KR20220053845A - 차량용 히트펌프 시스템 - Google Patents

차량용 히트펌프 시스템 Download PDF

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KR20220053845A
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KR1020200138066A
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김철민
이강종
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주식회사 두원공조
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Abstract

본 발명은 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 및 난방제습모드 시 실내를 난방시키는 실내 컨덴서; 상기 실내 컨덴서와 제2유로에 의해 연결되고 상기 실내 컨덴서에서 토출되는 냉매가 인입되며, 가스인젝션 난방모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제2유로에서 분기된 후 감압된 냉매와 열교환으로 냉매를 응축시키는 판형 열교환기; 상기 판형 열교환기와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 판형 열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수 열원인 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉 열교환기; 상기 수냉 열교환기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 수냉 열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 공냉 컨덴서; 상기 공냉 컨덴서와 제5유로에 의해 연결되고, 상기 공냉 컨덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 차량 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 실내를 냉방시키는 증발기; 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제6유로 상에 구비되며 상기 증발기에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 분리된 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터; 상기 제3유로 상, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 판형 열교환기와 연결되는 제1분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 제5유로, 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 팽창밸브부; 상기 제4유로 상에서 상기 어큐뮬레이터와 연결되는 제8유로가 분기되는 지점, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 제7유로 상에 구비되는 개폐밸브부; 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제1분기유로와 연결되는 상기 판형 열교환기는 제2분기유로에 의해 상기 압축기와 연결되며, 가스인젝션 난방모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매는 상기 판형 열교환기에서 고온의 냉매와 열교환 후 상기 압축기로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
따라서, 판형 열교환기로 공급되는 냉매를 제1분기유로로 분기하여 감압한 후 판형 열교환기로 공급하여 고압의 냉매와 중간압의 냉매를 열교환시킨 후 제2분기유로를 통해 압축기로 공급하여 압축기의 압력을 낮출 수 있어 효율을 향상시킬 수 있고, 압축기로 공급되는 냉매량을 증가시켜 난방성능을 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{Automotive heat pump system}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내 컨덴서와 공냉 컨덴서에서 공기와 수냉 열교환기에서 냉각수 및 판형 열교환기에서 냉매들 간의 열교환된 냉매를 이용하여 차량의 냉난방을 실시하는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
한국 공개특허 제2016-0022956호에 기재된 배경기술을 참조하면, 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 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 역할을 하게 된다.
이러한 종래의 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 실내 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 실내 열교환기(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 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)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 실내 열교환기(32)와 증발기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.
이러한 종래의 히트펌프 시스템은 실외열교환기의 앞단에서 난방팽창하여 사이클이 형성됨으로써 극저온(-10℃ 이하)으로 떨어질 경우 난방 성능이 저하되는 문제점이 발생하고, 외기열원이 부족할 경우 저압 상태에 따라 최소 성능만 유지되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 판형 열교환기에서 중간압의 냉매와 고온의 냉매를 열교환한 후 열교환된 냉매를 압축기로 공급하여 압축기의 고압을 낮출 수 있으면서 압축기로 공급되는 냉매량을 증가시킬 수 있는 차량용 히트펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 및 난방제습모드 시 실내를 난방시키는 실내 컨덴서; 상기 실내 컨덴서와 제2유로에 의해 연결되고 상기 실내 컨덴서에서 토출되는 냉매가 인입되며, 가스인젝션 난방모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제2유로에서 분기된 후 감압된 냉매와 열교환으로 냉매를 응축시키는 판형 열교환기; 상기 판형 열교환기와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 판형 열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수 열원인 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉 열교환기; 상기 수냉 열교환기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 수냉 열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 공냉 컨덴서; 상기 공냉 컨덴서와 제5유로에 의해 연결되고, 상기 공냉 컨덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 차량 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 실내를 냉방시키는 증발기; 상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제6유로 상에 구비되며 상기 증발기에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 분리된 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터; 상기 제3유로 상, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 판형 열교환기와 연결되는 제1분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 제5유로, 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 팽창밸브부; 상기 제4유로 상에서 상기 어큐뮬레이터와 연결되는 제8유로가 분기되는 지점, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 제7유로 상에 구비되는 개폐밸브부; 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제1분기유로와 연결되는 상기 판형 열교환기는 제2분기유로에 의해 상기 압축기와 연결되며, 가스인젝션 난방모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매는 상기 판형 열교환기에서 고온의 냉매와 열교환 후 상기 압축기로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 팽창밸브부는 상기 제3유로 상에 구비되며 논가스인젝션 난방모드, 가스인젝션 난방모드, 논가스인젝션 난방제습모드, 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 판형 열교환기를 통과한 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 논가스인젝션 난방제습모드, 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 공냉 컨덴서 및 상기 실내 컨덴서에서 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브와, 상기 제1분기유로 상에 구비되며 상기 제2유로를 통해 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제3전자식팽창밸브를 포함할 수 있다.
상기 개폐밸브부는 상기 제4유로 상에서 상기 제8유로가 분기되는 지점에 구비되며 상기 수냉 열교환기에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 제어하는 제1개폐밸브와, 상기 제7유로 상에 구비되어 상기 제7유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함할 수 있으며, 상기 제1개폐밸브는 3웨이밸브가 사용될 수 있고, 상기 제2개폐밸브는 2웨이밸브가 사용될 수 있다.
냉방모드 시, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브는 열릴 수 있고, 상기 제1분기유로 상에 구비되는 제3전자식팽창밸브와 상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 공냉 컨덴서 방향으로 개방될 수 있고, 상기 제5유로 상에 구비되는 상기 제2전자식팽창밸브는 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
논가스인젝션 난방모드 시, 상기 제1분기유로 상에 구비되는 제3전자식팽창밸브와 상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방될 수 있고, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
가스인젝션 난방모드 시, 상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫힐 수 있고, 상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브와 상기 제1분기유로 상에 구비되는 상기 제3전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매와 상기 판형 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
논가스인젝션 난방제습모드 시, 상기 제1분기유로 상에 구비되는 제3전자식팽창밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열릴 수 있고, 상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 제2전자식팽창밸브는 상기 제7유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 오리피스홀을 통해 팽창시킬 수 있다.
가스인젝션 난방제습모드 시, 상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열릴 수 있고, 상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브와 상기 제1분기유로 상에 구비되는 상기 제3전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매와 상기 판형 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 제2전자식팽창밸브는 상기 제7유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 오리피스홀을 통해 팽창시킬 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 판형 열교환기로 공급되는 냉매를 제1분기유로로 분기하여 감압한 후 판형 열교환기로 공급하여 고압의 냉매와 중간압의 냉매를 열교환시킨 후 제2분기유로를 통해 압축기로 공급하여 압축기의 압력을 낮출 수 있어 효율을 향상시킬 수 있고, 압축기로 공급되는 냉매량을 증가시켜 난방성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트 펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 냉방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 논가스인젝션 난방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 가스인젝션 난방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 논가스인젝션 난방제습모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 가스인젝션 난방제습모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템(10)은 압축기(1100)와, 실내 컨덴서(1200)와, 판형 열교환기(1300)와, 수냉 열교환기(1400)와, 공냉 컨덴서(1500)와, 증발기(1600)와, 어큐뮬레이터(1700)와, 팽창밸브부(1800)와, 개폐밸브부(1900)와, 제어부(2000)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템(10)은 냉매가 순환하는 냉매순환라인 상에는 압축기(1100)와, 실내 컨덴서(1200)와, 판형 열교환기(1300)와, 수냉 열교환기(1400)와, 공냉 컨덴서(1500)와, 증발기(1600)가 연결되고, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.
상기 압축기(1100)는 냉매가 유동하는 유로와 연결된 입력단을 통해 냉매를 인입하여 압축한 후, 압축된 냉매를 출력단을 통해 유로로 토출하는데, 이때 토출되는 냉매는 고온고압의 냉매(냉매가스; 기체)가 토출된다.
상기 압축기(1100)의 출력단은 제1유로(R1)와 연결되고, 상기 제1유로(R1)를 통해 실내 컨덴서(1200)의 입력단과 상기 압축기(1100)의 출력단이 연결되며, 상기 압축기(1100)에서 압축된 고온고압의 냉매(기체)를 상기 실내 컨덴서(1200)로 출력한다.
상기 실내 컨덴서(1200)는 공조케이스(미도시) 내에 구비되며, 상기 압축기(1100)에서 토출한 고온고압의 냉매(기체)를 인입하여, 난방 시 주변공기로 방열을 통해 실내로 열원을 공급한다.
상기 실내 컨덴서(1200)는 상기 압축기(1100)에서 토출된 고온고압의 냉매(기체)를 제1유로(R1)를 통해 인입한다. 상기 실내 컨덴서(1200)가 공조케이스(미도시)를 통해 차량 실내로 공급되는 공기와의 열교환으로 내부를 유동하는 고온고압의 냉매(기체)를 응축시키면서 그 응축열로 공기를 가열하여 차량 실내의 난방이 이루어지도록 한다. 상기 공조케이스(미도시)에는 블로워(미도시)가 구비되며, 상기 블로워(미도시)는 외기를 차량 실내로 공급하는 역할을 한다. 상기 공조케이스(미도시)의 구조 및 상기 공조케이스(미도시)가 공기를 인입한 후 열교환된 공기를 차량의 실내로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 과정은 공지된 기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 실내 컨덴서(1200)의 출력단은 냉매가 유동하는 제2유로(R2)의 일단과 연결되고, 상기 제2유로(R2)의 타단은 판형 열교환기(1300)와 연결된다. 상기 판형 열교환기(1300)로는 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출된 냉매가 인입되며, 상기 판형 열교환기(1300)는 가스인젝션 난방모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제2유로(R2)에서 제1분기유로(QR1)를 통해 분기된 후 감압되어 상기 판형 열교환기(1300)로 공급되는 중간압의 냉매와 상기 실내 컨덴서(1200)에서 제2유로(R2)를 통해 유입된 고압의 냉매를 열교환하여 냉매를 응축시키는 역할을 하며, 상기 실내 컨덴서(1200)에서 공급된 고압의 냉매와 열교환된 제1분기유로(QR1)로 이동된 중간압의 냉매는 상기 판형 열교환기(1300)와 상기 압축기(1100)를 연결하는 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급된다.
상기 판형 열교환기(1300)는 제3유로(R3)에 의해 수냉 열교환기(1400)와 연결되며, 상기 수냉 열교환기(1400)는 상기 판형 열교환기(1300)를 통해 인입된 냉매를 냉각수 열원인 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시킨 후 냉방모드 시에는 제4유로(R4)를 통해 후술되는 공냉 컨덴서(1500)로 냉매를 배출하고, 논가스인젝션 난방모드, 가스인젝션 난방모드, 논가스인젝션 난방제습모드, 가스인젝션 난방제습모드 시에는 제8유로(R8)를 통해 후술되는 어큐뮬레이터(1700)로 냉매를 배출한다.
상기 수냉 열교환기(1400)와 제4유로(R4)에 의해 연결되는 상기 공냉 컨덴서(1500)는 냉방모드 시 상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 역할을 한다.
상기 공냉 컨덴서(1500)는 제5유로(R5)에 의해 증발기(1600)와 연결되며, 상기 증발기(1600)는 상기 제5유로(R5)에 의해 상기 공냉 컨덴서(1500)와 연결되면서 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 제7유로(R7)에 의해 상기 실내 컨덴서(1200)와 연결된다.
상기 증발기(1600)는 냉방모드 시에는 상기 공냉 컨덴서(1500)에서 토출되는 냉매를 인입하고, 논가스인젝션 난방제습모드, 가스인젝션 난방제습모드 시에는 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 차량 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 실내를 냉방시키게 된다.
상기 증발기(1600)는 제6유로(R6)에 의해 상기 압축기(1100)와 연결되며, 상기 제6유로(R6) 상에는 어큐뮬레이터(1700)가 구비된다. 상기 어큐뮬레이터(1700)는 상기 제6유로(R6) 상에서 제8유로(R8))가 연결되는 지점에 구비되며, 상기 증발기(1600), 상기 수냉 열교환기(1400)에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 분리된 기상 냉매를 상기 압축기(1100)로 공급하는 역할을 한다.
상기 제3유로(R3) 상, 상기 제5유로(R5) 상에서 상기 증발기(1600)의 전단, 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 판형 열교환기(1300)와 연결되는 제1분기유로(QR1) 상에는 팽창밸브부(1800)가 구비되며, 상기 팽창밸브부(1800)는 상기 제3유로(R3), 상기 제5유로(R5), 상기 제1분기유로(QR1)로 이동되는 냉매를 각각의 모드에 대응하여 선택적으로 팽창시키는 역할을 한다.
상기 팽창밸브부(1800)는 제1전자식팽창밸브(1810)와, 제2전자식팽창밸브(1820)와, 제3전자식팽창밸브(1830)를 포함한다. 상기 제1전자식팽창밸브(1810)는 상기 판형 열교환기(1300)와 상기 수냉 열교환기(1400)를 연결하는 제3유로(R3) 상에 구비되어 논가스인젝션 난방모드, 가스인젝션 난방모드, 논가스인젝션 난방제습모드, 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 판형 열교환기(1300)를 통과한 냉매를 팽창시켜 감압한 후 상기 수냉 열교환기(1400)로 공급한다.
상기 제2전자식팽창밸브(1820)는 상기 제5유로(R5) 상에서 상기 증발기(1600)의 전단에 구비되며, 냉방모드 시에는 상기 공냉 컨덴서(1500)에서 공급되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 증발기(1600)로 공급하고, 논가스인젝션 난방제습모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시에는 상기 실내 컨덴서(1200)에서 공급되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 증발기(1600)로 공급한다.
상기 제3전자식팽창밸브(1830)는 상기 제2유로(R2)에서 분기된 후 상기 판형 열교환기(1300)와 연결되는 제1분기유로(QR1) 상에 구비되어 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출된 후 상기 제1분기유로(QR1)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압한 후 상기 판형 열교환기(1300)로 공급한다.
상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제8유로(R8)가 분기되는 지점, 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제5유로(R5) 상에 구비되는 상기 제2전자식팽창밸브(1820)와 연결되는 제7유로(R7) 상에는 개폐밸브부(1900)가 구비되며, 상기 개폐밸브부(1900)는 제1개폐밸브(1910)와, 제2개폐밸브(1920)를 포함한다.
상기 제1개폐밸브(1910)는 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제8유로(R8)가 분기되는 지점에 구비되어 상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 제어하는 역할을 하며, 상기 제2개폐밸브(1920)는 상기 제7유로(R7)를 선택적으로 개폐하여 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출되는 냉매가 상기 제2전자식팽창밸브(1820)로 공급되게 하거나 공급되지 않도록 한다.
상기 제1개폐밸브(1910)는 냉매의 흐름을 제어하기 위한 3웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하고, 상기 제2개폐밸브(1920)는 제7유로(R7)를 선택적으로 개폐하기 용이한 2웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 팽창밸브부(1800)와 상기 개폐밸브(1900)의 동작은 제어부(2000)에 의해 제어되며, 상기 제어부(2000)는 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부(1800)와 상기 개폐밸브(1900)의 동작을 제어하게 된다.
도 3을 참조하면, 냉방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내 컨덴서(1200), 판형 열교환기(1300), 수냉 열교환기(1400), 공냉 컨덴서(1500), 증발기(1600), 압축기(1100)로 순환하면서 차량의 실내의 냉방을 수행하게 된다. 냉방모드 시 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 난방용 팽창밸브인 제1전자식팽창밸브(1810)는 열려 상기 판형 열교환기(1300)에서 토출되는 냉매를 상기 수냉 열교환기(1400)로 공급한다.
상기 제2유로(R2)에서 분기되는 제1분기유로(QR1) 상에 구비되는 중간압 팽창밸브인 제3전자식팽창밸브(1830)와 상기 제7유로(R7) 상에 구비되는 개폐밸브부(1900)의 제2개폐밸브(1920)는 닫혀 상기 제1분기유로(QR1)와 상기 제7유로(R7)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제8유로(R8)가 분기되는 지점에 구비되는 개폐밸브부(1900)의 제1개폐밸브(1910)는 상기 수냉식 열교환기(1400)에서 토출되는 냉매가 공냉식 컨덴서(1500)로 공급되도록 상기 공냉식 컨덴서(1500) 방향으로 개방되고, 상기 제5유로(R5) 상에서 상기 증발기(1600)의 전단에 구비되는 냉방용 팽창밸브인 제2전자식팽창밸브(1820)는 상기 제5유로(R4)를 통해 상기 증발기(1600)로 이동되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 증발기(1600)로 공급하고, 상기 증발기(1600)를 통과한 냉매는 제6유로(R6)를 통해 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 4를 참조하면, 논가스인젝션 난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내 컨덴서(1200), 판형 열교환기(1300), 수냉 열교환기(1400), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다. 논가스인젝션 난방모드 시 상기 제1분기유로(QR1) 상에 구비되는 중간압 팽창밸브인 제3전자식팽창밸브(1830)와 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 제7유로(R7) 상에 구비되는 제2개폐밸브(1920)는 닫혀 상기 제1분기유로(QR1)와 상기 제7유로(R7)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 난방용 팽창밸브인 제1전자식팽창밸브(1810)는 상기 판형 열교환기(1300)에서 토출된 후 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 수냉 열교환기(1400)로 이동되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 수냉 열교환기(1400)로 공급하고, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제8유로(R8)가 분기되는 지점에 구비되는 제1개폐밸브(1910)는 상기 제8유로(R8)로 냉매가 이동되도록 개방되어 상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출되는 냉매가 상기 공냉 컨덴서(1500)로 이동되지 않도록 한다.
상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출된 냉매는 상기 제8유로(R8)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 후 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 5를 참조하면, 가스인젝션 난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내 컨덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 판형 열교환기(1300), 수냉 열교환기(1400), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내 컨덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 제1분기유로(QR1), 판형 열교환기(1300), 제2분기유로(QR2), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다. 가스인젝션 난방모드 시 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 제7유로(R7) 상에 구비되는 제2개폐밸브(1920)는 닫혀 상기 제7유로(R7)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 제1분기유로(QR1) 상에 구비되는 중간압 팽창밸브인 제3전자식팽창밸브(1830)는 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출된 후 상기 제2유로(R2)로 이동되면서 상기 제2유로(R2)에서 분기된 제1분기유로(QR1)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 중간압의 냉매를 판형 열교환기(1300)로 공급하고, 상기 판형 열교환기(1300)에서 고압의 냉매와 열교환된 중간압의 냉매는 제2분기유로(QR2)를 통해 압축기(1100)로 순환된다.
상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 난방용 팽창밸브인 제1전자식팽창밸브(1810)는 상기 판형 열교환기(1300)에서 토출된 후 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 수냉 열교환기(1400)로 이동되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 수냉 열교환기(1400)로 공급하고, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제8유로(R8)가 분기되는 지점에 구비되는 제1개폐밸브(1910)는 상기 제8유로(R8)로 냉매가 이동되도록 개방되어 상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출되는 냉매가 상기 공냉 컨덴서(1500)로 이동되지 않도록 한다.
상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출된 냉매는 상기 제8유로(R8)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 후 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 6을 참조하면, 논가스인젝션 난방제습모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내 컨덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 판형 열교환기(1300), 수냉 열교환기(1400), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내 컨덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 증발기(1500), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다. 논가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제1분기유로(QR1) 상에 구비되는 중간압 팽창밸브인 제3전자식팽창밸브(1830)는 닫혀 상기 제1분기유로(QR1)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 난방용 팽창밸브인 제1전자식팽창밸브(1810)는 상기 판형 열교환기(1300)에서 토출된 후 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 수냉 열교환기(1400)로 이동되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 수냉 열교환기(1400)로 공급하고, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제8유로(R8)가 분기되는 지점에 구비되는 제1개폐밸브(1910)는 상기 제8유로(R8)로 냉매가 이동되도록 개방되어 상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출되는 냉매가 상기 공냉 컨덴서(1500)로 이동되지 않도록 한다.
상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출된 냉매는 상기 제8유로(R8)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 후 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
상기 제7유로(R7) 상에 구비되는 제2개폐밸브(1920)는 열려 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출되는 일부의 냉매를 상기 제7유로(R7)로 이동시키며, 상기 제7유로(R7)가 연결되는 제5유로(R5) 상에서 상기 증발기(1600)의 전단에 구비되는 냉방용 팽창밸브인 제2전자식팽창밸브(1820)는 상기 제7유로(R7)를 통해 상기 증발기(1600)로 공급되는 냉매를 오리피스홀(미도시)를 통해 팽창시킨 후 상기 증발기(1600)로 공급하고, 상기 증발기(1600)에서 토출된 냉매는 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 후 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 7을 참조하면, 가스인젝션 난방제습모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내 컨덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 판형 열교환기(1300), 수냉 열교환기(1400), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내 컨덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 제1분기유로(QR1), 판형 열교환기(1300), 제2분기유로(QR2), 압축기(1100)로 순환하며, 상기 실내 컨덴서(1200)를 거친 또 다른 일부의 냉매는 증발기(1600), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다. 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 난방용 팽창밸브인 제1전자식팽창밸브(1810)는 상기 판형 열교환기(1300)에서 토출된 후 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 수냉 열교환기(1400)로 이동되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 수냉 열교환기(1400)로 공급하고, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제8유로(R8)가 분기되는 지점에 구비되는 제1개폐밸브(1910)는 상기 제8유로(R8)로 냉매가 이동되도록 개방되어 상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출되는 냉매가 상기 공냉 컨덴서(1500)로 이동되지 않도록 한다.
상기 수냉 열교환기(1400)에서 토출된 냉매는 상기 제8유로(R8)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 후 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
상기 제7유로(R7) 상에 구비되는 제2개폐밸브(1920)는 열려 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출되는 일부의 냉매를 상기 제7유로(R7)로 이동시키며, 상기 제7유로(R7)가 연결되는 제5유로(R5) 상에서 상기 증발기(1600)의 전단에 구비되는 냉방용 팽창밸브인 제2전자식팽창밸브(1820)는 상기 제7유로(R7)를 통해 상기 증발기(1600)로 공급되는 냉매를 오리피스홀(미도시)를 통해 팽창시킨 후 상기 증발기(1600)로 공급하고, 상기 증발기(1600)에서 토출된 냉매는 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 후 기상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
상기 제1분기유로(QR1) 상에 구비되는 중간압 팽창밸브인 제3전자식팽창밸브(1830)는 상기 실내 컨덴서(1200)에서 토출된 후 상기 제2유로(R2)로 이동되면서 상기 제2유로(R2)에서 분기된 제1분기유로(QR1)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 중간압의 냉매를 판형 열교환기(1300)로 공급하고, 상기 판형 열교환기(1300)에서 고압의 냉매와 열교환된 중간압의 냉매는 제2분기유로(QR2)를 통해 압축기(1100)로 순환된다.
따라서, 판형 열교환기(1300)로 공급되는 냉매를 제1분기유로(QR1)를 통해 분기하여 감압한 후 판형 열교환기(1300)로 공급하여 고압의 냉매와 중간압의 냉매를 열교환시킨 후 제2분기유로(QR2)를 통해 압축기(1100)로 공급하여 압축기(1100)의 압력을 낮출 수 있어 효율을 향상시킬 수 있고, 압축기(1100)로 공급되는 냉매량을 증가시켜 난방성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10 : 차량용 히트펌프 시스템 1100 : 압축기
1200 : 실내 컨덴서 1300 : 판형 열교환기
1400 : 수냉 열교환기 1500 : 공냉 컨덴서
1600 : 증발기 1700 : 어큐뮬레이터
1800 : 팽창밸브부 1810 : 제1전자식팽창밸브
1820 : 제2전자식팽창밸브 1830 : 제3전자식팽창밸브
1900 : 개폐밸브부 1910 : 제1개폐밸브
1920 : 제2개폐밸브 2000 : 제어부

Claims (9)

  1. 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체 상태로 토출하는 압축기;
    상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 및 난방제습모드 시 실내를 난방시키는 실내 컨덴서;
    상기 실내 컨덴서와 제2유로에 의해 연결되고 상기 실내 컨덴서에서 토출되는 냉매가 인입되며, 가스인젝션 난방모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제2유로에서 분기된 후 감압된 냉매와 열교환으로 냉매를 응축시키는 판형 열교환기;
    상기 판형 열교환기와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 판형 열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수 열원인 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉 열교환기;
    상기 수냉 열교환기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 수냉 열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 공냉 컨덴서;
    상기 공냉 컨덴서와 제5유로에 의해 연결되고, 상기 공냉 컨덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 차량 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 실내를 냉방시키는 증발기;
    상기 증발기와 상기 압축기를 연결하는 제6유로 상에 구비되며 상기 증발기에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 분리된 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터;
    상기 제3유로 상, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 판형 열교환기와 연결되는 제1분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 제5유로, 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 팽창밸브부;
    상기 제4유로 상에서 상기 어큐뮬레이터와 연결되는 제8유로가 분기되는 지점, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 제7유로 상에 구비되는 개폐밸브부;
    각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 제1분기유로와 연결되는 상기 판형 열교환기는 제2분기유로에 의해 상기 압축기와 연결되며, 가스인젝션 난방모드 및 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매는 상기 판형 열교환기에서 고온의 냉매와 열교환 후 상기 압축기로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창밸브부는,
    상기 제3유로 상에 구비되며 논가스인젝션 난방모드, 가스인젝션 난방모드, 논가스인젝션 난방제습모드, 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 판형 열교환기를 통과한 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와,
    상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 논가스인젝션 난방제습모드, 가스인젝션 난방제습모드 시 상기 공냉 컨덴서 및 상기 실내 컨덴서에서 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브와,
    상기 제1분기유로 상에 구비되며 상기 제2유로를 통해 상기 제1분기유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제3전자식팽창밸브를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐밸브부는,
    상기 제4유로 상에서 상기 제8유로가 분기되는 지점에 구비되며 상기 수냉 열교환기에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 제어하는 제1개폐밸브와,
    상기 제7유로 상에 구비되어 상기 제7유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1개폐밸브는 3웨이밸브가 사용되고, 상기 제2개폐밸브는 2웨이밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    냉방모드 시,
    상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브는 열리고, 상기 제1분기유로 상에 구비되는 제3전자식팽창밸브와 상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫히며,
    상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 공냉 컨덴서 방향으로 개방되고,
    상기 제5유로 상에 구비되는 상기 제2전자식팽창밸브는 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    논가스인젝션 난방모드 시,
    상기 제1분기유로 상에 구비되는 제3전자식팽창밸브와 상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫히며,
    상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방되고,
    상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    가스인젝션 난방모드 시,
    상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫히고, 상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브와 상기 제1분기유로 상에 구비되는 상기 제3전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매와 상기 판형 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서,
    논가스인젝션 난방제습모드 시,
    상기 제1분기유로 상에 구비되는 제3전자식팽창밸브는 닫히며,
    상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열리고,
    상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 제2전자식팽창밸브는 상기 제7유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 오리피스홀을 통해 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  9. 청구항 2에 있어서,
    가스인젝션 난방제습모드 시,
    상기 제7유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열리고,
    상기 제4유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제8유로 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에 구비되는 상기 제1전자식팽창밸브와 상기 제1분기유로 상에 구비되는 상기 제3전자식팽창밸브는 상기 수냉 열교환기로 공급되는 냉매와 상기 판형 열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 제5유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 제2전자식팽창밸브는 상기 제7유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 오리피스홀을 통해 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
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