KR20220165938A - 차량용 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기와 제3유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기; 상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 분기유로 상에 구비되어 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 제4열교환기; 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제2열교환기의 후단에서 상기 제3유로와 연결되는 바이패스유로가 상기 제2유로에서 분기되는 지점에 구비되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 제2유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팡창시켜 감압하면서 상기 제2유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 통합밸브; 상기 제3유로 상, 상기 분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창밸브부; 및 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 동작과 상기 통합밸브의 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.
따라서, 냉매의 흐름이 전환되는 지점에 구비되는 3웨이밸브인 통합밸브를 이용하여 냉매의 흐름방향 전환과 냉매의 팽창이 동시에 구현 가능하여 부품의 최적화 및 패키징성을 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 냉난방 시스템{Automotive air conditioning system}

본 발명은 차량용 냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1열교환기에서 차량의 실내로 공급되는 공기 또는 제2열교환기에서 냉각수와 열교환된 냉매를 이용하여 차량의 냉난방을 실시하는 차량용 냉난방 시스템에 관한 것이다.

한국 공개특허 제10-2020-0061457호(2020.06.03.)를 참조하면, 차량용 공조장치는 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방 시스템은, 증발기의 외부를 통과하는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방 시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 통과하는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.

한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨데 2개의 열교환기와, 냉매의 유동방향을 전활할 수 있는 3웨이밸브인 방향조절밸브와, 냉매를 팽창기시키기 위한 팽창밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향의 전환 및 팽창밸브에 의한 냉매의 팽창에 따라 냉방과 난방이 가능하게 된다. 또한, 3웨이밸브가 아닌 2웨이밸브를 복수개 사용하여 2웨이밸브를 선택적으로 개폐하고 팽창밸브를 통해 냉매를 팽창시킴으로써 냉방과 난방을 가능하게 한다.

그러나, 기존에는 유로로 이동되는 냉매를 분기하거나 팽창시키는 것을 구현하기 위해 냉매방향을 전환하여 분기하는 방향조절밸브와 이동되는 냉매를 팽창기시는 팽창밸브를 구비해야 함에 따라 부품수가 증대되는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 냉매가 바이패스되는 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 통합밸브를 통해 냉매의 방향전환과 팽창을 구현할 수 있도록 하여 부품의 최적화 및 패키징성을 향상시킬 수 있는 차량용 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기와 제3유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기; 상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 분기유로 상에 구비되어 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 제4열교환기; 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제2열교환기의 후단에서 상기 제3유로와 연결되는 바이패스유로가 상기 제2유로에서 분기되는 지점에 구비되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 제2유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팡창시켜 감압하면서 상기 제2유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 통합밸브; 상기 제3유로 상, 상기 분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창밸브부; 및 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 동작과 상기 통합밸브의 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 상기 통합밸브는 3웨이밸브가 사용될 수 있으며, 상기 통합밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 제1열교환기 측과 연결되는 주입구와, 상기 제2열교환기 측 및 상기 바이패스유로 측과 연결되는 토출구가 형성될 수 있고, 상기 토출구의 일측면에는 상기 토출구로 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창슬릿이 형성될 수 있다.

상기 주입구와 상기 토출구는 연통되며 서로 직각되게 배치될 수 있고, 상기 토출구의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가질 수 있으며, 상기 팽창슬릿의 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 작을 수 있다.

상기 팽창밸브부는 상기 제3유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와, 상기 분기유로 상에서 상기 제4열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제4열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 전자식팽창밸브를 포함할 수 있다.

냉방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 토출구는 상기 제2열교환기 측으로 완전 개방되고 상기 팽창슬릿과 상기 바이패스유로는 닫힐 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제3유로와 상기 분기유로를 통해 각각 상기 제3열교환기와 상기 제4열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.

제1난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 토출구는 상기 팽창슬릿을 통해 상기 제2열교환기 측으로 부분 개방되고 상기 바이패스유로는 닫힐 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제3열교환기 측으로 냉매를 이동시키지 않을 수 있고, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 열려 상기 제4열교환기 측으로 냉매를 이동시킬 수 있으며, 상기 통합밸브를 통해 상기 제2열교환기 측으로 공급되는 냉매는 상기 팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 제2열교환기 측으로 공급될 수 있다.

제2난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 토출구는 상기 팽창슬릿을 통해 상기 바이패스유로 측으로 부분 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제3열교환기 측으로 냉매를 이동시키지 않을 수 있고, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 열려 상기 제4열교환기 측으로 냉매를 이동시킬 수 있으며, 상기 통합밸브를 통해 상기 바이패스유로 측으로 공급되는 냉매는 상기 팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 바이패스유로 측으로 공급될 수 있다.

또한, 본 발명은 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기와 제3유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기; 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되어 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 제4열교환기; 상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 분기유로 상에 구비되어 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 제5열교환기; 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 바이패스유로가 상기 제2유로에서 분기되는 지점에 구비되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 제2유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팡창시켜 감압하면서 상기 제2유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 통합밸브; 상기 제3유로 상, 상기 분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창밸브부; 및 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 동작과 상기 통합밸브의 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 상기 통합밸브는 3웨이밸브가 사용될 수 있으며, 상기 통합밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 제1열교환기 측과 연결되는 주입구와, 상기 주입구와 연통되는 제1토출구 내지 제3토출구가 형성될 수 있고, 상기 제1토출구 내지 제3토출구의 일면에는 상기 제1토출구 내지 제3토출구로 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1팽창슬릿 내지 제3팽창슬릿이 형성될 수 있다.

