KR102644746B1 - Cooling and heating system for vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 냉매가 순환하는 냉매순환라인에 압축기와, 실내컨덴서와, 실외컨덴서와, 증발기가 연결되는 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 냉매순환라인에 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인을 통해 압축기와 연결되는 폐열 칠러, 냉매순환라인에 제2바이패스라인을 통해 압축기와 연결되는 배터리 칠러, 실외컨덴서에 인접하게 배치되는 전장 라디에이터와 전장부와 폐열 칠러를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제1냉각수라인, 제1냉각수라인과 이격되게 배치되고, 배터리 칠러와 차량의 배터리를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제2냉각수라인, 제1냉각수라인과 제2냉각수라인을 연결하며 제1냉각수라인 및 제2냉각수라인으로 순환하는 냉각수의 흐름을 조절하는 냉각수조절수단을 포함하며, 차량의 시동 오프시 상기 실내컨덴서를 통과한 냉매가 제1바이패스라인을 통해 증발기 및 압축기로 순환되게 하고, 난방 모드 시에는 실외컨덴서와 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인으로 각각 냉매를 이동시켜 실외컨덴서에 적체된 냉매의 회수 및 폐열 칠러로 순환시켜 전장부의 폐열 회수가 이루어지게 하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.The present invention relates to a vehicle cooling and heating system in which a compressor, an indoor condenser, an outdoor condenser, and an evaporator are connected to a refrigerant circulation line in which a refrigerant circulates, through a first bypass line and a third bypass line to the refrigerant circulation line. A waste heat chiller connected to the compressor, a battery chiller connected to the compressor through a second bypass line in the refrigerant circulation line, an electric radiator placed adjacent to the outdoor condenser, and a first coolant that circulates coolant by connecting the electric parts and the waste heat chiller. A second coolant line, which is arranged to be spaced apart from the first coolant line and connects the battery chiller and the battery of the vehicle to circulate coolant, connects the first coolant line and the second coolant line, and connects the first coolant line and the second coolant line. It includes a coolant control means that regulates the flow of coolant circulating in the line, and allows the refrigerant passing through the indoor condenser to circulate to the evaporator and compressor through the first bypass line when the vehicle is started off, and in the heating mode, the refrigerant is circulated to the outdoor condenser and the compressor. A cooling and heating system for vehicles is provided that recovers the refrigerant accumulated in the outdoor condenser by moving the refrigerant to the condenser, the first bypass line, and the third bypass line, respectively, and circulates it to the waste heat chiller to recover the waste heat of the electrical parts.
Description
본 발명은 차량의 실내를 냉방 또는 난방할 수 있게 하는 차량용 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system for a vehicle that can cool or heat the interior of a vehicle.
차량용 공조장치는 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방 시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방 시스템은, 증발기의 외부를 통과하는 공기와 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방 시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 통과하는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.An air conditioning system for a vehicle typically includes a cooling system for cooling the interior of the vehicle and a heating system for heating the interior of the vehicle. The cooling system is configured to cool the vehicle interior by exchanging heat with the air passing through the outside of the evaporator and the refrigerant flowing inside the evaporator and converting it to cold. It is configured to heat the vehicle interior by exchanging heat with the coolant flowing inside the heater core and converting it into warmth.
한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨데 2개의 열교환기와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방과 난방이 가능하게 된다.Meanwhile, unlike the vehicle air conditioning system described above, a heat pump system is being applied that can selectively perform cooling and heating by changing the flow direction of the refrigerant using one refrigerant cycle. For example, two heat exchangers and , Equipped with a direction control valve that can change the flow direction of the refrigerant. Therefore, cooling and heating are possible depending on the flow direction of the refrigerant by the direction control valve.
이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일 예가 도 1에 도시되어 있다.Various types of vehicle heat pump systems have been proposed, a representative example of which is shown in FIG. 1.
도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 실내 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 실내 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 증발기(60)와, 상기 증발기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(62)와, 상기 증발기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)와, 상기 증발기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다. 도 1 중 도면부호 10은 상기 실내 열교환기(32)와 증발기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.The vehicle heat pump system shown in FIG. 1 includes a compressor 30 that compresses and discharges refrigerant, and an indoor heat exchanger 32 that dissipates heat from the refrigerant discharged from the compressor 30, and is installed in a parallel structure to A first expansion valve 34 and a first bypass valve 36 that selectively allow the refrigerant passing through the heat exchanger 32 to pass, and the first expansion valve 34 or the first bypass valve 36 An outdoor heat exchanger (48) that heat-exchanges the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger, an evaporator (60) that evaporates the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger (48), and a gaseous and liquid phase of the refrigerant that has passed through the evaporator (60). An accumulator 62 that separates the refrigerant, an internal heat exchanger 50 that exchanges heat between the refrigerant supplied to the evaporator 60 and the refrigerant returning to the compressor 30, and the refrigerant supplied to the evaporator 60 are selectively selected. a second expansion valve 56 that expands, and is installed in parallel with the second expansion valve 56 to selectively connect the outlet side of the outdoor heat exchanger 48 and the inlet side of the accumulator 62. It includes a second bypass valve (58). In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an air conditioning case in which the indoor heat exchanger 32 and the evaporator 60 are built, reference numeral 12 denotes a temperature control door that controls the mixing amount of cold and warm air, and reference numeral 20 denotes an inlet of the air conditioning case. Indicates each blower installed in .
상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 난방모드가 가동될 경우에는 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1 처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 실내 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.According to the conventional vehicle heat pump system configured as described above, when the heating mode is operated, the first bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are closed, and the first expansion valve 34 and the second bypass valve 56 are closed. Pass valve 58 is opened. Additionally, the temperature control door 12 operates as shown in FIG. 1. Therefore, the refrigerant discharged from the compressor 30 is the indoor heat exchanger 32, the first expansion valve 34, the outdoor heat exchanger 48, the high pressure part 52 of the internal heat exchanger 50, and the second bypass valve ( 58), the accumulator 62, and the low pressure part 54 of the internal heat exchanger 50 in that order and then return to the compressor 30. That is, the indoor heat exchanger 32 functions as a heater, and the outdoor heat exchanger 48 functions as an evaporator.
냉방모드가 가동될 경우에는 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 실내 열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내 열교환기(32), 제1바이패스 밸브(36), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2팽창밸브(56), 증발기(60), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 이때, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 실내 열교환기(32)는 난방모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.When the cooling mode is activated, the first bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are opened, and the first expansion valve 34 and the second bypass valve 58 are closed. Additionally, the temperature control door 12 closes the passage of the indoor heat exchanger 32. Therefore, the refrigerant discharged from the compressor 30 is the indoor heat exchanger 32, the first bypass valve 36, the outdoor heat exchanger 48, the high pressure part 52 of the internal heat exchanger 50, and the second expansion valve 56. ), the evaporator 60, the accumulator 62, and the low pressure part 54 of the internal heat exchanger 50 in that order and then return to the compressor 30. At this time, the indoor heat exchanger 32 closed by the temperature control door 12 functions as a heater in the same way as in the heating mode.
그러나, 상기 차량용 히트펌프 시스템은, 난방모드시 상기 공조케이스(10)의 내부에 설치된 실내 열교환기(32)가 난방기 역할 즉 방열하여 난방을 수행하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 공조케이스(10)의 외부 즉, 차량의 엔진룸 전방측에 설치되어 외기와 열교환하는 증발기 역할 즉 흡열을 하게 된다.However, in the vehicle heat pump system, in the heating mode, the indoor heat exchanger 32 installed inside the air conditioning case 10 functions as a heater, that is, performs heating by dissipating heat, and the outdoor heat exchanger 48 operates in the air conditioning case 10. It is installed outside of (10), that is, on the front side of the engine room of the vehicle, and functions as an evaporator that exchanges heat with the outside air, that is, absorbs heat.
