WO2021133134A1 - 차량의 열관리 시스템 - Google Patents

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WO2021133134A1
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cooling water
circulation line
heat exchanger
vehicle
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이준민
김철희
윤선웅
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한온시스템 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a thermal management system for a vehicle, and more particularly, by effectively managing the flow path and thermal energy of a refrigerant and coolant through a refrigerant-cooling water chiller and refrigerant and coolant flow control, cooling and heating without separate energy consumption
  • the present invention relates to a thermal management system for a vehicle that can improve performance and, through this, can simultaneously improve cooling and heating performance of a vehicle interior and improve fuel efficiency of the vehicle.
  • an eco-friendly vehicle there are an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle (hereinafter, collectively referred to as a “vehicle”), and the like.
  • Such vehicles are equipped with various thermal management devices.
  • a water-cooled cooling device 30 for cooling electrical components such as component modules and the like are shown in FIG. 1 .
  • the air conditioner 10 is a heat pump type, and includes a refrigerant circulation line 12, and the refrigerant circulation line 12 includes a compressor 12a, a high-pressure side indoor heat exchanger 12b, and A variable expansion valve 12c for a heat pump mode, an outdoor heat exchanger 12d, a variable expansion valve 12e for an air conditioner mode, and a low-pressure side indoor heat exchanger 12f are provided.
  • the refrigerant circulation line 12 opens the variable expansion valve 12c for the heat pump mode in the air conditioner mode, so that the refrigerant therein is reduced in pressure and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode. It is allowed to circulate without being damaged, and through this refrigerant circulation, low-temperature cold air is generated in the low-pressure side indoor heat exchanger 12f, and the generated cold air is supplied to the inside of the vehicle for cooling.
  • the variable expansion valve 12c for the heat pump mode by turning on the variable expansion valve 12c for the heat pump mode, the refrigerant inside can be circulated while being decompressed and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode.
  • the high-temperature heat is generated in the high-pressure-side indoor heat exchanger 12b through this refrigerant circulation, and the generated heat is supplied to the inside of the vehicle to heat it.
  • the water-cooled cooling device 30 is a water-cooled cooling device that uses the refrigerant of the air conditioner 10 to cool a specific object to be cooled 20 , for example, a battery, and introduces and expands the refrigerant of the air conditioner 10 .
  • a chiller 34 for generating cold air by introducing the refrigerant of the expansion valve 32 for a water-cooled cooling device, and a specific cooling target 20 for the cool air generated from the chiller 34 for example, includes a cooling water circulation line 36 for delivering to electrical components such as batteries.
  • the cooling water circulation line 36 circulates cooling water between the chiller 34 and the specific cooling object 20 . Accordingly, the cold air generated by the chiller 34 is transferred to the specific cooling target 20 to cool the specific cooling target 20 .
  • the present invention has been devised to solve the conventional problems as described above, and its purpose is to effectively control and manage the flow path and thermal energy of refrigerant and coolant, thereby improving cooling and heating performance without separate energy consumption.
  • An object of the present invention is to provide a thermal management system for a vehicle.
  • Another object of the present invention is to provide a thermal management system for a vehicle that can improve cooling and heating performance in a vehicle interior and improve fuel efficiency of the vehicle at the same time by configuring it to improve cooling and heating performance without energy consumption. .
  • a thermal management system for a vehicle is a heat pump type having a compressor, a high-pressure indoor heat exchanger, an expansion valve for a heat pump mode, an outdoor heat exchanger, an expansion valve for an air conditioner mode, and a low-pressure indoor heat exchanger
  • a vehicle thermal management system comprising a refrigerant circulation line and a cooling water circulation line for circulating cooling water between a radiator and a specific cooling object, the refrigerant in the refrigerant circulation line transferred from the outdoor heat exchanger to the low-pressure side indoor heat exchanger side; , a refrigerant capable of exchanging the cooling water of the cooling water circulation line circulating the specific cooling object to each other - characterized in that it further comprises a cooling water chiller.
  • the refrigerant-cooling water chiller includes a refrigerant in the refrigerant circulation line introduced from the outdoor heat exchanger to the low-pressure side indoor heat exchanger in a cooling mode in the vehicle, and a temperature relatively lower than that of the refrigerant. It is characterized in that the cooling water of the cooling water circulation line is exchanged with each other to further lower the temperature of the refrigerant introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger.
  • variable expansion valve configured to decompress and expand the refrigerant introduced into the refrigerant-cooling water chiller when the temperature of the specific cooling object rises above a preset temperature in the cooling mode of the vehicle, and the refrigerant-cooling water It is characterized in that low-temperature cold air can be generated from the chiller, and the generated cold air can be cooled while being transferred to the specific cooling object through the cooling water of the cooling water circulation line.
  • the refrigerant-cooling water chiller includes a refrigerant in the refrigerant circulation line introduced to the compressor through the bypass line and a bypass valve in a heating mode in the vehicle, and the cooling water circulation by absorbing waste heat of the specific cooling object It is characterized in that by exchanging the cooling water of the line with each other, the refrigerant of the refrigerant circulation line introduced into the compressor can recover the waste heat of the specific cooling object.
  • a refrigerant-cooling water flow control unit controlling the refrigerant in the refrigerant circulation line to the refrigerant-cooling water chiller and the cooling water flow in the cooling water circulation line according to the air conditioning mode state.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit includes: a plurality of refrigerant circulation line side flow control valves installed in upper and downstream refrigerant circulation lines of the refrigerant-cooling water chiller with the refrigerant-cooling water chiller interposed therebetween; the bypass valve installed on the bypass line; and a cooling water circulation line side flow control valve installed in the cooling water circulation line downstream of the specific cooling object.
  • the thermal management system of a vehicle in the cooling mode of the interior of the vehicle, the high-temperature refrigerant in the refrigerant circulation line introduced to the low-pressure side indoor heat exchanger through the refrigerant-coolant chiller and the low-temperature cooling water in the cooling water circulation line are mutually exchanged.
  • the temperature of the refrigerant introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger can be further lowered, and thereby, the cooling efficiency of the low-pressure side indoor heat exchanger can be improved.
  • the low-temperature refrigerant in the refrigerant circulation line introduced into the compressor through the refrigerant-cooling water chiller and the cooling water in the cooling water circulation line that absorbs waste heat of the battery and electric component module are mutually exchanged.
  • the refrigerant introduced into the compressor can recover the waste heat of the battery and the electric component module, and through this, the refrigerant compression efficiency at the compressor side is improved and the heat pump mode efficiency can be improved. It works.
  • it is a structure that improves the cooling efficiency of the low-pressure indoor heat exchanger and the heat pump mode efficiency through effective thermal energy management of the refrigerant and coolant using the refrigerant-cooling water chiller, so that the cooling and heating performance of the interior of the vehicle can be improved without additional energy consumption. It has the potential to improve.
  • FIG. 1 is a view showing a thermal management system of a conventional vehicle
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of a thermal management system for a vehicle according to the present invention
  • FIG. 3 is an operation diagram of the thermal management system for a vehicle according to the present invention, showing a refrigerant-cooling water chiller constituting the present invention cools the refrigerant introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger in a cooling mode inside the vehicle;
  • FIG. 4 is an operation diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention.
  • a refrigerant-cooling water chiller constituting the present invention transfers waste heat of a battery and an electronic component module to a refrigerant introduced into a compressor, resulting in waste heat;
  • FIG. 5 is an operation diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, showing that the coolant of the coolant circulation line that has absorbed waste heat of the battery and electric component module is circulated toward the radiator in the heating mode inside the vehicle;
  • FIG. 6 is an operational diagram of the thermal management system for a vehicle according to the present invention, and is a view showing the refrigerant circulation structure of the refrigerant in the refrigerant circulation line and the cooling water circulation structure of the cooling water circulation line when the battery and the electric component module enter the cooling mode alone;
  • FIG. 7 is an operational diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, showing the structure of the refrigerant circulation line and the cooling water circulation structure of the cooling water circulation line when the battery and the electric component module enter the cooling mode under the condition of the cooling mode inside the vehicle; ,
  • FIG. 8 is an operational diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, illustrating a structure of a refrigerant in a refrigerant circulation line and a cooling water circulation structure in a cooling water circulation line in a heating mode in a vehicle interior;
  • FIG. 9 is an operational diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, showing the refrigerant circulation structure of the refrigerant in the refrigerant circulation line and the cooling water circulation structure of the cooling water circulation line when the outdoor heat exchanger enters the defrost mode under the heating mode condition inside the vehicle;
  • FIG. 10 is an operation diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, and is a view showing a refrigerant circulation structure of a refrigerant circulation line when entering a dehumidifying mode in a vehicle under a heating mode condition in the vehicle;
  • FIG. 11 is an operational diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, illustrating the structure of a refrigerant circulation line and a coolant circulation structure of a coolant circulation line when entering a dehumidification mode in a vehicle interior under an interior heating mode condition;
  • FIG. 12 is an operation diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, showing the structure of the refrigerant circulation line and the cooling water circulation structure of the coolant circulation line when the indoor dehumidification mode and the outdoor heat exchanger defrost mode are simultaneously entered;
  • FIG. 13 is an operation diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, and is a view showing a refrigerant circulation structure of a refrigerant circulation line when a dehumidification mode is alone in a vehicle interior;
  • FIG. 14 is an operational diagram of a vehicle thermal management system according to the present invention, illustrating the structure of a refrigerant in a refrigerant circulation line and a cooling water circulation structure in a cooling water circulation line when entering a battery and electric component module cooling mode under a dehumidifying mode condition in a vehicle interior; FIG. to be.
