KR102318996B1 - 차량용 히트펌프 시스템 - Google Patents

차량용 히트펌프 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102318996B1
KR102318996B1 KR1020150065168A KR20150065168A KR102318996B1 KR 102318996 B1 KR102318996 B1 KR 102318996B1 KR 1020150065168 A KR1020150065168 A KR 1020150065168A KR 20150065168 A KR20150065168 A KR 20150065168A KR 102318996 B1 KR102318996 B1 KR 102318996B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
circulation line
cooling water
water
Prior art date
Application number
KR1020150065168A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160133028A (ko
Inventor
한영흠
김두훈
김철희
김현규
한중만
이준강
Original Assignee
한온시스템 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한온시스템 주식회사 filed Critical 한온시스템 주식회사
Priority to KR1020150065168A priority Critical patent/KR102318996B1/ko
Publication of KR20160133028A publication Critical patent/KR20160133028A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102318996B1 publication Critical patent/KR102318996B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
    • B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
    • B60H1/00921—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant does not change and there is an extra subcondenser, e.g. in an air duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
    • B60H1/00821—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being ventilating, air admitting or air distributing devices
    • B60H1/00835—Damper doors, e.g. position control
    • B60H1/00849—Damper doors, e.g. position control for selectively commanding the induction of outside or inside air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3205—Control means therefor
    • B60H1/3213—Control means therefor for increasing the efficiency in a vehicle heat pump
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/32—Cooling devices
    • B60H1/3204—Cooling devices using compression
    • B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
    • B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/02—Heat pumps of the compression type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
    • B60H2001/00307—Component temperature regulation using a liquid flow

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

배터리의 냉각 효율 및 실외 열교환기의 제상 효과를 향상시키도록 구조 및 제어 로직이 개선된 차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉매 순환라인; 상기 제1 냉매 순환라인에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기; 상기 압축기에서 배출된 냉매를 외부 공기와 열교환시키는 제1 실외 열교환부; 상기 실외 열교환부를 통과한 냉매를 교축하는 제1 교축부; 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스의 내부 공기와 제1 교축부를 통과한 냉매를 열교환시키는 증발기; 제1 냉각수 순환라인; 상기 압축기와 실외 열교환부의 사이에 구비되며, 제1 냉매 순환라인의 냉매와 제1 냉각수 순환라인의 냉각수를 열교환시키는 제1 수-냉매 열교환기; 및 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스의 내부 공기와 제1 수-냉매 열교환기를 통과한 냉각수를 열교환시키는 실내 열교환기를 포함한다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 증발기 측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기의 내부에서 유동되는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어의 내부에서 유동되는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다. 이러한 히트펌프 시스템은 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기 및 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브 등을 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방 모드가 가동될 경우에 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 기능을 수행하며, 난방 모드가 가동될 경우에는 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 기능을 수행하게 된다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이고, 도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이며, 도 3은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 난방 모드를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 냉매 순환라인(99) 및 냉각수 순환라인(98)과, 압축기(1)와, 실내 열교환기(2)와, 증발기(5)와, 오리피스(9)와, 수-냉매 열교환기(19)와, 팽창밸브(15)를 포함하여 이루어진다.
공조케이스(7)의 내부에는 증발기(5)와 실내 열교환기(2)가 순차로 설치되고, 증발기(5)와 실내 열교환기(2)의 사이에 증발기(5)를 통과한 공기를 실내 열교환기(2) 측으로 선택적으로 유동시켜 냉기와 온기의 유량을 제어하는 온도조절 도어(6)가 구비된다. 실내 열교환기(2)의 일 측에는 배터리(4)에 의해 작동되는 PTC히터(3)가 구비될 수 있다.
압축기(1)는 냉매 순환라인(99)에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 기능을 수행하며, 실내 열교환기(2)는 공조케이스(7)의 내부에 설치되어 공조케이스(7) 내부의 공기와 압축기(1)에서 배출된 냉매를 열교환 시킨다. 이 경우, 압축기(1)의 상류 측인 입구 측에는 어큐뮬레이터(16)가 설치된다. 어큐뮬레이터(16)는 압축기(1)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(1)로 기상 냉매만 공급되도록 한다. 증발기(5)는 공조케이스(7)의 내부에 설치되어, 공조케이스(7) 내부의 공기와 압축기(1)로 공급되는 냉매를 열교환 시킨다.
