KR20210054888A - 차량용 히트 펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

실시예는 제1 열교환매체가 순환하도록 배치되는 제1 순환라인(L1); 상기 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 제1 순환라인(L1)에 배치되는 압축기, 제1 열교환기, 제1 팽창수단, 제2 열교환기, 제1 흐름제어수단, 제2 흐름제어수단, 제2 팽창수단, 제3 열교환기 및 어큐뮬레이터; 상기 제1 흐름제어수단과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 바이패스라인(BL1); 및 상기 제2 열교환기와 상기 제2 팽창수단 사이의 제1 순환라인(L1)에서 분기되어 상기 제2 흐름제어수단에 연결되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다. 이에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 바이패스라인과 상기 흐름제어수단을 이용하여 다양한 공조 모드 및 부품만을 냉각하는 모드를 구현할 수 있다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}

실시예는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다. 상세하게, 개폐 기능이 제거된 팽창수단, 열교환매체의 흐름 방향을 조절하는 흐름제어수단 및 바이패스라인을 이용하여 차량 실내의 공조 컨디션을 조절하면서도 부품만을 냉각할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

차량은 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 포함할 수 있다. 여기서, 상기 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라, 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 수행하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 수행하게 된다.

이러한, 차량용 히트 펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있으며, 이와 관련된 발명으로는 대한민국공개특허공보 제10-2019-0033950호(2014.12.15)인 '자동차용 히트 펌프 시스템 및 이를 운용하는 방법'이 있다.

종래의 상기 자동차용 히트 펌프 시스템은 개폐 기능을 구비한 다수의 투웨이 밸브를 이용한다는 점에서 부품 비용 및 리크 발생 가능성이 증가하는 문제가 있다.

특히, 종래의 상기 자동차용 히트 펌프 시스템은 증발기의 입구측에 배치되어 개폐 기능을 갖는 에어컨 팽창밸브를 사용하고 있다. 상기 에어컨 팽창밸브의 사용 빈도에 따라, 상기 팽창밸브의 내구성 저하가 발생할 수 있으며, 상기 내구성 저하는 리크(leak)의 발생 가능성을 증가시키는 문제가 있다.

실시예는 공조 컨디션을 조절 또는 배터리만을 냉각하는 모드를 구현할 수 있으면서도 부품수가 최소화된 차량용 히트 펌프 시스템을 제공한다.

실시예는 개폐 기능을 구비한 별도의 팽창 밸브 없이도 차량 실내에 대한 온도조절과 제습뿐만 아니라 배터리만을 냉각할 수 있는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공한다.

실시예는 실내 열교환기에서 배출되는 열교환매체가 실외 열교환기를 우회하게 함으로써, 제습운전에 따른 압력강하 및 효율 저하를 해결하는 차량용 히트 펌프 시스템을 제공한다.

실시예는 바이패스라인 및 흐름제어수단을 이용하여 두 개의 난방제습 모드를 구현하는 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 실시예에 따라 제1 열교환매체가 순환하도록 배치되는 제1 순환라인(L1); 제1 열교환매체를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 고압의 제1 열교환매체의 열을 공조케이스 내부의 공기와 열교환하는 제1 열교환기; 상기 제1 열교환기에서 배출된 제1 열교환매체를 감압시키는 복수의 팽창수단; 실외 공기와 제1 열교환매체를 열교환시키는 제2 열교환기; 공조케이스 내부에 배치되어 상기 공조케이스 내부의 공기와 제1 열교환매체를 열교환시키는 제3 열교환기; 및 상기 제1 열교환기에서 배출된 제1 열교환매체가 제2 열교환기를 바이패스하여 상기 제3 열교환기로 바로 유입되는 제2 바이패스라인을 포함하고, 상기 제2 바이패스라인으로 분기되어 이동하는 제1 열교환매체가 상기 제3 열교환기로 흐를 수 있게 상기 제1 순환라인과 연결되는 영역에 제2 흐름제어수단이 배치되며, 상기 제2 흐름제어수단은 상기 제3 열교환기로 제1 열교환매체가 유입되는 것을 선택적으로 제어하고, 상기 제2 흐름제어수단과 상기 제3 열교환기 사이에 팽창수단으로 과열도 제어식 팽창밸브를 배치하는 차량용 히트 펌프 시스템에 의해 달성된다.

여기서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제2 열교환기와 상기 제2 흐름제어수단 사이에 배치되는 제1 흐름제어수단; 상기 압축기와 상기 제3 열교환기 사이에 배치되는 어큐뮬레이터; 및 상기 제1 흐름제어수단과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 바이패스라인(BL1)을 더 포함하고, 상기 팽창수단은 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이의 상기 제1 순환라인 상에 배치되는 제1 팽창수단, 및 상기 제2 흐름제어수단과 상기 제3 열교환기 사이의 상기 제1 순환라인 상에 배치되는 제2 팽창수단을 포함하고, 상기 제1 흐름제어수단은 상기 제2 열교환기를 통과한 제1 열교환매체를 상기 제1 바이패스라인 또는 상기 제2 흐름제어수단 측으로 흐르게 제어할 수 있다.

상기 과제는 실시예에 따라 제1 열교환매체가 순환하도록 배치되는 제1 순환라인(L1); 상기 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 제1 순환라인(L1)에 배치되는 압축기, 제1 열교환기, 제1 팽창수단, 제2 열교환기, 제1 흐름제어수단, 제2 흐름제어수단, 제2 팽창수단, 제3 열교환기 및 어큐뮬레이터; 상기 제1 흐름제어수단과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 바이패스라인(BL1); 및 상기 제2 열교환기와 상기 제2 팽창수단 사이의 제1 순환라인(L1)에서 분기되어 상기 제2 흐름제어수단에 연결되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함하고, 상기 제2 흐름제어수단은 내부로 유입된 상기 제1 열교환매체의 흐름을 차단하거나, 또는 내부로 유입된 상기 제1 열교환매체를 상기 제3 열교환기로만 흐르도록 제어하는 차량용 히트 펌프 시스템에 의해 달성된다.

