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KR20190002878A - 차량용 ce 모듈 - Google Patents

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KR20190002878A
KR20190002878A KR1020170083132A KR20170083132A KR20190002878A KR 20190002878 A KR20190002878 A KR 20190002878A KR 1020170083132 A KR1020170083132 A KR 1020170083132A KR 20170083132 A KR20170083132 A KR 20170083132A KR 20190002878 A KR20190002878 A KR 20190002878A
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KR
South Korea
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condenser
refrigerant
evaporator
cooling water
vehicle
Prior art date
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Application number
KR1020170083132A
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English (en)
Inventor
김재연
김연호
김명환
조완제
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US15/802,267 priority patent/US10486500B2/en
Priority to DE102017126872.3A priority patent/DE102017126872B4/de
Priority to CN201711221531.3A priority patent/CN109203908B/zh
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Abstract

차량용 CE 모듈이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈은 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 상기 압축기로부터 공급되는 압축된 냉매를 내부에 유입된 냉각수와 열교환시켜 응축하는 응축기와, 및 상기 응축기와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 일체형으로 장착되는 팽창밸브로부터 공급된 냉매를 내부에 유입되는 냉각수와 열교환을 통해 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기에 공급하는 증발기를 포함한다.

Description

차량용 CE 모듈{CENTRALIZED ENERGY MODULE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 CE 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내부에서 순환되면서, 상변화되는 냉매와 냉각수를 선택적으로 열교환시켜 고온의 냉각수와 저온의 냉각수를 이용해 차량의 실내를 냉방 또는 난방하도록 하는 차량용 CE(Centralized Energy) 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 공기조화장치는 자동차의 실내를 난방하거나 냉방하기 위하여 냉매를 순환시키는 에어컨 시스템을 포함한다.
이러한 에어컨수단은 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있도록 하는 것으로 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 난방 또는 냉방하도록 구성된다.
즉, 에어컨수단은 여름철 냉방모드 시에는 압축기로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이어 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.
한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.
이러한 친환경 차량 중, 전기자동차 또는 하이브리드 차량에는 일반 차량의 공기조화장치와는 달리 별도의 히터가 사용되지 않으며, 친환경 차량에 적용되는 공기조화장치를 통상적으로 히트 펌프 시스템이라 한다.
한편, 전기 자동차의 경우에는 산소와 수소의 화학적 반응 에너지를 전기 에너지로 전환하여 구동력을 발생시키게 되며, 이 과정에서 연료전지 내의 화학적 반응에 의해 열에너지가 발생되는 바, 발생된 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료전지의 성능 확보에 있어 필수적이다.
그리고 하이브리드 자동차에서도 일반적인 연료로 작동하는 엔진과 함께, 상기한 연료전지나, 전기 배터리로부터 공급되는 전기를 이용해 모터를 구동시켜 구동력을 발생시키게 되는 바, 연료전지나 배터리, 및 모터로부터 발생되는 열을 효과적으로 제거해야만 모터의 성능을 확보할 수 있게 된다.
이에 따라, 종래 기술에 따른 하이브리드 차량이나 전기 자동차에서는 모터와 전장품, 및 연료전지를 포함하는 배터리의 발열을 방지하도록 냉각수단, 및 히트 펌프 시스템과 함께, 배터리 냉각 시스템이 각각 별도의 밀폐회로로 구성해야만 한다.
따라서, 차량의 전방에 배치되는 쿨링모듈의 크기 및 중량이 증가되고, 엔진룸 내부에서 각각의 히트 펌프 시스템과 냉각수단 및 배터리 냉각 시스템으로 냉매 또는 냉각수를 공급하는 연결배관들의 레이아웃이 복잡해지는 단점이 있다.