  • thermal management system for a vehicle will be briefly described with reference to FIG. 2 .
  • the vehicle thermal management system is a water-cooling type of an air conditioner 10 for cooling and heating the inside of a vehicle, and a specific cooling target 20 of the vehicle, for example, electric parts such as a battery 22 and an electric component module 24 . It includes a water-cooled cooling device 40 for cooling.
  • the air conditioner (10) is a heat pump type and includes a refrigerant circulation line (12), the refrigerant circulation line (12) includes a compressor (12a), a high-pressure side indoor heat exchanger (12b), and a variable heat pump mode.
  • a type expansion valve (12c), an outdoor heat exchanger (12d), a variable expansion valve (12e) for air conditioning mode, and a low pressure side indoor heat exchanger (12f) are provided.
  • the refrigerant circulation line 12 generates low-temperature cool air in the low-pressure indoor heat exchanger 12f by opening the variable expansion valve 12c for the heat pump mode in the air conditioner mode, and cools the generated cold air. It is supplied indoors and cooled.
  • the water-cooled cooling device 40 is provided with a cooling water circulation line 42 and a radiator 44, and the cooling water is supplied to the radiator 44 and a specific cooling target 20, for example, the battery 22 and the electronic component module. Cycle between (24).
  • the waste heat of the battery 22 and the electronic component module 24 is absorbed by the cooling water, the waste heat absorbed in the cooling water is radiated through the radiator 44, and the battery 22 through the heat absorption and exothermic action of the cooling water. and the electric component module 24 are cooled.
  • the refrigerant in the refrigerant circulation line 12 transferred from the outdoor heat exchanger 12d to the low-pressure indoor heat exchanger 12f and a specific cooling target 20 are provided. It further includes a refrigerant-cooling water chiller 50 capable of exchanging the cooling water of the cooling water circulation line 42 that has passed through each other.
  • the refrigerant-cooling water chiller 50 includes a first internal flow path 52 through which the refrigerant of the refrigerant circulation line 12 can be introduced and passed, and a second internal flow path 52 through which the cooling water of the cooling water circulation line 42 can be introduced and passed.
  • An internal flow path 54 is provided.
  • the first and second internal flow paths 52 and 54 are formed to correspond to each other, and the refrigerant of the refrigerant circulation line 12 transferred from the outdoor heat exchanger 12d to the low-pressure side indoor heat exchanger 12f and the cooling water The cooling water of the circulation line 42 exchanges heat with each other.
  • the high-temperature refrigerant in the refrigerant circulation line 12 transferred from the outdoor heat exchanger 12d to the low-pressure indoor heat exchanger 12f, and the refrigerant
  • the cooling water on the cooling water circulation line 42 side of a relatively low temperature is exchanged with each other.
  • the temperature of the refrigerant introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f can be lowered. Accordingly, the temperature of the refrigerant introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f is further lowered to supercool it. As a result, the cooling efficiency of the low-pressure side indoor heat exchanger 12f is improved.
  • the refrigerant-cooling water chiller 50 serves as an auxiliary condenser that once again lowers the temperature of the refrigerant whose temperature has been lowered on the side of the outdoor heat exchanger 12d in the cooling mode of the vehicle interior, and this auxiliary condenser
  • the cooling performance of the air conditioner 10 is improved according to the role of the
  • variable expansion valve 56 is installed on the upstream side of the refrigerant-cooling water chiller 50 .
  • variable expansion valve 56 depressurizes the refrigerant introduced into the refrigerant-cooling water chiller 50 when the temperature of a specific cooling object 20 , for example, the battery 22 rises above a preset temperature. , inflate
  • the refrigerant-cooling water chiller 50 can generate low-temperature cold air, and the generated cold air can be transferred to the battery 22 while being transferred to the cooling water of the cooling water circulation line 42 . This cools the battery 22 .
  • the refrigerant-bypass line capable of bypassing the refrigerant discharged from the first internal flow path 52 of the cooling water chiller 50 to the inlet side of the compressor 12a. (60) is further included.
  • bypass line 60 is a first internal flow path of the coolant-cooling water chiller 50 that exchanges heat with the coolant in the coolant circulation line 42 in the heating mode inside the vehicle. 52) side refrigerant is bypassed to the inlet side of the compressor (12a).
  • the temperature of the refrigerant on the first internal flow path 52 side of the refrigerant-cooling water chiller 50 increases in the second interior that absorbs the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 . Since the temperature of the coolant on the coolant circulation line 42 side of the flow passage 54 is maintained lower than that of the coolant, in the coolant-cooling water chiller 50 , the coolant in the first internal flow passage 52 absorbs the coolant waste heat in the second internal flow passage 54 . In this way, the refrigerant that has absorbed waste heat of the cooling water is bypassed to the inlet side of the compressor 12a.
  • the refrigerant that has absorbed waste heat of the cooling water returns to the compressor 12a as the temperature rises, thereby increasing the refrigerant compression efficiency at the compressor 12a side and improving the heat pump mode efficiency.
  • bypass line 60 and the refrigerant-cooling water chiller 50 return the refrigerant from the outdoor heat exchanger 12d side to the compressor 12a side in the heating mode in the vehicle, but with the battery 22 and It is possible to be heated while recovering waste heat generated by the electric component module 24 , and the heated refrigerant increases the efficiency of the heat pump mode of the air conditioner 10 to improve the heating performance of the interior of the vehicle.
  • bypass line 60 is, as shown in FIG. 6 , the refrigerant-cooling water chiller 50 heat-exchanged with the cooling water of the cooling water circulation line 42 when the specific cooling object 20 enters the cooling mode alone. ), the refrigerant on the side of the first internal flow path 52 is also bypassed to the inlet side of the compressor 12a.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 is installed in the refrigerant circulation line 12 of the refrigerant-cooling water chiller 50 with the refrigerant-cooling water chiller 50 interposed therebetween.
  • the refrigerant in the refrigerant circulation line 12 discharged from the outdoor heat exchanger 12d is converted into a refrigerant-cooling water chiller.
  • Controlled to be introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f through the first internal flow path 52 of (50), as well as the cooling water circulation line 42 passing through the battery 22 and the electric component module 24 of the refrigerant is controlled to be circulated to the second internal flow path 54 of the refrigerant-cooling water chiller 50 .
  • the refrigerant in the coolant circulation line 12 and the coolant in the coolant circulation line 42 can exchange heat with each other in the coolant-cooling water chiller 50 .
  • the temperature of the refrigerant introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f is lowered to improve the cooling performance of the low-pressure side indoor heat exchanger 12f, or the battery 22 and By lowering the temperature of the cooling water introduced into the electric component module 24, the battery 22 and the electric component module 24 can be cooled.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 in the heating mode in the vehicle interior, as shown in FIG. 4 , the refrigerant in the refrigerant circulation line 12 discharged from the outdoor heat exchanger 12d, the refrigerant-cooling water Cooling water circulation line 42 that controls to be bypassed to the compressor 12a side through the first internal flow path 52 of the chiller 50 and absorbs waste heat from the battery 22 and the electric component module 24 of the refrigerant is controlled to be circulated to the second internal flow path 54 of the refrigerant-cooling water chiller 50 .
  • the refrigerant in the refrigerant circulation line 12 and the cooling water in the cooling water circulation line 42 can exchange heat with each other in the refrigerant-cooling water chiller 50 .
  • the refrigerant returning to the compressor 12a recovers the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24, so that the efficiency of the heat pump mode of the air conditioner 10 can be increased. do.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 when the waste heat temperature of the battery 22 and the electric component module 24 is lower than a preset temperature in the heating mode in the vehicle interior, as shown in FIG. , control so that the refrigerant of the refrigerant circulation line 12 discharged from the outdoor heat exchanger 12d can be directly introduced into the compressor 12a side, and the cooling water circulation line on the battery 22 and the electric component module 24 side Controlled so that the cooling water of (42) can be circulated to the radiator (44) side.