상기 주입구와 상기 제1토출구는 직각되게 배치될 수 있고, 상기 제1토출구와 상기 제2토출구는 상기 주입구를 중심으로 직각되게 배치될 수 있으며, 상기 제2토출구와 상기 제3토출구는 상기 주입구를 중심으로 대응되게 위치할 수 있고, 상기 제2토출구와 상기 제3토출구는 동일한 직경을 가질 수 있으며, 상기 제1토출구는 상기 제2토출구 및 제3토출구의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있고, 상기 제1팽창슬릿 내지 제3팽창슬릿이 형성되는 상기 제1토출구 내지 제3토출구의 일측면의 길이는 타측면의 길이 보다 작을 수 있다.

상기 팽창밸브부는 상기 제3유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와, 상기 분기유로 상에서 상기 제5열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제5열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 전자식팽창밸브를 포함할 수 있다.

냉방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 제1토출구는 상기 제2열교환기 측으로 완전 개방될 수 있고, 상기 제2토출구와 제3토출구는 닫힐 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제3유로와 상기 분기유로를 통해 각각 상기 제3열교환기와 상기 제5열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.

제1난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 제2토출구와 제3토출구는 각각 바이패스유로 측과 상기 제2열교환기 측으로 부분 개방될 수 있고, 상기 제1토출구는 닫힐 수 있으며, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제3열교환기 측으로 냉매를 이동시키지 않을 수 있고, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 열려 상기 제5열교환기 측으로 냉매를 이동시킬 수 있으며, 상기 통합밸브를 통해 상기 바이패스유로 측과 제2열교환기 측으로 공급되는 냉매는 상기 제2팽창슬릿과 제3팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 바이패스유로 측과 상기 제2열교환기 측으로 공급될 수 있다.

제2난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 제1토출구는 상기 바이패스유로 측으로 부분 개방될 수 있고, 상기 제2토출구와 상기 제3토출구는 닫힐 수 있으며, 상기 통합밸브를 통해 상기 바이패스유로 측으로 공급되는 냉매는 상기 제1팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 바이패스유로 측으로 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은 냉매의 흐름이 전환되는 지점에 구비되는 3웨이밸브인 통합밸브를 이용하여 냉매의 흐름방향 전환과 냉매의 팽창이 동시에 구현 가능하여 부품의 최적화 및 패키징성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 냉방모드 시 냉매가 순환되는 흐름도, 통합밸브의 개폐상태 및 통합밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 제1난방모드 시 냉매가 순환되는 흐름도, 통합밸브의 개폐상태 및 통합밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 제2난방모드 시 냉매가 순환되는 흐름도, 통합밸브의 개폐상태 및 통합밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 냉방모드 시 냉매가 순환되는 흐름도, 통합밸브의 개폐상태 및 통합밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 제1난방모드 시 냉매가 순환되는 흐름도, 통합밸브의 개폐상태 및 통합밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 제2난방모드 시 냉매가 순환되는 흐름도, 통합밸브의 개폐상태 및 통합밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(1000)은 압축기(1100)와, 제1열교환기(1200)와, 제2열교환기(1300)와, 제3열교환기(1400)와, 제4열교환기(1500)와, 통합밸브(1600)와, 팽창밸브부(1700)와, 제어부(1800)를 포함한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(1000)은 냉매가 순환하는 냉매순환라인 상에는 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 제2열교환기(1300), 제3열교환기(1400) 또는 제4열교환기(1500)가 선택적으로 연결되며, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.

상기 압축기(1100)는 냉매가 유동하는 유로와 연결된 입력단을 통해 냉매를 인입하여 압축한 후, 압축된 냉매를 출력단을 통해 유로로 토출하는데, 이때 토출되는 냉매는 고온고압의 냉매(냉매가스; 기체)가 토출된다.

상기 압축기(1100)의 출력단은 제1유로(R1)와 연결되고, 상기 제1유로(R1)를 통해 제1열교환기(1200)의 입력단과 상기 압축기(1100)의 출력단이 연결되어, 상기 압축기(1100)에서 압축된 고온고압의 냉매(기체)를 상기 제1열교환기(1200)로 출력한다.

상기 제1열교환기(1200)는 공조케이스(미도시) 내에 구비되며, 상기 제1열교환기(1200)는 상기 압축기(1100)에서 토출되는 고온고압의 냉매(기체)를 제1유로(R1)를 통해 인입한다. 상기 제1열교환기(1200)가 상기 공조케이스(미도시)를 통해 차량 실내로 공급되는 공기와의 열교환을 통해 내부로 공급된 고온고압의 냉매(기체)를 응축시키면서 그 응축열로 공기를 가열하여, 차량 실내의 난방이 이루어지도록 한다. 상기 제1열교환기(1200)로는 공조케이스(미도시)의 내부에 구비되는 실내콘덴서가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 공조케이스(미도시)의 내부에는 상기 제1열교환기(1200)와 인접하게 PTC히터(미도시)가 구비되는 것이 바람직하고, 상기 PTC히터(미도시)는 부족한 난방열원을 공급하는 역할을 한다.