여기서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 제2 열교환매체가 순환하도록 배치되는 제2 순환라인(L2); 상기 제2 순환라인(L2) 상에 배치되는 부품; 상기 제1 열교환매체와 상기 제2 열교환매체가 열교환하는 칠러; 및 상기 칠러를 통과하도록 상기 제1 흐름제어수단과 상기 제2 흐름제어수단 사이의 제1 순환라인 상에서 분기되어 상기 제3 열교환기와 상기 어큐뮬레이터 사이의 제1 순환라인 상에 연결되는 제3 바이패스라인(BL3)을 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제3 바이패스라인(BL3) 상에 배치되어 상기 칠러로 이동하는 상기 제1 열교환매체를 팽창시키는 제3 팽창수단을 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방모드 중 제1 냉방모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제1 흐름제어수단과 상기 제2 흐름제어수단에 의해 상기 제1 열교환매체의 일부는 상기 칠러로 흐르고, 상기 제1 열교환매체의 나머지는 상기 제3 열교환기로 흐르게 할 수 있다.

여기서, 상기 제2 팽창수단은 개폐 기능이 없는 과열도 제어식 팽창밸브로 제공되고, 상기 제3 팽창수단은 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이동하는 상기 제1 열교환매체의 유량을 조절하는 전자식 팽창밸브로 제공될 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 냉각모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제1 흐름제어수단 및 상기 제2 흐름제어수단에 의해, 상기 제1 열교환매체는 상기 압축기→제1 열교환기→제1 팽창수단→제2 열교환기→제3 바이패스라인(BL3)→칠러→어큐뮬레이터→압축기로 흐르게 제어할 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 난방모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제1 흐름제어수단에 의해, 상기 제1 열교환매체는 상기 압축기→제1 열교환기→제1 팽창수단→제2 열교환기→제1 바이패스라인(BL1)→어큐뮬레이터→압축기로 흐르게 제어할 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 제1 난방제습 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제1 흐름제어수단 및 상기 제2 흐름제어수단에 의해, 상기 제1 열교환기에서 배출되는 제1 열교환매체 중 일부는 제1 팽창수단→제2 열교환기→제1 바이패스라인(BL1)→어큐뮬레이터→압축기→제1 열교환기로 흐르게 제어하고, 상기 제1 열교환기에서 배출되는 제1 열교환매체 중 나머지는 제2 바이패스라인(BL2)→제2 팽창수단→제3 열교환기→어큐뮬레이터→압축기→제1 열교환기로 흐르게 제어할 수 있다.

여기서, 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 이동하는 제1 열교환매체의 압력은 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 이동하는 제1 열교환매체의 압력보다 낮을 수 있다.

이때, 상기 제1 팽창수단은 제1 열교환매체의 유량을 조절하는 전자식 팽창밸브일 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템의 제2 난방제습 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제1 팽창수단에 의해 상기 제2 열교환기로 흐르는 제1 열교환매체의 흐름이 차단하고, 상기 제2 흐름제어수단에 의해 상기 제1 열교환기에서 배출되는 제1 열교환매체는 제2 바이패스라인(BL2)→제2 팽창수단→제3 열교환기→어큐뮬레이터→압축기→제1 열교환기로 흐르게 제어될 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 차량 실내의 난방을 위해 상기 제1 바이패스라인(BL1)으로 제1 열교환매체의 흐름이 형성되고, 차량 실내의 제습을 위해 제2 바이패스라인(BL2)으로 제1 열교환매체의 흐름이 형성되는 제1 난방제습 모드; 및 차량 실내의 난방 및 제습을 위해 제2 바이패스라인(BL2)으로 제1 열교환매체의 흐름이 형성되는 제2 난방제습 모드를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 열교환매체는 냉매이고, 상기 제2 열교환매체는 냉각수일 수 있다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 부품수를 최소화하면서 차량 실내의 온도 조절, 제습 및 차량에 설치된 부품만을 냉각할 수 있다.

또한, 실시예는 흐름제어수단 및 바이패스라인 외에 개폐 기능이 제거된 팽창수단을 이용하여 차량 실내에 대한 난방제습 모드뿐만 아니라 부품만을 냉각할 수 있는 냉각모드를 구현할 수 있다.

실시예는 실내 열교환기에서 배출되는 열교환매체가 실외 열교환기인 제2 열교환기를 우회하게 함으로써, 제습운전에 따른 압력강하를 해결할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제2 열교환기를 통과한 제1 열교환매체보다 상대적으로 고압의 제1 열교환매체를 이용하여 차량의 실내를 난방 및 제습하기 때문에 압력 강하에 따른 효율 저하를 해결할 수 있다.

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

도 1은 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이고,
도 2는 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방모드 중 제1 냉방모드를 나타내는 도면이고,
도 3은 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방모드 중 제2 냉방모드를 나타내는 도면이고,
도 4는 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉각모드를 나타내는 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방모드를 나타내는 도면이고,
도 6은 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 제1 난방제습 모드를 나타내는 도면이고,
도 7은 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 제2 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.

제2, 제1 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 내부의 공조 컨디션(condition)을 조절함으로써, 차량 내부의 냉난방 품질을 향상시킬 수 있다.

여기서, 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 바이패스라인과 냉매와 같은 열교환매체의 흐름의 방향을 제어하는 흐름제어수단을 이용하여, 차량 실내의 공조 컨디션을 조절하고 배터리와 같은 부품을 냉각할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 열교환매체가 순환하도록 배치되는 제1 순환라인(L1), 상기 제1 순환라인(L1)에 배치되는 압축기(100)와 제1 열교환기(200)와 제1 팽창수단(300)과 제2 열교환기(400)와 제1 흐름제어수단(500)과 제2 흐름제어수단(600)과 제2 팽창수단(700)과 제3 열교환기(800)와 어큐뮬레이터(900), 및 상기 제1 순환라인(L1)에 연결되는 복수 개의 바이패스라인(BL1, BL2)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 팽창수단(300)과 제2 팽창수단(700)과 같이 복수 개의 팽창수단을 구비하여 상기 제1 열교환기(200)에서 배출된 제1 열교환매체를 감압시킬 수 있다. 그리고, 상기 팽창수단 중 적어도 어느 하나는 상기 제3 열교환기(800)의 입구측에 배치될 수 있다. 그에 따라 상기 제3 열교환기(800)는 상기 팽창수단에 의해 팽창된 제1 열교환매체와 공조케이스 내부의 공기를 열교환시킬 수 있다.

여기서, 상기 제2 팽창수단(700)은 개폐 기능 없이 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다. 즉, 상기 제2 팽창수단(700)은 개폐 기능이 제거된 팽창수단이기 때문에, 상기 제1 열교환매체의 흐름을 차단할 수 없다. 그에 따라, 상기 제2 팽창수단(700)은 통과하는 상기 제1 열교환매체를 팽창만 시킬 수 있다. 여기서, 상기 제2 팽창수단(700)은 기계식 팽창밸브(Thermal expansion valve) 또는 과열도 제어식 팽창밸브일 수 있다.

