KR101445550B1 - 차량용 히트 펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉매 체적이 상이한 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 갖는 실외열교환기가 설치된 히트 펌프 시스템에서, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 실외열교환기의 제1열교환경로 및 제2열교환경로에서 상반되게 상변화하는 냉매의 체적에 대응하여, 상기 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 유동하는 냉매의 유동방향을 상반되게 변경하는 유로변경장치를 설치함으로써, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기에서 상변화하는 냉매의 체적에 맞게 냉매의 유동방향을 변경함에 따라 냉매의 유동을 원활하게 함과 동시에 냉매의 유량 및 방열량이 증대되어 난방성능을 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 냉매 체적이 상이한 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 갖는 실외열교환기가 설치된 히트 펌프 시스템에서, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 실외열교환기의 제1열교환경로 및 제2열교환경로에서 상반되게 상변화하는 냉매의 체적에 대응하여, 상기 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 유동하는 냉매의 유동방향을 상반되게 변경하는 유로변경장치를 설치한 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 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 일예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 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 제1개폐 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1개폐 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(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 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56) 및 저압측 열교환기(60)에 대해 병렬로 설치됨과 아울러 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 연결하는 바이패스라인(58a) 및 상기 바이패스라인(58a)을 개폐하는 제2개폐 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, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1개폐 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2개폐 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 제2개폐 밸브(58), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 고압측 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.
에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1개폐 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2개폐 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 고압측 열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1개폐밸브(36), 실외열교환기(48), 제2팽창밸브(56), 저압측 열교환기(60), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 저압측 열교환기(60)가 증발기의 역할을 하게 되고, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 고압측 열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.
또한, 상기한 차량용 히트펌프 시스템에는 순환하는 냉매를 바이패스시키는 바이패스라인(58a) 뿐만아니라, 도면에는 도시하지 않았지만 순환하는 냉매를 일정량 분기하여 특정부위로 공급하는 분기라인이 설치되고, 또한 상기 냉매가 유동하는 라인상에는 냉매의 유동방향을 전환하는 삼방밸브(미도시), 냉매의 유동을 개폐하는 개폐밸브(36,58), 냉매를 팽창시키는 팽창밸브(34,56)가 설치된다.
그리고, 도 2와 같이 상기 실외열교환기(48)에는, 냉매의 유동경로를 증가시켜 실외공기와의 열교환효율을 높이도록 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)가 구비되며, 따라서, 냉매가 제1열교환경로(A)로 유입되어 유동하면서 1차 열교환하고, 제2열교환경로(B)를 유동하면서 2차 열교환한 후, 배출되게 된다.
이때, 에어컨 모드시에는 상기 실외열교환기(48)가 응축기 역할을 수행하게 되므로, 상기 실외열교환기(48)로 유입된 기상냉매가 상기 제1열교환경로(A)를 유동하면서 1차 응축되고, 상기 제2열교환경로(B)를 유동하면서 과냉각되어 배출되게 된다.
이처럼, 상기 실외열교환기(48)의 입구측인 제1열교환경로(A)에는 상대적으로 체적이 큰 기상냉매가 유동하고, 출구측인 제2열교환경로(B)에는 상대적으로 체적이 작은 액상냉매가 유동하게 되는데, 이를 고려하여 상기 제1열교환경로(A)를 제2열교환경로(B) 보다 상대적으로 냉매 체적이 크도록 구성하게 된다.
상기와 같은 실외열교환기(48)는 에어컨 모드시에는 문제가 발생하지 않지만, 히트펌프 모드시에는 상기 실외열교환기(48)가 증발기 역할을 수행하게 되므로, 위의 응축기 역할을 수행하던 경우와는 반대의 현상이 발생하게 된다. 즉, 상기 실외열교환기(48)로 유입된 액상냉매가 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 거치면서 기화되어 배출되게 된다.
다시말해, 상대적으로 냉매 체적이 큰 상기 제1열교환경로(A)로는 오히려 체적이 작은 액상냉매가 유동하고, 상대적으로 냉매 체적이 작은 상기 제2열교환경로(B)는 오히려 체적이 큰 기상냉매가 유동하게 됨으로써, 상기 실외열교환기(48)를 유동하는 냉매의 유동이 원활하지 않음은 물론 냉매의 유량 및 방열량이 작아져 난방성능이 저하되는 문제가 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉매 체적이 상이한 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 갖는 실외열교환기가 설치된 히트 펌프 시스템에서, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 실외열교환기의 제1열교환경로 및 제2열교환경로에서 상반되게 상변화하는 냉매의 체적에 대응하여, 상기 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 유동하는 냉매의 유동방향을 상반되게 변경하는 유로변경장치를 설치함으로써, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기에서 상변화하는 냉매의 체적에 맞게 냉매의 유동방향을 변경함에 따라 냉매의 유동을 원활하게 함과 동시에 냉매의 유량 및 방열량이 증대되어 난방성능을 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매 순환라인상에 각각 설치되는 것으로, 냉매를 압축하여 배출하는 압축기와, 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스내 공기와 상기 압축기에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내열교환기와, 상기 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스내 공기와 상기 압축기로 공급되는 냉매를 열교환시키는 증발기와, 상기 증발기의 입구측 냉매 순환라인상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단과, 상기 공조케이스의 외부에 설치됨과 아울러 상변화 전,후의 냉매 체적에 대응하여 냉매 유동경로상에 냉매 체적이 상이한 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 구비하여 실외공기와 냉매를 열교환시키는 실외열교환기를 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 실외열교환기에 연결된 냉매 순환라인상에는, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기의 제1열교환경로 및 제2열교환경로에서 상반되게 상변화하는 냉매의 체적에 대응하여, 상기 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 유동하는 냉매의 유동방향을 상반되게 변경하는 유로변경장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 냉매 체적이 상이한 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 갖는 실외열교환기가 설치된 히트 펌프 시스템에서, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 실외열교환기의 제1열교환경로 및 제2열교환경로에서 상반되게 상변화하는 냉매의 체적에 대응하여, 상기 제1열교환경로 및 제2열교환경로를 유동하는 냉매의 유동방향을 상반되게 변경하는 유로변경장치를 설치함으로써, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기에서 상변화하는 냉매의 체적에 맞게 냉매의 유동방향을 변경함에 따라 냉매의 유동을 원활하게 함과 동시에 냉매의 유량 및 방열량이 증대되어 난방성능이 향상된다.
또한, 실외온도가 영하인 저열원 조건에서는 제3삼방밸브를 통해 상기 실외열교환기를 바이패스하도록 함으로써, 저온의 실외공기 영향이 최소화되어 난방성능을 향상할 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 도 1에서 실외열교환기를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 중 제1난방모드를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 중 제2난방모드를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 중 제습모드를 나타내는 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 히트펌프 모드 중 제상모드를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 냉매 순환라인(R)상에 압축기(100)와, 실내열교환기(110)와, 실외열교환기(130)와, 제1팽창수단(140)과, 증발기(160)가 순차적으로 연결되어 구성되는 것으로서, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 실외열교환기(130)에 연결된 냉매 순환라인상에는 유로변경장치(300)가 설치된다.