상기 공조케이스(미도시)의 구조 및 공조케이스(미도시)가 공기를 인입한 후 열교환된 냉매를 차량의 실내로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 과정은 공지된 기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1열교환기(1200)의 출력단은 제2유로(R2)와 연결되고, 상기 제2유로(R2)는 상기 제2열교환기(1300)와 연결된다. 상기 제2열교환기(1300)는 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 제1열교환기(1200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시킨 후 출력단을 통해 제3유로(R3)로 배출한다. 상기 제3유로(R3)는 제3열교환기(1400)와 연결되어 상기 제2열교환기(1300)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 제3열교환기(1400)로 공급한다.

상기 제2열교환기(1300)는 상기 제1열교환기(1200)로부터 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 웅축하는데, 상기 제2열교환기(1300)는 차량 구동부(구동모터, 미도시)에 구비된 라디에이터부(미도시)에 근접하게 배치되어, 입력측을 통해 인입된 냉매를 외부 공기와 열교환하여 응축한 후 제3유로(R3)로 배출하며, 상기 제2열교환기(1300)로는 실외콘덴서가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제3유로(R3)는 제3열교환기(1400)와 연결되어 상기 제2열교환기(1300)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 제3열교환기(1400)로 공급하며, 상기 제3열교환기(1400)는 인입된 냉매를 기화시키면서 공조케이스(미도시)를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 역할을 하고, 상기 제3열교환기(1400)로는 증발기가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제3열교환기(1400)는 제4유로(R4)에 의해 압축기(1100)와 연결되며, 상기 제4유로(R4)에는 상기 제3열교환기(1400)에서 공급되는 냉매, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 분기유로(QR)에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 분리된 기상 냉매를 상기 압축기(1100)로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 어큐뮬레이터(미도시)의 내부에는 공급된 액상의 냉매를 기화시키는 탄소발열복합소재의 히터봉(미도시)이 구비될 수 있으며, 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 내부에 히터봉(미도시)이 구비됨에 따라 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매의 과열도를 증대시킬 수 있고, 그로 인해 난방 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 제3유로(R3)에서 분기된 후 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 전단에서 상기 제4유로(R4)와 연결되는 분기유로(QR) 상에는 제4열교환기(1500)가 구비되며, 상기 제4열교환기(1500)는 상기 제2열교환기(1300)에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키고, 상기 제4열교환기(1500)로는 통합칠러가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제2열교환기(1300)와 연결되는 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제2열교환기(1300)의 후단에서 상기 제3유로(R3)와 연결되는 바이패스유로(BR)가 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 지점에는 통합밸브(1600)가 구비된다. 상기 통합밸브(1600)는 냉방모드, 제1난방모드, 제2난방모드에 대응하여 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매를 선택적으로 팽창시켜 감압하면서 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할을 하며, 상기 통합밸브(1600)로는 내부에 유로가 가공된 볼이 내장된 3웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 통합밸브(1600)의 내부에 구비되는 볼(1610)에는 주입구(1611)와, 토출구(1612)가 형성되며, 상기 주입구(1611)와 상기 토출구(1612)는 서로 직각되게 배치되고 서로 연통된다. 상기 주입구(1611)는 상기 제1열교환기(1200) 측과 연결되고 상기 토출구(1612)는 상기 주입구(1611)를 중심으로 회전됨에 따라 상기 제2열교환기(1300) 측 및 상기 바이패스유로(BR) 측과 선택적으로 연결된다. 상기 토출구(1612)의 일면에는 상기 토출구(1612)로 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창슬릿(1612a)이 형성되며, 상기 팽창슬릿(1612a)은 냉방모드 시에는 닫히고, 제1난방모드 시에는 제2열교환기(1300) 측으로 개방되며, 제2난방모드 시에는 바이패스유로(BR) 측으로 개방된다.

상기 토출구(1612)의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지고, 상기 팽창슬릿(1612a)이 형성되는 일측면의 길이(L1)은 타측면의 길이(L2) 보다 작은 길이를 가지며, 상기 토출구(1612)로 이동된 냉매가 상기 팽창슬릿(1612a)를 통해 상기 제2열교환기(1300) 측 및 상기 바이패스유로(BR) 측으로 토출됨으로써 팽창하면서 감압되게 된다.

상기 제3유로(R3) 상, 상기 분기유로(QR) 상에서 상기 제4열교환기(1500)의 전단에는 팽창밸브부(1700)가 구비되며, 상기 팽창밸브부(1700)는 상기 제3유로(R3), 상기 분기유로(QR)를 선택적으로 개폐하면서 상기 분기유로(QR)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

상기 팽창밸브부(1700)는 솔레노이드팽창밸브(1710)와, 전자식팽창밸브(1720)를 포함한다. 상기 솔레노이드팽창밸브(1710)는 상기 제3열교환기(1400)와 인접한 상기 제3유로(R3) 상에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기(1300)를 통과하여 상기 제3열교환기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

상기 전자식팽창밸브(1720)는 상기 분기유로(QR) 상에서 상기 제4열교환기(1500)의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기(1300)를 통과하여 상기 분기유로(QR)를 통해 상기 제4열교환기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

도 1을 참조하면, 상기 통합밸브(1600) 및 상기 팽창밸브부(1700)는 제어부(1800)와 연결되며, 상기 제어부(1800)는 각각의 모드에 대응하여 상기 통합밸브(1600) 및 상기 팽창밸브부(1700)의 동작과 상기 통합밸브(1600)의 개폐방향을 제어하는 역할을 한다. 상기 제어부(1800)는 센서부(미도시)와 연결되는 것이 바람직하며, 상기 센서부(미도시)는 상기 제2열교환기(1300)와 인접하게 배치되어 외기의 온도를 측정하고, 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매의 과열도를 측정하여, 이를 상기 제어부(1800)로 전송하면 상기 제어부(1800)는 전송된 외기의 온도 및 냉매의 과열도를 토대로 하여 상기 통합밸브(1600) 및 상기 팽창밸브부(1700)를 제어하여 각각의 모드로 전환하게 된다.