또한, 상기 제2 흐름제어수단(600)은 내부로 유입된 상기 제1 열교환매체를 상기 제3 열교환기(800)로만 흐르도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 제2 흐름제어수단(600)은 상기 제2 바이패스라인(BL2)으로 분기되어 이동하는 냉매가 상기 제3 열교환기(800)측으로 흐를 수 있게 상기 제1 순환라인(L1)과 일측이 연결되기 때문에, 상기 제3 열교환기(800)로 상기 제1 열교환매체가 유입되는 것을 선택적으로 제어할 수 있다. 이때, 상기 제1 열교환매체는 냉매일 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제2 열교환매체를 이용하여 열이 발생하는 차량용 부품(P)을 냉각시키는 냉각장치(1000), 상기 제1 열교환매체와 상기 제2 열교환매체가 열교환하기 위해 배치되는 칠러(1100), 및 상기 제1 열교환매체가 칠러(1100) 내부로 흐르도록 상기 제1 순환라인(L1)에 연결되는 제3 바이패스라인(BL3)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제2 열교환매체는 냉각수일 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제3 바이패스라인(BL3) 상에 배치되어 상기 칠러(1100)로 흐르는 제2 열교환매체를 팽창시키는 제3 팽창수단(1200)을 더 포함할 수 있다.

따라서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 흐름제어수단(500), 제2 흐름제어수단(600) 및 제2 팽창수단(700)을 이용하여 부품수를 최소화할 수 있기 때문에, 공조 컨디션을 제어하는 컴팩트한 시스템을 구현함과 동시에 모드에 따라 부품(P)만을 냉각할 수 있다.

상기 제1 순환라인(L1)은 파이프 등으로 제공되며, 상기 제1 열교환매체가 순환할 수 있게 차량에 배치될 수 있다. 그에 따라, 상기 제1 순환라인(L1) 상에는 상기 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 압축기(100), 제1 열교환기(200), 제1 팽창수단(300), 제2 열교환기(400), 제1 흐름제어수단(500), 제2 흐름제어수단(600), 제2 팽창수단(700), 제3 열교환기(800) 및 어큐뮬레이터(900) 등이 순차적으로 배치될 수 있다.

압축기(100)는 제1 순환라인(L1)을 따라 이동하는 상기 제1 열교환매체를 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 배출한다. 여기서, 압축기(100)는 콤프레서라 불릴 수 있다.

제1 열교환기(200)는 공조케이스(C) 내부에 배치되며, 공조케이스(C)의 내부에서 유동하는 공기와 상기 압축기(100)에서 이송되는 압축된 고압의 제1 열교환매체 간의 열교환을 유도한다. 예컨데, 제1 열교환기(200)는 공조케이스(C) 내부의 공기와 상기 제1 열교환매체 간의 열교환을 가능하게 함으로써, 차량 내부를 냉방 또는 난방할 수 있게 한다. 여기서, 상기 제1 열교환기(200)는 실내 열교환기라 불릴 수 있다.

제1 팽창수단(300)은 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(400)와 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 팽창수단(300)은 제2 열교환기(400)의 입구측에 배치될 수 있다. 그리고, 제1 팽창수단(300)은 제1 열교환기(200)에서 이송되는 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

제1 팽창수단(300)은 기계식 팽창밸브(Thermal expansion valve) 또는 전자식 팽창밸브(Electronic expansion valve)가 사용될 수 있다. 그에 따라, 제1 팽창수단(300)은 제1 팽창밸브라 불릴 수 있다.

제2 열교환기(400)는 공조케이스(C)의 외부에 배치될 수 있다. 예컨데, 제2 열교환기(400)는 차량 엔진룸의 전방측에 설치될 수 있다.

그리고, 상기 제2 열교환기(400)는 외부에서 차량으로 유입되는 실외 공기와 제1 열교환매체를 열교환 시킬 수 있다. 여기서, 상기 실외 공기라 함은 외부에서 차량에 유입되는 공기를 의미할 수 있다. 특히, 공조케이스(C)의 외부에서 유동하는 공기를 의미할 수 있다. 그리고, 제2 열교환기(400)는 콘덴서라 불릴 수 있다.

한편, 상기 제2 열교환기(400)는 차량의 공조 모드에 따라 응축기 또는 증발기로의 역할을 수행할 수 있다.

예컨데, 차량의 실내 온도를 낮추는 냉방모드시, 상기 제2 열교환기(400)는 고온의 제1 열교환매체를 상기 공기와 열교환함으로써 상기 제1 열교환매체를 응축시킬 수 있다. 즉, 상기 제2 열교환기(400)는 응축기 역할을 수행할 수 있다.

또는, 상기 난방모드 또는 난방제습 모드시, 상기 제2 열교환기(400)는 저온의 제1 열교환매체를 실외 공기와 열교환함으로써, 상기 제1 열교환매체를 증발시킬 수 있다. 즉, 상기 제2 열교환기(400)는 증발기 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 난방모드라 함은 차량 실내의 온도를 높이는 경우를 의미할 수 있다. 또한, 상기 난방제습 모드라 함은 차량 실내의 온도를 높이면서도 습도를 낮추는 경우를 의미할 수 있다.

상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 상기 제1 순환라인(L1)에 배치되는 흐름제어수단을 통해 제1 열교환매체의 흐름에 대한 방향을 제어함으로써, 상기 제1 순환라인(L1)과 복수 개의 바이패스라인(BL1, BL2, BL3)을 통해 구현되는 다양한 제1 열교환매체의 순환 구조를 구현할 수 있다. 여기서, 상기 흐름제어수단은 제1 흐름제어수단(500)과 제2 흐름제어수단(600)을 포함할 수 있다.

상기 제1 순환라인(L1)에 연결되는 제1 바이패스라인(BL1)은 상기 제1 흐름제어수단(500) 및 상기 제3 열교환기(800)와 상기 어큐뮬레이터(900) 사이의 제1 순환라인(L1)의 일 영역을 연결할 수 있다. 예컨데, 상기 제1 바이패스라인(BL1)의 일측은 상기 제1 흐름제어수단(500)에 연결되고, 타측은 상기 제3 열교환기(800)와 상기 어큐뮬레이터(900) 사이의 제1 순환라인(L1)에 연결될 수 있다.

