(57)【要約】【課題】  室内空気調和のための多様な運転モードを単一補助熱交換器を利用して具現することである。【解決手段】  冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒の流動方向を転換できる四方弁、前記四方弁と一側が連結される室外熱交換器と室内熱交換器、前記四方弁とアキュム配管に連結され、前記アキュム配管の冷媒が内部空間に満たされる補助熱交換器、前記室外熱交換器の他側から延長される室外配管、前記室内熱交換器の他側から延長される室内配管及び前記室外配管の室外分岐点から分岐し、前記室内配管の室内分岐点まで延長される流動配管を備えた電気自動車用ヒートポンプシステムによって達成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車用ヒートポンプシステムであって、
パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ラインと、
圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、及び複数の膨張弁に冷媒が循環する冷媒ラインと、
前記パワートレインモジュールを循環する冷却水ラインと前記複数の膨張弁のうち一つの一の膨張弁が、設置された冷媒ラインが熱交換されるように備えられたパワートレインチラーと、
前記バッテリーを循環する冷却水ラインと前記複数の膨張弁のうち一つの他の膨張弁が設置された冷媒ラインが熱交換されるように備えられたバッテリークーラーと、を備えてなる、電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項２】
前記複数の膨張弁は、
前記室外熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室外膨張弁と、
前記室内熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室内膨張弁とをさらに備えてなり、
前記パワートレインモジュール及び前記バッテリーのうち少なくとも何れか一つを循環する冷却水を冷媒蒸発の単独熱源として使用する第１廃熱回収モードにおいて、
前記室外膨張弁及び前記室内膨張弁は完全に閉鎖され、
前記一の膨張弁及び前記他の膨張弁のうち少なくとも何れか一つは開放される、請求項１に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項３】
前記冷却水及び外気を冷媒蒸発の熱源として使用する第２廃熱回収モードにおいて、
前記室内膨張弁は完全に閉鎖され、
前記室外膨張弁は開放され、
前記一の膨張弁及び前記他の膨張弁のうち少なくとも何れか一つは開放される、請求項２に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項４】
前記第１廃熱回収モード及び前記第２廃熱回収モードは、
前記冷却水の温度が粘性力変化に基づいて規定される冷却水の基準温度より高い場合に作動する、請求項３に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項５】
前記冷媒ラインは、
前記圧縮機から吐出された冷媒の流動方向を転換できる四方弁と、
前記四方弁から内部空間を有する補助熱交換器に延長されるアキュム配管と、
前記室外熱交換器から延長される室外配管と、
前記室内熱交換器から延長される室内配管と、
前記室外配管から分岐し、前記室内配管の室内分岐点まで延長される流動配管と、
前記流動配管から分岐し、前記補助熱交換器に延長される第１補助配管と、
前記第１補助配管と連結され、前記内部空間に満たされた冷媒と熱交換された冷媒が前記補助熱交換器から排出されるようにガイドする第２補助配管と、を備えてなる、請求項１〜４の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項６】
前記冷媒ラインは、
前記室外配管の分岐点から前記流動配管の分岐点に冷媒流動を許容するように前記流動配管に設置される第１流動弁と、
前記室内分岐点から前記流動配管の分岐点に冷媒流動を許容するように前記流動配管に設置される第２流動弁とをさらに備えてなる、請求項５に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項７】
前記冷媒ラインは、一端部に前記室外配管が結合され、及び、他端部に前記第２補助配管が結合された共通配管をさらに備えてなる、請求項５又は６に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項８】
前記冷媒ラインは、
前記共通配管の一端部で前記室外配管と分岐し、前記パワートレインチラーに延長されるチラー配管と、
前記パワートレインチラーから前記アキュム配管に延長され、前記パワートレインチラーで前記冷却水と熱交換された冷媒をガイドするチラー回収配管とをさらに備えてなる、請求項７に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項９】
前記室内熱交換器に送風を提供する室内ファンと、
発熱するヒーターと、
前記ヒーターに冷却水が循環するようにガイドするヒーターラインと、
前記ヒーターラインに設置され、前記ヒーターを通過した冷却水によって熱せられるヒーターコアと、を備えてなり、
前記室内ファンの送風によって前記室内熱交換器を通過した室内空気は、前記ヒーターコアを通過して再び室内に吐出される、請求項１〜８の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
【請求項１０】
電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法であって、
電気自動車用ヒートポンプシステムが、
圧縮機と、
室内熱交換器と、
室外熱交換器及び複数の膨張弁に冷媒が循環する冷媒ラインと、
パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ラインと、
前記冷却水ラインと前記冷媒ラインが熱交換されるように備えられるパワートレインチラーと、
バッテリークーラーと、及び
複数の感知センサーを備えてなり、
ユーザが入力するユーザ設定温度、前記複数の感知センサーによって感知される室外温度、室内温度、在室人員、及び内部日射量に基づいて、室内に吐出される空気の目標温度を計算するステップと、
前記計算された目標温度及び前記室外温度に基づいて、換気モード、冷房モード、及び暖房モードのうち何れか一つの運転モードを判断するステップと、
前記暖房モードと判断した場合、前記パワートレインチラー及び前記バッテリークーラーのうち少なくとも何れか一つから冷媒を蒸発させる廃熱回収モードを判断するステップと、を含んでなる、電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１１】
前記廃熱回収モードを判断するステップは、
前記複数の感知センサーによって感知される冷却水の温度が、粘性力の変化に基づいて規定される冷却水の基準温度より高か否かを判断するステップを含んでなる、請求項１０に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１２】
前記廃熱回収モードを判断するステップは、
冷却水の温度が冷却水の基準温度より高い場合、前記室外温度が前記冷却水の氷点より高いか否かを判断するステップをさらに含んでなる、請求項１０又は１１に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１３】
前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、室外熱交換器から冷媒を蒸発させる一般暖房モードで作動するステップをさらに含んでなる、請求項１０〜１２の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１４】
前記冷却水の基準温度は、前記冷却水の粘性力が常温における粘性力に対し１０％増加する温度に設定される、請求項１１〜１３の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【請求項１５】
前記室外温度が前記冷却水の氷点より高い場合、前記冷却水のみを冷媒蒸発の熱源として使用する単独熱源廃熱回収モードで作動し、
前記室外温度が前記冷却水の氷点より低い場合、前記冷却水及び外気を冷媒蒸発の熱源として使用する二重熱源廃熱回収モードで作動する、請求項１２〜１４の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連技術〕
本発明は、韓国特許出願第１０−２０１９−００５３９８７号（出願日：２０１９年５月８日）に基づくパリ条約４条の優先権主張を伴ったものであり、当該韓国特許出願に開示された内容に基づくものである。参考のために、当該韓国特許出願の明細書及び図面の内容は本願明細書の一部に包摂されるものである。
〔本発明〕
本発明は、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車は、自動車の駆動エネルギーを化石燃料の燃焼からではなく、電気エネルギーから得る自動車と定義することができる。
【０００３】
一般的に、前記電気自動車には、バッテリー、駆動モータ、減速機、インバータ、コンバータ、オンボードチャージャー等が含まれる。そして、前記電気自動車は、電気エネルギーを前記バッテリーから前記駆動モータに供給して駆動力を発生させることができる。従って、前記電気自動車は、前記バッテリーの消耗電力を低減するほど１回充電当たりの走行距離を増加させることができる。
【０００４】
前記電気自動車は、電気エネルギーの効率的な使用と室内(または、客室)を冷房または暖房するためにヒートポンプシステムを含むことができる。このような電気自動車用ヒートポンプシステムは、圧縮機、流路切替弁、室外熱交換器、室内熱交換器及び膨張弁を含むことができる。
【０００５】
冷房モードにおいて、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、圧縮機で圧縮された高圧の気相冷媒が室外熱交換器を通じて凝縮された後、膨張弁を経て室内熱交換器で蒸発される。従って、前記室内は冷房される。
【０００６】
暖房モードにおいて、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、圧縮機で圧縮された高圧の気相冷媒が室内熱交換器を通過しながら室内ファンの送風力によって外気と熱交換される。ここで、熱交換された冷媒は凝縮され、外気は熱を吸収するので、温度が上昇することができる。
【０００７】
前記温度が上昇した外気は、室内ファンの送風によって室内に吐出される。従って、前記室内は暖房される。一方、凝縮された冷媒は、膨張弁を経て室外熱交換器で蒸発された後、圧縮機に回収される。
しかし、従来の電気自動車用ヒートポンプシステムには、以下のような問題がある。
【０００８】
第一、室内の冷暖房と除湿のために、複数の三方弁が備えられ、室内側熱交換器が２つ以上備えられるなどシステム構成が複雑な問題がある。これによれば、部品の数と大きさが増加し、電気自動車の制約的な設置空間に適用し難い問題がある。
【０００９】
第二、ヒートポンプシステムの多様な運転モードまたは要求される負荷に応じて、電気自動車の周囲環境を適切かつ柔軟に活用する方案が不足する問題がある。これによれば、冷房または暖房モードにおいて、適切な過冷度確保を通じたサイクルの性能向上を期待できず、結局、バッテリーの過度な電力消耗が発生する問題がある。
【００１０】
第三、自動車の冷却水サイクル(または、回路)で発生する廃熱を室内空気調和のために最適に活用できない問題がある。
【００１１】
第四、ユーザの快適感を向上させるとともに、バッテリー消耗電力を低減できない問題がある。
【００１２】
第五、バッテリー性能の信頼性のためにバッテリーで発生する熱を空冷式で冷却させることに限界がある。
これに関した先行技術文献情報は、以下のようである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】韓国特許公開公報１０２０１４００９７６８８Ａ
【特許文献２】韓国特許公開公報１０２０１３００１４５３５Ａ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記した問題を解決できる電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
特に、本発明は、室内空気調和のための多様な運転モードを単一補助熱交換器を利用して具現できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、電気自動車の狭い設置空間に適合するようにアキュムレータと過冷却熱交換器の機能を統合して、コンパクトな構造を有する補助熱交換器が備えられる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明は、より効果的な冷媒サイクルを具現できる環境変化を感知し、これを基に前記環境に適合する最適な運転モードを提供できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、暖房モードにおいて、多様な熱源を活用して暖房性能を向上させることができる、ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、室内搭乗者の温熱快適感を向上させるとともに、バッテリー消耗電力を低減させることができる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、電気自動車の１次流体である冷媒と２次流体である冷却水に対して総合的な熱管理をすることができる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２１】
特に、本発明は、パワートレイン、オンボードチャージャー(On Board Charger)、バッテリーなど電気自動車の冷却水サイクルで発生する廃熱を冷媒サイクルに活用できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２２】
また、本発明は暖房モードにおいて、環境変化に応じて熱源を多様に選択できる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２３】
また、本発明は、１回充電当たりの走行距離を増加させることができる、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【００２４】
また、本発明は、バッテリーの冷却を冷媒を活用して行える、電気自動車用ヒートポンプシステム及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
〔本発明の一の態様〕
