KR20160048237A - Heat pump system for vehicle - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a heat pump system for a vehicle and, more specifically, relates to a heat pump system for a vehicle which can prevent a decrease in heating performance by preventing an inflow of electrical equipment cooling water having relatively low temperature compared with a fuel cell stack cooling water into a coolant-cooling water heat exchanger in the heat pump mode and can substitute existing PTC heaters since heating is performed using high temperature waste heat from the fuel cell stack, thereby improving fuel efficiency by reducing power consumption. To achieve this, the coolant-cooling water heat exchanger is installed to heat-exchange cooling water which circulates a coolant in a coolant circulating line with the fuel cell stack and a first cooling water bypass line is installed to allow cooling water circulating through the electrical equipment to bypass the coolant-cooling water heat exchanger in the heat pump mode.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{Heat pump system for vehicle}[0001] Heat pump system for vehicle [0002]

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 냉매순환라인의 냉매와 연료 전지 스택을 순환하는 냉각수 및 차량 전장품을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 냉매-냉각수 열교환기를 설치하고, 상기 전장품을 순환하는 냉각수가 히트펌프 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기를 바이패스하도록 제1냉각수 바이패스라인을 설치함으로써, 상기 연료 전지 스택 냉각수에 비해 상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 전장품 냉각수가 히트펌프 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기로 유입되는 것을 막아 난방 성능이 저하되는 것을 방지하고, 또한 상기 연료 전지 스택의 높은 폐열을 활용하여 난방하므로 기존의 PTC히터를 없앨수 있고 이로인해 소비 전력을 줄여 연비를 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle heat pump system, and more particularly, to a heat pump system for a vehicle, and more particularly, to a heat pump system for a vehicle, which comprises a coolant-coolant heat exchanger for exchanging coolant circulating through a coolant circulation line and cooling water circulating through a fuel cell stack, Cooling water heat exchanger when the circulating cooling water is in a heat pump mode, the electric-component cooling water having a relatively lower temperature than the fuel cell stack cooling water is supplied to the refrigerant- - It is possible to prevent the heating performance from being lowered by preventing the cooling water from being introduced into the heat exchanger and to heat the PTC heater by utilizing the high waste heat of the fuel cell stack. Therefore, it is possible to eliminate the existing PTC heater, To a heat pump system.

차량용 공조장치는, 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.Background Art [0002] A vehicle air conditioner generally includes a cooling system for cooling the interior of a vehicle and a heating system for heating the interior of the vehicle. Wherein the cooling system is configured to cool air in the vehicle interior by exchanging air passing through the outside of the evaporator at the evaporator side of the refrigerant cycle with the refrigerant flowing in the evaporator to convert into cool air, The air passing through the outside of the core is exchanged with the cooling water flowing in the inside of the heater core to warm the inside of the vehicle.

한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.A heat pump system which can selectively perform cooling and heating by switching the flow direction of refrigerant by using one refrigerant cycle is different from the above vehicle air conditioning system. For example, two heat exchangers (That is, an indoor heat exchanger installed inside the air conditioner case for exchanging heat with air blown into the vehicle interior, and an outdoor heat exchanger for exchanging heat outside the air conditioner case), and a direction control valve for switching the flow direction of the refrigerant do. Therefore, when the cooling mode is operated according to the flow direction of the refrigerant by the direction control valve, the indoor heat exchanger functions as a cooling heat exchanger. When the heating mode is activated, the indoor heat exchanger functions as a heating heat exchanger .

이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일예가 도 1에 도시되어 있다.Various kinds of such a heat pump system for vehicles have been proposed, and a representative example thereof is shown in Fig.

도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 고압측 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 고압측 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 저압측 열교환기(60)와, 상기 저압측 열교환기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.1 includes a compressor 30 for compressing and discharging a refrigerant, a high-pressure side heat exchanger 32 for dissipating the refrigerant discharged from the compressor 30, A first expansion valve 34 and a first bypass valve 36 for selectively passing the refrigerant passed through the high pressure side heat exchanger 32 and a second expansion valve 34 and a first bypass valve 36 Pressure side heat exchanger (60) for evaporating the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger (48), and a low-pressure side heat exchanger (60) for evaporating the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger An accumulator 62 for separating the refrigerant having passed through it into a gas phase and a liquid phase refrigerant, an internal heat exchanger 50 for exchanging heat between the refrigerant supplied to the low pressure side heat exchanger 60 and the refrigerant returning to the compressor 30, Pressure side heat exchanger (60), and a low-pressure side heat exchanger The second expansion valve 56 and the second expansion valve 56 are provided in parallel with each other so as to selectively connect the outlet side of the outdoor heat exchanger 48 and the inlet side of the accumulator 62, 2 bypass valve (58).

도 1 중 도면부호 10은 상기 고압측 열교환기(32)와 저압측 열교환기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.1, reference numeral 10 denotes an air conditioning case in which the high-pressure side heat exchanger 32 and the low-pressure side heat exchanger 60 are incorporated, reference numeral 12 denotes a temperature control door for controlling the mixing amount of cold air and warm air, And an air blower installed at the entrance of the air conditioning case.

또한, 상기 공조케이스(10)내의 고압측 열교환기(32) 하류측에는 PTC히터(15)가 설치된다.A PTC heater 15 is provided on the downstream side of the high-pressure side heat exchanger 32 in the air conditioning case 10.

상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 고압측 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.The first bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are closed and the first expansion valve (heating mode) 34 and the second bypass valve 58 are opened. In addition, the temperature control door 12 operates as shown in Fig. Therefore, the refrigerant discharged from the compressor 30 flows through the high-pressure side heat exchanger 32, the first expansion valve 34, the outdoor heat exchanger 48, the high-pressure portion 52 of the internal heat exchanger 50, The accumulator 62 and the low pressure section 54 of the internal heat exchanger 50 in this order. That is, the high-pressure side heat exchanger 32 serves as a radiator and the outdoor heat exchanger 48 serves as an evaporator.

에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 고압측 열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1바이패스밸브(36), 실외열교환기(48), 내부열교환기(50)의 고압부(52), 제2팽창밸브(56), 저압측 열교환기(60), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 내부열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 저압측 열교환기(60)가 증발기의 역할을 하게 되고, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 고압측 열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.When the air conditioning mode (cooling mode) is activated, the first bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are opened, and the first expansion valve 34 and the second bypass valve 58 are closed do. Further, the temperature control door 12 closes the high-pressure side heat exchanger 32 passage. Therefore, the refrigerant discharged from the compressor 30 flows through the high-pressure side heat exchanger 32, the first bypass valve 36, the outdoor heat exchanger 48, the high-pressure portion 52 of the internal heat exchanger 50, The low pressure side heat exchanger 60, the accumulator 62 and the low pressure portion 54 of the internal heat exchanger 50 in this order. That is, the low-pressure side heat exchanger 60 serves as an evaporator, and the high-pressure side heat exchanger 32 closed by the temperature control door 12 serves as a radiator as in the heat pump mode do.

겨울철 제습 난방모드가 가동될 경우에는, 상기 에어컨 모드(냉방모드)로 작동함과 아울러 상기 PTC히터(15)를 가동시켜 난방을 수행하게 된다.When the dehumidification heating mode is operated in the winter, the PTC heater 15 is operated in the air conditioning mode (cooling mode) and the heating is performed.

그러나, 상기 종래의 차량용 히트펌프 시스템은, 겨울철 난방모드 작동 중 제습 난방모드를 작동시킬 경우, 히트펌프 모드(난방모드)에서 에어컨 모드(냉방모드)로 전환되어 차실내 제습을 수행하게 되고, 이때 난방은 상기 PTC히터(15)를 사용하여 차실내로 공급되는 공기를 가열하기 때문에 소비 전력이 많은 문제점이 있다.However, when the dehumidifying heating mode is operated during the winter heating mode operation, the conventional vehicle heat pump system is switched from the heat pump mode (heating mode) to the air conditioning mode (cooling mode) The heating uses the PTC heater 15 to heat the air supplied to the passenger compartment, resulting in a problem of high power consumption.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉매순환라인의 냉매와 연료 전지 스택을 순환하는 냉각수 및 차량 전장품을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 냉매-냉각수 열교환기를 설치하고, 상기 전장품을 순환하는 냉각수가 히트펌프 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기를 바이패스하도록 제1냉각수 바이패스라인을 설치함으로써, 상기 연료 전지 스택 냉각수에 비해 상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 전장품 냉각수가 히트펌프 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기로 유입되는 것을 막아 난방 성능이 저하되는 것을 방지하고, 또한 상기 연료 전지 스택의 높은 폐열을 활용하여 난방하므로 기존의 PTC히터를 없앨수 있고 이로인해 소비 전력을 줄여 연비를 향상할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는데 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cooling system for a vehicle, comprising: a coolant-coolant heat exchanger for exchanging coolant circulating between a coolant circulation line and a fuel cell stack and cooling water circulating through a vehicle electrical component; Cooling water heat exchanger in a heat pump mode, the electric-component cooling water having a relatively lower temperature than the fuel cell stack cooling water is supplied to the refrigerant-cooling water heat exchanger A heat pump system for a vehicle that can prevent the deterioration of the heating performance by preventing the inflow of the PTC heater and can heat the PTC heater by utilizing the high waste heat of the fuel cell stack, .