상기 제1 순환라인(L1)에 연결되는 상기 제2 바이패스라인(BL2)은 상기 제1 열교환기(200)와 상기 제1 팽창수단(300) 사이의 제1 순환라인(L1)의 일 영역과, 상기 제2 흐름제어수단(600)을 연결할 수 있다. 예컨데, 상기 제2 바이패스라인(BL2)의 일측은 상기 제1 열교환기(200)와 상기 제1 팽창수단(300) 사이의 제1 순환라인(L1)에서 분기되어 상기 제2 흐름제어수단(600)에 연결될 수 있다.

따라서, 상기 제2 바이패스라인(BL2)은 상기 제1 열교환매체의 흐름을 기준으로 상기 제1 팽창수단(300)의 입구측에서 분기함으로써, 상기 제1 열교환매체가 상기 제1 팽창수단(300)과 상기 제2 열교환기(400)를 우회할 수 있게 한다.

즉, 상기 제2 바이패스라인(BL2)은 상기 제1 열교환기(200)에서 배출된 제1 열교환매체가 제2 열교환기(400)를 바이패스(우회)하여 상기 제3 열교환기(800)로 바로 유입되게 할 수 있다.

그에 따라, 상기 제2 바이패스라인(BL2)은 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체보다 상대적으로 고압의 제1 열교환매체를 제2 팽창수단(700)에 공급 가능하게 함으로써, 난방제습 모드시, 압력 강하에 따른 효율 저하를 해결할 수 있다.

상기 제1 순환라인(L1)에 연결되는 제3 바이패스라인(BL3)은 상기 칠러(1100)로 제1 열교환매체가 흐를 수 있도록 배치된다.

상기 제3 바이패스라인(BL3)은 제1 흐름제어수단(500)과 제2 흐름제어수단(600) 사이의 제1 순환라인(L1)의 일 영역과, 제3 열교환기(800)와 어큐뮬레이터(900) 사이의 제1 순환라인(L1)의 일 영역을 연결할 수 있다. 예컨데, 제3 바이패스라인(BL3)의 일측은 제1 흐름제어수단(500)과 제2 흐름제어수단(600) 사이의 제1 순환라인(L1)의 일 영역에 연결되고, 타측은 제3 열교환기(800)와 어큐뮬레이터(900) 사이의 제1 순환라인(L1)의 일 영역에 연결될 수 있다.

차량의 공조 모드에 따라, 상기 흐름제어수단에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르지 않고, 상기 제1 순환라인(L1)과 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이동할 수 있다.

또는, 상기 흐름제어수단과 제3 팽창수단(1200)에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 바이패스라인(BL1)과 상기 제3 바이패스라인(BL3)으로 흐르지 않고, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 이동할 수 있다.

또는, 상기 흐름제어수단에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 바이패스라인(BL1)과 상기 제1 순환라인(L1)으로 흐르지 않고, 상기 제3 바이패스라인(BL3)으로만 이동할 수 있다.

또는, 상기 흐름제어수단에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제3 바이패스라인(BL3)과 상기 제1 순환라인(L1)으로 흐르지 않고, 상기 제1 바이패스라인(BL1)으로만 이동할 수 있다.

또는, 상기 흐름제어수단에 의해 제1 열교환매체의 일부는 상기 제1 팽창수단(300)을 통과한 후 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 이동하고, 상기 제1 열교환매체의 나머지는 상기 제1 팽창수단(300)을 우회하여 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 이동할 수 있다.

또는, 상기 흐름제어수단과 상기 제1 팽창수단(300)에 의해 제1 열교환기(200)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(300)을 우회하여 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 이동할 수 있다.

도 1을 참조하면, 제1 흐름제어수단(500)은 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체를 제1 바이패스라인(BL1) 또는 제1 순환라인(L1)을 통해 제2 흐름제어수단(600)측으로 흐르게 제어할 수 있다.

여기서, 제1 흐름제어수단(500)은 하나의 입구로 유입된 제1 열교환매체를 두 개의 출구 중 어느 하나로 흐르게 하는 삼방향 밸브일 수 있다.

그리고, 제2 흐름제어수단(600)은 제1 흐름제어수단(500)에 의해 이동하여 내부로 유입된 제1 열교환매체를 제2 팽창수단(700)측으로 흐르게 제어하거나, 또는 제2 바이패스라인(BL2)을 통해 내부로 유입된 제1 열교환매체를 제2 팽창수단(700)측으로 흐르게 제어할 수 있다. 예컨데, 상기 제2 바이패스라인(BL2)으로 분기되어 이동하는 제1 열교환매체가 제1 순환라인(L1)과 연결되는 영역에 상기 제2 흐름제어수단(600)이 배치됨에 따라, 상기 제2 흐름제어수단(600)은 제3 열교환기(800)로 제1 열교환매체가 유입되는 것을 선택적으로 제어할 수 있다.

여기서, 제2 흐름제어수단(600)은 두 개의 입구 중 어느 하나를 통해 유입된 제1 열교환매체를 하나의 출구로 흐르게 하는 삼방향 밸브일 수 있다. 상세하게, 제2 흐름제어수단(600)으로 제공되는 삼방향 밸브는 볼 타입 방식의 삼방향 밸브일 수 있다.

한편, 상기 제2 흐름제어수단(600)은 개폐 기능을 수행할 수 있다. 예컨데, 상기 제2 흐름제어수단(600)은 상기 제1 순환라인(L1)을 통해 제2 팽창수단(700)으로 형성되는 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제할 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 흐름제어수단(600)의 차단 해제시, 상기 제1 열교환매체는 제2 팽창수단(700)으로 흐름이 진행될 수 있다.

따라서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 개폐 및 제1 열교환매체의 흐름 방향을 제어하는 상기 제2 흐름제어수단(600)을 이용할 수 있기 때문에, 종래에 개폐 기능을 구비하는 팽창 밸브로 제공되던 제2 팽창수단을 개폐 기능 없이 상기 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있는 상기 제2 팽창수단(700)으로 대체할 수 있다.

그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 상기 제2 흐름제어수단(600)에 의해 개폐 기능이 제거된 제2 팽창수단(700)을 이용할 수 있게 됨으로써, 부품수 감소 또는 단가가 낮은 부품의 사용에 따른 비용 절감과 함께 리크 발생 가능성을 감소시킬 수 있다. 예컨데, 개폐 기능을 구비하는 팽창 밸브의 경우, 실링 구조 및 개폐 구조를 구비해야 하기 때문에, 상대적으로 비용 및 내구성 저하에 따른 리크 가능성이 높다.

