KR102250000B1 - 차량용 히트 펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 공조장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 압축기, 공냉식 응축기와, 팽창수단과, 증발기를 포함하고, 공조케이스의 냉풍통로에 상기 증발기가 설치되고, 온풍통로에 상기 공냉식 응축기가 설치되어 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템에서, 상기 압축기와 공냉식 응축기 사이의 냉매순환라인에 냉매와 냉각수를 열교환하는 수냉식 응축기를 설치하고, 냉,난방모드에 따라 상기 압축기에서 배출된 냉매와 상기 냉각수의 열교환을 제어하는 제어수단 설치함으로써, 냉,난방모드에 따라 상기 수냉식 응축기의 사용 유,무를 제어할 수 있어 냉,난방 성능을 향상함과 아울러 방열성능 증대로 인해 상기 공냉식 응축기의 크기를 축소할 수 있어 시스템의 전체 크기도 축소할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{Heat pump system for vehicle}

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 압축기, 공냉식 응축기와, 팽창수단과, 증발기를 포함하고, 공조케이스의 냉풍통로에 상기 증발기가 설치되고, 온풍통로에 상기 공냉식 응축기가 설치되어 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템에서, 상기 압축기와 공냉식 응축기 사이의 냉매순환라인에 냉매와 냉각수를 열교환하는 수냉식 응축기를 설치하고, 냉,난방모드에 따라 상기 압축기에서 배출된 냉매와 상기 냉각수의 열교환을 제어하는 제어수단 설치한 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적인 차량용 에어컨시스템은 통상, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 압축하여 송출하는 압축기(Compressor)(1), 압축기(1)에서 송출되는 고압의 냉매를 응축하는 응축기(Condenser)(2), 응축기(2)에서 응축되어 액화된 냉매를 교축하는 예컨대 팽창밸브(Expansion Valve)(3), 그리고, 상기 팽창밸브(3)에 의해 교축된 저압의 액상 냉매를 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하는 증발기(Evaporator)(4) 등이 냉매 파이프로 연결되어 이루어진 냉동사이클로 구성되며, 다음과 같은 냉매 순환과정을 통하여 자동차 실내를 냉방한다.

상기 에어컨시스템의 냉방스위치(미도시)가 온(On) 되면, 먼저 압축기(1)가 엔진 또는 모터의 동력으로 구동하면서 저온 저압의 기상 냉매를 흡입,압축하여 고온 고압의 기체 상태로 응축기(2)로 송출하고, 응축기(2)는 그 기상 냉매를 외기와 열교환하여 고온 고압의 액체로 응축한다. 이어, 응축기(2)에서 고온 고압의 상태로 송출되는 액상 냉매는 팽창밸브(3)의 교축작용으로 급속히 팽창되어 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(4)로 보내어지고, 증발기(4)는 그 냉매를 블로어(미도시)가 차량 실내로 송풍하는 공기와 열교환시킨다. 이에 냉매는 증발기(4)에서 증발하여 저온 저압의 기체 상태로 배출되고 다시 압축기(1)에 흡입되어 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

상기 증발기는 차량 실내측에 설치된 공조케이스의 내부에 설치되어 냉방 역할을 하게 되는데, 즉, 블로어(미도시)가 송풍하는 공기가 상기 증발기(4)를 거치면서 증발기(4)내를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

또한, 차량 실내의 난방은, 상기 공조케이스의 내부에 설치되어 엔진 냉각수가 순환하는 히터코어(미도시)를 이용하거나 또는 상기 공조케이스의 내부에 설치되는 전기가열식히터(미도시)를 이용하게 된다.

한편, 상기 응축기(2)는 차량의 전방측에 설치되어 공기와 열교환하면서 방열을 하게 된다.

최근에는, 냉동사이클만을 이용하여 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템이 개발되고 있는바, 도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 공조케이스(10) 내부에 냉풍통로(11)와 온풍통로(12)를 좌,우 구획되게 형성하고, 상기 냉풍통로(11)에는 냉방을 위한 증발기(4)를 설치하며, 상기 온풍통로(12)에는 난방을 위한 공냉식 응축기(2)를 설치한 구조이다.

이때, 상기 공조케이스(10)의 출구측에는 차실내로 공기를 공급하는 공기토출구(15)와, 차실외로 공기를 방출하는 공기방출구(16)가 형성된다.

또한, 상기 냉풍유로(11)의 온풍유로(12)의 각 입구측에는 블로어(20)가 각각 설치된다.

