KR20220040794A

KR20220040794A - 차량용 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20220040794A
Application number: KR1020200123945A
Authority: KR
Inventors: 김재완; 김재연; 김연호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2022-03-31
Also published as: US11505034B2; CN114248597A; US20220088995A1; DE102021122363A1

Abstract

차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매와 냉각수가 열교환 되는 하나의 칠러를 이용하여 배터리 모듈의 온도를 조절하고, 차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 선택적으로 작동하는 가스 인젝션부를 적용하여 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방성능을 극대화시킬 수 있도록 한다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매와 냉각수가 열교환 되는 하나의 칠러를 이용하여 배터리 모듈의 온도를 조절하고, 가스 인젝션부를 적용하여 난방성능을 향상시키도록 하는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공기조화 시스템은 자동차의 실내를 난방하거나 냉방하기 위하여 냉매를 순환시키는 에어컨 장치를 포함한다.

이러한 에어컨 장치는 외부의 온도변화에 관계없이 자동차 실내의 온도를 적당한 온도로 유지하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있도록 하는 것으로 압축기의 구동에 의하여 토출되는 냉매가 응축기, 리시버 드라이어, 팽창밸브 및 증발기를 거쳐 다시 압축기로 순환하는 과정에서 응축기와 증발기에 의한 열교환에 의하여 자동차의 실내를 난방 또는 냉방하도록 구성된다.

즉, 에어컨 장치는 여름철 냉방모드 시에는 압축기로부터 압축된 고온, 고압의 기상냉매가 응축기를 통하여 응축된 후 리시버 드라이어 및 팽창밸브를 거쳐 증발기에서의 증발을 통하여 실내의 온도 및 습도를 낮추게 된다.

한편, 최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있는 친환경 자동차의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 친환경 자동차는 보통 연료전지나 전기를 동력원으로 하여 구동되는 전기 자동차나, 엔진과 배터리를 이용하여 구동되는 하이브리드 자동차로 구분된다.

이러한 친환경 차량 중, 전기자동차 또는 하이브리드 차량에는 일반 차량의 공기조화장치와는 달리 별도의 히터가 사용되지 않으며, 친환경 차량에 적용되는 공기조화장치를 통상적으로 히트펌프 시스템이라 한다.

한편, 전기 자동차의 경우에는 산소와 수소의 화학적 반응 에너지를 전기 에너지로 전환하여 구동력을 발생시키게 되며, 이 과정에서 연료전지 내의 화학적 반응에 의해 열에너지가 발생되는 바, 발생된 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료전지의 성능 확보에 있어 필수적이다.

그리고 하이브리드 자동차에서도 일반적인 연료로 작동하는 엔진과 함께, 상기한 연료전지나, 전기 배터리로부터 공급되는 전기를 이용해 모터를 구동시켜 구동력을 발생시키게 되는 바, 연료전지나 배터리, 및 모터로부터 발생되는 열을 효과적으로 제거해야만 모터의 성능을 확보할 수 있게 된다.

이에 따라, 종래 기술에 따른 하이브리드 차량이나 전기 자동차에서는 모터와 전장품, 및 연료전지를 포함하는 배터리의 발열을 방지하도록 냉각수단, 및 히트펌프 시스템과 함께, 배터리 냉각 시스템이 각각 별도의 밀폐회로로 구성해야만 한다.

따라서, 차량의 전방에 배치되는 쿨링모듈의 크기 및 중량이 증가되고, 엔진룸 내부에서 각각의 히트펌프 시스템과 냉각수단 및 배터리 냉각 시스템으로 냉매 또는 냉각수를 공급하는 연결배관들의 레이아웃이 복잡해지는 단점이 있다.

또한, 배터리가 최적성능을 발휘되도록 차량의 상태에 따라 배터리를 승온 또는 냉각시키는 배터리 냉각 시스템이 별도로 구비되는 바, 각 연결배관과 연결하기 위한 다수개의 밸브가 적용되고, 이 밸브들의 빈번한 개폐작동으로 인한 소음 및 진동이 차량 실내로 전달되어 승차감이 저하되는 단점도 있다.

또한, 차량 실내를 난방할 경우에는 열원의 부족으로 인해 난방성능이 저하되고, 전기히터의 사용으로 인해 전기 소모량이 증가되며, 압축기의 소모동력이 증대되는 등의 단점도 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 냉매와 냉각수가 열교환 되는 하나의 칠러를 이용하여 배터리 모듈의 온도를 조절함으로써, 시스템의 단순화가 가능한 차량용 히트펌프 시스템을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 선택적으로 작동하는 가스 인젝션부를 적용하여 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방성능을 극대화시킬 수 있도록 하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매라인을 통해 냉매를 순환시키는 에어컨 장치; 냉각수 라인을 통해 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환장치; 상기 냉각수 순환장치와 상기 냉각수 라인을 통해 연결되고, 상기 냉매라인과 냉매 연결라인을 통해 연결되며, 선택적으로 유입되는 냉각수를 상기 에어컨 장치로부터 공급된 냉매와 열교환시켜 냉각수의 온도를 조절하는 칠러; 및 상기 에어컨 장치에 구비되며, 내부 컨덴서를 통과한 냉매 중, 일부의 냉매를 압축기로 바이패스 시켜 상기 냉매라인을 순환하는 냉매의 유량을 증대시키는 가스 인젝션부; 를 포함하고, 상기 에어컨 장치에 구비되는 열교환기는 상기 냉각수 순환장치로부터 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인을 통해 상기 냉각수 순환장치와 연결될 수 있다.

상기 에어컨 장치는 냉매라인을 통해 연결되는 증발기와, 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 증발기를 통과한 외기가 상기 내부 컨덴서에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 내부에 구비된 HVAC모듈; 상기 냉매라인을 통해 공급된 냉매를 상기 냉각수 순환장치에서 공급된 냉각수와 열교환시키는 상기 열교환기; 상기 증발기와 상기 열교환기 사이에서 상기 냉매라인을 통해 연결되는 압축기; 상기 열교환기와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 서브 컨덴서; 상기 서브 컨덴서와 상기 증발기를 연결하는 상기 냉매라인에 구비되는 제1 팽창밸브; 상기 냉매 연결라인에 구비되는 제2 팽창밸브; 상기 증발기와 상기 압축기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 어큐뮬레이터; 일단이 상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서 사이에서 상기 냉매라인에 냉매밸브를 통해 연결되며, 타단은 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 분기라인; 및 일단이 상기 내부 컨덴서와 상기 열교환기 사이에서 일단이 상기 냉매라인과 연결되고, 타단은 상기 증발기와 상기 제1 팽창밸브 사이에서 상기 냉매라인에 연결되며, 체크밸브가 구비되는 제습 라인; 을 포함할 수 있다.

