KR102097394B1

KR102097394B1 - 차량용 통합 열관리 시스템

Info

Publication number: KR102097394B1
Application number: KR1020130070465A
Authority: KR
Inventors: 이원석; 김철민; 최이철
Original assignee: 주식회사 두원공조
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2020-04-10
Also published as: KR20140147365A

Abstract

본 발명은, 제1냉각수를 열매체로 하여 제1냉각수를 외기와 열교환시키는 제1열교환기, 제2냉각수를 열매체로 하여 제2냉각수를 외기와 열교환시키는 제2열교환기, 제1열교환기와 차량의 엔진부가 배열되고, 제1냉각수가 순환하는 제1냉각수라인, 제2열교환기와 차량의 전장부품과 발열부품이 배열되고, 제2냉각수가 순환하는 제2냉각수라인, 제1냉각수라인과 제2냉각수라인을 연결하는 연결라인, 제1냉각수라인 및 제2냉각수라인 각각과 연결라인이 만나는 지점에 구비되어, 제1냉각수와 제2냉각수의 흐름을 전환하는 전환밸브 및 여름철 냉각모드와 겨울철 힛업모드에 따라 전환밸브를 제어하여, 제1냉각수라인과 제2냉각수라인을 분리 또는 통합하여 엔진부와, 전장부품과 발열부품의 열을 관리하는 제어부를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템을 제공한다.
따라서 기존 개별적으로 냉각하던 각각의 개별 시스템을 하나의 시스템으로 통합함으로써, 열교환기의 수를 최소화할 수 있어 차량 패키지 구성 및 차량의 최대 성능을 효율적으로 내기 위한 구조설계가 유리하며, 차량의 냉각은 물론 겨울철 효과적인 열관리도 수행할 수 있다.

Description

차량용 통합 열관리 시스템{Integrated heat Management system in Vehicle}

본 발명은 차량용 통합 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 냉각시스템을 통합하고 이에 따른 통합적인 열관리를 실시하여 차량 전체 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 통합 열관리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 저연비화를 달성하고 엔진의 사용율을 감소시킬 수 있는 방안으로서 하이브리드 차량과 연료전지 차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 대한 개발도 활발하게 진행되어오고 있다.

한편, 이러한 하이브리드 차량이나 연료전지 차량은, 엔진 차량과는 다르게 연료전지 또는 엔진 냉각부, PE부품 냉각부, A/C 공조용 냉각부(컨덴서), 배터리 냉각부 등 냉각해야할 부품의 수가 증가하기 때문에, 이에 대응하여 냉각루프 구성 또한 복잡해지고 많아지고 있다.

또한, 여름에 냉각을 주 기능으로 하며 겨울에는 폐열을 이용한 직접 난방을 하도록 열 냉각에 초점을 맞추어 개발되는 엔진 차량과는 달리, 상기 하이브리드 차량이나 연료전지 차량은 여름철 냉각 기능은 물론, 겨울철에도 전장 부품들의 효율 향상을 위하여 냉각수의 적정 온도를 유지해야 한다.

때문에, 상기 하이브리드 차량이나 연료전지 차량은, 기존 냉각 시스템으로는 초기 웜업(Warm-up) 등을 하기가 어려움이 있기 때문에, 개별 냉각루프를 구성하여 열 관리를 해야 할 필요가 있고, 이때 이러한 냉각루프 각각은 라디에이터(Radiator) 또는 콘덴서(Condensor)를 배열한 뒤 차량의 전면에 배치해야 한다.

그런데, 상기한 개별 냉각 및 공조 시스템을 구성하는 종래의 차량의 열관리 시스템은, 차량의 FEM(Front end module)부에 열교환기를 많이 배치해야 하는 만큼 차량 패키지 구성에 제약을 주게 되어, 최대 성능을 효율적으로 내기 위한 구성이 어려워지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 차량의 열관리 시스템은, 각각의 열교환기가 서로의 냉각에 영향을 미쳐 효율 저하를 초래함은 물론, 냉각뿐만 아니라 열관리가 필요한 부품은 증가한데 반해 이러한 각 부품의 열관리는 효과적으로 하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 열관리 시스템은, 엔진 또는 연료전지의 냉각수의 폐열을 최대한 활용하여 겨울철 난방을 위한 소비전력을 최소화해야하는 필요가 있음에도 불구하고, 시스템 구조상 이러한 폐열을 이용하기가 힘든 문제점이 있다.