또한, 배터리가 최적성능을 발휘되도록 차량의 상태에 따라 배터리를 웜업 또는 냉각시키는 배터리 냉각 시스템이 별도로 구비되는 바, 각 연결배관과 연결하기 위한 다수개의 밸브가 적용되고, 이 밸브들의 빈번한 개폐작동으로 인한 소음 및 진동이 차량 실내로 전달되어 승차감이 저하되는 단점도 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 냉매의 응축 및 증발 시에 냉매로부터 발생하는 열에너지를 냉각수와 선택적으로 열교환시키고, 열교환된 저온 또는 고온의 냉각수를 각각 이용하여 차량의 실내온도를 조절하도록 하는 차량용 CE 모듈을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈은 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 상기 압축기로부터 공급되는 압축된 냉매를 내부에 유입된 냉각수와 열교환시켜 응축하는 응축기; 상기 응축기와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 일체형으로 장착되는 팽창밸브로부터 공급된 냉매를 내부에 유입되는 냉각수와 열교환을 통해 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기에 공급하는 증발기를 포함한다.
상기 증발기에는 상기 응축기로부터 공급된 냉매를 상기 증발기를 통과한 저온저압의 기체냉매와 상호 열교환을 통해 과냉시키고, 과냉된 냉매를 상기 팽창밸브에 공급하는 과냉 열교환부가 일체로 구비될 수 있다.
상기 응축기는 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제1 유로와 제2 유로를 각각 형성하고, 상기 제1 유로들을 통과하는 냉매와 상기 제2 유로들을 통과하는 냉각수를 상호 열교환시키는 응축부를 포함할 수 있다.
상기 응축기는 내부를 통과하면서 응축된 냉매의 기액분리와 수분을 제거하도록 리시버 드라이어 유닛과 연결될 수 있다.
상기 압축기는 상기 응축기와 제1 연결 파이프를 통해 연결되고, 상기 응축기는 상기 리시버 드라이어 유닛과 제2 및 제3 연결 파이프를 통해 연결되며, 상기 응축기는 상기 과냉 열교환부와 제4 연결 파이프를 통해 연결되며, 상기 팽창밸브는 상기 과냉 열교환부와 제5 연결 파이프를 통해 연결되고 상기 압축기에 제6 연결 파이프를 통해 연결될 수 있다.
상기 증발기는 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제3 유로와 제4 유로를 형성하고, 상기 제3 유로를 통과하는 냉매와 상기 제4 유로를 통과하는 냉각수를 상호 열교환시키는 증발부를 포함할 수 있다.
상기 과냉 열교환부는 상기 증발부에 일체로 형성되며, 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제5 및 제6 유로를 각각 형성할 수 있다.
상기 과냉 열교환부는 상기 증발부로부터 공급된 저온저압의 기체냉매를 상기 제6 유로들로 유동시키고, 상기 응축기로부터 공급되는 응축된 냉매를 상기 제5 유로들로 유동시킬 수 있다.
상기 응축기에는 다수개의 플레이트가 일체로 적층 구성되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제7, 제8 유로를 형성하고, 상기 제7 유로들을 통과하는 냉매와 상기 제8 유로들을 통과하는 냉각수를 상호 열교환시키는 서브 응축부가 더 구비될 수 있다.
상기 응축기로 유입되는 냉각수는 상기 서브 응축부를 먼저 통과한 후, 상기 응축부로 유입될 수 있다.
상기 응축기에서 배출된 냉매는 상기 과냉 열교환부를 통과한 후에 상기 팽창밸브를 거쳐 상기 증발기에 유입될 수 있다.
상기 증발기와 상기 응축기는 냉각수가 유입 및 배출되도록 냉각수 배관을 통해 각각 연결되고, 각각의 상기 냉각수 배관은 HVAC 모듈과 연결될 수 있다.
상기 응축기를 통과하면서 열교환된 고온의 냉각수는 차량의 난방모드가 작동될 경우, 상기 HVAC 모듈로 공급되어 차량의 실내를 난방할 수 있다.
상기 증발기를 통과하면서 열교환된 저온의 냉각수는 차량의 냉방모드가 작동될 경우, 상기 HVAC 모듈로 공급되어 차량의 실내를 냉방할 수 있다.
상기 응축기와 상기 증발기는 내부에 냉각수가 순환되는 수랭식 열교환기로 형성될 수 있다.
