KR20190057768A

KR20190057768A - 자동차용 히트펌프

Info

Publication number: KR20190057768A
Application number: KR1020170155093A
Authority: KR
Inventors: 김종원; 장호영; 최준호
Original assignee: 이래오토모티브시스템 주식회사
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2019-05-29
Also published as: KR102091809B1

Abstract

본 발명은 자동차용 히트펌프에 관한 것으로서, 필요에 따라 배터리의 온도를 일정하게 유지시켜 줌으로서 배터리의 운전 성능을 향상시키는 한편, 외기 온도가 낮을 때 배터리의 폐열을 이용하여 충분한 열원을 확보할 수 있는 기술을 가진 히트펌프 시스템에 대한 것이다. 아울러, 본 발명의 자동차용 히트펌프는 일반 공랭식 외부열교환기를 사용하지 아니하고, 수냉식열교환기를 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 히트펌프{Heat Pump For a Vehicle}

환경 친화적인 산업 발전 및 화석원료를 대체하는 에너지원의 개발 기조아래, 근래 자동차 산업에서 가장 주목 받는 분야는 전기자동차와 하이브리드 자동차가 있다. 이들 전기자동차와 하이브리드 자동차에는 배터리가 장착되어 구동력을 제공하는데, 주행 운전뿐만 아니라 냉난방 시에도 배터리를 이용한다.

배터리를 이용하여 구동력을 제공하는 차량에서, 냉난방 시 배터리가 열원으로 사용된다는 것은 그만큼 주행거리가 감소된다는 것을 의미하는데, 위 문제를 극복하기 위하여 종래부터 가정용 냉난방장치로 널리 활용된 히트펌프 시스템을 자동차에 적용하는 방법이 제안되었다.

참고로 히트펌프란 저온의 열을 흡수하여 흡수된 열을 고온으로 이동시키는 것을 말한다. 일 예로서의 히트펌프는 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래 일반적인 공조장치에 부족한 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.

그런데 히트펌프 시스템을 이용할 경우 차량의 난방운전 시 외기 온도가 너무 낮은 상태이면 난방능력이 현저하게 떨어지는 현상이 발생한다.

각국의 자동차 제조업체에서 이 문제를 해결하기 위해 여러 연구들이 이어지고 있으며, 그 일례로 PTC 히터를 이용하여 난방성능을 보충하거나, 전장품의 폐열을 이용하여 난방성능을 보충하는 방법을 사용하곤 하였다.

그러나 종래의 방법에 의하여도 히트펌프 제상 운전 시 난방성능 저하 문제를 해결하기에는 미흡하였으며, 난방성능 보충을 위해 배터리 에너지가 일방적으로 소모될 수 밖에 없었는바 배터리의 운전성능이 현저히 떨어지는 문제가 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0568248호 대한민국 등록실용신안공보 제20-0309412호

외기 온도가 매우 낮은 온도일 때 난방운전을 가동하면 난방성능이 현저하게 떨어지는 현상이 있다.

이 경우의 난방성능 저하 문제를 배터리의 폐열을 이용하여 보완하는 한편, 배터리의 폐열이 필요하지 않는 상황에서는 배터리의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있도록 하여, 배터리의 운전성능을 종래에 비해 향상시킬 수 있는 히트펌프 시스템과 그 동작방법을 제공하고자 한다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면 겨울철 차가운 외기에 의해 외부열교환기에 서리가 착상되어 제상운전을 실시하여야 했던 문제점을 해소하는 히트펌프 시스템을 개시하고자 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 보다 향상된 난방성능을 얻기 위해 PTC히터를 이용하면서도, 종래 실내 공조 유닛에 배치되던 히터를 공조 유닛 외부에 위치시킬 수 있게 되어, 종래 기술의 히트펌프의 구조에 비해 공간활용성이 좋으며 공조 유닛을 간소화할 수 있는 장점이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 냉매를 압축하여 토출하는 압축기; 공조케이스 내부에 배치되며, 상기 압축기에서 토출된 냉매를 실내 공기와 열교환시키는 내부열교환기; 상기 내부열교환기를 통과한 냉매를 냉각수와 열교환시키는 수냉식열교환기; 상기 내부열교환기와 수냉식열교환기 사이의 냉매라인 상에 배치되고, 공조모드에 따라 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제1팽창수단; 상기 수냉식열교환기를 통과한 냉매를 공조모드에 따라 팽창가능하도록 마련되는 제2팽창수단; 상기 제2팽창수단 후단에 위치하며, 냉매를 증발시킬수 있도록 마련되는 증발기;를 포함하되, 상기 수냉식열교환기는 냉각수라인를 통해 냉각수기반PTC히터와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프를 제공한다.

여기서 상기 수냉식열교환기는 응축부, 과냉부, 커넥터, 커플러 및 리시버드라이어로 이루어진 적층형 수냉식열교환기인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는 상기 수냉식열교환기가 냉각수라인을 통해 LT라디에이터와 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 히트펌프는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 사용될 수 있다.

그리고 상기 배터리폐열회수라인은 상기 수냉식열교환기의 후단과 어큐큘레이터 사이에 연결되며, 상기 증발기를 우회하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 냉매라인 및 배터리폐열회수라인과 병렬적으로 형성되고, 상기 배터리 칠러를 이용하여 배터리폐열회수라인과 열교환하는 배터리폐열유동라인을 더 포함하며, 상기 배터리폐열유동라인 상에 배터리, 배터리PTC히터가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방향전환밸브 전단에 차량의 공조모드에 따라 냉매 흐름의 선택적 제어를 위한 제1개폐수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 방향전환밸브와 증발기 사이에 중간열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1팽창수단 및 제3팽창수단은 전자식 팽창수단으로서, 차량의 공조모드에 따라 개도량을 선택적으로 조절 가능한 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면 배터리의 온도를 실시간으로 확인하여, 배터리가 기 설정된 온도 이상으로 측정되는 경우 상기 제3팽창수단을 full open시켜 냉매가 배터리 칠러측으로 공급되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면 상기 난방라인 상에 전장폐열을 회수하도록 마련되는 전장폐열회수칠러를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면 상기 내부열교환기의 후단에서 제2팽창수단의 전단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인과, 제습라인을 개폐하는 제2개폐수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 공조케이스 내부에 배치되어 부족 열원을 보조하기 위한 히트코어(520)와, 상기 히트코어(520)에 열원을 제공하는 PTC히터(530)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 종래 널리 알려진 히트펌프 시스템에 비해, 외기와 열교환하는 공랭식 외부열교환기를 제거하고, 냉각수와 열교환하는 수냉식열교환기를 이용함으로써, 서리 착상의 문제점을 원천적으로 차단할 수 있다.