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매순환라인에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기와, 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스내 공기와 상기 압축기에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내열교환기와, 공조케이스의 내부에 설치되어 공조케이스내 공기와 상기 압축기로 공급되는 냉매를 열교환시키는 증발기와, 상기 실내열교환기의 출구측 냉매순환라인에 설치되어 히트펌프 모드시 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단과, 상기 증발기의 입구측 냉매순환라인에 설치되어 에어컨 모드시 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단을 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 제1팽창수단의 출구측 냉매순환라인에는, 차량의 연료 전지 스택을 순환하는 냉각수와 차량의 전장품을 순환하는 냉각수 및 상기 제1팽창수단의 출구측 냉매를 상호 열교환시키는 냉매-냉각수 열교환기가 설치되고, 상기 차량 전장품과 상기 냉매-냉각수 열교환기를 연결하는 제1냉각수순환라인 및 상기 연료 전지 스택과 상기 냉매-냉각수 열교환기를 연결하는 제2냉각수순환라인이 설치되며, 상기 제1냉각수순환라인에는, 히트펌프 모드시 상기 전장품을 순환하는 냉각수가 상기 냉매-냉각수 열교환기를 바이패스하도록 제1냉각수 바이패스라인이 설치된 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an air conditioner comprising: a compressor installed in a refrigerant circulation line for compressing and discharging a refrigerant; an indoor heat exchanger installed inside the air conditioner case for exchanging heat between air in the air conditioner case and refrigerant discharged from the compressor; An evaporator installed inside the air conditioning case for exchanging heat between the air in the air conditioning case and the refrigerant supplied to the compressor, and an evaporator installed in the outlet side refrigerant circulation line of the indoor heat exchanger for discharging the refrigerant discharged from the indoor heat exchanger And a second expansion means installed in an inlet side refrigerant circulation line of the evaporator and expanding a refrigerant supplied to the evaporator in an air conditioning mode, the system comprising: a first expansion means for expanding the first expansion means, In the refrigerant circulation line at the outlet side of the expansion means, cooling water circulating through the fuel cell stack of the vehicle and cooling water Cooling water heat exchanger for exchanging heat between the cooling water circulating the electrical component and the refrigerant at the outlet side of the first expansion means, and a first cooling water circulation line connecting the vehicle electrical component and the refrigerant-cooling water heat exchanger, And a second cooling water circulation line for connecting the refrigerant and the cooling water heat exchanger is provided. The first cooling water circulation line is provided with a first cooling water bypass line for bypassing the cooling water circulating the electrical component in the heat pump mode, Line is installed.

본 발명은, 냉매순환라인의 냉매와 연료 전지 스택을 순환하는 냉각수 및 차량 전장품을 순환하는 냉각수를 열교환시키는 냉매-냉각수 열교환기를 설치하고, 상기 전장품을 순환하는 냉각수가 히트펌프 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기를 바이패스하도록 제1냉각수 바이패스라인을 설치함으로써, 상기 연료 전지 스택 냉각수에 비해 상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 전장품 냉각수가 히트펌프 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기로 유입되는 것을 막아 난방 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, a coolant-coolant heat exchanger for exchanging coolant circulating between the coolant circulation line and the fuel cell stack and the cooling water circulating the vehicle electrical component is provided, and the coolant circulating through the electrical component is cooled in the coolant- By installing the first cooling water bypass line to bypass the heat exchanger, the electric component cooling water having a relatively lower temperature than the fuel cell stack cooling water is prevented from flowing into the refrigerant-cooling water heat exchanger in the heat pump mode, Can be prevented.

또한, 상기 연료 전지 스택의 높은 폐열을 활용하여 난방하므로 기존의 PTC히터를 없앨수 있고 이로인해 소비 전력을 줄여 연비를 향상할 수 있다.Further, since the high waste heat of the fuel cell stack is used to heat the PTC heater, the conventional PTC heater can be eliminated, thereby reducing power consumption and improving fuel efficiency.

그리고, 상기 냉매-냉각수 열교환기와 제2팽창수단의 사이에 리시버드라이어를 설치하여 냉매를 저장(보유)하도록 함으로써, 상기 제2팽창수단 및 어큐뮬레이터에 냉매를 안정적으로 공급하여 어큐뮬레이터내의 냉매 고갈을 방지하고 상기 냉매-냉각수 열교환기에 적층되는 냉매의 양을 줄여 냉방 성능을 향상할 수 있다.In addition, a receiver dryer is provided between the refrigerant-coolant heat exchanger and the second expansion means to store (hold) the refrigerant, thereby stably supplying the refrigerant to the second expansion means and the accumulator to prevent the refrigerant from being exhausted from the accumulator The amount of the refrigerant stacked on the refrigerant-coolant heat exchanger can be reduced to improve the cooling performance.

또한, 상기 냉매-냉각수 열교환기를 통해 히트펌프 모드시 연료 전지 스택을 순환하는 냉각수로 부터 폐열을 회수함으로써 난방성능을 향상은 물론 실외온도가 저온일 경우에도 히트펌프 모드를 작동할 수 있다.In addition, when the heat pump mode is used to recover the waste heat from the cooling water circulating through the coolant-coolant heat exchanger, the heat pump performance can be improved and the heat pump mode can be operated even when the outdoor temperature is low.

도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 난방모드를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 히트펌프 모드의 제습 난방모드를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 에어컨 모드를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 제1팽창밸브의 작동상태를 나타내는 단면도이다.1 is a schematic view showing a conventional heat pump system for a vehicle,
FIG. 2 is a diagram showing an air conditioner mode in a heat pump system for a vehicle according to the present invention,
3 is a view showing a heating mode of a heat pump mode in a vehicle heat pump system according to the present invention.
4 is a view showing a dehumidifying heating mode of a heat pump mode in a vehicle heat pump system according to the present invention.
5 is a configuration diagram showing an air conditioner mode in a vehicle heat pump system according to another embodiment of the present invention.
6 is a sectional view showing an operating state of the first expansion valve in the heat pump system for a vehicle according to the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 냉매순환라인(R)에 압축기(100)와, 실내열교환기(110)와, 제1팽창수단(120)과, 냉매-냉각수 열교환기(130)와, 제2팽창수단(140)과, 증발기(160)가 순차적으로 연결됨과 아울러 상기 냉매순환라인(R)에는 상기 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스하는 냉매 바이패스라인(R1)이 설치되어 구성되는 것으로서, 연료 전지 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.First, a heat pump system for a vehicle according to the present invention includes a compressor 100, an indoor heat exchanger 110, a first expansion device 120, a refrigerant-coolant heat exchanger 130, A refrigerant bypass line for bypassing the second expansion means 140 and the evaporator 160 is connected to the refrigerant circulation line R and the second expansion means 140 and the evaporator 160 are sequentially connected to each other, (R1), and is preferably applied to a fuel cell vehicle.

또한, 차량 전장품(300)을 냉각하도록 상기 차량 전장품(300)측으로 냉각수를 순환시키는 제1냉각수순환라인(W1)과, 연료 전지 스택(200)을 냉각하도록 상기 연료 전지 스택(200)측으로 냉각수를 순환시키는 제2냉각수순환라인(W2)이 설치된다.A first cooling water circulation line W1 for circulating cooling water to the vehicle electrical component 300 side to cool the vehicle electrical component 300 and a cooling water circulation line W2 for cooling the fuel cell stack 200 to the fuel cell stack 200 side And a second cooling water circulation line W2 for circulating the cooling water.

따라서, 에어컨 모드시에는, 도 2와 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 제1팽창수단(120)(미팽창), 냉매-냉각수 열교환기(130), 제2팽창수단(140)(팽창), 증발기(160), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기 역할을 수행하고 상기 증발기(160)는 증발기 역할을 수행하게 된다.2, the refrigerant discharged from the compressor 100 flows through the indoor heat exchanger 110, the first expansion device 120 (unexpanded), the refrigerant-cooling water heat exchanger 130, The indoor heat exchanger 110 functions as a condenser and the evaporator 160 serves as an evaporator so that the indoor heat exchanger 110 functions as a condenser and the evaporator 160 functions as a condenser, .

한편, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)는, 상기 실내열교환기(110)와 같은 응축기 역할을 하게 된다. 이때, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에서 냉매 열교환부(131)는 일종의 실외열교환기 역할을 하게 된다.On the other hand, the refrigerant-coolant heat exchanger 130 serves as a condenser such as the indoor heat exchanger 110. In this case, the refrigerant heat exchanger 131 in the refrigerant-coolant heat exchanger 130 serves as a kind of outdoor heat exchanger.

히트펌프 모드시(난방모드시)에는, 도 3과 같이 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 제1팽창수단(120)(팽창), 냉매-냉각수 열교환기(130), 냉매 바이패스라인(R1), 압축기(100)를 순차적으로 순환하게 되며, 이때, 상기 실내열교환기(110)는 응축기 역할을 수행하고 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)는 증발기 역할을 수행하게 된다.3, the refrigerant discharged from the compressor 100 flows into the indoor heat exchanger 110, the first expansion device 120 (expansion), the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 The indoor heat exchanger 110 functions as a condenser and the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 functions as an evaporator. .

그리고, 본 발명에서는, 상기 히트펌프 모드를 난방모드, 제습 난방모드와 같이 다양화하고 있는데, 여기서, 상기 제습 난방모드는 히트펌프 모드 작동 중 차실내를 제습하고자 할 때 수행하게 된다.In the present invention, the heat pump mode is diversified as a heating mode and a dehumidifying heating mode. Here, the dehumidifying heating mode is performed when the interior of the vehicle is dehumidified during operation of the heat pump mode.

