KR101950750B1 - 차량용 히트펌프 시스템 - Google Patents

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Abstract

저온에서도 난방 성능을 최상으로 유지하고 제습 운전 시에도 난방 운전 기능을 수행할 수 있으며 실외 열교환기의 아이싱 문제를 해결함과 아울러 저온에서도 구동 가능한 개선된 구조를 갖는 차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉매 순환라인에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기와, 공조케이스의 외부에 설치되어 제1 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 제1 실외 열교환기와, 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 교축하는 제1 열팽창밸브와, 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스 내부의 공기와 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 열교환시키는 제1 실내 열교환기와, 제1 냉매 순환라인에서 분기되어 압축기와 연결되는 제2 냉매 순환라인과, 공조케이스의 외부에 배치되며 제2 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 제2 실외 열교환기 및 공조케이스의 내부에 배치되어 제2 냉매 순환라인을 유동하는 냉매와 공조케이스 내부의 공기를 열교환 시키는 제2 실내 열교환기와, 압축기로 유동되는 냉매와 열교환하는 냉각수가 유동되는 냉각수 순환라인과, 압축기의 상류 측에 설치되어 압축기로 유동되는 냉매와 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수를 열교환 시키는 쿨런트-냉매 열교환기 및 냉각수 순환라인에 설치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 가열수단을 포함한다. 따라서, 냉,난방 시 교효율 및 고성능의 히트펌프 시스템을 운영할 수 있고, 실외 열교환기의 아이싱 발생으로 인한 난방 운전시간의 제한 문제를 해결할 수 있다. 아울러, 냉,난방 시 제습의 기능을 수행할 수 있고, 저온에서도 원활한 구동이 가능해진다. 아울러, 연소식 히터로 생성한 열에너지를 압축기로 들어가기 이전의 저온 냉매가 흡열하여 유량 증대 및 난방 성능의 향상 효과를 얻을 수 있다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 증발기 측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기의 내부에서 유동되는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어의 내부에서 유동되는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다. 이러한 히트펌프 시스템은 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기 및 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 기능을 수행하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 기능을 수행하게 된다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 압축기(30)와, 고압측 열교환기(32)와, 제1 팽창밸브(34) 및 제1 바이패스 밸브(36)와, 실외 열교환기(48)와, 저압측 열교환기(60)와, 어큐뮬레이터(62)와, 내부 열교환기(50)와, 제2 팽창밸브(56) 및 제2 바이패스 밸브(58)를 포함한다.
압축기(30)는 냉매를 압축하고 토출하는 기능을 수행하며, 고압측 열교환기(32)는 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시킨다. 제1 팽창밸브(34) 및 제1 바이패스 밸브(36)는 병렬구조로 설치되어 고압측 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키며, 실외 열교환기(48)는 제1 팽창밸브(34) 또는 제1 바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시킨다. 아울러, 저압측 열교환기(60)는 실외 실외 열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키며, 어큐뮬레이터(62)는 저압측 열교환기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리한다. 또한, 내부 열교환기(50)는 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매와 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키고, 제2 팽창밸브(56)는 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키며, 제2 바이패스 밸브(58)는 제2 팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 실외열교환기(48)의 출구 측과 어큐뮬레이터(62)의 입구 측을 선택적으로 연결한다.
이 경우, 설명되지 않은 도면부호 10은 고압측 열교환기(32)와 저압측 열교환기(60)가 내장되는 공조케이스이고, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 템프도어이며, 도면부호 20은 공조케이스(10)의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.
이와 같이 구성된 종래의 차량용 히트펌프 시스템은, 히트펌프 모드(난방모드)일 때, 제1 바이패스 밸브(36) 및 제2 팽창밸브(56)가 폐쇄되고, 제1 팽창밸브(34) 및 제2 바이패스 밸브(58)가 개방된다. 또한, 템프도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1 팽창밸브(34), 실외 열교환기(48), 내부 열교환기(50)의 고압부(52), 제2 바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 내부 열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 고압측 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 실외 열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.
한편, 에어컨 모드(냉방모드)일 때, 제1 바이패스 밸브(36) 및 제2 팽창밸브(56)는 개방되고, 제1 팽창밸브(34) 및 제2 바이패스 밸브(58)는 폐쇄된다. 또한, 템프도어(12)는 고압측 열교환기(32)의 통로를 폐쇄한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1 바이패스 밸브(36), 실외 열교환기(48), 내부 열교환기(50)의 고압부(52), 제2 팽창밸브(56), 저압측 열교환기(60), 어큐뮬레이터(62) 및 내부 열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 저압측 열교환기(60)가 증발기의 역할을 하게 되고, 템프도어(12)에 의해 폐쇄된 고압측 열교환기(32)는 히트펌프 모드와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.
하지만, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 난방 성능이 떨어지고, 제습 운전 시 난방 운전 기능을 수행할 수 없는 문제점이 있었다. 아울러, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 난방 시 실외 열교환기에서 아이싱 문제가 발생하였고, 저온에서 히트펌프 시스템의 난방 운전이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 저온에서도 난방 성능을 최상으로 유지하고 제습 운전 시에도 난방 운전 기능을 수행할 수 있으며 실외 열교환기의 아이싱 문제를 해결함과 아울러 저온에서도 구동 가능한 개선된 구조를 갖는 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉매 순환라인에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기와, 공조케이스의 외부에 설치되어 제1 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 제1 실외 열교환기와, 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 교축하는 제1 열팽창밸브와, 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스 내부의 공기와 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 열교환시키는 제1 실내 열교환기와, 제1 냉매 순환라인에서 분기되어 압축기와 연결되는 제2 냉매 순환라인과, 공조케이스의 외부에 배치되며 제2 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 제2 실외 열교환기 및 공조케이스의 내부에 배치되어 제2 냉매 순환라인을 유동하는 냉매와 공조케이스 내부의 공기를 열교환 시키는 제2 실내 열교환기와, 압축기로 유동되는 냉매와 열교환하는 냉각수가 유동되는 냉각수 순환라인과, 압축기의 상류 측에 설치되어 압축기로 유동되는 냉매와 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수를 열교환 시키는 쿨런트-냉매 열교환기 및 냉각수 순환라인에 설치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 가열수단을 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉,난방 시 교효율 및 고성능의 히트펌프 시스템을 운영할 수 있고, 실외 열교환기의 아이싱 발생으로 인한 난방 운전시간의 제한 문제를 해결할 수 있다. 아울러, 냉,난방 시 제습의 기능을 수행할 수 있고, 저온에서도 원활한 구동이 가능해진다. 아울러, 연소식 히터로 생성한 열에너지를 압축기로 들어가기 이전의 저온 냉매가 흡열하여 유량 증대 및 난방 성능의 향상 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 연소식 히터를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 자동온도조절 모드를 도시한 것이며,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 최대난방 모드를 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제습난방 모드를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전기자동차 또는 하이브리드 차량 등에 적용되는 것으로서, 제1,2 냉매 순환라인 및 냉각수 순환라인과, 압축기(120)와, 제1 실외 열교환기(110)와, 제1 열팽창밸브(112)와, 제1 실내 열교환기(190)와, 제2 실외 열교환기(111)와, 제2 실내 열교환기(191)와, 제1,2,3 삼방향 밸브(140)(150)(160)와, 쿨런트-냉매 열교환기(210) 및 냉각수 가열수단을 포함한다.
또한, 공조케이스(170)의 내부에는 제1 실내 열교환기(190)와 제2 실내 열교환기(191)가 순차로 설치된다. 아울러, 제1 실내 열교환기(190)와 제2 실내 열교환기(191)의 사이에는 제1 실내 열교환기(190)를 통과한 공기를 제2 실내 열교환기(191) 측으로 선택적으로 유동시켜 냉기와 온기의 유동량을 제어하는 템프도어(180)가 설치된다.
압축기(120)는 제1 냉매 순환라인에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 기능을 수행한다. 이 경우, 압축기(120)의 상류 측인 입구 측에는 어큐뮬레이터(130)가 설치된다. 어큐뮬레이터(130)는 압축기(120)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(120)로 기상 냉매만 공급되도록 한다. 제1 실외 열교환기(110)는 공조케이스(170)의 외부에 설치되어, 제1 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환 시킨다.
제1 열팽창밸브(112)는 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 교축하는 것으로서, 제1 실외 열교환기(110)와 제1 실내 열교환기(190)의 사이에 배치된다. 제1 실내 열교환기(190)는 공조케이스(170)의 내부에 설치되어, 공조케이스(170) 내부의 공기와 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 열교환 시킨다. 제2 냉매 순환라인은 제1 냉매 순환라인에서 분기되어 압축기(120)와 연결된다. 제2 실외 열교환기(111)는 공조케이스(170)의 외부에 배치되며, 제1 실외 열교환기(110)와 인접하게 배치된다. 상기 제2 실외 열교환기(111)는 제2 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환 시킨다.
제2 실내 열교환기(191)는 공조케이스(170)의 내부에 배치되어, 제2 냉매 순환라인을 유동하는 냉매와 공조케이스(170) 내부의 공기를 열교환 시킨다.
제1 삼방향 밸브(140)는 압축기(120)에서 토출되는 냉매를 제1,2 실외 열교환기(110)(111) 측으로 유동시키거나, 제1 실외 열교환기(110) 또는 제2 실내 열교환기(300) 측으로 유동시킨다. 제2 삼방향 밸브(150)는 제1 삼방향 밸브(140)를 통과한 냉매를 제1,2 실외 열교환기(110)(111) 측으로 유동시키거나, 제1 실외 열교환기(110)와 제2 실외 열교환기(111) 중 적어도 하나를 통과한 냉매를 압축기(120) 측으로 유동시킨다. 제3 삼방향 밸브(160)는 제2 삼방향 밸브(150)를 통과한 냉매를 제1 실외 열교환기(110) 측으로 유동시키거나, 제1 삼방향 밸브(140)를 통과한 냉매를 제1 실외 열교환기(110) 측으로 유동시키거나, 제1 실외 열교환기(110)를 통과한 냉매를 상기 압축기(120) 측으로 유동시킨다.
아울러, 제1 냉매 순환라인 상에는 개폐가 가능하고 일 방향으로만 냉매를 유동시키는 제1 원웨이 밸브(115)가 설치된다. 제1 원웨이 밸브(115)는 제2 삼방향 밸브(150)를 통과하여 압축기(120)로 유동하는 냉매가 제1 실내 열교환기(190) 측으로 역류하는 것을 방지한다. 또한, 제1 냉매 순환라인과 제2 냉매 순환라인을 연결하는 라인 상에 개폐가 가능하고 일 방향으로만 냉매를 유동시키는 제2 웬웨이 밸브(114)가 설치된다. 제2 원웨이 밸브(114)는 제2 냉매 순환라인을 유동하는 냉매가 제1 냉매 순환라인을 유동하도록 적소에 배치된다.
또한, 제1 실외 열교환기(110)는 제2 실외 열교환기(111)의 전방 측에 배치된다. 상기 제1 실외 열교환기(110)는 겨울철 난방제습 모드 시 아이싱이 발생한 경우에 냉매의 가열에 의해 서리를 제거하여 아이싱 문제가 해결되며, 제1 실외 열교환기(110)의 열기에 의해 제1 실외 열교환기(110)의 후방 측에 인접하게 배치된 제2 실외 열교환기(111)를 흐르는 공기의 온도도 일정치 상승하여 제2 실외 열교환기(111)의 아이싱 문제를 해소할 수 있다. 이로 인해, 난방 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
아울러, 제1 실내 열교환기(190)는 제2 실내 열교환기(300)의 상류 측에 배치되고, 상기 제1 실내 열교환기(190)와 제2 실내 열교환기(300)의 사이에 템프도어(180)가 설치된다.
냉각수 순환라인은 냉각수가 유동되는 유로로서, 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수는 쿨런트-냉매 열교환기(210)를 통해 압축기(120)로 유동되는 냉매와 열교환한다. 냉각수 가열수단은 냉각수 순환라인에 설치되어, 냉각수를 가열하는 기능을 수행한다. 상기 냉각수 가열수단은 공조케이스(170)의 외부에 별도로 설치된다. 쿨런트-냉매 열교환기(210)는 냉매와 냉각수를 열교환 시키는 작용을 하는 칠러(Chiller)의 형태로 구현되는 것으로서, 압축기(120)의 상류 측에 설치되어, 압축기(120)로 유동되는 냉매와 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수를 열교환 시킨다.
이 경우, 상기 냉각수 가열수단은 연소식 히터(200)로 구성된다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 연소식 히터를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 연소식 히터(200)는 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 것으로서, 내부에 연료 공급부(205)와, 연료 공급부(205)에 의해 공급되는 연료를 연소시키는 연소실(206)과, 연소실(206)로 연소공기를 공급하는 연소공기 공급관(201)과, 연소된 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관(202)과, 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급관(203) 및 연소실(206)과 열교환된 냉각수를 배출하기 위한 냉각수 배출관(204)으로 구성된다.
또한, 냉각수 순환라인 상에는 냉각수를 강제 순환시키는 펌프(220)가 설치되며, 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수는 차량의 전장품과 열교환 가능하게 구성된다. 상기 차량의 전장품은 차량의 엔진, 배터리, 구동 모터(212) 및 인버터(211) 등을 포함한다. 따라서, 동절기와 같은 저온 시동 시 연소식 히터(200)의 가동으로 인해 구동 모터(212) 및 인버터(211)를 예열하여 작동 효율을 증대시킬 수 있다.
한편, 상기 냉각수 순환라인에는 라디에이터(100)가 구비된다. 라디에이터(100)는 냉각수 순환라인 상에서 차량의 전장품으로부터 연장 형성되어 방열 작용을 수행한다. 아울러, 상기 라디에이터(100)의 상류 측, 즉 라디에이터(100)와 구동 모터(212) 및 인버터(211)의 사이에 차단 밸브(213)가 설치된다.
따라서, 전기 자동차의 주요 열원인 엔진, 배터리, 구동 모터(212) 및 인버터(211)와 같은 차량의 전장품으로부터 열을 회수 가능하며, 회수된 열을 라디에이터(100)를 이용하여 방열이 가능하다. 아울러, 동절기와 같은 저온 상태에서 라디에이터(100)에 연소식 히터(200)에서 발생된 열을 공급하여 초기 히트펌프 시스템의 난방 성능을 확보 가능하며 적상 문제를 해결할 수 있다.
이 경우, 라디에이터(100)는 제1 실외 열교환기(110) 또는 제2 실외 열교환기(111)의 후방 측에 배치된다. 본 발명의 일 실시 예에서는 제1 실외 열교환기(110), 제2 실외 열교환기(111) 및 라디에이터(100)가 전방으로부터 후방을 향해 순차로 설치된다. 따라서, 라디에이터(100)에 발생하는 서리가 제1 실외 열교환기(110) 또는 제2 실외 열교환기(111)에서 발생되는 냉매의 열에 의해 제거될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 냉방 운전 시 압축기(120)로부터 토출되는 냉매는 제1 삼방향 밸브(140)와 제2 삼방향 밸브(150)를 순차로 지나며, 제1 냉매 순환라인과 제2 냉매 순환라인의 분기 지점에서 냉매가 분기된다. 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매는 제3 삼방향 밸브(160)를 지나 제1 실외 열교환기(110)에서 냉각된 후 제1 열팽창밸브(112)를 지나 제1 실내 열교환기(190)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제1 원웨이 밸브(115)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)를 순환한다.
아울러, 제2 냉매 순환라인을 유동하는 냉매는 제2 실외 열교환기(111)에서 냉각된 후, 제2 열팽창밸브(113)를 지나 제2 실내 열교환기(191)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제2 원웨이 밸브(114)와 제1 원웨이 밸브(115)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)를 순환한다.
이러한 구성을 통해, 공조케이스(170) 내부에서는 제1 실내 열교환기(190)에서 1차로 흡열이 수행되어 냉각 기능을 하며, 제2 실내 열교환기(191)에서 2차로 흡열이 수행되어 추가적인 냉각 기능을 하게 된다. 따라서, 냉방 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 자동온도조절 모드를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 자동온도조절 또는 냉방제습 시 압축기(120)로부터 토출되는 냉매는 제1 삼방향 밸브(140)를 지나 분기된다. 분기된 일부의 냉매는 제3 삼방향 밸브(160)를 지나 제1 실외 열교환기(110)를 거쳐 냉각된 후 제1 열팽창밸브(112)를 지나 제1 실내 열교환기(190)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제1 원웨이 밸브(115)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)를 순환한다.
아울러, 제1 삼방향 밸브(140)를 지나 분기된 다른 일부의 냉매는 제2 실내 열교환기(191)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제2 열팽창밸브(113)를 지나 제2 실외 열교환기(111)에서 증발한 후 제2 삼방향 밸브(150)와 쿨런트-냉매 열교환기(210)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)로 순환한다. 이 경우, 제2 원웨이 밸브(114)는 폐쇄된다.
이 경우, 제1 실내 열교환기(190)는 공조케이스(170)의 내부에서 흡열하여 냉각 기능을 수행하며, 제2 실내 열교환기(191)는 공조케이스(170)의 내부에서 방열하여 가열 기능을 수행한다. 이러한 구성을 통해, 제1 실내 열교환기(190)와 제2 실내 열교환기(191)를 유동하는 공기의 유동량을 템프도어(180)를 통해 조절하여 공조케이스(170) 내부의 토출 온도를 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 최대난방 모드를 도시한 것이다. 도 6을 참조하면, 최대난방 모드 시 압축기(120)로부터 토출되는 냉매는 제1 삼방향 밸브(140)를 지나 분기된다. 분기된 일부의 냉매는 제2 원웨이 밸브(114)를 지나 제1 실내 열교환기(190)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제1 열팽창밸브(112)를 지나 제1 실외 열교환기(110)에서 증발된 후 제3 삼방향 밸브(160)와 제2 삼방향 밸브(150)와 쿨런트-냉매 열교환기(210)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)를 순환한다.
아울러, 제1 삼방향 밸브(140)를 지나 분기된 다른 일부의 냉매는 제2 실내 열교환기(191)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제2 열팽창밸브(113)를 지나 제2 실외 열교환기(111)에서 증발한 후 제2 삼방향 밸브(150)와 쿨런트-냉매 열교환기(210)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)로 순환한다. 이 경우, 제1 원웨이 밸브(115)는 폐쇄된다.
이러한 구성을 통해, 공조케이스(170) 내부에서는 제1 실내 열교환기(190)에서 1차로 방열이 수행되어 가열 기능을 하며, 제2 실내 열교환기(191)에서 2차로 방열이 수행되어 추가적인 가열 기능을 하게 된다. 따라서, 난방 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이 경우, 압축기(120)로 들어가기 이전의 저온 상태의 냉매는 쿨런트-냉매 열교환기(210)에서 냉각수와 열교환되어 흡열을 수행한다. 이와 동시에, 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수는 펌프(220)에 의해 순환되면서 연소식 히터(200)에 의해 가열된다. 이와 같이, 압축기(120)로 들어가기 이전의 저온 냉매가 흡열하여 유량 증대 및 난방 성능의 향상 효과를 얻을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제습난방 모드를 도시한 것이다. 도 7을 참조하면, 제습난방 모드 시 압축기(120)로부터 토출되는 냉매는 제1 삼방향 밸브(140)를 지나 분기된다. 분기된 일부의 냉매는 제3 삼방향 밸브(160)를 지나 제1 실외 열교환기(110)를 거쳐 냉각된 후 제1 열팽창밸브(112)를 지나 제1 실내 열교환기(190)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제1 원웨이 밸브(115)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)를 순환한다.
아울러, 제1 삼방향 밸브(140)를 지나 분기된 다른 일부의 냉매는 제2 실내 열교환기(191)를 통과하면서 공조케이스(170) 내부의 공기와 열교환 한 후, 제2 열팽창밸브(113)를 지나 제2 실외 열교환기(111)에서 증발한 후 제2 삼방향 밸브(150)와 쿨런트-냉매 열교환기(210)와 어큐뮬레이터(130)를 지나 압축기(120)로 순환한다. 이 경우, 제2 원웨이 밸브(114)는 폐쇄된다.
이 경우, 제1 실내 열교환기(190)는 공조케이스(170)의 내부에서 흡열하여 냉각 기능을 수행하며, 제2 실내 열교환기(191)는 공조케이스(170)의 내부에서 방열하여 가열 기능을 수행한다. 이러한 구성을 통해, 제1 실내 열교환기(190)와 제2 실내 열교환기(191)를 유동하는 공기의 유동량을 템프도어(180)를 통해 조절하여 공조케이스(170) 내부의 토출 온도를 제어할 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 : 제1 실외 열교환기 111 : 제2 실외 열교환기
112 : 제1 열팽창밸브 113 : 제2 열팽창밸브
114 : 제2 원웨이 밸브 115 : 제1 웬웨이 밸브
120 : 압축기 130 : 어큐뮬레이터
140 : 제1 삼방향 밸브 150 : 제2 삼방향 밸브
160 : 제3 삼방향 밸브 170 : 공조케이스
180 : 템프도어 190 : 제1 실내 열교환기
191 : 제2 실내 열교환기 210 : 쿨런트-냉매 열교환기
220 : 펌프 100 : 라디에이터

Claims (9)

  1. 제1 냉매 순환라인에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(120); 공조케이스(170)의 외부에 설치되어 상기 제1 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 제1 실외 열교환기(110); 상기 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 교축하는 제1 열팽창밸브(112); 상기 공조케이스(170)의 내부에 설치되어 상기 공조케이스(170) 내부의 공기와 상기 제1 냉매 순환라인을 유동하는 냉매를 열교환시키는 제1 실내 열교환기(190); 상기 제1 냉매 순환라인에서 분기되어 상기 압축기(120)와 연결되는 제2 냉매 순환라인; 상기 공조케이스(170)의 외부에 배치되며 상기 제2 냉매 순환라인을 순환하는 냉매와 실외 공기를 열교환시키는 제2 실외 열교환기(111); 상기 공조케이스(170)의 내부에 배치되어 상기 제2 냉매 순환라인을 유동하는 냉매와 상기 공조케이스(170) 내부의 공기를 열교환 시키는 제2 실내 열교환기(191); 상기 압축기(120)로 유동되는 냉매와 열교환하는 냉각수가 유동되는 냉각수 순환라인; 상기 압축기(120)의 상류 측에 설치되어, 상기 압축기(120)로 유동되는 냉매와 상기 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수를 열교환 시키는 쿨런트-냉매 열교환기(210); 및 상기 냉각수 순환라인에 설치되어 냉각수를 가열하는 냉각수 가열수단을 포함하며,
    상기 압축기(120)에서 토출되는 냉매를 상기 제1,2 실외 열교환기(110)(111) 측으로 유동시키거나, 상기 제1 실외 열교환기(110) 또는 상기 제2 실내 열교환기(191) 측으로 유동시키는 제1 삼방향 밸브(140);
    상기 제1 삼방향 밸브(140)를 통과한 냉매를 상기 제1,2 실외 열교환기(110)(111) 측으로 유동시키거나, 상기 제1 실외 열교환기(110)와 제2 실외 열교환기(111) 중 적어도 하나를 통과한 냉매를 상기 압축기(120) 측으로 유동시키는 제2 삼방향 밸브(150); 및
    상기 제2 삼방향 밸브(150)를 통과한 냉매를 상기 제1 실외 열교환기(110) 측으로 유동시키거나, 상기 제1 삼방향 밸브(140)를 통과한 냉매를 상기 제1 실외 열교환기(110) 측으로 유동시키거나, 상기 제1 실외 열교환기(110)를 통과한 냉매를 상기 압축기(120) 측으로 유동시키는 제3 삼방향 밸브(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각수 가열수단은 연료를 연소시켜 열을 발생시키는 연소식 히터(200)로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각수 순환라인 상에는 냉각수를 강제 순환시키는 펌프(220)가 설치되며, 차량의 엔진, 배터리, 구동 모터(212) 및 인버터(211)를 포함하는 차량의 전장품과 냉각수가 서로 열교환 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 냉각수 순환라인은 상기 차량의 전장품으로부터 연장 형성되어 방열 작용하는 라디에이터(100)를 구비하고, 상기 라디에이터(100)의 상류 측에 차단 밸브(213)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 라디에이터(100)는 상기 제1 실외 열교환기(110) 또는 제2 실외 열교환기(111)의 후방 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 냉매 순환라인 상에는 상기 제2 삼방향 밸브(150)를 통과하여 상기 압축기(120)로 유동하는 냉매가 상기 제1 실내 열교환기(190) 측으로 역류하는 것을 방지하는 제1 원웨이 밸브(115)가 설치되고, 상기 제1 냉매 순환라인과 제2 냉매 순환라인을 연결하는 라인 상에 제2 냉매 순환라인을 유동하는 냉매가 제1 냉매 순환라인을 유동하도록 하는 제2 원웨이 밸브(114)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 실외 열교환기(110)는 제2 실외 열교환기(111)의 전방 측에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 실내 열교환기(190)는 제2 실내 열교환기(191)의 상류 측에 배치되고, 상기 제1 실내 열교환기(190)와 제2 실내 열교환기(191)의 사이에 템프도어(180)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
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