따라서, 냉방모드시에는 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍이 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 되고, 이때 상기 온풍통로(12)의 공냉식 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

난방모드시에는 상기 온풍통로(12)의 공냉식 응축기(2)를 통과하면서 가열된 온풍이 상기 공기토출구(15)를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 되고, 이때 상기 냉풍통로(11)의 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 냉풍은 공기방출구(16)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

그러나, 상기 종래기술은, 냉,난방모드시 상기 공냉식 응축기(2)를 통해 방열을 수행하게 되지만, 상기 공조케이스(10)의 제한된 크기내에서 공냉식 응축기(2)의 방열성능을 증대하기에는 한계가 있어 냉,난방 성능을 향상하기 어려운 문제가 있었다.

또한, 많은 방열량을 요구하는 상기 공냉식 응축기(2)를 구성하기 위해서는, 상기 공냉식 응축기(2)의 크기(두께 및 튜브열)를 증가시켜야 함은 물론 상기 블로어(20)의 크기 및 블로어(20) 모터의 용량을 증가시켜 상기 공냉식 응축기(2)에 많은 풍량을 공급해야 하므로, 결국 시스템의 전체 크기가 증가하는 문제도 있었다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 압축기, 공냉식 응축기와, 팽창수단과, 증발기를 포함하고, 공조케이스의 냉풍통로에 상기 증발기가 설치되고, 온풍통로에 상기 공냉식 응축기가 설치되어 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템에서, 상기 압축기와 공냉식 응축기 사이의 냉매순환라인에 수냉식 응축기를 설치하고, 냉,난방모드에 따라 상기 압축기에서 배출된 냉매와 상기 냉각수의 열교환을 제어하는 제어수단 설치함으로써, 냉,난방모드에 따라 상기 수냉식 응축기의 사용 유,무를 제어할 수 있어 냉,난방 성능을 향상함과 아울러 방열성능 증대로 인해 상기 공냉식 응축기의 크기를 축소할 수 있어 시스템의 전체 크기도 축소할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기와, 공냉식 응축기와, 팽창수단과, 증발기가 냉매순환라인으로 연결되어 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 내부에 냉풍통로와 온풍통로가 형성되며, 상기 냉풍통로에는 상기 증발기가 설치되고, 상기 온풍통로에는 상기 공냉식 응축기가 설치된 공조케이스와, 상기 공조케이스의 냉풍통로 입구측과 상기 온풍통로 입구측에 설치되어 상기 냉풍통로 및 온풍통로로 공기를 송풍하는 송풍장치와, 상기 압축기와 공냉식 응축기 사이의 냉매순환라인에 설치되어 상기 압축기에서 배출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기와, 냉,난방모드에 따라 상기 압축기에서 배출된 냉매와 상기 냉각수의 열교환을 제어하는 제어수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 압축기, 공냉식 응축기와, 팽창수단과, 증발기를 포함하고, 공조케이스의 냉풍통로에 상기 증발기가 설치되고, 온풍통로에 상기 응축기가 설치되어 냉,난방을 수행하는 히트 펌프 시스템에서, 상기 압축기와 공냉식 응축기 사이의 냉매순환라인에 냉매와 냉각수를 열교환하는 수냉식 응축기를 설치하고, 냉,난방모드에 따라 상기 압축기에서 배출된 냉매와 상기 냉각수의 열교환을 제어하는 제어수단 설치함으로써, 냉,난방모드에 따라 상기 수냉식 응축기의 사용 유,무를 제어할 수 있어 냉,난방 성능을 향상할 수 있다.

또한, 상기 수냉식 응축기와 공냉식을 응축기를 모두 사용함에 따른 방열성능 증대로 인해 그만큼 상기 공냉식 응축기와 송풍장치의 크기를 축소할 수 있어 시스템의 전체 크기도 축소할 수 있다.

도 1은 일반적인 차량용 에어컨시스템의 냉동사이클을 나타내는 구성도,
도 2는 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 4는 도 3에서 리시버 드라이어를 공냉식 응축기의 일측에 배치한 경우를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 냉방모드를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 난방모드를 나타내는 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 제어수단의 다른실시예에 따른 냉방모드를 나타내는 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 제어수단의 다른실시예에 따른 난방모드를 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 압축기(100), 공냉식 응축기(101), 팽창수단(103), 증발기(104)를 냉매순환라인(R)으로 연결하여, 상기 증발기(104)를 통해 냉방을 수행하고 상기 공냉식 응축기(101)를 통해 난방을 수행하는 시스템에서 수냉식 응축기(106)와 제어수단(250,251)을 추가 구성한 것이다.

먼저, 상기 압축기(100)는 동력공급원(엔진 또는 모터 등)으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기(104)로부터 토출된 저온 저압의 기상 냉매를 흡입 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 토출하게 된다.

상기 공냉식 응축기(101)는, 상기 압축기(100)에서 배출되어 공냉식 응축기(101)의 내부를 유동하는 고온 고압의 기상 냉매와 상기 공냉식 응축기(101)를 통과하는 공기를 상호 열교환시키게 되며, 이 과정에서 냉매는 응축되고, 공기는 가열되어 온풍으로 바뀌게 된다.