도 2를 참조하면, 냉방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 제2열교환기(1300)를 거친 후 일부의 냉매는 제3열교환기(1400)를 거쳐 압축기(1100)로 순환하고, 제2열교환기(1300)를 거친 다른 일부의 냉매는 제4열교환기(1500)를 거쳐 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에서 상기 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 통합밸브(1600)의 토출구(1612)는 제2열교환기(1300) 측으로 완전개방되고, 상기 토출구(1612)의 형성되는 팽창슬릿(1612a)은 닫히며, 상기 토출구(1612)가 상기 제2열교환기(1300) 측으로 완전개방됨에 따라 상기 바이패스유로(BR)는 닫혀 상기 바이패스유로(BR) 측으로는 냉매가 이동되지 않게 된다.

상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제3열교환기(1400)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(1700)의 솔레노이드팽창밸브(1710)와, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 분기유로(QR) 상에서 상기 제4열교환기(1500)의 전단에 구비되는 팽창밸브브(1700)의 전자식팽창밸브(1720)는 각각 열려 상기 제3유로(R3)와 상기 분기유로(QR)로 이동되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 제3열교환기(1400)와 상기 제4열교환기(1500)로 공급한다. 상기 제3열교환기(1400)와 상기 제4열교환기(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.

도 3을 참조하면, 제1난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 제2열교환기(1300), 제4열교환기(1500), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에서 상기 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 통합밸브(1600)의 토출구(1612)는 상기 팽창슬릿(1612a)을 통해 제2열교환기(1300) 측으로 부분 개방되고, 상기 토출구(1612)가 상기 제2열교환기(1300) 측으로 부분 개방됨에 따라 상기 바이패스유로(BR)는 닫혀 상기 바이패스유로(BR) 측으로는 냉매가 이동되지 않게 된다. 상기 통합밸브(1600)의 주입구(1611)를 통해 상기 통합밸브(1600)의 내부로 주입된 냉매는 상기 제2열교환기(1300) 측으로 배출 시 상기 팽창슬릿(1612a)을 통과할 때 팽창되어 감압되게 된다.

상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제3열교환기(1400)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(1700)의 솔레노이드팽창밸브(1710)는 닫혀 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기(1400)로 이동되지 않도록 하며, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 분기유로(QR) 상에서 상기 제4열교환기(1500)의 전단에 구비되는 팽창밸브브(1700)의 전자식팽창밸브(1720)는 열려 상기 분기유로(QR)로 이동되는 냉매를 상기 제4열교환기(1500)로 공급한다. 상기 제4열교환기(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.

도 4를 참조하면, 제2난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 바이패스유로(BR)를 거쳐 제4열교환기(1500), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에서 상기 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 통합밸브(1600)의 토출구(1612)는 상기 팽창슬릿(1612a)을 통해 제2열교환기(1300) 측으로 닫혀 상기 토출구(1612)가 상기 바이패스유로(BR) 측으로 개방됨에 따라 상기 제2열교환기(1300) 측으로는 냉매가 이동되지 않게 된다. 상기 통합밸브(1600)의 주입구(1611)를 통해 상기 통합밸브(1600)의 내부로 주입된 냉매는 상기 바이패스유로(BR) 측으로 배출 시 상기 팽창슬릿(1612a)을 통과할 때 팽창되어 감압되게 된다.

상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제3열교환기(1400)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(1700)의 솔레노이드팽창밸브(1710)는 닫혀 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기(1400)로 이동되지 않도록 하며, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 분기유로(QR) 상에서 상기 제4열교환기(1500)의 전단에 구비되는 팽창밸브브(1700)의 전자식팽창밸브(1720)는 열려 상기 분기유로(QR)로 이동되는 냉매를 상기 제4열교환기(1500)로 공급한다. 상기 제4열교환기(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.

상기 제1열교환기(1200)에서 토출된 냉매의 흐름이 전환되는 지점인 제2유로(R2)에서 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 3웨이밸브인 통합밸브(1600)를 이용하여 냉매의 흐름방향 전환과 냉매의 팽창이 동시에 구현 가능하여 부품의 최적화 및 패키징성을 향상시킬 수 있다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(2000)은 압축기(2100)와, 제1열교환기(2200)와, 제2열교환기(2300)와, 제3열교환기(2400)와, 제4열교환기(2500)와, 제5열교환기(2600)와, 통합밸브(2700)와, 팽창밸브부(2800)와, 제어부(2900)를 포함하며, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.

상기 압축기(2100)는 냉매가 유동하는 유로와 연결된 입력단을 통해 냉매를 인입하여 압축한 후, 압축된 냉매를 출력단을 통해 유로로 토출하는데, 이때 토출되는 냉매는 고온고압의 냉매(냉매가스; 기체)가 토출된다.

상기 압축기(2100)의 출력단은 제1유로(R1)와 연결되고, 상기 제1유로(R1)를 통해 제1열교환기(2200)의 입력단과 상기 압축기(2100)의 출력단이 연결되어, 상기 압축기(2100)에서 압축된 고온고압의 냉매(기체)를 상기 제1열교환기(2200)로 출력한다.

