KR20220141245A - Heat pump system for vehicle and method for controlling the same - Google Patents

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KR20220141245A
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김학규
강복선
김태완
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한온시스템 주식회사
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Abstract

Disclosed are a heat pump system for a vehicle and a control method for the same, capable of preventing noise and vibration caused by different pressure of a refrigerant when a mode is changed between a heat pump mode and an air conditioning mode and effectively reducing delay time. The heat pump system for a vehicle includes: a compressor compressing and discharging the refrigerant; an inner heat exchanger installed in an air conditioning case and radiating the refrigerant by exchanging the heat of the refrigerant discharged from the compressor with the heat of air; a first expansion valve selectively expanding the refrigerant passing through the inner heat exchanger; an evaporator installed in the air conditioning case and evaporating the refrigerant by exchanging the heat of the refrigerant with the heat of the air; and a control unit controlling an opening of the first expansion valve when the mode is changed between the heat pump mode and the air conditioning mode. The control unit turns off the compressor and also gradually opens an opening rate of the first expansion valve when the heat pump mode is changed to the air conditioning mode.

Description

차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}Vehicle heat pump system and its control method

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공조모드의 전환에 따른 밸브의 작동전환을 소정시간 지연하여 제어를 수행하는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle heat pump system and a control method therefor, and more particularly, to a vehicle heat pump system and a control method thereof for performing control by delaying operation switching of a valve according to a change of an air conditioning mode for a predetermined time.

일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 실내 열교환기 측에서 실내 열교환기의 외부를 거치는 공기를 증발기의 내부에서 유동되는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어의 내부에서 유동되는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.In general, an air conditioner for a vehicle includes a cooling system for cooling the interior of a vehicle and a heating system for heating the interior of the vehicle. The cooling system cools the interior of the vehicle by heat-exchanging air passing through the outside of the indoor heat exchanger on the indoor heat exchanger side of the refrigerant cycle with the refrigerant flowing in the evaporator to convert it into cold air. In addition, the heating system is configured to heat the interior of the vehicle by heat-exchanging air passing through the outside of the heater core on the heater core side of the coolant cycle with the coolant flowing inside the heater core to change the heat.

한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다. 히트펌프 시스템은 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기 및 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브 등을 구비한다. 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 에어컨 모드가 가동될 경우에 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 기능을 수행하며, 히트펌프 모드가 가동될 경우에는 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 기능을 수행한다.On the other hand, different from the above-described vehicle air conditioner, a heat pump system capable of selectively performing cooling and heating by changing a flow direction of a refrigerant using one refrigerant cycle is applied. The heat pump system includes an indoor heat exchanger installed inside the air conditioning case to exchange heat with air blown into the vehicle interior, an outdoor heat exchanger for heat exchange outside the air conditioning case, and a directional control valve capable of switching the flow direction of the refrigerant. do. When the air conditioner mode is operated according to the flow direction of the refrigerant by the directional control valve, the indoor heat exchanger functions as a cooling heat exchanger, and when the heat pump mode is operated, the indoor heat exchanger functions as a heating heat exchanger. .

도 1을 참조하면, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 압축기(30)와, 실내열교환기(32)와, 제1 팽창밸브(34)와, 실외열교환기(48)와, 증발기(60)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1 , a conventional vehicle heat pump system includes a compressor 30 , an indoor heat exchanger 32 , a first expansion valve 34 , an outdoor heat exchanger 48 , and an evaporator 60 . is done by

압축기(30)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 토출한다. 실내열교환기(32)는 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 이를 통과하는 공기와 열교환시켜 공기를 가열한다. 제1 팽창밸브(34)는 실내열교환기(32)를 통과한 냉매를 팽창시키며, 실외열교환기(48)는 제1팽창밸브(34)를 통과한 냉매를 실외 공기와 열교환시킨다. 증발기(60)는 냉매를 이를 통과하는 공기와 열교환시켜 공기를 냉각한다.The compressor 30 sucks in the refrigerant, compresses it, and then discharges it as a high-temperature and high-pressure gas. The indoor heat exchanger 32 heats the air by exchanging the refrigerant discharged from the compressor 30 with the air passing therethrough. The first expansion valve 34 expands the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 32 , and the outdoor heat exchanger 48 heats the refrigerant that has passed through the first expansion valve 34 with outdoor air. The evaporator 60 cools the air by heat-exchanging the refrigerant with the air passing therethrough.

증발기(60) 및 실내열교환기(32)는 공조케이스(10) 내에 공기유동 방향으로 순차로 설치된다. 증발기(60)와 실내열교환기(32)의 사이에는 온풍유로와 냉풍유로 간의 공기 유동량을 제어하여 공기 온도를 조절하는 템프도어(12)가 구비된다. 공조케이스(10)의 일 측에는 내기 또는 외기를 공조케이스(10)의 공기유로로 송풍하기 위한 송풍기(20)가 구비된다.The evaporator 60 and the indoor heat exchanger 32 are sequentially installed in the air flow direction in the air conditioning case 10 . A temp door 12 is provided between the evaporator 60 and the indoor heat exchanger 32 to control the air temperature by controlling the amount of air flow between the hot air passage and the cold air passage. A blower 20 is provided on one side of the air conditioning case 10 for blowing bet or outside air to the air passage of the air conditioning case 10 .

증발기(60)와 압축기(30) 사이에는 압축기(30)로 유입되는 냉매를 기상과 액상으로 분리하는 어큐뮬레이터(62)가 더 구비된다. 또한, 실외열교환기(48)와 증발기(60)의 사이에, 증발기(60)로 공급되는 냉매와 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 내부열교환기(50)가 더 구비될 수 있다. 한편, 실내열교환기(32)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(34)에 대해 병렬로 설치된 제1 바이패스밸브(36)에 의해 제1 팽창밸브(34)로 선택적으로 유동된다.An accumulator 62 is further provided between the evaporator 60 and the compressor 30 to separate the refrigerant flowing into the compressor 30 into a gas phase and a liquid phase. In addition, an internal heat exchanger 50 for exchanging heat between the outdoor heat exchanger 48 and the evaporator 60 between the refrigerant supplied to the evaporator 60 and the refrigerant returned to the compressor 30 may be further provided. Meanwhile, the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 32 selectively flows to the first expansion valve 34 by the first bypass valve 36 installed in parallel with the first expansion valve 34 .

아울러, 증발기(60)의 상류측에는 증발기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2 팽창밸브(56)가 구비된다. 실외열교환기(48)와 제2 팽창밸브(56) 사이에는, 제2 팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 실외열교환기(48)의 출구측과 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2 바이패스밸브(58)를 구비할 수 있다.In addition, a second expansion valve 56 for selectively expanding the refrigerant supplied to the evaporator 60 is provided on the upstream side of the evaporator 60 . Between the outdoor heat exchanger (48) and the second expansion valve (56), it is installed in parallel with the second expansion valve (56) to selectively connect the outlet side of the outdoor heat exchanger (48) and the inlet side of the accumulator (62). A second bypass valve 58 may be provided.

에어컨 모드(냉방 모드) 시, 제1 바이패스밸브(36) 및 제2 팽창밸브(56)는 개방되고, 제1 팽창밸브(34) 및 제2 바이패스밸브(58)는 닫힌다. 템프도어(12)는 냉풍유로를 개방한다. 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1 바이패스밸브(36), 실외열교환기(48), 제2 팽창밸브(56), 증발기(60), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 통과하여 압축기(30)로 복귀한다.In the air conditioning mode (cooling mode), the first bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are opened, and the first expansion valve 34 and the second bypass valve 58 are closed. The temp door 12 opens the cold air flow path. The refrigerant discharged from the compressor 30 includes the indoor heat exchanger 32 , the first bypass valve 36 , the outdoor heat exchanger 48 , the second expansion valve 56 , the evaporator 60 , and the accumulator 62 . It passes through in turn and returns to the compressor (30).

