순환되는 냉매 사이의 열교환을 통하여 난방시 압축기에서 소비되는 에너지를 활용하여 난방 초기에 별도의 히터 사용량을 감소시킬 수 있는 플래쉬 탱크가 적용된 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다. 실시형태에 따른 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템은 압축기, 실내 콘덴서, 제 1 팽창밸브 및 플래쉬 탱크가 순차적으로 구비되어 냉매가 유동되는 제 1 냉매라인과; 제 2 팽창밸브 및 증발기가 순차적으로 구비되어 냉매가 상기 플래쉬 탱크로부터 유동되어 상기 제 2 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 압축기로 순환되는 제 2 냉매라인과 상기 플래쉬 탱크에서 분기된 냉매가 압축기로 직접 유동되도록 구비되고, 상기 실내 콘덴서에 서 토출된 냉매와 상기 플래쉬 탱크에서 토출된 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 흡열기가 구비되는 제 3 냉매라인과 상기 압축기의 작동 여부를 제어하고, 상기 제 1 팽창밸브 및 제 2 팽창밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부를 포함한다.
기술분야
가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 순환되는 냉매 사이의 열교환을 통하여 난방시 압축기에서 소비되는 에너지를 활용하여 난방 초기에 별도의 히터 사용량을 감소시킬 수 있는 플래쉬 탱크가 적용된 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템에 관한 것이다.
배경기술
최근 내연기관 차량의 환경적인 이슈로 인하여 전기차 등이 친환경 차량으로 보급이 확대되는 추세이다. 그러나 기존의 내연기관 차량의 경우 엔진의 폐열을 통하여 실내를 난방할 수 있어 별도의 난방을 위한 에너지가 필요치 않았지만, 전기차 등의 경우 엔진이 없어 열원이 없기 때문에 별도의 에너지를 통하여 난방을 수행하여하고, 이로 인하여 연비가 하락하는 문제를 가지고 있다. 그리고 이 점은 전기차의 주행가능거리를 단축시켜 잦은 충전이 필요하게 되는 등 불편함을 주고 있는 것이 사실이다.
한편, 차량의 전동화로 인하여 차량의 실내뿐만 아니라, 고전압배터리, 모터 등의 전장부품들의 열관리 니즈도 새로이 추가되었다. 즉, 전기차 등의 경우 실내공간과 배터리, 전장부품 들의 경우 각각 공조에 대한 니즈가 상이하고, 이들을 독립적으로 대응하면서도 효율적으로 협업하여 에너지를 최대한 절약할 수 있는 기술이 필요한것이다. 이에 따라 각각의 구성에 대하여 독립적으로 열관리를 수행하면서 동시에 전체적인 차량의 열관리를 통합하여 열효율을 증대시키고자 차량의 통합 열관리 개념이 제시되고 있다.
이러한 차량의 통합 열관리가 수행되기 위해서는 복잡한 냉각수라인들과 부품들을 통합하여 모듈화 할 필요가 있는데, 복수의 부품들을 모듈화 하면서도 제조가 간단하고 패키지적인 측면에서도 컴팩트한 모듈화의 개념이 필요한 것이다.
한편, 최근에는 전기차에서 히트펌프의 효율을 높이기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 히트펌프의 효율을 높이는 방법 중 한 방법은 가스인젝션 타입의 히트펌프이다. 가스인젝션 타입의 히트펌프는 열교환기(H/X) 또는 플래쉬 탱크(Flash Tank)를 사용하여 난방시 순환되는 냉매의 유량을 증가시켜 차량의 난방 효율을 높이는 방식이다.
본 출원인은 가스인젝션 타입의 히트펌프 시스템에서 냉매간 열교환을 통하여 압축기에서 소비되는 에너지의 활용도를 높일 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하였다. 상기의 배경기술로서 설명된 내용은 본 발명에 대한 배경을 이해하기 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
해결하려는 과제
순환되는 냉매 사이의 열교환을 통하여 난방시 압축기에서 소비되는 에너지를 활용하여 난방 초기에 별도의 히터 사용량을 감소시킬 수 있는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템을 제공한다.
