[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

KR102665060B1 - 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈 - Google Patents

차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR102665060B1
KR102665060B1 KR1020200003273A KR20200003273A KR102665060B1 KR 102665060 B1 KR102665060 B1 KR 102665060B1 KR 1020200003273 A KR1020200003273 A KR 1020200003273A KR 20200003273 A KR20200003273 A KR 20200003273A KR 102665060 B1 KR102665060 B1 KR 102665060B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
coolant
inlet
evaporator
system module
Prior art date
Application number
KR1020200003273A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210090004A (ko
Inventor
우상구
이해준
황인국
노경태
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Priority to KR1020200003273A priority Critical patent/KR102665060B1/ko
Publication of KR20210090004A publication Critical patent/KR20210090004A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102665060B1 publication Critical patent/KR102665060B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00321—Heat exchangers for air-conditioning devices
    • B60H1/00342—Heat exchangers for air-conditioning devices of the liquid-liquid type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32281—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising a single secondary circuit, e.g. at evaporator or condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/02—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant
    • B60H1/14—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit
    • B60H1/143—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived from the propulsion plant otherwise than from cooling liquid of the plant, e.g. heat from the grease oil, the brakes, the transmission unit the heat being derived from cooling an electric component, e.g. electric motors, electric circuits, fuel cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3229—Cooling devices using compression characterised by constructional features, e.g. housings, mountings, conversion systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

본 발명은 압축기, 응축기, 증발기, 칠러 및 어큐뮬레이터를 순환하는 냉매를 이용하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈에 있어서, 상기 냉매 시스템 모듈은 상기 압축기의 출구측이 존재하는 제1 영역과 상기 압축기의 입구측이 존재하는 제2 영역으로 구획되며, 상기 제1 영역에는 상기 응축기와 상기 어큐뮬레이터가 배치되며, 상기 제2 영역에는 상기 칠러와 상기 증발기가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈을 제공한다.

Description

차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈{Refrigerant System Module of Automotive Heat Pump}
실시예는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템에서 열전달 손실을 최소화하기 위한 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈에 관한 것이다.
환경 친화적인 산업 발전 및 화석원료를 대체하는 에너지원의 개발 기조아래, 근래 자동차 산업에서 가장 주목받는 분야는 전기자동차와 하이브리드 자동차가 있다. 이들 전기자동차와 하이브리드 자동차에는 배터리가 장착되어 구동력을 제공하는데, 주행 운전뿐만 아니라 냉난방 시에도 배터리를 이용한다.
배터리를 이용하여 구동력을 제공하는 차량에서, 냉난방 시 배터리가 열원으로 사용된다는 것은 그만큼 주행거리가 감소된다는 것을 의미하는데, 위 문제를 극복하기 위하여 종래부터 가정용 냉난방장치로 널리 활용된 히트펌프 시스템을 자동차에 적용하는 방법이 제안되었다.
참고로 히트펌프란 저온의 열을 흡수하여 흡수된 열을 고온으로 이동시키는 것을 말한다. 일 예로서의 히트펌프는 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래 일반적인 공조케이스에 부족한 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템에서 냉각수의 순환구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 냉매가 압축기(2), 응축기(3), 팽창밸브(4) 및 칠러(5)를 순환하는 냉매 순환라인과 냉매와 열교환을 한 냉각수가 순환하는 냉각수 순환라인을 이용하여 냉난방을 수행하고 있다.
그러나, 이러한 secondary loop 냉방 시스템을 적용하는 경우, direct 냉방시스템 대비 성능이 낮은 문제점이 있다. 이는 공기를 직접 냉각시키는 것이 아닌 냉각수를 1차로 냉각시키고, 그 냉각수로 공기를 2차 냉각하여 냉방을 하는 시스템이기 때문에 효율 측면에서 불리하다.
따라서 열전달 손실을 최소화하기 위한 다양한 노력이 지속되고 있다.
실시예는 고온 및 저온 부품간의 열교환 방지를 위해 구성부품의 배치를 효율화하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 압축기, 응축기, 증발기, 칠러 및 어큐뮬레이터를 순환하는 냉매를 이용하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈에 있어서, 상기 냉매 시스템 모듈은 상기 압축기의 출구측이 존재하는 제1 영역과 상기 압축기의 입구측이 존재하는 제2 영역으로 구획되며, 상기 제1 영역에는 상기 응축기와 상기 어큐뮬레이터가 배치되며, 상기 제2 영역에는 상기 칠러와 상기 증발기가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈을 제공한다.