이러한 상기 공냉식 응축기(101)는, 상호 일정간격 이격되어 나란하게 설치되는 한 쌍의 헤더탱크와, 상기 한 쌍의 헤더탱크에 양단부가 결합되어 한 쌍의 헤더탱크를 연통시키는 복수개의 튜브와, 상기 복수개의 튜브들 사이에 개재되는 방열핀으로 이루어진다.

따라서, 상기 공냉식 응축기(101)의 일측 헤더탱크로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는 상기 복수개의 튜브를 따라 유동하면서 상기 복수개의 튜브 사이를 통과하는 공기와 열교환하여 응축되고, 이때 상기 공냉식 응축기(101)를 통과하는 공기는 가열되어 온풍으로 바뀌게 되는 것이다.

그리고, 상기 팽창수단(103)은 상기 공냉식 응축기(101)에서 배출되어 유동하는 액상 냉매를 교축작용으로 급속히 팽창시켜 저온 저압의 습포화 상태로 증발기(104)로 보내게 된다.

상기 팽창수단(103)으로는 팽창밸브 또는 오리피스 구조를 사용할 수 있다.

상기 증발기(104)는 상기 팽창수단(103)에서 배출되어 유동하는 저압의 액상 냉매를 공조케이스(110)내에서 차량 실내측으로 송풍되는 공기와 열교환시켜 증발시킴으로써 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 실내에 토출되는 공기를 냉각하게 된다.

계속해서, 상기 증발기(104)에서 증발하여 배출된 저온 저압의 기상 냉매는 다시 압축기(100)에 흡입되어 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.

아울러, 상기와 같은 냉매순환과정에서, 차량 실내의 냉방은, 송풍장치(130)에서 송풍되는 공기가 공조케이스(110)내로 유입되어 증발기(104)를 통과하면서 증발기(104)의 내부를 순환하는 액상 냉매의 증발 잠열로 냉각되어 차가워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어지고,

차량 실내의 난방은, 송풍장치(130)에서 송풍되는 공기가 공조케이스(110)내로 유입되어 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 공냉식 응축기(101)의 내부를 순환하는 고온 고압의 기상 냉매의 방열로 가열되어 뜨거워진 상태로 차량 실내에 토출됨으로써 이루어진다.

그리고, 상기 공조케이스(110)는, 공조케이스(110)의 입구와 출구의 사이에서 공조케이스(110)의 내부를 구획하는 구획벽(113)에 의해 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)가 구획 형성된다.

상기 구획벽(113)은, 도 3과 같이 상기 공조케이스(110)의 내부 통로를 좌,우로 구회하여 상기 공조케이스(110)의 내부에 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)가 좌,우로 구획되어 형성될 수도 있고, 물론 도면에는 도시하지 않았지만 상기 공조케이스(110)의 내부를 상,하로 구획하여 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)를 상,하로 구획 형성할 수도 있다.

또한, 상기 냉풍통로(111)에는 상기 증발기(104)가 설치되고, 상기 온풍통로(112)에는 상기 공냉식 응축기(101)가 설치되는데, 이때, 상기 증발기(104)와 공냉식 응축기(101)는 공기유동방향으로 서로 일정간격 이격되어 설치된다.

그리고, 상기 구획벽(113)에는 상기 온풍통로(112)와 냉풍통로(111)를 연통시키는 바이패스통로(114)가 관통 형성되고, 상기 바이패스통로(114)에는 바이패스통로(114)를 개폐하는 바이패스도어(115)가 설치된다.

이때, 상기 증발기(104)와 공냉식 응축기(101)의 위치 및 상기 바이패스통로(114)의 위치에 따라 상기 온풍통로(112)내의 온풍을 상기 냉풍통로(111)측으로 바이패스 시킬수도 있고, 또는 상기 냉풍통로(111)내의 냉풍을 상기 온풍통로(112)측으로 바이패스 시킬수도 있다.

도면에서는, 일예로 상기 공냉식 응축기(101)의 상류측과 하류측 구획벽(113)에 각각 바이패스통로(114)를 형성하였으며, 이 경우 상기 각 바이패스통로(114)에 설치된 바이패스도어(115)를 조절하여 냉풍통로(111)의 냉풍을 온풍통로(112)측으로 바이패스 시키거나, 또는 온풍통로(112)의 온풍을 냉풍통로(111)측으로 바이패스 시킬 수 있다.

일예로, 상기 바이패스도어(115)가 바이패스통로(114)를 폐쇄한 상태에서 냉방모드시에는 상기 냉풍통로(111)를 유동하면서 증발기(104)에 의해 냉각된 냉풍이 차실내로 공급되어 냉방을 수행하고, 난방모드시에는 상기 온풍통로(112)를 유동하면서 공냉식 응축기(101)에 의해 가열된 온풍이 차실내로 공급되어 난방을 수행하게 된다.