본 발명은, 기존 개별적으로 냉각하던 각각의 냉각시스템을 하나의 시스템으로 통합함으로써, 필요 열교환기의 수를 최소화하여 차량 패키지 구성 및 차량의 최대 성능을 효율적으로 내기 위한 구성이 유리해지도록 할 수 있는 차량용 통합 열관리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 차량의 냉각뿐만 아니라 부품의 효과적인 열관리를 수행할 수 있는 차량용 통합 열관리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 엔진 또는 연료전지 냉각수의 폐열을 이용함으로써, 겨울철 난방을 위한 소비전력을 최소화할 수 있는 차량용 통합 열관리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 제1냉각수를 열매체로 하여 상기 제1냉각수를 외기와 열교환시키는 제1열교환기와, 제2냉각수를 열매체로 하여 상기 제2냉각수를 외기와 열교환시키는 제2열교환기와, 상기 제1열교환기와 차량의 엔진부가 배열되고, 상기 제1냉각수가 순환하는 제1냉각수라인과, 상기 제2열교환기와 차량의 전장부품과 발열부품이 배열되고, 상기 제2냉각수가 순환하는 제2냉각수라인과, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인을 연결하는 연결라인과, 상기 제1냉각수라인 및 상기 제2냉각수라인 각각과 상기 연결라인이 만나는 지점에 구비되어, 상기 제1냉각수와 상기 제2냉각수의 흐름을 전환하는 전환밸브, 및 여름철 냉각모드와 겨울철 힛업모드에 따라 상기 전환밸브를 제어하여, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인을 분리 또는 통합하여 상기 엔진부와, 상기 전장부품과 상기 발열부품의 열을 관리하는 제어부를 포함하고, 상기 차량의 전장부품과 상기 발열부품은 상기 제2냉각수라인 상에 직렬로 배치하면서, 수냉열교환기는 상기 차량의 전장부품과 병렬로 배치하며, 상기 제2냉각수라인 중 상기 발열부품의 유입단측에서 분기되면서, 상기 제2냉각수라인 중 상기 발열부품의 유출단측으로 합류하여, 상기 발열부품을 바이패스하는 제1바이패스라인과, 상기 제2냉각수라인과 상기 제1바이패스라인이 분기되는 부분에 구비되어, 상기 제2냉각수의 흐름을 상기 제2냉각수라인 또는 상기 제1바이패스라인으로 선택적으로 전환시키는 제1바이패스밸브를 더 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 제1냉각수라인은, 상기 제1열교환기를 바이패스하는 제2바이패스라인과, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2바이패스라인이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제1냉각수의 흐름을 상기 제1냉각수라인 또는 상기 제2바이패스라인으로 선택적으로 전환시키는 제2바이패스밸브를 더 포함한다.

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나아가, 상기 차량은, 에어컨시스템을 이용하여 차량의 냉난방을 수행하되, 냉매와 냉각수를 서로 열교환시키는 수냉열교환기를 구비하는 히트펌프시스템을 포함하고, 상기 수냉열교환기는, 상기 제2냉각수라인과 연결되어, 상기 제2냉각수와 상기 히트펌프시스템을 순환하는 냉매가 서로 열교환되도록 하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전환밸브는, 상기 제1냉각수라인과 상기 연결라인이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제1냉각수의 흐름을 상기 제1냉각수라인 또는 상기 연결라인으로 전환시키는 제1밸브와, 상기 제2냉각수라인과 상기 연결라인이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제2냉각수의 흐름을 상기 제2냉각수라인 또는 상기 연결라인으로 전환시키는 제2밸브를 포함하며, 이때 상기 제1밸브와 상기 제2밸브는, 상방밸브(3-way valve)로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 엔진부는, 연료전지, 모터, 가솔린 및 디젤 중 선택된 어느 하나를 에너지원으로 하여 운전될 수 있다.