이때, 외기온도가 영하로 내려갈 경우나 실외열교환기(48)에 착상이 발생할 경우 상기 실외열교환기(48)가 흡열을 거의 하지 못함으로서, 시스템 내의 냉매 온도 및 압력이 낮아져 차 실내로 토출되는 공기의 온도가 떨어져 난방성능이 저하되는 문제가 있다.At this time, when the outside temperature falls below freezing or when damage occurs in the outdoor heat exchanger (48), the outdoor heat exchanger (48) hardly absorbs heat, so the temperature and pressure of the refrigerant in the system are lowered, causing the air discharged into the vehicle interior. There is a problem that heating performance deteriorates as the temperature drops.
상기한 문제를 해결하기 위해, 국내 특허등록번호 제10-1342931호는 실외열교환기의 착상 시, 제상모드를 수행하여 냉매가 실외열교환기를 바이패스하고 열공급수단을 통해 차량 전장품의 폐열을 회수하도록 함으로써, 상기 실외열교환기의 착상 시는 물론 외기온도가 영하인 경우에도 난방을 계속 수행할 수 있도록 한 것이다.In order to solve the above problem, Domestic Patent Registration No. 10-1342931 performs a defrost mode when the outdoor heat exchanger is installed, allowing the refrigerant to bypass the outdoor heat exchanger and recover waste heat from vehicle electrical components through a heat supply means. , It is possible to continue heating not only when the outdoor heat exchanger is installed, but also when the outside temperature is below zero.
그러나, 상기 종래의 히트펌프 시스템은, 상기 실외열교환기의 착상이나 외기온도 조건에 따라 냉매가 상기 실외열교환기를 바이패스하고 열원으로 차량 전장품의 폐열만을 사용하게 되는데, 이때 실외열교환기에 냉매가 적체됨으로 인한 냉매 부족으로 열교환 성능이 저하됨과 상기 전장품의 폐열 회수량이 충분하지 않아 난방성능이 저하되는 문제가 있었다. 더불어, 차량의 시동 오프시에 냉매가 실외열교환기로 이동하면서 냉매가 적체되는 문제점이 있다.However, in the conventional heat pump system, the refrigerant bypasses the outdoor heat exchanger depending on the design of the outdoor heat exchanger or the outdoor temperature conditions and uses only the waste heat of vehicle electrical components as a heat source. At this time, the refrigerant accumulates in the outdoor heat exchanger. There was a problem that heat exchange performance deteriorated due to a lack of refrigerant and heating performance deteriorated due to insufficient waste heat recovery from the electrical equipment. In addition, there is a problem that refrigerant accumulates as it moves to the outdoor heat exchanger when the vehicle is started off.
또한, 상기 종래의 히트펌프 시스템은, 냉난방모드만 수행할 뿐 차량 배터리의 열교환 기능이 없어 배터리 냉각을 위해 별도의 장치를 구성해야 하는 문제점이 있다.In addition, the conventional heat pump system only performs a cooling and heating mode and does not have a heat exchange function for the vehicle battery, so there is a problem that a separate device must be installed to cool the battery.
본 발명은, 전장부의 폐열과 실외열교환기에 적체된 냉매 및 배터리의 폐열을 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있고, 차량의 시동 오프상태에서 실외열교환기에 냉매가 적체되는 것을 방지하는 차량용 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a vehicle cooling and heating system that can improve heating performance by using the waste heat of electrical parts and the refrigerant accumulated in the outdoor heat exchanger and the waste heat of the battery, and prevents refrigerant from accumulating in the outdoor heat exchanger when the vehicle is ignited. The purpose is to provide.
본 발명은, 냉매가 순환하는 냉매순환라인에 압축기와, 실내컨덴서와, 실외컨덴서와, 증발기가 연결되는 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 상기 냉매순환라인에 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인을 통해 상기 압축기와 연결되는 폐열 칠러, 상기 냉매순환라인에 제2바이패스라인을 통해 상기 압축기와 연결되는 배터리 칠러, 상기 실외컨덴서에 인접하게 배치되는 전장 라디에이터와 전장부와 상기 폐열 칠러를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제1냉각수라인, 상기 제1냉각수라인과 이격되게 배치되고, 상기 배터리 칠러와 차량의 배터리를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제2냉각수라인, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인을 연결하며 제1냉각수라인 및 제2냉각수라인으로 순환하는 냉각수의 흐름을 조절하는 냉각수조절수단을 포함하며, 차량의 시동 오프시 상기 실내컨덴서를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인을 통해 상기 증발기 및 상기 압축기로 순환되게 하고, 난방 모드 시에는 상기 실외컨덴서와 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인으로 각각 냉매를 이동시켜 상기 실외컨덴서에 적체된 냉매의 회수 및 상기 폐열 칠러로 순환시켜 상기 전장부의 폐열 회수가 이루어지게 하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.The present invention relates to a vehicle cooling and heating system in which a compressor, an indoor condenser, an outdoor condenser, and an evaporator are connected to a refrigerant circulation line through which a refrigerant circulates, and a first bypass line and a third bypass line are provided in the refrigerant circulation line. a waste heat chiller connected to the compressor through a waste heat chiller, a battery chiller connected to the compressor through a second bypass line in the refrigerant circulation line, an electric radiator disposed adjacent to the outdoor condenser, and an electrical part connected to the waste heat chiller to produce coolant A first coolant line that circulates, a second coolant line that is spaced apart from the first coolant line and connects the battery chiller and the battery of the vehicle to circulate coolant, the first coolant line and the second coolant line. It includes a coolant control means for controlling the flow of coolant circulating in the first coolant line and the second coolant line, and when the vehicle is started, the refrigerant passing through the indoor condenser passes through the first bypass line to the evaporator. And the refrigerant is circulated to the compressor, and in the heating mode, the refrigerant is moved to the outdoor condenser, the first bypass line, and the third bypass line, respectively, and the refrigerant accumulated in the outdoor condenser is recovered and circulated to the waste heat chiller. We provide a cooling and heating system for vehicles that recovers waste heat from electrical components.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은, 전장 라디에이터와 폐열 칠러를 연결하는 제1냉각수라인과, 제1냉각수라인과 이격되게 배치되며 배터리 칠러와 배터리를 연결하는 제2냉각수라인을 설치하고, 제1, 2냉각수라인을 냉각수조절수단으로 연결하며, 냉매순환라인과 제1바이패스라인의 분기지점에 냉매방향전환밸브를 설치하여 난방모드 시에는 폐열 칠러의 폐열과 실외컨덴서에 적체된 냉매 및 배터리의 폐열을 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있고, 차량 시동 오프시에는 실외컨덴서로의 냉매 공급을 차단하여 외기온도가 저온 상태에서 실외컨덴서에 냉매가 적체되는 것을 방지할 수 있게 한다.The cooling and heating system for a vehicle according to the present invention includes a first coolant line connecting an electric radiator and a waste heat chiller, a second coolant line disposed to be spaced apart from the first coolant line and connecting a battery chiller and a battery, and a first coolant line, 2The coolant line is connected to the coolant control means, and a refrigerant direction change valve is installed at the branch point of the refrigerant circulation line and the first bypass line, so that in heating mode, waste heat from the waste heat chiller, refrigerant accumulated in the outdoor condenser, and waste heat from the battery are collected. Heating performance can be improved, and the supply of refrigerant to the outdoor condenser is blocked when the vehicle is turned off, preventing refrigerant from accumulating in the outdoor condenser when the outside temperature is low.
