KR102039170B1 - Heat Pump For a Vehicle - Google Patents

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에스트라오토모티브시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 자동차용 히트펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1방향전환밸브, 제2방향전환밸브, 제3방향전환밸브, 제습라인 등을 구비하여 냉매의 흐름에 따라 냉방/난방/제상/제습운전을 수행하는 자동차용 히트펌프에 대한 발명이다. The present invention relates to a heat pump for an automobile, and more particularly, having a first diverter valve, a second diverter valve, a third diverter valve, a dehumidification line, and the like, for cooling / heating / defrost / The present invention relates to a heat pump for a vehicle performing dehumidifying operation.

Description

자동차용 히트펌프{Heat Pump For a Vehicle}Heat Pump For a Vehicle

본 발명은 자동차용 히트펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제1방향전환밸브, 제2방향전환밸브, 제3방향전환밸브, 제습라인 등을 구비하여 냉매의 흐름에 따라 냉방/난방/제상/제습운전을 수행하는 자동차용 히트펌프에 대한 발명이다. The present invention relates to a heat pump for an automobile, and more particularly, having a first diverter valve, a second diverter valve, a third diverter valve, a dehumidification line, and the like, for cooling / heating / defrost / The present invention relates to a heat pump for a vehicle performing dehumidifying operation.

환경 친화적인 산업 발전 및 화석원료를 대체하는 에너지원의 개발 기조아래, 근래 자동차 산업에서 가장 주목 받는 분야는 전기자동차와 하이브리드 자동차가 있다. 이들 전기자동차와 하이브리드 자동차에는 배터리가 장착되어 구동력을 제공하는데, 주행 운전뿐만 아니라 냉난방 시에도 배터리를 이용한다. Under the keynote of environmentally friendly industrial development and the development of energy sources to replace fossil raw materials, electric vehicles and hybrid vehicles are the most attentionable areas in the automobile industry in recent years. These electric vehicles and hybrid vehicles are equipped with batteries to provide driving power. The batteries are used not only for driving but also for heating and cooling.

냉난방 시 배터리가 열원으로 사용된다는 것은 그만큼 주행거리가 감소된다는 것을 의미하는데, 종래부터 위 문제를 극복하기 위하여 주로 가정용 냉난방장치로 활용되어오는 히트펌프를 자동차에 적용하는 방법이 제안되었다.When the battery is used as a heat source during the heating and cooling means that the mileage is reduced by that, in order to overcome the above problem, a method of applying a heat pump mainly used as a home air conditioning device in the car has been proposed.

히트펌프란 저온의 열을 흡수하여 흡수된 열을 고온으로 이동시키는 것을 말한다. 일 예로서의 히트펌프는 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래 일반적인 공조장치에 부족한 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.The heat pump is to absorb the heat of low temperature to move the absorbed heat to high temperature. An example heat pump has a cycle in which a liquid refrigerant evaporates in the evaporator, takes heat away from the surroundings, becomes a gas, and again liquefies while releasing heat to the surroundings by the condenser. When applied to an electric vehicle or a hybrid vehicle, there is an advantage that can secure a heat source lacking in the conventional general air conditioning apparatus.

그런데 차량의 난방운전 시 외기 온도가 너무 낮은 상태이면 외부열교환기에 서리가 착상되는 현상이 발생하고, 이로 인해 제상운전을 필요로 한다. 이때 대다수의 종래기술에서는 히트펌프의 제상운전 시 난방운전할 때 냉매가 순환하는 방향의 역방향으로 냉매 흐름을 전환하는 방식을 채택하였다.However, when the outside air temperature is too low during heating operation of the vehicle, frost occurs in the external heat exchanger, which requires defrosting operation. At this time, most of the prior art has adopted a method of switching the refrigerant flow in the reverse direction of the refrigerant circulation in the heating operation during the defrosting operation of the heat pump.

그런데 이와 같은 냉매 순환방향의 전환은 그 전환 시점에 내부열교환기의 난방성능을 저하시키는 원인이 되며, 경우에 따라서는 제상운전 시에는 난방을 제공하지 못하는 결과를 초래하는 바, 이는 난방열원 확보를 위한 히트펌프 시스템의 도입 목적에 반한다. 따라서, 이 문제는 히트펌프 시스템을 장착한 차량이 해결해야 할 가장 큰 요인으로 인식된다.However, such a change in the refrigerant circulation direction causes a decrease in the heating performance of the internal heat exchanger at the time of the switching, and in some cases, the heating cannot be provided during the defrosting operation. It is against the purpose of introducing a heat pump system. Therefore, this problem is recognized as the biggest factor to be solved by a vehicle equipped with a heat pump system.

각국의 자동차 제조업체에서 이 문제를 해결하기 위해 여러 연구들이 이어지고 있지만, 아직까지도 히트펌프 제상 운전 시 난방성능 강하 문제를 해결하기 위한 효과적인 방안이 미흡한 실정이다.Various studies have been conducted to solve this problem by automobile manufacturers in various countries, but there are still insufficient effective measures to solve the problem of lowering heating performance when defrosting a heat pump.

대한민국 등록특허공보 제10-0556116호Republic of Korea Patent Publication No. 10-0556116 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0103596호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2004-0103596

외기 온도가 저온일 때 난방운전을 가동하면 외부열교환기에 서리가 착상되는 현상이 발생하는데, 착상된 서리에 의해 외부열교환기에서의 열교환이 원활하지 않게 되어 난방성능이 저하되는 문제로 이어진다. When the heating operation is operated when the outside temperature is low temperature, frost occurs in the external heat exchanger, and the heat exchange in the external heat exchanger is not smoothed by the frost, which leads to a problem in that the heating performance is deteriorated.

발명에서는 외기 온도가 저온일 때, 난방성능을 최대한 유지하면서 외부열교환기에 서리 착상을 방지하는 히트펌프 구성과, 히트펌프 동작방법을 제안하고자 한다. The present invention proposes a heat pump configuration and a method of operating a heat pump to prevent frost on the external heat exchanger while maintaining maximum heating performance when the outside air temperature is low.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 냉매를 압축하여 토출하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 차실 내의 공기와 열교환시키는 내부열교환기; 상기 내부열교환기와 외부열교환기 사이의 냉매라인 상에 배치되고, 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제1팽창수단; 냉매를 외기와 열교환시키는 외부열교환기; 냉매라인을 순환하여 상기 압축기에 공급되는 냉매를 차실 내의 공기와 열교환시키는 증발기; 냉매라인 상에 배치되고, 상기 증발기에 유입되기 전에 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제2팽창수단; 냉매라인 상의 액상과 기상의 냉매 중 기상의 냉매를 상기 압축기에 유입시키는 어큐뮬레이터;를 포함하는 자동차용 히트펌프에 있어서,According to an embodiment of the present invention for solving the above problems a compressor for compressing and discharging the refrigerant; An internal heat exchanger configured to heat exchange the refrigerant discharged from the compressor with the air in the vehicle compartment; First expansion means disposed on a refrigerant line between the internal heat exchanger and the external heat exchanger and provided to expand the refrigerant; An external heat exchanger for exchanging refrigerant with outside air; An evaporator circulating a refrigerant line to heat-exchange the refrigerant supplied to the compressor with air in the vehicle compartment; A second expansion means disposed on a refrigerant line and provided to expand the refrigerant before entering the evaporator; An automotive heat pump comprising: an accumulator for introducing a gaseous refrigerant into the compressor among liquid and gaseous refrigerants on a refrigerant line.

상기 압축기에서 토출된 냉매를 차량의 공조모드에 따라 상기 내부열교환기로 공급하거나, 내부열교환기를 거치지 않고 외부열교환기 측으로 공급하는 제1방향전환밸브; 상기 제1팽창수단을 통과한 냉매 중 액상의 냉매를 상기 외부열교환기에 유입시키고, 기상의 냉매는 상기 외부열교환기 후단의 냉매라인상에 토출하는 기액분리수단; 상기 제1팽창수단을 통과한 냉매를 상기 기액분리수단을 통과하여 외부열교환기로 공급하게 하거나, 상기 기액분리수단을 통과하지 않고 외부열교환기로 직접적으로 공급하는 제2방향전환밸브; 및 상기 외부열교환기를 통과한 냉매와 상기 기액분리수단을 통과한 냉매를 차량의 공조모드에 따라 상기 제2팽창수단으로 공급하거나, 상기 제2팽창수단을 거치지 않고 상기 어큐뮬레이터 측으로 공급하는 제3방향전환밸브;를 더 포함하는 자동차용 히트펌프를 제공한다.A first direction switching valve for supplying the refrigerant discharged from the compressor to the internal heat exchanger according to the air conditioning mode of the vehicle or to the external heat exchanger side without passing through the internal heat exchanger; Gas-liquid separation means for introducing a liquid phase refrigerant from the refrigerant passing through the first expansion means into the external heat exchanger, and discharging the gaseous refrigerant onto a refrigerant line at a rear end of the external heat exchanger; A second direction switching valve for supplying the refrigerant having passed through the first expansion means to the external heat exchanger through the gas-liquid separation means or directly to the external heat exchanger without passing the gas-liquid separation means; And a third direction switch for supplying the refrigerant passing through the external heat exchanger and the refrigerant passing through the gas-liquid separation means to the second expansion means according to the air conditioning mode of the vehicle, or to the accumulator side without passing through the second expansion means. It provides a vehicle heat pump further comprising a valve.

여기서 상기 히트펌프는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the heat pump may be used in an electric vehicle or a hybrid vehicle.

그리고 상기 어큐뮬레이터와 상기 제3방향전환밸브 사이의 냉매라인 상에서 상기 증발기와 병렬적으로 배치되어, 폐열회수부와 열교환하도록 마련되는 제3열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And a third heat exchanger disposed in parallel with the evaporator on a refrigerant line between the accumulator and the third direction switching valve, the third heat exchanger being configured to exchange heat with the waste heat recovery unit.

여기서, 상기 폐열회수부는 전장폐열회수부와 캐빈룸폐열회수부를 포함할 수 있다.Here, the waste heat recovery unit may include an electric field waste heat recovery unit and a cabin room waste heat recovery unit.

일 실시예에 따르면 상기 제1팽창수단은 냉매라인을 선택적으로 완전 개방(full open)할 수 있도록 형성되는, 전자식팽창수단인 것을 특징으로 할 수 있다.According to one embodiment, the first expansion means may be an electronic expansion means, which is formed to selectively open the refrigerant line (full open) selectively.