한편, 상기 제어부는, 상기 냉각모드인 경우, 상기 연결라인이 패쇄되도록 상기 전환밸브를 제어하여, 상기 제1냉방라인과 상기 제2냉방라인이 각각 분리되도록 할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 힛업모드인 경우, 상기 연결라인이 개방되도록 상기 전환밸브를 제어하여, 상기 제1냉방라인과 상기 제2냉방라인이 통합 연결되도록 하여 상기 엔진부에서 발생하는 열을 상기 제2냉각수라인으로 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 열관리 통합시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 기존 개별적으로 냉각하던 각각의 개별 냉각시스템을 통합함으로써, 필요 열교환기의 수를 최소화할 수 있어 차량 패키지 구성 및 차량의 최대 성능을 효율적으로 내기 위한 구조설계를 유리하게 할 수 있다.

둘째, 차량의 냉각은 물론 겨울철 열관리가 필요한 부품에 대하여 효과적인 열관리도 수행할 수 있다.

셋째, 엔진 또는 연료전지 냉각수의 폐열을 이용하기 때문에, 겨울철 난방을 위한 소비전력을 최소화할 수 있으며, 차량의 전체 효율을 향상 시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 통합 열관리 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 차량용 통합 열관리 시스템에서 제어부의 제어흐름을 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 통합 열관리 시스템의 여름철 냉각모드에서의 냉각수흐름을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 통합 열관리 시스템의 겨울철 힛업모드에서의 냉각수흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 통합 열관리 시스템의 겨울철 냉각모드에서의 냉각수흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 통합 열관리 시스템의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 통합 열관리 시스템에서 차량의 전장부품과 발열부품을 병렬로 배치한 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 1의 차량의 공조시스템에 보조히터를 추가한 경우를 나타낸 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 열관리 통합 시스템(510;이하 '열관리 통합 시스템'이라 한다)은, 제1열교환기(110), 제2열교환기(120), 제1냉각수라인(210), 제2냉각수라인(220), 연결라인(230), 전환밸브(300) 및 제어부(400)를 포함한다.

상기 제1열교환기(110)는, 상기 제1냉각수라인(210) 상에 배치되어 상기 제1냉각수라인(210)을 따라 흐르는 제1냉각수를 외기와 열교환 시키는 역할을 한다.

상기 제2열교환기(120)는, 상기 제2냉각수라인(220) 상에 배치되어 상기 제2냉각수라인(220)을 따라 흐르는 제2냉각수를 외기와 열교환시키는 역할을 한다.

여기서, 상기 제1열교환기(110)와 상기 제2열교환기(120)는, 차량의 FEM부에 위치하여 외기와의 열교환이 용이하도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 도면에서 상기 제1열교환기(110)와 상기 제2열교환기(120)는, 서로 인접하게 위치하고 있으나 이는 차량 엔진룸의 레이아웃설계 등을 고려한 바람직한 실시예로서 그 설치위치는 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.

상기 제1냉각수라인(210)은, 상기 제1냉각수가 순환하는 폐루프 구조를 갖고 있으며, 상기 제1열교환기(110)와 차량의 엔진부(100)가 배열되고, 상기 제1냉각수가 순환하도록 제1워터펌프(211)가 구비되어 있다.

여기서, 상기 엔진부(100)는, 연료전지 또는 모터를 에너지원으로 운전되어 열관리가 더욱 필요한 연료전지차량 또는 하이브리드차량에 적용되는 엔진부로 하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라 가솔린 또는 디젤을 에너지원으로 하는 가솔린차량 또는 디젤차량 또는 바이오디젤차량에 적용되는 엔진부를 적용할 수도 있다.

상기 제2냉각수라인(220)은, 상기 제2열교환기(120)와 차량의 전장부품(141)과 발열부품(142)이 배열되며, 상기 제2냉각수가 순환하도록 제2워터펌프(221)가 구비되어 있다.

여기서, 상기 차량의 전장부품(141)과 상기 발열부품(142)은, 열관리가 필요한 전기자동차의 배터리를 포함하는 공지의 전장부품과, PE부품을 포함하는 발열부품이며 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

나아가, 상기 차량은, 에어컨시스템을 이용하여 차량의 냉난방을 수행하는 히트펌프시스템(140)을 채택할 수 있으며, 상기한 히트펌프시스템(140)은 냉매와 냉각수를 서로 열교환시키는 수냉열교환기(130)를 포함하고 있다.