이하, 히트 펌프 시스템의 각 구성요소별로 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, each component of the heat pump system will be described in detail.

먼저, 상기 냉매순환라인(R)에 설치된 압축기(100)는 모터 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출하게 된다.First, the compressor 100 installed in the refrigerant circulation line R receives the power from a motor or the like and sucks the refrigerant, compresses the refrigerant, and discharges the compressed refrigerant in a state of high temperature and high pressure.

상기 압축기(100)는, 에어컨 모드시 상기 증발기(160)측에서 배출된 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 되고, 히트펌프 모드시에는 상기 냉매 바이패스라인(R1)을 통과한 냉매를 흡입,압축하여 실내열교환기(110)측으로 공급하게 된다.The compressor 100 sucks and compresses the refrigerant discharged from the evaporator 160 in the air conditioning mode and supplies the compressed refrigerant to the indoor heat exchanger 110. In the heat pump mode, the refrigerant bypass line R1 Sucked, compressed, and supplied to the indoor heat exchanger 110 side.

상기 실내열교환기(110)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키게 된다.The indoor heat exchanger 110 is installed inside the air conditioning case 150 and is connected to the refrigerant circulation line R at the outlet side of the compressor 100 and is connected to the air flowing in the air conditioning case 150 The refrigerant discharged from the compressor 100 is heat-exchanged.

또한, 상기 증발기(160)는, 공조케이스(150)의 내부에 설치됨과 아울러 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)과 연결되어, 상기 공조케이스(150)내를 유동하는 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시키게 된다.The evaporator 160 is installed inside the air conditioning case 150 and is connected to the refrigerant circulation line R at the inlet side of the compressor 100 so that the air flowing in the air conditioning case 150 And the refrigerant supplied to the compressor 100 is heat-exchanged.

상기 실내열교환기(110)는, 에어컨 모드 및 히트펌프 모드시 모두 응축기 역할을 하게 되고,The indoor heat exchanger 110 functions as a condenser in both the air conditioning mode and the heat pump mode,

상기 증발기(160)는, 에어컨 모드시 증발기 역할을 하고, 히트펌프 모드 중 난방모드시에는 냉매 공급이 되지 않아 작동 정지된다.The evaporator 160 serves as an evaporator in the air conditioning mode, and stops operating when the refrigerant is not supplied during the heating mode of the heat pump mode.

또한, 상기 실내열교환기(110) 및 증발기(160)는, 상기 공조케이스(150)의 내부에 서로 일정간격 이격되어 설치되되, 상기 공조케이스(150)내의 공기유동방향 상류측에서부터 상기 증발기(160)와 실내열교환기(110)가 순차적으로 설치된다.The indoor heat exchanger 110 and the evaporator 160 are installed in the air conditioner case 150 at a predetermined distance from the air conditioner case 150, And an indoor heat exchanger 110 are sequentially installed.

따라서, 상기 증발기(160)가 증발기 역할을 수행하는 에어컨 모드시에는 도 2와 같이, 상기 제2팽창수단(140)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 상기 증발기(160)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 증발기(160) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환하여 냉풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 냉방하게 된다.2, the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the second expansion means 140 is supplied to the evaporator 160. At this time, the blower (not shown) Air flowing through the air conditioning case 150 through the evaporator 160 is exchanged with the low temperature low pressure refrigerant in the evaporator 160 to be converted into cool air and then discharged to the vehicle interior The inside of the car is cooled.

상기 실내열교환기(110)가 응축기 역할을 수행하는 히트펌프 모드시(난방모드시)에는 도 3과 같이, 상기 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 냉매가 상기 실내열교환기(110)로 공급되고, 이때 블로어(미도시)를 통해 공조케이스(150)의 내부를 유동하는 공기가 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 과정에서 실내열교환기(110) 내부의 고온 고압의 냉매와 열교환하여 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 토출되어 차실내를 난방하게 된다.3, the high-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the compressor 100 is supplied to the indoor heat exchanger 110, and the indoor heat exchanger 110 is connected to the indoor heat exchanger 110. In the heat pump mode (heating mode) in which the indoor heat exchanger 110 serves as a condenser, At this time, air flowing in the air conditioning case 150 through the blower (not shown) undergoes heat exchange with the high temperature and high pressure refrigerant in the indoor heat exchanger 110 while passing through the indoor heat exchanger 110, And then discharged to the vehicle interior to heat the vehicle interior.

그리고, 상기 공조케이스(150)의 내부에서 상기 증발기(160)와 상기 실내열교환기(110)의 사이에는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 통과하는 공기의 양을 조절하는 온도조절도어(151)가 설치된다.The amount of air passing through the indoor heat exchanger 110 and the amount of air passing through the indoor heat exchanger 110 are adjusted between the evaporator 160 and the indoor heat exchanger 110 in the air conditioning case 150 A temperature control door 151 is provided.

상기 온도조절도어(151)는, 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 공기의 양과 실내열교환기(110)를 통과하는 공기의 양을 조절하여 상기 공조케이스(150)에서 토출되는 공기의 온도를 적절하게 조절할 수 있는데,The temperature control door 151 adjusts the amount of air passing through the indoor heat exchanger 110 and the amount of air passing through the indoor heat exchanger 110 to control the temperature of the air discharged from the air conditioning case 150 Can be adjusted appropriately,

이때, 에어컨 모드시 도 2와 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)의 전방측 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 증발기(160)를 통과한 냉풍이 실내열교환기(110)를 바이패스하여 차실내로 공급되므로 최대 냉방이 수행되고,2, when the front side passageway of the indoor heat exchanger 110 is completely closed through the temperature control door 151 as shown in FIG. 2, the cold air passing through the evaporator 160 passes through the indoor heat exchanger 110, So that the maximum cooling is performed,

히트펌프 모드시(난방모드시)에는 도 3과 같이 상기 온도조절도어(151)를 통해 상기 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 완전히 폐쇄하게 되면, 모든 공기가 응축기 역할을 하는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌게 되고 이 온풍이 차실내로 공급되므로 최대 난방이 수행되며,As shown in FIG. 3, when the passageway for bypassing the indoor heat exchanger 110 is completely closed through the temperature control door 151 at the time of the heat pump mode (in the heating mode), all the air passes through the indoor heat exchanger The air is changed into warm air while passing through the heater 110, and the warm air is supplied to the inside of the vehicle,

온도조절시에는, 상기 온도조절도어(151)가 중립에 위치하면서 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로 및 실내열교환기(110)를 통과하는 통로를 모두 개방하게 되면, 증발기(160)를 통과한 냉풍 중 일부는 실내열교환기(110)를 바이패스 하고, 일부는 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀐 후, 하류측에서 냉풍과 온풍이 혼합되어 차실내로 공급되므로 차실내를 적절한 온도로 조절하게 된다.When the temperature control door 151 is positioned at the neutral position and both the passageway for bypassing the indoor heat exchanger 110 and the passageway for passing through the indoor heat exchanger 110 are opened, A part of the cold air passed by bypasses the indoor heat exchanger 110 and a part of the cold air passes through the indoor heat exchanger 110 and is converted into warm air and then cold air and warm air are mixed on the downstream side, The temperature is adjusted to an appropriate temperature.

그리고, 상기 제1팽창수단(120)은, 상기 실내열교환기의 출구측 냉매순환라인(R)에 설치되는데, 즉, 상기 실내열교환기(110)와 상기 냉매-냉각수 열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치되어, 히트펌프 모드시 상기 실내열교환기에서 배출된 냉매를 팽창시켜 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 공급하게 된다.The first expansion means 120 is installed in the refrigerant circulation line R at the outlet side of the indoor heat exchanger, that is, between the indoor heat exchanger 110 and the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 And is installed in the refrigerant circulation line (R). In the heat pump mode, the refrigerant discharged from the indoor heat exchanger is expanded and supplied to the refrigerant-coolant heat exchanger (130).

상기 제1팽창수단(120)은, 도 6과 같이, 상기 실내열교환기(110)와 상기 냉매-냉각수 열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치되어 냉매 유동을 온오프하는 온오프 밸브(125)와, 상기 온오프 밸브(125)에 일체로 구비되어 냉매를 팽창시키는 오리피스(128)로 이루어져, 에어컨 모드시에는 상기 온오프 밸브(125)를 개방하여 냉매를 미팽창 상태로 유동시키고, 히트펌프 모드시에는 상기 온오프 밸브(125)를 폐쇄하여 상기 오리피스(128)를 통해 냉매를 팽창시켜 유동시키게 된다.6, the first expansion means 120 is installed in the refrigerant circulation line R between the indoor heat exchanger 110 and the refrigerant-cooling water heat exchanger 130, Off valve 125 and an orifice 128 integrally provided in the on-off valve 125 and expanding the refrigerant. In the air conditioning mode, the on-off valve 125 is opened to open the refrigerant in an unexpanded state And in the heat pump mode, the on-off valve 125 is closed and the refrigerant is expanded and flowed through the orifice 128.

다시말해, 상기 제1팽창수단(120)은 온오프 밸브(125)와 교축(팽창) 역할을 하는 오리피스(128)를 일체화 한 구성이다.In other words, the first expansion means 120 has a structure in which the on / off valve 125 and the orifice 128 acting as a throttling (expansion) are integrated.

