KR101266045B1 - 차량용 히트 펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 에어컨 시스템을 이용한 히트 펌프 시스템에서 에어컨 시스템을 순환하는 냉매와 수냉 라디에이터를 순환하는 냉각수를 상호 열교환시키는 수냉식 열교환기를 공조케이스의 내부에 설치하여 공기와도 열교환하도록 구성함으로써, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드시 상기 수냉식 열교환기를 증발기 또는 난방기로 활용할 수 있고, 이로인해 전체시스템의 구성이 간단하여 부품수 및 원가를 절감할 수 있으며, 아울러 냉각수 순환라인상에 가열기를 설치하여 외기온이 낮은 조건에서도 히트펌프 모드를 원활하게 작동시킬 수 있고 난방성능도 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{Heat pump system for vehicle}

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 에어컨 시스템을 이용한 히트 펌프 시스템에서 에어컨 시스템을 순환하는 냉매와 수냉 라디에이터를 순환하는 냉각수를 상호 열교환시키는 수냉식 열교환기를 공조케이스의 내부에 설치하여 공기와도 열교환하도록 구성함으로써, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드시 상기 수냉식 열교환기를 증발기 또는 난방기로 활용할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

차량용 공조장치는, 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.

한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 적어도 하나의 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.

이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일본 공개특허 제2001-27455호에 개시된 것을 들 수 있다.

상기 차량용 히트펌프 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 고압측 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 고압측 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외기(48)와, 상기 실외기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 저압측 열교환기(60)와, 상기 저압측 열교환기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56)와 벙렬로 설치되어 상기 실외기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.

도 1 중 도면부호 10은 상기 고압측 열교환기(32)와 저압측 열교환기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.

상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 난방모드가 가동될 경우에, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 고압측 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.

그러나, 상기 종래의 차량용 히트펌프 시스템은, 히트펌프 모드(난방모드)시 상기 공조케이스(10)의 내부에 설치된 고압측 열교환기(32)가 난방기 역할을 하여 난방을 수행하게 되고, 상기 실외기(48)는 공조케이스(10)의 외부 즉, 차량의 엔진룸 전방측에 설치되어 외기와 열교환하는 증발기 역할을 하게 되는데,

이때, 외기온이 낮은 조건에서는 상기 증발기 역할을 하는 실외기(48)가 차가운 외기와 열교환하기 때문에 상기 난방기 역할을 하는 고압측 열교환기(32)측에 충분한 폐열을 공급하지 못하게 되며, 이처럼 외기온이 낮은 조건에서는 난방 성능이 악화되거나 히트펌프 모드 시스템의 작동이 불가하여 실질적으로 저온 지방에서는 사용할 수 없는 기술적 한계를 가지고 있다.

또한, 상기와 같이 외기온이 낮은 조건에서의 성능악화 또는 작동이 불가한 문제를 해결하기 위해 별도로 공조케이스(10)의 내부에 엔진의 냉각수가 순환하는 히터코어(미도시)를 설치하여 병행하는 경우가 있으나, 이 경우에는 전체 시스템의 구성이 복잡하고 구성부품이 많아 중량 및 원가가 증가하는 문제가 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 에어컨 시스템을 이용한 히트 펌프 시스템에서 에어컨 시스템을 순환하는 냉매와 수냉 라디에이터를 순환하는 냉각수를 상호 열교환시키는 수냉식 열교환기를 공조케이스의 내부에 설치하여 공기와도 열교환하도록 구성함으로써, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드시 상기 수냉식 열교환기를 증발기 또는 난방기로 활용할 수 있고, 이로인해 전체시스템의 구성이 간단하여 부품수 및 원가를 절감할 수 있으며, 아울러 냉각수 순환라인상에 가열기를 설치하여 외기온이 낮은 조건에서도 히트펌프 모드를 원활하게 작동시킬 수 있고 난방성능도 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매 순환라인상에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기와, 공조케이스의 내부에 설치됨과 아울러 상기 냉매 순환라인과 연결되어 에어컨 모드시에는 증발기 역할을 수행하고 히트펌프 모드시에는 난방기 역할을 수행하는 실내측 열교환기와, 워터펌프를 통해 냉각수가 순환하는 냉각수 순환라인상에 설치되어 상기 냉각수와 외부공기를 열교환시키는 수냉 라디에이터와, 상기 공조케이스의 내부 또는 외부에 설치되어 상기 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 상기 냉각수 순환라인을 순환하는 냉각수를 상호 열교환시키는 수냉식 열교환기와, 상기 냉매 순환라인상에 설치되어 에어컨 모드시에는 상기 수냉식 열교환기에서 배출된 냉매를 팽창시키고 히트펌프 모드시에는 상기 실내측 열교환기에서 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창수단과, 상기 압축기의 출구측 냉매 순환라인상에 설치되어, 에어컨 모드시에는 상기 압축기에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 열교환기와 팽창수단 및 실내측 열교환기를 거쳐 압축기로 유입되도록 냉매 순환방향을 전환하고, 히트펌프 모드시에는 상기 압축기에서 배출된 냉매가 상기 실내측 열교환기와 팽창수단 및 수냉식 열교환기를 거쳐 압축기로 유입되도록 냉매 순환방향을 전환하는 제1방향전환밸브를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 에어컨 시스템을 이용한 히트 펌프 시스템에서 에어컨 시스템을 순환하는 냉매와 수냉 라디에이터를 순환하는 냉각수를 상호 열교환시키는 수냉식 열교환기를 공조케이스의 내부에 설치하여 공기와도 열교환하도록 구성함으로써, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드시 상기 수냉식 열교환기를 증발기 또는 난방기로 활용할 수 있고, 이로인해 전체시스템의 구성이 간단하여 부품수 및 원가를 절감할 수 있다.

또한, 냉각수 순환라인상에 가열기를 설치하여 외기온이 낮을 경우 상기 가열기를 통해 가열된 냉각수를 상기 수냉식 열교환기로 공급하여 냉매를 증발시키도록 함으로써, 외기온이 낮은 조건에서도 히트펌프 모드를 원활하게 작동시킬 수 있고 난방성능도 향상할 수 있다.

그리고, 상기 수냉식 열교환기를 공조케이스의 외부에 설치하고, 공조케이스의 내부에는 보조 실내측 열교환기를 설치함과 아울러 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드시 냉매 순환라인을 공용화함으로써, 냉매가 흐르지 않을 때 발생하는 냉매 정체현상을 방지하고, 전체 냉매 순환라인도 단순화 할 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 수냉식 열교환기를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 에어컨 시스템의 냉매 순환라인(R)상에 압축기(100)와, 실내측 열교환기(130)와, 팽창수단(110)과, 수냉식 열교환기(140)와, 제1방향전환밸브(120)가 연결되고, 상기 냉매 순환라인(R)과 별도로 구성되는 냉각수 순환라인(W)상에는 워터펌프(200)와, 수냉 라디에이터(210)와, 가열기(220), 상기 수냉식 열교환기(140)가 연결되어 구성된다.

상기 냉매 순환라인(R)은, 제 1 냉매 순환라인(R1)과 제 2 냉매 순환라인(R2)으로 구성되는데,

상기 제 1 냉매 순환라인(R1)은 도 2와 같이, 에어컨 모드시 상기 수냉식 열교환기(140)가 난방기(응축기) 역할을 수행하고 상기 실내측 열교환기(130)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 수냉식 열교환기(140), 팽창수단(110), 실내측 열교환기(130), 압축기(100)를 순차적으로 연결하여 냉매를 순환시키는 라인이고,

상기 제 2 냉매 순환라인(R2)은 도 3과 같이, 히트펌프 모드시 상기 실내측 열교환기(130)가 난방기(응축기) 역할을 수행하고 상기 수냉식 열교환기(140)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 실내측 열교환기(130), 팽창수단(110), 수냉식 열교환기(140), 압축기(100)를 순차적으로 연결하여 냉매를 순환시키는 라인이다.

또한, 상기 제 1 냉매 순환라인(R1)과 제 2 냉매 순환라인(R2)은 도면에서와 같이, 일부 구간은 서로 공용화되고, 일부 구간은 공용화되지 않고 별도의 라인으로 구성된다.

이때, 상기 압축기(100)의 출구측과 상기 제1방향전환밸브(120) 사이의 냉매 순환라인(R)은 공용화되며, 상기 제1방향전환밸브(120)에서부터 냉매 순환라인(R)이 분기되어 제 1 냉매 순환라인(R1)과 제 2 냉매 순환라인(R2)을 구성하게 된다.

물론, 상기 압축기(100)의 출구측과 상기 제1방향전환밸브(120) 사이의 냉매 순환라인(R) 뿐만 아니라, 상기 각 열교환기의 입,출구측 냉매 순환라인(R)의 일부 구간이 공용화 된다.

그리고, 상기 압축기(100)의 출구측 냉매 순환라인(R)상에 설치된 제1방향전환밸브(120)는, 에어컨 모드시에는 도 2와 같이 제 1 냉매 순환라인(R1)을 따라 냉매가 순환하도록 냉매 순환방향을 전환하여, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 열교환기(140)와 팽창수단(110) 및 실내측 열교환기(130)를 거쳐 압축기(100)로 유입되게 되고, 히트펌프 모드시에는 도 3과 같이 제 2 냉매 순환라인(R2)을 따라 냉매가 순환하도록 냉매 순환방향을 전환하여, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내측 열교환기(130)와 팽창수단(110) 및 수냉식 열교환기(140)를 거쳐 압축기(100)로 유입되게 된다.

이처럼, 상기 제1방향전환밸브(120)의 방향 전환시, 상기 제 1 냉매 순환라인(R1)상에 연결된 수냉식 열교환기(140), 팽창수단(110), 실내측 열교환기(130)를 순환하는 냉매 유동방향과, 상기 제 2 냉매 순환라인(R2)상에 연결된 실내측 열교환기(130), 팽창수단(110), 수냉식 열교환기(140)를 순환하는 냉매 유동방향은 반대 방향이 된다.

즉, 에어컨 모드시와 히트펌프 모드시에는 상기 수냉식 열교환기(140), 팽창수단(110), 실내측 열교환기(130)를 순환하는 냉매 유동방향이 반대가 되어, 상기 실내측 열교환기(130)와 수냉식 열교환기(140)의 기능도 반대가 된다.

한편, 상기 제 1 냉매 순환라인(R1)과 제 2 냉매 순환라인(R2)의 특정 위치에는 복수개의 온,오프밸브(162)가 설치되어, 상기 제 1 냉매 순환라인(R1)을 따라 순환하는 냉매가 제 2 냉매 순환라인(R2)측으로 유동하는 것을 방지하고, 반대로 상기 제 2 냉매 순환라인(R2)을 따라 순환하는 냉매가 제 1 냉매 순환라인(R1)측으로 유동하는 것을 방지하게 된다.

그리고, 상기 냉매 순환라인(R)상에 설치된 압축기(100)는 엔진(내연기관 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.

상기 압축기(100)는, 에어컨 모드시 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매를 흡입,압축하여 수냉식 열교환기(140)측으로 공급하게 되고, 히트펌프 모드시에는 반대로 상기 수냉식 열교환기(140)에서 배출된 냉배를 흡입,압축하여 실내측 열교환기(130)로 공급하게 된다.

상기 실내측 열교환기(130)는 공조케이스(150)의 내부에 설치되어, 에어컨 모드시에는 증발기 역할을 수행하고, 히트펌프 모드시에는 난방기(응축기) 역할을 수행하게 된다.

즉, 상기 실내측 열교환기(130)가 증발기 역할을 수행하는 에어컨 모드시에는 도 2와 같이, 상기 팽창수단(110)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 상기 실내측 열교환기(130)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하는 과정에서 실내측 열교환기(130) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.

상기 실내측 열교환기(130)가 난방기(응축기) 역할을 수행하는 히트펌프 모드시에는 도 3과 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 상기 실내측 열교환기(130)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하는 과정에서 실내측 열교환기(130) 내부의 고온 고압의 냉매와 열교환하여 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 난방하게 된다.

그리고, 상기 팽창수단(110)은, 에어컨 모드시에는 상기 수냉식 열교환기(140)에서 배출된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 액상(습포화) 상태가 되게 한 후, 상기 실내측 열교환기(130)로 공급하게 되고, 히트펌프 모드시에는 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 액상(습포화) 상태가 되게 한 후, 상기 수냉식 열교환기(140)측으로 공급하게 된다.

상기 팽창수단(110)은, 상기 제 1 냉매 순환라인(R1)상에서 상기 수냉식 열교환기(140)와 실내측 열교환기(130)의 사이에 설치되는 팽창수단(110)과, 상기 제 2 냉매 순환라인(R2)상에서 상기 실내측 열교환기(130)와 수냉식 열교환기(140)의 사이에 설치되는 팽창수단(110)으로 구성된다.

따라서, 에어컨 모드시에는 상기 수냉식 열교환기(140)에서 배출된 냉매를 팽창시킨 후 상기 실내측 열교환기(130)(증발기 역할을 함)로 공급하게 되고, 히트펌프 모드시에는 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매를 팽창시킨 후 상기 수냉식 열교환기(140)(증발기 역할을 함)로 공급하게 된다.

한편, 상기 제 1 냉매 순환라인(R1)상에 설치된 팽창수단(110)은 팽창밸브(111)를 사용하고, 상기 제 2 냉매 순환라인(R2)상에 설치된 팽창수단(110)은 오리피스(112)를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 수냉 라디에이터(210)는, 상기 워터펌프(200)를 통해 냉각수가 순환하는 냉각수 순환라인(W)상에 설치되어 상기 냉각수와 외부공기를 열교환시키게 된다.

상기 수냉 라디에이터(210)는 차량 엔진룸의 전방측에 설치되어 내부를 유동하는 냉각수를 외부공기와 열교환시켜 냉각하게 된다.

이때, 상기 수냉 라디에이터(210)를 통해 냉각된 냉각수는 상기 냉각수 순환라인(W)을 따라 순환하면서 상기 수냉식 열교환기(140)로 공급된다.

상기 수냉 라디에이터(210)를 통해 냉각된 냉각수는, 에어컨 모드시 난방기(응축기) 역할을 하는 상기 수냉식 열교환기(140)내의 냉매와 열교환하여, 상기 수냉식 열교환기(140)를 유동하는 기상 냉매를 액상 냉매로 응축시키게 되고,

히트펌프 모드시에는 증발기 역할을 하는 상기 수냉식 열교환기(140)내의 냉매와 열교환하여, 상기 수냉식 열교환기(140)를 유동하는 냉매를 증발시키게 된다. 이때, 외기온도가 냉각수온 보다 높은 조건에서는 상기 수냉 라디에이터(210)를 통과하는 냉각수를 상기 수냉식 열교환기(140)로 바로 공급하여도 상기 수냉식 열교환기(140)내의 냉매를 원활하게 증발시킬 수 있으므로 히트펌프 모드가 원활하게 작동하지만,

외기온도가 냉각수온 보다 낮은 조건에서는 상기 수냉 라디에이터(210)를 통과하는 냉각수의 온도가 더욱 하강하게 되고, 이러한 냉각수를 상기 수냉식 열교환기(140)로 바로 공급하게 되면 상기 수냉식 열교환기(140)내의 냉매를 원활하게 증발시키지 못하게 되고 결국 시스템의 난방 성능이 악화되거나 히트펌프 모드의 작동이 불가능하게 된다.

따라서, 외기온도가 냉각수온 보다 낮은 조건에서는 상기 수냉 라디에이터(210)를 통과하는 냉각수를 상기 냉각수 순환라인(W)상에 설치된 가열기(220)를 통해 가열한 후, 상기 수냉식 열교환기(140)로 공급하게 되면 상기 수냉식 열교환기(140)내의 냉매가 원활하게 증발되어 시스템의 난방 성능 향상 및 히트펌프 모드의 원활한 작동이 가능하게 되는 것이다.

이처럼, 외기온도가 낮은 조건에서 차량용 에어컨 시스템을 이용한 히트펌프 시스템을 원활하게 작동시킬 수 있도록 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 상기 가열기(220)를 통해 가열한 후, 이 가열된 냉각수와 상기 수냉식 열교환기(140)내의 냉매를 열교환시키므로 히트펌프 시스템의 효율을 증대시키게 되는 것이다.

한편, 히트펌프 모드시, 외기온도가 냉각수온 보다 낮은 조건에서는 상기 냉각수 순환라인(W)상에 설치된 워터펌프(200)를 조절하여 순환하는 냉각수량을 최소화하여 외기와 열교환하는 양을 감소시키고, 반대로 상기 수냉식 열교환기(140)내의 냉매와 상기 냉각수가 충분히 열교환할 수 있도록 할 수 있다.

또한, 상기 수냉 라디에이터(210)는 차량의 전장품류(배터리 제어모듈, 인버터 등)을 냉각하는 용도로 적용 가능하다.

그리고, 상기 수냉식 열교환기(140)는, 도 2 및 도 3과 같이 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치되어 상기 냉매 순환라인(R)을 순환하는 냉매와 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 상호 열교환시키게 된다.

또한, 상기 실내측 열교환기(130)와 수냉식 열교환기(140)는 상기 공조케이스(150) 내부의 공기유동방향을 따라 순차적으로 일정간격을 두고 설치된다.

아울러, 상기 공조케이스(150)의 내부에서 상기 실내측 열교환기(130)와 수냉식 열교환기(140)의 사이에는, 상기 수냉식 열교환기(140)를 바이패스하는 공기와 상기 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 설치된다.

상기 온도조절도어(151)는, 에어컨 모드시, 상기 수냉식 열교환기(140)를 바이패스하는 냉풍의 양과 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 온풍의 양을 조절하여 상기 공조케이스(150)에서 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있고, 이때 상기 수냉식 열교환기(140)의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면 최대 냉방이 된다.

또한, 히트펌프 모드시, 상기 수냉식 열교환기(140)를 바이패스하는 온풍의 양과 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 냉풍의 양을 조절하여 상기 공조케이스(150)에서 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있고, 이때 상기 수냉식 열교환기(140)의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면 최대 난방이 된다.

상기한 수냉식 열교환기(140)는, 도 6과 같이 상기 냉각수와 냉매가 상호 열교환 할 수 있도록 단일 열교환기에 상기 냉각수가 순환하는 냉각수 열교환부(142)와 상기 냉매가 순환하는 냉매 열교환부(141)를 형성하여 이루어진다.

이때, 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)를 유동하는 냉각수 및 상기 냉매 열교환부(141)를 유동하는 냉매가 공기와도 열교환 할 수 있도록, 상기 냉각수 열교환부(142) 및 냉매 열교환부(141)를 관통하는 공기통로(145)상에 방열핀(146)이 설치된다.

도 6에 도시된 수냉식 열교환기(140)는 일예를 나타낸 것이며, 이 외에도 냉각수와 냉매 및 공기를 상호 열교환할 수 있는 판형열교환기를 사용할 수도 있다.

이처럼, 상기 냉각수와 냉매 및 공기를 상호 열교환시키는 상기 수냉식 열교환기(140)를 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치함으로써, 에어컨 모드시에는 상기 공조케이스(150)내에서 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 공기를 가열하는 난방기(응축기) 역할을 할 수 있으며, 히트펌프 모드시에는 상기 공조케이스(150)내에서 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 공기를 냉각하는 증발기 역할을 할 수 있는 것이다.

한편, 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)에는 상기 냉매 순환라인(R)이 연결되고, 냉각수 열교환부(142)에는 상기 냉각수 순환라인(W)이 연결된다.

앞서 설명한 바와 같이, 에어컨 모드시, 상기 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 기상 냉매가 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급되어 수냉식 열교환기(140)가 난방기(응축기) 역할을 하게 되고, 이때 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)로 공급되는 냉각수는 상기 냉매 열교환부(141)측 기상 냉매와 열교환하여 응축시키게 되고,

히트펌프 모드시에는, 상기 팽창수단(110)에서 배출된 저온 저압의 액상 냉매가 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급되어 수냉식 열교환기(140)가 증발기 역할을 하게 되고, 이때 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)로 공급되는 냉각수는 상기 냉매 열교환부(141)측 액상 냉매와 열교환하여 증발시키게 된다.

그리고, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에는 어큐뮬레이터(160)가 설치된다.

상기 어큐뮬레이터(160)는 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(100)로 기상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다.

또한, 상기 수냉식 열교환기(140)와 상기 팽창수단(110)을 연결하는 냉매 순환라인(R)상에는 리시버드라이어(161)가 설치된다. 도 2의 에어컨 모드를 일예로 설명하면, 상기 수냉식 열교환기(140)로 유입된 기상 냉매는 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 과정에서 냉각수와 열교환하여 액상 냉매로 바뀐 후 상기 팽창수단(110)측으로 공급되는데, 이때 상기 리시버드라이어(161)는 상기 팽창수단(110)측으로 공급되는 냉매 중에서 기상 냉매를 분리하여 팽창수단(110)측으로 액상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 작용을 설명하기로 한다.

가. 에어컨 모드(냉방 모드)

에어컨 모드(냉방 모드)시에는, 도 2와 같이, 상기 제1방향전환밸브(120)의 방향 전환을 통해 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 제 1 냉매 순환라인(R1)을 순환하게 된다.

이때, 상기 냉매 순환라인(R)상에 설치된 복수개의 온,오프밸브(162)는 선택적으로 온,오프되어 냉매가 상기 제 2 냉매 순환라인(R2)으로 유동하는 것을 차단하고 제 1 냉매 순환라인(R1)으로만 유동하도록 하게 된다.

아울러, 상기 워터펌프(200)가 작동하여 상기 수냉 라디에이터(210)를 통과하면서 냉각된 냉각수가 상기 수냉식 열교환기(140)로 공급되어 순환하게 된다. 이때 냉각수 순환라인(W)상에 설치된 가열기(220)는 정지된다.

한편, 최대 냉방시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 실내측 열교환기(130)(증발기 역할)를 통과하면서 냉각된 후 수냉식 열교환기(140)를 바이패스 하여 차실내로 공급되게 된다.

아울러, 최대 냉방이 아닌 탑승자의 온도조절을 통한 일반 냉방일 경우에는, 상기 온도조절도어(151)가 도 2의 위치로 이동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하면서 냉각된 후, 냉풍 중 일부는 수냉식 열교환기(140)를 바이패스하고 일부는 수냉식 열교환기(140)(난방기(응축기) 역할)를 통과하면서 가열됨으로서, 냉풍과 온풍이 서로 혼합되어 차실내로 공급되게 된다.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 제1방향전환밸브(120)를 지나 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급된다.

상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급된 냉매는, 상기 수냉 라디에이터(210)로부터 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)를 순환하는 냉각수와 열교환하면서 응축되어 배출된다.

이때, 상기 수냉 라디에이터(210)내의 냉각수는 수냉 라디에이터(210)를 통과하는 외기와의 열교환에 의해 냉각되며, 이렇게 냉각된 냉각수가 상기 냉각수 열교환부(142)로 공급되어 냉매 열교환부(141)를 통과하는 냉매를 냉각시키게 되고, 이로인해 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다.

이처럼, 상기 수냉 라디에이터(210)를 순환하는 냉각수와의 열교환을 통해 냉매를 냉각하는 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각 성능에 따라 그 하류의 팽창수단(110) 및 실내측 열교환기(130)(증발기 역할)를 통과하는 냉매의 온도를 더욱 낮출 수 있으므로, 에어컨의 부하에 따라 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)로 공급되는 냉각수량을 워터펌프(200)로 조절하여 냉방성능을 가변제어할 수 있다.

계속해서, 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)를 통과한 냉매는, 상기 팽창수단(110)를 통과하는 과정에서 냉매는 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 실내측 열교환기(130)로 유입된다.

상기 실내측 열교환기(130)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방하게 된다.

이후, 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

나. 히트펌프 모드(난방 모드)

히트펌프 모드(난방 모드)시에는, 도 3과 같이, 상기 제1방향전환밸브(120)의 방향 전환을 통해 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 제 2 냉매 순환라인(R2)을 순환하게 된다.

이때, 상기 냉매 순환라인(R)상에 설치된 복수개의 온,오프밸브(162)는 선택적으로 온,오프되어 냉매가 상기 제 1 냉매 순환라인(R1)으로 유동하는 것을 차단하고 제 2 냉매 순환라인(R2)으로만 유동하도록 하게 된다.

아울러, 상기 워터펌프(200)가 작동하여 상기 수냉 라디에이터(210)를 통과한 냉각수가 상기 가열기(220)를 거쳐 상기 수냉식 열교환기(140)로 공급되어 순환하게 된다.

이때, 상기 가열기(220)는 외기온도가 낮은 조건일 때 가동되어 상기 수냉식 열교환기(140)로 공급되는 냉각수를 가열하게 된다.

한편, 최대 난방시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 실내측 열교환기(130)(난방기(응축기) 역할)를 통과하면서 가열된 후 수냉식 열교환기(140)를 바이패스 하여 차실내로 공급되게 된다.

아울러, 최대 난방이 아닌 탑승자의 온도조절을 통한 일반 난방일 경우에는, 상기 온도조절도어(151)가 도 3의 위치로 이동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하면서 가열된 후, 온풍 중 일부는 수냉식 열교환기(140)를 바이패스하고 일부는 수냉식 열교환기(140)(증발기 역할)를 통과하면서 냉각됨으로서, 냉풍과 온풍이 서로 혼합되어 차실내로 공급되게 된다.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 제1방향전환밸브(120)를 지나 상기 실내측 열교환기(130)로 유입된다.

상기 실내측 열교환기(130)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축됨과 동시에 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.

즉, 히트펌프 모드에서는 상기 실내측 열교환기(130)가 난방기(응축기) 역할을 하게 되는 것이다.

계속해서, 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매는 상기 팽창수단(110)을 통과하게 되고, 이 과정에서 냉매는 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급된다.

상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급된 냉매는, 상기 수냉 라디에이터(210)로부터 가열기(220)를 거친 후 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)를 순환하는 냉각수와 열교환하면서 증발한 후 배출된다.

즉, 히트펌프 모드에서는 상기 수냉식 열교환기(140)가 증발기 역할을 하게 된다.

이처럼, 상기 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 냉매는 상기 가열기(220)를 거친 냉각수와 열교환하여 증발하는 과정에서 과열되어 온도가 상승하게 되고, 온도가 상승한 냉매는 그 하류의 압축기(100)를 통과하면서 온도가 더욱 상승한 후, 상기 실내측 열교환기(130)로 공급된다.

이와 같이, 본 발명은 히트펌프 모드 작동시, 상기 수냉식 열교환기(140)를 통해 가열기(220)의 열을 충분히 이용하여 실내측 열교환기(130)측으로 공급할 수 있게 됨으로써, 외기온이 낮은 조건에서도 히트펌프 모드를 원활하게 작동시킬 수 있음은 물론 난방성능이 향상되는 것이다.

계속해서, 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)를 통과한 냉매는, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 에어컨 모드를 나타내는 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드를 나타내는 구성도로서, 앞서 설명한 제1실시예에 따른 히트 펌프 시스템과 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 제2실시예에 따른 히트 펌프 시스템은, 상기 수냉식 열교환기(140)를 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치한 것이다.

이처럼, 상기 수냉식 열교환기(140)가 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치된 경우에는, 상기 공조케이스(150) 내부의 실내측 열교환기(130) 하류측에 상기 냉매 순환라인(R)과 연결됨과 아울러 에어컨 모드시에는 난방기 역할을 수행하고 히트펌프 모드시에는 증발기 역할을 수행하는 보조 실내측 열교환기(170)가 더 설치된다.

그리고, 제2실시예에서의 냉매 순환라인(R)은,

에어컨 모드시 상기 보조 실내측 열교환기(170) 및 수냉식 열교환기(140)가 난방기 역할을 수행하고 상기 실내측 열교환기(130)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 보조 실내측 열교환기(170), 수냉식 열교환기(140), 팽창수단(110), 실내측 열교환기(130), 압축기(100)를 연결하는 제 3 냉매 순환라인(R3)과,

히트펌프 모드시 상기 실내측 열교환기(130)가 난방기 역할을 수행하고 상기 보조 실내측 열교환기(170) 및 수냉식 열교환기(140)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 실내측 열교환기(130), 팽창수단(110), 수냉식 열교환기(140), 보조 실내측 열교환기(170), 압축기(100)를 연결하는 제 4 냉매 순환라인(R4)으로 이루어진다.

아울러, 제2실시예에서는 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 에어컨 모드시의 제 3 냉매 순환라인(R3)과 히트펌프 모드시의 제 4 냉매 순환라인(R4)이 대부분 공용화되어 냉매 순환라인(R)이 단순화 된 것이다.

이처럼, 상기 제 3 냉매 순환라인(R3)과 제 4 냉매 순환라인(R4)이 대부분 공용화되기 때문에 상기 실내측 열교환기(130)와 수냉식 열교환기(140) 사이의 냉매 순환라인(R)상에 설치되는 상기 팽창수단(110)과 리시버드라이어(161)도 하나씩만 설치하면 된다.

이로인해, 상기 팽창수단(110)인 팽창밸브(111)는 에어컨 모드와 히트펌프 모드시 냉매가 양방향으로 흐르게 되며, 이때 조건에 맞게 상기 팽창밸브(111)의 개도를 조절하여 과열도를 제어할 수 있다.

또한, 상기 리시버드라이어(161)도 에어컨 모드와 히트펌프 모드시 냉매가 양방향으로 흐르게 되는데, 이때 냉매가 리시버드라이어(161)를 양방향으로 흐를수 있도록 리시버드라이어(161)의 내부에 설치되어 수분을 흡수하는 건조제(미도시)를 삭제할 수 있다.

그리고, 제2실시예에서의 냉각수 순환라인(W)은 제1실시예와 거의 동일한데, 즉, 상기 냉각수 순환라인(W)상에는 냉각수를 가열하는 가열기(220)와, 냉각수를 순환시키는 워터펌프(200)가 설치된다.

이때, 제2실시예서는 추가로, 상기 워터펌프(200)를 통해 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하도록 냉각수 바이패스라인(W1)이 더 설치되고,

상기 냉각수 순환라인(W)과 냉각수 바이패스라인(W1)의 분기 지점에는 제2방향전환밸브(230)가 설치되어, 에어컨 모드시에는 상기 워터펌프(200)에서 배출된 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)와 가열기(220) 및 수냉식 열교환기(140)를 순환하도록 하고, 히트펌프 모드시에는 상기 워터펌프(200)에서 배출된 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하여 상기 가열기(220) 및 수냉식 열교환기(140)를 순환하게 된다.

즉, 제1실시예에서도 설명하였지만, 히트펌프 모드시에는 외기온도가 낮은 조건에서 상기 수냉 라디에이터(210)를 통과한 차가운 냉각수를 증발기 역할을 하는 수냉식 열교환기(140)에 공급하면 증발이 원활하게 이루어지지 않고 결국 히트펌프 모드를 원활하게 작동시킬 수 없게 된다.

따라서, 제2실시예에서는 상기 냉각수 순환라인(W)상에 냉각수 바이패스라인(W1) 및 제2방향전환밸브(230)를 설치하여, 히트펌프 모드시에는 상기 수냉 라디에이터(210)의 냉각수를 차단한 후, 냉각수 온도에 따라 상기 가열기(220)를 통해 선택적으로 가열된 냉각수를 상기 수냉식 열교환기(140)로 공급하도록 함으로서, 히트펌프 모드를 더욱 원활하게 작동시킬 수 있고 난방성능도 더욱 향상시킬 수 있다.

이하, 상기 제2실시예에 다른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉매 순환과정을 간략히 설명하면,

에어컨 모드(냉방 모드)시에는 도 4와 같이, 먼저, 상기 워터펌프(200)를 통해 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 수냉 라디에이터(210)와 가열기(220)를 거쳐 상기 수냉식 열교환를 순환하게 된다. 이때 상기 가열기(220)는 정지된 상태이다.

상기 압축기(100)에 배출된 고온 고압의 기상 냉매가 제1방향전환밸브(120)를 지나 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 보조 실내측 열교환기(170)(난방기 역할)로 공급된다.

상기 보조 실내측 열교환기(170)로 공급된 기상 냉매는, 상기 온도조절도어(151)의 조절에 의해 공조케이스(150)내를 유동하는 공기가 보조 실내측 열교환기(170)를 통과할 경우에는 상기 공기와 열교환하여 일부 응축된 후 상기 수냉식 열교환기(140)로 유동하게 되지만, 상기 온도조절도어(151)가 보조 실내측 열교환기(170) 통로를 폐쇄할 경우에는 상기 보조 실내측 열교환기(170)로 유입된 기상 냉매는 상변화 없이 그대로 상기 수냉식 열교환기(140)로 유동하게 된다.

계속해서, 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치된 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급된 냉매는, 상기 수냉 라디에이터(210)로부터 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)를 순환하는 냉각수와 열교환하면서 응축되어 배출된다.

이때, 상기 수냉 라디에이터(210)내의 냉각수는 수냉 라디에이터(210)를 통과하는 외기와의 열교환에 의해 냉각되며, 이렇게 냉각된 냉각수가 상기 냉각수 열교환부(142)로 공급되어 냉매 열교환부(141)를 통과하는 냉매를 냉각시키게 되고, 이로인해 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다.

계속해서, 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)를 통과한 냉매는, 상기 팽창수단(110)를 통과하는 과정에서 냉매는 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 실내측 열교환기(130)(증발기 역할)로 유입된다.

상기 실내측 열교환기(130)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방하게 된다.

이후, 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

히트펌프 모드(난방 모드)시에는 도 5와 같이, 먼저, 상기 워터펌프(200)를 통해 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 제2방향전환밸브(230) 및 냉각수 바이패스라인(W1)을 통해 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스 한 후, 상기 가열기(220)를 거쳐 수냉식 열교환기(140)로 순환하게 된다. 이때, 상기 가열기(220)는 외기온도에 따라 선택적으로 가동된다.

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 제1방향전환밸브(120)를 지나 상기 실내측 열교환기(130)로 유입된다.

상기 실내측 열교환기(130)(난방기(응축기) 역할)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축됨과 동시에 상기 실내측 열교환기(130)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.

계속해서, 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매는 상기 팽창수단(110)을 통과하게 되고, 이 과정에서 냉매는 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치된 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급된다.

상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)로 공급된 냉매는, 상기 가열기(220)를 거친 후 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)를 순환하는 냉각수와 열교환하면서 증발한 후 배출된다.

이때, 상기 가열기(220)를 통해 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉각수 열교환부(142)로 공급되는 냉각수의 온도를 조절하면, 상기 냉매의 증발량을 제어할 수도 있다. 즉, 최대 난방시에는 상기 수냉식 열교환기(140)에서 냉매가 냉각수와의 열교환을 통해 완전히 증발되도록 제어하고, 최대 난방이 아닌 탑승자의 온도조절에 의한 일반 난방시에는 상기 수냉식 열교환기(140)에서 냉각수와의 열교환을 통해 1차 증발되고 상기 보조 실내측 열교환기(170)에서 공조케이스(150)내 공기와의 열교환을 통해 2차 증발되도록 제어하게 된다.

계속해서, 상기 수냉식 열교환기(140)의 냉매 열교환부(141)를 통과하면서 완전히 증발되거나 또는 일부 증발된 냉매는, 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 보조 실내측 열교환기(170)로 공급된다.

상기 보조 실내측 열교환기(170)로 공급된 냉매는, 상기 온도조절도어(151)의 조절에 의해 공조케이스(150)내를 유동하는 공기가 보조 실내측 열교환기(170)를 통과할 경우에는 상기 공기와 열교환하여 완전히 증발된 후 상기 압축기(100)로 유동하게 되지만, 상기 온도조절도어(151)가 보조 실내측 열교환기(170) 통로를 폐쇄할 경우에는 상기 보조 실내측 열교환기(170)로 유입된 냉매는 상변화 없이 그대로 상기 압축기(100)로 유동하게 된다.

즉, 상기 보조 실내측 열교환기(170)에서 냉매를 증발시켜 공기를 냉각시켜야 할 경우에는 상기 수냉식 열교환기(140)에서 일부 증발된 냉매가 보조 실내측 열교환기(170)로 공급되고, 상기 보조 실내측 열교환기(170)에서 냉매를 증발시킬 필요가 없을 경우에는 상기 수냉식 열교환기(140)에서 완전히 증발된 냉매가 보조 실내측 열교환기(170)로 공급되는 것이다.

이후, 상기 보조 실내측 열교환기(170)로부터 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

100: 압축기 110: 팽창수단
120: 제1방향전환밸브 130: 실내측 열교환기
140: 수냉식 열교환기 141: 냉매 열교환부
142: 냉각수 열교환부 150: 공조케이스
151: 온도조절도어 160: 어큐뮬레이터
161: 리시버드라이어 162: 온,오프밸브
170: 보조 실내측 열교환기
200: 워터펌프 210: 수냉 라디에이터
220: 가열기 230: 제2방향전환밸브
R: 냉매 순환라인 R1: 제 1 냉매 순환라인
R2: 제 2 냉매 순환라인 R3: 제 2 냉매 순환라인
R4: 제 4 냉매 순환라인 W: 냉각수 순환라인
W1: 냉각수 바이패스라인

Claims (10)

1. 냉매 순환라인(R)상에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100)와,
   공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 냉매 순환라인(R)과 연결되어 에어컨 모드시에는 증발기 역할을 수행하고 히트펌프 모드시에는 난방기 역할을 수행하는 실내측 열교환기(130)와,
   워터펌프(200)를 통해 냉각수가 순환하는 냉각수 순환라인(W)상에 설치되어 상기 냉각수와 외부공기를 열교환시키는 수냉 라디에이터(210)와,
   상기 공조케이스(150)의 내부 또는 외부에 설치되어 상기 냉매 순환라인(R)을 순환하는 냉매와 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 상호 열교환시키는 수냉식 열교환기(140)와,
   상기 냉매 순환라인(R)상에 설치되어 에어컨 모드시에는 상기 수냉식 열교환기(140)에서 배출된 냉매를 팽창시키고 히트펌프 모드시에는 상기 실내측 열교환기(130)에서 배출된 냉매를 팽창시키는 팽창수단(110)과,
   상기 압축기(100)의 출구측 냉매 순환라인(R)상에 설치되어, 에어컨 모드시에는 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 열교환기(140)와 팽창수단(110) 및 실내측 열교환기(130)를 거쳐 압축기(100)로 유입되도록 냉매 순환방향을 전환하고, 히트펌프 모드시에는 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내측 열교환기(130)와 팽창수단(110) 및 수냉식 열교환기(140)를 거쳐 압축기(100)로 유입되도록 냉매 순환방향을 전환하는 제1방향전환밸브(120)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수냉식 열교환기(140)가 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 경우,
   상기 실내측 열교환기(130)와 수냉식 열교환기(140)는 상기 공조케이스(150) 내부의 공기유동방향을 따라 순차적으로 일정간격을 두고 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 공조케이스(150)의 내부에서 상기 실내측 열교환기(130)와 수냉식 열교환기(140)의 사이에는, 상기 수냉식 열교환기(140)를 바이패스하는 공기와 상기 수냉식 열교환기(140)를 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수냉식 열교환기(140)가 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치된 경우,
   상기 공조케이스(150) 내부의 실내측 열교환기(130) 하류측에는 상기 냉매 순환라인(R)과 연결됨과 아울러 에어컨 모드시에는 난방기 역할을 수행하고 히트펌프 모드시에는 증발기 역할을 수행하는 보조 실내측 열교환기(170)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각수 순환라인(W)상에는 냉각수를 가열하는 가열기(220)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉매 순환라인(R)은,
   에어컨 모드시 상기 수냉식 열교환기(140)가 난방기 역할을 수행하고 상기 실내측 열교환기(130)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 수냉식 열교환기(140), 팽창수단(110), 실내측 열교환기(130), 압축기(100)를 연결하는 제 1 냉매 순환라인(R1)과,
   히트펌프 모드시 상기 실내측 열교환기(130)가 난방기 역할을 수행하고 상기 수냉식 열교환기(140)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 실내측 열교환기(130), 팽창수단(110), 수냉식 열교환기(140), 압축기(100)를 연결하는 제 2 냉매 순환라인(R2)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 냉매 순환라인(R)은,
   에어컨 모드시 상기 보조 실내측 열교환기(170) 및 수냉식 열교환기(140)가 난방기 역할을 수행하고 상기 실내측 열교환기(130)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 보조 실내측 열교환기(170), 수냉식 열교환기(140), 팽창수단(110), 실내측 열교환기(130), 압축기(100)를 연결하는 제 3 냉매 순환라인(R3)과,
   히트펌프 모드시 상기 실내측 열교환기(130)가 난방기 역할을 수행하고 상기 보조 실내측 열교환기(170) 및 수냉식 열교환기(140)가 증발기 역할을 수행할 수 있도록, 상기 압축기(100)에서부터 제1방향전환밸브(120), 실내측 열교환기(130), 팽창수단(110), 수냉식 열교환기(140), 보조 실내측 열교환기(170), 압축기(100)를 연결하는 제 4 냉매 순환라인(R4)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 공조케이스(150)의 내부에서 상기 실내측 열교환기(130)와 보조 실내측 열교환기(170)의 사이에는, 상기 보조 실내측 열교환기(170)를 바이패스하는 공기와 상기 보조 실내측 열교환기(170)를 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
9. 제 4 항에 있어서,
   상기 냉각수 순환라인(W)상에는 냉각수를 가열하는 가열기(220)와, 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하도록 냉각수 바이패스라인(W1)이 설치되고,
   상기 냉각수 순환라인(W)과 냉각수 바이패스라인(W1)의 분기 지점에는 제2방향전환밸브(230)가 설치되어, 에어컨 모드시에는 상기 워터펌프(200)에서 배출된 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)와 가열기(220) 및 수냉식 열교환기(140)를 순환하도록 하고, 히트펌프 모드시에는 상기 워터펌프(200)에서 배출된 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하여 상기 가열기(220) 및 수냉식 열교환기(140)를 순환하도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수냉식 열교환기(140)는, 상기 냉각수와 냉매가 상호 열교환 할 수 있도록 단일 열교환기에 상기 냉각수가 순환하는 냉각수 열교환부(142)와 상기 냉매가 순환하는 냉매 열교환부(141)를 형성하여 이루어지되,
    상기 냉각수 및 냉매가 공기와도 열교환 할 수 있도록 상기 냉각수 열교환부(142) 및 냉매 열교환부(141)를 관통하는 공기통로(145)상에 방열핀(146)을 설치하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.

Images