상기 제2 팽창수단(700)은 상기 제2 흐름제어수단(600)과 제3 열교환기(800) 사이의 제1 순환라인(L1) 상에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 팽창수단(700)은 제3 열교환기(800)의 입구측에 배치될 수 있다. 그리고, 제2 팽창수단(700)은 상기 제2 흐름제어수단(600)을 통과한 제1 열교환매체를 팽창시킬 수 있다.

상기 제2 팽창수단(700)은 개폐 기능이 없는 일반 TXV(Thermal eXpansion Valve)가 사용될 수 있다. 그에 따라, 제2 팽창수단(700)은 제2 팽창밸브라 불릴 수 있다.

또는, 상기 제2 팽창수단(700)은 오리피스 구조로 형성된 배관으로 제공될 수도 있다.

제3 열교환기(800)는 공조케이스(C) 내부에 배치되며, 제2 팽창수단(700)에 의해 팽창된 제1 열교환매체를 이용하여 공조케이스(C) 내부의 공기를 냉각할 수 있다. 예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 냉방모드시, 상기 제3 열교환기(800)는 증발기로써의 역할을 수행할 수 있다. 그에 따라, 상기 제3 열교환기(800)는 증발기라 불릴 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방제습 모드시, 상기 제3 열교환기(800)는 제2 팽창수단(300)과 제2 열교환기(400)를 바이패스(우회)하여 공급되는 제1 열교환매체와 공조케이스(C) 내부의 공기를 열교환하여 차량 내부의 습도를 낮출 수 있다. 이때, 공조케이스(C)의 내부에 배치되는 도어(D)는 제3 열교환기(800)와 열교환한 공기의 양을 조절하여 차량 내부의 공조 컨디션을 향상시킬 수 있다.

상기 어큐뮬레이터(900)는 제1 순환라인(L1)을 기준으로 압축기(100)와 제3 열교환기(800)와 사이에 배치될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 어큐뮬레이터(900)는 제1 순환라인(L1)을 따라 이송되는 제1 열교환매체를 기준으로 압축기(100))의 입구측에 배치될 수 있다.

상기 어큐뮬레이터(900)는 내부로 유입된 제1 열교환매체에서 액상(액체 상태)의 제1 열교환매체 또는 기상(기체 상태)의 제1 열교환매체를 선별하여 배출할 수 있다. 여기서, 상기 어큐뮬레이터(900)는 기액 분리기라 불릴 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 상기 제1 열교환매체와 상기 제2 열교환매체의 열교환을 통해 차량용 부품(P)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 부품(P)은 차량의 모터와 인버터 등의 전장부품, 차량의 자율주행 시스템(Autonomous system)을 위한 컴퓨터, 라이더(Ridar), 레이더(Radar), 센서 등의 전자장치(Electronics)일 수 있다.

또한, 상기 부품(P)은 연료전지 또는 배터리일 수 있다. 여기서, 상기 차량은 전기자동차 또는 연료전지 자동차 등일 수 있다.

그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 상기 전장부품, 전자장치 또는 배터리 등을 냉각할 수 있는 냉각수 순환구조를 포함할 수 있다.

이에, 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 순환라인(L1)과 분리되어 병렬로 배치되는 제2 순환라인(L2)을 포함하는 냉각장치(1000), 칠러(1100) 및 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 이용하여 상기 부품(P)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 냉각장치(1000)는 제2 열교환매체를 순환시켜 부품(P)을 냉각함으로써, 부품(P)의 과열을 방지할 수 있다. 그에 따라, 상기 냉각장치(1000)는 부품(P)의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. 여기서, 상기 제2 열교환매체로는 냉각수가 제공될 수 있다. 그에 따라, 상기 냉각장치(1000)는 수냉식 냉각장치일 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 냉각장치(1000)는 부품(P)에 제2 열교환매체를 순환시켜 냉각시킬 수 있도록 배치되는 제2 순환라인(L2), 상기 제2 열교환매체를 제2 순환라인(L2)을 따라 순환시키는 펌프(1010)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 냉각장치(1000)는 제2 순환라인(L2) 상에 배치되어 상기 제2 열교환매체를 가열하는 히터(1020)를 더 포함할 수 있다.

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

제2 순환라인(L2)은 상기 칠러(1100)를 통과하도록 배치될 수 있다. 그에 따라, 제2 순환라인(L2)을 따라 흐르는 제2 열교환매체는 상기 제1 열교환매체와 상기 칠러(1100)에서 열교환할 수 있다. 이때, 상기 제1 순환라인(L1)과 상기 제2 순환라인(L2)은 서로를 연결하는 연결구조 없이 서로 분리되어 배치되는 별도의 순환 구조를 형성할 수 있다.

상기 펌프(1010)는 상기 제2 열교환매체가 상기 제2 순환라인(L2)을 따라 이송되게 한다. 그에 따라, 부품(P)에서 발생된 열을 흡수한 고온의 상기 제2 열교환매체는 펌프(1010)에 의해 순환되어 상기 칠러(1100)를 통과하면서 상기 제1 열교환매체와 열교환할 수 있다.

상기 냉각장치(1000)는 필요에 따라 히터(1020)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 예컨데, 배터리와 같이 주위 온도에 영향을 받는 부품인 경우, 상기 배터리는 소정의 온도를 유지하여야만 성능이 확보될 수 있다. 그에 따라, 히터(1020)는 제2 순환라인(L2) 상에 배치되어 제2 순환라인(L2)을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체를 가열함으로써, 상기 배터리와 같은 부품의 성능을 유지시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 히터(1020)는 제2 열교환매체의 흐름을 기준으로 부품(P)의 출구측에 배치될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 냉각장치(1000)의 히터(1020)는 제1 히터라 불릴 수 있다.

상기 칠러(1100)는 제2 순환라인(L2)을 따라 흐르는 상기 제2 열교환매체와 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체가 열교환 가능하게 하는 열 교환기일 수 있다. 그에 따라, 칠러(1100)는 제4 열교환기라 불릴 수 있다. 여기서, 상기 칠러(1100)에는 제2 순환라인(L2)의 일 영역과 제3 바이패스라인(BL3)의 일 영역이 배치될 수 있다.