  • the outdoor heat exchanger 12d is not recovered without the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24.
  • the refrigerant of the side returns directly to the compressor (12a) side, the refrigerant in the cooling water circulation line (42) that has passed through the battery (22) and the electric component module (24) is cooled while circulating the radiator (44). .
  • the refrigerant circulation line 12 discharged from the outdoor heat exchanger 12d
  • the refrigerant is controlled to be bypassed toward the compressor 12a through the first internal flow path 52 of the refrigerant-cooling water chiller 50, and waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 is absorbed.
  • the refrigerant in the cooling water circulation line 42 is controlled to be circulated through the refrigerant-to the second internal flow path 54 of the cooling water chiller 50 .
  • the low-temperature refrigerant in the refrigerant circulation line 12 and the cooling water in the cooling water circulation line 42 can exchange heat with each other.
  • the cooling water circulated to the specific cooling target 20 can cool the specific cooling target 20 while maintaining a low temperature.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 is branched from the refrigerant circulation line 12 on the upstream side of the refrigerant-cooling water chiller 50 , and the refrigerant-cooling water chiller 50 is located on the downstream side. It further includes a connection line 80 connected to the flow control valve 72 on the refrigerant circulation line side.
  • connection line 80 introduces some or all of the refrigerant on the upstream side of the refrigerant-cooling water chiller 50 to the low-pressure side indoor heat exchanger 12f under the control of the refrigerant circulation line-side flow control valve 72 . .
  • part or all of the refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger 12d is introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f under the control of the refrigerant-cooling water flow control unit 70 .
  • the refrigerant discharged from the outdoor heat exchanger 12d can be introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f, or the refrigerant-cooling water chiller 50 side and the low-pressure side indoor heat exchange. It allows them to be simultaneously introduced to the group 12f side.
  • the refrigerant in the refrigerant circulation line 12 discharged from the outdoor heat exchanger 12d is , allowing the refrigerant-cooling water to be simultaneously introduced into the first internal flow path 52 of the chiller 50 and the low-pressure side indoor heat exchanger 12f.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 the specific cooling target 20, for example, the refrigerant in the cooling water circulation line 42 that has absorbed the waste heat of the battery 22 and the electronic component module 24 is the refrigerant- The cooling water is controlled to be circulated to the second internal flow path 54 of the chiller 50 .
  • the specific cooling object 20 enters the cooling mode under the cooling mode condition in the vehicle, cold air is generated in the low-pressure side indoor heat exchanger 12f to cool the interior of the vehicle, and, in addition, the refrigerant-cooling water In the chiller (50), the low-temperature refrigerant in the refrigerant circulation line (12) and the cooling water in the cooling water circulation line (42) can exchange heat with each other.
  • the cooling water circulated to the specific cooling target 20 can cool the specific cooling target 20 while maintaining a low temperature.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 is branched from the downstream side of the variable expansion valve 12c for the heat pump mode of the refrigerant circulation line 12 , and the refrigerant-cooling water chiller 50 ) further includes a branch line 90 connected to a branch point of the connection line 80 on the upstream refrigerant circulation line 12 .
  • the branch line 90 allows the refrigerant that has passed through the variable expansion valve 12c for the heat pump mode to be introduced into the refrigerant-cooling water chiller 50 side and the low-pressure side indoor heat exchanger 12f.
  • the refrigerant pressure-reduced and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode can be introduced into the refrigerant-cooling water chiller 50 side and the low-pressure side indoor heat exchanger 12f side.
  • a three-way flow control valve 100 is installed at the branch point of the branch line 90 on the downstream side of the variable expansion valve 12c for the heat pump mode.
  • the three-way flow control valve 100 is integrally configured with the upstream variable expansion valve 12c for the heat pump mode, and has the function of an expansion valve at the same time, and is connected to the variable expansion valve 12c for the heat pump mode.
  • the refrigerant which has been decompressed and expanded, is introduced into at least one of the outdoor heat exchanger (12d) side and the branch line (90).
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 cooperates with each of the valves 72 , 74 , and 76 , and the pressure is reduced and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode.
  • the refrigerant is introduced into at least one of the outdoor heat exchanger (12d) side, the refrigerant-cooling water chiller (50) side, and the low pressure side indoor heat exchanger (12f).
  • the refrigerant pressure-reduced and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode is transferred to the outdoor heat exchanger 12d side and the refrigerant. - Allows the cooling water to be introduced into the first internal flow path 52 side of the chiller 50 at the same time.
  • the refrigerant in the cooling water circulation line 42 which has absorbed the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 , is controlled to be circulated through the refrigerant-to the second internal flow path 54 of the cooling water chiller 50 .
  • the refrigerant pressure-reduced and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode is controlled to be directly introduced into the compressor 12a through the outdoor heat exchanger 12d.
  • the refrigerant in the cooling water chiller 50 allows the refrigerant in the refrigerant circulation line 12 and the cooling water in the cooling water circulation line 42 to exchange heat with each other.
  • the refrigerant returning to the compressor 12a recovers the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24, so that the efficiency of the heat pump mode of the air conditioner 10 can be increased. do.
  • variable expansion valve for the heat pump mode ( The refrigerant decompressed and expanded by 12c) can be introduced into the first internal flow path 52 side of the refrigerant-cooling water chiller 50 without going through the outdoor heat exchanger 12d.
  • the refrigerant in the cooling water circulation line 42 which has absorbed the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 , is controlled to be circulated through the refrigerant-to the second internal flow path 54 of the cooling water chiller 50 .
  • the refrigerant in the refrigerant circulation line 12 and the cooling water in the cooling water circulation line 42 can exchange heat with each other, and in the process of mutual heat exchange between the refrigerant and the cooling water, the compressor (12a)
  • the refrigerant returning to the air conditioner 10 recovers the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 while increasing the efficiency of the heat pump mode of the air conditioner 10 .
  • the heat pump mode variable expansion valve 12c It allows the reduced pressure and expanded refrigerant to be simultaneously introduced into the outdoor heat exchanger 12d side and the low pressure indoor heat exchanger 12f side.
  • hot air is generated from the high-pressure side indoor heat exchanger 12b and cold air can be generated from the low-pressure side indoor heat exchanger 12f at the same time.
  • heating of the vehicle interior through the hot air of the high-pressure side indoor heat exchanger 12b and dehumidification of the interior of the vehicle through the cold air of the low-pressure side indoor heat exchanger 12f can be simultaneously performed.
  • the heat pump mode variable expansion valve 12c The reduced pressure and expanded refrigerant can be simultaneously introduced into the outdoor heat exchanger (12d) side, the low-pressure side indoor heat exchanger (12f) side, and the refrigerant-cooling water chiller (50) side of the first internal flow path (52) side.
  • the refrigerant in the cooling water circulation line 42 which has absorbed the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 , is controlled to be circulated through the refrigerant-to the second internal flow path 54 of the cooling water chiller 50 .
  • the variable expansion for the heat pump mode The refrigerant decompressed and expanded by the valve 12c simultaneously flows to the first internal flow path 52 side and the low pressure side indoor heat exchanger 12f side of the refrigerant-cooling water chiller 50 without passing through the outdoor heat exchanger 12d. allow it to be introduced.
  • the refrigerant in the cooling water circulation line 42 which has absorbed the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 , is controlled to be circulated through the refrigerant-to the second internal flow path 54 of the cooling water chiller 50 .
  • the refrigerant circulation to the outdoor heat exchanger 12d is limited, and cold air is generated in the low-pressure indoor heat exchanger 12f, and the refrigerant-cooling water chiller ( In 50), the refrigerant of the refrigerant circulation line 12 and the cooling water of the cooling water circulation line 42 can exchange heat with each other.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 collects alone in the dehumidification mode in the vehicle interior, as shown in FIG. 13 , the refrigerant decompressed and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode , allowing the outdoor heat exchanger 12d and the low-pressure side indoor heat exchanger 12f to be sequentially introduced.
  • dehumidification of the interior of the vehicle can be achieved through the cold air of the low-pressure-side indoor heat exchanger 12f.
  • variable expansion valve 12c for the heat pump mode when the refrigerant pressure-reduced and expanded by the variable expansion valve 12c for the heat pump mode is sequentially introduced into the outdoor heat exchanger 12d and the low-pressure side indoor heat exchanger 12f, the low-pressure side indoor heat exchange
  • the refrigerant introduced into the unit 12f is decompressed and expanded twice while sequentially passing through the variable expansion valve 12c for the heat pump mode and the variable expansion valve 12e for the air conditioner mode.