발명의 효과
실내 콘덴서 하류 지점의 냉매와 플래쉬 탱크 하류 지점의 냉매 사이에 열교환을 통하여 압축기로 흡입되는 냉매의 온도를 상승시킴으로써, 압축기의 작동 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 난방시 압축기에서 소비되는 에너지를 활용할 수 있도록 흡열기를 구비하여 냉매간 열교환을 시킴으로써 냉매가 별도의 냉각수와 열교환 없이도 COP=1 상태의 난방모드를 구현할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
이에 따라, 난방 초기에도 별도의 히터 사용량을 감소하거나 히터 사용을 하지 않더라도 난방을 실시할 수 있기 때문에 에너지 절약 및 히터의 구성을 생략할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
시스템 및 서비스 구성정보 상세 명세서
압축기, 실내 콘덴서, 제 1 팽창밸브 및 플래쉬 탱크가 순차적으로 구비되어 냉매가 유동되는 제 1 냉매라인과 제 2 팽창밸브 및 증발기가 순차적으로 구비되어 냉매가 상기 플래쉬 탱크로부터 유동되어 상기 제 2 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 압축기로 순환되는 제 2 냉매라인과 상기 플래쉬 탱크에서 분기된 냉매가 압축기로 직접 유동되도록 구비되고, 상기 실내 콘덴서에서 토출된 냉매와 상기 플래쉬 탱크에서 토출된 냉매 사이에 열교환이 이루어지는 흡열기가 구비되는 제 3 냉매라인과 상기 압축기의 작동 여부를 제어하고, 상기 제 1 팽창밸브 및 제 2 팽창밸브의 개도량을 조절하여 냉매의 유동 여부 및 팽창 여부를 제어하는 제어부를 포함하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 제 1 냉매라인 상에는 냉매의 유동방향을 기준으로 상기 실내 콘덴서의 하류지점에 구비되는 분기점에서 분기되어 상기 흡열기를 통과한 다음 상기 분기점의 하류지점과 제 1 팽창팰브 사이에서 상기 제 1 냉매라인과 합류되는 합류점으로 합류되는 제 4 냉매라인을 더 포함하고 상기 분기점 또는 합류점에는 3방향의 유동을 제어하는 3방향 밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 흡열기에서는 상기 실내 콘덴서에서 토출되는 냉매의 열이 상기 플래쉬 탱크에서 토출된 냉매로 흡열되도록 열교환되는 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템. 상기 증발기는 차량에서 순환되는 공기의 열이 상기 제 2 냉매라인에서 유동되는 냉매로 흡열되도록 열교환되는 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 제어부는 제 1 난방모드에서 상기 제 1 냉매라인으로 유동되는 냉매를 상기 제 3 냉매라인으로 순환시키고, 상기 제 2 냉매라인으로 냉매가 유동되는 것을 차단시키되, 상기 실내 콘덴서를 통과한 냉매를 상기 흡열기로 유동시켜서 상기 흡열기에서는 상기 실내 콘덴서에서 토출되는 냉매의 열이 상기 플래쉬 탱크에서 토출되어 압축기로 유입되는 냉매로 흡열되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 제어부는 제 1 난방모드에서 압축된 냉매가 실내 콘덴서를 통과하면서 차량의 내기와 열교환되면서 방열되도록 상기 압축기를 작동시키고 실내 콘덴서를 통과하면서 방열된 냉매가 상기 흡열기로 유동되도록 상기 3방향 밸브의 개폐를 제어하여 상기 제 4 냉매라인으로 냉매가 유동되도록 하며 실내 콘덴서를 통과하면서 방열된 냉매와 상기 흡열기를 통과하면서 방열된 냉매가 제 1 팽창밸브를 통과하면서 팽창된 다음 상기 플래쉬 탱크를 통과하도록 상기 제 1 팽창밸브의 개도량을 조절하고 상기 제 2 냉매라인으로 냉매가 유동되는 것을 차단하도록 상기 제 2 팽창밸브는 완전폐쇄(Full Close)하는 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 제 1 냉매라인, 제 3 냉매라인 및 제 4 냉매라인에서 유동되는 냉매가 별도의 냉각수와 열교환 없이 상기 제 3 냉매라인에서 유동되는 냉매와 상기 제 4 냉매라인에서 유동되는 냉매 사이에서 열교환이 이루어지는 COP=1 상태인 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 제어부는 제 2 난방모드에서 상기 제 1 냉매라인으로 유동되는 냉매 중 일부는 상기 제 2 냉매라인으로 순환시키고, 나머지는 제 3 냉매라인으로 순환시키되, 상기 실내 콘덴서를 통과한 냉매를 상기 흡열기로 유동시켜서 상기 증발기에서는 차량에서 순환되는 공기의 열이 상기 제 2 냉매라인에서 유동되는 냉매로 흡열되도록 하고 상기 흡열기에서는 상기 실내 콘덴서에서 토출되는 냉매의 열이 상기 플래쉬 탱크에서 토출되어 압축기로 유입되는 냉매로 흡열되도록 하는 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 제어부는 제 2 난방모드에서 압축된 냉매가 실내 콘덴서를 통과하면서 차량의 내기와 열교환되면서 방열되도록 상기 압축기를 작동시키고 실내 콘덴서를 통과하면서 방열된 냉매가 상기 흡열기로 유동되도록 상기 3방향 밸브의 개폐를 제어하여 상기 제 4 냉매라인으로 냉매가 유동되도록 하며 실내 콘덴서를 통과하면서 방열된 냉매와 상기 흡열기를 통과하면서 방열된 냉매가 제 1 팽창밸브를 통과하면서 팽창된 다음 상기 플래쉬 탱크를 통과하도록 상기 제 1 팽창밸브의 개도량을 조절하고 상기 플래쉬 탱크를 통과한 냉매 중 일부가 제 2 팽창밸브를 통과하면서 팽창된 다음 상기 증발기를 통과하도록 상기 제 2 팽창밸브의 개도량을 조절하는 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
상기 제 2 난방모드는 상기 제 1 냉매라인, 제 2 냉매라인, 제 3 냉매라인 및 제 4 냉매라인에서 유동되는 냉매가 별도의 냉각수와 열교환 없이 상기 제 3 냉매라인에서 유동되는 냉매와 상기 제 4 냉매라인에서 유동되는 냉매 사이에서 열교환이 이루어지는 COP=1 상태이고, 상기 증발기를 통과하는 냉매와 차량에서 순환되는 공기 사이에서 열교환이 이루어지는 상태인 것을 특징으로 하는 가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템.
가스인젝션 타입의 차량용 열관리 시스템 | 현대자동차 특허에 대하여 정리하였습니다.
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