상기 냉매는 R152-a 또는 R744 냉매일 수 있다.
상기 베이스 플레이트에는 상기 압축기, 상기 응축기, 및 상기 증발기가 내부에 위치되도록 커버 하우징이 장착될 수 있다.
상기 베이스 플레이트와 상기 압축기의 사이에는 댐퍼가 장착될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈에 의하면, 냉매의 응축 및 증발 시에 냉매로부터 발생하는 열에너지를 냉각수와 선택적으로 열교환시키고, 열교환된 저온 또는 고온의 냉각수를 각각 이용하여 차량의 실내온도를 조절함으로써, 전체 시스템을 간소화하고, 냉매가 순환하는 연결배관의 레이아웃을 간소화시킬 수 있다.
또한, 차량용 CE 모듈은 고성능의 R152-a 또는 R744 냉매를 사용하여 작동효율을 향상시키고, 종래 에어컨 수단에 비해 소음, 진동, 및 작동 불안정 발생을 방지할 수 있다.
나아가, 장치의 모듈화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈에 적용되는 응축기의 측면도이다.
도 6은 도 5의 A-A 선에 따른 단면도로서, 응축기에서 냉매의 유동을 나타낸 작동 상태도이다.
도 7은 도 5의 B-B 선에 따른 단면도로서, 응축기에서 냉각수의 유동을 나타낸 작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈에 적용되는 증발기의 측면도이다.
도 9는 도 8의 C-C 선에 따른 단면도로서, 과냉 열교환부에서 냉매의 유동을 나타낸 작동 상태도이다.
도 10은 도 8의 D-D 선에 따른 단면도로서, 증발기에서 냉매의 유동을 나타낸 작동 상태도이다.
도 11은 도 8의 E-E 선에 따른 단면도로서, 증발기에서 냉각수의 유동을 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈(100)의 구성도이다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈(100)은 히트펌프 시스템에 적용된다. 이러한 CE 모듈(100)은 냉매의 응축 및 증발 시에 냉매로부터 발생하는 열에너지를 냉각수와 선택적으로 열교환시켜 저온 또는 고온의 냉각수만을 이용해 차량의 냉방 또는 난방을 수행한다.
여기서, 히트펌프 시스템은 전기 자동차에 적용될 수 있다. 상기 히트펌프 시스템은 냉각유닛, 배터리 모듈, HVAC 모듈(10)과 함께, 본 발명의 실시예에 따른 CE 모듈(100)을 포함할 수 있다.
상기 냉각유닛은 워터펌프의 작동을 통해 라디에이터(R)에서 냉각된 냉각수를 순환시킴으로써, 전장품이 과열되지 않도록 냉각시키게 된다.
상기 배터리 모듈은 냉각유닛과 연결되며, 워터펌프의 작동을 통해 내부에 냉각수가 순환되고, 상기 전장품에 전원을 공급할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에서, 상기 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 10)은 내부히터(11), 쿨러(13), 및 개폐도어(15)를 포함한다.
상기 내부히터(11)와 상기 쿨러(13)는 상기 CE 모듈(100)과 냉각수 배관(17)을 통해 연결된다. 그리고 상기 개폐도어(15)는 상기 내부히터(11)와 상기 쿨러(13) 사이에 구비된다. 이러한 개폐도어(15)는 차량의 냉방, 난방, 및 난방/제습 모드에 따라, 상기 쿨러(13)를 통과한 외기가 상기 내부히터(11)에 선택적으로 유입되도록 조절한다.
즉, 상기 개폐도어(15)는 차량의 난방모드에서 상기 쿨러(13)를 통과한 외기가 상기 내부히터(11)로 유입되도록 개방된다. 반대로, 차량의 냉방모드에서 상기 개폐도어(15)는 상기 쿨러(13)를 통과하면서 냉각된 외기가 차량 내부로 바로 유입되도록 내부히터(11) 측을 폐쇄하게 된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 상기 CE 모듈(Centralized Energy Module : 100)은 내부를 순환하는 냉매의 응축 및 증발 시에 발생하는 열 에너지를 냉각수와 선택적으로 열교환시키고, 열교환된 저온 또는 고온의 냉각수를 상기 HVAC 모듈(10)에 각각 공급한다.