바람직하게는, 상기 어큐뮬레이터는 상기 응축기와 상기 압축기 사이에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 어큐뮬레이터에는 냉매가 유입되는 제3 배관 및 냉매가 유출되는 제4 배관이 연결되며, 상기 제4 배관은 상기 제3 배관보다 상기 압축기에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 증발기는 상기 칠러와 상기 압축기 사이에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 증발기 내부에는 내부 열교환기가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 응축기, 상기 증발기 및 상기 칠러는 냉각수가 수직으로 이동하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 증발기는 제1 냉각수 유입구와 제1 냉각수 유출구, 제1 냉매 유입구와 제1 냉매 유출구를 구비하되, 상기 제1 냉매 유입구와 상기 제1 냉매 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 내측을 향하도록, 상기 제1 냉각수 유입구 및 상기 제1 냉각수 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 외측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 증발기는 상기 내부 열교환기로 냉매가 유입되는 제1-1 냉매 유입구와 제1-1 냉매 유출구를 구비하며, 상기 제1-1 냉매 유입구와 상기 제1-1 냉매 유출구는 상기 제1 냉매 유입구와 상기 제1 냉매 유출구와 동일한 면에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 냉매 유입구와 상기 제1 냉매 유출구를 이동하는 냉매와 상기 제1-1 냉매 유입구와 상기 제1-1 냉매 유출구를 이동하는 냉매는 서로 반대방향으로 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 증발기의 제1 냉매 유입구에는 상기 증발기의 길이방향으로 배치되는 제1 팽창밸브가 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 칠러는 제2 냉각수 유입구와 제2 냉각수 유출구, 제2 냉매 유입구와 제2 냉매 유출구를 구비하되, 상기 제2 냉매 유입구와 상기 제2 냉매 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 내측을 향하도록, 상기 제2 냉각수 유입구 및 상기 제2 냉각수 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 외측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 냉매 유입구에는 상기 칠러의 길이방향으로 배치되는 제2 팽창밸브가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 고온의 냉매가 이동하는 부품과 저온의 냉매가 이동하는 부품을 재배치하여 욜손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템에서 냉각수의 순환구조를 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈의 구도를 나타내는 사시도이고,
도 3은 도 2를 정면에서 바라본 도면이고,
도 4는 도 2의 구성요소인 칠러의 구조를 나타내는 도면이고,
도 5는 도 2의 구성요소인 증발기의 구조를 나타내는 도면이고,
도 6은 도 2의 냉매 시스템 모듈를 사용하는 차량용 히트펌프 시스템의 구조도이고,
도 7은 도 6의 냉방모드시 차량용 히트펌프 시스템의 동작상태를 나타내는 도면이고,
도 8은 도 6의 난방모드시 차량용 히트펌프 시스템의 동작상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 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 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 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 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2 내지 도 8는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈의 구도를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2를 정면에서 바라본 도면이고, 도 4는 도 2의 구성요소인 칠러의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 2의 구성요소인 증발기의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예인 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈(1)은 압축기(110), 응축기(120), 증발기(151), 칠러(161) 및 어큐뮬레이터(170)를 순환하는 냉매를 이용하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템에 관한 것으로 배치구조에 특징이 존재한다.
베이스 플레이트(50)에는 압축기(110), 응축기(120), 증발기(151), 칠러(161) 및 어큐뮬레이터(170)가 배치될 수 있다. 베이스 플레이트(50)는 냉매 시스템(1)을 구성하는 구성부품들이 배치되며, 안정적인 지지를 위해 판 형상으로 마련될 수 있다.
압축기(110)는 엔진(내연기관) 또는 모터 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 응축기(120) 측으로 배출하게 된다.
응축기(120)를 흐르는 냉매는 후술할 냉각수 순환라인 상의 냉각수와 서로 열교환된 후 제1 팽창밸브(150)로 이동하게 된다. 이와 같이 응축기(120)의 냉매에 의해 가열된 냉각수는 냉각수 순환라인을 통해 실내열교환기로 공급될 수 있다. 일실시예로, 응축기(120)는 수냉식 응축기(120)가 사용될 수 있다.
증발기(151)는 제1 팽창밸브(150)에서 배출된 냉매가 공급되고, 블로어를 통해 공조케이스의 내부를 유동하는 공기가 증발기(151)를 통과하는 과정에서 증발기(151) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.
칠러(161)는 제2 팽창밸브(160)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 공급되어 냉각수 순환라인에서 이동하는 냉각수와 열교환된다.
어큐뮬레이터(170)는 증발기(151) 및/또는 칠러(161)를 경유한 냉매가 합류되며, 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(110)로 공급될 수 있도록 한다.
압축기(110)는 출구(111) 측이 존재하는 제1 영역(S1)과 압축기(110)의 입구(112) 측이 존재하는 제2 영역(S2)으로 구분될 수 있다. 도 3에 나타나는 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)은 상대적으로 고온의 냉매가 이동하는 영역과 저온의 냉매가 이동하는 영역을 구분하는 것으로 정확한 구역을 의미하는 것은 아니다.
압축기(110)의 출구(111) 측이 존재하는 제1 영역(S1)에서는 고온의 냉매가 유출(discharge)되며, 압축기(110)의 입구(112) 측이 존재하는 제2 영역(S2)에서는 저온의 냉매가 유입(suction)된다.
이때, 제1 영역(S1)에는 응축기(120)와 어큐뮬레이터(170)가 배치되며, 제2 영역(S2)에는 칠러(161)와 증발기(151)가 배치될 수 있다. 이러한 모듈 구조는 고온 및 저온의 냉매가 이동하는 부품간의 열교환을 방지할 수 있다.
일실시예로, 압축기(110)의 출구와 응축기(120)의 입구는 제1 배관(10)으로 연결될 수 있으며, 응축기(120)에서 도출되는 냉매는 제2 배관(20)을 통해 칠러(161)와 증발기(151)로 분기되어 유입될 수 있다. 칠러(161)에서 유출되는 냉매와 증발기(151)에서 유출되는 냉매는 제3 배관(30)을 통해 합류되어 어큐뮬레이터(170)로 유입되며, 어큐뮬레이터(170)를 통과하는 냉매는 제4 배관(40)을 통해 압축기(110)의 입구로 유입될 수 있다.
어큐뮬레이터(170)는 응축기(120)와 압축기(110) 사이에 배치되며, 제4 배관(40)은 제3 배관(30)보다 압축기(110)에 인접하도록 배치될 수 있다. 이는 압축기(110)의 입구 측으로 이동하는 냉매의 과열도를 증가하여 압축기(110)로 유입되는 냉매의 과열도를 증가시킬 수 있다.
고온의 냉매가 흐르는 제1 배관(10)과 응축기(120)를 인접하게 구성하여 열손실을 방지할 수 있으며, 저온의 냉매가 흐르는 칠러(161)와 증발기(151)를 고온의 냉매가 흐름는 부품과 반대편에 배치하여 열손실을 최소화할 수 있다.
또한, 저온의 냉매가 이동하는 증발기(151)와 칠러(161)를 제2 영역(S2)에 배치할 수 있으며, 이때 증발기(151)는 칠러(161)와 압축기(110) 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에서는 응축기(120), 증발기(151), 칠러(161)는 냉각수 및 냉매가 수직으로 이동하도록 배치되어 설치면적을 감소시킬 수 있다.