오리피스(9)는 교축 작용을 수행하는 것으로서, 실내 열교환기(2)의 하류 측에 배치된다. 이 경우, 오리피스(9)는 상기 냉매 순환라인(99) 상에 바이패스 가능하게 구성된다. 즉, 오리피스(9)는 냉매 순환라인(99)에서 분기되는 바이패스 라인(10)에 구비되며, 제1 삼방향 밸브(8)에 의해 냉매의 유동 방향이 제어된다. 난방 모드 시 오리피스(9)는 냉매의 교축 작용을 수행하고, 냉방 모드 시 냉매가 오리피스(9)를 바이패스 하게 된다.
수-냉매 열교환기(19)는 오리피스(9)의 하류 측에 배치되며, 냉매와 냉각수를 열교환시키는 칠러(Chiller)의 형태로 구현된다. 수-냉매 열교환기(19)의 상류 측에는 제2 삼방향 밸브(13)가 구비된다. 제2 삼방향 밸브(13)는 냉매를 수-냉매 열교환기(19) 측과 증발기(5) 측으로 선택적으로 유동시킨다. 팽창밸브(15)는 교축 작용을 수행하는 것으로서, 제2 삼방향 밸브(13)와 증발기(5)의 사이에 구비된다. 미설명된 부호 14는 원 웨이 밸브이다.
냉각수 순환라인(98)은 냉각수가 유동되는 유로로서, 냉각수 순환라인을 유동하는 냉각수는 수-냉매 열교환기(19)를 통해 냉매 순환라인(99)을 유동하는 냉매와 열교환 한다. 이 경우, 냉각수 순환라인(98)이 차량 모터, 인버터 등의 전장품(17)을 통과하게 하여 냉각수가 전장품(17)을 순환하게 함으로써, 냉각수는 전장품(17)의 폐열에 의해 가열된다.
냉방 모드 시, 도 2에 도시된 것처럼 압축기(1)에서 토출된 냉매는 실내 열교환기(2)를 통과하고 제1 삼방향 밸브(8)에 의해 오리피스(9)를 통과하지 않고 제3 삼방향 밸브(11) 측으로 유동하며, 제3 삼방향 밸브(11)에 의해 실외 열교환기(12)를 통과한다. 이후에, 냉매는 제3 삼방향 밸브(13)에 의해 팽창밸브(15) 및 증발기(5)를 통과하여 어큐뮬레이터(16)를 지나 압축기(1)를 순환한다.
냉방 모드 시, 온도조절 도어(6)는 실내 열교환기(2) 측 유로를 폐쇄하며, 공조케이스(7) 내의 공기는 증발기(5)에 의해 냉각되어 차량 실내로 토출됨으로써 냉방을 수행한다. 냉방 모드 시, 증발기(5)에서 냉매는 증발하며, 실외 열교환기(12)에서 냉매는 응축한다.
난방 모드 시, 도 3에 도시된 것처럼 압축기(1)에서 토출된 냉매는 실내 열교환기(2), 오리피스(9)를 통과하고 제3 삼방향 밸브(11)에 의해 실외 열교환기(12)를 통과한다. 이후에, 냉매는 제3 삼방향 밸브(13)에 의해 팽창밸브(15)를 통과하지 않고 수-냉매 열교환기(19)를 통과하여 어큐뮬레이터(16)를 지나 압축기(1)를 순환한다. 아울러, 냉각수 순환라인(98)을 유동하는 냉각수는 전장품(17)의 폐열에 의해 가열되며 수-냉매 열교환기(19)에서 냉매 순환라인(99)을 유동하는 냉매와 열교환 한다.
난방 모드 시, 온도조절 도어(6)는 실내 열교환기(2) 측 유로를 개방하며, 공조케이스(7) 내의 공기는 실내 열교환기(2)에 의해 가열되어 차량 실내로 토출됨으로써 난방을 수행한다. 난방 모드 시, 실내 열교환기(2)에서 냉매는 응축하며, 실외 열교환기(12) 및 수-냉매 열교환기(19)에서 증발한다.
하지만, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 몇 가지 개선해야할 문제점이 있었다.
