KR20220139060A

KR20220139060A - 차량용 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20220139060A
Application number: KR1020210045211A
Authority: KR
Inventors: 김재연; 김연호; 안호찬; 김재완; 황윤호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-14
Also published as: US11760153B2; US20220324286A1; DE102021212912A1; CN115195389A

Abstract

차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉각수와 냉매가 열교환 되는 하나의 칠러를 이용하여 배터리 모듈의 온도를 조절하고, 차량의 난방모드에서 전장품의 폐열과 함께 서브 CE모듈(Sub Centralized Energy Module)을 이용하여 난방 성능을 향상시키도록 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, 제작원가 절감 및 난방성능을 향상시키도록 하는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 공기조화 시스템은 자동차의 실내를 난방하거나 냉방하기 위하여 냉매를 순환시키는 에어컨 시스템을 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 시스템, 냉각장치, 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 냉각수와 냉매가 열교환 되는 하나의 칠러를 이용하여 배터리 모듈의 온도를 조절하고, 차량의 난방모드에서 전장품의 폐열과 함께 서브 CE모듈(Sub Centralized Energy Module)을 이용하여 난방 성능을 향상시키도록 하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉매가 순환되는 제1 냉매라인으로 상호 연결되며, 제1 컨덴서, 제1 팽창밸브, 제1 증발기, 및 제1 압축기를 포함하는 에어컨 장치; 상기 제1 컨덴서와 상기 제1 증발기 사이의 상기 제1 냉매라인과, 상기 제1 증발기와 상기 제1 압축기 사이의 상기 제1 냉매라인을 상호 연결하는 냉매 연결라인; 상기 냉매 연결라인에 구비되며, 전장품과 배터리 모듈에 냉각수 라인을 통해 각각 연결되고, 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시키는 칠러;

상기 냉매 연결라인에 구비되는 제2 증발기를 포함하고, 상기 에어컨 장치와 상기 냉매 연결라인, 또는 상기 제1 냉매라인을 통해 연결되며, 제2 냉매라인을 따라 순환하는 제2 냉매의 응축 및 증발 시에 발생하는 열 에너지를 상기 제1 냉매와 선택적으로 열교환시켜 상기 제1 냉매의 온도를 조절하는 서브 CE 모듈(Sub Centralized Energy Module); 및 상기 에어컨 장치에 구비되며, 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기로 바이패스 시켜 상기 제1 냉매라인을 순환하는 상기 제1 냉매의 유량을 증대시키는 가스 인젝션부; 를 포함하되, 상기 칠러와 상기 제2 증발기는 상기 냉매 연결라인을 통해 상기 제1 증발기와 병렬로 배치될 수 있다.

상기 서브 CE 모듈은 상기 제2 냉매를 압축하는 제2 압축기; 상기 제2 압축기와 상기 제2 냉매라인을 통해 연결되며, 상기 제2 압축기로부터 공급되는 압축된 상기 제2 냉매를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 응축하는 제2 컨덴서; 상기 제2 컨덴서와 상기 제2 냉매라인을 통해 연결되며, 상기 제2 냉매를 팽창시키는 서브 팽창밸브; 및 상기 서브 팽창밸브와 상기 제2 냉매라인을 통해 연결되고, 상기 냉매 연결라인과 연결되며, 상기 제2 팽창밸브로부터 공급된 상기 제2 냉매를 상기 냉매 연결라인을 통해 유입된 상기 제1 냉매와 열교환을 통해 증발시키고, 증발된 상기 제2 냉매를 상기 제2 압축기에 공급하는 상기 제2 증발기; 를 포함할 수 있다.

상기 제1 컨덴서는 상기 제2 컨덴서와 분리 가능하게 결합되어 상기 제1 냉매라인에 구비될 수 있다.

상기 제2 증발기는 상기 칠러와 분리 가능하게 결합되어 상기 냉매 연결라인에 구비될 수 있다.

상기 제2 압축기는 상기 제1 압축기와 일체형으로 구성될 수 있다.

상기 칠러와 상기 제2 증발기의 사이에는 상기 칠러로 유입되는 상기 제1 냉매의 유동 흐름을 제어하고 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시키도록 제2 팽창밸브가 구비되고, 상기 제2 팽창밸브는 상기 칠러와 상기 제2 증발기의 사이에서 상기 칠러, 및 상기 제2 증발기와 분리 가능하게 결합될 수 있다.

상기 제2 팽창밸브는 상기 제1 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 배터리 모듈을 냉각할 경우, 상기 냉매 연결라인으로 유입된 상기 제1 냉매를 팽창시켜 상기 칠러에 유입시킬 수 있다.

상기 제1 팽창밸브, 상기 제2 팽창밸브, 및 상기 서브 팽창밸브는 냉매의 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.

상기 가스 인젝션부는 상기 제2 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브의 사이에서 상기 제1 냉매라인에 구비되고, 상기 제1, 및 제2 컨덴서를 통과한 상기 제1 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출하는 플래시 탱크; 상기 플래시 탱크와 상기 제1 압축기를 연결하며, 상기 플래시 탱크로부터 기체상태의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기에 선택적으로 공급하는 바이패스 라인; 상기 바이패스 라인에 구비되는 밸브; 및 상기 제1 컨덴서와 상기 제2 컨덴서의 사이에 구비되며, 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제3 팽창밸브; 를 포함할 수 있다.

상기 제3 팽창밸브는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서를 통과한 상기 제1 냉매를 팽창시킬 수 있다.

상기 제3 팽창밸브는 상기 제1 컨덴서, 및 상기 제2 컨덴서와 분리 가능하게 결합될 수 있다.

상기 가스 인젝션부는 상기 제1 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브 사이에서 상기 제1 냉매라인에 구비되는 판형 열교환기; 일단이 상기 제1 컨덴서와 상기 판형 열교환기 사이에서 상기 제1 냉매라인에 연결되고, 타단은 상기 제2 컨덴서와 상기 판형 열교환기를 통과하여 상기 제1 압축기에 연결되는 바이패스 라인; 및 상기 제2 컨덴서의 전단에서 상기 바이패스 라인에 구비되는 제3 팽창밸브; 를 포함할 수 있다.

상기 제2 컨덴서는 상기 제1 컨덴서와 상기 판형 열교환기 사이에서 상기 바이패스 라인에 구비되며, 상기 제3 팽창밸브는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서를 통과하여 상기 바이패스 라인으로 유입되는 상기 제1 냉매를 팽창시킬 수 있다.

상기 제2 압축기는 상기 제1 압축기의 용량보다 작은 용량으로 형성될 수 있다.

상기 칠러와 상기 제2 증발기는 상기 냉매 연결라인을 통해 상기 제1 증발기와 병렬로 배치될 수 있다.

상기 가스 인젝션부는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 서브 CE 모듈과 동시에 작동될 수 있다.

상기 제1 컨덴서는 라디에이터와 히터에 냉각수 라인을 통해 각각 연결되며, 내부로 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 상기 제1 냉매를 응축할 수 있다.

상기 제1 컨덴서는 차량의 난방모드, 저온 제습 모드, 및 고온 제습 모드에서 상기 제1 냉매를 응축시키면서 온도가 상승된 냉각수를 상기 냉각수 라인을 통해 상기 히터에 공급할 수 있다.

상기 칠러는 전장품과 배터리 모듈에 상기 냉각수 라인을 통해 각각 연결되며, 내부로 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시키면서 상기 전장품의 폐열을 흡수하거나, 또는 상기 배터리 모듈에 상기 제1 냉매와 열교환된 저온의 냉각수를 공급할 수 있다.

상기 에어컨 장치는 상기 제1 증발기와 상기 제1 압축기의 사이에서 상기 제1 냉매라인에 구비되는 어큐뮬레이터를 더 포함하고, 상기 냉매 연결라인은 상기 칠러를 통과한 냉매가 상기 어큐뮬레이터를 통과하여 상기 제1 압축기에 유입되도록 상기 제1 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브의 사이에서 상기 제1 냉매라인과 상기 어큐뮬레이터를 연결할 수 있다.