도 6은 제1팽창수단을 개략적으로 도시한 도면으로서, 온오프 밸브(125)의 내부에 냉매가 유동하는 유로(126)가 형성되고, 상기 유로(126)를 개폐하도록 밸브부재(127)를 설치한 것이다.6 is a view schematically showing the first expansion means. The flow path 126 in which the refrigerant flows is formed inside the on-off valve 125 and the valve member 127 is opened to open and close the flow path 126 It is installed.

이때, 상기 밸브부재(127)에는 냉매를 팽창시키기 위한 오리피스(128)가 형성된다.At this time, the valve member 127 is provided with an orifice 128 for expanding the refrigerant.

또한, 상기 온오프 밸브(125)의 일측에는 상기 밸브부재(127)의 개폐작동을 위한 솔레노이드(129)가 설치된다.A solenoid 129 for opening and closing the valve member 127 is installed on one side of the on-off valve 125.

따라서, 상기 제1팽창수단(120)의 밸브부재(127)가 유로(126)를 개방할 경우에는 제1팽창수단(120)을 통과하는 냉매가 팽창되지 않고 통과하게 되고, 제1팽창수단(120)의 밸브부재(127)가 유로(126)를 폐쇄할 경우에는 제1팽창수단(120)을 통과하는 냉매가 밸브부재(127)의 오리피스(128)를 통과하는 과정에서 팽창된 후 통과하게 되는 것이다.Therefore, when the valve member 127 of the first expansion means 120 opens the flow path 126, the refrigerant passing through the first expansion means 120 passes without being inflated, and the first expansion means When the valve member 127 of the valve member 127 closes the flow path 126, the refrigerant passing through the first expansion means 120 is expanded and passes through the orifice 128 of the valve member 127 .

아울러, 상기 제1팽창수단(120)은, 상기한 구조 외에도 전자식 팽창밸브를 사용할 수 있다.In addition, the first expansion means (120) may use an electronic expansion valve in addition to the structure described above.

그리고, 상기 제2팽창수단(140)은, 상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)상에 설치되어, 에어컨 모드시 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키게 된다.The second expansion means 140 is installed on the inlet side refrigerant circulation line R of the evaporator 160 and expands the refrigerant supplied to the evaporator 160 in the air conditioning mode.

즉, 상기 제2팽창수단(140)은, 에어컨 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에서 배출된 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 액상(습포화) 상태가 되게 한 후, 상기 증발기(160)로 공급하게 된다.That is, the second expansion means 140 expands the refrigerant discharged from the refrigerant-coolant heat exchanger 130 in the air-conditioning mode to a low-temperature and low-pressure liquid (frothed) state, .

상기 제2팽창수단(140)으로는 기계식 팽창밸브(미도시) 또는 전자식 팽창밸브(미도시) 등 다양한 팽창밸브를 사용할 수 있다.As the second expansion means 140, various expansion valves such as a mechanical expansion valve (not shown) or an electronic expansion valve (not shown) may be used.

그리고, 상기 냉매 바이패스라인(R1)은, 상기 냉매순환라인(R)에 병렬로 설치되어, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에서 배출된 냉매가 상기 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스하도록 하게 된다.The refrigerant bypass line R1 is installed in parallel with the refrigerant circulation line R so that the refrigerant discharged from the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 flows through the second expansion means 140 and the evaporator 160).

즉, 상기 냉매 바이패스라인(R1)은, 상기 제2팽창수단(140)의 입구측 냉매순환라인(R)과 상기 증발기(160)의 출구측 냉매순환라인(R)을 연결하도록 설치되어, 냉매순환라인(R)을 순환하는 냉매가 상기 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스하게 된다.That is, the refrigerant bypass line R1 is provided to connect the inlet-side refrigerant circulation line R of the second expansion means 140 and the outlet-side refrigerant circulation line R of the evaporator 160, The refrigerant circulating in the refrigerant circulation line R bypasses the second expansion means 140 and the evaporator 160.

도면에서와 같이, 상기 냉매 바이패스라인(R1)은 상기 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)와 병렬로 배치된다.As shown in the figure, the refrigerant bypass line (R1) is arranged in parallel with the second expansion means (140) and the evaporator (160).

또한, 상기 냉매 바이패스라인(R1)과 냉매순환라인(R)의 분기지점에는 에어컨 모드 또는 히트펌프 모드에 따라 냉매의 유동방향을 전환하는 냉매방향전환밸브(180)가 설치된다.A refrigerant direction switching valve 180 is provided at a branch point between the refrigerant bypass line R 1 and the refrigerant circulation line R to switch the flow direction of the refrigerant according to an air conditioning mode or a heat pump mode.

즉, 상기 냉매방향전환밸브(180)는 삼방밸브로서, 에어컨 모드시에는 상기 냉매 바이패스라인(R1)을 폐쇄하고 상기 냉매순환라인(R)을 개방하며, 히트펌프 모드시에는 상기 냉매 바이패스라인(R1)을 개방하고 상기 냉매순환라인(R)을 폐쇄하게 된다.That is, the refrigerant direction switching valve 180 is a three-way valve. In the air conditioning mode, the refrigerant bypass line R1 is closed and the refrigerant circulation line R is opened. In the heat pump mode, The line R1 is opened and the refrigerant circulation line R is closed.

이로인해, 에어컨 모드시에는 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)측으로 유동하게 되지만, 히트펌프 모드시(난방모드시)에는 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 통과한 냉매가 상기 냉매 바이패스라인(R1)을 통해 압축기(100)측으로 곧바로 유동하여 상기 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스 하게 된다.In the air conditioner mode, the refrigerant passing through the refrigerant-coolant heat exchanger 130 flows to the second expansion means 140 and the evaporator 160. In the heat pump mode (during the heating mode) The refrigerant that has passed through the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 flows directly to the compressor 100 side through the refrigerant bypass line R 1 and bypasses the second expansion means 140 and the evaporator 160.

그리고, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)는, 상기 공조케이스(150)의 외부에 배치되어 상기 냉매순환라인(R)과 연결되는 것으로서, 즉, 상기 제1팽창수단(120)의 출구측 냉매순환라인(R)에 연결되어 차량의 연료 전지 스택(200)을 순환하는 냉각수와 차량의 전장품(300)을 순환하는 냉각수 및 상기 제1팽창수단(120)의 출구측 냉매를 열교환시키게 된다.The refrigerant-cooling water heat exchanger 130 is disposed outside the air conditioning case 150 and is connected to the refrigerant circulation line R. That is, the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 is connected to the refrigerant- The cooling water circulating through the fuel cell stack 200 of the vehicle and the electric component 300 of the vehicle and the outlet refrigerant of the first expansion device 120 are connected to the circulation line R. [

또한, 상기 차량 전장품(300)을 순환하는 냉각수를 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)측으로 공급하기 위해, 상기 차량 전장품(300)과 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 연결하는 제1냉각수순환라인(W1)이 설치되고,In order to supply the cooling water circulating in the vehicle electrical equipment 300 to the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 side, a first cooling water circulation loop 130 for connecting the vehicle electrical equipment 300 and the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 A line W1 is provided,

상기 연료 전지 스택(200)을 순환하는 냉각수를 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)측으로 공급하기 위해, 상기 연료 전지 스택(200)과 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 연결하는 제2냉각수순환라인(W2)이 설치된다.A second cooling water circulation loop 130 for connecting the fuel cell stack 200 and the coolant-coolant heat exchanger 130 to supply coolant circulating through the fuel cell stack 200 to the coolant-coolant heat exchanger 130 side, A line W2 is provided.

상기 냉매-냉각수 열교환기(130)는, 상기 제1팽창수단(120)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되어 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(131)와, 상기 차량 전장품(300)의 제1냉각수순환라인(W1)과 연결되어 차량 전장품(300)을 순환하는 냉각수가 유동하는 제1냉각수 열교환부(132)와, 상기 연료 전지 스택(200)의 제2냉각수순환라인(W2)과 연결되어 연료 전지 스택을 순환하는 냉각수가 유동하는 제2냉각수 열교환부(133)로 구성되어, 상기 냉매 열교환부(131)의 냉매와 상기 제1,2냉각수 열교환부(132,133)의 냉각수를 상호 열교환시키게 된다.The refrigerant-cooling water heat exchanger 130 includes a refrigerant heat exchanger 131 connected to the refrigerant circulation line R at the outlet side of the first expansion means 120 to flow the refrigerant, A first cooling water heat exchanger 132 connected to the first cooling water circulation line W1 and through which the cooling water circulating in the vehicle electrical equipment 300 flows and a second cooling water circulation line W2 of the fuel cell stack 200 And a second cooling water heat exchanging part 133 through which the cooling water circulating in the fuel cell stack flows, so that the coolant of the refrigerant heat exchanging part 131 and the cooling water of the first and second cooling water heat exchanging parts 132, .

상기 냉매-냉각수 열교환기(130)는 다양한 구조로 구성할 수 있으며, 일예로, 냉각수 유로와 냉매 유로가 적층되는 판형 열교환기 형태로 구성할 수 있다.The coolant-coolant heat exchanger 130 may have a variety of structures. For example, the coolant-coolant heat exchanger 130 may be a plate-type heat exchanger in which a coolant channel and a coolant channel are stacked.