첫째, 히트펌프 시스템이 적용되는 전기 차량 또는 하이브리드 차량에서 배터리의 쿨링(Cooling)을 수행하는 경우, 별도로 구비된 덕트를 통해 외부 공기를 공급하여 냉각하는 공랭식 방법을 사용하거나, 전술한 냉각수 순환라인 상의 냉각수를 이용해 냉각을 수행한다. 하지만, 이러한 배터리 쿨링 방식은 냉각 효율의 한계가 있다.
둘째, 외부 기온이 낮은 겨울철 등의 환경에서 실외 열교환기의 적상 문제로 인해, 냉매와 실외 열교환기 간의 열교환 효율이 저하되어 난방 성능이 저하되고 히트펌프 시스템의 전체적인 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 배터리의 냉각 효율 및 실외 열교환기의 제상 효과를 향상시키도록 구조 및 제어 로직이 개선된 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉매 순환라인; 상기 제1 냉매 순환라인에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기; 상기 압축기에서 배출된 냉매를 외부 공기와 열교환시키는 제1 실외 열교환부; 상기 실외 열교환부를 통과한 냉매를 교축하는 제1 교축부; 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스의 내부 공기와 제1 교축부를 통과한 냉매를 열교환시키는 증발기; 제1 냉각수 순환라인; 상기 압축기와 실외 열교환부의 사이에 구비되며, 제1 냉매 순환라인의 냉매와 제1 냉각수 순환라인의 냉각수를 열교환시키는 제1 수-냉매 열교환기; 및 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스의 내부 공기와 제1 수-냉매 열교환기를 통과한 냉각수를 열교환시키는 실내 열교환기를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 수-냉매 열교환기의 역할 분담을 통해 배터리 쿨링 효율을 향상시키고 안정적이고 효과적인 냉,난방 작동이 이루어지고, 외부 열교환기를 2종으로 구성함으로써 방열 성능이 향상되며, 실외 열교환기의 제상을 효과적으로 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이고,
도 2는 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이며,
도 3은 종래의 차량용 히트펌프 시스템의 난방 모드를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 및 제습 모드를 도시한 것이며,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 및 배터리 쿨링 모드를 도시한 것이고,
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 모드를 도시한 것이며,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 및 배터리 쿨링 모드를 도시한 것이고,
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제상 모드를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉매 순환라인(196)과, 압축기(101)와, 제1 실외 열교환부와, 제1 교축부(111)와, 증발기(112)와, 제1 냉각수 순환라인(201)과, 제1 수-냉매 열교환기(102)와, 실내 열교환기(203)와, 제2 냉매 순환라인(198)과, 제2 냉각수 순환라인(303), 및 제2 수-냉매 열교환기(108)를 포함하여 이루어진다.
압축기(101)는 제1 냉매 순환라인(196)에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 기능을 한다. 제1 실외 열교환부는 압축기(101)에서 배출된 냉매를 외부 공기와 열교환시킨다. 제1 실외 열교환부는 제1 냉매 순환라인(196) 상에 순차로 배치되는 제1 실외 열교환기(105) 및 제2 실외 열교환기(106)로 구성된다.
압축기(101)의 상류 측인 입구 측에는 어큐뮬레이터(109)가 설치된다. 어큐뮬레이터(109)는 압축기(101)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(101)로 기상 냉매만 공급되도록 한다. 제1 교축부(111)는 실외 열교환부를 통과한 냉매를 교축하는 것으로서, 오리피스로 구성될 수 있다. 증발기(112)는 공조케이스의 내부에 설치되어, 공조케이스의 내부 공기와 제1 교축부(111)를 통과한 냉매를 열교환시킨다.
제1 냉각수 순환라인(201)은 그 내부에 냉각수가 순환되며, 냉각수를 강제 순환하기 위한 제1 워터 펌프(202)를 구비한다. 제1 수-냉매 열교환기(102)는 압축기(101)와 실외 열교환부의 사이에 구비된다. 제1 수-냉매 열교환기(102)에는 제1 냉매 순환라인(196) 및 제1 냉각수 순환라인(201)이 모두 통과한다. 제1 수-냉매 열교환기(102)는 제1 냉매 순환라인(196)의 냉매와 제1 냉각수 순환라인(201)의 냉각수를 열교환시킨다.