本発明の一の態様は以下の通りである。
〔１〕  電気自動車用ヒートポンプシステムであって、
パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ラインと、
圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器、及び複数の膨張弁に冷媒が循環する冷媒ラインと、
前記パワートレインモジュールを循環する冷却水ラインと前記複数の膨張弁のうち一つの一の膨張弁が、設置された冷媒ラインが熱交換されるように備えられたパワートレインチラーと、
前記バッテリーを循環する冷却水ラインと前記複数の膨張弁のうち一つの他の膨張弁が設置された冷媒ラインが熱交換されるように備えられたバッテリークーラーと、を備えてなる、電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔２〕  前記複数の膨張弁は、
前記室外熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室外膨張弁と、
前記室内熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室内膨張弁とをさらに備えてなり、
前記パワートレインモジュール及び前記バッテリーのうち少なくとも何れか一つを循環する冷却水を冷媒蒸発の単独熱源として使用する第１廃熱回収モードにおいて、
前記室外膨張弁及び前記室内膨張弁は完全に閉鎖され、
前記一の膨張弁及び前記他の膨張弁のうち少なくとも何れか一つは開放される、〔１〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔３〕  前記冷却水及び外気を冷媒蒸発の熱源として使用する第２廃熱回収モードにおいて、
前記室内膨張弁は完全に閉鎖され、
前記室外膨張弁は開放され、
前記一の膨張弁及び前記他の膨張弁のうち少なくとも何れか一つは開放される、〔２〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔４〕  前記第１廃熱回収モード及び前記第２廃熱回収モードは、
前記冷却水の温度が粘性力変化に基づいて規定される冷却水の基準温度より高い場合に作動する、〔３〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔５〕  前記冷媒ラインは、
前記圧縮機から吐出された冷媒の流動方向を転換できる四方弁と、
前記四方弁から内部空間を有する補助熱交換器に延長されるアキュム配管と、
前記室外熱交換器から延長される室外配管と、
前記室内熱交換器から延長される室内配管と、
前記室外配管から分岐し、前記室内配管の室内分岐点まで延長される流動配管と、
前記流動配管から分岐し、前記補助熱交換器に延長される第１補助配管と、
前記第１補助配管と連結され、前記内部空間に満たされた冷媒と熱交換された冷媒が前記補助熱交換器から排出されるようにガイドする第２補助配管と、を備えてなる、〔１〕〜〔４〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔６〕  前記冷媒ラインは、
前記室外配管の分岐点から前記流動配管の分岐点に冷媒流動を許容するように前記流動配管に設置される第１流動弁と、
前記室内分岐点から前記流動配管の分岐点に冷媒流動を許容するように前記流動配管に設置される第２流動弁とをさらに備えてなる、〔５〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔７〕  前記冷媒ラインは、一端部に前記室外配管が結合され、及び、他端部に前記第２補助配管が結合された共通配管をさらに備えてなる、〔５〕又は〔６〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔８〕  前記冷媒ラインは、
前記共通配管の一端部で前記室外配管と分岐し、前記パワートレインチラーに延長されるチラー配管と、
前記パワートレインチラーから前記アキュム配管に延長され、前記パワートレインチラーで前記冷却水と熱交換された冷媒をガイドするチラー回収配管とをさらに備えてなる、〔７〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔９〕  前記室内熱交換器に送風を提供する室内ファンと、
発熱するヒーターと、
前記ヒーターに冷却水が循環するようにガイドするヒーターラインと、
前記ヒーターラインに設置され、前記ヒーターを通過した冷却水によって熱せられるヒーターコアと、を備えてなり、
前記室内ファンの送風によって前記室内熱交換器を通過した室内空気は、前記ヒーターコアを通過して再び室内に吐出される、〔１〕〜〔８〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステム。
〔１０〕  電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法であって、
電気自動車用ヒートポンプシステムが、
圧縮機と、
室内熱交換器と、
室外熱交換器及び複数の膨張弁に冷媒が循環する冷媒ラインと、
パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ラインと、
前記冷却水ラインと前記冷媒ラインが熱交換されるように備えられるパワートレインチラーと、
バッテリークーラーと、及び
複数の感知センサーを備えてなり、
ユーザが入力するユーザ設定温度、前記複数の感知センサーによって感知される室外温度、室内温度、在室人員、及び内部日射量に基づいて、室内に吐出される空気の目標温度を計算するステップと、
前記計算された目標温度及び前記室外温度に基づいて、換気モード、冷房モード、及び暖房モードのうち何れか一つの運転モードを判断するステップと、
前記暖房モードと判断した場合、前記パワートレインチラー及び前記バッテリークーラーのうち少なくとも何れか一つから冷媒を蒸発させる廃熱回収モードを判断するステップと、を含んでなる、電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１１〕  前記廃熱回収モードを判断するステップは、
前記複数の感知センサーによって感知される冷却水の温度が、粘性力の変化に基づいて規定される冷却水の基準温度より高か否かを判断するステップを含んでなる、〔１０〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１２〕  前記廃熱回収モードを判断するステップは、
冷却水の温度が冷却水の基準温度より高い場合、前記室外温度が前記冷却水の氷点より高いか否かを判断するステップをさらに含んでなる、〔１０〕又は〔１１〕に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１３〕  前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、室外熱交換器から冷媒を蒸発させる一般暖房モードで作動するステップをさらに含んでなる、〔１０〕〜〔１２〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１４〕  前記冷却水の基準温度は、前記冷却水の粘性力が常温における粘性力に対し１０％増加する温度に設定される、〔１１〕〜〔１３〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
〔１５〕  前記室外温度が前記冷却水の氷点より高い場合、前記冷却水のみを冷媒蒸発の熱源として使用する単独熱源廃熱回収モードで作動し、
前記室外温度が前記冷却水の氷点より低い場合、前記冷却水及び外気を冷媒蒸発の熱源として使用する二重熱源廃熱回収モードで作動する、〔１２〕〜〔１４〕の何れか一項に記載の電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法。
【００２６】
上記した目的を達成するために、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムは、冷媒を圧縮する圧縮機、前記圧縮機から吐出された冷媒の流動方向を転換できる四方弁、前記四方弁と一側が連結される室外熱交換器と室内熱交換器、前記四方弁とアキュム配管に連結され、前記アキュム配管の冷媒が内部空間に満たされる補助熱交換器、前記室外熱交換器の他側から延長される室外配管、前記室内熱交換器の他側から延長される室内配管及び前記室外配管の室外分岐点から分岐し、前記室内配管の室内分岐点まで延長される流動配管を含むことができる。
【００２７】
前記流動配管は、前記補助熱交換器と連結される共通過冷ラインを形成するために備えられてもよい。また、前記共通過冷ラインは、２つの流動弁の間で分岐するように形成することができる。
【００２８】
具体的に、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、前記流動配管の流動分岐点から分岐し、前記補助熱交換器の内部に冷媒をガイドする第１補助配管と、前記第１補助配管と連結され、前記内部空間に満たされた冷媒と熱交換された冷媒が前記補助熱交換器から排出されるようにガイドする第２補助配管とをさらに含むことができる。
また、前記流動配管には、互いに冷媒の流動許容方向を逆にする流動弁が設置される。
【００２９】
具体的に、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、前記室外分岐点から前記流動分岐点に冷媒流動を許容するように前記流動配管に設置される第１流動弁と、前記室内分岐点から前記流動分岐点に冷媒流動を許容するように前記流動配管に設置される第２流動弁とをさらに含むことができる。
そして、前記流動弁は、逆止弁を含むことができる。
【００３０】
これによれば、冷房、バッテリー冷却、暖房、除湿、除霜、単独熱源廃熱回収、二重熱源廃熱回収など多様なヒートポンプシステムの運転モードを一つの補助熱交換器と前記共通過冷ラインを利用して具現できる。即ち、電気自動車用ヒートポンプシステムの構成を単純化することができる。
【００３１】
また、前記室内配管は、前記第２補助配管に延長される。
また、前記室内分岐点と前記第２補助配管との間に位置するように前記室内配管に設置される室内膨張弁をさらに含むことができる。
【００３２】
また、前記電気自動車用ヒートポンプシステムは、駆動モータが備えられるパワートレインモジュールに冷却水が循環するようにガイドするパワートレインライン、前記パワートレインラインに設置され、前記冷却水が通過するように備えられるパワートレインチラー、一端部に形成される第１連結点に前記室外配管が結合され、他端部に形成される第２連結点に前記第２補助配管が結合される共通配管、前記第１連結点から前記パワートレインチラーに延長されるチラー配管と、前記パワートレインチラーから前記アキュム配管に延長され、前記パワートレインで前記冷却水と熱交換された冷媒をガイドするチラー回収配管をさらに含むことができる。
【００３３】
また、前記第１連結点と前記室外分岐点の間に位置するように前記室外配管に設置される室外膨張弁と、前記チラー配管に設置される廃熱膨張弁とをさらに含むことができる。
また、前記チラー回収配管に設置されるチラーバルブをさらに含むことができる。
【００３４】
また、前記パワートレインラインから分岐され、ラジエーターと前記パワートレインモジュールの間に冷却水の循環をガイドするラジエーターラインをさらに含むことができる。
【００３５】
また、前記パワートレインラインに設置されて冷却水の循環を制御するパワートレインポンプと、前記ラジエーターラインに設置されて冷却水の循環を制御するラジエーターポンプとをさらに含むことができる。
【００３６】
また、前記パワートレインラインは、前記パワートレインチラーを循環するチラーラインを含むことができる。
また、前記パワートレインラインには、前記チラーラインと前記ラジエーターラインがそれぞれ連結されるパワートレインバルブが設置される。
【００３７】
また、バッテリーに冷却水が循環するようにガイドするバッテリーラインと、前記バッテリーラインに設置され、前記冷却水が通過するように備えられるバッテリークーラーとをさらに含むことができる。
【００３８】
また、前記第２連結点から前記バッテリークーラーに延長されるクーラー配管と、前記バッテリークーラーから前記アキュム配管に延長され、前記バッテリークーラーで前記冷却水と熱交換された冷媒をガイドするクーラー回収配管とをさらに含むことができる。
【００３９】
また、前記クーラー配管に設置されるクーラー膨張弁をさらに含むことができる。
また、前記バッテリーラインに設置されて冷却水の循環を制御するバッテリーポンプをさらに含むことができる。
【００４０】
また、前記室内熱交換器に送風を提供する室内ファン、発熱するヒーター、前記ヒーターに冷却水が循環するようにガイドするヒーターライン、前記ヒーターラインに設置され、前記ヒーターを通過した冷却水によって熱せられるヒーターコアとをさらに含むことができる。
【００４１】
また、前記室内ファンの送風によって前記室内熱交換器を通過した室内空気は、前記ヒーターコアを通過して再び室内に吐出される。これによれば、除湿または除霜運転（作動：実行）で室内暖房を連続的に提供することができる。
【００４２】
また、前記補助熱交換器は、前記内部空間を形成するケース、前記アキュム配管が結合され、下端が前記内部空間の下面から上方に離隔するように延長される吸込管、前記内部空間に満たされた気相冷媒を吸込んで前記圧縮機に回収する吐出管、前記第１補助配管が結合され、前記内部空間に下面に延長される流入管、前記流入管から前記吸込管を多数回取囲むように上方に延長される螺旋管及び前記螺旋管の上端から延長され、前記第２補助配管と結合される排出管を含むことができる。
【００４３】
さらに他の観点で、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムは、パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ライン、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び複数の膨張弁に冷媒が循環する冷媒ライン、前記パワートレインモジュールを循環する冷却水ラインと前記複数の膨張弁のうち何れか一つの膨張弁が設置された冷媒ラインが熱交換されるように備えられるパワートレインチラー及び前記バッテリーを循環する冷却水ラインと前記複数の膨張弁のうち他の一つの膨張弁が設置された冷媒ラインが熱交換されるように備えられるバッテリークーラーを含むことができる。
【００４４】
また、前記複数の膨張弁は、前記室外熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室外膨張弁と、前記室内熱交換器に流入する冷媒を膨張させる室内膨張弁とをさらに含むことができる。
【００４５】