여기서, 상기 히트펌프시스템(140)과 상기 수냉열교환기(130)는 공지의 히트펌프시스템과 이러한 히트펌프 시스템에 구비되는 냉각수냉매 열교환기와 그 구성이 실질적으로 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이러한 히트펌프시스템(140)의 기술의 예로 대한민국 등록실용 제20-0263212호의 '히트펌프식 자동차용 공기조화장치'가 개시된 바 있다.

한편, 상기 히트펌프시스템(140)을 도입한 경우 상기 열관리 통합 시스템(510)은, 상기 제2냉각수라인(220) 상에 수냉열교환기(130)를 배치하여, 상기 수냉 열교환기(130)에서 상기 제2냉각수와 상기 히트펌프시스템(140)을 순환하는 냉매가 서로 열교환 되도록 할 수 있다.

상기 제2냉각수라인(220)은, 제1바이패스라인(241)과, 제1바이패스밸브(341)를 포함한다. 상기 제1바이패스라인(241)은, 양단부가 상기 발열부품(142)의 입구와 출구측의 상기 제2냉각수라인(220)에 연결되어 상기 제2냉각수가 상기 발열부품(142)을 우회하도록 한다.

상기 제1바이패스밸브(341)는, 상기 제2냉각수라인(220)과 상기 제1바이패스라인(241)이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제어부(400)의 신호에 따라 상기 제2냉각수의 흐름을 상기 제2냉각수라인(220) 또는 상기 제1바이패스라인(241)으로 흐르도록 전환시키는 역할을 한다.

상기 연결라인(230)은, 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)이 서로 통합되도록 연결하여, 상기 엔진부(100)의 폐열이 상기 제2냉각수라인(220)으로 공급되게 한다. 한편, 도면에서, 상기 연결라인(230)은 한 쌍으로 이루어져 일단부는 각각 상기 제1냉각수라인(210)의 상기 제1열교환기(110)의 입구와 출구측에 연결되고, 타단부는 상기 제2냉각수라인(220)의 상기 제2열교환기(120)의 입구와 출구측에 각각 연결되어, 난방 시 냉각수가 상기 제1열교환기(110)와 상기 제2열교환기(120)를 바이패스하도록 되어 있다. 하지만, 이는 바람직한 실시예로, 상기 연결라인(230)은, 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)을 통합하여 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 위치에서 연결되고 그 개수 또한 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.

상기 전환밸브(300)는, 상기 제1냉각수라인(210) 및 상기 제2냉각수라인(220) 각각과 상기 연결라인(230)이 만나는 지점에 구비되어, 상기 제어부(400)의 신호에 따라 상기 제1냉각수와 상기 제2냉각수의 흐름을 전환하는 역할을 한다.

상세하게, 상기 전환밸브(300)는, 제1밸브(310)와, 제2밸브(320)를 포함한다. 상기 제1밸브(310)는, 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 연결라인(230)이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제1냉각수의 흐름을 상기 제1냉각수라인(210) 또는 상기 연결라인(230)으로 전환시키는 역할을 한다.

상기 제2밸브(320)는, 상기 제2냉각수라인(220)과 상기 연결라인(230)이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제2냉각수의 흐름을 상기 제2냉각수라인(220) 또는 상기 연결라인(230)으로 전환시키는 역할을 한다.

상기 제1밸브(310)와 상기 제2밸브(320)는, 상방밸브(3-way valve)로 하는 것이 바람직하지만, 상기한 목적을 달성할 수 있다면 다양한 구성도 적용가능하며, 유로전환뿐만 아니라 유량도 조절할 수 있는 밸브를 적용할 수 있다.

한편, 미설명부호 1은 차량용 공기조화장치로서, 10은 공조케이스, 20 및 30은 상기 공조케이스(10) 내에 구비되는 증발기와 히터를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 제어부(400)는, 상기 제1밸브(310)와, 상기 제2밸브(320)를 제어하여 여름철 냉각모드와 겨울철 힛업모드에 따라 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)을 분리 또는 통합하고, 상기 제1바이패스밸브(341)와 상기 제2바이패스밸브(342)를 제어하여 상기 엔진부(100)와, 상기 전장부품(141)과 상기 발열부품(142)의 열을 관리한다. 한편, 상기 제어부(400)는 상기한 구성 외에도 히트펌프시스템(140)과, 상기 제1워터펌프(211)와, 상기 제2워터펌프(221)도 통합 제어하여 효율적인 차량의 열관리가 이루어지도록 할 수 있다.

