KR20210058099A

KR20210058099A - 차량용 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR20210058099A
Application number: KR1020190145125A
Authority: KR
Inventors: 민요찬; 김윤진; 류재춘
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-11-13
Filing date: 2019-11-13
Publication date: 2021-05-24

Abstract

본 발명은 메인 공조장치와 보조 공조장치를 일체화하여, 컴팩트한 구조를 가지며, 냉매의 경로가 단축된 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것으로서, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 고온 냉매의 열을 방열하여 실내를 난방하는 실내열교환기, 응축된 저온 냉매에 외부 공기의 열을 흡열시켜 실내를 냉방하는 증발기가 실장된 메인 공조장치; 및 상기 메인 공조장치에 탈착 가능하게 결합되고, 난방 시 차량 엔진룸 공기를 유입 받거나, 냉방 시 차량 외부 공기를 유입 받는 실외열교환기가 실장된 보조 공조장치를 포함한다.

Description

차량용 히트 펌프 시스템{Heat pump system for vehicle}

본 발명은 차량용 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

차량용 공조장치는, 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다.

상기 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방시스템은, 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.

한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향전환밸브를 구비한다.

따라서, 방향전환밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.

이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 실내열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 실내열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 증발기(60)와, 상기 증발기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 증발기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.

도 1 중 도면부호 10은 상기 실내열교환기(32)와 증발기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.

상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 제2바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 실내열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.

에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 실내열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1바이패스 밸브(36), 실외열교환기(48), 제2팽창밸브(56), 증발기(60), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 증발기(60)가 증발기의 역할을 하게 되고, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 실내열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.

종래와 같은 히트펌프 시스템은 실외열교환기가 차량의 범퍼측에 위치하는데, 실외열교환기의 정비 보수를 위해서는 차량의 범퍼를 탈거해야 하는 번거로움이 있다. 더불어, 실외열교환기와 공조 케이스(실내열교환기, 증발기 탑재) 사이의 거리가 멀어지면서 냉매의 압력 강하 현상이 발생하는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 제2011-001869호(2011.01.06. 공개)

본 발명에 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 실외열교환기의 배치 구조를 개선하여, 실외열교환기의 접근성을 높이고 냉매의 순환 구조를 간소화한 차량용 히트 펌프 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 고온 냉매의 열을 방열하여 실내를 난방하는 실내열교환기, 응축된 저온 냉매에 외부 공기의 열을 흡열시켜 실내를 냉방하는 증발기가 실장된 메인 공조장치; 및 상기 메인 공조장치에 탈착 가능하게 결합되고, 난방 시 차량 엔진룸 공기를 유입 받거나, 냉방 시 차량 외부 공기를 유입 받는 실외열교환기가 실장된 보조 공조장를 포함한다.

실시예에 따르면, 상기 메인 공조장치에는 제1 결합부가 형성되고, 상기 보조 공조장치에는 상기 제1 결합부와 결합하는 제2 결합부가 형성될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부를 착탈 가능하게 결합시키는 결합수단을 더 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 결합수단은 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부를 관통하여 결합시키는 마운팅 핀을 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 결합수단은 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부 체결 결합시키는 클램프 부재를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 제1 결합부는 홈 또는 돌기 중 하나를 포함하고, 상기 제2 결합부는 상기 제1 결합부의 형상에 대응하는 홈 또는 돌기 중 다른 하나를 포함하여, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부는 끼움 결합될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 메인 공조장치는, 공기 흡입구와 공기 토출구가 구비되고, 공기 유로가 형성되는 메인 공조하우징을 포함하고, 상기 메인 공조하우징은, 상기 공기 흡입구가 형성되어, 상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 상기 실내열교환기 및 증발기로 안내하는 흡입부; 상기 실내열교환기 및 상기 증발기가 배치되는 공조부; 및 상기 공기 토출구가 형성되어, 상기 메인 공조모듈을 통과한 공기를 상기 공기 토출구로 안내하는 배출부를 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 공조부는 상기 메인 공조장치과 마주하는 일면에 상기 제1 결합부가 형성될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 흡입부는 차량의 외기를 흡입할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 메인 공조하우징은 상기 흡입부에서 분기되어 상기 흡입부로 흡입된 외기의 일부를 상기 보조 공조장치에 전달하는 외기 전달부를 더 포함할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 보조 공조장치는, 차량의 외기 또는 내기가 유입되는 유입부와, 상기 실외열교환기가 배치된 몸체부를 포함하는 보조 공조하우징을 포함하고, 상기 유입부는 일측으로 차량의 외기가 유입되고, 다른 일측으로 차량의 내기가 유입되어 상기 몸체부로 전달할 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 유입부는 양측으로 분기된 형상으로 형성되고, 일측이 상기 외기 전달부와 연결될 수 있다.