또한, 기존의 히트펌프 시스템에 구성되어 있는 외부 열교환기는 외기 온도가 저온시에 응축수가 표면에 착상되어 난방능력이 떨어지게 되는데, 본 발명에서는 냉각수로부터 열을 얻는 수열원식 히트펌프를 사용하므로 겨울철 난방능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 배터리의 폐열의 이용이 필요치 않은 경우에는, 배터리의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 기술을 본 발명의 히트펌프 시스템에 적용함으로써 전기 자동차 혹은 하이브리드 자동차에서 사용되는 배터리의 운전성능을 향상시킬 수 있는 장점도 가진다.

수냉식열교환기를 이용함에 따른 파생되는 효과로서, 종래 공랭식 외부열교환기를 사용함에 따른 차량의 CRFM(외기가 불어오는 방향으로부터 차례대로 Condenser-Radiator-Fan 순서로 배치된 module)의 구조에서 공랭식 외부열교환기(HEX Condenser)를 냉각수라인 상에 배치된 수냉식열교환기로 교체가능하다. 즉, 종래 CRFM구조에서 RFM구조로 변경이 가능하여 이에 따라 Fan을 구동하는 모터의 요구사양을 낮출 수 있는 장점이 있으며, 컴팩트한 구조의 공조장치를 구성할 수 있는 장점이 있다.

또한, 히트펌프 시스템의 난방운전시 외기 온도가 저온일 경우, 외기로부터 얻을 수 있는 열이 많지 않아(외기 열원 부족 현상) 히트펌프의 난방성능이 급격히 저하되는 문제가 발생하게 되므로, 종래의 히트펌프 시스템에서는 실내 공조 유닛 내부에 별도의 히터를 구비하여 열원 부족 현상을 보상해왔다. 그런데, 본 발명에서는 실내 공조 유닛이 아닌 그 외부에 히터를 배치하고, 아울러 냉각수에 직접적으로 열을 가할 수 있도록 하는 히터를 장착하여 저온시에 부족한 열을 보상하여 난방능력이 저하되는 것을 방지하는 효과를 가진다.

이는 실내 공조 유닛의 내부 구성이 종래 기술에 비해 간소화되며, 공간활용성이 증대되는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성에서, 냉방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성에서, 수냉식 열교환기 내부를 흐르는 냉각수의 유동을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성에서, 수냉식 열교환기 내부를 흐르는 냉매의 유동을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2와 다른 실시예에 따른 수냉식 열교환기 내부를 흐르는 냉각수의 유동을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3과 다른 실시예에 따른 수냉식 열교환기 내부를 흐르는 냉매의 유동을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성에서, 난방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성에서, 난방-제습운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 '자동차용 히트펌프'에 대하여 상세하게 설명한다. 설명하는 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다. 특히 '제12팽창수단, 제2팽창수단', 혹은 'line1, line1-1, line1-2, line2, line3, line4, line 5' 와 같은 표현은 각 구성을 상호 간에 명확히 구분하기 위한 것 일뿐, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.

도 1을 참조로 본원발명의 자동차용 히트펌프의 전반적인 구성에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프의 구성을 나타낸다. 그리고 냉방운전모드에서의 냉매의 순환경로를 도시한다.

먼저, 본원발명의 일 실시예에 따른 자동차용 히트펌프의 구성은 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 히트펌프는 상기 냉매라인 상에 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 수냉식열교환기(120), 제1팽창수단(210), 제2팽창수단(230), 증발기(140)가 배치될 수 있다. 그리고 냉매라인 상의 기액을 분리하는 어큐뮬레이터(ACC)가 배치될 수 있다.

보다 구체적으로 냉매라인(line1)상에는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기(COMP); 상기 압축기에서 토출된 냉매를 실내 공기와 열교환시키는 내부열교환기(110); 상기 내부열교환기(110)를 통과한 냉매를 냉각수와 열교환시키는 수냉식열교환기(120); 상기 내부열교환기와 수냉식열교환기(120) 사이의 냉매라인 상에 배치되고, 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제1팽창수단(210); 상기 수냉식열교환기(120)를 통과한 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제2팽창수단(220); 상기 제2팽창수단 후단에 위치하며, 냉매를 증발시킬 수 있도록 마련되는 증발기(140);가 포함된다.

특히 본 발명에서는 공랭식 외부열교환기 대신 수냉식열교환기(120)를 사용하여 히트펌프 시스템을 가동하는 것에 주요한 기술적 특징을 가진다.

그리고 본 발명의 또 다른 주요한 기술적 특징은 상기 수냉식열교환기(120)가 냉각수라인(line5)를 통해 냉각수기반PTC히터(540)와 연결되어 있는 것이다.

먼저 수냉식열교환기(120)를 구비하는 것에 대한 이점은 발명의 효과 부분에서 전술한 바와 같이, 증발과정에서 냉매가 외기와 접촉하여 열교환하지 않고 냉각수와 열교환하는 원리를 가지므로, 겨울철 착상의 문제가 발생하지 않는 장점이 있고, 부가적으로, 공조장치의 구성을 보다 컴팩트하게 이루도록 하는 장점이 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 수냉식열교환기(120)에 대한 두가지의 예시가 도시되어 있다.

도 2와 도 3은 응축부와 과냉부 그리고 리시버드라이어로 이루어진 수냉식열교환기의 구조에서 응축부와 리시버드라이어, 그리고 과냉부와 리시버드라이어가 각각 소정 크기를 가지는 한쌍의 커넥터에 의해 연결되는 구성을 나타낸다. 도 4와 도 5는 상기 도 2와 도 3에 도시된 수냉식열교환기와 다른 실시예에 따른 수냉식열교환기 구조를 나타내는 도면으로서, 응축부와 과냉부 그리고 리시버드라이어로 이루어진 수냉식열교환기(120)의 구조에서 응축부와 리시버드라이어, 그리고 과냉부와 리시버드라이어가 플레이트 형태의 커넥터에 의해 연결되는 구성을 나타낸다.

종래의 경우 기체의 유동과정에서 넓은 열교환 면적 확보를 위해 핀/튜브(pin/tube) 타입의 외부열교환기를 사용했다면, 본 발명의 수냉식열교환기(120)로는 액체와 액체 간의 열교환을 목적으로 하므로 플레이트 적층형 열교환기가 사용된다.

보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 본 발명의 수냉식열교환기(120)는 고온고압의 냉매를 외기에 의해 냉각된 냉각수와 열교환하여 중온고압의 냉매로 응축하는 차량용 열교환기로서, 일측에 고온고압의 제 1 냉매 인입구가 형성되고, 타측에 제 1 냉매 토출구가 형성되며, 다수의 열교환 플레이트를 일방향으로 적층하여 내부에 유동채널을 형성한 적층판형 구조의 응축부(120a); 상기 응축부(120a)의 일측에 인접하여 장착되고, 리시버 드라이버(120e)로부터 냉매를 전달받도록 일측에 제 2 냉매 인입구가 형성되고, 타측에 제 2 냉매 토출구가 형성되며, 다수의 열교환 플레이트를 일방향으로 적층하여 내부에 유동채널을 형성한 적층판형 구조의 과냉부(120b); 상기 응축부(120a)의 일측에 인접하여 장착되고, 제 1 냉매 토출구로부터 냉매를 전달받아 응축된 냉매를 여과 및 제습한 후 과냉부(120b)에 전달하는 리시버 드라이어(120e);를 포함한다.

나아가, 본 발명의 수냉식열교환기(120)는 상기 응축부(120a) 및/또는 과냉각부(120b) 사이에 장착되어 냉매의 유동방향을 전환하는 냉매용 커넥터(120c)를 포함하고, 커넥터(120c)와 응축부(120a) 및/또는 과냉각부(120b)를 상호 연결하여 고정시키는 커플러(120d)을 더 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성이 간소화되고, 컴팩트하게 패키징된 수냉식열교환기(120)를 본 발명의 히트펌프에 적용함으로써, 차량 전면에 설치해야 하는 공랭식 외부열교환기와 달리 설치위치에 제약이 없이 유연하게 설치가 가능하다. 또한, 수냉식열교환기(120)를 사용 시 공랭식과 비교할 때 냉매 압력 변동성이 작아서 히트펌프 시스템의 안정성도 개선되는 효과를 갖는다. 상기 응축부(120a), 과냉부(120b), 커넥터(120c), 커플러(120d), 리시버 드라이어(120e)의 구성은 일체화(ex, 브레이징 가능)할 수도 있다.

아울러, 본 발명의 수냉식열교환기(120)는 그 구성으로서, 리시버 드라이어(120e)를 포함하므로, 냉매의 상변화 과정에서 발생하는 기상과 액상의 냉매를 효과적으로 분리 및 처리할 수 있으므로, 히트펌프의 작동 효율을 상승시킬 수도 있게 된다.

도 1을 다시 살펴보면 본 발명의 수냉식열교환기(120)는 냉각수라인(line5)을 통해 LT라디에이터(530)와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

LT라디에이터(530)는 Low Temperature 라디에이터를 의미하는 것으로, 종래 약 섭씨 100도 근방의 열을 갖는 엔진 냉각수에 비해 섭씨 30~40도 가량 저감된 열을 갖는 냉각수가 연통하는 라디에이터가 해당될 수 있다. 본 발명의 자동차용 히트펌프는 주로 전기자동차에 적합하게 구성되는 것으로서, 모터나 인버터 혹은 배터리에 연결될 수 있고, 이들 구성으로부터 발생되는 열을 방열시키는 역할을 할 수도 있다.

수냉식열교환기(120)와 LT라디에이터(530)가 연결됨으로써, 수냉식열교환기(120)의 응축에 의해 상승된 냉각수의 열을 LT라디에이터(530)에서 효과적으로 저하시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 냉각수라인(line5)에는 도 1의 도시와 같이, 전동펌프(510) 및 리저버(520)를 더 포함할 수 있으며,

상기 냉각수라인(line5) 상에, 냉각수기반PTC히터(540)와 상기 LT라디에이터(530) 사이에서 분기되는 라인을 추가로 구성하여, 실시예에 따라 냉각수라인(line5)을 유동하는 냉각수가 LT라디에이터(530)를 우회하도록 할 수도 있다.

이로써 도 1에 도시된 바와 같이, 냉방운전모드에서, 상기 냉각수라인(line5)에서 유동하는 냉각수가 상기 수냉식열교환기(120)와 상기 LT라디에이터(530)사이에서 순환하게 할 수 있으며, 난방운전모드 및 난방-제습운전모드에서, 상기 냉각수라인(line5)에서 유동하는 냉각수는 상기 LT라디에이터를 바이패스하여 순환하도록 할 수도 있다.

특히, 난방이 필요한 상황에서 냉각수기반PTC히터(540)를 제어하여 냉매에 제공되는 열원을 제공할 수 있도록 함으로써, 외기의 온도가 설사 극저온으로 떨어진다 하더라도 히트펌프의 난방능력이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

종래 일반적인 외부열교환기를 사용한 히트펌프 시스템에 따르면 냉매의 상 변화가 자동차 외부 환경에 많은 영향을 받았으나, 본 발명의 히트펌프 시스템의 경우 수냉식열교환기(120)를 적용하여 외기와의 직접적인 접촉이 요구되지 않고, 또한 냉각수기반PTC히터(540)에 의해 직접적이고, 능동적인 열원 제공이 가능하므로 외부 환경변화로부터 자유로워지는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 수냉식열교환기(120)와 증발기(140) 사이의 냉매라인 상에 배치되는 방향전환밸브(230); 및 냉매라인 상의 액상과 기상의 냉매 중 기상의 냉매를 상기 압축기에 유입시키는 어큐뮬레이터(ACC);를 더 포함할 수 있다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 상기 냉매라인(line1)은 상기 방향전환밸브(230)에 의해 냉방운전시 가동되는 냉방라인(line1-2)과, 난방운전시 가동되는 난방라인(line1-1)으로 구분되고, 상기 냉방라인(line1-2) 및 난방라인(line1-1)과 별개로, 상기 냉매라인(line1)으로부터 분기되어 배터리와 열교환하도록 마련되는 배터리폐열회수라인(line1-3); 상기 배터리폐열회수라인(line1-3) 상에 마련되는 배터리 칠러(150); 및 상기 배터리 칠러(150) 전단에 배치되며, 상기 냉매라인(line1)으로부터 분기된 냉매를 팽창시키는 제3팽창수단(240);을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

위와 같은 구성의 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템은 화석연료를 사용하는 내연기관이 구비지 않고 배터리만으로 구동하는 전기 자동차, 또는 내연기관과 배터리가 동시에 장착된 하이브리드 자동차에 적용될 수 있을 것이다.

본 발명의 주요 기술적 사상은 상기 배터리폐열회수라인(line1-3)과 배터리 칠러(150) 부분에 대한 것이다. 배터리폐열회수라인(line1-3)은 상기 수냉식열교환기(120)의 후단과 어큐큘레이터(ACC) 사이에 연결되며, 상기 증발기(140)를 우회하도록 형성되며, 배터리 칠러(150)는 배터리폐열회수라인(line1-3) 상에 배치되어 냉매라인(line1)상에 유동하는 냉매와 배터리폐열유동라인(line2) 상에 유동하는 유체 간의 열교환을 위해 마련된다.

배터리폐열유동라인(line2)은 상기 냉매라인(line1) 및 배터리폐열회수라인(line1-3)과 병렬적으로 형성되는 구성으로서, 상기 배터리 칠러(150)를 이용하여 배터리폐열회수라인(line1-3)과 열교환한다. 상기 배터리폐열유동라인(line2) 상에는 배터리(300), 배터리PTC히터(310)가 구비될 수 있고, 나아가 도면에 도시된 바와 같이 배터리 라디에이터(330), 전동펌프(340), 배터리 방향전환밸브(350)가 더 배치되어, 배치된 구성의 유기적인 연동에 의해 배터리에서 발생된 폐열을 적절히 유지하거나, 혹은 상기 냉매라인(line1)에 제공할 수 있게 된다.

본 발명의 배터리 칠러(150)는 폐열측 파트와 냉매측 파트로 구분될 수 있다. 배터리 칠러(150)는 두 개의 서로 다른 유체가 만나 각각의 유체가 가지는 열에너지를 전달하는데, 열역학 제3법칙에 의거하면, 보다 뜨거운 온도를 가진 유체로부터 차가운 온도를 가지는 유체로 열이 전달될 것이다. 배터리 칠러(150)에서 만나는 유체는 서로 혼합되지 않도록 구성될 수 있다.

본 발명의 히트펌프는 상기 수냉식열교환기(120)로부터 토출되는 냉매의 유동방향을 전환하는 방향전환밸브(220)를 포함한다. 방향전환밸브(220)는 상기 수냉식열교환기(120)를 통과한 냉매를 차량의 공조모드에 따라 상기 증발기(140)측(이 경우, 냉매는 제2팽창수단을 통과하여 증발기로 공급된다)으로 공급하거나, 증발기(140)를 거치지 않고 곧바로 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 방향전환밸브(220)는 3-Way 밸브(삼방밸브)로 이루어질 수 있다. 방향전환밸브(220)가 3-Way 밸브인 경우 냉매를 증발기(140) 측에 공급하는 동작과, 어큐뮬레이터(ACC)에 냉매를 공급하는 동작은 선택적으로 이루어질 수 있다.

상기 방향전환밸브(220)는 냉방운전모드에서는 수냉식열교환기(120)를 통과한 냉매가 제2팽창수단(230)을 거쳐 증발기(140) 측으로 공급되도록 하고, 난방운전모드, 난방-제습운전모드에서는 수냉식열교환기(120)를 통과한 냉매가 증발기(140) 측을 거치지 않고, 어큐뮬레이터(ACC) 측으로 곧바로 유입될 수 있도록 한다.

한편, 상기 방향전환밸브(220) 전단에는 차량의 공조모드에 따라 냉매 흐름의 선택적 제어를 위한 제1개폐수단(250)이 구비될 수 있다.

제1개폐수단(250)은 일종의 Shut off 밸브로서, 제2방향전환밸브(220)로 흐르는 냉매의 유량을 조절하거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 히트펌프에서 상기 제1팽창수단(210) 및 제3팽창수단(240)은 전자식 팽창수단으로서, 차량의 공조모드에 따라 개도량을 선택적으로 조절 가능한 것을 특징으로 한다. 상기 제1팽창수단(210)과 제3팽창수단(240)는 실시예에 따라 완전 개방(full open)되거나 부분 개방(suitably open)됨으로써, 차량의 공조모드에 따라(사용자 또는 제어기의 입력에 따라) 냉매의 상태를 변화시키거나 혹은 냉매의 유량을 조절할 수 있게 된다. 이를 통해 냉매가 유동하는 라인상의 개도량을 자유롭게 조절 가능하다. 배관 형상에 따라 개도량이 정해져, 냉매라인의 압력을 자유롭게 조절할 수 없는 기계식팽창수단과는 다르다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 히트펌프에는 상기 방향전환밸브(220)와 증발기(140) 사이에 중간열교환기(130)를 더 포함할 수 있다. 중간열교환기(130)는 IHX라고도 불리우는 구성으로서, 제2팽창수단(230)과 증발기(140)를 통과하기 전의 냉매와 통과한 후의 냉매간의 열교환을 위해 마련되는 구성이다. 실시예에 따라서 상기 중간열교환기(130)는 상기 제2팽창수단(230) 측으로 냉매가 유입되는 외측관로와, 상기 제2팽창수단(230) 측에서 냉매가 유출되는 내측관로를 포함하도록 형성된 이중관 형태의 열교환수단일 수 있다. 여기서 제2팽창수단(230)측에 연결된 외측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 높은 냉매가 유동하며, 내측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 낮은 냉매가 유동한다.

냉방모드에서 중간열교환기(130)는 수냉식열교환기(120)를 통과하면서 응축된 냉매와 증발기를 통과하면서 증발된 냉매 간 열교환을 유도하여, 어큐뮬레이터(ACC)에 유입되는 냉매의 온도를 높여, 궁극적으로 히트펌프 시스템의 성능을 향상시키는 역할을 할 수 있다.

한편, 상기 압축기(COMP)와 제1방향전환밸브(210)를 연결하는 냉매라인 상에는 압력센서(P), 온도센서(T)가 장착되어 상기 압축기(COMP)로부터 압축된 상태로 배출되는 냉매의 압력을 감지할 수 있다.

이외에도 압력센서(P)와 온도센서(T)는 냉매라인 상에 복수 개 배치되어 유동하는 냉매의 상태가 실시간으로 확인되도록 할 수도 있다.

한편, 본 발명에서는 배터리의 온도를 확인하기 위해 배터리 온도 센서(320)를 추가로 구비할 수 있다. 배터리 온도 센서(320)는 상기 압력센서(P) 및 온도센서(T)와 달리 배터리(300) 혹은 배터리폐열유동라인(line2)상에 배치되는 구성으로서, 배터리의 온도를 직/간접적으로 측정한다.

본 발명의 자동차용 히트펌프에서는 배터리(300)의 온도를 실시간으로 확인하고, 배터리(300)가 기 설정된 온도 이상으로 측정되는 경우 상기 제3팽창수단(240)을 full open시켜 냉매가 배터리 칠러(150)측으로 공급되도록 제어함으로써 배터리의 온도를 일정하게 유지할 수 있게 하는 것이다.

한편, 본 발명의 어큐뮬레이터(ACC)는 기액분리수단의 일종으로서 수액기라고도 불린다. 냉매가 냉매라인의 전체 경로를 순환하여 압축기(COMP)로 유입되기 전에 배치되는 구성이며 냉매를 기상과 액상으로 구분하는 역할을 한다. 특히 어큐뮬레이터(ACC)를 통해 압축기에 기상의 냉매를 공급하도록 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 난방라인(line1-1)상에 전장폐열을 회수하도록 마련되는 전장폐열회수칠러(160)를 더 포함할 수 있다.

난방모드 또는 난방-제습모드에서 수냉식열교환기(120)를 통과하면서 증발되어 저온 저압의 기상과 액상이 혼재된 냉매는 또하나의 열교환기를 통과하면서 열교환하여 어큐뮬레이터(ACC)에 유입될 수 있는 것이다. 구체적으로, 방향전환밸브(220)를 지나 어큐뮬레이터(ACC)에 유입되기 전에 상기 전장폐열회수칠러(160)와 열교환을 통해 2차 증발을 유도할 수 있다.

여기서 전장폐열회수칠러(160)는 적어도 하나 이상의 전장품(400)과 전장폐열유동라인(line3)을 통해 연결된다. 여기서의 전장품(400)은 예컨대, 모터 or 인버터와 같이 구동시 발열되는 요소이면 모두 해당될 수 있다. 참고로 여기서의 전장폐열회수칠러(160)로부터 캐빈룸의 폐열도 회수할 수도 있다.

냉매라인 상에 제공된 폐열을 이용하여 압축기(COMP)로 유입되는 냉매의 온도를 높일 수 있고, 이로 인해 압축기 구동에 필요한 전력을 절감할 수 있고, 또한 난방능력을 향상시킬 수도 있다.

전장폐열회수칠러(160)와 그를 이용한 전장폐열 회수 메커니즘은 배터리 폐열을 이용하는 것과 독립적으로 구성되는 것임에 유의해야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프는 상기 내부열교환기(110)의 후단에서 제2팽창수단(220) 전단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인(line1-4)과, 제습라인(line1-4)을 개폐하는 제2개폐수단(260)을 포함할 수 있다.

제습을 위하여, 압축기(COMP) 및 내부열교환기(110)를 통과한 냉매를 수냉식열교환기(120)를 거치지 않고, 제2팽창수단(220) 전단으로 바이패스하는 구성, 즉 제습라인(line1-4)을 구비한다.

제습라인(line 1-6) 상에는 제습라인을 개폐하는 제2개폐수단(260)이 형성되어, 난방-제습운전모드 시 내부열교환기(120)를 통과하여 응축된 상대적 고온의 냉매를 제2개폐수단(260)에 의해 감압 팽창되도록 한 후 증발기(140) 측으로 바로 유입시킴으로써, 제습라인을 구성하지 않는 경우에 비해 상대적으로 향상된 제상 성능을 제공할 수 있다.

여기서 사용되는 제2팽창수단(260)도 제1팽창수단(250)과 마찬가지로 일종의 Shut off 밸브로서, 제2방향전환밸브(220)로 흐르는 냉매의 유량을 조절하거나 냉매의 흐름을 차단하는 역할을 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 히트펌프는 상기 공조케이스 내부에 배치되어 부족 열원을 보조하기 위한 히트코어(520)와, 상기 히트코어(520)에 열원을 제공하는 PTC히터(530)을 더 포함할 수 있다. 겨울철에 사용자가 냉매의 유동을 수반한 히트펌프 시스템에서 난방모드를 On 하는 경우, 히트펌프 시스템의 특성상 냉매의 순환과정을 거쳐야 하므로, 차량 실내가 따뜻해질 때까지 상당한 시간이 소요된다. 따라서, 본 발명에서는 공조케이스 내부에 히트코어(520)를 배치하고, 히트코어(520)에 열원을 제공하는 PTC히터(530)를 더 포함함으로써 부족 난방열원을 보조적으로 제공할 수 있다.

본 발명의 PTC히터(530)는 히트코어(520) 및 기타 구성과 전기적으로 연결되는 것일 수도 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 냉각수기반의PTC히터가 해당될 수도 있다.

냉각수기반의PTC히터를 이용하는 경우 전동펌프(510) 및 리저버(540)등을 추가로 구비하여 운용할 수 있으며, 위와 같은 구성간의 결합을 통해 히트펌프 시스템의 난방온도를 빠른 시간 내에 사용자가 원하는 온도로 끌어올리는 데 기여할 수 있다.

본 발명의 다양한 공조모드(냉방운전모드, 난방운전모드, 제습-난방운전모드)의 on/off는 사용자의 선택 또는 차량의 제어기에 의해 자동적으로 조절 및 작동될 수 있다. 공조모드에 따른 차량 내 온도의 조절, 공조모드 간의 전환을 위한 밸브의 거동 역시 사용자의 선택 또는 차량의 제어기에 의해 자동적으로 조절 및 작동될 수 있다. 여기서 제어기란 차량에 마련된 통상의 VCU(Vehicle Control Unit)를 의미할 수 있다.

제어기는 압력센서(P)를 통해 수신된 냉매의 압력정보와, 온도센서(T)를 통해 수신된 냉매의 온도를 감지하여 이하에서 설명하는 각 공조모드에서 밸브를 압축기를 구동시키고, 각 팽창수단(210, 230, 240)의 개도, 방향전환밸브(220)의 방향전환, 각 개폐밸브(250, 260) 의 개도를 조절하게 된다. 한편 전술한 바와 같이 제1팽창수단(210), 제3팽창수단(240)은 전자식 팽창수단으로 구성되어 제어기의 제어 입력을 본 발명 히트펌프 시스템에 매우 신속하게 반영시킬 수 있다.

또한, 제어기는 개폐 도어 및 송풍팬의 풍량을 제어하는 역할도 할 수 있다.

아울러, 차량에 요구되는 난방부하 또는 차량 공조모드에 따라 상기 배터리 칠러(150) 전장폐열회수칠러(160)를 통한 폐열 회수 및 열량 제공 여부, 열량 제공 시간 등을 결정하는 것도 상기 제어기에서 수행할 수 있으며,

상기 PTC히터(530)의 제어도 상기 제어기에서 수행할수 있다.

이하, 본 발명의 자동차용 히트펌프의 동작방법을 도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따르면 냉매라인(line1) 상에 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(210), 수냉식열교환기(120), 방향전환밸브(220), 제2팽창수단(230), 증발기(140), 어큐뮬레이터(ACC)가 배치되며, 상기 방향전환밸브(220) 전단에 차량의 공조모드별 냉매 흐름의 선택적 제어를 위한 제1개폐수단(250)이 구비되고,상기 내부열교환기(110)의 후단에서 제2팽창수단(220) 전단으로 냉매를 직접적으로 공급하는 제습라인(line1-4)과, 제습라인(line1-4)을 개폐하는 제2개폐수단(260)이 구비되며, 상기 냉매라인(line1)으로부터 분기되어 배터리(300)와 열교환하도록 마련되는 배터리폐열회수라인(line1-3), 제3팽창수단(240), 배터리 칠러(150)가 배치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프의 동작방법에 있어서, 측정된 배터리(300)의 온도에 따라 제3팽창수단(240)의 개도량을 조절하여 배터리의 온도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 자동차용 히트펌프는 상기 제1팽창수단(210), 방향전환밸브(220), 제3팽창수단(240), 제1개폐수단(250) 및 제2개폐수단(260)의 거동에 의해 냉방운전, 난방운전, 난방-제습운전이 수행된다.

특히, 본 발명에서는 수냉식열교환기(120)를 사용하므로 종래 일반적인 히트펌프 시스템과 달리 착상의 문제가 발생하지 않으므로, 제상운전을 할 필요가 없음을 유의해야 한다.

다음으로 도 1을 다시 참조하여, 본 발명의 냉방운전모드에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉방운전방법은 상기 냉매를 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(210), 수냉식열교환기(120), 제2팽창수단(230), 증발기(140), 어큐뮬레이터(ACC) 순서대로 통과시키되, 상기 제1팽창수단(210)을 완전 개방(full open)함으로써 이루어진다.

여기서 방향전환밸브(210)의 어큐뮬레이터(ACC) 측으로의 경로는 폐쇄되고 증발기(140) 측으로 연결되는 경로만 개방된다.

제1팽창수단(220)은 완전 개방(full open)됨으로써 냉매의 압력강하 및 상태변화를 최소화한다. 따라서 압축기(COMP)로부터 토출된 고온, 고압, 기상의 냉매는 도어(12)에 의해 가로막힌, 내부열교환기(110)를 통과하여, 수냉식열교환기(120)를 통과하면서 차가운 냉각수와 만나 응축되고, 이로 인해 기상의 냉매가 액상의 냉매로 변환한다.

계속해서 상기 수냉식열교환기(130)를 통과한 냉매는, 제2팽창수단(230)을 통과하는 과정에서 감압 팽창되어 저온 저압 액상의 냉매가 된 후, 증발기(140) 측으로 유입된다.

이때, 제1개폐밸브(250)는 Open 상태이며, 제2개폐밸브(260)는 Off 상태로 제어된다.

증발기(140) 측으로 유입된 저온 저압의 액상의 냉매는 공조케이스(10) 내부에서 송풍팬(11)에 의해 공급된 공기를 냉각하게 되며, 이로 인해 차량 실내 냉방이 이루어지게 된다.

이 과정에서 도어(12)는 내부열교환기(110)측의 공기 유동은 폐쇄하고, 공조케이스(10) 내로 유입된 후 증발기(140)를 만나 차가워진 공기를 곧바로 차량 실내로 토출하도록 제어된다.

이후, 증발기(140)를 통과한 저온, 저압의 기상과 액상이 혼합된 냉매는 어큐뮬레이터(ACC)를 통과하여 압축기(COMP)로 다시 유입된다. 이곳, 어큐뮬레이터(ACC)에서는 상기 압축기(COMP)로 공급되는 냉매 중에서 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 압축기(COMP)로 기상 냉매만 공급될 수 있도록 하게 된다. 분리된 액상의 냉매는 저장하거나, 배수(drain)시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 냉방운전모드에서는 상기 수냉식열교환기(120)를 통과한 냉매 중 일부를 상기 배터리 칠러(150) 측으로 분기시켜 배터리의 온도를 일정하게 유지시켜주는 것을 특징으로 한다. 냉매 중 일부는 방향전환밸브(220) 측으로 유동하게 하며, 다른 일부는 배터리 칠러(150) 측으로 유동하게 함으로써, 배터리의 온도를 일정하게 유지시켜 분다.

종래 널리 알려진 히트펌프 시스템에 비해, 수냉식열교환기->배터리 칠러->어큐뮬레이터->압축기로 순환하는 경로를 추가함으로써 배터리의 운전성능을 현저히 향상시킬 수 있게 된다.

도 6을 참조하여, 난방운전모드에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 난방운전방법은, 상기 냉매를 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(210), 수냉식열교환기(120), 어큐뮬레이터(ACC) 순서대로 통과시키되,

상기 제1팽창수단(210)을 부분 개방(suitably open)함으로써 이루어진다.

여기서 방향전환밸브(210)의 증발기(140) 측으로의 경로는 폐쇄되고 어큐뮬레이터(140) 측으로 직접적으로 연결되는 경로만 개방된다.

내부열교환기(110)측으로 유입된 고온, 고압, 기상의 냉매는 송풍팬(11)을 통해 공조케이스(10) 내부로 유입된 공기와 열교환하면서 응축되어 기상의 냉매가 액상의 냉매로 변환한다. 그리고 내부열교환기(110)를 통과한 공기는 온풍으로 바뀐 뒤, 차량 실내로 공급되어 난방이 이루어지게 된다. 이 과정에서 도어(12)는 내부열교환기(110)측의 공기 유동을 개방하고, 공조케이스(10) 내로 유입된 후 내부열교환기(110)를 만나 뜨거워진 공기를 차량 실내로 토출하게 함으로써 난방을 수행한다.

그리고 내부열교환기(110)를 통과한 냉매는 제1팽창수단(210)을 지나면서 감압 팽창(혹은 단열 팽창)되어 저압의 냉매가 된다. 그리고 냉매는 수냉식열교환기(120)로 공급된다.

수냉식열교환기(120)에서 액상의 냉매는 증발한다. 증발과정에서 냉매는 기상과 액상의 혼합기 상태가 되고, 어큐뮬레이터(ACC)측으로 유입된다.

이때, 제1개폐밸브(250)는 On 상태이며, 제2개폐밸브(260)는 Off 상태로 제어된다.

실시예에 따라 어큐뮬레이터(ACC)와 방향전환밸브(220) 사이에 전장폐열회수칠러 (160)가 마련되는 경우, 냉매는 전장폐열회수칠러(160)에 의해 2차적으로 증발할 수 있다.

전장폐열회수칠러(160) 측으로 유입된 냉매는 전장페열유동라인(line3)과 열교환한다. 여기서 열교환은 선택적으로 이루어질 수 있는데, 주로 냉매의 온도를 더 높여 난방성능을 향상시키고자 할 때 냉매가 폐열회수부 측의 유체라인으로부터 열을 제공받는 형태로 열교환한다. 예를 들어, 실외 온도가 소정 온도(예컨대, -10℃)이하의 저온 상태인 경우에는 통상의 냉매의 유동에 의한 난방성능과 더불어, 전장폐열회수칠러(160)로부터 적극적으로 폐열을 제공받는 운전모드(고(高)난방운전모드)를 수행하여 차량에 요구되는 난방 부하를 만족시킬 수 있다.

전장폐열회수칠러(160)에 처음 유입될 때 상대적으로 저온이고, 저압이며 기상과 액상이 혼합된 냉매는 전장폐열회수칠러(160)를 통과하면서 상대적으로 고온이고, 저압이며 기상과 액상이 혼합된 냉매가 되어 어큐뮬레이터(ACC)측으로 유입될 수 있다. 이와 같은 작용은 결과적으로 압축기(COMP) 효율을 높여 난방효율을 높이게 된다.

한편, 본 발명의 난방운전모드에서도 상기 수냉식열교환기(120)를 통과한 냉매 중 일부를 상기 배터리 칠러(150) 측으로 분기시켜 배터리의 온도를 일정하게 유지시켜주는 것을 특징으로 한다. 냉매 중 일부는 방향전환밸브(220) 측으로 유동하게 하며, 다른 일부는 배터리 칠러(150) 측으로 유동하게 함으로써, 배터리의 온도를 일정하게 유지시켜 줄 수 있다.

다만, 전술한 냉방운전모드와 달리 겨울철에는 외기 온도에 의해 배터리의 온도가 상대적으로 높게 형성되지 않는다. 따라서 배터리의 온도를 일정하게 유지하려면 배터리의 온도를 실시간으로 확인하여, 제3팽창수단(240)을 필요시에만 개방시키거나, 개도량을 적절히 조절하는 방법을 취한다.

이처럼 난방운전모드에서는 냉방운전모드처럼 배터리의 온도 유지를 배터리폐열회수라인(line1-3)이 선택적으로 개방될 수 있으므로, 난방운전모드를 도시한 도 6에는 배터리폐열회수라인(line1-3)이 파선으로 표시됨을 유의해야 한다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 난방-제습운전모드에 대해 설명하기로 한다.

본 발명의 난방-제습운전방법은, 상기 냉매를 압축기(COMP), 내부열교환기(110), 제1팽창수단(210), 수냉식열교환기(120), 어큐뮬레이터(ACC) 순서대로 통과시키되, 상기 내부열교환기(100)를 통과한 냉매 중 일부를 분기시켜 상기 제습라인(line1-4)을 통해 상기 증발기(140) 측으로 공급하며, 상기 제1팽창수단(210)을 부분 개방(suitably open)함으로써 이루어진다.

참고로 제습기능을 제외한 난방동작은 전술한 난방운전모드에서와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

난방-제습모드에서 제습기능은 압축기(COMP) 및 내부열교환기(110)를 통과한 냉매를 제습라인(line1-4)를 통해 분기함으로써 수행된다.

냉매라인 상에 각각 마련되는 제1개폐밸브(250)와 제2개폐밸브(260) 모두 Open 제어된다.

여기서 본 발명의 히트펌프는 증발기(140)로 바이패스되는 냉매를 통해 차량 실내의 공기와 열교환하여 실내 제습을 수행할 수 있게 되고, 이와 함께 증발기(140)로 바이패스되지 않고 수냉식열교환기(120) 측으로 유동하는 냉매를 통해 통상의 난방운전에서와 같이 작동할 수 있다.

아울러, 난방-제습운전모드에서의 배터리 온도 유지 방법은 수냉식열교환기(120) 측으로 흐르는 냉매를 한번 더 분기시켜 배터리폐열회수라인(line1-3)측으로 공급함으로써 이루어지며, 이 경우에도 필요시에만 분기될 수 있도록 제어될 수 있다.

본 실시예에 따르면 차가운 외기에 의해 외부열교환기(120)에 착상이 발생하여 외부 열교환기(120)로부터 열교환이 원활치 않은 경우 배터리(300)에서 발생한 열을 이용하여 난방성능을 발휘할 수 있게 된다.

앞서 살펴본 본 발명의 여러 실시예에 따르면 제상운전모드를 제외한 다른 모드에서 배터리의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 방안을 제시하였으므로, 제상운전모드에서는 일정한 온도로 유지된 배터리의 페열을 적극 활용할 수 있는 환경을 제공하게 된다.

위에서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 종래 널리 알려진 히트펌프 시스템에 비해, 외기와 열교환하는 공랭식 외부열교환기를 제거하고, 냉각수와 열교환하는 수냉식열교환기를 이용함으로써, 서리 착상의 문제점을 원천적으로 차단할 수 있다.

본 발명은 냉각수로부터 열을 얻는 수열원식 히트펌프이기 때문에 겨울철 난방능력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

수냉식열교환기를 이용함에 따른 파생되는 효과로서, 종래 공랭식 외부열교환기를 사용함에 따른 차량의 CRFM(외기가 불어오는 방향으로부터 차례대로 Condenser-Radiator-Fan 순서로 배치된 module)의 구조에서 공랭식 외부열교환기(HEX Condenser)를 냉각수라인 상에 배치된 수냉식열교환기로 교체가능하다. 즉, 종래 CRFM구조에서 RFM구조로 변경이 가능하며 이에 따라 Fan을 구동하는 모터에 요구되는 사양을 낮출 수 있는 장점을 가지고, 아울러, 보다 컴팩트한 구조의 공조장치를 구성할 수 있는 장점이 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만, 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 공조케이스(덕트) 11 : 송풍팬
12 : 도어 110 : 내부열교환기
120 : 수냉식열교환기 130 : 중간열교환기
140 : 증발기 150 : 배터리 칠러
160 : 전장폐열회수칠러 210 : 제1팽창수단
220 : 방향전환밸브 230 : 제2팽창수단
240 : 제3팽창수단 250 : 제1개폐수단
260 : 제2개폐수단 300 : 배터리
310 : 배터리PTC히터 320 : 배터리 온도 센서
330 : 배터리 라디에이터 340 : 전동펌프
350 : 배터리 방향전환밸브 400 : 전장품
510 : 전동펌프 520 : 냉각수히팅PTC히터
530 : LT 라디에이터 540 : 리저버

Claims

냉매를 압축하여 토출하는 압축기(COMP);
공조케이스 내부에 배치되며, 상기 압축기에서 토출된 냉매를 실내 공기와 열교환시키는 내부열교환기(110);
상기 내부열교환기(110)를 통과한 냉매를 냉각수와 열교환시키는 수냉식열교환기(120);
상기 내부열교환기(110)와 수냉식열교환기(120) 사이의 냉매라인 상에 배치되고, 공조모드에 따라 냉매를 팽창 가능하도록 마련되는 제1팽창수단(210);
상기 수냉식열교환기(120)를 통과한 냉매를 공조모드에 따라 팽창가능하도록 마련되는 제2팽창수단(230);
상기 제2팽창수단 후단에 위치하며, 냉매를 증발시킬수 있도록 마련되는 증발기(140);를 포함하되,
상기 수냉식열교환기(120)는 냉각수라인(line5)를 통해 냉각수기반PTC히터(540)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
제1항에 있어서,
상기 수냉식열교환기(120)는 응축부(120a), 과냉부(120b), 커넥터(120c), 커플러(120d) 및 리시버드라이어(120e)로 이루어진 적층형 수냉식열교환기(120)인 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
제1항에 있어서,
상기 수냉식열교환기(120)는 냉각수라인(line5)을 통해 LT라디에이터(530)와 연결되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
제1항에 있어서,
상기 히트펌프는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
제3항에 있어서,
상기 냉각수라인(line5) 상에는 전동펌프(510) 및 리저버(520)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
제5항에 있어서,
냉방운전모드에서, 상기 냉각수라인(line5)에서 유동하는 냉각수는 상기 수냉식열교환기(120)와 상기 LT라디에이터(530)사이에서 순환하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.
제5항에 있어서,
난방운전모드 및 난방-제습운전모드에서, 상기 냉각수라인(line5)에서 유동하는 냉각수는 상기 LT라디에이터(530)를 바이패스하여 순환하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프.