여기서, 상기 냉매는 고성능의 R152-a 또는 R744 냉매일 수 있다.
차량의 난방모드가 작동되면, 고온의 냉각수는 상기 CE 모듈(100)로부터 상기 내부히터(11)에 공급된다. 반대로, 차량의 냉방모드가 작동되면, 저온의 냉각수는 상기 CE 모듈(100)로부터 상기 쿨러(13)에 선택적으로 공급된다.
본 실시예에서, 상기 CE 모듈(40)은, 도 2 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 베이스 플레이트(101), 압축기(110), 응축기(120), 증발기(130), 팽창밸브(140), 및 커버 하우징(150)을 포함한다.
본 실시예에서, 상기 베이스 플레이트(101)는 사각의 판 형상으로 형성된다.
상기 압축기(110)는 상기 베이스 플레이트(101)의 일면에 장착된다. 이러한 압축기(110)는 상기 증발기(130)로부터 배출된 기체 상태의 냉매를 압축시킨다.
여기서, 상기 압축기(110)는 상기 응축기(120)와 제1 연결 파이프(161)를 통해 연결될 수 있다.
또한, 상기 베이스 플레이트(101)와 상기 압축기(110)의 사이에는 댐퍼(112)가 장착될 수 있다.
상기 댐터(112)는 상기 압축기(110)의 작동 시에 발생되는 진동 및 소음이 상기 베이스 플레이트(101)로 전달되는 것을 최소화할 수 있다. 이러한 댐퍼(112)는 그 재질이 고무소재로 형성될 수 있다.
상기 응축기(120)는 상기 압축기(110)와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트(101)에 장착된다. 상기 응축기(120)는 상기 압축기(110)로부터 공급되는 압축된 냉매를 내부에 유입된 냉각수와 열교환시켜 응축한다.
여기서, 상기 응축기(120)는 냉각수가 유입 및 배출되도록 냉각수 배관(17)을 통해 각각 연결되고, 각각의 상기 냉각수 배관은 HVAC 모듈(10)과 연결될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 실시예에서, 상기 응축기(120)는 응축부(121)를 포함한다.
상기 응축부(121)는 다수개의 플레이트(P)가 적층 구성되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제1, 제2 유로(122, 123)를 각각 형성한다. 이러한 응축부(121)는 상기 제1 유로(122)들을 통과하는 냉매와 상기 제2 유로(123)들을 통과하는 냉각수를 상호 열교환시킨다.
여기서, 상기 응축부(121)에는 길이 방향을 기준으로 일면과 타면에 각각 제1 냉각수 유입홀(121a)과 제1 냉각수 배출홀(121b)이 형성된다.
이러한 제1 냉각수 유입홀(121a)은 라디에이터(R)와 상기 냉각수 배관(17)을 통해 연결된다. 그리고 상기 제1 냉각수 배출홀(121b)은 상기 HVAC 모듈(10)과 상기 냉각수 배관(17)을 통해 연결된다.
이러한 제1 냉각수 유입홀(121a)은 상기 응축부(121)의 내부에서 각각의 상기 제2 유로(123)들을 통해 상기 제1 냉각수 배출홀(121b)과 연결된다. 이에 따라, 냉각수는 상기 제1 냉각수 유입홀(121a)과 상기 제1 냉각수 배출홀(121b)을 통해 순환된다.
여기서, 상기 응축기(120)는 내부를 통과하면서 응축된 냉매의 기액분리와 수분을 제거하도록 상기 커버 하우징(150)의 내부에 별도로 구비되는 리시버 드라이어 유닛(125)과 연결될 수 있다.
상기 리시버 드라이어 유닛(125)은 원통 형상으로 형성되며, 내부에 건조제가 구비될 수 있다. 또한, 상기 리시버 드라이어 유닛(125)은 길이방향을 기준으로 세워져 장착될 수 있다.