일 실시예에 따르면, 상기 제1팽창수단 후단에서 상기 제2팽창수단 후단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인과, 제습라인을 개폐하는 개폐밸브를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the dehumidification line for directly supplying the refrigerant from the rear end of the first expansion means to the second expansion means may further include an opening and closing valve for opening and closing the dehumidification line.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 냉매라인 상에 압축기, 제1방향전환밸브, 내부열교환기, 제1팽창수단, 제2방향전환밸브, 기액분리수단, 외부열교환기, 제3방향전환밸브, 제2팽창수단, 증발기, 어큐뮬레이터가 배치되는 히트펌프의 동작방법에 있어서,According to another embodiment of the present invention, a compressor, a first divert valve, an internal heat exchanger, a first expansion means, a second divert valve, a gas-liquid separator, an external heat exchanger, a third diverter valve, and a second valve on a refrigerant line In the operation method of the heat pump, the expansion means, the evaporator, the accumulator is arranged,

상기 제1방향전환밸브에 의해 상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 차량의 공조모드에 따라 상기 내부열교환기로 공급하거나, 내부열교환기를 거치지 않고 외부열교환기 측에 공급하고, 상기 제2방향전환밸브에 의해 상기 제1팽창수단을 통과한 냉매를 차량의 공조모드에 따라 기액분리수단으로 공급하거나, 상기 기액분리수단을 거치지 않고 외부열교환기에 직접적으로 공급하며, 상기 제3방향전환밸브에 의해 상기 외부열교환기를 통과한 냉매와 기액분리수단을 통과한 냉매를 차량의 공조 모드에 따라 상기 제2팽창수단으로 공급하거나, 상기 제2팽창수단을 거치지 않고 상기 어큐뮬레이터 측으로 공급하고, 상기 제1팽창수단 후단에서 상기 제2팽창수단 후단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인과, 제습라인을 개폐하는 개폐밸브를 형성하되, 상기 제1방향전환밸브, 제2방향전환밸브, 제3방향전환밸브 및 상기 제습라인 상에 위치한 개폐밸브의 거동에 의해 냉방운전, 난방운전, 제상운전, 제습-난방운전이 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프의 동작방법을 제공한다.The refrigerant discharged from the compressor by the first direction switching valve is supplied to the internal heat exchanger according to the air conditioning mode of the vehicle, or to the external heat exchanger side without passing through the internal heat exchanger, and the second direction switching valve The refrigerant passing through the first expansion means is supplied to the gas-liquid separation means according to the air conditioning mode of the vehicle, or directly to the external heat exchanger without passing through the gas-liquid separation means, and passes through the external heat exchanger by the third direction switching valve. The refrigerant and the refrigerant passing through the gas-liquid separation means are supplied to the second expansion means according to the air conditioning mode of the vehicle, or to the accumulator side without passing through the second expansion means, and the second expansion means is provided at the rear end of the first expansion means. A dehumidification line for directly supplying refrigerant to the rear end of the expansion means and an on / off valve for opening and closing the dehumidification line, Cooling operation, heating operation, defrosting operation, dehumidification-heating operation are performed by the behavior of the first direction switching valve, the second direction switching valve, the third direction switching valve and the switching valve located on the dehumidification line. It provides a method of operating a heat pump for a vehicle.

일 실시예에 따르면 상기 어큐뮬레이터와 상기 제3방향전환밸브 사이의 냉매라인 상에서 상기 증발기와 병렬적으로 배치되어, 폐열회수부와 열교환하도록 마련되는 제3열교환기;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment, the third heat exchanger is disposed in parallel with the evaporator on the refrigerant line between the accumulator and the third direction switching valve, the heat exchanger is provided to heat exchange with the waste heat recovery unit.

일 실시예에 따르면, 냉방운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 제1팽창수단, 외부열교환기, 제2팽창수단, 증발기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키되, 상기 제1팽창수단은 완전개방시키는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an embodiment, as a cooling operation method, the refrigerant is passed through a compressor, a first expansion means, an external heat exchanger, a second expansion means, an evaporator, an accumulator, a compressor, and the first expansion means is completely opened. It can be characterized.

그리고 난방운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 내부열교환기, 제1팽창수단, 기액분리수단, 외부열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the heating operation method may be characterized in that the refrigerant is passed through the compressor, the internal heat exchanger, the first expansion means, the gas-liquid separation means, the external heat exchanger, the accumulator, the compressor in order.

그리고 제상운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 내부열교환기, 제1팽창수단, 외부열교환기, 제2팽창수단, 증발기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키되, 상기 제1팽창수단은 완전개방시키는 것을 특징으로 할 수 있다.And a defrosting operation, wherein the refrigerant is passed through a compressor, an internal heat exchanger, a first expansion means, an external heat exchanger, a second expansion means, an evaporator, an accumulator, and a compressor, and the first expansion means is completely opened. can do.

아울러, 제습-난방운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 내부열교환기, 제1팽창수단, 기액분리수단, 외부열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키고, 상기 제습라인에 냉매의 흐름을 일부 분기시켜 상기 증발기 측에 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, as a dehumidification-heating operation method, the refrigerant is passed through a compressor, an internal heat exchanger, a first expansion means, a gas-liquid separation means, an external heat exchanger, an accumulator, and a compressor, and branched the flow of the refrigerant to the dehumidification line by the branch. It may be characterized by supplying to the evaporator side.

본 발명의 일 실시예에 따르면 제상운전 동안에도 난방을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 히트펌프 시스템에 의하면 제상운전이 필요한 경우 난방운전할 때의 냉매 순환방향을 그 역방향으로 전환시키지 않고도 제상운전이 가능하다. 이로인해 제상시의 난방성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다. According to an embodiment of the present invention can provide heating even during defrosting operation. More specifically, according to the heat pump system of the present invention, when the defrosting operation is required, the defrosting operation is possible without switching the refrigerant circulation direction during the heating operation to the reverse direction. This can prevent deterioration in heating performance during defrosting.

그리고 무엇보다도 본 발명의 일 실시예에 따르면 외기온도가 저온 시 난방운전을 할 때, 제1팽창수단을 통과한 냉매가 기액분리수단을 통과하여, 액상의 냉매는 외부 열교환기로 공급되고, 기상의 냉매는 외부열교환기의 후단의 냉매라인상에 토출할 수 있다. 이로써 외부열교환기에 액상의 냉매만 흐르게 되어 외부열교환기에서의 증발 온도를 상승시켜 착상을 지연하게 된다. First of all, according to an embodiment of the present invention, when the heating operation is performed at low temperature, the refrigerant passing through the first expansion means passes through the gas-liquid separation means, and the liquid refrigerant is supplied to the external heat exchanger. The coolant may be discharged on the coolant line at the rear end of the external heat exchanger. As a result, only the liquid refrigerant flows to the external heat exchanger, thereby raising the evaporation temperature in the external heat exchanger to delay the conception.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 외기 온도가 저온일 때 부족한 열원을 전장품, 캐빈룸 등의 폐열을 이용하여 보충함으로써 난방능력을 향상시키는 효과도 가진다.In addition, according to an embodiment of the present invention has an effect of improving the heating capacity by replenishing the insufficient heat source when the outside temperature is low temperature using waste heat, such as electrical equipment, cabins.

덧붙여, 본 발명의 일 실시예에 따르면 냉방운전 시 고온, 고압의 냉매가 내부열교환기를 통과하지 않도록 하므로 히트픽업을 방지하는 효과도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the refrigerant of high temperature and high pressure does not pass through the internal heat exchanger during the cooling operation, thereby preventing heat pick-up.

아울러, 별도의 제습라인을 구비함으로써, 제습-난방시 제습의 효과를 극대화할 수도 있다.In addition, by providing a separate dehumidification line, it is possible to maximize the effect of dehumidification during dehumidification-heating.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 냉방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 난방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 제상운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 제습-난방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a circulation path of a refrigerant in a cooling operation mode in a heat pump system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view illustrating a circulation path of a refrigerant in a heating operation mode in a heat pump system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a circulation path of the refrigerant in the defrosting operation mode in the configuration of the heat pump system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a circulation path of a refrigerant in a dehumidification-heating operation mode in the configuration of a heat pump system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 '자동차용 히트펌프'에 대하여 상세하게 설명한다. 설명하는 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the 'heat pump for automobiles' of the present invention. The described embodiments are provided to enable those skilled in the art to easily understand the technical spirit of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto. In addition, the matters represented in the accompanying drawings may be different from the form actually embodied in the schematic drawings in order to easily explain the embodiments of the present invention.

어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. The expression 'comprising' certain components merely refers to the presence of the components as an 'open' expression, and should not be understood as excluding additional components.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. Further, when a component is referred to as being connected or connected to another component, it should be understood that there may be a direct connection or connection to that other component, but there may be other components in between.

또한 '제1, 제2, 제3' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.Also, expressions such as 'first, second, third', etc. are used only for distinguishing a plurality of configurations, and do not limit the order or other features between the configurations.

도 1 내지 도 4를 참조로 본원발명의 자동차용 히트펌프 시스템 및 히트펌프 동작방법에 대해 설명하기로 한다.With reference to Figures 1 to 4 will be described for the automotive heat pump system and heat pump operating method of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 냉방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 난방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 제상운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템의 구성에서, 제습-난방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a circulation path of a refrigerant in a cooling operation mode in a heat pump system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view illustrating a circulation path of a refrigerant in a heating operation mode in a heat pump system according to an embodiment of the present invention. 3 is a view illustrating a circulation path of the refrigerant in the defrosting operation mode in the configuration of the heat pump system according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram illustrating a circulation path of a refrigerant in a dehumidification-heating operation mode in the configuration of a heat pump system according to an embodiment of the present invention.

먼저, 본원발명의 일 실시예에 따른 자동차용 히트펌프의 구성은 다음과 같다. First, the configuration of a heat pump for an automobile according to an embodiment of the present invention is as follows.

본 발명의 히트펌프 시스템은 화석연료를 사용하는 내연기관을 구비하지 않고 배터리만으로 구동하는 전기 자동차 및, 내연기관과 배터리가 동시에 장착된 하이브리드 자동차에 적용될 수 있을 것이다.The heat pump system of the present invention may be applied to an electric vehicle driven only by a battery without an internal combustion engine using fossil fuel, and a hybrid vehicle equipped with an internal combustion engine and a battery at the same time.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 히트펌프는 상기 냉매라인 상에 압축기(110), 제1방향전환밸브(210), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(220), 제2방향전환밸브(240), 외부열교환기(120), 제3방향전환밸브(250), 제2팽창수단(230), 어큐뮬레이터(ACC)가 배치될 수 있다.Automotive heat pump according to an embodiment of the present invention, the compressor 110, the first direction switching valve 210, the internal heat exchanger 110, the first expansion means 220, the second direction switching on the refrigerant line The valve 240, the external heat exchanger 120, the third direction switching valve 250, the second expansion means 230, and the accumulator (ACC) may be disposed.

그리고 상기 어큐뮬레이터(ACC)와 상기 제3방향전환밸브(250) 사이의 냉매라인 상에서 상기 증발기와 병렬적으로 배치되어, 폐열회수부와 열교환하도록 마련되는 제3열교환기(130)를 더 포함할 수 있다.And a third heat exchanger 130 disposed in parallel with the evaporator on a refrigerant line between the accumulator ACC and the third direction switching valve 250 to exchange heat with the waste heat recovery unit. have.

보다 구체적으로 냉매가 유동하는 냉매라인 상에는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(COMP); 냉매를 차실 내의 공기와 열교환시키는 내부열교환기(110); 냉매를 외기와 열교환시키는 외부열교환기(120); 상기 내부열교환기와 외부열교환기 사이의 냉매라인 상에 배치되고, 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제1팽창수단(220) 냉매를 외기와 열교환시키는 외부열교환기; 냉매라인을 순환하여 상기 압축기에 공급되는 냉매를 차실 내의 공기와 열교환시키는 증발기(140); 냉매라인 상에 배치되고, 상기 증발기(220)에 유입되기 전에 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제2팽창수단(230); 냉매라인 상의 액상과 기상의 냉매 중 기상의 냉매를 상기 압축기(110)에 유입시키는 어큐뮬레이터(ACC);가 배치된다.More specifically, on the refrigerant line through which the refrigerant flows, a compressor (COMP) for compressing and discharging the refrigerant; An internal heat exchanger (110) for exchanging refrigerant with air in the vehicle compartment; An external heat exchanger (120) for exchanging refrigerant with outside air; An external heat exchanger disposed on a refrigerant line between the internal heat exchanger and the external heat exchanger, and configured to heat-exchange the refrigerant with external air, the first expansion means 220 provided to expand the refrigerant; An evaporator 140 configured to circulate a refrigerant line to heat-exchange the refrigerant supplied to the compressor with air in the vehicle compartment; A second expansion means (230) disposed on the refrigerant line and provided to expand the refrigerant before entering the evaporator (220); An accumulator (ACC) for introducing a gaseous refrigerant into the compressor 110 among liquid and gaseous refrigerants on the refrigerant line.

