KR20230056996A - 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템 및 이에 사용되는 베이퍼 인젝션 모듈 - Google Patents

냉난방 베이퍼 인젝션 시스템 및 이에 사용되는 베이퍼 인젝션 모듈 Download PDF

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KR20230056996A
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liquid separator
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김성훈
김윤진
이성제
이해준
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한온시스템 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기, 압축된 냉매가 유입되어 분기되는 제1 분기부, 상기 제1 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 응축기와 제1 팽창밸브가 배치되는 제1 냉매라인, 상기 제1 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 실내기와 제2 팽창밸브가 배치되는 제2 냉매라인, 상기 제1 냉매라인 또는 제2 냉매라인을 통과하는 냉매가 유입되는 기액분리기 및 상기 기액분리기를 통과한 냉매가 유입되는 제2 분기부를 포함하며, 상기 기액분리기는 액상의 냉매를 상기 제2 분기부로 이동시며, 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동시키는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템을 제공한다.

Description

냉난방 베이퍼 인젝션 시스템 및 이에 사용되는 베이퍼 인젝션 모듈{Cooling and heating vapor injection system and vapor injection modules used for it}
실시예는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템 및 이를 이용하는 베이퍼 인젝션 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 별도의 방향 전환 밸브 없이 1개의 기액분리기를 이용하여 냉난방 시스템을 구현하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템 및 이를 이용하는 베이퍼 인젝션 모듈에 관한 것이다.
환경 친화적인 산업 발전 및 화석원료를 대체하는 에너지원의 개발 기조아래, 근래 자동차 산업에서 가장 주목받는 분야는 전기자동차와 하이브리드 자동차가 있다. 이들 전기자동차와 하이브리드 자동차에는 배터리가 장착되어 구동력을 제공하는데, 주행 운전뿐만 아니라 냉난방 시에도 배터리를 이용한다.
배터리를 이용하여 구동력을 제공하는 차량에서, 냉난방 시 배터리가 열원으로 사용된다는 것은 그만큼 주행거리가 감소된다는 것을 의미하는데, 위 문제를 극복하기 위하여 종래부터 가정용 냉난방장치로 널리 활용된 히트펌프 시스템을 자동차에 적용하는 방법이 제안되었다.
참고로 히트펌프란 저온의 열을 흡수하여 흡수된 열을 고온으로 이동시키는 것을 말한다. 일 예로서의 히트펌프는 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하고 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하면서 액화되는 사이클을 가진다. 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용하면, 종래 일반적인 공조케이스에 부족한 열원을 확보할 수 있는 장점이 있다.
이러한 히트펌프 시스템에서는 냉난방의 성능을 증대하기 위해 베이퍼 인젝션 시스템을 사용하고 있다. 베이퍼 인젝션 시스템이란 냉난방을 위한 냉매 순환 시스템에서 기액분리기를 이용하여 기상냉매는 다시 압축기로 유입시키고, 액상의 냉매는 증발기 또는 칠러로 공급하는 구조를 구비하고 있다.
그러나, 이러한 베이퍼 인젝션 시스템을 이용하여 냉방 및 난방을 함께 수행하는 일본 공개공보 제2020-176824(선행문헌 1)를 참조하면, 실내기 후단에 분기점을 만들고 밸브를 이용하여 냉방 및 난방 모드로 변환을 수행하고 있다. 그러나, 선행문헌 1에서는 4개의 방향전환밸브가 필요한 구조이다.
또한, 미국 공개공보 제2020-0039323(선행문헌 2)를 참조하면, 난방과 냉방을 동시에 수행하는 베이퍼 인젝션 시스템의 경우 냉방과 난방을 동시에 수행하기 위해 복수의 방향전환밸브가 필요한 구조를 개시하고 있다.
이처럼 하나의 베이퍼 인젝션 시스템을 이용하여 냉방과 난방을 수행하는 시스템을 구현하기 위해서는 복수의 방향전환밸브가 필요하며, 이러한 구조는 시스템을 복잡하게 만드는 문제가 있다.