한편, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)의 냉매 열교환부(131)는, 에어컨 모드시 상기 실내열교환기(110)와 동일한 응축기 역할을 하게 되며, 히트펌프 모드시(난방모드시)에는 상기 실내열교환기(110)와 상반되는 증발기 역할을 하게 된다.The refrigerant heat exchanger 131 of the refrigerant-coolant heat exchanger 130 functions as the same condenser as the indoor heat exchanger 110 in the air conditioning mode. In the heat pump mode (in the heating mode) And serves as an evaporator opposite to the heat exchanger 110.

아울러, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 통해 히트펌프 모드시 연료 전지 스택(200)을 순환하는 냉각수로 부터 폐열을 회수함으로써 난방성능을 향상시킬 수 있음은 물론 실외온도가 저온일 경우에도 히트펌프 모드를 작동할 수 있는 것이다.In addition, since the waste heat is recovered from the cooling water circulating through the fuel cell stack 200 in the heat pump mode through the refrigerant-cooling water heat exchanger 130, the heating performance can be improved, and even when the outdoor temperature is low, The pump mode can be operated.

그리고, 상기 제1냉각수순환라인(W1)에는, 상기 차량 전장품(300)을 통과하면서 가열된 냉각수를 냉각하는 제1라디에이터(310)와, 상기 제1냉각수순환라인(W1)을 따라 냉각수를 순환시키는 제1워터펌프(P1)가 설치된다.The first cooling water circulation line W1 includes a first radiator 310 for cooling the cooling water heated while passing through the vehicle electrical equipment 300 and a second radiator 310 for circulating the cooling water along the first cooling water circulation line W1 The first water pump P1 is provided.

따라서, 상기 제1워터펌프(P1)의 작동에 의해 상기 제1냉각수순환라인(W1)을 순환하는 냉각수는 상기 전장품(300)을 통과하면서 가열되고, 이렇게 가열된 냉각수가 상기 제1라디에이터(310)를 유동하면서 공기와의 열교환에 의해 냉각되어 상기 전장품(300)을 냉각하게 된다.Accordingly, the cooling water circulating in the first cooling water circulation line W1 by the operation of the first water pump P1 is heated while passing through the electric component 300, and the heated cooling water is supplied to the first radiator 310 And cooled by the heat exchange with the air to cool the electric component 300.

한편, 상기 차량 전장품(300)으로는 대표적으로 모터와, 인버터 및 전력분배기 등이 있다.On the other hand, the vehicle electrical equipment 300 is typically a motor, an inverter, a power distributor, or the like.

그리고, 상기 제1냉각수순환라인(W1)에는, 히트펌프 모드시 상기 전장품(300)을 순환하는 냉각수가 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 바이패스하도록 제1냉각수 바이패스라인(W3)이 병렬로 연결 설치된다.The first cooling water bypass line W3 is connected to the first cooling water circulation line W1 so that the cooling water circulating through the electrical component 300 bypasses the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 in the heat pump mode They are connected in parallel.

상기 제1냉각수 바이패스라인(W3)은, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)의 입구측 제1냉각수순환라인(W1)과 출구측 제1냉각수순환라인(W1)을 연결하도록 설치된다.The first cooling water bypass line W3 is installed to connect the inlet-side first cooling water circulation line W1 and the outlet-side first cooling water circulation line W1 of the refrigerant-coolant heat exchanger 130. [

또한, 상기 제1냉각수 바이패스라인(W3)과 상기 제1냉각수순환라인(W1)의 분기지점에는 에어컨 모드와 히트펌프 모드시 냉각수의 유동방향을 전환하는 냉각수 방향전환밸브(320)가 설치된다.A cooling water direction switching valve 320 is provided at a branch point between the first cooling water bypass line W3 and the first cooling water circulation line W1 to switch the flow direction of the cooling water in the air conditioning mode and the heat pump mode .

따라서, 상기 냉각수 방향전환밸브(320)의 제어를 통해, 상기 제1냉각수순환라인(W1)을 순환하는 냉각수가 에어컨 모드시에는 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 통과하도록 제어되고, 히트펌프 모드시에는 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 바이패스하도록 제어된다.Accordingly, the cooling water circulating through the first cooling water circulation line W1 is controlled to pass through the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 in the air conditioning mode through the control of the cooling water direction switching valve 320, And is controlled to bypass the refrigerant-coolant heat exchanger 130 in the mode.

즉, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 통해 냉매와 전장품(300) 냉각수 및 연료 전지 스택(200) 냉각수가 열교환하게 되는데, 겨울철 히트펌프 모드시(난방모드시) 상기 전장품(300) 냉각수의 온도가 매우 낮아 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 유입하게 되면 냉매와 열교환을 하게 되어 난방 성능이 저하될 우려가 있다.That is, the refrigerant is exchanged with the cooling water of the electric component 300 and the cooling water of the fuel cell stack 200 through the refrigerant-cooling water heat exchanger 130. In the winter heat pump mode (heating mode) When the refrigerant flows into the refrigerant / coolant heat exchanger 130 because the temperature is very low, heat exchange with the refrigerant may occur, thereby reducing the heating performance.

따라서, 상기 냉각수 방향전환밸브(320)를 통해, 에어컨 모드시에만 상기 전장품(300) 냉각수를 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)측으로 순환시키고, 히트펌프 모드시에는 상기 제1냉각수 바이패스라인(W3)측으로 순환시켜 냉매-냉각수 열교환기(130)를 바이패스하도록 한 것이다.Accordingly, the electrical equipment 300 is circulated through the cooling water direction switching valve 320 to the refrigerant-coolant heat exchanger 130 only in the air conditioning mode, and in the heat pump mode, the first cooling water bypass line W3) to bypass the refrigerant-cooling water heat exchanger 130. [0064]

이처럼, 상기 연료 전지 스택(200) 냉각수에 비해 상대적으로 낮은 온도를 갖는 상기 전장품(300) 냉각수가 히트펌프 모드시 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 유입되는 것을 막아 난방 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것이다.The cooling water of the electric component 300 having a relatively lower temperature than the cooling water of the fuel cell stack 200 is prevented from flowing into the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 in the heat pump mode, You can do it.

그리고, 상기 제2냉각수순환라인(W2)에는, 상기 연료 전지 스택(200)을 통과하면서 가열된 냉각수를 냉각하는 제2라디에이터(210)와, 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 따라 냉각수를 순환시키는 제2워터펌프(P2)와, 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 순환하는 냉각수가 상기 제2라디에이터(210)을 바이패스하도록 하는 냉각수바이패스라인(W4)과, 상기 제2냉각수순환라인(W2)과 냉각수바이패스라인(W4)의 분기지점에 설치되어 냉각수의 유동방향을 전환하는 냉각수방향전환밸브(230)가 설치된다.The second cooling water circulation line W2 includes a second radiator 210 for cooling the heated cooling water while passing through the fuel cell stack 200 and cooling water flowing along the second cooling water circulation line W2 A cooling water bypass line (W4) for allowing cooling water circulating through the second cooling water circulation line (W2) to bypass the second radiator (210), a second water pump (P2) And a cooling water direction switching valve 230 provided at a branch point between the circulation line W2 and the cooling water bypass line W4 for switching the flow direction of the cooling water.

상기 냉각수바이패스라인(W4)은, 상기 제2냉각수순환라인(W2)에 병렬로 설치된다.The cooling water bypass line (W4) is installed in parallel with the second cooling water circulation line (W2).

상기 제2냉각수순환라인(W2)을 유동하는 냉각수는, 상기 연료 전지 스택(200)을 통과하면서 가열되어 냉각수의 온도가 상승하게 된다.The cooling water flowing through the second cooling water circulation line W2 is heated while passing through the fuel cell stack 200 to raise the temperature of the cooling water.

이처럼, 상기 연료 전지 스택(200)을 순환하면서 가열된 냉각수(폐열)를 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 공급하여 냉매와 열교환시킴으로써, 난방성능을 향상할 수 있고, 히트펌프 모드 및 에어컨 모드시 상기 연료 전지 스택(200)의 폐열을 활용할 수 있다.Cooling water (waste heat) circulated in the fuel cell stack 200 is supplied to the coolant-coolant heat exchanger 130 to heat-exchange the coolant with the coolant, thereby improving the heating performance. In addition, The waste heat of the fuel cell stack 200 can be utilized.

아울러, 상기 연료 전지 스택(200)의 높은 폐열을 활용함으로써, 기존의 PTC히터를 삭제하여 소비 전력을 줄이고 연비도 향상할 수 있다.Further, by utilizing the high waste heat of the fuel cell stack 200, it is possible to reduce the power consumption and the fuel consumption by eliminating the existing PTC heater.

또한, 상기 연료 전지 스택(200)의 온도가 낮은 경우에는 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 유동하는 냉각수가 상기 냉각수바이패스라인(W4)을 통해 상기 제2라디에이터(210)를 바이패스 하도록 하며, 물론 상기 연료 전지 스택(200)의 온도가 높은 경우에는 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 유동하는 냉각수가 상기 제2라디에이터(210)로 유동하도록 하여 공기와의 열교환을 통해 냉각수의 온도를 낮추어 연료 전지 스택(200)을 냉각하게 된다.When the temperature of the fuel cell stack 200 is low, the cooling water flowing through the second cooling water circulation line W2 bypasses the second radiator 210 through the cooling water bypass line W4 When the temperature of the fuel cell stack 200 is high, the cooling water flowing in the second cooling water circulation line W2 flows to the second radiator 210 and the temperature of the cooling water So that the fuel cell stack 200 is cooled.

