KR20120084485A

KR20120084485A - 차량용 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR20120084485A
Application number: KR1020110005878A
Authority: KR
Inventors: 정재경; 김학규; 주영복; 최영호; 조영욱
Original assignee: 한라공조주식회사
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-07-30

Abstract

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브, 실외열교환기 및 유로전환밸브를 구비하여 히트 펌트 사이클을 구현하는 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브, 실외열교환기 및 유로전환밸브를 구비하여 히트 펌트 사이클을 구현하는 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 실외열교환기의 상하류에 각각 제1,2 라디에이터를 배치한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 실외열교환기의 상하류에 각각 제1,2 라디에이터를 배치하여 실외열교환기에 발생되는 아이싱 현상을 효과적으로 해소함으로써 실외열교환기가 흡열 역할을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 이점이 있다. 결과적으로, 히트 펌프 시스템의 난방 모드시 차량 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM IN VEHICLE}

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 특히 실외열교환기에 발생되는 아이싱(ICING) 현상을 해소할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

최근 들어, 자연냉매를 사용하는 차량용 공조시스템이 다양하게 개발되고 있다. 특히, 이산화탄소(CO₂)를 냉매로 사용하는 이산화탄소 히트 펌프 시스템(이하, "히트 펌프 시스템"이라 함)이 주목받고 있다.

히트 펌프 시스템은, 오존파괴지수가 제로이고 지구온난화지수도 아주 낮은 이산화탄소(CO₂)를 냉매로 사용함으로써, 오존층의 파괴를 줄일 수 있고, 지구 온난화를 방지할 수 있는 등 최근 들어 각광받고 있는 친환경 난방 시스템이다.

도 1은 종래 차량용 히트 펌프 시스템의 개념도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 종래 차량용 히트 펌프 시스템은 압축기(1)와 실내열교환기(2)를 구비한다. 상기 압축기(1)는 기화된 냉매를 고온?고압의 가스로 압축하고, 상기 실내열교환기(2)는 압축된 고온?고압의 냉매를 내부 공기와 열교환하여 실내에 열을 공급한다.

특히, 상기 실내열교환기(2)는 고온?고압의 냉매를 열교환하는 과정에서 고온의 열을 방출하고, 방출된 열기를 차량의 실내로 공급하여 실내를 난방한다. 여기서, 실내열교환기(2)의 열기는 송풍기(미도시)에 의해 송풍되고, 송풍된 열기는 덕트(미도시)를 통해 차량의 실내로 공급된다.

그리고 상기 히트 펌프 시스템은, 팽창밸브(3)와 실외열교환기(4)를 구비한다. 상기 팽창밸브(3)는 상기 실내열교환기(2)에서 열교환된 냉매를 저온?저압으로 팽창시키고, 실외열교환기(4)는 팽창된 저온?저압의 냉매를 유입한 후, 주변의 공기와 열교환시켜서 기화시킨다. 특히, 상기 실외열교환기(4)는 저온?저압의 냉매를 기화시키는 과정에서 주위의 열을 흡수한다.

그리고, 상기 히트 펌프 시스템은 압축기(1)의 출입구측에 설치되는 유로전환밸브(5)를 구비한다. 상기 유로전환밸브(5)는 압축기(1)로부터 토출되는 냉매의 흐름을 정방향에서 역방향으로 바꾸어 주는 역할을 수행한다.

그런데, 상기 히트 펌프 시스템은 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 상태에서의 난방 모드시 실외열교환기(4)가 주위의 열을 흡수하는 과정에서 그 표면의 온도가 급속하게 저하됨으로써 그 표면에 주변의 수분이 결빙되는 아이싱 현상이 발생되고, 결과적으로 실외열교환기(4)가 흡열 역할을 원활히 수행하지 못하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 실외열교환기에 발생되는 아이싱 현상을 해소하여 실외열교환기가 흡열 역할을 원활하게 수행할 수 있도록 된 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 압축기, 실내열교환기, 팽창밸브, 실외열교환기 및 유로전환밸브를 구비하여 냉방 또는 난방 사이클을 구현하는 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 실외열교환기의 공기유동방향 상하류에, 각각 전장품의 냉각수를 방열하기 위한 제1,2 라디에이터를 배치한 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 제1,2 라디에이터의 분기 접속부에는, 제1,2 라디에이터로 공급되는 냉각수를 조절하기 위한 분배밸브를 더 구비할 수 있다.

또한, 난방 모드 또는 제상 모드시에는 상기 분배밸브에 의해 상기 제1,2 라디에이터에 냉각수를 분기 공급할 수 있다.

또한, 제상 모드시에는 상기 분배밸브에 의해 상기 제1 라디에이터에 상기 제2 라디에이터보다 냉각수를 더 많이 공급하도록 분배할 수 있다.

또한, 상기 제1 라디에이터의 전방에는 에어 플랩이 개폐 가능하도록 설치되고, 제상 모드시에는 상기 에어 플랩을 폐쇄할 수 있다.

본 발명에 따르면, 실외열교환기의 상하류에 각각 제1,2 라디에이터를 배치하여 실외열교환기에 발생되는 아이싱 현상을 효과적으로 해소함으로써 실외열교환기가 흡열 역할을 원활하게 수행할 수 있도록 하는 이점이 있다. 결과적으로, 히트 펌프 시스템의 난방 모드시 차량 에너지 효율을 증대시킬 수 있다.

도 1은 종래 차량용 히트 펌프 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드시의 상태도.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드 또는 제상 모드시의 상태도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 개념도, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드시의 상태도, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드 또는 제상 모드시의 상태도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 압축기(110), 실내열교환기(120), 팽창밸브(130), 실외열교환기(140) 및 유로전환밸브(150)를 구비하여 냉방 또는 난방 사이클을 구현하는 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 실외열교환기(140)의 제상을 위해, 상기 실외열교환기(140)의 전후면 즉, 공기유동방향 상하류에 각각 모터 및 배터리 등과 같은 전장품(10)의 냉각수를 방열하기 위한 제1,2 라디에이터(160),(170)를 배치한다.

도면에서, 부호 '20'은 쿨링팬을 의미한다.

상기 압축기(110)는 기화된 냉매를 고온?고압의 가스로 압축하고, 상기 실내열교환기(120)는 압축된 고온?고압의 냉매를 내부 공기와 열교환하여 실내에 열을 공급한다.

특히, 상기 실내열교환기(120)는 고온?고압의 냉매를 열교환하는 과정에서 고온의 열을 방출하고, 방출된 열기를 차량의 실내로 공급하여 실내를 난방한다. 여기서, 상기 실내열교환기(120)의 열기는 송풍기(미도시)에 의해 송풍되고, 송풍된 열기는 덕트(미도시)를 통해 차량의 실내로 공급된다.

그리고, 상기 팽창밸브(130)는 실내열교환기(120)에서 열교환된 냉매를 저온?저압으로 팽창시키고, 상기 실외열교환기(140)는 팽창된 저온?저압의 냉매를 유입한 후, 주변의 공기와 열교환시켜서 기화시킨다. 특히, 상기 실외열교환기(140)는 저온?저압의 냉매를 기화시키는 과정에서 주위의 열을 흡수한다.

그리고, 상기 유로전환밸브(150)는 상기 압축기(110)의 출입구측에 설치되는데, 상기 압축기(110)로부터 토출되는 냉매의 흐름을 정방향에서 역방향으로 바꾸어 주는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 제1,2 라디에이터(160),(170)는 모터 및 배터리 등과 같은 전장품(10)의 냉각수를 방열하기 위한 것으로서, 상기 실외열교환기(140)의 제상을 위해, 상기 실외열교환기(140)의 공기유동방향 상하류에 각각 배치되는 것이다.

본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 상술한 바와 같은 구성을 통해, 실외열교환기(140)의 제상 즉, 실외열교환기(140)에 발생되는 아이싱 현상을 효과적으로 해소함으로써 실외열교환기(140)가 흡열 역할을 원활하게 수행할 수가 있다.

즉, 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 환경에서의 난방 모드 또는 제상 모드시, 실외열교환기(140)가 주위의 열을 흡수하는 과정에서 그 표면의 온도가 급속하게 저하됨으로써 그 표면에 주변의 수분이 결빙되는 아이싱 현상이 발생되는 경우, 상기 실외열교환기(140)가 실외열교환기(140)의 전후면에 설치된 제1,2 라디에이터(160),(170)로부터 대류열 및 복사열을 받아 아이싱 현상이 해소되는 것이다. 이에 따라, 실외열교환기(140)의 흡열 성능을 향상시킬 수가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 상기 제1,2 라디에이터(160),(170)의 분기 접속부에는, 제1,2 라디에이터(160),(170)로 공급되는 냉각수를 적절히 조절하기 위한 분배밸브(180)를 더 구비하여, 난방 모드 또는 제상 모드시에는 상기 분배밸브(180)에 의해 상기 제1,2 라디에이터(160),(170)에 냉각수를 적절히 분기 공급할 수 있다.

그리고, 특히, 실외열교환기(140)에 발생되는 아이싱 현상을 해소하기 위한 제상 모드시에는 상기 분배밸브(180)에 의해 상기 제1 라디에이터(160)에 상기 제2 라디에이터(170)보다 냉각수를 더 많이 공급하도록 분배하는 것이 바람직하다.

이를 통해, 실외열교환기(140)의 전면에 위치하여 외부 공기가 유입되는 제1 라디에이터(160)에 더 많은 냉각수를 분배하여 제1 라디에이터(160)로부터의 대류열 및 복사열을 증가시킴으로써 실외열교환기(140)에 발생되는 아이싱 현상을 더 효과적으로 해소할 수가 있다.

그리고, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 상기 실외열교환기(140)에 발생되는 아이싱 현상을 더욱 효과적으로 해소하기 위해, 상기 제1 라디에이터(160)의 전방 즉, 범퍼부의 쿨링모듈 유로 입구에 에어 플랩(AIR FLAP:190)을 별도의 구동장치(미도시)로 개폐 가능하도록 설치할 수 있다.

이를 통해, 상기 실외열교환기(140)에 발생되는 아이싱 현상을 해소하기 위한 제상 모드시에는 상기 에어 플랩(190)을 폐쇄하여 외부 냉기 유입을 원천적으로 차단함으로써 제상 효과를 더욱 증대시킬 수가 있다.

도 3,4를 참조하여 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 작용에 대하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드시의 상태도로서, 여름철과 같이 실외열교환기(140)가 방열하여 아이싱 현상이 발생되지 아니하므로 제상이 불필요한 경우를 보여준다.

이 경우, 별도의 제상이 불필요하므로 분배밸브(180)에 의해 서브 라디에이터인 제1 라디에이터(160)로는 냉각수가 흐르지 아니하고 메인 라디에이터인 제2 라디에이터(170)로만 냉각수가 흐르게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드 또는 제상 모드시의 상태도로서, 겨울철과 같이 실외열교환기(140)가 흡열하여 아이싱 현상이 발생될 수 있으므로 이러한 현상을 해소하기 위해 에어 플랩(190)을 폐쇄하여 외부 냉기 유입을 차단하고, 또한 분배밸브(180)에 의해 실외열교환기(140)의 상하류에 위치하는 제1,2 라디에이터(160),(170)로 냉각수를 적절히 분배하여 제1,2 라디에이터(160),(170)에서 대류열 및 복사열을 발생하게 된다.

이에 따라, 외부 냉기 유입을 차단할 뿐만 아니라 대류열 및 복사열을 이용하여 실외열교환기(140)의 제상 즉, 실외열교환기(140)에 발생되는 아이싱 현상을 해소함으로써 실외열교환기(140)가 흡열 역할을 원활하게 수행하여 흡열 성능을 향상시킬 수가 있다.

즉, 겨울철과 같이 외부 온도가 낮은 환경에서의 난방 모드 또는 제상 모드시, 실외열교환기(140)가 주위의 열을 흡수하는 과정에서 그 표면의 온도가 급속하게 저하됨으로써 그 표면에 주변의 수분이 결빙되어 아이싱 현상이 발생되는 경우, 상기 에어 플랩(190)에 의해 외부 냉기 유입이 차단되고, 또한 상기 실외열교환기(140)가 실외열교환기(140)의 전후면에 설치된 제1,2 라디에이터(160),(170)로부터 대류열 및 복사열을 받아 아이싱 현상을 해소하게 되는 것이다.

결과적으로, 히트 펌프 시스템의 실외열교환기(140)에 발생되는 아이싱 현상을 효과적으로 해소함으로써 실외열교환기(140)가 흡열 역할을 원활하게 수행할 수가 있으며, 이와 더불어 차량 에너지 효율을 향상시킬 수가 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110 : 압축기 120 : 실내열교환기
130 : 팽창밸브 140 : 실외열교환기
150 : 유로전환밸브 160 : 제1 라디에이터
170 : 제2 라디에이터 180 : 분배밸브
190 : 에어 플랩

Claims

압축기(110), 실내열교환기(120), 팽창밸브(130), 실외열교환기(140) 및 유로전환밸브(150)를 구비하여 냉방 또는 난방 사이클을 구현하는 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
상기 실외열교환기(140)의 공기유동방향 상하류에, 각각 전장품(10)의 냉각수를 방열하기 위한 제1,2 라디에이터(160),(170)를 배치한 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1,2 라디에이터(160),(170)의 분기 접속부에는, 제1,2 라디에이터(160),(170)로 공급되는 냉각수를 조절하기 위한 분배밸브(180)를 더 구비한 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
청구항 2에 있어서,
난방 모드 또는 제상 모드시에는 상기 분배밸브(180)에 의해 상기 제1,2 라디에이터(160),(170)에 냉각수를 분기 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
청구항 3에 있어서,
제상 모드시에는 상기 분배밸브(180)에 의해 상기 제1 라디에이터(160)에 상기 제2 라디에이터(170)보다 냉각수를 더 많이 공급하도록 분배하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 라디에이터(160)의 전방에는 에어 플랩(190)이 개폐 가능하도록 설치되고,
제상 모드시에는 상기 에어 플랩(190)을 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.