아울러, 본 발명의 히트펌프는 상기 압축기(COMP)로부터 토출되는 냉매의 유동방향을 전환하는 제1방향전환밸브(210)를 포함할 수 있다. In addition, the heat pump of the present invention may include a first direction switching valve 210 for switching the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor (COMP).

도면에 도시되는 바와 같이 제1방향전환밸브(210)에 의해 냉매라인은 line 1-1과 line 1-2로 분기될 수 있다. As shown in the figure, the refrigerant line may be branched into line 1-1 and line 1-2 by the first direction switching valve 210.

냉매라인 상에 구비된 제1방향전환밸브(210)는 상기 압축기(COMP)로부터 배출되는 냉매를 차량의 공조모드에 따라 상기 내부열교환기(110) 측으로 공급하거나 내부열교환기(110)를 거치지 않고 외부열교환기(120) 측에 공급하게 된다. 이를 위해 제1방향전환밸브(210)는 3-Way 밸브로 이루어질 수 있다. 제1방향전환밸브(210)가 3-Way 밸브인 경우 냉매를 외부열교환기(120)에 공급하는 동작과, 내부열교환기(110)에 냉매를 공급하는 동작은 선택적으로 이루어질 수 있다. The first direction switching valve 210 provided on the refrigerant line supplies the refrigerant discharged from the compressor COMP to the internal heat exchanger 110 side or the external heat exchanger 110 without passing through the internal heat exchanger 110 according to the air conditioning mode of the vehicle. Supply to the side of the machine (120). To this end, the first direction switching valve 210 may be formed of a 3-way valve. When the first direction switching valve 210 is a 3-way valve, the operation of supplying the refrigerant to the external heat exchanger 120 and the operation of supplying the refrigerant to the internal heat exchanger 110 may be selectively performed.

종래의 히트펌프 시스템에서 냉방운전시, 냉매가 내부열교환기를 거쳐 팽창수단으로 유입되는 경우에는 내부열교환기에 잔류한 열로 인해 히트 픽업(heat pick-up)현상이 발생할 수 있는데, 제1방향전환밸브(210)가 외부열교환기(120) 측으로 고온 고압의 냉매를 바로 배출하게 됨으로써, 히트 픽업 현상에 따른 냉방성능 저하를 방지하게 된다. 다시 말해 본 발명의 제1방향전환밸브(210) 구성과 외부열교환기(120) 측으로 직접 냉매를 유동시키는 경로(line 1-1)를 이용하여 히트 픽업을 방지할 수 있다.  In a conventional heat pump system, when the refrigerant flows into the expansion means through the internal heat exchanger, heat pick-up may occur due to the heat remaining in the internal heat exchanger. Since the 210 immediately discharges the high temperature and high pressure refrigerant to the external heat exchanger 120, the cooling performance is prevented from being lowered due to the heat pickup phenomenon. In other words, the heat pickup may be prevented by using the configuration of the first diverter valve 210 and the path 1-1 through which the refrigerant flows directly to the external heat exchanger 120.

상기 압축기(COMP)와 제1방향전환밸브(210)를 연결하는 냉매라인 상에는 압력센서(미도시)가 장착되어 상기 압축기(COMP)로부터 압축된 상태로 배출되는 냉매의 압력을 감지할 수 있다. 감지된 냉매의 압력 정보에 기초하여 제1방향전환밸브(210)를 제어할 수 있다.A pressure sensor (not shown) may be mounted on the refrigerant line connecting the compressor COMP and the first direction switching valve 210 to detect the pressure of the refrigerant discharged from the compressor COMP. The first direction switching valve 210 may be controlled based on the sensed pressure information of the refrigerant.

상기 제1방향전환밸브(210)는, 냉방운전모드에서 고온 고압의 냉매가 내부열교환기(110)를 통과하지 않도록 한다. 이때 압축기(COMP)에서 토출된 고온, 고압의 냉매는 완전개방된 제1팽창수단(220)을 그대로 통과한 후 외부열교환기(120)에서 응축된다.The first direction switching valve 210, the refrigerant of the high temperature and high pressure in the cooling operation mode does not pass through the internal heat exchanger (110). At this time, the high-temperature, high-pressure refrigerant discharged from the compressor (COMP) is condensed in the external heat exchanger 120 after passing through the first expansion means 220 is completely opened.

반면, 상기 제1방향전환밸브(210)는 난방운전모드, 제상운전모드 및 제습-난방운전모드에서는 상기 냉매가 내부열교환기(110)를 통과한 이후, 상기 제1팽창수단(220)으로 공급되도록 한다. 이때 압축기(COMP)에서 토출된 고온, 고압의 냉매는 내부열교환기(110)를 통과하면서 응축되므로 온도가 낮아지고, 응축된 이후의 냉매가 제1팽창수단(220)을 거쳐, 외부열교환기(120)측으로 유입된다.On the other hand, in the heating operation mode, the defrosting operation mode and the dehumidification-heating operation mode, the first direction switching valve 210 is supplied to the first expansion means 220 after the refrigerant passes through the internal heat exchanger 110. do. At this time, the high temperature and high pressure refrigerant discharged from the compressor (COMP) is condensed while passing through the internal heat exchanger (110), the temperature is lowered, and the refrigerant after condensation passes through the first expansion means (220), and the external heat exchanger (120). Inflow to the side.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1팽창수단(220)은 선택적으로 냉매라인을 완전 개방(full open)할 수 있도록 형성되는 전자식팽창수단일 수 있다. 사용자 또는 제어기의 입력에 따라 냉매라인의 개도량을 자유롭게 조절 가능하다. 배관 형상에 따라 개도량이 정해져, 냉매라인의 압력을 자유롭게 조절할 수 없는 기계식팽창수단과는 다르다. On the other hand, the first expansion means 220 according to an embodiment of the present invention may be an electronic expansion means formed to selectively open the refrigerant line (full open). The opening amount of the refrigerant line can be freely adjusted according to the input of the user or the controller. The opening amount is determined according to the pipe shape, which is different from the mechanical expansion means in which the pressure in the refrigerant line cannot be freely adjusted.

나아가 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는 상기 제1팽창수단(220)을 통과한 냉매 중 액상의 냉매를 상기 외부열교환기(120)에 유입시키고, 기상의 냉매는 상기 외부열교환기(120) 후단의 냉매라인상에 토출하는 기액분리수단(300)을 더 포함할 수 있다. 여기서의 기액분리수단(300)은 전술한 어큐뮬레이터(ACC)와 유사하게 냉매를 기상과 액상으로 구분하는 역할을 한다. 다만, 어큐뮬레이터(ACC)가 압축기에 기상의 냉매를 공급하는데 초점이 맞춰진 구성이라면, 기액분리수단(300)은 기상 냉매의 토출과 액상 냉매의 토출 모두에 주목하는 구성이라 할 수 있다.Furthermore, the heat pump according to an embodiment of the present invention introduces a liquid refrigerant from the refrigerant passing through the first expansion means 220 into the external heat exchanger 120, and the refrigerant in the gas phase is the external heat exchanger 120. It may further include a gas-liquid separation means for discharging on the refrigerant line of the rear end. Here, the gas-liquid separation means 300 serves to divide the refrigerant into the gas phase and the liquid phase similarly to the accumulator (ACC) described above. However, if the accumulator (ACC) is a configuration focused on supplying the refrigerant in the gas phase to the compressor, the gas-liquid separation means 300 may be said to focus on both the discharge of the gas phase refrigerant and the discharge of the liquid refrigerant.

외기온도가 저온 시 난방운전을 할 때, 제1팽창수단을 통과한 냉매가 기액분리수단(300)을 통과하여, 액상의 냉매는 외부열교환기(120)로 공급되고, 기상의 냉매는 외부열교환기(120)의 후단의 냉매라인상에 토출되도록 한다. 이로써 외부열교환기에 액상의 냉매만 흐르게 되어 외부열교환기에서의 증발 온도를 상승시켜 착상을 지연하는 효과를 가져온다.When the heating operation is performed when the outside temperature is low, the refrigerant passing through the first expansion means passes through the gas-liquid separation means 300, and the liquid refrigerant is supplied to the external heat exchanger 120, and the refrigerant in the gas phase is external heat exchange. It is to be discharged on the refrigerant line of the rear end of the machine (120). As a result, only the liquid refrigerant flows through the external heat exchanger, thereby increasing the evaporation temperature in the external heat exchanger, thereby delaying the conception.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1팽창수단(220)을 통과한 냉매를 상기 기액분리수단(300)을 통과하여 외부열교환기(120)로 공급하게 하거나, 상기 기액분리수단(300)을 통과하지 않고 외부열교환기(120)로 직접적으로 공급하는 제2방향전환밸브(240)를 더 포함할 수 있다. 제2방향전환밸브(240) 역시 제1방향전환밸브(210)와 마찬가지로 3-Way 밸브가 해당될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the refrigerant passing through the first expansion means 220 passes through the gas-liquid separating means 300 to be supplied to the external heat exchanger 120, or the gas-liquid separating means 300. It may further include a second direction switching valve 240 for supplying directly to the external heat exchanger 120 without passing through. Like the first direction switching valve 210, the second direction switching valve 240 may correspond to a 3-way valve.

제2방향전환밸브(240)는 냉방운전모드와 제상운전모드에서 제1팽창수단(220)을 통과한 냉매가 외부열교환기(120)로 직접적으로 공급되도록 하며, 이와 달리 난방운전모드와 제습-난방운전모드에서는 제1팽창수단(220)을 통과한 냉매가 기액분리수단(300)을 거쳐 외부열교환기(120)로 공급되도록 한다. 난방운전모드와 제습-난방운전모드에서 제2방향전환밸브(240)는 기액분리수단(300)과 연동한다. The second direction switching valve 240 allows the refrigerant passing through the first expansion means 220 to be directly supplied to the external heat exchanger 120 in the cooling operation mode and the defrosting operation mode. In the heating operation mode, the refrigerant passing through the first expansion means 220 is supplied to the external heat exchanger 120 through the gas-liquid separation means 300. In the heating operation mode and the dehumidification-heating operation mode, the second direction switching valve 240 is interlocked with the gas-liquid separation means 300.

아울러, 본 발명의 히트펌프는 상기 외부열교환기(120)를 통과한 냉매의 유동방향을 전환하는 제3방향전환밸브(250)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제3방향전환밸브(250)는 외부열교환기(120)와 제2팽창수단(230) 사이에 위치한다. In addition, the heat pump of the present invention may further include a third direction switching valve 250 for switching the flow direction of the refrigerant passing through the external heat exchanger 120. The third diverter valve 250 according to an embodiment of the present invention is located between the external heat exchanger 120 and the second expansion means 230.