また、前記パワートレインモジュール及び前記バッテリーのうち少なくとも何れか一つを循環する冷却水を冷媒蒸発の単独熱源として使用する第１廃熱回収モードにおいて、前記室外膨張弁及び前記室内膨張弁は完全に閉鎖され、前記何れか一つの膨張弁及び前記他の一つの膨張弁のうち少なくとも何れか一つは開放される。
【００４６】
また、前記冷却水及び外気を冷媒蒸発の熱源として使用する第２廃熱回収モードにおいて、前記室内膨張弁は完全に閉鎖され、前記室外膨張弁は開放され、前記何れか一つの膨張弁及び前記他の一つの膨張弁のうち少なくとも何れか一つは開放される。
【００４７】
また、前記第１廃熱回収モード及び前記第２廃熱回収モードは、前記冷却水の温度が粘性力変化を基に規定される冷却水の基準温度より高い場合に運転（作動：実行）される。
【００４８】
さらに他の観点で、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの制御方法は、圧縮機、室内熱交換器、室外熱交換器及び複数の膨張弁に冷媒が循環する冷媒ライン、パワートレインモジュール及びバッテリーに冷却水が循環する冷却水ライン、前記冷却水ラインと前記冷媒ラインが熱交換されるように備えられるパワートレインチラーとバッテリークーラー及び複数の感知センサーを含む電気自動車用ヒートポンプシステムにおいて、ユーザが入力するユーザ設定温度、前記複数の感知センサーによって感知される室外温度、室内温度、在室人員及び内部日射量を基に、室内に吐出される空気の目標温度を計算するステップと、前記計算された目標温度と前記外気温度を基に、換気モード、冷房モード及び暖房モードのうち何れか一つの運転モードを判断するステップと、前記暖房モードと判断した場合、前記パワートレインチラー及び前記バッテリークーラーのうち少なくとも何れか一つから冷媒を蒸発させる廃熱回収モードを判断するステップとを含むことができる。
【００４９】
また、前記廃熱回収モードを判断するステップは、前記複数の感知センサーによって感知される冷却水の温度が粘性力の変化を基に規定される冷却水の基準温度より高いのかを判断するステップを含むことができる。
【００５０】
また、前記廃熱回収モードを判断するステップは、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より高い場合、前記室外温度が前記冷却水の氷点より高いのかを判断するステップをさらに含むことができる。
【００５１】
また、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、室外熱交換器から冷媒を蒸発させる一般暖房モードで運転（作動：実行）するステップをさらに含むことができる。
また、前記冷却水の基準温度は、前記冷却水の粘性力が常温における粘性力に対し１０％増加する温度に設定される。
【００５２】
また、前記室外温度が前記冷却水の氷点より高い場合、前記冷却水のみを冷媒蒸発の熱源として使用する単独熱源廃熱回収モードで作動し、前記室外温度が前記冷却水の氷点より低い場合、前記冷却水及び外気を冷媒蒸発の熱源として使用する二重熱源廃熱回収モードで作動することができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、電気自動車用ヒートポンプシステムの多様な運転モード、即ち、冷房、バッテリー冷却、暖房、除霜、除湿、単独熱源廃熱回収(または「第１廃熱回収」)及び二重熱源廃熱回収(または「第２廃熱回収」)モードにおいて、共通して単一補助熱交換器を活用できるので、ヒートポンプシステムの構成が単純となり、小型化することができる長所がある。
また、アキュムレータの機能が統合された補助熱交換器によって、ヒートポンプシステムを軽量化することができる長所がある。
【００５４】
また、従来の電気自動車用ヒートポンプシステムと同等またはそれ以上の冷暖房性能を提供できるとともに、冷暖房のための電力消費量は減少させることができる。従って、バッテリー消耗電力を最小化して１回充電当たりの走行距離を増加させ、室内搭乗者の快適感を向上させることができる。
【００５５】
また、HFC(Hydrofluorocarbon)に対する国際的な規制により、二酸化炭素(CO2)のように地球温暖化係数(GWP)が非常に低い代替冷媒が自動車に適用される場合、本発明の実施例に係る補助熱交換器が適用されたヒートポンプシステムは、高温環境で圧力が過剰に高くなる前記代替冷媒の短所を補完できるので、未来型電気自動車のヒートポンプシステムとして適合する長所がある。
【００５６】
また、補助熱交換器によって凝縮器の出口側で冷媒の過冷却度がさらに増加するので、蒸発器の入口側でフラッシュガス(flash gas)をさらに減少させることができる長所がある。
また、前記過冷却度の増加は、蒸発区間の潜熱を相対的に多く確保できるようにするので、蒸発過程で吸収熱量が増加する長所がある。
【００５７】
また、暖房モードにおいて、室外温度と冷却水温度を変数とするヒートポンプシステムの環境変化におうじて、熱源を冷却水、冷却水と外気または外気に選択することができるので、暖房性能を向上させることができる。
【００５８】
また、電気自動車の多様な運転モードを共通配管、補助配管及び流動配管によって単純に具現できるので、製造コストを低減でき、経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの概略図。
【図２】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの構成を示す図面。
【図３】本発明の実施例に係る補助熱交換器の構成を示す図面。
【図４】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの冷房モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図５】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムのバッテリー冷却モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図６】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの暖房モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図７】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの除湿モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図８】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの第１廃熱回収モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図９】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの第２廃熱回収モードにおいて、作動流体の流れを示す図面。
【図１０】本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、サイクルを比較したＰ‐ｈ線図。
【図１１】本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、過熱度及び過冷度変化を比較した実験グラフ。
【図１２】本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、冷媒質量の流量及び蒸発器のエンタルピーの差を比較した実験グラフ。
【図１３】本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、圧縮機の吐出圧力及び吸込圧力を比較した実験グラフ。
【図１４】本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、暖房能力及び消費電力を比較した実験グラフ。
【図１５】本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、暖房性能係数(heating COP)及び暖房性能係数の改善率を示す実験グラフ。
【図１６】本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの運転モードを判断するための制御方法を示すフローチャート。
【図１７】本発明の実施例に係る暖房モードの制御方法を示すフローチャート。
【図１８】温度に応じた冷却水の粘性変化を示す実験グラフ。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
次に、本開示の実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。
【００６１】
以下の好ましい実施形態の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の好ましい実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に記載されており、また、他の実施形態を利用することができること、ならびに本発明の趣旨または範囲から逸脱することなく、論理構造的、機械的、電気的、および化学的変更を行うことができることを理解されたい。当業者が本発明を実施することを可能にするために必要ではない詳細を回避するために、説明は、当業者に知られている特定の情報を省略する場合がある。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００６２】
また、実施形態の説明では、本発明の構成要素を説明するときに、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を本明細書で使用する場合がある。これらの各用語は、対応する構成要素の本質、順序、またはシーケンスを定義するために使用されるのではなく、対応する構成要素を他の構成要素と区別するためにのみ使用される。
【００６３】
図１は本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの概略図であり、図２は本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの構成を示す図面である。
【００６４】
以下では、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステム１は、説明の便宜を図って「ヒートポンプ１」という。
【００６５】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施例に係るヒートポンプ１は、１次流体である冷媒が循環する冷媒ラインと２次流体である冷却水が循環する冷却水ラインを含むことができる。即ち、前記冷媒及び前記冷却水は、前記ヒートポンプ１の作動流体であると理解することができる。
【００６６】
前記冷媒は、冷凍サイクルを形成して室内(または、客室)に冷暖房を提供することができる。そして、前記冷却水は、電気自動車の電装部品のうち放熱が必要な部品に提供される。
【００６７】
即ち、前記冷却水は、パワートレインモジュール１０及びバッテリー２０から発生する熱を排出させる放熱機能をすることができる。一例として、前記冷却水は、電気自動車に備えられる貯蔵タンク(図示されない)に貯蔵される。そして、前記冷却水は、前記貯蔵タンクから放熱が必要な各構成に提供され、前記貯蔵タンクに再回収される。
【００６８】
一方、前記パワートレインモジュール１０を冷却させるためにパワートレインモジュール１０に提供される冷却水を第１冷却水、前記バッテリー２０を冷却させるために前記バッテリー２０に提供される冷却水を第２冷却水と称することができる。
【００６９】
前記パワートレインモジュール１０は、電気自動車の駆動力を発生させる駆動モータ、前記駆動モータと連結される減速機及びインバータを含むことができる。
【００７０】
前記ヒートポンプ１は、前記パワートレインモジュール１０を冷やすための冷却水が循環するパワートレインライン１１、前記パワートレインライン１１を流動する冷却水と冷媒が熱交換するパワートレインチラー１５、前記パワートレインチラー１５と前記パワートレインモジュール１０の間で冷却水が循環するように延長されるチラーライン１２、前記チラーライン１２に冷却水が提供されるように作動するパワートレインポンプ１３及び室外側に設置される室外熱交換モジュール４０を含むことができる。
【００７１】
前記パワートレインライン１１は、前記パワートレインモジュール１０に冷却水が通過するように備えられてもよい。即ち、前記パワートレインライン１１は、前記パワートレインモジュール１０に冷却水が循環するように前記パワートレインモジュール１０の冷却水入口と冷却水出口を形成する配管であると理解することができる。
即ち、前記パワートレインライン１１は、前記パワートレインモジュール１０に冷却水が循環するようにガイドすることができる。
【００７２】
前記パワートレインチラー１５は、後述する廃熱膨張弁１６１を通過して膨張した冷媒を前記パワートレインモジュール１０を通過した高温の冷却水と熱交換させることができる。
【００７３】
前記チラーライン１２は、前記パワートレインモジュール１０を貫通するパワートレインライン１１の両側に連結される。
【００７４】
具体的に、前記パワートレインチラー１５の冷却水入口には、前記パワートレインモジュール１０の出口に位置するパワートレインライン１１と連結されるチラーライン１２が結合される。前記パワートレインチラー１５の冷却水出口には、前記パワートレインモジュール１０の入口に位置するパワートレインライン１１と連結されるチラーライン１２が結合される。
【００７５】
従って、前記パワートレインモジュール１０を通過して熱を吸収した冷却水は、前記チラーライン１２を通じて前記パワートレインチラー１５を通過しながら熱を放出することができる。
【００７６】
そして、前記パワートレインチラー１５を通過する冷媒は、前記冷却水の熱を吸収することができる。即ち、前記冷媒は、前記パワートレインモジュール１０から発生する廃熱を熱源として使用することができる。後述する第１廃熱回収及び第２廃熱回収モードでは、前記廃熱を熱源として冷媒の蒸発が行われる。
【００７７】
前記チラーライン１２は、前記パワートレインライン１１から延長されるように形成することができる。即ち、前記チラーライン１２と前記パワートレインライン１１は、一体の配管で形成される。従って、前記パワートレインライン１１は、前記チラーライン１２を含むことができる。
【００７８】
即ち、前記パワートレインライン１１には、前記パワートレインモジュール１０と前記パワートレインチラー１５が設置されて冷却水を循環させることができる。
【００７９】
前記パワートレインポンプ１３は、前記チラーライン１２に設置される。一例として、前記パワートレインポンプ１３は、前記パワートレインモジュール１０の出口側と前記パワートレインチラー１５の入口側を連結するチラーライン１２に設置することができる。