상기 냉매 연결라인의 일단은 상기 서브 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브 사이에서 상기 냉매라인에 연결되고, 상기 냉매 연결라인의 타단은 상기 어큐뮬레이터와 상기 증발기 사이에서 상기 냉매라인에 연결될 수 있다.

상기 제2 팽창밸브는 차량의 모드에 따라 상기 서브 컨덴서를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시켜 상기 냉매 연결라인으로 유입시킬 수 있다.

상기 가스 인젝션부는 상기 내부 컨덴서와 상기 열교환기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되고, 상기 내부 컨덴서를 통과한 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출하는 기액 분리기(gas-liquid separator); 상기 기액 분리기와 상기 압축기를 연결하며, 상기 기액 분리기로부터 기체상태의 냉매를 상기 압축기에 선택적으로 공급하는 공급라인; 상기 공급라인에 구비되는 조절밸브; 상기 내부 컨덴서와 상기 기액 분리기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제3 팽창밸브; 및 상기 기액 분리기와 상기 열교환기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제4 팽창밸브; 를 포함할 수 있다.

차량의 난방모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동될 경우, 상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고, 상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급할 수 있다.

차량의 난방모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동되지 않을 경우, 상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 통과시키고, 상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급할 수 있다.

차량의 제습 모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동되지 않을 경우, 상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 통과시키고, 상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급할 수 있다.

차량의 제습 모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동될 경우, 상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고, 상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급할 수 있다.

차량의 냉방모드에서 상기 제3, 및 제4 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 팽창시키지 않은 상태로 상기 냉매라인을 통해 유동시킬 수 있다.

상기 조절밸브는 상기 가스 인젝션부가 작동될 경우, 상기 공급라인이 개방되도록 작동할 수 있다.

상기 제2, 제3, 및 제4 팽창밸브는 냉매를 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.

상기 열교환기는 상기 제4 팽창밸브의 선택적인 작동에 따라, 상기 기액 분리기에서 배출된 냉매를 냉각수와 열교환을 통해 추가로 응축 또는 증발시킬 수 있다.

차량의 냉방모드에서 배터리 모듈을 냉각할 경우, 상기 냉각수 순환장치는 상기 열교환기와 상기 칠러에 연결된 상기 냉각수 라인을 통해 상기 컨덴서와 상기 칠러에 냉각수를 공급하고, 상기 에어컨 장치에서는 상기 제2 팽창밸브의 작동을 통해 상기 냉매 연결라인이 개방되고, 상기 냉매라인과 상기 냉매 연결라인을 따라 냉매가 순환되며, 팽창된 냉매가 상기 증발기와 상기 칠러에 각각 공급되도록 상기 제1, 및 제2 팽창밸브는 냉매를 팽창시키며, 상기 분기라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 폐쇄되고, 상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서를 연결하는 상기 냉매라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 개방되며, 상기 열교환기는 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 응축시키고, 상기 서브 컨덴서는 외기와 열교환을 통해 냉매를 추가로 응축시킬 수 있다.

차량의 난방모드일 경우, 상기 냉각수 순환장치는 상기 열교환기에 연결된 상기 냉각수 라인을 통해 상기 열교환기에 냉각수를 공급하고, 상기 에어컨 장치에서는 상기 제1 팽창밸브의 작동을 통해 상기 서브 컨덴서와 상기 증발기를 연결하는 상기 냉매라인이 폐쇄되고, 상기 제2 팽창밸브의 작동을 통해 상기 냉매 연결라인이 폐쇄되며, 상기 제4 팽창밸브는 냉매를 팽창시키고, 상기 분기라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 개방되며, 상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서를 연결하는 상기 냉매라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 폐쇄되고, 상기 열교환기는 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 증발시키며, 상기 가스 인젝션부는 선택적으로 작동될 수 있다.

차량의 제습 모드일 경우, 상기 냉각수 순환장치는 상기 열교환기에 연결된 상기 냉각수 라인을 통해 상기 열교환기에 냉각수를 공급하고, 상기 에어컨 장치에서는 상기 제1 팽창밸브의 작동을 통해 상기 서브 컨덴서와 상기 증발기를 연결하는 상기 냉매라인이 폐쇄되고, 상기 제2 팽창밸브의 작동을 통해 상기 냉매 연결라인이 폐쇄되며, 상기 분기라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 개방되고, 상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서를 연결하는 상기 냉매라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 폐쇄되며, 상기 열교환기는 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 증발시키고, 상기 제4 팽창밸브는 냉매를 팽창시키며, 상기 제습 라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동을 통해 팽창된 냉매가 상기 증발기에 공급되도록 상기 체크밸브의 작동을 통해 개방되고, 상기 가스 인젝션부는 선택적으로 작동될 수 있다.

상기 가스 인젝션부는 상기 컨덴서와 상기 서브 컨덴서 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 판형 열교환기; 일단이 상기 컨덴서와 상기 판형 열교환기 사이에서 상기 냉매라인에 연결되고, 타단은 상기 판형 열교환기를 통과하여 상기 압축기에 연결되는 공급라인; 상기 판형 열교환기의 전단에서 상기 공급라인에 구비되는 제3 팽창밸브; 및 상기 판형 열교환기와 상기 서브 컨덴서 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제4 팽창밸브; 를 포함할 수 있다.

상기 열교환기는 수랭식 열교환기 이고, 상기 서브 컨덴서는 공랭식 열교환기 일 수 있다.

상기 가스 인젝션부는 차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 선택적으로 작동할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 의하면, 냉각수와 냉매가 열교환 되는 하나의 칠러를 이용하여 차량의 모드에 따라 배터리 모듈의 온도를 조절함으로써, 시스템의 간소화 및 단순화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 배터리 모듈의 온도를 효율적으로 조절함으로써, 배터리 모듈의 최적 성능 발휘가 가능해지고, 효율적인 배터리 모듈의 관리를 통해 차량의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 가스 인젝션부를 적용해 차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 선택적으로 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방성능을 극대화시킬 수 있다.

나아가, 본 발명은 전체 시스템의 간소화를 통해 제작원가 절감 및 중량 축소가 가능하고, 공간 활용성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 적용되는 가스 인젝션부의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 냉방 모드 시에 냉매를 이용해 배터리 모듈을 냉각시키는 것에 대한 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 난방모드에 대한 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제습 모드에 대한 작동 상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서에 기재된 “...유닛”, “...수단”, “...부”, “...부재” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매와 냉각수가 열교환 되는 칠러(40)를 이용하여 배터리 모듈(미도시)의 온도를 조절하고, 가스 인젝션부(30)를 적용하여 난방성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 히트펌프 시스템은 전기 자동차에서 전장품과 상기 배터리 모듈에 냉각수를 공급하는 냉각수 순환장치(3)와 실내를 냉방 및 난방하기 위한 공조장치인 에어컨 장치(10)가 상호 연동될 수 있다.

즉, 도 1을 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 상기 냉각수 순환장치(3), 상기 에어컨 장치(10), 및 상기 칠러(40)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 냉각수 순환장치(3)는 냉각수 라인(5)을 통해 냉각수를 순환시킨다. 이러한 냉각수 순환장치(3)는 미도시된 전장품, 및 배터리 모듈과 상기 냉각수 라인(5)을 통해 연결될 수 있다.

또한, 상기 냉각수 순환장치(3)는 미도시된 라디에이터, 워터펌프, 및 리저버 탱크 등을 포함할 수 있다.

상기 전장품(미도시)은 전력제어장치(Electric Power Control Unit, EPCU), 또는 모터, 또는 인버터, 또는 충전기(On Board Charger, OBC) 등의 전력변환장치와, 자율주행 제어기를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 전장품은 상기 냉각수 라인(5)과 연결되어 수랭식으로 냉각될 수 있다.

이러한 냉각수 순환장치(3)는 워터펌프의 작동을 통해 라디에이터에서 냉각된 냉각수를 상기 냉각수 라인(5)을 따라 순환시킴으로써, 상기 전장품(미도시), 또는 상기 배터리 모듈(미도시)이 과열되지 않도록 냉각시키게 된다.

본 실시예에서, 상기 에어컨 장치(10)는 냉매라인(11)을 통해 연결되는 상기 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning : 12), 열교환기(13), 서브 컨덴서(14), 제1 팽창밸브(15), 증발기(16), 및 어큐뮬레이터(17), 압축기(19), 냉매 연결라인(21), 제2 팽창밸브(23), 분기라인(25), 제2 팽창밸브(23), 및 제습 라인(51)을 포함한다.

먼저, 상기 HVAC 모듈(12)은 상기 냉매라인(11)을 통해 연결되는 상기 증발기(16)와, 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 상기 증발기(16)를 통과한 외기가 내부 컨덴서(12a)에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어(12b)가 내부에 구비된다.

즉, 상기 개폐도어(12b)는 차량의 난방모드에서 상기 증발기(16)를 통과한 외기가 상기 내부 컨덴서(12a)로 유입되도록 개방된다.

반대로, 차량의 냉방모드에서 상기 개폐도어(12b)는 상기 증발기(16)를 통과하면서 냉각된 외기가 차량 내부로 바로 유입되도록 상기 내부 컨덴서(12a) 측을 폐쇄하게 된다.

상기 내부 컨덴서(12a)는 상기 압축기(19)로부터 공급된 냉매를 외기와 열교환시켜 응축할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 열교환기(13)는 상기 냉매라인(11)과 연결되어 냉매가 통과된다. 이러한 열교환기(13)는 상기 냉각수 순환장치(3)로부터 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 순환장치(3)와 상기 냉각수 라인(5)을 통해 연결될 수 있다.

즉, 상기 열교환기(13)는 상기 냉각수 라인(5)을 통해 공급된 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 응축, 또는 증발시킬 수 있다. 이러한 열교환기(13)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.

본 실시예에서, 상기 서브 컨덴서(14)는 상기 열교환기(13)와 상기 증발기(16)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

상기 제1 팽창밸브(15)는 상기 서브 컨덴서(14)와 상기 증발기(16)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비된다. 상기 제1 팽창밸브(15)는 상기 서브 컨덴서(14)를 통과한 냉매를 공급받아 팽창시키게 된다.

상기 어큐뮬레이터(17)는 상기 증발기(16)와 상기 압축기(19) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비된다.

이러한 어큐뮬레이터(17)는 상기 압축기(19)에 기체 상태의 냉매만 공급함으로써, 상기 압축기(19)의 효율 및 내구성을 향상시킨다.

상기 압축기(19)는 상기 증발기(16)와 상기 열교환기(14) 사이에서 상기 냉매라인(11)을 통해 연결된다. 이러한 압축기(19)는 기체 상태의 냉매를 압축시키고 압축된 냉매를 상기 내부 컨덴서(12a)에 공급할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 냉매 연결라인(21)의 일단은 상기 서브 컨덴서(14)와 상기 제1 팽창밸브(15) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결된다. 그리고 상기 냉매 연결라인(21)의 타단은 상기 증발기(16)와 상기 어큐뮬레이터(17)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결될 수 있다.

한편, 상기 냉매 연결라인(21)에는 상기 제2 팽창밸브(23)가 구비될 수 있다.

상기 제2 팽창밸브(23)는 차량의 모드에 따라 상기 서브 컨덴서(14)를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시켜 상기 냉매 연결라인(21)으로 유입시키거나, 상기 냉매 연결라인(21)으로 통과시킬 수 있다.

보다 상세하게, 상기 제2 팽창밸브(23)는 냉매와 열교환된 냉각수를 이용해 상기 배터리 모듈(미도시)을 냉각할 경우, 상기 냉매 연결라인(21)을 통해 유입되는 냉매를 팽창시켜 상기 칠러(40)로 유입시킬 수 있다.

즉, 상기 제2 팽창밸브(23)는 상기 서브 컨덴서(14)로부터 배출된 냉매를 팽창시켜 그 온도를 저하시킨 상태로 상기 칠러(40)에 유입시킴으로써, 상기 칠러(40)의 내부를 통과하는 냉각수의 수온을 더욱 저하시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 배터리 모듈(미도시)에는 상기 칠러(40)를 통과하면서 수온이 낮아진 냉각수가 유입되어 보다 효율적으로 냉각될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 분기라인(25)의 일단은 상기 열교환기(13)와 상기 서브 컨덴서(14) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 냉매밸브(24)를 통해 연결된다. 상기 분기라인(25)의 타단은 상기 어큐뮬레이터(17)에 연결된다.

이러한 분기라인(25)은 차량의 난방모드, 또는 제습모드에서 상기 냉매밸브(24)의 작동을 통해 개방될 수 있다. 이 때, 상기 냉매밸브(24)는 상기 서브 컨덴서(14)와 연결된 상기 냉매라인(11)을 폐쇄할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제습 라인(51)의 일단은 상기 내부 컨덴서(12a)와 상기 열교환기(13) 사이에서 일단이 상기 냉매라인(11)과 연결된다.

상기 제습 라인(51)의 타단은 상기 증발기(16)와 상기 제1 팽창밸브(15) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결되다. 여기서, 상기 제습 라인(51)에는 체크밸브(53)가 구비될 수 있다.

즉, 상기 제습 라인(51)은 차량의 제습 모드에서 상기 체크밸브(53)의 작동을 통해 개방될 수 있다.

그리고 상기 압축기(19)는 상기 증발기(16)와 상기 열교환기(14) 사이에서 상기 냉매라인(11)을 통해 연결된다. 이러한 압축기(19)는 기체 상태의 냉매를 압축시키고 압축된 냉매를 상기 내부 컨덴서(12a)에 공급할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 히트펌프 시스템은 가스 인젝션부(30)를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 인젝션부(30)는 상기 에어컨 장치(10)에 구비된다. 이러한 가스 인젝션부(30)는 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과한 냉매 중, 일부의 냉매를 상기 압축기(19)로 바이패스 시켜 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 가스 인젝션부(30)는 차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 선택적으로 작동될 수 있다.

이와는 반대로, 상기 가스 인젝션부(30)는 차량의 냉방모드에서 작동이 중단될 수 있다.

여기서, 상기 가스 인젝션부(30)는 기액 분리기(31), 공급라인(32), 조절밸브(33), 제3 팽창밸브(34), 및 제4 팽창밸브(35)를 포함한다.

먼저, 상기 기액 분리기(31)는 상기 내부 컨덴서(12a)와 상기 열교환기(13) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비된다.

이러한 기액 분리기(31)는 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과하면서 열교환이 완료된 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출할 수 있다.

상기 공급라인(32)은 상기 기액 분리기(31)와 상기 압축기(19)를 연결한다. 이러한 공급라인(32)은 상기 기액 분리기(31)로부터 기체상태의 냉매를 상기 압축기(19)에 선택적으로 공급할 수 있다.

즉, 상기 공급라인(32)은 상기 기액 분리기(31)를 통과한 기체냉매가 상기 압축기(19)에 선택적으로 유입되도록 상기 기액 분리기(31)와 상기 압축기(19)를 연결할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 조절밸브(33)는 상기 공급라인(32)에 구비된다. 이러한 조절밸브(33)는 차량의 모드에 따라 상기 공급라인(32)을 선택적으로 개방할 수 있다.

즉, 상기 조절밸브(33)는 상기 가스 인젝션부(30)가 작동될 경우, 상기 공급라인(32)이 개방되도록 작동할 수 있다.

여기서, 상기 기액 분리기(31)는 상기 조절밸브(33)의 작동에 의해 개방된 상기 공급라인(32)을 통해 기체냉매를 상기 압축기(19)에 공급할 수 있다. 또한, 상기 기액 분리기(31)는 액체냉매를 상기 열교환기(13)에 공급할 수 있다.

상기 제3 팽창밸브(34)는 상기 내부 컨덴서(12a)와 상기 기액 분리기(31) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비된다.

그리고 상기 제4 팽창밸브(35)는 상기 기액 분리기(31)와 상기 열교환기(13) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

즉, 차량의 난방모드에서 상기 가스 인젝션부(30)가 작동될 경우, 상기 제3 팽창밸브(34)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기(31)로 공급할 수 있다.

그리고 상기 제4 팽창밸브(35)는 상기 기액 분리기(31)로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 냉매라인(11)으로 유동시킬 수 있다.

반대로, 차량의 난방모드에서 상기 가스 인젝션부(30)가 작동되지 않을 경우, 상기 제3 팽창밸브(34)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 통과시킬 수 있다.

그리고 상기 제4 팽창밸브(35)는 상기 기액 분리기(31)를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기(13)로 공급할 수 있다.

한편, 차량의 제습 모드에서 상기 가스 인젝션부(30)가 작동될 경우, 상기 제3 팽창밸브(34)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기(31)로 공급할 수 있다.

이와는 반대로, 차량의 제습 모드에서 상기 가스 인젝션부(30)가 작동되지 않을 경우, 상기 제3 팽창밸브(34)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 통과시킬 수 있다.

또한, 차량의 냉방모드에서 상기 제3, 및 제4 팽창밸브(34, 35)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 팽창시키지 않은 상태로 상기 냉매라인(11)을 통해 유동시킬 수 있다.

여기서, 상기 열교환기(13)는 상기 가스 인젝션부(30)의 작동 여부에 따라 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과한 냉매를 선택적으로 응축, 또는 증발시킬 수 있다.

보다 상세하게, 상기 열교환기(13)는 상기 제4 팽창밸브(35)의 선택적인 작동에 따라, 상기 기액 분리기(31)에서 배출된 냉매를 외기와 열교환을 통해 추가로 응축 또는 증발시킨다.

상기 열교환기(13)가 냉매를 응축할 경우, 상기 열교환기(13)는 상기 내부 컨덴서(12a)에서 응축된 냉매를 더 응축시키고, 상기 서브 컨덴서(14)가 추가로 냉매를 응축시킴으로써, 냉매의 서브 쿨을 증대시킬 수 있고, 이로 인해, 압축기 소요동력 대비 냉방 능력의 계수인 COP(Coefficient Of Performance)가 향상될 수 있다.

한편, 상기 가스 인젝션부(30)는 상기 내부 컨덴서(12a)와 상기 제3 팽창밸브(34) 사이의 상기 냉매라인(11)에 일단이 연결되고, 타단은 상기 제4 팽창밸브(35)와 상기 열교환기(13)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결되는 별도의 연결라인(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.

이러한 연결라인(미도시)에는 별도의 온오프 밸브(미도시)가 구비될 수 있다.

즉, 차량의 냉방모드에서는 상기 온오프 밸브의 작동을 통해 상기 연결라인(미도시)이 개방되면서 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과한 냉매를 상기 가스 인젝션부(30)의 통과 없이 상기 열교환기(13)에 직접 공급할 수도 있다.

이에 따라, 차량의 냉방모드에서 상기 냉매라인(11)을 따라 순환되는 냉매의 압력을 저감시킴으로써, 냉방성능을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서, 상기 칠러(40)는 상기 냉각수 순환장치(3)와 상기 냉각수 라인(5)을 통해 연결되며, 내부에 선택적으로 냉각수가 순환될 수 있다.

이러한 칠러(40)는 상기 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 통해 연결된다. 즉, 상기 칠러(40)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 서브 컨덴서일 수 있다.

이에 따라, 상기 칠러(40)는 상기 냉각수 라인(5)을 통해 선택적으로 유입되는 냉각수를 상기 에어컨 장치(10)로부터 선택적으로 공급된 냉매와 열교환시켜 냉각수의 온도를 조절할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제1 팽창밸브는 기계식 팽창밸브이고, 상기 제2, 제3, 및 제4 팽창밸브(15, 23, 34, 35)는 상기 냉매라인(11), 또는 상기 냉매 연결라인(21)을 통과하는 냉매의 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 인젝션부(130)를 첨부한 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 적용되는 가스 인젝션부의 블록 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 가스 인젝션부(130)는 상기 에어컨 장치(10)에 구비된다.

여기서, 상기 가스 인젝션부(130)는 판형 열교환기(131), 공급라인(132), 제3 팽창밸브(133), 및 제4 팽창밸브(134)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 판형 열교환기(131)는 상기 내부 컨덴서(12a)와 상기 열교환기(13) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

상기 공급라인(132)의 일단은 상기 내부 컨덴서(12a)와 상기 판형 열교환기(131) 사이에서 상기 냉매라인(11)에 연결된다.

이러한 공급라인(132)의 타단은 상기 판형 열교환기(131)를 통과하여 상기 압축기(19)에 연결될 수 있다.

즉, 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과한 냉매 중, 일부의 냉매는 상기 공급라인(132)으로 유입되고, 나머지 냉매는 상기 냉매라인(11)을 통해 상기 판형 열교환기(131)로 유입될 수 있다.

상기 제3 팽창밸브(133)는 상기 판형 열교환기(131)의 전단에서 상기 공급라인(132)에 구비될 수 있다.

이러한 제3 팽창밸브(133)는 상기 가스 인젝션부(130)의 작동 여부에 따라 상기 공급라인(132)을 선택적으로 개폐하고, 동시에, 상기 공급라인(132)으로 유입되는 냉매를 선택적으로 팽창시킬 수 있다.

그리고 상기 제4 팽창밸브(134)는 상기 판형 열교환기(131)와 상기 열교환기(13)의 사이에서 상기 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

여기서, 상기 제3 팽창밸브(133)는 차량의 난방모드, 또는, 제습 모드에서 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과하여 상기 공급라인(132)으로 유입되는 냉매를 팽창시켜 상기 판형 열교환기(131)에 공급할 수 있다.

이에 따라, 상기 판형 열교환기(131)는 상기 공급라인(132)으로 유입되고 상기 제3 팽창밸브(133)의 작동을 통해 팽창된 냉매와, 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 배출된 냉매를 상호 열교환 시킬 수 있다.

그러면, 상기 공급라인(132)은 상기 판형 열교환기(131)를 통과하면서 열교환 된 냉매 중, 기체상태의 냉매를 상기 압축기(19)에 선택적으로 공급할 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 가스 인젝션부(130)의 작동은 다음과 같다.

먼저, 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과한 냉매 중, 일부의 냉매가 상기 제3 팽창밸브(133)의 작동에 따라 상기 공급라인(132)으로 유입된다.

상기 공급라인(132)으로 유입된 냉매는 상기 제3 팽창밸브(133)의 작동을 통해 팽창된 상태로 상기 판형 열교환기(131)에서 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 상기 냉매라인(11)을 통해 유입된 나머지 냉매와 열교환 되면서 기체상태가 된다.

기체상태의 냉매는 개방된 상기 공급라인(132)을 통해 상기 압축기(19)로 공급된다.

즉, 상기 가스 인젝션부(130)는 상기 판형 열교환기(131)를 각각 통과하면서 열교환된 기체상태의 냉매를 상기 공급라인(132)을 통해 상기 압축기(19)로 다시 유입시킴으로써, 상기 냉매라인(11)을 순환하는 상기 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 제4 팽창밸브(134)는 차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 상기 가스 인젝션부(30)의 작동 유무에 관계없이, 상기 판형 열교환기(131)를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 냉매라인(11)으로 유동시킬 수 있다.

또한, 차량의 냉방모드에서 제4 팽창밸브(134)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 팽창시키지 않은 상태로 상기 냉매라인(11)으로 유동시킬 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 작동 및 작용을 도 3 내지 도 5를 통하여 상세히 설명한다.

먼저, 차량의 냉방모드에서 미도시된 배터리 모듈을 냉각할 경우에 대한 작동을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 냉방 모드 시에 냉매를 이용해 배터리 모듈을 냉각시키는 것에 대한 작동 상태도이다.

도 3을 참조하면, 상기 냉각수 순환장치(3)는 상기 열교환기(13)와 상기 칠러(40)에 연결된 상기 냉각수 라인(5)을 통해 상기 열교환기(13)와 상기 칠러(40)에 냉각수를 공급한다.

상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 냉방하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 냉매는 상기 냉매라인(11)을 따라 순환된다.

여기서, 상기 서브 컨덴서(14)와 상기 증발기(16)를 연결하는 상기 냉매라인(11)은 상기 제1 팽창밸브(15)의 작동을 통해 개방된다. 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 개방된다.

그러면 상기 서브 컨덴서(14)를 통과한 냉매는 상기 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 순환될 수 있다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 팽창밸브(15, 23)는 팽창된 냉매가 상기 증발기(16)와 상기 칠러(40)에 각각 공급되도록 냉매를 팽창시킬 수 있다.

그리고 상기 서브 컨덴서(14)는 상기 열교환기(13)로부터 유입된 냉매를 외기와의 열교환을 통해 추가로 응축시킬 수 있다.

한편, 상기 칠러(40)를 통과한 냉각수는 상기 냉각수 순환장치(3)와 연결된 상기 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있다.

즉, 상기 칠러(40)를 통과하는 냉각수는 상기 칠러(40)에 공급되는 팽창된 냉매와 열교환을 통해 냉각된다. 상기 칠러(40)에서 냉각된 냉각수는 상기 배터리 모듈에 공급된다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈은 냉각된 냉각수에 의해 효율적으로 냉각될 수 있다.

즉, 상기 제2 팽창밸브(23)는 팽창된 냉매를 상기 칠러(40)에 공급하도록 상기 서브 컨덴서(14)를 통과한 냉매 중, 일부의 냉매를 팽창시킨다.

따라서, 상기 서브 컨덴서(14)에서 배출된 일부의 냉매는 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 팽창되어 저온저압의 상태가 되고, 상기 냉매 연결라인(21)에 구비된 상기 칠러(40)로 유입된다.

그런 후, 상기 칠러(40)에 유입된 냉매는 냉각수와 열교환 되고, 상기 냉매 연결라인(21)과 연결된 상기 냉매라인(11)을 통해 상기 어큐뮬레이터(17)를 통과한 후, 상기 압축기(19)로 유입된다.

한편, 상기 서브 컨덴서(14)에서 배출된 나머지 냉매는 차량의 실내를 냉방하도록 상기 냉매라인(11)을 통해 유동되고, 상기 제1 팽창밸브(15), 상기 증발기(16), 상기 어큐뮬레이터(17), 상기 압축기(19), 내부 컨덴서(12a), 및 상기 컨덴서(13)를 순차적으로 통과한다.

여기서, 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기는 상기 증발기(16)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(16)를 통과하면서 냉각된다.

이 때, 상기 개폐도어(12b)는 냉각된 외기가 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과하지 않도록 상기 내부 컨덴서(12a)로 통과하는 부분을 폐쇄한다. 따라서, 냉각된 외기는 차량의 내부로 직접 유입됨으로써, 차량 실내를 냉방할 수 있다.

한편, 상기 증발기(16)에는 상기 열교환기(13)와 상기 서브 컨덴서(14)를 순차적으로 통과하면서 응축량이 증가된 냉매가 팽창되어 공급됨으로써, 냉매를 보다 낮은 온도로 증발시킬 수 있다.

즉, 본 실시예에서는 상기 열교환기(13)가 냉각수와 열교환을 토해 냉매를 응축하고, 상기 서브 컨덴서(14)가 외기와 열교환을 통해 추가로 냉매를 응축시킴으로써, 냉매의 서브 쿨 형성이 유리해진다.

그리고 서브 쿨이 형성된 냉매가 상기 증발기(16)에서 보다 낮은 온도로 증발됨에 따라, 상기 증발기(16)를 통과하는 외기의 온도를 더욱 낮출 수 있어 냉방성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 가스 인젝션부(30)는 작동이 중단된다. 여기서, 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 배출된 냉매는 상기 제3, 및 제4 팽창밸브(34, 35)에서 팽창되지 않은 상태로 상기 열교환기(13)에 공급될 수 있다.

전술한 과정을 반복 수행하면서 냉매는 차량의 냉방모드에서 실내를 냉방하는 동시에, 상기 칠러(40)를 통과하면서 열교환을 통해 냉각수를 냉각시킬 수 있다.

상기 칠러(40)에서 냉각된 저온의 냉각수는 상기 배터리 모듈로 유입된다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈은 공급된 저온의 냉각수에 의해 효율적으로 냉각될 수 있다.

본 실시예에서, 차량의 난방모드에 대한 작동을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 난방모드에 대한 작동 상태도이다.

도 4를 참조하면, 상기 냉각수 순환장치(3)는 상기 열교환기(13)에 연결된 상기 냉각수 라인(5)을 통해 상기 열교환기(13)에 냉각수를 공급한다.

상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 난방하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 냉매는 상기 냉매라인(11)을 따라 순환된다.

여기서, 상기 서브 컨덴서(14)와 상기 증발기(16)를 연결하는 상기 냉매라인(11)은 상기 제1 팽창밸브(15)의 작동을 통해 폐쇄된다.

상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 폐쇄된다.

이와 동시에, 상기 분기라인(25)은 상기 냉매밸브(24)의 작동을 통해 개방된다.

또한, 상기 열교환기(13)와 상기 서브 컨덴서(14)를 연결하는 상기 냉매라인(11)은 상기 냉매밸브(24)의 작동을 통해 폐쇄될 수 있다.

한편, 상기 제4 팽창밸브(35)는 상기 기액 분리기(31)를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기(13)로 공급할 수 있다.

이에 따라, 상기 열교환기(13)는 팽창된 냉매를 냉각수와 열교환을 통해 증발시킬 수 있다.

상기 열교환기(13)에서 증발된 냉매는 상기 분기라인(25)을 따라 상기 어큐뮬레이터(17)에 공급된다.

상기 어큐뮬레이터(17)에 공급된 냉매는 기체와 액체로 분리된다. 기체와 액체로 분리된 냉매 중, 기체냉매는 상기 압축기(19)로 공급된다.

상기 압축기(19)로부터 고온 고압의 상태로 압축된 냉매는 상기 내부 컨덴서(12a)로 유입된다.

여기서, 상기 내부 컨덴서(12a)에 공급된 냉매는 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기의 온도를 상승시킬 수 있다.

상기 개폐도어(12b)는 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되어 상기 증발기(16)를 통과한 외기가 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과하도록 개방된다.

이에 따라, 외부로부터 유입된 외기는 냉매가 공급되지 않은 상기 증발기(16)를 통과 시, 냉각되지 않은 실온 상태로 유입된다. 유입된 외기는 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 난방이 구현될 수 있다.

여기서, 상기 가스 인젝션부(30)가 작동되면, 상기 조절밸브(33)의 작동을 통해 상기 공급라인(32)이 개방된다.

이러한 상태에서, 상기 제3 팽창밸브(34)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기(31)로 공급한다.

상기 기액 분리기(31)로 공급된 냉매 중, 기체 상태의 냉매는 개방된 상기 공급라인(32)을 통해 상기 압축기(19)로 공급된다.

즉, 상기 가스 인젝션부(30)는 상기 기액 분리기(31)를 통과하면서 열교환된 기체상태의 냉매를 상기 공급라인(32)을 통해 상기 압축기(19)로 다시 유입시킴으로써, 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

그리고 상기 기액 분리기(31)로부터 상기 냉매라인(11)을 통해 배출된 액체 냉매는 상기 제4 팽창밸브(35)의 작동을 통해 개방된 상기 냉매라인(11)을 따라, 상기 열교환기(13)로 유입된다.

이 때, 상기 제4 팽창밸브(35)는 상기 기액 분리기(31)로부터 공급된 냉매를 팽창시킬 수 있다.

즉, 상기 가스 인젝션부(30)에서 상기 기액 분리기(31)는 기체 냉매를 상기 공급라인(32)을 통해 상기 압축기(19)로 바이패스 시키고, 액체 냉매를 상기 제4 팽창밸브(35)로 공급할 수 있다.

그런 후, 냉매는 상기 제4 팽창밸브(35)를 통과하면서 팽창되고, 상기 열교환기(13)에서 냉각수와의 열교환을 통해 증발될 수 있다.

따라서, 본 발명은 별도의 전기히터 사용량을 최소화하면서 난방 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 가스 인젝션부(30)가 상기 냉매라인(11)을 순환하는 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방성능을 극대화시킬 수 있다.

본 실시예에서, 차량의 제습 모드에 대한 작동을 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 제습 모드에 대한 작동 상태도이다.

도 5를 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 차량 실내를 난방하는 상태에서 제습 모드를 수행할 수 있다.

먼저, 상기 냉각수 순환장치(3)는 상기 열교환기(13)에 연결된 상기 냉각수 라인(5)을 통해 상기 열교환기(13)에 냉각수를 공급한다.

상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 난방 및 제습하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 냉매는 상기 냉매라인(11)을 따라 순환된다.

여기서, 상기 제습 라인(51)은 상기 제4 팽창밸브(35)의 작동을 통해 팽창된 냉매가 상기 증발기(16)에 공급되도록 상기 체크밸브(53)의 작동을 통해 개방된다.

이에 따라, 상기 제4 팽창밸브(35)에서 팽창된 냉매 중, 일부의 냉매는 개방된 상기 제습 라인(51)을 통하여 상기 증발기(16)로 유입될 수 있다.

그리고 상기 열교환기(13)에서 증발된 냉매는 상기 분기라인(25)을 따라 상기 어큐뮬레이터(17)에 공급된다.

즉, 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기는 상기 증발기(16)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(16)를 통과하면서 제습 된다. 그런 후, 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량의 실내를 난방 및 제습 하게 된다.

한편, 상기 가스 인젝션부(30)는 차량의 제습 모드에서 선택적으로 작동될 수 있다.

먼저, 상기 가스 인젝션부(30)가 작동하지 않을 경우, 상기 제3 팽창밸브(34)는 상기 내부 컨덴서(12a)로부터 공급된 냉매를 통과시킨다. 상기 제4 팽창밸브(35)는 상기 기액 분리기(31)를 통과한 냉매를 팽창시킨 상태로, 상기 열교환기(13)로 공급할 수 있다.

이에 따라, 상기 열교환기(13)는 냉매를 냉각수와 열교환을 통해 증발시킬 수 있다.

이와는 반대로, 상기 가스 인젝션부(30)가 작동되면, 상기 조절밸브(33)의 작동을 통해 상기 공급라인(32)이 개방된다.

상기 제4 팽창밸브(35)는 상기 기액 분리기(31)를 통과한 냉매를 팽창시킨다.

그런 후, 냉매는 상기 제4 팽창밸브(35)를 통과하면서 팽창되고, 상기 열교환기(13)에서 냉각수와 열교환을 통해 증발될 수 있다.

그리고 상기 제4 팽창밸브(35)를 통과하면서 팽창된 냉매 중, 일부의 냉매가 개방된 상기 제습 라인(41)을 따라 상기 증발기(16)에 공급된다.

즉, 상기 HVAC 모듈(12)로 유입되는 외기는 상기 증발기(16)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 증발기(16)를 통과하면서 제습 된다. 그런 후, 상기 내부 컨덴서(12a)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량의 실내를 원활하게 난방 및 제습 할 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 적용하면, 냉각수와 냉매가 열교환 되는 하나의 상기 칠러(40)를 이용하여 차량의 모드에 따라 배터리 모듈의 온도를 조절함으로써, 시스템의 간소화 및 단순화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 가스 인젝션부(30)를 적용해 차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 선택적으로 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방성능을 극대화시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

3 : 냉각수 순환장치
5 : 냉각수 라인
10 : 에어컨 장치
11 : 냉매라인
12 : HVAC 모듈
13 : 서브 컨덴서
14 : 서브 컨덴서
15, 23 : 제1, 및 제2 팽창밸브
16 : 증발기
17 : 어큐뮬레이터
19 : 압축기
21 : 냉매 연결라인
24 : 냉매밸브
25 : 분기라인
30, 130 : 가스 인젝션부
31 : 기액 분리기
32, 132 : 공급라인
33 : 조절밸브
34, 133 : 제3 팽창밸브
35, 135 : 제4 팽창밸브
51 : 제습 라인
53 : 체크밸브
131 : 판형 열교환기

Claims

냉매라인을 통해 냉매를 순환시키는 에어컨 장치;
냉각수 라인을 통해 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환장치;
상기 냉각수 순환장치와 상기 냉각수 라인을 통해 연결되고, 상기 냉매라인과 냉매 연결라인을 통해 연결되며, 선택적으로 유입되는 냉각수를 상기 에어컨 장치로부터 공급된 냉매와 열교환시켜 냉각수의 온도를 조절하는 칠러; 및
상기 에어컨 장치에 구비되며, 내부 컨덴서를 통과한 냉매 중, 일부의 냉매를 압축기로 바이패스 시켜 상기 냉매라인을 순환하는 냉매의 유량을 증대시키는 가스 인젝션부; 를 포함하고,
상기 에어컨 장치에 구비되는 열교환기는 상기 냉각수 순환장치로부터 냉각수가 공급되도록 상기 냉각수 라인을 통해 상기 냉각수 순환장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 에어컨 장치는
냉매라인을 통해 연결되는 증발기와, 차량의 냉방, 난방, 및 제습 모드에 따라, 증발기를 통과한 외기가 상기 내부 컨덴서에 선택적으로 유입되도록 조절하는 개폐도어가 내부에 구비된 HVAC모듈;
상기 냉매라인을 통해 공급된 냉매를 상기 냉각수 순환장치에서 공급된 냉각수와 열교환시키는 상기 열교환기;
상기 증발기와 상기 열교환기 사이에서 상기 냉매라인을 통해 연결되는 압축기;
상기 열교환기와 상기 증발기의 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 서브 컨덴서;
상기 서브 컨덴서와 상기 증발기를 연결하는 상기 냉매라인에 구비되는 제1 팽창밸브;
상기 냉매 연결라인에 구비되는 제2 팽창밸브;
상기 증발기와 상기 압축기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 어큐뮬레이터;
일단이 상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서 사이에서 상기 냉매라인에 냉매밸브를 통해 연결되며, 타단은 상기 어큐뮬레이터에 연결되는 분기라인; 및
일단이 상기 내부 컨덴서와 상기 열교환기 사이에서 일단이 상기 냉매라인과 연결되고, 타단은 상기 증발기와 상기 제1 팽창밸브 사이에서 상기 냉매라인에 연결되며, 체크밸브가 구비되는 제습 라인;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 냉매 연결라인의 일단은 상기 서브 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브 사이에서 상기 냉매라인에 연결되고,
상기 냉매 연결라인의 타단은 상기 어큐뮬레이터와 상기 증발기 사이에서 상기 냉매라인에 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 팽창밸브는
차량의 모드에 따라 상기 서브 컨덴서를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시켜 상기 냉매 연결라인으로 유입시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제3항에 있어서,
상기 가스 인젝션부는
상기 내부 컨덴서와 상기 열교환기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되고, 상기 내부 컨덴서를 통과한 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출하는 기액 분리기(gas-liquid separator);
상기 기액 분리기와 상기 압축기를 연결하며, 상기 기액 분리기로부터 기체상태의 냉매를 상기 압축기에 선택적으로 공급하는 공급라인;
상기 공급라인에 구비되는 조절밸브;
상기 내부 컨덴서와 상기 기액 분리기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제3 팽창밸브; 및
상기 기액 분리기와 상기 열교환기 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제4 팽창밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 난방모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동될 경우,
상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고,
상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 난방모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동되지 않을 경우,
상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 통과시키고,
상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 제습 모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동되지 않을 경우,
상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 통과시키고,
상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 제습 모드에서 상기 가스 인젝션부가 작동될 경우,
상기 제3 팽창밸브는 상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 팽창시켜 상기 기액 분리기로 공급하고,
상기 제4 팽창밸브는 상기 기액 분리기를 통과한 냉매를 팽창시켜 상기 열교환기로 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 냉방모드에서 상기 제3, 및 제4 팽창밸브는
상기 내부 컨덴서로부터 공급된 냉매를 팽창시키지 않은 상태로 상기 냉매라인을 통해 유동시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
상기 조절밸브는
상기 가스 인젝션부가 작동될 경우, 상기 공급라인이 개방되도록 작동하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
상기 제2, 제3, 및 제4 팽창밸브는
냉매를 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
상기 열교환기는
상기 제4 팽창밸브의 선택적인 작동에 따라, 상기 기액 분리기에서 배출된 냉매를 냉각수와 열교환을 통해 추가로 응축 또는 증발시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 냉방모드에서 배터리 모듈을 냉각할 경우,
상기 냉각수 순환장치는 상기 열교환기와 상기 칠러에 연결된 상기 냉각수 라인을 통해 상기 컨덴서와 상기 칠러에 냉각수를 공급하고,
상기 에어컨 장치에서는
상기 제2 팽창밸브의 작동을 통해 상기 냉매 연결라인이 개방되고,
상기 냉매라인과 상기 냉매 연결라인을 따라 냉매가 순환되며,
팽창된 냉매가 상기 증발기와 상기 칠러에 각각 공급되도록 상기 제1, 및 제2 팽창밸브는 냉매를 팽창시키며,
상기 분기라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 폐쇄되고,
상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서를 연결하는 상기 냉매라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 개방되며,
상기 열교환기는 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 응축시키고,
상기 서브 컨덴서는 외기와 열교환을 통해 냉매를 추가로 응축시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 난방모드일 경우,
상기 냉각수 순환장치는 상기 열교환기에 연결된 상기 냉각수 라인을 통해 상기 열교환기에 냉각수를 공급하고,
상기 에어컨 장치에서는 상기 제1 팽창밸브의 작동을 통해 상기 서브 컨덴서와 상기 증발기를 연결하는 상기 냉매라인이 폐쇄되고,
상기 제2 팽창밸브의 작동을 통해 상기 냉매 연결라인이 폐쇄되며,
상기 제4 팽창밸브는 냉매를 팽창시키고,
상기 분기라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 개방되며,
상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서를 연결하는 상기 냉매라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 폐쇄되고,
상기 열교환기는 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 증발시키며,
상기 가스 인젝션부는 선택적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제5항에 있어서,
차량의 제습 모드일 경우,
상기 냉각수 순환장치는 상기 열교환기에 연결된 상기 냉각수 라인을 통해 상기 열교환기에 냉각수를 공급하고,
상기 에어컨 장치에서는 상기 제1 팽창밸브의 작동을 통해 상기 서브 컨덴서와 상기 증발기를 연결하는 상기 냉매라인이 폐쇄되고,
상기 제2 팽창밸브의 작동을 통해 상기 냉매 연결라인이 폐쇄되며,
상기 분기라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 개방되고,
상기 열교환기와 상기 서브 컨덴서를 연결하는 상기 냉매라인은 상기 냉매밸브의 작동을 통해 폐쇄되며,
상기 열교환기는 냉각수와 열교환을 통해 냉매를 증발시키고,
상기 제4 팽창밸브는 냉매를 팽창시키며,
상기 제습 라인은 상기 제4 팽창밸브의 작동을 통해 팽창된 냉매가 상기 증발기에 공급되도록 상기 체크밸브의 작동을 통해 개방되고,
상기 가스 인젝션부는 선택적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가스 인젝션부는
상기 컨덴서와 상기 서브 컨덴서 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 판형 열교환기;
일단이 상기 컨덴서와 상기 판형 열교환기 사이에서 상기 냉매라인에 연결되고, 타단은 상기 판형 열교환기를 통과하여 상기 압축기에 연결되는 공급라인;
상기 판형 열교환기의 전단에서 상기 공급라인에 구비되는 제3 팽창밸브; 및
상기 판형 열교환기와 상기 서브 컨덴서 사이에서 상기 냉매라인에 구비되는 제4 팽창밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 열교환기는 수랭식 열교환기 이고,
상기 서브 컨덴서는 공랭식 열교환기 인 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가스 인젝션부는
차량의 난방모드, 또는 제습 모드에서 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.