실내 열교환기(203)는 공조케이스의 내부에 설치되어, 공조케이스의 내부 공기와 제1 수-냉매 열교환기(102)를 통과한 냉각수를 열교환시킨다. 실내 열교환기(203)는 제1 냉각수 순환라인(201) 상에 제1 수-냉매 열교환기(102)의 하류 측에 배치된다. 공조케이스의 내부에는 증발기(112)와 실내 열교환기(203)가 설치된다. 실내 열교환기(203)의 일 측에는 배터리에 의해 작동되는 PTC히터(204)가 구비될 수 있다.
본 실시 예에서, 제1 냉각수 순환라인(201)을 순환하는 냉각수를 통해 차량 난방을 수행하며, 이로 인해 PTC히터를 비교적 저전압 사양으로 구성 가능하고 결국 연비 향상에 기여할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 냉방 모드 시 압축기(101)를 통해 배출된 냉매는 제1 수-냉매 열교환기(102)를 지나 제1 실외 열교환기(105) 및 제2 실외 열교환기(106)를 통과하고 제1 교축부(111)를 지나 증발기(112)를 통과한 후 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)를 순환한다. 이 과정에서 증발기(112)를 통과하는 냉매는 공조케이스 내부의 공기와 열교환하여 차량 실내가 냉방된다.
이 경우, 제1 냉각수 순환라인(201)의 제1 워터 펌프(202)는 구동되지 않아 냉각수는 순환되지 않는다. 제1 수-냉매 열교환기(102)를 통과하는 냉매는 냉각수와 열교환하지 않는다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 및 제습 모드를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 냉방 및 제습 모드 시 압축기(101)를 통해 배출된 냉매는 제1 수-냉매 열교환기(102)를 지나 제1 실외 열교환기(105) 및 제2 실외 열교환기(106)를 통과하고 제1 교축부(111)를 지나 증발기(112)를 통과한 후 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)를 순환한다. 이 과정에서 증발기(112)를 통과하는 냉매는 공조케이스 내부의 공기와 열교환하여 차량 실내가 냉방된다.
이와 동시에, 제1 냉각수 순환라인(201)의 제1 워터 펌프(202)가 구동되어 냉각수가 실내 열교환기(203)를 순환한다. 압축기(101)로부터 토출되어 제1 수-냉매 열교환기(102)를 통과하는 냉매는 고온 고압의 상태이다. 그리고, 제1 냉각수 순환라인(201)의 냉각수는 제1 수-냉매 열교환기(102)에서 고온의 냉매와 열교환되어 가열된다. 실내 열교환기(203)를 통과하는 냉각수는 고온열에 의해 제습을 수행한다.
다시 도 4를 참조하면, 제2 냉매 순환라인(198)은 실외 열교환부의 하류 측 제1 냉매 순환라인(196) 상에서 분지되어 압축기(101)와 증발기(112)의 사이에 연결된다. 즉, 제2 실외 열교환기(106)를 통과한 냉매가 제2 냉매 순환라인(198)으로 유동되는 경우, 이 냉매는 제1 교축부(111) 및 증발기(112)를 통과하지 않고 어큐뮬레이터(109)를 통과하여 압축기(101)로 유입된다.
제2 냉각수 순환라인(303)은 제1 냉각수 순환라인(201)과는 별도로 냉각수를 순환시키는 유로로서, 차량의 배터리와 열교환하도록 구성된다. 제2 냉각수 순환라인(303)은 그 내부에 냉각수가 순환되며, 냉각수를 강제 순환하기 위한 제2 워터 펌프(306)를 구비한다.
제2 냉각수 순환라인(303) 상에는 배터리(305)뿐 아니라 모터, 인버터 등의 차량 전장품(307)이 냉각수와 열교환 가능하도록 배치된다. 즉, 제2 냉각수 순환라인(303)은 전기 차량 또는 하이브리드 차량에서 열이 발생하는 배터리(305), 전장품(307) 등을 순환하도록 설치된다. 제2 냉각수 순환라인(303)을 유동하는 냉각수는 배터리(305) 및 전장품(307)과 열교환하여 가열된다.