한편, 상기 응축기(120)는 서브 응축부(127)를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 응축부(127)는 상기 응축부(121)에 일체로 형성된다. 이러한 서브 응축부(127)는 다수개의 플레이트(P)가 일체로 적층 구성되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제7, 제8 유로(141, 142)를 형성한다.
이에 따라, 상기 서브 응축부(127)는 상기 리시버 드라이어 유닛(125)으로부터 공급되어 상기 제7 유로(141)들을 통과하는 냉매와, 상기 제8 유로(142)들을 통과하는 냉각수를 상호 열교환시킨다.
즉, 상기 서브 응축부(127)는 상기 응축기(120)를 통해 냉각되어 1차로 응축된 냉매가 상기 리시버 드라이어 유닛(125)을 거쳐 유입되면, 냉각수와의 상호 열교환을 통해 냉각시켜 2차로 응축시킬 수 있다.
여기서, 상기 라디에이터(R)로부터 공급된 저온의 냉각수는 상기 서브 응축부(127)의 제8 유로(142)들를 먼저 통과하게 된다.
이에 따라, 상기 응축기(120)를 통과하는 냉매는 상기 응축부(121)를 통과하면서 1차로 응축된 후, 상기 리시버 드라이어 유닛(125)을 통과하면서 기체냉매와 수분 및 이물질이 제거된다.
그런 후, 냉매는 상기 서브 응축부(127)로 유입되며, 상기 서브 응축부(127)에 먼저 유입된 저온의 냉각수와 추가로 냉각됨으로써, 냉각효율이 향상되어 응축률이 증가될 수 있다.
여기서, 본 실시예에서는 상기 응축기(120)에 상기 서브 응축부(127)가 일체로 구비된 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 상기 서브 응축부(127)는 필요에 따라 상기 응축기(120)에 일체로 구비되지 않을 수도 있다.
한편, 상기 응축기(120)는 상기 리시버 드라이어 유닛(125)과 제2 및 제3 연결 파이프(162, 163)를 통해 연결된다.
여기서, 상기 제1 냉각수 유입홀(121a)이 형성된 상기 응축기(120)에는 상기 리시버 드라이어 유닛(125)으로 냉매를 배출하도록 상기 제2 연결 파이프(162)가 장착되는 제1 냉매 배출홀(120a)이 형성된다.
또한, 상기 제1 냉매 배출홀(120a)과 이격된 위치에서 상기 응축기(120)에는 상기 리시버 드라이어 유닛(125)으로부터 배출된 냉매를 상기 서브 응축부(127)로 유입시키기 위한 제1 냉매 유입홀(120b)이 형성된다.
그리고 상기 응축기(120)에는 상기 제1 냉매 유입홀(120b)과 이격된 위치에서 상기 증발기(130)와 연결하기 위한 제4 연결 파이프(164)가 장착되도록 제2 냉매 배출홀(120c)이 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 응축기(120)는 유입된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키고, 냉매의 응축 시에 발생된 열 에너지를 냉각수에 공급하여 냉각수의 온도를 상승시킨다.
따라서, 상기 응축기(120)를 통과하면서 열교환된 고온의 냉각수는 차량의 난방모드가 작동될 경우, 상기 HVAC 모듈(10)의 내부히터(11)로 공급되어 차량의 실내를 난방할 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 응축기(120)는 내부에 냉각수가 순환되는 수랭식 열교환기로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 압축기(110)로부터 공급되는 냉매는 상기 응축부(121)를 통과하면서 냉각수와의 열교환을 통해 응축된다. 그런 후, 냉매는 상기 제2 및 제3 연결 파이프(162, 163)를 통해 상기 리시버 드라이어 유닛(125)을 통과하면서 기체냉매와 수분 및 이물질이 제거된다.
그런 후, 상기 리시버 드라이어 유닛(125)을 통과한 냉매는 상기 서브 응축부(127)를 통과하면서 추가로 응축될 수 있다.
한편, 상기 CE 모듈(100)은 상기 리시버 드라이어 유닛(125)을 대신하여 어큐뮬레이터를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 응축기(120)에 상기 리시버 드라이어 유닛(125)이 구비되지 않을 경우에는 상기 리시버 드라이어 유닛(125)을 대신하여 상기 어큐뮬레이터가 구비될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 증발기(130)는 상기 응축기(120)와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트(101)에 장착된다. 이러한 증발기(130)는 일체형으로 장착되는 상기 팽창밸브(140)로부터 공급된 냉매를 내부에 유입되는 냉각수와 열교환을 통해 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기(110)에 공급한다.
이러한 증발기(130)에는 상기 응축기(120)로부터 공급된 냉매를 상기 증발기(130)를 통과한 저온저압의 기체냉매와 상호 열교환을 통해 과냉시키고, 과냉된 냉매를 상기 팽창밸브(140)에 공급하는 과냉 열교환부(135)가 일체로 구비될 수 있다.
여기서, 상기 응축기(120)는 상기 제2 냉매 배출홀(120c)에 장착되는 상기 제4 연결 파이프(164)를 통해 상기 과냉 열교환부(135)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 증발기(130)는, 도 2 내지 도 3과, 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 증발부(131)와 상기 과냉 열교환부(135)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 증발부(131)는 다수개의 플레이트(P)가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제3, 및 제4 유로(132, 133)를 각각 형성한다. 이러한 증발부(131)는 상기 제3 유로(132)들을 통과하는 냉매와 상기 제4 유로(133)들를 통과하는 냉각수를 상호 열교환시킨다.
그리고 상기 과냉 열교환부(135)는 상기 증발부(131)의 상부에 일체로 형성된다. 이러한 과냉 열교환부(135)는 다수개의 플레이트(P)가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제5 및 제6 유로(136, 137)를 각각 형성할 수 있다.
이러한 과냉 열교환부(135)는 상기 증발부(131)로부터 공급된 저온저압의 기체냉매를 상기 제6 유로(137)들로 유동시키고, 상기 응축기(120)로부터 공급되는 응축된 냉매를 상기 제5 유로(136)들로 유동시킬 수 있다.
즉, 상기 응축기(120)에서 배출된 냉매는 상기 과냉 열교환부(135)를 통과한 후에 상기 팽창밸브(140)로 유입된다. 그런 후, 냉매는 상기 팽창밸브(140)에서 팽창된 상태로 상기 증발부(131)에 유입될 수 있다.
이에 따라, 상기 응축기(120)를 통과한 냉매는 상기 과냉 열교환부(135)로 유입되며, 이 때, 상기 증발부(131)에서 유입된 저온 저압의 기체냉매와의 열교환을 통해 과냉됨으로써, 냉각효율이 향상되어 냉매의 응축률이 증가될 수 있다.
한편, 상기 증발기(130)에는 상기 팽창밸브(140)가 장착되는 일면에서 대향되는 양측 모서리에 제2 냉각수 유입홀(131a)과 제2 냉각수 배출홀(131b)이 형성된다.
이러한 제2 냉각수 유입홀(131a)과 상기 제2 냉각수 배출홀(131b)은 상기 과냉 열교환부(135)를 관통하여 상기 증발부(131)와 연결될 수 있다.
즉, 상기 제2 냉각수 유입홀(131a)과 상기 제2 냉각수 배출홀(131b)은 상기 증발부(121)의 일면에서 대각선 방향으로 각 모서리 부분에 형성되고, 상기 냉각수 배관(17)이 각각 장착될 수 있다.
이러한 제2 냉각수 유입홀(131a)은 상기 증발부(131)의 내부에서 각각의 상기 제4 유로(133)들을 통해 상기 제2 냉각수 배출홀(131b)과 연결된다. 이에 따라, 냉각수는 상기 제2 냉각수 유입홀(131a)과 상기 제2 냉각수 배출홀(131b)을 통해 순환된다.
또한, 상기 증발기(130)에는 상기 응축기(120)로부터 공급된 냉매를 상기 과냉 열교환부(135)에 유입시키기 위한 제2 냉매 유입홀(130a)과, 상기 제5 유로(136)들을 통과한 냉매가 배출되는 제3 냉매 배출홀(130b)이 형성될 수 있다.
상기 제2 냉매 유입홀(130a)에는 상기 제4 연결 파이프(164)가 장착되고, 상기 제3 냉매 배출홀(130b)에는 상기 팽창밸브(140)와 연결되는 제5 연결 파이프(165)가 장착될 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 증발기(130)는 상기 과냉 열교환부(135)로부터 유입된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 증발시키고, 냉매의 증발 시에 발생된 저온의 열 에너지를 냉각수에 공급하여 냉각수를 냉각시킨다.
따라서, 상기 증발기(130)를 통과하면서 열교환된 저온의 냉각수는 차량의 냉방모드가 작동될 경우, 상기 HVAC 모듈(10)의 쿨러(13)로 공급되어 차량의 실내를 냉방할 수 있다.
이와 같이 구성되는 상기 증발기(130)는 내부에 냉각수가 순환되는 수랭식 열교환기로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 팽창밸브(140)는 상기 증발기(130)에 일체형으로 장착될 수 있다. 이러한 팽창밸브(140)는 상기 과냉 열교환부(135)와 상기 제5 연결 파이프(165)를 통해 연결되고, 상기 압축기(110)와 제6 연결 파이프(166)를 통해 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 팽창밸브(140)는 상기 과냉 열교환부(135)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키게 된다. 여기서, 상기 팽창밸브(140)는 상기 증발부(131)와 직접 연결되며, 팽창된 냉매를 상기 제3 유로(132)들로 유입시킨다.
상기 증발부(131)를 통과하면서 증발된 냉매는 상기 팽창밸브(140)를 통과하여 상기 제6 연결 파이프(166)를 통해 상기 압축기(110)로 유입된다.
이 경우, 상기 팽창밸브(140)는 내부에 형성된 별도의 유로를 통해 상기 제6 연결 파이프(166)와 상기 증발부(131)를 연결할 수 있다.
이러한 팽창밸브(140)는 기계식 또는 전자식으로 구성될 수 있다.
그리고 상기 커버 하우징(150)은 내부에 상기 압축기(110), 상기 응축기(120), 및 상기 증발기(130)가 위치되도록 상기 베이스 플레이트(101)에 장착된다.
이러한 커버 하우징(150)은 상기 베이스 플레이트(101)에 장착된 상기 압축기(110), 상기 응축기(120), 상기 증발기(130), 및 상기 팽창밸브(140)의 외부 노출을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 CE 모듈(100)을 적용하면, 냉매의 응축 및 증발 시에 냉매로부터 발생하는 열에너지를 냉각수와 선택적으로 열교환시키고, 열교환된 저온 또는 고온의 냉각수를 각각 이용하여 차량의 실내온도를 조절함으로써, 전체 시스템을 간소화하고, 냉매가 순환하는 연결배관의 레이아웃을 간소화시킬 수 있다.
또한, 차량용 CE 모듈(100)은 고성능의 R152-a 또는 R744 냉매를 사용하여 작동효율을 향상시키고, 종래 에어컨 수단에 비해 소음, 진동, 및 작동 불안정 발생을 방지할 수 있다.
나아가, 장치의 모듈화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : HVAC 모듈
11 : 내부히터
13 : 쿨러
15 : 개폐도어
100 : CE 모듈
101 : 베이스 플레이트
110 : 압축기
120 : 응축기
121 : 응축부
122 : 제1 유로
123 : 제2 유로
125 : 리시버 드라이어부
127 : 서브 응축부
130 : 증발기
131 : 증발부
132 : 제3 유로
133 : 제4 유로
135 : 과냉 열교환부
136 : 제5 유로
137 : 제6 유로
140 : 팽창밸브
141 : 제7 유로
142 : 제8 유로
150 : 커버 하우징
161, 162, 163, 164, 165, 166 : 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 및 제6 연결 파이프

Claims (18)

  1. 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트에 장착되며, 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 상기 압축기로부터 공급되는 압축된 냉매를 내부에 유입된 냉각수와 열교환시켜 응축하는 응축기; 및
    상기 응축기와 이격된 위치에서 상기 베이스 플레이트에 장착되며, 일체형으로 장착되는 팽창밸브로부터 공급된 냉매를 내부에 유입되는 냉각수와 열교환을 통해 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 압축기에 공급하는 증발기;
    를 포함하는 차량용 CE 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발기에는
    상기 응축기로부터 공급된 냉매를 상기 증발기를 통과한 저온저압의 기체냉매와 상호 열교환을 통해 과냉시키고, 과냉된 냉매를 상기 팽창밸브에 공급하는 과냉 열교환부가 일체로 구비되는 차량용 CE 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 응축기는
    다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제1 유로와 제2 유로를 각각 형성하고, 상기 제1 유로들을 통과하는 냉매와 상기 제2 유로들을 통과하는 냉각수를 상호 열교환시키는 응축부를 포함하는 차량용 CE 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 응축기는
    내부를 통과하면서 응축된 냉매의 기액분리와 수분을 제거하도록 리시버 드라이어 유닛과 연결되는 차량용 CE 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 응축기와 제1 연결 파이프를 통해 연결되고,
    상기 응축기는 상기 리시버 드라이어 유닛과 제2 및 제3 연결 파이프를 통해 연결되며,
    상기 응축기는 상기 과냉 열교환부와 제4 연결 파이프를 통해 연결되며,
    상기 팽창밸브는 상기 과냉 열교환부와 제5 연결 파이프를 통해 연결되고 상기 압축기에 제6 연결 파이프를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 증발기는
    다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제3 유로와 제4 유로를 형성하고, 상기 제3 유로를 통과하는 냉매와 상기 제4 유로를 통과하는 냉각수를 상호 열교환시키는 증발부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 과냉 열교환부는
    상기 증발부에 일체로 형성되며, 다수개의 플레이트가 적층되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제5 및 제6 유로를 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 과냉 열교환부는
    상기 증발부로부터 공급된 저온저압의 기체냉매를 상기 제6 유로들로 유동시키고, 상기 응축기로부터 공급되는 응축된 냉매를 상기 제5 유로들로 유동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 응축기에는
    다수개의 플레이트가 일체로 적층 구성되어 내부에 상호 엇갈리게 배치되는 다수개의 제7, 제8 유로를 형성하고, 상기 제7 유로들을 통과하는 냉매와 상기 제8 유로들을 통과하는 냉각수를 상호 열교환시키는 서브 응축부가 더 구비되는 차량용CE 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 응축기로 유입되는 냉각수는
    상기 서브 응축부를 먼저 통과한 후, 상기 응축부로 유입되는 차량용 CE 모듈.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 응축기에서 배출된 냉매는
    상기 과냉 열교환부를 통과한 후에 상기 팽창밸브를 거쳐 상기 증발기에 유입되는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 증발기와 상기 응축기는
    냉각수가 유입 및 배출되도록 냉각수 배관을 통해 각각 연결되고,
    각각의 상기 냉각수 배관은 HVAC 모듈과 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 응축기를 통과하면서 열교환된 고온의 냉각수는
    차량의 난방모드가 작동될 경우, 상기 HVAC 모듈로 공급되어 차량의 실내를 난방하는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 증발기를 통과하면서 열교환된 저온의 냉각수는
    차량의 냉방모드가 작동될 경우, 상기 HVAC 모듈로 공급되어 차량의 실내를 냉방하는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 응축기와 상기 증발기는
    내부에 냉각수가 순환되는 수랭식 열교환기로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는
    R152-a 또는 R744 냉매인 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에는
    상기 압축기, 상기 응축기, 및 상기 증발기가 내부에 위치되도록 커버 하우징이 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트와 상기 압축기의 사이에는
    댐퍼가 장착되는 것을 특징으로 하는 차량용 CE 모듈.
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