KR101731294B1

KR101731294B1 - 차량용 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR101731294B1
Application number: KR1020140020418A
Authority: KR
Inventors: 김동균; 남수병; 김시형; 신현근
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2017-04-28
Also published as: KR20150098984A

Abstract

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 전장용 냉각수 및 스택용 냉각수가 모두 유동되도록 이중구조를 갖는 이중 열교환기에서 냉각수 순환라인의 냉각수와 냉매 순환라인의 냉매가 서로 열교환하도록 형성되되, 난방 모드시에는 상기 이중 열교환기가 증발기 역할을 하며 내부에 스택용 냉각수 및 냉매만 유동되어 열교환이 이루어지고, 냉방 모드시에는 상기 이중 열교환기가 응축기 역할을 하며 내부에 스택용 냉각수, 전장용 냉각수 및 냉매가 모두 유동되어 열교환되도록 함으로써, 난방 시 필요 열부하량을 나누어 과부하를 방지하고, 냉방 시 상대적으로 낮은 온도의 전장 냉각수를 추가하여 많은 양의 응축을 통해 냉방성능을 향상시킨 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{Heat pump system for vehicle}

휘발유, 경유 등을 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량이 현재 일반적인 차량의 형태이나, 이러한 차량용 에너지원 역시 환경오염 문제 뿐 아니라 석유 매장량의 감소 등과 같은 다양한 원인으로 인해 새로운 에너지원의 필요성이 점점 대두되고 있는 바, 현재 가장 실용화 단계에 가까운 기술 중 하나가 연료 전지를 에너지원으로 하여 구동되는 차량이다.

그런데, 이와 같은 연료 전지를 사용하는 차량에서는 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 가지는 차량과는 달리 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 사용할 수 없다. 즉, 종래의 석유를 에너지원으로 하는 엔진을 구동원으로 하는 차량의 경우 엔진에서 매우 많은 열이 발생하게 되고, 엔진을 냉각하기 위한 냉각수 순환 시스템이 구비되며, 냉각수가 엔진으로부터 흡수한 열을 실내 난방에 이용하도록 하고 있었다. 그러나 엔진에서 발생하는 것과 같은 많은 열이 연료 전지를 사용하는 차량의 구동원에서는 발생하지 않기 때문에, 이러한 종래의 난방 방식을 사용하기에는 한계가 있었다.

이에 따라 연료 전지 차량에서는, 공조 시스템에 히트펌프를 추가하여 이를 열원으로서 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하는 등 여러 연구가 이루어지고 있다.

이와 관련된 기술로, 국내공개특허 제2012-0103054호(공개일 2012.09.19, 명칭 : 차량용 히트펌프시스템)가 개시된 바 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 차량용 히트펌프 시스템(10)은 크게 실외 열교환기(11), 실내열교환기(12), 증발기(13), 압축기(14), 팽창수단(15) 및 칠러(chiller)(16)를 포함하여 형성된다.

먼저, 도 1을 참고로 난방 사이클을 설명하면, 상기 실내열교환기는 고온ㆍ고압의 냉매를 열교환하는 과정에서 고온의 열을 방출하고, 방출된 열기를 차량의 실내로 공급하여 실내를 난방한다.

상기 실내열교환기를 통과한 냉매가 제1밸브(21)를 통과한 후, 제1삼방밸브(22)에 의해 실외열교환기를 거치지 않고, 제2삼방밸브(23)에 의해 칠러(16)를 통과하여 전장 라디에이터(24)로부터 유입된 전장 냉각수와 열교환함으로써, 상기 칠러가 증발기 역할을 하게 된다.

이후, 냉매는 압축기를 지나 다시 실내열교환기를 통과하는 순환루트를 반복적으로 거치게 된다.

도 2를 참고로 냉방 사이클을 설명하면, 실외 열교환기가 응축기로서 작동하게 되며, 응축된 냉매가 상기 제2삼방밸브에 의해 증발기를 통과하며 주위 열을 흡수하면서 차량의 실내에 차가운 공기를 공급하게 된다.