증발기(151)는 내부에 내부열교환기가 배치되어 냉매간의 열교환 효율을 증대할수 있다. 내부열교환기(152)를 증발기(151) 내부에 일체형으로 구성함으로 종래에 내부열교환기(152)와 증발기(151)를 연결하기 위해 필요한 배관 및 부품을 생략할 수 있다.
일실시예로, 증발기(151)는 제1 냉각수 유출구(151f), 제1 냉각수 유입구(151e), 제1 냉매 유출구(151a), 제1 냉매 유입구(151b), 제1-1 냉매 유입구(151c) 및 제1-1 냉매 유출구(151d)를 포함할 수 있다.
냉매간의 열교환이 일어나는 내부열교환기(152)로 냉매가 유입되는 제1-1 냉매 유입구(151c)와 제1-1 냉매 유출구(151d)는 제1 냉매 유입구(151b)와 상기 제1 냉매 유출구(151a)와 증발기(151)의 동일한 면에 배치될 수 있다. 이때, 제1 냉매 유입구(151b)와 제1 냉매 유출구(151a)를 이동하는 냉매와 상기 제1-1 냉매 유입구(151c)와 상기 제1-1 냉매 유출구(151d)를 이동하는 냉매는 서로 반대방향으로 이동하도록 배치되어 열교환 효율을 증대할 수 있다.
증발기(151)로 유입되어 열교환하는 냉각수는 제1 냉각수 유출구(151f)와 제1 냉각수 유입구(151e)를 구비할 수 있으며, 제1 냉각수 유출구(151f)와 제1 냉각수 유입구(151e)는 제1 냉매 유입구(151b) 및 제1 냉매 유출구(151a)가 배치되는 면과 반대방향으로 배치될 수 있다.
일실시예로, 제1 냉매 유입구(151b)가 하부에 배치되고 제1 냉매 유출구(151a)가 상부에 배치되는 경우, 제1 냉각수 유입구(151e)는 상부에 배치되며 제1 냉각수 유출구(151f)는 하부에 배치될 수 있다. 이는 서로 반대방향으로 이동하면서 열교환 효율을 증대하기 위함이다.
이때, 제1 냉매 유입구(151b)와 제1 냉매 유출구(151a)는 냉매 시스템 모듈(1)의 내측을 향하도록, 제1 냉각수 유입구(151e) 및 상기 제1 냉각수 유출구(151f)는 상기 냉매 시스템 모듈(1)의 외측을 향하도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 냉매 유입구(151b)에는 제1 팽창밸브(150)가 배치될 수 있다.
일실시예로, 제1 팽창밸브(150)는 증발기(151)의 길이방향으로 배치될 수 있다. 제1 팽창밸브(150)는 전자식 팽창밸브가 사용되어 체크밸브 없이 냉난방 구동모드에 따라 개폐 또는 개도율이 조절될 수 있다. 제1 팽창밸브(150)는 증발기(151)에 직접 연결되어 배관을 따라 이동시 발생하는 열손실을 최소화할 수 있다.
칠러(161)는 제2 냉각수 유입구(161c)와 제2 냉각수 유출구(161d), 제2 냉매 유입구(161b) 및 제2 냉매 유출구(161a)를 구비할 수 있다.
이때, 제2 냉각수 유입구(161c)와 제2 냉각수 유출구(161d)는 칠러(161)의 일측에 제2 냉매 유입구(161b) 및 제2 냉매 유출구(161a)는 칠러(161)의 타측에 배치될 수 있다.
일실시예로, 제2 냉매 유입구(161b)가 하측에 배치되고, 제2 냉매 유출구(161a)가 상측에 배치되는 경우, 제2 냉각수 유입구(161c)는 상측에 제2 냉각수 유출구(161d)는 하측에 배치되어 열교환 효율을 증대할 수 있다.
또한, 제2 냉매 유입구(161b)와 상기 제2 냉매 유출구(161a)는 상기 냉매 시스템 모듈(1)의 내측을 향하도록, 상기 제2 냉각수 유입구(161c) 및 상기 제2 냉각수 유출구(161d)는 상기 냉매 시스템 모듈(1)의 외측을 향하도록 배치될 수 있다.
제2 냉매 유입구(161b)에는 제2 팽창밸브(160)가 배치될 수 있다.
일실시예로, 제2 팽창밸브(160)는 증발기(151)의 길이방향으로 배치될 수 있다. 제2 팽창밸브(160)는 전자식 팽창밸브가 사용되어 체크밸브 없이 냉난방 구동모드에 따라 개폐 및 개도율이 조절될 수 있다. 제2 팽창밸브(160)는 증발기(151)에 직접 연결되어 배관을 따라 이동시 발생하는 열손실을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 제1 냉매 유입구(151b)와 제1 냉매 유출구(151a)는 냉매 시스템 모듈(1)의 내측을 향하도록, 제1 냉각수 유입구(151e) 및 상기 제1 냉각수 유출구(151f)는 상기 냉매 시스템 모듈(1)의 외측을 향하도록 배치되며, 제2 냉매 유입구(161b)와 제2 냉매 유출구(161a)는 냉매 시스템 모듈(1)의 내측을 향하도록, 제2 냉각수 유입구(161c) 및 제2 냉각수 유출구(161d)는 냉매 시스템 모듈(1)의 외측을 향하도록 배치될 수 있다. 이를 통해 냉각 시스템 모듈(1) 구성시 냉매 배관의 길이를 감소할 수 있다.