히트펌프 모드(난방 모드) 시, 제1 바이패스밸브(36) 및 제2 팽창밸브(56)는 닫히고, 제1 팽창밸브(34) 및 제2 바이패스밸브(58)는 개방된다. 또한, 템프도어(12)는 온풍유로를 개방한다. 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 실내열교환기(32), 제1 팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 제2 바이패스밸브(58), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 통과하여 압축기(30)로 복귀한다. 이 경우, 실내열교환기(32)는 난방기의 역할을 하게 되고, 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 한다.In the heat pump mode (heating mode), the first bypass valve 36 and the second expansion valve 56 are closed, and the first expansion valve 34 and the second bypass valve 58 are opened. In addition, the temp door 12 opens the warm air flow path. The refrigerant discharged from the compressor 30 sequentially passes through the indoor heat exchanger 32, the first expansion valve 34, the outdoor heat exchanger 48, the second bypass valve 58, and the accumulator 62 to the compressor ( 30) is returned. In this case, the indoor heat exchanger 32 serves as a heater, and the outdoor heat exchanger 48 serves as an evaporator.

한편, 히트펌프 모드에서 제습 시, 냉매는 압축기(30)로부터 토출되어 실내열교환기(32)를 지난 후, 제1 팽창밸브(34)를 통과한 냉매 중 일부는 실외열교환기(48), 제2 바이패스밸브(58), 어큐뮬레이터(62)를 차례로 통과하여 압축기(30)로 복귀한다. 아울러, 제1 팽창밸브(34)를 통과한 냉매 중 다른 일부를 증발기(60)로 유동시켜 차실내의 제습을 수행하게 된다.On the other hand, when dehumidifying in the heat pump mode, the refrigerant is discharged from the compressor 30, passes through the indoor heat exchanger 32, and some of the refrigerant that has passed through the first expansion valve 34 is 2 It returns to the compressor 30 through the bypass valve 58 and the accumulator 62 in order. In addition, another part of the refrigerant that has passed through the first expansion valve 34 flows to the evaporator 60 to perform dehumidification in the vehicle interior.

종래의 차량용 히트펌프 시스템은 히트펌프 모드와 에어컨 모드 상호간의 모드 변경시 냉매 차압에 의해 고압의 냉매가 저압으로 토출될 경우 소음 및 진동이 발생하는 문제가 있다.The conventional heat pump system for a vehicle has a problem in that when a high-pressure refrigerant is discharged to a low pressure due to a refrigerant differential pressure when a mode is changed between the heat pump mode and the air conditioner mode, noise and vibration are generated.

이러한 문제를 해결하기 위해 선 출원된 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0041739호(2015.04.17)에는 히트펌프 모드와 에어컨 모드 상호간의 모드 변경시 방향전환밸브의 방향전환을 일정시간 지연시킨 후 방향전환을 수행하도록 제어한 차량용 히트펌프 시스템이 개시된바 있다. 이러한 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 탑승자가 원하는 경우 찬바람이 늦게 토출되어 불쾌감을 유발하는 새로운 문제가 발생한다.In order to solve this problem, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0041739 (2015.04.17), which was previously applied for, delays the direction change of the direction switching valve for a certain time when changing the mode between the heat pump mode and the air conditioner mode. A heat pump system for a vehicle controlled to perform conversion has been disclosed. Such a conventional vehicle heat pump system has a new problem in that, when a passenger desires, cold wind is discharged late, causing discomfort.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0041739호(2015.04.17)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2015-0041739 (2015.04.17)

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 히트펌프 모드와 에어컨 모드 상호간의 모드 변경시 냉매 차압에 의한 소음 및 진동을 방지하면서도 딜레이 시간을 효과적으로 줄일 수 있는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법을 제공한다.In order to solve the conventional problems, the present invention provides a heat pump system for a vehicle that can effectively reduce the delay time while preventing noise and vibration due to the refrigerant differential pressure when changing the mode between the heat pump mode and the air conditioner mode, and a control method thereof to provide.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 공조케이스 내에 구비되어 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하며, 히트펌프 모드와 에어컨 모드 상호간의 모드 변경시 상기 제1 팽창밸브의 개도를 조절하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 압축기를 오프하고 제1 팽창밸브의 개도량을 점진적으로 개방한다.A vehicle heat pump system according to the present invention includes a compressor for compressing and discharging refrigerant, an indoor heat exchanger provided in an air conditioning case and heat-exchanging the refrigerant discharged from the compressor with air to radiate heat, and selectively expanding the refrigerant passing through the indoor heat exchanger and an evaporator provided in the air conditioning case to heat-exchange the refrigerant with air and evaporate, and a control unit for adjusting the opening degree of the first expansion valve when changing modes between the heat pump mode and the air conditioner mode, , the control unit turns off the compressor when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode and gradually opens the opening amount of the first expansion valve.

상기 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 개도를 일정시간 지연하여 개방한다.The control unit opens by delaying the opening degree of the first expansion valve for a predetermined time when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode.

냉매 유동 방향으로 압축기의 하류측과 상류측에 각각 압력을 센싱하는 제1 압력센서와 제2 압력센서를 구비하며, 상기 제어부는 제1 압력센서와 제2 압력센서로 센싱된 압력값으로부터 목표압력차(DPT)를 연산하고, 상기 연산된 목표압력차(DPT)까지 제1 팽창밸브를 개방한다.A first pressure sensor and a second pressure sensor each sensing pressure on a downstream side and an upstream side of the compressor in a refrigerant flow direction, wherein the control unit receives a target pressure from the pressure values sensed by the first pressure sensor and the second pressure sensor. The difference DPT is calculated, and the first expansion valve is opened up to the calculated target pressure difference DPT.

상기 제어부는, 실시간으로 계측된 제1 압력센서와 제2 압력센서의 압력값의 차이를 목표압력차(DPT)와 비교하며, 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 압력센서와 제2 압력센서의 압력값의 차이가 목표압력차(DPT) 이하에 도달 후 일정시간 지연을 주고 제1 팽창밸브를 개방하여 에어컨 모드를 수행한다.The control unit compares a difference between the pressure values of the first pressure sensor and the second pressure sensor measured in real time with a target pressure difference (DPT), and when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode, the first pressure sensor and the second pressure After the difference in the pressure values of the sensors reaches the target pressure difference (DPT) or less, a delay is given for a certain time, and the first expansion valve is opened to perform the air conditioning mode.

에어컨 모드 시 제1 팽창밸브는 개방되어 냉매를 그대로 통과시키며, 히트펌프 모드 시 제1 팽창밸브는 제어부에 의해 제어되어 냉매를 팽창시킨다.In the air conditioner mode, the first expansion valve is opened to pass the refrigerant as it is, and in the heat pump mode, the first expansion valve is controlled by the controller to expand the refrigerant.

상기 제1 팽창밸브의 하류측에서 분기되어 증발기로 냉매를 공급하는 제습라인; 및 상기 제습라인에 구비되는 제1 냉매제어밸브를 포함하며, 상기 제어부는 히트펌프및제습 모드에서 에어컨 모드로 변경시 상기 제1 냉매제어밸브를 즉시 폐쇄한다.a dehumidification line branched from a downstream side of the first expansion valve to supply a refrigerant to the evaporator; and a first refrigerant control valve provided in the dehumidification line, wherein the controller immediately closes the first refrigerant control valve when changing from the heat pump and dehumidification mode to the air conditioner mode.

상기 제1 팽창밸브와 증발기 사이 냉매라인에 실외열교환기 및 제2 팽창밸브가 순차로 구비되고, 상기 제1 팽창밸브와 실외열교환기 사이에서 분기되어 실외열교환기 및 증발기를 바이패스하는 바이패스라인 및 상기 바이패스라인과 실외열교환기를 향하는 냉매라인 사이의 개도를 조절하는 제2 냉매제어밸브를 포함한다.An outdoor heat exchanger and a second expansion valve are sequentially provided in the refrigerant line between the first expansion valve and the evaporator, and a bypass line branched between the first expansion valve and the outdoor heat exchanger to bypass the outdoor heat exchanger and the evaporator and a second refrigerant control valve for controlling the degree of opening between the bypass line and the refrigerant line toward the outdoor heat exchanger.