  • the refrigerant that has been depressurized and expanded twice improves the cooling performance of the low-pressure side indoor heat exchanger 12f. Thereby, the dehumidification efficiency in the vehicle interior is improved.
  • the refrigerant-cooling water flow control unit 70 when the specific cooling object 20 enters the cooling mode under the dehumidification mode condition inside the vehicle, as shown in FIG. 14 , the variable expansion valve for the heat pump mode ( After the refrigerant decompressed and expanded by 12c) passes through the outdoor heat exchanger 12d, the refrigerant-cooling water chiller 50 is simultaneously introduced into the first internal flow path 52 side and the low pressure side indoor heat exchanger 12f side. make it possible
  • the refrigerant in the cooling water circulation line 42 which has absorbed the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24 , is controlled to be circulated through the refrigerant-to the second internal flow path 54 of the cooling water chiller 50 .
  • dehumidification of the interior of the vehicle can be achieved through the cold air of the low-pressure indoor heat exchanger 12f, and the refrigerant and the coolant in the coolant chiller 50 exchange heat between the coolant and the coolant to a specific object to be cooled (20). It allows the circulating cooling water to cool the specific cooling object 20 while maintaining a low temperature.
  • the thermal management system of the present invention having such a configuration, the high temperature of the refrigerant circulation line 12 introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f through the refrigerant-cooling water chiller 50 in the cooling mode of the vehicle interior. Since the refrigerant and the low-temperature cooling water of the cooling water circulation line 42 are mutually heat-exchanged, the temperature of the refrigerant introduced into the low-pressure side indoor heat exchanger 12f can be further lowered in the cooling mode of the interior of the vehicle. It is possible to improve the cooling efficiency of the low-pressure side indoor heat exchanger 12f.
  • the low-temperature refrigerant of the refrigerant circulation line 12 introduced into the compressor 12a through the refrigerant-cooling water chiller 50, and the battery 22 and the electric component module 24 Since the cooling water of the cooling water circulation line 42 that has absorbed the waste heat is exchanged with each other, the refrigerant introduced into the compressor 12a in the heating mode in the vehicle heats the waste heat of the battery 22 and the electric component module 24. It is possible to recover, and through this, the refrigerant compression efficiency at the compressor (12a) side is improved, and the heat pump mode efficiency can be improved.
  • cooling efficiency and heat pump mode efficiency of the low-pressure side indoor heat exchanger 12f are improved through effective thermal energy management of the refrigerant and the coolant through the refrigerant-cooling water chiller 50, can improve the cooling and heating performance of

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Abstract

본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 냉매-냉각수 칠러와 냉매,냉각수 흐름 제어를 통해, 냉매와 냉각수의 흐름 경로와 열에너지를 효과적으로 관리함으로써, 별도의 에너지 소비 없이도 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있고, 이를 통해, 차실내의 냉,난방 성능 개선과 차량의 연비 개선 효과를 동시에 도모할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 압축기와 고압측 실내열교환기와 히트펌프모드용 팽창밸브와 실외열교환기와 에어컨모드용 팽창밸브와 저압측 실내열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인 및, 라디에이터와 특정 냉각대상물 사이에서 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 실외열교환기에서 저압측 실내열교환기측으로 이송되는 냉매순환라인의 냉매와, 특정 냉각대상물을 순환한 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시킬 수 있는 냉매-냉각수 칠러를 더 구비한다.

Description

차량의 열관리 시스템
본 발명은 차량의 열관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 냉매-냉각수 칠러와 냉매,냉각수 흐름 제어를 통해, 냉매와 냉각수의 흐름경로와 열에너지를 효과적으로 관리함으로써, 별도의 에너지 소비 없이도 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있고, 이를 통해, 차실내의 냉,난방 성능 개선과 차량의 연비 개선 효과를 동시에 도모할 수 있는 차량의 열관리 시스템에 관한 것이다.
친환경 차량의 일례로서, 전기자동차, 하이브리드(Hybrid) 자동차, 연료전지 자동차(이하, “차량”이라 통칭함) 등이 있다.
이러한 차량은, 다양한 열관리 장치들을 갖추고 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 차량의 특정 냉각대상물(20)을 수냉식으로 냉각시키는 수냉식 냉각장치, 예를 들면, 배터리와 전장부품모듈 등의 전기부품을 냉각시키기 위한 수냉식 냉각장치(30) 등이 있다.
공조장치(10)는, 히트펌프식(Heat Pump Type)으로서, 냉매순환라인(12)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(12)은, 압축기(12a)와 고압측 실내열교환기(12b)와 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d)와 에어컨모드용 가변식 팽창밸브(12e)와, 저압측 실내열교환기(12f)를 구비한다.
이러한 냉매순환라인(12)은, 에어컨 모드 시에는, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)를 개방시킴으로써, 내부의 냉매가 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창되지 않으면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 저압측 실내열교환기(12f)에 저온의 냉기를 발생시키며, 발생된 냉기를 차실내에 공급하여 냉방한다.
그리고 히트펌프 모드 시에는, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)를 온(ON)시킴으로써, 내부의 냉매가 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창되면서 순환될 수 있게 하고, 이러한 냉매 순환을 통해 고압측 실내열교환기(12b)에 고온의 열을 발생시키며, 발생된 열을 차실내로 공급하여 난방한다.
수냉식 냉각장치(30)는, 공조장치(10)의 냉매를 이용하여 특정 냉각대상물(20), 예를 들면, 배터리를 냉각시키는 것으로, 공조장치(10)의 냉매를 도입하여 팽창시키는 수냉식 냉각장치용 팽창밸브(32)와, 수냉식 냉각장치용 팽창밸브(32)의 냉매를 도입하여 냉기를 발생시키는 칠러(Chiller)(34)와, 칠러(34)에서 발생된 냉기를 특정 냉각대상물(20), 예를 들면, 배터리 등의 전기부품에 전달하는 냉각수순환라인(36)을 포함한다.
특히, 냉각수순환라인(36)은, 칠러(34)와 특정 냉각대상물(20) 사이에서 냉각수를 순환시킨다. 따라서, 칠러(34)에서 발생된 냉기를 특정 냉각대상물(20)에 전달하여 상기 특정 냉각대상물(20)을 냉각시킨다.
한편, 이러한 차량의 열관리 시스템은, 냉매와 냉각수의 흐름경로와 열에너지를 효과적으로 제어 및 관리하여, 별도의 에너지 소비 없이도 냉,난방 성능을 개선시키는 것이 중요한 과제로 되고 있다.