그리고, 상기 압축기(100)의 입구측 냉매순환라인(R)상에는 어큐뮬레이터(170)가 설치된다.An accumulator 170 is installed on the refrigerant circulation line R on the inlet side of the compressor 100.

상기 어큐뮬레이터(170)는 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(100)로 기상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다.The accumulator 170 separates the liquid refrigerant and the gaseous refrigerant from the refrigerant supplied to the compressor 100 so that only the gaseous refrigerant can be supplied to the compressor 100.

도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 다른 실시예를 나타낸 도면으로서, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)와 제2팽창수단 사이의 냉매순환라인(R)에는 냉매를 저장하는 리시버드라이어(190)를 설치한 것이다.FIG. 5 is a view showing another embodiment of a heat pump system for a vehicle according to the present invention, wherein a refrigerant circulation line R between the refrigerant-coolant heat exchanger 130 and the second expansion means is connected to a receiver dryer 190).

즉, 에어컨 모드시, 상기 어큐뮬레이터(170)내의 냉매가 고갈(DRY OUT)되는 경우가 발생하고, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)내에 냉매가 적층되면서 냉매유량이 감소하여 냉방 성능이 저하되는 문제가 있는데, 이를 해결하기 위하여 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)와 제2팽창수단(140)의 사이에 리시버드라이어(190)를 설치하여 냉매를 저장(보유)하도록 함으로써, 상기 제2팽창수단(140) 및 어큐뮬레이터(170)에 냉매를 안정적으로 공급하여 어큐뮬레이터(170)내의 냉매 고갈을 방지하고 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에 적층되는 냉매의 양을 줄여 냉방 성능을 향상할 수 있는 것이다.That is, in the air conditioner mode, the refrigerant in the accumulator 170 is drained out, and the refrigerant is accumulated in the refrigerant-cooling water heat exchanger 130, In order to solve this problem, a receiver dryer 190 is installed between the refrigerant-coolant heat exchanger 130 and the second expansion means 140 to store (hold) the refrigerant, so that the second expansion means 140 and the accumulator 170 to prevent the refrigerant in the accumulator 170 from being exhausted and reduce the amount of the refrigerant stacked on the refrigerant-cooling water heat exchanger 130, thereby improving the cooling performance.

다시말해, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)와 제2팽창수단(140)의 사이에 리시버드라이어(190)를 추가하여 상기 리시버드라이어(190)에 액상 냉매를 저장함으로써, 상기 제2팽창수단(140) 및 어큐뮬레이터(170)에 냉매를 안정적으로 공급하여 어큐뮬레이터(170)내 냉매 고갈을 방지하고,In other words, by adding the receiver drier 190 between the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 and the second expansion means 140 to store the liquid refrigerant in the receiver dryer 190, the second expansion means 140 and the accumulator 170 to prevent the refrigerant from being exhausted from the accumulator 170,

또한, 상기 리시버드라이어(190)에 액상 냉매가 저장됨으로 인해, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에 냉매가 과도하게 적층되는 것도 방지하게 된다.Further, since the liquid refrigerant is stored in the receiver dryer (190), the refrigerant is prevented from being excessively accumulated in the refrigerant-coolant heat exchanger (130).

이때, 히트펌프 모드(난방모드)를 고려하여, 즉, 상기 리시버드라이어(190)가 히트펌프 모드(난방모드)에 영향을 미치지 않도록, 상기 리시버드라이어(190)는, 상기 냉매방향전환밸브(180)와 상기 제2팽창수단(140) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치되는 것이 바람직하다.
At this time, in consideration of the heat pump mode (heating mode), i.e., the receiver dryer 190 does not affect the heat pump mode (heating mode), the receiver dryer 190 controls the refrigerant direction switching valve 180 ) And the second expansion means (140) in the refrigerant circulation line (R).

이하, 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the vehicle heat pump system according to the present invention will be described.

가. 에어컨 모드(냉방 모드)(도 2)end. Air conditioning mode (cooling mode) (Fig. 2)

에어컨 모드(냉방 모드)시에는, 도 2와 같이, 상기 제1팽창수단(120)은 미팽창 작용을 하게 되고, 상기 제2팽창수단(140)은 팽창작용을 하게 되며, 상기 냉매방향전환밸브(180)에 의해 냉매 바이패스라인(R1)이 폐쇄된다.In the air conditioning mode (cooling mode), as shown in FIG. 2, the first expansion means 120 is unexpanded and the second expansion means 140 is expanded, The refrigerant bypass line (R1) is closed by the refrigerant line (180).

또한, 상기 제1워터펌프(P1)가 가동하여 상기 제1냉각수순환라인(W1)을 순환하는 냉각수가 상기 전장품(300)과 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)의 제1냉각수 열교환부(132) 및 제1라디에이터(310)를 순환하게 되고,The first water pump P1 is operated and cooling water circulating through the first cooling water circulation line W1 flows through the first cooling water heat exchanger 132 of the electrical component 300 and the refrigerant- And the first radiator 310,

상기 제2워터펌프(P2)가 가동하여 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 순환하는 냉각수가 상기 연료 전지 스택(200)과 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)의 제2냉각수 열교환부(133) 및 제2라디에이터(210)를 순환하게 된다.The second water pump P2 is operated and the cooling water circulating in the second cooling water circulation line W2 flows through the second cooling water heat exchanger 133 of the fuel cell stack 200 and the refrigerant- And the second radiator 210 are circulated.

한편, 최대 냉방시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 통과하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하면서 냉각된 후 실내열교환기(110)를 바이패스 하여 차실내로 공급됨으로써, 차실내를 냉방하게 된다.On the other hand, at the time of maximum cooling, the temperature control door 151 in the air conditioning case 150 is operated to close the passage through the indoor heat exchanger 110, so that the air blown into the air conditioning case 150 by the blower Is cooled while passing through the evaporator (160), and is then supplied to the interior of the vehicle by bypassing the indoor heat exchanger (110), thereby cooling the interior of the vehicle.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 실내열교환기(110)로 공급된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 after being compressed is supplied to the indoor heat exchanger 110 installed in the air conditioning case 150.

상기 실내열교환기(110)로 공급된 냉매는, 도 2와 같이 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)측 통로를 폐쇄하고 있으므로 공기와 열교환하지 않고 곧바로 상기 제1팽창수단(120)을 통과하여 냉매-냉각수 열교환기(130)측으로 유동하게 된다.The refrigerant supplied to the indoor heat exchanger 110 flows through the first expansion means 120 without heat exchange with the air because the temperature control door 151 closes the passage on the side of the indoor heat exchanger 110 as shown in FIG. Cooling water heat exchanger 130 side.

상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 유입된 냉매는 냉매 열교환부(131)를 통과하면서 상기 제1냉각수 열교환부(132) 및 제2냉각수 열교환부(133)를 유동하는 냉각수와 열교환하여 응축(냉각)된다.The refrigerant flowing into the refrigerant-coolant heat exchanger 130 undergoes heat exchange with the cooling water flowing through the first cooling water heat exchanging part 132 and the second cooling water heat exchanging part 133 while passing through the refrigerant heat exchanging part 131, Cooling).

계속해서, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에 배출된 냉매는 상기 제2팽창수단(140)을 통과하면서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 증발기(160)로 유입된다.Subsequently, the refrigerant discharged to the refrigerant-coolant heat exchanger 130 is decompressed and expanded as it passes through the second expansion means 140 to be a low-temperature low-pressure liquid-phase refrigerant, and then flows into the evaporator 160.

상기 증발기(160)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발함과 동시에 냉매의 증발잠열에 의한 흡열작용으로 공기를 냉각하게 되며, 이처럼 냉각된 공기가 차량 실내로 공급되어 냉방하게 된다.The refrigerant flowing into the evaporator 160 is heat-exchanged with the air blown into the air conditioning case 150 through the blower to evaporate, and at the same time, the air is cooled by an endothermic effect due to the latent heat of evaporation of the refrigerant. And supplied to the vehicle interior to be cooled.

이후, 상기 증발기(160)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
Then, the refrigerant discharged from the evaporator 160 flows into the compressor 100 and recycles the cycle as described above.

나. 히트펌프 모드의 난방모드(도 3)I. The heating mode of the heat pump mode (Fig. 3)

히트펌프 모드의 난방모드는, 도 3과 같이, 상기 제1팽창수단(120)은 팽창 작용을 하고, 상기 제2팽창수단(140)이 폐쇄되며, 상기 냉매방향전환밸브(180)에 의해 냉매 바이패스라인(R1)이 개방된다.The heating mode of the heat pump mode is a mode in which the first expansion means 120 performs an expansion action and the second expansion means 140 is closed as shown in FIG. The bypass line R1 is opened.

아울러, 상기 냉각수 방향전환밸브(320)에 의해 상기 제1냉각수 바이패스라인(W3)이 개방된다.In addition, the first cooling water bypass line (W3) is opened by the cooling water direction switching valve (320).

또한, 상기 제1워터펌프(P1)가 가동하여 상기 제1냉각수순환라인(W1) 및 제1냉각수 바이패스라인(W3)을 순환하는 냉각수가 상기 전장품(300)과 제1라디에이터(310)를 순환하게 되고 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 바이패스하게 된다.The first water pump P1 is operated and cooling water circulating through the first cooling water circulation line W1 and the first cooling water bypass line W3 flows through the electrical component 300 and the first radiator 310 And bypasses the refrigerant-coolant heat exchanger 130. [0064]

상기 제2워터펌프(P2)가 가동하여 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 순환하는 냉각수가 상기 연료 전지 스택(200)과 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)의 제2냉각수 열교환부(133) 및 제2라디에이터(210)를 순환하게 된다.The second water pump P2 is operated and the cooling water circulating in the second cooling water circulation line W2 flows through the second cooling water heat exchanger 133 of the fuel cell stack 200 and the refrigerant- And the second radiator 210 are circulated.