실시예는 최소한의 밸브를 사용하며 냉방과 난방이 동시에 가능한 베이퍼 인젝션 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예는, 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기; 압축된 냉매가 유입되어 분기되는 제1 분기부; 상기 제1 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 응축기와 제1 팽창밸브가 배치되는 제1 냉매라인; 상기 제1 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 실내기와 제2 팽창밸브가 배치되는 제2 냉매라인; 상기 제1 냉매라인 또는 제2 냉매라인을 통과하는 냉매가 유입되는 기액분리기; 및 상기 기액분리기를 통과한 냉매가 유입되는 제2 분기부;를 포함하며, 상기 기액분리기는 액상의 냉매를 상기 제2 분기부로 이동시며, 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며 제3 팽창밸브와 증발기가 배치되는 제3 냉매라인; 상기 제2 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 제4 팽창밸브와 칠러가 배치되는 제4 냉매라인; 및 상기 제3 냉매라인 또는 상기 제4 냉매라인의 냉매가 이동하는 냉매를 기액분리하여 상기 압축기로 기상의 냉매를 전달하는 어큐뮬레이터;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 압축기를 통과하는 냉매는 상기 제1 팽창밸브 또는 상기 제2 팽창밸브의 개폐를 통해 상기 제1 냉매라인 또는 상기 제2 냉매라인으로 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기액분리기에서 분리되어 상기 제2 분기부로 이동하는 액상의 냉매는 상기 제3 팽창밸브 또는 상기 제4 팽창밸브의 개폐를 통해 상기 제3 냉매라인 또는 상기 제4 냉매라인으로 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매가 압축기로 유입되는 제5 냉매라인에는 체크밸브가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 증발기와 상기 실내기는 공조케이스 내부에 배치되며, 상기 공조케이스 내부에는 PTC 히터가 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 난방모드의 경우, 상기 제1 팽창밸브는 패쇄되고, 상기 제2 팽창밸브가 개방되어 상기 압축기를 통과하는 냉매는 상기 제2 냉매라인을 따라 이동하여 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기를 통과한 액상의 냉매는 상기 제3 팽창밸브가 개방되고 상기 제4 팽창밸브가 폐쇄되어, 상기 제3 냉매라인을 따라 냉매가 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 냉방모드의 경우, 상기 제1 팽창밸브는 개방되고, 상기 제2 팽창밸브가 폐쇄방되어 상기 압축기를 통과하는 냉매는 상기 제1 냉매라인을 따라 이동하여 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기를 통과한 액상의 냉매는 상기 제3 팽창밸브가 폐쇄되고 상기 제4 팽창밸브가 개방되어, 상기 제4 냉매라인을 따라 냉매가 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 응축기는 공랭식 응축기 또는 수냉식 응축기가 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는 하나의 체크밸브 및 제1 내지 제4 팽창밸브가 배치되는 하우징; 상기 하우징과 마주보도록 배치되는 기액분리기; 제1 팽창밸브 및 제2 팽창밸브를 상기 기액분리기와 연결하는 제1 합류부; 제3 팽창밸브 및 제4 팽창밸브를 상기 기액분리기와 연결하는 제2 분기부; 및 상기 체크밸브와 상기 기액분리기를 연결하는 제5 냉매라인;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 합류부를 통해 상기 기액분리기로 유입되는 냉매는 상기 기액분리기 내부에서 기상의 냉매와 액상의 냉매로 분리되며, 분리된 상기 기상의 냉매는 상기 제5 냉매라인으로 이동하며, 분리된 상기 액상의 냉매는 상기 제2 분기부로 이동하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 난방모드의 경우, 상기 제1 팽창밸브가 개방되고 상기 제2 팽창밸브가 폐쇄되어 상기 제1 팽창밸브를 통과한 냉매가 상기 제1 합류부를 통해 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 상기 기상의 냉매는 상기 제5 냉매라인으로 이동하고, 상기 액상의 냉매는 제2 분기부로 이동하되, 상기 제3 팽창밸브는 폐쇄되고, 상기 제4 팽창밸브가 개방되어 상기 제2 분기부로 유입되는 상기 액상의 냉매는 제4 팽창밸브를 통과하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 냉방모드의 경우, 상기 제1 팽창밸브가 폐쇄되고 상기 제2 팽창밸브가 개방되어 상기 제2 팽창밸브를 통과한 냉매가 상기 제1 합류부를 통해 상기 기액분리기로 유입되며, 상기 기액분리기에서 분리된 상기 기상의 냉매는 상기 제5 냉매라인으로 이동하고, 상기 액상의 냉매는 제2 분기부로 이동하되, 상기 제3 팽창밸브는 개방되고, 상기 제4 팽창밸브가 폐쇄되어 상기 제2 분기부로 유입되는 상기 액상의 냉매는 제3 팽창밸브를 통과하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 1회 비용 투입으로 냉방과 난방 베이퍼 인젝션 기술을 사용하는 효과가 있다.
또한, 하나의 베이퍼 인젝션 시스템으로 냉방과 난방을 수행하기 위한 밸브의 수를 최소화하여 비용을 절감하고 시스템의 구조를 단순화하는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템의 구조도를 나타내는 도면이고,
도 2는 도 1에서 냉방모드시의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이고,
도 3은 도 1에서 난방모드시의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 모듈의 구조를 나타내는 도면이고,
도 5는 도 4에 나타나는 베이퍼 인젝션 모듈이 도 1의 시스템에서 위치를 나타내는 도면이고,
도 6은 도 4의 난방모드시 냉매의 흐름을 나타내는 도면이고,
도 7은 도 4의 냉방모드시 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 7은, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템의 구조도를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템은 압축기(100), 제1 냉매라인(100), 제2 냉매라인(300), 기액분리기(400), 제3 냉매라인(500), 제4 냉매라인(600) 및 어큐뮬레이터(700)를 포함할 수 있다.
압축기(100)는 냉매를 압축하여 순환시킬 수 있다. 압축기(100)는 엔진(내연기관) 또는 모터 등으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 제1 분기부(110) 측에 배출하게 된다.
제1 분기부(110)는 압축기(100)로부터 압축된 냉매가 유입되어 분기될 수 있다. 제1 분기부(110)로 이동하는 냉매는 제1 분기부(110)에서 제1 냉매라인(100)과 제2 냉매라인(300)으로 분리되어 유입될 수 있다. 이때, 제1 냉매라인(100)과 제2 냉매라인(300)으로 냉매의 이동은 각 냉매라인에 배치되는 팽창밸브의 개폐 여부를 통해 제어될 수 있다.
제1 냉매라인(100)은 제1 분기부(110)에서 분기된 냉매가 이동하며, 웅축기와 제1 팽창밸브(220)가 배치될 수 있다.
응축기(210)는 압축기(100)를 통해 압축된 냉매를 응축할 수 있다. 응축기(210)는 공랭식 응축기(210)와 수냉식 응축기(210)가 사용될 수 있다. 수냉식 응축기(210)가 사용되는 경우, 차량의 냉각수 순환라인을 이동하는 냉각수와 열교환이 이뤄져 응축이 진행될 수 있다.
제1 팽창밸브(220)는 응축기(210)의 출구측에 배치되어 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다.
제2 냉매라인(300)은 제1 분기부(110)에서 분기된 냉매가 이동하며, 실내기(310)와 제2 팽창밸브(320)가 배치될 수 있다.
실내기(310)는 챠량의 실내에 배치된 공조 케이스(800) 내에 구비될 수 있으며, 실내기(310)는 압축기(100)에서 토출된 냉매를 송풍되는 공기와 열교환시켜 냉매에서 방열되는 열을 이용해 실내를 난방하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 차량의 공조 케이스(800) 내부에는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터가 배치될 수 있다. PTC 히터(810)는 실내기(310)와 함께 공조 케이스(800) 내부에 배치되어 공기를 가열하는 수단으로 사용되며, 실내기(310)로 차량공조에 필요한 온도가 충족되지 않는 경우 이를 보완하는 수단으로 사용될 수 있다.
제2 팽창밸브(320)는 실내기(310)의 출구측에 배치되어 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다.
제1 팽창밸브(220)와 제2 팽창밸브(320)는 공조 모드에 따라 개폐될 수 있으며, 냉매의 이동라인을 제어할 수 있다.
압축기(100)를 통과하는 냉매는 제1 팽창밸브(220) 또는 제2 팽창밸브(320)를 지나며 감압 팽창하여 제1 분기부(110)로 이동할 수 있다.
기액분리기(400)는 제1 분기부(110)를 통과한 냉매를 기상과 액상의 냉매로 분리하고 분리된 냉매 중 액상의 냉배를 제2 분기부(450)로 이동시키며, 기생의 냉매는 압축기(100)로 재유입시킬 수 있다.
기액분리기(400)는 냉매가 냉매라인을 순환하여 압축기(100)로 유입되기 전에 배치되는 어큐뮬레이터(700)와 같이 냉매를 기상과 액상으로 구분하는 역할을 수행한다. 다만, 어큐뮬레이터(700)는 압축기(100)에 기상의 냉매를 공급하나, 기액분리기(400)는 분리된 액상냉매가 그대로 흘러가도록 하는 점에서 차이점이 존재한다.
기액분리기(400)에서 분리된 기상의 냉매가 압축기(100)로 재유입되는 제5 냉매라인(410)에는 체크밸브(411)가 구비될 수 있다.
제5 냉매라인(410)에 배치되는 체크밸브(411)는 필요에 따라 제5 냉매라인(410)을 이동하는 기상의 냉매의 이동을 제어할 수 있다.
제2 분기부(450)는 기액분리기(400)를 통과한 액상의 냉매가 이동하며, 제2 분기부(450)에서는 제3 냉매라인(500)과 제4 냉매라인(600)이 분기될 수 있다.
제3 냉매라인(500)은 기액분리기(400)에서 분리된 액상의 냉매가 이동하며, 제3 팽창밸브(510)와 증발기(520)가 배치될 수 있다.
제3 팽창밸브(510)는 증발기(520)의 입구측에 배치되며, 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다.
증발기(520)는 실내기(310)와 함께 공조 케이스(800) 내부에 배치되어 차량 실내의 냉난방을 수행할 수 있다. 증발기(520)는 제3 팽창밸브(510)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 공급되고, 블로어를 통해 공조 케이스(800) 내부를 유동하는 공기가 증발기(520)를 통과하는 과정에서 증발기(520) 내부의 저온 저압의 냉매와 열교환을 하여 냉풍으로 바뀐뒤, 차량의 실내로 토출되어 차 실내를 냉방하게 된다.
제4 냉매라인(600)은 기액분리기(400)에서 분리된 액상의 냉매가 이동하며, 제4 팽창밸브(610)와 칠러(620)가 배치될 수 있다.
제4 팽창밸브(610)는 칠러(620)의 입구측에 배치되며, 냉매의 팽창, 유량 제어 및 개폐기능을 수행할 수 있다.
칠러(620)는 제4 팽창밸브(610)에서 배출된 저온 저압의 냉매가 공급되어 차량용 공조 시스템의 냉각수 라인을 이동하는 냉각수와 열교환이 진행될 수 있다. 칠러(620)를 통과하면서 냉각된 냉각수는 차량의 배터리와 같은 발열부품을 냉각시킬 수 있다.
어큐뮬레이터(700)는 압축기(100)의 입구 측 냉매 순환라인상에 설치되어 증발기(520) 및/또는 칠러(620)를 경유한 냉매가 합류되며, 냉매 중 액상 냉매와 기상 냉매를 분리하여 기상 냉매만 압축기(100)로 공급하며, 잉여 냉매를 저장할 수 있다. 어큐뮬레이터(700)의 기상 냉매 출구에는 압축기(100)의 흡입포트가 연결되어 있으며, 이를 통해 압축기(100)에 액상의 냉매가 흡입되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 도 1에서 냉방모드시의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 냉방모드시 냉매 순환라인에서 압축기(100)가 작동하여 압축기(100)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 압축기(100)에서 토출된 냉매는 제1 분기부(110)로 이동하게 된다.
냉방모드에서는 제1 팽창밸브(220)가 개방되고, 제2 팽창밸브(320)가 폐쇄되어 압축기(100)에서 토출되는 냉매는 제1 냉매라인(100)을 따라 이동하게 된다. 압축기(100)에서 토출된 냉매는 응축기(210)로 유입되고, 응축기(210)를 통과하면서 응축된 냉매는 제1 팽창밸브(220)를 통과하면서 1차로 팽창감압되어 이동하게 된다.
이후, 제1 합류부(330)를 통과하는 냉매는 기액분리기(400)로 유입되며, 기액분리기(400)에서 분리된 액상의 냉매는 제2 분기부(450)로 이동하며, 기상의 냉매는 압축기(100)로 재유입될 수 있다.
제2 분기부(450)를 통과하는 액상의 냉매는 제3 팽창밸브(510)가 개방되고, 제4 팽창밸브(610)가 폐쇄되어 제3 냉매라인(500)을 따라 이동하게 된다.
제3 팽창밸브(510)를 따라 이동하면서 2차로 팽창 감압되어 이동하게 되며, 팽창감압된 냉매가 증발기(520)를 거치면서 공조 케이스(800)의 송풍기(미도시)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 냉매가 증발하면서 공기가 냉각되며, 냉각된 공기는 차량의 실내로 공급되어 차량 실내 냉방이 이뤄진다.
그리고, 증발기(520)에서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(700)를 거쳐 다시 압축기(100)로 유입된다.