상기 실외열교환기와 제2 팽창밸브 사이 냉매라인에서 분기되어 증발기를 바이패스하는 배터리냉각라인; 상기 배터리냉각라인에 순차로 구비되는 제3 팽창밸브 및 배터리칠러; 상기 압축기의 상류에 구비되는 어큐뮬레이터를 포함하며, 상기 제1 압력센서는 압축기와 실내열교환기 사이에 배치되고, 상기 제2 압력센서는 배터리칠러와 어큐뮬레이터 사이에 배치된다.a battery cooling line branched from the refrigerant line between the outdoor heat exchanger and the second expansion valve to bypass the evaporator; a third expansion valve and a battery chiller sequentially provided in the battery cooling line; and an accumulator provided upstream of the compressor, wherein the first pressure sensor is disposed between the compressor and the indoor heat exchanger, and the second pressure sensor is disposed between the battery chiller and the accumulator.

히트펌프 모드 시 상기 제3 팽창밸브와 제2 팽창밸브를 개방하여 압축기로 냉매 및 오일을 흡입할 수 있도록 제어된다.In the heat pump mode, the third expansion valve and the second expansion valve are opened to allow the refrigerant and oil to be sucked into the compressor.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법은 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 공조케이스 내에 구비되어 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법으로서, 히트펌프 모드와 에어컨 모드 상호간의 모드 변경시 상기 제1 팽창밸브의 개도를 조절하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 제어 속도와 에어컨 모드에서 히트펌프 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 제어 속도를 다르게 제어한다.The control method of a vehicle heat pump system according to the present invention includes a compressor for compressing and discharging refrigerant, an indoor heat exchanger provided in an air conditioning case and heat-exchanging the refrigerant discharged from the compressor with air to radiate heat, and the refrigerant passing through the indoor heat exchanger. A control method of a vehicle heat pump system comprising a first expansion valve selectively expanding and an evaporator provided in an air conditioning case for evaporating a refrigerant by heat exchange with air, wherein when a mode is changed between a heat pump mode and an air conditioner mode a control unit for adjusting the opening degree of the expansion valve, wherein the control unit is configured to change the control speed of the first expansion valve when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode and the control speed of the first expansion valve when changing from the air conditioner mode to the heat pump mode control

상기 제어부는, 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 개도량을 점진적으로 개방하도록 제어하고, 에어컨 모드에서 히트펌프 모드로 변경시 제1 팽창밸브가 개방 상태로 일정시간 정지 상태로 있은 후에 개도량 제어하는 모드로 전환한다.The control unit controls the opening amount of the first expansion valve to be gradually opened when the heat pump mode is changed to the air conditioner mode, and when the air conditioner mode is changed to the heat pump mode, the first expansion valve is switched from the open state to the stop state for a certain period of time After that, it switches to the mode to control the opening degree.

냉매 유동 방향으로 압축기의 하류측과 상류측에 각각 압력을 센싱하는 제1 압력센서와 제2 압력센서를 구비하며, 상기 제어부는 제1 압력센서와 제2 압력센서로 센싱된 압력값으로부터 목표압력차(DPT)를 연산하고, 상기 연산된 목표압력차(DPT)까지 제1 팽창밸브를 개방한다.A first pressure sensor and a second pressure sensor each sensing pressure on a downstream side and an upstream side of the compressor in a refrigerant flow direction, wherein the control unit receives a target pressure from the pressure values sensed by the first pressure sensor and the second pressure sensor. The difference DPT is calculated, and the first expansion valve is opened up to the calculated target pressure difference DPT.

상기 제1 팽창밸브의 하류측에서 분기되어 증발기로 냉매를 공급하는 제습라인; 및 상기 제습라인에 구비되는 제1 냉매제어밸브를 포함하며, 상기 제어부는 히트펌프및제습 모드에서 에어컨 모드로 변경시 상기 제1 냉매제어밸브를 즉시 폐쇄한다.a dehumidification line branched from the downstream side of the first expansion valve to supply a refrigerant to the evaporator; and a first refrigerant control valve provided in the dehumidification line, wherein the controller immediately closes the first refrigerant control valve when changing from the heat pump and dehumidification mode to the air conditioner mode.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은 냉매 차압음은 효과적으로 방지함과 동시에 압력평형을 비교적 빠른 시간안에 이룰 수 있다. 결국, 압력평형을 이루는데 필요한 딜레이 시간을 효과적으로 줄여, 탑승자가 원하는 경우 찬바람을 비교적 빠르게 공급 가능하며 냉매 차압음도 방지할 수 있다.The vehicle heat pump system and the control method thereof according to the present invention can effectively prevent a refrigerant differential pressure sound and achieve pressure balance within a relatively short time. As a result, it is possible to effectively reduce the delay time required to achieve pressure equilibrium, so that, if desired by the occupant, cold wind can be supplied relatively quickly and the refrigerant differential pressure sound can also be prevented.

도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부의 공조 모드에 따른 작동제어를 도시한 표이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프 모드를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 히트펌프 및 제습 모드를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 에어컨 모드를 도시한 것이다.1 shows a conventional vehicle heat pump system,
2 is a view showing a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention,
3 is a table showing the operation control according to the air conditioning mode of the control unit according to an embodiment of the present invention,
4 is a view illustrating a heat pump mode of a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention;
5 is a view illustrating a heat pump and a dehumidifying mode of a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention;
6 is a view showing an air conditioner mode of a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a technical configuration of a vehicle heat pump system and a control method thereof will be described in detail according to the accompanying drawings.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 압축기(101)와, 실내열교환기(102)와, 제1 팽창밸브(104)와, 실외열교환기(108)와, 제2 팽창밸브(112) 및 증발기(113)가 냉매라인(118)에 냉매 유동 방향으로 순차로 배치되어 이루어진다.2 and 3 , a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention includes a compressor 101 , an indoor heat exchanger 102 , a first expansion valve 104 , and an outdoor heat exchanger 108 . ), the second expansion valve 112 and the evaporator 113 are sequentially arranged in the refrigerant line 118 in the refrigerant flow direction.

압축기(101)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 토출한다. 실내열교환기(102)는 공조케이스(114) 내에 구비되며, 압축기(101)에서 토출되는 냉매를 실내열교환기(102)를 통과하는 공기와 열교환시켜 방열시킨다. 제1 팽창밸브(104)는 실내열교환기(102)를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시킨다. 실외열교환기(108)는 제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매를 이를 통과하는 실외공기와 열교환시킨다.The compressor 101 sucks in the refrigerant, compresses it, and then discharges it in a gaseous state of high temperature and high pressure. The indoor heat exchanger 102 is provided in the air conditioning case 114 and heats the refrigerant discharged from the compressor 101 with air passing through the indoor heat exchanger 102 to radiate heat. The first expansion valve 104 selectively expands the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 102 . The outdoor heat exchanger 108 exchanges heat with the refrigerant passing through the first expansion valve 104 with outdoor air passing therethrough.

실외열교환기(108) 및 제2 팽창밸브(112)는 제1 팽창밸브(104)와 증발기(113) 사이 냉매라인(118)에 순차로 구비된다. 제2 팽창밸브(112)는 실외열교환기(108)를 통과한 냉매를 팽창시킨다. 증발기(113)는 공조케이스(114) 내에 구비되며, 냉매를 증발기(113)를 통과하는 공기와 열교환시켜 증발시킨다. 아울러, 증발기(113)와 실내열교환기(102)는 공조케이스(110) 내에 공기 유동 방향으로 순차로 설치된다.The outdoor heat exchanger 108 and the second expansion valve 112 are sequentially provided in the refrigerant line 118 between the first expansion valve 104 and the evaporator 113 . The second expansion valve 112 expands the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger 108 . The evaporator 113 is provided in the air conditioning case 114 and evaporates the refrigerant by heat exchange with the air passing through the evaporator 113 . In addition, the evaporator 113 and the indoor heat exchanger 102 are sequentially installed in the air flow direction in the air conditioning case 110 .

공조케이스(114) 내의 공기 유동 방향으로 실내열교환기(102)의 하류측에는 PTC 등의 전열히터(103)가 더 구비된다. 또한, 증발기(113)와 실내열교환기(102)의 사이에는 온풍유로와 냉풍유로 간의 공기 유동량을 제어하여 차량 실내로 토출되는 공기의 온도를 조절하는 템프도어(115)가 구비된다. 압축기(101)의 상류에는 어큐뮬레이터(116)가 구비된다. 즉, 어큐뮬레이터(116)는 증발기(113)와 압축기(101) 사이에 구비되어, 압축기(101)로 유입되는 냉매를 기상과 액상으로 분리한다.An electric heater 103 such as PTC is further provided on the downstream side of the indoor heat exchanger 102 in the air flow direction in the air conditioning case 114 . In addition, a temp door 115 is provided between the evaporator 113 and the indoor heat exchanger 102 to control the air flow amount between the hot air passage and the cold air passage to adjust the temperature of the air discharged into the vehicle interior. An accumulator 116 is provided upstream of the compressor 101 . That is, the accumulator 116 is provided between the evaporator 113 and the compressor 101 to separate the refrigerant flowing into the compressor 101 into a gaseous phase and a liquid phase.