다음으로, 냉매는 압축기 및 실내열교환기를 거쳐 다시 제1삼방밸브에 의해 상기 실외열교환기를 통과하는 순환루트를 반복적으로 거치며 냉방 사이클을 이루게 된다.

상술한 바와 같이, 종래의 차량용 히트펌프 시스템에서 상기 칠러는 난방 사이클에서만 전장 냉각수와 차가운 냉매 간 열교환이 이루어 되는데, 전기 자동차에서 실제 더 많은 폐열이 발생되는 스택 측 냉각수 라인은 사용할 수 없는 구조였다.

또한, 상기 차량용 히트펌프 시스템은 냉방 시에만 별도의 실외 열교환기가 필요하며, 상기 실외 열교환기는 난방 시 냉매와 외기와의 열교환으로 인해 착상(아이싱)이 발생될 수 있다는 문제점이 있었다.

아울러, 상기 차량용 히트펌프 시스템은 이를 구성하기 위해 순환루트를 조절하는 별도의 밸브가 많이 필요하게 되어 제작이 복잡하고, 생산비가 증가한다는 단점이 있었다.

국내공개특허 제2012-0103054호(공개일 2012.09.19, 명칭 : 차량용 히트펌프시스템)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실제 더 많은 폐열이 발생하는 스택 측 냉각수 라인을 사용할 수 있으며, 기존의 칠러(수냉식 응축기)가 실외 열교환기의 역할을 대신하도록 함으로써, 순환라인 구성과 밸브 구성이 더욱 간단해질 수 있는 차량용 히트펌프 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 차량용 히트펌프 시스템은 냉각수 순환라인(R1)과 냉매 순환라인(R2)을 갖는 차량용 히트펌프 시스템(1)에 있어서, 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100); 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내 열교환기(200); 공조케이스(310) 내부에 설치되어 공조케이스(310) 내 주변 공기와 상기 압축기(100)로부터 공급된 냉매를 열교환시키는 증발기(300); 상기 증발기(300)의 입구측 냉매 순환라인(R2) 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(410); 상기 실내 열교환기(200)의 출구측 냉매 순환 라인 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(420); 차량 전장품을 순환하는 냉각수가 유동되는 제1라디에이터(510); 스택을 순환하는 냉각수가 유동되는 제2라디에이터(520); 상기 제1라디에이터(510)로부터 공급된 전장용 냉각수가 내부에 유동되는 제1유동부(610)와, 상기 제2라디에이터(520)로부터 공급된 스택용 냉각수가 내부에 유동되는 제2유동부(620)와, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 내부에 유동되는 제3유동부(630)를 포함하여 형성되어 냉매 및 냉각수단 열교환이 이루어지는 이중 열교환기(600); 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 난방 모드에서 상기 제1팽창수단(410) 및 증발기(300)를 선택적으로 바이패스하여 상기 압축기(100)로 직접 유동되도록 바이패스 밸브(700)와 연결된 분기라인(B1); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이중 열교환기(600)는 난방 모드 시, 상기 제2라디에이터(520)로부터 스택용 냉각수만 내부에 유동되며, 냉방 모드 시, 상기 제1라디에이터(510)로부터의 전장용 냉각수와 상기 제2라디에이터(520)로부터의 스택용 냉각수가 모두 내부에 유동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이중 열교환기(600)는 냉방 모드시, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 스택용 냉각수와 먼저 열교환된 다음, 상기 전장용 냉각수와 열교환되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이중 열교환기(600)는 높이방향으로 상부 일부 영역에 상기 제2유동부(620)가 형성되고, 높이방향으로 나머지 하부 영역에 상기 제1유동부(610)가 형성되되, 상기 제3유동부(630)가 상기 제1유동부(610) 및 제2유동부(620)와 높이방향으로 교번되어 형성되어 냉매 및 냉각수가 서로 열교환되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이중 열교환기(600)는 너비방향으로 2열로 형성되며, 1열의 높이방향으로 상부 일부 영역에 상기 제2유동부(620)가 형성되고, 1열의 높이방향으로 나머지 하부 영역에 상기 제1유동부(610)가 형성되되, 2열에 상기 제3유동부(630)가 형성되어 냉매 및 냉각수가 서로 열교환되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량용 히트펌프 시스템(1)은 냉방 모드시, 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(410), 증발기(300), 압축기(100), 실내열교환기, 제2팽창수단(420)을 순차적으로 통과한 후 상기 제3유동부(630)로 재유입되며, 상기 이중 열교환기(600)의 제1유동부(610)를 통과한 전장용 냉각수가 차량 전장품을 순환한 후, 상기 제1라디에이터(510)를 지나 상기 제1유동부(610)로 재유입되고, 상기 이중 열교환기(600)의 제2유동부(620)를 통과한 스택용 냉각수가 제2라디에이터(520)를 지나 스택을 순환한 후, 상기 제2유동부(620)로 유입되는 순환루트를 갖도록 형성되어, 상기 이중 열교환기(600)에서 냉매가, 전장용 냉각수 및 스택용 냉각수와 모두 열교환되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 차량용 히트펌프 시스템(1)은 난방 모드시, 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 상기 바이패스 밸브(700)에 의해 상기 분기라인(B1)을 지나, 압축기(100), 실내열교환기, 제2팽창수단(420)을 순차적으로 통과한 후 상기 제3유동부(630)로 재유입되며, 상기 이중 열교환기(600)의 제2유동부(620)를 통과한 스택용 냉각수가 제2라디에이터(520)를 지나 스택을 순환한 후, 상기 제2유동부(620)로 유입되는 순환루트를 갖도록 형성되어, 상기 이중 열교환기(600)에서 냉매가 스택용 냉각수와 열교환되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 차량용 히트펌프 시스템은 실제 더 많은 폐열이 발생하는 스택 측 냉각수 라인을 사용할 수 있어 폐열이 낭비되는 것을 방지하고, 기존의 칠러(수냉식 응축기)가 실외 열교환기의 역할을 대신하도록 함으로써, 순환라인 구성과 밸브 구성이 더욱 간단해질 수 있다는 장점이 있다.

더욱 상세하게, 본 발명은 전장용 냉각수 및 스택용 냉각수가 모두 유동되도록 이중구조를 갖는 이중 열교환기에서 냉각수 순환라인의 냉각수와 냉매 순환라인의 냉매가 서로 열교환하도록 형성되되, 난방 모드시에는 상기 이중 열교환기가 증발기 역할을 하며 내부에 스택용 냉각수 및 냉매만 유동되어 열교환이 이루어지고, 냉방 모드시에는 상기 이중 열교환기가 응축기 역할을 하며 내부에 스택용 냉각수, 전장용 냉각수 및 냉매가 모두 유동되어 열교환되도록 함으로써, 난방 시 필요 열부하량을 나누어 과부하를 방지하고, 냉방 시 상대적으로 낮은 온도의 전장 냉각수를 추가하여 많은 양의 응축을 통해 냉방성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

즉, 본 발명은 냉방 시 지나치게 높은 수온으로 인한 응축 부족을 해소하기 위해 스택용 냉각수보다 좀 더 낮은 온도를 갖는 전장용 냉각수가 유동되도록 하여, 냉매가 스택용 냉각수와 먼저 열교환된 후, 전장용 냉각수와 열교환되도록 함으로써, 냉방 성능 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 차량용 히트펌프 시스템의 난방 사이클을 나타낸 개략도.
도 2는 종래 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 사이클을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 사이클을 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 사이클을 나타낸 개략도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 이중 열교환기의 다양한 실시예를 나타낸 구성도.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 냉각수 순환라인(R1)과 냉매 순환라인(R2)을 갖는 차량용 히트펌프 시스템(1)에 있어서, 크게 압축기(100), 실내 열교환기(200), 증발기(300), 제1팽창수단(410), 제2팽창수단(420), 제1라디에이터(510), 제2라디에이터(520), 이중 열교환기(600)를 포함하여 형성된다.

상기 압축기(100)는 냉매를 흡입 및 압축하여 배출한다.

상기 실내 열교환기(200)는 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 것으로 공조케이스(310) 내부에 설치되며, 상기 압축기(100)의 출구측 냉매 순환라인(R2)과 연결되어, 상기 공조케이스(310) 내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키게 된다.

상기 실내 열교환기(200)는 난방 사이클에서는 히터 역할을 하게 되며, 냉방 사이클에서는 상기 냉매 순환라인(R2)을 통해 유입된 냉매를 바이패스시키거나, 응축기 역할을 하기도 한다.

상기 증발기(300)는 상기 실내 열교환기(200)와 마찬가지로, 상기 공조케이스(310) 내부에 설치되며, 냉방 사이클에서 상기 공조케이스(310) 내 주변 공기와 상기 압축기(100)로부터 공급된 냉매를 열교환시켜 공기가 냉각되도록 한다.

상기 공조케이스(310)의 내부에서 상기 증발기(300)와 상기 실내열교환기의 사이에는, 상기 실내열교환기를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어가 설치된다.

상기 온도조절도어는 상기 실내열교환기를 바이패스하는 공기의 양과 실내열교환기를 통과하는 공기의 양을 조절하여 상기 공조케이스(310)에서 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있는데, 냉방 사이클에서 도 5와 같이 상기 온도조절도어를 통해 상기 실내열교환기의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 증발기(300)를 통과한 냉풍이 실내열교환기를 바이패스하여 차실내로 공급되므로 최대 냉방이 수행되고, 난방 사이클에서 도 4와 같이 상기 온도조절도어를 통해 상기 실내열교환기를 바이패스하는 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 모든 공기가 응축기 역할을 하는 실내열교환기를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고 이 온풍이 차실내로 공급되므로 최대 난방이 수행된다.

상기 제1팽창수단(410)은 상기 공조케이스(310) 외부에서 상기 증발기(300)의 입구측 냉매 순환라인(R2) 상에 설치되어 냉매를 팽창시키며, 상기 제2팽창수단(420)은 상기 실내 열교환기(200)의 출구측 냉매 순환 라인 상에 설치되어 냉매를 팽창시킨다.

상기 제1라디에이터(510)는 내부에 차량 전장품을 순환하는 냉각수가 유동되며, 상기 제2라디에이터(520)에는 전기자동차의 배터리 스택과 같은 스택을 순환하는 냉각수가 유동된다. 여기서, 차량 전장품은 대표적으로 모터와 인버터 등이 있다.

상기 이중 열교환기(600)는 상기 제1라디에이터(510)로부터 공급된 전장용 냉각수가 내부에 유동되는 제1유동부(610)와, 상기 제2라디에이터(520)로부터 공급된 스택용 냉각수가 내부에 유동되는 제2유동부(620)와, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 내부에 유동되는 제3유동부(630)를 포함하여 형성되어 냉매 및 냉각수단 열교환이 이루어질 수 있도록 이중으로 형성된다.

즉, 상기 이중 열교환기(600)는 상기 제1유동부(610)와, 제2유동부(620)가 형성되고, 상기 제1유동부(610)를 흐르는 전장용 냉각수와 상기 제2유동부(620)를 흐르는 스택용 냉각수와 냉매가 모두 열교환될 수 있는 유로의 구조를 갖도록 형성된다.

도 6은 상기 이중 열교환기(600)의 일실시예를 나타낸 것으로, 너비방향으로 2열로 형성되며, 1열의 높이방향으로 상부 일부 영역에 상기 제2유동부(620)가 형성되고, 1열의 높이방향으로 나머지 하부 영역에 상기 제1유동부(610)가 형성될 수 있다.

이때, 1열의 상기 제1유동부(610)에는 전장용 냉각수가 유입되는 제1유입구(611)와, 배출되는 제1유출구(612)가 형성되며, 상기 제2유동부(620)에는 스택용 냉각수가 유입되는 제2유입구(621)와, 배출되는 제2유출구(622)가 형성된다.

2열의 상기 제3유동부(630)에는 냉매가 유입되는 제3유입구(631)와 배출되는 제3배출구가 형성된다.

구체적인 예로, 도 6의 이중 열교환기(600)는 2열 튜브로 이루어진 핀튜브 타입의 열교환기로 구성되되, 그 중 제1유동부(610) 및 제2유동부(620)가 1열에 높이방향으로 영역을 구획하여 형성되고, 상기 제3유동부(630)가 2열 전체를 이루도록 형성되며, 각각의 냉각수 및 냉매가 유동되는 헤더탱크가 영역이 분리되도록 형성되어 각 영역별로 제1~제3유입구(631), 제1~제3유출구(632)가 형성될 수 있다.

이때, 1열 및 2열의 구성은 얼마든지 변경이 가능하며, 그 형태 역시 다양하게 변경실시가 가능하다.

도 7은 상기 이중 열교환기(600)의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로, 판형태의 튜브가 적층된 판형 열교환기의 형태를 갖되, 상부 일정 영역에는 상기 제2유동부(620)와 제3유동부(630)가 교번되어 적층되고, 하부 일정 영역에는 상기 제1유동부(610)와 제3유동부(630)가 교번되어 적층되는 형태일 수 있다.

한편, 본 발명의 차량용 히트펌프 시스템(1)은 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 난방 모드에서 상기 제1팽창수단(410) 및 증발기(300)를 선택적으로 바이패스하여 상기 압축기(100)로 직접 유동되도록 바이패스 밸브(700)와 연결된 분기라인(B1)을 더 포함하여 형성됨으로써, 난방 모드와 냉방 모드시 냉매 순환유로가 달라지도록 하여 상기 증발기(300) 및 제1팽창밸브에 냉매가 선택적으로 통과될 수 있도록 한다.

특히, 상기 이중 열교환기(600)는 난방 모드 시, 상기 제2라디에이터(520)로부터 스택용 냉각수만 내부에 유동되며, 냉방 모드 시, 상기 제1라디에이터(510)로부터의 전장용 냉각수와 상기 제2라디에이터(520)로부터의 스택용 냉각수가 모두 내부에 유동되도록 냉각수 순환라인(R1)이 제어될 수 있다.

본 발명의 차량용 히트펌프 시스템(1)은 난방 모드시 고온의 스택용 냉각수와 냉매가 열교환하도록 구성되어 고온인 스택의 폐열로부터 열원을 회수할 수 있도록 함으로써 난방 성능을 향상시키고, 냉방 모드시에는 스택용 냉각수보다 상대적으로 온도가 낮은 전장용 냉각수가 추가되어 상기 이중 열교환기(600)에 순환되도록 함으로써, 더 많은 양의 응축이 가능하도록 하여 냉방성능을 향상시키게 된다.

이때, 상기 이중 열교환기(600)는 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 상대적으로 온도가 높은 스택용 냉각수와 먼저 열교환된 다음, 상기 전장용 냉각수와 열교환되도록 함으로써, 응축이 좀 더 원활하게 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 이중 열교환기(600)는 냉매가 먼저 유동되는 상측영역에 제2유동부(620)가 형성되고, 하측에 제1유동부(610)가 형성되는 것이 좋다.

도 4를 참고로 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템(1)의 난방 모드를 설명하면, 본 발명의 차량용 히트펌프 시스템(1)은 난방 모드시, 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 상기 바이패스 밸브(700)에 의해 상기 분기라인(B1)을 지나, 압축기(100), 실내열교환기, 제2팽창수단(420)을 순차적으로 통과한 후 상기 제3유동부(630)로 재유입된다.

이때, 본 발명의 차량용 히트펌프 시스템(1)은 상기 이중 열교환기(600)가 증발기 역할을 하게 되는데, 상기 이중 열교환기(600)의 제2유동부(620)를 통과한 스택용 냉각수가 제2라디에이터(520)를 지나 스택을 순환한 후, 상기 제2유동부(620)로 유입되는 순환루트를 갖도록 형성되어, 상기 이중 열교환기(600)에서 냉매가 스택용 냉각수와 열교환될 수 있도록 한다.

다음으로, 도 5를 참고로 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템(1)의 냉방 모드를 설명하면,

본 발명의 차량용 히트펌프 시스템(1)은 냉방 모드시, 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(410), 증발기(300), 압축기(100), 실내열교환기, 제2팽창수단(420)을 순차적으로 통과한 후 상기 제3유동부(630)로 재유입된다.

이때, 본 발명의 차량용 히트펌프 시스템(1)은 상기 이중 열교환기(600)가 응축기 역할을 하게 되는데, 상기 이중 열교환기(600)의 제1유동부(610)를 통과한 전장용 냉각수가 차량 전장품을 순환한 후, 상기 제1라디에이터(510)를 지나 상기 제1유동부(610)로 재유입되고, 상기 이중 열교환기(600)의 제2유동부(620)를 통과한 스택용 냉각수가 제2라디에이터(520)를 지나 스택을 순환한 후, 상기 제2유동부(620)로 유입되는 순환루트를 갖도록 형성되어, 상기 이중 열교환기(600)에서 냉매가, 전장용 냉각수 및 스택용 냉각수와 모두 열교환되도록 한다.

이에 따라, 본 발명의 차량용 히트펌프 시스템(1)은 실제 더 많은 폐열이 발생하는 스택 측 냉각수 라인을 사용할 수 있어 폐열이 낭비되는 것을 방지하고, 기존의 칠러에 대응되는 이중 열교환기(600)가가 실외 열교환기의 역할을 대신하도록 함으로써, 순환라인 구성과 밸브 구성이 더욱 간단해질 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 난방 시 필요 열부하량을 나누어 과부하를 방지하고, 냉방 시 상대적으로 낮은 온도의 전장 냉각수를 추가하여 많은 양의 응축을 통해 냉방성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1 : 차량용 히트펌프 시스템
R1 : 냉각수 순환라인 R2 : 냉매 순환라인
B1 : 분기라인
100 : 압축기
200 : 실내 열교환기
300 : 증발기 310 : 공조케이스
410 : 제1팽창수단 420 : 제2팽창수단
510 : 제1라디에이터 520 : 제2라디에이터
600 : 이중 열교환기
610 : 제1유동부
611 : 제1유입구 612 : 제1유출구
620 : 제2유동부
621 : 제2유입구 622 : 제2유출구
630 : 제3유동부
631 : 제3유입구 632 : 제3유출구
700 : 바이패스 밸브

Claims

냉각수 순환라인(R1)과 냉매 순환라인(R2)을 갖는 차량용 히트펌프 시스템(1)에 있어서,
냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100);
상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내 열교환기(200);
공조케이스(310) 내부에 설치되어 공조케이스(310) 내 주변 공기와 상기 압축기(100)로부터 공급된 냉매를 열교환시키는 증발기(300);
상기 증발기(300)의 입구측 냉매 순환라인(R2) 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(410);
상기 실내 열교환기(200)의 출구측 냉매 순환 라인 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(420);
차량 전장품을 순환하는 냉각수가 유동되는 제1라디에이터(510);
스택을 순환하는 냉각수가 유동되는 제2라디에이터(520);
상기 제1라디에이터(510)로부터 공급된 전장용 냉각수가 내부에 유동되는 제1유동부(610)와, 상기 제2라디에이터(520)로부터 공급된 스택용 냉각수가 내부에 유동되는 제2유동부(620)와, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 내부에 유동되는 제3유동부(630)를 포함하되, 높이방향으로 상부 일부 영역에 상기 제2유동부(620)가 형성되고, 높이방향으로 나머지 하부 영역에 상기 제1유동부(610)가 형성되며, 상기 제3유동부(630)가 상기 제1유동부(610) 및 제2유동부(620)와 높이방향으로 교번되어 형성되어 냉매 및 냉각수 간 열교환이 이루어지는 이중 열교환기(600);
상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 난방 모드에서 상기 제1팽창수단(410) 및 증발기(300)를 선택적으로 바이패스하여 상기 압축기(100)로 직접 유동되도록 바이패스 밸브(700)와 연결된 분기라인(B1); 를 포함하여 형성되며,
상기 이중 열교환기(600)는
난방 모드 시, 상기 제2라디에이터(520)로부터 스택용 냉각수만 내부에 유동되고,
냉방 모드 시, 상기 제1라디에이터(510)로부터의 전장용 냉각수와 상기 제2라디에이터(520)로부터의 스택용 냉각수가 모두 내부에 유동되되, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 스택용 냉각수와 먼저 열교환된 다음, 상기 전장용 냉각수와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
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냉각수 순환라인(R1)과 냉매 순환라인(R2)을 갖는 차량용 히트펌프 시스템(1)에 있어서,
냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100);
상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내 열교환기(200);
공조케이스(310) 내부에 설치되어 공조케이스(310) 내 주변 공기와 상기 압축기(100)로부터 공급된 냉매를 열교환시키는 증발기(300);
상기 증발기(300)의 입구측 냉매 순환라인(R2) 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(410);
상기 실내 열교환기(200)의 출구측 냉매 순환 라인 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(420);
차량 전장품을 순환하는 냉각수가 유동되는 제1라디에이터(510);
스택을 순환하는 냉각수가 유동되는 제2라디에이터(520);
상기 제1라디에이터(510)로부터 공급된 전장용 냉각수가 내부에 유동되는 제1유동부(610)와, 상기 제2라디에이터(520)로부터 공급된 스택용 냉각수가 내부에 유동되는 제2유동부(620)와, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 내부에 유동되는 제3유동부(630)를 포함하되, 너비방향으로 2열로 형성되며, 1열의 높이방향으로 상부 일부 영역에 상기 제2유동부(620)가 형성되고, 1열의 높이방향으로 나머지 하부 영역에 상기 제1유동부(610)가 형성되되, 2열에 상기 제3유동부(630)가 형성되어 냉매 및 냉각수 간 열교환이 이루어지는 이중 열교환기(600);
상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 난방 모드에서 상기 제1팽창수단(410) 및 증발기(300)를 선택적으로 바이패스하여 상기 압축기(100)로 직접 유동되도록 바이패스 밸브(700)와 연결된 분기라인(B1); 를 포함하여 형성되며,
상기 이중 열교환기(600)는
난방 모드 시, 상기 제2라디에이터(520)로부터 스택용 냉각수만 내부에 유동되고,
냉방 모드 시, 상기 제1라디에이터(510)로부터의 전장용 냉각수와 상기 제2라디에이터(520)로부터의 스택용 냉각수가 모두 내부에 유동되되, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 스택용 냉각수와 먼저 열교환된 다음, 상기 전장용 냉각수와 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
냉각수 순환라인(R1)과 냉매 순환라인(R2)을 갖는 차량용 히트펌프 시스템(1)에 있어서,
냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100);
상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내 열교환기(200);
공조케이스(310) 내부에 설치되어 공조케이스(310) 내 주변 공기와 상기 압축기(100)로부터 공급된 냉매를 열교환시키는 증발기(300);
상기 증발기(300)의 입구측 냉매 순환라인(R2) 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(410);
상기 실내 열교환기(200)의 출구측 냉매 순환 라인 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(420);
차량 전장품을 순환하는 냉각수가 유동되는 제1라디에이터(510);
스택을 순환하는 냉각수가 유동되는 제2라디에이터(520);
상기 제1라디에이터(510)로부터 공급된 전장용 냉각수가 내부에 유동되는 제1유동부(610)와, 상기 제2라디에이터(520)로부터 공급된 스택용 냉각수가 내부에 유동되는 제2유동부(620)와, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 내부에 유동되는 제3유동부(630)를 포함하여 형성되어 냉매 및 냉각수단 열교환이 이루어지는 이중 열교환기(600);
상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 난방 모드에서 상기 제1팽창수단(410) 및 증발기(300)를 선택적으로 바이패스하여 상기 압축기(100)로 직접 유동되도록 바이패스 밸브(700)와 연결된 분기라인(B1); 를 포함하여 형성되며,
상기 이중 열교환기(600)는
난방 모드 시, 상기 제2라디에이터(520)로부터 스택용 냉각수만 내부에 유동되고,
냉방 모드시, 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 상기 제1팽창수단(410), 증발기(300), 압축기(100), 실내열교환기, 제2팽창수단(420)을 순차적으로 통과한 후 상기 제3유동부(630)로 재유입되며,
상기 이중 열교환기(600)의 제1유동부(610)를 통과한 전장용 냉각수가 차량 전장품을 순환한 후, 상기 제1라디에이터(510)를 지나 상기 제1유동부(610)로 재유입되고,
상기 이중 열교환기(600)의 제2유동부(620)를 통과한 스택용 냉각수가 제2라디에이터(520)를 지나 스택을 순환한 후, 상기 제2유동부(620)로 유입되는 순환루트를 갖도록 형성되어,
상기 이중 열교환기(600)에서 냉매가, 전장용 냉각수 및 스택용 냉각수와 모두 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
냉각수 순환라인(R1)과 냉매 순환라인(R2)을 갖는 차량용 히트펌프 시스템(1)에 있어서,
냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100);
상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내 열교환기(200);
공조케이스(310) 내부에 설치되어 공조케이스(310) 내 주변 공기와 상기 압축기(100)로부터 공급된 냉매를 열교환시키는 증발기(300);
상기 증발기(300)의 입구측 냉매 순환라인(R2) 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(410);
상기 실내 열교환기(200)의 출구측 냉매 순환 라인 상에 설치되어 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(420);
차량 전장품을 순환하는 냉각수가 유동되는 제1라디에이터(510);
스택을 순환하는 냉각수가 유동되는 제2라디에이터(520);
상기 제1라디에이터(510)로부터 공급된 전장용 냉각수가 내부에 유동되는 제1유동부(610)와, 상기 제2라디에이터(520)로부터 공급된 스택용 냉각수가 내부에 유동되는 제2유동부(620)와, 상기 제2팽창수단(420)을 통과한 냉매가 내부에 유동되는 제3유동부(630)를 포함하여 형성되어 냉매 및 냉각수단 열교환이 이루어지는 이중 열교환기(600);
상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 난방 모드에서 상기 제1팽창수단(410) 및 증발기(300)를 선택적으로 바이패스하여 상기 압축기(100)로 직접 유동되도록 바이패스 밸브(700)와 연결된 분기라인(B1); 를 포함하여 형성되며,
상기 이중 열교환기(600)는
난방 모드시, 상기 이중 열교환기(600)의 제3유동부(630)를 통과한 냉매가 상기 바이패스 밸브(700)에 의해 상기 분기라인(B1)을 지나, 압축기(100), 실내열교환기, 제2팽창수단(420)을 순차적으로 통과한 후 상기 제3유동부(630)로 재유입되며,
상기 이중 열교환기(600)의 제2유동부(620)를 통과한 스택용 냉각수가 제2라디에이터(520)를 지나 스택을 순환한 후, 상기 제2유동부(620)로 유입되는 순환루트를 갖도록 형성되어,
상기 이중 열교환기(600)에서 냉매가 스택용 냉각수와 열교환되며,
냉방 모드 시, 상기 제1라디에이터(510)로부터의 전장용 냉각수와 상기 제2라디에이터(520)로부터의 스택용 냉각수가 모두 내부에 유동되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.