KR20230007622A - 차량용 냉난방 시스템 - Google Patents

차량용 냉난방 시스템 Download PDF

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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 유입되는 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 가스인젝션 난방모드 시 분리된 기상 냉매를 분기유로를 통해 상기 압축기로 공급하는 기액분리기; 상기 기액분리기와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 기액분리기에서 토출되는 액상 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기와 제4유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제5유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기; 상기 제2유로 상에 구비되며, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제2유로로 이동되는 냉매와 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 제4열교환기; 상기 제2유로, 상기 제3유로 상에 구비되어 상기 제2유로 및 상기 제3유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하며, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되어 냉방모드 시에는 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 팽창시키고, 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제4유로를 닫아 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 하는 팽창밸브부; 상기 기액분리기와 상기 압축기를 연결하는 분기유로 상, 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부와 연결되어 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부의 동작과 개폐 및 상기 개폐밸브부의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

차량용 냉난방 시스템{Automotive air conditioning system}
본 발명은 차량용 냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제2열교환기에서 외부 공기와 열교환된 냉매 및 기액분리기에서 분리된 기상 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 실내컨덴서 외부를 통과하는 공기를 실내컨덴서 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 상기한 차량용 공조장치는 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨데 복수개의 열교환기와, 기액분리기와, 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 3웨이밸브인 방향조절밸브와, 냉매가 이동되는 유로를 선택적으로 개폐하면서 이동되는 냉매를 감압하는 복수개의 전자식팽창밸브를 구비한다. 따라서, 복수개의 전자식팽창밸브(난방용 전자식팽창밸브, 냉방용 전자식팽창밸브)에 의한 냉매의 감압과 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방과 난방이 가능하게 된다. 또한, 3웨이밸브가 아닌 2웨이밸브를 복수개 사용하여 2웨이밸브를 선택적으로 개폐하여 냉방과 난방을 가능하게 한다.
그러나, 복수개의 열교환기와 기액분리기가 적용된 타입에서는 중간압 냉매 상태가 기상이 되도록 제어 유지가 필요하고, 복수개의 열교환기가 적용된 타입에서는 중간압 냉매 분기가 일정 이상이 되면 성능 향상이 저하되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 기액분리기에서 기액분리된 냉매가 압축기로 공급되기 전에 흡열을 하여 기상 냉매만 압축기로 공급됨으로써 압축기 보호 및 소비동력을 저감시킬 수 있으며 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 제4열교환기에서 열교환하여 과냉도 확보로 시스템의 전체 효율을 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 유입되는 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기; 상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 가스인젝션 난방모드 시 분리된 기상 냉매를 분기유로를 통해 상기 압축기로 공급하는 기액분리기; 상기 기액분리기와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 기액분리기에서 토출되는 액상 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기와 제4유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제5유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기; 상기 제2유로 상에 구비되며, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제2유로로 이동되는 냉매와 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 제4열교환기; 상기 제2유로, 상기 제3유로 상에 구비되어 상기 제2유로 및 상기 제3유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하며, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되어 냉방모드 시에는 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 팽창시키고, 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제4유로를 닫아 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 하는 팽창밸브부; 상기 기액분리기와 상기 압축기를 연결하는 분기유로 상, 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부와 연결되어 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부의 동작과 개폐 및 상기 개폐밸브부의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은 상기 제1유로, 상기 분기유로, 상기 제5유로 상에 구비되며 상기 제1유로, 상기 분기유로, 상기 제5유로로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하고, 상기 제2열교환기와 인접하게 배치되어 외기의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함할 수 있으며, 상기 센서부는 상기 제어부와 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 상기 팽창밸브부는 상기 제2유로 상에서 상기 기액분리기의 전단에 구비되며 가스인젝션 난방모드 시 상기 제1열교환기에서 상기 기액분리기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 중간압용인 제1전자식팽창밸브와, 상기 제3유로 상에서 상기 제2열교환기의 전단에 구비되며 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 기액분리기에서 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 난방용인 제2전자식팽창밸브와, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하며, 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제4유로를 닫아 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매가 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 하는 솔레노이드팽창밸브를 포함할 수 있다.
상기 개폐밸브부는 상기 기액분리기와 상기 압축기를 연결하는 분기유로 상에 구비되어 상기 분기유로를 선택적으로 개폐하는 제1개폐밸브와, 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되어 상기 바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함할 수 있으며, 상기 제1개폐밸브와 상기 제2개폐밸브는 2웨이밸브가 사용될 수 있다.
상기 센서부는 상기 제1유로 상에 구비되어 상기 압축기에서 상기 제1열교환기로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하는 고압 PT센서와, 상기 분기유로 상에 구비되어 상기 기액분리기에서 상기 압축기로 이동되는 기상 냉매의 온도와 압력을 측정하는 중간압 PT센서와, 상기 제5유로 상에 구비되어 상기 제3열교환기에서 상기 압축기로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하는 저압 PT센서와, 상기 제2열교환기와 인접하게 구비되어 외기의 온도를 측정하는 외기온도센서를 포함할 수 있다.
냉방모드 시, 상기 분기유로 상, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브와 제2개폐밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 완전 개방될 수 있고, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 열리면서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
난방모드 시, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 닫힐 수 있고, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열릴 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방될 수 있고, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있으며, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 할 수 있다.
가스인젝션 난방모드 시, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브와 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열릴 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 기액분리기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있으며, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은 기액분리기에서 기액분리된 냉매가 압축기로 공급되기 전에 흡열을 하여 기상 냉매만 압축기로 공급되어 압축기를 보호하면서 소비동력을 저감시킬 수 있으며, 제1열교환기에서 토출되는 고온고압의 냉매와 분기유로를 통해 압축기로 공급되는 냉매를 제4열교환기에서 열교환하여 과냉도를 확보할 수 있어 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 냉방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 난방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 가스인젝션 난방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(100)은 압축기(1100)와, 제1열교환기(1200)와, 기액분리기(1300)와, 제2열교환기(1400)와, 제3열교환기(1500)와, 제4열교환기(1600)와, 팽창밸브부(1700)와, 개폐밸브부(1800)와, 제어부(1900)를 포함하며, 센서부(2000)를 더 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(100)은 냉매가 순환하는 냉매순환라인 상에는 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 기액분리기(1300), 제2열교환기(1400), 제3열교환기(1500)가 연결되며, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.
상기 압축기(1100)는 냉매가 유동하는 유로와 연결된 입력단을 통해 냉매를 입입하여 압축한 후, 압축된 냉매를 출력단을 통해 유로로 토출하는데, 이때 토출되는 냉매는 고온고압의 냉매(냉매가스; 기체)로 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 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, 싱기 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 공기를 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 기액분리기(1300)와 연결된다. 상기 기액분리기(1300)는 상기 제1열교환기(1200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리한 후, 가스인젝션 난방모드 시 분리된 기상 냉매를 상기 압축기(1100)로 공급한다. 상기 기액분리기(1300)와 상기 압축기(1100)는 분기유로(QR)에 의해 연결되는 것이 바람직하며, 상기 제2유로(R2) 상에는 후술되는 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)가 구비되고, 상기 분기유로(QR) 상에는 후술되는 개폐밸브부(1800)의 제1개폐밸브(1810)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 기액분리기(1300)의 내부에는 공급된 액상의 냉매를 기화시키는 탄소발열복합소재의 히터봉(미도시)이 구비될 수 있으며, 상기 기액분리기(1300)의 내부에 히터봉(미도시)이 구비됨에 따라 상기 분기유로(QR)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매의 과열도를 증대시킬 수 있고, 그로 인해 난방 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 기액분리기(1300)는 제3유로(R3)에 의해 제2열교환기(1400)와 연결되며, 상기 제2열교환기(1400)는 상기 제3유로(R3)를 통해 상기 기액분리기(1300)에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축하는데, 상기 제2열교환기(1400)는 차량 구동부(구동모터, 미도시)에 구비된 라디에이터부(미도시)에 근접하게 배치되어, 입력측을 통해 인입된 냉매를 외부 공기와 열교환하여 응축한 후 제4유로(R4)로 배출하며, 상기 제2열교환기(1400)로는 실외콘덴서가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 제4유로(R4)는 제3열교환기(1500)와 연결되어 상기 제2열교환기(1400)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 제3열교환기(1500)로 공급하며, 상기 제3열교환기(1500)는 인입된 냉매를 기화시키면서 공조케이스(미도시)를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 역할을 한다. 상기 제3열교환기(1500)로는 증발기가 사용되는 것이 바람직하며, 상기 제3열교환기(1500)는 제5유로(R5)에 의해 압축기(1100)와 연결된다.
상기 제1열교환기(1200)와 상기 기액분리기(1300)를 연결하는 상기 제2유로(R2) 상에는 제4열교환기(1600)가 구비되며, 상기 제4열교환기(1600)는 가스인젝션 난방모드 시 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매와 상기 분기유로(QR)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매를 열교환시키는 역할을 한다. 상기 제4열교환기(1600)는 이중관 구조, 스파이럴 이중관 구조, 플레이트 적층형 구조, 판형 튜브 접합 구조 등 다양한 구조를 갖는 형태일 수 있다. 상기 제4열교환기(1600)는 일례로, 이중관 구조일 경우 내측에 구비되는 내측관으로 흐르는 냉매와 내측관을 감싸는 외측관으로 흐르는 냉매를 열교환시키게 되며, 상기 제4열교환기(1600)의 구조는 일반적인 것인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제2유로(R2), 상기 제3유로(R3), 상기 제4유로(R4) 상에는 팽창밸브부(1700)가 구비되며, 상기 팽창밸브부(1700)는 제1전자식팽창밸브(1710)와, 제2전자식팽창밸브(1720)와, 솔레노이드팽창밸브(1730)를 포함한다.
상기 제1전자식팽창밸브(1710)는 중간압용으로 사용되며 상기 제2유로(R2) 상에서 상기 기액분리기(1300)의 전단에 구비된다. 상기 제1전자식팽창밸브(1710)는 가스인젝션 난방모드 시 상기 제1열교환기(1200)에서 상기 기액분리기(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 하며, 냉방모드, 난방모드 시에는 완전 개방되는 것이 바람직하다.
상기 제2전자식팽창밸브(1720)는 난방용으로 사용되고 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제2열교환기(1400)의 전단에 구비되어 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제2열교환기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 하며, 상기 제2전자식팽창밸브(1720)는 냉방모드 시에는 완전 개방되는 것이 바람직하다.
상기 솔레노이드팽창밸브(1730)는 냉방용으로 사용되고 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제3열교환기(1500)의 전단에 구비되어 냉방모드 시 상기 제2열교환기(1400)에서 상기 제3열교환기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다. 상기 솔레노이드팽창밸브(1730)는 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시에는 닫혀 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기(1500)로 공급되지 않도록 한다.
상기 기액분리기(1300)와 상기 압축기(1100)를 연결하는 분기유로(QR) 상, 상기 제4유로(R4)에서 분기되어 상기 제5유로(R5)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에는 개폐밸브부(1800)가 구비되며, 상기 개폐밸브부(1800)는 상기 분기유로(QR)와 상기 바이패스유로(BR)를 선택적으로 개폐시키는 역할을 한다.
상기 개폐밸브부(1800)는 제1개폐밸브(1810)와, 제2개폐밸브(1820)를 포함하며, 상기 제1개폐밸브(1810)는 상기 분기유로(QR) 상에 구비되어 상기 분기유로(QR)를 선택적으로 개폐하고, 상기 제2개폐밸브(1820)는 상기 바이패스유로(BR) 상에 구비되어 상기 바이패스유로(BR)를 선택적으로 개폐한다. 상기 제1개폐밸브(1810)는 가스인젝션 난방모드 시 상기 분기유로(QR)를 개방하고, 상기 제2개폐밸브(1820)는 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 바이패스유로(BR)를 개방하며, 상기 제1개폐밸브(1810)와 상기 제2개폐밸브(1820)는 2웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 팽창밸브부(1700)와 상기 개폐밸브부(1800)는 제어부(1900)와 연결되고, 상기 제어부(1900)는 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부(1700)의 동작과 개폐 및 상기 개폐밸브부(1800)의 개폐를 제어하는 역할을 하며, 상기 제어부(1900)는 센서부(2000)와 연결된다.
상기 센서부(2000)는 상기 제1유로(R1), 상기 분기유로(QR), 상기 제5유로(R5) 상에 구비되며 상기 제1유로(R1), 상기 분기유로(QR), 상기 제5유로(R5)로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하는 역할 및 상기 제2열교환기(1400)와 인접하게 배치되어 외기의 온도를 측정하는 역할을 한다.
상기 센서부(2000)는 고압 PT센서(2010)와, 중간압 PT센서(2020)와, 저압 PT센서(2030)와, 외기온도센서(미도시)를 포함한다. 상기 고압 PT센서(2010)는 상기 제1유로(R1) 상에 구비되어 상기 압축기(1100)에서 상기 제1열교환기(1200)로 이동되는 고압상태인 냉매의 온도와 압력을 측정하는 역할을 한다. 상기 중간압 PT센서(2020)는 상기 분기유로(QR) 상에 구비되어 상기 기액분리기(1300)에서 상기 압축기(1100)로 이동되는 중간압 상태인 기상 냉매의 온도와 압력을 측정하는 역할을 한다.
상기 저압 PT센서(2030)는 상기 제5유로(R5) 상에 구비되어 상기 제3열교환기(1500)에서 상기 압축기(1100)로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하는 역할을 하고, 상기 외기온도센서(미도시)는 상기 제2열교환기(1400)와 인접하게 구비되어 외기의 온도를 측정하는 역할을 한다. 상기 센서부(2000)는 상기 제1유로(R1), 상기 분기유로(QR), 상기 제5유로(R5)로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정 및 상기 제2열교환기(1400)와 인접한 외기의 온도를 측정 후 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 2를 참조하면, 냉방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 기액분리기(1300), 제2열교환기(1400), 제3열교환기(1500), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.
상기 기액분리기(1300)와 상기 압축기(1100)를 연결하는 분기유로(QR) 상, 상기 제4유로(R4)에서 분기되어 상기 제5유로(R5)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1800)의 제1개폐밸브(1810)와 제2개폐밸브(1820)는 닫혀 상기 분기유로(QR)와 상기 바이패스유로(BR)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)와 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1720)는 완전 개방되어 냉매를 이동시키고, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제3열교환기(1500)의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 솔레노이드팽창밸브(1730)는 열리면서 상기 제2열교환기(1400)에서 상기 제3열교환기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하며, 상기 제3열교환기(1500)를 거친 냉매는 제5유로(R5)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급된다.
도 3을 참조하면, 난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 기액분리기(1300), 제2열교환기(1400), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.
상기 기액분리기(1300)와 상기 압축기(1100)를 연결하는 분기유로(QR) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1800)의 제1개폐밸브(1810)는 닫혀 상기 기액분리기(1300)에서 토출되는 냉매가 상기 분기유로(QR)로 이동되지 않도록 하고, 상기 제4유로(R4)에서 분기되어 상기 제5유로(R5)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1800)의 제2개폐밸브(1820)는 열려 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매를 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 제5유로(R5)로 공급되도록 한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)는 완전 개방되어 냉매를 이동시키고, 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1720)는 열리면서 상기 기액분리기(1300)에서 상기 제2열교환기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하며, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제3열교환기(1500)의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 솔레노이드팽창밸브(1730)는 닫혀 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매가 상기 제3열교환기(1500)로 공급되지 않도록 하고, 상기 제2열교환기(1400)를 거친 냉매는 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급된다.
도 4를 참조하면, 가스인젝션 난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 제1열교환기(1200), 기액분리기(1300)를 거친 후 일부의 냉매는 제2열교환기(1400), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 기액분리기(1300)를 거친 다른 일부의 냉매는 분기유로(QR)를 통해 제4열교환기(1600)를 거쳐 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.
상기 기액분리기(1300)와 상기 압축기(1100)를 연결하는 분기유로(QR) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1800)의 제1개폐밸브(1810)는 열려 상기 기액분리기(1300)에서 토출되는 냉매 중 일부를 상기 분기유로(QR)로 이동시키고, 상기 기액분리기(1300)에서 토출되는 냉매 중 다른 일부는 제3유로(R3)를 통해 상기 제2열교환기(1400)로 공급된다. 상기 제4유로(R4)에서 분기되어 상기 제5유로(R5)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1800)의 제2개폐밸브(1820)는 열려 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매를 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 제5유로(R5)로 공급되도록 한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제1전자식팽창밸브(1710)는 열리면서 상기 제1열교환기(1200)에서 상기 기액분리기(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 제3유로(R3) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 제2전자식팽창밸브(1720)는 열리면서 상기 기액분리기(1300)에서 상기 제2열교환기(1400)로 공급되는 냉매를 팽창시킨다. 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제3열교환기(1500)의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부(1700)의 솔레노이드팽창밸브(1730)는 닫혀 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기(1500)로 공급되지 않도록 하며, 상기 제2열교환기(1400)를 거친 냉매는 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급된다.
따라서, 상기 기액분리기(1300)에서 기액분리된 냉매가 상기 분기유로(QR)를통해 상기 압축기(1100)로 공급되기 전에 흡열을 하여 기상 냉매만 상기 압축기(1100)로 공급되어 상기 압축기(1100)를 보호하면서 소비동력을 저감시킬 수 있으며, 상기 제1열교환기(1200)에서 토출되는 고온고압의 냉매와 상기 분기유로(QR)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매를 제4열교환기(1600)에서 열교환하여 과냉도를 확보할 수 있어 전체 시스템의 효율을 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.
100 : 차량용 냉난방 시스템 1100 : 압축기
1200 : 제1열교환기 1300 : 기액분리기
1400 : 제2열교환기 1500 : 제3열교환기
1600 : 제4열교환기 1700 : 팽창밸브부
1710 : 제1전자식팽창밸브 1720 : 제2전자식팽창밸브
1730 : 솔레노이드팽창밸브 1800 : 개폐밸브부
1810 : 제1개폐밸브 1820 : 제2개폐밸브
1900 : 제어부 2000 : 센서부

Claims (8)

  1. 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기;
    상기 압축기와 제1유로에 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가 유입되고 유입되는 냉매를 공조케이스 내를 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 실내를 난방시키는 제1열교환기;
    상기 제1열교환기와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 제1열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고, 가스인젝션 난방모드 시 분리된 기상 냉매를 분기유로를 통해 상기 압축기로 공급하는 기액분리기;
    상기 기액분리기와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 기액분리기에서 토출되는 액상 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 제2열교환기;
    상기 제2열교환기와 제4유로에 의해 연결되고, 상기 압축기와 제5유로에 의해 연결되며, 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 제3열교환기;
    상기 제2유로 상에 구비되며, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제2유로로 이동되는 냉매와 상기 분기유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 제4열교환기;
    상기 제2유로, 상기 제3유로 상에 구비되어 상기 제2유로 및 상기 제3유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하며, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되어 냉방모드 시에는 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 팽창시키고, 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제4유로를 닫아 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매를 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 하는 팽창밸브부;
    상기 기액분리기와 상기 압축기를 연결하는 분기유로 상, 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되어 상기 분기유로와 상기 바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브부; 및
    상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부와 연결되어 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부의 동작과 개폐 및 상기 개폐밸브부의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유로, 상기 분기유로, 상기 제5유로 상에 구비되며 상기 제1유로, 상기 분기유로, 상기 제5유로로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하고, 상기 제2열교환기와 인접하게 배치되어 외기의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함하며,
    상기 센서부는 상기 제어부와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창밸브부는,
    상기 제2유로 상에서 상기 기액분리기의 전단에 구비되며 가스인젝션 난방모드 시 상기 제1열교환기에서 상기 기액분리기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 중간압용인 제1전자식팽창밸브와,
    상기 제3유로 상에서 상기 제2열교환기의 전단에 구비되며 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 기액분리기에서 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 난방용인 제2전자식팽창밸브와,
    상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되며 냉방모드 시 상기 제2열교환기에서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하며, 난방모드, 가스인젝션 난방모드 시 상기 제4유로를 닫아 상기 제2열교환기에서 토출되는 냉매가 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 하는 솔레노이드팽창밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐밸브부는,
    상기 기액분리기와 상기 압축기를 연결하는 분기유로 상에 구비되어 상기 분기유로를 선택적으로 개폐하는 제1개폐밸브와,
    상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되어 상기 바이패스유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며,
    상기 제1개폐밸브와 상기 제2개폐밸브는 2웨이밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 제1유로 상에 구비되어 상기 압축기에서 상기 제1열교환기로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하는 고압 PT센서와,
    상기 분기유로 상에 구비되어 상기 기액분리기에서 상기 압축기로 이동되는 기상 냉매의 온도와 압력을 측정하는 중간압 PT센서와,
    상기 제5유로 상에 구비되어 상기 제3열교환기에서 상기 압축기로 이동되는 냉매의 온도와 압력을 측정하는 저압 PT센서와,
    상기 제2열교환기와 인접하게 구비되어 외기의 온도를 측정하는 외기온도센서를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
  6. 청구항 2에 있어서,
    냉방모드 시, 상기 분기유로 상, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브와 제2개폐밸브는 닫히며,
    상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 완전 개방되고, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 열리면서 상기 제3열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    난방모드 시, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 닫히고, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열리며,
    상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방되고, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 하는 차량용 냉난방 시스템.
  8. 청구항 2에 있어서,
    가스인젝션 난방모드 시, 상기 분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브와 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열리며,
    상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 기액분리기로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 제3유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 열리면서 상기 제2열교환기로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 제4유로 상에서 상기 제3열교환기의 전단에 구비되는 상기 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫혀 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 상기 제3열교환기로 공급되지 않도록 하는 차량용 냉난방 시스템.
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