차량용 히트펌프 시스템은 냉매라인(118)과 제습라인(119)과 바이패스라인(123)과 배터리냉각라인(120)을 구비한다. 냉매라인(118)은 압축기(101), 실내열교환기(102), 제1 팽창밸브(104), 실외열교환기(108), 제2 팽창밸브(112) 및 증발기(113)로 냉매를 순환시킨다. 제습라인(119)은 제1 팽창밸브(104)의 하류측에서 분기되어 증발기(113)로 냉매를 공급한다.The vehicle heat pump system includes a refrigerant line 118 , a dehumidification line 119 , a bypass line 123 , and a battery cooling line 120 . The refrigerant line 118 circulates the refrigerant through the compressor 101 , the indoor heat exchanger 102 , the first expansion valve 104 , the outdoor heat exchanger 108 , the second expansion valve 112 , and the evaporator 113 . . The dehumidification line 119 is branched from the downstream side of the first expansion valve 104 to supply the refrigerant to the evaporator 113 .

제습라인(119)에는 냉매의 유동을 제어하는 2방향밸브(2Way valve) 형태의 제1 냉매제어밸브(117)가 구비된다. 바이패스라인(123)은 제1 팽창밸브(104)와 실외열교환기(108) 사이에서 분기되어, 실외열교환기(108) 및 증발기(113)를 바이패스한다. 또한, 바이패스라인(123)의 분기 지점에는 제2 냉매제어밸브(107)가 구비된다.A first refrigerant control valve 117 in the form of a two-way valve for controlling the flow of refrigerant is provided in the dehumidification line 119 . The bypass line 123 is branched between the first expansion valve 104 and the outdoor heat exchanger 108 to bypass the outdoor heat exchanger 108 and the evaporator 113 . In addition, a second refrigerant control valve 107 is provided at the branch point of the bypass line 123 .

제2 냉매제어밸브(107)는 바이패스라인(123)과 실외열교환기(108)를 향하는 냉매라인 사이의 개도를 조절한다. 즉, 제2 냉매제어밸브(107)는 3방향(3Way valve) 형태로 이루어져, 냉매를 실외열교환기(108)측으로 흐르게 하거나 실외열교환기(108)를 바이패스하여 바이패스라인(123)측으로 흐르도록 제어한다. 아울러, 바이패스라인(123)으로 흐르는 냉매는 어큐뮬레이터(116)를 지나 압축기(101)로 복귀하여 순환된다.The second refrigerant control valve 107 adjusts the degree of opening between the bypass line 123 and the refrigerant line facing the outdoor heat exchanger 108 . That is, the second refrigerant control valve 107 has a three-way valve shape, and allows the refrigerant to flow toward the outdoor heat exchanger 108 or bypass the outdoor heat exchanger 108 to flow toward the bypass line 123 . control so as to In addition, the refrigerant flowing through the bypass line 123 passes through the accumulator 116 to return to the compressor 101 and circulate.

더욱 상세하게는, 제1 팽창밸브(104)의 하류측 냉매라인(118)에 수냉컨덴서(105) 및 리시버드라이어(106)가 순차로 구비된다. 수냉컨덴서(105)는 냉매라인(118)의 냉매를 후술할 전장품측 냉각수 또는 배터리측 냉각수와 열교환시킨다. 이 경우, 제습라인(119)은 제1 팽창밸브(104)와 수냉컨덴서(105) 사이에서 분기된다. 아울러, 제2 냉매제어밸브(107)는 리시버드라이어(106)와 실외열교환기(108) 사이에서 분기된다.More specifically, a water cooling capacitor 105 and a receiver dryer 106 are sequentially provided in the refrigerant line 118 on the downstream side of the first expansion valve 104 . The water-cooled condenser 105 exchanges heat with the refrigerant in the refrigerant line 118 with the cooling water of the electric device side or the cooling water of the battery side, which will be described later. In this case, the dehumidification line 119 is branched between the first expansion valve 104 and the water cooling condenser 105 . In addition, the second refrigerant control valve 107 is branched between the receiver dryer 106 and the outdoor heat exchanger 108 .

배터리냉각라인(120)은 실외열교환기(108)와 제2 팽창밸브(112) 사이 냉매라인에서 분기되어, 제2 팽창밸브(112) 및 증발기(113)를 바이패스하여 압축기(101)에 연결된다. 배터리냉각라인(120)에는 제3 팽창밸브(121) 및 배터리칠러(122)가 냉매 유동 방향으로 순차로 구비된다. 제3 팽창밸브(121)는 전자식팽창밸브(EXV)로 이루어지며 냉매를 선택적으로 팽창시킨다. 아울러, 배터리칠러(122)는 냉매를 배터리측 냉각수와 열교환시킨다.The battery cooling line 120 is branched from the refrigerant line between the outdoor heat exchanger 108 and the second expansion valve 112 and is connected to the compressor 101 by bypassing the second expansion valve 112 and the evaporator 113 . do. A third expansion valve 121 and a battery chiller 122 are sequentially provided in the battery cooling line 120 in the refrigerant flow direction. The third expansion valve 121 is made of an electromagnetic expansion valve (EXV) and selectively expands the refrigerant. In addition, the battery chiller 122 exchanges the refrigerant with the battery-side cooling water.

한편, 차량용 히트펌프 시스템은 전장품냉각수라인과 배터리냉각수라인을 구비한다. 전장품냉각수라인에는 전장품(141)이 연결되며, 전장품(141)을 통과한 전장품냉각수라인의 냉각수는 수냉컨덴서(105)에서 냉매와 열교환된다. 전장품냉각수라인은 제1 라디에이터(110), 리저브탱크(136), 워터펌프(143), 전장품(141), 수냉컨덴서(105)를 통과한다. 전장품냉각수라인에는 냉각수제어밸브(142)가 구비되어 냉각수가 제1 라디에이터(110)를 선택적으로 통과하거나 바이패스한다.On the other hand, the vehicle heat pump system is provided with an electrical appliance coolant line and a battery coolant line. The electrical component 141 is connected to the electrical component cooling water line, and the cooling water of the electrical component cooling water line passing through the electrical component 141 exchanges heat with the refrigerant in the water cooling condenser 105 . The electric appliance cooling water line passes through the first radiator 110 , the reserve tank 136 , the water pump 143 , the electric appliance 141 , and the water cooling condenser 105 . A cooling water control valve 142 is provided in the electrical equipment cooling water line so that the cooling water selectively passes or bypasses the first radiator 110 .

배터리냉각수라인에는 배터리(131)가 연결되며, 배터리(131)를 통과한 배터리냉각수라인의 냉각수는 수냉컨덴서(105)에서 냉매와 열교환되거나 배터리칠러(122)에서 냉매와 열교환된다. 또한, 배터리냉각수라인은 제2 라디에이터(109), 리저브탱크(136), 워터펌프(137), 수냉컨덴서(105)를 통과한다. 아울러, 배터리냉각수라인은 배터리(131), 수가열히터(132), 배터리칠러(122), 워터펌프(134)를 통과한다.The battery 131 is connected to the battery coolant line, and the coolant of the battery coolant line passing through the battery 131 exchanges heat with the refrigerant in the water cooling condenser 105 or with the coolant in the battery chiller 122 . In addition, the battery cooling water line passes through the second radiator 109 , the reserve tank 136 , the water pump 137 , and the water cooling condenser 105 . In addition, the battery cooling water line passes through the battery 131 , the water heating heater 132 , the battery chiller 122 , and the water pump 134 .