이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 냉각모드와 상기 힛업모드에서의 냉각수의 흐름과 이에 따른 상기 제어부(400)의 제어흐름에 대하여 살펴보기로 한다. 우선, 이에 앞서 상기 제1냉각수라인(210)은 상기 엔진부(100)가 배치되어 상기 제2냉각수보다 상대적으로 고온인 제1냉각수가 유동하고 있으며, 이에 상기 전장부품(141)과 발열부품(142)이 배치된 상기 제2냉각수라인(220)은 상기 제1냉각수에 비하여 상대적으로 저온의 제2냉각수가 유동하고 있고, 이에 상기 제1냉각수가 상기 제2냉각수와 비교하여 높은 열원을 갖고 있다.

이에, 도 3을 참조하면 냉각성능이 많이 필요한 여름철의 냉각모드인 경우 상기 제어부(400)는, 상기 연결라인(230)이 패쇄되도록 상기 제1밸브(310)와 상기 제2밸브(320)를 제어하여, 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)을 각각의 별개 냉각루프로 구성되게 한다.

즉, 상기 제어부(400)는 여름철 냉각이 필요한 냉각모드인 경우, 상기 엔진부(100)는 상기 제1열교환기(110)로 냉각을 실시하고, 나머지 PE부품을 비롯한 발열부품(142)과, 배터리를 포함하는 전장부품(141)은 상기 제2열교환기(120)로 냉각을 수행하도록 한다.

따라서 여름철 냉각모드인 경우, 상기 열관리 통합 시스템(510)은 저온의 제2냉각수는 차량의 발열부품(141)과 전장부품(142) 및 수냉열교환기(130)를 순환하도록 하고, 고온의 제1냉각수는 상기 엔진부(100)를 순환하도록 하여, 각 구성품의 냉각이 효율적으로 이루어지도록 최적의 열관리를 실시한다. 상기 차량의 발열부품(141) 및 A/C냉방을 위한 콘덴싱은 상기 제2열교환기(120)로 냉각하도록 한다.

반면, 도 4를 참조하면 냉각이 필요하지 않은 겨울철의 힛업모드인 경우 상기 제어부(400)는, 상기 연결라인(230)이 개방되도록 상기 제1밸브(310)와 상기 제2밸브(320)를 제어하여, 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)이 통합되도록 한다.

그러면, 상기 열관리 통합 시스템(510)은, 겨울철의 힛업모드 시 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)이 통합되도록 하여 상기 제1냉각수라인(210)의 상기 엔진부(100)의 폐열을 상기 제2냉각수라인(220)으로 공급함으로써, 상기 전장부품(141)과 상기 발열부품(142)의 웜업 등 효율을 향상시킬 수 있고 차량 실내의 난방 성능 COP를 향상시키기 위한 온열을 공급할 수 있다.

한편, 도 5는 겨울철 냉각모드 시 냉각수의 흐름을 나타낸 도면으로서 도면을 참조하면, 상기 열관리 통합 시스템(510)은 상기 제1밸브(310)가 양방향으로 모두 열리면서 상기 엔진부(100)의 폐열을 상기 제2냉각수라인(220)으로 공급함은 물론, 상기 제1열교환기(110)에서도 열교환을 수행함으로써, 난방 및 냉각을 동시에 진행하면서 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 상기 열관리 통합 시스템(510)은, 냉각모드 시에는 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)을 각각 별개의 냉각루프로 분리하여 상기 엔진부(100)와, 상기 전장부품(141) 및 발열부품(142)의 냉각을 효율적으로 수행하고, 힛업모드 시에는 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)을 통합하여 상기 엔진부(100)의 폐열을 상기 제2냉각수라인(220)으로 공급하여 상기 발열부품(142) 및 전장부품(141)의 힛업 용도와 실내 난방 열원으로 이용함으로써 차량의 전체 효율을 향상시킬 수 있다.

도 6은 열관리 통합 시스템(520)의 다른 실시예를 나타낸 도면으로, 이하에서는 전술한 구성과 대비되는 부분을 중점적으로 하여 살펴보기로 한다.

