KR20100034486A - 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 차량에서 배터리 모듈과의 열교환을 통해 가열되어 차량의 외부로 방출되는 냉각공기의 폐열을 이용하여 냉난방장치의 냉매를 가열하여 에너지 효율을 향상시키고 차량의 연비의 연비를 개선할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치를 제공하기 위해, 배터리 모듈을 냉각한 냉각공기를 냉매와 열교환시켜 상기 냉매를 가열하는 열교환기가 구비된다.

열교환기, 냉매, 배터리, 압축기, 증발기, 응축기

Description

하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치{Cooling and heating device using exhaust heat in hybrid vehicle}

본 발명은 하이브리드 차량의 냉난방장치에 관한 것으로, 특히 하이브리드 차량에서 배터리 모듈을 냉각한 다음에 외부로 배출되는 냉각공기의 폐열을 이용하여 에너지 효율을 향상시키도록 한 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.

종래 내연기관과 전기모터를 조합한 하이브리드 시스템이라 일컬어지는 파워 트레인을 탑재한 차량이 개발되어 실용화되고 있는 데, 이러한 하이브리드 차량 혹은 하이브리드 전기차량에서는 주행중에 전기모터를 구동하기 위한 배터리를 사용하고, 상기 배터리는 발열을 수반하는 화학반응에 의해 방전과 충전이 행해짐에 따라 적절한 냉각이 필요하게 된다.

상기 배터리를 냉각하기 위한 종래의 배터리 냉각시스템은 저온의 차량 외부의 공기를 배터리 모듈로 강제적으로 흡입하여 배터리 모듈과 열교환시켜 배터리 모듈을 냉각한 이후에 가열된 냉각공기를 차량의 외부로 배출하는 구조로 이루어진다.

그런데 상기와 같이 배터리 모듈을 냉각한 가열된 공기를 적절히 활용하지 않고 차량의 외부로 그대로 방출함에 따라 에너지 효율이 저하되고, 상기와 같이 가열된 냉각공기의 폐열을 적절히 이용하여 에너지 낭비를 방지하는 데에 관심이 대두대고 있다.

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 안출된 것으로, 하이브리드 차량에서 배터리 모듈과의 열교환을 통해 가열되어 차량의 외부로 방출되는 냉각공기의 폐열을 이용하여 냉난방장치의 냉매를 가열하여 에너지 효율을 향상시키고 차량의 연비의 연비를 개선할 수 있도록 한 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배터리 모듈을 냉각한 냉각공기를 냉매와 열교환시켜 상기 냉매를 가열하는 열교환기가 구비된다.

바람직하기로는 상기 열교환기는 배터리 모듈을 냉각하는 냉각시스템의 냉각공기 토출구 부근에 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 열교환기는 냉매의 입구와 출구, 냉매의 유동통로 및 다수개의 방열핀을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 열교환기에서 가열된 냉매를 응축기와 팽창밸브 및 증발기로 유동되게 하는 냉방모드와, 상기 증발기로 직접 유입되게 하는 난방모드로 방향전환하기 위 해 상기 열교환기와 응축기 사이에는 방향전환밸브가 설치되고, 상기 방향전환밸브는 엔진제어유니트의 제어신호를 인가받아 작동되는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진제어유니트는 차실 내부 및 외부의 공기 온도와 엔진의 정지 여부를 판단하여 상기 방향전환밸브의 유로를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 엔진제어유니트는 소정 기간의 주기로 상기 열교환기에 의해 가열된 냉매를 상기 증발기로 유입되게 하여 상기 증발기를 건조시키도록 상기 방향전환밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치에 의하면, 압축기와 응축기 사이의 냉매유동관로에 배터리 모듈을 냉각한 가열된 공기를 냉매와 열교환시키는 열교환기가 구비되어, 이 열교환기에 의해 냉매가 고온 및 고압으로 상 전환된 상태로 응축기로 유입됨에 따라 냉매를 고온 및 고압으로 압축하기 위한 압축기의 부담을 줄여서 저용량의 압축펌프를 압축기로 사용할 수 있으므로, 차량의 연비와 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 저용량의 압축기를 사용함으로 인해 압축기의 작동 소음을 줄여서 차량의 NVH 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진룸의 레이아웃도 그만큼 향상된다.

또한 하이브리드 차량이 엔진이 정지되고 전기모터로 구동될 경우에 상기 열교환기에 의해 가열된 냉매를 증발기로 직접 유입시켜 차실 내부의 공기와 열교환하여 실내 공기를 가열하도록 함으로써 동절기에 별도의 히터를 사용할 필요가 없어서 차량의 중량 및 원가 절감을 도모할 수 있고, 배터리 모듈의 냉각공기 출구에 열교환기를 설치하여 냉각공기와 냉매가 열교환되도록 함에 따라 배터리 모듈의 냉각성능이 향상되며, 증발기에 주기적으로 가열된 냉매를 공급하여 증발기를 건조시킴으로써 에어컨의 불쾌한 냄새를 제거하여 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 냉난방장치의 구조가 도시되어 있는 바, 즉 냉매를 압축하는 압축펌프로 이루어지는 압축기(1)의 냉매 출구에 열교환기(2)의 입구가 연결되고, 이 열교환기에서 열교환되어 가열된 상태로 배출되는 냉매 출구에 방향전환밸브(3)의 입구가 연결된다.

상기 방향전환밸브(3)에는 2개의 출구가 형성되는 데, 제1출구는 냉매를 응축시키는 응축기(4)의 입구와 연결되고, 상기 응축기(4)에서 응축된 냉매의 출구는 팽창밸브(5)의 입구와 연결되며, 이 팽창밸브(5)에서 저온 저압의 상태로 팽창된 냉매의 출구는 증발기(6)의 입구와 연결된다.

상기 증발기(6)는 차실 내부의 공기와 열교환을 통해 차실 내부의 공기를 가열 혹은 냉방시키고, 상기 증발기(6)에서 주위 공기와 열교환된 냉매의 출구는 상기 압축기(1)의 입구와 연결된다.

따라서 본 발명에 따른 냉방장치는 압축기-열교환기-응축기-팽창밸브-증발기-압축기의 순서로 냉매를 순환시킨다.

상기와 같이 압축기(1)에서 압축된 냉매를 열교환기(2)에서 재차 가열함에 따라 압축기(1)의 부담을 줄여줄 수 있으므로, 상기 압축기(1)를 저용량의 압축펌프로 대체할 수 있어서 차량의 연비와 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 압축기의 작동 소음을 줄여서 차량의 NVH 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔진룸의 레이아웃도 그만큼 향상된다.

상기 열교환기(2)는 기존의 배터리 모듈 냉각시스템에서 배터리 모듈을 냉각한 공기가 토출되는 토출구 주위에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 열교환기(2)는 기히 공지된 형태의 열교환기를 사용할 수 있는 데, 바람직하기로는 도 2에 도시한 바와 같이 냉매 입구(2a)와 출구(2b)를 구비한 하우징의 내부에 다수개의 냉매통로가 형성되고, 상기 냉매통로를 통해 유동하는 냉매가 주위 공기와 활발하게 열교환할 수 있도록 각 냉매통로에는 다수개의 방열핀(2c)이 갖추어진 형태이다.

상기와 같이 열교환기가 배터리 모듈의 냉각시스템의 냉각공기 토출구 부근에 설치됨에 따라 배터리 모듈과의 열교환을 통해 배터리 모듈을 냉각하여 가열된 냉각공기가 다시 열교환기를 흐르는 냉매와의 열교환을 통해 다시 냉각되어 차량의 외부로 방출되는 반면에 상기 열교환기를 흐르는 냉매는 냉각공기와의 열교환으로 가열된 상태로 응축기(4)로 유입된다.

한편 상기 방향전환밸브(3)의 냉매 제2출구는 상기 증발기(6)의 냉매 입구와 직접 연결된다.

이는 상기 방향전환밸브가 엔진제어유니트(ECU)의 제어신호를 인가받아 냉매의 유도를 전환시키도록 작동되면, 열교환기(2)에 의해 가열된 냉매가 직접 증발 기(6)로 유입되고, 증발기는 가열된 냉매와 차실 내부의 공기를 서로 열교환시켜 차실 내부의 공기를 가열하게 됨으로써 난방기능을 구현하게 된다.

즉 상기 엔진제어유니트는 초기에는 상기 냉방모드가 작동되게 상기 방향전환밸브(3)를 제어하지만, 엔진의 정지 여부와 차실 외부의 외기 온도, 차실 내부의 내기 온도 및 증발기의 건조시기를 검출하고, 엔진이 정지된 상태에서 외기 온도가 낮고, 차실 내부의 온도가 낮아서 난방모드로의 전환이 필요하다고 판단될 경우에 상기 방향전환밸브에 제어신호를 인가하여 난방모드로 전환되게 한다.

그리고 상기 증발기의 건조가 필요하다고 판단될 경우에, 예컨대 2달에 1번 정도로 5분 동안에 난방모드로 전환하여 가열된 냉매로 증발기를 건조시켜 에어컨의 가동시에 증발기의 불쾌한 냄새를 적절히 제거하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치의 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 열교환기의 정면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-압축기 2-열교환기

3-방향전환밸브 4-응축기

5-팽창밸브 6-증발기

Claims (6)

1. 배터리 모듈을 냉각한 냉각공기를 냉매와 열교환시켜 냉매를 가열하는 열교환기가 구비된 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환기는 배터리 모듈을 냉각하는 냉각시스템의 냉각공기 토출구 부근에 설치된 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환기는 냉매의 입구와 출구, 냉매의 유동통로 및 다수개의 방열핀을 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환기에서 가열된 냉매를 응축기와 팽창밸브 및 증발기로 유동되게 하는 냉방모드와, 상기 증발기로 직접 유입되게 하는 난방모드로 방향전환하기 위해 상기 열교환기와 응축기 사이에는 방향전환밸브가 설치되고, 상기 방향전환밸브는 엔진제어유니트의 제어신호를 인가받아 작동되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 엔진제어유니트는 차실 내부 및 외부의 공기 온도 와 엔진의 정지 여부를 판단하여 상기 방향전환밸브의 유로를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 엔진제어유니트는 소정 기간의 주기로 상기 열교환기에 의해 가열된 냉매를 상기 증발기로 유입되게 하여 상기 증발기를 건조시키도록 상기 방향전환밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 차량의 폐열을 이용한 냉난방장치.

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