제3방향전환밸브(250)는 외부열교환기(120)를 통과한 냉매를 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 유입시키거나, 제2팽창수단(230)으로 유입시키는 역할을 한다. 제3방향전환밸브(250) 또한 제1방향전환밸브(210)와 마찬가지로 3-Way 밸브에 해당할 수 있으며, 제3방향전환밸브(250)가 3-Way 밸브인 경우 냉매를 어큐뮬레이터(ACC)에 공급하는 동작과, 제2팽창수단(240)에 냉매를 공급하는 동작은 선택적으로 이루어질 수 있다. The third direction switching valve 250 serves to introduce the refrigerant passing through the external heat exchanger 120 to the accumulator (ACC) side or to the second expansion means 230. Like the first diverter valve 210, the third diverter valve 250 may correspond to a three-way valve. When the third diverter valve 250 is a three-way valve, the refrigerant may accumulate (ACC). And supplying the refrigerant to the second expansion means 240 may be selectively performed.

여기서의 제2팽창수단(230)은 기계식 팽창수단일 수 있으며, 배관형상에 따라 제2팽창수단(230) 전후의 압력차가 일정하게 설정된다. 원가절감 측면에서 본 발명에서는 제1팽창수단(220)만이 전동식 팽창수단이면 족하다. Here, the second expansion means 230 may be a mechanical expansion means, and the pressure difference before and after the second expansion means 230 is set constant according to the pipe shape. In view of cost reduction, in the present invention, only the first expansion means 220 is sufficient as the electric expansion means.

구체적으로 제3방향전환밸브(250)는 냉방운전모드와 제상운전모드에서, 상기 냉매가 제2팽창수단(230)과 증발기(140)를 통과한 후 어큐뮬레이터(ACC)로 공급되도록 한다. 외부열교환기(120)를 지나 응축된 냉매가 제2팽창수단(230)을 통과하면서 감압 팽창되고 증발기(140)를 지나 어큐뮬레이터(ACC)에 유입된다. Specifically, the third direction switching valve 250 is supplied to the accumulator (ACC) after the refrigerant passes through the second expansion means 230 and the evaporator 140 in the cooling operation mode and the defrost operation mode. The refrigerant condensed after passing through the external heat exchanger 120 is expanded under reduced pressure while passing through the second expansion means 230, and flows into the accumulator ACC through the evaporator 140.

반면, 상기 제3방향전환밸브(250)는 난방운전모드와 제습-난방운전모드에서 상기 냉매가 제2팽창수단(230)과 증발기(140)를 통과하지 않고 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 공급되도록 한다. On the other hand, the third diverter valve 250 allows the refrigerant to be supplied to the accumulator (ACC) side without passing through the second expansion means 230 and the evaporator 140 in the heating operation mode and the dehumidification-heating operation mode.

어큐뮬레이터(ACC)와 제3방향전환밸브(250) 사이에 제3열교환기(130)가 배치된 경우에는, 냉매가 제3열교환기(130)를 거쳐 어큐뮬레이터(ACC)에 유입된다. 외부열교환기(120)를 통과하면서 증발되어 저온 저압의 기상과 액상이 혼재된 냉매는 제3열교환기(130)를 거치며, 폐열을 제공받아 2차 증발할 수 있다.When the third heat exchanger 130 is disposed between the accumulator ACC and the third direction switching valve 250, the refrigerant flows into the accumulator ACC through the third heat exchanger 130. The refrigerant that is evaporated while passing through the external heat exchanger 120 and mixed with the low-temperature low-pressure gas phase and the liquid phase may pass through the third heat exchanger 130 to receive secondary heat to evaporate.

다시 말하지만, 어큐뮬레이터(ACC)는 기상과 액상의 냉매중 기상의 냉매만 압축기(COMP)로 유입될 수 있도록 하는 구조로서, 경우에 따라 액상의 냉매는 저장할 수 있도록 형성될 수 있다.In other words, the accumulator (ACC) is a structure in which only the gaseous refrigerant in the gaseous phase and the liquid phase refrigerant can be introduced into the compressor (COMP), and in some cases, the liquid phase refrigerant may be formed to be stored.

상술한 제1방향전환밸브(210)와 제2방향전환밸브(240) 및 제3방향전환밸브(250)에 의한 냉매의 거동은 히트펌프 동작방법에서 다시한번 상세히 후술하기로 한다. The behavior of the refrigerant caused by the first direction switching valve 210, the second direction switching valve 240, and the third direction switching valve 250 will be described later in detail in the method of operating the heat pump.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는 난방운전 시 부족한 열원을 보충하기 위해, 공조케이스(10) 내부에 히트코어(310)를 추가적으로 구비할 수 있다. 히트코어(310)는 차량에 구비된 배터리과 연결되어 발열에 필요한 에너지를 공급받는다. 히트코어(310)는 PTC 히터(310)가 해당될 수 있다. 필요에 따라 공조케이스 내부를 차량 탑승자가 원하는 온도로 가열한다. 히트코어(310)는 본 발명 히트펌프의 난방운전모드를 보조하여 난방온도를 빠른 시간 내에 원하는 온도로 끌어올리는 데 기여한다.On the other hand, the heat pump according to an embodiment of the present invention may further include a heat core 310 in the air conditioning case 10 to compensate for the heat source lacking during the heating operation. The heat core 310 is connected to a battery provided in the vehicle to receive the energy required for heat generation. The heat core 310 may correspond to the PTC heater 310. If necessary, the inside of the air conditioning case is heated to a temperature desired by the vehicle occupant. The heat core 310 assists in heating operation mode of the heat pump of the present invention and contributes to raising the heating temperature to a desired temperature within a short time.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 제3열교환기(130)에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 제3열교환기(130)는 제3방향전환밸브(250)와 어큐뮬레이터(ACC)사이에 위치하여 폐열을 냉매라인 상에 공급하는 역할을 한다.Next, a third heat exchanger 130 according to an embodiment of the present invention will be described in detail. The third heat exchanger 130 of the present invention is positioned between the third direction switching valve 250 and the accumulator (ACC) to supply waste heat to the refrigerant line.

제3열교환기(130)는 폐열회수부(150)로부터 폐열을 제공받는데, 이 폐열회수부(150)에는 전장폐열회수부 또는 캐빈룸폐열회수부가 포함될 수 있다. 즉, 제3열교환기(130)를 매개로 전장품 및/또는 캐빈룸의 폐열을 냉매라인 상에 제공한다. 냉매라인 상에 제공된 폐열을 이용하여 압축기(COMP)로 유입되는 냉매의 온도를 높일 수 있고, 이로 인해 압축기 구동에 필요한 전력을 절감할 수 있고, 또한 외기온도가 저온 시 난방능력을 향상시킬 수도 있다. The third heat exchanger 130 receives waste heat from the waste heat recovery unit 150. The waste heat recovery unit 150 may include an electric field waste heat recovery unit or a cabin room waste heat recovery unit. That is, the waste heat of the electrical equipment and / or the cabin is provided on the refrigerant line through the third heat exchanger 130. By using the waste heat provided on the refrigerant line, the temperature of the refrigerant flowing into the compressor (COMP) can be increased, thereby reducing the power required for driving the compressor, and also improving the heating capacity at low ambient temperatures. .

보다 구체적으로 본 발명의 제3열교환기(130)는 폐열측 파트(131)와 냉매측 파트(132)로 구분될 수 있다. 제3열교환기(130)는 두 개의 서로 다른 유체가 만나 각각의 유체가 가지는 열에너지를 전달하는데, 여기의 제3열교환기(130)에는 별도의 열 제공수단이 연결되지 않으므로 열역학 제3법칙에 의거하면, 보다 뜨거운 온도를 가진 유체로부터 차가운 온도를 가지는 유체로 열이 전달될 것이다. 제3열교환기(130)에서 만나는 유체는 서로 혼합되지 않도록 구성된다. More specifically, the third heat exchanger 130 of the present invention may be divided into a waste heat side part 131 and a refrigerant side part 132. The third heat exchanger 130 meets two different fluids and transfers heat energy of each fluid. Since the third heat exchanger 130 is not connected to a separate heat providing means, the third heat exchanger 130 is based on the third law of thermodynamics. This will transfer heat from the fluid with the hotter temperature to the fluid with the colder temperature. The fluids encountered in the third heat exchanger 130 are configured not to be mixed with each other.

실시예에 따라 제3열교환기(130)는 냉각기로 널리 쓰이는 통상의 칠러(chiller)와 같은 기능 과 형상으로 형성될 수도 있다. According to an embodiment, the third heat exchanger 130 may be formed in the same function and shape as a conventional chiller commonly used as a cooler.

이하, 본 발명의 자동차용 히트펌프의 동작방법을 도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation method of the heat pump for a vehicle of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 발명의 냉방운전모드, 난방운전모드, 제상운전모드 그리고 제습-난방운전모드의 on/off, 공조모드에 따른 차량 내 온도의 조절, 공조모드 간의 전환을 위한 밸브의 거동과은 사용자의 선택 또는 차량의 제어기에 의해 자동적으로 조절 및 작동될 수 있다. 여기서 제어기란 차량에 마련된 통상의 VCU(Vehicle Control Unit)를 의미할 수 있다. Cooling operation mode, heating operation mode, defrosting operation mode and dehumidification-heating operation mode of the present invention on / off, the temperature control of the vehicle according to the air conditioning mode, the behavior of the valve for switching between the air conditioning mode and the user's choice or vehicle It can be adjusted and operated automatically by the controller. Here, the controller may mean a conventional vehicle control unit (VCU) provided in a vehicle.

제어기는 압력센서(미도시)를 통해 수신된 냉매의 압력정보와, 온도센서(미도시)를 통해 수신된 냉매의 온도를 감지하여 이하에서 설명하는 각 공조모드에서 밸브를 압축기를 구동시키고, 각 팽창수단(220, 230)의 개도 및 개폐밸브(260)의 개도를 조절하게 된다. 한편 전술한 바와 같이 제1팽창수단(220)은 전자식 팽창수단로 구성되어 제어기의 제어 입력을 본 발명 히트펌프 시스템에 매우 신속하게 반영시킬 수 있다. 또한, 제어기는 개폐 도어 및 송풍팬의 풍량을 제어하는 역할도 할 수 있다. 아울러, 차량에 요구되는 난방부하 또는 차량 공조모드에 따라 상기 폐열회수부 폐열 회수 및 열량 제공 여부, 열량 제공 시간 등을 결정하는 것도 상기 제어기에서 수행한다.The controller senses the pressure information of the refrigerant received through the pressure sensor (not shown) and the temperature of the refrigerant received through the temperature sensor (not shown) to drive the compressor in each air conditioning mode described below. The opening degree of the expansion means (220, 230) and the opening degree of the opening and closing valve 260 is adjusted. On the other hand, as described above, the first expansion means 220 is configured by the electronic expansion means can be reflected very quickly the control input of the controller to the heat pump system of the present invention. In addition, the controller may also play a role of controlling the air volume of the opening and closing door and the blowing fan. In addition, the controller may determine whether the waste heat recovery unit recovers waste heat and provides calories, a calorie providing time, and the like according to a heating load required for a vehicle or a vehicle air conditioning mode.