제3 팽창수단(1200)은 제3 바이패스라인(BL3) 상에 배치될 수 있다. 그리고, 제3 팽창수단(1200)은 제3 바이패스라인(BL3)에서 제1 열교환매체의 흐름을 차단 또는 차단 해제할 수 있다. 여기서, 상기 제3 팽창수단(1200)은 제3 팽창밸브라 불릴 수 있으며, 기계식 팽창밸브(Thermal expansion valve) 또는 전자식 팽창밸브(Electronic expansion valve)가 사용될 수 있다. 바람직하게, 상기 제3 팽창수단(1200)은 열림량을 조절하여 유량을 조절할 수 있는 전자식 팽창밸브일 수 있다. 그에 따라, 상기 제3 팽창수단(1200)은 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 유량을 조절함으로써, 부품(P)의 냉각량을 조절할 수 있다.

상세하게, 차량의 냉방모드 중 제1 냉방모드 시, 상기 제2 열교환기(400)에서 배출되어 제1 흐름제어수단(500)을 통과하는 제1 열교환매체의 일부는 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르고, 나머지는 제2 팽창수단(700)측으로 흐르게 된다.

이때, 상기 제3 팽창수단(1200)으로 전자식 팽창밸브를 사용하기 때문에, 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 흐르는 제1 열교환매체의 이송량을 조절할 수 있다. 그에 따라, 상기 제3 팽창수단(1200)은 제2 팽창수단(700)으로 흐르는 제1 열교환매체의 이송량 또한 조절할 수 있다. 예컨데, 차량 실내의 냉방 성능을 향상시켜야 하는 경우, 제3 열교환기(800)로 흐르는 제1 열교환매체의 양을 제3 바이패스라인(BL3)측으로 흐르는 제1 열교환매체의 양보다 크게 하기 위해 상기 제3 팽창수단(1200)이 제어될 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.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 복수 개의 공조 모드를 포함할 수 있다.

도 2는 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방모드 중 제1 냉방모드를 나타내는 도면이다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 제1 냉방모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 부품(P)의 냉각과 차량 실내의 냉방을 동시에 수행할 수 있다. 여기서, 상기 제1 냉방모드는 냉방냉각 모드라 불릴 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 제1 흐름제어수단(500)에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르지 않고, 상기 제1 순환라인(L1)과 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이동할 수 있다. 이때, 상기 냉각장치(1000)는 제2 열교환매체를 이용하여 부품(P)을 냉각할 수 있다.

그에 따라, 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이동한 제1 열교환매체는 상기 제2 열교환매체와 열교환함으로써, 부품(P)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

그리고, 제2 흐름제어수단(600)은 제1 흐름제어수단(500)에 의해 이동하여 내부로 유입된 제1 열교환매체를 제2 팽창수단(700)과 제3 열교환기(800)측으로 흐르게 제어함으로써, 차량 실내를 냉방시킬 수 있다. 여기서, 상기 냉방이라 함은 차량 내부의 온도를 차량 외부의 온도보다 낮추는 경우를 의미할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환매체 중 일부는 압축기(100)→제1 열교환기(200)→제1 팽창수단(300)→제2 열교환기(400)→제1 흐름제어수단(500)→제2 흐름제어수단(600)→제2 팽창수단(700)→제3 열교환기(800)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)를 따라 순환하며 차량 실내를 냉방할 수 있다. 이때, 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(400)는 응축기 역할을 수행하고, 상기 제3 열교환기(800)는 증발기 역할을 수행할 수 있다.

또한, 상기 제1 열교환매체 중 일부는 압축기(100)→제1 열교환기(200)→제1 팽창수단(300)→제2 열교환기(400)→제1 흐름제어수단(500)→제3 바이패스라인(BL3)→칠러(1100)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)를 따라 순환하며 부품(P)을 냉각할 수 있게 한다.

도 3은 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방모드 중 제2 냉방모드를 나타내는 도면이다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 제2 냉방모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내의 냉방만을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 제2 냉방모드는 냉방모드라 불릴 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기 제1 흐름제어수단(500)과 제3 팽창수단(1200)에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 바이패스라인(BL1)과 제3 바이패스라인(BL3)으로 흐르지 않고, 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환할 수 있다.

상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 흐름제어수단(500)에 의해 상기 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르지 않고, 상기 제1 순환라인(L1)과 제3 바이패스라인(BL3)측으로 흐를 수 있게 된다. 그리고, 상기 제3 팽창수단(1200)은 제3 바이패스라인(BL3)을 차단할 수 있다.

따라서, 상기 제1 흐름제어수단(500)에 의해 상기 제2 흐름제어수단(600)측으로 이동한 제1 열교환매체는 제2 흐름제어수단(600)에 의해 상기 제1 순환라인(L1)을 따라 순환하며 차량 실내를 냉방시킬 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환매체는 압축기(100)→제1 열교환기(200)→제1 팽창수단(300)→제2 열교환기(400)→제1 흐름제어수단(500)→제2 흐름제어수단(600)→제2 팽창수단(700)→제3 열교환기(800)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)를 따라 순환하며 차량 실내를 냉방할 수 있다. 이때, 제1 열교환기(200)와 제2 열교환기(400)는 응축기 역할을 수행하고, 상기 제3 열교환기(800)는 증발기 역할을 수행할 수 있다.

도 4는 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉각모드를 나타내는 도면이다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 냉각모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 부품(P)의 냉각만을 수행할 수 있다.

도 4를 참조하면, 상기 제1 흐름제어수단(500)과 상기 제2 흐름제어수단(600)에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 상기 제1 순환라인(L1) 및 제1 바이패스라인(BL1)으로 흐르지 않고, 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이동할 수 있다. 이때, 상기 냉각장치(1000)는 제2 열교환매체를 이용하여 부품(P)을 냉각할 수 있다.

그에 따라, 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이동한 제1 열교환매체는 상기 제2 열교환매체와 열교환함으로써, 부품(P)의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환매체는 압축기(100)→제1 열교환기(200)→제1 팽창수단(300)→제2 열교환기(400)→제1 흐름제어수단(500)→제3 바이패스라인(BL3)→칠러(1100)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)를 따라 순환하며 부품(P)만을 냉각할 수 있게 한다.