상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매는 서로 다른 냉매로 구성될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 의하면, 전기 자동차에서 냉각수와 냉매가 열교환 되는 하나의 칠러를 이용하여 차량의 모드에 따라 배터리 모듈의 온도를 조절함으로써, 시스템의 단순화가 가능해질 수 있다.

또한, 본 발명은 차량의 난방모드에서 전장품의 폐열과 함께 서브 CE 모듈(Sub Centralized Energy Module)을 이용함으로써, 전체 냉매량 축소가 가능해지고, 전기히터 사용량을 최소화하면서 난방 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 서브 CE 모듈에 적용되는 증발기를 칠러와 분리 가능하게 결합된 일체형으로 구성하고, 서브 CE 모듈의 압축기와 컨덴서를 에어컨 장치에 적용되는 압축기와 컨덴서에 각각 분리 가능하게 결합된 일체형으로 구성함으로써, 제작원가를 절감할 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 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 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 냉방모드에 따른 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 난방모드에 따른 작동 상태도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 저온 제습 모드에 따른 작동 상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 고온 제습 모드에 따른 작동 상태도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 냉방모드에 따른 작동 상태도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 난방모드에 따른 작동 상태도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 저온 제습 모드에 따른 작동 상태도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 고온 제습 모드에 따른 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(25)를 이용하여 배터리 모듈(9)의 온도를 조절하고, 전장품(7)의 폐열과 함께 서브 CE 모듈(30: Sub Centralized Energy Module)을 이용하여 난방성능을 향상시킬 수 있다.

상기 전장품(7)은 전력제어장치, 또는 인버터, 또는 충전기(On Board Charger, OBC)를 포함할 수 있다. 상기 전력제어장치 또는 상기 인버터는 주행 중에 발열되고, 상기 충전기는 상기 배터리 모듈(9)을 충전할 경우 발열될 수 있다.

여기서, 상기 히트펌프 시스템은 전기 자동차에서 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 공조장치인 에어컨 장치(10), 냉매 연결라인(21), 상기 칠러(25), 서브 CE 모듈(30), 및 가스 인젝션부(50)를 포함한다.

본 실시예에서, 상기 에어컨 장치(10)는 라디에이터(3), 히터(5), 상기 전장품(7), 및 상기 배터리 모듈(9)과 냉각수 라인(2)을 통해 각각 연결될 수 있다. 여기서, 상기 히터(5)는 미도시된 HVAC 모듈의 내부에 구비될 수 있다.

이러한 에어컨 장치(10)는 제1 냉매가 순환되는 제1 냉매라인(11)으로 상호 연결되며, 제1 컨덴서(12), 제1 팽창밸브(14), 제1 증발기(15), 및 제1 압축기(17)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 제1 컨덴서(12)는 상기 제1 냉매라인(11)과 연결되어 상기 제1 냉매가 통과되고, 상기 라디에이터(3)와 상기 히터(5)에 냉각수 라인(2)을 통해 각각 연결된다.

이러한 제1 컨덴서(12)는 상기 라디에이터(3), 또는 상기 히터(5)로부터 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 상기 제1 냉매를 응축할 수 있다.

또한, 상기 제1 컨덴서(12)는 차량의 난방모드, 저온 제습 모드, 및 고온 제습 모드에서 상기 제1 냉매를 응축시키면서 온도가 상승된 냉각수를 상기 냉각수 라인(2)을 통해 상기 히터(5)에 공급할 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 제1 컨덴서(12)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.

상기 제1 팽창밸브(14)는 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시켜 상기 제1 증발기(15)에 유입시키거나, 상기 제1 증발기(15)로 상기 제1 냉매의 유동 흐름을 제어할 수 있다.

여기서, 상기 제1 증발기(15)는 미도시된 HVAC 모듈(Heating, Ventilation, and Air Conditioning)의 내부에 구비되며, 상기 제1 냉매라인(11)과 연결된다.

이러한 제1 증발기(15)는 차량의 냉방모드에서 외기와의 열교환을 통해 상기 제1 냉매를 증발시킬 수 있다. 상기 제1 증발기(15)를 통과하면서 냉각된 외기는 차량 실내를 냉방하도록 차량 실내로 유입된다.

그리고 상기 제1 압축기(17)는 상기 제1 증발기(15)와 상기 제1 컨덴서(12) 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 연결된다. 이러한 제1 압축기(17)는 기체 상태의 상기 제1 냉매를 압축시키고 압축된 상기 제1 냉매를 상기 제1 컨덴서(12)에 공급할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제1 증발기(15) 사이의 상기 제1 냉매라인(11)과, 상기 제1 증발기(15)와 상기 제1 압축기(17) 사이의 상기 제1 냉매라인(11)을 상호 연결할 수 있다.

상기 칠러(25)는 상기 냉매 연결라인(21)에 구비되며, 상기 전장품(7)과 상기 배터리 모듈(9)에 상기 냉각수 라인(2)을 통해 각각 연결된다. 이러한 칠러(25)는 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 칠러(25)는 상기 전장품(7), 또는 상기 배터리 모듈(9)로부터 선택적으로 유입되는 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 냉각수의 온도를 조절할 수 있다. 여기서, 상기 칠러(25)는 내부에 냉각수가 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.

즉, 상기 칠러(25)는 내부로 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시키면서 상기 전장품(7)의 폐열을 흡수하거나, 또는 상기 배터리 모듈(9)에 상기 제1 냉매와 열교환된 저온의 냉각수를 공급할 수 있다.

여기서, 상기 냉매 연결라인(21)에는 상기 칠러(25)로 유입되는 상기 제1 냉매의 유동 흐름을 제어하고, 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시키도록 제2 팽창밸브(23)가 구비될 수 있다.

상기 제2 팽창밸브(23)는 상기 제1 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 상기 배터리 모듈(9)을 냉각할 경우, 상기 냉매 연결라인(21)으로 유입된 상기 제1 냉매를 팽창시켜 상기 칠러(25)에 유입시킬 수 있다.

상기 배터리 모듈(9)은 상기 전장품(7)에 전원을 공급하고, 상기 냉각수 라인(2)을 따라 유동되는 냉각수로 냉각되는 수랭식으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 칠러(25)에서 상기 제1 냉매와 열교환이 완료된 저온의 냉각수는 상기 냉각수 라인(2)을 통해 연결된 상기 배터리 모듈(9)로 유입됨으로써, 효율적으로 상기 배터리 모듈(9)을 냉각시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서 상기 에어컨 장치(10)는 상기 제1 증발기(15)와 상기 제1 압축기(17)의 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)에 구비되는 어큐뮬레이터(16)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 칠러(25)를 통과한 냉매가 상기 어큐뮬레이터(16)를 통과하여 상기 제1 압축기(17)에 유입되도록 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제1 팽창밸브(14)의 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 어큐뮬레이터(16)를 연결할 수 있다.

상기 어큐뮬레이터(16)는 상기 제1 증발기(15)로부터 배출되는 상기 제1 냉매, 또는 상기 칠러(25)를 통과한 상기 제1 냉매를 차량의 모드에 따라 선택적으로 공급받을 수 있다.

여기서, 상기 어큐뮬레이터(16)는 상기 제1 압축기(17)와 상기 제1 증발기(15) 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)에 배치되고, 상기 칠러(25)와 상기 냉매 연결라인(21)을 통해 연결될 수 있다.

이러한 어큐뮬레이터(16)는 상기 제1 압축기(17)에 기체 상태의 냉매만 공급함으로써, 상기 제1 압축기(17)의 효율 및 내구성을 향상시킨다.

본 실시예에서, 상기 서브 CE 모듈(30: Sub Centralized Energy Module)은 상기 제1 냉매라인(11)에 구비되는 제2 컨덴서(34)와 상기 냉매 연결라인(21)에 구비되는 제2 증발기(36)를 포함한다.

이러한 서브 CE 모듈(30)은 상기 에어컨 장치(10)와 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 연결되고, 제2 냉매라인(31)을 따라 순환하는 제2 냉매의 응축 및 증발 시에 발생하는 열 에너지를 상기 제1 냉매와 선택적으로 열교환시켜 상기 제1 냉매의 온도를 조절할 수 있다.

이러한 서브 CE 모듈(30)은 상기 제2 냉매라인(31)으로 연결되는 제2 압축기(33), 상기 제2 컨덴서(34), 서브 팽창밸브(35), 및 제2 증발기(36)를 포함한다.

먼저, 상기 제2 압축기(33)는 기체 상태의 상기 제2 냉매를 압축시키고, 압축된 상기 제2 냉매를 상기 제2 컨덴서(34)로 공급할 수 있다.

여기서, 상기 제2 압축기(33)는 상기 제1 압축기(17)의 용량보다 작은 용량으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 압축기(33)는 상기 제1 압축기(17)와 일체형으로 구성될 수 있다.

즉, 상기 서브 CE 모듈(30)에서 순환하는 상기 제2 냉매의 유량이 상기 에어컨 장치(10)에서 순환하는 상기 제1 냉매의 유량 보다 적기 때문에 상기 제2 압축기(33)의 용량이 상기 제1 압축기(17)의 용량보다 작을 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 제1, 및 제2 압축기(17, 33)가 일체형으로 구성된 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니고, 하나의 압축기를 사용하여 상기 에어컨 장치(10)와 상기 서브 CE 모듈(30)을 작동시킬 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제2 컨덴서(34)는 상기 제2 압축기(33)와 상기 제2 냉매라인(31)을 통해 연결된다. 이러한 제2 컨덴서(34)는 상기 제2 압축기(33)로부터 공급되는 압축된 상기 제2 냉매를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 응축할 수 있다.

여기서, 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제2 컨덴서(34)는 분리 가능하게 결합되어 상기 제1 냉매라인(11)에 구비된다.

이와 같이 구성되는 상기 제2 컨덴서(34)는 내부에 제1 및 제2 냉매가 각각 유입되는 수랭식 열교환기일 수 있다.

상기 서브 팽창밸브(35)는 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 상기 제2 냉매를 선택적으로 팽창시켜 상기 제2 증발기(36)에 유입시키거나, 상기 제2 증발기(36)로 상기 제2 냉매의 유동 흐름을 제어할 수 있다.

그리고 상기 제2 증발기(36)는 상기 서브 팽창밸브(35)와 상기 제2 냉매라인(31)을 통해 연결되고, 상기 냉매 연결라인(21)과 연결된다.

이러한 제2 증발기(36)는 상기 서브 팽창밸브(35)로부터 공급된 냉매를 상기 냉매 연결라인(21)을 통해 유입된 상기 제1 냉매와 열교환을 통해 증발시키고, 증발된 냉매를 상기 제2 압축기(33)에 공급할 수 있다.

여기서, 상기 제2 증발기(36)는 상기 칠러(25)와 분리 가능하게 결합되어 상기 냉매 연결라인(21)에 구비될 수 있다.

또한, 상기 칠러(25)와 상기 제2 증발기(36)는 상기 냉매 연결라인(21)을 통해 상기 제1 증발기(15)와 병렬로 배치될 수 있다.

한편, 상기 제2 팽창밸브(23)는 상기 칠러(25)와 상기 제2 증발기(36)의 사이에 구비된다. 이러한 제2 팽창밸브(23)는 상기 칠러(25)와 상기 제2 증발기(35)의 사이에서 상기 칠러(25), 및 상기 제2 증발기(36)와 분리 가능하게 결합될 수 있다.

또한, 상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매는 서로 다른 냉매로 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 냉매는 R1234YF 또는 R134a 냉매이고, 상기 제2 냉매는 상기 제1 냉매에 비해 냉매특성이 보다 우수한 R290 냉매일 수 있다.

그리고 상기 가스 인젝션부(50)는 상기 에어컨 장치(10)에 구비된다. 이러한 가스 인젝션부(50)는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기(17)로 바이패스 시켜 상기 제1 냉매라인(11)을 순환하는 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 가스 인젝션부(50)는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 서브 CE 모듈(30)과 동시에 작동될 수 있다.

이와는 반대로, 상기 가스 인젝션부(50)는 차량의 냉방모드, 또는 고온 제습 모드에서 상기 서브 CE 모듈(30)과 함께 작동이 중단될 수 있다.

여기서, 상기 가스 인젝션부(50)는 플래시 탱크(51), 바이패스 라인(53), 밸브(55), 및 제3 팽창밸브(57)를 포함한다.

먼저, 상기 플래시 탱크(51)는 상기 제2 컨덴서(34)와 상기 제1 팽창밸브(14)의 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)에 구비된다.

이러한 플래시 탱크(51)는 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)를 통과하면서 열교환이 완료된 상기 제1 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출할 수 있다.

상기 바이패스 라인(53)은 상기 플래시 탱크(51)와 상기 제1 압축기(17)를 연결한다. 이러한 바이패스 라인(53)은 상기 플래시 탱크(51)로부터 기체상태의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기(17)에 선택적으로 공급할 수 있다.

즉, 상기 바이패스 라인(53)은 상기 플래시 탱크(51)를 통과한 기체냉매가 상기 제1 압축기(17)에 선택적으로 유입되도록 상기 플래시 탱크(51)와 상기 제1 압축기(17)를 연결할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 밸브(55)는 상기 바이패스 라인(53)에 구비된다. 이러한 밸브(55)는 차량의 모드에 따라 상기 바이패스 라인(53)을 선택적으로 개방할 수 있다.

여기서, 상기 플래시 탱크(51)는 상기 밸브(55)의 작동을 통해 개방된 상기 바이패스 라인(53)을 통해 기체냉매를 상기 제1 압축기(17)에 공급할 수 있다. 또한, 상기 플래시 탱크(51)는 액체냉매를 상기 제1 증발기(15), 상기 칠러(25), 및 상기 제2 증발기(36)에 공급할 수 있다.

그리고 상기 제3 팽창밸브(57)는 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제2 컨덴서(34)의 사이에 구비되며, 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시킬 수 있다.

여기서, 상기 제3 팽창밸브(57)는 차량의 난방모드, 및 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시켜 상기 제2 컨덴서(34)에 공급할 수 있다.

이러한 제3 팽창밸브(57)는 상기 제1 컨덴서(12), 및 상기 제2 컨덴서(34)와 분리 가능하게 결합될 수 있다.

즉, 상기 제1 팽창밸브(14), 상기 제2 팽창밸브(23), 상기 서브 팽창밸브(35), 및 상기 제3 팽창밸브(57)는 냉매의 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.

또한, 상기 밸브(55)는 2-Way 밸브일 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 작동 및 작용을 도 2 내지 도 5를 통하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 냉방모드에 따른 상기 배터리 모듈의 냉각 시, 작동을 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 냉방모드에 따른 작동 상태도이다.

도 2를 참조하면, 상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 냉방하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 순환된다.

여기서, 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동에 의해 개방된다.

한편, 상기 제1 컨덴서(12)에는 상기 라디에이터(3)에서 냉각된 냉각수가 상기 냉각수 라인(2)을 통해 순환된다.

또한, 상기 히터(5)와 연결된 상기 냉각수 라인(2)은 폐쇄된다. 즉, 상기 라디에이터(3)에서 냉각된 냉각수는 미도시된 워터펌프의 작동을 통해 상기 제1 컨덴서(12)로 공급될 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 컨덴서(12)는 상기 냉각수 라인(2)을 따라 유동하는 냉각수를 이용하여 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 공급된 상기 제1 냉매를 응축시킨다.

상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 분리 가능하게 결합되어 일체형으로 구성된 상기 제3 팽창밸브(57)와 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 후, 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동된다.

이 때, 상기 제3 팽창밸브(57)는 상기 제1 냉매를 팽창시키지 않고, 상기 제2 컨덴서(34)로 상기 제1 냉매가 유입되도록 상기 제1 냉매를 통과시킬 수 있다.

상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동된 상기 제1 냉매는 상기 제1, 및 제2 팽창밸브(14, 23)의 작동을 통해 상기 제1 증발기(15)와 상기 칠러(25)로 각각 공급된다.

여기서, 상기 제2 팽창밸브(23)는 팽창된 상기 제1 냉매가 상기 칠러(25)에 공급되도록 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매를 팽창시키고, 상기 냉매 연결라인(21)을 개방한다.

한편, 냉각수는 상기 칠러(25)에 공급된 상기 제1 냉매와 열교환을 통해 냉각된다. 상기 칠러(25)에서 냉각된 냉각수는 상기 냉각수 라인(2)을 통해 연결된 상기 배터리 모듈(9)에 공급된다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(9)은 냉각된 냉각수에 의해 냉각된다.

따라서, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)에서 배출된 일부의 상기 제1 냉매는 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 상기 제2 증발기(36)를 통과한 후, 팽창되어 저온저압의 상태가 되고, 상기 냉매 연결라인(21)에 구비된 상기 칠러(25)로 유입된다.

그런 후, 상기 칠러(25)에 유입된 제1 냉매는 냉각수와 열교환 되고, 상기 냉매 연결라인(21)을 통해 연결된 상기 어큐뮬레이터(16)를 통과하여 상기 제1 압축기(17)로 유입된다.

즉, 상기 배터리 모듈(9)을 냉각하면서 온도가 상승된 냉각수는 저온저압의 냉매와 상기 칠러(25)의 내부에서 열교환을 통해 냉각된다. 냉각된 냉각수는 상기 냉각수 라인(2)을 통해 다시 배터리 모듈(9)로 공급된다.

즉, 냉각수는 전술한 바와 같은 작동을 반복 수행하면서 상기 배터리 모듈(9)을 효율적으로 냉각시킬 수 있다.

한편, 상기 냉매 연결라인(21)으로 유입된 상기 제1 냉매를 제외한 나머지 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 냉방하도록 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동되고, 상기 제1 팽창밸브(14), 상기 제1 증발기(15), 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)를 순차적으로 통과한다.

여기서, 상기 HVAC 모듈(미도시)로 유입되는 외기는 상기 제1 증발기(15)로 유입된 저온 상태의 냉매에 의해 상기 제1 증발기(15)를 통과하면서 냉각된다.

냉각된 외기는 차량의 내부로 직접 유입됨으로써, 차량 실내를 냉방할 수 있다.

한편, 상기 제1 증발기(15)에는 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제2 컨덴서(34)를 통과하면서 응축량이 증가된 냉매가 팽창되어 공급됨으로써, 냉매를 보다 낮은 온도로 증발시킬 수 있다.

즉, 본 실시예에서는 상기 제1 컨덴서(12)가 상기 제1 냉매를 1차로 응축하고, 상기 제2 컨덴서(34)가 추가로 상기 제1 냉매를 응축시킴으로써, 상기 제1 냉매의 서브 쿨 형성이 유리해진다.

그리고 서브쿨이 형성된 상기 제1 냉매가 상기 제1 증발기(15)에서 보다 낮은 온도로 증발됨에 따라, 상기 제1 증발기(15)에서 열교환되는 냉각수의 온도를 더욱 낮출 수 있어 냉방성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 서브 CE 모듈(30)과 상기 가스 인젝션부(50)는 작동이 중단된다.

즉, 전술한 과정을 반복 수행하면서 상기 제1 냉매는 차량의 냉방모드에서 실내를 냉방하는 동시에, 상기 칠러(25)를 통과하면서 열교환을 통해 냉각수를 냉각시킬 수 있다.

상기 칠러(25)에서 냉각된 냉각수는 상기 냉각수 라인(2)을 따라 유동되면서 상기 배터리 모듈(9)로 유입된다. 이에 따라, 배터리 모듈(9)은 상기 냉각수 라인(2)으로 공급된 저온의 냉각수에 의해 효율적으로 냉각될 수 있다.

본 실시예에서, 차량의 난방모드에 따른 작동을 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 난방모드에 따른 작동 상태도이다.

도 3을 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 상기 전장품(7)의 폐열이 충분할 경우, 상기 전장품(7)의 폐열을 회수하여 실내 난방에 이용할 수 있다.

먼저, 상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 난방하기 위해 각 구성요소가 작동하여 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 제1 냉매가 순환된다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)와 상기 제1 증발기(15)를 연결하는 상기 제1 냉매라인(11)은 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 폐쇄된다. 그리고 상기 칠러(25)와 연결되는 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 개방된다.

이에 따라, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제2 증발기(36)를 통과하여 상기 제2 팽창밸브(23)로 유입된다.

이 때, 상기 제2 팽창밸브(23)는 냉매를 팽창시켜 상기 칠러(25)에 공급할 수 있다.

상기 칠러(25)는 상기 냉각수 라인(2)을 따라 유동되며, 상기 전장품(7)의 폐열을 회수하면서 온도가 상승된 냉각수를 이용하여 상기 제1 냉매를 증발시킨다.

즉, 상기 칠러(25)로 유입된 냉각수가 상기 전장품(7)으로부터 충분히 폐열을 흡수하여 고온상태로 유입됨에 따라, 상기 칠러(25)는 상기 제1 냉매의 증발량을 증대시킬 수 있다.

그런 후, 상기 칠러(25)를 통과한 상기 제1 냉매는 개방된 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 어큐뮬레이터(16)에 공급된다.

상기 어큐뮬레이터(16)에 공급된 상기 제1 냉매는 기체와 액체로 분리된다. 기체와 액체로 분리된 상기 제1 냉매 중, 기체냉매는 상기 제1 압축기(17)로 공급된다.

상기 제1 압축기(17)로부터 고온 고압의 상태로 압축된 상기 제1 냉매는 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제2 컨덴서(34)로 유입된다.

여기서, 상기 제1 컨덴서(12)는 상기 히터(5)와 연결된 상기 냉각수 라인(2)을 통해 공급된 냉각수를 상기 제1 압축기(17)로부터 공급된 고온 고압의 상기 제1 냉매와 열교환시킨다.

상기 제1 냉매와 열교환되면서 온도가 상승된 냉각수는 상기 냉각수 라인(2)을 통해 연결된 상기 히터(5)에 공급될 수 있다. 여기서, 상기 라디에이터(3)와 연결된 상기 냉각수 라인(2)은 폐쇄된다.

따라서, 상기 히터(5)에는 미도시된 워터펌프의 작동을 통해 상기 제1 컨덴서(12)를 통과하면서 온도가 상승된 냉각수가 공급된다.

즉, 외부로부터 유입된 외기는 상기 제1 냉매가 공급되지 않은 상기 제1 증발기(15)를 통과 시, 냉각되지 않은 실온 상태로 유입된다. 유입된 외기는 상기 히터(5)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량 실내의 난방이 구현될 수 있다.

한편, 상기 제1 컨덴서(12)는 상기 히터(5)와 연결된 상기 냉각수 라인(2)으로 공급된 냉각수를 이용하여 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 공급된 상기 제1 냉매를 응축시킨다.

상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제3 팽창밸브(57)와 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한다. 그런 후, 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제2 증발기(36)와 상기 칠러(25)로 유입된다.

즉, 상기 제1 냉매는 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 개방된 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제2 증발기(36)와 상기 칠러(25)로 공급된다.

여기서, 상기 칠러(25)를 통과한 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 난방하도록 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 유동되고, 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 상기 제1 컨덴서(12), 및 상기 제2 컨덴서(13)를 순차적으로 통과한다.

한편, 상기 서브 CE 모듈(30)에서는 상기 제2 냉매라인(31)을 따라 상기 제2 냉매가 순환되도록 각 구성요소가 작동된다. 또한, 상기 가스 인젝션부(50)에서는 각 구성요소가 작동할 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제3 팽창밸브(57)의 작동을 통해 팽창된 상태로, 상기 제2 컨덴서(34)로 유입된다.

그러면, 상기 제2 컨덴서(34)는 상기 제2 냉매라인(31)을 통해 상기 제2 압축기(33)로부터 공급된 상기 제2 냉매를 상기 제1 컨덴서(12)로부터 상기 제3 팽창밸브(57)를 통과하면서 팽창된 상기 제1 냉매와 열교환시켜 상기 제2 냉매를 응축한다.

상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 상기 제2 냉매는 상기 서브 팽창밸브(35)의 작동을 통해 팽창되고, 상기 제2 증발기(36)로 유입된다. 그런 후, 상기 제2 냉매는 상기 제2 증발기(36)에서 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 유입된 상기 제1 냉매와 열교환을 통해 증발되고, 상기 제2 냉매라인(31)을 통해 상기 제2 압축기(33)로 공급된다.

한편, 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 플래시 탱크(51)에서 기체와 액체로 분리된다. 기체와 액체로 분리된 상기 제1 냉매 중, 기체냉매는 상기 밸브(55)의 작동을 통해 개방된 상기 바이패스 라인(53)을 통해 상기 제1 압축기(17)로 공급된다.

즉, 상기 가스 인젝션부(50)는 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)를 통과하면서 응축된 상기 제1 냉매 중, 기체냉매를 상기 바이패스 라인(53)을 통해 상기 제1 압축기(17)로 다시 유입시킴으로써, 상기 제1 냉매라인(11)을 순환하는 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

그리고 상기 플래시 탱크(51)에서 기체와 액체로 분리된 상기 제1 냉매 중, 액체냉매는 상기 제2 증발기(36)를 통과하면서 상기 제2 냉매와 열교환을 통해 추가로 응축된다.

그런 후, 상기 제2 증발기(36)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 팽창된 상태로, 상기 칠러(25)를 통과하여 상기 냉매 연결라인(21)을 통해 연결된 상기 어큐뮬레이터(16)로 유입된다.

즉, 본 실시예에서는 상기 제1 컨덴서(12)가 상기 제1 냉매를 1차로 응축하고, 상기 서브 CE 모듈(30)을 순환하는 상기 제2 냉매를 이용하여 상기 제2 컨덴서(34)와 상기 제2 증발기(36)에서 상기 제1 냉매를 추가로 응축 또는 증발시킬 수 있다.

그런 후, 상기 제1 냉매는 상기 제2 증발기(36)에서 상기 제2 냉매와의 열교환을 통해 추가로 응축됨으로써, 상기 제1 냉매의 응축량이 증대될 수 있다.

그리고 응축량이 증대된 상기 제1 냉매는 상기 칠러(25)에서 상기 전장품(7)으로부터 공급된 냉각수로부터 원활하게 폐열을 회수할 수 있어 난방성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 차량의 난방모드에서 상기 전장품(7)의 폐열과 함께, 상기 서브 CE 모듈(30)에서 상기 제2 냉매가 상변화되면서 발생하는 열 에너지를 이용함으로써, 별도의 전기히터 사용량을 최소화하면서 난방 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 가스 인젝션부(50)가 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 상기 제1 압축기(17)의 동력 소모를 줄이고, 난방성능을 극대화시킬 수 있다.

본 실시예에서, 차량의 저온 제습 모드에 따른 작동을 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 저온 제습 모드에 따른 작동 상태도이다.

여기서, 저온 제습 모드는 차량의 난방 모드에서 차량 실내에 제습이 요구될 경우 작동하는 모드이다.

도 4를 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 상기 전장품(7)의 폐열이 충분할 경우, 상기 전장품(7)의 폐열을 회수하여 실내 난방에 이용할 수 있다.

여기서, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)와 상기 제1 증발기(15)를 연결하는 상기 제1 냉매라인(11)은 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 개방된다.

여기서, 상기 칠러(25), 및 상기 제2 증발기(36)와 연결되는 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 개방된다. 이 때, 상기 제2 팽창밸브(23)는 냉매를 팽창시켜 상기 칠러(25)에 공급할 수 있다.

즉, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)를 통과한 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매는 상기 제2 증발기(36)를 통과한다. 그런 후, 상기 제1 냉매는 상기 제2 팽창밸브(23)를 통과하면서 팽창된 후, 상기 칠러(25)에 공급될 수 있다.

이에 따라, 상기 칠러(25)는 상기 냉각수 라인(2)을 따라 유동되며, 상기 전장품(7)의 폐열을 회수하면서 온도가 상승된 냉각수를 이용하여 상기 제1 냉매를 증발시킨다.

한편, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)와 상기 제1 증발기(15)를 연결하는 상기 제1 냉매라인(11)은 차량의 실내를 제습하도록 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 개방된다.

이에 따라, 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 나머지 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 제습하도록 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 팽창된 상태로, 상기 제1 증발기(15)로 공급될 수 있다.

상기 제1 압축기(17)로부터 고온 고압의 상태로 압축된 상기 제1 냉매는 상기 제1 컨덴서(12)로 유입된다.

그리고 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제3 팽창밸브(57)와 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한다. 그런 후, 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제2 증발기(36)와 상기 칠러(25)로 유입된다.

즉, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제1, 및 제2 팽창밸브(14, 23)의 작동을 통해 개방된 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제1 증발기(15)와 상기 칠러(25)로 각각 공급된다.

이러한 제1 냉매는 차량의 실내를 난방하도록 상기 제1 냉매라인(11), 및 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 유동되고, 상기 칠러(25), 상기 제1 증발기(15), 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 상기 제1 컨덴서(12), 및 상기 제2 컨덴서(34)를 순차적으로 통과한다.

한편, 외부로부터 유입된 외기는 상기 제1 냉매가 공급된 상기 제1 증발기(15)를 통과하면서 제습된다.

상기 제1 증발기(15)를 통과하면서 제습된 외기는 상기 히터(5)를 통과하면서 고온상태로 변환되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량 실내를 난방 및 제습하게 된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 저온 제습 모드에서 상기 전장품(7)의 폐열과 함께, 상기 서브 CE 모듈(30)에서 상기 제2 냉매가 상변화되면서 발생하는 열 에너지를 이용함으로써, 별도의 전기히터 사용량을 최소화하면서 난방 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 가스 인젝션부(50)가 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 상기 제1 압축기(17)의 동력 소모를 줄이고, 난방성능을 극대화시킬 수 있으며, 상기 제1 증발기(15)로 팽창된 상기 제1 냉매를 선택적으로 공급하여 실내 제습을 함께 수행할 수 있다.

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

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

여기서, 고온 제습 모드는 차량의 냉방 모드에서 차량 실내에 제습이 요구될 경우 작동하는 모드이다.

도 5를 참조하면, 상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 냉방하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 순환된다.

여기서, 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동에 의해 폐쇄된다.

한편, 상기 제1 컨덴서(12)에는 상기 라디에이터(3)에서 냉각된 냉각수가 상기 냉각수 라인(2)을 통해 순환된다. 또한, 상기 히터(5)와 연결된 상기 냉각수 라인(2)은 개방된다.

즉, 상기 라디에이터(3)에서 냉각된 냉각수는 미도시된 워터펌프의 작동을 통해 상기 제1 컨덴서(12)로 공급될 수 있다.

그리고 상기 제1 냉매를 응축하면서 온도가 상승된 냉각수는 상기 히터(5)와 연결된 상기 냉각수 라인(2)을 통해 상기 히터(5)로 공급될 수 있다.

한편, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 분리 가능하게 결합되어 일체형으로 구성된 상기 제3 팽창밸브(57)와 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 후, 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동된다.

상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동된 상기 제1 냉매는 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 상기 제1 증발기(15)로 공급된다.

즉, 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 냉방하도록 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 유동되고, 상기 제1 팽창밸브(14), 상기 제1 증발기(15), 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 상기 제1 컨덴서(12), 및 상기 제2 컨덴서(34)를 순차적으로 통과한다.

상기 제1 증발기(15)를 통과하면서 냉각된 외기는 상기 제1 컨덴서(12)로부터 고온의 냉각수가 공급된 상기 히터(5)를 통과하면서 제습되어 차량 실내로 유입됨으로써, 차량 실내를 냉방 및 제습하게 된다.

즉, 차량의 고온 제습 모드는 전술한 과정을 반복 수행하면서 상기 제1 냉매를 이용해 차량의 실내를 냉방하는 동시에, 상기 제1 컨덴서(12)에서 상기 제1 냉매와 열교환을 통해 온도가 상승된 냉각수를 상기 히터(5)에 공급함으로써, 실내 제습을 함께 수행할 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예들에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 적용하면, 전기 자동차에서 냉각수와 상기 제1 냉매가 열교환 되는 상기 칠러(25)를 이용하여 차량의 모드에 따라 상기 배터리 모듈(9)의 온도를 조절함으로써, 시스템의 단순화가 가능해질 수 있다.

또한, 본 발명은 차량의 난방모드에서 상기 전장품(7)의 폐열과 함께 상기 서브 CE 모듈(30)을 이용함으로써, 전체 냉매량 축소가 가능해지고, 전기히터 사용량을 최소화하면서 난방 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서브 CE 모듈(30)에 적용되는 상기 제2 증발기(36)를 상기 칠러(25)와 분리 가능하게 결합된 일체형으로 구성하고, 상기 에어컨 장치(10)에 적용되는 상기 제1 압축기(17)를 상기 제2 압축기(33)와 일체형으로 구성하며, 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제2 컨덴서(34)를 분리 가능하게 결합된 일체형으로 구성함으로써, 제작원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 배터리 모듈(9)의 온도를 효율적으로 조절함으로써, 상기 배터리 모듈(9)의 최적 성능 발휘가 가능해지고, 효율적인 상기 배터리 모듈(9)의 관리를 통해 차량의 전체적인 주행거리를 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 가스 인젝션부(50)를 적용해 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 상기 제1 압축기(17)의 소모동력을 줄이고, 난방성능을 극대화시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 첨부한 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 블록 구성도이다.

여기서, 상기 히트펌프 시스템은 전기 자동차에서 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 공조장치인 에어컨 장치(10), 냉매 연결라인(21), 상기 칠러(25), 서브 CE 모듈(30), 및 가스 인젝션부(150)를 포함한다.

본 다른 실시예에서, 상기 에어컨 장치(10)는 라디에이터(3), 히터(5), 상기 전장품(7), 및 상기 배터리 모듈(9)과 냉각수 라인(2)을 통해 각각 연결될 수 있다. 여기서, 상기 히터(5)는 미도시된 HVAC 모듈의 내부에 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제1 증발기(15) 사이의 상기 제1 냉매라인(11)과, 상기 제1 증발기(15)와 상기 제1 압축기(17) 사이의 상기 제1 냉매라인(11)을 상호 연결할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 에어컨 장치(10)는 상기 제1 증발기(15)와 상기 제1 압축기(17)의 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)에 구비되는 어큐뮬레이터(16)를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 제1, 및 제2 압축기(17, 33)가 일체형으로 구성된 것을 일 실시예로 하여 설명하고 있으나, 이에 한정된 것은 아니고, 하나의 압축기를 사용하여 상기 에어컨 장치(10)와 상기 서브 CE 모듈(30)을 작동시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제2 컨덴서(34)는 상기 제2 압축기(33)와 상기 제2 냉매라인(31)을 통해 연결된다. 이러한 제2 컨덴서(34)는 상기 제2 압축기(33)로부터 공급되는 압축된 상기 제2 냉매를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 응축할 수 있다.

여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 제2 컨덴서(34)는 상기 가스 인젝션부(150)를 통해 상기 제1 냉매를 공급받을 수 있다.

여기서, 상기 제2 증발기(36)는 상기 칠러(25)와 분리 가능하게 결합된 일체형으로 구성되어 상기 냉매 연결라인(21)에 구비될 수 있다.

한편, 상기 제2 팽창밸브(23)는 상기 칠러(25)와 상기 제2 증발기(36)의 사이에 구비된다. 이러한 제2 팽창밸브(23)는 상기 칠러(25)와 상기 제2 증발기(35)의 사이에서 상기 칠러(25), 및 상기 제2 증발기(36)와 분리 가능하게 결합된 일체형으로 구성될 수 있다.

그리고 상기 가스 인젝션부(150)는 상기 에어컨 장치(10)에 구비된다. 이러한 가스 인젝션부(150)는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기(17)로 바이패스 시켜 상기 제1 냉매라인(11)을 순환하는 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

이와 같이 구성되는 상기 가스 인젝션부(150)는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 서브 CE 모듈(30)과 동시에 작동될 수 있다.

이와는 반대로, 상기 가스 인젝션부(150)는 차량의 냉방모드, 또는 고온 제습 모드에서 상기 서브 CE 모듈(30)과 함께 작동이 중단될 수 있다.

여기서, 상기 가스 인젝션부(150)는 판형 열교환기(151), 바이패스 라인(153), 및 제3 팽창밸브(155)를 포함할 수 있다.

먼저, 상기 판형 열교환기(151)는 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제1 팽창밸브(14) 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)에 구비될 수 있다.

상기 바이패스 라인(153)의 일단은 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 판형 열교환기(151) 사이에서 상기 제1 냉매라인(11)에 연결된다. 이러한 바이패스 라인(153)의 타단은 상기 제2 컨덴서(34)와 상기 판형 열교환기(151)를 통과하여 상기 제1 압축기(17)에 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제2 컨덴서(34)는 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 판형 열교환기(151) 사이에서 상기 바이패스 라인(153)에 구비될 수 있다.

즉, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매는 상기 바이패스 라인(153)으로 유입되고, 나머지 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 상기 판형 열교환기(151)로 유입될 수 있다.

그리고 상기 제3 팽창밸브(155)는 상기 제2 컨덴서(34)의 전단에서 상기 바이패스 라인(153)에 구비될 수 있다.

이러한 제3 팽창밸브(155)는 차량의 난방모드, 및 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서(12)를 통과하여 상기 바이패스 라인(153)으로 유입되는 상기 제1 냉매를 팽창시켜 상기 제2 컨덴서(34)에 공급할 수 있다.

이에 따라, 상기 판형 열교환기(151)는 상기 바이패스 라인(153)으로 유입되고 상기 제3 팽창밸브(155)의 작동을 통해 팽창되어 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 상기 제1 냉매와, 상기 제1 컨덴서(12)로부터 배출된 상기 제1 냉매를 상호 열교환시킬 수 있다.

즉, 상기 바이패스 라인(153)은 상기 제2 컨덴서(34)와 상기 판형 열교환기(151)를 통과하면서 열교환 된 상기 제1 냉매 중, 기체상태의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기(17)에 선택적으로 공급할 수 있다.

여기서, 상기 판형 열교환기(151)는 상기 제3 팽창밸브(155)의 작동을 통해 개방된 상기 바이패스 라인(153)을 통해 기체냉매를 상기 제1 압축기(17)에 공급할 수 있다. 또한, 상기 판형 열교환기(151)는 액체냉매를 상기 제1 증발기(15), 상기 칠러(25), 및 상기 제2 증발기(36)에 공급할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제1 팽창밸브(14), 상기 제2 팽창밸브(23), 상기 서브 팽창밸브(35), 및 상기 제3 팽창밸브(155)는 냉매의 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브일 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 작동 및 작용을 도 7 내지 도 10을 통하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 차량의 냉방모드에 따른 상기 배터리 모듈의 냉각 시, 작동을 도 7을 참조하여 설명한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 냉방모드에 따른 작동 상태도이다.

도 7을 참조하면, 상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 냉방하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 순환된다.

상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동된다.

따라서, 상기 제1 컨덴서(12)에서 배출된 일부의 상기 제1 냉매는 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 상기 제2 증발기(36)를 통과한 후, 팽창되어 저온저압의 상태가 되고, 상기 냉매 연결라인(21)에 구비된 상기 칠러(25)로 유입된다.

한편, 상기 냉매 연결라인(21)으로 유입된 상기 제1 냉매를 제외한 나머지 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 냉방하도록 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동되고, 상기 제1 팽창밸브(14), 상기 제1 증발기(15), 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 및 상기 제1 컨덴서(12)를 순차적으로 통과한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 차량의 난방모드에 따른 작동을 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 난방모드에 따른 작동 상태도이다.

도 8을 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 상기 전장품(7)의 폐열이 충분할 경우, 상기 전장품(7)의 폐열을 회수하여 실내 난방에 이용할 수 있다.

여기서, 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제1 증발기(15)를 연결하는 상기 제1 냉매라인(11)은 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 폐쇄된다. 그리고 상기 칠러(25)와 연결되는 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 개방된다.

이에 따라, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제2 증발기(36)를 통과하여 상기 제2 팽창밸브(23)로 유입된다.

상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제2 증발기(36)와 상기 칠러(25)로 공급된다.

여기서, 상기 칠러(25)를 통과한 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 난방하도록 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 유동되고, 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 및 상기 제1 컨덴서(12)를 순차적으로 통과한다.

한편, 상기 서브 CE 모듈(30)에서는 상기 제2 냉매라인(31)을 따라 상기 제2 냉매가 순환되도록 각 구성요소가 작동된다. 또한, 상기 가스 인젝션부(150)에서는 각 구성요소가 작동할 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매는 상기 제3 팽창밸브(155)의 작동을 통해 개방된 상기 바이패스 라인(153)으로 유입된다.

상기 바이패스 라인(153)으로 유입된 상기 제1 냉매는 상기 제3 팽창밸브(155)의 작동을 통해 팽창된 상태로 상기 제2 컨덴서(34)로 유입된다.

그러면, 상기 제2 컨덴서(34)는 상기 제2 냉매라인(31)을 통해 상기 제2 압축기(33)로부터 공급된 상기 제2 냉매를 상기 바이패스 라인(153)에서 상기 제3 팽창밸브(155)를 통과하면서 팽창된 상기 제1 냉매와 열교환시켜 상기 제2 냉매를 응축한다.

상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 상기 제2 냉매는 상기 서브 팽창밸브(35)의 작동을 통해 팽창되고, 상기 제2 증발기(36)로 유입된다. 그런 후, 상기 제2 냉매는 상기 제2 증발기(36)에서 상기 판형 열교환기(151)를 통과한 상기 제1 냉매와 열교환을 통해 증발되고, 상기 제2 냉매라인(31)을 통해 상기 제2 압축기(33)로 공급된다.

한편, 상기 제2 컨덴서(34)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 판형 열교환기(151)에서 상기 제1 컨덴서(12)로부터 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 유입된 나머지 상기 제1 냉매와 열교환되면서 기체상태가 된다.

기체상태의 상기 제1 냉매는 개방된 상기 바이패스 라인(153)을 통해 상기 제1 압축기(17)로 공급된다.

즉, 상기 가스 인젝션부(150)는 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12, 34)와 상기 판형 열교환기(151)를 각각 통과하면서 열교환된 기체상태의 상기 제1 냉매를 상기 바이패스 라인(153)을 통해 상기 제1 압축기(17)로 다시 유입시킴으로써, 상기 제1 냉매라인(11)을 순환하는 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킬 수 있다.

그리고 상기 판형 열교환기(151)로부터 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 배출된 상기 제1 냉매는 상기 제2 증발기(36)를 통과하면서 추가로 응축된다.

즉, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 제1 컨덴서(12)가 상기 제1 냉매를 1차로 응축하고, 상기 서브 CE 모듈(30)을 순환하는 상기 제2 냉매를 이용하여 상기 제2 컨덴서(34)와 상기 제2 증발기(36)에서 상기 제1 냉매를 추가로 응축 또는 증발시킬 수 있다.

또한, 상기 가스 인젝션부(150)에서 상기 판형 열교환기(151)는 상기 바이패스 라인(153)을 통해 유입된 상기 제1 냉매와 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 유입된 상기 제1 냉매를 상호 열교환시키고, 기체상태의 상기 제1 냉매를 상기 바이패스 라인(151)을 통해 상기 제1 압축기(17)로 바이패스 시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 제1 냉매의 응축량이 증대될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 히트펌프 시스템은 차량의 난방모드에서 상기 전장품(7)의 폐열과 함께, 상기 서브 CE 모듈(30)에서 상기 제2 냉매가 상변화되면서 발생하는 열 에너지를 이용함으로써, 별도의 전기히터 사용량을 최소화하면서 난방 효율 및 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 가스 인젝션부(150)가 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 난방성능을 극대화시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 차량의 저온 제습 모드에 따른 작동을 도 9를 참조하여 설명한다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 저온 제습 모드에 따른 작동 상태도이다.

도 9를 참조하면, 상기 히트펌프 시스템은 상기 전장품(7)의 폐열이 충분할 경우, 상기 전장품(7)의 폐열을 회수하여 실내 난방에 이용할 수 있다.

여기서, 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제1 증발기(15)를 연결하는 상기 제1 냉매라인(11)은 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 개방된다.

또한, 상기 칠러(25), 및 상기 제2 증발기(36)와 연결되는 상기 냉매 연결라인(21)은 상기 제2 팽창밸브(23)의 작동을 통해 개방된다. 이 때, 상기 제2 팽창밸브(23)는 냉매를 팽창시켜 상기 칠러(25)에 공급할 수 있다.

즉, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매는 상기 제2 증발기(36)를 통과한다. 그런 후, 상기 제1 냉매는 상기 제2 팽창밸브(23)를 통과하면서 팽창된 후, 상기 칠러(25)에 공급될 수 있다.

한편, 상기 제1 컨덴서(12)와 상기 제1 증발기(15)를 연결하는 상기 제1 냉매라인(11)은 차량의 실내를 제습하도록 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 개방된다.

이에 따라, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 나머지 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 제습하도록 상기 제1 팽창밸브(14)의 작동을 통해 팽창된 상태로, 상기 제1 증발기(15)로 공급될 수 있다.

즉, 상기 제1, 및 제2 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제1, 및 제2 팽창밸브(14, 23)의 작동을 통해 개방된 상기 제1 냉매라인(11)과 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 상기 제1 증발기(15)와 상기 칠러(25)로 각각 공급된다.

이러한 제1 냉매는 차량의 실내를 난방하도록 상기 제1 냉매라인(11), 및 상기 냉매 연결라인(21)을 따라 유동되고, 상기 칠러(25), 상기 제1 증발기(15), 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 및 상기 제1 컨덴서(12)를 순차적으로 통과한다.

이에 따라, 상기 제1 냉매의 응축량이 증대될 수 있다.

또한, 상기 가스 인젝션부(150)가 상기 제1 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 상기 제1 압축기(17)의 동력 소모를 줄이고, 난방성능을 극대화시킬 수 있으며, 상기 제1 증발기(15)로 팽창된 상기 제1 냉매를 선택적으로 공급하여 실내 제습을 함께 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 차량의 고온 제습 모드에 따른 작동을 도 10을 참조하여 설명한다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 히트펌프 시스템에서 고온 제습 모드에 따른 작동 상태도이다.

도 10을 참조하면, 상기 에어컨 장치(10)에서는 차량 실내를 냉방하기 위해 각 구성요소가 작동한다. 이에 따라, 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 순환된다.

한편, 상기 제1 컨덴서(12)를 통과한 상기 제1 냉매는 상기 제1 냉매라인(11)을 따라 유동된다.

즉, 상기 제1 냉매는 차량의 실내를 냉방하도록 상기 제1 냉매라인(11)을 통해 유동되고, 상기 제1 팽창밸브(14), 상기 제1 증발기(15), 상기 어큐뮬레이터(16), 상기 제1 압축기(17), 및 상기 제1 컨덴서(12)를 순차적으로 통과한다.

한편, 상기 서브 CE 모듈(30)과 상기 가스 인젝션부(150)는 작동이 중단된다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예들에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 적용하면, 전기 자동차에서 냉각수와 상기 제1 냉매가 열교환 되는 상기 칠러(25)를 이용하여 차량의 모드에 따라 상기 배터리 모듈(9)의 온도를 조절함으로써, 시스템의 단순화가 가능해질 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서브 CE 모듈(30)에 적용되는 상기 제2 증발기(36)를 상기 칠러(25)와 분리 가능하게 결합된 일체형으로 구성하고, 상기 제2 압축기(33)를 상기 에어컨 장치(10)에 적용되는 상기 제1 압축기(17)와 일체형으로 구성함으로써, 제작원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 가스 인젝션부(150)를 적용해 냉매의 유량을 증대시킴으로써, 상기 제1 압축기(17)의 소모동력을 줄이고, 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.

10 : 에어컨 장치
11 : 제1 냉매라인
12 : 제1 컨덴서
14 : 제1 팽창밸브
15 : 제1 증발기
16 : 어큐뮬레이터
17 : 제1 압축기
21 : 냉매 연결라인
23 : 제2 팽창밸브
25 : 칠러
30 : 서브 CE 모듈(Sub Centralized Energy Module)
31 : 제2 냉매라인
33 : 제2 압축기
34 : 제2 컨덴서
35 : 서브 팽창밸브
36 : 제2 증발기
50, 150 : 가스 인젝션부
51 : 플래시 탱크
53, 153 : 바이패스 라인
55 : 밸브
57, 155: 제3 팽창밸브
151 : 판형 열교환기

Claims

제1 냉매가 순환되는 제1 냉매라인으로 상호 연결되며, 제1 컨덴서, 제1 팽창밸브, 제1 증발기, 및 제1 압축기를 포함하는 에어컨 장치;
상기 제1 컨덴서와 상기 제1 증발기 사이의 상기 제1 냉매라인과, 상기 제1 증발기와 상기 제1 압축기 사이의 상기 제1 냉매라인을 상호 연결하는 냉매 연결라인;
상기 냉매 연결라인에 구비되며, 전장품과 배터리 모듈에 냉각수 라인을 통해 각각 연결되고, 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시키는 칠러;
상기 냉매 연결라인에 구비되는 제2 증발기를 포함하고, 상기 에어컨 장치와 상기 냉매 연결라인, 또는 상기 제1 냉매라인을 통해 연결되며, 제2 냉매라인을 따라 순환하는 제2 냉매의 응축 및 증발 시에 발생하는 열 에너지를 상기 제1 냉매와 선택적으로 열교환시켜 상기 제1 냉매의 온도를 조절하는 서브 CE 모듈(Sub Centralized Energy Module); 및
상기 에어컨 장치에 구비되며, 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 냉매 중, 일부의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기로 바이패스 시켜 상기 제1 냉매라인을 순환하는 상기 제1 냉매의 유량을 증대시키는 가스 인젝션부; 를 포함하되,
상기 칠러와 상기 제2 증발기는 상기 냉매 연결라인을 통해 상기 제1 증발기와 병렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 서브 CE 모듈은
상기 제2 냉매를 압축하는 제2 압축기;
상기 제2 압축기와 상기 제2 냉매라인을 통해 연결되며, 상기 제2 압축기로부터 공급되는 압축된 상기 제2 냉매를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 응축하는 제2 컨덴서;
상기 제2 컨덴서와 상기 제2 냉매라인을 통해 연결되며, 상기 제2 냉매를 팽창시키는 서브 팽창밸브; 및
상기 서브 팽창밸브와 상기 제2 냉매라인을 통해 연결되고, 상기 냉매 연결라인과 연결되며, 상기 서브 팽창밸브로부터 공급된 상기 제2 냉매를 상기 냉매 연결라인을 통해 유입된 상기 제1 냉매와 열교환을 통해 증발시키고, 증발된 상기 제2 냉매를 상기 제2 압축기에 공급하는 상기 제2 증발기;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1 컨덴서는
상기 제2 컨덴서와 분리 가능하게 결합되어 상기 제1 냉매라인에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 증발기는
상기 칠러와 분리 가능하게 결합되어 상기 냉매 연결라인에 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 압축기는
상기 제1 압축기와 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 칠러와 상기 제2 증발기의 사이에는 상기 칠러로 유입되는 상기 제1 냉매의 유동 흐름을 제어하고 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시키도록 제2 팽창밸브가 구비되고,
상기 제2 팽창밸브는 상기 칠러와 상기 제2 증발기의 사이에서 상기 칠러, 및 상기 제2 증발기와 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제2 팽창밸브는
상기 제1 냉매와 열교환된 냉각수를 이용하여 배터리 모듈을 냉각할 경우, 상기 냉매 연결라인으로 유입된 상기 제1 냉매를 팽창시켜 상기 칠러에 유입시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제6항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브, 상기 제2 팽창밸브, 및 상기 서브 팽창밸브는
냉매의 유동흐름을 제어하면서, 냉매를 선택적으로 팽창시키는 전자식 팽창밸브인 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가스 인젝션부는
상기 제2 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브의 사이에서 상기 제1 냉매라인에 구비되고, 상기 제1, 및 제2 컨덴서를 통과한 상기 제1 냉매 중, 기체 냉매와 액체 냉매를 분리하여 선택적으로 배출하는 플래시 탱크;
상기 플래시 탱크와 상기 제1 압축기를 연결하며, 상기 플래시 탱크로부터 기체상태의 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기에 선택적으로 공급하는 바이패스 라인;
상기 바이패스 라인에 구비되는 밸브; 및
상기 제1 컨덴서와 상기 제2 컨덴서의 사이에 구비되며, 상기 제1 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제3 팽창밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제3 팽창밸브는
차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서를 통과한 상기 제1 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제3 팽창밸브는
상기 제1 컨덴서, 및 상기 제2 컨덴서와 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가스 인젝션부는
상기 제1 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브 사이에서 상기 제1 냉매라인에 구비되는 판형 열교환기;
일단이 상기 제1 컨덴서와 상기 판형 열교환기 사이에서 상기 제1 냉매라인에 연결되고, 타단은 상기 제2 컨덴서와 상기 판형 열교환기를 통과하여 상기 제1 압축기에 연결되는 바이패스 라인; 및
상기 제2 컨덴서의 전단에서 상기 바이패스 라인에 구비되는 제3 팽창밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제2 컨덴서는 상기 제1 컨덴서와 상기 판형 열교환기 사이에서 상기 바이패스 라인에 구비되며,
상기 제3 팽창밸브는 차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 제1 컨덴서를 통과하여 상기 바이패스 라인으로 유입되는 상기 제1 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2항에 있어서,
상기 제2 압축기는
상기 제1 압축기의 용량보다 작은 용량으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가스 인젝션부는
차량의 난방모드, 또는 저온 제습 모드에서 상기 서브 CE 모듈과 동시에 작동되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 컨덴서는
라디에이터와 히터에 냉각수 라인을 통해 각각 연결되며, 내부로 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시켜 상기 제1 냉매를 응축하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제16항에 있어서,
상기 제1 컨덴서는
차량의 난방모드, 저온 제습 모드, 및 고온 제습 모드에서 상기 제1 냉매를 응축시키면서 온도가 상승된 냉각수를 상기 냉각수 라인을 통해 상기 히터에 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 칠러는
전장품과 배터리 모듈에 상기 냉각수 라인을 통해 각각 연결되며, 내부로 유입된 냉각수를 상기 제1 냉매와 열교환시키면서 상기 전장품의 폐열을 흡수하거나, 또는 상기 배터리 모듈에 상기 제1 냉매와 열교환된 저온의 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 에어컨 장치는
상기 제1 증발기와 상기 제1 압축기의 사이에서 상기 제1 냉매라인에 구비되는 어큐뮬레이터를 더 포함하고,
상기 냉매 연결라인은 상기 칠러를 통과한 냉매가 상기 어큐뮬레이터를 통과하여 상기 제1 압축기에 유입되도록 상기 제1 컨덴서와 상기 제1 팽창밸브의 사이에서 상기 제1 냉매라인과 상기 어큐뮬레이터를 연결하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 냉매와 상기 제2 냉매는 서로 다른 냉매로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.