실시예에 따르면, 상기 실외열교환기는 상기 증발기 보다 낮게 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 메인 공조장치와 보조 공조장치를 일체화하여, 차량용 히트 펌프 시스템의 구조를 컴팩트(Compact)하게 구현할 수 있으며, 냉매의 경로를 단축하여 냉매의 압력 강하 현상을 완화할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에 의하면, 실외열교환기를 비교적 접근이 용이한 메인 공조장치 부근에 배치하여, 보수 정비 작업의 편의성을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은 실외열교환기를 증발기보다 아래에 배치하여, 증발기의 응축수 이용하여 실외열교환기의 방열을 유도함으로써, 실외열교환기의 방열 성능을 높이고 냉방 효율을 높일 수 있다.

도 1 은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 시 구동 상태를 도시한 구성도,
도 4은 본 발명의 일 실시예에 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 시 구동 상태를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 메인 공조장치 및 보조 공조장치의 결합된 상태를 도시한 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 메인 공조장치 및 보조 공조장치가 분리된 상태를 도시한 분해 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 메인 공조장치을 나타내는 사시도,
도 8은 도 7에서 제1 결합부 부위를 확대하여 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 보조 공조장치를 도시한 사시도

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

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에 관하여, 도 2를 참조로 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은, 냉매순환라인(R) 상에 순차적으로 연결되는 압축기(100), 실내열교환기(110), 제1 팽창밸브(120)와, 실외열교환기(130), 제2 팽창밸브(140), 제3 팽창밸브(150), 증발기(160) 및 칠러(190)를 포함한다.

그리고, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 실내열교환기(110) 및 증발기(160)가 설치된 메인 공조장치(1000)와, 상기 실외열교환기(130)가 설치된 보조 공조장치(2000)를 포함할 수 있다.

상기 압축기(100)는 냉매가 순환되는 냉매순환라인(R) 상에 설치되어 냉매를 압축한다. 이때, 압축기(100)는 고온고압의 냉매를 배출한다.

상기 실내열교환기(110)는 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매를 열교환시킨다. 상기 실내열교환기(110)는 상기 메인 공조장치(1000) 내부에 배치되고, 상기 증발기(160) 후측에 구비되어 차량 실내로 토출되는 공기를 가열한다. 즉, 상기 실내열교환기(110)는 난방을 수행한다. 이때 상기 메인 공조장치(1000) 내부에 설치된 템프도어(100d)에 의하여 상기 실내열교환기(1110)를 통과하는 공기 흐름을 조잘하여 냉, 난방을 조절할 수 있다.

상기 제1 팽창밸브(120)는 상기 실내열교환기(110)의 출구측 냉매순환라인(R)에 설치된다. 상기 제1 팽창밸브(120)는 난방 시에 상기 실내열교환기(110)에서 배출된 냉매가 응축되고, 상기 실내열교환기(110)에서 냉매가 증발되도록 작동되어 저온 저압의 상태로 냉매를 교축한다. 한편, 상기 제1 팽창밸브(120)는 냉방 시에는 냉매를 교축하지 않고 바이패스 시킨다.

상기 실외열교환기(130)는 냉방 시에 응축기와 같은 방열 역할을 수행하고, 난방 시에는 증발기와 같은 흡열 역할을 수행한다. 이때, 상기 실외열교환기(130)는 냉방 시에 실내 공기 보다 온도가 낮은 실외 공기를 공급받을 수 있다. 그리고, 상기 실외열교환기(130)는 난방 시에 실외 보다 온도가 높은 엔진룸 공기 또는 실내 공기를 공급받아 동작할 수 있다. 이처럼, 상기 실외열교환기(130)는 냉방 시에는 비교적 온도가 낮은 공기를 이용하여 응축하고, 난방 시에는 비교적 온도가 높은 공기를 이용하여 증발함으로써, 응축 성능과 증발 성능을 향상시킬 수 있다. 이때, 상기 실외열교환기(130)는 상기 제1 팽창밸브(120)의 교축 여부에 따라 동작한다.

