KR20200053725A - 차량용 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 냉매가 순환하는 냉매순환라인에 압축기와, 실내컨덴서와, 실외컨덴서와, 증발기가 연결되는 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 냉매순환라인에 제1바이패스라인과 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, 난방모드 시에는 실내컨덴서를 통과한 냉매가 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인을 통해 전장부의 폐열을 회수함과 더불어 제2바이패스라인을 통한 배터리 칠러의 폐열을 회수하면서 배터리를 냉각하고, 냉방모드 시에는 실외컨덴서를 통과한 냉매가 냉매순환라인을 통해 배터리 칠러 및 증발기로 순환되게 하면서 배터리를 냉각하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

차량용 냉난방 시스템{Cooling and heating system for vehicle}

본 발명은 차량의 실내를 냉방 또는 난방할 수 있게 하는 차량용 냉난방 시스템에 관한 것이다.

차량용 공조장치는 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방 시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방 시스템은, 증발기의 외부로 통과하는 공기와 증발기 내부로 흐르는 냉매를 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.

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.

이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일 예가 도 1에 도시되어 있다.

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.

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 1처럼 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.

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.

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.

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.

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.

그러나, 상기 종래의 히트펌프 시스템은, 상기 실외열교환기의 착상이나 외기온도 조건에 따라 냉매가 상기 실외열교환기를 바이패스하고 열원으로 차량 전장품의 폐열만을 사용하게 되는데, 이때 상기 전장품의 폐열 회수량이 충분하지 않아 난방성능이 저하되는 문제가 있다.

또한, 상기 종래의 히트펌프 시스템은, 냉난방모드만 수행할 뿐 차량 배터리의 열교환 기능이 없어 배터리 냉각을 위해 별도의 장치를 구성해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은, 난방모드 시에는 전장부의 폐열과 실외 컨덴서에 적체된 냉매 및 배터리의 폐열을 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있고, 냉방모드 및 난방모드 시 각각 배터리를 냉각하여 배터리의 열관리가 가능하도록 하는 차량용 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 냉매가 순환하는 냉매순환라인에 압축기와, 실내컨덴서와, 실외컨덴서와, 증발기가 연결되는 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 상기 냉매순환라인에 제1바이패스라인과 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, 난방모드 시에는 상기 실내컨덴서를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인을 통해 상기 전장부의 폐열을 회수함과 더불어 상기 제2바이패스라인을 통한 배터리 칠러의 폐열을 회수하면서 배터리를 냉각하고, 냉방모드 시에는 상기 실외컨덴서를 통과한 냉매가 상기 냉매순환라인을 통해 상기 배터리 칠러 및 상기 증발기로 순환되게 하면서 배터리를 냉각하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은, 전장 라디에이터와 폐열 칠러를 연결하는 제1냉각수라인과, 제1냉각수라인과 이격되게 배치되며 배터리 칠러와 배터리를 연결하는 제2냉각수라인을 설치하고, 제1, 2냉각수라인을 냉각수조절수단으로 연결하여 난방모드 시에는 전장부의 폐열과 배터리 칠러를 통해 배터리의 폐열을 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있고, 냉방모드 시에는 배터리를 냉각하여 배터리의 열관리가 가능하다.

또한, 전장 라디에이터를 통해 전장부는 물론 배터리까지 냉각할 수 있어 배터리 냉각을 위해 별도의 전장 라디에이터를 설치할 필요가 없어 원가를 절감할 수 있으며, 전장 라디에이터와 배터리 칠러 및 가열수단을 이용하여 배터리의 냉각 뿐만 아니라 가열까지 수행할수 있어 배터리의 온도를 최적으로 유지하여 배터리의 효율을 향상시킬 수 있다.

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.

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.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 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.

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.

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)을 구비하며, 제3바이패스라인(R3)에는 폐열 칠러(150)가 설치되고, 제2바이패스라인(R2)에는 배터리 칠러(160)를 연결 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.

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.

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 제3바이패스라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)를 통과한 냉매를 흡입, 압축하여 상기 실내컨덴서(120)로 공급하게 된다.

아울러, 상기 압축기(110)는 난방모드 상태에서 제습모드 시에는, 제3바이패스라인(R3) 상의 폐열 칠러(150)에서 배출되는 냉매와 상기 냉매순환라인(R)를 순환 후 상기 증발기(140)에서 배출되는 냉매를 흡입, 압축하여 상기 실내컨덴서(120)로 공급하게 된다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 전장부의 폐열은 물론 상기 배터리(B)의 폐열까지 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있다.

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.

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)는 냉각수조절수단(170)에 의해 연결된다.

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)이 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.

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)와, 배터리(B)와, 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.

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.

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 시에는 냉각수가 배터리 칠러(160)를 순환되게 하면서 배터리(B)를 냉각하여 배터리(B)의 열관리가 가능하도록 한다. 더불어, 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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, 상기 냉매방향전환밸브(220)는 삼방밸브로 이루어지는 것이 바람직하다.

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.

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.

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.

도 6은 난방모드 상태에서 제습모드 시이며, 냉각수의 흐름을 살펴보면 제1냉각수라인(W1)의 전장부에서 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.

도 7은 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시이며, 제1냉각수라인(W1)의 폐열 칠러(150)에서 가열된 냉각수와 상기 제2냉각수라인(W2)의 배터리 칠러(160)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.

도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 냉난방 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

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) 및, 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 탱크(RT)와 전장부를 순환하도록 냉각수조절수단(170)이 제어하게 된다.

도 4는 냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시이며, 냉매의 흐름은 제1솔레노이드밸브(181)를 개방시킨 상태에서 냉매가 압축기(110)와, 실내컨덴서(120)를 거친 후, 냉매방향전환밸브(220)에 의해 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.

도 5는 난방모드 시이며, 난방모드 시 냉매의 흐름은 제1솔레노이드밸브(181)가 폐쇄된 상태로 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 순환하면서 차 실내의 난방을 수행하게 된다. 난방모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 제1냉각수라인(W1)의 전장부에서 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.

도 6은 난방모드 상태에서 제습모드 시이며, 냉매의 흐름을 살펴보면 제1솔레노이드밸브(181)가 개방된 상태로 냉매가 압축기(110)와, 실내컨덴서(120)를 거친 후, 냉매방향전환밸브(220)에 의해 일부의 냉매는 제1바이패스라인(R1)과 제3바이패스라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)와, 압축기(110)로 순환하고, 다른 일부의 냉매는 증발기(140)를 거쳐 압축기(110)로 순환하면서 차 실내의 난방을 수행하게 된다. 난방모드 상태에서 제습모드 시, 냉각수의 흐름을 살펴보면 제1냉각수라인(W1)의 전장부에서 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.

도 7은 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시이며, 냉매의 흐름을 살펴보면 제1솔레노이드밸브(181)가 폐쇄된 상태로 냉매가 압축기(110)와, 실내컨덴서(120)를 거친 후, 냉매방향전환밸브(220)에서 일부의 냉매는 제1바이패스라인(R1) 및 제3바이패스라인(R3)을 통해 폐열 칠러(150)와, 압축기(110)로 순환하고, 일부의 냉매는 제2바이패스라인(R2)를 통해 배터리 칠러(160)를 거쳐 압축기(110)로 순환하면서 차 실내의 난방을 수행하게 된다. 난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 냉각수의 흐름을 살펴보면 제1냉각수라인(W1)의 전장부에서 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)을 제어하며, 전장 라디에이터(132)로 냉각수가 순환하지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.

따라서, 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, 제1, 2냉각수라인(W1,W2)을 냉각수조절수단(170)으로 연결하여 난방모드 시에는 전장부의 폐열과 배터리 칠러(160)를 통해 배터리(B)의 폐열을 이용할 수 있어 난방성능을 향상시킬 수 있고, 냉방모드 시에는 배터리(B)를 냉각하여 배터리의 열관리가 가능하다.

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 수행할 수 있어 배터리(B)의 온도를 최적으로 유지하여 배터리의 효율을 향상시킬 수 있다.

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.

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 : 가열수단

Claims (16)

1. 냉매가 순환하는 냉매순환라인에 압축기와, 실내컨덴서와, 실외컨덴서와, 증발기가 연결되는 차량용 냉난방 시스템에 있어서,
   상기 냉매순환라인에 제1바이패스라인과 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,
   난방모드 시에는 상기 실내컨덴서를 통과한 냉매가 상기 제1바이패스라인 및 제3바이패스라인을 통해 상기 전장부의 폐열을 회수함과 더불어 상기 제2바이패스라인을 통한 배터리 칠러의 폐열을 회수하면서 배터리를 냉각하고, 배터리를 냉각하고, 냉방모드 시에는 상기 실외컨덴서를 통과한 냉매가 상기 냉매순환라인을 통해 상기 배터리 칠러 및 상기 증발기로 순환되게 하면서 배터리를 냉각하는 차량용 냉난방 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   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.
3. 청구항 2에 있어서,
   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.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1냉각수라인에는 냉각수를 저장하는 리저버 탱크가 설치되고, 상기 연결라인에는 냉각수를 순환시키는 제1펌프가 설치되며, 상기 제2냉각수라인에는 냉각수를 순환시키는 제2펌프가 설치되는 차량용 냉난방 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   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.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2냉각수라인에는 상기 배터리로 순환하는 냉각수를 가열하는 가열수단을 더 설치하는 차량용 냉난방 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,
   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.
8. 청구항 1에 있어서,
   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.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉매순환라인 상에는 상기 실외컨덴서를 통과하여 상기 증발기로 공급되는 냉매와 상기 증발기를 통과하여 상기 압축기로 공급되는 냉매를 서로 열교환시키는 내부열교환기가 설치되는 차량용 냉난방 시스템.
10. 청구항 1에 있어서,
    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.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1바이패스라인은 상기 실내컨덴서와 상기 실외컨덴서의 사이의 냉매순환라인에서 분기되며,
    상기 제3바이패스라인은 상기 실외컨덴서와 상기 증발기 사이의 냉매순환라인에서 분기되고,
    상기 제1바이패스라인은 상기 제3바이패스라인을 통해 상기 폐열 칠러와 연결되어 상기 실내컨덴서를 통과한 냉매가 상기 실외컨덴서를 바이패스하도록 설치하고,
    상기 냉매순환라인과 상기 제1바이패스라인의 분기지점에는 냉매방향전환밸브를 설치하며,
    상기 냉매순환라인 상의 상기 증발기의 전단에는 제1솔레노이드밸브를 설치하는 차량용 냉난방 시스템.
12. 청구항 11에 있어서,
    냉방모드 시, 상기 제1솔레노이드밸브가 개방된 상태에서 상기 냉매방향전환밸브는 냉매를 상기 실외컨덴서로 이동되게 하고, 상기 제3바이패스라인에 설치되는 제1전자변과 상기 제2바이패스라인에 설치되는 제2전자변은 폐쇄하도록 제어되는 차량용 냉난방 시스템.
13. 청구항 11에 있어서,
    냉방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 상기 제1솔레노이드밸브가 개방된 상태에서 상기 냉매방향전환밸브는 냉매를 상기 실외컨덴서로 이동되게 하고, 상기 제3바이패스라인에 설치되는 제1전자변은 폐쇄되도록 제어되며, 상기 제2바이패스라인에 설치되는 제2전자변은 개방하도록 제어되는 차량용 냉난방 시스템.
14. 청구항 11에 있어서,
    난방모드 시, 상기 제1솔레노이드밸브가 폐쇄된 상태에서 상기 냉매방향전환밸브는 냉매를 상기 제1바이패스라인으로 이동되게 하고, 상기 제3바이패스라인에 설치되는 제1전자변은 개방되며, 상기 제2바이패스라인에 설치되는 제2전자변은 폐쇄하도록 제어되는 차량용 냉난방 시스템.
15. 청구항 11에 있어서,
    난방모드 상태에서 제습모드 시, 상기 제1솔레노이드밸브가 개방된 상태에서 냉매방향전환밸브는 냉매를 상기 제1바이패스라인으로 이동되게 하고, 상기 제3바이패스라인에 설치되는 제1전자변은 개방되며, 상기 제2바이패스라인에 설치되는 제2전자변은 폐쇄되는 차량용 냉난방 시스템.
16. 청구항 11에 있어서,
    난방모드 상태에서 배터리 냉각모드 시, 상기 제1솔레노이드밸브는 폐쇄되고, 상기 냉매방향전환밸브는 냉매를 상기 제1바이패스라인으로 이동되게 하고, 상기 제3바이패스라인에 설치되는 제1전자변과 상기 제2바이패스라인에 설치되는 제2전자변은 개방되는 차량용 냉난방 시스템.

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