본 발명의 자동차용 히트펌프의 동작방법에 따르면 냉매라인 상에 압축기(COMP), 제1방향전환밸브(210), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(220), 제2방향전환밸브(240), 기액분리수단(300), 외부열교환기(120), 제3방향전환밸브(250), 제2팽창수단(230), 증발기(140), 어큐뮬레이터(ACC)가 배치되는 히트펌프의 동작방법에 있어서,According to the operating method of the automotive heat pump of the present invention on the refrigerant line compressor (COMP), the first direction switching valve 210, the internal heat exchanger 110, the first expansion means 220, the second direction switching valve ( 240, operation of the heat pump in which the gas-liquid separation means 300, the external heat exchanger 120, the third direction switching valve 250, the second expansion means 230, the evaporator 140, the accumulator (ACC) is disposed In the method,

상기 제1방향전환밸브(210)에 의해 상기 압축기(COMP)로부터 배출되는 냉매를 차량의 공조모드에 따라 상기 내부열교환기(110)로 공급하거나, 내부열교환기(110)를 거치지 않고 외부열교환기(120) 측에 공급하고, 상기 제2방향전환밸브(240)에 의해 상기 제1팽창수단(220)을 통과한 냉매를 차량의 공조모드에 따라 기액분리수단(300)으로 공급하거나, 상기 기액분리수단(300)을 거치지 않고 외부열교환기(120)에 직접적으로 공급하며, 상기 제3방향전환밸브(250)에 의해 상기 외부열교환기(120)를 통과한 냉매와 기액분리수단(300)을 통과한 냉매를 차량의 공조 모드에 따라 상기 제2팽창수단(230)으로 공급하거나, 상기 제2팽창수단(230)을 거치지 않고 상기 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 공급하고, 상기 제1팽창수단(220) 후단에서 상기 제2팽창수단(230) 후단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인과, 제습라인을 개폐하는 개폐밸브(260)를 형성하되, 상기 제1방향전환밸브(210), 제2방향전환밸브(240), 제3방향전환밸브(250) 및 상기 제습라인 상에 위치한 개폐밸브(260)의 거동에 의해 냉방운전, 난방운전, 제상운전, 제습-난방운전이 수행되는 것을 특징으로 한다.The refrigerant discharged from the compressor COMP by the first direction switching valve 210 is supplied to the internal heat exchanger 110 according to the air conditioning mode of the vehicle, or the external heat exchanger 120 does not pass through the internal heat exchanger 110. Supply to the gas-liquid separating means 300 according to the air-conditioning mode of the vehicle or the refrigerant passing through the first expansion means 220 by the second direction switching valve 240, or the gas-liquid separating means Directly supplied to the external heat exchanger 120 without passing through the 300, the refrigerant passing through the external heat exchanger 120 and the gas-liquid separation means 300 by the third direction switching valve 250 The refrigerant is supplied to the second expansion means 230 according to the air conditioning mode of the vehicle, or the refrigerant is supplied to the accumulator (ACC) side without passing through the second expansion means 230, and at the rear end of the first expansion means 220. The refrigerant is directly directed to the rear end of the second expansion means 230. A dehumidification line to be supplied to the air and an on / off valve 260 to open and close the dehumidification line, wherein the first direction switching valve 210, the second direction switching valve 240, the third direction switching valve 250 and the Cooling operation, heating operation, defrosting operation, dehumidification-heating operation is performed by the behavior of the on-off valve 260 located on the dehumidification line.

본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 동작방법에서는 상기 어큐뮬레이터(ACC)와 상기 제3방향전환밸브(250) 사이의 냉매라인 상에서 상기 증발기(140)와 병렬적으로 배치되어, 폐열회수부(150)와 열교환하도록 마련되는 제3열교환기(130);를 더 포함할 수 있는데, 이 경우 제3방향전환밸브(250)의 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 유출된 냉매는 제3열교환기(130)를 통과하여 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 유입되는 것을 의미할 수 있다.In the operating method of the heat pump according to an embodiment of the present invention is disposed in parallel with the evaporator 140 on the refrigerant line between the accumulator (ACC) and the third direction switching valve 250, waste heat recovery unit ( The third heat exchanger 130 is provided to heat exchange with the 150; In this case, the refrigerant flowing out to the accumulator (ACC) side of the third direction switching valve 250 is the third heat exchanger (130) It may be passed through the accumulator (ACC) side.

다음으로 도 1을 참조하여, 본 발명의 냉방운전모드에 대해 설명하기로 한다.Next, a cooling operation mode of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

냉방운전방법으로서는, 상기 냉매를 압축기(COMP), 제1팽창수단(220), 외부열교환기(120), 제2팽창수단(230), 증발기(140), 어큐뮬레이터(ACC), 압축기(COMP) 순서대로 통과시키되, 상기 제1팽창수단(220)은 완전개방(Full open)시키는 것을 특징으로 한다.As the cooling operation method, the refrigerant is compressed into a compressor (COMP), a first expansion means 220, an external heat exchanger 120, a second expansion means 230, an evaporator 140, an accumulator (ACC) and a compressor (COMP). Pass in order, the first expansion means 220 is characterized in that the full open (Full open).

여기서 제1방향전환밸브(210)의 내부열교환기(110) 측으로의 경로(line 1-2)는 폐쇄되고 외부열교환기(120) 측으로 직접적으로 연결되는 경로(line 1-1)만 개방된다. 본 발명에서 외부열교환기(120) 측으로 직접적으로 연결된다는 것은 완전 개방된 상태의 제1팽창수단(220)을 통과하여 외부열교환기(120) 측으로 연결되는 것을 의미할 수 있다.Here, the path line 1-2 of the first direction switching valve 210 toward the internal heat exchanger 110 is closed and only the path line 1-1 directly connected to the external heat exchanger 120 is opened. In the present invention, directly connected to the external heat exchanger 120 may mean that the external heat exchanger 120 is connected to the external heat exchanger 120 through the first expansion means 220 in a fully open state.

이때, 제1팽창수단(220)은 완전 개방(full open)되어 냉매의 압력강하 및 상태변화를 최소화한다. 따라서 압축기(COMP)로부터 토출된 고온, 고압, 기상의 냉매는 제1팽창수단(220)을 그대로 통과한 다음 외부열교환기(120)에서 비로소 차가운 외기와 만나 열교환하게 되면서 응축되며, 이로 인해 기상의 냉매가 액상의 냉매로 변환한다.At this time, the first expansion means 220 is fully open to minimize the pressure drop and the state change of the refrigerant. Therefore, the refrigerant of the high temperature, high pressure, and gaseous phase discharged from the compressor COMP passes through the first expansion means 220 as it is, and then condenses as it exchanges heat with cold air in the external heat exchanger 120. The refrigerant converts into a liquid refrigerant.

이 과정에서 제2방향전환밸브(240)는 냉매를 외부열교환기(120)로 공급하는 경로(line 1-3)를 개방하고, 기액분리수단(300)으로 공급하는 경로(line 1-4)는 폐쇄한다.In this process, the second direction switching valve 240 opens a path (line 1-3) for supplying the refrigerant to the external heat exchanger (120), and a path (line 1-4) for supplying the gas-liquid separation means (300). Closes.

계속해서 상기 외부열교환기(120)를 통과한 냉매는, 제3방향전환밸브(250)를 지나, 제2팽창수단(230)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압 액상의 냉매가 된 후, 증발기(140) 측으로 유입된다. 이때 제3방향전환밸브(250)는 냉매를 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 공급하는 경로(line 1-8)를 폐쇄하고, 제2팽창수단(230) 측 경로(line 1-7)만 개방한다.Subsequently, the refrigerant passing through the external heat exchanger 120 passes through the third direction switching valve 250 and expands under reduced pressure in the course of passing through the second expansion means 230 to become a low temperature low pressure liquid refrigerant. It is introduced to the evaporator 140 side. At this time, the third direction switching valve 250 closes the path (line 1-8) for supplying the refrigerant to the accumulator (ACC) side, and opens only the path (line 1-7) of the second expansion means 230 side.

증발기(140) 측으로 유입된 저온 저압의 액상의 냉매는 공조케이스(10) 내부에서 송풍팬(11)에 의해 공급된 공기를 냉각하게 되며, 이로 인해 차실 내 냉방이 이루어지게 된다. 이 과정에서 도어(12)는 내부열교환기(110)측의 공기 유동은 폐쇄하고, 공조케이스(10) 내로 유입된 후 증발기(140)를 만나 차가워진 공기를 곧바로 차실 내로 토출하도록 한다.The low temperature low pressure liquid refrigerant introduced into the evaporator 140 cools the air supplied by the blower fan 11 inside the air conditioning case 10, thereby cooling the vehicle interior. In this process, the door 12 closes the air flow of the internal heat exchanger 110 and flows into the air conditioning case 10 to meet the evaporator 140 to immediately discharge the cool air into the cabin.

이후, 증발기(140)를 통과한 저온, 저압의 기상과 액상이 혼합된 냉매는 어큐뮬레이터(ACC)를 통과하여 압축기(COMP)로 다시 유입된다. 이곳, 어큐뮬레이터(ACC)에서는 상기 압축기(COMP)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(COMP)로 기상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다. 분리된 액상의 냉매는 저장할 수 있다. Thereafter, the refrigerant mixed with the low-temperature, low-pressure gaseous phase and the liquid phase passed through the evaporator 140 passes through the accumulator ACC and flows back into the compressor COMP. Here, the accumulator ACC separates the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant from the refrigerant supplied to the compressor COMP so that only the gaseous refrigerant may be supplied to the compressor COMP. The separated liquid refrigerant can be stored.

냉방운전 시에는 이와 같은 방법으로 냉매가 순환하게 된다. In the cooling operation, the refrigerant is circulated in this manner.

즉, 상기 냉방운전모드에서 냉매는 압축기로부터의 토출, 완전개방(Full open)된 제1팽창수단(220)에서 그대로 통과하며, 외부열교환기(120)에서의 응축, 제2팽창수단(230)에서의 감압 팽창, 증발기(140)에서 증발되는 과정을 순차적으로 거치며, 차가워진 냉매가 공조케이스(10) 내부로 유입된 공기와 만나 차실 내를 냉각시키게 된다. That is, in the cooling operation mode, the refrigerant is discharged from the compressor and passes through the first expansion means 220 which is full open as it is, and the condensation in the external heat exchanger 120, the second expansion means 230. In the process of evaporation under reduced pressure, the evaporator 140 is sequentially evaporated, and the coolant coolant meets the air introduced into the air conditioning case 10 to cool the inside of the compartment.

도 2를 참조하여, 난방운전모드에 대해 설명하기로 한다.Referring to Figure 2, the heating operation mode will be described.

난방운전방법으로서는, 상기 냉매를 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(220), 기액분리수단(300), 외부열교환기(120), 어큐뮬레이터(ACC), 압축기(COMP) 순서대로 통과시키는 것을 특징으로 한다.As the heating operation method, the refrigerant is compressed into a compressor (COMP), an internal heat exchanger (110), a first expansion means (220), a gas-liquid separation means (300), an external heat exchanger (120), an accumulator (ACC), and a compressor (COMP). It is characterized by passing in order.

여기서는 제1방향전환밸브(210)의 구동에 의해 내부열교환기(110) 측으로의 경로(line 1-2)는 개방되고 외부열교환기(120) 측으로 직접 연결되는 경로(line 1-1)는 폐쇄된다. 따라서, 압축기에서 토출된 고온, 고압, 기상의 냉매는 내부열교환기(110)측으로 유입된다. Here, the path (line 1-2) to the internal heat exchanger 110 side is opened and the path (line 1-1) directly connected to the external heat exchanger 120 side is closed by the driving of the first direction switching valve 210. . Therefore, the high temperature, high pressure, and gaseous refrigerant discharged from the compressor flow into the internal heat exchanger 110.

내부열교환기(110)측으로 유입된 고온, 고압, 기상의 냉매는 송풍팬(11)을 통해 공조케이스(10) 내부로 유입된 공기와 열교환하면서 응축되어 기상의 냉매가 액상의 냉매로 변환한다. 그리고 내부열교환기(110)를 통과한 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실 내를 난방하게 된다. 이 과정에서 도어(12)는 내부열교환기(110)측의 공기 유동을 개방하고, 공조케이스(10) 내로 유입된 후 내부열교환기(110)를 만나 뜨거워진 공기를 차실 내로 토출하게 함으로써 난방을 수행한다.The refrigerant of high temperature, high pressure, and gaseous phase introduced into the internal heat exchanger 110 is condensed while exchanging heat with the air introduced into the air conditioning case 10 through the blower fan 11 to convert the refrigerant in the gas phase into a liquid refrigerant. In addition, the air passing through the internal heat exchanger 110 is converted into a warm air, and is supplied to the vehicle interior to heat the interior of the vehicle compartment. In this process, the door 12 opens the air flow on the internal heat exchanger 110 and heats the air by flowing into the air-conditioning case 10 and then encountering the internal heat exchanger 110 to discharge hot air into the cabin. .

그리고 내부열교환기(110)를 통과한 냉매는 제1팽창수단(220)을 지나면서 감압 팽창(suitably open)되어 저압의 냉매가 된다. 그리고 냉매는 외부열교환기(120)로 공급된다. 다만, 제1팽창수단(220)을 통과한 냉매는 외부열교환기(120)에 진입하기 전에 제2방향전환밸브(240)에 의해 기액분리수단(300)을 거친다. 여기서, 제2방향전환밸브(240)는 냉매를 외부열교환기(120) 측으로 직접적으로 공급하는 경로(line 1-3)는 폐쇄하고, 기액분리수단(300)으로 공급하는 경로(line 1-4)를 개방한다. 기액분리수단(300)을 통과한 냉매 중 액상의 냉매만이 외부열교환기(120)를 통과하게 되며, 기상의 냉매는 액상의 냉매와 분리되어 외부열교환기(120) 후단측에 공급된다. 이로인해 외부열교환기(120)에서의 증발작용이 극대화된다. The refrigerant passing through the internal heat exchanger 110 is suitably opened under the first expansion means 220 to become a low pressure refrigerant. The refrigerant is supplied to the external heat exchanger 120. However, the refrigerant passing through the first expansion means 220 passes through the gas-liquid separation means 300 by the second direction switching valve 240 before entering the external heat exchanger 120. Here, the second direction switching valve 240 is a path for supplying the refrigerant directly to the external heat exchanger 120 (line 1-3) is closed, the path for supplying the gas-liquid separation means 300 (line 1-4 Open). Only the refrigerant in the liquid phase passing through the gas-liquid separation means 300 passes through the external heat exchanger 120, and the refrigerant in the gas phase is separated from the liquid refrigerant and supplied to the rear end side of the external heat exchanger 120. This maximizes the evaporation in the external heat exchanger (120).

외부열교환기(120)에서 액상의 냉매는 증발하여, 기상과 액상의 혼합기 상태인 냉매로 변화한 다음 어큐뮬레이터(ACC)측으로 유입된다. 이때, 제3방향전환밸브(250)가 구비되어 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 공급하는 경로(line 1-8)는 개방하고, 제2팽창수단(230) 측 경로(line 1-7)는 폐쇄한다. In the external heat exchanger 120, the liquid refrigerant evaporates, changes into a refrigerant in a gas and liquid state, and then flows to the accumulator (ACC) side. At this time, the path (line 1-8) for supplying to the accumulator (ACC) side is provided with a third direction switching valve 250 is open, the path (line 1-7) of the second expansion means 230 side is closed.

실시예에 따라 어큐뮬레이터(ACC)와 제3방향전환밸브(250) 사이에 제3 제3열교환기(130)가 마련되는 경우, 냉매는 제3열교환기(130)에 의해 2차적으로 증발할 수 있다. According to an embodiment, when the third third heat exchanger 130 is provided between the accumulator ACC and the third direction switching valve 250, the refrigerant may be secondarily evaporated by the third heat exchanger 130. have.

제3열교환기(130) 측으로 유입된 냉매는 폐열회수부 측에 별도로 마련된 유체라인과 열교환할 수 있다. 여기서 열교환은 선택적으로 이루어질 수 있으며, 주로 냉매의 온도를 더 높여 난방성능을 향상시키고자 할 때 냉매가 폐열회수부 측의 유체라인으로부터 열을 제공받는 형태로 열교환한다. 예를 들어, 실외 온도가 소정 온도(예컨대, -10℃)이하의 저온 상태인 경우에는 통상의 냉매의 유동에 의한 난방성능과 더불어, 폐열회수부로부터 적극적으로 폐열을 제공받는 운전모드(고(高)난방운전모드)를 수행하여 차량에 요구되는 난방 부하를 만족시킬 수 있다. The refrigerant introduced into the third heat exchanger 130 may exchange heat with the fluid line separately provided on the waste heat recovery unit. Here, the heat exchange may be selectively performed. The heat exchange may be performed in such a way that the refrigerant is provided with heat from the fluid line on the waste heat recovery part when the heat is increased to improve the heating performance. For example, when the outdoor temperature is a low temperature below a predetermined temperature (for example, -10 ° C), in addition to the heating performance by the flow of a normal refrigerant, an operation mode in which waste heat is actively supplied from the waste heat recovery unit (high ( High heating mode) to satisfy the heating load required for the vehicle.

제3열교환기(130)에 유입될 때 상대적으로 저온이고, 저압이며 기상과 액상이 혼합된 냉매는 제3열교환기(130)를 통과하면서 상대적으로 고온이고, 저압이며 기상과 액상이 혼합된 냉매가 되어 어큐뮬레이터(ACC)측으로 유입된다. 이와 같은 작용은 결과적으로 압축기(COMP) 효율을 높여 난방효율을 높이게 된다.Refrigerant with a relatively low temperature, low pressure, and a mixture of gaseous and liquid phases when introduced into the third heat exchanger 130 is a refrigerant having a relatively high temperature, low pressure, and a mixture of gas and liquid phases while passing through the third heat exchanger 130. Flows into the accumulator (ACC) side. This action, in turn, increases the efficiency of the compressor (COMP) to increase the heating efficiency.

상기 난방운전모드를 다시 한번 정리하면, 냉매는 압축기(COMP)로부터의 토출, 내부열교환기(110)에서의 응축, 제1팽창수단(220)에서의 감압 팽창, 외부열교환기(120)에서의 증발, 어큐뮬레이터(ACC)를 통해 압축기로 다시 유입되는 과정을 순차적으로 거친다. 다만, 이 과정에서 기액분리수단(300)에 의해 액상의 냉매만이 외부열교환기(120)에 공급되도록 함으로써 증발효율을 높일 수 있으며, 이로써, 실외 온도가 저온 상태인 경우 외부열교환기(120)에 서리가 착상되는 현상을 지연시킬 수 있게 된다. When the heating operation mode is summarized once again, the refrigerant is discharged from the compressor COMP, condensed in the internal heat exchanger 110, expanded under reduced pressure in the first expansion means 220, and evaporated in the external heat exchanger 120. In turn, the accumulator (ACC) passes through the compressor back into the compressor. However, in this process, only the liquid refrigerant is supplied to the external heat exchanger 120 by the gas-liquid separation means 300, thereby increasing the evaporation efficiency. Thus, when the outdoor temperature is a low temperature state, the external heat exchanger 120 is provided. It is possible to delay the phenomenon of frost formation.

도 3을 참조하여, 제상운전모드에 대해 설명하기로 한다.Referring to FIG. 3, the defrosting operation mode will be described.

도 3에 도시된 제상운전방법으로서는, 상기 냉매를 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(220), 외부열교환기(120), 제2팽창수단(230), 증발기(140), 어큐뮬레이터(ACC), 압축기(COMP) 순서대로 통과시키되, 상기 제1팽창수단(220)은 완전개방시키는 것을 특징으로 한다.In the defrosting operation method shown in FIG. 3, the refrigerant is compressed into a compressor (COMP), an internal heat exchanger 110, a first expansion means 220, an external heat exchanger 120, a second expansion means 230, and an evaporator 140. ), The accumulator (ACC), the compressor (COMP) in order to pass through, the first expansion means 220 is characterized in that it is fully open.

난방운전 중 제상이 필요할 경우에, 난방운전을 중단하지 않고, 제상을 진행하기 때문에 난방열량이 저하되는 현상이 방지된다.When defrosting is required during the heating operation, defrosting is prevented without interrupting the heating operation, so that the heating calorific value is prevented.

여기서는 제1방향전환밸브(210)의 구동에 의해 내부열교환기(110)측으로의 경로(line 1-2)는 개방되고 외부열교환기(120) 측으로 직접적으로 연결되는 경로(line 1-1)는 폐쇄된다. 따라서, 압축기에서 토출되는 고온, 고압, 기상의 냉매는 내부열교환기(110)측으로 유입된다. Here, the path (line 1-2) to the internal heat exchanger 110 side is opened and the path (line 1-1) directly connected to the external heat exchanger 120 side by the driving of the first direction switching valve 210 is closed. do. Therefore, the high temperature, high pressure, and gaseous refrigerant discharged from the compressor flow into the internal heat exchanger 110.

내부열교환기(110)측으로 유입된 고온, 고압, 기상의 냉매는 송풍팬(11)을 통해 공조케이스 내부로 유입된 공기와 열교환하면서 응축되어 기상의 냉매가 액상의 냉매로 변환한다. 내부열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실 내를 난방하게 된다. The high temperature, high pressure, and gaseous refrigerant introduced into the internal heat exchanger 110 is condensed while exchanging heat with the air introduced into the air conditioning case through the blower fan 11 to convert the refrigerant in the gas phase into a liquid refrigerant. The air passing through the internal heat exchanger 110 is changed to warm air and then supplied to the vehicle interior to heat the interior of the vehicle compartment.

계속해서 냉매가 유동하는 경로상에 위치하는 제1팽창수단(220)은 완전 개방(full open)되어 냉매의 압력강하 및 상태변화를 최소화한다. 내부열교환기(110)를 통과한 냉매는 외부열교환기(120)에서 외기와 만나 열교환하면서 다시 한번 응축될 수 있다.Subsequently, the first expansion means 220 positioned on the path through which the refrigerant flows is fully open to minimize the pressure drop and the change of state of the refrigerant. The refrigerant passing through the internal heat exchanger 110 may be condensed once again while exchanging heat with the outside air in the external heat exchanger 120.

이때 냉매는 압축기(COMP)에서 토출될 때의 열을 어느 정도 유지(대략 40℃ 에서 50℃)하고 있으므로, 외부열교환기(120)에서 서리가 착상되는 것을 방지하거나, 착상된 서리를 제거할 수 있게 된다. 다시 말해 내부열교환기(110)를 통과한 냉매를 팽창시키지 않고 중온 고압 상태로 외부열교환기(120)로 순환시킴으로써 향상된 제상 능력을 발휘한다. 난방성능을 유지하면서 간단한 밸브 조작을 통해 제상효과를 발휘하는 장점을 가진다. At this time, since the refrigerant maintains the heat when discharged from the compressor COMP to some extent (approximately 40 ° C. to 50 ° C.), it is possible to prevent frost from forming in the external heat exchanger 120 or to remove the frost formed. Will be. In other words, the defrosting ability is improved by circulating the external heat exchanger 120 at a medium temperature and high pressure without expanding the refrigerant passing through the internal heat exchanger 110. It has the advantage of defrosting effect through simple valve operation while maintaining heating performance.

이때 제2방향전환밸브(240)는 냉매를 외부열교환기 측에 직접적으로 공급하는 경로(line 1-3)를 개방하고, 기액분리수단(300)에 공급하는 경로(line 1-4)는 폐쇄한다.At this time, the second direction switching valve 240 opens the path (line 1-3) for directly supplying the refrigerant to the external heat exchanger side, the path (line 1-4) for supplying the gas-liquid separation means 300 is closed. do.

계속해서 상기 외부열교환기(120)를 통과한 냉매는, 제3방향전환밸브(250)를 지나, 제2팽창수단(230)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압 액상의 냉매가 된 후, 증발기(140) 측으로 유입된다. 이때 제3방향전환밸브(250)는 냉매를 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 공급하는 경로(line 1-8)를 폐쇄하고, 제2팽창수단(230) 측 경로(line 1-7)만 개방한다.Subsequently, the refrigerant passing through the external heat exchanger 120 passes through the third direction switching valve 250 and expands under reduced pressure in the course of passing through the second expansion means 230 to become a low temperature low pressure liquid refrigerant. It is introduced to the evaporator 140 side. At this time, the third direction switching valve 250 closes the path (line 1-8) for supplying the refrigerant to the accumulator (ACC) side, and opens only the path (line 1-7) of the second expansion means 230 side.

외부열교환기(120)를 통과한 냉매는 제3방향전환밸브(250)를 지나, 제2팽창수단(230)을 통과하면서 감압 팽창되어 저온, 저압, 기상의 상태가 된 뒤, 증발기(140)로 유입된다. 증발기(140)에서는 외부에서 유입된 공기와 만나 증발함으로써 저온, 저압의 기상과 액상의 상태로 변환하여 어큐뮬레이터(ACC)측으로 유입된다. 공조케이스(11) 내부로 유입되어 증발기(140)에서 차가워진 공기는 내부열교환기(110)를 통과하면서 다시 데워지므로 난방성능은 적절하게 유지할 수 있게 된다.The refrigerant passing through the external heat exchanger 120 passes through the third direction switching valve 250 and expands under reduced pressure while passing through the second expansion means 230 to become a state of low temperature, low pressure, and gas phase, and then the evaporator 140. Flows into. In the evaporator 140, the evaporator 140 meets the air introduced from the outside to be evaporated, thereby converting the gas into a low-temperature, low-pressure gas phase and a liquid state, and flowing to the accumulator (ACC) side. Since the air introduced into the air conditioning case 11 and cooled in the evaporator 140 is heated again while passing through the internal heat exchanger 110, the heating performance can be properly maintained.

즉, 상기 제상운전모드에서 냉매는 압축기로부터의 토출, 내부열교환기(110)에서의 응축, 완전 개방된 제1팽창수단(220)에서 그대로 통과하고, 외부열교환기(120)에서의 재응축, 제2팽창수단(230)에서 감압 팽창, 증발기(140)에서 증발되는 과정을 순차적으로 거친다. That is, in the defrosting operation mode, the refrigerant is discharged from the compressor, condensed in the internal heat exchanger 110, passes through the first expansion means 220 which is completely open, and recondensed in the external heat exchanger 120, and The expansion step under reduced pressure in the second expansion means 230, the evaporator 140 passes through the process sequentially.

다음으로, 도 4를 참조하여, 제습-난방운전모드에 대해 설명하기로 한다.Next, the dehumidification-heating operation mode will be described with reference to FIG. 4.

제습-난방운전방법으로서는, 상기 냉매를 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(220), 기액분리수단(300), 외부열교환기(120), 어큐뮬레이터(ACC), 압축기(COMP) 순서대로 통과시키고, 상기 제습라인(line 1-9)에 냉매의 흐름을 일부 분기시켜 상기 증발기 측에 공급하는 것을 특징으로 한다.As a dehumidification-heating operation method, the refrigerant is compressed into a compressor (COMP), an internal heat exchanger 110, a first expansion means 220, a gas-liquid separation means 300, an external heat exchanger 120, an accumulator (ACC), and a compressor ( COMP) in order to pass, characterized in that for supplying part of the flow of the refrigerant to the dehumidification line (line 1-9) to the evaporator side.

여기서는 제1방향전환밸브(210)의 내부열교환기(110)측으로의 경로(line 1-2)는 개방되고 외부열교환기(120) 측으로 직접적으로 연결되는 경로(line 1-1)는 폐쇄된다. 따라서, 압축기에서 토출되는 고온, 고압, 기상의 냉매는 내부열교환기(110)측으로 유입된다. Here, the path line 1-2 of the first direction switching valve 210 toward the internal heat exchanger 110 is opened and the path line 1-1 directly connected to the external heat exchanger 120 is closed. Therefore, the high temperature, high pressure, and gaseous refrigerant discharged from the compressor flow into the internal heat exchanger 110.

내부열교환기(110)측으로 유입된 고온, 고압, 기상의 냉매는 송풍팬(11)을 통해 공조케이스 내부로 유입된 공기와 열교환하면서 응축되어 기상의 냉매가 액상의 냉매로 변환한다. 내부열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 차실 내를 난방하게 된다. 이 과정에서 도어(12)는 내부열교환기(110)측의 공기 유동을 개방하고, 공조케이스(10) 내로 유입된 후 내부열교환기(110)를 만나 뜨거워진 공기를 차실 내로 토출하게 함으로써 난방을 수행한다.The high temperature, high pressure, and gaseous refrigerant introduced into the internal heat exchanger 110 is condensed while exchanging heat with the air introduced into the air conditioning case through the blower fan 11 to convert the refrigerant in the gas phase into a liquid refrigerant. The air passing through the internal heat exchanger 110 is changed to warm air and then supplied to the vehicle interior to heat the interior of the vehicle compartment. In this process, the door 12 opens the air flow on the internal heat exchanger 110 and heats the air by flowing into the air-conditioning case 10 and then encountering the internal heat exchanger 110 to discharge hot air into the cabin. .

그리고 내부열교환기(110)를 통과한 냉매는 제1팽창수단(220)을 지나면서 감압 팽창(suitably open)되어 저압의 냉매가 된다. 그리고 냉매는 외부열교환기(120)로 공급된다. 다만, 제1팽창수단(220)을 통과한 냉매는 외부열교환기(120)에 진입하기 전에 제2방향전환밸브(240)에 의해 기액분리수단(300)을 거친다. 여기서, 제2방향전환밸브(240)는 냉매를 외부열교환기(120) 측으로 직접적으로 공급하는 경로(line 1-3)는 폐쇄하고, 기액분리수단(300)으로 공급하는 경로(line 1-4)를 개방한다. 기액분리수단(300)을 통과한 냉매 중 액상의 냉매만이 외부열교환기(120)를 통과하게 되며, 기상의 냉매는 액상의 냉매와 분리되어 외부열교환기(120) 후단측에 공급된다. 이로 인해 외부열교환기(120)에서의 증발작용이 극대화된다. The refrigerant passing through the internal heat exchanger 110 is suitably opened under the first expansion means 220 to become a low pressure refrigerant. The refrigerant is supplied to the external heat exchanger 120. However, the refrigerant passing through the first expansion means 220 passes through the gas-liquid separation means 300 by the second direction switching valve 240 before entering the external heat exchanger 120. Here, the second direction switching valve 240 is a path for supplying the refrigerant directly to the external heat exchanger 120 (line 1-3) is closed, the path for supplying the gas-liquid separation means 300 (line 1-4 Open). Only the refrigerant in the liquid phase passing through the gas-liquid separation means 300 passes through the external heat exchanger 120, and the refrigerant in the gas phase is separated from the liquid refrigerant and supplied to the rear end side of the external heat exchanger 120. This maximizes the evaporation in the external heat exchanger (120).

외부열교환기(120)에서 액상의 냉매는 증발하여, 기상과 액상의 혼합기 상태인 냉매로 변화한 다음 어큐뮬레이터(ACC)측으로 유입된다. 이때, 제3방향전환밸브(250)가 구비되어 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 공급하는 경로(line 1-8)는 개방하고, 제2팽창수단(230) 측 경로(line 1-7)는 폐쇄한다. In the external heat exchanger 120, the liquid refrigerant evaporates, changes into a refrigerant in a gas and liquid state, and then flows to the accumulator (ACC) side. At this time, the path (line 1-8) for supplying to the accumulator (ACC) side is provided with a third direction switching valve 250 is open, the path (line 1-7) of the second expansion means 230 side is closed.

실시예에 따라 어큐뮬레이터(ACC)와 제3방향전환밸브(250) 사이에 제3 제3열교환기(130)가 마련되는 경우, 냉매는 제3열교환기(130)에 의해 2차적으로 증발할 수 있다. According to an embodiment, when the third third heat exchanger 130 is provided between the accumulator ACC and the third direction switching valve 250, the refrigerant may be secondarily evaporated by the third heat exchanger 130. have.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제습-난방운전모드에서는 제습라인(line 1-6)과 제습라인을 개폐하는 개폐밸브(260)가 형성되어, 제습-난방운전모드 시 제1팽창수단(220)에 의해 감압 팽창된 냉매 중 일부를 증발기(140) 측으로 바로 유입시킬 수 있다. On the other hand, in the dehumidification-heating operation mode according to an embodiment of the present invention, the dehumidification line (line 1-6) and the opening and closing valve 260 for opening and closing the dehumidification line is formed, the first expansion means ( Some of the refrigerant expanded under reduced pressure by 220 may directly flow into the evaporator 140.

고온의 냉매가 증발기(140) 측에 유입됨으로써, 제습작용을 할 수 있다. The refrigerant having a high temperature flows into the evaporator 140, and thus may perform a dehumidification function.

구체적으로 공조케이스 내 미도시된 습도센서에 의해 고습한 것으로 판단되면, 송풍 팬에 의해 유입된 습한공기를 증발기(140)의 표면과 접촉하도록 하여 응축시킨 뒤, 도어(12)를 이용하여 증발기(140)와 접촉한 공기를 발열작용중인 내부열교환기(110) 측으로 이송시킴으로써 결과적으로 습기가 제거된 건조한 공기가 차실 내로 배출되도록 한다.Specifically, when it is determined that the humidity is high by the humidity sensor not shown in the air conditioning case, the wet air introduced by the blower fan is condensed to come into contact with the surface of the evaporator 140, and then the evaporator (using the door 12) The air in contact with 140 is transferred to the internal heat exchanger 110 which is exothermic so that dry air from which moisture is removed is discharged into the cabin.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만, 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In the above detailed description of the present invention, only specific embodiments thereof have been described. It is to be understood, however, that the present invention is not to be limited to the specific forms referred to in the description, but rather includes all modifications, equivalents, and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It must be understood.