특히, 에너지 소비 없이도 공조장치(10)의 냉,난방 성능을 개선함으로써, 차량의 연비 상승 없이도 차실내의 냉,난방 효과를 개선시키는 것이 매우 중요한 과제로 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 냉매와 냉각수의 흐름경로와 열에너지를 효과적으로 제어 및 관리함으로써, 별도의 에너지 소비 없이도 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 에너지 소비 없이도 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있도록 구성함으로써, 차실내의 냉,난방 성능 개선과 차량의 연비 개선 효과를 동시에 도모할 수 있는 차량의 열관리 시스템을 제공하는데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템은, 압축기와 고압측 실내열교환기와 히트펌프모드용 팽창밸브와 실외열교환기와 에어컨모드용 팽창밸브와 저압측 실내열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인 및, 라디에이터와 특정 냉각대상물 사이에서 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서, 상기 실외열교환기에서 상기 저압측 실내열교환기측으로 이송되는 상기 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물을 순환한 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시킬 수 있는 냉매-냉각수 칠러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 냉매-냉각수 칠러는, 차실내의 냉방모드 시에, 상기 실외열교환기에서 상기 저압측 실내열교환기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매와, 상기 냉매에 비해 상대적으로 낮은 온도의 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜, 상기 저압측 실내열교환기로 도입되는 냉매의 온도를 추가적으로 낮추는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매-냉각수 칠러의 상류측에 설치되는 가변식 팽창밸브를 더 포함하며; 상기 가변식 팽창밸브는, 차실내의 냉방모드 시에, 상기 특정 냉각대상물의 온도가 미리 설정된 온도 이상 상승될 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러에 도입되는 냉매를 감압,팽창시켜, 상기 냉매-냉각수 칠러에서 저온의 냉기가 발생될 수 있게 하고, 발생된 냉기가 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 통해 상기 특정 냉각대상물에 전달되면서 냉각시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 차실내의 난방모드 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러로부터 배출되는 상기 냉매순환라인의 냉매를 상기 압축기의 입구측으로 직접 바이패스할 수 있는 바이패스 라인과 바이패스 밸브를 더 포함하며; 상기 냉매-냉각수 칠러는, 차실내의 난방모드 시에, 상기 바이패스 라인과 바이패스 밸브를 통해 상기 압축기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜, 상기 압축기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매가 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 회수할 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 공조모드 상태에 따라, 상기 냉매-냉각수 칠러에 대한 상기 냉매순환라인의 냉매와, 냉각수순환라인의 냉각수 흐름을 제어하는 냉매-냉각수 흐름제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 냉매-냉각수 흐름제어부는, 상기 냉매-냉각수 칠러를 사이에 두고 상기 냉매-냉각수 칠러의 상,하류측 냉매순환라인에 설치되는 복수의 냉매순환라인측 흐름제어밸브들과; 상기 상기 바이패스 라인에 설치되는 상기 바이패스 밸브와; 상기 특정 냉각대상물의 하류측 상기 냉각수순환라인에 설치되는 냉각수순환라인측 흐름제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템에 의하면, 차실내의 냉방모드 시에, 냉매-냉각수 칠러를 통해, 저압측 실내열교환기로 도입되는 냉매순환라인의 고온 냉매와, 냉각수순환라인의 저온 냉각수를 상호 열교환시키는 구조이므로, 차실내의 냉방모드 시에, 저압측 실내열교환기로 도입되는 냉매의 온도를 추가적으로 낮출 수 있고, 이를 통해, 저압측 실내열교환기의 냉방효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 차실내의 난방모드 시에, 냉매-냉각수 칠러를 통해, 압축기로 도입되는 냉매순환라인의 저온 냉매와, 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시키는 구조이므로, 차실내의 난방모드 시에, 압축기로 도입되는 냉매가 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 회수할 수 있게 하며, 이를 통해, 압축기측에서의 냉매 압축효율이 개선되면서 히트펌프 모드 효율이 개선될 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 냉매-냉각수 칠러를 이용한 냉매와 냉각수의 효과적인 열에너지 관리를 통해, 저압측 실내열교환기의 냉방효율과 히트펌프 모드 효율을 개선시키는 구조이므로, 별도의 에너지 소비 없이도 차실내의 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 에너지 소비 없이도 차실내의 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있도록 구성함으로써, 차실내의 냉,난방 성능 개선과 차량의 연비 개선 효과를 동시에 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 차량의 열관리 시스템을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 냉방모드 시에 본 발명을 구성하는 냉매-냉각수 칠러가 저압측 실내열교환기로 도입되는 냉매를 냉각시키는 모습을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 난방모드 시에 본 발명을 구성하는 냉매-냉각수 칠러가 압축기로 도입되는 냉매에 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 전달하여 폐열을 회수하는 모습을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 난방모드 시에 배터리와 전장부품모듈의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인의 냉각수가 라디에이터 측으로 순환되는 모습을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 배터리와 전장부품모듈 쿨링모드 단독 진입 시에, 냉매순환라인의 냉매와 냉각수순환라인의 냉각수 순환 구조를 나타내는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 냉방모드 조건 하에서 배터리와 전장부품모듈 쿨링모드 진입 시에, 냉매순환라인의 냉매와 냉각수순환라인의 냉각수 순환 구조를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 난방모드 시에, 냉매순환라인의 냉매와 냉각수순환라인의 냉각수 순환 구조를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 난방모드 조건 하에서 실외열교환기의 제상모드 진입 시에, 냉매순환라인의 냉매와 냉각수순환라인의 냉각수 순환 구조를 나타내는 도면,
도 10은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 진입 시에, 냉매순환라인의 냉매 순환 구조를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 진입 시에, 냉매순환라인의 냉매와 냉각수순환라인의 냉각수 순환 구조를 나타내는 도면,
도 12는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내 제습모드와 실외열교환기 제상모드의 동시 진입 시에, 냉매순환라인의 냉매와 냉각수순환라인의 냉각수 순환 구조를 나타내는 도면,
도 13은 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 제습모드 단독 집입 시에, 냉매순환라인의 냉매 순환 구조를 나타내는 도면,
도 14는 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 작동도로서, 차실내의 제습모드 조건 하에서 배터리와 전장부품모듈 쿨링모드 진입 시에, 냉매순환라인의 냉매와 냉각수순환라인의 냉각수 순환 구조를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다(종래와 동일한 구성요소는 동일한 부호를 사용하여 설명한다).
먼저, 본 발명에 따른 차량의 열관리 시스템의 특징부를 살펴보기에 앞서, 도 2를 참조하여 차량의 열관리 시스템에 대해 간략하게 설명한다.
차량의 열관리 시스템은, 차실내를 냉,난방하는 공조장치(10)와, 차량의 특정 냉각대상물(20), 예를 들면, 배터리(22)와 전장부품모듈(24) 등의 전기부품을 수냉식으로 냉각시키기 위한 수냉식 냉각장치(40)를 포함한다.
공조장치(10)는, 히트펌프식으로서, 냉매순환라인(12)을 구비하며, 상기 냉매순환라인(12)은, 압축기(12a)와 고압측 실내열교환기(12b)와 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)와 실외열교환기(12d)와 에어컨모드용 가변식 팽창밸브(12e)와, 저압측 실내열교환기(12f)를 구비한다.
이러한 냉매순환라인(12)은, 에어컨 모드 시에는, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)를 개방시킴으로써, 저압측 실내열교환기(12f)에 저온의 냉기를 발생시키고, 발생된 냉기를 차실내에 공급하여 냉방한다.
그리고 히트펌프 모드 시에는, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)를 온(ON)시킴으로써, 고압측 실내열교환기(12b)에 고온의 열을 발생시키고, 발생된 열을 차실내로 공급하여 난방한다.
수냉식 냉각장치(40)는, 냉각수순환라인(42)과 라디에이터(44)을 갖추고 있는 것으로, 냉각수를 라디에이터(44)와 특정 냉각대상물(20), 예를 들면, 배터리(22)와 전장부품모듈(24) 사이에서 순환시킨다.
따라서, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 냉각수로 흡수하고, 냉각수에 흡수된 폐열을 라디에이터(44)를 통해 방열시키며, 이러한 냉각수의 흡열과 발열 작용을 통해 상기 배터리(22)와 전장부품모듈(24)을 냉각시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 차량 열관리 시스템의 특징부를 도 2 내지 도 14를 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 실외열교환기(12d)에서 저압측 실내열교환기(12f)로 이송되는 냉매순환라인(12)의 냉매와, 특정 냉각대상물(20)을 통과한 냉각수순환라인(42)의 냉각수를 상호 열교환시킬 수 있는 냉매-냉각수 칠러(50)를 더 포함한다.
냉매-냉각수 칠러(50)는, 냉매순환라인(12)의 냉매가 도입되어 통과할 수 있는 제 1내부유로(52)와, 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 도입되어 통과할 수 있는 제 2내부유로(54)를 갖추고 있다.
상기 제 1 및 제 2내부유로(52, 54)는, 서로 대응되게 형성되어, 실외열교환기(12d)에서 저압측 실내열교환기(12f)로 이송되는 냉매순환라인(12)의 냉매와, 냉각수순환라인(42)의 냉각수를 상호 열교환시킨다.
특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 차실내의 냉방모드 시에, 실외열교환기(12d)에서 저압측 실내열교환기(12f)로 이송되는 냉매순환라인(12)의 고온 냉매와, 상기 냉매에 비해 상대적으로 낮은 온도의 냉각수순환라인(42)측 냉각수를 상호 열교환시킨다.
따라서, 저압측 실내열교환기(12f)로 도입되는 냉매의 온도가 낮아질 수 있게 한다. 이로써, 저압측 실내열교환기(12f)로 도입되는 냉매의 온도를 추가적으로 낮추어 과냉시킨다. 그 결과, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉방효율을 향상시킨다.
결과적으로, 냉매-냉각수 칠러(50)는, 차실내의 냉방모드 시에, 실외열교환기(12d)측에서 온도가 낮아진 냉매의 온도를 다시 한번 낮춰주는 보조 응축기의 역할을 수행하며, 이러한 보조 응축기의 역할에 따라 공조장치(10)의 냉방성능을 개선시킨다.
특히, 별도의 에너지 소비없이 공조장치(10)의 냉방성능을 개선시킬 수 있으며, 따라서, 차실내의 냉,난방 성능 개선과 차량의 연비 개선 효과를 동시에 도모할 수 있다.
한편, 냉매-냉각수 칠러(50)의 상류측에는, 가변식 팽창밸브(56)가 설치된다.