제2 수-냉매 열교환기(108)는 제2 냉매 순환라인(198)의 냉매와 제2 냉각수 순환라인(303)의 냉각수를 열교환시킨다. 이와 같이, 수-냉매 열교환기를 2개로 구성하고, 제1 수-냉매 열교환기(102)는 차량 난방과 제습 등에 이용하며 제2 수-냉매 열교환기(108)는 배터리 쿨링(Cooling) 등에 이용함으로써, 수-냉매 열교환기의 역할 분담을 통해 배터리 쿨링 효율을 향상시키고 안정적이고 효과적인 냉,난방 작동이 이루어진다.
제2 냉각수 순환라인(303) 상에는 제2 실외 열교환부(301)가 구비된다. 제2 실외 열교환부(301)는 차량 배터리(305)와 제2 수-냉매 열교환기(108)의 사이에 배치되어, 배터리(305)와 열교환된 냉각수를 외부 공기와 열교환시킨다. 배터리(305) 및 전장품(307)을 통과하여 가열된 냉각수는 실외 열교환부(301)를 통과하면서 외부 공기와 열교환되어 소정 온도까지 냉각되어, 배터리의 쿨링 효율이 더욱 향상된다.
제2 수-냉매 열교환기(108)의 상류 측 제2 냉매 순환라인(198) 상에는 제2 교축부(107)를 구비한다. 제2 교축부(107)는 교축 작용을 수행하는 것으로서, 오리피스로 구성될 수 있다. 제2 교축부(107)를 통과한 냉매는 저온 저압 상태이며 제2 수-냉매 열교환기(108)에서 냉각수를 더욱 효과적으로 냉각시켜 배터리 쿨링 성능의 향상을 기대할 수 있다.
또한, 차량용 히트펌프 시스템은 바이패스 유로(197) 및 제1 밸브(103)를 포함한다. 바이패스 유로(197)는 제1 냉매 순환라인(196)에서 분지되어 제1 실외 열교환기(105)를 바이패스한다. 제1 밸브(103)는 냉매가 제1 실외 열교환기(105)를 통과하거나 바이패스하도록 냉매를 선택적으로 유동시킨다. 바이패스 유로(197)에는 교축 작용을 수행하는 제3 교축부(104)를 구비한다. 제3 교축부(104)는 전자식 팽창밸브의 형태로 구성될 수 있다.
또한, 제2 냉각수 순환라인(303) 상에 제2 밸브(302)를 구비한다. 제2 밸브(302)는 냉각수가 제2 수-냉매 열교환기(108)를 통과하거나 바이패스하도록 냉각수를 선택적으로 유동시킨다. 제2 밸브(302)를 통해 냉각수를 제2 수-냉매 열교환기(108)로 유동시키지 않고 배터리(305), 전장품(307) 및 제2 실외 열교환부(301)를 순환하도록 제어할 수 있다.
그리고, 증발기(112)의 상류 측에 제3 밸브(110)가 구비된다. 제3 밸브(110)는 제1 실외 열교환부를 통과한 냉매가 증발기(112)를 통과하거나 바이패스하여 압축기(101) 측으로 유동되도록 냉매를 선택적으로 유동시킨다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 및 배터리 쿨링 모드를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 냉방 및 배터리 쿨링 모드 시 압축기(101)를 통해 배출된 냉매는 제1 수-냉매 열교환기(102)를 지나 제1 실외 열교환기(105) 및 제2 실외 열교환기(106)를 통과하고 제1 교축부(111)를 지나 증발기(112)를 통과한 후 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)를 순환한다. 이 과정에서 증발기(112)를 통과하는 냉매는 공조케이스 내부의 공기와 열교환하여 차량 실내가 냉방된다. 이 경우, 제2 실외 열교환기(106)를 통과한 냉매 중 일부는 제2 냉매 순환라인(198)을 통해 제2 교축부(107)를 지나 제2 수-냉매 열교환기(108)를 통과한 후 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)로 유입된다.