또한, 상기 실외열교환기(130) 일측에는 팬(210)이 설치될 수 있다. 상기 팬(210)은 상기 실외열교환기(130) 표면의 방열 효율을 높이고 결과적으로 냉각수의 냉각 효율을 더욱 촉진시킨다. 이러한 팬(210)은 상기 실외열교환기(130) 주변의 공기를 강제적으로 통과시킴으로써 방열 성능을 향상시키는 역할을 하며 팬과 이를 구동하는 모터 및 상기 모터를 고정시키고 팬을 보호하는 슈라우드로 구성될 수 있다.

상기 제2 팽창밸브(140)는 상기 증발기(160)의 입구측에 설치된다. 상기 제2 팽창밸브(140)는 냉방 시에 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 저온 저압의 상태로 냉매를 교축한다. 한편, 상기 제2 팽창밸브(140)는 난방 시에 냉매를 교축하지 않고 바이패스 시킨다.

상기 제3 팽창밸브(150)는 차량용 전장품(200)이 과열되면, 차량용 전장품(200)으로 공급되는 냉매를 저온 저압의 상태로 냉매를 교축한다. 한편, 차량용 전장품(200)을 냉각하지 않을 경우에는 냉매를 교축하지 않고 바이패스 시킨다. 여기서, 차량 전장품(200)으로는 모터 및 인버터가 예시될 수 있다. 그리고, 상기 칠러(190)는 어큐뮬레이터(170)를 포함할 수 있다.

상기 증발기(160)는 상기 메인 공조장치(1000)의 내부에 설치되어, 상기 메인 공조장치(1000) 내부의 공기와 상기 압축기(100)로 공급되는 냉매를 열교환시킨다. 이때, 상기 증발기(160)는 저압의 액상 냉매를 증발시킴으로써 공기를 가열하여 냉각을 수행한다.

상기 칠러(190)는 상기 제3 팽창밸브(150)에서 교축된 냉매와 상기 전장품(200)을 냉각하기 위한 냉각수를 열교환시켜 상기 냉각수를 냉각한다. 상기 칠러(190)는 냉방 시에 냉각수가 유동되어 열교환이 이루어지는 부분으로, 상기 실내열교환기(110)와 함께 냉방 설정에 따라 상기 증발기(160)로 공급되는 냉매를 응축할 수 있다.

상기 어큐뮬레이터(170)는 칠러(190)에 의해 냉매가 응축될 때, 액상 냉매를 분리하여 기상 냉매를 상기 압축기(100)에 전달한다.

이하에서는, 상기 차량용 히트 펌프 시스템이 냉, 난방 시에 작동하는 원리에 관하여 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 냉방 시에 구동 상태를 도시한 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템의 난방 시에 구동 상태를 도시한 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 냉방 시, 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매가 실내열교환기(110), 실외열교환기(130), 제2 팽창밸브(140), 증발기(160) 및 어큐뮬레이터(170)를 순차적으로 순환한다. 또는, 상기 압축된 냉매가 실내열교환기(110), 실외열교환기(130), 제3 팽창밸브(150), 칠러(190) 및 어큐뮬레이터(170)를 순차적으로 순환한다.

먼저, 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(110)를 통과한다. 이때, 상기 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(110)를 열교환없이 통과한다. 한편, 상기 메인 공조장치(1000)의 템프도어(110d)는 실내열교환기(110)를 통과하는 공기의 흐름을 차단한다. 그리고, 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(120)를 바이패스하여 실외열교환기(130)로 공급된다. 이때, 상기 실외열교환기(130)는 공급된 냉매와 공기를 열교환하여, 응축기와 같은 방열 역할을 수행한다. 이때, 상기 실외열교환기(130)는 차량의 외부 공기를 공급받아 열교환함으로써 응축 성능을 높일 수 있다. 그리고 상기 실외 열교환기(130)를 통과한 냉매는 제2 및 제3 팽창밸브(140)(150)에서 각각 교축된다. 그리고 교축된 냉매는 상기 증발기(160)와 상기 칠러(190)로 공급되어 증발된다. 이때, 상기 증발기(160)로 공급된 냉매는 증발되면서 실내를 냉방시키고, 상기 칠러(190)로 공급된 냉매는 증발되면서 차량용 전장품(200)을 냉각시킬 수 있다. 그리고, 상기 증발기(160)와 상기 칠러(190)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(170)로 이동한 후 상기 압축기(100)로 공급되어 압축된다.