도 1은 종래 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 냉방모드 시 냉매가 순환하는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 냉매가 순환하는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 난방모드 시 냉매가 순환하는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 난방모드 상태에서 제습모드 시, 냉매가 순환하는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 냉매가 순환하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템의 차량 시동 오프 상태에서 냉매가 순환하는 상태를 도시한 도면이다.1 is a configuration diagram showing a conventional vehicle heat pump system.
Figure 2 is a configuration diagram showing a cooling and heating system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing a state in which refrigerant circulates in the cooling mode of the vehicle cooling and heating system according to the present invention.
Figure 4 is a diagram showing a state in which refrigerant circulates in the battery cooling mode in the cooling mode of the vehicle cooling and heating system according to the present invention.
Figure 5 is a diagram showing a state in which refrigerant circulates in the heating mode of the vehicle cooling and heating system according to the present invention.
Figure 6 is a diagram showing a state in which refrigerant circulates in a dehumidifying mode in a heating mode of the vehicle cooling and heating system according to the present invention.
Figure 7 is a diagram showing a state in which refrigerant circulates in the battery cooling mode from the heating mode of the vehicle cooling and heating system according to the present invention.
Figure 8 is a diagram showing a state in which refrigerant circulates in a vehicle ignition-off state in the vehicle cooling and heating system according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor should appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle of definability.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템은, 압축기(110)와, 실내컨덴서(120)와, 실외컨덴서(130)와, 증발기(140)와, 폐열 칠러(150)와, 배터리 칠러(160)와, 제1냉각수라인(W1)과, 제2냉각수라인(W2)과, 냉각수조절수단(170)을 포함하고, 제1솔레노이드밸브(181)를 포함하는 팽창밸브(180), 내부열교환기(190), PTC히터(200), 어큐뮬레이터(210), 냉매방향전환밸브(220)를 더 포함할 수 있다.2 to 8, the vehicle cooling and heating system according to an embodiment of the present invention includes a
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템(1)은 냉매가 순환하는 냉매순환라인(R)에는 압축기(110)와, 실내컨덴서(120)와, 실외컨덴서(130)와, 증발기(140)가 연결되며, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.Referring to Figure 2, the vehicle cooling and heating system (1) according to the present invention includes a compressor (110), an indoor condenser (120), an outdoor condenser (130), and an evaporator ( 140) is connected, and is preferably applied to electric vehicles or hybrid vehicles.
상기 냉매순환라인(R) 상에는 상기 실외컨덴서(130) 및 상기 증발기(140)를 바이패스하는 제1바이패스라인(R1) 및 제3바이패스라인(R3)과, 상기 증발기(140)를 바이패스하는 제2바이패스라인(R2)를 구비하며, 제3바이패스라인(R3)에는 폐열 칠러(150)를 설치하고, 제2바이패스라인(R2)에는 배터리 칠러(160)를 설치한다. 여기서, 상기 제1바이패스라인(R1)은 상기 실내컨덴서(120)와 상기 실외컨덴서(130)의 사이의 냉매순환라인(R)에서 분기되며, 상기 제3바이패스라인(R3)은 상기 실외컨덴서(130)와 상기 증발기(140) 사이의 냉매순환라인(R)에서 분기된다.On the refrigerant circulation line (R), there is a first bypass line (R1) and a third bypass line (R3) that bypass the
상기 냉매순환라인(R) 상에 설치되는 상기 압축기(110)는 엔진 또는 모터 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온고압의 기체 상태로 배출하게 된다.The
상기 압축기(110)는, 냉방모드 시에는 상기 증발기(140)에서 배출되는 냉매를 흡입, 압축하여 실내컨덴서(120)로 공급하게 되고, 난방모드 시에는 상기 제1바이패스라인(R1)과 제3바이스패라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)를 통과한 냉매를 흡입, 압축하여 상기 실내컨덴서(120)로 공급하게 된다.The
아울러, 상기 압축기(110)는 난방모드 상태에서 제습모드 시에는, 제3바이패스라인(R3) 상의 폐열 칠러(150)에서 배출되는 냉매와 상기 냉매순환라인(R)을 순환 후 상기 증발기(140)에서 배출되는 냉매를 흡입, 압축하여 상기 실내컨덴서(120)로 공급하게 된다.In addition, when the
상기 실내컨덴서(120)는 공조케이스(C)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(110)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(C) 내를 유동하는 공기와 상기 압축기(110)에서 배출되는 냉매를 열교환시키게 된다.The
상기 공조케이스(C) 내부에는 증발기(140)가 설치되며, 상기 증발기(140)는 상기 압축기(110)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결되어 상기 공조케이스(C) 내를 유동하는 공기와 상기 압축기(110)로 유동하는 냉매를 열교환시키게 된다.An
상기 실내컨덴서(120)는 난방모드 시 응축기 역할을 수행하게 되고, 상기 증발기(140)는 냉방모드 시에는 증발기 역할을 수행하며, 난방모드 시에는 냉매가 공급되지 않아 작동이 정지되고, 제습모드 시에는 냉매가 일부 공급되어 증발기 역할을 수행하게 된다.The
상기 실내컨덴서(120) 및 상기 증발기(140)는 상기 공조케이스(C)의 내부에 서로 일정간격 이격되게 설치되며, 상기 공조케이스(C) 내의 공기유동방향 상류측으로부터 상기 증발기(140)와 상기 실내컨덴서(120)가 순차적으로 설치된다.The
상기 공조케이스(C)의 내부에는 온도조절도어(D)가 설치되며, 상기 온도조절도어(D)는 상기 증발기(140)와 상기 실내컨덴서(120) 사이에 설치되어 상기 실내컨덴서(120)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 역할을 한다.A temperature control door (D) is installed inside the air conditioning case (C), and the temperature control door (D) is installed between the
상기 온도조절도어(D)는 상기 실내컨덴서(120)를 바이패스하는 공기의 양과 실내컨덴서(120)를 통과하는 공기의 양을 조절하여 상기 공조케이스(C)에서 토출되는 공기의 온도를 조절하게 된다.The temperature control door (D) controls the temperature of the air discharged from the air conditioning case (C) by controlling the amount of air bypassing the
도 3을 참조하면, 냉방모드 시에는 상기 온도조절도어(D)를 통해 상기 실내컨덴서(120)의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 상기 증발기(140)를 통과한 냉풍이 상기 실내컨덴서(120)를 바이패스하여 차량의 실내로 공급됨으로 최대 냉방을 수행하게 된다.Referring to FIG. 3, in the cooling mode, when the front passage of the
도 5를 참조하면, 난방모드 시에는 상기 온도조절도어(D)를 통해 상기 실내컨덴서(120)를 바이패스하는 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 모든 공기가 응축기 역할을 하는 상기 실내컨덴서(120)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고 이 온풍이 차량의 실내로 공급됨으로써 최대 난방이 수행되게 된다.Referring to FIG. 5, in the heating mode, when the passage bypassing the
상기 제3바이패스라인(R3) 상에는 폐열 칠러(150)가 설치되고, 상기 제2바이패스라인(R2) 상에는 배터리 칠러(160)가 설치되며, 상기 폐열 칠러(150)는 상기 제3바이패스라인(R3)을 유동하는 냉매와 후술되는 제1냉각수라인(W1)을 순환하는 냉각수를 열교환시키게 되고, 상기 배터리 칠러(160)는 상기 제2바이패스라인(R2)을 유동하는 냉매와 후술되는 제2냉각수라인(W2)을 순환하는 냉각수를 열교환시키게 된다.A
도 3에 도시된 냉방모드 시에는 상기 제1바이패스라인(R1)과 제2바이패스라인(R2)으로는 냉매가 흐르지 않지만, 도 4에 도시된 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시에는 제2바이패스라인(R2)으로는 냉매가 흐르게 되고 이때, 배터리 칠러(160)는 제2바이패스라인(R2)의 냉매와 제2냉각수라인(W2)의 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각시킴으로써 배터리(B)를 냉각할 수 있어 배터리(B)의 열관리가 가능하게 된다.In the cooling mode shown in FIG. 3, the refrigerant does not flow through the first bypass line (R1) and the second bypass line (R2), but in the battery cooling mode in the cooling mode shown in FIG. 4, the second bypass line (R1) and the second bypass line (R2) do not flow. Refrigerant flows through the bypass line (R2), and at this time, the