한편, 배터리냉각수라인에는 냉각수의 흐름을 제어하는 냉각수제어밸브(133)가 구비된다. 실외열교환기(108), 제2 라디에이터(109), 제1 라디에이터(110)은 냉매 또는 냉각수를 실외 공기와 열교환시킨다. 제2 라디에이터(109)는 배터리측 저온라디에이터이며, 제1 라디에이터(110)는 전장품측 고온라디에이터이다. 실외열교환기(108), 제2 라디에이터(109), 제1 라디에이터(110)의 일측에는 송풍팬(111)이 구비될 수 있다.Meanwhile, a cooling water control valve 133 for controlling the flow of cooling water is provided in the battery cooling water line. The outdoor heat exchanger 108 , the second radiator 109 , and the first radiator 110 heat-exchange refrigerant or cooling water with outdoor air. The second radiator 109 is a low-temperature radiator on the battery side, and the first radiator 110 is a high-temperature radiator on the electronic device side. A blowing fan 111 may be provided at one side of the outdoor heat exchanger 108 , the second radiator 109 , and the first radiator 110 .

차량용 히트펌프 시스템은 제어부를 구비한다. 제어부는 히트펌프 모드(난방 모드)와 에어컨 모드(냉방 모드) 상호간의 모드 변경시, 제1 팽창밸브(104)의 개도를 조절한다. 제1 팽창밸브(104)는 전자식팽창밸브(EXV)로 이루어지며 냉매를 선택적으로 팽창시킨다. 즉, 에어컨 모드 시 제1 팽창밸브(104)는 개방되어 냉매를 그대로 통과시키며, 히트펌프 모드 시 제1 팽창밸브(104)는 제어부에 의해 제어되어 냉매를 팽창시킨다.The vehicle heat pump system includes a control unit. The controller adjusts the opening degree of the first expansion valve 104 when the mode is changed between the heat pump mode (heating mode) and the air conditioner mode (cooling mode). The first expansion valve 104 is made of an electromagnetic expansion valve (EXV) and selectively expands the refrigerant. That is, in the air conditioner mode, the first expansion valve 104 is opened to allow the refrigerant to pass therethrough, and in the heat pump mode, the first expansion valve 104 is controlled by the controller to expand the refrigerant.

만약 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 바로 전환할 경우, 탑승자가 원하는 찬바람을 짧은 시간에 토출 가능하다. 하지만, 이 경우 냉매 차압음이 과도하게 발생하여 탑승자가 놀랄 수 있으며 차량이 이상현상으로 인지하여 시스템 각 부품의 내구도를 저하시킬 수 있다. 본 발명의 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브(104)의 개도를 일정시간 지연하여 개방함으로써 냉매 차압음을 방지할 수 있다.If you switch directly from the heat pump mode to the air conditioner mode, it is possible to discharge the cold wind desired by the passenger in a short time. However, in this case, the refrigerant differential pressure sound may be excessively generated, which may surprise the occupant, and the vehicle may perceive it as an abnormal phenomenon, thereby reducing the durability of each system component. When changing from the heat pump mode to the air conditioner mode, the controller of the present invention delays and opens the opening degree of the first expansion valve 104 for a predetermined time, thereby preventing the refrigerant differential pressure sound.

이 경우, 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브(104)의 개도를 일정시간 지연하여 개방하되, 압축기를 오프하고 제1 팽창밸브(104)의 개도량을 점진적으로 개방한다. 이러한 구성을 통해, 냉매 차압음은 효과적으로 방지함과 동시에 압력평형을 비교적 빠른 시간에 이룰 수 있다. 결국, 압력평형을 이루는데 필요한 딜레이 시간을 효과적으로 줄여, 탑승자가 원하는 경우 찬바람을 비교적 빠르게 공급 가능하며 냉매 차압음도 방지할 수 있다.In this case, the controller delays and opens the opening degree of the first expansion valve 104 for a predetermined time when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode, turns off the compressor, and gradually opens the opening degree of the first expansion valve 104 . Through this configuration, it is possible to effectively prevent the refrigerant differential pressure sound and achieve pressure balance in a relatively short time. As a result, it is possible to effectively reduce the delay time required to achieve pressure equilibrium, so that, if desired by the occupant, cold wind can be supplied relatively quickly and the refrigerant differential pressure sound can also be prevented.

더욱 상세하게는, 차량용 히트펌프 시스템은 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)를 구비한다. 제1 압력센서(151)는 냉매 유동 방향으로 압축기의 하류측에 구비되며, 제2 압력센서(152)는 냉매 유동 방향으로 압축기의 상류측에 구비된다. 제1 압력센서(151)는 압축기(101)의 고압측 압력 및 온도를 센싱하며, 제2 압력센서(152)는 압축기(101)의 저압측 압력 및 온도를 센싱한다.More specifically, the vehicle heat pump system includes a first pressure sensor 151 and a second pressure sensor 152 . The first pressure sensor 151 is provided on the downstream side of the compressor in the refrigerant flow direction, and the second pressure sensor 152 is provided on the upstream side of the compressor in the refrigerant flow direction. The first pressure sensor 151 senses the high pressure side pressure and temperature of the compressor 101 , and the second pressure sensor 152 senses the low pressure side pressure and temperature of the compressor 101 .

제어부는 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)로 센싱된 압력값으로부터 목표압력차(DPT)를 연산하고, 연산된 목표압력차(DPT)까지 제1 팽창밸브(104)를 개방한다. 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 압축기(101)는 즉시 오프(Off)된다. 제1 팽창밸브(104)는 일정 위치로 이동 후 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)의 압력값의 차이가 목표압력차(DPT)에 도달시 일정시간 경과 후 에어컨 모드를 작동한다.The control unit calculates a target pressure difference DPT from the pressure values sensed by the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 and operates the first expansion valve 104 up to the calculated target pressure difference DPT. open up When changing from the heat pump mode to the air conditioner mode, the compressor 101 is immediately turned off. After the first expansion valve 104 moves to a predetermined position, when the difference between the pressure values of the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 reaches the target pressure difference (DPT), the air conditioner mode is turned on after a certain period of time has elapsed. It works.

즉, 제어부는 실시간으로 계측된 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)의 압력값의 차이를 목표압력차(DPT)와 비교한다. 또한, 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)의 압력값의 차이가 목표압력차(DPT) 이하에 도달 후 일정시간 지연을 주고 제1 팽창밸브(104)를 개방하여 에어컨 모드를 수행한다.That is, the controller compares the difference between the pressure values of the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 measured in real time with the target pressure difference DPT. In addition, when the control unit is changed from the heat pump mode to the air conditioner mode, the difference between the pressure values of the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 reaches the target pressure difference (DPT) or less, and then gives a delay for a certain time. 1 Open the expansion valve 104 to perform the air conditioning mode.

제1 압력센서(151)는 압축기(101)와 실내열교환기(102) 사이에 배치되고, 제2 압력센서(152)는 배터리칠러(122)와 어큐뮬레이터(116) 사이에 배치된다. 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)의 압력값의 차이가 목표압력차(DPT)에 도달하도록 제1 팽창밸브(104)는 개방된다. 아울러, 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)의 압력값의 차이가 목표압력차(DPT)에 도달한 후 일정시간 지연을 주고 에어컨 작동밸브 위치로 이동한다.The first pressure sensor 151 is disposed between the compressor 101 and the indoor heat exchanger 102 , and the second pressure sensor 152 is disposed between the battery chiller 122 and the accumulator 116 . The first expansion valve 104 is opened so that the difference between the pressure values of the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 reaches the target pressure difference DPT. In addition, after the difference between the pressure values of the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 reaches the target pressure difference DPT, a predetermined time delay is given to move to the air conditioner operation valve position.

이 경우, 제어부는 히트펌프및제습 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 냉매제어밸브(117)를 즉시 폐쇄한다. 히트펌프및제습 모드 시 제1 냉매제어밸브(117)는 개방되어 제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매 일부가 증발기(113)를 지나 압축기(101)로 복귀하여 순환된다. 히트펌프및제습 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제어부가 제1 냉매제어밸브(117)를 즉시 폐쇄함에 따라, 제1 팽창밸브(104)의 위치이동에 따른 냉매소음을 방지할 수 있다.In this case, the control unit immediately closes the first refrigerant control valve 117 when changing from the heat pump and dehumidification mode to the air conditioner mode. In the heat pump and dehumidification mode, the first refrigerant control valve 117 is opened, and a portion of the refrigerant passing through the first expansion valve 104 passes through the evaporator 113 to return to the compressor 101 and circulate. As the control unit immediately closes the first refrigerant control valve 117 when changing from the heat pump and dehumidification mode to the air conditioner mode, it is possible to prevent refrigerant noise caused by the positional movement of the first expansion valve 104 .

즉, 제1 팽창밸브(104)는 히트펌프 모드에서 개도량 제어를 통해 냉매를 팽창시키다가 에어컨 모드로 변경되면 밸브유로를 개방하여 냉매가 팽창되지 않고 그대로 통과할 수 있도록 변경된다. 이 경우, 종래에는 압축기를 오프(OFF)하고 일정시간(30초 정도) 경과한 후 제1 팽창밸브(104)를 개방(Open)으로 전환하고 압축기를 온(ON)시키는 제어를 수행하였다.That is, when the first expansion valve 104 expands the refrigerant through the control of the opening degree in the heat pump mode and changes to the air conditioner mode, the valve flow path is opened to allow the refrigerant to pass through without expansion. In this case, in the prior art, after turning off the compressor and a predetermined time (about 30 seconds) elapses, the first expansion valve 104 is switched to open and the compressor is turned on.

본 발명에서는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경되면 압축기(101)를 오프(OFF)하고 바로 제1 팽창밸브(104)를 점진적으로 개방하여 고압측과 저압측의 압력 차이를 목표 압력차 이하로 낮춘 후 완전히 개방(Open)으로 전환하고 압축기(101)를 온(ON)시키는 것이다. 이로 인해, 종래기술 대비 압축기의 온(ON)까지 걸리는 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.In the present invention, when the heat pump mode is changed to the air conditioner mode, the compressor 101 is turned OFF and the first expansion valve 104 is gradually opened immediately to lower the pressure difference between the high pressure side and the low pressure side to a target pressure difference or less. After that, it is switched to fully open and the compressor 101 is turned on. For this reason, compared to the prior art, there is an effect of reducing the time it takes for the compressor to be turned on.

즉, 전술한 제1 팽창밸브(104)를 점진적으로 개방한다는 의미는 종래와 같이 일정시간 경과 후 밸브를 한번에 개방하는 것과 구별되는 것으로, 밸브의 개방을 단계별로 수행하여 고압측과 저압측의 압력 차이를 목표 압력차 이하로 낮춘 후 완전히 개방하는 것을 의미한다. 또한, 전술한 제1 팽창밸브(104)의 개도를 일정시간 지연한다는 의미는 제1 팽창밸브(104)를 점진적으로 개방하므로 개도를 변경하는데 일정시간 이상 소요된다는 뜻이다.That is, the gradual opening of the above-described first expansion valve 104 is distinguished from opening the valve at once after a predetermined time has elapsed as in the prior art. It means fully opening after lowering the differential below the target pressure differential. In addition, delaying the opening degree of the first expansion valve 104 for a predetermined time means that it takes more than a predetermined time to change the opening degree because the first expansion valve 104 is gradually opened.

또한, 히트펌프 모드 시 제3 팽창밸브(121)와 제2 팽창밸브(112)를 개방하여 압축기(101)로 냉매 및 오일을 흡입할 수 있도록 제어될 수 있다. 즉, 히트펌프 모드에서는 제2 팽창밸브(112)가 폐쇄(Closed)되어 있으나, 압축기(101)로 냉매 및 오일을 흡입할 수 있도록 제2 팽창밸브(112)를 개방(Open)하면 배관에 남아있던 냉매와 오일이 압축기(101)로 유입되는 효과가 발생된다.In addition, in the heat pump mode, the third expansion valve 121 and the second expansion valve 112 may be opened to control the refrigerant and oil to be sucked into the compressor 101 . That is, in the heat pump mode, the second expansion valve 112 is closed, but remains in the pipe when the second expansion valve 112 is opened so that the refrigerant and oil can be sucked into the compressor 101 . There is an effect that the existing refrigerant and oil are introduced into the compressor 101 .

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법은 제어부가 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시, 제1 팽창밸브(104)의 개도를 일정시간 지연하여 개방하되, 제1 팽창밸브(104)의 개도량을 점진적으로 개방한다. 또한, 제어부는 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)로 센싱된 압력값으로부터 목표압력차(DPT)를 연산하고, 연산된 목표압력차(DPT)까지 제1 팽창밸브(104)를 개방한다.On the other hand, in the control method of the vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention, when the control unit changes from the heat pump mode to the air conditioner mode, the opening degree of the first expansion valve 104 is delayed and opened for a predetermined time, but the first expansion The opening degree of the valve 104 is gradually opened. In addition, the control unit calculates a target pressure difference DPT from the pressure values sensed by the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 , and up to the calculated target pressure difference DPT, the first expansion valve 104 . ) is opened.

도 4를 참조하면, 히트펌프 모드(난방 모드) 시 압축기(101)에서 토출된 냉매는 실내열교환기(102)를 흐르며 실내열교환기(102)를 통과하는 공기와 열교환한다. 템프도어(115)는 온풍유로를 개방하며 공기는 실내열교환기(102)에 의해 가열되어 실내로 토출된다. 실내열교환기(102)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(104)에 의해 교축되어 팽창된다.Referring to FIG. 4 , the refrigerant discharged from the compressor 101 in the heat pump mode (heating mode) flows through the indoor heat exchanger 102 and exchanges heat with air passing through the indoor heat exchanger 102 . The temp door 115 opens the hot air flow path, and the air is heated by the indoor heat exchanger 102 and discharged into the room. The refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 102 is throttled by the first expansion valve 104 and expanded.

제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매는 제2 냉매제어밸브(107)에 의해 바이패스라인(123)으로 흘러 어큐뮬레이터(116)를 지나 압축기(101)로 복귀하여 순환된다. 이 경우, 제2 팽창밸브(112)는 폐쇄되고, 제3 팽창밸브(121)는 개방되며, 제1 냉매제어밸브(117)는 폐쇄된다. 한편, 제1 팽창밸브(104)를 지난 냉매는 수냉컨덴서(105)에서 냉각수와 열교환하여 폐열을 회수하며, 제2 팽창밸브(112) 및 증발기(113)로는 냉매가 순환되지 않는다.The refrigerant that has passed through the first expansion valve 104 flows to the bypass line 123 by the second refrigerant control valve 107 , passes through the accumulator 116 , and is returned to the compressor 101 and circulated. In this case, the second expansion valve 112 is closed, the third expansion valve 121 is opened, and the first refrigerant control valve 117 is closed. Meanwhile, the refrigerant passing through the first expansion valve 104 exchanges heat with the cooling water in the water cooling condenser 105 to recover waste heat, and the refrigerant is not circulated to the second expansion valve 112 and the evaporator 113 .

도 5를 참조하면, 히트펌프 및 제습 모드(난방 모드 + 제습 모드) 시 압축기(101)에서 토출된 냉매는 실내열교환기(102)를 흐르며 실내열교환기(102)를 통과하는 공기와 열교환한다. 템프도어(115)는 온풍유로를 개방하며 공기는 실내열교환기(102)에 의해 가열되어 실내로 토출된다. 실내열교환기(102)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(104)에 의해 교축되어 팽창된다.Referring to FIG. 5 , in the heat pump and dehumidification mode (heating mode + dehumidifying mode), the refrigerant discharged from the compressor 101 flows through the indoor heat exchanger 102 and exchanges heat with air passing through the indoor heat exchanger 102 . The temp door 115 opens the hot air flow path, and the air is heated by the indoor heat exchanger 102 and discharged into the room. The refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 102 is throttled by the first expansion valve 104 and expanded.