【００８０】
前記パワートレインポンプ１３は、前記パワートレインモジュール１０を通過した冷却水が前記チラーライン１２に流入するように作動することができる。一例として、前記パワートレインポンプ１３がオン(ON)状態で作動すると、貯蔵タンクから提供される冷却水が前記パワートレインライン１１及び前記チラーライン１２を循環することができる。
【００８１】
前記室外熱交換モジュール４０は、冷却水の熱を放出させるラジエーター４１、外気と冷媒が熱交換する室外熱交換器４５及び送風を提供する室外ファン４６を含むことができる。
【００８２】
前記ラジエーター４１には、前記パワートレインライン１１を流動する冷却水が通過することができる。即ち、前記パワートレインライン１１を流動する冷却水は、前記ラジエーター４１と前記パワートレインチラー１５を通過することができる。
【００８３】
具体的に、前記ヒートポンプ１は、前記ラジエーター４１と前記パワートレインモジュール１０の間を冷却水が循環するように延長されるラジエーターライン１７、前記ラジエーターライン１７に冷却水が提供されるように作動するラジエーターポンプ１６及び冷却水の流動を制限できるパワートレインバルブ１９をさらに含むことができる。
【００８４】
前記ラジエーターライン１８は、前記パワートレインライン１１の一地点で分岐し、前記ラジエーター４１を通過した後前記パワートレインライン１１の他地点に連結される。
【００８５】
即ち、前記パワートレインライン１１は、前記チラーライン１２と前記ラジエーターライン１８に分岐される分岐点を形成することができ、前記チラーライン１２と前記ラジエーターライン１８が合岐される合岐点を形成することができる。そして、前記分岐点は、前記パワートレインモジュール１０の出口側に位置することができ、前記合岐点は、前記パワートレインモジュール１０の入口側に位置することができる。
【００８６】
また、前記パワートレインバルブ１９は、前記合岐点に設置することができる。一例として、前記パワートレインバルブ１９は、三方弁を含むことができる。従って、前記パワートレインバルブ１９には、前記パワートレインライン１１、前記チラーライン１２及び前記ラジエーターライン１７が連結される。
【００８７】
前記パワートレインバルブ１９は、前記チラーライン１２または前記ラジエーターライン１７を流動する冷却水が前記パワートレインライン１１に回収されるように開閉動作を行うことができる。
【００８８】
前記ラジエーターポンプ１６は、前記ラジエーターライン１７に設置することができる。一例として、前記ラジエーターポンプ１６は、前記パワートレインモジュール１０の出口側と前記ラジエーター４１の入口側を連結するラジエーターライン１７に設置することができる。
【００８９】
前記ラジエーターポンプ１６は、前記パワートレインモジュール１０を通過した冷却水が前記ラジエーターライン１７に流入するように作動することができる。一例として、前記ラジエーターポンプ１６がオン(ON)状態で作動すると、貯蔵タンクから提供される冷却水が前記パワートレインライン１１及び前記ラジエーターライン１７を循環することができる。
【００９０】
冷却水の流動の観点で、前記ラジエーター４１はラジエーターライン１７に設置することができる。即ち、冷却水は、前記ラジエーターライン１７に沿って前記ラジエーター４１を通過することができる。
【００９１】
前記ラジエーター４１は、電気自動車の前部に位置することができる。従って、電気自動車が走行する時には、冷たい空気が前記ラジエーター４１に入りながら、前記パワートレインモジュール１１で発生する熱を吸収した冷却水を冷却させることができる。
【００９２】
前記室外ファン４６は、前記ラジエーター４１の後方に位置することができる。従って、前記室外ファン４６は、前記ラジエーター４１の後方に熱い空気が停滞することを防止するように作動することができる。
【００９３】
前記室外熱交換器４５は、前記室外ファン４６の前方に位置することができる。そして、前記室外熱交換器４５は、前記ラジエーター４１の前方または後方に位置することができる。
【００９４】
即ち、前記室外熱交換器４５は、前記ラジエーター４１と一緒に前記電気自動車の前の部分に位置して外気と冷媒の熱交換を行うことができる。
【００９５】
一方、前記室外熱交換モジュールは、CRFM(Condenser Radiator Fan Module)と称することもできる。
【００９６】
前記ヒートポンプ１は、前記バッテリー２０を冷やすための冷却水が循環するバッテリーライン２８、前記バッテリーライン２８を流動する冷却水と冷媒が熱交換するバッテリークーラー２５及び前記バッテリーライン２８に冷却水が提供されるように作動するバッテリーポンプ２１をさらに含むことができる。
【００９７】
前記バッテリーライン２８は、前記バッテリークーラー２５と前記バッテリー２０の間を冷却水が循環するように延長される。
【００９８】
前記バッテリーポンプ２１は、前記バッテリーライン２８に設置される。
【００９９】
前記バッテリーポンプ２１は、冷却水が前記バッテリーライン２８を循環して前記バッテリー２０の放熱を行うように作動することができる。一例として、前記バッテリーポンプ２１がオン(ON)状態で作動すると、貯蔵タンク(図示されない)に貯蔵された冷却水は、前記バッテリーライン２８に提供される。そして、前記冷却水は、前記バッテリー２０と前記バッテリークーラー２５を通過しながら前記バッテリーライン２８を循環することができる。
【０１００】
前記バッテリークーラー２５は、後述するバッテリー膨張弁１５６を通過した冷媒を前記バッテリー２０を通過した高温の冷却水と熱交換させることができる。
【０１０１】
前記バッテリーライン２８は、前記バッテリー２０の出口側が前記バッテリークーラー２５の冷却水入口と連結されるように延長され、前記バッテリークーラー２５の冷却水出口が前記バッテリー２０の入口側に連結されるように延長される。
【０１０２】
従って、前記バッテリー２０を通過して熱を吸収した冷却水は、前記バッテリーライン２８を通じて前記バッテリークーラー２５を通過しながら冷媒と熱交換されて冷却される。
【０１０３】
そして、前記バッテリークーラー２５を通過する冷媒は、前記冷却水の熱を吸収することができる。即ち、前記冷媒は、前記バッテリー２０から発生する廃熱を熱源として使用することができる。
【０１０４】
従って、図示されていないが、後述する第１廃熱回収及び第２廃熱回収モードでは、上述したパワートレインチラー１５だけではなく、前記バッテリークーラー２５を通じても前記廃熱を熱源とする冷媒の蒸発が行われる。
【０１０５】
前記ヒートポンプ１は、室内側に設置される室内熱交換モジュール３０をさらに含むことができる。
【０１０６】
前記室内熱交換モジュール３０は、室内ダクト３１、前記室内ダクト３１の内部に位置する室内熱交換器３５及び室内ファン３６を含むことができる。
【０１０７】
前記室内ファン３６は、送風を提供することができる。従って、前記室内ファン２６は、電気自動車の室内に空気を吐出または室内の空気を吸込むことができる。
【０１０８】
また、前記室内ファン３６は、前記室内熱交換器３５を通過する冷媒を空気と熱交換することができるように送風を提供することができる。
【０１０９】
前記ヒートポンプ１は、ユーザ入力部を提供する室内コントローラ３９をさらに含むことができる。
【０１１０】
前記室内コントローラ３９は、前記室内熱交換モジュール３０と電気的に連結される。一例として、前記室内コントローラ３９は、前記室内熱交換器モジュール３０に備えられる制御装置(図示されない)と連結される。
【０１１１】
そして、ユーザは、前記室内コントローラ３９を操作することで、多様な前記ヒートポンプ１の運転モードを入力することができる。
【０１１２】
一例として、前記ヒートポンプ１の運転モードのうちユーザが選択できる運転モードは、冷房、暖房、除湿及び換気の何れか一つであってもよい。そして、前記制御装置は、室内温度、室外温度、冷却水温度、冷媒温度、冷媒圧力などを基に最適な熱効率を具現できる具体的な運転モードを作動させることができる。
【０１１３】
ここで、前記具体的な運転モードは、一般暖房、単独熱源廃熱回収(第１廃熱回収)、二重熱源廃熱回収(第２廃熱回収)、除湿暖房、除霜暖房及びバッテリー冷却を含むことができる。
【０１１４】
一方、前記ヒートポンプ１は、冷媒を圧縮する圧縮機１００、冷媒の流動方向を切替える四方弁１１０及び冷媒の間の熱交換が行われる補助熱交換器２００をさらに含むことができる。
【０１１５】
前記圧縮機１００は、低温、低圧の冷媒を吸込んで高温、高圧の冷媒に圧縮することができる。
【０１１６】
前記圧縮機１００の吐出口には、高温、高圧に圧縮された気相冷媒が吐出される。そして、前記圧縮機１００の吸込口には、低温、低圧の気相冷媒が吸込まれる。
【０１１７】
前記圧縮機１００の吐出口は、吐出配管１０３と結合することができる。そして、前記吐出配管１０３は、前記四方弁１１０に延長される。
【０１１８】
前記補助熱交換器２００は、凝縮器を通過した凝縮冷媒と蒸発器を通過した蒸発冷媒の間の熱交換をガイドすることができる。前記蒸発冷媒は、相対的に低温、低圧の冷媒であり、前記凝縮冷媒は、相対的に高温、高圧の冷媒である。
【０１１９】
これによれば、前記凝縮冷媒は過冷却される。即ち、前記補助熱交換器２００は過冷却機能をすることができる。
【０１２０】
また、前記補助熱交換器２００は、蒸発冷媒が流入して気相冷媒と液相冷媒に分離し、前記気相冷媒を前記圧縮機１００に流入させるアキュムレータ機能をすることができる。そして、相対的に温度が低い前記蒸発冷媒のうち液相冷媒は、前記凝縮冷媒と熱交換を通じてさらに蒸発される。従って、前記圧縮機１００に吸込まれる気相冷媒の量は、相対的に増加することができる。
【０１２１】
電気自動車に備えられるヒートポンプシステムは、室内熱交換器の伝熱面積が相対的に小さい。従って、前記補助熱交換器２００は、一種の液相冷媒のバッファー空間(Receiver tank)の機能として活用することもできる。
【０１２２】
一方、前記補助熱交換器２００は、「アキュムレータ一体型内部熱交換器」と称することもできる。前記補助熱交換器２００に対する具体的な構成は、後述するようにする。
【０１２３】
前記圧縮機１００の吸込口は、吸込配管１０３と結合することができる。前記吸込配管１０３は、前記気相冷媒が前記圧縮機１００に流入するように前記補助熱交換器２００に延長される。
【０１２４】
前記四方弁１１０は、前記吐出配管１０３から流入する冷媒を運転モードに応じて凝縮器として作動する前記室外熱交換器４５または前記室内熱交換器３５に選択的に流動するようにガイドすることができる。
【０１２５】
具体的に、前記四方弁１１０には、前記室外熱交換器４５の一側に延長される室外連結配管１１３及び前記室内熱交換器３５の一側に延長される室内連結配管１３８がそれぞれ結合される。
【０１２６】
また、前記四方弁１１０は、冷媒を前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。具体的に、前記四方弁１１０には、前記補助熱交換器２００に延長されるアキュム配管１７０が結合される。
【０１２７】
そして、前記アキュム配管１７０には、後述するクーラー回収配管１５７が結合されるクーラー合岐点１５８及び後述するチラー回収配管１６３が結合されるチラー合岐点１６５を含むことができる。
【０１２８】
即ち、前記クーラー合岐点１５８と前記チラー合岐点１６５は、蒸発冷媒が前記補助熱交換器２００に流動するために前記アキュム配管１７０と合岐される地点であると理解することができる。
【０１２９】
前記クーラー合岐点１５８は、前記バッテリークーラー２５を通過しながら蒸発された冷媒が前記アキュム配管１７０を通じて前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。
【０１３０】
前記チラー合岐点１６５は、前記パワートレインチラー１５を通過しながら蒸発された冷媒が前記アキュム配管１７０を通じて前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。
【０１３１】
前記ヒートポンプ１は、前記室外熱交換器４５の他側から延長される室外配管１１５及び前記室内熱交換器３５の他側から延長される室内配管１３０を含むことができる。
【０１３２】
前記室外熱交換器４５は、両側に前記室外連結配管１１３と前記室外配管１１５が結合されて冷媒をガイドすることができる。即ち、前記室外配管１１５と前記室外連結配管１１３は、前記室外熱交換器４５の冷媒出口と冷媒入口にそれぞれ結合することができる。一例として、前記室外熱交換器４５が凝縮器として作動する場合、前記室外連結配管１１３は、前記室外熱交換器４５で圧縮された冷媒を流入させ、前記室外配管１１５には、前記室外熱交換器４５で凝縮された冷媒が吐出される。
【０１３３】
前記室内熱交換器３５は、両側に前記室内連結配管１３８と前記室内配管１３０が結合されて冷媒をガイドすることができる。即ち、前記室内配管１３０と前記室内連結配管１３８は、前記室内熱交換器３５の冷媒出口と冷媒入口にそれぞれ結合することができる。一例として、前記室内熱交換器３５が凝縮器として作動する場合、前記室内連結配管１３８は、前記室内熱交換器３５で圧縮された冷媒を流入させ、前記室内配管１３０には、前記室内熱交換器３５で凝縮された冷媒が吐出される。
【０１３４】
前記ヒートポンプ１は、前記室外配管１１５から分岐し、前記室内配管１３０に延長される流動配管１２０をさらに含むことができる。
【０１３５】
具体的に、前記流動配管１２０は、前記室外配管１１５の一地点に形成される室外分岐点１１６から前記室内配管１３０の一地点に形成される室内分岐点１３１まで延長される。
【０１３６】
前記室外分岐点１１６は、前記室外配管１１５の冷媒が分岐される地点であると理解することができる。前記室内分岐点１３１は、前記室内配管１３０の冷媒が分岐される地点であると理解することができる。
【０１３７】
即ち、前記室内配管１３０は、前記室内熱交換器３５と連結される流動配管１２０から分岐し、前記補助熱交換器２００と連結される第２補助配管１４２まで延長される。
前記流動配管１２０は、凝縮冷媒が合岐される流動分岐点１２３を含むことができる。
【０１３８】
前記流動分岐点１２３は、運転モードに応じて凝縮器として作動する室外熱交換器４５または室内熱交換器３５を通過した冷媒が前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。一例として、前記流動分岐点１２３は、前記補助熱交換器２００に延長される補助配管１４１が結合される。
【０１３９】
前記ヒートポンプ１は、前記流動配管１２０の冷媒流動を調節する第１流動弁１２５及び第２流動弁１２７をさらに含むことができる。
【０１４０】
前記第１流動弁１２５及び前記第２流動弁１２７は、前記流動配管１２０に設置される。
【０１４１】
前記第１流動弁１２５は、前記室外分岐点１１６と前記流動分岐点１２３の間に設置することができる。そして、前記第１流動弁１２５は、前記室外分岐点１１６と前記流動分岐点１２３の間を流動する冷媒を制御することができる。