도 5는 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방모드를 나타내는 도면이다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내를 난방할 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 제1 흐름제어수단(500)에 의해 상기 제2 열교환기(400)를 통과한 제1 열교환매체는 제1 순환라인(L1)을 통해 제2 흐름제어수단(600)측으로 흐르지 않고, 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 이동할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내를 난방할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환매체는 압축기(100)→제1 열교환기(200)→제1 팽창수단(300)→제2 열교환기(400)→제1 흐름제어수단(500)→제1 바이패스라인(BL1)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다. 여기서, 상기 제1 열교환기(200)는 응축기 역할을 수행하고, 상기 제2 열교환기(400)는 증발기 역할을 수행할 수 있다. 이때, 제3 열교환기(800)로는 상기 제1 열교환매체의 공급이 차단될 수 있다.

상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내를 난방하면서 제습할 수 있다. 이때, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 두 가지의 난방제습 모드를 구현할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방제습 모드는 제1 바이패스라인(BL1)으로 제1 열교환매체의 흐름의 형성 여부에 따라, 제1 난방제습 모드와 제2 난방제습 모드로 구분될 수 있다.

예컨데, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내의 난방을 위해 상기 제1 바이패스라인(BL1)으로 제1 열교환매체의 흐름이 형성되고, 차량 실내의 제습을 위해 제2 바이패스라인(BL2)으로 제1 열교환매체의 흐름이 형성되는 제1 난방제습 모드; 및 차량 실내의 난방 및 제습을 위해 제2 바이패스라인(BL2)으로 제1 열교환매체의 흐름이 형성되는 제2 난방제습 모드를 포함할 수 있다.

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

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방제습 모드 중 제1 난방제습 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내를 난방하면서 제습할 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 제1 흐름제어수단(500)과 상기 제2 흐름제어수단(600)에 의해, 제1 열교환매체의 일부는 상기 제1 팽창수단(300)을 통과한 후 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 이동하고, 상기 제1 열교환매체의 나머지는 상기 제1 팽창수단(300)을 우회하여 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 이동할 수 있다

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환기(200)에서 배출되는 상기 제1 열교환매체의 일부는 제1 팽창수단(300)→제2 열교환기(400)→제1 흐름제어수단(500)→제1 바이패스라인(BL1)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)→제1 열교환기(200)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방할 수 있다. 즉, 상기 제1 열교환매체의 일부는 도 5에 도시된 난방모드와 같이 순환하며, 차량 실내를 난방할 수 있다.

그리고, 상기 제1 열교환기(200)에서 배출되는 상기 제1 열교환매체의 나머지는 제2 바이패스라인(BL2)→제2 팽창수단(700)→제3 열교환기(800)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)를 따라 순환하며 차량 실내를 제습할 수 있다.

상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 이동하는 제1 열교환매체의 압력은 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 이동하는 제1 열교환매체의 압력보다 낮을 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제습에 이용되는 제1 열교환매체에 대해 상대적으로 높은 압력을 확보함으로써, 압력 강하를 최소화하여 제습 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 상기 제1 팽창수단(300)으로 전자식 팽창밸브(Electronic expansion valve)를 사용함으로써, 난방용으로 쓰이는 제1 열교환매체의 유량과 제습용으로 쓰이는 제1 열교환매체의 유량을 조절할 수 있다. 그에 따라, 차량 실내의 난방 성능과 제습 성능은 조절될 수 있다.

도 7은 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 제2 난방제습 모드를 나타내는 도면이다.

실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 난방제습 모드 중 제2 난방제습 모드시, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 차량 실내를 난방하면서 제습할 수 있다.

도 7을 참조하면, 상기 제1 팽창수단(300)과 상기 제2 흐름제어수단(600)에 의해, 상기 제1 열교환매체는 상기 제1 팽창수단(300)을 우회하여 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 이동하는 순환 구조를 구현할 수 있다. 여기서, 상기 제1 팽창수단(300)은 상기 제2 열교환기(400)로 흐르는 제1 열교환매체의 흐름을 차단할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 열교환기(200)에서 배출되는 상기 제1 열교환매체는 제2 바이패스라인(BL2)→제2 팽창수단(700)→제3 열교환기(800)→어큐뮬레이터(900)→압축기(100)→제1 열교환기(200)를 따라 순환하며 차량 실내를 난방하며 제습할 수 있다.

상기 제1 열교환매체가 상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 이동하는 제1 난방제습 모드와 상기 제2 난방제습 모드를 비교해 볼 때, 난방에 사용되는 상기 제2 난방제습 모드의 제1 열교환매체의 흐름은 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 통과하도록 형성되기 때문에, 상대적으로 높은 압력을 확보할 수 있다. 그에 따라, 상기 제2 난방제습 모드의 경우 차량 실내의 난방을 위한 제1 열교환매체의 압력 강하를 최소화함으로써 난방 효율을 향상시킬 수 있다.

따라서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 제1 난방제습 모드는 전자식 팽창밸브(Electronic expansion valve)를 사용되는 상기 제1 팽창수단(300)을 이용하기 때문에, 차량 실내에 대한 난방 및 제습을 위한 제1 열교환매체의 유량을 조절할 수 있다. 그에 따라, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)은 제1 난방제습 모드를 선택함으로써, 차량 실내의 난방 성능과 제습 성능을 조절할 수 있다.

또한, 상기 차량용 히트 펌프 시스템(1)의 제2 난방제습 모드는 상기 제2 바이패스라인(BL2)을 이용하기 때문에, 상기 제1 열교환매체의 압력 강하에 따른 난방 및 제습 효율을 향상시킬 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: 차량용 히트 펌프 시스템
100: 압축기 200: 제1 열교환기
300: 제1 팽창수단 400: 제2 열교환기
500: 제1 흐름제어수단 600: 제2 흐름제어수단
700: 제2 팽창수단 800: 제3 열교환기
900: 어큐뮬레이터 1000: 냉각장치
1100: 칠러 1200: 제3 팽창수단
L1: 제1 순환라인
L2: 제2 순환라인
BL1: 제1 바이패스라인 BL2: 제2 바이패스라인
BL3: 제3 바이패스라인
P: 부품

Claims (14)