이와 동시에, 제2 냉각수 순환라인(303)의 제2 워터 펌프(306)가 구동되어 냉각수가 배터리(305) 및 전장품(307)을 순환한다. 배터리(305) 및 전장품(307)을 통과한 냉각수는 제2 실외 열교환부(301)를 통과한 후 제2 수-냉매 열교환기(108)를 순환한다. 제1 실외 열교환기(105), 제2 실외 열교환기(106) 및 제2 교축부(107)를 통과한 냉매는 저온 상태이다. 제2 냉각수 순환라인(303)의 냉각수는 제2 수-냉매 열교환기(108)에서 저온의 냉매와 열교환되어 냉각된다. 배터리(305)를 통과하는 냉각수는 배터리의 쿨링을 수행한다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 모드를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 난방 모드 시 압축기(101)를 통해 배출된 냉매는 제1 수-냉매 열교환기(102)를 지나 제1 밸브(103)에 의해 제1 실외 열교환기(105)를 바이패스하고 바이패스 유로(197)를 통해 제3 교축부(104)를 지나 제2 실외 열교환기(106)를 통과하며, 제3 밸브(110)에 의해 증발기(112)를 바이패스하고 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)를 순환한다.
이와 동시에, 제1 냉각수 순환라인(201)의 제1 워터 펌프(202)가 구동되어 냉각수가 실내 열교환기(203)를 순환한다. 압축기(101)로부터 토출되어 제1 수-냉매 열교환기(102)를 통과하는 냉매는 고온 고압의 상태이다. 그리고, 제1 냉각수 순환라인(201)의 냉각수는 제1 수-냉매 열교환기(102)에서 고온의 냉매와 열교환되어 가열된다. 실내 열교환기(203)를 통과하는 냉각수는 공조케이스 내부의 공기와 열교환하여 차량 실내가 난방된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 실외 열교환부는 2개의 실외 열교환기로 구성되고 난방 모드 시 냉매가 제1 실외 열교환기를 바이패스 함으로써, 응축 수단 및 방열 수단의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 및 배터리 쿨링 모드를 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 난방 및 배터리 쿨링 모드 시 압축기(101)를 통해 배출된 냉매는 제1 수-냉매 열교환기(102)를 지나 제1 밸브(103)에 의해 제1 실외 열교환기(105)를 바이패스하고 바이패스 유로(197)를 통해 제3 교축부(104)를 지나 제2 실외 열교환기(106)를 통과하며, 제3 밸브(110)에 의해 증발기(112)를 바이패스하고 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)를 순환한다. 이 경우, 제2 실외 열교환기(106)를 통과한 냉매 중 일부는 제2 냉매 순환라인(198)을 통해 제2 교축부(107)를 지나 제2 수-냉매 열교환기(108)를 통과한 후 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)로 유입된다.
이와 동시에, 제1 냉각수 순환라인(201)의 제1 워터 펌프(202)가 구동되어 냉각수가 실내 열교환기(203)를 순환한다. 압축기(101)로부터 토출되어 제1 수-냉매 열교환기(102)를 통과하는 냉매는 고온 고압의 상태이다. 그리고, 제1 냉각수 순환라인(201)의 냉각수는 제1 수-냉매 열교환기(102)에서 고온의 냉매와 열교환되어 가열된다. 실내 열교환기(203)를 통과하는 냉각수는 공조케이스 내부의 공기와 열교환하여 차량 실내가 난방된다.
이와 동시에, 제2 냉각수 순환라인(303)의 제2 워터 펌프(306)가 구동되어 냉각수가 배터리(305) 및 전장품(307)을 순환한다. 배터리(305) 및 전장품(307)을 통과한 냉각수는 제2 실외 열교환부(301)를 통과한 후 제2 수-냉매 열교환기(108)를 순환한다. 제2 실외 열교환기(106) 및 제2 교축부(107)를 통과한 냉매는 저온 상태이다. 제2 냉각수 순환라인(303)의 냉각수는 제2 수-냉매 열교환기(108)에서 저온의 냉매와 열교환되어 냉각된다. 배터리(305)를 통과하는 냉각수는 배터리의 쿨링을 수행한다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제상 모드를 도시한 것이다.
도 10을 참조하면, 제상 모드 시 압축기(101)를 통해 배출된 냉매는 제1 수-냉매 열교환기(102)를 지나 제1 밸브(103)에 의해 제1 실외 열교환기(105)를 바이패스하고 바이패스 유로(197)를 통해 제3 교축부(104)를 지나 제2 실외 열교환기(106)를 통과하며, 제3 밸브(110)에 의해 증발기(112)를 바이패스하고 어큐뮬레이터(109)를 지나 압축기(101)를 순환한다.