10 : 공조케이스(덕트) 210 : 제1방향전환밸브
11 : 송풍팬 220 : 제1팽창수단
12 : 도어 240 : 제2방향전환밸브
110 : 내부열교환기 250 : 개폐밸브
120 : 외부열교환기 260 : 제3방향전환밸브
130 : 제3열교환기 300 : 기액분리수단
140 : 증발기 230 : 제2팽창수단
150 : 전장폐열회수부 310 : 히트코어
320 : 배터리
10: air conditioning case (duct) 210: first direction switching valve
11: blowing fan 220: first expansion means
12: door 240: second direction switching valve
110: internal heat exchanger 250: on-off valve
120: external heat exchanger 260: third direction switching valve
130: third heat exchanger 300: gas-liquid separation means
140: evaporator 230: second expansion means
150: electric field waste heat recovery unit 310: heat core
320: battery

Claims (11)

냉매를 압축하여 토출하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 차실 내의 공기와 열교환시키는 내부열교환기; 상기 내부열교환기와 외부열교환기 사이의 냉매라인 상에 배치되고, 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제1팽창수단; 냉매를 외기와 열교환시키는 외부열교환기; 냉매라인을 순환하여 상기 압축기에 공급되는 냉매를 차실 내의 공기와 열교환시키는 증발기; 냉매라인 상에 배치되고, 상기 증발기에 유입되기 전에 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제2팽창수단; 냉매라인 상의 액상과 기상의 냉매 중 기상의 냉매를 상기 압축기에 유입시키도록 마련된 어큐뮬레이터;를 포함하는 자동차용 히트펌프에 있어서,
상기 압축기에서 토출된 냉매를 난방운전모드, 제상운전모드 및 제습-난방운전모드에서는 상기 내부열교환기로 공급하거나, 냉방운전모드에서는 내부열교환기를 거치지 않고 외부열교환기 측으로 공급하는 제1방향전환밸브;
상기 제1팽창수단을 통과한 냉매 중 액상의 냉매를 상기 외부열교환기에 유입시키고, 기상의 냉매는 상기 외부열교환기 후단의 냉매라인상에 토출하는 기액분리수단;
난방운전모드 또는 제습-난방운전모드에서는 상기 제1팽창수단을 통과한 냉매를 상기 기액분리수단을 통과하여 외부열교환기로 공급하게 하고, 냉방운전모드 또는 제상운전모드에서는 상기 제1팽창수단을 통과한 냉매를 상기 기액분리수단을 통과하지 않고 외부열교환기로 직접적으로 공급하는 제2방향전환밸브;
냉방운전모드 또는 제상운전모드에서는 상기 외부열교환기를 통과한 냉매를 상기 제2팽창수단과 상기 증발기를 통과한 후 상기 어큐뮬레이터로 공급하거나, 난방운전모드 또는 제습-난방운전모드에서는 기액분리수단을 통과한 냉매를 상기 제2팽창수단을 거치지 않고 상기 어큐뮬레이터 측으로 공급하는 제3방향전환밸브; 및
상기 어큐뮬레이터와 상기 제3방향전환밸브 사이의 냉매라인 상에서 상기 증발기와 병렬적으로 배치되어, 폐열회수부와 열교환하도록 마련되는 제3열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
A compressor for compressing and discharging the refrigerant; An internal heat exchanger configured to heat exchange the refrigerant discharged from the compressor with the air in the vehicle compartment; First expansion means disposed on a refrigerant line between the internal heat exchanger and the external heat exchanger and provided to expand the refrigerant; An external heat exchanger for exchanging refrigerant with outside air; An evaporator circulating a refrigerant line to heat-exchange the refrigerant supplied to the compressor with air in the vehicle compartment; A second expansion means disposed on a refrigerant line and provided to expand the refrigerant before entering the evaporator; An automotive heat pump comprising: an accumulator provided to introduce a refrigerant in a liquid phase and a refrigerant in a refrigerant line into the compressor.
A first direction switching valve for supplying the refrigerant discharged from the compressor to the internal heat exchanger in the heating operation mode, the defrosting operation mode, and the dehumidification-heating operation mode, or to the external heat exchanger side without passing through the internal heat exchanger in the cooling operation mode;
Gas-liquid separation means for introducing a liquid phase refrigerant from the refrigerant passing through the first expansion means into the external heat exchanger, and discharging the gaseous refrigerant onto the refrigerant line at the rear end of the external heat exchanger;
In the heating operation mode or the dehumidification-heating operation mode, the refrigerant passing through the first expansion means is supplied to the external heat exchanger through the gas-liquid separation means, and in the cooling operation mode or the defrost operation mode, the refrigerant is passed through the first expansion means. A second diverter valve for directly supplying a refrigerant to an external heat exchanger without passing through the gas-liquid separation means;
The refrigerant passing through the external heat exchanger is supplied to the accumulator after passing through the second expansion means and the evaporator in the cooling operation mode or the defrosting operation mode, or the gas-liquid separation means in the heating operation mode or the dehumidification-heating operation mode. A third direction switching valve for supplying a refrigerant to the accumulator side without passing through the second expansion means; And
And a third heat exchanger disposed in parallel with the evaporator on the refrigerant line between the accumulator and the third directional valve, the heat exchanger being configured to exchange heat with the waste heat recovery unit.
제1항에 있어서,
상기 히트펌프는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
The method of claim 1,
The heat pump is a vehicle heat pump, characterized in that used in electric vehicles or hybrid vehicles.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1팽창수단은 냉매라인을 선택적으로 완전 개방(full open)할 수 있도록 형성되는, 전자식팽창수단인 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
The method of claim 1,
The first expansion means is a vehicle heat pump, characterized in that the electronic expansion means, which is formed to selectively open the refrigerant line (full open).
제1항에 있어서,
상기 제1팽창수단 후단에서 상기 제2팽창수단 후단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인과, 제습라인을 개폐하는 개폐밸브를 더 포함하는 자동차용 히트펌프.
The method of claim 1,
And a dehumidification line for directly supplying refrigerant from the rear end of the first expansion means to the rear end of the second expansion means, and an on / off valve for opening and closing the dehumidification line.
냉매라인 상에 압축기, 제1방향전환밸브, 내부열교환기, 제1팽창수단, 제2방향전환밸브, 기액분리수단, 외부열교환기, 제3방향전환밸브, 제2팽창수단, 증발기, 어큐뮬레이터가 배치되는 히트펌프의 동작방법에 있어서,
상기 제1방향전환밸브에 의해 상기 압축기로부터 배출되는 냉매를 난방운전모드, 제상운전모드 및 제습-난방운전모드에서는 상기 내부열교환기로 공급하거나, 냉방운전모드에서는 내부열교환기를 거치지 않고 상기 외부열교환기 측에 공급하고,
상기 제2방향전환밸브에 의해 난방운전모드 또는 제습-난방운전모드에서는 상기 제1팽창수단을 통과한 냉매를 상기 기액분리수단을 통과하여 상기 외부열교환기로 공급하거나, 냉방운전모드 또는 제상운전모드에서는 상기 제1팽창수단을 통과한 냉매를 상기 기액분리수단을 거치지 않고 상기 외부열교환기에 직접적으로 공급하며,
상기 제3방향전환밸브에 의해 냉방운전모드 또는 제상운전모드에서는 상기 외부열교환기를 통과한 냉매를 상기 제2팽창수단과 상기 증발기를 통과한 후 상기 어큐뮬레이터로 공급하거나, 난방운전모드 또는 제습-난방운전모드에서는 기액분리수단을 통과한 냉매를 상기 제2팽창수단과 상기 증발기를 거치지 않고 상기 어큐뮬레이터로 공급하고,
상기 제1팽창수단 후단에서 상기 제2팽창수단 후단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인과, 제습라인을 개폐하는 개폐밸브를 형성하되,
상기 어큐뮬레이터와 상기 제3방향전환밸브 사이의 냉매라인 상에서 상기 증발기와 병렬적으로 배치되어, 폐열회수부와 열교환하도록 제3열교환기를 마련하여,
상기 제1방향전환밸브, 제2방향전환밸브, 제3방향전환밸브 및 상기 제습라인 상에 위치한 개폐밸브의 거동에 의해 냉방운전, 난방운전, 제상운전, 제습-난방운전이 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프의 동작방법.
Compressor, first direction switching valve, internal heat exchanger, first expansion means, second direction switching valve, gas-liquid separation means, external heat exchanger, third direction switching valve, second expansion means, evaporator and accumulator are arranged on the refrigerant line. In the operation method of the heat pump,
The refrigerant discharged from the compressor by the first direction switching valve is supplied to the internal heat exchanger in the heating operation mode, the defrosting operation mode, and the dehumidification-heating operation mode, or in the cooling operation mode without passing through the internal heat exchanger side. Supplies to,
In the heating operation mode or the dehumidification-heating operation mode by the second direction switching valve, the refrigerant passing through the first expansion means is supplied to the external heat exchanger through the gas-liquid separation means, or in the cooling operation mode or the defrost operation mode. Supplying the refrigerant having passed through the first expansion means directly to the external heat exchanger without passing through the gas-liquid separation means,
In the cooling operation mode or the defrost operation mode by the third direction switching valve, the refrigerant passing through the external heat exchanger is supplied to the accumulator after passing through the second expansion means and the evaporator, or the heating operation mode or the dehumidification-heating operation. In the mode, the refrigerant passing through the gas-liquid separation means is supplied to the accumulator without passing through the second expansion means and the evaporator,
A dehumidification line for directly supplying refrigerant from the rear end of the first expansion means to the rear end of the second expansion means, and an on / off valve for opening and closing the dehumidification line,
A third heat exchanger disposed in parallel with the evaporator on a refrigerant line between the accumulator and the third direction switching valve to provide heat exchange with the waste heat recovery unit,
Cooling operation, heating operation, defrosting operation, dehumidification-heating operation is performed by the behavior of the first direction switching valve, the second direction switching valve, the third direction switching valve and the switching valve located on the dehumidification line. Method of operation of a car heat pump
삭제delete 제6항에 있어서,
냉방운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 제1팽창수단, 외부열교환기, 제2팽창수단, 증발기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키되, 상기 제1팽창수단은 완전개방시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프의 동작방법.
The method of claim 6,
A cooling operation method, wherein the refrigerant is passed through a compressor, a first expansion means, an external heat exchanger, a second expansion means, an evaporator, an accumulator, and a compressor, and the first expansion means is completely opened. How to operate the pump.
제6항에 있어서,
난방운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 내부열교환기, 제1팽창수단, 기액분리수단, 외부열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프의 동작방법.
The method of claim 6,
A heating operation method, wherein the refrigerant is passed through a compressor, an internal heat exchanger, a first expansion means, a gas-liquid separation means, an external heat exchanger, an accumulator, and a compressor in order.
제6항에 있어서,
제상운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 내부열교환기, 제1팽창수단, 외부열교환기, 제2팽창수단, 증발기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키되, 상기 제1팽창수단은 완전개방시키는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프의 동작방법.
The method of claim 6,
As the defrosting method, the refrigerant is passed through a compressor, an internal heat exchanger, a first expansion means, an external heat exchanger, a second expansion means, an evaporator, an accumulator, and a compressor, and the first expansion means is completely opened. Method of operation of automotive heat pump.
제6항에 있어서,
제습-난방운전방법으로서, 상기 냉매를 압축기, 내부열교환기, 제1팽창수단, 기액분리수단, 외부열교환기, 어큐뮬레이터, 압축기 순서대로 통과시키고, 상기 제습라인에 냉매의 흐름을 일부 분기시켜 상기 증발기 측에 공급하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프의 동작방법.
The method of claim 6,
A dehumidification-heating operation method, wherein the refrigerant is passed through a compressor, an internal heat exchanger, a first expansion means, a gas-liquid separation means, an external heat exchanger, an accumulator, and a compressor, and a branch of the refrigerant flows through the dehumidification line to partially evaporate. Method for operating a heat pump for a vehicle, characterized in that the supply to.
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