KR101470891B1 - 차량용 히트펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

전기 자동차의 충전 시스템에서 발생되는 폐열을 활용하도록 보온 기능을 갖는 저장 탱크를 구비하여 실외 열교환기의 적상 문제를 해결하고 에너지의 활용성을 극대화시키며 열효율이 향상된 차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 차량용 히트펌프 시스템은 외기와 열교환하여 열을 흡수하도록 냉매 순환라인 상에 설치되는 실외 열교환기를 구비하는 것으로서, 온수를 저장하는 저장탱크와, 저장탱크에 저장된 온수가 순환되는 제1 순환유로 및 제1 순환유로 상에 설치되어 실외 열교환기를 제상하도록 실외 열교환기에 인접 설치되며 내부에 온수가 순환되는 실외기 제상용 열교환기를 포함한다. 따라서, 실외 열교환기에 발생되는 적상부에 열을 공급하여 적상 문제를 해결하고, 적상 현상으로 인해 작동하지 못하는 히트펌프 시스템의 구동을 원활하게 하며, 실외 열교환기의 내부에 흐르는 냉매의 증발을 도울 수 있다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차의 충전 시스템에서 발생되는 폐열을 활용하여 효율적인 제상 효과를 얻음과 아울러 성능 및 효율이 향상된 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 공조 시스템은, 냉방 시스템과 난방 시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 압축기의 구동에 의하여 토출되는 열교환 매체인 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서, 송풍 공기를 증발기 측에서 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량의 실내로 공급함으로써 차량의 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 엔진에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각수를 히터코어 측에서 열교환시켜 송풍공기를 온기로 바꾸어 차량의 실내로 공급함으로써 차량의 실내를 난방한다.
하지만, 겨울철과 같은 추운 날씨에 차량을 난방하는 경우, 엔진을 시동한 때부터 냉각수가 가열될 때까지는 상당한 시간이 소요됨에 따라 초기 난방 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 엔진의 열을 이용하여 공기를 가열하지 않고, 냉매의 열을 이용하여 가열하는 공조시스템이 개발되고 있다. 이러한 공조시스템은 비용 절감 및 컴팩트한 디자인을 위하여, 기존의 냉동사이클을 구성하는 부품을 사용하여 냉방 및 난방 모드의 전환이 가능하도록 구성된다.
한편, 전기 자동차용 공조시스템에 있어서, 내연기관 차량에서와는 달리 냉각수가 순환하는 히터코어가 사용되지 않기 때문에, 그 구성이 내연기관 차량용 공조시스템과는 다르며, 주로 냉방 및 난방 모드를 전환할 수 있는 히트 펌프(heat pump) 구조의 공조시스템이 적용되고 있다. 결국, 작동 압축비가 낮아 압축 효율이 우수한 점 및 우수한 열전달 특성 등의 이유로 인해, 이산화탄소와 같은 냉매를 사용할 수 있고 냉방 및 난방 모드를 전환할 수 있으며 전기 자동차는 물론 내연기관 차량에도 적용될 수 있는 공조시스템이 최근 활발히 연구되고 있다.
선 출원된 일본공개특허공보 2000-025446호를 참조하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 공조시스템은 실내에서 분출되는 공기의 통로를 형성하는 공기 조절 덕트(2)와, 냉매를 압축하여 토출하는 전동식 압축기(13)와, 공기 조절 덕트(2) 내의 상류측에 배치되어 공기를 냉각하는 증발기(8)와, 공기 조절 덕트(2) 내에서 증발기(8)의 하류측에 배치되고 공기를 가열하는 응축기(9)와, 응축기(9)에서 응축되는 냉매를 감압하는 감압수단(19) 및 실외에 배치되어 실외 공기와 냉매를 열교환시키는 실외 열교환기(18)를 구비한다. 이 경우, 난방 모드 시 전동식 압축기(13)->응축기(9)->감압수단(19)->실외 열교환기(18)->전동식 압축기(13)의 순서로 냉매가 유동되어 실외 열교환기(18)가 증발기의 작용을 하며 응축기(9)가 공기를 가열한다. 또한, 제습난방 모드 시 전동식 압축기(13)->응축기(9)->감압 수단(19)->증발기(8)->전동식 압축기(13)의 순서로 냉매가 유동되어 실외 열교환기(18)의 열교환작용을 정지하며 증발기(8)에 의해 공기가 냉각 제습되도록 하면서 응축기(9)에서 공기를 가열하도록 구성된다.