도 4를 참조하면, 상기 차량용 히트 펌프 시스템은 난방 모드 시, 상기 압축기(100)에서 배출된 냉매가 실내열교환기(110), 제1 팽창밸브(120), 실외열교환기(130)를 순차적으로 순환한다.

먼저, 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매는 상기 실내열교환기(110)를 통과하면서 공기와 열교환한다. 이때, 실내열교환기(110)를 통과하는 냉매는 응축에 의한 방열 작용으로 실내로 토출되는 공기를 가열한다. 이때, 상기 메인 공조장치(1000)의 탬프도어(100d)는 실내열교환기(110)를 통과하는 공기가 실내로 유입되도록 동작한다. 한편, 상기 메인 공조장치(1000) 내의 PTC 히터(H)가 동작하여 실내 공기를 추가적으로 가열할 수 있다.

그리고, 상기 실내열교환기(110)를 통과한 냉매는 상기 제1 팽창밸브(120)로 공급되어 교축된다. 그리고 상기 교축된 냉매는 상기 실외열교환기(130)로 공급되어 증발된다. 그리고, 상기 증발된 냉는 제2 팽창밸브(140) 및 상기 증발기(160)를 통과하지 않고 압축기(100)로 공급된다.

상기 차량용 히트 펌프 시스템은, 메인 공조장치(1000)와, 보조 공조장치(2000)를 포함한다. 이때, 메인 공조장치(1000) 내부에는 상기 실내열교환기(110) 및 증발기(160)가 설치되고, 보조 공조장치(2000)의 내부에는 상기 실외열교환기(130)와 상기 팬(210)이 설치될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 차량용 히트 펌프 시스템에서 메인 공조장치(2000)와 보조 공조장치(2000)에 관하여, 도 5 내지 도 9를 참조로 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 메인 공조장치 및 보조 공조장치의 결합된 상태를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 메인 공조장치 및 보조 공조장치가 분리된 상태를 도시한 분해 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 메인 공조장치를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7에서 제1 결합부 부위를 확대하여 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템에서 보조 공조장치를 도시한 사시도이다.

상기 메인 공조장치(1000)는 차량의 외기 또는 내기를 공조하여 차량의 내실로 토출시킨다. 상기 메인 공조장치(1000)는 차량의 엔진룸에 배치될 수 있다. 이때, 상기 메인 공조장치(1000)는 차량의 외기 또는 엔진룸 내부의 내기를 흡입하여, 상기 실내열교환기(110) 및 상기 증발기(160)를 통해 공조한 후에 차량의 내실로 토출할 수 있다. 그리고, 상기 메인 공조장치(1000)의 일측에는 상기 보조 공조장치(2000)와 결합하는 제1 결합부(1100)가 형성될 수 있다.

상기 메인 공조장치(1000)는 메인 공조하우징(1200) 및 상기 메인 공조하우징(1200)에 내장되는 실내열교환기(110) 및 증발기(160)를 포함할 수 있다.

상기 메인 공조하우징(1200)은 공기 흡입구(1201)와 공기 토출구가 구비되고, 내부에 공기 유로가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 공기 유로 실내열교환기(110) 및 증발기(160)가 배치된다.

도 7을 참조하면, 상기 메인 공조하우징(1200)은 흡입부(1210), 공조부(1220) 및 배출부(1230)로 구성될 수 있다. 상기 흡입부(1210)는 외부의 공기를 흡입하여, 상기 메인 공조모듈로 안내한다. 이때, 상기 흡입부(1210)는 차량의 외기를 흡입할 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 흡입부(1210)에는 차량의 외부와 연결되는 공기 흡입구(1201)가 형성될 수 있다. 상기 공기 흡입구(1201)는 윈도와 연결된 앞쪽 패널 부위의 카울(Cowl)을 통해 외부와 연결될 수 있다. 이때, 상기 흡입부(1210)는 상기 공기 흡입구(1201)를 통해 흡입된 공기를 상기 공조부(1220)를 향해 안내할 수 있다. 그리고, 상기 흡입부(1210)는 상기 보조 공조장치(2000)의 내부로 연결되는 외기 전달부(1211)와 연결될 수 있다. 외기 전달부(1211)는 상기 흡입부(1210)로부터 분기되어, 상기 흡입부(1210)를 통해 흡입된 외기 중 일부를 상기 보조 공조장치(2000)로 전달할 수 있다.

상기 공조부(1220)는 내부에 공기 유로가 형성된다. 상기 공기 유로에 배치된 상기 실내열교환기(110) 및 상기 증발기(160)는 상기 흡입부(1210)를 통해 흡입된 공기와 열교환하여, 냉풍 또는 온풍을 생성한다.

상기 배출부(1230)는 공기 토출구가 형성된다. 이때, 상기 배출부(1230)는 상기 공조부(1220)에서 상기 증발기(160) 및 상기 실내열교환기(110)를 통과한 공기를 상기 공기 토출구로 안내할 수 있다.

상기 보조 공장치(2000)는 상기 메인 공조장치(1000)에 착탈 가능하게 결합한다.

상기 보조 공조장치(2000)는 상기 메인 공조장치(1000)를 통과하거나 상기 메인 공조장치(1000)로 유입되는 냉매를 열교환시킨다. 이때, 상기 보조 공조장치(2000)에는 상기 제1 결합부(1100)와 결합하는 제2 결합부(2100)가 형성될 수 있다.

상기 보조 공조장치(2000)는 보조 공조하우징(2200) 및 상기 보조 공조하우징(2200)에 실장되는 실외열교환기(130)와 팬(210)을 포함할 수 있다.

상기 보조 공조하우징(2000)은 유입부(2210)와 몸체부(2220)를 포함할 수 있다.

상기 유입부(2210)는 양측으로 분기된 형상일 수 있다. 이때, 상기 유입부(2210)의 일측으로 차량의 외기가 유입되고, 다른 일측으로 내기가 유입될 수 있다. 이때 상기 유입부(2210)는 제1 공기 유입구(2201)와 제2 공기 유입구(2202)를 포함할 수 있다.

제1 공기 유입구(2201)는 차량의 외기가 유입될 수 있다. 이때, 상기 제1 공기 유입구(2201)는 상기 외기 전달부(1211)와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 제2 공기 유입구(2202)는 차량의 내기, 즉 엔진룸의 공기가 유입될 수 있다.

상기 몸체부(2220)는 상기 유입부(2210)의 하부에 연결될 수 있다. 이때, 상기 몸체부(2220)는 상기 유입부(2210) 보다 낮게 배치되어, 상측에서 공기가 유입될 수 있다. 그리고, 상기 몸체부(2220)에는 상기 실외열교환기(130) 및 팬(210)이 실장될 수 있다. 이때, 상기 실외열교환기(130)는 상기 증발기(160) 보다 낮게 배치되어, 냉방 시 상기 증발기(160)의 응축수에 의해 방열이 유도될 수 있다. 이러한 차량용 히트 펌프 시스템은 상기 증발기(160)의 응축수 이용하여 실외열교환기의 방열을 유도하여, 상기 실외열교환기(130)의 냉방 성능을 높일 수 있다.

도 6을 참조하면, 상기 보조 공조장치(2000)는 제1 공기유로(A)의 공기와 제1 공기유로(B)의 공기가 유입될 수 있다. 이때, 제1 공기유로(A)는 차량의 외기 유입되어 실외열교환기(130) 및 팬(210)을 통과하고, 제2 공기유로(B)는 차량의 내기 또는 엔진룸의 공기가 유입되어 실외열교환기(130) 및 팬(210)을 통과한다.

이때, 상기 제1 공기유로(A)의 공기는 상기 메인 공조장치(1000)의 공기 흡입구(1201)를 통해 흡입되어, 상기 보조 공조장치(2000)로 공급된다. 상기 공기 흡입구(1201)로 흡입된 공기는 상기 흡입부(1210)를 통과하며, 상기 흡입부(1210)에서 분기된 상기 외기전달부(1211)를 통해 상기 제1 공기 유입구(2201)로 전달된다. 그리고 공기 유입구(2201)를 통과한 공기는 상기 몸체부(2220)로 이동하여, 실외열교환기(130) 및 팬(210)을 통과한다.

그리고, 상기 제2 공기유로(B)의 공기는 상기 보조 공조장치(2000)의 제2 공기 유입구(2202)를 통해 유입된다. 그리고, 제2 공기 유입구(2202)를 통과한 공기는 상기 몸체부(2220)로 이동하여, 실외열교환기(130) 및 팬(210)을 통과한다.

상기 결합수단(3000)은 상기 메인 공조장치(1000)와 보조 공조장치(2000)를 결합시켜 준다. 이때, 상기 결합수단(3000)은 상기 제1 결합부(1100) 및 상기 제2 결합부(2100)를 착탈 가능하게 결합시켜 줄 수 있다.