또한, 상기 냉매 순환라인(R)상에는 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스하는 바이패스라인(R1)이 병렬로 연결 설치되며, 상기 바이패스라인(R1)의 분기지점에는 방향전환밸브(191)가 설치된다.
아울러, 상기 바이패스라인(R1)과 상기 증발기(160)의 입구측 냉매 순환라인(R)을 연결하도록 분기라인(R2)이 설치되고, 상기 분기라인(R2)상에는 온오프밸브(195)가 설치된다.
따라서, 에어컨 모드시에는, 도 3과 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 실외열교환기(130), 제1팽창수단(140), 증발기(160), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기(난방기) 역할을 수행하고 상기 증발기(160)는 증발기 역할을 수행하게 된다.
한편, 상기 실외열교환기(130)는 상기 실내열교환기(110)와 같은 응축기 역할을 하게 된다.
히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 도 4와 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 제2팽창수단(340), 실외열교환기(130), 바이패스라인(R1), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기(난방기) 역할을 수행하고 상기 실외열교환기(130)는 증발기 역할을 수행하며, 상기 증발기(160)로는 냉매 공급이 되지 않는다.
이처럼, 본 발명의 히트펌프 시스템은, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 냉매 순환방향이 동일함과 아울러 상기 바이패스라인(R1) 및 분기라인(R2)을 제외하고는 냉매 순환라인(R)의 모든 구간을 공용화함으로써, 냉매가 흐르지 않을 때 발생하는 냉매 정체현상을 방지하고, 전체 냉매 순환라인(R)도 단순화 할 수 있다.
그리고, 본 발명에서는, 상기 히트펌프 모드를 실외온도나 열부하 또는 목적에 따라 제1난방모드, 제2난방모드, 제습모드, 제상모드와 같이 다양화하고 있는데,
이때, 미도시된 제어부는, 실외온도가 기준온도 이상이면 히트펌프 모드 중 제1난방모드 또는 제습모드 또는 제상모드를 수행하고, 실외온도가 기준온도 미만이면 히트펌프 모드 중 제2난방모드를 수행하게 된다.
여기서, 히트펌프 모드 중 제1난방모드 또는 제습모드 또는 제상모드를 수행하는 실외온도의 기준온도는 0℃ 이상(영상)이고, 히트펌프 모드 중 제2난방모드를 수행하는 실외온도의 기준온도는 0℃ 미만(영하)이다.
물론, 상기 실외온도의 기준온도가 0℃로 한정 되는 것은 아니고, 목적에 따라 변경 가능하다.
한편, 상기 각 모드별로 냉매 순환경로를 간략히 설명하면 다음과 같다.
상기 제1난방모드는, 도 4와 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 제2팽창수단(340) 및 실외열교환기(130)를 통과한 후 상기 바이패스라인(R1)으로 유입되고, 상기 바이패스라인(R1)으로 유입된 냉매는 후술하는 열공급수단(180)을 거쳐 상기 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.
상기 제습모드는, 도 6과 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 제2팽창수단(340) 및 실외열교환기(130)를 통과한 후, 상기 바이패스라인(R1)으로 유입되고, 상기 바이패스라인(R1)으로 유입된 냉매 중 일부는 상기 열공급수단(180)을 거쳐 압축기(100)로 순환하고, 일부는 상기 분기라인(R2)을 통해 상기 제1팽창수단(140)을 바이패스한 후 상기 증발기(160)를 거쳐 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.
상기 제상모드는, 도 7과 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 통과한 후 상기 제1팽창수단(140)으로 유입되어 팽창되고, 상기 제1팽창수단(140)에서 팽창된 냉매 중 일부는 상기 증발기(160)를 거쳐 압축기(100)로 순환하고, 일부는 상기 분기라인(R2)을 통해 상기 열공급수단(180)을 거쳐 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.
상기 제2난방모드는, 도 5와 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 실내열교환기(110)와 제2팽창수단(340)을 통과한 후 후술하는 제3삼방밸브(330)를 통해 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하게 되고, 이후 냉매는 상기 바이패스라인(R1)으로 유입된 후 냉매 중 일부는 상기 열공급수단(180)을 거쳐 압축기(100)로 순환하고, 일부는 상기 분기라인(R2)을 통해 상기 제1팽창수단(140)을 바이패스한 후 상기 증발기(160)를 거쳐 압축기(100)로 순환하도록 이루어진다.
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 증발기(160)측에서 배출된 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 되고, 히트펌프 모드시에는 상기 실외열교환기(130)측에서 배출되어 바이패스라인(R1)을 통과한 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 된다.
아울러, 히트펌프 모드 중 제2난방모드나 제습모드 또는 제상모드시에는, 후술하는 분기라인(R2)을 통해 바이패스라인(R1)과 증발기(160)로 동시에 냉매가 공급되므로, 이 경우 상기 압축기(100)는 상기 바이패스라인(R1)과 증발기(160)를 통과한 후 합류된 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 된다.
상기 실내열교환기(110)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 출구측 냉매 순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키게 된다.
또한, 상기 증발기(160)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 입구측 냉매 순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시키게 된다.
상기 실내열교환기(110)는, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 모두 응축기(난방기) 역할을 하게 되고,
상기 증발기(160)는, 에어컨 모드시 증발기 역할을 하고, 히트펌프 모드 중 제1난방모드시에는 냉매 공급이 되지 않아 작동 정지되며, 제2난방모드와 제습모드 및 제상모드시에는 냉매가 일부 공급되어 증발기 역할을 수행하게 된다.
또한, 상기 실내열교환기(110) 및 증발기(160)는, 상기 공조케이스(150)의 내부에 서로 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 공조케이스(150)내의 공기유동방향 상류측에서부터 상기 증발기(160)와 실내열교환기(110)가 순차적으로 설치된다.
따라서, 상기 증발기(160)가 증발기 역할을 수행하는 에어컨 모드시에는 도 3과 같이, 상기 제1팽창수단(140)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 상기 증발기(160)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 증발기(160) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.
상기 실내열교환기(110)가 응축기(난방기) 역할을 수행하는 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 도 4와 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 상기 실내열교환기(110)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 과정에서 실내열교환기(110) 내부의 고온 고압의 냉매와 열교환하여 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 난방하게 된다.
한편, 상기 증발기(160)의 크기는, 상기 실내열교환기(110)의 크기 보다 더 큰 것이 바람직하다.
또한, 상기 공조케이스(150) 내부의 실내열교환기(110) 하류측에는 난방성능을 향상할 수 있도록 전기 가열식 히터(115)가 더 설치된다.
즉, 차량의 시동 초기에 보조열원으로 상기 전기 가열식 히터(115)를 작동시킴으로써 난방성능을 향상시킬 수 있다. 물론 상기 전기 가열식 히터(115)는 시동 초기 뿐만 아니라 히트펌프 모드 중에 보조 난방역할을 할 수 도 있다.
상기 전기 가열식 히터(115)로는 PTC히터를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 공조케이스(150)의 내부에서 상기 증발기(160)와 상기 실내열교환기(110)의 사이에는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 설치된다.
상기 온도조절도어(151)는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 실내열교환기(110)를 통과하는 공기의 양을 조절하여 상기 공조케이스(150)에서 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있는데,
이때, 에어컨 모드시 도 3과 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 증발기(160)를 통과한 냉풍이 실내열교환기(110)를 바이패스하여 차실내로 공급되므로 최대 냉방이 수행되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 도 4와 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 모든 공기가 응축기(난방기) 역할을 하는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고 이 온풍이 차실내로 공급되므로 최대 난방이 수행된다.
한편, 상기 온도조절도어(151)의 위치를 조절하면 차실내로 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있는데, 일예로 에어컨 모드시, 상기 온도조절도어(151)를 작동시켜 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로와 통과하는 통로를 모두 개방하게 되면, 상기 증발기(160)를 통과한 냉풍 중 일부는 실내열교환기(110)를 바이패스 하고 일부는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 된다. 이후, 상기 냉풍과 온풍이 혼합되어 차실내를 적절한 온도로 제어하게 되며, 아울러 증발기(160)를 공기가 통과하므로 제습도 함께 이루어지게 된다.
아울러, 본 발명에서는 에어컨 모드 뿐만 아니라, 히트펌프 모드 중 상기 증발기(160)에 일부 냉매가 공급되는 제2난방모드와 제습모드 및 제상모드시에는 차실내를 제습하게 된다.
이처럼, 본 발명에서는 에어컨 모드는 물론 특히 히트펌프 모드시에도 차실내 제습기능을 작동할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 실외열교환기(130)는, 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치됨과 아울러 상기 냉매 순환라인(R)과 연결되어, 상기 냉매 순환라인(R)을 순환하는 냉매와 실외공기를 열교환시키게 된다.
여기서, 상기 실외열교환기(130)는 차량 엔진룸의 전방측에 설치되어 내부를 유동하는 냉매를 실외공기와 열교환시키게 된다.
상기 실외열교환기(130)는, 에어컨 모드시 상기 실내열교환기(110)와 동일한 응축기 역할을 하게 되며, 이때 실외열교환기(130)의 내부를 유동하는 고온의 기상 냉매가 실외공기와 열교환하게 되면서 응축되어 액상 냉매로 배출되게 된다.
또한, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 에어컨 모드시와 상반되는 증발기 역할을 하게 되는데, 이때 실외열교환기(130)의 내부를 유동하는 저온의 액상 냉매가 실외공기와 열교환하게 되면서 증발하게 되어 기상 냉매로 배출되게 된다.
상기한 실외열교환기(130)는, 서로 일정간격 이격되는 한 쌍의 헤더탱크(131)와, 상기 한 쌍의 헤더탱크(131)를 연통시키도록 연결됨과 아울러 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 구성하는 복수개의 튜브(132)와, 상기 복수개의 튜브(132) 사이에 개재되는 방열핀(133)과, 상기 한 쌍의 헤더탱크(131) 중 일측 헤더탱크(131)에 연결됨과 아울러 상기 제1열교환경로(A)와 후술하는 제1삼방밸브(310)의 제1출구라인(312) 및 상기 제2삼방밸브(320)의 제1입구라인(321)을 연결하는 제1연결파이프(135)와, 상기 한 쌍의 헤더탱크(131) 중 일측 헤더탱크(131)에 연결됨과 아울러 상기 제2열교환경로(B)와 후술하는 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313) 및 상기 제2삼방밸브(320)의 제2입구라인(322)을 연결하는 제2연결파이프(136)로 이루어진다.
또한, 상기 한 쌍의 헤더탱크(131) 내부에는, 내부를 구획하는 배플(미도시)이 결합됨으로써, 상기 복수개의 튜브(132)를 제1열교환경로(A)와 제2열교환경로(B)로 구획하게 된다.
이때, 상기 배플은 상기 제1열교환경로(A)와 제2열교환경로(B)를 구획하는 위치에 설치되게 된다.
상기 제1연결파이프(135)는 상기 제1열교환경로(A)와 연통하게 되고, 상기 제2연결파이프(136)는 상기 제2열교환경로(B)와 연통하게 된다. 따라서, 제1연결파이프(135)를 통해 냉매가 유입될 경우에는 상기 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 순차적으로 통과한 후 제2연결파이프(136)를 통해 배출되고, 상기 제2연결파이프(136)를 통해 냉매가 유입될 경우에는 상기 제2열교환경로(B) 및 제1열교환경로(A)를 순차적으로 통과한 후 제1연결파이프(135)를 통해 배출되게 된다.
또한, 상기 제1연결파이프(135) 및 제2연결파이프(136)는 상기 한 쌍의 헤더탱크(131) 중 일측 헤더탱크(131)에 모두 연결될 수도 있고, 서로 다른 헤더탱크(131)측에 연결될 수도 있다.
한편, 상기 한 쌍의 헤더탱크(131) 중 일측 헤더탱크(131)에는 리시버드라이어(134)가 연통되게 설치되어, 응축된 액상 냉매를 저장하거나, 기상 냉매를 액상이 될 때까지 유지하거나, 냉매 중에 포함된 수분을 제거하는 역할을 하게 된다.
그리고, 상기 실외열교환기(130)는, 에어컨 모드시 고온의 기상 냉매가 유입되어 실외공기와 열교환하게 되면서 응축되어 액상 냉매로 배출되게 되고, 히트펌프 모드시에는 저온의 액상 냉매가 유입되어 실외공기와 열교환하게 되면서 증발하게 되어 기상 냉매로 배출되게 된다.
이처럼, 상기 실외열교환기(130)의 내부에서는 냉매의 상변화가 일어나게 되고, 이때 상변화 전,후의 냉매 체적도 상이하게 된다.
즉, 에어컨 모드시에는 체적이 큰 기상 냉매가 유입되어 액상 냉매로 상변화하면서 체적이 작아지게 되고, 히트펌프 모드시에는 체적이 작은 액상 냉매가 유입되어 기상 냉매로 상변화하면서 체적이 커지게 되는 것이다.
따라서, 상기 실외열교환기(130)는, 상변화 전,후의 냉매 체적을 고려하여 상기 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)의 냉매 체적이 상이하게 구성된다.
즉, 냉매 체적이 상대적으로 큰 열교환경로상에는 튜브(132)가 상대적으로 많이 배열되고, 냉매 체적이 상대적으로 작은 열교환경로상에는 튜브(132)가 상대적으로 적게 배열되는 것이다.
본 발명에서는 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A)가 상기 제2열교환경로(B) 보다 냉매 체적이 더 크게 구성된다.
그리고, 상기 실외열교환기(130)에 연결된 냉매 순환라인(R)상에는, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)에서 상반되게 상변화하는 냉매의 체적에 대응하여, 상기 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 유동하는 냉매의 유동방향을 상반되게 변경하는 유로변경장치(300)가 설치된다.
다시말해, 상기 유로변경장치(300)는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)의 입,출구를 변경하는 것으로서, 일예로, 에어컨 모드시 상기 제1연결파이프(135)가 입구이고 상기 제2연결파이프(136)가 출구라고 한다면, 히트펌프 모드시에는 상기 제2연결파이프(136)가 입구이고 상기 제1연결파이프(135)가 출구가 되는 것이다.
이렇게 되면, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 유동하는 냉매의 유동방향이 상반되게 된다.
상기 유로변경장치(300)는, 상기 실외열교환기(130)의 입구측 냉매 순환라인(Ra)상에 설치됨과 아울러 상기 실외열교환기(130)측으로 유동하는 냉매를 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 또는 제2열교환경로(B)로 선택적으로 공급하는 제1삼방밸브(310)와, 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)상에 설치됨과 아울러 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 또는 제2열교환경로(B)로부터 선택적으로 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키는 제2삼방밸브(320)로 이루어진다.
여기서, 상기 제1삼방밸브(310)는, 1개의 입구와 2개의 출구를 갖는 타입으로 구성되고, 상기 제2삼방밸브(320)는, 반대로 2개의 입구와 1개의 출구를 갖는 타입으로 구성된다.
좀더 상세히 설명하면, 상기 제1삼방밸브(310)는, 상기 실외열교환기(130)의 입구측 냉매 순환라인(Ra)과 연결되는 입구라인(311)과, 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)와 연결되는 제1출구라인(312) 및 제2출구라인(313)을 구비하여, 상기 하나의 입구라인(311)으로 유입되는 냉매를 제1출구라인(312) 또는 제2출구라인(313)으로 선택적으로 배출하게 된다.
상기 제2삼방밸브(320)는, 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)와 연결되는 제1입구라인(321) 및 제2입구라인(322)과, 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)과 연결되는 출구라인(323)을 구비하여, 상기 제1입구라인(321) 또는 제2입구라인(322)을 통해 선택적으로 냉매을 유입하여 하나의 출구라인(323)으로 배출하게 되는 것이다.
한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제1삼방밸브(310)와 제2삼방밸브(320) 및 후술하는 제3삼방밸브(330)의 내부에는 냉매의 유동방향을 조절하는 조절수단이 설치되어 있다.
따라서, 상기 제1삼방밸브(310)는, 상기 실외열교환기(130)측으로 유동하는 냉매를 에어컨 모드시에는 상기 제1출구라인(312)을 통해 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A)측으로 공급하고, 히트펌프 모드시에는 상기 제2출구라인(313)을 통해 실외열교환기(130)의 제2열교환경로(B)측으로 공급하도록 제어되며,
상기 제2삼방밸브(320)는, 에어컨 모드시 상기 실외열교환기(130)의 제2열교환경로(B)로부터 상기 제2입구라인(322)을 통해 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키고, 히트펌프 모드시에는 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A)로부터 상기 제1입구라인(321)을 통해 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키도록 제어된다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 에어컨 모드시에는 체적이 큰 기상 냉매가 실외열교환기(130)로 유입되어 체적이 작은 액상 냉매로 상변화한 후 배출되기 때문에, 에어컨 모드시, 상기 제1삼방밸브(310)는 제1출구라인(312)을 통해 냉매 체적이 큰 상기 제1열교환경로(A)측으로 기상 냉매를 공급하게 되고, 상기 제2삼방밸브(320)는 상기 제1열교환경로(A)와 제2열교환경로(B)를 유동하면서 기상에서 액상으로 상변환한 후 상기 제2입구라인(322)을 통해 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키게 되는 것이다.
또한, 히트펌프 모드시에는 체적이 작은 액상 냉매가 실외열교환기(130)로 유입되어 체적이 큰 기상 냉매로 상변화한 후 배출되기 때문에, 히트펌프 모드시, 상기 제1삼방밸브(310)는 제2출구라인(313)을 통해 냉매 체적이 작은 상기 제2열교환경로(B)측으로 액상 냉매를 공급하게 되고, 상기 제2삼방밸브(320)는 상기 제2열교환경로(B)와 제1열교환경로(A)를 유동하면서 액상에서 기상으로 상변환한 후 상기 제1입구라인(321)을 통해 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키게 되는 것이다.
이와 같이, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)에서 상변화하는 냉매의 체적에 맞게 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 유동하는 냉매의 유동방향을 변경함으로써, 냉매의 유동을 원활하게 함과 동시에 냉매의 유량 및 방열량이 증대되어 난방성능을 향상할 수 있는 것이다.
그리고, 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)상에는, 히트펌프 모드시 상기 실외열교환기(130)측으로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(340)이 설치된다.
여기서, 상기 제2팽창수단(340)은, 오리피스로 구성되는 것이 바람직하지만, 후술하는 상기 제1팽창수단(140)과 같이 팽창밸브로 구성할 수도 있다.
따라서, 에어컨 모드시에는, 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 제1삼방밸브(310)에 의해 상기 제1출구라인(312)으로 유동하게 되므로 상기 제2팽창수단(340)을 바이패스하게 되지만,
히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는, 상기 압축기(100)에서 배출되어 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매가 상기 제1삼방밸브(310)에 의해 상기 제2출구라인(313)으로 유동하게 되므로 상기 제2팽창수단(340)을 통과하면서 팽창된 후 상기 실외열교환기(130)의 제2열교환경로(B)로 공급되게 된다.
그리고, 상기 제2팽창수단(340)이 설치된 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)상에는, 상기 제2팽창수단(340)에서 배출된 냉매를 실외온도에 따라 상기 실외열교환기(130)측으로 공급하거나 또는 실외열교환기(130)를 바이패스시키는 제3삼방밸브(330)가 설치된다.
상기 제3삼방밸브(330)는, 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)상에 설치되되, 상기 제3삼방밸브(330)와 상기 제2삼방밸브(320)의 제1입구라인(321)을 연결하는 출구라인(331)을 구비하게 된다.
즉, 상기 제3삼방밸브(330)는 상기 제1삼방밸브(310) 처럼 1개의 입구와 2개의 출구를 갖는 타입으로 구성되는 것으로서, 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)을 통해 유입된 냉매를 상기 실외열교환기(130)측으로 공급하거나 또는 출구라인(331)을 통해 제2삼방밸브(320)의 제1입구라인(321)측으로 공급하여 실외열교환기(130)를 바이패스시키게 된다.
이러한 상기 제3삼방밸브(30)는, 실외온도가 기준온도 이상이면 상기 제2팽창수단(340)에서 배출된 냉매를 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313) 및 제2연결파이프(136)를 통해 상기 실외열교환기(130)측으로 공급하고, 실외온도가 기준온도 미만이면 상기 제2팽창수단(340)에서 배출된 냉매를 상기 출구라인(331)을 통해 상기 실외열교환기(130)를 바이패스시키도록 제어된다.
다시말해, 실외온도가 영상일 경우에는 상기 제3삼방밸브(330)의 제어를 통해 냉매가 상기 실외열교환기(130)측으로 흐르도록 제어되고, 실외온도가 영하일 경우에는 상기 제3삼방밸브(330)의 제어를 통해 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하여 상기 제2삼방밸브(320)측으로 흐르도록 제어된다.
여기서, 실외온도가 영하일 경우, 저온의 실외공기 영향을 최소화 할 수 있도록 도 5의 제2난방모드와 같이, 상기 제2팽창수단(340)을 통과한 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하여 제2삼방밸브(320)측으로 흐르게 되고, 상기 제2삼방밸브(320)를 통과한 냉매는 바이패스라인(R1)을 흐르는 과정에서 일부는 열공급수단(180)으로 공급되어 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하게 되고, 일부는 분기라인(R2)을 통해 증발기 역할을 하는 증발기(160)로 공급되게 된다.
이때, 상기 공조케이스(150)의 내부로는 실내공기가 유입되어 상기 증발기(160)와 열교환하도록 내기유입모드로 제어됨으로써, 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매가 실내공기의 열원을 회수하게 된다.
이처럼, 실외온도가 영하인 저열원 조건에서, 냉매가 상기 제3삼방밸브(330)를 통해 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하여 저온의 실외공기 영향을 최소화하도록 하고, 아울러 상기 바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매를 분기라인(R2)을 통해 분기하여 일부는 열공급수단(180)을 통해 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고 일부는 실내공기와 열교환하는 증발기(160)를 통해 실내공기의 열원을 회수하도록 함으로써, 난방성능을 향상할 수 있는 것이다.
한편, 상기 제어부는, 차량 시동후 실외온도 및 실내온도가 모두 기준온도(0℃) 미만이면 전기 가열식 히터(115)를 작동시켜 초기 난방을 수행하고, 이후 실내온도가 기준온도(0℃) 이상이 되면, 상기 공조케이스(150)의 내부로 실내공기가 유입되도록 공기유입모드를 내기유입모드로 제어한 후 도 5와 같은 제2난방모드를 작동시키게 된다.
그리고, 상기 제1팽창수단(140)은, 상기 증발기(160)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에 설치되어, 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키게 된다.
즉, 상기 제1팽창수단(140)은, 에어컨 모드시 상기 실외열교환기(130)에서 배출된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 액상(습포화) 상태가 되게 한 후, 상기 증발기(160)로 공급하게 된다.
그리고, 상기 바이패스라인(R1)은, 상기 제1팽창수단(140)의 입구측 냉매 순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매 순환라인(R)을 연결하도록 설치되어, 순환 냉매가 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스하도록 하게 된다.
도면에서와 같이, 상기 바이패스라인(R1)은 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)와 병렬로 배치되는데, 즉, 상기 바이패스라인(R1)의 입구측은 상기 실외열교환기(130)와 제1팽창수단(140)을 연결하는 냉매 순환라인(R)과 연결되고, 출구측은 상기 증발기(160)와 압축기(100)를 연결하는 냉매 순환라인(R)과 연결된다.
이로인해, 에어컨 모드시에는 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)측으로 유동하게 되지만, 히트펌프 모드시(제1난방모드시)에는 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 바이패스라인(R1)을 통해 압축기(100)측으로 곧바로 유동하여 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스 하게 된다.
여기서, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드에 따라 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할은 방향전환밸브(191)를 통해 이루어진다.
상기 방향전환밸브(191)는, 상기 바이패스라인(R1)과 상기 냉매 순환라인(R)의 분기지점에 설치되어, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 바이패스라인(R1) 또는 상기 제1팽창수단(140)으로 흐르도록 냉매 흐름방향을 전환하게 된다.
이때, 방향전환밸브(191)는, 에어컨 모드시 상기 압축기(100)에서 배출되어 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)측으로 흐르도록 방향을 전환하게 되고, 히트펌프 모드시(제1난방모드시) 상기 압축기(100)에서 배출되어 실내열교환기(110)와 제2팽창수단(340) 및 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 바이패스라인(R1)으로 흐르도록 방향을 전환하게 된다.
한편, 상기 방향전환밸브(191)는 상기 바이패스라인(R1)의 입구측 분기지점에 설치되며, 삼방밸브를 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 바이패스라인(R1)상에는 바이패스라인(R1)을 따라 흐르는 냉매에 열을 공급하는 열공급수단(180)이 설치된다.
상기 열공급수단(180)은, 차량 전장품(200)의 폐열을 상기 바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매에 공급할 수 있도록, 상기 바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(181a)와, 상기 냉매 열교환부(181a)의 일측에 열교환 가능하게 구비되어 상기 차량 전장품(200)을 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수 열교환부(181b)로 구성된 수냉식 열교환기(181)를 설치하여 이루어진다.
따라서, 히트펌프 모드시 차량 전장품(200)의 폐열로 부터 열원을 회수함으로써 난방성능을 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 상기 차량 전장품(200)으로는 대표적으로 모터와, 인버터 등이 있다.
여기서, 상기 열공급수단(180)을 보다 상세히 설명하면, 크게 냉각수 순환라인(W)과, 수냉 라디에이터(210)와, 냉각수 바이패스라인(W1)과, 냉각수 방향전환밸브(230)로 구성된다.
상기 냉각수 순환라인(W)은, 상기 차량 전장품(200)과 수냉 라디에이터(210)를 연결하여 상기 차량 전장품(200)에 냉각수를 순환시키게 된다.
이때, 상기 냉각수 순환라인(W)상에서는 냉각수 순환을 위해 워터펌프(220)가 구비된다.
도면에서는, 상기 냉각수 순환라인(W)상에 2개의 전장품(200)이 연결된 경우만 도시하였으나, 그 개수는 변경가능하다.
상기 수냉 라디에이터(210)는, 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 냉각시켜 차량 전장품(200)을 냉각시킬 수 있도록, 상기 냉각수 순환라인(W)상에 설치되어 실외공기와 상기 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수를 열교환시키게 된다.
이때, 상기 수냉 라디에이터(210)의 일측에는 송풍팬(215)이 설치되어 상기 수냉 라디에이터(210)측으로 실외공기를 송풍시킴으로서 냉각수 순환라인(W)을 순환하는 냉각수의 냉각성능을 향상시키게 된다.
상기 냉각수 바이패스라인(W1)은, 상기 냉각수 순환라인(W)과 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)를 병렬로 연결하여, 상기 워터펌프(220)를 통해 상기 전장품(200)을 통과한 냉각수가 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하여 상기 냉각수 열교환부(181b)로 흐르도록 하게 된다.
또한, 상기 냉각수 방향전환밸브(230)는, 상기 냉각수 바이패스라인(W1)과 상기 냉각수 순환라인(W)의 분기지점에 설치되어 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 냉각수의 흐름방향을 전환하게 된다.
따라서, 히트펌프 모드시에는 상기 워터펌프(220)의 작동으로 상기 전장품(200)을 통과한 냉각수가 상기 냉각수 방향전환밸브(230)에 의해 상기 수냉 라디에이터(210)를 바이패스하여 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 흐르게 되고, 이 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 흐르는 냉각수와 상기 바이패스라인(R1)을 따라 냉매 열교환부(181a)를 흐르는 냉매가 상호 열교환하게 되어 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하게 된다.
에어컨 모드시에는 상기 워터펌프(220)의 작동으로 상기 전장품(200)을 통과한 냉각수가 상기 냉각수 방향전환밸브(230)에 의해 상기 수냉 라디에이터(210)를 순환하게 되고, 이 과정에서 상기 순환하는 냉각수가 실외공기와의 열교환에 의해 냉각되어 전장품(200)을 냉각시키게 된다.
한편, 도면에서는 상기 냉각수 방향전환밸브(230)가 2개의 전장품(200) 사이에 설치됨에 따라, 냉각수 흐름방향으로 첫번째 전장품(200)의 폐열을 회수하는 경우만 도시하고 있으나, 상기 냉각수 방향전환밸브(230)를 두번째 전장품(200)의 출구측에 설치할 경우 2개의 전장품(200) 폐열을 모두 회수할 수 있다.
그리고, 상기 바이패스라인(R1)의 열공급수단(180)으로 공급되는 냉매 중 일부를 상기 증발기(160)측으로 유동시키거나 또는 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매 중 일부를 상기 바이패스라인(R1)의 열공급수단(180)측으로 유동시키도록, 상기 제1팽창수단(140)의 출구측 냉매 순환라인(R)과 상기 열공급수단(180)인 수냉식 열교환기(181)의 입구측 바이패스라인(R1)을 연결하는 분기라인(R2)이 설치되고, 상기 분기라인(R2)상에는 온오프밸브(195)가 설치된다.
더욱 상세하게는, 상기 분기라인(R2)은, 상기 제1팽창수단(140)과 증발기(160) 사이의 냉매 순환라인(R)과, 상기 열공급수단(180)의 입구측 바이패스라인(R1)을 연결하도록 설치된다.
상기 분기라인(R2) 및 온오프밸브(195)를 이용하는 히트펌프 모드 중 제2난방모드, 제습모드, 제상모드에 대해 설명하면,
먼저, 히트펌프 모드 중 제2난방모드시에는, 도 5와 같이 방향전환밸브(191)에 의해 바이패스라인(R1)측으로 흐르는 냉매 중 일부는 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고, 일부는 증발기(160)를 통과하게 된다.
도 5와 같은 제2난방모드는, 실외온도가 영하인 조건에서 작동하는 모드로서, 저온의 실외공기 영향을 최소화하도록 순환 냉매가 상기 제3삼방밸브(330)에 의해 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하도록 하게 되는데, 이때 차량 전장품(200)의 폐열 및 실내공기의 열원을 회수하여 난방성능을 향상하도록 상기 바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매를 분기라인(R2)을 통해 분기하여 상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)로 동시에 공급하게 되는 것이다. 여기서, 상기 공조케이스(150)의 내부로는 실내공기가 유입되어 증발기(160)와 열교환하도록 내기유입모드로 제어된다.
그리고, 히트펌프 모드 중 제습모드시에는, 도 6과 같이 방향전환밸브(191)에 의해 바이패스라인(R1)측으로 흐르는 냉매 중 일부는 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하고, 일부는 증발기(160)를 통과하게 된다.
도 6와 같은 제습모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하는 모드로서, 실외공기의 열원 및 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하도록 상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 바이패스라인(R1)을 흐르면서 수냉식 열교환기(181)를 통과하게 되는데, 이때 바이패스라인(R1)을 흐르는 냉매 중 일부를 분기라인(R2)을 통해 분기하여 증발기(160)로 공급하여 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기를 제습하게 된다.
또한, 히트펌프 모드 중 제상모드시에는, 도 7과 같이 방향전환밸브(191)에 의해 제1팽창수단(140)측으로 냉매가 흐르게 되고, 이때 상기 제1팽창수단(140)을 통과한 냉매 중 일부는 증발기(160)를 통과하게 되고, 일부는 수냉식 열교환기(181)를 통과하면서 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하게 된다.
도 7과 같은 제상모드는, 도 4와 같이 제1난방모드로 작동시 증발기 역할을 하는 실외열교환기(130)의 결빙을 제상하기 위한 모드로서, 냉매를 도 3과 같은 에어컨 모드로 작동시켜 실외열교환기(130)로 고온의 냉매를 공급하여 제상시키게 되며, 이때 상기 실외열교환기(130)를 통과한 후 제1팽창수단(140)을 통과한 냉매 중 일부를 분기라인(R2)을 통해 분기하여 수냉식 열교환기(181)로 공급함으로써 증발기(160)의 성능을 저하시켜 제상모드 작동 중에 실내공기의 온도변화를 최소화하게 된다.
한편, 상기 바이패스라인(R1)상에 설치된 열공급수단(180)인 수냉식 열교환기(181)는, 상기 바이패스라인(R1)의 냉매 흐름방향으로 상기 분기라인(R2) 위치 보다 하류측에 설치된다.
이와 같이, 본 발명은 실외온도가 영상인 조건에서는 차량 전장품(200)의 폐열 및 실외공기의 열원을 회수하도록 하고, 실외온도가 영하인 조건에서는 차량 전장품(200)의 폐열 및 실내공기의 열원을 회수하도록 함과 아울러, 히트펌프 모드를 제1난방모드(도4), 제2난방모드(도5), 제습모드(도6), 제상모드(도7)와 같이, 열부하 및 목적에 따라 모드를 다양화함으로써, 히트펌프 시스템의 효율을 향상시켜 난방성능을 유지하고, 전기 가열식 히터(115)의 작동을 최소화하여 차량(전기자동차 또는 하이브리드 자동차)의 주행거리를 증대할 수 있는 것이다.
한편, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에는 어큐뮬레이터(170)가 설치된다.
상기 어큐뮬레이터(170)는 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(100)로 기상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다.
이하, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 작용을 설명하기로 한다.
가. 에어컨 모드(냉방 모드)
에어컨 모드(냉방 모드)시에는, 도 3과 같이, 상기 방향전환밸브(191) 및 온오프밸브(195)를 통해 상기 바이패스라인(R1) 및 분기라인(R2)을 폐쇄하게 된다.
아울러, 상기 제1삼방밸브(310)는 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A)와 연결되는 제1출구라인(312)을 개방하고, 상기 제2삼방밸브(320)는 제2열교환경로(B)와 연결되는 제2입구라인(322)을 개방하게 된다.
또한, 상기 냉각수 방향전환밸브(230)는 상기 냉각수 바이패스라인(W1)을 폐쇄하여 워터펌프(220)를 통해 순환하는 냉각수는 차량 전장품(200)과 수냉 라이에이터를 순환하면서 차량 전장품(200)을 냉각시키게 된다.
한편, 최대 냉방시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하면서 냉각된 후 실내열교환기(110)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써, 차실내를 냉방하게 된다.
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 실내열교환기(110)로 공급된다.
상기 실내열교환기(110)로 공급된 기상 냉매는, 도 3과 같이 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)측 통로를 폐쇄하고 있으므로 공기와 열교환하지 않고 곧바로 상기 제1삼방밸브(310)로 유동한 후, 제1출구라인(312)을 통해 상기 실외열교환기(130)로 공급되게 된다.
상기 실외열교환기(130)로 공급된 기상 냉매는, 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 순차적으로 통과하면서 실외공기와 열교환하여 응축되며, 이로인해 기상 냉매가 액상 냉매로 바뀌게 된다.
한편, 상기 실내열교환기(110)와 실외열교환기(130)는 모두 응축기 역학을 하게 되지만, 실외공기와 열교환하는 상기 실외열교환기(130)에서 주로 냉매가 응축되게 된다.
계속해서, 상기 실외열교환기(130)를 통과한 액상 냉매는, 상기 제1팽창수단(140)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 증발기(160)로 유입된다.
상기 증발기(160)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 증발기(160)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
나. 히트펌프 모드 중 제1난방모드
히트펌프 모드 중 제1난방모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하며, 실외공기와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 4와 같이, 상기 방향전환밸브(191) 및 온오프밸브(195)를 통해 상기 바이패스라인(R1)은 개방하고 분기라인(R2)을 폐쇄하게 된다. 이로인해 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)측으로는 냉매가 공급되지 않는다.
아울러, 상기 제1삼방밸브(310)는 실외열교환기(130)의 제2열교환경로(B)와 연결되는 제2출구라인(313)을 개방하고, 상기 제2삼방밸브(320)는 제1열교환경로(A)와 연결되는 제1입구라인(321)을 개방하게 된다.
한편, 상기 냉각수 방향전환밸브(230)는 상기 냉각수 바이패스라인(W1)을 개방함으로써, 상기 워터펌프(220)를 통해 순환하는 냉각수는 차량 전장품(200)을 통과한 후, 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하여 계속 순환하게 된다. 이때, 차량 전장품(200)에 의해 가열된 냉각수가 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하게 된다.
그리고, 제1난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)(작동정지)를 통과한 후 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 실내열교환기(110)로 유입된다.
상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.
계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)으로 유동하게 되고, 상기 제2출구라인(313)으로 유동하는 냉매는 상기 제2팽창수단(340)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 실외열교환기(130)로 공급된다.
상기 실외열교환기(130)로 공급된 액상 냉매는, 제2열교환경로(B) 및 제1열교환경로(A)를 순차적으로 통과하면서 실외공기와 열교환하여 증발하게 되며, 이로인해 액상 냉매가 기상 냉매로 바뀌게 된다.
계속해서, 상기 실외열교환기(130)를 통과한 기상 냉매는, 상기 방향전환밸브(191)에 의해 바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수한 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
다. 히트펌프 모드 중 제2난방모드
히트펌프 모드 중 난방 모드는, 실외온도가 영하인 조건에서 작동하며, 실내공기(내기유입모드)와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 5와 같이, 상기 방향전환밸브(191) 및 온오프밸브(195)를 통해 상기 바이패스라인(R1) 및 분기라인(R2)을 개방하게 된다.
아울러, 상기 제1삼방밸브(310)는 상기 제3삼방밸브(330)와 연결되는 제2출구라인(313)을 개방하고, 상기 제2삼방밸브(320)는 상기 제3삼방밸브(330)의 출구라인(331)과 연결되는 제1입구라인(321)을 개방하며, 상기 제3삼방밸브(330)는 출구라인(331)을 개방하게 된다.
아울러, 상기 냉각수 방향전환밸브(230)는 상기 냉각수 바이패스라인(W1)을 개방함으로써, 상기 워터펌프(220)를 통해 순환하는 냉각수는 차량 전장품(200)을 통과한 후, 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하여 계속 순환하게 된다. 이때, 차량 전장품(200)에 의해 가열된 냉각수가 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉각수 열교환부(181b)로 유동하게 된다.
한편, 차실내온도가 영상인 조건이면 상기 공조케이스(150)의 공기유입모드가 내기유입모드로 제어되어 상기 공조케이스(150)로 실내공기가 유입된다.
그리고, 제2난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과한 후 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 실내열교환기(110)로 유입된다.
상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.
계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)으로 유동하게 되고, 상기 제2출구라인(313)으로 유동하는 냉매는 상기 제2팽창수단(340)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 제3삼방밸브(330)의 출구라인(331)을 통해 상기 실외열교환기(130)를 바이패스하게 된다.
이때, 냉매가 상기 실외열교환기(130)를 바이패스 하므로 저온의 실외공기 영향이 최소화 된다.
이후, 상기 제3삼방밸브(330)의 출구라인(331)을 통과한 냉매는 상기 제2삼방밸브(320)의 제1입구라인(321)을 통해 상기 제2삼방밸브(320)로 유동한 후, 상기 방향전환밸브(191)에 의해 바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매 중 일부는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발되고, 일부는 상기 분기라인(R2)을 통해 증발기(160)로 공급되어 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 실내공기와 열교환하는 과정에서 증발하게 된다.
상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)를 각각 통과한 냉매는 합류된 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
라. 히트펌프 모드 중 제습모드
히트펌프 모드 중 제습모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하며, 실외공기와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 6와 같이, 도 4의 제1난방모드로 작동 중에 실내 제습이 필요한 경우에 작동하게 된다.
따라서, 도 4의 제1난방모드와 다른 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
상기 제습모드시에는, 제1난방모드 상태에서 상기 온오프밸브(195)를 통해 상기 분기라인(R2)이 추가로 개방되게 된다.
그리고, 제습모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 냉각된 후, 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,
상기 압축기(100), 실내열교환기(110), 제2팽창수단(340), 실외열교환기(130)를 통과한 냉매는 상기 방향전환밸브(191)에 의해 바이패스라인(R1)을 통과하게 되는데, 이때 상기 바이패스라인(R1)을 통과하는 냉매 중 일부는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발되고, 일부는 상기 분기라인(R2)을 통해 증발기(160)로 공급되어 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기와 열교환하는 과정에서 증발하게 된다.
상기 과정에서 상기 증발기(160)를 통과하는 공기의 제습이 이루어지게 되며, 상기 증발기(160)를 통과한 제습된 공기는 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀐 후 차량 실내로 공급되어 제습 난방하게 된다.
이후, 상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)를 각각 통과한 냉매는 합류된 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
마. 히트펌프 모드 중 제상모드
히트펌프 모드 중 제상모드는, 실외온도가 영상인 조건에서 작동하며, 실외공기와 차량 전장품(200)의 폐열을 열원으로 이용하는 모드로서, 도 7과 같이, 실외열교환기(130)의 적상문제(빙결)로 인해 제상이 필요한 경우에 작동하게 된다.
상기 제상모드는, 도 4의 제1난방모드로 작동 중에 상기 실외열교환기(130)의 제상이 필요한 경우, 냉매를 도 3의 에어컨 모드로 작동시켜 상기 실외열교환기(130)로 고온의 냉매를 공급하여 제상하게 된다.
아울러, 상기 제상모드시, 상기 차량 전장품(200)의 폐열 회수를 위한 냉각수의 순환방향은 도 4과 동일하며, 냉매만 도 3의 에어컨 모드로 작동하게 되며, 추가로 상기 온오프밸브(195)를 통해 상기 분기라인(R2)이 개방되게 된다.
그리고, 제상모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 냉각된 후, 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.
계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,
상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 실내열교환기(110)로 공급된다.
상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.
계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 고온의 냉매는 상기 제1삼방밸브(310)로 유동한 후, 제1출구라인(312)을 통해 상기 실외열교환기(130)로 공급되어 실외열교환기(130)를 제상하게 된다.
이때, 상기 실외열교환기(130)로 공급된 냉매는 기상과 액상이 혼합된 냉매로서, 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 순차적으로 통과하면서 실외공기와 열교환하여 완전한 액상 냉매로 바뀌게 된다.
계속해서, 상기 실외열교환기(130)를 통과한 액상 냉매는, 상기 제1팽창수단(140)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 일부는 상기 증발기(160)측으로 공급되고, 일부는 상기 분기라인(R2)을 통해 상기 바이패스라인(R1)측으로 유동하게 된다.
상기 증발기(160)로 공급된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발하게 되고, 상기 바이패스라인(R1)측으로 공급된 냉매는 상기 수냉식 열교환기(181)의 냉매 열교환부(181a)를 통과하는 과정에서 상기 냉각수 열교환부(181b)를 통과하는 냉각수와 열교환하여 차량 전장품(200)의 폐열을 회수하면서 증발하게 된다.
이후, 상기 수냉식 열교환기(181)와 증발기(160)를 각각 통과한 냉매는 합류된 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
100: 압축기 110: 실내열교환기
115: 전기 가열식 히터
120: 팽창수단
130: 실외열교환기 131: 헤더탱크
132: 튜브 133: 방열핀
134: 리시버드라이어 135: 제1연결파이프
136: 제2연결파이프
150: 공조케이스 151: 온도조절도어
160: 증발기 170: 어큐뮬레이터
180: 열공급수단 181: 수냉식 열교환기
181a: 냉매 열교환부 181b: 냉각수 열교환부
191: 방향전환밸브 195: 온오프밸브
200: 전장품 210: 수냉 라디에이터
220: 워터펌프 230: 냉각수 삼방밸브
300: 유로변경장치 310: 제1삼방밸브
311: 입구라인 312: 제1출구라인
313: 제2출구라인 320: 제2삼방밸브
321: 제1입구라인 322: 제2입구라인
333,331: 출구라인 330: 제3삼방밸브
340: 제2팽창수단
A: 제1열교환경로 B: 제2열교환경로
R: 냉매순환라인 R1: 바이패스라인
R2: 분기라인

Claims (9)

  1. 냉매 순환라인(R)상에 각각 설치되는 것으로, 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100)와, 공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150)내 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내열교환기(110)와, 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150)내 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시키는 증발기(160)와, 상기 증발기(160)의 입구측 냉매 순환라인(R)상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단과, 상기 공조케이스(150)의 외부에 설치됨과 아울러 상변화 전,후의 냉매 체적에 대응하여 냉매 유동경로상에 냉매 체적이 상이한 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 구비하여 실외공기와 냉매를 열교환시키는 실외열교환기(130)를 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
    상기 실외열교환기(130)에 연결된 냉매 순환라인(R)상에는, 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)에서 상반되게 상변화하는 냉매의 체적에 대응하여, 상기 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 유동하는 냉매의 유동방향을 상반되게 변경하는 유로변경장치(300)가 설치되고,
    상기 유로변경장치(300)는, 상기 실외열교환기(130)의 입구측 냉매 순환라인(Ra)상에 설치됨과 아울러 상기 실외열교환기(130)측으로 유동하는 냉매를 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 또는 제2열교환경로(B)로 선택적으로 공급하는 제1삼방밸브(310)와, 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)상에 설치됨과 아울러 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 또는 제2열교환경로(B)로부터 선택적으로 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키는 제2삼방밸브(320)로 이루어지며,
    상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A)는 상기 제2열교환경로(B) 보다 냉매 체적이 더 크게 구성되고,
    상기 제1삼방밸브(310)는, 상기 실외열교환기(130)의 입구측 냉매 순환라인(Ra)과 연결되는 입구라인(311)과, 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)와 연결되는 제1출구라인(312) 및 제2출구라인(313)을 구비하여, 상기 실외열교환기(130)측으로 유동하는 냉매를 에어컨 모드시에는 상기 제1출구라인(312)을 통해 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A)측으로 공급하고, 히트펌프 모드시에는 상기 제2출구라인(313)을 통해 실외열교환기(130)의 제2열교환경로(B)측으로 공급하도록 제어되며,
    상기 제2삼방밸브(320)는, 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)와 연결되는 제1입구라인(321) 및 제2입구라인(322)과, 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)과 연결되는 출구라인(323)을 구비하여, 에어컨 모드시 상기 실외열교환기(130)의 제2열교환경로(B)로부터 상기 제2입구라인(322)을 통해 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키고, 히트펌프 모드시에는 상기 실외열교환기(130)의 제1열교환경로(A)로부터 상기 제1입구라인(321)을 통해 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)의 출구측 냉매 순환라인(Rb)측으로 유동시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)상에는, 히트펌프 모드시 상기 실외열교환기(130)측으로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(340)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2팽창수단(340)이 설치된 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)상에는, 상기 제2팽창수단(340)에서 배출된 냉매를 실외온도에 따라 상기 실외열교환기(130)측으로 공급하거나 또는 실외열교환기(130)를 바이패스시키는 제3삼방밸브(330)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제3삼방밸브(330)는, 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313)상에 설치되되, 상기 제3삼방밸브(330)와 상기 제2삼방밸브(320)의 제1입구라인(321)을 연결하는 출구라인(331)을 구비하여, 실외온도가 기준온도 이상이면 상기 제2팽창수단(340)에서 배출된 냉매를 상기 실외열교환기(130)측으로 공급하고, 실외온도가 기준온도 미만이면 상기 제2팽창수단(340)에서 배출된 냉매를 상기 출구라인(331)을 통해 상기 실외열교환기(130)를 바이패스시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 실외열교환기(130)는,
    서로 일정간격 이격되는 한 쌍의 헤더탱크(131)와,
    상기 한 쌍의 헤더탱크(131)를 연통시키도록 연결됨과 아울러 상기 제1열교환경로(A) 및 제2열교환경로(B)를 구성하는 복수개의 튜브(132)와,
    상기 복수개의 튜브(132) 사이에 개재되는 방열핀(133)과,
    상기 한 쌍의 헤더탱크(131) 중 일측 헤더탱크(131)에 연결됨과 아울러 상기 제1열교환경로(A)와 상기 제1삼방밸브(310)의 제1출구라인(312) 및 상기 제2삼방밸브(320)의 제1입구라인(321)을 연결하는 제1연결파이프(135)와,
    상기 한 쌍의 헤더탱크(131) 중 일측 헤더탱크(131)에 연결됨과 아울러 상기 제2열교환경로(B)와 상기 제1삼방밸브(310)의 제2출구라인(313) 및 상기 제2삼방밸브(320)의 제2입구라인(322)을 연결하는 제2연결파이프(136)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실외열교환기(130)를 통과한 냉매가 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 상기 제1팽창수단(140) 및 증발기(160)를 선택적으로 바이패스하도록, 상기 제1팽창수단(140)의 입구측 냉매 순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매 순환라인(R)을 연결하는 바이패스라인(R1)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
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