상기 가변식 팽창밸브(56)는, 특정 냉각대상물(20), 예를 들면, 배터리(22)의 온도가 미리 설정된 온도 이상 상승될 시에, 냉매-냉각수 칠러(50)에 도입되는 냉매를 감압,팽창시킨다.
따라서, 냉매-냉각수 칠러(50)에서 저온의 냉기가 발생될 수 있게 하고, 발생된 냉기가 냉각수순환라인(42)의 냉각수로 전달되면서 상기 배터리(22)까지 전달될 수 있게 한다. 이로써, 배터리(22)를 냉각시킨다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)로부터 배출되는 냉매를 압축기(12a)의 입구측으로 바이패스할 수 있는 바이패스 라인(60)을 더 포함한다.
상기 바이패스 라인(60)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 차실내의 난방모드 시에, 냉각수순환라인(42)의 냉각수와 열교환된 상기 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측 냉매를 압축기(12a)의 입구측으로 바이패스한다.
특히, 차실내의 난방모드 시에는, 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측 냉매의 온도가, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 제 2내부유로(54)의 냉각수순환라인(42)측 냉각수 온도 보다 낮은 상태를 유지하므로, 냉매-냉각수 칠러(50)에서는 제 1내부유로(52)의 냉매가 제 2내부유로(54)의 냉각수 폐열을 흡수하게 되는데, 이렇게 냉각수 폐열을 흡수한 냉매를 압축기(12a)의 입구측으로 바이패스한다.
따라서, 냉각수 폐열을 흡수한 냉매가, 온도 상승되면서 압축기(12a)로 복귀하게 되며, 이로써, 압축기(12a)측에서의 냉매 압축효율이 높아지면서 히트펌프 모드 효율이 개선된다.
결과적으로, 바이패스 라인(60)과 냉매-냉각수 칠러(50)는, 차실내의 난방모드 시에, 실외열교환기(12d)측의 냉매를 압축기(12a)측으로 복귀시키되, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)에서 발생된 폐열을 회수하면서 가열될 수 있게 하고, 가열된 냉매가 공조장치(10)의 히트펌프 모드 효율을 높여 차실내의 난방성능을 개선시킬 수 있게 한다.
한편, 바이패스 라인(60)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 특정 냉각대상물(20)의 쿨링모드 단독 진입 시에, 냉각수순환라인(42)의 냉각수와 열교환된 상기 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측 냉매를 압축기(12a)의 입구측으로 바이패스하기도 한다.
다시, 도 2를 참조하면, 본 발명의 열관리 시스템은, 공조모드 상태에 따라, 상기 냉매-냉각수 칠러(50)에 대한 냉매순환라인(12)의 냉매와, 냉각수순환라인(42)의 냉각수 흐름을 제어하는 냉매-냉각수 흐름제어부(70)를 더 포함한다.
상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 냉매-냉각수 칠러(50)를 사이에 두고 상기 냉매-냉각수 칠러(50)의 상,하류측 냉매순환라인(12)에 설치되는 냉매순환라인측 흐름제어밸브(72)들과, 상기 바이패스 라인(60)에 설치되는 바이패스 밸브(74)와, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 하류측 냉각수순환라인(42)에 설치되는 냉각수순환라인측 흐름제어밸브(76)를 포함한다.
이러한 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 냉방모드 시에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 실외열교환기(12d)에서 배출된 냉매순환라인(12)의 냉매가, 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)를 거쳐 저압측 실내열교환기(12f)로 도입될 수 있게 제어함과 아울러 배터리(22)와 전장부품모듈(24)을 통과한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 냉방모드 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러(50)에서 상기 냉매순환라인(12)의 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매-냉각수 간의 상호 열교환작용 과정에서 저압측 실내열교환기(12f)로 도입되는 냉매의 온도를 더 낮춰 저압측 실내열교환기(12f)의 냉방성능을 개선시키거나, 또는 배터리(22)와 전장부품모듈(24)로 도입되는 냉각수의 온도를 낮춰 배터리(22)와 전장부품모듈(24)을 냉각시킬 수 있게 한다.
또한, 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 난방모드 시에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 실외열교환기(12d)에서 배출된 냉매순환라인(12)의 냉매가, 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)를 거쳐 압축기(12a)측으로 바이패스될 수 있게 제어함과 아울러 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 난방모드 시에, 냉매-냉각수 칠러(50)에서 상기 냉매순환라인(12)의 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매-냉각수 간의 상호 열교환작용 과정에서 압축기(12a)로 복귀하는 냉매가 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 회수하면서 공조장치(10)의 히트펌프 모드 효율을 높일 수 있게 한다.
또한, 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 난방모드 시에, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열 온도가 미리 설정된 온도보다 낮을 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 실외열교환기(12d)에서 배출된 냉매순환라인(12)의 냉매가, 압축기(12a)측으로 직접 도입될 수 있게 제어함과 아울러 배터리(22)와 전장부품모듈(24)측의 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 라디에이터(44)측으로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 난방모드 시에, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열 온도가 낮은 조건에서는, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열회수 없이 실외열교환기(12d)측의 냉매가 압축기(12a)측으로 직접 복귀함과 동시에, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)을 통과한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 라디에이터(44)를 순환하면서 냉각될 수 있게 한다.
또한, 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 특정 냉각대상물(20)의 쿨링모드 단독 진입 시에, 도 6에 도시된 바와 같이, 실외열교환기(12d)에서 배출된 냉매순환라인(12)의 냉매가, 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)를 거쳐 압축기(12a)측으로 바이패스될 수 있게 제어함과 아울러 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 특정 냉각대상물 쿨링모드 단독 진입 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러(50)에서 상기 냉매순환라인(12)의 저온 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매-냉각수 간의 상호 열교환작용 과정에서 특정 냉각대상물(20)로 순환되는 냉각수가 낮은 온도를 유지하면서 상기 특정 냉각대상물(20)을 냉각시킬 수 있게 한다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 냉매-냉각수 칠러(50)의 상류측 냉매순환라인(12)부분으로부터 분지되어, 냉매-냉각수 칠러(50) 하류측의 냉매순환라인측 흐름제어밸브(72)와 연결되는 연결라인(80)을 더 포함한다.
상기 연결라인(80)은, 상기 냉매순환라인측 흐름제어밸브(72)의 제어에 의해, 냉매-냉각수 칠러(50)의 상류측 냉매 일부 또는 전부를 저압측 실내열교환기(12f)측으로 도입시킨다.
특히, 공조모드 상태에 따라, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)의 제어를 받아, 실외열교환기(12d)에서 배출된 냉매의 일부 또는 전부를 저압측 실내열교환기(12f)로 도입시킨다.
따라서, 공조모드 상태에 따라, 상기 실외열교환기(12d)에서 배출된 냉매가 저압측 실내열교환기(12f)측으로 도입될 수 있게 하거나, 또는 상기 냉매-냉각수 칠러(50)측과 저압측 실내열교환기(12f)측에 동시에 도입될 수 있게 한다.
예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 차실내의 냉방모드 조건 하에서 특정 냉각대상물(20)의 쿨링모드 진입 시에, 실외열교환기(12d)에서 배출된 냉매순환라인(12)의 냉매가, 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)와 저압측 실내열교환기(12f)로 동시에 도입될 수 있게 한다.
아울러, 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 특정 냉각대상물(20), 예를 들면, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 냉방모드 조건 하에서 특정 냉각대상물(20)의 쿨링모드 진입 시에, 저압측 실내열교환기(12f)에서 냉기가 발생되면서 차실내를 냉방할 수 있게 하고, 아울러, 상기 냉매-냉각수 칠러(50)에서 상기 냉매순환라인(12)의 저온 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매-냉각수 간의 상호 열교환작용 과정에서 특정 냉각대상물(20)로 순환되는 냉각수가 낮은 온도를 유지하면서 상기 특정 냉각대상물(20)을 냉각시킬 수 있게 한다.
다시, 도 2를 참조하면, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 냉매순환라인(12)의 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c) 하류측으로부터 분지되어, 상기 냉매-냉각수 칠러(50)의 상류측 냉매순환라인(12) 상의 연결라인(80) 분지점에 연결되는 분지라인(90)을 더 포함한다.
상기 분지라인(90)은, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)을 통과한 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러(50)측과 저압측 실내열교환기(12f)측으로 도입될 수 있게 한다.
특히, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 냉매-냉각수 칠러(50)측과 저압측 실내열교환기(12f)측으로 도입될 수 있게 한다.
한편, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)의 하류측 분지라인(90)의 분지점에는 삼방향 흐름제어밸브(100)가 설치된다.
상기 삼방향 흐름제어밸브(100)는, 상류의 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)와 일체로 구성되어 팽창밸브의 기능을 동시에 갖춘 것으로, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매를, 실외열교환기(12d)측과 분지라인(90) 중 적어도 어느 하나로 도입시킨다.
특히, 공조모드 상태에 따라, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)의 각 밸브(72, 74, 76)들과 함께 협동하면서 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매를, 상기 실외열교환기(12d)측과 냉매-냉각수 칠러(50)측과 저압측 실내열교환기(12f) 중 적어도 어느 하나로 도입시킨다.
예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 차실내의 난방모드 시에, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기(12d)측과 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측으로 동시에 도입될 수 있게 한다.
아울러, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 난방모드 시에, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기(12d)를 거쳐 압축기(12a)로 직접 도입될 수 있게 제어함과 동시에, 냉매-냉각수 칠러(50)에서 상기 냉매순환라인(12)의 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
그리고 이러한 냉매-냉각수 간의 상호 열교환작용 과정에서 압축기(12a)로 복귀하는 냉매가 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 회수하면서 공조장치(10)의 히트펌프 모드 효율을 높일 수 있게 한다.
또한, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 난방모드 조건 하에서 실외열교환기(12d)의 제상모드 진입 시에, 도 9에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 실외열교환기(12d)를 거치지 않고 상기 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측으로 도입될 수 있게 한다.
아울러, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 난방모드 조건 하에서 실외열교환기(12d)의 제상모드 진입 시에, 실외열교환기(12d)로의 냉매 순환을 제한하여, 상기 실외열교환기(12d)의 표면 결빙이 제거 처리될 수 있게 한다.
아울러, 냉매-냉각수 칠러(50)에서 상기 냉매순환라인(12)의 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 하고, 이러한 냉매-냉각수 간의 상호 열교환작용 과정에서 압축기(12a)로 복귀하는 냉매가 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 회수하면서 공조장치(10)의 히트펌프 모드 효율을 높일 수 있게 한다.
또한, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 진입 시에, 도 10에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 실외열교환기(12d)측과 저압측 실내열교환기(12f)측에 동시에 도입될 수 있게 한다.
따라서, 고압측 실내열교환기(12b)에서 열기가 발생됨과 동시에 저압측 실내열교환기(12f)에서 냉기가 발생될 수 있게 한다.
이로써, 고압측 실내열교환기(12b)의 열기를 통한 차실내 난방과, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉기를 통한 차실내의 제습이 동시에 이루어질 수 있게 한다.
또한, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 진입 시에, 도 11에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 실외열교환기(12d)측과 저압측 실내열교환기(12f)측과 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측으로 동시에 도입될 수 있게 한다.
아울러, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 시에, 고압측 실내열교환기(12b)에서는 열기가 발생되고, 저압측 실내열교환기(12f)에서는 냉기가 발생되며, 냉매-냉각수 칠러(50)에서는 상기 냉매순환라인(12)의 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
이로써, 고압측 실내열교환기(12b)의 열기를 통한 차실내 난방과, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉기를 통한 차실내의 제습이 동시에 이루어질 수 있게 함과 아울러, 냉매-냉각수 칠러(50)에서의 냉매와 냉각수 상호간의 열교환을 통해 압축기(12a)로 복귀하는 냉매가 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 회수하면서 공조장치(10)의 히트펌프 모드 효율을 높일 수 있게 한다.
또한, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 제습모드와 실외열교환기(12d)의 제상모드가 동시에 진입할 시에, 도 12에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 실외열교환기(12d)를 거치지 않고 상기 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측과 저압측 실내열교환기(12f)측으로 동시에 도입될 수 있게 한다.
아울러, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내 제습모드와 실외열교환기 제상모드의 동시 진입 시에, 실외열교환기(12d)로의 냉매 순환은 제한하고, 저압측 실내열교환기(12f)에서는 냉기가 발생되며, 냉매-냉각수 칠러(50)에서는 상기 냉매순환라인(12)의 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
이로써, 냉매 순환 제한을 통한 실외열교환기(12d)의 표면 결빙 제거와, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉기를 통한 차실내의 제습이 동시에 이루어질 수 있게 함과 아울러, 냉매-냉각수 칠러(50)에서의 냉매와 냉각수 상호간의 열교환을 통해 압축기(12a)로 복귀하는 냉매가 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 회수하면서 공조장치(10)의 히트펌프 모드 효율을 높일 수 있게 한다.
또한, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 제습모드 단독 집입 시에, 도 13에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 실외열교환기(12d)와 저압측 실내열교환기(12f)를 순차적으로 도입될 수 있게 한다.
따라서, 차실내 제습모드 단독 진입 시에, 저압측 실내열교환기(12f)에서 냉기가 발생되게 한다.
이로써, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉기를 통한 차실내의 제습이 이루어질 수 있게 한다.
여기서, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 실외열교환기(12d)와 저압측 실내열교환기(12f)를 순차적으로 도입될 시에, 상기 저압측 실내열교환기(12f)로 도입되는 냉매는, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)와 에어컨모드용 가변식 팽창밸브(12e)를 순차적으로 통과하면서 2번 감압, 팽창된다.
따라서, 2번 감압, 팽창된 냉매는, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉각성능을 향상시킨다. 이로써, 차실내의 제습 효율을 개선시킨다.
또한, 상기 냉매-냉각수 흐름제어부(70)는, 차실내의 제습모드 조건 하에서 특정 냉각대상물(20)의 쿨링모드 진입 시에, 도 14에 도시된 바와 같이, 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브(12c)에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 실외열교환기(12d)를 거친 후, 상기 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 1내부유로(52)측과 저압측 실내열교환기(12f)측으로 동시에 도입될 수 있게 한다.
아울러, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉매가 냉매-냉각수 칠러(50)의 제 2내부유로(54)로 순환될 수 있게 제어한다.
따라서, 차실내의 제습모드 조건 하에서 특정 냉각대상물(20)의 쿨링모드 진입 시에, 저압측 실내열교환기(12f)에서는 냉기가 발생되며, 냉매-냉각수 칠러(50)에서는 상기 냉매순환라인(12)의 냉매와 냉각수순환라인(42)의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 한다.
이로써, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉기를 통한 차실내의 제습이 이루어질 수 있게 함과 아울러, 냉매-냉각수 칠러(50)에서의 냉매와 냉각수 상호간의 열교환을 통해 특정 냉각대상물(20)로 순환되는 냉각수가 낮은 온도를 유지하면서 상기 특정 냉각대상물(20)을 냉각시킬 수 있게 한다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 열관리 시스템에 의하면, 차실내의 냉방모드 시에, 냉매-냉각수 칠러(50)를 통해, 저압측 실내열교환기(12f)로 도입되는 냉매순환라인(12)의 고온 냉매와, 냉각수순환라인(42)의 저온 냉각수를 상호 열교환시키는 구조이므로, 차실내의 냉방모드 시에, 저압측 실내열교환기(12f)로 도입되는 냉매의 온도를 추가적으로 낮출 수 있고, 이를 통해, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉방효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 차실내의 난방모드 시에, 냉매-냉각수 칠러(50)를 통해, 압축기(12a)로 도입되는 냉매순환라인(12)의 저온 냉매와, 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 흡수한 냉각수순환라인(42)의 냉각수를 상호 열교환시키는 구조이므로, 차실내의 난방모드 시에, 압축기(12a)로 도입되는 냉매가 배터리(22)와 전장부품모듈(24)의 폐열을 회수할 수 있게 하며, 이를 통해, 압축기(12a)측에서의 냉매 압축효율이 개선되면서 히트펌프 모드 효율이 개선될 수 있게 한다.
또한, 냉매-냉각수 칠러(50)를 통한 냉매와 냉각수의 효과적인 열에너지 관리를 통해, 저압측 실내열교환기(12f)의 냉방효율과 히트펌프 모드 효율을 개선시키는 구조이므로, 별도의 에너지 소비 없이도 차실내의 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있다.