【０１４２】
前記第２流動弁１２７は、前記流動分岐点１２３と前記室内分岐点１３１の間に設置することができる。前記第２流動弁１２７は、前記流動分岐点１２３と前記室内分岐点１３１の間を流動する冷媒を制御することができる。
【０１４３】
前記第１流動弁１２５及び前記第２流動弁１２７は、前記流動配管１２０を流動する冷媒が前記流動分岐点１２３で補助配管１４１を通じて補助熱交換器２００に流動するように作動することができる。
【０１４４】
即ち、前記第１流動弁１２５及び前記第２流動弁１２７は、前記流動配管１２０で冷媒の流動方向を制御することができる。
【０１４５】
一方、前記第１流動弁１２５と前記第２流動弁１２７は、総称して「流動弁」と称することができる。
【０１４６】
前記流動弁１２５、１２７は、逆止弁、電磁弁、電子弁などを含むことができる。
【０１４７】
説明と理解の便宜を図り、本発明の実施例では、前記流動弁１２５、１２７が冷媒の流動を一方向のみに許容する逆止弁として備えられたものを基準に説明するようにする。
【０１４８】
前記第１流動弁１２５と第２流動弁１２７は、互いに許容する冷媒の流動方向が反対となるように設置される。
【０１４９】
具体的に、前記第１流動弁１２５は、前記室外分岐点１１６から前記流動分岐点１２３に向かう冷媒の流動を許容する。しかし、前記流動分岐点１２３から前記室外分岐点１１６に向かう冷媒の流動は遮断する。
【０１５０】
また、前記第２流動弁１２７は、前記室内分岐点１３１から前記流動分岐点１２３に向かう冷媒の流動を許容する。しかし、前記流動分岐点１２３から前記室内分岐点１３１に向かう冷媒の流動は遮断する。
【０１５１】
これによれば、運転モードに応じて凝縮器として作動する室外熱交換器４５または室内熱交換器３５に関係なく、凝縮冷媒は第１補助配管１４１に流入して前記補助熱交換器２００を通過しながら過冷却される。
【０１５２】
前記ヒートポンプ１は、前記流動配管１２０の一地点で分岐し、前記補助熱交換器２００に延長される第１補助配管１４１及び前記補助熱交換器２００から膨張弁１６１、１１８、１５６、１３５に向かって延長される第２補助配管１４２をさらに含むことができる。
【０１５３】
そして、前記第１補助配管１４１を通じて前記補助熱交換器２００に流入した冷媒は、前記補助熱交換器２００で熱交換された後前記第２補助配管１４２を通じて前記補助熱交換器２００から排出される。
【０１５４】
即ち、前記第１補助配管１４１と前記第２補助配管１４２は連結される。一例として、前記第１補助配管１４１及び前記第２補助配管１４２は、前記補助熱交換器２００の内部で、後述する流入管２４１、螺旋管２４５及び排出管２４２によって一体の配管を形成することができる。
【０１５５】
前記第１補助配管１４１は、前記流動分岐点１２３から前記補助熱交換器２００に延長される。従って、前記第１補助配管１４１は、凝縮器を通過した凝縮冷媒を前記補助熱交換器２００に流入するようにガイドすることができる。
【０１５６】
上述したように、前記凝縮冷媒は、前記補助熱交換器２００で蒸発冷媒と熱交換して過冷却される。そして、前記過冷却冷媒は、前記第２補助配管１４２を通じて前記補助熱交換器２００から吐出される。即ち、前記第２補助配管１４２は、前記補助熱交換器２００を通過した前記第１補助配管１４１の冷媒をガイドすることができる。
【０１５７】
前記第２補助配管１４２は、前記補助熱交換器２００から後述する共通配管１５０まで延長される。
【０１５８】
また、前記第２補助配管１４２は、前記室内配管１３０が結合される補助分岐点１４５を含むことができる。
【０１５９】
前記補助分岐点１４５は、前記第２補助配管１４２を流動する冷媒が前記室内配管１３０に分岐される分岐点であると理解することができる。即ち、前記室内配管１３０は、前記第２補助配管１４２から分岐し、前記室内熱交換器３５に延長される。
【０１６０】
前記ヒートポンプ１は、前記第２補助配管１４２と前記室外配管１１５の間を連結する共通配管１５０をさらに含むことができる。
【０１６１】
前記共通配管１５０の一側端部は第１連結点１５１と定義し、前記共通配管１５０の他側端部は第２連結点１５２と定義する。
【０１６２】
前記第１連結点１５１には、前記室外配管１１５が結合される。即ち、前記室外配管１１５の一側端部は、前記室外熱交換器４５に結合され、前記室外配管１１５の他側端部は、前記共通配管１５０と結合される。ここで、前記室外分岐点１１６は、前記室外熱交換器４５と前記共通配管１５０の間に位置することができる。
【０１６３】
また、前記第１連結点１５１にはチラー配管１６０が結合される。即ち、前記第１連結点１５１は冷媒が分岐される分岐点であると理解することができる。
【０１６４】
即ち、前記共通配管１５０は、前記第１連結点１５１で前記室外配管１１５と前記チラー配管１６０とに分岐される。
【０１６５】
さらに、前記チラー配管１６０は、前記室外配管１１５から分岐し、前記パワートレインチラー１５に延長される。
【０１６６】
前記第２連結点１５２には、前記第２補助配管１４２が結合される。即ち、前記第２補助配管１４２の一側端部は、前記補助熱交換器２００に結合され、前記第２補助配管１４２の他側端部は、前記共通配管１５０と結合される。
ここで、前記補助分岐点１４５は、前記室内熱交換器３５と前記共通配管１５０の間に位置することができる。
【０１６７】
また、前記第２連結点１５２にはクーラー配管１５５が結合される。即ち、前記第２連結点１５２は冷媒が分岐される分岐点であると理解することができる。即ち、前記共通配管１５０は、前記第２連結点１５２で前記第２補助配管１４２と前記クーラー配管１５５とに分岐される。
【０１６８】
前記ヒートポンプ１は、室外配管１１５に設置される室外膨張弁１１８及び室内配管１３０に設置される室内膨張弁１３５をさらに含むことができる。
【０１６９】
前記室外膨張弁１１８及び前記室内膨張弁１３５は、電子膨張弁(EEV)を含むことができる。
【０１７０】
そして、前記室外膨張弁１１８及び前記室内膨張弁１３５は、開度調節を通じて冷媒の圧力と流量を調節することができる。
【０１７１】
前記室外膨張弁１１８は、前記室外分岐点１１６と前記第１連結点１５１の間に位置することができる。これによれば、暖房モードにおいて、前記共通配管１５０を流動する冷媒は、前記室外配管１１５に流入して前記室外膨張弁１１８で膨張される。
【０１７２】
前記室内膨張弁１３５は、前記補助分岐点１４５と室内分岐点１３１の間に位置することができる。これによれば、冷房モードにおいて、前記第２補助配管１４２を流動する冷媒は、前記室内配管１３０に流入して前記室内膨張弁１３５によって膨張される。
【０１７３】
前記ヒートポンプ１は、前記バッテリークーラー２５で冷媒と冷却水の熱交換のために冷媒をガイドするクーラー配管１５５及びクーラー回収配管１５７をさらに含むことができる。
【０１７４】
前記クーラー配管１５５は、前記共通配管１５０から分岐し、前記バッテリークーラー２５に延長される。具体的に、前記クーラー配管１５５は、第２連結点１５２から前記バッテリークーラー２５の一側に形成される冷媒入口まで延長される。
【０１７５】
即ち、前記共通配管１５０は、前記第２連結点１５２で前記第２補助配管１４２と前記クーラー配管１５５とに分岐される。
【０１７６】
前記クーラー回収配管１５７は、前記バッテリークーラー２５から前記アキュム配管１７０まで延長される。具体的に、前記クーラー回収配管１５７は、前記バッテリークーラー２５の他側に形成される冷媒出口から前記クーラー合岐点１５８まで延長される。
【０１７７】
即ち、前記クーラー配管１５５と前記クーラー回収配管１５７は、前記バッテリークーラー２５で前記バッテリーライン２８を循環する冷却水と熱交換する冷媒をガイドすることができる。一例として。暖房モードにおいて、前記クーラー配管１５５を流動する冷媒は、前記クーラー配管１５５を通じて前記バッテリークーラー２５の冷媒入口に流入して前記バッテリークーラー２５の冷却水入口に流入した冷却水の熱を吸収することができる。これによれば、前記バッテリークーラー２５を通過する冷媒は蒸発される。
【０１７８】
そして、前記冷却水の熱を吸収した冷媒は、前記バッテリークーラー２５の冷媒出口を通じて前記クーラー回収配管１５７に排出される。そして、前記クーラー回収配管１５７の冷媒は、前記クーラー合岐点１５８から前記アキュム配管１７０に流動して補助熱交換器２００の内部に流入することができる。
【０１７９】
前記ヒートポンプ１は、前記クーラー配管１５５に設置されるクーラー膨張弁１５６をさらに含むことができる。
【０１８０】
前記クーラー膨張弁１５６は、電子膨張弁(EEV)を含むことができる。
【０１８１】
前記クーラー膨張弁１５６は、開度調節を通じて前記クーラー配管１５５を流動する冷媒の圧力と流量を調節することができる。一例として、暖房モードにおいて、前記クーラー膨張弁１５６が閉鎖(Full Closed)された場合、前記第２補助配管１４２を流動する冷媒は、前記第２連結点１５２で前記共通配管１５０と前記クーラー配管１５５とに分岐せず、前記共通配管１５０に全部流入する。
【０１８２】
前記ヒートポンプ１は、冷媒をガイドするチラー配管１６０とチラー回収配管１６３、前記チラー配管１６０に設置される廃熱膨張弁１６１及び前記チラー回収配管１６３に設置されるチラーバルブ１６４をさらに含むことができる。
【０１８３】
前記チラー配管１６０は、前記共通配管１５０から分岐し、前記パワートレインチラー１５に延長される。具体的に、前記チラー配管１６０は、前記第１連結点１５１から前記パワートレインチラー１５の一側に形成される冷媒入口まで延長される。
【０１８４】
即ち、前記共通配管１５０は、前記第１連結点１５１で前記チラー配管１６０と前記室外配管１１５とに分岐される。即ち、前記共通配管１５０は、一側端部でチラー配管１６０と室外配管１１５が結合され、他側端部でクーラー配管１５５と第２補助配管１４２が結合される。
【０１８５】
前記チラー回収配管１６３は、前記パワートレインチラー１５から前記アキュム配管１７０まで延長される。具体的に、前記チラー回収配管１６３は、前記パワートレインチラー１５の他側に形成される冷媒出口から前記チラー合岐点１６５まで延長される。
【０１８６】
即ち、前記チラー配管１６０と前記チラー回収配管１６３は、前記パワートレインチラー１５で前記チラーライン１２を循環する冷却水と熱交換する冷媒をガイドすることができる。
【０１８７】
一例として。暖房モードにおいて、前記共通配管１５０を流動する冷媒は、前記チラー配管１６０を通じて前記パワートレインチラー１５の冷媒入口に流入して前記前記パワートレインチラー１５の冷却水入口に流入した冷却水の熱を吸収することができる。これによれば、前記パワートレインチラー１５を通過する冷媒は蒸発される。
【０１８８】
そして、前記冷却水の熱を吸収した冷媒は、前記パワートレインチラー１５の冷媒出口を通じて前記チラー回収配管１６３に排出される。
【０１８９】
そして、前記チラー回収配管１６３の冷媒は、前記チラー合岐点１６５から前記アキュム配管１７０に流動して補助熱交換器２００の内部に流入することができる。
【０１９０】
前記廃熱膨張弁１６１は、前記第１連結点１５１と前記パワートレインチラー１５の冷媒入口の間に位置することができる。
【０１９１】
前記廃熱膨張弁１６１は、電子膨張弁(EEV)を含むことができる。
【０１９２】
前記廃熱膨張弁１６１は、開度調節を通じて前記チラー配管１６０を流動する冷媒の圧力と流量を調節することができる。
【０１９３】
前記チラーバルブ１６４は、前記チラー合岐点１６５と前記パワートレインチラー１５の冷媒出口の間に位置することができる。
前記チラーバルブ１６４は、電磁弁(Solenoid valve)を含むことができる。
【０１９４】
前記チラーバルブ１６４は、冷媒の逆流を防止し、前記パワートレインチラー１５を保護するために、前記チラー回収配管１６３に設置される。そして、前記チラーバルブ１６４は、オンオフ(On/OFF)動作を通じて前記チラー回収配管１６３の冷媒流動を制限することができる。
【０１９５】
一方、前記ヒートポンプ１は、除湿または除霜モードにおいて室内に連続的な暖房を提供するための客室ヒーター６０をさらに含むことができる。
【０１９６】
前記客室ヒーター６０は、暖房運転（作動：実行）中除湿または除霜モードで運転（作動：実行）される場合、室内暖房を維持するために作動することができる。
【０１９７】
具体的に、前記客室ヒーター６０は、発熱できるヒーター６３、前記ヒーター６３の熱を吸収するための冷却水が循環するヒーターライン６８、前記ヒーターライン６８に冷却水を流入させるヒーターポンプ６１及び前記ヒーター６３を通過した冷却水によって熱せられるヒーターコア６５を含むことができる。
【０１９８】
前記ヒーターポンプ６１は、前記ヒーターライン６８に設置することができる。そして、前記ヒーターポンプ６１は、前記ヒーター６３の放熱のために冷却水の流動をガイドすることができる。一例として、前記貯蔵タンク(図示されない)に貯蔵された冷却水が前記ヒーターライン６８に流入するように作動することができる。
【０１９９】
前記ヒーター６３は、電気ヒーターを含むことができる。前記ヒーター６３を通過する過程で、冷却水は、前記ヒーター６３の発熱によって熱を吸収して温度が高くなる。
【０２００】
前記ヒーターコア６５は、前記ヒーターライン６８に設置することができる。一例として、前記ヒーターコア６５は、熱伝導性が高い金属材質の板で形成することができる。
【０２０１】
前記ヒーター６３を通過した冷却水は、前記ヒーターコア６５を通過しながら前記ヒーターコア６５を熱することができる。このとき、送風をして温度が高まった前記ヒーターコア６５には風が通過することができる。一例として、前記送風は、前記室内ファン３６の作動によって発生させることができる。
【０２０２】
そして、前記ヒーターコア６５を通過した暖かい風は、室内に吐出される。従って、前記室内には、室内熱交換器３５が蒸発器の機能をする除湿または除霜モードにおいても連続的な暖房が提供される。
【０２０３】
一方、前記ヒートポンプ１は、上述した冷媒が循環する冷媒ライン及び冷却水が循環する冷却水ラインに設置される複数の感知センサー(ＰＴ、ＣＴ)を含むことができる。
【０２０４】
前記複数の感知センサーは、冷媒または冷却水の状態を感知することができる。一例として、前記複数の感知センサーは、冷媒の圧力と温度を感知する冷媒感知センサー(ＰＴ)及び冷却水の温度を感知する冷却水感知センサー(ＣＴ)を含むことができる。
【０２０５】
前記複数の感知センサーは、前記冷却水と前記冷媒の状態を感知した情報を制御部(図示されない)に提供することができる。
【０２０６】
また、前記ヒートポンプ１は、室外温度を感知する室外温度センサー、電気自動車の室内温度を感知する室内温度センサー、電気自動車の内部に入射する日射量を測定する日射量感知センサー及び在室人員を感知する人体感知センサーをさらに含むことができる。
【０２０７】