1. 냉매가 순환하도록 배치되는 제1 순환라인(L1);
   상기 냉매를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에서 압축된 고압의 냉매와 공조케이스 내부의 공기를 열교환시키는 제1 열교환기;
   상기 제1 열교환기에서 배출된 냉매를 감압시키는 복수의 팽창수단;
   실외 공기와 냉매를 열교환시키는 제2 열교환기;
   상기 공조케이스 내부에 배치되어 상기 공조케이스 내부의 공기와 상기 팽창수단 중 적어도 어느 하나를 통과한 냉매를 열교환시키는 제3 열교환기; 및
   상기 제1 열교환기에서 배출된 냉매가 상기 제2 열교환기를 바이패스하여 상기 제3 열교환기로 바로 유입되게 배치되는 제2 바이패스라인을 포함하고,
   상기 제2 바이패스라인으로 분기되어 이동하는 냉매가 상기 제3 열교환기측으로 흐를 수 있게 상기 제1 순환라인과 연결되는 영역에 제2 흐름제어수단이 배치되며,
   상기 제2 흐름제어수단은 상기 제3 열교환기로 냉매가 유입되는 것을 선택적으로 제어하고,
   상기 제2 흐름제어수단과 상기 제3 열교환기 사이에는 팽창수단이 배치되는 차량용 히트 펌프 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 열교환기와 상기 제2 흐름제어수단 사이에 배치되는 제1 흐름제어수단;
   상기 압축기와 상기 제3 열교환기 사이에 배치되는 어큐뮬레이터; 및
   상기 제1 흐름제어수단과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 바이패스라인(BL1)을 더 포함하고,
   상기 팽창수단은 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이의 상기 제1 순환라인 상에 배치되는 제1 팽창수단, 및 상기 제2 흐름제어수단과 상기 제3 열교환기 사이의 상기 제1 순환라인 상에 배치되는 제2 팽창수단을 포함하고,
   상기 제1 흐름제어수단은 상기 제2 열교환기를 통과한 냉매를 상기 제1 바이패스라인 또는 상기 제2 흐름제어수단 측으로 흐르게 제어하는 차량용 히트 펌프 시스템.
3. 냉매가 순환하도록 배치되는 제1 순환라인(L1);
   상기 냉매의 흐름을 기준으로 상기 제1 순환라인(L1)에 배치되는 압축기, 제1 열교환기, 제1 팽창수단, 제2 열교환기, 제1 흐름제어수단, 제2 흐름제어수단, 제2 팽창수단, 제3 열교환기 및 어큐뮬레이터;
   상기 제1 흐름제어수단과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 제1 바이패스라인(BL1); 및
   상기 제2 열교환기와 상기 제1 팽창수단 사이의 제1 순환라인(L1)에서 분기되어 상기 제2 흐름제어수단에 연결되는 제2 바이패스라인(BL2)을 포함하고,
   상기 제2 흐름제어수단은
   내부로 유입된 상기 냉매의 흐름을 차단하거나, 또는 내부로 유입된 상기 냉매를 상기 제3 열교환기로만 흐르도록 제어하는 차량용 히트 펌프 시스템.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   냉각수가 순환하도록 배치되는 제2 순환라인(L2);
   상기 제2 순환라인(L2) 상에 배치되는 부품;
   상기 냉매와 상기 냉각수가 열교환하는 칠러; 및
   상기 칠러를 통과하도록 상기 제1 흐름제어수단과 상기 제2 흐름제어수단 사이의 제1 순환라인 상에서 분기되어 상기 제3 열교환기와 상기 어큐뮬레이터 사이의 제1 순환라인 상에 연결되는 제3 바이패스라인(BL3)을 더 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제3 바이패스라인(BL3) 상에 배치되어 상기 칠러로 이동하는 상기 냉매를 팽창시키는 제3 팽창수단을 더 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   냉방모드 중 제1 냉방모드시,
   상기 제1 흐름제어수단과 상기 제2 흐름제어수단에 의해 상기 냉매의 일부는 상기 칠러로 흐르고, 상기 냉매의 나머지는 상기 제3 열교환기로 흐르는 차량용 히트 펌프 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 팽창수단은 과열도 제어식 팽창밸브로 제공되고,
   상기 제3 팽창수단은 상기 제3 바이패스라인(BL3)을 따라 이동하는 상기 냉매의 유량을 조절하는 전자식 팽창밸브로 제공되는 차량용 히트 펌프 시스템.
8. 제5항에 있어서,
   냉각모드시,
   상기 제1 흐름제어수단 및 상기 제2 흐름제어수단에 의해, 상기 냉매는 압축기→제1 열교환기→제1 팽창수단→제2 열교환기→제3 바이패스라인(BL3)→칠러→어큐뮬레이터→압축기로 흐르게 제어되는 차량용 히트 펌프 시스템.
9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   난방모드시,
   상기 제1 흐름제어수단에 의해, 상기 냉매는 압축기→제1 열교환기→제1 팽창수단→제2 열교환기→제1 바이패스라인(BL1)→어큐뮬레이터→압축기로 흐르게 제어되는 차량용 히트 펌프 시스템.
10. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제1 난방제습 모드시,
    상기 제1 흐름제어수단 및 상기 제2 흐름제어수단에 의해,
    상기 제1 열교환기에서 배출되는 냉매 중 일부는 제1 팽창수단→제2 열교환기→제1 바이패스라인(BL1)→어큐뮬레이터→압축기→제1 열교환기로 흐르게 제어되고,
    상기 제1 열교환기에서 배출되는 냉매 중 나머지는 제2 바이패스라인(BL2)→제2 팽창수단→제3 열교환기→어큐뮬레이터→압축기→제1 열교환기로 흐르게 제어되는 차량용 히트 펌프 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 바이패스라인(BL1)을 따라 이동하는 냉매의 압력은 제2 바이패스라인(BL2)을 따라 이동하는 냉매의 압력보다 낮은 차량용 히트 펌프 시스템.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 팽창수단은 냉매의 유량을 조절하는 전자식 팽창밸브인 차량용 히트 펌프 시스템.
13. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    제2 난방제습 모드시,
    상기 제1 팽창수단에 의해 상기 제2 열교환기로 흐르는 냉매의 흐름이 차단되고,
    상기 제2 흐름제어수단에 의해,
    상기 제1 열교환기에서 배출되는 냉매는 제2 바이패스라인(BL2)→제2 팽창수단→제3 열교환기→어큐뮬레이터→압축기→제1 열교환기로 흐르게 제어되는 차량용 히트 펌프 시스템.
14. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    차량 실내의 난방을 위해 상기 제1 바이패스라인(BL1)으로 냉매의 흐름이 형성되고, 차량 실내의 제습을 위해 제2 바이패스라인(BL2)으로 냉매의 흐름이 형성되는 제1 난방제습 모드; 및
    차량 실내의 난방 및 제습을 위해 제2 바이패스라인(BL2)으로 냉매의 흐름이 형성되는 제2 난방제습 모드를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.

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