도면을 참조하면, 상기 열관리 통합 시스템(520)은 상기 제1냉각수라인(210)에 제2바이패스라인(242)을 형성하고, 상기 제2바이패스라인(242)에 제2바이패스밸브(342)를 구비한다.

상기 제2바이패스라인(242)은, 일단부와 타단부가 상기 엔진부(100)의 입구와 출구측에 각각 연결되어, 상기 제1냉각수가 상기 제1열교환기(110)를 우회하여 상기 제1냉각수가 상기 엔진부(100)로만 순환되게 하다.

즉, 상기 제2바이패스라인(242)은 여름철 또는 겨울철에 상기 엔진부(100)의 힛업이 필요하거나 일정 온도까지 온도를 끌어올릴 필요가 있을 경우 사용하며, 이 외 냉각이 필요할 경우에는 상기 제2바이패스밸브(342)를 전환하여 상기 제1열교환기(110)에서 열교환을 수행할 수 있도록 한다.

상기 제2바이패스밸브(342)는, 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2바이패스라인(242)이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제어부(400)의 신호에 따라 상기 제1냉각수의 흐름을 상기 제1냉각수라인(210) 또는 상기 제2바이패스라인(242)으로 선택적으로 전환시킨다.

상기한 바에 따라, 상기 열관리 통합 시스템(520)은, 상기 제2바이패스라인(242)과, 상기 제2바이패스밸브(342)를 구비하여, 초기 상기 엔진부(100)의 힛업을 가능하게 하여 효율을 향상시킬 수 있으며, 최적의 열관리를 수행할 수 있다.

한편, 상기 열관리 통합 시스템(510,520,530)은, 상기 제2냉각수라인(220) 상에 상기 차량의 전장부품(141)과, 발열부품(142)과, 수냉열교환기(130)의 배치를 다양하게 할 수 있다.

우선, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 열관리 통합 시스템(510,520)은 차량의 전장부품(141)과 상기 발열부품(142)은 상기 제2냉각수라인(220) 상에 직렬로 배치하고, 상기 수냉열교환기(130)는 상기 차량의 전장부품(141)과 병렬로 배치할 수 있다.

이와 달리, 도 7을 참조하면, 상기 열관리 통합 시스템(530)은, 상기 차량의 전장부품(141)과 상기 발열부품(142)을 상기 제2냉각수라인(220) 상에 병렬로 배치하고, 이에 상기 수냉열교환기(130)도 상기 차량의 전장부품(141)과 병렬로 배치하여, 상기 차량의 전장부품(141)과 발열부품(142)과 상기 수냉열교환기(130)를 모두 병렬 배치할 수 있다.

이러한 경우, 상기 열관리 통합 시스템(530)은, 상기한 전장부품(141)과 상기 발열부품(142)과 수냉열교환기(130)의 냉각을 균등하게 수행할 수 있으며, 도 1과 비교하여 상기 발열부품(142)의 냉각을 더욱 효과적으로 할 수 있음은 물론, 상기 전장부품(141)과, 발열부품(142)과, 수냉열교환기(130)로 보내는 제1냉각수의 유량을 조절하여 열관리를 좀 더 효율적으로 할 수 있다.

도 8은 을 참조하면, 상기 열관리 통합 시스템(540)은, 상기 차량용 공기조화시스템에서 상기 공조케이스(10) 내 상기 히터의 후방에 보조히터(32)를 더 구비한다. 상기 보조히터(32)는 전기히터 또는 PTC소자를 이용한 PTC히터를 사용할 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다.

상기한 바와 같이, 상기 차량용 통합 열관리 시스템(510,520,530,540)은, 냉각모드와 힛업모드 각각에 대응하여 상기 제1냉각수라인(210)과 상기 제2냉각수라인(220)을 각각 개별적으로 관리하거나 통합하여 관리할 수 있기 때문에, 필요 열교환기의 수를 최소화할 수 있어 차량 패키지 구성 및 차량의 최대 성능을 효율적으로 내기 위한 구조설계를 유리하게 할 수 있고, 효과적이고 최적의 열관리를 할 수 있음은 물론, 차량의 전체효율을 향상 및 겨울철 난방을 위한 소비전력을 최소화할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1... 차량용 공기조화장치 10... 공조케이스
20... 증발기 30... 히터
32... 보조히터 100... 엔진부
110... 제1열교환기 120... 제2열교환기
130... 수냉열교환기 140... 히트펌프시스템
141... 전장부품 142... 발열부품
210... 제1냉각수라인 211,221... 제1 및 제2워터펌프
220... 제2냉각수라인 230... 연결라인
241,242... 제1 및 제2바이패스라인 300... 전환밸브
310,320... 제1 및 제2밸브 341,342... 제1 및 제2바이패스밸브
400... 제어부
510,520,530,540... 차량용 열관리 통합 시스템