도 6은 도 2의 냉매 시스템 모듈를 사용하는 차량용 히트펌프 시스템의 구조도이고, 도 7은 도 6의 냉방모드시 차량용 히트펌프 시스템의 동작상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 도 6의 난방모드시 차량용 히트펌프 시스템의 동작상태를 나타내는 도면이다
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템 모듈을 사용하는 차량용 히트펌프 시스템을 살펴보기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉매 시스템 모듈을 사용하는 차량용 히트펌프 시스템은 냉매가 순환되어 실내를 냉방하는 냉매 순환라인(100) 및 냉각수가 순환되어 실내를 난방하고 부품들을 냉각하는 냉각수 순환라인(200)으로 구성될 수 있다. 그리고 냉각수 순환라인(200)은 실내 난방을 위한 난방라인(210) 및 전장부품(231)과 배터리(237)의 냉각을 위한 냉각라인(230)을 포함할 수 있다.
냉매 순환라인(100)은 압축기(100), 응축기(120), 냉매분기부(101), 냉매분기부(101)에서 일측으로 분기되어 제1 팽창밸브(150) 및 증발기(151)를 통과하는 제1 냉매라인(100a)과 냉매분기부(101)에서 타측으로 분기되어 제2 팽창밸브(160) 및 칠러(161)를 통과하는 제2 냉매라인(100b), 제1 냉매라인(100a)과 제2 냉매라인(100b)을 통과한 냉매가 통과하는 어큐뮬레이터(170)를 포함할 수 있다. 어큐뮬레이터(170)를 통과한 냉매는 압축기(100)로 재유입되어 냉매 순환이 일어나게 된다.
이때, 제1 냉매라인(100a)에는 내부열교환기(152)가 배치되며, 냉매 열교환기는 냉매분기부(101)와 제1 팽창밸브(150)사시에 배치되되, 제1 팽창밸브(150)로 유입되는 냉매와 증발기(151)를 통과한 냉매가 열교환될 수 있다.
압축기(100)는 엔진(내연기관) 또는 모터 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 응축기(120) 측에 배출하게 된다.
응축기(120)는 냉방모드 및 난방모드 시 모두 응축기(120) 역할을 하게된다. 응축기(120)에 흐르는 냉매는 후술할 냉각수 순환라인(200) 상의 냉각수와 서로 열교환된 후 제1 팽창밸브(150)로 이동하게 된다. 이와 같이 응축기(120)의 냉매에 의해 가열된 냉각수는 냉각수 순환라인(200)을 통해 실내열교환기로 공급될 수 있다. 일실시예로, 응축기(120)는 수냉식 응축기(120)가 사용될 수 있다.
냉매분기부(101)는 냉매가 제1 냉매라인(100a) 및 제2 냉매라인(100b)으로 분기되도록 한다.
제1 냉매라인(100a)은 제1 팽창밸브(150)와 증발기(151)가 배치될 수 있다.
제1 팽창밸브(150)는 제1 냉매라인(100a)에서 유입되는 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 냉매의 유동 방향으로 증발기(151)의 입구측에 배치될 수 있다.
증발기(151)는 공조케이스의 내부에 설치되고, 제1 냉매라인(100a)에 배치되어 제1 팽창밸브(150)에서 배출된 냉매가 공급되고, 블로어를 통해 공조케이스의 내부를 유동하는 공기가 증발기(151)를 통과하는 과정에서 증발기(151) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.
제2 냉매라인(100b)은 제2 팽창밸브와 칠러(161)가 배치될 수 있다.
제2 팽창밸브(160)는 제2 냉매라인(100b)에서 유입되는 냉매를 교축하거나 바이패스 시키거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있으며, 냉매의 유동 방향으로 칠러(161)의 입구측에 배치될 수 있다.
칠러(161)는 제2 팽창밸브(160)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 공급되어 냉각수 순환라인(200)에서 이동하는 냉각수와 열교환된다. 칠러(161)에서 열교환된 차가운 냉각수는 냉각수 순환라인(200)을 순환하여 고온의 배터리(237)와 열교환될 수 있다. 즉 배터리(237)는 냉매와 열교환되는 것이 아니라 냉각수와 열교환된다.
어큐뮬레이터(170)는 압축기(100)의 입구 측에 설치되어 증발기(151) 및/또는 칠러(161)를 경유한 냉매가 합류되며, 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(100)로 공급될 수 있도록 한다.
내부열교환기(152)는 제1 팽창밸브(150)로 유입되는 냉매와 증발기(151)에서 배출되는 냉매를 상호 열교환시켜 냉방 성능을 향상시키는 역할을 한다. 여기에서 내부열교환기(152)는 냉매분기부(101)와 제1 팽창밸브(150)를 연결하는 증발기(151)로 냉매가 유입되는 유입측 냉매라인이 통과하고, 증발기(151)와 어큐뮬레이터(170)를 연결하는 증발기(151)에서 냉매가 배출되는 배출측 냉매라인이 통과하며, 유입측 냉매라인과 배출측 냉매라인을 통과하는 냉매들 간 열교환이 일어날 수 있다.
그리하여 내부열교환기(152)에 의해 제1 팽창밸브(150)로 유입되기 전에 냉매는 더욱 냉각될 수 있으며, 증발기(151)를 통한 냉방 성능이 향상됨과 동시에 냉방 시스템의 효율이 향상될 수 있다. 특히, 내부열교환기(152)는 칠러(161)와 병렬로 연결된다.
즉, 내부열교환기(152)는 응축기(120)와 칠러(161) 사이 냉매 라인에 직렬 배치되는 것이 아닌, 증발기(151)와 인접하게 배치되어 내부열교환기(152) 및 증발기(151)는 직렬로 배치되어 연결될 수 있다. 만약, 냉매 열교환기가 수랭식 응축기(120)와 칠러(161) 사이에 직렬로 배치될 경우, 난방 모드 시 저압측 압력 강하로 작용하여 난방 성능이 감소될 수 있다. 반대로, 냉매 열교환기가 병렬로 연결될 경우 냉방 성능은 물론 난방 성능도 증가되는데, 이는 난방 모드의 냉매 흐름 상 응축기(120)와 칠러(161) 사이에 냉매 열교환기가 없기 때문이다.