또한, 냉방모드시, 상기 바이패스도어(115)가 바이패스통로(114)를 개방한 경우에는, 상기 냉풍통로(111)를 유동하면서 증발기(104)에 의해 냉각된 냉풍의 일부가 상기 바이패스통로(114)를 통해 온풍통로(112)측으로 바이패스되어 공냉식 응축기(101)측으로 공급됨으로써, 상기 공냉식 응축기(101)가 원활하게 방열 하게 되고, 이로인해 냉매 온도가 낮아져 냉방성능을 향상할 수 있다.

또한, 상기 증발기(104)는, 상기 냉풍통로(111)내에서 공기유동방향으로 상기 바이패스통로(114) 보다 상류측에 설치된다.

그리고, 상기 공조케이스(110)의 입구측에는 상기 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)로 공기를 송풍하는 송풍장치(130)가 설치된다.

상기 송풍장치(130)는, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구측에 설치되어 냉풍통로(111)측으로 공기를 송풍하는 제1블로어(130a)와, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 입구측에 설치되어 온풍통로(112)측으로 공기를 송풍하는 제2블로어(130b)로 이루어진다.

상기 제1블로어(130a)와 제2블로어(130b)에는, 각각 모터(미도시) 및 송풍팬(미도시)이 설치되며, 내,외기를 도입하기 위한 인테이크 덕트(미도시)도 설치될 수 있다.

물론, 상기 인테이크 덕트는 하나를 설치하여 상기 제1,2블로어(130a,130b)가 공용으로 사용할 수도 있다.

그리고, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 출구는, 냉방모드시 냉풍을 차실내로 토출하는 냉풍토출구(111a)와, 난방모드시 냉풍을 외부로 방출하는 냉풍방출구(111b)로 구성되고,

상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112) 출구는, 난방모드시 온풍을 차실내로 토출하는 온풍토출구(112a)와, 냉방모드시 온풍을 외부로 방출하는 온풍방출구(112b)로 구성된다.

또한, 상기 냉풍토출구(111a)와 냉풍방출구(111b)를 개폐하는 냉풍 모드도어(120)가 구비되고, 상기 온풍토출구(112a)와 온풍방출구(112b)를 개폐하는 온풍 모드도어(121)가 구비된다.

따라서, 냉방모드시에는 도 5와 같이, 상기 냉풍토출구(111a)와 온풍방출구(112b)가 개방되어, 상기 냉풍통로(111)를 유동하는 공기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 후 냉풍토출구(111a)를 통해 차실내로 토출되어 냉방하게 되고, 이때 상기 온풍통로(112)를 유동하는 공기는 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 가열된 후 온풍방출구(112b)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

난방모드시에는 도 6과 같이, 상기 온풍토출구(112a)와 냉풍방출구(111b)가 개방되어, 상기 온풍통로(112)를 유동하는 공기는 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 가열된 후 온풍토출구(112a)를 통해 차실내로 토출되어 난방하게 되고, 이때 상기 냉풍통로(111)를 유동하는 공기는 증발기(104)를 통과하면서 냉각된 후 냉풍방출구(111b)를 통해 차실외로 배출되게 된다.

그리고, 상기 압축기(100)와 공냉식 응축기(101) 사이의 냉매순환라인(R)에는, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(106)가 연결 설치된다.

상기 수냉식 응축기(106)는 상기 압축기(100)에서 배출되어 유동하는 고온 고압의 기상 냉매를 냉각수와 열교환시켜 액상냉매로 응축하여 토출하게 된다.

이러한, 상기 수냉식 응축기(106)는 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 유동하는 냉매유로(106a)와, 차량 전장품(220)을 순환하는 냉각수가 유동하는 냉각수유로(106b)가 서로 열교환가능하게 구성되어, 냉매와 냉각수를 열교환하도록 이루어진 것이다.

상기 수냉식 응축기(106)는, 냉매유로(106a)와 냉각수유로(106b)를 교대로 적층된 판형 열교환기로 구성할 수 있다.

아울러, 상기 수냉식 응축기(106)는 상기 공조케이스(110)의 외부에 설치하는 것이 바람직하지만, 상기 공조케이스(110)의 내부에 설치하는 것도 가능하다.

그리고, 상기 수냉식 응축기(106)와 차량 전장품(220)을 연결하는 냉각수순환라인(W)이 설치되어, 상기 차량 전장품(220)을 순환하는 냉각수를 상기 수냉식 응축기(106)로 순환시키게 된다.

또한, 상기 냉각수순환라인(W)에는 냉각수를 순환시키는 워터펌프(200)와, 상기 냉각수를 공기와 열교환시켜 냉각시키는 수냉 라디에이터(210)가 설치된다.

한편, 상기 냉각수순환라인(W)에는, 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수가 상기 전장품(220)을 바이패스 할 수 있도록 냉각수 바이패스라인(W1)이 설치된다.

상기 냉각수 바이패스라인(W1)은, 상기 전장품(220)의 입구측 냉각수순환라인(W)과 출구측 냉각수순환라인(W)을 연결하도록 설치되며, 상기 냉각수 바이패스라인(W1)과 냉각수순환라인(W)의 분기지점에는 냉각수 방향전환밸브(230)가 설치된다.

상기 냉각수 방향전환밸브(230)는, 상기 전장품(220)의 냉각이 필요한 경우에는 냉각수를 전장품(220)측으로 순환시키게 되고, 전장품(220)의 냉각이 필요없는 경우에는 냉각수를 상기 냉각수 바이패스라인(W1)측으로 순환시키게 된다.

따라서, 상기 워터펌프(200)가 가동되면, 상기 냉각수순환라인(W)을 순환하는 냉각수는 상기 수냉식 응축기(106)의 냉각수유로(106b)를 유동하는 과정에서 상기 수냉식 응축기(106)의 냉매유로(106a)를 유동하는 냉매와 열교환하게 되고, 이 과정에서 상기 수냉식 응축기(106)를 유동하는 냉매가 냉각되면서 응축되게 된다.

상기 수냉식 응축기(106)에서 응축된 냉매는 상기 공냉식 응축기(101)로 유동하여 공조케이스(110)의 온풍통로(P2)를 유동하는 공기와 열교환하면서 재차 냉각되게 된다.

이와 같이, 상기 공냉식 응축기(101) 뿐만 아니라 상기 수냉식 응축기(106)를 추가 구성함에 따라 많은 방열 열원을 이용할 수 있고, 이에 따라 상기 공냉식 응축기(101)의 방열성능을 낮추는 것이 가능하여 상기 공냉식 응축기(101)의 크기를 축소할 수 있고 그만큼 송풍장치(130)의 풍량 및 크기도 축소할 수 있어 결국 시스템의 전체 크기를 축소할 수 있다.

또한, 상기 수냉식 응축기(106)의 추가로 인해 상기 공냉식 응축기(101)의 크기를 축소하고 방열성능을 낮춰도 되기 때문에 상기 송풍장치(130)의 모터 용량도 줄일 수 있고 모터의 소비 동력 및 소음도 감소할 수 있다.

그리고, 히트 펌프 시스템의 냉,난방모드에 따라 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매와 상기 냉각수의 열교환을 제어하는 제어수단(250,251)이 설치된다.

상기 제어수단(250,251)은 두가지 실시예로 구성할 수 있는데,

먼저, 제1실시예에 따른 제어수단(250)은, 도 3 내지 도 6과 같이, 상기 수냉식 응축기(106)의 입구측 냉매순환라인(R)과 상기 수냉식 응축기(106)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하는 바이패스라인(R1)과, 상기 바이패스라인(R1)과 냉매순환라인(R)의 분기지점에 설치되어 냉매의 흐름방향을 전환하는 방향전환밸브(107)와, 냉,난방모드에 따라 상기 방향전환밸브(107)를 제어하는 제어부(260)로 이루어진다.

상기 방향전환밸브(107)는, 상기 수냉식 응축기(106)의 입구측 냉매순환라인(R)과 상기 바이패스라인(R1)의 분기지점에 설치된다.

상기 제어부(260)는, 냉방모드시, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 응축기(106)측으로 흐르도록 상기 방향전환밸브(107)를 제어하고, 난방모드시, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 바이패스라인(R1)측으로 흘러 상기 수냉식 응축기(106)를 바이패스하도록 상기 방향전환밸브(107)를 제어하게 된다.

즉, 냉방모드시에는, 상기 수냉식 응축기(106)와 공냉식 응축기(101)를 모두 사용하여 많은 방열 열원을 이용함으로써, 냉매의 온도를 더욱 낮출수 있게 되어 냉방성능을 향상할 수 있다.

이때, 상기 냉각수순환라인(W)의 수냉 라디에이터(210) 및 전장품(220)을 순환하는 냉각수가 상기 수냉식 응축기(106)로 순환하여 냉매와 열교환하게 된다.

난방모드시에는, 상기 바이패스라인(R1)으로 냉매가 순환하므로 상기 수냉식 응축기(106)로는 냉매가 흐르지 않고, 상기 공냉식 응축기(101)의 열원만을 이용하여 난방 성능을 구현하게 되므로 난방성능을 향상할 수 있다.

만일, 난방모드시 상기 수냉식 응축기(106)로 냉매가 흐르게 흐르게 되면 냉각수와의 열교환에 의한 방열로 인해 냉매의 온도가 낮아지므로 난방 성능이 떨어지게 된다.

한편, 난방모드시에도 상기 냉각수순환라인(W)의 수냉 라디에이터(210) 및 전장품(220)을 순환하는 냉각수가 상기 수냉식 응축기(106)로 순환하게 되지만, 상기 수냉식 응축기(106)로는 냉매가 흐르지 않으므로 냉매과 냉각수 간에 열교환이 발생하지 않는다.

또한, 상기 수냉식 응축기(106)와 팽창수단(103) 사이의 냉매순환라인(R)에는, 상기 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 저장하며 액상냉매를 토출하는 리시버 드라이어(108)가 설치된다.

상기 리시버 드라이어(108)는, 상기 수냉식 응축기(106)와 공냉식 응축기(101) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치된다.

따라서, 상기 수냉식 응축기(106)와 공냉식 응축기(101)의 사이에 리시버 드라이어(108)를 설치하게 되면, 상기 리시버 드라이어(108)의 상류측에 설치된 상기 수냉식 응축기(106)는 전체가 응축영역으로 설정되고, 리시버 드라이어(108) 하류측에 설치된 상기 공냉식 응축기(101)는 전체가 과냉영역으로 설정된다.

이처럼, 상기 리시버 드라이어(108)의 하류측에 설치된 공냉식 응축기(101)를 과냉영역으로 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 냉매의 온도를 더욱 낮출 수 있어 냉방성능을 향상시키고, 압축기(100)로 유입되는 냉매의 온도도 낮아지게 되어 압축기(100) 토출 냉매온도의 과도한 상승을 방지하여 히트 펌프 시스템의 내구성 및 안정성을 향상할 수 있다.

한편, 난방모드시에는 상기 바이패스라인(R1)으로 냉매가 흐르면서 상기 수냉식 응축기(106)는 물론 리시버 드라이어(108)까지 냉매가 바이패스하게 된다.

또한, 상기 리시버 드라이어(108)는 다른 위치에 설치할 수도 있는데, 도 4와 같이 상기 공냉식 응축기(101)의 일측에 연결 설치할 수 있다.

즉, 상기 공냉식 응축기(101)를 두개의 열교환 영역으로 분할하고 상기 두개의 열교환 영역을 연결하는 냉매순환라인(R)에 리시버 드라이어(108)를 연결 설치하게 된다. 이 경우 상기 두개의 열교환 영역 중 상기 리시버 드라이어(108) 상류측 영역은 응축영역으로 설정되고, 리시버 드라이어(108) 하류측 영역은 과냉영역으로 설정되게 된다.

다음으로, 제2실시예에 따른 제어수단(251)은, 도 7 및 도 8과 같이, 앞서 설명한 바이패스라인(R1) 및 방향전환밸브(107) 구성 없이 냉각수순환라인(W)의 냉각수 흐름을 제어하여 압축기(100)에서 배출된 냉매와 냉각수의 열교환을 제어하는 것이다.

즉, 상기 제1실시예에 따른 제어수단(250)은 냉매의 흐름을 제어하여 냉매와 냉각수의 열교환을 제어했다면, 상기 제2실시예에서는 냉각수의 흐름을 제어하여 냉매와 냉각수의 열교환을 제어한 것이다.

상기한 제2실시예에 따른 제어수단(251)은, 냉,난방모드에 따라 상기 냉각수순환라인(W)의 워터펌프(200)를 제어하여 상기 수냉식 응축기(106)로 순환하는 상기 냉각수의 유량을 제어하는 제어부(270)를 포함하여 이루어진다.

상기 제어부(270)는, 냉방모드시, 상기 냉각수가 상기 수냉식 응축기(106)측으로 순환하도록 상기 워터펌프(200)를 온(ON) 제어하고, 난방모드시, 상기 냉각수가 상기 수냉식 응축기(106)측으로 순환하지 않도록 상기 워터펌프(200)를 오프(OFF) 제어하게 된다.

즉, 제2실시예에 따른 제어수단(251)에서는, 냉,난방모드시 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 응축기(106)와 공냉식 응축기(101)를 모두 통과하게 되지만, 상기 수냉식 응축기(106)로 순환하는 냉각수의 흐름을 냉,난방모드에 따라 온 또는 오프하여 수냉식 응축기(106)를 유동하는 냉매와의 열교환을 제어하는 것이다.

따라서, 냉방모드시에는, 상기 워터펌프(200)가 온 작동하여 상기 수냉식 응축기(106)로 냉각수가 순환하기 때문에 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 응축기(106)에서 냉각수와 열교환하여 냉각(방열)된 후, 상기 공냉식 응축기(101)에서 공조케이스(110)의 온풍통로(P2)를 유동하는 공기와 열교환하여 과냉각(방열)됨으로써, 상기 수냉식 응축기(106)와 공냉식 응축기(101)를 모두 사용하여 많은 방열 열원을 이용할 수 있으므로 냉방 성능을 향상할 수 있다.

난방모드시에는, 상기 워터펌프(200)가 오프 작동하여 상기 수냉식 응축기(106)로 냉각수가 순환하지 않기 때문에 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 응축기(106)를 통과한 후, 상기 공냉식 응축기(101)에서 공조케이스(110)의 온풍통로(P2)를 유동하는 공기와 열교환하여 냉각(방열)됨으로써, 상기 공냉식 응축기(101)의 열원만을 사용하여 난방 성능을 구현하게 되므로 난방성능을 향상할 수 있다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)에는, 상기 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 저장하며 기상냉매를 압축기(100)측으로 토출하는 어큐뮬레이터가 설치될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉매유동과정을 설명하기로 하며, 편의상 냉방모드인 경우를 일예로 설명하기로 한다.

먼저, 상기 압축기(100)에서 압축되어 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 수냉식 응축기(106)의 냉매 유로(106a)로 유입된다.

상기 수냉식 응축기(106)의 냉매 유로(106a)로 유입된 기상 냉매는, 상기 수냉 라디에이터(210) 및 전장품(220)을 순환하면서 상기 수냉식 응축기(106)의 냉각수 유로(106b)로 유입된 냉각수와 열교환하게 되고, 이 과정에서 냉매가 냉각되면서 액상으로 상변화하게 된다.

상기 수냉식 응축기(106)에서 배출된 냉매는, 상기 리시버 드라이어(108)로 유입되어 기상 냉매와 액상 냉매가 분리되고, 액상 냉매가 상기 공냉식 응축기(101)로 유입되게 된다.

상기 공냉식 응축기(101)로 유입된 냉매는 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112)를 유동하는 공기와의 열교환을 통해 한번 더 냉각(과냉각)된 후, 상기 팽창수단(103)으로 유입되어 감압 팽창 된다.

상기 팽창수단(103)에서 감압 팽창된 냉매는, 저온 저압의 무화 상태가 되어 상기 증발기(104)로 유입되고, 상기 증발기(104)로 유입된 냉매는 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111)를 유동하는 공기와 열교환하여 증발하게 된다.

이후, 상기 증발기(104)에서 배출된 저온 저압의 냉매는, 상기 압축기(100)로 유입되고, 이후 상술한 바와 같은 냉동사이클을 재순환하게 된다.

한편, 난방모드인 경우에는, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 바이패스라인(R1)을 통해 상기 수냉식 응축기(106) 및 리시버 드라이어(108)를 바이패스하여 상기 공냉식 응축기(101)로 곧바로 유동하게 된다.

이하, 냉방모드와 난방모드시의 공기유동과정을 설명하기로 한다.

가. 냉방모드(도 5, 도 7)

냉방모드시에는, 도 5 및 도 7과 같이 상기 냉풍 모드도어(120)는 냉풍 토출구(111a)를 개방하고, 온풍 모드도어(121)는 온풍 방출구(112b)를 개방하게 된다.

아울러, 상기 송풍장치(130)를 통해 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)로 공기가 송풍된다.

계속해서, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111)로 송풍된 공기는 상기 증발기(104)와 열교환하여 냉풍으로 바뀌게 되고, 이후 냉풍 토출구(111a)를 통해 차실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.

또한, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112)로 송풍된 공기는 상기 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 가열되어 온풍으로 바뀌게 되고, 이 온풍은 상기 온풍 방출구(112b)를 통해 외부로 배출된다.

나. 난방모드(도 6, 도 8)

난방모드시에는, 도 6 및 도 8과 같이 상기 냉풍 모드도어(120)는 냉풍 방출구(111b)를 개방하고, 온풍 모드도어(121)는 온풍 토출구(112a)를 개방하게 된다.

아울러, 상기 송풍장치(130)를 통해 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)로 공기가 송풍된다.

계속해서, 상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111)로 송풍된 공기는 상기 증발기(104)와 열교환하여 냉풍으로 바뀌게 되고, 이후 냉풍 방출구(111b)를 통해 외부로 배출된다.

또한, 상기 공조케이스(110)의 온풍통로(112)로 송풍된 공기는 상기 공냉식 응축기(101)를 통과하면서 가열되어 온풍으로 바뀌게 되고, 이 온풍은 상기 온풍 토출구(112a)를 통해 차실내로 토출되어 차실내를 난방하게 된다.

