제2 열교환매체가 이동되는 제2 이동 영역 및 상기 제1 열교환매체가 이동되는 제3 이동 영역을 가지는 플레이트 유닛을 가지는 칠러;를 포함하고,
    상기 제1 열교환매체는 상기 칠러의 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역을 통과한 뒤 상기 제2 이동 영역을 통과하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 열교환매체는 상기 칠러의 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역을 통과하는 상기 제2 열교환매체와 열교환 된 후 상기 칠러의 상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역을 통과하는 상기 제2 열교환매체와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 칠러는,
    상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역에 배치되며 상기 냉매라인을 따라 흐르는 상기 제1 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 내부로 유입시키는 제1 유입구; 및 상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역에 배치되며 상기 제1 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 외부로 배출시키는 제1 배출구;를 포함하는 차량용 열관리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 칠러는,
    상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역에 배치되며 상기 제1 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 내부로 유입시키는 제2 유입구; 및 상기 플레이트 유닛의 상기 제1 이동 영역에 배치되며 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 외부로 배출시키는 제2 배출구; 를 포함하는 차량용 열관리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 칠러는,
    상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역에 배치되며 상기 제2 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 내부로 유입시키는 제3 유입구; 및 상기 플레이트 유닛의 상기 제2 이동 영역에 배치되며 상기 제2 열교환매체를 상기 플레이트 유닛의 외부로 배출시키는 제3 배출구; 를 포함하는 차량용 열관리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 차량의 공조모드에 따라 상기 제2 열교환매체가 이동될 수 있는 공유 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    차량의 냉방모드 시,
    상기 제1 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 독립적인 라인을 구성하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 열교환매체를 내부에 수용하며, 상기 제2 열교환매체를 가열시키는 쿨런트 히터;를 포함하고,
    상기 제1 냉각수라인은,
    차량의 냉방모드에서 상기 제2 열교환매체가 상기 칠러 및 상기 캐빈 쿨러를 지나는 경로를 구성하는 제1-1 냉각수라인; 및
    차량의 난방모드에서 상기 제2 열교환매체가 상기 쿨런트 히터 및 상기 캐빈 쿨러를 지나는 경로를 구성하는 제1-2 냉각수라인;을 포함하는 차량용 열관리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1-1 냉각수라인과 상기 제1-2 냉각수라인은 차량의 공조모드에 따라 상기 제2 열교환매체가 이동될 수 있는 공유 영역을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1-2 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 차량의 난방모드에서 제습모드가 추가로 작동되었을 때 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1-2 냉각수라인과 상기 제2 냉각수라인은 차량의 난방모드에서 배터리 승온모드가 추가로 작동되었을 때 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    차량의 냉방모드 시,
    상기 제1-1 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체는 상기 칠러를 통과하여 상기 제1 열교환매체와 열교환된 후 상기 캐빈 쿨러를 향하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    차량의 난방모드 시,
    상기 제1-2 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체는 상기 쿨런트 히터를 통과하여 가열된 후 상기 캐빈 쿨러를 향하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    차량의 제습모드 시,
    상기 제1-2 냉각수라인 및 상기 제2 냉각수라인을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체는 상기 쿨런트 히터, 상기 배터리, 상기 칠러를 순차적으로 통과한 후 상기 캐빈 쿨러에 도달하는 것을 특징으로 하는 차량용 열관리 시스템.
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