일실시예로, 내부열교환기(152)는 증발기(151) 내부에 삽입배치되어 증발기(151)와 일체형으로 마련될 수 있다.
냉각수 순환라인(200)은 실내 난방을 위한 난방라인(210), 전장부품(231) 및 배터리(237)의 냉각을 위한 냉각라인(230)과 제2 냉방라인을 포함할 수 있다.
여기서, 2차 냉방라인(250)은 증발기(151), 캐빈 쿨러(252) 및 제4 펌프(251)를 포함할 수 있다. 여기에서 증발기(151), 캐빈 쿨러(252) 및 제4 펌프(251)가 연결된 냉각수 라인이 폐루프를 형성할 수 있다.
증발기(151)는 상기한 바와 같이 냉매 및 냉각수가 통과하면서 서로 열교환될 수 있다.
캐빈 쿨러(252)는 공랭식 증발기(151)의 역할을 하며, 증발기(151)를 통과하는 냉매와 열교환되어 냉각된 냉각수가 통과한다. 그리고 캐빈 쿨러(252)는 공조장치(180)의 내부에 배치되어, 공조장치(180)의 송풍기에 의해 유동되는 공기가 캐빈 쿨러(252)를 거치며 냉각되어 차량의 실내로 공급됨으로써 차량의 실내 냉방에 이용될 수 있다.
제4 펌프(251)는 2차 냉방라인(250)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 역할을 한다. 그리고 제4 펌프(251)는 증발기(151)와 캐빈 쿨러(252) 사이의 냉각수라인 상에 설치되어, 제4 펌프(251)의 작동에 의해 냉각수를 순환시킬 수 있다.
그리하여 본 발명의 차량용 히트펌프 시스템은 차량 실내의 냉방을 위해 냉각수를 이용한 2차 냉방라인(250)을 적용함에 따라 냉매가 순환되는 냉매 순환라인(100)이 차량의 실내에 배치되지 않고 실외에 배치될 수 있어, 냉매 배관의 길이가 축소되어 냉매의 충진량을 줄일 수 있으며 냉매 순환라인(100)의 구성요소들을 모듈화 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 냉매 순환라인(100)에 사용되는 냉매를 고효율의 자연 냉매를 사용할 수 있어 열관리 시스템의 효율이 향상되는 장점이 있다.
난방라인(210)은 응축기(120), 제1 펌프(211), 냉각수히터(212), 히터코어(213) 및 제1 방향전환밸브(214)를 포함할 수 있다.
응축기(120)는 상기한 바와 같이 냉매 및 냉각수가 통과하면서 서로 열교환될 수 있다.
제1 펌프(211)는 난방라인(210)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이며, 제1 펌프(211)는 냉각수의 유동 방향으로 응축기(120)의 후방에 배치되어 냉각수라인 상에 설치될 수 있다.
냉각수히터(212)는 냉각수를 가열하는 장치이며, 냉각수의 유동 방향으로 제1 펌프(211)의 후방 및 히터코어(213)의 전방에 배치되어 연결될 수 있다. 그리고 냉각수히터(212)는 냉각수의 온도가 특정한 온도 이하일 경우 가동될 수 있으며, 전력을 이용해 발열할 수 있는 인덕션 히터, 씨즈 히터, 피티씨 히터, 필름 히터 등 다양한 구성들이 사용될 수 있다.
히터코어(213)는 차량의 공조장치(180) 내에 배치될 수 있으며, 송풍기에 의해 유동되는 공기가 히터코어(213)를 거치며 승온되어 차량의 실내로 공급되어 차량의 실내 난방에 이용될 수 있다. 그리고 히터코어(213)는 냉각수의 유동 방향으로 냉각수히터(212)의 후방에 배치되어 연결될 수 있다.
제1 방향전환밸브(214)는 히터코어(213)와 응축기(120)의 사이에 설치될 수 있으며, 난방라인(210)과 이후에 설명할 냉각라인(230)을 선택적으로 연결하거나 연결을 차단하도록 구성될 수 있다.
보다 상세하게 제1 방향전환밸브(214)는 난방라인(210) 상에 설치되어 2개의 냉각수라인 배관이 제1 방향전환밸브(214)에 연결되고, 냉각라인(230)의 일측에서 분기된 1개의 제1 연결라인(221)이 제1 방향전환밸브(214)에 연결되며, 냉각라인(230)의 타측에서 분기된 1개의 제2연결라인이 제1 방향전환밸브(214)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 방향전환밸브(214)에서는 4개의 냉각수 라인이 만나도록 연결되며, 제1 방향전환밸브(214)는 4개의 냉각수 라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 4방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
냉각라인(230)은 라디에이터(233), 제2 방향전환밸브(238), 제2 펌프(239), 제1 방향전환밸브(214), 전장부품(231), 제1 냉각수 조인트(235), 제2 냉각수 조인트(232), 제3 펌프(236), 배터리(237), 칠러(161) 및 제3 방향전환밸브(234)를 포함할 수 있다.
라디에이터(233)는 전장부품(231) 또는 배터리(237)와 열교환된 냉각수를 냉각시키며, 라디에이터(233)는 냉각팬(233a)에 의해 공랭식으로 냉각될 수 있다.
제2 방향전환밸브(238)는 냉각라인(230) 상에 설치되어 2개의 냉각수 배관이 제2 방향전환밸브(238)에 연결되고, 난방라인(210)과 냉각라인(230)이 연결되도록 제1 방향전환밸브(214)와 제2 방향전환밸브(238)가 제1 연결라인(221)으로 연결될 수 있다.
즉, 제2 방향전환밸브(238)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결되며, 제2 방향전환밸브(238)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
제2 펌프(239)는 냉각라인(230)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제2 펌프(239)는 제1 방향전환밸브(214)와 제2 방향전환밸브(238) 사이의 제1 연결라인(221) 상에 설치되어, 제2 펌프(239)의 작동에 의해 제2 방향전환밸브(238)에서 제1 방향전환밸브(214)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다.
제1 방향전환밸브(214)는 상기한 난방라인(210)에서 설명한 바와 같다.
전장부품(231)은 제1 방향전환밸브(214)와 제2 냉각수 조인트(232)를 연결하는 제2 연결라인(222) 상에 배치되어, 냉각수에 의해 전장부품(231)이 냉각될 수 있다. 그리고 전장부품(231)은 구동 모터, 인버터, 충전기(OBC; On Board Charger) 등이 될 수 있다.
제3 펌프(236)는 냉각라인(230)을 따라 냉각수가 순환되도록 냉각수를 압송하는 수단이다. 그리고 제3 펌프(236)는 제1 냉각수 조인트(235)와 배터리(237) 사이의 냉각수라인에 설치되어, 제3 펌프(236)에서 배터리(237)쪽으로 냉각수가 흐를 수 있다.
배터리(237)는 차량의 동력원이며, 차량 내 각종 전장부품(231)의 구동원이 될 수 있다. 또한 배터리(237)는 연료전지와 연결되어 전기를 저장하는 역할을 하거나, 외부에서 공급되는 전기를 저장하는 역할을 할 수 있다. 그리고 배터리(237)는 제3 펌프(236)와 제3 방향전환밸브(234) 사이의 냉각수라인 상에 배치될 수 있다. 그리하여 유동되는 냉각수와 열교환되어 배터리(237)가 냉각되거나 가열될 수 있다.
제1 냉각수 조인트(235)는 냉각수의 유동방향으로 제2 방향전환밸브(238)의 후방의 냉각수라인에 설치되며, 제1 냉각수 조인트(235)는 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제1 냉각수 조인트(235)는 냉각라인(230) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 하측에는 제3 연결라인(223)이 연결될 수 있다. 여기에서 제3 연결라인(223)은 칠러(161)를 통과하도록 연결될 수 있다.
제2 냉각수 조인트(232)는 제2 연결라인(222)의 후단이 냉각라인(230)과 만나는 지점에 설치될 수 있으며, 제2 냉각수 조인트(232)에서 3개의 냉각수라인이 만나도록 연결된다. 즉, 제2 냉각수 조인트(232)는 냉각라인(230) 상에 양측이 연결되도록 설치되며, 상측에는 제2 연결라인(222)이 연결될 수 있다.
칠러(161)는 상기한 난방라인(210)에서 설명한 바와 같다.
제3 방향전환밸브(234)는 배터리(237)와 제2 냉각수 조인트(232) 사이의 냉각수라인 상에 설치되며, 2개의 냉각수 배관이 제3 방향전환밸브(234)에 연결되고, 제3 방향전환밸브(234)의 상측에 제3 연결라인(223)이 연결되어 배터리(237)와 제3 연결라인(223)이 병렬로 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 제2 방향전환밸브(238)는 3개의 냉각수라인들이 서로 연결되거나 차단된 상태를 조절할 수 있는 3방향의 방향전환밸브가 될 수 있다.
그리고 공조장치(180)는 공기를 송풍시킬 수 있도록 일측에 송풍기가 설치되어 있으며, 공조장치(180)의 내부에는 온도조절도어가 설치될 수 있다. 또한, 공조장치(180) 내에 배치된 증발기(151) 및 히터코어(213)는 온도조절도어의 작동에 따라 송풍기에서 토출된 공기가 증발기(151)만을 거친 후 실내로 유입되도록 하거나, 증발기(151)를 거친 후 히터코어(213)를 통과하여 실내로 유입될 수 있도록 배치 및 구성될 수 있다.
도 7은 도 6의 냉방모드시 차량용 히트펌프 시스템의 동작상태를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 냉매 순환라인(100)에서는 압축기(100)가 작동하여 압축기(100)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(100)에서 토출된 냉매는 응축기(120)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다. 이어서 수랭식 응축기(120)에서 냉각되어 응축된 냉매는 이후 냉매분기부(101)에서 제1 팽창밸브(150)를 통과하면서 교축되어 냉매가 팽창되며, 이후 팽창된 냉매는 증발기(151)를 거치면서 2차 냉방라인(250)의 냉각수와 열교환되어, 냉매에 의해 2차 냉방라인(250)의 냉각수가 냉각된다.
그리고 증발기(151)에서 증발된 냉매는 내부열교환기(152)를 거치며 제1 팽창밸브(150)로 유입되기 전의 냉매와 열교환된 후 어큐뮬레이터(170)를 거쳐 다시 압축기(100)로 유입된다.
이때, 냉매분기부(101)에서 분기되는 제2 냉매라인(100b)은 제2 팽창밸브(160)가 폐쇄되어 냉매가 이동하지 않을 수 있다.
또한, 2차 냉방라인(250)에서는 제4 펌프(251)의 작동에 의해 냉각수가 순환된다. 그리고 냉각수가 캐빈 쿨러(252)를 통과하면서 공조장치(180)의 송풍기에 의해 송풍되는 공기와 열교환되면서 공기가 냉각되어, 냉각된 공기를 차량의 실내로 공급하여 실내 냉방이 이루어진다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1 펌프(211), 제2 펌프(239) 및 제3 펌프(236)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수에 의해 응축기(120)를 통과하는 냉매, 전장부품(231) 및 배터리(237)가 냉각될 수 있으며, 가열된 냉각수는 전장용 라디에이터(233)에서 냉각팬(233a)의 작동에 의해 외부 공기와 열교환되어 냉각될 수 있다.
이때, 제1 방향전환밸브(214) 및 제2 방향전환밸브(238)는 난방라인(210)과 냉각라인(230)을 연결하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1 방향전환밸브(214)는 상측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2 방향전환밸브(238)는 좌측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 우측은 연결이 차단될 수 있다. 또한, 제3 방향전환밸브(234)는 상측과 우측이 서로 연결되어 있고 좌측은 차단되어 있을 수 있다.
그리하여 냉각수는 전장용 라디에이터(233)에서부터 제2 방향전환밸브(238), 제2 펌프(239), 제1 방향전환밸브(214), 응축기(120), 제1 펌프(211), 냉각수히터(212), 히터코어(213), 제1 방향전환밸브(214), 전장부품(231), 제2 냉각수 조인트(232)를 차례대로 거쳐 다시 전장용 라디에이터(233)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다.
제2 방향전환밸브(238)에 의해 제2 방향전환밸브(238)에서부터 제1 냉각수 조인트(235)까지에는 냉각수가 흐르지 않으며, 제3 방향전환밸브(234)에 의해 제3 방향전환밸브(234)에서부터 제2 냉각수 조인트(232)까지는 냉각수가 흐르지 않을 수 있다.
도 8은 도 6의 난방모드시 차량용 히트펌프 시스템의 동작상태를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 난방모드의 경우, 냉매 순환라인(100)에서는 압축기(100)가 작동하여 압축기(100)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 그리고 압축기(100)에서 토출된 냉매는 응축기(120)에서 냉각수와 열교환되어 냉각된다.
제1 팽창밸브(150)는 폐쇄되어 냉매가 내부열교환기(152)와 증발기(151)가 배치되는 제1 냉매라인(100a)을 통과하지 않으며, 냉매는 냉매분기부(101)를 지나 제3 팽창밸브를 통과하여 칠러(161)로 유입되며, 칠러(161)에서는 냉매와 냉각수가 열교환되어 냉매가 가열될 수 있다.
칠러(161)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(170)를 거쳐 다시 압축기(100)로 유입된다.
또한, 2차 냉방라인(250)에서는 제4 펌프(251)가 작동되지 않아, 2차 냉방라인(250)에 냉각수가 흐르지 않을 수 있다.
한편, 냉각수 순환라인(200)의 냉각수는 제1 펌프(211), 제2 펌프(239) 및 제3 펌프(236)의 작동에 의해 순환된다. 그리고 냉각수는 응축기(120)를 통과하면서 가열되고, 냉각수히터(212)에 의해 가열되며, 전장부품(231) 및 배터리(237)의 열로 가열될 수 있으며, 칠러(161)를 통과하면서 냉각될 수 있다.
이때, 제1 방향전환밸브(214) 및 제2 방향전환밸브(238)는 난방라인(210)과 냉각라인(230)을 분리하는 방향으로 조절될 수 있다. 보다 상세하게는 제1 방향전환밸브(214)는 상측과 우측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 하측과 좌측이 서로 연결되어 냉각수가 유통될 수 있다. 그리고 제2 방향전환밸브(238)는 우측과 하측이 서로 연결되어 냉각수가 유통되고 좌측은 연결이 차단될 수 있다.
그리하여 난방라인(210)의 냉각수는 제1 펌프(211), 냉각수히터(212), 히터코어(213), 제1 방향전환밸브(214), 응축기(120)를 차례대로 거쳐 다시 제1 펌프(211)로 유입되어 순환되는 사이클이 반복된다.
그리고 난방라인(210)과 분리된 냉각라인(230)의 냉각수는 제2 펌프(239)에서부터 제1 방향전환밸브(214), 전장부품(231), 제2 냉각수 조인트(232), 제3 방향전환밸브(234)로 이동하며, 제3 방향전환밸브(234)는 상측과 좌우측이 모두 연결될 수 있다.
제3 펌프(236)를 통해 순환되는 냉매는 배터리(237)를 거쳐 제3 방향전환밸브(234)로 이동하며, 전장부품(231)을 통과한 냉매와 합류되어 칠러(161)측으로 이동하게 된다. 칠러(161)에서 냉각된 냉각수는 제1 냉각수 조인트(235)에서 분기되어 이동하게 된다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 냉매 시스템 모듈 10 : 제1 배관
20 : 제2 배관 30 : 제3 배관
40 : 제4 배관 50 : 베이스 플레이트
100 : 냉매 순환라인 100a : 제1 냉매라인
100b : 제2 냉매라인 101 : 냉매분기부
110 : 압축기 111 : 출구
112 : 입구 120 : 응축기
150 : 제1 팽창밸브 151 : 증발기
151a : 제1 냉매 유출구 151b : 제1 냉매 유입구
151c : 제1-1 냉매 유입구 151d : 제1-1 냉매 유출구
151e : 제1 냉각수 유입구 151f : 제1 냉각수 유출구
152 : 내부열교환기 160 : 제2 팽창밸브
161 : 칠러 161a : 제2 냉매 유출구
161b : 제2 냉매 유입구 161c : 제2 냉각수 유입구
161d : 제2 냉각수 유출구
170 : 어큐뮬레이터 180 : 공조장치
200 : 냉각수 순환라인 210 : 난방라인
211 : 제1 펌프 212 : 냉각수히터
213 : 히터코어 214 : 제1 방향전환밸브
221 : 제1 연결라인 222 : 제2 연결라인
223 : 제3 연결라인 230 : 냉각라인
231 : 전장부품 232 ; 제2 냉각수조인트
233 : 라디에이터 233a : 냉각팬
234 : 제3 방향전환밸브 235 : 제1 냉각수조인트
236 : 제3 펌프 237 : 배터리
238 : 제2 방향전환밸브 239 : 제2 펌프
250 : 2차 냉방라인 251 : 제4 펌프
252 : 캐빈 쿨러 S1 : 제1 영역
S2 : 제2 영역

Claims (12)

  1. 압축기, 응축기, 증발기, 칠러 및 어큐뮬레이터를 순환하는 냉매를 이용하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈에 있어서,
    상기 냉매 시스템 모듈은
    상기 압축기의 출구측이 존재하는 제1 영역과 상기 압축기의 입구측이 존재하는 제2 영역으로 구획되며,
    상기 제1 영역에는 상기 응축기와 상기 어큐뮬레이터가 배치되며,
    상기 제2 영역에는 상기 칠러와 상기 증발기가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터는 상기 응축기와 상기 압축기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터에는 냉매가 유입되는 제3 배관 및 냉매가 유출되는 제4 배관이 연결되며, 상기 제4 배관은 상기 제3 배관보다 상기 압축기에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 증발기는 상기 칠러와 상기 압축기 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 증발기 내부에는 내부 열교환기가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 응축기, 상기 증발기 및 상기 칠러는 냉각수가 수직으로 이동하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 증발기는 제1 냉각수 유입구와 제1 냉각수 유출구, 제1 냉매 유입구와 제1 냉매 유출구를 구비하되,
    상기 제1 냉매 유입구와 상기 제1 냉매 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 내측을 향하도록, 상기 제1 냉각수 유입구 및 상기 제1 냉각수 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 외측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 증발기는 상기 내부 열교환기로 냉매가 유입되는 제1-1 냉매 유입구와 제1-1 냉매 유출구를 구비하며,
    상기 제1-1 냉매 유입구와 상기 제1-1 냉매 유출구는 상기 제1 냉매 유입구와 상기 제1 냉매 유출구와 동일한 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 냉매 유입구와 상기 제1 냉매 유출구를 이동하는 냉매와 상기 제1-1 냉매 유입구와 상기 제1-1 냉매 유출구를 이동하는 냉매는 서로 반대방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 증발기의 제1 냉매 유입구에는 상기 증발기의 길이방향으로 배치되는 제1 팽창밸브가 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 칠러는 제2 냉각수 유입구와 제2 냉각수 유출구, 제2 냉매 유입구와 제2 냉매 유출구를 구비하되,
    상기 제2 냉매 유입구와 상기 제2 냉매 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 내측을 향하도록, 상기 제2 냉각수 유입구 및 상기 제2 냉각수 유출구는 상기 냉매 시스템 모듈의 외측을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 냉매 유입구에는 상기 칠러의 길이방향으로 배치되는 제2 팽창밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈.
KR1020200003273A 2020-01-09 2020-01-09 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈 KR102665060B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200003273A KR102665060B1 (ko) 2020-01-09 2020-01-09 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200003273A KR102665060B1 (ko) 2020-01-09 2020-01-09 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210090004A KR20210090004A (ko) 2021-07-19
KR102665060B1 true KR102665060B1 (ko) 2024-05-13

Family

ID=77126067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200003273A KR102665060B1 (ko) 2020-01-09 2020-01-09 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102665060B1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230097728A (ko) * 2021-12-24 2023-07-03 한온시스템 주식회사 차량용 열교환 모듈
WO2023218834A1 (ja) * 2022-05-13 2023-11-16 株式会社デンソー 圧縮機モジュール
KR20240085546A (ko) * 2022-12-08 2024-06-17 한온시스템 주식회사 차량용 열관리 유체 모듈
JP2024089415A (ja) * 2022-12-21 2024-07-03 サンデン株式会社 冷媒ユニット
JP2024089414A (ja) * 2022-12-21 2024-07-03 サンデン株式会社 冷媒ユニット
WO2024203316A1 (ja) * 2023-03-31 2024-10-03 株式会社デンソー ヒートポンプモジュール

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130283838A1 (en) 2011-02-17 2013-10-31 Delphi Technologies, Inc. Unitary heat pump air conditioner

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08183326A (ja) * 1994-11-02 1996-07-16 Nippondenso Co Ltd 車両用空気調和装置
KR100807753B1 (ko) * 2002-05-06 2008-02-28 한라공조주식회사 증발기 및 히터코어 일체형 열교환기 및 이것을 이용한자동차 공조장치
BRPI0705494A2 (pt) * 2007-10-30 2009-06-23 Whirlpool Sa sistema de climatização de cabine veicular e módulo contendo o sistema
KR101810674B1 (ko) * 2016-05-27 2017-12-21 (주)코리아씰테크 반만액식 증발기가 구비된 선박용 냉동장치
KR102563431B1 (ko) * 2017-12-08 2023-08-03 현대자동차 주식회사 차량의 ce 모듈용 커버장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130283838A1 (en) 2011-02-17 2013-10-31 Delphi Technologies, Inc. Unitary heat pump air conditioner

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210090004A (ko) 2021-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102665060B1 (ko) 차량용 히트펌프의 냉매 시스템 모듈
KR102619018B1 (ko) 열관리 시스템
KR102598398B1 (ko) 열관리 시스템
KR20210026705A (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR20210021728A (ko) 차량용 히트펌프 시스템
US11949078B2 (en) Heat management system
KR102598394B1 (ko) 열관리 시스템
KR20190016710A (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR102512008B1 (ko) 열관리 시스템
KR20210003002A (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR102280621B1 (ko) 차량용 배터리의 열관리 시스템
US20240351394A1 (en) Vehicle heat pump system
CN112041180A (zh) 热管理系统
KR102721708B1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR20220106453A (ko) 냉각수 공급 제어 모듈 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
KR20210002848A (ko) 공조 시스템
KR20220070797A (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR20210070066A (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR102728390B1 (ko) 열교환기 및 이를 이용하는 히트펌프 시스템
KR20200144801A (ko) 공조 시스템
KR20200138455A (ko) 공조 시스템
KR20200143787A (ko) 공조 시스템
CN112888584B (zh) 热管理系统
KR20210087327A (ko) 차량용 히트펌프 시스템
US20240208298A1 (en) Cooling/heating vapor injection system and vapor injection system module used therein

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant