KR20230000066A - 차량용 히트펌프 시스템 - Google Patents

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KR20230000066A
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김철민
이강종
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주식회사 두원공조
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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 차량 실내를 난방시키는 실내콘덴서; 상기 실내콘덴서와 제2유로에 의해 연결되며 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 외부공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외열교환기; 상기 실외열교환기와 제3유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제4유로 의해 연결되며, 냉방모드 시 상기 실외열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시고, 기회된 냉매를 상기 압축기로 공급하는 증발기; 상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며 냉방모드 시 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 통합칠러; 상기 제3유로로 이동되는 냉매와 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 중간 열교환기; 상기 제2유로, 상기 제3유로, 상기 바이패스유로 상에 구비되어 상기 제2유로, 상기 제3유로, 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하는 팽창밸브부; 상기 제2유로 상에서 상기 실외열교환기의 전단에서 분기되어 상기 바이패스유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점의 전단에서 상기 제3유로와 연결되는 제1분기유로가 분기되는 지점, 상기 제2유로 상에서 상기 실내콘덴서의 후단에서 분기되어 상기 바이패스유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점의 후단에서 상기 제3유로와 제2분기유로가 연결되는 지점에 구비되어 냉매의 흐름방향을 전환하는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브브 및 상기 개폐밸브부의 동작과 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{Automotive heat pump system}
본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실외열교환기에서 외기와 열교환된 냉매 및 실내콘덴서에서 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환된 냉매를 이용하여 차량의 냉난방을 실시하는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
차량용 공조장치는, 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 상기한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨대 2개의 열교환기(즉, 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기)와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브를 구비한다. 따라서, 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방모드가 가동될 경우에는 상기 실외 열교환기가 냉방용 컨덴서의 역할을 하게 되며, 난방모드가 가동될 경우에는 상기 실외 열교환기가 난방용 증발기의 역할을 하게 된다.
이러한 차량용 히트펌프 시스템으로 다양한 종류가 제안되고 있는데, 그 대표적인 일 예가 도 1에 도시되어 있다.
도 1에 도시된 차량용 히트펌프 시스템은, 냉매를 압축하고 토출하는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)로부터 토출되는 냉매를 방열시키는 고압측 열교환기(32)와, 병렬구조로 설치되어 상기 고압측 열교환기(32)를 통과한 냉매를 선택적으로 통과시키는 제1팽창밸브(34) 및 제1바이패스 밸브(36)와, 상기 제1팽창밸브(34) 또는 제1바이패스 밸브(36)를 통과한 냉매를 실외에서 열교환시키는 실외열교환기(48)와, 상기 실외열교환기(48)를 통과한 냉매를 증발시키는 저압측 열교환기(60)와, 상기 저압측 열교환기(60)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator, 62)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매와, 압축기(30)로 복귀하는 냉매를 열교환시키는 중간열교환기(50)와, 상기 저압측 열교환기(60)로 공급되는 냉매를 선택적으로 팽창시키는 제2팽창밸브(56)와, 그리고 상기 제2팽창밸브(56)와 병렬로 설치되어 상기 실외열교환기(48)의 출구측과 상기 어큐뮬레이터(62)의 입구측을 선택적으로 연결하는 제2바이패스 밸브(58)를 포함하여 이루어진다.
도 1 중 도면부호 10은 상기 고압측 열교환기(32)와 저압측 열교환기(60)가 내장되는 공조케이스, 도면부호 12는 냉기와 온기의 혼합량을 조절하는 온도조절도어, 도면부호 20은 상기 공조케이스의 입구에 설치되는 송풍기를 각각 나타낸다.
상기한 바와 같이 구성된 종래 차량용 히트펌프 시스템에 따르면, 히트펌프 모드(난방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 닫히고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 개방된다. 또한, 온도조절도어(12)는 도 1처럼 동작한다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1팽창밸브(34), 실외열교환기(48), 중간열교환기(50)의 고압부(52), 제2바이패스 밸브(58), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 중간열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 고압측 열교환기(32)가 난방기의 역할을 하게 되고, 상기 실외열교환기(48)는 증발기의 역할을 하게 된다.
에어컨 모드(냉방모드)가 가동될 경우에는, 제1바이패스 밸브(36) 및 제2팽창밸브(56)는 개방되고, 제1팽창밸브(34) 및 제2바이패스 밸브(58)는 닫히게 된다. 또한, 온도조절도어(12)는 고압측 열교환기(32) 통로를 폐쇄하게 된다. 따라서, 압축기(30)로부터 토출되는 냉매는 고압측 열교환기(32), 제1바이패스밸브(36), 실외열교환기(48), 중간열교환기(50)의 고압부(52), 제2팽창밸브(56), 저압측 열교환기(60), 어큐뮬레이터(62) 및 상기 중간열교환기(50)의 저압부(54)를 차례로 거쳐 압축기(30)로 복귀한다. 즉, 상기 저압측 열교환기(60)가 증발기의 역할을 하게 되고, 상기 온도조절도어(12)에 의해 폐쇄된 상기 고압측 열교환기(32)는 히트펌프 모드시와 동일하게 난방기의 역할을 하게 된다.
종래의 기술로는 한국 공개특허 제10-2013-0101254호(2013.09.13.)를 참조할 수 있다.
종래의 차량용 히트펌프 시스템은 냉방 시에 사용되는 중간열교환기(50)가 난방 시에는 사용되지 않으며, 난방 시 냉매가 통과 시 중간열교환기(50)가 저항으로 작용하여 성능이 저하되는 문제점이 발생하였고, 난방제습 시에도 중간열교환기(50)가 사용되지 않아 냉매가 통과 시 저항으로 작용하여 성능이 저하되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 냉방에서 시스템 성능 향상을 위해 사용되는 중간 열교환기를 난방제습에 사용하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있으면서 제습용 전자식팽창밸브를 3웨이밸브로 대체함으로써 솔레노이드팽창밸브를 대신하여 열팽창밸브로 시스템의 구성이 가능하도록 하는 차량용 히트펌프 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 차량 실내를 난방시키는 실내콘덴서; 상기 실내콘덴서와 제2유로에 의해 연결되며 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 외부공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외열교환기; 상기 실외열교환기와 제3유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제4유로 의해 연결되며, 냉방모드 시 상기 실외열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시고, 기회된 냉매를 상기 압축기로 공급하는 증발기; 상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며 냉방모드 시 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 통합칠러; 상기 제3유로로 이동되는 냉매와 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 중간 열교환기; 상기 제2유로, 상기 제3유로, 상기 바이패스유로 상에 구비되어 상기 제2유로, 상기 제3유로, 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하는 팽창밸브부; 상기 제2유로 상에서 상기 실외열교환기의 전단에서 분기되어 상기 바이패스유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점의 전단에서 상기 제3유로와 연결되는 제1분기유로가 분기되는 지점, 상기 제2유로 상에서 상기 실내콘덴서의 후단에서 분기되어 상기 바이패스유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점의 후단에서 상기 제3유로와 제2분기유로가 연결되는 지점에 구비되어 냉매의 흐름방향을 전환하는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브브 및 상기 개폐밸브부의 동작과 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은, 상기 제4유로 상에서 상기 압축기의 전단에 구비되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매 및 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 통합칠러에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터와, 상기 압축기와 인접한 상기 제4유로와 상기 실내콘덴서와 인접한 제1유로 상, 상기 실외열교환기와 인접하게 구비되어 상기 제4유로와 제1유로로 이동되는 냉매의 압력과 온도 및 외기의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있으며, 상기 센서부는 상기 제어부와 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 중간 열교환기는 이중관 구조, 스파이럴 이중관 구조, 플레이트 적층형 구조, 판형 튜브 접합 구조 중 하나의 형태를 가질 수 있으며, 냉방모드, 냉방 배터리협조모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시에 상기 중간 열교환기에서 냉매가 열교환될 수 있다.
상기 팽창밸브부는 상기 제2유로 상에서 상기 제1분기유로와 상기 제2분기유로가 연결되는 지점 사이에 구비되며 제1난방모드, 제2난방모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시에 상기 실내콘덴서에서 상기 실외열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와, 상기 제3유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시에 상기 제3유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 열팽창밸브와, 상기 바이패스유로 상에서 상기 통합칠러의 전단에 구비되며 냉방 배터리협조모드 시 상기 바이패스유로를 통해 상기 통합칠러로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브를 포함할 수 있다.
상기 개폐밸브부는 상기 제1분기유로가 상기 제2유로 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제2유로로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 제1개폐밸브와, 상기 제2분기유로가 상기 제3유로 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 제2개폐밸브를 포함할 수 있으며, 상기 제1개폐밸브와 상기 제2개폐밸브는 3웨이밸브가 사용될 수 있다.
상기 제2개폐밸브의 내부에 구비되는 구비되는 볼에는 상기 중간 열교환기 측과 연결되는 토출구와, 상기 실내콘덴서 및 상기 실외열교환기 측과 연결되는 주입구가 형성될 수 있고, 상기 주입구의 일측면에는 주입슬릿이 형성될 수 있다.
상기 토출구와 상기 주입구는 서로 연통되며 서로 직각되게 배치될 수 있고, 상기 주입구의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가질 수 있으며, 상기 주입슬릿이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 작을 수 있다.
냉방모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 실외열교환기 측으로 완전 개방될 수 있고 볼의 주입슬릿은 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브는 열릴 수 있고, 상기 열팽창밸브는 상기 제3유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있으며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 닫힐 수 있다.
냉뱅 배터리협조모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 실외열교환기 측으로 완전 개방될 수 있고 볼의 주입슬릿은 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열릴 수 있고, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브와 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제3유로와 상기 바이패스유로를 통해 상기 증발기와 상기 통합칠러로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제1난방모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구 및 주입슬릿이 닫힐 수 있으며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열릴 수 있고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2유로를 통해 상기 실외열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제2난방모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구 및 주입슬릿이 닫힐 수 있으며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열릴 수 있고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2유로를 통해 상기 실외열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제1난방제습모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 제2분기유로 측으로 완전 개방 또는 볼의 주입슬릿을 통해 부분 개방될 수 있으며, 상기 제3유로에서 분기되는 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열릴 수 있고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제2유로와 상기 제3유로를 통해 상기 실외열교환기와 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
제2난방제습모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 제2분기유로 측으로 완전 개방 또는 볼의 주입슬릿을 통해 부분 개방될 수 있으며, 상기 제3유로에서 분기되는 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열릴 수 있고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제2유로와 상기 제3유로를 통해 상기 실외열교환기와 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉방에서 시스템 성능 향상을 위해 사용되는 중간 열교환기를 난방제습에 사용하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있으면서 제습용 전자식팽창밸브를 3웨이밸브로 대체함으로써 솔레노이드팽창밸브를 대신하여 열팽창밸브로 시스템의 구성이 가능하도록 하여 솔레노이드팽창밸브를 사용하지 않음으로써 원가를 절감시킬 수 있다.
도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 냉방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 배터리협조모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 제1난방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 제2난방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 제1난방제습모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 제2난방제습모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시 제2개폐밸브의 개폐상태 및 제2개폐밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 10은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 제1난방모드, 제2난방모드 시 제2개폐밸브의 개폐상태 및 제2개폐밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 11은 도 2에 도시된 차량용 히트펌프 시스템의 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시 제2개폐밸브의 개폐상태 및 제2개폐밸브를 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 2 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템(100)은 압축기(1100)와, 실내콘덴서(1200)와, 실외열교환기(1300)와, 증발기(1400)와, 통합칠러(1500)와, 중간 열교환기(1600)와, 팽창밸브부(1700)와, 개폐밸브부(1800)와, 제어부(1900)를 포함하며, 어큐뮬레이터(미도시)와, 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템(100)은 냉매가 순환하는 냉매순환라인 상에는 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 실외열교환기(1300), 증발기(1400)가 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)로 토출된다.