제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매 중 일부는 제2 냉매제어밸브(107)에 의해 바이패스라인(123)으로 흘러 어큐뮬레이터(116)를 지나 압축기(101)로 복귀하여 순환된다. 이 경우, 제2 팽창밸브(112)는 폐쇄되고, 제3 팽창밸브(121)는 개방되며, 제1 냉매제어밸브(117)는 개방된다. 아울러, 제1 팽창밸브(104)를 지난 냉매는 수냉컨덴서(105)에서 냉각수와 열교환하여 폐열을 회수하며, 제2 팽창밸브(112) 및 증발기(113)로는 냉매가 순환되지 않는다.Part of the refrigerant that has passed through the first expansion valve 104 flows into the bypass line 123 by the second refrigerant control valve 107 , passes through the accumulator 116 , and is returned to the compressor 101 and circulated. In this case, the second expansion valve 112 is closed, the third expansion valve 121 is opened, and the first refrigerant control valve 117 is opened. In addition, the refrigerant passing through the first expansion valve 104 exchanges heat with the cooling water in the water cooling condenser 105 to recover waste heat, and the refrigerant is not circulated to the second expansion valve 112 and the evaporator 113 .

한편, 제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매 중 다른 일부는 제1 냉매제어밸브(117)의 개방에 의해 제습라인(119)으로 흘러 증발기(113)를 통과한다. 증발기(113)를 흐르는 냉매는 증발기(113)를 통과하는 공기와 열교환하여 차량 실내로 토출되는 공기의 제습이 수행된다. 이 경우, 제2 냉매제어밸브(107)는 일부 폐쇄되어 제습라인(119)으로의 냉매 유동량을 증가시킬 수 있다.Meanwhile, another part of the refrigerant that has passed through the first expansion valve 104 flows into the dehumidification line 119 by opening the first refrigerant control valve 117 and passes through the evaporator 113 . The refrigerant flowing through the evaporator 113 exchanges heat with air passing through the evaporator 113 to dehumidify the air discharged into the vehicle interior. In this case, the second refrigerant control valve 107 may be partially closed to increase the refrigerant flow to the dehumidification line 119 .

도 6을 참조하면, 에어컨 모드(냉방 모드) 시 압축기(101)에서 토출된 냉매는 공기와 열교환하지 않고 실내열교환기(102)를 그대로 통과한 후 제1 팽창밸브(104) 측으로 흐른다. 템프도어(115)는 온풍유로를 폐쇄하며, 증발기(113)를 통과하며 냉각된 공기는 실내열교환기(102)를 바이패스하여 냉풍유로를 통해 차량 실내로 토출된다.Referring to FIG. 6 , the refrigerant discharged from the compressor 101 in the air conditioner mode (cooling mode) flows toward the first expansion valve 104 after passing through the indoor heat exchanger 102 without heat exchange with air. The temp door 115 closes the hot air passage, and the air cooled by passing through the evaporator 113 bypasses the indoor heat exchanger 102 and is discharged into the vehicle interior through the cold air passage.

제1 팽창밸브(104)는 개방되어 냉매를 팽창시키지 않고 그대로 통과시키며, 이때 제어부는 제1 압력센서(151)에서 감지된 압력값과 제2 압력센서(152)에서 감지된 압력값의 차이를 목표압력차(DPT)와 비교한다. 즉, 제어부는 제1 팽창밸브(104)의 개도를 일정시간 지연하여 개방하되, 제1 압력센서(151)와 제2 압력센서(152)의 압력값의 차이가 목표압력차(DPT) 이하에 도달할 때까지 제1 팽창밸브(104)의 개도량을 점진적으로 개방한다.The first expansion valve 104 is opened to allow the refrigerant to pass therethrough without expanding, and in this case, the controller detects the difference between the pressure value sensed by the first pressure sensor 151 and the pressure value sensed by the second pressure sensor 152 . Compare with the target pressure difference (DPT). That is, the control unit delays the opening of the first expansion valve 104 for a predetermined time to open, but the difference between the pressure values of the first pressure sensor 151 and the second pressure sensor 152 is below the target pressure difference (DPT). The opening amount of the first expansion valve 104 is gradually opened until it is reached.

제1 팽창밸브(104)를 통과한 냉매는 제2 냉매제어밸브(107)에 의해 실외열교환기(108)로 흘러 실외 공기와 열교환한 후 제2 팽창밸브(112)에서 교축되어 팽창되고 증발기(113)를 지나 공기와 열교환하여 증발된 후 압축기(101)로 복귀하여 순환된다. 이 경우, 제3 팽창밸브(121)는 폐쇄되며, 제1 냉매제어밸브(117)는 폐쇄된다. 제어부는 제1 냉매제어밸브(117)의 폐쇄시 지연없이 즉시 폐쇄하여 제1 팽창밸브(104)의 위치이동에 따른 냉매 소음을 방지한다.The refrigerant that has passed through the first expansion valve 104 flows into the outdoor heat exchanger 108 by the second refrigerant control valve 107, exchanges heat with outdoor air, and is throttled and expanded by the second expansion valve 112 and then expands in the evaporator ( 113), it is evaporated by heat exchange with air, and then returned to the compressor 101 and circulated. In this case, the third expansion valve 121 is closed, and the first refrigerant control valve 117 is closed. When the first refrigerant control valve 117 is closed, the control unit immediately closes the first refrigerant control valve 117 without delay to prevent refrigerant noise caused by the positional movement of the first expansion valve 104 .

한편, 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브(104)의 제어 속도와 에어컨 모드에서 히트펌프 모드로 변경시 제1 팽창밸브(104)의 제어 속도를 다르게 제어한다. 즉, 제어부는, 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브(104)의 개도량을 점진적으로 개방하도록 제어하고, 에어컨 모드에서 히트펌프 모드로 변경시 제1 팽창밸브(104)가 개방 상태로 일정시간(30초 정도) 정지 상태로 있은 후에 빠르게 개도량 제어하는 모드로 전환시킨다.Meanwhile, the controller controls the control speed of the first expansion valve 104 differently when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode and the control speed of the first expansion valve 104 when changing from the air conditioner mode to the heat pump mode. That is, the controller controls the opening amount of the first expansion valve 104 to be gradually opened when the heat pump mode is changed to the air conditioner mode, and the first expansion valve 104 is opened when the air conditioner mode is changed to the heat pump mode. After remaining in the stationary state for a certain period of time (about 30 seconds), it is quickly converted to the mode to control the opening amount.

지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.So far, the vehicle heat pump system and the control method thereof according to the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and any person skilled in the art can make various modifications and equivalent other embodiments therefrom. will understand Accordingly, the true technical protection scope should be determined by the technical spirit of the appended claims.

101: 압축기 102: 실내열교환기
103: 전열히터 104: 제1 팽창밸브
105: 수냉컨덴서 107: 제2 냉매제어밸브
108: 실외열교환기 112: 제2 팽창밸브
113: 증발기 114: 공조케이스
115: 템프도어 116: 어큐뮬레이터
117: 제1 냉매제어밸브 121: 제3 팽창밸브
122: 배터리칠러 131: 배터리
141: 전장품 151: 제1 압력센서
152: 제2 압력센서101: compressor 102: indoor heat exchanger
103: electric heater 104: first expansion valve
105: water cooling condenser 107: second refrigerant control valve
108: outdoor heat exchanger 112: second expansion valve
113: evaporator 114: air conditioning case
115: tempdoor 116: accumulator
117: first refrigerant control valve 121: third expansion valve
122: battery chiller 131: battery
141: electrical equipment 151: first pressure sensor
152: second pressure sensor

Claims (13)

냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 공조케이스 내에 구비되어 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하며,
히트펌프 모드와 에어컨 모드 상호간의 모드 변경시 상기 제1 팽창밸브의 개도를 조절하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 압축기를 오프하고 제1 팽창밸브의 개도량을 점진적으로 개방하는 차량용 히트펌프 시스템.A compressor comprising: a compressor for compressing and discharging refrigerant; an indoor heat exchanger provided in an air conditioning case for heat-exchanging refrigerant discharged from the compressor with air to radiate heat; a first expansion valve for selectively expanding the refrigerant passing through the indoor heat exchanger; It includes an evaporator that is provided in the heat exchange with air to evaporate the refrigerant,
A control unit for adjusting the opening degree of the first expansion valve when the mode is changed between the heat pump mode and the air conditioner mode;
The control unit turns off the compressor when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode and gradually opens the opening amount of the first expansion valve. 제1 항에 있어서,
상기 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 개도를 일정시간 지연하여 개방하는 차량용 히트펌프 시스템.The method of claim 1,
The control unit delays the opening of the first expansion valve for a predetermined time when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode to open the vehicle heat pump system. 제1 항에 있어서,
냉매 유동 방향으로 압축기의 하류측과 상류측에 각각 압력을 센싱하는 제1 압력센서와 제2 압력센서를 구비하며,
상기 제어부는 제1 압력센서와 제2 압력센서로 센싱된 압력값으로부터 목표압력차(DPT)를 연산하고, 상기 연산된 목표압력차(DPT)까지 제1 팽창밸브를 개방하는 차량용 히트펌프 시스템.The method of claim 1,
A first pressure sensor and a second pressure sensor for sensing the pressure respectively on the downstream side and the upstream side of the compressor in the refrigerant flow direction,
The control unit calculates a target pressure difference (DPT) from the pressure values sensed by the first pressure sensor and the second pressure sensor, and opens the first expansion valve up to the calculated target pressure difference (DPT). 제3 항에 있어서,
상기 제어부는,
실시간으로 계측된 제1 압력센서와 제2 압력센서의 압력값의 차이를 목표압력차(DPT)와 비교하며, 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 압력센서와 제2 압력센서의 압력값의 차이가 목표압력차(DPT) 이하에 도달 후 일정시간 지연을 주고 제1 팽창밸브를 개방하여 에어컨 모드를 수행하는 차량용 히트펌프 시스템.4. The method of claim 3,
The control unit is
The difference between the pressure values of the first pressure sensor and the second pressure sensor measured in real time is compared with the target pressure difference (DPT), and when the heat pump mode is changed to the air conditioner mode, the pressure values of the first pressure sensor and the second pressure sensor A heat pump system for a vehicle that performs the air conditioning mode by opening the first expansion valve with a delay after the difference of DPT is reached or less. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
에어컨 모드 시 제1 팽창밸브는 개방되어 냉매를 그대로 통과시키며,
히트펌프 모드 시 제1 팽창밸브는 제어부에 의해 제어되어 냉매를 팽창시키는 차량용 히트펌프 시스템.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
In the air conditioner mode, the first expansion valve is opened to allow the refrigerant to pass through,
In the heat pump mode, the first expansion valve is controlled by the control unit to expand the refrigerant. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브의 하류측에서 분기되어 증발기로 냉매를 공급하는 제습라인; 및
상기 제습라인에 구비되는 제1 냉매제어밸브를 포함하며,
상기 제어부는 히트펌프및제습 모드에서 에어컨 모드로 변경시 상기 제1 냉매제어밸브를 즉시 폐쇄하는 차량용 히트펌프 시스템.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
a dehumidification line branched from the downstream side of the first expansion valve to supply a refrigerant to the evaporator; and
It includes a first refrigerant control valve provided in the dehumidification line,
The control unit immediately closes the first refrigerant control valve when changing from the heat pump and dehumidification mode to the air conditioner mode. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브와 증발기 사이 냉매라인에 실외열교환기 및 제2 팽창밸브가 순차로 구비되고,
상기 제1 팽창밸브와 실외열교환기 사이에서 분기되어 실외열교환기 및 증발기를 바이패스하는 바이패스라인 및 상기 바이패스라인과 실외열교환기를 향하는 냉매라인 사이의 개도를 조절하는 제2 냉매제어밸브를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.5. The method according to claim 3 or 4,
An outdoor heat exchanger and a second expansion valve are sequentially provided in the refrigerant line between the first expansion valve and the evaporator,
a bypass line branched between the first expansion valve and the outdoor heat exchanger to bypass the outdoor heat exchanger and the evaporator, and a second refrigerant control valve for controlling the degree of opening between the bypass line and the refrigerant line facing the outdoor heat exchanger vehicle heat pump system. 제7 항에 있어서,
상기 실외열교환기와 제2 팽창밸브 사이 냉매라인에서 분기되어 증발기를 바이패스하는 배터리냉각라인;
상기 배터리냉각라인에 순차로 구비되는 제3 팽창밸브 및 배터리칠러;
상기 압축기의 상류에 구비되는 어큐뮬레이터를 포함하며,
상기 제1 압력센서는 압축기와 실내열교환기 사이에 배치되고, 상기 제2 압력센서는 배터리칠러와 어큐뮬레이터 사이에 배치되는 차량용 히트펌프 시스템.8. The method of claim 7,
a battery cooling line branched from the refrigerant line between the outdoor heat exchanger and the second expansion valve to bypass the evaporator;
a third expansion valve and a battery chiller sequentially provided in the battery cooling line;
an accumulator provided upstream of the compressor;
The first pressure sensor is disposed between the compressor and the indoor heat exchanger, and the second pressure sensor is disposed between the battery chiller and the accumulator. 제8 항에 있어서,
히트펌프 모드 시 상기 제3 팽창밸브와 제2 팽창밸브를 개방하여 압축기로 냉매 및 오일을 흡입할 수 있도록 제어되는 차량용 히트펌프 시스템.9. The method of claim 8,
A vehicle heat pump system that is controlled to suck refrigerant and oil into a compressor by opening the third and second expansion valves in the heat pump mode. 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내에 구비되고 압축기에서 토출된 냉매를 공기와 열교환시켜 방열시키는 실내열교환기와, 상기 실내열교환기를 통과한 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제1 팽창밸브와, 공조케이스 내에 구비되어 냉매를 공기와 열교환시켜 증발시키는 증발기를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법으로서,
히트펌프 모드와 에어컨 모드 상호간의 모드 변경시 상기 제1 팽창밸브의 개도를 조절하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 제어 속도와 에어컨 모드에서 히트펌프 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 제어 속도를 다르게 제어하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법.A compressor comprising: a compressor for compressing and discharging refrigerant; an indoor heat exchanger provided in an air conditioning case for heat-exchanging refrigerant discharged from the compressor with air to radiate heat; a first expansion valve for selectively expanding the refrigerant passing through the indoor heat exchanger; As a control method of a vehicle heat pump system including an evaporator provided in the interior to heat exchange with air to evaporate a refrigerant,
A control unit for adjusting the opening degree of the first expansion valve when the mode is changed between the heat pump mode and the air conditioner mode;
The control method of a vehicle heat pump system for controlling the control speed of the first expansion valve differently when changing from the heat pump mode to the air conditioner mode and the control speed of the first expansion valve when changing from the air conditioner mode to the heat pump mode. 제10 항에 있어서,
상기 제어부는,
히트펌프 모드에서 에어컨 모드로 변경시 제1 팽창밸브의 개도량을 점진적으로 개방하도록 제어하고, 에어컨 모드에서 히트펌프 모드로 변경시 제1 팽창밸브가 개방 상태로 일정시간 정지 상태로 있은 후에 개도량 제어하는 모드로 전환하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법.11. The method of claim 10,
The control unit is
When changing from the heat pump mode to the air conditioner mode, the first expansion valve is controlled to open gradually A control method of a vehicle heat pump system that switches to a control mode. 제10 항에 있어서,
냉매 유동 방향으로 압축기의 하류측과 상류측에 각각 압력을 센싱하는 제1 압력센서와 제2 압력센서를 구비하며,
상기 제어부는 제1 압력센서와 제2 압력센서로 센싱된 압력값으로부터 목표압력차(DPT)를 연산하고, 상기 연산된 목표압력차(DPT)까지 제1 팽창밸브를 개방하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법.11. The method of claim 10,
A first pressure sensor and a second pressure sensor for sensing the pressure respectively on the downstream side and the upstream side of the compressor in the refrigerant flow direction,
The control unit calculates a target pressure difference (DPT) from the pressure values sensed by the first pressure sensor and the second pressure sensor, and opens the first expansion valve up to the calculated target pressure difference (DPT). control method. 제12 항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브의 하류측에서 분기되어 증발기로 냉매를 공급하는 제습라인; 및
상기 제습라인에 구비되는 제1 냉매제어밸브를 포함하며,
상기 제어부는 히트펌프및제습 모드에서 에어컨 모드로 변경시 상기 제1 냉매제어밸브를 즉시 폐쇄하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법.13. The method of claim 12,
a dehumidification line branched from the downstream side of the first expansion valve to supply a refrigerant to the evaporator; and
It includes a first refrigerant control valve provided in the dehumidification line,
The control method of a heat pump system for a vehicle in which the control unit immediately closes the first refrigerant control valve when changing from the heat pump and dehumidification mode to the air conditioner mode.
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