そして、前記室外温度センサー、前記室内温度センサー、前記日射量感知センサー及び前記人体感知センサーは、感知情報を前記制御部(図示されない)に提供することができる。
【０２０８】
一方、前記ヒートポンプ１は、サージタンク５０をさらに含むことができる。
【０２０９】
前記サージタンク５０は、駆動モータの放熱のために所定の体積を有するように形成することができる。そして、前記サージタンク５０には空気が満たされる。従って、前記サージタンク５０は、前記パワートレインモジュール１０で発生する廃熱を回収する暖房モードで活用される。
図３は、本発明の実施例に係る補助熱交換器の構成を示す図面である。
【０２１０】
図３を参照すると、前記補助熱交換器２００は、外観を形成するケース２１０、前記吸込配管１０５が結合される吐出管２０５、前記アキュム配管１７０が結合される吸込管２０７、前記第１補助配管１４１が結合される流入管２４１、前記第２補助配管１４２が結合される排出管２４２及び前記ケース内部で前記流入管２４１と排出管２４２を連結する螺旋管２４５を含むことができる。
【０２１１】
前記ケース２１０は、導入された冷媒が相分離できる内部空間を形成することができる。一例として、前記ケース２１０は、円筒形状を含むことができる。
【０２１２】
前記吸込管２０７は、前記ケース２１０の上面を貫通して前記内部空間の下側に延長される。一例として、前記吸込管２０７は、前記ケース２１０の中心軸線に沿って延長される。
【０２１３】
前記吸込管２０７の上端は、前記アキュム配管１７０と結合することができる。
【０２１４】
前記吸込管２０７の下端は、前記ケース２１０の下面より上方に離隔して位置することができる。従って、前記アキュム配管１７０を通じて前記吸込管２０７に流入する冷媒は、前記ケース２１０の下面に吐出されて前記内部空間に満たされる。
【０２１５】
前記吸込管２０７から前記内部空間に排出された冷媒は、前記内部空間で液相冷媒と気相冷媒に分離される。そして、前記気相冷媒は、前記吐出管２０５に流入して前記吸込配管１０５を通じて圧縮機１００に回収される。
【０２１６】
前記吐出管２０５は、前記ケース２１０の上面を貫通して前記内部空間に延長される。
【０２１７】
前記吐出管２０５の上端は、前記吸込配管１０５と結合することができる。
【０２１８】
前記吐出管２０５の下端は、前記内部空間の上側に位置することができる。一例として、前記吐出管２０５の下端は、前記螺旋管２４５の上端より上方に位置することができる。
【０２１９】
また、前記吐出管２０５の下端は、一側方向にラウンド状に延長され、前記内部空間に満たされた気相冷媒が流入するように開口を形成することができる。従って、前記吐出管２０５に流入した気相冷媒は、前記吸込配管１０５に流動することができる。
前記補助熱交換器２００は、凝縮冷媒を過冷却するための冷媒の間の熱交換を行うことができる。
【０２２０】
前記流入管２４１は、前記ケースの上面を貫通して前記内部空間の下側まで延長される。一例として、前記流入管２４１は、前記吸込管２０７の延長方向に沿って下方に長く延長される。
【０２２１】
前記流入管２４１の上端は、前記第１補助配管１４１と結合することができる。
【０２２２】
前記流入管２４１の下端は、前記螺旋管２４５が結合することができる。
【０２２３】
前記螺旋管２４５は、前記内部空間の下側から前記流入管２４１及び/または前記吸込管２０７を外側で多数回取囲むように上方に延長される。一例として、前記螺旋管２４５は、ヘリカル(helical)形状を有するように上方に延長される。
【０２２４】
これによれば、前記螺旋管２４５を流動する凝縮冷媒は、前記吸込管２０７から前記内部空間に排出された蒸発冷媒と熱交換をすることができる。従って、相対的に温度が高い凝縮冷媒は、相対的に温度が低い蒸発冷媒と熱交換されて過冷却される。
【０２２５】
また、前記蒸発冷媒は、相対的に温度が高い凝縮冷媒と熱交換されて残存する液相冷媒を気相冷媒として蒸発させることができる。これによれば、前記圧縮機１００に回収される気相冷媒の量を増加させることができる。
【０２２６】
前記螺旋管２４５は、前記内部空間に位置することができる。そして、前記螺旋管２４５の上端は、前記排出管２４２に結合することができる。
【０２２７】
前記排出管２４２は、前記螺旋管２４５から前記ケース２１０の上面を貫通して上方に延長される。そして、前記排出管２４２の上端は、前記第２補助配管１４２と結合することができる。
【０２２８】
一方、前記補助熱交換器２００によれば、凝縮冷媒の過冷却度を増加させて、蒸発器以外の箇所で蒸発した冷媒ガスと規定されるフラッシュガス(flash gas)を減少させることができる。
【０２２９】
前記フラッシュガスは、蒸発器に供給される冷媒流量の損失及び潜熱量減少により性能低下を誘発させるガスである。従って、前記補助熱交換器２００は、前記凝縮冷媒の過冷度を相対的により多く確保して膨張弁１１８、１３５、１５６、１６１、１１８に提供できるので、前記フラッシュガスを減少させることができる。
【０２３０】
また、前記凝縮冷媒の過冷却度の増加は、蒸発器の入口側冷媒の液相比率をより増加させることができる。これによれば、蒸発過程で吸込熱量が上昇する長所がある。
一方、前記凝縮冷媒の過冷却度の増加は、過熱度を増加させる短所がある。
【０２３１】
前記過熱度の増加は、圧縮機１００に吸込まれる冷媒の温度を上昇させて、シリンダーの過熱、潤滑油のバーン(burn)現象を発生させることもある。従って、過冷却度は、充分かつ適正レベルで増加させることが重要である。
【０２３２】
本発明の実施例に係る補助熱交換器２００は、過熱度の増加による否定的影響が相殺されるように最適な過冷度増加を具現できる。そして、前記補助熱交換器２００は、過熱度による影響よりも過冷却度の増加による性能向上が著しく高まるように提供される。(図１１参考)
【０２３３】
前記ヒートポンプ１に設置される複数の感知センサー(ＰＴ、ＣＴ)は、作動流体の感知情報を制御部(図示されない)に提供し、前記制御部は、前記感知情報を基に適正過冷度を維持できるように制御することができる。
【０２３４】
以下では、本発明の実施例に係るヒートポンプ１の運転モードに応じて作動流体の流れ及びサイクルを説明するようにする。ここで、前記作動流体は、１次流体と規定される冷媒及び２次流体と規定される冷却水を含む。
【０２３５】
説明と理解の便宜を図り、図４〜図９において、上述した複数のポンプ１３、１６、２１、６１と複数の弁１１８、１３５、１５６、１６１、１６４は、彩色の有無によって作動(ON)または未作動(OFF)を表すように表示される。即ち、図面に彩色されたポンプまたは弁は未作動(OFF)状態を意味し、図面に彩色されていないポンプまたは弁は作動(ON)状態を意味する。
【０２３６】
図４は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの冷房モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。
【０２３７】
図４を参照すると、前記ヒートポンプ１の運転モードが冷房モードである場合、前記室外膨張弁１１８、前記廃熱膨張弁１６１及び前記クーラー膨張弁１５６は、完全に閉鎖(Full Close)される。そして、前記チラーバルブ１６４も閉鎖(close)される。
【０２３８】
前記室内膨張弁１３５は開放される。そして、前記室内膨張弁１３５は、開度調節を通じて通過する冷媒を膨張させることができる。
【０２３９】
一方、一般的に、電気自動車の冷房モードは、室外温度が高い季節、天気などで運転（作動：実行）される。従って、前記パワートレインモジュール１０に備えられる電装部品は、相対的に高い頻度で放熱を行う。一例として、前記冷房モードにおいて前記ラジエーターポンプ１６は作動(ON)する。
【０２４０】
前記ラジエーターポンプ１６が作動(ON)状態である場合、冷却水が前記パワートレインモジュール１０を冷却させるように前記ラジエーターライン１７を循環することができる。
【０２４１】
また、前記パワートレインモジュール１０から発生した熱を吸収した冷却水は、前記ラジエーター４１で外気と熱交換されて冷却される。
【０２４２】
一方、パワートレインポンプ１３及びバッテリーポンプ２１は、前記廃熱膨張弁１６１と前記クーラー膨張弁１５６の作動によって一緒に作動することができる。従って、前記パワートレインポンプ１３及びバッテリーポンプ２１は未作動(OFF)となる。そして、前記冷房モードにおいて前記ヒーターポンプ６１は未作動(OFF)となる。
【０２４３】
もちろん、前記パワートレインモジュール１０と前記バッテリー２０は、冷房モードまたは暖房モードに従属することなく放熱必要の有無を判断し、必要に応じて冷却水の循環による放熱を行うことができる。ここで、前記放熱必要の有無は、予め設定された条件を満たしているのか否かによって判断できる。
【０２４４】
また、前記パワートレインモジュール１０は、冷媒と熱交換が必要な場合前記パワートレインポンプ１３を作動させ、外気と熱交換が必要な場合前記ラジエーターポンプ１６を作動させることができる。
【０２４５】
即ち、パワートレインモジュール１０を循環する冷却水は、必要に応じて冷媒及び/または外気と熱交換することができるように選択することができる。
【０２４６】
ただし、図４では説明の便宜を図り、前記バッテリー２０は放熱が不必要であり、前記パワートレインモジュール１０を循環する冷却水が外気を通じて冷却される場合を基準に図示する。
【０２４７】
前記圧縮機１００から吐出された高温、高圧の圧縮冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記室外熱交換器４５に流入することができる。
【０２４８】
前記室外熱交換器４５は、電気自動車の走行及び/または室外ファン４６によって外気と前記圧縮冷媒を熱交換させることができる。従って、前記室外熱交換器４５を通過した冷媒は凝縮され、前記凝縮冷媒は、前記室外配管１１５を経て前記流動配管１２０に流入することができる。
【０２４９】
前記流動配管１２０に流入した凝縮冷媒は、前記第１流動弁１２５を通過して前記第１補助配管１４１に流入する。このとき、前記第２流動弁１２７は、前記凝縮冷媒が室内分岐点１３１に向かって流動できないように凝縮冷媒の流動方向を制限する。
【０２５０】
前記第１補助配管１４１に流入した凝縮冷媒は、前記補助熱交換器２００で蒸発冷媒と熱交換されて過冷却される。
【０２５１】
具体的に、前記第１補助配管１４１の凝縮冷媒は、流入管２４１、螺旋管２４５及び排出管２４２を順に流動しながら、前記ケース２１０の内部空間に満たされる気相及び/または液相状態の蒸発冷媒と熱交換して過冷却される。
【０２５２】
そして、前記過冷却された冷媒は、前記排出管２４２を通じて前記第２補助配管１４２に流動し、前記室内配管１３０に流入することができる。
【０２５３】
前記室内配管１３０に流入した過冷却された冷媒は、前記室内膨張弁１３５を通過しながら膨張する。そして、前記膨張した冷媒は、前記室内熱交換器３５に流入することができる。
【０２５４】
前記膨張した冷媒は、前記室内熱交換器２５で前記室内ファン３６によって空気と熱交換されて蒸発される。そして、前記蒸発された冷媒は、前記室内連結配管１３８を通じて排出される。前記室内連結配管１３８の蒸発冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記アキュム配管１７０に流入する。そして、前記アキュム配管１７０に流入した蒸発冷媒は、前記補助熱交換器２００で前記凝縮冷媒と熱交換することができる。
【０２５５】
具体的に、前記アキュム配管１７０を通じて前記吸込管２０７に流入する蒸発冷媒は、前記ケース２１０の内部空間に排出される。従って、前記ケース２１０の内部空間は液相及び気相状態の蒸発冷媒で満たされる。
【０２５６】
このとき、前記蒸発冷媒は、前記螺旋管２４５を通過する凝縮冷媒の熱を吸収することができる。従って、液相状態の蒸発冷媒は気相で蒸発される。そして、気相状態の蒸発冷媒は、前記吐出管２０５に流入する。
【０２５７】
そして、前記吐出管２０５に流入した蒸発冷媒は、前記吸込配管１０５を通じて圧縮機１００の吸込側に回収されてサイクルを形成することができる。
【０２５８】
図５は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムのバッテリー冷却モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。具体的に、図５は、冷房モードで運転中バッテリーを冷却するための冷却水及び冷媒の流れを示す図面である。
【０２５９】
図５を参照すると、上述した冷房モードを基準に、前記バッテリー冷却モードにおいて前記バッテリーポンプ２１は作動(ON)する。そして、前記クーラー膨張弁１５６は開放される。
【０２６０】
前記バッテリーポンプ２１の作動(ON)によって、冷却水は前記バッテリーライン２８を循環することができる。そして、前記冷却水は、前記バッテリー２０から発生する熱を吸収して前記バッテリーを冷却させることができる。
【０２６１】
前記バッテリー２０から発生する熱を吸収した冷却水は、前記バッテリークーラー２５で冷却される。
【０２６２】
具体的に、前記クーラー膨張弁１５６が開放されると、前記第２補助配管１４２を流動する過冷却された冷媒は、前記室内配管１３０と前記クーラー配管１５５に分岐される。
【０２６３】
前記クーラー配管１５５に分岐された冷媒は、前記クーラー膨張弁１５６を通過しながら膨張した後前記バッテリークーラー２５に流入することができる。従って、前記バッテリークーラー２５で、相対的に高温の冷却水は相対的に低温の冷媒と熱交換される。
【０２６４】
即ち、前記低温の冷媒は、前記冷却水の熱を吸収して蒸発され、前記高温の冷却水は、前記低温の冷媒に熱を放出して冷却される。
【０２６５】
前記バッテリークーラー２５を通過した蒸発冷媒は、前記クーラー回収配管１５７を通じて前記アキュム配管１７０に流入することができる。即ち、前記クーラー回収配管１５７を流動する蒸発冷媒は、前記室内熱交換器３５を通過した蒸発冷媒と前記クーラー合岐点１６５で合岐されて前記アキュム配管１７０を通じて前記補助熱交換器２００に流入することができる。
【０２６６】
前記合岐された蒸発冷媒は、上述したように前記補助熱交換器２００で凝縮冷媒と熱交換される。
【０２６７】
図６は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの暖房モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。
【０２６８】
図６を参照して説明する暖房モードは「一般暖房モード」と称することができる。
【０２６９】
図６を参照すると、前記暖房モードにおいて、前記廃熱膨張弁１６１、前記クーラー膨張弁１５６、前記室内膨張弁１３５は、完全に閉鎖(Full Close)される。そして、前記チラーバルブ１６４も閉鎖される。
【０２７０】
前記室外膨張弁１１８は開放される。そして、前記室外膨張弁１１８は、開度調節を通じて通過する冷媒を膨張させることができる。
