KR20230014903A

KR20230014903A - 차량용 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR20230014903A
Application number: KR1020210095519A
Authority: KR
Inventors: 박경태
Original assignee: 주식회사 두원공조
Priority date: 2021-07-21
Filing date: 2021-07-21
Publication date: 2023-01-31

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 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉식콘덴서; 상기 수냉식콘덴서와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 수냉식콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외콘덴서; 상기 실외콘덴서와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 실외콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 증발기; 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며, 냉방 배터리협조모드 시 배터리 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 배터리칠러; 상기 증발기와 제5유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제6유로에 의해 연결되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제1분기유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 제4분기유로를 통해 상기 실내콘덴서 또는 상기 수냉식콘덴서에서 공급되는 냉매, 상기 바이패스유로를 통해 상기 배터리칠러에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터; 상기 실외콘덴서와 인접하게 배치되는 라디에이터와 상기 수냉식콘덴서 및 상기 배터리칠러를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제1냉각수라인과 제2냉각수라인을 포함하는 냉각수라인; 상기 제2유로 상, 상기 제4유로 상, 상기 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제2유로, 상기 제4유로, 상기 제2분기유로로 이동되는 냉매를 감압하며, 상기 바이패스유로 상에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제3분기유로가 상기 바이패스유로 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 팽창밸브부; 상기 제3유로에서 분기되어 상기 제2분기유로와 연결되는 제4분기유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점, 상기 제1분기유로 상에 구비되어 냉매의 흐름을 전환하고 제1분기유로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부의 개폐 및 동작과 상기 개폐밸브부의 개폐방향과 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 수냉식콘덴서에서 냉각수와 열교환된 냉매 및 실외콘덴서에서 외부 공기와 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 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 전활할 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.

전기자동차의 핵심기술 중 하나는 일충전 최대주행거리 확보를 위한 배터리 기술이다. 무한정 용량증대가 가능하다면 문제가 없지만 한정된 배터리 용량 내에서 최대한의 주행거리를 확보하기 위해선 전기를 사용하는 부품들에 대한 소모동력 효율증대 또한 배터리 기술 못지 않은 중요한 기술이 되며, 연구논문에 의하면 맥스 에어컨 작동 시 53.7%, 맥스 난방 시 59.3%의 주행거리가 감소하는 것으로 나타났으며 차량 공조기기 장동에 의한 주행거리감소를 최소화하기 위해 현재 많은 자동차 제조사들이 히트 펌프 시스템을 적용하고 있지만 주행거리의 감소 최소화에 대한 고객의 니즈는 계속되고 있으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 실정에 부합하기 위해 창출된 것으로서, 히트펌프의 특징인 냉난방 시 공통으로 동작하는 압축기에 대한 성능계수를 개선하여 압축기의 소모동력을 최소화하여 차량의 주행거리감소를 최소화시킬 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 차량 실내를 난방시키는 실내콘덴서; 상기 실내콘덴서와 제2유로에 의해 연결되며, 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉식콘덴서; 상기 수냉식콘덴서와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 수냉식콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외콘덴서; 상기 실외콘덴서와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 실외콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 증발기; 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며, 냉방 배터리협조모드 시 배터리 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 배터리칠러; 상기 증발기와 제5유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제6유로에 의해 연결되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제1분기유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 제4분기유로를 통해 상기 실내콘덴서 또는 상기 수냉식콘덴서에서 공급되는 냉매, 상기 바이패스유로를 통해 상기 배터리칠러에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터; 상기 실외콘덴서와 인접하게 배치되는 라디에이터와 상기 수냉식콘덴서 및 상기 배터리칠러를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제1냉각수라인과 제2냉각수라인을 포함하는 냉각수라인; 상기 제2유로 상, 상기 제4유로 상, 상기 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제2유로, 상기 제4유로, 상기 제2분기유로로 이동되는 냉매를 감압하며, 상기 바이패스유로 상에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제3분기유로가 상기 바이패스유로 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 팽창밸브부; 상기 제3유로에서 분기되어 상기 제2분기유로와 연결되는 제4분기유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점, 상기 제1분기유로 상에 구비되어 냉매의 흐름을 전환하고 제1분기유로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부의 개폐 및 동작과 상기 개폐밸브부의 개폐방향과 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은 상기 압축기와 인접한 상기 제6유로와 상기 실내콘덴서와 인접한 제1유로 상, 상기 실외콘덴서와 인접하게 구비되어 상기 제6유로와 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 냉난방 시스템에 있어서, 상기 어큐뮬레이터의 내부에는 액상의 냉매를 기화시키는 탄소발열복합소재의 발열체가 구비될 수 있으며, 상기 발열체에 의해 상기 압축기로 공급되는 냉매의 과열도가 증대될 수 있고, 상기 수냉식콘덴서의 내부 열교환 방식은 냉매와 냉각수의 열교환 영역과 냉매와 냉매 간의 열교환 영역을 동시에 가질 수 있다.

상기 냉각수라인은 상기 라디에이터와 상기 수냉식콘덴서를 연결하는 제1냉각수라인과, 상기 제1냉각수라인과 연결되며 상기 배터리칠러와 차량의 배터리를 연결하는 제2냉각수라인을 포함할 수 있으며, 상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인이 연결되는 지점에는 제1방향전환밸브가 구비될 수 있다.

상기 제1냉각수라인은 상기 냉각수라인으로 순환되는 냉각수가 저장되는 리저버탱크와, 상기 제1냉각수라인 상에 구비되며 상기 제1냉각수라인으로 순환되는 냉각수의 흐름방향을 전환하는 제2방향전환밸브와, 상기 제2방향전환밸브와 연결되는 냉각수바이패스라인과, 상기 리저버탱크에 저장된 냉각수를 상기 제1냉각수라인으로 순환시키는 제1펌프를 포함할 수 있으며, 상기 제2냉각수라인 상에는 상기 리저버탱크에 저장된 냉각수를 상기 제2냉각수라인으로 순환시키는 제2펌프가 구비될 수 있다.

상기 팽창밸브부는 상기 제2유로 상에서 상기 수냉식콘덴서의 전단에 구비되며 난방모드, 난방 제습모드 시 상기 실내콘덴서에서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제4유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와, 상기 제2분기유로 상에서 상기 수냉식콘덴서의 전단에 구비되며 냉방모드, 난방모드, 난방 제습모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제2분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브와, 상기 바이패스유로에서 상기 제3분기유로가 분기되는 지점에 구비되며 난방 제습모드 시에는 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하면서 제3분기유로로 이동되게 냉매의 흐름방향을 전환하고, 냉방 배터리협조모드 시에는 상기 바이패스유로를 통해 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 통합팽창밸브를 포함할 수 있다.

상기 통합팽창밸브는 3웨이밸브가 사용될 수 있고, 상기 통합팽창밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매가 주입되는 주입구와, 상기 배터리칠러 및 상기 증발기 측과 연결되는 토출구가 형성될 수 있으며, 상기 토출구의 일측면에는 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 토출슬릿이 형성될 수 있다.

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

상기 개폐밸브부는 상기 제2분기유로와 연결되는 상기 제4분기유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 제1개폐밸브와, 상기 제1분기유로 상에 구비되어 상기 제1분기유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함할 수 있으며, 상기 제1개폐밸브는 3웨이밸브가 사용되고 상기 제2개폐밸브는 2웨이밸브가 사용될 수 있다.

상기 개폐밸브부는 상기 제4유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제4유로로 이동되는 냉매가 상기 실외콘덴서 방향으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 더 포함할 수 있다.

냉방모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방될 수 있고, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방될 수 있고, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매 및 상기 제2분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있으며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 토출구 및 토출슬릿은 닫힐 수 있고, 냉각수는 상기 냉각수라인의 제1냉각수라인으로 순환할 수 있으며, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 밀폐될 수 있다.

난방모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 어큐뮬레이터 방향으로 개방될 수 있고, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 냉각수는 냉각수라인의 제1냉각수라인으로 순환할 수 있으며, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 개방되어 상기 라디에이터로 냉각수가 순환하지 않을 수 있다.

난방 제습모드 시, 난방 제습모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 어큐뮬레이터 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열릴 수 있고, 상기 제4유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 체크밸브는 동작할 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부는 상기 증발기 측으로 토출슬릿이 개방 또는 토출구가 부분 개방되어 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 냉각수는 냉각수라인의 제1냉각수라인으로 순환할 수 있으며, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 개방되어 상기 라디에이터로 냉각수가 순환하지 않을 수 있다.

냉방 배터리협조모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방될 수 있고, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방될 수 있고, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매 및 상기 제2분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있으며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부는 상기 배터리칠러 측으로 토출슬릿이 개방 또는 토출구가 부분 개방되어 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 냉각수는 냉각수라인의 제1냉각수와 제2냉각수라인으로 순환할 수 있으며, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 밀폐될 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은 기존의 고압과 저압으로 한정되어 있는 냉난방 시스템에 중간압 제어가 가능하도록 하여 압축기의 부하량을 저감시켜 압축기의 소모동력을 최적화하여 차량의 주행거리 감소를 최소화시킬 수 있다.