도 5를 참조하면, 난방모드 시에는 상기 제1바이패스라인(R1)으로 냉매가 흐르게 되고, 이때 폐열 칠러(150)는 제3바이패스라인(R3)의 냉매와, 제1냉각수라인(W1)을 순환하는 냉각수 및 제2냉각수라인(W2)을 순환하는 냉각수를 열교환시킴으로써 상기 전장부의 폐열은 물론 상기 배터리(B)의 폐열까지 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 5, in the heating mode, the refrigerant flows through the first bypass line (R1), and at this time, the
이처럼 실외컨덴서(130)가 착상이나 외기온도의 조건에 따라 냉매가 실외컨덴서(130)를 바이패스하는 모드에서도 상기 전장부의 폐열과 배터리(B)의 폐열을 이용할 수 있어 열원부족에 의한 실내 토출온도의 변화를 최소화할 수 있게 된다.In this way, even in the mode in which the refrigerant bypasses the
상기 전장 라디에이터(132)와 전장부와 상기 폐열 칠러(150)는 제1냉각수라인(W1)에 의해 연결되고, 상기 배터리 칠러(160)와 차량의 배터리(B)는 제2냉각수라인(W2)에 의해 연결되며, 상기 제1냉각수라인(W1)과 상기 제2냉각수라인(W2)은 냉각수조절수단(170)에 의해 연결된다.The
상기 제1냉각수라인(W1)에는 냉각수를 저장하는 리저버 탱크(RT)가 설치되고, 상기 제2냉각수라인(W2)에는 냉각수를 순환시키는 제2펌프(P2)가 설치되며, 상기 냉각수조절수단(170)의 연결라인(172)에는 냉각수를 순환시키는 제1펌프(P1)가 설치되고, 상기 리저버 탱크(RT)에는 상기 제2냉각수라인(W2)와 연결되는 바이패스 라인(173)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 바이패스라인(173)에 의해 상기 제1냉각수라인(W1)과 제2냉각수라인(W2)을 연결되어 상기 리저버 탱크(RT)를 중심으로 제1냉각수라인(W1)에서 오버플로우되는 냉각수는 제2냉각수라인(W2)로 유동하고, 제2냉각수라인(W2)에서 오버플로우되는 냉각수는 제1냉각수라인(W1)으로 유동하게 된다.A reservoir tank (RT) for storing coolant is installed in the first coolant line (W1), a second pump (P2) for circulating coolant is installed in the second coolant line (W2), and the coolant control means ( A first pump (P1) that circulates coolant is installed in the connection line (172) of 170), and a bypass line (173) connected to the second coolant line (W2) is provided in the reservoir tank (RT). It is desirable. The first coolant line (W1) and the second coolant line (W2) are connected by the
상기 제1냉각수라인(W1)에는 전장 라디에이터(132)와, 폐열 칠러(150)와, 리저버 탱크(RT)가 냉각수 흐름방향으로 순차적으로 연결되고, 상기 제2냉각수라인(W2)에는 제2펌프(P2), 배터리(B), 배터리 칠러(160)가 냉각수 흐름방향으로 순차적으로 연결되며, 상기 제2냉각수라인(W2)에는 상기 배터리(B)로 순환하는 냉각수를 가열하는 가열수단(H)이 설치되는 것이 바람직하다.A full-
상기 제2냉각수라인(W2)에 가열수단(H)이 설치됨으로써 외기온도가 낮은 조건인 외기온도가 영하로 내려간 경우와 같이 배터리(B)의 승온이 필요한 조건에서는 상기 가열수단(H)을 통해 배터리(B)로 순환되는 냉각수를 가열하여 배터리(B)의 온도를 최적으로 유지함으로써 배터리(B)의 효율을 향상시키게 된다. 상기 가열수단(H)으로는 전기가열식 히터를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 가열수단(H)은 상기 배터리(B)의 입구측 제2냉각수라인(W2)에 설치되는 것이 바람직하다. 전장부는 모터, 충전기, 인버터, EPCU(Electric Power Control Unit)를 포함하는 것으로서, 상기 전장부는 후술되는 연결라인(172)에 구비될 수 있다.As the heating means (H) is installed in the second coolant line (W2), in conditions where the temperature of the battery (B) needs to be increased, such as when the outside temperature is low, the temperature of the battery (B) is lowered to below zero. By heating the coolant circulating in the battery (B) and maintaining the temperature of the battery (B) optimally, the efficiency of the battery (B) is improved. It is preferable to use an electric heater as the heating means (H), and the heating means (H) is preferably installed in the second coolant line (W2) at the inlet side of the battery (B). The electrical unit includes a motor, a charger, an inverter, and an EPCU (Electric Power Control Unit), and the electrical unit may be provided on a
상기 냉각수조절수단(170)은 상기 제1냉각수라인(W1) 및 제2냉각수라인(W2)로 순환하는 냉각수의 흐름을 조절하며, 상기 냉각수조절수단(170)은 연결라인(172)과, 조절밸브(174)를 포함한다. 상기 제1냉각수라인(W1)과 상기 제2냉각수라인(W2)이 연결됨으로써, 냉방모드 및 난방모드 시 냉각수가 상기 배터리 칠러(160)를 통해 상기 배터리(B)의 폐열을 회수하고 이로 인해 배터리(B)를 냉각하여 배터리(B)의 열관리가 가능하게 한다. 그리고, 상기 연결라인(172)에는 냉각수를 순환시키는 제1펌프(P1)가 구비되는 것이 바람직하다. 상기 제1펌프(P1)가 연결라인(172)에 구비되는 것을 한정하는 것은 아니며, 상기 제1펌프(P1)는 제1냉각수라인(W1)에 구비될 수 있다.The coolant control means 170 controls the flow of coolant circulating in the first coolant line (W1) and the second coolant line (W2), and the coolant control means 170 includes a
상기 냉각수조절수단(170)은 상기 제1냉각수라인(W1)과 제2냉각수라인(W2)을 병렬로 연결한다. 상기 냉각수조절수단(170)의 연결라인(172)은 상기 실외컨덴서(130)와, 폐열 칠러(150)와, 배터리 칠러(160)를 병렬로 연결하고, 조절밸브(174)는 상기 제1냉각수라인(W1) 및 제2냉각수라인(W2)에 설치되어 냉각수의 흐름을 조절하게 된다.The coolant control means 170 connects the first coolant line (W1) and the second coolant line (W2) in parallel. The
상기 연결라인(172)은 상기 리저버 탱크(RT)와 연결되는 제1냉각수라인(W1)과 상기 배터리(B)의 입구측과 연결되는 제2냉각수라인(W2)을 연결하는 라인과, 상기 전장 라디에이터(132)의 입구측과 연결되는 제1냉각수라인(W1)과 상기 배터리 칠러(160)의 출구측과 연결되는 제2냉각수라인(W2)을 연결하는 라인으로 구성되며, 제1냉각수라인(W1)과 제2냉각수라인(W2)을 병렬로 연결하게 된다.The
상기 조절밸브(174)는 상기 폐열 칠러(150)의 출구측 제1냉각수라인(W1)과 상기 연결라인(172)의 분기지점에 설치되는 제1방향전환밸브(174a)와, 상기 배터리 칠러(160)의 입구측 제2냉각수라인(W2)과 연결되는 상기 연결라인(172)의 분기지점에 설치되는 제2방향전환밸브(174b)와, 상기 연결라인(172)과 연결되는 상기 배터리 칠러(160)의 출구측 제2냉각수라인(W2)의 분기지점에 설치되는 제3방향전환밸브(174c)를 포함하며, 상기 제1방향전환밸브(174a)와, 제2방향전환밸브(174b), 및 제3방향전환밸브(174c)는 삼방밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.The control valve 174 includes a first
상기 냉매순환라인(R)과 상기 폐열 칠러(150)를 연결하는 제3바이패스라인(R3) 상에는 상기 폐열 칠러(150)로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 제1전자변(EEV1)이 구비되고, 상기 냉매순환라인(R)과 상기 배터리 칠러(160)를 연결하는 제2바이패스라인(R2) 상에는 상기 배터리 칠러(160)로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 제2전자변(EEV2)이 구비된다.A first electromagnetic valve (EEV1) is provided on the third bypass line (R3) connecting the refrigerant circulation line (R) and the waste heat chiller (150) to control the flow rate of the refrigerant supplied to the waste heat chiller (150). , A second electromagnetic valve (EEV2) for controlling the flow rate of refrigerant supplied to the battery chiller (160) is provided on the second bypass line (R2) connecting the refrigerant circulation line (R) and the battery chiller (160). do.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 제1전자변(EEV1)은 냉방모드 시 및 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시에는 상기 제3바이패스라인(R3)을 폐쇄하고, 상기 제2전자변(EEV2)은 냉방모드 시에는 상기 제2바이패스라인(R2)을 폐쇄하며, 상기 제2전자변(EEV2)은 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시에는 상기 제2바이패스라인(R2)을 개방하게 된다.3 and 4, the first electronic valve (EEV1) closes the third bypass line (R3) in the cooling mode and in the battery cooling mode in the cooling mode, and the second electronic valve (EEV2) closes the second bypass line (R2) in the cooling mode, and the second electronic valve (EEV2) opens the second bypass line (R2) in the battery cooling mode while in the cooling mode.