100: 압축기 101: 공냉식 응축기
103: 팽창수단
104: 증발기
106: 수냉식 응축기 107: 방향전환밸브
108: 리시버 드라이어
110: 공조케이스 111: 냉풍통로
112: 온풍통로 113: 구획벽
114: 바이패스통로 115: 바이패스도어
111a: 냉풍토출구 111b: 냉풍방출구
112a: 온풍토출구 112b: 온풍방출구
120: 냉풍 모드도어 121: 온풍 모드도어
130: 송풍장치 130a: 제1블로어
130b: 제2블로어 200: 워터펌프
210: 수냉 라디에이터 220: 전장품
230: 냉각수 방향전환밸브
R: 냉매순환라인 R1: 바이패스라인
W: 냉각수순환라인 W1: 냉각수 바이패스라인

Claims (10)

1. 압축기(100)와, 공냉식 응축기(101)와, 팽창수단(103)과, 증발기(104)가 냉매순환라인(R)으로 연결되어 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
   내부에 냉풍통로(111)와 온풍통로(112)가 형성되며, 상기 냉풍통로(111)에는 상기 증발기(104)가 설치되고, 상기 온풍통로(112)에는 상기 공냉식 응축기(101)가 설치된 공조케이스(110)와,
   상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 입구측과 상기 온풍통로(112) 입구(311)측에 설치되어 상기 냉풍통로(111) 및 온풍통로(112)로 공기를 송풍하는 송풍장치(130)와,
   상기 압축기(100)와 공냉식 응축기(101) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치되어 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 냉각수와 열교환시켜 응축시키는 수냉식 응축기(106)와,
   냉,난방모드에 따라 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매와 상기 냉각수의 열교환을 제어하는 제어수단(250,251)을 포함하여 이루어지고,
   상기 수냉식 응축기(106)와 팽창수단(103) 사이의 냉매순환라인(R)에는, 상기 냉매순환라인(R)을 유동하는 냉매로부터 기상냉매와 액상냉매를 분리하여 저장하며 액상냉매를 토출하는 리시버 드라이어(108)가 설치되며,
   상기 리시버 드라이어(108)는, 상기 수냉식 응축기(106)와 공냉식 응축기(101) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치되되,
   냉방모드 시 수냉식 응축기(106)를 통과한 냉매가 리시버 드라이어(108)를 통과 후 공냉식 응축기(101)로 흐르고, 난방모드 시 압축기(100)에서 토출된 냉매가 수냉식 응축기(106) 및 리시버 드라이어(108)를 모두 바이패스하여 공냉식 응축기(101)로 흐르는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어수단(250)은,
   상기 수냉식 응축기(106)의 입구측 냉매순환라인(R)과 상기 수냉식 응축기(106)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하는 바이패스라인(R1)과,
   상기 바이패스라인(R1)과 냉매순환라인(R)의 분기지점에 설치되어 냉매의 흐름방향을 전환하는 방향전환밸브(107)와,
   냉,난방모드에 따라 상기 방향전환밸브(107)를 제어하는 제어부(260)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제어부(260)는,
   냉방모드시, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 수냉식 응축기(106)측으로 흐르도록 상기 방향전환밸브(107)를 제어하고,
   난방모드시, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 상기 바이패스라인(R1)측으로 흘러 상기 수냉식 응축기(106)를 바이패스하도록 상기 방향전환밸브(107)를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 수냉식 응축기(106)와 차량 전장품(220)을 연결하도록 설치되어, 상기 차량 전장품(220)을 순환하는 냉각수를 상기 수냉식 응축기(106)로 순환시키는 냉각수순환라인(W)과,
   상기 냉각수순환라인(W)에 설치되어 냉각수를 순환시키는 워터펌프(200)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어수단(251)은,
   냉,난방모드에 따라 상기 워터펌프(200)를 제어하여 상기 수냉식 응축기(106)로 순환하는 상기 냉각수의 유량을 제어하는 제어부(270)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제어부(270)는,
   냉방모드시, 상기 냉각수가 상기 수냉식 응축기(106)측으로 순환하도록 상기 워터펌프(200)를 온(ON) 제어하고,
   난방모드시, 상기 냉각수가 상기 수냉식 응축기(106)측으로 순환하지 않도록 상기 워터펌프(200)를 오프(OFF) 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 냉각수순환라인(W)에는,
   상기 전장품(220)의 입구측 냉각수순환라인(W)과 출구측 냉각수순환라인(W)을 연결하는 냉각수 바이패스라인(W1)이 설치되고,
   상기 냉각수 바이패스라인(W1)과 상기 냉각수순환라인(W)의 분기지점에는 냉각수 방향전환밸브(230)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 공조케이스(110)의 냉풍통로(111) 출구는, 냉방모드시 냉풍을 차실내로 토출하는 냉풍토출구(111a)와, 난방모드시 냉풍을 외부로 방출하는 냉풍방출구(111b)로 구성되고,
    상기 공조케이스(1100)의 온풍통로(112) 출구는, 난방모드시 온풍을 차실내로 토출하는 온풍토출구(112a)와, 냉방모드시 온풍을 외부로 방출하는 온풍방출구(112b)로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.

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