이 경우, 제1 냉각수 순환라인(201)의 제1 워터 펌프(202)는 구동되지 않아 냉각수는 순환되지 않는다. 제1 수-냉매 열교환기(102)를 통과하는 냉매는 냉각수와 열교환하지 않는다. 제3 교축부(104)를 통과한 냉매는 비교적 고온 저압의 기체 상태이다. 이 고온 저압의 기체 냉매는 제2 실외 열교환기(106)를 통과하면서 일종의 핫 가스 디아이싱(Hot Gas Deicing) 기능을 하여 제상을 수행한다.
도 5 내지 도 10에 설명된 6개의 모드는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구성에 의해 구현 가능하다. 즉, 차량용 히트펌프 시스템은 제어부를 구비하며, 제어부는 냉방 모드, 냉방 및 제습 모드, 냉방 및 배터리 쿨링 모드, 난방 모드, 난방 및 배터리 쿨링 모드, 제상 모드를 구현하기 위한 새로운 6개의 신규 제어 로직을 구비한다.
지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
101 : 압축기 102 : 제1 수-냉매 열교환기
103 : 제1 밸브 302 : 제2 밸브
110 : 제3 밸브 105 : 제1 실외 열교환기
106 : 제2 실외 열교환기 108 : 제2 수-냉매 열교환기
109 : 어큐뮬레이터 111 : 제1 교축부
107 : 제2 교축부 104 : 제3 교축부
196 : 제1 냉매 순환라인 198 : 제2 냉매 순환라인
197 : 바이패스 유로 201 : 제1 냉각수 순환라인
202 : 제1 워터 펌프 203 : 실내 열교환기
204 : PTC히터 301 : 제2 실외 열교환부
303 : 제2 냉각수 순환라인 305 : 배터리
306 : 제2 워터 펌프 307 : 전장품

Claims (9)

  1. 제1 냉매 순환라인(196); 상기 제1 냉매 순환라인(196)에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(101); 상기 압축기(101)에서 배출된 냉매를 외부 공기와 열교환시키는 제1 실외 열교환부; 상기 실외 열교환부를 통과한 냉매를 교축하는 제1 교축부(111); 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스의 내부 공기와 제1 교축부(111)를 통과한 냉매를 열교환시키는 증발기(112); 제1 냉각수 순환라인(201); 상기 압축기(101)와 실외 열교환부의 사이에 구비되며, 제1 냉매 순환라인(196)의 냉매와 제1 냉각수 순환라인(201)의 냉각수를 열교환시키는 제1 수-냉매 열교환기(102); 및 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스의 내부 공기와 제1 수-냉매 열교환기(102)를 통과한 냉각수를 열교환시키는 실내 열교환기(203)를 포함하고,
    상기 제1 실외 열교환부는 제1 냉매 순환라인(196) 상에 순차로 배치되는 제1 실외 열교환기(105) 및 제2 실외 열교환기(106)로 구성되며,
    상기 제1 냉매 순환라인(196)에서 분지되어 제1 실외 열교환기(105)를 바이패스하는 바이패스 유로(197); 및 냉매가 제1 실외 열교환기(105)를 통과하거나 바이패스하도록 냉매를 선택적으로 유동시키는 제1 밸브(103)를 포함하고,
    상기 바이패스 유로(197)에 제3 교축부(104)를 구비하되,
    제상모드시 냉매가 제1 실외 열교환기(105)를 바이패스하고 바이패스 유로(197)를 통해 제3 교축부(104)를 통과해 제2 실외 열교환기(106)를 통과하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 실외 열교환부의 하류 측 제1 냉매 순환라인(196) 상에서 분지되어 압축기(101)와 증발기(112)의 사이에 연결되는 제2 냉매 순환라인(198);
    차량의 배터리와 열교환하는 제2 냉각수 순환라인(303); 및
    제2 냉매 순환라인(198)의 냉매와 제2 냉각수 순환라인(303)의 냉각수를 열교환시키는 제2 수-냉매 열교환기(108)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 냉각수 순환라인(303) 상에 차량 배터리와 제2 수-냉매 열교환기(108)의 사이에 배치되어, 배터리와 열교환된 냉각수를 외부 공기와 열교환시키는 제2 실외 열교환부(301)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 수-냉매 열교환기(108)의 상류 측 제2 냉매 순환라인(198) 상에 제2 교축부(107)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 냉각수 순환라인(303) 상에 구비되어, 냉각수가 제2 수-냉매 열교환기(108)를 통과하거나 바이패스하도록 냉각수를 선택적으로 유동시키는 제2 밸브(302)를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 증발기(112)의 상류 측에 구비되어, 제1 실외 열교환부를 통과한 냉매가 증발기(112)를 통과하거나 바이패스하여 압축기(101) 측으로 유동되도록 냉매를 선택적으로 유동시키는 제3 밸브(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
KR1020150065168A 2015-05-11 2015-05-11 차량용 히트펌프 시스템 KR102318996B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150065168A KR102318996B1 (ko) 2015-05-11 2015-05-11 차량용 히트펌프 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150065168A KR102318996B1 (ko) 2015-05-11 2015-05-11 차량용 히트펌프 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160133028A KR20160133028A (ko) 2016-11-22