도 2를 참조하면, 상기 냉매순환라인(R) 상에는 팽창밸브(180)가 설치되며, 상기 팽창밸브(180)는 상기 증발기(140) 전단에 설치되어 상기 증발기(140)의 출구부 냉매의 온도에 따라 냉매를 팽창시키는 온도감응식 밸브이고, 상기 팽창밸브(180)는 상기 증발기(140)와 연결되는 상기 냉매순환라인(R)을 개폐하는 제1솔레노이드밸브(181)를 포함하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, an
상기 냉매순환라인(R) 상에는 내부열교환기(190)가 설치되며, 상기 내부열교환기(190)는 상기 실외컨덴서(130)를 통과하여 상기 증발기로 공급되는 냉매와 상기 증발기(140)를 통과하여 상기 압축기(110)로 공급되는 냉매를 서로 열교환시키는 역할을 한다. An
상기 공조케이스(C)의 내부에는 PTC히터(200)가 구비되며, 상기 PTC히터(200)는 상기 실내컨덴서(120)와 인접하게 배치되면서 연결되어 상기 실내컨덴서(120)에 부족한 열원을 공급하는 역할을 하며, 상기 PTC히터(200)는 필요에 따라 설치되거나 삭제할 수 있다.A
상기 압축기(110)와 인접하게 어큐뮬레이터(210)가 설치되며, 상기 어큐뮬레이터(210)는 상기 압축기(110)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리한 후 상기 압축기(110)로 기상 냉매만 공급하게 된다.An
상기 실외컨덴서(130)의 입구측 전단의 상기 냉매순환라인(R)과 상기 제1바이패스라인(R1)의 분기지점 상에서 상기 실외컨덴서(130)와 연결되어, 냉매를 실외컨덴서(130)와 제1바이패스라인(R1)으로 선택적으로 공급되게 하는 냉매방향전환밸브(220)를 설치한다. 여기서, 냉매방향전환밸브(220)는 삼방밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.It is connected to the
도 4와 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1솔레노이드밸브(181)와, 냉매방향전환밸브(220)와, 제1방향전환밸브(174a)와, 제2방향전환밸브(174b) 및 제3방향전환밸브(174c)의 제어를 통해 상기 냉매순환라인(R)과, 제1바이패스라인(R1)과, 제2바이패스라인(R2)으로 냉매의 흐름 및 상기 제1냉각수라인(W1)과 제2냉각수라인(W2) 간의 냉각수 흐름을 다양하게 조절하게 된다.As shown in FIGS. 4, 6, and 7, the
도 4는 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시이며, 전장 라디에이터(132)에서 냉각된 냉각수는 연결라인(172)를 통해 상기 제2냉각수라인(W2)으로 순환하여 배터리(B)를 냉각하고, 상기 배터리 칠러(160)에서 냉각된 냉각수 역시 제2냉각수라인(W2)를 통해 배터리(B)로 순환하여 배터리(B)를 냉각하도록 상기 냉각수조절수단(170)이 제어하게 된다.Figure 4 shows the battery cooling mode in the cooling mode state, and the coolant cooled in the
즉, 상기 제1냉각수라인(W1)의 전장 라디에이터(132)에서 냉각된 냉각수와 상기 제2냉각수라인(W2)의 배터리 칠러(160)에서 냉각된 냉각수를 배터리(B)로 순환시켜 배터리(B)를 냉각하게 되며, 이때 상기 폐열 칠러(150) 측으로는 냉매 및 냉각수가 순환하지 않고, 상기 배터리 칠러(160) 측으로 냉매가 순환된다.That is, the coolant cooled in the full-
도 6은 난방모드 상태에서 제습모드 시이며, 냉각수의 흐름을 살펴보면 제1냉각수라인(W1)의 폐열 칠러(150)에서 가열된 냉각수를 제2냉각수라인(W2)의 배터리(B)로 순환하도록 냉각수조절수단(170)를 제어하게 되고, 배터리 칠러(160)로는 냉매가 순환하지 않도록 제어하며, 전장 라디에이터(132)로 냉각수가 순환하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.Figure 6 shows the dehumidifying mode in the heating mode, and looking at the flow of coolant, the coolant heated in the
도 7은 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시이며, 제1냉각수라인(W1)의 전장부에서 가열된 냉각수와 상기 제2냉각수라인(W2)의 배터리(B)에서 가열된 냉각수를 제2냉각수라인(W2)의 배터리(B)로 순환하도록 냉각수조절수단(170)를 제어하게 되고, 상기 배터리 칠러(160)로는 냉매가 순환하도록 제어하며, 전장 라디에이터(132)로 냉각수가 순환하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.Figure 7 shows the battery cooling mode in the heating mode, and the coolant heated in the electrical part of the first coolant line (W1) and the coolant heated in the battery (B) of the second coolant line (W2) are connected to the second coolant line. The coolant control means 170 is controlled to circulate to the battery (B) of (W2), the refrigerant is controlled to circulate to the
도 8은 차량의 시동 오프 상태이며, 냉각수의 흐름을 살펴보면, 상기 냉매방향전환밸브(220)는 제1바이패스라인(R1)으로 냉매가 이동되게 하고, 상기 제1솔레노이드밸브(181)는 개방되며, 상기 제3바이패스라인(R3)에 설치되는 제1전자변(EEV1)과 상기 제2바이패스라인(R2)에 설치되는 제2전자변(EEV2)은 폐쇄하도록 제어하며, 폐열 칠러(150) 및 실외컨덴서(130)로 냉매가 순환하지 않도록 제어하며, 증발기(140)로 순환하도록 제어하는 것이 바람직하다. 이같이, 차량의 시동 오프 상에서 상기 냉매방향전환밸브(220)는 실외컨덴서(130)로 냉매의 이동 공급을 방지함으로써, 실외컨덴서(130)에 냉매의 적체가 발생하는 것을 차단하여 냉매 부족에 따른 열교환 효율이 떨어지는 것을 미연에 방지할 수 있게 한다.8 shows the vehicle in an ignition-off state, and looking at the flow of coolant, the refrigerant
도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.The operation of the vehicle cooling and heating system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 8 as follows.
도 3은 냉방모드 시이며, 냉매의 흐름은 제1솔레노이드밸브(181)를 개방시킨 상태에서 냉매가 압축기(110)와, 실내컨덴서(120)를 거친 후, 냉매방향전환밸브(220)에 의해 실외컨덴서(130)와, 증발기(140)를 거쳐 다시 압축기(110)로 순환하게 되면서 차 실내의 냉방을 수행하게 된다. 냉방모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 제1냉각수라인(W1)의 전장 라디에이터(132)에서 냉각된 냉각수는 리저버(RT)와 전장부로 순환하도록 냉각수조절수단(170)이 제어하게 된다.Figure 3 shows the cooling mode, and the flow of refrigerant flows through the
도 4는 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시이며, 냉매의 흐름은 제1솔레노이드밸브(181)를 개방시킨 상태에서 냉매가 압축기(110)에서 실내컨덴서(120)로 이동한 후, 냉매방향전환밸브(220)를 통해 실외컨덴서(130)를 거쳐 일부의 냉매는 제2바이패스라인(R2)을 통해 배터리 칠러(160)와, 압축기(110)로 순환하고, 다른 일부의 냉매는 증발기(140)와, 압축기(110)로 순환하면서 차 실내의 냉방을 수행하게 된다. 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 상기 전장 라디에이터(132)에서 냉각된 냉각수는 연결라인(172)를 통해 상기 제2냉각수라인(W2)으로 순환하여 배터리(B)를 냉각하고, 상기 배터리 칠러(160)에서 냉각된 냉각수 역시 제2냉각수라인(W2)의 배터리(B)로 순환하여 배터리(B)를 냉각하도록 상기 냉각수조절수단(170)이 제어하게 된다.Figure 4 shows the battery cooling mode in the cooling mode, and the flow of refrigerant moves from the
도 5는 난방모드 시이며, 난방모드 시 냉매의 흐름은 제1솔레노이드밸브(181)를 폐쇄시킨 상태에서 냉매가 압축기(110)와, 실내컨덴서(120)를 거친 후, 냉매방향전환밸브(220)에서 제1바이패스라인(R1) 및 제3바이패스라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)와, 압축기(110)로 순환하고, 상기 냉매방향전환밸브(220)를 통해 실외컨덴서(130)로 설정된 시간동안만 일시적으로 공급되는 일부의 냉매가 실외컨덴서(130)에 적체된 냉매도 압축기(110)로 순환 이동되게 하면서 차 실내의 난방을 수행하게 된다. 이같이, 난방모드 시, 상기 냉매방향전환밸브(220)는 설정된 시간이후에는 실외컨덴서(130)로의 냉매 공급은 차단하고, 제1바이패스라인(R1)과 제3바이패스라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)로만 냉매를 공급 이동되게 하면서, 실외컨덴서(130)에서의 냉매 적체에 따른 냉매 부족현상을 방지하여 안정적인 난방효율을 유지할 수 있게 한다. 난방모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 제1냉각수라인(W1)의 폐열 칠러(150)에서 가열된 냉각수는 제2냉각수라인(W2)의 배터리 칠러(160)로 순환하고, 제2냉각수라인(W2)의 배터리(B)에서 가열된 냉각수는 배터리 칠러(160)로 순환하도록 냉각수조절수단(170)이 제어하게 된다.Figure 5 shows the heating mode. In the heating mode, the refrigerant flows through the
도 6은 난방모드 상태에서 제습모드 시이며, 냉매의 흐름을 살펴보면 제1솔레노이드밸브(181)가 개방된 상태로 냉매가 압축기(110)에서 실내컨덴서(120)를 거친 후, 냉매방향전환밸브(220)를 통해 일부의 냉매는 제1바이패스라인(R1)과 제3바이패스라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)와, 압축기(110)로 순환하고, 일부의 냉매는 증발기(140)를 거친 후 압축기(110)로 순환 이동되게 하면서 차 실내의 난방을 수행한다. 더불어, 상기 냉매방향전환밸브(220)를 통해 실외컨덴서(130)로 설정된 시간동안만 일시적으로 공급되는 냉매가 실외컨덴서(130)에 적체된 냉매도 압축기(110)로 순환 이동되게 하면서 차 실내의 난방을 수행하게 된다. 난방모드 상태에서 제습모드 시, 냉각수의 흐름을 살펴보면 제1냉각수라인(W1)의 폐열 칠러(150)에서 가열된 냉각수를 제2냉각수라인(W2)의 배터리(B)로 순환하도록 냉각수조절수단(170)를 제어하게 되고, 배터리 칠러(160)로는 냉매가 순환하지 않도록 제어하며, 전장 라디에이터(132)로 냉각수가 순환하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.Figure 6 shows the dehumidifying mode in the heating mode, and looking at the flow of the refrigerant, the
도 7은 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시이며, 냉매의 흐름을 살펴보면 제1솔레노이드밸브(181)가 폐쇄된 상태로 냉매가 압축기(110)에서 실내컨덴서(120)를 거친 후, 앞서 설명한 바와 같이 냉매방향전환밸브(220)에서 일부의 냉매는 제1바이패스라인(R1) 및 제3바이패스라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)와, 압축기(110)로 순환하고, 일부의 냉매는 제2바이패스라인(R2)을 통해 배터리 칠러(160)를 거친 후 압축기(110)로 순환 이동되게 하면서 차 실내의 난방을 수행한다. 더불어, 상기 냉매방향전환밸브(220)를 통해 실외컨덴서(130)로 설정된 시간동안만 일시적으로 공급되는 냉매가 실외컨덴서(130)에 적체된 냉매도 압축기(110)로 순환 이동되게 하면서 차 실내의 난방을 수행하게 된다. 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 냉각수의 흐름을 살펴보면 제1냉각수라인(W1)의 폐열 칠러(150)에서 가열된 냉각수를 제2냉각수라인(W2)의 배터리 칠러(160)로 순환하도록 제어하고, 제2냉각수라인(W2)의 배터리(B)에서 가열된 냉각수를 배터리 칠러(160)로 순환하도록 냉각수조절수단(170)를 제어하며, 전장 라디에이터(132)로 냉각수가 순환하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.Figure 7 shows the battery cooling mode in the heating mode, and looking at the flow of the refrigerant, the
도 8은 차량의 시동오프 상태이며, 냉매의 흐름을 살펴보면 압축기(110)에서 실내컨덴서(120)로 이동한 후, 냉매방향전환밸브(220)를 통해 모든 냉매는 제1바이패스라인(R1)로 이동하는데, 이때, 냉매는 폐열 칠러(150) 및 배터리 칠러(160)를 거치지 않고 증발기(140)와 압축기(110)로 이동하면서 냉매가 실외컨덴서(130)에 적체되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.8 shows the vehicle in an ignition-off state, and looking at the flow of refrigerant, after moving from the
이같이, 일 실시예의 차량용 냉난방 시스템은, 전장 라디에이터(132)와 폐열 칠러(150)를 연결하는 제1냉각수라인(W1)과, 제1냉각수라인(W1)과 이격되게 배치되며 배터리 칠러(160)와 배터리(B)를 연결하는 제2냉각수라인(W2)을 설치하고, 냉매순환라인(R)과 제1바이패스라인(R1)의 분기지점에 냉매방향전환밸브(220)를 설치하고, 제1, 2냉각수라인(W1,W2)을 냉각수조절수단(170)으로 연결하여 배터리 칠러(160)를 통해 난방모드 시에는 전장부의 폐열과 실외컨덴서(130)에 적체된 냉매 및 배터리(B)의 폐열을 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있고, 냉방모드 시에는 배터리(B)를 냉각하여 배터리의 열관리가 가능하다. 또한, 차량 시동오프 상태에서는 냉매방향전환밸브(220)를 통해 실외컨덴서(130)로의 냉매 공급을 차단하고, 폐열 칠러(150)를 거치지 않고 제1바이패스라인(R1)을 통해 증발기(140)로 이동되게 하는 바, 외기온도가 저온 상태에서 실외컨덴서(130)에 냉매가 적체되는 것을 방지하여, 차량의 시동을 건 상태에서 차량용 냉난방 시스템을 작동시 냉매 부족에 의한 냉난방 효율이 떨어지는 것을 차단할 수 있게 한다.In this way, the vehicle cooling and heating system of one embodiment includes a first coolant line (W1) connecting the
또한, 전장 라디에이터(132)를 통해 전장부는 물론 배터리(B)까지 냉각할 수 있어 배터리 냉각을 위해 별도의 전장 라디에이터를 설치할 필요가 없어 원가를 절감할 수 있으며, 전장 라디에이터(132)와 배터리 칠러(160) 및 가열수단(H)을 이용하여 배터리(B)의 냉각 뿐만 아니라 가열까지 수행할수 있어 배터리(B)의 온도를 최적으로 유지하여 배터리의 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the attached claims.