아울러, 선 출원된 일본공개특허공보 2003-269813호를 참조하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매는 압축기(1)에 의해 액화 및 고온화되어 급탕용 열교환기(2)로 압송되고, 급탕용 열교환기(2) 내의 고온 냉매는 급탕 탱크(8)로부터 송수되어 공기측 열교환기(4)의 내부를 경유하는 물과 열교환됨으로써 온도가 내려가게 되며, 이후, 팽창밸브(6)를 경유하여 기화 및 저온화되어 공기측 열교환기(4)를 통과한 다음 어큐뮬레이터(3)를 경유하여 다시 압축기(1)로 유입되도록 구성된다.
하지만, 종래의 히트펌프 시스템을 이용한 전기 자동차의 난방 구동 시 외부 조건에 따라 실외 열교환기에 적상 문제가 발생하였다. 특히, 외부 기온이 영하일 때, 적상 문제로 인해 히트펌프의 동작이 원활하지 않은 문제점이 있었다. 아울러, 겨울철 외부 기온이 낮아 난방 부하가 클수록 히트펌프의 성능이 저하되는 치명적인 문제점이 있었다.
일본공개특허공보 2000-025446호 일본공개특허공보 2003-269813호
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 전기 자동차의 충전 시스템에서 발생되는 폐열을 활용하도록 보온 기능을 갖는 저장 탱크를 구비하여 실외 열교환기의 적상 문제를 해결하고 에너지의 활용성을 극대화시키며 열효율이 향상된 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 외기와 열교환하여 열을 흡수하도록 냉매 순환라인 상에 설치되는 실외 열교환기를 구비하는 것으로서, 온수를 저장하는 저장탱크와, 저장탱크에 저장된 온수가 순환되는 제1 순환유로 및 제1 순환유로 상에 설치되어 실외 열교환기를 제상하도록 실외 열교환기에 인접 설치되며 내부에 온수가 순환되는 실외기 제상용 열교환기를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 실외 열교환기에 발생되는 적상부에 열을 공급하여 적상 문제를 해결하고, 적상 현상으로 인해 작동하지 못하는 히트펌프 시스템의 구동을 원활하게 하며, 실외 열교환기의 내부에 흐르는 냉매의 증발을 도울 수 있는 매우 유용한 발명이다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 별도의 열원의 공급 없이 대기로 방출되는 폐열을 활용함으로써 에너지 사용의 효율성 측면에서 큰 이점을 얻을 수 있게 되며, 충전 중 발생하는 폐열을 주행 시 활용함으로써 전기 자동차의 1회 충전 시 주행거리 연장 및 에너지 활용성을 극대화할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 실외 송풍기의 구동 방향을 역회전시켜 라디에이터의 열을 실외 열교환기로 공급함으로써, 별도의 실외기 제상용 열교환기를 구비하지 않고도 용이하게 저장탱크에 저장된 폐열을 활용할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 개략적인 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실외기 제상용 열교환기의 개략적인 구성도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실외기 제상용 열교환기의 사시도이며,
도 6은 도 4의 변형 예에 따른 실외기 제상용 열교환기의 개략적인 구성도이고,
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 작동 예를 도시한 것이며,
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실외기 제상용 열교환기의 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실외기 제상용 열교환기의 사시도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 외기와 열교환하여 열을 흡수하도록 냉매 순환라인 상에 설치되는 실외 열교환기(110)를 구비하는 것으로서, 전기 자동차와 같은 전력을 동력원으로 사용하는 차량 시스템 구조에 있어 차량 충전 및 구동 시 발생되는 폐열을 활용하도록 열 저장 수단을 구비하고, 이러한 열 저장 수단의 열을 이용하여 겨울철 실외 열교환기(110)에 발생되는 적상 문제를 해결함과 아울러 난방 효율을 향상시킨 구성이다. 이후에 설명될 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 주지된 관용기술에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 본 발명의 특징적인 구성에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.
즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 저장탱크(120)와, 제1 순환유로(130)와, 실외 송풍기(160)와, 라디에이터(150) 및 실외기 제상용 열교환기(140)를 포함하고 있다.
저장탱크(120)는 내부에 소정의 공간부를 갖고 단열 재질로 이루어져 내부 공간부에 온수를 수용하도록 이루어진다. 이 경우, 저장탱크(120)는 열 비축 수단인 리저버 기능을 겸비함과 아울러 온수 저장 및 보온 기능을 수행한다. 저장탱크(120)의 내부에는 별도로 온도를 감지하는 센서를 구비할 수 있으며, 저장탱크(120) 내부의 온수 온도가 소정치 미만인 경우 후술할 보조 히터(190)가 작동되도록 연동될 수 있다. 결국, 저장탱크(120)는 후술할 실외기 제상용 열교환기(140) 및 보조 난방용 열교환기(192)의 열원으로 작용하게 된다.
제1 순환유로(130)는 저장탱크(120)에 저장된 온수가 순환되는 것으로서, 제1 순환유로(130)의 일 측은 저장탱크(120)의 출구와 연결되며, 제1 순환유로(130)의 타 측은 저장탱크(120)의 일 측 입구와 연결된다. 이 경우, 제1 순환유로(130) 상에는 후술할 워터 펌프(180), 보조 히터(190), 삼방향 밸브(191) 및 실외기 제상용 열교환기(140)가 순차로 설치된다.
또한, 공기의 유동 방향을 따라 순차로 실외 열교환기(110)와, 라디에이터(150) 및 실외 송풍기(160)가 설치된다.
실외기 제상용 열교환기(140)는 공기의 유동 방향으로 실외 열교환기(110)의 상류 측에 설치된다. 아울러, 실외기 제상용 열교환기(140)는 제1 순환유로(130) 상에 설치되어, 저장탱크(120)에 저장된 온수가 순환된다. 이 경우, 실외기 제상용 열교환기(140)는 내부에 직접 저장탱크(120)에 저장된 온수가 순환되도록 구성될 수 있으나, 경우에 따라서는 제1 순환유로(130)에 인접하게 배치되어 제1 순환유로(130)를 순환하는 온수와 열교환되도록 구성되는 것도 가능하다. 결국, 실외기 제상용 열교환기(140)는 순환되는 온수의 열을 실외 열교환기(110)에 공급하는 기능을 수행하게 된다.
따라서, 실외 열교환기(110)에 발생되는 적상부(111)에 열을 공급하여 적상 문제를 해결하며, 적상 현상으로 인해 작동하지 못하는 히트펌프 시스템의 구동을 원활하게 할 수 있게 된다. 아울러, 실외 열교환기(110)의 제상과 동시에 실외 열교환기(110)가 실외기 제상용 열교환기(140)로부터 열을 흡수하는 과정에서 실외 열교환기(110)의 내부에 흐르는 냉매의 증발을 도울 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제2 순환유로(170)를 포함한다.
제2 순환유로(170)는 전기 자동차의 충전 중 발생하는 열을 저장탱크(120)에 저장하도록 내부에 온수가 유동되는 것으로서, 제2 순환유로(170)의 일 측은 제1 순환유로(130)로부터 분기되어 연결되며, 제2 순환유로(170)의 타 측은 저장탱크(120)의 타 측 입구와 연결된다.
이러한 구성을 통해, 전기 자동차의 충전 시스템에서 발생하는 폐열을 활용하여 저장탱크(120)에 저장하였다가 필요 시 실외 열교환기(110)의 적상 문제를 해결하고 주행 중 보조 난방 수단으로 활용하여 히트펌프 시스템의 성능 및 효율을 극대화할 수 있는 것이다. 결국, 별도의 열원의 공급 없이 대기로 방출되는 폐열을 활용함으로써 에너지 사용의 효율성 측면에서 큰 이점을 얻을 수 있게 된다. 또한, 충전 중 발생하는 폐열을 주행 시 활용함으로써 전기 자동차의 1회 충전 시 주행거리 연장 및 에너지 활용성을 극대화할 수 있는 것이다.
이 경우, 제2 순환유로(170) 상에는 차량에 탑재되는 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177) 중 적어도 하나가 설치되거나, 제2 순환유로(170)를 순환하는 온수가 차량에 탑재되는 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177) 중 적어도 하나와 열교환 하도록 구현될 수 있다. 따라서, 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177)에서 발생되는 폐열을 용이하게 저장탱크(120)로 저장할 수 있다.
또한, 제1 순환유로(130)는 제1 온도센서(131) 및 제1 개폐밸브(132)를 포함한다.
제1 온도센서(131)는 제1 순환유로(130) 상에 설치되어 제1 순환유로(130)의 내부를 흐르는 온수의 온도를 감지하는 기능을 수행한다. 제1 개폐밸브(132)는 제1 온도센서(131)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 이상인 경우, 온수를 저장탱크(120) 측으로 유동시켜 저장한다. 아울러, 제1 개폐밸브(132)는 제1 온도센서(131)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 미만인 경우, 온수를 저장탱크(120)에서 바이패스시킨다. 바람직하게는 제1 온도센서(131) 및 제1 개폐밸브(132)는 실외 열교환기(110)의 하류 측 및 저장탱크(120)의 상류 측에 설치된다.
이러한 구성을 통해, 실외기 열교환기(110)의 제상을 위해 실외기 제상용 열교환기(140)를 거쳐 사용된 후의 온수의 온도가 기준치 이상일 경우 저장탱크(120) 측으로 향하는 유로를 개방하여 온수를 저장하며, 사용된 후의 온수의 온도가 기준치 미만일 경우 저장탱크(120) 측으로 향하는 유로를 폐쇄하고 온수를 바이패스시켜 제2 순환유로(170) 측으로 순환되도록 함으로써 차가워진 온수가 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177)에서 발생되는 폐열에 의해 다시 가열되는 것이다.
또한, 제2 순환유로(170)는 제2 온도센서(171) 및 제2 개폐밸브(172)를 포함한다.
제2 온도센서(171)는 제2 순환유로(170) 상에 설치되어 제2 순환유로(170)의 내부를 흐르는 온수의 온도를 감지하는 기능을 수행한다. 제2 개폐밸브(172)는 제2 온도센서(171)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 이상인 경우, 온수를 저장탱크(120) 측으로 유동시켜 저장한다. 아울러, 제2 개폐밸브(172)는 제2 온도센서(171)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 미만인 경우, 온수를 저장탱크(120)에서 바이패스시킨다. 바람직하게는 제2 온도센서(171) 및 제2 개폐밸브(172)는 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177)의 하류 측 및 저장탱크(120)의 상류 측에 설치된다.
이러한 구성을 통해, 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177)를 거쳐 폐열에 의해 가열된 온수의 온도가 기준치 이상일 경우 저장탱크(120) 측으로 향하는 유로를 개방하여 온수를 저장하며, 가열된 온수의 온도가 기준치 미만일 경우 저장탱크(120) 측으로 향하는 유로를 폐쇄하고 온수를 바이패스시켜 다시 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177)를 순환되도록 함으로써 온수가 충분히 가열될 된 후 저장탱크(120)를 통해 저장될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 워터 펌프(180)를 포함한다. 워터 펌프(180)는 제1 순환유로(130) 및 제2 순환유로(170) 내부의 온수를 순환시키는 기능을 수행하는 것으로서, 저장탱크(120)는 워터 펌프(180)의 상류 측에 배치된다. 따라서, 보온 기능을 갖는 저장탱크(120)가 워터 펌프(180)의 앞에 배치되어 리저버 탱크로서의 기능을 동시에 수행할 수 있는 것이다.
또한, 도 4 및 도 5를 참조하면, 실외기 제상용 열교환기(140)는 실외 열교환기(110)의 적어도 일면에 밀착 고정된다. 즉, 실외기 제상용 열교환기(140)는 공기의 흐름 방향으로 실외 열교환기(110)의 상류 측 일면에 접촉 고정되거나, 그 반대면에 접촉 고정되거나, 실외 열교환기(110)의 양면에 접촉 고정되는 것도 가능하다. 이 경우, 실외기 제상용 열교환기(140)는 매니폴드(141)를 구비하며, 매니폴드(141)는 실외 열교환기(110)의 일면에 고정 설치된다.
이러한 구성을 통해, 저장탱크(120)로부터 실외기 제상용 열교환기(140)를 통과하는 온수의 열이 전도에 의해 실외 열교환기(110)에 직접 전달됨에 따라 더욱 효과적인 제상을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 보조 히터(190)를 포함한다.
보조 히터(190)는 제1 순환유로(130) 상에 설치되는 것으로, 실외 열교환기(110)의 상류 측에 배치되어 저장탱크(120)의 온도가 기준치 이상으로 충분히 충전되지 않은 경우 작동되어 온수에 열을 공급하는 기능을 수행한다. 이 경우, 보조 히터(190)는 냉각수 가열식 전기 히터의 형태로 구현될 수 있다.
이로 인해, 저장탱크(120)에 저장된 온수의 온도가 충분히 상승하지 못하여 완전한 충전이 이루어지지 않은 경우, 보조 히터(190)가 구동되어 실외 열교환기(110)의 제상을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 삼방향 밸브(191) 및 보조 난방용 열교환기(192)를 포함한다.
삼방향 밸브(191)는 제1 순환유로(130) 상에 설치되고, 보조 히터(190)의 하류 측에 배치된다. 결국, 삼방향 밸브(191)는 실외 열교환기(110) 측으로 유동되는 온수를 선택적으로 바이패스시키는 기능을 수행한다. 이 경우, 삼방향 밸브(191)에는 실외 열교환기(110)를 바이패스하여 저장탱크(120) 측으로 온수를 유동시키기 위한 바이패스 유로(193)가 연결된다.
보조 난방용 열교환기(192)는 삼방향 밸브(191)로부터 바이패스된 온수의 유로, 즉, 바이패스 유로(193) 상에 설치된다. 보조 난방용 열교환기(192)는 차량 실내 공기와 열교환되어 보조 난방을 수행하게 된다.
따라서, 저장탱크(120)에 저장된 열원이 실외 열교환기(110) 측으로 또는 보조 난방용 열교환기(192) 측으로 선택적으로 공급됨에 따라, 히트펌프 시스템 및 난방 기능 각각의 성능 및 효율을 극대화시킬 수 있다. 결국, 차량의 충전 과정에서 온수 형태로 저장된 폐열은 차량 주행 중 보조 난방용 열교환기(192)에 공급되어 난방 부하를 줄이는데 활용될 수 있다.
한편, 도 6은 도 4의 변형 예에 따른 실외기 제상용 열교환기의 개략적인 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실외기 제상용 열교환기(140)는 공기의 유동 방향으로 실외 열교환기(110)의 상류 측에 배치됨과 아울러 실외 열교환기(110)로부터 이격 배치되는 것도 가능하다. 따라서, 실외기 제상용 열교환기(140)를 실외 열교환기(110)에 별도로 고정하는 조립 공정을 생략할 수 있고, 공기의 흐름 방향에 의해 실외 열교환기(110)가 실외기 제상용 열교환기(140)의 열을 충분히 흡수할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 작동 예를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제상 감지 센서(미도시) 및 제어 밸브(194)를 포함한다.
제상 감지 센서는 실외 열교환기(110)의 제상 여부를 감지한다. 아울러, 제어 밸브(194)는 제1 순환유로(130)와 제2 순환유로(170)의 분기 부위에 설치되어, 제상 감지 센서로 획득된 제상 여부 정보에 따라, 저장탱크(120)의 온수를 제1 순환유로(130) 또는 제2 순환유로(170)로 선택적으로 유동시킨다. 따라서, 차량 시동 초기와 같이 저장탱크(120)에 저장된 온수가 충분히 가열되지 않았을 때, 저장탱크(120)의 온도가 상승될 때까지 제2 순환유로(170)로 온수를 유동시키고 보조 히터(190)의 구동을 통해서 실외 열교환기(110)의 제상을 수행할 수 있다.
이제, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도이다. 도 9에 도시된 실시 예는 전술한 실시 예와 비교하여 실외기 제상용 열교환기가 라디에이터로 구성되어 별도의 제상용 열교환기를 추가하지 않으며, 라디에이터가 실외기 제상용 열교환기의 기능을 수행하게 된다. 아울러, 실외 송풍기를 역회전시켜 라디에이터의 열을 실외 열교환기에 공급하는 구조로 구현된다. 본 실시 예는 전술한 실시 예와 비교하여 동일한 구성에 대해 설명을 생략하기로 하며 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 저장탱크(120)와, 제1 순환유로(130)와, 실외 송풍기(160) 및 실외기 제상용 열교환기(140)를 포함한다. 이 경우, 실외기 제상용 열교환기(140)는 라디에이터(150)로 구성된다.
특히, 실외 송풍기(160)는 라디에이터(150)로부터 방열된 열을 실외 열교환기(110) 측으로 공급하도록 역회전 가능하게 이루어진다. 따라서, 실외 열교환기(110)의 제상을 별도의 장치 추가 없이 용이하게 달성할 수 있게 된다.
이 경우, 라디에이터(150)는 상기 제1 순환유로(130)로 상에 설치되거나 상기 제1 순환유로(130)를 순환하는 온수와 열교환되도록 구성된다. 따라서, 별도의 실외기 제상용 열교환기를 구비하지 않고도 용이하게 저장탱크(120)에 저장된 폐열을 활용할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110 : 실외 열교환기 120 : 저장탱크
130 : 제1 순환유로 131 : 제1 온도센서
132 : 제1 개폐밸브 140 : 실외기 제상용 열교환기
150 : 라디에이터 160 : 실외 송풍기
170 : 제2 순환유로 171 : 제2 온도센서
172 : 제2 개폐밸브 173 : 모터
174 : 인버터 175 : 컨버터
176 : 배터리 177 : 충전기
180 : 워터 펌프 190 : 보조 히터
191 : 삼방향 밸브 192 : 보조 난방용 열교환기

Claims (13)

  1. 외기와 열교환하여 열을 흡수하도록 냉매 순환라인 상에 설치된 실외 열교환기(110)를 포함하여 이루어진 차량용 히트펌프 시스템에 있어서,
    온수를 저장하는 저장탱크(120);
    상기 저장탱크(120)에 저장된 온수가 순환되는 제1 순환유로(130); 및
    상기 제1 순환유로(130) 상에 설치되어 상기 실외 열교환기(110)를 제상하도록 상기 실외 열교환기(110)에 인접 설치되며, 내부에 온수가 순환되는 실외기 제상용 열교환기(140)를 포함하고,
    전기 자동차의 충전 중 발생하는 열을 상기 저장탱크(120)에 저장하도록 내부에 온수가 유동되는 제2 순환유로(170)를 더 구비하며,
    상기 제1 순환유로(130) 및 상기 제2 순환유로(170) 내부의 온수를 순환시키기 위한 워터 펌프(180)를 더 구비하고, 상기 저장탱크(120)는 상기 워터 펌프(180)의 상류 측에 배치되며,
    상기 제1 순환유로(130) 및 제2 순환유로(170) 각각에 온수를 순환시키기 위한 하나의 워터 펌프(180)를 구성하여 상기 워터 펌프(180)를 공용으로 사용하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실외기 제상용 열교환기(140)는 내부에 냉각수가 유동되는 라디에이터(150)로 구성되고,
    상기 라디에이터(150)로부터 방열된 열을 상기 실외 열교환기(110) 측으로 공급하도록 역회전 가능한 실외 송풍기(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 라디에이터(150)는 상기 제1 순환유로(130)로 상에 설치되거나 상기 제1 순환유로(130)를 순환하는 온수와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 순환유로(170)를 순환하는 온수는 차량에 탑재되는 모터(173), 인버터(174), 컨버터(175), 배터리(176) 및 충전기(177) 중 적어도 하나와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 순환유로(130)는:
    내부를 흐르는 온수의 온도를 감지하는 제1 온도센서(131); 및
    상기 제1 온도센서(131)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 이상인 경우 온수를 상기 저장탱크(120) 측으로 유동시켜 저장하고, 상기 제1 온도센서(131)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 미만인 경우 온수를 상기 저장탱크(120)에서 바이패스시키는 제1 개폐밸브(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 순환유로(170)는:
    내부를 흐르는 온수의 온도를 감지하는 제2 온도센서(171); 및
    상기 제2 온도센서(171)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 이상인 경우 온수를 상기 저장탱크(120) 측으로 유동시켜 저장하고, 상기 제2 온도센서(171)로부터 감지된 온수의 온도가 기준치 미만인 경우 온수를 상기 저장탱크(120)에서 바이패스시키는 제2 개폐밸브(172)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실외기 제상용 열교환기(140)는,
    상기 실외 열교환기(110)의 적어도 일면에 열적으로 접촉되게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 실외기 제상용 열교환기(140)는,
    공기의 유동 방향으로 상기 실외 열교환기(110)의 상류 측에 배치됨과 아울러 상기 실외 열교환기(110)로부터 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 순환유로(130) 상에 설치되는 것으로, 상기 실외 열교환기(110)의 상류 측에 배치되어 상기 저장탱크(120)의 온도가 기준치 이상으로 충분히 충전되지 않은 경우 작동되어 온수에 열을 공급하는 보조 히터(190)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 순환유로(130) 상에 설치되고, 상기 보조 히터(190)의 하류 측에 배치되어 상기 실외 열교환기(110) 측으로 유동되는 온수를 선택적으로 바이패스시키는 삼방향 밸브(191); 및
    상기 삼방향 밸브(191)로부터 바이패스된 온수의 유로 상에 설치되며 차량 실내 공기와 열교환되어 난방을 수행하는 보조 난방용 열교환기(192)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 실외 열교환기(110)의 제상 여부를 감지하는 제상 감지 센서; 및
    상기 제1 순환유로(130)와 상기 제2 순환유로(170)의 분기 부위에 설치되는 것으로, 상기 제상 감지 센서로 획득된 제상 여부 정보에 따라 상기 저장탱크(120)의 온수를 상기 제1 순환유로(130) 또는 상기 제2 순환유로(170)로 선택적으로 유동시키는 제어 밸브(194)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
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