상기 압축기(1100)의 출력단은 상기 제1유로(R1)와 연결되고, 상기 제1유로(R1)를 통해 실내콘덴서(1200)의 입력단과 상기 압축기(1100)의 출력단이 연결되어, 상기 압축기(1100)에서 압축된 고온고압의 냉매(기체)를 상기 실내콘덴서(1200)로 출력한다.
상기 실내콘덴서(1200)는 공조케이스(미도시) 내에 구비되며, 상기 실내콘덴서(1200)는 상기 압축기(1100)에서 토출되는 고온고압의 냉매(기체)를 제1유로(R1)를 통해 인입한다. 상기 실내콘덴서(1200)가 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 공조케이스(미도시)의 내부에는 상기 실내콘덴서(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 공기를 차량의 실내로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 과정은 공지된 기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 실내콘덴서(1200)의 출력단은 제2유로(R2)와 연결되고, 상기 제2유로(R2)는 실외열교환기(1300)와 연결된다. 상기 실외열교환기(1300)는 제2유로(R2)를 통해 인입되는 냉매를 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시킨 후 출력단을 통해 제3유로(R3)로 배출한다. 상기 제3유로(R3)는 증발기(1400)와 연결되어 상기 실외열교환기(1300)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 증발기(1400)로 공급한다.
상기 실외열교환기(1300)는 상기 실내콘덴서(1200)로부터 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축하는데, 상기 실외열교환기(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 배출한다.
상기 제3유로(R3)는 상기 증발기(1400)와 연결되어 상기 실외열교환기(1300)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 증발기(1400)로 공급하며, 상기 증발기(1400)는 인입된 냉매를 기화시키면서 공조케이스(미도시)를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 역할을 한다.
상기 증발기(1400)는 제4유로(R4)에 의해 압축기(1100)와 연결되며, 상기 제4유로(R4)에는 상기 증발기(1400)에서 공급되는 냉매, 상기 제3유로(R3)에서 분기되어 상기 제4유로(R4)와 연결되는 바이패스유로(BR)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 구비되는 것이 바람직하며, 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 내부에 상기 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 분기되어 상기 어큐뮬레이터(미도시)의 전단에서 상기 제4유로(R4)와 연결되는 상기 바이패스유로(BR) 상에는 통합칠러(1500)가 구비된다. 상기 통합칠러(1500)는 냉방 배터리협조모드 시 배터리용 냉각수와 열교환으로 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매를 응축시키고, 상기 바이패스유로(BR)로 유동하는 냉매를 이용하여 배터리용 냉각수를 냉각시킴으로써 배터리(미도시)의 열관리가 가능하게 된다.
상기 제3유로(R3)로 이동되는 고온고압의 냉매와 상기 제4유로(R4)로 이동되는 저온저압의 냉매는 중간 열교환기(1600)에 의해 열교환된다. 냉방모드 및 냉방 배터리협조모드 시에는 고온고압의 냉매와 저온저압의 냉매가 상기 중간 열교환기(1600)에서 열교환되어 냉방성능이 향상되고, 제1난방모드 및 제2난방모드 시에는 냉매가 상기 중간 열교환기(1600)를 통과하지 않아 통로저항에 의한 난방성능이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 제1난방제습모드 및 제2난방제습모드 시에는 실내콘덴서(1200)에서 형성이 안되는 과냉도를 상기 중간 열교환기(1600)에서 형성하여 제습 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 중간 열교환기(1600)는 이중관 구조, 스파이럴 이중관 구조, 플레이트 적층형 구조, 판형 튜브 접합 구조 등 다양한 구조를 갖는 형태일 수 있다. 상기 중간 열교환기(1600)는 일례로, 이중관 구조일 경우 내측에 구비되는 내측관으로 흐르는 냉매와 내측관을 감싸는 외측관으로 흐르는 냉매를 열교환시키게 되며, 상기 중간 열교환기(1600)의 구조는 일반적인 것인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제2유로(R2), 상기 제3유로(R3), 상기 바이패스유로(BR) 상에는 팽창밸브부(1700)가 구비되며, 상기 팽창밸브부(1700)는 상기 제2유로(R2), 상기 제3유로(R3), 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.
상기 팽창밸브부(1700)는 제1전자식팽창밸브(1710)와, 열팽창밸브(1720)와, 제2전자식팽창밸브(1730)를 포함한다. 상기 제1전자식팽창밸브(1710)는 상기 제2유로(R2) 상에 구비되어 제1난방모드, 제2난방모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시 상기 실내콘덴서(1200)를 통과하여 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.
상기 열팽창밸브(1720)는 상기 증발기(1400)와 인접한 상기 제3유로(R3) 상에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시 상기 실외열교환기(1300) 또는 상기 실내콘덴서(1200)를 통과하여 상기 증발기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.
상기 제2전자식팽창밸브(1730)는 상기 제3유로(R3)에서 분기되어 상기 증발기(1400)와 상기 압축기(1100)를 연결하는 제4유로(R4)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에서 상기 통합칠러(1500)의 전단에 구비된다. 상기 제2전자식팽창밸브(1730)는 상기 바이패스유로(BR)를 선택적으로 개폐하면서 냉방 배터리협조모드 시 상기 실외열교환기(1300)를 통과하여 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 통합칠러(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.
상기 제2유로(R2) 상에서 상기 실외열교환기(1300)의 전단에서 분기되어 상기 바이패스유로(BR)가 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 지점의 전단에서 상기 제3유로(R3)와 연결되는 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점, 상기 제2유로(R2) 상에서 상기 실내콘덴서(1200)의 후단에서 분기되어 상기 바이패스유로(BR)가 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 지점의 후단에서 상기 제3유로(R3)와 제2분기유로(QR2)가 연결되는 지점에는 개폐밸브부(1800)가 구비되며, 상기 개폐밸브부(1800)는 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할을 한다.
상기 개폐밸브부(1800)는 제1개폐밸브(1810)와, 제2개폐밸브(1820)를 포함한다. 상기 제1개폐밸브(1810)는 상기 제1분기유로(QR1)가 상기 제2유로(R2) 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할 및 상기 제1분기유로(QR1)를 선택적으로 개폐하는 역할을 한다.
상기 제2개폐밸브(1820)는 상기 제2분기유로(QR2)가 상기 제3유로(R3) 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할 및 상기 제2분기유로(QR2)를 선택적으로 개폐하는 역할을 하며, 상기 제1개폐밸브(1810)와 상기 제2개폐밸브(1820)는 3웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 제2개폐밸브(1820)의 내부에 구비되는 볼(1821)에는 토출구(1823)와, 주입구(1825)가 형성되며, 상기 토출구(1823)와 상기 주입구(1825)는 서로 연통되고 서로 직각되게 배치된다. 상기 토출구(1823)는 중간 열교환기(1600) 측과 연결되고, 상기 주입구(1825)는 상기 실내콘덴서(1200) 및 상기 실외열교환기(1300) 측과 연결되며, 상기 주입구(1825)의 일측면에는 주입슬릿(1825a)이 형성된다. 상기 주입구(1825)가 상기 토출구(1823)을 중심으로 회전됨에 따라 상기 주입구(1825)가 상기 실내콘덴서(1200) 또는 상기 실외열교환기(1300) 측과 연결된다.
상기 주입구(1825)의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지며, 상기 주입슬릿(1825a)이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 상기 주입슬릿(1825a) 만큼 작은 길이를 가지는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 상기 팽창밸브부(1700) 및 상기 개폐밸브부(1800)는 제어부(1900)와 연결되며, 상기 제어부(1900)는 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부(1700) 및 상기 개폐밸브부(1800)의 동작과 개폐방향을 제어하는 역할을 한다. 상기 제어부(1900)는 센서부(미도시)와 연결되는 것이 바람직하며, 상기 센서부(미도시)는 상기 실외열교환기(1300)와 인접하게 배치되어 외기의 온도를 측정하고, 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매의 과열도를 측정하여, 이를 상기 제어부(1900)로 전송하면 상기 제어부(1900)는 전송된 외기의 온도 및 냉매의 과열도를 토대로 하여 상기 팽창밸브부(1700) 및 상기 개폐밸브부(1800)를 제어하여 각각의 모드로 전환하게 된다.
도 3을 참조하면, 냉방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 실외열교환기(1300), 증발기(1400), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.
상기 제2유로(R2) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 제1개폐밸브(1810)는 상기 실외열교환기(1300) 방향으로 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출된 냉매를 상기 실외열교환기(1300)로 공급한다. 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점에 구비되는 제2개폐밸브(1820)는 내부에 구비되는 볼(1821)에 형성된 주입구(1825)가 상기 실외열교환기(1300) 측으로 완전개방되고, 상기 주입구(1825)의 일측면에 형성되는 주입슬릿(1825a)는 닫혀 상기 주입구(1825)를 통해 상기 실외열교환기(1300)에서 공급되는 냉매를 상기 토출구(1823)를 통해 중간 열교환기(1600) 측으로 공급한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)와 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 열팽창밸브(1720)는 열려 상기 제2유로(R2)와 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매를 각각 실외열교환기(1300)와 증발기(1400)로 공급한다. 상기 열팽창밸브(1720)는 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 증발기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1730)는 닫혀 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매가 상기 바이패스유로(BR)로 이동되지 않도록 한다. 상기 증발기(1400)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 4를 참조하면, 냉방 배터리협조모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 실외열교환기(1300)를 거친 후 일부의 냉매는 증발기(1400)를 거쳐 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실외열교환기(1300)를 거친 다른 일부의 냉매는 통합칠러(1500)를 거쳐 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.
상기 제2유로(R2) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 제1개폐밸브(1810)는 상기 실외열교환기(1300) 방향으로 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출된 냉매를 상기 실외열교환기(1300)로 공급한다. 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점에 구비되는 제2개폐밸브(1820)는 내부에 구비되는 볼(1821)에 형성된 주입구(1825)가 상기 실외열교환기(1300) 측으로 완전개방되고, 상기 주입구(1825)의 일측면에 형성되는 주입슬릿(1825a)는 닫혀 상기 주입구(1825)를 통해 상기 실외열교환기(1300)에서 공급되는 냉매를 상기 토출구(1823)를 통해 중간 열교환기(1600) 측으로 공급한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)는 열려 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매를 상기 실외열교환기(1300)로 공급한다.
상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 열팽창밸브(1720)와 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1730)는 열려 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매와 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매를 각각 증발기(1400)와 통합칠러(1500)로 공급한다. 상기 열팽창밸브(1720)와 상기 제2전자식팽창밸브(1730)는 각각 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 증발기(1400)로 공급되는 냉매와 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 통합칠러(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 증발기(1400)와 상기 통합칠러(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 5를 참조하면, 제1난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 실외열교환기(1300), 통합칠러(1500), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 낭방을 수행하게 된다.
상기 제2유로(R2) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 제1개폐밸브(1810)는 상기 실외열교환기(1300) 방향으로 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출된 냉매를 상기 실외열교환기(1300)로 공급한다. 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점에 구비되는 제2개폐밸브(1820)는 내부에 구비되는 볼(1821)에 형성된 주입구(1825)와 주입슬릿(1825a)은 닫혀 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매가 상기 중간 열교환기(1600) 측으로 공급되지 않도록 한다.
상기 제3유로(R3)에서 분기되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1730)는 열려 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매가 상기 통합칠러(1500)로 공급되도록 한다. 상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)는 열리면서 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 실외열교환기(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 통합칠러(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 6을 참조하면, 제2난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 통합칠러(1500), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 낭방을 수행하게 된다.
상기 제2유로(R2) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 제1개폐밸브(1810)는 상기 제1분기유로(QR1) 방향으로 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출된 냉매를 상기 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 제3유로(R3)로 공급한다. 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점에 구비되는 제2개폐밸브(1820)는 내부에 구비되는 볼(1821)에 형성된 주입구(1825)와 주입슬릿(1825a)은 닫혀 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매가 상기 중간 열교환기(1600) 측으로 공급되지 않도록 한다.
상기 제3유로(R3)에서 분기되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1730)는 열려 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매가 상기 통합칠러(1500)로 공급되도록 한다. 상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)는 열리면서 상기 제2유로(R2)와 상기 제1분기유로(QR1) 및 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 통합칠러(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 통합칠러(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 7을 참조하면, 제1난방제습모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 실외열교환기(1300), 통합칠러(1500), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내콘덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 증발기(1400), 압축기(1100)로 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1800)의 제1개폐밸브(1810)는 상기 실외열교환기(1300) 방향으로 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출된 냉매를 상기 실외열교환기(1300)로 공급한다. 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점에 구비되는 제2개폐밸브(1820)는 내부에 구비되는 볼(1821)에 형성된 주입구(1825)가 상기 제2분기유로(QR2) 측으로 완전 개방 또는 볼(1821)에 형성된 주입슬릿(1825a)을 통해 부분 개방되어 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매 중 일부를 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 중간 열교환기(1600) 측으로 공급한다.
상기 제3유로(R3)에서 분기되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1730)는 열려 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매를 상기 바이패스유로(BR)로 이동시킨다. 상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)와 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 열팽창밸브(1720)는 각각 열리면서 상기 제2유로(R2)와 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 실외열교환기(1300)와 상기 증발기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 증발기(1400)와 상기 통합칠러(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
도 8을 참조하면, 제2난방제습모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 통합칠러(1500), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내콘덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 증발기(1400), 압축기(1100)로 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다.
상기 제2유로(R2) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 제1개폐밸브(1810)는 상기 제1분기유로(QR1) 방향으로 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출된 냉매를 상기 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 제3유로(R3)로 공급한다. 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점에 구비되는 제2개폐밸브(1820)는 내부에 구비되는 볼(1821)에 형성된 주입구(1825)가 상기 제2분기유로(QR2) 측으로 완전 개방 또는 볼(1821)에 형성된 주입슬릿(1825a)을 통해 부분 개방되어 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매 중 일부를 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 중간 열교환기(1600) 측으로 공급한다.
상기 제3유로(R3)에서 분기되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1730)는 열려 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매를 상기 바이패스유로(BR)로 이동시킨다. 상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)와 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 열팽창밸브(1720)는 각각 열리면서 상기 제2유로(R2)와 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 실외열교환기(1300)와 상기 증발기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 증발기(1400)와 상기 통합칠러(1500)를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(미도시)를 거치면서 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환된다.
따라서, 냉방에서 시스템 성능 향상을 위해 사용되는 중간 열교환기(1600)를 난방제습에 사용하여 시스템 성능을 향상시킬 수 있으면서 제습용 전자식팽창밸브를 3웨이밸브로 대체함으로써 솔레노이드팽창밸브를 대신하여 열팽창밸브로 시스템의 구성이 가능하도록 하여 솔레노이드팽창밸브를 사용하지 않음으로써 원가를 절감시킬 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.
100 : 차량용 히트펌프 시스템 1100 : 압축기
1200 : 실내콘덴서 1300 : 실외열교환기
1400 : 증발기 1500 : 통합칠러
1600 : 중간 열교환기 1700 : 팽창밸브부
1710 : 제1전자식팽창밸브 1720 : 열팽창밸브
1730 : 제2전자식팽창밸브 1800 : 개폐밸브부
1810 : 제1개폐밸브 1820 : 제2개폐밸브
1900 : 제어부

Claims (13)

  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 차량 실내를 난방시키는 실내콘덴서;
    상기 실내콘덴서와 제2유로에 의해 연결되며 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 외부공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외열교환기;
    상기 실외열교환기와 제3유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제4유로 의해 연결되며, 냉방모드 시 상기 실외열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시고, 기회된 냉매를 상기 압축기로 공급하는 증발기;
    상기 제3유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며 냉방모드 시 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 통합칠러;
    상기 제3유로로 이동되는 냉매와 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 중간 열교환기;
    상기 제2유로, 상기 제3유로, 상기 바이패스유로 상에 구비되어 상기 제2유로, 상기 제3유로, 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하는 팽창밸브부;
    상기 제2유로 상에서 상기 실외열교환기의 전단에서 분기되어 상기 바이패스유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점의 전단에서 상기 제3유로와 연결되는 제1분기유로가 분기되는 지점, 상기 제2유로 상에서 상기 실내콘덴서의 후단에서 분기되어 상기 바이패스유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점의 후단에서 상기 제3유로와 제2분기유로가 연결되는 지점에 구비되어 냉매의 흐름방향을 전환하는 개폐밸브부; 및
    상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브브 및 상기 개폐밸브부의 동작과 개폐방향을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4유로 상에서 상기 압축기의 전단에 구비되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매 및 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 통합칠러에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터와,
    상기 압축기와 인접한 상기 제4유로와 상기 실내콘덴서와 인접한 제1유로 상, 상기 실외열교환기와 인접하게 구비되어 상기 제4유로와 제1유로로 이동되는 냉매의 압력과 온도 및 외기의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함하며,
    상기 센서부는 상기 제어부와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 열교환기는 이중관 구조, 스파이럴 이중관 구조, 플레이트 적층형 구조, 판형 튜브 접합 구조 중 하나의 형태를 가지며,
    냉방모드, 냉방 배터리협조모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시에 상기 중간 열교환기에서 냉매가 열교환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창밸브부는,
    상기 제2유로 상에서 상기 제1분기유로와 상기 제2분기유로가 연결되는 지점 사이에 구비되며 제1난방모드, 제2난방모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시에 상기 실내콘덴서에서 상기 실외열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와,
    상기 제3유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드, 제1난방제습모드, 제2난방제습모드 시에 상기 제3유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 열팽창밸브와,
    상기 바이패스유로 상에서 상기 통합칠러의 전단에 구비되며 냉방 배터리협조모드 시 상기 바이패스유로를 통해 상기 통합칠러로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐밸브부는,
    상기 제1분기유로가 상기 제2유로 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제2유로로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 제1개폐밸브와,
    상기 제2분기유로가 상기 제3유로 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 제2개폐밸브를 포함하며,
    상기 제1개폐밸브와 상기 제2개폐밸브는 3웨이밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2개폐밸브의 내부에 구비되는 구비되는 볼에는 상기 중간 열교환기 측과 연결되는 토출구와, 상기 실내콘덴서 및 상기 실외열교환기 측과 연결되는 주입구가 형성되고,
    상기 주입구의 일측면에는 주입슬릿이 형성되는 차량용 히트펌프 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 토출구와 상기 주입구는 서로 연통되며 서로 직각되게 배치되고, 상기 주입구의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지며, 상기 주입슬릿이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서,
    냉방모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 실외열교환기 측으로 완전 개방되고 볼의 주입슬릿은 닫히며,
    상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브는 열리고, 상기 열팽창밸브는 상기 제3유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 닫히는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  9. 청구항 2에 있어서,
    냉뱅 배터리협조모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 실외열교환기 측으로 완전 개방되고 볼의 주입슬릿은 닫히며,
    상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리고 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브와 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제3유로와 상기 바이패스유로를 통해 상기 증발기와 상기 통합칠러로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  10. 청구항 2에 있어서,
    제1난방모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구 및 주입슬릿이 닫히며,
    상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2유로를 통해 상기 실외열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  11. 청구항 2에 있어서,
    제2난방모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구 및 주입슬릿이 닫히며,
    상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2유로를 통해 상기 실외열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  12. 청구항 2에 있어서,
    제1난방제습모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외열교환기 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 제2분기유로 측으로 완전 개방 또는 볼의 주입슬릿을 통해 부분 개방되며,
    상기 제3유로에서 분기되는 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제2유로와 상기 제3유로를 통해 상기 실외열교환기와 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
  13. 청구항 2에 있어서,
    제2난방제습모드 시, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방되며,
    상기 제3유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 내부에 구비되는 볼의 주입구가 상기 제2분기유로 측으로 완전 개방 또는 볼의 주입슬릿을 통해 부분 개방되며,
    상기 제3유로에서 분기되는 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 열팽창밸브는 각각 열리면서 상기 제2유로와 상기 제3유로를 통해 상기 실외열교환기와 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
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