그리고, 최대난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)(작동정지)를 통과한 후 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 난방하게 된다.In the maximum heating mode, the temperature control door 151 in the air conditioning case 150 is operated to close the passage bypassing the indoor heat exchanger 110, so that the air blown into the air conditioning case 150 by the blower Passes through the indoor heat exchanger 110 after passing through the evaporator 160 (operation stop), and is converted into hot air to be supplied to the interior of the vehicle, thereby heating the interior of the vehicle.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 실내열교환기(110)로 유입된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 after being compressed is introduced into the indoor heat exchanger 110 installed inside the air conditioning case 150.

상기 실내열교환기(110)로 유입된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 후 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant introduced into the indoor heat exchanger 110 is condensed while exchanging heat with the air blown into the air conditioning case 150 through the blower. At this time, air passing through the indoor heat exchanger 110 After being converted into warm air, it is supplied to the inside of the vehicle and the inside of the vehicle is heated.

계속해서, 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매는 상기 제1팽창수단(120)을 통과하게 되는데, 이때 제1팽창수단(120)의 오리피스(128)를 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 증발기 역할을 하는 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 공급된다.Subsequently, the refrigerant discharged from the indoor heat exchanger 110 passes through the first expansion device 120. At this time, the refrigerant is decompressed and expanded in the process of passing through the orifice 128 of the first expansion device 120, Pressure liquid refrigerant, and then supplied to the refrigerant-coolant heat exchanger 130 serving as an evaporator.

상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 유입된 냉매는 냉매 열교환부(131)를 통과하면서 상기 제2냉각수 열교환부(133)를 유동하는 냉각수와 열교환하여 증발된다.The refrigerant flowing into the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 is heat-exchanged with the cooling water flowing through the second cooling water heat exchanging part 133 while being passed through the refrigerant heat exchanging part 131 to be evaporated.

계속해서, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에서 배출된 냉매는 상기 냉매 바이패스라인(R1)을 통해 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스 한 후, 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.
The refrigerant discharged from the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 bypasses the second expansion means 140 and the evaporator 160 through the refrigerant bypass line R1, And recycle the cycle as described above.

다. 히트펌프 모드의 제습 난방모드(도 4)All. The dehumidifying heating mode of the heat pump mode (Fig. 4)

히트펌프 모드의 제습 난방모드는, 도 3의 히트펌프 모드의 난방모드로 작동 중에 차실내 제습이 필요한 경우에 작동하게 된다.The dehumidifying heating mode of the heat pump mode is operated when dehumidification of the passenger compartment is necessary while the vehicle is operating in the heating mode of the heat pump mode of Fig.

상기 제습 난방모드시에는, 에어컨 모드로 전환하여 차실내 제습을 수행하고, 상기 실내열교환기(110)를 통해 난방을 수행하게 된다.In the dehumidifying heating mode, the mode is switched to the air conditioning mode to perform dehumidification in the passenger compartment, and heating is performed through the indoor heat exchanger (110).

그리고, 제습 난방모드시에는 상기 공조케이스(150)내의 온도조절도어(151)가 실내열교환기(110)를 바이패스하는 통로를 폐쇄하도록 작동하여, 블로어에 의해 공조케이스(150)내로 송풍된 공기가 상기 증발기(160)를 통과하는 과정에서 냉각(제습)된 후, 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀌어 차실내로 공급됨으로서, 차실내를 제습 난방하게 된다.In the dehumidification heating mode, the temperature control door 151 in the air conditioning case 150 is operated to close the passage bypassing the indoor heat exchanger 110, so that the air blown into the air conditioning case 150 by the blower Is cooled (dehumidified) in the process of passing through the evaporator 160, and then is converted into warm air while passing through the indoor heat exchanger 110, and is supplied to the inside of the car.

계속해서, 냉매 순환과정을 설명하면,Next, the refrigerant circulation process will be described.

상기 압축기(100)에서 압축된 후 배출되는 고온 고압의 기상 냉매는 상기 공조케이스(150)의 내부에 설치된 상기 실내열교환기(110)로 공급된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant discharged from the compressor 100 after being compressed is supplied to the indoor heat exchanger 110 installed in the air conditioning case 150.

상기 실내열교환기(110)로 공급된 고온 고압의 기상 냉매는, 블로어를 통해 공조케이스(150)의 내부로 송풍되는 공기와 열교환하면서 응축되며, 이때 상기 실내열교환기(110)를 통과하는 공기는 온풍으로 바뀐 후 차량 실내로 공급되어 차실내를 난방하게 된다.The high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant supplied to the indoor heat exchanger 110 is condensed while exchanging heat with the air blown into the air conditioning case 150 through the blower. At this time, air passing through the indoor heat exchanger 110 After being converted into warm air, it is supplied to the inside of the vehicle and the inside of the vehicle is heated.

이후, 상기 제1팽창수단(120)을 통과하여 냉매-냉각수 열교환기(130)측으로 유동하게 된다.Then, the refrigerant passes through the first expansion means (120) and flows toward the refrigerant-cooling water heat exchanger (130) side.

상기 냉매-냉각수 열교환기(130)로 유입된 냉매는 냉매 열교환부(131)를 통과하면서 상기 제1냉각수 열교환부(132) 및 제2냉각수 열교환부(133)를 유동하는 냉각수와 열교환하여 응축(냉각)된다.The refrigerant flowing into the refrigerant-coolant heat exchanger 130 undergoes heat exchange with the cooling water flowing through the first cooling water heat exchanging part 132 and the second cooling water heat exchanging part 133 while passing through the refrigerant heat exchanging part 131, Cooling).

계속해서, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에 배출된 냉매는 상기 제2팽창수단(140)을 통과하면서 감압 팽창되어 저온 저압의 액상냉매가 된 후, 상기 증발기(160)로 유입된다.Subsequently, the refrigerant discharged to the refrigerant-coolant heat exchanger 130 is decompressed and expanded as it passes through the second expansion means 140 to be a low-temperature low-pressure liquid-phase refrigerant, and then flows into the evaporator 160.

상기 증발기(160)로 유입된 냉매는 블로어를 통해 공조케이스(150) 내부로 송풍되는 공기와 열교환하여 증발하게 되며, 상기 과정에서 상기 증발기(160)를 통과하는 공기의 제습이 이루어지게 되고, 상기 증발기(160)를 통과한 제습된 공기는 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 온풍으로 바뀐 후 차량 실내로 공급되어 제습 난방하게 된다.The refrigerant flowing into the evaporator 160 is heat-exchanged with the air blown into the air conditioning case 150 through the blower, and the air passing through the evaporator 160 is dehumidified, The dehumidified air passing through the evaporator 160 is converted into warm air while passing through the indoor heat exchanger 110, and then supplied to the interior of the vehicle to be dehumidified.

이후, 상기 증발기(160)에서 배출된 냉매는 상기 압축기(100)로 유입되면서 상술한 바와 같은 사이클을 재순환하게 된다.Then, the refrigerant discharged from the evaporator 160 flows into the compressor 100 and recycles the cycle as described above.

100: 압축기 110: 실내열교환기
120: 제1팽창수단 130: 냉매-냉각수 열교환기
131: 냉매 열교환부 132: 제1냉각수 열교환부
133: 제2냉각수 열교환부
140: 제2팽창수단
150: 공조케이스 151: 온도조절도어
160: 증발기 170: 어큐뮬레이터
180: 냉매방향전환밸브 190: 리시버드라이어
200: 연료 전지 스택 210: 제1라디에이터
230,320: 냉각수방향전환밸브
300: 전장품 310: 제2라디에이터
P1: 제1워터펌프 P2: 제2워터펌프
R: 냉매순환라인 R1: 냉매 바이패스라인
W1: 제1냉각수순환라인 W2: 제2냉각수순환라인
W3: 제1냉각수 바이패스라인 W4: 제2냉각수 바이패스라인100: compressor 110: indoor heat exchanger
120: first expansion means 130: refrigerant-cooling water heat exchanger
131: refrigerant heat exchanger 132: first cooling water heat exchanger
133: second cooling water heat exchanger
140: second expansion means
150: air conditioning case 151: temperature control door
160: Evaporator 170: Accumulator
180: Refrigerant direction switching valve 190: Receiver dryer
200: fuel cell stack 210: first radiator
230,320: Cooling water direction switching valve
300: Electrical equipment 310: Second radiator
P1: first water pump P2: second water pump
R: Refrigerant circulation line R1: Refrigerant bypass line
W1: first cooling water circulation line W2: second cooling water circulation line
W3: first cooling water bypass line W4: second cooling water bypass line

Claims (9)

냉매순환라인(R)에 설치되어 냉매를 압축하여 배출하는 압축기(100)와,
공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150)내 공기와 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시키는 실내열교환기(110)와,
공조케이스(150)의 내부에 설치되어 공조케이스(150)내 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시키는 증발기(160)와,
상기 실내열교환기(110)의 출구측 냉매순환라인(R)에 설치되어 히트펌프 모드시 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매를 팽창시키는 제1팽창수단(120)과,
상기 증발기(160)의 입구측 냉매순환라인(R)에 설치되어 에어컨 모드시 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 팽창시키는 제2팽창수단(140)을 포함하여 이루어진 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
상기 제1팽창수단(120)의 출구측 냉매순환라인(R)에는, 차량의 연료 전지 스택(200)을 순환하는 냉각수와 차량의 전장품(300)을 순환하는 냉각수 및 상기 제1팽창수단(120)의 출구측 냉매를 상호 열교환시키는 냉매-냉각수 열교환기(130)가 설치되고,
상기 차량 전장품(300)과 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 연결하는 제1냉각수순환라인(W1) 및 상기 연료 전지 스택(200)과 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 연결하는 제2냉각수순환라인(W2)이 설치되며,
상기 제1냉각수순환라인(W1)에는, 히트펌프 모드시 상기 전장품(300)을 순환하는 냉각수가 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)를 바이패스하도록 제1냉각수 바이패스라인(W3)이 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.A compressor 100 installed in the refrigerant circulation line R for compressing and discharging the refrigerant,
An indoor heat exchanger 110 installed in the air conditioning case 150 to exchange heat between the air in the air conditioning case 150 and the refrigerant discharged from the compressor 100,
An evaporator 160 installed inside the air conditioning case 150 for exchanging heat between the air in the air conditioning case 150 and the refrigerant supplied to the compressor 100,
A first expansion means (120) installed at an outlet side refrigerant circulation line (R) of the indoor heat exchanger (110) for expanding the refrigerant discharged from the indoor heat exchanger (110)
And a second expansion means (140) installed in an inlet side refrigerant circulation line (R) of the evaporator (160) for expanding a refrigerant supplied to the evaporator (160) in an air conditioning mode,
The cooling water circulating through the fuel cell stack 200 of the vehicle and the electric component 300 of the vehicle and the cooling water circulating through the first expansion means 120 (120) are connected to the refrigerant circulation line R at the outlet side of the first expansion means 120, Cooling water heat exchanger 130 for exchanging heat between the refrigerant at the outlet side of the refrigerant and the refrigerant at the outlet side,
A first cooling water circulation line W1 for connecting the vehicle electrical component 300 and the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 and a second cooling water circulation line W2 for connecting the fuel cell stack 200 and the refrigerant- A cooling water circulation line W2 is installed,
The first cooling water bypass line W3 is installed in the first cooling water circulation line W1 so that the cooling water circulating the electrical component 300 bypasses the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 in the heat pump mode A heat pump system for a vehicle. 제 1 항에 있어서,
상기 제1냉각수 바이패스라인(W3)은, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)의 입구측 제1냉각수순환라인(W1)과 출구측 제1냉각수순환라인(W1)을 연결하도록 설치되고,
상기 제1냉각수 바이패스라인(W3)과 상기 제1냉각수순환라인(W1)의 분기지점에는 에어컨 모드와 히트펌프 모드시 냉각수의 유동방향을 전환하는 냉각수 방향전환밸브(320)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The first cooling water bypass line W3 is provided to connect the inlet-side first cooling water circulation line W1 and the outlet-side first cooling water circulation line W1 of the refrigerant-coolant heat exchanger 130,
A cooling water direction switching valve 320 is provided at a branch point between the first cooling water bypass line W3 and the first cooling water circulation line W1 to switch the flow direction of the cooling water in the air conditioning mode and the heat pump mode Vehicle heat pump system. 제 1 항에 있어서,
상기 냉매-냉각수 열교환기(130)는,
상기 제1팽창수단(120)의 출구측 냉매순환라인(R)과 연결되어 냉매가 유동하는 냉매 열교환부(131)와,
상기 차량 전장품(300)의 제1냉각수순환라인(W1)과 연결되어 차량 전장품(300)을 순환하는 냉각수가 유동하는 제1냉각수 열교환부(132)와,
상기 연료 전지 스택(200)의 제2냉각수순환라인(W2)과 연결되어 연료 전지 스택을 순환하는 냉각수가 유동하는 제2냉각수 열교환부(132)로 구성되어,
상기 냉매 열교환부(131)의 냉매와 상기 제1,2냉각수 열교환부(132,133)의 냉각수를 상호 열교환시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The refrigerant-cooling water heat exchanger (130)
A refrigerant heat exchanger 131 connected to the refrigerant circulation line R at the outlet side of the first expansion means 120 to flow the refrigerant,
A first cooling water heat exchanger 132 connected to the first cooling water circulation line W1 of the vehicle electrical equipment 300 to circulate cooling water circulating through the vehicle electrical equipment 300,
And a second cooling water heat exchanger 132 connected to the second cooling water circulation line W2 of the fuel cell stack 200 to circulate the cooling water circulating through the fuel cell stack,
And heat exchange between the refrigerant of the refrigerant heat exchanger (131) and the cooling water of the first and second cooling water heat exchangers (132, 133) is performed. 제 1 항에 있어서,
상기 제1냉각수순환라인(W1)에는, 상기 차량 전장품(300)을 통과하면서 가열된 냉각수를 냉각하는 제1라디에이터(310)와, 상기 제1냉각수순환라인(W1)을 따라 냉각수를 순환시키는 제1워터펌프(P1)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The first cooling water circulation line W1 includes a first radiator 310 for cooling the cooling water heated while passing through the vehicle electrical equipment 300 and a second radiator 310 for circulating the cooling water along the first cooling water circulation line W1 1 < / RTI > water pump < RTI ID = 0.0 > P1. ≪ / RTI > 제 1 항에 있어서,
상기 제2냉각수순환라인(W2)에는, 상기 연료 전지 스택(200)을 통과하면서 가열된 냉각수를 냉각하는 제2라디에이터(210)와, 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 따라 냉각수를 순환시키는 제2워터펌프(P2)와, 상기 제2냉각수순환라인(W2)을 순환하는 냉각수가 상기 제2라디에이터(210)을 바이패스하도록 하는 냉각수바이패스라인(W4)과, 상기 제2냉각수순환라인(W2)과 냉각수바이패스라인(W4)의 분기지점에 설치되어 냉각수의 유동방향을 전환하는 냉각수방향전환밸브(230)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The second cooling water circulation line W2 includes a second radiator 210 for cooling the heated cooling water while passing through the fuel cell stack 200 and a second radiator 210 for circulating cooling water along the second cooling water circulation line W2 A second water pump P2 and a cooling water bypass line W4 for allowing cooling water circulating through the second cooling water circulation line W2 to bypass the second radiator 210, And a cooling water direction switching valve (230) provided at a branch point between the cooling water bypass line (W2) and the cooling water bypass line (W4) for switching the flow direction of the cooling water. 제 1 항에 있어서,
상기 냉매순환라인(R)에는, 상기 냉매-냉각수 열교환기(130)에서 배출된 냉매가 상기 제2팽창수단(140) 및 증발기(160)를 바이패스하도록 냉매 바이패스라인(R1)이 병렬로 설치되고,
상기 냉매 바이패스라인(R1)과 냉매순환라인(R)의 분기지점에는 냉매의 유동방향을 전환하는 냉매방향전환밸브(180)가 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The refrigerant bypass line R1 is connected to the refrigerant circulation line R in parallel so that the refrigerant discharged from the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 bypasses the second expansion means 140 and the evaporator 160 Installed,
Wherein a refrigerant direction switching valve (180) for switching the flow direction of the refrigerant is provided at a branch point between the refrigerant bypass line (R1) and the refrigerant circulation line (R). 제 1 항에 있어서,
상기 제1팽창수단(120)은, 상기 실내열교환기(110)와 냉매-냉각수 열교환기(130) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치되어 냉매 유동을 온오프하는 온오프 밸브(125)와, 상기 온오프 밸브(125)에 일체로 구비되어 냉매를 팽창시키는 오리피스(128)로 이루어져,
에어컨 모드시에는 상기 온오프 밸브(125)를 개방하여 냉매를 미팽창 상태로 유동시키고, 히트펌프 모드시에는 상기 온오프 밸브(125)를 폐쇄하여 상기 오리피스(128)를 통해 냉매를 팽창시켜 유동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method according to claim 1,
The first expansion means 120 includes an on-off valve 125 installed on a refrigerant circulation line R between the indoor heat exchanger 110 and the refrigerant-cooling water heat exchanger 130 to turn on / off a refrigerant flow, And an orifice 128 which is integrally provided on the on-off valve 125 and expands the refrigerant,
In the air conditioning mode, the on-off valve 125 is opened to cause the refrigerant to flow into the unexpanded state. In the heat pump mode, the on-off valve 125 is closed to expand the refrigerant through the orifice 128, The heat pump system for a vehicle. 제 6 항에 있어서,
상기 냉매-냉각수 열교환기(130)와 제2팽창수단(140) 사이의 냉매순환라인(R)에는 냉매를 저장하는 리시버드라이어(190)가 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.The method according to claim 6,
Wherein a refrigerant circulation line (R) between the refrigerant-cooling water heat exchanger (130) and the second expansion means (140) is provided with a receiver dryer (190) for storing refrigerant. 제 8 항에 있어서,
상기 리시버드라이어(190)는, 상기 냉매방향전환밸브(180)와 상기 제2팽창수단(140) 사이의 냉매순환라인(R)에 설치된 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.9. The method of claim 8,
Wherein the receiver dryer (190) is installed in a refrigerant circulation line (R) between the refrigerant direction switching valve (180) and the second expansion means (140).
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