상기 제1열교환기(2200)는 공조케이스(미도시) 내에 구비되며, 상기 제1열교환기(2200)는 상기 압축기(2100)에서 토출되는 고온고압의 냉매(기체)를 제1유로(R1)를 통해 인입한다. 상기 제1열교환기(2200)가 상기 공조케이스(미도시)를 통해 차량 실내로 공급되는 공기와의 열교환을 통해 내부로 공급된 고온고압의 냉매(기체)를 응축시키면서 그 응축열로 공기를 가열하여, 차량 실내의 난방이 이루어지도록 한다. 상기 제2열교환기(2200)로는 공조케이스(미도시)의 내부에 구비되는 실내콘덴서가 사용되는 것이 바람직하며, 싱기 공조케이스(미도시)의 내부에는 상기 제1열교환기(2200)와 인접하게 PTC히터(미도시)가 구비되는 것이 바람직하고, 상기 PTC히터(미도시)는 부족한 난방열원을 공급하는 역할을 한다.

상기 공조케이스(미도시)의 구조 및 공조케이스(미도시)가 공기를 인입한 후 열교환된 냉매를 차량의 실내로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 과정은 공지된 기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1열교환기(2200)의 출력단은 제2유로(R2)와 연결되고, 상기 제2유로(R2)는 상기 제2열교환기(2300)와 연결된다. 상기 제2열교환기(2300)는 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 제1열교환기(2200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시킨 후 출력단을 통해 제3유로(R3)로 배출한다. 상기 제3유로(R3)는 제3열교환기(2400)와 연결되어 상기 제2열교환기(2300)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 제3열교환기(2400)로 공급한다.

상기 제2열교환기(2300)는 상기 제1열교환기(2200)로부터 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 웅축하는데, 상기 제2열교환기(2300)는 차량 구동부(구동모터, 미도시)에 구비된 라디에이터부(미도시)에 근접하게 배치되어, 입력측을 통해 인입된 냉매를 외부 공기와 열교환하여 응축한 후 제3유로(R3)로 배출하며, 상기 제2열교환기(2300)로는 실외콘덴서가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제3유로(R3)는 제3열교환기(2400)와 연결되어 상기 제2열교환기(2300)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 제3열교환기(2400)로 공급하며, 상기 제3열교환기(2400)는 인입된 냉매를 기화시키면서 공조케이스(미도시)를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 역할을 하고, 상기 제3열교환기(2400)로는 증발기가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제3열교환기(2400)는 제4유로(R4)에 의해 압축기(2100)와 연결되며, 상기 제4유로(R4)에는 상기 제3열교환기(2400)에서 공급되는 냉매, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 분기유로(QR)에서 공급되는 냉매, 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 바이패스유로(BR)에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 분리된 기상 냉매를 상기 압축기(2100)로 공급하는 어큐뮬레이터(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 어큐뮬레이터(미도시)의 내부에는 공급된 액상의 냉매를 기화시키는 탄소발열복합소재의 히터봉(미도시)이 구비될 수 있으며, 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 내부에 히터봉(미도시)이 구비됨에 따라 상기 압축기(2100)로 공급되는 냉매의 과열도를 증대시킬 수 있고, 그로 인해 난방 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제3열교환기(2400)와 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 사이에서 상기 제4유로(R4)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에는 제4열교환기(2500)가 구비되며, 상기 제4열교환기(2500)는 상기 제1열교환기(2200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키고, 상기 제4열교환기(2500)로는 수냉식콘덴서가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제3유로(R3)에서 분기된 후 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 전단에서 상기 제4유로(R4)와 연결되는 분기유로(QR) 상에는 제5열교환기(2600)가 구비되며, 상기 제5열교환기(2600)는 상기 제2열교환기(2300)에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키고, 상기 제5열교환기(2600)로는 통합칠러가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제1열교환기(2200)와 상기 제2열교환기(2300)를 연결하는 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제3열교환기(2400)와 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 사이에서 상기 제4유로(R4)와 연결되는 바이패스유로(BR)가 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 지점에는 통합밸브(2700)가 구비된다. 상기 통합밸브(2700)는 냉방모드, 제1난방모드, 제2난방모드에 대응하여 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매를 선택적으로 팽창시켜 감압하면서 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매가 상기 제2열교환기(2300) 측으로 이동하거나 상기 바이패스유로(BR) 측으로 이동하도록 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할을 하며, 상기 통합밸브(2700)로는 내부에 유로가 가공된 볼이 내장된 3웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 상기 통합밸브(2700)의 내부에 구비되는 볼(2710)에는 주입구(2711)와, 제1토출구(2712)와, 제2토출구(2713)와, 제3토출구(2714)가 형성되며, 상기 주입구(2711)와 상기 제1토출구(2712), 제2토출구(2713), 제3토출구(2714)는 서로 직각되게 배치되고 서로 연통된다.

상기 주입구(2711)는 상기 제1열교환기(1200) 측과 연결되고, 상기 제1토출구(2712), 제2토출구(2713), 제3토출구(2714)는 상기 주입구(2711)를 중심으로 회전됨에 따라 하나 이상이 상기 제2열교환기(2300) 측 및 상기 바이패스유로(BR) 측과 선택적으로 연결된다. 상기 제1토출구(2712), 제2토출구(2713), 제3토출구(2714)의 일면에는 각각 상기 제1토출구(2712), 제2토출구(2713), 제3토출구(2714)로 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1팽창슬릿(2712a), 제2팽창슬릿(2713a), 제3팽창슬릿(2714a)이 형성된다.

상기 제1토출구(2712)는 냉방모드 시 상기 제2열교환기(2300) 측으로 완전개방되고, 상기 제1토출구(2712)의 일면에 형성된 제1팽창슬릿(2712a), 상기 제2토출구(2713) 및 제2팽창슬릿(2713a), 상기 제3토출구(2714) 및 제3팽창슬릿(2714a)은 닫혀 상기 주입구(2711)를 통해 상기 통합밸브(2700)의 내부로 주입된 냉매는 상기 제1토출구(2712)를 통해 제2열교환기(2300) 측으로 토출된다.

상기 제1토출구(2712) 및 제1팽창슬릿(2712a)은 제1난방모드 시에는 닫히고, 제1난방모드 시에는 상기 제2토출구(2713)는 제2팽창슬릿(2713a)을 통해 상기 바이패스유로(BR) 측으로 부분개방되고, 상기 제3토출구(2714)는 제3팽창슬릿(2714a)을 통해 상기 제2열교환기(2300) 측으로 부분개방되어 상기 주입구(2711)를 통해 상기 통합밸브(2700)의 내부로 주입된 냉매는 상기 제2토출구(2713) 및 제2팽창슬릿(2713a)과 상기 제3토출구(2714) 및 제3팽창슬릿(2714a)을 통해 상기 바이패스유로(BR)와 상기 제2열교환기(2300) 측으로 토출 시 상기 제2팽창슬릿(2713a)과 제3팽창슬릿(2714a)에 의해 팽창하여 감압된다.

상기 제1토출구(2712)는 제2난방모드 시 상기 제1팽창슬릿(2712a)을 통해 상기 바이패스유로(BR) 측으로 부분개방되고, 상기 제2토출구(2713) 및 제2팽창슬릿(2713a), 상기 제3토출구(2714) 및 제3팽창슬릿(2714a)는 닫혀 상기 주입구(2711)를 통해 상기 통합밸브(2700)의 내부로 주입된 냉매는 상기 제1토출구(2712) 및 제1팽창슬릿(2712a)을 통해 상기 바이패스유로(BR) 측으로 토출 시 상기 제1팽창슬릿(2712a)에 의해 팽창하여 감압된다.

상기 제1토출구(2712), 상기 제2토출구(2713), 상기 제3토출구(2714)의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지고, 각각의 일측면이 타측면 보다 작은 길이를 가지며, 길이가 작은 일측면에 제1팽창슬릿(2712a), 제2팽창슬릿(2713a), 제3팽창슬릿(2714a)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제1토출구(2712)와 상기 제2토출구(2713)는 상기 주입구(2711)를 기준으로 직각되게 배치되는 것이 바람직하며, 상기 제2토출구(2713)와 상기 제3토출구(2714)는 상기 주입구(2711)를 중심으로 대응되게 위치하는 것이 바람직하고, 상기 제1토출구(2712)는 상기 제2토출구(2713) 및 제3토출구(2714) 보다 큰 직경을 가지는 것이 바람직하다.

상기 제3유로(R3) 상, 상기 분기유로(QR) 상에서 상기 제5열교환기(2600)의 전단에는 팽창밸브부(2800)가 구비되며, 상기 팽창밸브부(2800)는 상기 제3유로(R3), 상기 분기유로(QR)를 선택적으로 개폐하면서 상기 제3유로(R3), 상기 분기유로(QR)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

상기 팽창밸브부(2800)는 솔레노이드팽창밸브(2810)와, 전자식팽창밸브(2820)를 포함한다. 상기 솔레노이드팽창밸브(2810)는 상기 제3열교환기(2400)와 인접한 상기 제3유로(R3) 상에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기(2300)를 통과하여 상기 제3열교환기(2400)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

상기 전자식팽창밸브(2820)는 상기 분기유로(QR) 상에서 상기 제5열교환기(2600)의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기(2300)를 통과하여 상기 분기유로(QR)를 통해 상기 제5열교환기(2600)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

도 5를 참조하면, 상기 통합밸브(2700) 및 상기 팽창밸브부(2800)는 제어부(2900)와 연결되며, 상기 제어부(2900)는 각각의 모드에 대응하여 상기 통합밸브(2700) 및 상기 팽창밸브부(2800)의 동작과 상기 통합밸브(2700)의 개폐방향을 제어하는 역할을 한다. 상기 제어부(2900)는 센서부(미도시)와 연결되는 것이 바람직하며, 상기 센서부(미도시)는 상기 제2열교환기(2300)와 인접하게 배치되어 외기의 온도를 측정하고, 상기 압축기(2100)로 공급되는 냉매의 과열도를 측정하여, 이를 상기 제어부(2900)로 전송하면 상기 제어부(2900)는 전송된 외기의 온도 및 냉매의 과열도를 토대로 하여 상기 통합밸브(2700) 및 상기 팽창밸브부(2800)를 제어하여 각각의 모드로 전환하게 된다.

도 6을 참조하면, 냉방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(2100), 제1열교환기(2200), 제2열교환기(2300)를 거친 후 일부의 냉매는 제3열교환기(2400)를 거쳐 압축기(2100)로 순환하고, 제2열교환기(2300)를 거친 다른 일부의 냉매는 제5열교환기(2600)를 거쳐 압축기(2100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에서 상기 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 통합밸브(2700)의 제1토출구(2712)는 제2열교환기(2300) 측으로 완전개방되고, 상기 제1토출구(2712)에 형성되는 제1팽창슬릿(2712a), 상기 제2토출구(2713) 및 제2팽창슬릿(2713a), 상기 제3토출구(2714) 및 제3팽창슬릿(2714a)은 닫혀 상기 주입구(2711)를 통해 상기 통합밸브(2700)의 내부로 주입된 냉매는 완전개방된 상기 제1토출구(2712)를 통해 제2열교환기(2300) 측으로 토출되고, 상기 바이패스유로(BR) 측으로는 냉매가 이동되지 않게 된다.

상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제3열교환기(2400)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(2800)의 솔레노이드팽창밸브(2810)와, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 분기유로(QR) 상에서 상기 제5열교환기(2600)의 전단에 구비되는 팽창밸브브(2800)의 전자식팽창밸브(2820)는 각각 열려 상기 제3유로(R3)와 상기 분기유로(QR)로 이동되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 제3열교환기(2400)와 상기 제5열교환기(2600)로 공급한다. 상기 제3열교환기(2400)와 상기 제5열교환기(2600)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(2100)로 순환된다.

도 7을 참조하면, 제1난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(2100), 제1열교환기(2200)를 거친 후 일부의 냉매는 제2열교환기(2300), 제5열교환기(2600), 압축기(2100)로 순환하고, 제1열교환기(2200)를 거친 다른 일부의 냉매는 제4열교환기(2500), 압축기(2100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에서 상기 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 통합밸브(2700)의 제1토출구(2712) 및 제1팽창슬릿(2712a)는 닫히고, 상기 제2토출구(2713)는 제2팽창슬릿(2713a)을 통해 상기 바이패스유로(BR) 측으로 부분개방된다. 상기 제3토출구(2714)는 제3팽창슬릿(2714a)을 통해 상기 제2열교환기(2300) 측으로 부분개방되어 상기 주입구(2711)를 통해 상기 통합밸브(2700)의 내부로 주입된 냉매는 상기 제2토출구(2713) 및 제2팽창슬릿(2713a)과 상기 제3토출구(2714) 및 제3팽창슬릿(2714a)을 통해 상기 바이패스유로(BR)와 상기 제2열교환기(2300) 측으로 토출되고, 토출되는 냉매는 상기 제2팽창슬릿(2713a)과 제3팽창슬릿(2714a)에 의해 팽창하여 감압된다.

상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제3열교환기(2400)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(2800)의 솔레노이드팽창밸브(2810)는 닫혀 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기(2400)로 이동되지 않도록 하며, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 분기유로(QR) 상에서 상기 제5열교환기(2600)의 전단에 구비되는 팽창밸브브(2800)의 전자식팽창밸브(2820)는 열려 상기 분기유로(QR)로 이동되는 냉매를 상기 제5열교환기(2600)로 공급한다. 상기 제5열교환기(2600)를 통과한 냉매와 상기 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 제4열교환기(2500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(2100)로 순환된다.

도 8을 참조하면, 제2난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(2100), 제1열교환기(2200), 바이패스유로(BR)를 거쳐 제4열교환기(2500), 압축기(2100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에서 상기 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 통합밸브(2700)의 상기 제1토출구(2712)는 상기 제1팽창슬릿(2713a)을 통해 상기 바이패스유로(BR) 측으로 부분개방되고, 상기 제2토출구(2713) 및 제2팽창슬릿(2713a), 상기 제3토출구(2714) 및 제3팽창슬릿(2714a)는 닫혀 상기 주입구(2711)를 통해 상기 통합밸브(2700)의 내부로 주입된 냉매는 상기 제2열교환기(2300) 측으로 토출되지 않고 상기 제1토출구(2712) 및 제1팽창슬릿(2712a)을 통해 상기 바이패스유로(BR) 측으로 토출 시 상기 제1팽창슬릿(2712a)에 의해 팽창하여 감압된다.

상기 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 제4열교환기(2500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(2100)로 순환된다.

상기 제1열교환기(2200)에서 토출된 냉매의 흐름이 전환되는 지점인 제2유로(R2)에서 바이패스유로(BR)가 분기되는 지점에 구비되는 3웨이밸브인 통합밸브(2700)를 이용하여 냉매의 흐름방향 전환과 냉매의 팽창이 동시에 구현 가능하여 부품의 최적화 및 패키징성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1000 : 차량용 냉난방 시스템 1100 : 압축기
1200 : 제1열교환기 1300 : 제2열교환기
1400 : 제3열교환기 1500 : 제4열교환기
1600 : 통합밸브 1700 : 팽창밸브부
1710 : 솔레노이드팽창밸브 1720 : 전자식팽창밸브
1800 : 제어부
2000 : 차량용 냉난방 시스템 2100 : 압축기
2200 : 제1열교환기 2300 : 제2열교환기
2400 : 제3열교환기 2500 : 제4열교환기
2600 : 제5열교환기 2700 : 통합밸브
2800 : 팽창밸브부 2810 : 솔레노이드팽창밸브
2820 : 전자식팽창밸브 2900 : 제어부

Claims (15)

1. 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기;
   상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기;
   상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기;
   상기 제2열교환기와 제3유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기;
   상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 분기유로 상에 구비되어 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 제4열교환기;
   상기 제2유로에서 분기되어 상기 제2열교환기의 후단에서 상기 제3유로와 연결되는 바이패스유로가 상기 제2유로에서 분기되는 지점에 구비되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 제2유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팡창시켜 감압하면서 상기 제2유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 통합밸브;
   상기 제3유로 상, 상기 분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창밸브부; 및
   상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 동작과 상기 통합밸브의 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 통합밸브는 3웨이밸브가 사용되며,
   상기 통합밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 제1열교환기 측과 연결되는 주입구와, 상기 제2열교환기 측 및 상기 바이패스유로 측과 연결되는 토출구가 형성되고,
   상기 토출구의 일측면에는 상기 토출구로 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창슬릿이 형성되는 차량용 냉난방 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 주입구와 상기 토출구는 연통되며 서로 직각되게 배치되고, 상기 토출구의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지며, 상기 팽창슬릿의 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 팽창밸브부는,
   상기 제3유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와,
   상기 분기유로 상에서 상기 제4열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제4열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 전자식팽창밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   냉방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 토출구는 상기 제2열교환기 측으로 완전 개방되고 상기 팽창슬릿과 상기 바이패스유로는 닫히며,
   상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제3유로와 상기 분기유로를 통해 각각 상기 제3열교환기와 상기 제4열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   제1난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 토출구는 상기 팽창슬릿을 통해 상기 제2열교환기 측으로 부분 개방되고 상기 바이패스유로는 닫히며,
   상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제3열교환기 측으로 냉매를 이동시키지 않고, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 열려 상기 제4열교환기 측으로 냉매를 이동시키며,
   상기 통합밸브를 통해 상기 제2열교환기 측으로 공급되는 냉매는 상기 팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 제2열교환기 측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
   
7. 청구항 3에 있어서,
   제2난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 토출구는 상기 팽창슬릿을 통해 상기 바이패스유로 측으로 부분 개방되며,
   상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제3열교환기 측으로 냉매를 이동시키지 않고, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 열려 상기 제4열교환기 측으로 냉매를 이동시키며,
   상기 통합밸브를 통해 상기 바이패스유로 측으로 공급되는 냉매는 상기 팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 바이패스유로 측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
   
8. 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기;
   상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입된 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기;
   상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기;
   상기 제2열교환기와 제3유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기;
   상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되어 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 제4열교환기;
   상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 분기유로 상에 구비되어 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 제5열교환기;
   상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 바이패스유로가 상기 제2유로에서 분기되는 지점에 구비되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 제2유로로 이동되는 냉매를 선택적으로 팡창시켜 감압하면서 상기 제2유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 통합밸브;
   상기 제3유로 상, 상기 분기유로 상에 구비되어 상기 제3유로, 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 팽창밸브부; 및
   상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 통합밸브 및 상기 팽창밸브부의 동작과 상기 통합밸브의 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 통합밸브는 3웨이밸브가 사용되며,
   상기 통합밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 제1열교환기 측과 연결되는 주입구와, 상기 주입구와 연통되는 제1토출구 내지 제3토출구가 형성되고,
   상기 제1토출구 내지 제3토출구의 일면에는 상기 제1토출구 내지 제3토출구로 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1팽창슬릿 내지 제3팽창슬릿이 형성되는 차량용 냉난방 시스템.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 주입구와 상기 제1토출구는 직각되게 배치되고, 상기 제1토출구와 상기 제2토출구는 상기 주입구를 중심으로 직각되게 배치되며, 상기 제2토출구와 상기 제3토출구는 상기 주입구를 중심으로 대응되게 위치하고, 상기 제2토출구와 상기 제3토출구는 동일한 직경을 가지며, 상기 제1토출구는 상기 제2토출구 및 제3토출구의 직경보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1팽창슬릿 내지 제3팽창슬릿이 형성되는 상기 제1토출구 내지 제3토출구의 일측면의 길이는 타측면의 길이 보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
    
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 팽창밸브부는,
    상기 제3유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와,
    상기 분기유로 상에서 상기 제5열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제5열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 전자식팽창밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
    
13. 청구항 11에 있어서,
    냉방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 제1토출구는 상기 제2열교환기 측으로 완전 개방되고, 상기 제2토출구와 제3토출구는 닫히며,
    상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제3유로와 상기 분기유로를 통해 각각 상기 제3열교환기와 상기 제5열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
    
14. 청구항 11에 있어서,
    제1난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 제2토출구와 제3토출구는 각각 바이패스유로 측과 상기 제2열교환기 측으로 부분 개방되고, 상기 제1토출구는 닫히며,
    상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제3열교환기 측으로 냉매를 이동시키지 않고, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 전자식팽창밸브는 열려 상기 제5열교환기 측으로 냉매를 이동시키며,
    상기 통합밸브를 통해 상기 바이패스유로 측과 제2열교환기 측으로 공급되는 냉매는 상기 제2팽창슬릿과 제3팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 바이패스유로 측과 상기 제2열교환기 측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
    
15. 청구항 11에 있어서,
    제2난방모드 시, 상기 제2유로 상에서 상기 바이패스유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 통합밸브의 제1토출구는 상기 바이패스유로 측으로 부분 개방되고, 상기 제2토출구와 상기 제3토출구는 닫히며,
    상기 통합밸브를 통해 상기 바이패스유로 측으로 공급되는 냉매는 상기 제1팽창슬릿을 통과하면서 팽창된 후 상기 바이패스유로 측으로 공급되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.

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