【０２７１】
一方、一般的に、電気自動車の暖房モードは、室外温度が低い季節、天気などで運転（作動：実行）される。従って、前記暖房モードにおいて前記パワートレインポンプ１３、前記ラジエーターポンプ１６及び前記バッテリーポンプ２１は未作動(OFF)となる。
【０２７２】
また、前記客室ヒーター６０は、前記室内熱交換器３５が凝縮器として作動する暖房モードにおいて作動しなくてもよい。即ち、前記客室ヒーター６０は、前記室内熱交換器３５が蒸発器として作動する暖房モード(除霜、除湿など)で作動することができる。従って、前記ヒーターポンプ６１は未作動(OFF)となる。
【０２７３】
前記圧縮機１００から吐出される高温、高圧の圧縮冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記室内連結配管１３８に流入することができる。そして、前記室内連結配管１３８の圧縮冷媒は、室内熱交換器３５を通過しながら凝縮される。
前記室内熱交換器３５を通過した凝縮冷媒は、前記室内膨張弁１３５が閉鎖された状態であるので、前記流動配管１２０に流入することができる。
【０２７４】
そして、前記流動配管１２０に流入した凝縮冷媒は、前記第２流動弁１２７を通過して前記第１補助配管１４１に流入することができる。ここで、前記第１流動弁１２５は、前記流動配管１２０の凝縮冷媒が前記室外分岐点１１６に流動しないように流動方向を制限する。
【０２７５】
前記第１補助配管１４１に流入した凝縮冷媒は、上述したように前記補助熱交換器２００を通過しながら過冷却され、前記過冷却された冷媒は、前記第２補助配管１４２に流入する。
【０２７６】
そして、前記室内膨張弁１３５が閉鎖された状態であるので、前記第２補助配管１４２の過冷却された冷媒は、前記共通配管１５０に流入することができる。そして、前記共通配管１５０に流入した冷媒は、前記廃熱膨張弁１６１と前記クーラー膨張弁１５６が閉鎖された状態であるので、前記室外配管１１５に流入することができる。
【０２７７】
前記室外配管１１５に流入した冷媒は、前記室外膨張弁１１８を通過しながら膨張する。そして、前記膨張した冷媒は、前記室外熱交換器４５に流入して蒸発される。
【０２７８】
前記室外熱交換器４５で蒸発された冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記アキュム配管１７０に流入することができる。そして、前記アキュム配管１７０の蒸発冷媒は、前記補助熱交換器２００を通過しながら前記凝縮冷媒と熱交換され、気相状態の冷媒が前記圧縮機１００に回収される。
【０２７９】
もちろん、バッテリー冷却モードは、前記暖房モードにおいても動作することができる。具体的に、前記暖房モードにおいて前記バッテリー冷却モードは、前記クーラー膨張弁１５６が開放するように開度を調節することで実行される。
【０２８０】
図７は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの除湿モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。具体的に、図７は、室内に暖房を提供する除湿モード(以下、除湿暖房モード)を基準に冷却水及び冷媒の流れを示す図面である。
【０２８１】
図７を参照すると、除湿暖房モードにおいて前記室外熱交換器４５は凝縮器として作動し、前記室内熱交換器３５は蒸発器として作動することができる。
【０２８２】
即ち、前記除湿暖房モードにおいて冷媒サイクルは、前記冷房モードの冷媒サイクルと同一であってもよい。従って、前記除湿暖房モードにおける冷媒流動に関する説明は、上述した冷房モードにおける冷媒の流動に関する説明を援用するようにする。
【０２８３】
これによれば、前記室内熱交換器３５の周辺空気は冷却される。従って、室内に暖房提供を維持できるように、前記ヒーターアクチュエータ６０は作動(ON)する。そして、前記ヒーターポンプ６１が作動することができる。
【０２８４】
前記除湿暖房モードにおいて、前記室外膨張弁１５１、廃熱膨張弁１６１及び前記クーラー膨張弁１５６は、完全に閉鎖(Full Close)される。そして、前記チラーバルブ１６４も閉鎖される。
【０２８５】
前記室内膨張弁１３５は開放される。そして、前記室内膨張弁１３５は、開度調節を通じて通過する冷媒を膨張させることができる。
【０２８６】
前記第２補助配管１４２の過冷却された冷媒は、前記室内配管１３０に流入して前記室内膨張弁１３５によって膨張される。そして、前記膨張した冷媒は、前記室内熱交換器２５を通過しながら熱交換して蒸発される。
【０２８７】
前記除湿暖房モードが作動する環境において、前記電気自動車の室内空気には水蒸気量が多く含まれた状態であろう。
【０２８８】
そして、前記除湿暖房モードにおいて、前記室内空気は、前記室内ダクト３１に備えられた室内ファン３６の作動によって前記室内熱交換器３５を通過することができる。
【０２８９】
前記室内熱交換器３５は蒸発器として作動するので、冷媒が周囲空気から熱を吸収することができる。即ち、前記室内ダクト３１に流入した相対的に高温の室内空気は、前記室内熱交換器３５を流動する冷媒に熱を放出して冷却される。
【０２９０】
従って、水蒸気量が相対的に多く含まれた室内空気は、室内熱交換器３５を通過しながら温度が下がって露点に到達することができる。そして、前記室内空気の水蒸気は凝結する。前記凝結によって、前記室内熱交換器３５を通過した室内空気は水蒸気量が減少する。
【０２９１】
そして、前記室内空気は、温度が低くなった状態であるので、室内暖房を維持するために前記ヒーターコア６３を通過することができる。
【０２９２】
前記ヒーターコア６３は、前記ヒーター６３によって熱を吸収した冷却水が通過しながら熱される。従って、前記水蒸気量が減少した室内空気は、前記ヒーターコア６３を通過しながら温度が再び高くなる。
【０２９３】
そして、前記ヒーターコア６３を通過した空気は再び室内に吐出される。これによれば、前記室内には、室内熱交換器３５が蒸発器として作動しても暖房が継続的に提供される。
図８は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの第１廃熱回収モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。
【０２９４】
前記第１廃熱回収モードは、前記電気自動車の暖房モードのうちの一モードとして、バッテリーの電力消耗を低減するためにパワートレインモジュール１０及び/またはバッテリー２０を循環する冷却水を冷媒蒸発の単独熱源として利用する暖房モードと規定することができる。
【０２９５】
前記第１廃熱回収モードは、「単独熱源廃熱回収モード」と称することもできる。
【０２９６】
図８を参照すると、前記第１廃熱回収モードにおいて前記室外膨張弁１１８及び前記室内膨張弁１３５は、完全に閉鎖(Full Close)される。そして、前記廃熱膨張弁１６１及び前記チラーバルブ１６４は開放される。また、前記パワートレインポンプ１３は作動(ON)する。そして、前記ヒーターポンプ６１は未作動(OFF)となる。
【０２９７】
一方、図８は、前記パワートレインモジュール１０から発生する熱を吸収した冷却水を冷媒蒸発の熱源として利用する場合を基準に図示される。従って、図８において、バッテリーポンプ２１は未作動(OFF)となり、クーラー膨張弁１５６は完全に閉鎖(Full close)される。
【０２９８】
ところが、前記バッテリー２０の放熱のための条件が満たされると、前記クーラー膨張弁１５６を開放して前記バッテリーポンプ２１を作動(ON)させ、前記バッテリー２０から発生する熱を吸収した冷却水を冷媒蒸発の熱源として使用することができる。この場合、前記バッテリー２０から発生する熱を吸収した冷却水は、前記パワートレインモジュール１０から発生する熱を吸収した冷却水と一緒にまたは単独で冷媒蒸発の熱源として用いられるのは自明である。
【０２９９】
前記第１廃熱回収モードにおいて、前記圧縮機１００から吐出された圧縮冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記室内熱交換器３５に流入することができる。そして、前記圧縮冷媒は、前記室内熱交換器３５を通過しながら凝縮される。
【０３００】
前記室内熱交換器３５を通過した凝縮冷媒は、前記室内膨張弁１３５が閉鎖された状態であるので、前記流動配管１２０に沿って前記第１補助配管１４１に流入することができる。
【０３０１】
そして、前記第１補助配管１４１に流入した凝縮冷媒は、前記補助熱交換器２００を通過しながら過冷却され、前記過冷却された冷媒は、前記第２補助配管１４２を通じて前記共通配管１５０に流入することができる。
【０３０２】
前記共通配管１５０に流入した冷媒は、前記室外膨張弁１１８及び前記クーラー膨張弁１５６が閉鎖された状態であるので、前記チラー配管１６０に流入することができる。そして、前記チラー配管１６０に流入した冷媒は、前記廃熱膨張弁１６１を通過しながら膨張する。
前記膨張した冷媒は、前記パワートレインチラー１５に流入して前記パワートレインモジュール１０の熱を吸収した高温の冷却水と熱交換される。
【０３０３】
即ち、前記膨張した冷媒は、前記パワートレインチラー１５を通過しながら蒸発される。ここで、前記パワートレインチラー１５は蒸発器として作動することができる。
【０３０４】
前記パワートレインチラー１５を通過した蒸発冷媒は、前記チラーバルブ１６４が開放状態であるので、前記チラー回収配管１６３を通じて前記アキュム配管１７０に流入することができる。
【０３０５】
そして、前記アキュム配管１７０に流入した蒸発冷媒は、前記補助熱交換器２００を通過しながら前記凝縮冷媒と熱交換される。そして、前記補助熱交換器２００で気相状態に分離された蒸発冷媒は、前記吸込配管１０５に流入して前記圧縮機１００に回収される。
【０３０６】
図９は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの第２廃熱回収モードにおいて、作動流体の流れを示す図面である。
【０３０７】
前記第２廃熱回収モードは、前記電気自動車の暖房モードのうちの一モードとして、バッテリーの電力消耗を低減するために冷却水と外気を冷媒蒸発の熱源として一緒に利用する暖房モードと規定することができる。
【０３０８】
前記第２廃熱回収モードは、「二重熱源廃熱回収モード」と称することもできる。
【０３０９】
図９を参照すると、前記第１廃熱回収モードを基準に、前記第２廃熱回収モードにおいて前記室外膨張弁１１８は開放される。
【０３１０】
即ち、前記共通配管１５０を流動する過冷却された冷媒は、前記第１連結点で前記室外配管１１５と前記チラー配管１６０とに分岐されて流動することができる。
【０３１１】
前記チラー配管１６０に流入した冷媒は、上述した第１廃熱回収モードと同様に前記パワートレインチラー１５を通過しながら蒸発される。そして、前記室外配管１１５に流入した冷媒は、前記室外熱交換器４５を通過しながら蒸発される。
【０３１２】
前記室外熱交換器４５を通過した蒸発冷媒は、前記四方弁１１０を経て前記アキュム配管１７０に流入する。そして、前記パワートレインチラー１５を通過した蒸発冷媒は、前記チラー合岐点１６５で前記室外熱交換器４５を通過した蒸発冷媒と合岐されて前記補助熱交換器２００に流入することができる。
【０３１３】
もちろん、前記バッテリー２０の放熱が必要な条件が満たされると、前記クーラー膨張弁１５６が開放され、前記バッテリークーラー２５も蒸発器として作動することができる。
【０３１４】
この場合、前記アキュム配管１７０には、前記パワートレインチラー１５、前記室外熱交換器４５及び前記バッテリークーラー２５を通過した蒸発冷媒が合岐されて前記補助熱交換器２００に流入することができる。
【０３１５】
従って、室外熱交換器４５では外気を冷媒蒸発の熱源として使用し、前記パワートレインチラー１５では前記パワートレインモジュール１０を循環する冷却水を冷媒蒸発の熱源として使用し、前記バッテリークーラー２５では前記バッテリー２０を循環する冷却水を冷媒蒸発の熱源として使用することができる。この場合にも冷媒蒸発の熱源は、冷却水及び外気として二重で提供される。
【０３１６】
前記補助熱交換器２００に流入した蒸発冷媒は、上述したように凝縮冷媒と熱交換される。そして、気相状態に分離された蒸発冷媒は、前記吸込配管１０５を通じて圧縮機１００に回収される。
【０３１７】
図１０は本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、サイクルを比較したＰ‐ｈ線図であり、図１１は本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、過熱度及び過冷度変化を比較した実験グラフである。
【０３１８】
図１０を参照すると、本発明の実施例に係る補助熱交換器２００が備えられていない場合の第１サイクル図(ｚ１)と本発明の実施例に係る補助熱交換器２００を備えた第２サイクル図(ｚ２)を比較することができる。
【０３１９】
以下の図１０〜図１５に示される実験グラフは、前記圧縮機１００が４０００ＲＰＭで作動し、室外温度が０℃であり、冷媒はＲ‐１３４ａを使用した条件を基準とする。
【０３２０】
前記第２サイクル図(ｚ２)を見ると、前記第２サイクル図(ｚ２)では、前記第１サイクル図(ｚ１)より吐出圧力が減少(ＰＤ２)し、過冷却度が増加(ｓ２)したことを確認することができる。
【０３２１】
そして、前記第２サイクル図(ｚ２)で蒸発器入口の冷媒状態を見ると、乾燥度が前記第１サイクル図(ｚ１)より低いことを確認することができる。即ち、前記第２サイクル図(ｚ２)で蒸発器入口で発生するフラッシュガス量(ｆ２)は、前記第１サイクル図(ｚ１)で蒸発器入口で発生するフラッシュガス量(ｆ１)より少ない。
【０３２２】
これによれば、本発明の実施例に係るヒートポンプ１は、前記フラッシュガスの低減により蒸発器に供給される冷媒流量の損失を最小化し、蒸発器入口で冷媒の液相比率を増加させて潜熱量減少を最小化することができる。従って、ヒートポンプ１の性能を向上させることができる。
【０３２３】
図１０及び図１１を参照すると、前記補助熱交換器２００が備えられた場合の凝縮冷媒の過冷却度(Sub-Cooled2、ＳＣ２)は、前記補助熱交換器２００が備えられていない場合の凝縮冷媒の過冷却度(Sub-cooled1、ＳＣ１)より平均的に９％増加する。
上述したように、前記過冷却度の増加は、前記過熱度(superheat)の増加を招く限界がある。
【０３２４】
図１１を参照すると、本発明の実施例に係る補助熱交換器２００を備えた場合(ＳＨ２)が前記補助熱交換器２００を備えていない場合(ＳＨ１)より過熱度が平均５％増加したことが分かる。
【０３２５】
しかし、本発明の実施例に係る補助熱交換器２００が備えられたヒートポンプ１は、過冷却度の増加率(９％)が過熱度の増加率(５％)よりはるかに大きく増加するので、蒸発器で冷媒の相変化に使用される熱である潜熱量が大幅増加することができる。結局、全体的なヒートポンプ１の性能は、前記過熱度の上昇に対する影響を相殺することでさらに向上することができる。
図１２は、本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、冷媒質量の流量及び蒸発器のエンタルピーの差を比較した実験グラフである。
【０３２６】
図１０及び図１２を参照すると、本発明の実施例に係る補助熱交換器２００が備えられた冷媒質量の流量(ＭＦ２)と前記補助熱交換器２００が備えられていない冷媒質量の流量(ＭＦ１)は等しいレベルを有することができる。
【０３２７】
ところが、前記補助熱交換器２００が備えられた場合の蒸発器のエンタルピーの差(Ｈ２)は、前記補助熱交換器２００が備えられていない場合の蒸発器のエンタルピーの差(Ｈ１)より平均１４％増加したことを確認することができる。
【０３２８】
これによれば、本発明の実施例に係るヒートポンプ１は、蒸発過程の吸収熱量がさらに増加したことが分かる。即ち、過冷却度の増加による蒸発器の潜熱量の増加は、蒸発過程でより多くの熱エネルギーを吸収できる長所がある。
【０３２９】
図１３は、本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、圧縮機の吐出圧力及び吸込圧力を比較した実験グラフである。
【０３３０】
図１０及び図１３を参照すると、前記補助熱交換器２００が備えられた場合の圧縮機吸込圧力(ＰＳ２)は、前記補助熱交換器２００が備えられていない場合の圧縮機吸込圧力(ＰＳ１)と等しいレベルであることが分かる。
【０３３１】
ところが、前記補助熱交換器２００が備えられた場合の圧縮機吐出圧力(ＰＤ２)は、前記補助熱交換器２００が備えられていない場合の圧縮機吐出圧力(ＰＤ１)より約１４％減少したことを確認することができる。即ち、圧縮機の吸込圧力は等しいが、吐出圧力は、前記補助熱交換器２００を備えた場合がそうではない場合より約１４％減少する。
【０３３２】
結局、本発明の実施例に係るヒートポンプ１は、圧縮に要求される負荷、即ち、圧縮仕事(compression work)を減少させることができる長所がある。具体的に、前記吐出圧力の減少は、圧縮比を減少させて最適な圧縮比で圧縮過程を行うように効率性を向上させることができる。
【０３３３】
図１４は本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、暖房能力(Heating Capacity)及び消費電力(Comp．Power)を比較した実験グラフであり、図１５は本発明の実施例に係る補助熱交換器の有無に応じて、暖房性能係数(heating COP)及び暖房性能係数の改善率を示す実験グラフである。
ここで、暖房能力は、蒸発過程で吸収した熱量に圧縮機消費電力(または消費動力)の和と定義することができる。
【０３３４】
図１４を参照すると、前記補助熱交換器２００が適用された場合の暖房能力(Ｑ２)と前記補助熱交換器２００が適用されていない場合の暖房能力(Ｑ１)は等しいレベルであることを確認することができる。
【０３３５】
しかし、前記補助熱交換器２００が適用された場合の消費電力(Ｗ２)は、前記補助熱交換器２００が適用されていない場合の消費電力(Ｗ１)より平均９％減少することを確認することができる。
具体的に、本発明の実施例に係るヒートポンプ１は、上述した吐出圧力(ＰＤ２)の減少に起因して消費電力(Ｗ２)を減少させることができる。
また、上述した蒸発器の吸収熱量の増加及び圧縮機の消費動力の減少は、暖房性能係数(ＣＯＰ)を向上させることができる。
【０３３６】
図１５を参照すると、前記補助熱交換器２００を備えた場合の第２暖房性能係数(ＣＯＰ２)は、前記補助熱交換器２００を備えていない場合の第１暖房性能係数(ＣＯＰ１)より約１０．１％改善されたことを確認することができる。
【０３３７】
具体的に、前記圧縮機１００が２０００ＲＰＭで作動する場合、前記第１暖房性能係数(ＣＯＰ１)に対する前記第２暖房性能係数(ＣＯＰ２)の改善率(ＣＯＰｒ)は８．１％である。
【０３３８】
前記圧縮機１００が４０００ＲＰＭで作動する場合、前記第１暖房性能係数(ＣＯＰ１)に対する前記第２暖房性能係数(ＣＯＰ２)の改善率(ＣＯＰｒ)は１０．１％である。
【０３３９】
前記圧縮機１００が６０００ＲＰＭで作動する場合、前記第１暖房性能係数(ＣＯＰ１)に対する前記第２暖房性能係数(ＣＯＰ２)の改善率(ＣＯＰｒ)は１０.２％である。
図１６は、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステムの運転モードを判断するための制御方法を示すフローチャートである。
【０３４０】
図１６を参照すると、本発明の実施例に係る電気自動車用ヒートポンプシステム１の制御方法は、ヒートポンプオン(ON)ステップ(Ｓ１)を含むことができる。
【０３４１】
前記ヒートポンプオン(ON)ステップは、室内コントローラ３９によるユーザのヒートポンプ作動命令が入力されるステップであると理解することができる。
【０３４２】
ユーザは、室内の空調環境を快適にするように室内コントローラ３９を操作することができる。一例として、前記室内コントローラ３９には、室内の空調環境に対する現状を自動で判断して最適な運転モードを提供できるオート(Auto)入力ボタンが備えられてもよい。もちろん、前記室内コントローラ３９には、ユーザが所望する運転モードと室内の空調環境を直接入力できるマニュアル(Manual)入力ボタンが備えられてもよい。
【０３４３】
そして、前記ヒートポンプ１は、ユーザ設定温度の入力を受けることができる(Ｓ２)。
前記ユーザ設定温度は、前記室内コントローラ３９を利用してユーザが直接所望の温度に設定することができる。
【０３４４】
ユーザが前記ユーザ設定温度を入力すると、前記ヒートポンプ１は、室内及び室外環境と、電気自動車部品の状態を感知して、最適な運転モードで室内空調を行うことができる。
【０３４５】
具体的に、前記ヒートポンプ１は、前記ユーザ設定温度、室外(外気)温度、室内温度、日射量及び室内人員を感知して、前記感知情報を基に室内に吐出される空気の目標温度を計算することができる(Ｓ３)。
【０３４６】
前記室外温度は、前記室外温度感知センサーによって感知される。前記室内温度は、前記室内温度感知センサーによって感知される。前記日射量は、前記日射量感知センサーによって感知される。前記室内人員は、前記人体感知センサーによって感知される。
【０３４７】
そして、制御部(図示されない)は、上述した複数の感知センサーによって感知された情報を基に前記目標温度を計算することができる。一例として、前記ユーザ設定温度が２３℃であり、室外温度が０℃である場合、前記室内に吐出される空気の目標温度は４３℃に計算される。
【０３４８】
また、前記ヒートポンプ１は、前記計算された目標温度を基に運転モードを判断することができる(Ｓ４)。
【０３４９】
具体的に、前記ヒートポンプ１は、前記計算された目標温度、室外温度、飽和圧力、露点を基に前記ヒートポンプ１の運転モードを判断することができる。
【０３５０】
一例として。前記計算された目標温度が４３℃であり、前記室外温度が０℃であれば、前記ヒートポンプは暖房モード(Ｓ１０)と判断することができる。
【０３５１】
前記ヒートポンプ１は、前記運転モードを判断するステップを通じて換気モード(Ｓ５)、冷房モード(Ｓ６)及び暖房モード(Ｓ１０)の何れか一つの運転モードを決定することができる。
【０３５２】
そして、前記ヒートポンプ１は、決定された運転モードで冷媒サイクルが作動するように制御することができる。
【０３５３】
一方、前記ヒートポンプ１は、前記Ｓ２〜Ｓ４ステップとは独立的にパワートレインモジュール１０の温度を感知して放熱の必要があるのか否かを判断することができる。同様に、前記ヒートポンプ１は、前記Ｓ２〜Ｓ４ステップとは独立的にバッテリー２０の温度を感知して放熱の必要があるのか否かを判断することができる。
【０３５４】
そして、前記パワートレインモジュール１０に放熱が必要な場合、前記ヒートポンプ１は、室外温度、冷却水温度及び前記Ｓ４ステップで決定される運転モードを基にパワートレインポンプ１３またはラジエーターポンプ１６が作動するように制御することができる。
【０３５５】
一例として、前記ヒートポンプ１は、後述する暖房モード(Ｓ１０)のうち廃熱回収モードで作動する場合に、前記パワートレインポンプ１３が作動するように制御することができる。前記パワートレインポンプ１３が作動(ON)する場合、前記廃熱膨張弁１６１は開放されて冷媒を前記パワートレインチラー１５に流入させることができる。
【０３５６】
また、前記バッテリー２０に放熱が必要な場合、前記ヒートポンプ１は、室外温度と冷却水温度を基に前記バッテリーポンプ２１が作動するように制御することができる。前記バッテリーポンプ２１が作動する場合、前記クーラー膨張弁１５６は開放されて冷媒を前記バッテリークーラー２５に流入させることができる。
図１７は本発明の実施例に係る暖房モードの制御方法を示すフローチャートであり、図１８は温度に応じた冷却水の粘性変化を示す実験グラフである。
【０３５７】
図１７及び図１８を参照すると、前記ヒートポンプ１は、暖房モード(Ｓ１０)に運転モードが決定されると、廃熱回収モードであるのか否かを判断することができる(Ｓ１１)。
【０３５８】
上述したように、前記廃熱回収モードは、電気自動車の電装部品で発生する熱を蒸発器で冷媒の熱源として利用するモードと規定することができる。そして、前記廃熱回収モードは、図８を参照して上述した第１廃熱回収モード及び図９を参照して上述した第２廃熱回収モードを含むことができる。
【０３５９】
まず、前記ヒートポンプ１は、前記電装部品の放熱を行う冷却水の温度が冷却水の基準温度より高いのかを判断することができる(Ｓ１２)。
【０３６０】
前記冷却水の基準温度は、冷却水の粘性力変化を基に決定することができる。一例として、前記冷却水の基準温度は１０℃と設定される。
前記冷却水の基準温度について詳しく説明する。
【０３６１】
図１８を参照すると、前記冷却水は、温度(Temp)変化に応じて、動粘性係数(Kinematic viscosity)が急激に変化することをグラフで確認することができる。
【０３６２】
特に、冷却水の温度が１０℃以下に下がる急変区間(ＣＨ)において前記冷却水の動粘性係数は、常温(ＲＴ)における動粘性係数より大きく増加する。従って、前記冷却水の基準温度を決定するための基準は常温(ＲＴ)に設定する。ここで、常温(ＲＴ)は２０℃と定義することができる。
前記動粘性係数は、密度に対する粘性係数の比で定義される。そして、粘性力は前記粘性係数に比例する。
【０３６３】
前記粘性力が大きくなるほど、前記冷却水は粘い状態で複数のポンプ１３、１６、２１に流入することができる。即ち、前記急変区間(ＣＨ)の冷却水は、ポンプ１３、１６、２１の消費動力を急激に上昇させることができ、冷却水の流量が不安定に揺動する。これによれば、前記ポンプ１３、１６、２１の性能を低下させ、循環する冷却水の流量が不均衡になる問題がある。結局、不安定な暖房運転（作動：実行）によりヒートポンプ１の信頼性に悪影響を与えることになる。
【０３６４】
従って、本発明の実施例では、前記冷却水の粘性力が常温(ＲＴ)における粘性力より１０％が増加する温度を冷却水の基準温度(Ｓ)と設定する。
【０３６５】
そして、前記常温(ＲＴ)より粘性力が１０％が増加する冷却水の基準温度は約１０℃である。
【０３６６】
従って、前記パワートレインチラー１５及び/または前記バッテリークーラー２５で冷却水が正常に冷媒と熱交換するために、前記ヒートポンプ１は、前記電装部品の放熱を行う冷却水の温度が冷却水の基準温度(１０℃)より高いのかを判断することができる。
【０３６７】
具体的に、前記ヒートポンプ１は、前記パワートレインモジュール１０の冷却を行うパワートレインライン１１に設置された冷却水温度センサー(ＣＴ)の感知情報を基に前記パワートレインライン１０の熱を吸収した冷却水が１０℃より高いのかを判断することができる。
【０３６８】
また、前記ヒートポンプ１は、前記バッテリーライン２８に設置された冷却水温度センサー(ＣＴ)の感知情報を基に前記バッテリー２０の熱を吸収した冷却水が１０℃より高いのかを判断することができる。
【０３６９】
前記ヒートポンプ１は、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より低い場合、前記図６を参照して上述した一般暖房モードを実行するように構成を制御することができる。
【０３７０】
反面、前記ヒートポンプ１は、前記冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より高い場合、室外温度が冷却水の氷点より高いのかを判断することができる(Ｓ１３)。
ここで、冷却水の氷点は０℃に設定される。
【０３７１】
具体的に、前記ヒートポンプ１は、前記パワートレイン１０の熱を吸収した冷却水または前記バッテリー２０の熱を吸収した冷却水の温度が前記冷却水の基準温度より高い場合、室外温度が０℃より高いのか判断することができる。
【０３７２】
前記ヒートポンプ１は、前記室外温度が前記冷却水の氷点より低い場合、前記第１廃熱回収モードを実行するように構成を制御することができる(Ｓ１００)。
【０３７３】
具体的に、室外温度が０℃より低い場合、蒸発器として作動する室外熱交換器４５で低温の冷媒と温度差が小さくなるので、外気と冷媒間の熱効率が低下する。
【０３７４】
従って、前記パワートレインモジュール１０またはバッテリー２０の廃熱を吸収した冷却水を冷媒を蒸発させるための熱源として使用することが、前記室外熱交換器４５で外気を冷媒を蒸発させるための熱源として使用することより蒸発温度を高めることができる。即ち、前記室外温度が０℃より低い場合、前記第１廃熱回収モードで作動して暖房性能を改善することができる。
【０３７５】
反面、前記ヒートポンプ１は、前記室外温度が前記冷却水の氷点より高い場合、前記第２廃熱回収モードを実行するように構成を制御することができる(Ｓ２００)。
【０３７６】
具体的に、前記第２廃熱回収モードでは、前記パワートレインモジュール１０または前記バッテリー２０の廃熱を吸収した冷却水と外気を一緒に冷媒を蒸発させるための熱源として使用することができる。
【０３７７】
そして、冷媒を蒸発させるために冷却水及び外気で規定される二重熱源が使用される場合、外気と熱交換する前記室外熱交換器４５のみを使用することより電力消耗を低減させることができ、サイクルの観点で、前記第１廃熱回収モードより蒸発温度が高くなるので、暖房性能を向上させることができる。
【０３７８】
従って、前記第２廃熱回収モードは、前記室外温度が０℃より高い場合に作動して暖房性能を改善することができる。
【０３７９】
結局、上述した廃熱回収モードによれば、電気自動車の電装部品で発生する廃熱を活用することで、バッテリーの消耗電力を最小化でき、搭乗者の快適感を向上させることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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