또한, 냉방 시 과냉이 확보된 시스템 내에 별도의 분기유로를 추가하여 중간압력의 기체냉매를 압축기의 흡입측으로 바이패스시켜 압축기의 부하를 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 냉방모드 시 냉매 및 냉각수가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 난방모드 시 냉매 및 냉각수가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 난방제습모드 시 냉매 및 냉각수가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 냉방 배터리협조모드 시 냉매 및 냉각수가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 냉방모드 시 팽창밸브부의 통합팽창밸브의 개폐상태 및 통합팽창밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 난방제습모드 시 팽창밸브부의 통합팽창밸브의 개폐상태 및 통합팽창밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 냉방 배터리협조모드 시 팽창밸브부의 통합팽창밸브의 개폐상태 및 통합팽창밸브를 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 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(100)은 압축기(1100)와, 실내콘덴서(1200)와, 수냉식콘덴서(1300)와, 실외콘덴서(1400)와, 증발기(1500)와, 배터리칠러(1600)와, 어큐뮬레이터(1700)와, 냉각수라인(1800)과, 팽창밸브부(1900)와, 개폐밸브부(2000)와, 제어부(2100)를 포함하고, 센서부(2200)를 더 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(100)은 냉매가 순환하는 냉매순환라인 상에는 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 수냉식콘덴서(1300), 실외콘덴서(1400), 증발기(1500)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 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 내부를 유동하는 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 바람직하며, 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 수냉식콘덴서(1300)와 연결된다. 상기 수냉식콘덴서(1300)는 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 후술되는 냉각수라인(1800) 중 제1냉각수라인(1810)으로 유동하는 냉각수와의 열교환으로 냉매를 응축 및 증발시키는 역할을 한다. 상기 제2유로(R2) 상에는 후술되는 팽창밸브부(1900)의 제1전자식팽창밸브(1910)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 수냉식콘덴서(1300)의 내부 열교환 방식은 냉매와 냉각수의 열교환 영역과 냉매와 냉매 간의 열교환 영역을 동시에 가지는 것이 바람직하며, 상기 수냉식콘덴서(1300)는 제3유로(R3)에 의해 실외콘덴서(1400)와 연결된다. 상기 실외콘덴서(1400)는 상기 제3유로(R3)를 통해 인입되는 냉매를 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시킨 후 출력단을 통해 제4유로(R4)로 배출한다. 상기 제4유로(R4)는 증발기(1500)와 연결되어 상기 실외콘덴서(1400)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 증발기(1500)로 공급한다.

상기 실외콘덴서(1400)는 상기 수냉식콘덴서(1300)로부터 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축하는데, 상기 실외콘덴서(1400)는 차량 구동부(구동모터, 미도시)에 구비된 라디에이터(RAD)에 근접하게 배치되어, 입력측을 통해 인입된 냉매를 외부 공기와 열교환하여 응축한 후 제4유로(R4)로 배출한다.

상기 증발기(1500)는 제5유로(R5)에 의해 어큐뮬레이터(1700)와 연결되며, 상기 어큐뮬레이터(1700)는 상기 증발기(1500)와 상기 압축기(1100) 사이에 구비되어 상기 증발기(1500)에서 공급되는 냉매, 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제4유로(R4)와 연결되는 제1분기유로(QR1)에서 분기된 제2분기유로(QR2) 및 상기 제5유로(R5)와 연결되는 제4분기유로(QR4)를 통해 상기 실내콘덴서(1200) 또는 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 공급되는 냉매, 상기 제4유로(R4)에서 분기되는 바이패스유로(BR)를 통해 후술되는 배터리칠러(1600)에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하면서 인입된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리하고 분리된 기상 냉매를 제6유로(R6)를 통해 상기 압축기(1100)로 공급한다.

상기 어큐뮬레이터(1700)의 내부에는 공급된 액상의 냉매를 기화시키는 탄소발열복합소재의 발열체(미도시)가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 어큐뮬레이터(1700)의 내부에 발열체(미도시)가 구비됨에 따라 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매의 과열도를 증대시킬 수 있으며, 그로 인해 난방 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

상기 실외콘덴서(1400)와 상기 증발기(1500)를 연결하는 상기 제4유로(R4)에서 분기되어 상기 증발기(1500)와 상기 어큐뮬레이터(1700)를 연결하는 제5유로(R5)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에는 배터리칠러(1600)가 구비된다.

상기 배터리칠러(1600)는 냉방 배터리협조모드 시 후술되는 냉각수라인(1800)의 제2냉각수라인(1820)을 유동하는 냉각수와 상기 바이패스유로(BR)로 유동하는 냉매를 열교환하여 배터리(미도시)를 냉각시키는 역할을 한다. 후술되는 냉방 배터리협조모드 시에는 상기 바이패스유로(BR)로 냉매가 흐르게 되고 이때, 상기 배터리칠러(1600)는 상기 바이패스유로(BR)의 냉매와 후술되는 냉각수라인(1800) 중의 제2냉각수라인(1820)의 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각시킴으로써 제2냉각수라인(1820)에 의해 배터리(미도시)의 열관리가 가능하게 된다.

상기 실외콘덴서(1400)와 인접하게 배치되는 라디에이터(RAD)와 상기 수냉식콘덴서(1300)는 냉각수라인(1800)의 제1냉각수라인(1810)에 의해 연결되어 냉각수가 순환되고, 상기 배터리칠러(1600)와 상기 배터리(미도시)는 냉각수라인(1800)의 제2냉각수라인(1820)에 의해 연결되어 냉각수가 순환된다. 상기 제2냉각수라인(1820)는 상기 제1냉각수라인(1810)과 연결되고, 상기 제1냉각수라인(1810)과 상기 제2냉각수라인(1820)이 연결되는 지점에는 상기 상기 제1냉각수라인(1810)과 상기 제2냉각수라인(1820)으로 유동하는 냉각수의 흐름방향을 전환하는 제1방향전환밸브(1830)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 제1냉각수라인(1810)은 리저버탱크(1811)와, 제2방향전환밸브(1812), 냉각수바이패스라인(1813), 제1펌프(1814)를 포함한다. 상기 제1냉각수라인(1810)에는 리저버탱크(1811)가 설치되고, 상기 리저버탱크(1811)에는 제1냉각수라인(1810) 및 제2냉각수라인(1820)으로 순환하는 냉각수가 저장되며, 상기 제1냉각수라인(1810)에 상기 제2방향전환밸브(1812)가 구비되어 일방향으로 순환하는 냉각수의 흐름이 전환된다.

상기 냉각수바이패스라인(1813)은 상기 제2방향전환밸브(1812)에 의해 상기 제1냉각수라인(1810)에 연결되며, 상기 냉각수바이패스라인(1813)에 의해 냉각수가 라디에이터(RAD)를 거치지 않고 순환하게 되고, 상기 리저버탱크(1811)에 저장된 냉각수는 제1펌프(1814)에 의해 차량 구동부(구동모터, 미도시)를 냉각시킨 후 수냉식콘덴서(1300)로 순환된다.

상기 제2냉각수라인(1820)은 상기 제1냉각수라인(1810)과 연결되며 상기 배터리칠러(1600)와 차량의 배터리(미도시)를 연결한다. 상기 제2냉각수라인(1820) 상에는 냉각수를 상기 제2냉각수라인(1820)으로 순환시키는 제2펌프(1821)와, 차량의 배터리(미도시)와 상기 배터리칠러(1600) 사이에 구비되며 상기 제2냉각수라인(1820)으로 유동하는 냉각수를 가열하는 냉각수히터(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 제2유로(R2) 상, 상기 제4유로(R4) 상, 상기 제2분기유로(QR2) 상, 상기 바이패스유로(BR) 상에는 팽창밸브부(1900)가 구비되며, 상기 팽창밸브부(1900)는 상기 제2유로(R2), 상기 제4유로(R4), 상기 제2분기유로(QR2)로 이동되는 냉매를 선택적으로 감압하며, 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할을 한다.

상기 팽창밸브부(1900)는 제1전자식팽창밸브(1910)와, 솔레노이드팽창밸브(1920)와, 제2전자식팽창밸브(1930)와, 통합팽창밸브(1940)를 포함한다. 상기 제1전자식팽창밸브(1910)는 상기 제2유로(R2) 상에서 상기 수냉식콘덴서(1300)의 전단에 구비되어 난방모드, 난방제습모드 시 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되어 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다. 상기 솔레노이드팽창밸브(1920)는 상기 증발기(1500)와 인접한 제4유로(R4) 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 실외콘덴서(1400)에서 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

상기 제2전자식팽창밸브(1930)는 상기 제2분기유로(QR2) 상에서 상기 수냉식콘덴서(1300)의 전단에 구비되며 냉방모드, 난방모드, 난방 제습모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 실내콘덴서(1200)에서 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다. 상기 수냉식콘덴서(1300) 내부에서 제1전자식팽창밸브(1910)를 거친 냉매와의 열교환으로 중간압 및 과열도가 확보된 상기 제2전자식팽창밸브(1930)를 거친 냉매는 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 어큐뮬레이터(1700)의 전단으로 합류되어 상기 압축기(1100)의 흡입측으로 완전한 기상 냉매를 공급하게 되어 냉방 성능계수(Coefficient Of Performance;COP)의 향상을 이룰 수 있게 된다.

상기 통합팽창밸브(1940)는 상기 바이패스유로(BR)에서 상기 제3분기유로(QR3)가 분기되는 지점에 구비되며 난방 제습모드 시에는 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하면서 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매의 흐름방향을 제3분기유로(QR3)로 전환하고, 냉방 배터리협조모드 시에는 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 배터리칠러(1600)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 통합팽창밸브(1940)는 3웨이밸브가 사용되며, 그 내부에 구비되는 볼(1941)에는 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매가 주입되는 주입구(1943)와, 상기 주입구(1943)와 연통되며 상기 주입구(1943)로 유입된 냉매를 상기 배터리칠러(1600) 및 상기 증발기(1500)로 토출하는 토출구(1945)가 형성된다. 상기 주입구(1943)와 상기 토출구(1945)는 서로 직각되게 배치되며, 상기 토출구(1945)의 일측면에는 토출슬릿(1945a)이 형성된다. 상기 토출구(1945)가 상기 주입구(1943)를 중심으로 회전됨에 따라 상기 토출구(1945)가 상기 배터리칠러(1600) 및 상기 증발기(1500) 측과 연결된다. 상기 토출구(1945)의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지며, 상기 토출슬릿(1945a)이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 상기 토출슬릿(1945a) 만큼 작은 길이를 가지는 것이 바람직하며, 냉매가 상기 토출슬릿(1945a)을 통해 배출됨으로써 감압되게 된다.

도 1을 참조하면, 상기 제3유로(R3)에서 분기되어 상기 제2분기유로(QR2)와 연결되는 제4분기유로(QR4)가 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 지점, 상기 제1분기유로(QR1) 상, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에는 개폐밸브부(2000)가 구비되며, 상기 개폐밸브부(2000)는 제1개폐밸브(2010)와, 제2개폐밸브(2020)와, 체크밸브(2030)를 포함한다.

상기 제1개폐밸브(2010)는 상기 제2분기유로(QR2)와 연결되는 상기 제4분기유로(QR4)가 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 역할을 하며, 상기 제1개폐밸브(2010)로는 3웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 제2개폐밸브(2020)는 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제4유로(R4)와 연결되는 상기 제1분기유로(QR1) 상에 구비되어 상기 제1분기유로(QR1)를 선택적으로 개폐하는 역할을 하며, 상기 제2개폐밸브(2020)로는 2웨이밸브가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 체크밸브(2030)는 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 제4유로(R4)로 합류되는 냉매가 상기 실외콘덴서(1400) 방향으로 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 팽창밸브부(1900)와 상기 개폐밸브부(2000)는 제어부(2100)와 연결되며, 상기 제어부(2100)는 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부(1900)의 개폐 및 동작과 상기 개폐밸브부(2000)의 개폐방향과 개폐를 제어하는 역할을 하고, 상기 제어부(2100)는 센서부(2200)와 연결되는 것이 바람직하다.

상기 센서부(2200)는 압축기(1100)와 인접한 제6유로(R6)와 상기 실내콘덴서(1200)와 인접한 제1유로(R1) 및 상기 실외콘덴서(1400)와 인접하게 구비되어 상기 제6유로(R6)와 상기 제1유로(R1)의 압력과 온도 및 상기 실외콘덴서(1400) 외측의 외기온도를 측정하는 역할을 한다.

상기 센서부(2200)는 PT센서(2210)와, 외기온도센서(2220)를 포함한다. 상기 PT센서(2210)는 상기 실내콘덴서(1200)와 인접한 상기 제1유로(R1) 및 상기 압축기(1100)와 인접한 상기 제6유로(R6) 상에 구비되어 상기 제1유로(R1) 및 제6유로(R6)의 압력과 온도를 측정하며, 상기 외기온도센서(2220)는 상기 실외콘덴서(1400)와 인접하게 구비되어 상기 실외콘덴서(1400) 외측에서 외기의 온도를 측정하여 상기 제어부(2100)로 전송한다.

도 2를 참조하면, 냉방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 수냉식콘덴서(1300), 실외콘덴서(1400), 증발기(1500), 어큐뮬레이터(1700), 압축기(1100)로 순환하고, 실내콘덴서(1200)를 통과한 다른 일부의 냉매는 제1분기유로(QR1), 제2분기유로(QR2)를 통해 수냉식콘덴서(1300)에서 일부 냉매와 열교환으로 증발된 후 어큐뮬레이터(1700), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다. 냉방모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 상기 냉각수라인(1800)의 제1냉각수라인(1810)을 통해 이동되는 냉각수는 수냉식콘덴서(1300)에서 냉매와 열교환되면서 흡열된 냉각수는 라디에이터(RAD)와 열교환하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 제1전자식팽창밸브(1910)는 완전 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급하고, 상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제4분기유로(QR4)가 분기되는 지점에 구비되는 제1개폐밸브(2010)는 상기 실외콘덴서(1400) 방향으로 개방되어 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 토출되는 냉매를 상기 실외콘덴서(1400)로 공급되게 한다.

상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매 중 일부는 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 상기 제1분기유로(QR1)로 이동되고 상기 제1분기유로(QR1) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점 후단에 구비되는 제2개폐밸브(2020)는 닫혀 상기 제1분기유로(QR1)로 이동되는 냉매가 제4유로(R4)로 합류되지 않도록 한다.

상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(1500)의 전단에 구비되는 솔레노이드팽창밸브(1920)와 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 제2전자식팽창밸브(1930)는 각각 열리면서 상기 제4유로(R4)를 통해 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매 및 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되는 냉매를 저온저압의 냉매로 팽창시키며, 제1전자식팽창밸브(1910)를 통해 수냉식콘덴서(1300)로 인입된 냉매와 열교환한 후 중온중간압의 냉매로 어큐뮬레이터(1700)로 공급되고, 상기 제4유로(R4)에서 분기되는 상기 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 통합팽창밸브(1940)의 토출구(1945) 및 토출슬릿(1945a)은 도 6에 도시된 바와 같이 닫혀 상기 바이패스유로(BR)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.

상기 증발기(1500)에서 토출되는 냉매는 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급되고, 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 냉매는 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 냉방을 수행한다.

따라서, 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 중간압력의 기체냉매를 상기 압축기(1100)의 흡입측으로 바이패스시켜 상기 압축기(1100)의 부하를 저감시킬 수 있다.

도 3을 참조하면, 난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 수냉식콘덴서(1300), 어큐뮬레이터(1700), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 낭방을 수행하게 된다. 난방모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 상기 냉각수라인(1800)의 제1냉각수라인(1810)을 통해 이동되는 냉매는 수냉식콘덴서(1300)에서 냉매와 열교환되면서 흡열된 냉각수는 냉각수바이패스라인(1813)을 통해 라디에이터(RAD)에서 열교환하지 않고 전력전자부품(미도시)과 열교환하게 된다.

상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제4분기유로(QR4)가 분기되는 지점에 구비되는 제1개폐밸브(2010)는 상기 어큐뮬레이터서(1700) 방향으로 개방되어 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 토출되는 냉매를 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급되게 한다.

상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 제1전자식팽창밸브(1910)와 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 제2전자식팽창밸브(1930)는 각각 열리면서 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시키게 되며, 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 냉매는 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 난방을 수행한다.

따라서, 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 냉매와 냉매의 열교환을 통해 중간압 제어가 가능하도록 하여 상기 압축기(1100)의 부하량을 저감시켜 상기 압축기(1100)의 소모동력을 최적화하여 차량의 주행거리 감소를 최소화시킬 수 있다.

도 4를 참조하면, 난방 제습모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 제1분기유로(QR1)와 제4유로(R4) 및 바이패스유로(BR)를 거쳐 증발기(1500), 어큐뮬레이터(1700), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내콘덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 수냉식콘덴서(1300), 어큐뮬레이터(1700), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다. 난방 제습모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 상기 냉각수라인(1800)의 제1냉각수라인(1810)을 통해 이동되는 냉매는 수냉식콘덴서(1300)에서 냉매와 열교환되면서 흡열된 냉각수는 냉각수바이패스라인(1813)을 통해 라디에이터(RAD)에서 열교환하지 않고 전력전자부품(미도시)과 열교환하게 된다.

상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매 중 일부는 상기 제2유로(R2)에서 분기되는 상기 제1분기유로(QR1)로 이동되고 상기 제1분기유로(QR1) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 분기되는 지점 후단에 구비되는 제2개폐밸브(2020)는 열려 상기 제1분기유로(QR1)로 이동되는 냉매가 제4유로(R4)로 합류 후 상기 제4유로(R4)로 이동되게 한다. 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 체크밸브(2030)는 동작하여 상기 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 제4유로(R4)로 합류된 냉매가 상기 실외콘덴서(1400) 방향으로 역류하는 것을 방지하게 된다.

상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 제1전자식팽창밸브(1910)와 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 제2전자식팽창밸브(1930)는 각각 열리면서 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되는 냉매와 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되는 냉매를 팽창시킨다.

따라서, 제1전자식팽창밸브(1910)를 통해 수냉식콘덴서(1300)로 인입된 냉매와 제2전자식팽창밸브(1930)를 통해 수냉식콘덴서(1300)로 인입된 냉매와 열교환한 후 중온중간압의 냉매를 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급한다.

상기 제4분기유로(QR4)를 통해 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 냉매는 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 난방을 수행한다.

상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(1500)의 전단에 구비되는 솔레노이드팽창밸브(1920)는 닫혀 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매가 상기 증발기(1500)로 공급되지 않도록 하고, 상기 제4유로(R4)에서 분기되는 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 통합팽창밸브(1940)는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 증발기(1500) 측으로 토출슬릿(1935a)이 개방 또는 토출구(1945)가 부분 개방되어 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 증발기(1500)로 공급된 냉매는 상기 제5유로(R5)를 통해 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급되고, 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 냉매는 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 난방 및 제습을 수행한다.

도 5를 참조하면, 냉방 배터리협조모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 수냉식콘덴서(1300), 실외콘덴서(1400), 증발기(1500), 어큐뮬레이터(1700), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내콘덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 제1분기유로(QR1), 제2분기유로(QR2)를 통해 수냉식콘덴서(1300)를 거친 후 어큐뮬레이터(1700), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.

냉방 배터리협조모드 시 냉각수의 흐름을 살펴보면, 상기 냉각수라인(1800)의 제1냉각수라인(1810)을 통해 이동되는 냉각수는 수냉식콘덴서(1300)에서 냉매와 열교환되면서 흡열된 냉각수는 라디에이터(RAD)와 열교환하게 되며, 상기 제1냉각수라인(1810)의 냉각수바이패스라인(1813)은 제2방향전환밸브(1812)가 라디에이터(RAD) 방향으로 열림에 따라 밀폐되고, 상기 냉각수라인의 제2냉각수라인(1820)을 통해 이동되는 냉각수는 배터리칠러(1600)에서 냉매와 열교환되면서 흡열된 냉각수는 배터리(미도시)와 열교환하게 된다.

상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(1500)의 전단에 구비되는 솔레노이드팽창밸브(1920)와 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 제2전자식팽창밸브(1930)는 각각 열리면서 상기 제4유로(R4)를 통해 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매 및 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되는 냉매를 저온저압의 냉매로 팽창시키고, 제1전자식팽창밸브(1910)를 통해 수냉식콘덴서(1300)로 인입된 냉매와 열교환한 뒤 중온중간압의 냉매로 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급되며, 상기 제4유로(R4)에서 분기되는 상기 바이패스유로(BR) 상에 구비되는 통합팽창밸브(1940)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 배터리칠러(1600) 측으로 토출슬릿(1945a)이 개방 또는 토출구(1945)가 부분 개방되어 상기 배터리칠러(1600)로 공급되는 냉매를 팽창시킨다.

상기 증발기(1500)와 배터리칠러(1600)에서 토출되는 냉매는 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급되고, 상기 어큐뮬레이터(1700)로 공급된 냉매는 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 냉방을 수행한다.

따라서, 기존의 고압과 저압으로 한정되어 있는 냉난방 시스템에 냉매와 냉매의 열교환을 통한 중간압 제어가 가능하도록 하여 압축기의 부하량을 저감시켜 압축기의 소모동력을 최적화하여 차량의 주행거리 감소를 최소화시킬 수 있으며, 냉방 시 과냉이 확보된 시스템 내에 별도의 분기유로를 추가하여 중간압력의 기체냉매를 압축기의 흡입측으로 바이패스시켜 압축기의 부하를 저감시킬 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 : 실내콘덴서 1300 : 수냉식콘덴서
1400 : 실외콘덴서 1500 : 증발기
1600 : 배터리칠러 1700 : 어큐뮬레이터
1800 : 냉각수라인 1810 : 제1냉각수라인
1820 : 제2냉각수라인 1830 : 제1방향전환밸브
1900 : 팽창밸브부 1910 : 제1전자식팽창밸브
1920 : 솔레노이드팽창밸브 1930 : 제2전자식팽창밸브
1940 : 통합팽창밸브 2000 : 개폐밸브부
2010 : 제1개폐밸브 2020 : 제2개폐밸브
2030 : 체크밸브 2100 : 제어부
2200 : 센서부

Claims

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 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉식콘덴서;
상기 수냉식콘덴서와 제3유로에 의해 연결되며, 상기 수냉식콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외콘덴서;
상기 실외콘덴서와 제4유로에 의해 연결되며, 상기 실외콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 증발기;
상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며, 냉방 배터리협조모드 시 배터리 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 배터리칠러;
상기 증발기와 제5유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제6유로에 의해 연결되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제1분기유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 제4분기유로를 통해 상기 실내콘덴서 또는 상기 수냉식콘덴서에서 공급되는 냉매, 상기 바이패스유로를 통해 상기 배터리칠러에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터;
상기 실외콘덴서와 인접하게 배치되는 라디에이터와 상기 수냉식콘덴서 및 상기 배터리칠러를 연결하여 냉각수를 순환시키는 제1냉각수라인과 제2냉각수라인을 포함하는 냉각수라인;
상기 제2유로 상, 상기 제4유로 상, 상기 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제2유로, 상기 제4유로, 상기 제2분기유로로 이동되는 냉매를 감압하며, 상기 바이패스유로 상에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제3분기유로가 상기 바이패스유로 상에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 팽창밸브부;
상기 제3유로에서 분기되어 상기 제2분기유로와 연결되는 제4분기유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점, 상기 제1분기유로 상에 구비되어 냉매의 흐름을 전환하고 제1분기유로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브부; 및
상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부의 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부의 개폐 및 동작과 상기 개폐밸브부의 개폐방향과 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 압축기와 인접한 상기 제6유로와 상기 실내콘덴서와 인접한 제1유로 상, 상기 실외콘덴서와 인접하게 구비되어 상기 제6유로와 제1유로로 이동되는 냉매의 압력과 온도 및 외기의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함하며,
상기 센서부는 상기 제어부와 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 어큐뮬레이터의 내부에는 액상의 냉매를 기화시키는 탄소방열복합소재의 발열체가 구비되며, 상기 발열체에 의해 상기 압축기로 공급되는 냉매의 과열도가 증대되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 수냉식콘덴서의 내부 열교환 방식은 냉매와 냉각수의 열교환 영역과 냉매와 냉매 간의 열교환 영역을 동시에 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 냉각수라인은,
상기 라디에이터와 상기 수냉식콘덴서를 연결하는 제1냉각수라인과,
상기 제1냉각수라인과 연결되며 상기 배터리칠러와 차량의 배터리를 연결하는 제2냉각수라인을 포함하며,
상기 제1냉각수라인과 상기 제2냉각수라인이 연결되는 지점에는 제1방향전환밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 제1냉각수라인은,
상기 냉각수라인으로 순환되는 냉각수가 저장되는 리저버탱크와,
상기 제1냉각수라인 상에 구비되며 상기 제1냉각수라인으로 순환되는 냉각수의 흐름방향을 전환하는 제2방향전환밸브와,
상기 제2방향전환밸브와 연결되는 냉각수바이패스라인과,
상기 리저버탱크에 저장된 냉각수를 상기 제1냉각수라인으로 순환시키는 제1펌프를 포함하며,
상기 제2냉각수라인 상에는 상기 리저버탱크에 저장된 냉각수를 상기 제2냉각수라인으로 순환시키는 제2펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 팽창밸브부는,
상기 제2유로 상에서 상기 수냉식콘덴서의 전단에 구비되며 난방모드, 난방 제습모드 시 상기 실내콘덴서에서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와,
상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제4유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와,
상기 제2분기유로 상에서 상기 수냉식콘덴서의 전단에 구비되며 냉방모드, 난방모드, 난방 제습모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제2분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브와,
상기 바이패스유로에서 상기 제3분기유로가 분기되는 지점에 구비되며 난방 제습모드 시에는 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하면서 제3분기유로로 이동되게 냉매의 흐름방향을 전환하고, 냉방 배터리협조모드 시에는 상기 바이패스유로를 통해 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 통합팽창밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 통합팽창밸브는 3웨이밸브가 사용되고,
상기 통합팽창밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매가 주입되는 주입구와, 상기 배터리칠러 및 상기 증발기 측과 연결되는 토출구가 형성되고,
상기 토출구의 일측면에는 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 토출슬릿이 형성되는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 8에 있어서,
상기 주입구와 상기 토출구는 서로 연통되며 서로 직각되게 배치되고, 상기 토출구의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지며, 상기 토출슬릿이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 개폐밸브부는,
상기 제2분기유로와 연결되는 상기 제4분기유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로로 이동되는 냉매의 흐름을 전환하는 제1개폐밸브와,
상기 제1분기유로 상에 구비되어 상기 제1분기유로를 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브를 포함하며,
상기 제1개폐밸브는 3웨이밸브가 사용되고 상기 제2개폐밸브는 2웨이밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 개폐밸브부는,
상기 제4유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제4유로로 이동되는 냉매가 상기 실외콘덴서 방향으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
냉방모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방되고, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫히며,
상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방되고, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매 및 상기 제2분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 토출구 및 토출슬릿은 닫히고,
냉각수는 상기 냉각수라인의 제1냉각수라인으로 순환하고, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 밀폐되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
난방모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 어큐뮬레이터 방향으로 개방되고, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫히며,
상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시키고,
냉각수는 냉각수라인의 제1냉각수라인으로 순환하며, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 개방되어 상기 라디에이터로 냉각수가 순환하지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
난방 제습모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 어큐뮬레이터 방향으로 개방되며, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 열리고, 상기 제4유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 체크밸브는 동작하며,
상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫히고, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부는 상기 증발기 측으로 토출슬릿이 개방 또는 토출구가 부분 개방되어 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키며,
냉각수는 냉각수라인의 제1냉각수라인으로 순환하고, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 개방되어 상기 라디에이터로 냉각수가 순환하지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
청구항 2에 있어서,
냉방 배터리협조모드 시, 상기 제3유로 상에서 상기 제4분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방되고, 상기 제1분기유로 상에서 상기 제2분기유로가 분기되는 지점 후단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 닫히며,
상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방되고, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브와 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브는 각각 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매 및 상기 제2분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 바이패스유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부는 상기 배터리칠러 측으로 토출슬릿이 개방 또는 토출구가 부분 개방되어 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시키며,
냉각수는 냉각수라인의 제1냉각수와 제2냉각수라인으로 순환하고, 상기 제1냉각수라인의 냉각수바이패스라인은 밀폐되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.