Claims

제1냉각수를 열매체로 하여 상기 제1냉각수를 외기와 열교환시키는 제1열교환기;
제2냉각수를 열매체로 하여 상기 제2냉각수를 외기와 열교환시키는 제2열교환기;
상기 제1열교환기와 차량의 엔진부가 배열되고, 상기 제1냉각수가 순환하는 제1냉각수라인;
상기 제2열교환기와 차량의 전장부품과 발열부품이 배열되고, 상기 제2냉각수가 순환하는 제2냉각수라인;
상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인을 연결하는 연결라인;
상기 제1냉각수라인 및 상기 제2냉각수라인 각각과 상기 연결라인이 만나는 지점에 구비되어, 상기 제1냉각수와 상기 제2냉각수의 흐름을 전환하는 전환밸브; 및
여름철 냉각모드와 겨울철 힛업모드에 따라 상기 전환밸브를 제어하여, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인을 분리 또는 통합하여 상기 엔진부와, 상기 전장부품과 상기 발열부품의 열을 관리하는 제어부를 포함하고,
상기 차량의 전장부품과 상기 발열부품은 상기 제2냉각수라인 상에 직렬로 배치하면서, 수냉열교환기는 상기 차량의 전장부품과 병렬로 배치하며,
상기 제2냉각수라인 중 상기 발열부품의 유입단측에서 분기되면서, 상기 제2냉각수라인 중 상기 발열부품의 유출단측으로 합류하여, 상기 발열부품을 바이패스하는 제1바이패스라인과,
상기 제2냉각수라인과 상기 제1바이패스라인이 분기되는 부분에 구비되어, 상기 제2냉각수의 흐름을 상기 제2냉각수라인 또는 상기 제1바이패스라인으로 선택적으로 전환시키는 제1바이패스밸브를 더 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1냉각수라인은,
상기 제1열교환기를 바이패스하는 제2바이패스라인과,
상기 제1냉각수라인과 상기 제2바이패스라인이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제1냉각수의 흐름을 상기 제1냉각수라인 또는 상기 제2바이패스라인으로 선택적으로 전환시키는 제2바이패스밸브를 더 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 차량은, 에어컨시스템을 이용하여 차량의 냉난방을 수행하되, 냉매와 냉각수를 서로 열교환시키는 수냉열교환기를 구비하는 히트펌프시스템을 포함하고,
상기 수냉열교환기는,
상기 제2냉각수라인과 연결되어, 상기 제2냉각수와 상기 히트펌프시스템을 순환하는 냉매가 서로 열교환되도록 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 전환밸브는,
상기 제1냉각수라인과 상기 연결라인이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제1냉각수의 흐름을 상기 제1냉각수라인 또는 상기 연결라인으로 전환시키는 제1밸브와,
상기 제2냉각수라인과 상기 연결라인이 만나는 부분에 구비되어, 상기 제2냉각수의 흐름을 상기 제2냉각수라인 또는 상기 연결라인으로 전환시키는 제2밸브를 포함하는 차량용 통합 열관리 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제1밸브와 상기 제2밸브는,
삼방밸브(3-way valve)로 이루어지는 차량용 통합 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 엔진부는,
연료전지, 모터, 가솔린 및 디젤 중 선택된 어느 하나를 에너지원으로 하여 운전되는 차량용 통합 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 냉각모드인 경우,
상기 연결라인이 패쇄되도록 상기 전환밸브를 제어하여, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인이 각각 분리되도록 하는 차량용 통합 열관리 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 힛업모드인 경우,
상기 연결라인이 개방되도록 상기 전환밸브를 제어하여, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인이 통합 연결되도록 하여 상기 엔진부에서 발생하는 열을 상기 제2냉각수라인으로 공급하는 차량용 통합 열관리 시스템.