상기 제1 결합부(1100) 및 상기 제2 결합부(2100)에는 각각 관통홀이 형성되고, 상기 결합수단(3000)은 상기 제1 결합부(1100)와 상기 제2 결합부(2100)를 관통하여 결합시키는 마운팅 핀(P)을 포함할 수 있다.

한편, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 결합수단(3000)은 상기 제1 결합부(1100) 및 상기 제2 결합부(2100) 체결 결합시키는 클램프 부재(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 결합수단(3000)이 생략되고, 상기 제1 결합부는 홈 또는 돌기 중 하나를 포함하고, 상기 제2 결합부는 상기 제1 결합부의 형상에 대응하는 홈 또는 돌기 중 다른 하나를 포함하여, 상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부는 끼움 결합될 수 있다. 이때, 상기 결합수단(3000)은 상기 메인 공조장치(1000)와 상기 보조 공조장치(2000)를 착탈 가능하도록 결합시키는 다양한 변형례가 적용 가능하다.

이러한 본 발명에 따른 차량용 히트 펌프 시스템은, 메인 공조장치과 보조 공조장치를 일체화하여, 차량용 히트 펌프 시스템의 구조를 컴팩트(Compact)하게 구현할 수 있으며, 냉매의 경로를 단축하여 냉매의 압력 강하 현상을 완화하고, 배관 구조를 간소화할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

100: 압축기
110: 실내열교환기
120: 제1 팽창밸브
130: 실외열교환기
140: 제2 팽창밸브
150: 제3 팽창밸브
210: 팬
1000: 메인 공조장치
1100: 제1 결합부
2000: 보조 공조장치
2100: 제2 결합부
2201: 제1 유로
2202: 제2 유로
3000: 결합수단

Claims

고온 냉매의 열을 방열하여 실내를 난방하는 실내열교환기, 응축된 저온 냉매에 외부 공기의 열을 흡열시켜 실내를 냉방하는 증발기가 실장된 메인 공조장치;
상기 메인 공조장치에 탈착 가능하게 결합되고, 난방 시 차량 엔진룸 공기를 유입 받거나, 냉방 시 차량 외부 공기를 유입 받는 실외열교환기가 실장된 보조 공조장치를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 메인 공조장치에는 제1 결합부가 형성되고,
상기 보조 공조장치에는 상기 제1 결합부와 결합하는 제2 결합부가 형성되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부를 착탈 가능하게 결합시키는 결합수단을 더 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 결합수단은
상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부를 관통하여 결합시키는 마운팅 핀을 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 결합수단은
상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부를 체결 결합시키는 클램프 부재를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 결합부는 홈 또는 돌기 중 하나를 포함하고,
상기 제2 결합부는 상기 제1 결합부의 형상에 대응하는 홈 또는 돌기 중 다른 하나를 포함하여,
상기 제1 결합부와 상기 제2 결합부는 끼움 결합되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 메인 공조장치는 메인 공조하우징을 포함하고,
상기 메인 공조하우징은,
공기 흡입구가 형성되어, 상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 상기 실내열교환기 및 상기 증발기로 안내하는 흡입부;
상기 실내열교환기 및 상기 증발기가 배치되는 공조부; 및
공기 토출구가 형성되어, 상기 실내열교환기 및 상기 증발기를 통과한 공기를 상기 공기 토출구로 안내하는 배출부를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제2항 또는 제7항에 있어서,
상기 공조부는 상기 보조 공조장치와 마주하는 일면에 상기 제1 결합부가 형성되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제7항에 있어서,
상기 흡입부는 차량의 외기를 흡입하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제9항에 있어서,
상기 메인 공조하우징은 상기 흡입부에서 분기되어 흡입된 외기의 일부를 상기 보조 공조장치에 전달하는 외기 전달부를 더 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제10항에 있어서,
상기 보조 공조장치는 보조 공조하우징을 포함하고,
상기 보조 공조하우징은,
일측으로 차량의 외기가 유입되고, 다른 일측으로 차량의 내기가 유입되는 유입부 및
상기 유입부의 하측에 배치되고, 상기 실외열교환기가 실장되는 몸체부를 포함하는 차량용 히트 펌프 시스템.
제11항에 있어서,
상기 유입부는 양측으로 분기된 형상으로 형성되어,
일측이 상기 외기 전달부와 연결되는 차량용 히트 펌프 시스템.
제11항에 있어서,
상기 실외열교환기는 상기 증발기 보다 낮게 배치되는 차량용 히트 펌프 시스템.