1 : 차량용 냉난방 시스템 110 : 압축기
120 : 실내컨덴서 130 : 실외컨덴서
132 : 전장 라디에이터 140 : 증발기
150 : 폐열 칠러 160 : 배터리 칠러
170 : 냉각수조절수단 172 : 연결라인
173 : 바이패스라인 174 : 조절밸브
180 : 팽창밸브 181 : 제1솔레노이드밸브
190 : 내부열교환기 200 : PTC히터
210 : 어큐뮬레이터 220 : 냉매방향전환밸브
W1 : 제1냉각수라인 W2 : 제2냉각수라인
R : 냉매순환라인 R1 : 제1바이패스라인
R2 : 제2바이패스라인 R3 : 제3바이패스라인
B : 배터리 H : 가열수단1: Vehicle cooling and heating system 110: Compressor
120: indoor condenser 130: outdoor condenser
132: full-length radiator 140: evaporator
150: Waste heat chiller 160: Battery chiller
170: Coolant control means 172: Connection line
173: bypass line 174: control valve
180: expansion valve 181: first solenoid valve
190: Internal heat exchanger 200: PTC heater
210: Accumulator 220: Refrigerant direction change valve
W1: 1st coolant line W2: 2nd coolant line
R: Refrigerant circulation line R1: 1st bypass line
R2: 2nd bypass line R3: 3rd bypass line
B: Battery H: Heating means
Claims (13)
상기 냉매순환라인에 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인을 통해 상기 압축기와 연결되는 폐열 칠러와;
상기 냉매순환라인에 제2바이패스라인을 통해 상기 압축기와 연결되는 배터리 칠러와;
상기 실외컨덴서에 인접하게 배치되는 전장 라디에이터와 전장부와 상기 폐열 칠러를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제1냉각수라인과;
상기 제1냉각수라인과 이격되게 배치되고, 상기 배터리 칠러와 차량의 배터리를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제2냉각수라인과;
상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인을 연결하며 제1냉각수라인 및 제2냉각수라인으로 순환하는 냉각수의 흐름을 조절하는 냉각수조절수단;을 포함하며,
차량의 시동 오프시 상기 실내컨덴서를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인을 통해 상기 증발기 및 상기 압축기로 순환되게 하고, 난방 모드 시에는 상기 실외컨덴서와 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인으로 각각 냉매를 이동시켜 상기 실외컨덴서에 적체된 냉매의 회수 및 상기 폐열 칠러로 순환시켜 상기 전장부의 폐열 회수가 이루어지게 하고,
상기 제1바이패스라인은 상기 실외컨덴서를 바이패스하도록 상기 실내컨덴서와 상기 실외컨덴서의 사이의 냉매순환라인에서 분기되며, 상기 제2바이패스라인은 상기 증발기를 바이패스하면서 상기 배터리 칠러와 연결되도록 상기 실외컨덴서와 상기 증발기 사이의 냉매순환라인에서 분기되고, 상기 제3바이패스라인은 상기 증발기와 상기 배터리칠러를 바이패스하면서 상기 폐열 칠러와 연결되도록 상기 실외컨덴서와 상기 증발기 사이의 냉매순환라인에서 분기되며,
상기 냉매순환라인과 상기 제1바이패스라인의 분기지점에는 냉매방향전환밸브가 연결되고, 상기 냉매순환라인 상의 상기 증발기의 전단에는 제1솔레노이드밸브가 연결되며,
상기 차량의 시동 오프 시와, 난방모드 시와, 난방모드 상태에서 제습모드 시 및, 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 상기 냉매방향전환밸브는 상기 실외콘덴서로 냉매가 순환하지 않도록 냉매를 상기 제1바이패스라인으로 이동시키고,
난방모드 시와, 난방모드 상태에서 제습모드 시 및, 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 상기 제3바이패스라인을 통해 냉매가 상기 폐열 칠러를 통과하면서 전장부의 폐열을 회수하고,
난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 상기 제1솔레노이드밸브는 폐쇄되어 일부의 냉매가 상기 제2바이패스라인을 통해 상기 배터리 칠러를 통과하면서 배터리의 폐열을 회수하며,
난방모드 시 상기 냉매방향전환밸브를 통해 상기 실외컨덴서로 설정된 시간동안만 일시적으로 일부의 냉매를 공급시켜 상기 실외컨덴서에 적체된 냉매를 상기 압축기로 순환 이동시키고,
상기 제2냉각수라인에는 상기 배터리의 입구측 제2냉각수라인에 연결되어, 상기 제2냉각수라인의 냉각수가 가열상태로 배터리에 공급시키는 가열수단을 포함하는 차량용 냉난방 시스템.In a vehicle cooling and heating system in which a compressor, an indoor condenser, an outdoor condenser, and an evaporator are connected to a refrigerant circulation line in which a refrigerant circulates,
a waste heat chiller connected to the compressor through a first bypass line and a third bypass line in the refrigerant circulation line;
a battery chiller connected to the compressor through a second bypass line in the refrigerant circulation line;
a first coolant line that connects the electric radiator and electric parts disposed adjacent to the outdoor condenser and the waste heat chiller to circulate coolant;
a second coolant line disposed to be spaced apart from the first coolant line and connecting the battery chiller and the battery of the vehicle to circulate coolant;
It includes a coolant control means connecting the first coolant line and the second coolant line and controlling the flow of coolant circulating in the first coolant line and the second coolant line,
When the vehicle is started off, the refrigerant that has passed through the indoor condenser is circulated to the evaporator and the compressor through the first bypass line, and in the heating mode, the outdoor condenser, the first bypass line, and the third bypass line Each refrigerant is moved to recover the refrigerant accumulated in the outdoor condenser and circulated to the waste heat chiller to recover waste heat from the electrical equipment,
The first bypass line branches off from the refrigerant circulation line between the indoor condenser and the outdoor condenser to bypass the outdoor condenser, and the second bypass line bypasses the evaporator and is connected to the battery chiller. It is branched from the refrigerant circulation line between the outdoor condenser and the evaporator, and the third bypass line is connected to the waste heat chiller while bypassing the evaporator and the battery chiller. It branches out,
A refrigerant direction switching valve is connected to a branch point of the refrigerant circulation line and the first bypass line, and a first solenoid valve is connected to a front end of the evaporator on the refrigerant circulation line,
When the vehicle is started off, in the heating mode, in the dehumidifying mode in the heating mode, and in the battery cooling mode in the heating mode, the refrigerant direction change valve is used to prevent the refrigerant from circulating to the outdoor condenser. Move to 1 bypass line,
In the heating mode, in the dehumidifying mode in the heating mode, and in the battery cooling mode in the heating mode, the refrigerant passes through the waste heat chiller through the third bypass line to recover the waste heat of the electrical parts,
When the battery cooling mode is in the heating mode, the first solenoid valve is closed and some refrigerant passes through the battery chiller through the second bypass line to recover waste heat from the battery,
In the heating mode, a portion of the refrigerant is temporarily supplied to the outdoor condenser through the refrigerant direction switching valve only for a set time to circulate and move the refrigerant accumulated in the outdoor condenser to the compressor,
The second coolant line is connected to the second coolant line at the inlet of the battery, and includes a heating means for supplying the coolant of the second coolant line to the battery in a heated state.
상기 냉각수조절수단은,
상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인을 병렬로 연결하는 연결라인과,
상기 폐열 칠러로 냉각수를 순환시키는 상기 제1냉각수라인 및 상기 배터리 칠러로 냉각수를 순환시키는 상기 제2냉각수라인에 설치되어 냉각수의 흐름을 조절하는 조절밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.In claim 1,
The coolant control means is,
A connection line connecting the first coolant line and the second coolant line in parallel,
A cooling and heating system for a vehicle including a control valve installed in the first coolant line that circulates coolant to the waste heat chiller and the second coolant line that circulates coolant to the battery chiller to regulate the flow of coolant.
상기 조절밸브는,
상기 폐열 칠러의 입구측 제1냉각수라인과 상기 연결라인의 분기지점에 설치되는 제1방향전환밸브와,
상기 배터리 칠러의 입구측 제2냉각수라인과 연결되는 상기 연결라인의 분기지점에 설치되는 제2방향전환밸브와,
상기 연결라인과 연결되는 상기 배터리 칠러의 출구측 제2냉각수라인의 분기지점에 설치되는 제3방향전환밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.In claim 2,
The control valve is,
A first direction switching valve installed at a branch point of the first coolant line at the inlet side of the waste heat chiller and the connection line,
A second direction switching valve installed at a branch point of the connection line connected to the second coolant line at the inlet side of the battery chiller,
A cooling and heating system for a vehicle including a third-way switching valve installed at a branch point of the second coolant line on the outlet side of the battery chiller connected to the connection line.
상기 제1냉각수라인에는 냉각수를 저장하는 리저버 탱크가 설치되고, 상기 연결라인에는 냉각수를 순환시키는 제1펌프가 설치되며, 상기 제2냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2펌프가 설치되는 차량용 냉난방 시스템.In claim 2,
A vehicle cooling and heating system in which a reservoir tank for storing coolant is installed in the first coolant line, a first pump for circulating coolant is installed in the connection line, and a second pump for circulating coolant is installed in the second coolant line. .
상기 리저버 탱크에는 제2냉각수라인과 연결되는 바이패스라인이 구비되며, 상기 바이패스라인에 의해 상기 제1냉각수라인과 제2냉각수라인이 연결되어 상기 리저버 탱크를 중심으로 제1냉각수라인에서 오버플로우되는 냉각수와 제2냉각수라인에서 오버플로우되는 냉각수는 각각 제2냉각수라인과 제1냉각수라인으로 유동하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.In claim 4,
The reservoir tank is provided with a bypass line connected to the second coolant line, and the first coolant line and the second coolant line are connected by the bypass line, so that overflow occurs in the first coolant line centered on the reservoir tank. A cooling and heating system for a vehicle, wherein the coolant that overflows from the coolant line and the coolant that overflows from the second coolant line flows into the second coolant line and the first coolant line, respectively.
상기 폐열 칠러와 연결되는 상기 제3바이패스라인에는 상기 폐열 칠러로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 제1전자변을 구비하고,
상기 배터리 칠러와 연결되는 상기 제2바이패스라인에는 상기 배터리 칠러로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 제2전자변이 구비되는 차량용 냉난방 시스템.In claim 1,
The third bypass line connected to the waste heat chiller is provided with a first electromagnetic valve for controlling the flow rate of refrigerant supplied to the waste heat chiller,
A cooling and heating system for a vehicle, wherein the second bypass line connected to the battery chiller is provided with a second electromagnetic valve for controlling the flow rate of refrigerant supplied to the battery chiller.
상기 냉매순환라인의 상기 증발기 전단에는 상기 증발기의 출구부 냉매의 온도에 따라 냉매를 팽창하는 온도감응식 팽창밸브를 설치하며,
상기 팽창밸브는 상기 증발기와 연결되는 상기 냉매순환라인을 개폐하는 제1솔레노이드밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.In claim 1,
A temperature-sensitive expansion valve is installed at the front of the evaporator in the refrigerant circulation line to expand the refrigerant according to the temperature of the refrigerant at the outlet of the evaporator,
The expansion valve is a cooling and heating system for a vehicle including a first solenoid valve that opens and closes the refrigerant circulation line connected to the evaporator.
상기 냉매순환라인 상에는 상기 실외컨덴서를 통과하여 상기 증발기로 공급되는 냉매와 상기 증발기를 통과하여 상기 압축기로 공급되는 냉매를 서로 열교환시키는 내부열교환기가 설치되는 차량용 냉난방 시스템.In claim 1,
An internal heat exchanger is installed on the refrigerant circulation line to exchange heat between the refrigerant supplied to the evaporator through the outdoor condenser and the refrigerant supplied to the compressor through the evaporator.
상기 실내컨덴서와 인접하게 부족한 난방열원을 공급하는 PTC히터가 설치되고,
상기 압축기로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 상기 압축기로 기상 냉매만 공급하는 어큐뮬레이터가 설치되는 차량용 냉난방 시스템.In claim 1,
A PTC heater is installed adjacent to the indoor condenser to supply insufficient heating heat source,
A cooling and heating system for a vehicle in which an accumulator is installed to separate liquid refrigerant and gaseous refrigerant from the refrigerant supplied to the compressor and supply only the gaseous refrigerant to the compressor.
차량의 시동 오프시, 상기 제1솔레노이드밸브는 개방되며, 상기 제3바이패스라인에 설치되는 제1전자변과 상기 제2바이패스라인에 설치되는 제2전자변은 폐쇄하도록 제어되는 차량용 냉난방 시스템.In claim 1,
When the vehicle is started off, the first solenoid valve is opened, and the first electromagnetic valve installed in the third bypass line and the second electromagnetic valve installed in the second bypass line are controlled to close.
난방모드 시, 상기 제1솔레노이드밸브는 폐쇄되며, 상기 제3바이패스라인에 설치되는 제1전자변은 개방되고, 상기 제2바이패스라인에 설치되는 제2전자변은 폐쇄하도록 제어되는 차량용 냉난방 시스템.
In claim 1,
In the heating mode, the first solenoid valve is closed, the first electromagnetic valve installed in the third bypass line is opened, and the second electromagnetic valve installed in the second bypass line is controlled to close.
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