또한, 에너지 소비 없이도 차실내의 냉,난방 성능을 개선시킬 수 있도록 구성함으로써, 차실내의 냉,난방 성능 개선과 차량의 연비 개선 효과를 동시에 도모할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

Claims (20)

  1. 압축기와 고압측 실내열교환기와 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브와 실외열교환기와 에어컨모드용 가변식 팽창밸브와 저압측 실내열교환기를 구비하는 히트펌프식 냉매순환라인 및, 라디에이터와 특정 냉각대상물 사이에서 냉각수를 순환시키는 냉각수순환라인을 포함하는 차량의 열관리 시스템에 있어서,
    상기 실외열교환기에서 상기 저압측 실내열교환기측으로 이송되는 상기 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물을 순환한 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시킬 수 있는 냉매-냉각수 칠러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 칠러는,
    차실내의 냉방모드 시에, 상기 실외열교환기에서 상기 저압측 실내열교환기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매와, 상기 냉매에 비해 상대적으로 낮은 온도의 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜,
    상기 저압측 실내열교환기로 도입되는 냉매의 온도를 추가적으로 낮추는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 칠러의 상류측에 설치되는 가변식 팽창밸브를 더 포함하며;
    상기 가변식 팽창밸브는,
    차실내의 냉방모드 시에, 상기 특정 냉각대상물의 온도가 미리 설정된 온도 이상 상승될 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러에 도입되는 냉매를 감압,팽창시켜, 상기 냉매-냉각수 칠러에서 저온의 냉기가 발생될 수 있게 하고, 발생된 냉기가 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 통해 상기 특정 냉각대상물에 전달되면서 상기 특정 냉각대상물을 냉각시킬 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    차실내의 난방모드 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러로부터 배출되는 상기 냉매순환라인의 냉매를 상기 압축기의 입구측으로 직접 바이패스할 수 있는 바이패스 라인과 바이패스 밸브를 더 포함하며;
    상기 냉매-냉각수 칠러는,
    차실내의 난방모드 시에, 상기 바이패스 라인과 바이패스 밸브를 통해 상기 압축기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수를 상호 열교환시켜,
    상기 압축기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매가 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 회수할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    공조모드 상태에 따라, 상기 냉매-냉각수 칠러에 대한 상기 냉매순환라인의 냉매와, 냉각수순환라인의 냉각수 흐름을 제어하는 냉매-냉각수 흐름제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    상기 냉매-냉각수 칠러를 사이에 두고 상기 냉매-냉각수 칠러의 상,하류측 냉매순환라인에 설치되는 복수의 냉매순환라인측 흐름제어밸브들과;
    상기 상기 바이패스 라인에 설치되는 상기 바이패스 밸브와;
    상기 특정 냉각대상물의 하류측 상기 냉각수순환라인에 설치되는 냉각수순환라인측 흐름제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 냉방모드 시에는, 상기 실외열교환기에서 배출된 상기 냉매순환라인의 냉매가, 상기 냉매-냉각수 칠러를 통과하여 상기 저압측 실내열교환기로 도입될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물을 순환한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여;
    차실내의 냉방모드 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러에서 상기 저압측 실내열교환기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매와 상기 특정 냉각대상물을 순환한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 난방모드 시에는, 상기 실외열교환기에서 배출된 상기 냉매순환라인의 냉매가, 상기 냉매-냉각수 칠러를 통과하여 상기 압축기로 바이패스될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    차실내의 난방모드 시에, 냉매-냉각수 칠러에서 상기 압축기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 난방모드 시에, 상기 특정 냉각대상물의 폐열 온도가 미리 설정된 온도보다 낮을 경우, 상기 실외열교환기에서 배출된 상기 냉매순환라인의 냉매가, 상기 압축기측으로 직접 도입될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물을 순환한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상기 라디에이터측으로 순환될 수 있게 제어하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    특정 냉각대상물의 쿨링모드 단독 진입 시에, 상기 실외열교환기에서 배출된 냉매순환라인의 냉매가, 상기 냉매-냉각수 칠러를 거쳐 상기 압축기로 바이패스될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    특정 냉각대상물 쿨링모드 단독 진입 시에, 상기 냉매-냉각수 칠러에서 상기 압축기로 도입되는 상기 냉매순환라인의 저온 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환되면서 상기 특정 냉각대상물의 폐열이 방출될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 냉방모드 조건 하에서 특정 냉각대상물의 쿨링모드 진입 시에, 상기 실외열교환기에서 배출된 냉매순환라인의 냉매가, 상기 냉매-냉각수 칠러와 상기 저압측 실내열교환기로 동시에 도입될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    차실내의 냉방모드 조건 하에서 특정 냉각대상물의 쿨링모드 진입 시에, 상기 저압측 실내열교환기에서 냉기가 발생되면서 차실내를 냉방할 수 있게 함과 아울러 상기 냉매-냉각수 칠러에서 상기 압축기로 도입되는 냉매순환라인의 저온 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환되면서 상기 특정 냉각대상물의 폐열이 방출될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브의 하류측 냉매순환라인 상에 설치되는 삼방향 흐름제어밸브를 더 포함하며,
    상기 삼방향 흐름제어밸브는,
    공조모드 상태에 따라 상기 냉매순환라인측 흐름제어밸브들과 상기 바이패스 밸브와 협동하여, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매를, 상기 실외열교환기측과 상기 냉매-냉각수 칠러측과 상기 저압측 실내열교환기측 중 적어도 어느 하나에 도입시키는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 난방모드 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기측과 상기 냉매-냉각수 칠러측으로 동시에 도입되면서 상기 압축기로 복귀될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    차실내의 난방모드 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기를 거쳐 상기 압축기로 직접 도입될 수 있게 제어함과 아울러,
    상기 냉매-냉각수 칠러에서 상기 압축기로 도입되는 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 하는 차량의 열관리 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 난방모드 조건 하에서 실외열교환기의 제상모드 진입 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기를 거치지 않고 상기 냉매-냉각수 칠러측으로 도입되면서 상기 압축기로 복귀될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    차실내의 난방모드 조건 하에서 실외열교환기의 제상모드 진입 시에, 상기 실외열교환기로의 냉매 순환을 제한하여, 상기 실외열교환기의 표면 결빙을 제거 함과 아울러,
    상기 냉매-냉각수 칠러에서 상기 압축기로 도입되는 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 하는 차량의 열관리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 진입 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기측과 상기 저압측 실내열교환기측에 동시에 도입될 수 있게 제어하여,
    차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 진입 시에, 상기 고압측 실내열교환기에서는 열기가, 상기 저압측 실내열교환기에서는 냉기가 각각 발생되면서, 차실내 난방과 차실내의 제습이 동시에 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 진입 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기측과 상기 저압측 실내열교환기측과 상기 냉매-냉각수 칠러측으로 동시에 도입되면서 상기 압축기로 복귀될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    차실내의 난방모드 조건 하에서 차실내의 제습모드 시에, 상기 고압측 실내열교환기에서는 열기가, 상기 저압측 실내열교환기에서는 냉기가 각각 발생되어 차실내 난방과 제습이 동시에 이루어질 수 있게 하고,
    상기 냉매-냉각수 칠러에서는 상기 압축기로 도입되는 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 하는 차량의 열관리 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내 제습모드와 실외열교환기 제상모드의 동시 진입 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기를 거치지 않고 상기 냉매-냉각수 칠러측과 상기 저압측 실내열교환기측으로 동시에 도입되면서 상기 압축기로 복귀될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    차실내 제습모드와 실외열교환기 제상모드의 동시 진입 시에, 상기 실외열교환기로의 냉매 순환은 제한하고, 상기 저압측 실내열교환기에서는 냉기가 발생되어, 상기 실외열교환기의 표면 결빙 제거와, 차실내의 제습이 동시에 이루어질 수 있게 함과 아울러,
    상기 냉매-냉각수 칠러에서 상기 압축기로 도입되는 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환될 수 있게 하는 차량의 열관리 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내의 제습모드 단독 진입 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기와 상기 저압측 실내열교환기를 순차적으로 도입될 수 있게 제어하여,
    차실내 제습모드 단독 진입 시에, 상기 저압측 실내열교환기에서 냉기가 발생되어, 차실내의 제습이 이루어질 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 냉매-냉각수 흐름제어부는,
    차실내 제습모드 조건 하에서 특정 냉각대상물의 쿨링모드 진입 시에, 상기 히트펌프모드용 가변식 팽창밸브에 의해 감압, 팽창된 냉매가, 상기 실외열교환기를 거친 후, 상기 냉매-냉각수 칠러측과 상기 저압측 실내열교환기측으로 동시에 도입되면서 상기 압축기로 복귀될 수 있게 제어함과 아울러, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉매가 상기 냉매-냉각수 칠러로 순환될 수 있게 제어하여,
    차실내 제습모드 조건 하에서 특정 냉각대상물의 쿨링모드 진입 시에, 상기 저압측 실내열교환기에서 냉기를 발생시켜 차실내를 제습함과 아울러,
    상기 냉매-냉각수 칠러에서 상기 압축기로 도입되는 냉매순환라인의 냉매와, 상기 특정 냉각대상물의 폐열을 흡수한 상기 냉각수순환라인의 냉각수가 상호 열교환되면서 상기 특정 냉각대상물의 폐열이 방출될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
  20. 제 1항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 특정 냉각대상물은,
    배터리, 전장부품모듈 중 어느 하나 또는 둘 다인 것을 특징으로 하는 차량의 열관리 시스템.
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