KR102318996B1 true KR102318996B1 (ko) 2021-11-01

Family

ID=57540114

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150065168A KR102318996B1 (ko) 2015-05-11 2015-05-11 차량용 히트펌프 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102318996B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180096359A (ko) * 2017-02-21 2018-08-29 한온시스템 주식회사 차량용 히트펌프 시스템
CN107499088B (zh) * 2017-07-25 2023-06-06 珠海格力电器股份有限公司 一种汽车空调热泵、汽车和控制方法
CN107658522A (zh) * 2017-09-06 2018-02-02 珠海格力电器股份有限公司 用于电动交通工具的蓄电池的换热装置及电动车
KR102470430B1 (ko) * 2017-12-29 2022-11-25 한온시스템 주식회사 차량용 열관리 시스템
CN108501658B (zh) * 2018-06-12 2024-03-08 上海松芝酷能汽车技术有限公司 一种热管理系统及汽车
KR102168653B1 (ko) 2019-04-04 2020-10-21 엘지전자 주식회사 사방밸브
CN113619351B (zh) * 2021-06-22 2023-03-24 山东建筑大学 一种电动汽车热泵空调系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004224109A (ja) * 2003-01-21 2004-08-12 Denso Corp ヒートポンプ装置
WO2014000884A1 (fr) * 2012-06-26 2014-01-03 Valeo Systemes Thermiques Ensemble de conditionnement d'un habitacle et d'au moins une unite fonctionnelle d'un vehicule

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101342931B1 (ko) * 2011-03-09 2013-12-18 한라비스테온공조 주식회사 차량용 히트 펌프 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004224109A (ja) * 2003-01-21 2004-08-12 Denso Corp ヒートポンプ装置
WO2014000884A1 (fr) * 2012-06-26 2014-01-03 Valeo Systemes Thermiques Ensemble de conditionnement d'un habitacle et d'au moins une unite fonctionnelle d'un vehicule

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160133028A (ko) 2016-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112074425B (zh) 车用热管理系统
KR102318996B1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR102552112B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR101859512B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
CN109501552B (zh) 用于车辆的热泵系统
KR101313593B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
JP6304578B2 (ja) 車両用空調装置
KR102456826B1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR101669826B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR20120103054A (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR20190051742A (ko) 열관리 시스템
KR20160048237A (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR20170008603A (ko) 차량용 배터리의 온도 제어 장치
CN111497556B (zh) 一种带电机余热回收的二氧化碳热泵空调整车热管理系统
JPWO2016103578A1 (ja) 車両用空調装置
KR20190081317A (ko) 차량용 열관리 시스템
CN109982877B (zh) 车辆热泵系统
KR102111322B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR101714459B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR102245149B1 (ko) 차량용 공조장치
KR101941026B1 (ko) 차량용 히트 펌프 시스템
KR20180114388A (ko) 차량용 공조장치
KR101950750B1 (ko) 차량용 히트펌프 시스템
KR20210126905A (ko) 차량의 열관리 시스템
KR20170087080A (ko) 차량용 히트 펌프 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant