KR20210004565A

KR20210004565A - 차량용 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR20210004565A
Application number: KR1020190081182A
Authority: KR
Inventors: 이재민; 김영철; 이경철
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2021-01-13
Also published as: KR102657255B1

Abstract

실시예는 차량의 전장부품모듈(PE)을 냉각할 수 있는 전장부품 냉각장치, 차량 실내의 온도를 조절하는 공조장치, 및 상기 공조장치의 제1 열교환매체와 상기 전장부품 냉각장치의 제2 열교환매체가 열교환하는 제1 칠러를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 상기 공조장치는 상기 제1 열교환매체가 순환하도록 압축기, 제1 열교환기, 밸브장치, 제2 열교환기, 제1 팽창수단, 제3 열교환기 및 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 순환라인(L1); 상기 제1 열교환기에서 유출되는 제1 열교환매체가 상기 제1 칠러를 통과하여 상기 어큐뮬레이터로 유입될 수 있게 배치되는 제1 바이패스라인(BL1); 및 상기 제1 열교환기에서 유출되는 제1 열교환매체의 일부가 상기 제3 열교환기로 유입되게 배치되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 밸브장치는 열교환매체를 팽창시키는 팽창밸브와 열교환매체의 흐름 방향을 조절하는 밸브가 일체로 형성되어 상기 시스템의 부품수를 감소시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 컴팩트화 및 차량의 엔진룸의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}

실시예는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다. 상세하게, 팽창밸브와 열교환매체의 흐름 방향을 조절하는 밸브가 일체로 형성된 복합형 밸브장치를 구비함으로써, 시스템의 컴팩트화 및 그에 따른 차량의 엔진룸의 공간 활용도를 향상시킬 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

자동차는 실내의 공기 온도를 조절하기 위한 공조장치를 갖추고 있다. 상기 공조장치는 온기를 발생시켜 차량의 실내를 따뜻하게 유지시키거나, 냉기를 발생시켜 차량의 실내를 시원하게 유지시킨다. 여기서, 차량용 공조 장치는 냉매를 순환시키도록 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 및 이를 연결하는 파이프 등을 포함할 수 있다.

한편, 차량은 상기 공조장치와는 다른 히트 펌프 시스템을 구비할 수 있다. 상기 히트 펌프 시스템은 하나의 냉매 사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 히트 펌프 시스템은 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위해 배치되는 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위해 배치되는 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 이용하여 차량 실내를 냉방 또는 난방할 수 있다.

상기 내연기관을 사용하는 차량(이하, '내연기관 차량'이라 함)의 경우, 내연기관을 냉각하는 냉각수를 이용하여 차량 내부를 난방할 수 있다. 예컨데, 상기 내연기관 차량은 내연기관으로부터 흡수한 열을 차량의 실내 난방에 이용하도록 냉각수를 이용한 히팅 시스템을 구비하여 차량 내부를 난방할 수 있다.

그러나, 연료전지 등을 사용하는 차량의 경우에는 상기 내연기관을 이용하지 않기 때문에, 차량의 내연기관을 열원으로 하는 히팅 시스템을 사용할 수 없는 문제가 있다.

그에 따라, 연료전지 등을 사용하는 차량은 공조장치에 히트 펌프를 추가하여 이를 열원으로 사용할 수 있게 하거나, 전기 히터와 같은 별도의 열원을 구비하여 차량 내부를 난방하고 있다.

도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 차량용 히트 펌프 시스템은 냉매순환라인(R) 상에 압축기(10)와, 실내열교환기(11)와, 제1복합밸브장치(20)와, 실외열교환기(13)와, 제2복합밸브장치(30)와, 증발기(16) 등이 각각 연결 설치되어 냉매가 순차적으로 순환할 수 있게 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 히트 펌프 시스템은 두 개의 복합밸브장치(20, 30) 및 별도의 연결블럭(23)을 포함하고 있다. 그에 따라, 종래의 차량용 히트 펌프 시스템은 부품수가 증가되기 때문에, 가격 경쟁력이 낮은 문제가 있다. 또한, 종래의 차량용 히트 펌프 시스템은 상술 된 바와 같이 부품수 증가에 의한 중량 증가 및 리크(leak)의 발생 가능성이 증가하는 문제가 있다.

실시예는 열교환매체를 팽창시키는 팽창밸브와 열교환매체의 흐름 방향을 조절하는 밸브의 기능이 일체로 형성된 하나의 밸브장치를 이용함으로써, 시스템의 컴팩트화 및 차량의 엔진룸의 공간 활용도를 향상시킬 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제는 차량의 전장부품모듈(PE)을 냉각할 수 있는 전장부품 냉각장치, 차량 실내의 온도를 조절하는 공조장치, 및 상기 공조장치의 제1 열교환매체와 상기 전장부품 냉각장치의 제2 열교환매체가 열교환하는 제1 칠러를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서, 상기 공조장치는 상기 제1 열교환매체가 순환하도록 압축기, 제1 열교환기, 밸브장치, 제2 열교환기, 제1 팽창수단, 제3 열교환기 및 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 순환라인(L1); 상기 제1 열교환기에서 유출되는 제1 열교환매체가 상기 제1 칠러를 통과하여 상기 어큐뮬레이터로 유입될 수 있게 배치되는 제1 바이패스라인(BL1); 및 상기 제1 열교환기에서 유출되는 제1 열교환매체의 일부가 상기 제3 열교환기로 유입되게 배치되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템에 의해 달성된다.

여기서, 상기 밸브장치는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환하여, 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환시키거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르게 할 수 있다.

그리고, 상기 밸브장치에 의해 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 상기 제1 열교환매체가 흐를 때, 상기 밸브장치는 상기 제1 열교환매체 중 일부를 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 할 수 있다.

또한, 상기 밸브장치는 상기 제1 열교환기에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로, 상기 제1 유로에서 분기되는 제2 유로 및 제3 유로, 상기 제3 유로에서 분기되는 제4 유로 및 제5 유로를 포함하는 바디; 상기 제2 유로를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제하는 제1 온오프밸브부; 상기 제3 유로 상에 배치되는 제1 팽창수단부; 및 상기 제5 유로를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제하는 제2 온오프밸브부를 포함하고, 상기 제2 유로는 상기 제2 열교환기와 연결되고, 상기 제4 유로는 상기 제1 바이패스라인과 연결되며, 상기 제5 유로는 상기 제2 바이패스라인과 연결될 수 있다.

그리고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단 또는 차단 해제하며, 상기 제3 유로의 차단 해제시, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드시, 상기 제1 온오프밸브부는 상기 제2 유로를 차단 해제하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단할 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드시, 상기 제1 온오프밸브부는 상기 제2 유로를 차단하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단 해제하며, 상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드시, 상기 제1 온오프밸브부는 상기 제2 유로를 차단하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단 해제하며, 상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단 해제하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

한편, 상기 밸브장치는 상기 제1 열교환기에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로, 상기 제1 유로에서 분기되는 제2 유로 및 제3 유로, 상기 제3 유로에서 분기되는 제4 유로 및 제5 유로를 포함하는 바디; 상기 제1 유로와 상기 제2 유로와 상기 제3 유로가 만나는 지점에 배치되는 방향전환팽창부; 및 상기 제5 유로를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제하는 제2 온오프밸브부를 포함하고, 상기 제2 유로는 상기 제2 열교환기와 연결되고, 상기 제4 유로는 상기 제1 바이패스라인과 연결되며, 상기 제5 유로는 상기 제2 바이패스라인과 연결될 수 있다.

여기서, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로 또는 상기 제3 유로로 흐르게 하며, 상기 방향전환팽창부에 의해 상기 제1 열교환매체가 상기 제3 유로로 흐를 때, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로로 흐르게 할 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제3 유로로 흐르게 하면서 팽창시키고, 상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단할 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제3 유로로 흐르게 하면서 팽창시키고, 상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단 해제할 수 있다.

여기서, 상기 제1 유로의 내경(D1)은 상기 제3 유로의 내경(D3) 보다 작을 수 있다. 그리고, 상기 제3 유로의 내경(D3)은 상기 제4 유로의 내경(D4)과 동일하고, 상기 제5 유로의 내경(D5)은 상기 제1 유로의 내경(D1)보다 작을 수 있다.

한편, 상기 밸브장치는 상기 제1 열교환기에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로, 상기 제1 유로에서 분기되는 제2 유로 및 제4 유로, 상기 제1 유로의 일측에 연결되는 제5 유로를 포함하는 바디; 상기 제1 유로와 상기 제2 유로와 상기 제4 유로가 만나는 지점에 배치되는 방향전환팽창부; 및 상기 제5 유로 상에 배치되는 제2 팽창수단부를 포함하고, 상기 제2 유로는 상기 제2 열교환기와 연결되고, 상기 제4 유로는 상기 제1 바이패스라인과 연결되며, 상기 제5 유로는 상기 제2 바이패스라인과 연결될 수 있다.

여기서, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로 또는 상기 제4 유로로 흐르게 하며, 상기 방향전환팽창부에 의해 상기 제1 열교환매체가 상기 제4 유로로 흐를 때, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

또한, 상기 제2 팽창수단부는 상기 제5 유로를 차단 또는 차단 해제하며, 상기 제5 유로의 차단 해제시, 상기 제2 팽창수단부는 상기 제5 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로로 흐르게 할 수 잇다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드시, 상기 제2 팽창수단부는 상기 제5 유로를 차단하고, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제4 유로로 흐르게 하면서 팽창시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드시, 상기 제1 유로로 유입되는 제1 열교환매체의 일부는 상기 제2 팽창수단부에 의해 차단 해제된 상기 제5 유로를 따라 흐르면서 팽창되고, 상기 제1 유로로 유입되는 제1 열교환매체의 나머지는 상기 방향전환팽창부에 의해 상기 제4 유로로 흐르면서 팽창될 수 있다.

여기서, 상기 제4 유로의 내경(D3)은 상기 제1 유로의 내경(D1) 보다 클 수 있다. 그리고, 상기 제5 유로의 내경(D5)은 상기 제1 유로의 내경(D1)과 동일할 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 배터리(B)를 냉각할 수 있는 배터리 냉각장치; 및 상기 공조장치의 제1 열교환매체와 상기 배터리 냉각장치의 제3 열교환매체가 열교환하는 제2 칠러를 더 포함하며, 상기 공조장치는 상기 제2 칠러를 통과하도록 상기 제2 열교환기와 제1 팽창수단 사이의 제1 순환라인(L1)과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 제3 바이패스라인(BL3), 및 상기 제3 바이패스라인(BL3) 상에 배치되어 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시키는 제2 팽창수단을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2 팽창수단은 상기 제2 칠러에 유입되는 제1 열교환매체의 유량을 조절하는 전자식 팽창밸브일 수 있다.

또한, 상기 제1 열교환매체는 냉매로 제공되고, 상기 제2 열교환매체와 상기 제3 열교환매체는 냉각수로 제공될 수 있다.

한편, 상기 전장부품 냉각장치는 전장부품모듈(PE)에 제2 열교환매체를 순환시켜 냉각시킬 수 있도록 배치되는 제2 순환라인(L2); 상기 제2 순환라인(L2)에 배치되는 라디에이터와 삼방향 밸브와 펌프; 및 상기 제2 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 라디에이터의 입구측과 출구측을 연결하도록 배치되는 제4 바이패스라인(BL4)을 포함하며, 상기 제4 바이패스라인(BL4)은 상기 제1 칠러를 통과하도록 배치될 수 있다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 열교환매체를 팽창시키는 팽창밸브와 열교환매체의 흐름 방향을 조절하는 밸브가 일체로 형성된 하나의 밸브장치를 이용하여 부품수를 감소시킬 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 컴팩트화 및 차량의 엔진룸의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 부품수의 감소를 통해 원가, 중량 및 리크 가능성을 감소시킬 수 있다.

또한, 차량용 히트 펌프 시스템은 전장부품모듈의 폐열을 이용하여 난방 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다.

실시예의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 실시예의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이고,
도 2는 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이고,
도 3은 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치를 나타내는 도면이고,
도 4는 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치에서 제1 열교환매체의 유입 및 유출 관계를 나타내는 도면이고,
도 5는 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드를 나타내는 도면이고,
도 6은 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드를 나타내는 도면이고,
도 7은 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드를 나타내는 도면이고,
도 8은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이고,
도 9는 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치를 나타내는 도면이고,
도 10은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치에서 제1 열교환매체의 유입 및 유출 관계를 나타내는 도면이고,
도 11은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드를 나타내는 도면이고,
도 12는 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드를 나타내는 도면이고,
도 13은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드를 나타내는 도면이고,
도 14는 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이고,
도 15는 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치를 나타내는 도면이고,
도 16은 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치에서 제1 열교환매체의 유입 및 유출 관계를 나타내는 도면이고,
도 17은 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드를 나타내는 도면이고,
도 18은 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드를 나타내는 도면이고,
도 19는 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 구성요소가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 구성요소가 상기 두 구성요소 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 '상(위) 또는 하(아래)(on or under)'로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지게 된다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 다양한 공조 모드를 이용하여 차량 실내의 공조 컨디션(condition)을 조절할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 차량 실내의 냉난방 품질을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 공조 모드는 냉방 모드, 난방 모드, 및 난방제습 모드를 포함할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 모드 이외의 공조 모드를 더 포함할 수도 있다.

또한, 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 열교환매체를 팽창시키는 팽창밸브와 열교환매체의 흐름 방향을 조절하는 밸브가 일체로 형성된 밸브장치 및 상기 밸브장치에 연결되는 바이패스라인을 이용하여 컴팩트한 시스템을 구현함으로써, 차량의 엔진룸의 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.

또한, 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 밸브장치를 통해 상기 시스템을 구성하는 부품수를 줄일 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 원가, 중량 및 리크 발생 가능성은 감소될 수 있다.

또한, 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 전장부품모듈의 폐열을 이용하여 난방 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 전장부품모듈은 차량의 모터, 인버터 등의 전장부품, 또는 차량의 자율주행 시스템(Autonomous system)을 위한 컴퓨터, 라이다(Lidar), 레이더(Radar), 센서 등의 전자장치(Electronics) 등 일 수 있다. 그리고, 상기 폐열이라 함은 전장부품모듈을 냉각할 때 냉각수 순환구조상 버려지는 열을 의미할 수 있다.

제1 실시예

도 2는 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내의 공기 온도를 조절하는 공조장치(100), 전장부품모듈(PE)을 냉각할 수 있는 전장부품 냉각장치(200) 및 공조장치(100)의 제1 열교환매체와 전장부품 냉각장치(200)의 제2 열교환매체가 열교환할 수 있도록 배치되는 제1 칠러(300)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 공조장치(100)는 상기 제1 열교환매체가 순환하도록 압축기(110), 제1 열교환기(120), 밸브장치(130), 제2 열교환기(140), 제1 팽창수단(150), 제3 열교환기(160) 및 어큐뮬레이터(170)를 연결하는 제1 순환라인(L1), 상기 제1 열교환기(120)에서 유출되는 제1 열교환매체가 상기 제1 칠러(300)로 유입될 수 있게 배치되는 제1 바이패스라인(BL1), 및 상기 제1 열교환기(120)에서 유출되는 제1 열교환매체의 일부가 상기 제3 열교환기(160)로 유입될 수 있게 배치되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 밸브장치(130)는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 다양한 공조 모드를 구현할 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제2 바이패스라인(BL2)과 제3 열교환기(160)를 이용하여 차량 실내를 난방함과 동시에 제습할 수 있다.

그리고, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 바이패스라인(BL1)과 제1 칠러(300)를 통해 전장부품 냉각장치(200)에서 버려지는 폐열을 열원으로 사용함으로써, 상기 공조장치(100)를 통한 차량 실내의 난방 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 전장부품 냉각장치(200)는 제2 열교환매체가 순환하도록 배치되는 제2 순환라인(L2) 및 상기 제2 순환라인(L2)에서 분기되어 제1 칠러(300)를 통과하게 배치되는 제4 바이패스라인(BL4)을 포함할 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제3 열교환매체를 이용하여 배터리(B)를 냉각할 수 있는 배터리 냉각장치(400), 및 배터리 냉각장치(400)의 제3 열교환매체와 공조장치(100)의 제1 열교환매체가 열교환할 수 있도록 배치되는 제2 칠러(500)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 공조장치(100)는 제1 순환라인(L1)에서 분기되어 제2 칠러(500)를 통과하게 배치되는 제3 바이패스라인(BL3) 및 제2 팽창수단(180)을 포함할 수 있다.

그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 냉방 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제3 바이패스라인(BL3)과 제2 칠러(500)를 이용하여 상기 배터리 냉각장치(400)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 전장부품 냉각장치(200)의 제2 열교환매체와 배터리 냉각장치(400)의 제3 열교환매체 각각은 서로를 연결하는 연결구조 없이 별개로 배치되는 순환 구조를 따라 순환될 수 있다. 즉, 전장부품 냉각장치(200)와 배터리 냉각장치(400)는 서로 분리되어 배치되는 구조로 차량에 배치될 수 있다.

상기 공조장치(100)는 제1 순환라인(L1), 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2) 등을 따라 이송되는 제1 열교환매체를 이용하여, 차량 실내를 냉방, 난방 및 제습할 수 있다. 여기서, 상기 제1 열교환매체로는 냉매가 제공될 수 있다.

상기 공조장치(100)의 제1 순환라인(L1)은 파이프 등으로 제공되어 차량 실내의 냉난방을 위해 제1 열교환매체가 이동할 수 있게 배치된다. 그에 따라, 제1 순환라인(L1) 상에는 상기 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 압축기(110)와 제1 열교환기(120)와 밸브장치(130)와 제2 열교환기(140)와 제1 팽창수단(150)과 제3 열교환기(160)와 어큐뮬레이터(170) 등이 순차적으로 배치될 수 있다.

압축기(110)는 제1 순환라인(L1)을 따라 이동하는 상기 제1 열교환매체를 압축하여 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 여기서, 압축기(110)는 콤프레서라 불릴 수 있다.

제1 열교환기(120)는 공조케이스(C) 내부에 배치되며, 공조케이스(C)의 내부에서 유동하는 공기와 상기 압축기(110)에서 이송되는 제1 열교환매체 간의 열교환을 유도한다. 예컨데, 제1 열교환기(120)는 공조케이스(C) 내부의 공기와 상기 제1 열교환매체 간의 열교환을 가능하게 한다. 그에 따라, 제1 열교환기(120)는 차량 실내를 난방할 수 있게 한다. 여기서, 제1 열교환기(120)는 실내 열교환기라 불릴 수 있다.

밸브장치(130)는 제1 열교환기(120)와 제2 열교환기(140) 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 밸브장치(130)의 일측에는 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2)이 연결될 수 있다.

상기 밸브장치(130)는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환할 수 있다. 그에 따라, 제1 열교환기(120)에서 배출되어 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 이송되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130)에 의해 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 된다. 나아가, 상기 밸브장치(130)는 상기 제1 열교환매체를 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 할 수도 있다.

즉, 차량의 공조 모드에 따라, 상기 밸브장치(130)는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환하도록 제어할 수 있다.

예컨데, 차량의 공조 모드 중 냉방 모드시, 상기 밸브장치(130)는 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환할 수 있도록 제2 열교환기(140)측으로 상기 제1 열교환매체를 흐르게 한다.

또는, 차량의 공조모드 중 난방 모드 또는 난방제습 모드시, 상기 밸브장치(130)는 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 상기 제1 열교환매체가 흐를 때, 상기 밸브장치(130)는 상기 제1 열교환매체 중 일부가 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 할 수 있다. 예컨데, 차량의 공조모드 중 난방제습 모드시, 상기 제1 열교환매체 중 일부는 상기 밸브장치(130)에 의해 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르고, 나머지는 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 된다. 그에 따라, 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 제3 열교환기(160)로 공급되어 차량 실내의 습도를 낮출 수 있다.

또한, 상기 밸브장치(130)는 내부로 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수도 있다.

도 3은 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치에서 제1 열교환매체의 유입 및 유출 관계를 나타내는 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 밸브장치(130)는 바디(131), 제1 온오프밸브부(133), 제1 팽창수단부(135) 및 제2 온오프밸브부(137)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 온오프밸브부(133), 제1 팽창수단부(135) 및 제2 온오프밸브부(137)는 각각 바디(131)에 설치될 수 있다.

바디(131)는 내부에 제1 열교환매체가 흐를 수 있게 형성된 유로를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유로는 제1 순환라인(L1)을 따라 유입되는 제1 열교환매체가 내부에서 이동하여 배출될 수 있게 바디(131)에 형성될 수 있다.

상기 유로는 상기 제1 열교환기(120)에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로(131a), 상기 제1 유로(131a)에서 분기되는 제2 유로(131b) 및 제3 유로(131c), 상기 제3 유로(131c)에서 분기되는 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e)를 포함할 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 바디(131)의 내부로 유입된 제1 열교환매체는 제1 온오프밸브부(133), 제1 팽창수단부(135) 및 제2 온오프밸브부(137)의 구동에 의해 제2 유로(131b), 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e) 중 적어도 어느 하나로 배출될 수 있다.

제1 유로(131a)는 제1 순환라인(L1)에 의해 제1 열교환기(120)와 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 제1 유로(131a)를 통해 바디(131)의 내부로 유입될 수 있다. 여기서, 제1 유로(131a)의 내경(D1)은 제1 순환라인(L1)으로 제공되는 파이프의 내경과 동일할 수 있다.

제2 유로(131b)는 제1 유로(131a)와 연결되게 바디(131)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제2 유로(131b)는 제1 순환라인(L1)에 의해 제2 열교환기(140)와 연결될 수 있다. 그에 따라, 제2 유로(131b)를 통해 배출되는 제1 열교환매체는 제1 순환라인(L1)을 통해 제2 열교환기(140)로 이송될 수 있다. 여기서, 제2 유로(131b)의 내경(D2)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)과 동일할 수 있다.

제3 유로(131c)는 제1 유로(131a)와 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e)를 연결하도록 바디(131)의 내부에 형성될 수 있다. 예컨데, 제3 유로(131c)의 일측은 제1 유로(131a)와 연결되고, 타측은 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e)와 연결될 수 있다. 여기서, 제3 유로(131c)에 제1 열교환매체를 팽창시키는 제1 팽창수단부(135)가 배치됨을 고려하여, 제3 유로(131c)의 내경(D3)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)보다 클 수 있다. 예컨데, 제3 유로(131c)의 내경(D3)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)의 1.5~1.6배일 수 있다.

제4 유로(131d)는 제3 유로(131c)와 연결되게 바디(131)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제4 유로(131d)는 제1 바이패스라인(BL1)에 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 제3 유로(131c)와 제4 유로(131d)를 통해 제1 바이패스라인(BL1)으로 이송될 수 있다. 여기서, 제4 유로(131d)의 내경(D4)은 제3 유로(131c)의 내경(D3)과 동일할 수 있다.

제5 유로(131e)는 제3 유로(131c)와 연결되게 바디(131)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제5 유로(131e)는 제2 바이패스라인(BL2)에 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 제3 유로(131c)와 제5 유로(131e)를 통해 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송될 수 있다.

여기서, 제5 유로(131e)를 통해 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송되는 제1 열교환매체가 차량 실내의 제습을 위해 이용된다는 점을 고려해 볼 때, 제5 유로(131e)의 내경(D5)은 제4 유로(131d)의 내경(D4)보다 작을 수 있다.

그리고, 제5 유로(131e)의 내경(D5)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)보다 작을 수 있다. 예컨데, 제5 유로(131e)의 내경(D5)은 제1 유로(131a)의 내경(D1) 대비 0.7~0.8배일 수 있다. 바람직하게, 제5 유로(131e)의 내경(D5)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)의 0.75배일 수 있다.

제1 온오프밸브부(133)는 제2 유로(131b) 상에 배치되어, 제2 유로(131b)를 개폐할 수 있다.

상세하게, 제1 온오프밸브부(133)는 제2 유로(131b)를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제할 수 있다. 예컨데, 제1 온오프밸브부(133)가 제2 유로(131b)를 차단할 때, 제1 열교환매체는 제3 유로(131c)로 흐를 수 있다. 그리고, 제1 온오프밸브부(133)가 제2 유로(131b)를 차단 해제할 때, 제1 열교환매체는 제2 유로(131b)로 흐를 수 있다. 여기서, 상기 차단 해제라 함은 제1 열교환매체가 유로를 따라 진행되는 것으로 정의될 수 있다.

제1 팽창수단부(135)는 제3 유로(131c) 상에 배치되어 제3 유로(131c)를 개폐할 수 있다. 즉, 제1 팽창수단부(135)는 제3 유로(131c)를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제할 수 있다. 특히, 제1 팽창수단부(135)가 제3 유로(131c)를 열림 상태로 유지할 때, 상기 제1 팽창수단부(135)는 제3 유로(131c)를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다. 즉, 제1 열교환매체가 제3 유로(131c)를 따라 진행시, 제1 팽창수단부(135)는 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다. 여기서, 제1 팽창수단부(135)로 팽창밸브가 이용될 수 있다.

그리고, 제1 팽창수단부(135)에 의해 제3 유로(131c)가 차단될 때, 제1 열교환매체는 제2 유로(131b)를 따라 진행할 수 있다.

제2 온오프밸브부(137)는 제5 유로(131e) 상에 배치되어, 제5 유로(131e)를 개폐할 수 있다.

상세하게, 제2 온오프밸브부(137)는 제5 유로(131e)를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제할 수 있다. 예컨데, 제2 온오프밸브부(137)가 제5 유로(131e)를 차단할 때, 제1 열교환매체는 제4 유로(131d)로 흐를 수 있다. 그리고, 제2 온오프밸브부(137)가 제5 유로(131e)를 차단 해제할 때, 제1 열교환매체는 제4 유로(131d)와 제5 유로(131e)로 나뉘어 흐를 수 있다.

따라서, 선택된 공조 모드에 따라, 상기 밸브장치(130)는 제1 열교환매체를 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되게 하거나, 바이패스라인(BL1, BL2)으로 제1 열교환매체의 흐름 방향을 전환할 수 있다. 그리고, 상기 바이패스라인(BL1, BL2)으로 제1 열교환매체가 이송되는 경우, 상기 밸브장치(130)는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

제2 열교환기(140)는 차량으로 유입되는 에어와 제1 열교환매체를 열교환시켜 방열함으로써, 제1 열교환매체를 응축할 수 있다. 여기서, 제2 열교환기(140)는 응축기라 불릴 수 있다.

제1 팽창수단(150)은 제2 열교환기(140)와 제3 열교환기(160) 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 팽창수단(150)은 제3 열교환기(160)의 입구측에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 팽창수단(150)은 제2 열교환기(140)에서 응축된 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

상기 제1 팽창수단(150)은 기계식 팽창밸브(Thermal expansion valve) 또는 전자식 팽창밸브(Electronic expansion valve)가 사용될 수 있다. 바람직하게, 제1 팽창수단(150)으로 기계식 팽창밸브가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 제1 팽창수단(150)은 제1 팽창밸브라 불릴 수 있다.

제3 열교환기(160)는 공조케이스(C) 내부에 배치되며, 제1 팽창수단(150)을 통과하여 공급된 제1 열교환매체를 이용하여 공조케이스(C) 내부의 공기를 냉각할 수 있다. 이때, 공조케이스(C)의 내부에 배치되는 온도조절도어(D)는 제3 열교환기(160)를 통해 열교환한 공기의 양을 조절하여 차량 실내의 온도를 조절할 수 있게 한다.

어큐뮬레이터(170, Accumulator)는 제1 열교환매체를 기상과 액상으로 분리할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(110)의 입구측에 배치될 수 있다. 여기서, 어큐뮬레이터(170)는 기액 분리기라 불릴 수 있다.

제2 팽창수단(180)은 제3 바이패스라인(BL3) 상에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 팽창수단(180)은 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 제2 칠러(500)의 입구측에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 팽창수단(180)은 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

여기서, 상기 제2 팽창수단(180)은 제2 팽창밸브라 불릴 수 있으며, 기계식 팽창밸브(Thermal expansion valve) 또는 전자식 팽창밸브(Electronic expansion valve)가 사용될 수 있다. 바람직하게, 제3 바이패스라인(BL3)의 열림량을 조절하여 유량을 조절할 수 있는 전자식 팽창밸브가 상기 제2 팽창수단(180)에 사용될 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 팽창수단(180)은 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흘러 제2 칠러(500)를 통과하는 제1 열교환매체의 유량을 조절할 수 있다. 여기서, 상기 전자식 팽창밸브는 솔레노이드를 이용한 팽창밸브일 수 있다.

상세하게, 차량의 냉방 모드시, 상기 제2 열교환기(140)에서 배출되어 제1 팽창수단(150)으로 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 제3 바이패스라인(BL3)을 통해 제2 팽창수단(180)으로 흐르게 된다.

이때, 상기 제2 팽창수단(180)은 전자식 팽창밸브로 사용될 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제2 팽창수단(180)을 통해 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 이송량을 조절함으로써, 제1 팽창수단(150)으로 흐르는 제1 열교환매체의 이송량을 조절할 수 있다. 예컨데, 차량 실내의 냉방 성능을 향상시켜야 하는 경우, 제1 팽창수단(150)으로 흐르는 제1 열교환매체의 양을 제3 바이패스라인(BL3)측으로 흐르는 제1 열교환매체의 양보다 크게 하기 위해 상기 제2 팽창수단(180)이 제어될 수 있다.

제1 바이패스라인(BL1)은 상기 밸브장치(130)와 상기 어큐뮬레이터(170)를 연결할 수 있다. 상세하게, 상기 제1 바이패스라인(BL1)의 일측은 상기 밸브장치(130)의 제4 유로(131d)에 연결되고, 타측은 상기 어큐뮬레이터(170)에 연결될 수 있다. 이때, 제1 바이패스라인(BL1)의 일 영역은 상기 제1 칠러(300)를 통과하도록 배치될 수 있다.

그에 따라, 상기 밸브장치(130)에 의해 흐름 방향이 전환된 제1 열교환매체는 제1 바이패스라인(BL1)에 의해 상기 제2 열교환기(140), 상기 제1 팽창수단(150) 및 상기 제3 열교환기(160)를 우회할 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방 모드 또는 난방제습 모드시, 상기 제1 열교환매체는 제1 바이패스라인(BL1)을 통해 상기 제1 칠러(300)를 통과하여 어큐뮬레이터(170)에 공급될 수 있다. 여기서, 제1 바이패스라인(BL1)은 상기 제1 열교환매체가 이동할 수 있는 파이프 등으로 제공될 수 있다.

제2 바이패스라인(BL2)은 상기 밸브장치(130)에서 배출되는 제1 열교환매체가 상기 제3 열교환기(160)에 유입되게 할 수 있다. 상세하게, 상기 제1 바이패스라인(BL1)의 일측은 상기 밸브장치(130)의 제5 유로(131e)에 연결되고, 타측은 상기 제1 팽창수단(150)과 제3 열교환기(160) 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 연결될 수 있다.

그에 따라, 상기 밸브장치(130)에 의해 흐름 방향이 전환된 제1 열교환매체는 제2 바이패스라인(BL2)에 의해 상기 제2 열교환기(140)와 상기 제1 팽창수단(150)을 우회할 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방제습 모드시, 상기 제1 열교환매체는 제2 바이패스라인(BL2)을 통해 상기 제3 열교환기(160)에 공급될 수 있다. 그에 따라, 제2 바이패스라인(BL2)을 통해 상기 제3 열교환기(160)에 제1 열교환매체가 공급될 수 있기 때문에, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내를 제습할 수 있다. 여기서, 제2 바이패스라인(BL2)은 상기 제1 열교환매체가 이동할 수 있는 파이프 등으로 제공될 수 있다.

제3 바이패스라인(BL3)은 상기 제1 순환라인(L1)의 일 영역에서 분기되어 어큐뮬레이터(170)에 연결될 수 있다. 상세하게, 제3 바이패스라인(BL3)의 일측은 제2 열교환기(140)와 제1 팽창수단(150) 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 연결되고, 타측은 어큐뮬레이터(170)에 연결될 수 있다. 이때, 제3 바이패스라인(BL3)의 일 영역은 상기 제2 칠러(500)를 통과하도록 배치될 수 있다. 그리고, 제3 바이패스라인(BL3)에는 제2 팽창수단(180)이 배치될 수 있다. 그에 따라, 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이송되는 제1 열교환매체는 상기 제2 팽창수단(180)과 상기 제2 칠러(500)를 순차적으로 통과할 수 있다. 여기서, 제3 바이패스라인(BL3)은 상기 제1 열교환매체가 이동할 수 있는 파이프 등으로 제공될 수 있다.

한편, 상기 제1 열교환매체는 제1 칠러(300)에서 상기 제2 열교환매체와 열교환하기 때문에, 상기 공조장치(100)는 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 이용할 수 있다. 따라서, 상기 차량용 히팅 펌프 시스템(1)의 상기 공조장치(100)가 상기 폐열을 이용하여 차량 실내의 온도를 조절할 수 있기 때문에, 상기 차량용 히팅 펌프 시스템(1)의 열관리 효율을 향상시킬 수 있다.

이때, 전장부품 냉각장치(200)는 제2 열교환매체를 순환시켜 전장부품모듈(PE)을 냉각시킬 수 있다. 따라서, 전장부품모듈(PE)의 과열이 방지되기 때문에, 전장부품모듈(PE)의 성능 및 수명이 향상될 수 있다. 여기서, 상기 제2 열교환매체는 냉각수로 제공될 수 있기 때문에, 제1 냉각수라 불릴 수 있다. 그에 따라, 상기 전장부품 냉각장치(200)는 수냉식 냉각장치일 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 전장부품 냉각장치(200)는 전장부품모듈(PE)에 제2 열교환매체를 순환시켜 냉각시킬 수 있도록 배치되는 제2 순환라인(L2)과 상기 공조장치(100)와의 열교환을 위해 상기 제2 순환라인(L2)에서 분기되어 제1 칠러(300)를 통과하도록 배치되는 제4 바이패스라인(BL4)을 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전장부품 냉각장치(200)는 상기 제2 순환라인(L2) 상에 배치되는 라디에이터(210), 상기 라디에이터(210)와 상기 제1 칠러(300)로 상기 제2 열교환매체를 선택적으로 흐르게 제어하는 삼방향 밸브(220), 및 상기 제2 열교환매체를 순환시키는 펌프(230)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제4 바이패스라인(BL4)의 일측은 삼방향 밸브(220)에 연결되고, 타측은 라디에이터(210)와 펌프(230) 사이의 제2 순환라인(L2) 상에 연결될 수 있다. 그에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 라디에이터(210) 및 상기 제1 칠러(300)는 병렬로 배치될 수 있다.

제2 순환라인(L2)은 상기 제1 열교환매체가 순환할 수 있도록 차량에 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 순환라인(L2)을 통해 순환되는 상기 제2 열교환매체는 전장부품모듈(PE)에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다. 여기서, 상기 제2 순환라인(L2)은 파이프 등으로 제공될 수 있다.

그리고, 제2 순환라인(L2) 상에는 라디에이터(210), 삼방향 밸브(220) 및 펌프(230) 등이 배치될 수 있다.

제4 바이패스라인(BL4)은 상기 라디에이터(210)를 우회하도록 상기 제2 순환라인(L2)에 연결될 수 있다. 상세하게, 제4 바이패스라인(BL4)은 상기 제2 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 라디에이터(210)의 입구측과 출구측을 연결하도록 배치될 수 있다. 이때, 제4 바이패스라인(BL4)은 상기 제1 칠러(300)를 통과하도록 배치될 수 있다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 순환라인(L2)과 제4 바이패스라인(BL4)의 일측이 만나는 분기점에 상기 삼방향 밸브(220)가 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 삼방향 밸브(220)에 의해 제4 바이패스라인(BL4)을 따라 이송되는 제2 열교환매체는 상기 공조장치(100)의 제1 열교환매체와 상기 제1 칠러(300)에서 열교환할 수 있다. 즉, 전장부품모듈(PE)에서 발생하는 열은 상기 제1 칠러(300)에서 상기 공조장치(100)로 전달될 수 있다.

라디에이터(210)는 전장부품모듈(PE)이 일정온도 이상으로 상승되는 것을 방지하기 위해 외부로 열을 방출하는 열교환기일 수 있다. 예컨데, 전장부품모듈(PE)에서 발생된 열을 흡수한 고온의 상기 제2 열교환매체는 펌프(230)에 의해 순환되어 상기 라디에이터(210)를 통과하면서 외부로 열을 방출할 수 있다.

상기 전장부품 냉각장치(200)의 삼방향 밸브(220)는 상기 제2 열교환매체가 라디에이터(210)로 흐르도록 제어하거나, 또는 제4 바이패스라인(BL4)을 통해 제1 칠러(300)로 흐르도록 제어할 수 있다. 이때, 삼방향 밸브(220)는 제2 열교환매체의 흐름을 기준으로 펌프(230)와 라디에이터(210) 사이의 제2 순환라인(L2) 상에 배치될 수 있다.

따라서, 상기 차량용 히팅 펌프 시스템(1)의 난방 모드시 또는 난방제습 모드시, 상기 삼방향 밸브(220)는 상기 제2 열교환매체가 제4 바이패스라인(BL4)을 통해 제1 칠러(300)로 흐르도록 제어함으로써, 제1 칠러(300)에서 제1 열교환매체와 제2 열교환매체는 열교환을 할 수 있다.

펌프(230)는 상기 제1 열교환매체가 상기 제2 순환라인(L2) 또는 제4 바이패스라인(BL4) 따라 이송되게 한다. 여기서, 상기 전장부품 냉각장치(200)의 펌프(230)는 제1 펌프라 불릴 수 있다.

상기 제1 칠러(300)는 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체와 제4 바이패스라인(BL4)을 따라 흐르는 제2 열교환매체가 열교환 가능하게 하는 열교환기일 수 있다. 그에 따라, 제1 바이패스라인(BL1)의 일 영역과 제4 바이패스라인(BL4)의 일 영역은 제1 칠러(300) 내에 배치될 수 있다. 여기서, 제1 칠러(300)는 제1 폐열회수칠러라 불릴 수 있다.

따라서, 상기 제1 열교환매체는 제1 칠러(300)에서 상기 제2 열교환매체와 열교환하기 때문에, 상기 공조장치(100)는 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 이용할 수 있다.

상기 배터리 냉각장치(400)는 제3 열교환매체를 순환시켜 배터리(B)를 냉각함으로써, 배터리(B)의 과열을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리(B)의 성능 및 수명이 향상될 수 있다. 여기서, 상기 제3 열교환매체는 냉각수로 제공될 수 있기 때문에, 제2 냉각수라 불릴 수 있다. 그에 따라, 상기 배터리 냉각장치(400)는 수냉식 냉각장치일 수 있다.

여기서, 전장부품 냉각장치(200)의 제2 열교환매체와 배터리 냉각장치(400)의 제2 열교환매체 각각은 서로를 연결하는 연결구조 없이 별개로 배치되는 순환 구조를 따라 순환된다. 즉, 전장부품 냉각장치(200)와 배터리 냉각장치(400)는 서로 분리되어 배치되는 구조로 차량에 배치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 배터리 냉각장치(400)는 배터리(B)에 제3 열교환매체를 순환시켜 냉각시킬 수 있도록 배치되는 제3 순환라인(L3), 상기 제3 열교환매체를 제3 순환라인(L3)을 따라 순환시키는 펌프(410)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 배터리 냉각장치(400)는 상기 제3 열교환매체를 가열하는 히터(420)를 더 포함할 수 있다.

제3 순환라인(L3)은 상기 제2 열교환매체가 순환할 수 있도록 차량에 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 제3 순환라인(L3)을 통해 순환되는 상기 제3 열교환매체는 배터리(B)에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다. 여기서, 상기 제3 순환라인(L3)은 파이프 등으로 제공될 수 있다.

제3 순환라인(L3)은 상기 제2 칠러(500)를 통과하도록 배치될 수 있다. 그에 따라, 제3 순환라인(L3)을 따라 이송되는 제3 열교환매체는 상기 공조장치(100)의 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체와 상기 제2 칠러(500)에서 열교환할 수 있다. 즉, 배터리(B)에서 발생하는 열은 상기 제2 칠러(500)에서 상기 공조장치(100)로 전달될 수 있다.

펌프(410)는 상기 제2 열교환매체가 상기 제3 순환라인(L3)을 따라 이송되게 한다. 여기서, 상기 배터리 냉각장치(400)의 펌프(410)는 제2 펌프라 불릴 수 있다. 그에 따라, 배터리(B)에서 발생된 열을 흡수한 고온의 상기 제3 열교환매체는 펌프(410)에 의해 순환되어 상기 제2 칠러(500)를 통과하면서 상기 제1 열교환매체와 열교환할 수 있다.

히터(420)는 제3 순환라인(L3)을 따라 이송되는 상기 제3 열교환매체를 가열할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 히터(420)는 제3 열교환매체의 흐름을 기준으로 배터리(B)의 출구측에 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 히터(420)는 제1 히터라 불릴 수 있다.

상기 제2 칠러(500)는 제3 순환라인(L3)을 따라 흐르는 상기 제3 열교환매체와 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체가 열교환 가능하게 하는 열교환기일 수 있다. 그에 따라, 제3 순환라인(L3)의 일 영역과 제3 바이패스라인(BL3)의 일 영역은 제2 칠러(500) 내에 배치될 수 있다. 여기서, 제2 칠러(500)는 제2 폐열회수칠러라 불릴 수 있다.

따라서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 냉각 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제3 바이패스라인(BL3)으로 제1 열교환매체를 이송시켜 제3 열교환매체와 제2 칠러(500)에서 열교환되게 한다. 그에 따라, 배터리(B)의 냉각 성능은 더욱 향상될 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 공조케이스(C)의 내부에 배치되는 히터(H)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 공조케이스(C)의 내부에 배치되는 히터(H)는 제2 히터라 불릴 수 있으며, 피티씨 히터(Positive Temperature Coefficient Heater)가 사용될 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 공조 모드시, 상기 피씨티 히터는 차량 실내의 냉난방을 보조하여, 차량 내부의 냉난방 품질을 향상시킬 수 있다.

도 5는 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 냉방 모드시, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130)에 의해 제2 열교환기(140)로 이송되어 차량 내부의 온도를 낮출 수 있다. 여기서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 냉방 모드는 제1 모드라 불릴 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130)의 제1 온오프밸브부(133)는 온(ON) 상태가 되고, 상기 제1 팽창수단부(135)는 오프(OFF) 상태가 될 수 있다. 여기서, 상기 온(ON)이라 함은 열교환매체의 흐름이 진행(차단 해제)되는 것으로 정의될 수 있으며, 상기 오프(OFF)라 함은 열교환매체의 흐름이 차단되는 것으로 정의될 수 있다.

그에 따라, 상기 밸브장치(130)는 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체를 제2 열교환기(140)로 흐르게 함으로써, 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되게 한다.

따라서, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130)→제2 열교환기(140)→제1 팽창수단(150)→제3 열교환기(160)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 냉방할 수 있다. 여기서, 상기 냉방이라 함은 차량 내부의 온도를 차량 외부의 온도보다 낮추는 경우를 의미할 수 있다. 그리고, 상기 냉방이라는 의미와 대응되는 난방이라 함은 차량 내부의 온도를 차량 외부의 온도보다 높이는 경우를 의미할 수 있다.

한편, 상기 제2 열교환기(140)에서 배출되어 제1 팽창수단(150)으로 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 제3 바이패스라인(BL3)을 통해 제2 칠러(500)로 흐를 수 있다. 그에 따라, 배터리 냉각장치(400)는 제2 칠러(500)를 통해 제1 열교환매체와 열교환하는 제3 열교환매체를 이용하여 배터리(B)를 효과적으로 냉각시킬 수 있다. 이때, 제2 팽창수단(180)으로 전자식 팽창밸브가 사용될 수 있기 때문에, 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 유량은 조절될 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제2 팽창수단(180)을 이용하여 제3 바이패스라인(BL3)을 차단함으로써, 차량 실내의 냉방만 가능하게 할 수도 있다.

도 6은 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방 모드시, 상기 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130)에 의해 제1 바이패스라인(BL1)으로 이송되기 때문에, 상기 제1 열교환기(120)만을 이용하여 차량 실내의 온도를 효과적으로 높일 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 바이패스라인(BL1)을 이용하여 제3 열교환기(160)를 우회하여 차량 실내의 온도를 효과적으로 높일 수 있다. 여기서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방 모드는 제2 모드라 불릴 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130)의 제1 온오프밸브부(133)는 오프(OFF) 상태가 되고, 상기 제1 팽창수단부(135)는 온(ON) 상태가 되며, 제2 온오프밸브부(137)는 오프(OFF) 상태가 될 수 있다.

그에 따라, 상기 밸브장치(130)는 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체를 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르게 함으로써, 상기 제1 열교환매체가 상기 제2 열교환매체와 제1 칠러(300)에서 열교환되게 한다. 이때, 전장부품 냉각장치(200)는 제4 바이패스라인(BL4)을 통해 제1 칠러(300)로 제2 열교환매체를 흐르게 할 수 있다.

따라서, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130)→제1 바이패스라인(BL1)→제1 칠러(300)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다. 즉, 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 난방 모드에서 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 하여 차량 실내의 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

도 7은 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방제습 모드시, 상기 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130)에 의해 제1 바이패스라인(BL1)과 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송되어 차량 실내의 온도를 높이면서 차량 실내의 습도를 낮출 수 있다. 여기서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방제습 모드는 제3 모드라 불릴 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130)의 제1 온오프밸브부(133)는 오프(OFF) 상태가 되고, 상기 제1 팽창수단부(135)와 제2 온오프밸브부(137)는 온(ON) 상태가 될 수 있다.

그에 따라, 상기 밸브장치(130)는 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체를 제1 바이패스라인(BL1)과 제2 바이패스라인(BL2)으로 흐르게 함으로써, 차량 실내를 난방하면서 제습할 수 있다.

예컨데, 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체의 일부는 상기 제2 열교환매체와 제1 칠러(300)에서 열교환함으로써, 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 하여 차량 실내의 난방 효율을 향상시킬 수 있다. 이때, 전장부품 냉각장치(200)는 제4 바이패스라인(BL4)을 통해 제1 칠러(300)로 제2 열교환매체를 흐르게 할 수 있다.

그에 따라, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130)→제1 바이패스라인(BL1)→제1 칠러(300)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다.

또한, 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체의 일부는 제2 바이패스라인(BL2)을 통해 제3 열교환기(160)로 유입되어 차량 실내를 제습할 수 있다.

그에 따라, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130)→제2 바이패스라인(BL2)→제3 열교환기(160)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 제습할 수 있다.

따라서, 상기 난방제습 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 밸브장치(130), 제1 바이패스라인(BL1), 및 제2 바이패스라인(BL2)을 이용함으로써, 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 하여 차량 실내의 난방 효율을 향상시킴과 동시에 차량 실내를 제습할 수 있다.

제2 실시예

도 8은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 8을 참조하면, 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)과 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)을 비교해 볼 때, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)의 밸브장치(130a)는 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 밸브장치(130)와 달리 삼방향 밸브의 기능과 팽창밸브의 기능이 일체화된 밸브장치를 이용하여 제1 열교환매체의 흐름을 전환하면서 팽창시킨다는 점 및 그로 인해 상기 밸브장치(130a)의 사이즈를 더 축소할 수 있다는 점에서 차이가 있다.

이하, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)을 설명함에 있어서, 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)과 동일한 구성 요소는 동일한 도면부호로 기재되는바 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 8을 참조하면, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 차량 실내의 공기 온도를 조절하는 공조장치(100a), 전장부품모듈(PE)을 냉각할 수 있는 전장부품 냉각장치(200) 및 공조장치(100a)의 제1 열교환매체와 전장부품 냉각장치(200)의 제2 열교환매체가 열교환할 수 있도록 배치되는 제1 칠러(300)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 공조장치(100a)는 상기 제1 열교환매체가 순환하도록 압축기(110), 제1 열교환기(120), 밸브장치(130a), 제2 열교환기(140), 제1 팽창수단(150), 제3 열교환기(160) 및 어큐뮬레이터(170)를 연결하는 제1 순환라인(L1), 상기 제1 열교환기(120)에서 유출되는 제1 열교환매체가 상기 제1 칠러(300)로 유입될 수 있게 배치되는 제1 바이패스라인(BL1), 및 상기 제1 열교환기(120)에서 유출되는 제1 열교환매체의 일부가 상기 제3 열교환기(160)로 유입될 수 있게 배치되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 밸브장치(130a)는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 다양한 공조 모드를 구현할 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 제2 바이패스라인(BL2)과 제3 열교환기(160)를 이용하여 차량 실내를 난방함과 동시에 제습할 수 있다.

그리고, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 제1 바이패스라인(BL1)과 제1 칠러(300)를 통해 전장부품 냉각장치(200)에서 버려지는 폐열을 열원으로 사용함으로써, 상기 공조장치(100a)를 통한 차량 실내의 난방 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 제3 열교환매체를 이용하여 배터리(B)를 냉각할 수 있는 배터리 냉각장치(400), 및 배터리 냉각장치(400)의 제3 열교환매체와 공조장치(100a)의 제1 열교환매체가 열교환할 수 있도록 배치되는 제2 칠러(500)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 공조장치(100a)는 제1 순환라인(L1)에서 분기되어 제2 칠러(500)를 통과하게 배치되는 제3 바이패스라인(BL3) 및 제2 팽창수단(180)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)의 냉방 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 제3 바이패스라인(BL3)과 제2 칠러(500)를 이용하여 상기 배터리 냉각장치(400)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 공조케이스(C)의 내부에 배치되는 히터(H)를 더 포함할 수 있다.

제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)의 공조장치(100a)는 제1 순환라인(L1), 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2) 등을 따라 이송되는 제1 열교환매체를 이용하여, 차량 실내를 냉방, 난방 및 제습할 수 있다.

밸브장치(130a)는 제1 열교환기(120)와 제2 열교환기(140) 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 밸브장치(130a)의 일측에는 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2)이 연결될 수 있다.

상기 밸브장치(130a)는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환할 수 있다. 그에 따라, 제1 열교환기(120)에서 배출되어 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 이송되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130a)에 의해 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 된다. 나아가, 상기 밸브장치(130a)는 상기 제1 열교환매체를 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 할 수도 있다.

즉, 차량의 공조 모드에 따라, 상기 밸브장치(130a)는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환하도록 제어할 수 있다.

예컨데, 차량의 공조 모드 중 냉방 모드시, 상기 밸브장치(130a)는 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환할 수 있도록 제2 열교환기(140)측으로 상기 제1 열교환매체를 흐르게 한다.

또는, 차량의 공조모드 중 난방 모드 또는 난방제습 모드시, 상기 밸브장치(130a)는 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 상기 제1 열교환매체가 흐를 때, 상기 밸브장치(130a)는 상기 제1 열교환매체 중 일부가 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 할 수 있다.

또한, 상기 밸브장치(130a)는 내부로 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수도 있다.

도 9는 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치를 나타내는 도면이고, 도 10은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치에서 제1 열교환매체의 유입 및 유출 관계를 나타내는 도면이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 밸브장치(130a)는 바디(131-1), 방향전환팽창부(134) 및 제2 온오프밸브부(137)를 포함할 수 있다. 여기서, 방향전환팽창부(134) 및 제2 온오프밸브부(137)는 각각 바디(131-1)에 설치될 수 있다.

바디(131-1)는 내부에 제1 열교환매체가 흐를 수 있게 형성된 유로를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유로는 제1 순환라인(L1)을 따라 유입되는 제1 열교환매체가 내부에서 이동하여 배출될 수 있게 바디(131-1)에 형성될 수 있다.

상기 유로는 상기 제1 열교환기(120)에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로(131a), 상기 제1 유로(131a)에서 분기되는 제2 유로(131b) 및 제3 유로(131c), 상기 제3 유로(131c)에서 분기되는 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e)를 포함할 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 바디(131-1)의 내부로 유입된 제1 열교환매체는 방향전환팽창부(134) 및 제2 온오프밸브부(137)의 구동에 의해 제2 유로(131b), 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e) 중 적어도 어느 하나로 배출될 수 있다.

제1 유로(131a)는 제1 순환라인(L1)에 의해 제1 열교환기(120)와 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 제1 유로(131a)를 통해 바디(131-1)의 내부로 유입될 수 있다. 여기서, 제1 유로(131a)의 내경(D1)은 제1 순환라인(L1)으로 제공되는 파이프의 내경과 동일할 수 있다.

제2 유로(131b)는 제1 유로(131a)와 연결되게 바디(131-1)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제2 유로(131b)는 제1 순환라인(L1)에 의해 제2 열교환기(140)와 연결될 수 있다. 그에 따라, 제2 유로(131b)를 통해 배출되는 제1 열교환매체는 제1 순환라인(L1)을 통해 제2 열교환기(140)로 이송될 수 있다. 여기서, 제2 유로(131b)의 내경(D2)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)과 동일할 수 있다.

제3 유로(131c)는 제1 유로(131a)와 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e)를 연결하도록 바디(131-1)의 내부에 형성될 수 있다. 예컨데, 제3 유로(131c)의 일측은 제1 유로(131a)와 연결되고, 타측은 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e)와 연결될 수 있다. 여기서, 제1 열교환매체를 팽창시키는 방향전환팽창부(134)가 제1 유로(131a)와 제2 유로(131b)와 제3 유로(131c)가 만나는 지점에 배치됨을 고려하여, 제3 유로(131c)의 내경(D3)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)보다 클 수 있다. 예컨데, 제3 유로(131c)의 내경(D3)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)의 1.5~1.6배일 수 있다.

제4 유로(131d)는 제3 유로(131c)와 연결되게 바디(131-1)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제4 유로(131d)는 제1 바이패스라인(BL1)에 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 제3 유로(131c)와 제4 유로(131d)를 통해 제1 바이패스라인(BL1)으로 이송될 수 있다. 여기서, 제4 유로(131d)의 내경(D4)은 제3 유로(131c)의 내경(D3)과 동일할 수 있다.

제5 유로(131e)는 제3 유로(131c)와 연결되게 바디(131-1)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제5 유로(131e)는 제2 바이패스라인(BL2)에 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 제3 유로(131c)와 제5 유로(131e)를 통해 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송될 수 있다.

방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)와 제2 유로(131b)와 제3 유로(131c)가 만나는 지점에 배치될 수 있다. 즉, 방향전환팽창부(134)를 기준으로 방향전환팽창부(134)에는 제1 유로(131a)와 제2 유로(131b)와 제3 유로(131c)가 각각 연결될 수 있다.

방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)를 통해 유입되는 제1 열교환매체를 제2 유로(131b)와 제3 유로(131c) 중 어느 하나로 흐르게 할 수 있다. 특히, 제3 유로(131c)로 제1 열교환매체가 흐를 때, 방향전환팽창부(134)는 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

따라서, 선택된 공조 모드에 따라, 상기 밸브장치(130a)는 제1 열교환매체를 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되게 하거나, 바이패스라인(BL1, BL2)으로 제1 열교환매체의 흐름 방향을 전환할 수 있다. 그리고, 상기 바이패스라인(BL1, BL2)으로 제1 열교환매체가 이송되는 경우, 상기 밸브장치(130a)는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

도 11은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드를 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)의 냉방 모드시, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130a)에 의해 제2 열교환기(140)로 이송되어 차량 내부의 온도를 낮출 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130a)의 방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체를 제2 유로(131b)로 흐르도록 유도함으로써, 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되게 한다.

따라서, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130a)→제2 열교환기(140)→제1 팽창수단(150)→제3 열교환기(160)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 냉방할 수 있다.

한편, 상기 제2 열교환기(140)에서 배출되어 제1 팽창수단(150)으로 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 제3 바이패스라인(BL3)을 통해 제2 칠러(500)로 흐를 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 제2 팽창수단(180)을 이용하여 제3 바이패스라인(BL3)을 차단함으로써, 차량 실내의 냉방만 가능하게 할 수도 있다.

도 12는 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드를 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하면, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)의 난방 모드시, 상기 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130a)에 의해 제1 바이패스라인(BL1)으로 이송되기 때문에, 상기 제1 열교환기(120)만을 이용하여 차량 실내의 온도를 효과적으로 높일 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 바이패스라인(BL1)을 이용하여 제3 열교환기(160)를 우회하여 차량 실내의 온도를 효과적으로 높일 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130a)의 방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체를 제3 유로(131c)로 흐르도록 유도하고, 제2 온오프밸브부(137)는 오프(OFF) 상태가 되어 제5 유로(131e)를 차단할 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 열교환매체는 제4 유로(131d)를 통해 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐를 수 있다.

즉, 상기 밸브장치(130a)는 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체를 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르게 함으로써, 상기 제1 열교환매체가 상기 제2 열교환매체와 제1 칠러(300)에서 열교환되게 한다. 이때, 전장부품 냉각장치(200)는 제4 바이패스라인(BL4)을 통해 제1 칠러(300)로 제2 열교환매체를 흐르게 할 수 있다.

따라서, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130a)→제1 바이패스라인(BL1)→제1 칠러(300)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다. 즉, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 난방 모드에서 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 하여 차량 실내의 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

도 13은 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드를 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1a)의 난방제습 모드시, 상기 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130a)에 의해 제1 바이패스라인(BL1)과 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송되어 차량 실내의 온도를 높이면서 차량 실내의 습도를 낮출 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130a)의 방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체를 제3 유로(131c)로 흐르도록 유도하고, 제2 온오프밸브부(137)는 온(ON) 상태가 되어 제5 유로(131e)를 차단 해제할 수 있다. 그에 따라, 제3 유로(131c)로 유입된 상기 제1 열교환매체의 일부는 제4 유로(131d)를 통해 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르고, 나머지는 제5 유로(131e)를 통해 제2 바이패스라인(BL2)으로 흐를 수 있다.

즉, 상기 밸브장치(130a)는 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체를 제1 바이패스라인(BL1)과 제2 바이패스라인(BL2)으로 흐르게 함으로써, 차량 실내를 난방하면서 제습할 수 있다.

그에 따라, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130a)→제1 바이패스라인(BL1)→제1 칠러(300)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다.

그에 따라, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130a)→제2 바이패스라인(BL2)→제3 열교환기(160)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 제습할 수 있다.

따라서, 상기 난방제습 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1a)은 밸브장치(130a), 제1 바이패스라인(BL1), 및 제2 바이패스라인(BL2)을 이용함으로써, 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 하여 차량 실내의 난방 효율을 향상시킴과 동시에 차량 실내를 제습할 수 있다.

제3 실시예

도 14는 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이다.

도 8 및 도 14를 참조하면, 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)과 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)을 비교해 볼 때, 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)의 밸브장치(130b)는 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)의 제2 온오프밸브부(137)를 대체하여 제2 팽창수단부(139)를 포함한다는 점 및 그에 따른 유로의 배치가 변경된다는 점에서 차이가 있다.

이하, 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)을 설명함에 있어서, 제1 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1) 및 제2 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)과 동일한 구성 요소는 동일한 도면부호로 기재되는바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 14를 참조하면, 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 차량 실내의 공기 온도를 조절하는 공조장치(100b), 전장부품모듈(PE)을 냉각할 수 있는 전장부품 냉각장치(200) 및 공조장치(100b)의 제1 열교환매체와 전장부품 냉각장치(200)의 제2 열교환매체가 열교환할 수 있도록 배치되는 제1 칠러(300)를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 공조장치(100b)는 상기 제1 열교환매체가 순환하도록 압축기(110), 제1 열교환기(120), 밸브장치(130b), 제2 열교환기(140), 제1 팽창수단(150), 제3 열교환기(160) 및 어큐뮬레이터(170)를 연결하는 제1 순환라인(L1), 상기 제1 열교환기(120)에서 유출되는 제1 열교환매체가 상기 제1 칠러(300)로 유입될 수 있게 배치되는 제1 바이패스라인(BL1), 및 상기 제1 열교환기(120)에서 유출되는 제1 열교환매체의 일부가 상기 제3 열교환기(160)로 유입될 수 있게 배치되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 밸브장치(130b)는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 다양한 공조 모드를 구현할 수 있다.

그리고, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 제1 바이패스라인(BL1)과 제1 칠러(300)를 통해 전장부품 냉각장치(200)에서 버려지는 폐열을 열원으로 사용함으로써, 상기 공조장치(100b)를 통한 차량 실내의 난방 성능 및 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 제3 열교환매체를 이용하여 배터리(B)를 냉각할 수 있는 배터리 냉각장치(400), 및 배터리 냉각장치(400)의 제3 열교환매체와 공조장치(100b)의 제1 열교환매체가 열교환할 수 있도록 배치되는 제2 칠러(500)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 공조장치(100b)는 제1 순환라인(L1)에서 분기되어 제2 칠러(500)를 통과하게 배치되는 제3 바이패스라인(BL3) 및 제2 팽창수단(180)을 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)의 냉방 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 제3 바이패스라인(BL3)과 제2 칠러(500)를 이용하여 상기 배터리 냉각장치(400)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 공조케이스(C)의 내부에 배치되는 히터(H)를 더 포함할 수 있다.

제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)의 공조장치(100b)는 제1 순환라인(L1), 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2) 등을 따라 이송되는 제1 열교환매체를 이용하여, 차량 실내를 냉방, 난방 및 제습할 수 있다.

밸브장치(130b)는 제1 열교환기(120)와 제2 열교환기(140) 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 밸브장치(130b)의 일측에는 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2)이 연결될 수 있다.

상기 밸브장치(130b)는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환할 수 있다. 그에 따라, 제1 열교환기(120)에서 배출되어 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 이송되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130b)에 의해 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1) 및 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 된다. 나아가, 상기 밸브장치(130b)는 상기 제1 열교환매체를 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 할 수도 있다.

즉, 차량의 공조 모드에 따라, 상기 밸브장치(130b)는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환하도록 제어할 수 있다.

예컨데, 차량의 공조 모드 중 냉방 모드시, 상기 밸브장치(130b)는 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환할 수 있도록 제2 열교환기(140)측으로 상기 제1 열교환매체를 흐르게 한다.

또는, 차량의 공조모드 중 난방 모드 또는 난방제습 모드시, 상기 밸브장치(130b)는 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르도록 제어할 수 있다.

그리고, 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 상기 제1 열교환매체가 흐를 때, 상기 밸브장치(130b)는 상기 제1 열교환매체 중 일부가 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 할 수 있다.

또한, 상기 밸브장치(130b)는 내부로 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수도 있다.

도 15는 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치를 나타내는 도면이고, 도 16은 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 밸브장치에서 제1 열교환매체의 유입 및 유출 관계를 나타내는 도면이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 밸브장치(130b)는 바디(131-2), 방향전환팽창부(134) 및 제2 팽창수단부(139)를 포함할 수 있다. 여기서, 방향전환팽창부(134) 및 제2 팽창수단부(139)는 각각 바디(131-2)에 설치될 수 있다.

바디(131-2)는 내부에 제1 열교환매체가 흐를 수 있게 형성된 유로를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 유로는 제1 순환라인(L1)을 따라 유입되는 제1 열교환매체가 내부에서 이동하여 배출될 수 있게 바디(131-2)에 형성될 수 있다.

상기 유로는 상기 제1 열교환기(120)에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로(131a), 상기 제1 유로(131a)에서 분기되는 제2 유로(131b) 및 제4 유로(131d), 상기 제1 유로(131a)의 일측에 연결되는 제5 유로(131e)를 포함할 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 바디(131-2)의 내부로 유입된 제1 열교환매체는 방향전환팽창부(134) 및 제2 팽창수단부(139)의 구동에 의해 제2 유로(131b), 제4 유로(131d) 및 제5 유로(131e) 중 적어도 어느 하나로 배출될 수 있다.

제1 유로(131a)는 제1 순환라인(L1)에 의해 제1 열교환기(120)와 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 제1 유로(131a)를 통해 바디(131-2)의 내부로 유입될 수 있다. 여기서, 제1 유로(131a)의 내경(D1)은 제1 순환라인(L1)으로 제공되는 파이프의 내경과 동일할 수 있다.

제2 유로(131b)는 제1 유로(131a)와 연결되게 바디(131-2)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제2 유로(131b)는 제1 순환라인(L1)에 의해 제2 열교환기(140)와 연결될 수 있다. 그에 따라, 제2 유로(131b)를 통해 배출되는 제1 열교환매체는 제1 순환라인(L1)을 통해 제2 열교환기(140)로 이송될 수 있다. 여기서, 제2 유로(131b)의 내경(D2)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)과 동일할 수 있다.

제4 유로(131d)는 제1 유로(131a)와 연결되게 바디(131-2)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제4 유로(131d)는 제1 바이패스라인(BL1)에 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 제4 유로(131d)를 통해 제1 바이패스라인(BL1)으로 이송될 수 있다. 여기서, 제1 열교환매체를 팽창시키는 방향전환팽창부(134)가 제1 유로(131a)와 제2 유로(131b)와 제4 유로(131d)가 만나는 지점에 배치됨을 고려하여, 제4 유로(131d)의 내경(D4)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)보다 클 수 있다. 예컨데, 제4 유로(131d)의 내경(D4)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)의 1.5~1.6배일 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 제5 유로(131e)는 제1 유로(131a)와 연결되게 바디(131-2)의 내부에 형성될 수 있다. 그리고, 제5 유로(131e)는 제2 바이패스라인(BL2)에 연결될 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체는 제1 유로(131a)와 제5 유로(131e)를 통해 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송될 수 있다.

여기서, 제5 유로(131e)를 통해 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송되는 제1 열교환매체가 차량 실내의 제습을 위해 이용된다는 점 및 제5 유로(131e) 상에 배치되는 제2 팽창수단부(139)를 고려해 볼 때, 제5 유로(131e)의 내경(D5)은 제1 유로(131a)의 내경(D1)과 동일할 수 있다.

방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)와 제2 유로(131b)와 제4 유로(131d)가 만나는 지점에 배치될 수 있다. 즉, 방향전환팽창부(134)를 기준으로 방향전환팽창부(134)에는 제1 유로(131a)와 제2 유로(131b)와 제4 유로(131d)가 각각 연결될 수 있다.

방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)를 통해 유입되는 제1 열교환매체를 제2 유로(131b)와 제4 유로(131d) 중 어느 하나로 흐르게 할 수 있다. 특히, 제4 유로(131d)로 제1 열교환매체가 흐를 때, 방향전환팽창부(134)는 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

제2 팽창수단부(139)는 제5 유로(131e) 상에 배치되어 제5 유로(131e)를 개폐할 수 있다. 즉, 제2 팽창수단부(139)는 제5 유로(131e)를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제할 수 있다. 특히, 제2 팽창수단부(139)가 제5 유로(131e)를 열림 상태로 유지할 때, 상기 제2 팽창수단부(139)는 제5 유로(131e)를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다. 즉, 제1 열교환매체가 제5 유로(131e)를 따라 진행시, 제2 팽창수단부(139)는 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

그리고, 제2 팽창수단부(139)에 의해 제5 유로(131e)가 차단될 때, 제1 열교환매체는 방향전환팽창부(134)에 의해 제2 유로(131b) 또는 제4 유로(131d)를 따라 진행할 수 있다.

한편, 제2 팽창수단부(139)는 전자식 팽창밸브(Electronic expansion valve)의 기능을 수행할 수 있다. 그에 따라, 제2 팽창수단부(139)는 제5 유로(131e)를 따라 흐르는 제1 열교환매체의 유량을 조절함으로써, 차량 실내의 제습량을 조절할 수 있다.

따라서, 선택된 공조 모드에 따라, 상기 밸브장치(130b)는 제1 열교환매체를 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되게 하거나, 바이패스라인(BL1, BL2)으로 제1 열교환매체의 흐름 방향을 전환할 수 있다. 그리고, 상기 바이패스라인(BL1, BL2)으로 제1 열교환매체가 이송되는 경우, 상기 밸브장치(130b)는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

도 17은 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 모드를 나타내는 도면이다.

도 17을 참조하면, 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)의 냉방 모드시, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130b)에 의해 제2 열교환기(140)로 이송되어 차량 내부의 온도를 낮출 수 있다.

도 17에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130b)의 방향전환팽창부(134)와 제2 팽창수단부(139)는 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체를 제2 유로(131b)로 흐르도록 유도함으로써, 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환되게 한다.

따라서, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130b)→제2 열교환기(140)→제1 팽창수단(150)→제3 열교환기(160)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 냉방할 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 제2 팽창수단(180)을 이용하여 제3 바이패스라인(BL3)을 차단함으로써, 차량 실내의 냉방만 가능하게 할 수도 있다.

도 18은 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 모드를 나타내는 도면이다.

도 18을 참조하면, 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)의 난방 모드시, 상기 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130b)에 의해 제1 바이패스라인(BL1)으로 이송되기 때문에, 상기 제1 열교환기(120)만을 이용하여 차량 실내의 온도를 효과적으로 높일 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 제1 바이패스라인(BL1)을 이용하여 제3 열교환기(160)를 우회하여 차량 실내의 온도를 효과적으로 높일 수 있다.

도 18에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130b)의 제2 팽창수단부(139)는 오프(OFF) 상태가 되어 제5 유로(131e)를 차단하고, 상기 방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체를 제4 유로(131d)로 흐르도록 유도할 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 열교환매체는 제4 유로(131d)를 통해 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐를 수 있다.

즉, 상기 밸브장치(130b)는 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체를 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르게 함으로써, 상기 제1 열교환매체가 상기 제2 열교환매체와 제1 칠러(300)에서 열교환되게 할 수 있다. 이때, 전장부품 냉각장치(200)는 제4 바이패스라인(BL4)을 통해 제1 칠러(300)로 제2 열교환매체를 흐르게 할 수 있다.

따라서, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130b)→제1 바이패스라인(BL1)→제1 칠러(300)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다. 즉, 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 난방 모드에서 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 하여 차량 실내의 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

도 19는 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방제습 모드를 나타내는 도면이다.

도 19를 참조하면, 제3 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1b)의 난방제습 모드시, 상기 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체는 상기 밸브장치(130b)에 의해 제1 바이패스라인(BL1)과 제2 바이패스라인(BL2)으로 이송되어 차량 실내의 온도를 높이면서 차량 실내의 습도를 낮출 수 있다.

도 19에 도시된 바와 같이, 상기 밸브장치(130b)의 제2 팽창수단부(139)는 온(ON) 상태가 되어 제5 유로(131e)를 차단 해제하고, 상기 방향전환팽창부(134)는 제1 유로(131a)를 통해 유입된 제1 열교환매체를 제4 유로(131d)로 흐르도록 유도할 수 있다. 그에 따라, 제1 유로(131a)로 유입된 상기 제1 열교환매체의 일부는 제5 유로(131e)를 통해 제2 바이패스라인(BL2)으로 흐르고, 나머지는 방향전환팽창부(134)와 제4 유로(131d)를 통해 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐를 수 있다.

즉, 상기 밸브장치(130b)는 제1 열교환기(120)에서 배출되는 제1 열교환매체를 제1 바이패스라인(BL1)과 제2 바이패스라인(BL2)으로 흐르게 함으로써, 차량 실내를 난방하면서 제습할 수 있다.

그에 따라, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130b)→제1 바이패스라인(BL1)→제1 칠러(300)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다.

그에 따라, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 일부는 압축기(110)→제1 열교환기(120)→밸브장치(130b)→제2 바이패스라인(BL2)→제3 열교환기(160)→어큐뮬레이터(170)→압축기(110)를 따라 순환하며 차량 실내를 제습할 수 있다.

따라서, 상기 난방제습 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1b)은 밸브장치(130b), 제1 바이패스라인(BL1), 및 제2 바이패스라인(BL2)을 이용함으로써, 전장부품모듈(PE)의 폐열을 열원으로 하여 차량 실내의 난방 효율을 향상시킴과 동시에 차량 실내를 제습할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 수정과 변경에 관계된 차이점들을 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 1a, 1b: 차량용 히트 펌프 시스템
100, 100a, 100b: 공조장치
110: 압축기 120: 제1 열교환기
130, 130a, 130b: 밸브장치
140: 제2 열교환기 150: 제1 팽창수단
160: 제3 열교환기 170: 어큐뮬레이터
180: 제2 팽창수단
200: 전장부품 냉각장치
300: 제1 칠러
400: 배터리 냉각장치
500: 제2 칠러
B: 배터리
BL1: 제1 바이패스라인 BL2: 제2 바이패스라인
BL3: 제3 바이패스라인 BL4: 제4 바이패스라인
C: 공조 케이스
L1: 제1 순환라인 L2: 제2 순환라인
L3: 제3 순환라인
PE: 전장부품모듈

Claims

차량의 전장부품모듈(PE)을 냉각할 수 있는 전장부품 냉각장치, 차량 실내의 온도를 조절하는 공조장치, 및 상기 공조장치의 제1 열교환매체와 상기 전장부품 냉각장치의 제2 열교환매체가 열교환하는 제1 칠러를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템에 있어서,
상기 공조장치는 상기 제1 열교환매체가 순환하도록 압축기, 제1 열교환기, 밸브장치, 제2 열교환기, 제1 팽창수단, 제3 열교환기 및 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 순환라인(L1);
상기 제1 열교환기에서 유출되는 제1 열교환매체가 상기 제1 칠러를 통과하여 상기 어큐뮬레이터로 유입될 수 있게 배치되는 제1 바이패스라인(BL1); 및
상기 제1 열교환기에서 유출되는 제1 열교환매체의 일부가 상기 제3 열교환기로 유입되게 배치되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 밸브장치는 제1 순환라인(L1)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 흐름 방향을 선택적으로 전환하여, 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환시키거나, 또는 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 흐르게 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 밸브장치에 의해 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 상기 제1 열교환매체가 흐를 때, 상기 밸브장치는 상기 제1 열교환매체 중 일부를 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 흐르게 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 밸브장치는
상기 제1 열교환기에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로, 상기 제1 유로에서 분기되는 제2 유로 및 제3 유로, 상기 제3 유로에서 분기되는 제4 유로 및 제5 유로를 포함하는 바디;
상기 제2 유로를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제하는 제1 온오프밸브부;
상기 제3 유로 상에 배치되는 제1 팽창수단부; 및
상기 제5 유로를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제하는 제2 온오프밸브부를 포함하고,
상기 제2 유로는 상기 제2 열교환기와 연결되고,
상기 제4 유로는 상기 제1 바이패스라인과 연결되며,
상기 제5 유로는 상기 제2 바이패스라인과 연결되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단 또는 차단 해제하며,
상기 제3 유로의 차단 해제시, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시키는 차량용 히트 펌프 시스템.
제4항에 있어서,
냉방 모드시, 상기 제1 온오프밸브부는 상기 제2 유로를 차단 해제하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제4항에 있어서,
난방 모드시, 상기 제1 온오프밸브부는 상기 제2 유로를 차단하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단 해제하며, 상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단하고,
상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시키는 차량용 히트 펌프 시스템.
제4항에 있어서,
난방제습 모드시, 상기 제1 온오프밸브부는 상기 제2 유로를 차단하고, 상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 차단 해제하며, 상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단 해제하고,
상기 제1 팽창수단부는 상기 제3 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시키는 차량용 히트 펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 밸브장치는
상기 제1 열교환기에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로, 상기 제1 유로에서 분기되는 제2 유로 및 제3 유로, 상기 제3 유로에서 분기되는 제4 유로 및 제5 유로를 포함하는 바디;
상기 제1 유로와 상기 제2 유로와 상기 제3 유로가 만나는 지점에 배치되는 방향전환팽창부; 및
상기 제5 유로를 따라 이송되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제하는 제2 온오프밸브부를 포함하고,
상기 제2 유로는 상기 제2 열교환기와 연결되고,
상기 제4 유로는 상기 제1 바이패스라인과 연결되며,
상기 제5 유로는 상기 제2 바이패스라인과 연결되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제9항에 있어서,
상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로 또는 상기 제3 유로로 흐르게 하며,
상기 방향전환팽창부에 의해 상기 제1 열교환매체가 상기 제3 유로로 흐를 때, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 열교환매체를 팽창시키는 차량용 히트 펌프 시스템.
제9항에 있어서,
냉방 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로로 흐르게 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제9항에 있어서,
난방 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제3 유로로 흐르게 하면서 팽창시키고,
상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제9항에 있어서,
난방제습 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제3 유로로 흐르게 하면서 팽창시키고, 상기 제2 온오프밸브부는 상기 제5 유로를 차단 해제하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제4항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1 유로의 내경(D1)은 상기 제3 유로의 내경(D3) 보다 작은 차량용 히트 펌프 시스템.
제14항에 있어서,
상기 제3 유로의 내경(D3)은 상기 제4 유로의 내경(D4)과 동일하고,
상기 제5 유로의 내경(D5)은 상기 제1 유로의 내경(D1)보다 작은 차량용 히트 펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 밸브장치는
상기 제1 열교환기에서 유출된 제1 열교환매체가 유입되게 형성된 제1 유로, 상기 제1 유로에서 분기되는 제2 유로 및 제4 유로, 상기 제1 유로의 일측에 연결되는 제5 유로를 포함하는 바디;
상기 제1 유로와 상기 제2 유로와 상기 제4 유로가 만나는 지점에 배치되는 방향전환팽창부; 및
상기 제5 유로 상에 배치되는 제2 팽창수단부를 포함하고,
상기 제2 유로는 상기 제2 열교환기와 연결되고,
상기 제4 유로는 상기 제1 바이패스라인과 연결되며,
상기 제5 유로는 상기 제2 바이패스라인과 연결되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제16항에 있어서,
상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로 또는 상기 제4 유로로 흐르게 하며,
상기 방향전환팽창부에 의해 상기 제1 열교환매체가 상기 제4 유로로 흐를 때, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 열교환매체를 팽창시키는 차량용 히트 펌프 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제2 팽창수단부는 상기 제5 유로를 차단 또는 차단 해제하며,
상기 제5 유로의 차단 해제시, 상기 제2 팽창수단부는 상기 제5 유로를 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시키는 차량용 히트 펌프 시스템.
제16항에 있어서,
냉방 모드시, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제2 유로로 흐르게 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제16항에 있어서,
난방 모드시, 상기 제2 팽창수단부는 상기 제5 유로를 차단하고, 상기 방향전환팽창부는 상기 제1 유로로 통해 유입된 제1 열교환매체를 상기 제4 유로로 흐르게 하면서 팽창시키는 차량용 히트 펌프 시스템.
제16항에 있어서,
난방제습 모드시, 상기 제1 유로로 유입되는 제1 열교환매체의 일부는 상기 제2 팽창수단부에 의해 차단 해제된 상기 제5 유로를 따라 흐르면서 팽창되고,
상기 제1 유로로 유입되는 제1 열교환매체의 나머지는 상기 방향전환팽창부에 의해 상기 제4 유로로 흐르면서 팽창되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제4 유로의 내경(D3)은 상기 제1 유로의 내경(D1) 보다 큰 차량용 히트 펌프 시스템.
제22항에 있어서,
상기 제5 유로의 내경(D5)은 상기 제1 유로의 내경(D1)과 동일한 차량용 히트 펌프 시스템.
제4항, 제9항 및 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
배터리(B)를 냉각할 수 있는 배터리 냉각장치; 및
상기 공조장치의 제1 열교환매체와 상기 배터리 냉각장치의 제3 열교환매체가 열교환하는 제2 칠러를 더 포함하며,
상기 공조장치는
상기 제2 칠러를 통과하도록 상기 제2 열교환기와 제1 팽창수단 사이의 제1 순환라인(L1)과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 제3 바이패스라인(BL3), 및
상기 제3 바이패스라인(BL3) 상에 배치되어 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체를 팽창시키는 제2 팽창수단을 더 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제24항에 있어서,
상기 제2 팽창수단은 상기 제2 칠러에 유입되는 제1 열교환매체의 유량을 조절하는 전자식 팽창밸브인 차량용 히트 펌프 시스템.
제25항에 있어서,
상기 제1 열교환매체는 냉매로 제공되고,
상기 제2 열교환매체와 상기 제3 열교환매체는 냉각수로 제공되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제4항, 제9항 및 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 전장부품 냉각장치는
전장부품모듈(PE)에 제2 열교환매체를 순환시켜 냉각시킬 수 있도록 배치되는 제2 순환라인(L2);
상기 제2 순환라인(L2)에 배치되는 라디에이터와 삼방향 밸브와 펌프; 및
상기 제2 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 라디에이터의 입구측과 출구측을 연결하도록 배치되는 제4 바이패스라인(BL4)을 포함하며,
상기 제4 바이패스라인(BL4)은 상기 제1 칠러를 통과하도록 배치되는 차량용 히트 펌프 시스템.