또한, 냉방모드의 경우 제4 팽창밸브(610)가 제3 팽창밸브(510)와 함께 개방되는 경우가 존재할 수 있다. 이 경우, 제4 팽창밸브(610)를 통과하면서 팽창된 냉매는 칠러(620)를 거치면서 냉각수와 열교환되어 냉매가 증발하면서 냉각수가 냉각될 수 있다. 그리고 칠러(620)에서 증발된 냉매는 제2 합류부(650)를 거쳐 어큐뮬레이터(700)를 거쳐 다시 압축기(100)로 유입되어 순환될 수 있다.
도 3은 도 1에서 난방모드시의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 난방모드시 냉매 순환라인에서 압축기(100)가 작동하여 압축기(100)에서 고온고압의 냉매가 토출된다. 압축기(100)에서 토출된 냉매는 제1 분기부(110)로 이동하게 된다.
난방모드에서는 제1 팽창밸브(220)가 폐쇄되고, 제2 팽창밸브(320)가 개방되어 압축기(100)에서 토출되는 냉매는 제2 냉매라인(300)을 따라 이동하게 된다. 압축기(100)에서 토출된 냉매는 실내기(310)로 유입되고, 실내기(310)를 통과하는 냉매는 공조 케이스(800)의 송풍기(미도시)에 의해 송풍되는 공기와 열교환되어 가열되며, 가열된 공기는 차량의 실내로 공급되어 차량 실내 냉방이 이뤄진다.
이때, 실내기(310)와 열교환을 한 공조풍이 필요로 하는 온도가 실내기(310)로 충족되지 못하는 경우, PTC 히터(810)가 가동되어 필요로하는 온도로 승온되어 차량 내부로 공급될 수 있다.
이후, 제2 팽창밸브(320)를 통과하면 1차적으로 팽창된 냉매는 기액분리기(400)로 유입되며, 기액분리기(400)에서 분리된 액상의 냉매는 제2 분기부(450)로 이동하며, 기상의 냉매는 압축기(100)로 재유입될 수 있다.
제2 분기부(450)를 통과하는 액상의 냉매는 제3 팽창밸브(510)가 폐쇄되고, 제4 팽창밸브(610)가 개방되어 제4 냉매라인(600)을 따라 이동하게 된다.
제4 팽창밸브(610)를 통과하면서 팽창된 냉매는 칠러(620)를 거치면서 냉각수와 열교환되어 냉매가 증발하면서 냉각수가 냉각될 수 있다. 그리고 칠러(620)에서 증발된 냉매는 제2 합류부(650)를 거쳐 어큐뮬레이터(700)를 거쳐 다시 압축기(100)로 유입되어 순환될 수 있다.
이러한 본원발명의 실시예는 난방용 흡열장치로 실외기를 사용하지 않음으로써 냉방 및 난방에서 응축기(210) 후당의 위치를 통일시키고 있으며, 이를 통해 별도의 방향 전환 밸브의 사용없이 하나의 기액분리기(400)를 이용하여 냉난방 시스템을 구현할 수 있다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 모듈(1000)을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 모듈(1000)의 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4에 나타나는 베이퍼 인젝션 모듈(1000)이 도 1의 시스템에서 위치를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 4의 난방모드시 냉매의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 7은 도 4의 냉방모드시 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 7의 설명에 있어서, 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베이퍼 인젝션 모듈(1000)은 하우징(1100), 기액분리기(400), 제1 합류부(330), 제2 분기부(450) 및 제5 냉매라인(410)을 포함할 수 있다.
하우징(1100)은 하나의 체크밸브(411) 및 제1 내지 제4 팽창밸브(610)가 배치되는 공간을 제공할 수 있다. 일실시예로, 하우징(1100)은 사각기둥의 형상으로 구비될 수 있으며, 체크밸브(411)와 제1 내지 제4 팽창밸브(610)가 길이방향으로 배치될 수 있다. 이러한 길이방향의 배치구조는 체크밸브(411)와 제1 내지 제4 팽창밸브(610)가 거쳐가는 기액분리기(400)와의 연통을 위한 구조로 공간 활용을 최대화할 수 있다.
하우징(1100) 내부에 배치되는 제1 내지 제4 팽창밸브(610)는 유입되는 냉매를 팽창하기 위한 다양한 공지의 팽창밸브 구조가 사용될 수 있다. 일실시예로, 제1 내지 제4 팽창밸브(610)는 볼밸브 구조가 사용될 수 있다.
기액분리기(400)는 하우징(1100)과 마주보도록 배치될 수 있다. 기액분리기(400)는 제1 팽창밸브(220) 및 제2 팽창밸브(320)를 통행 유입되는 냉매를 기상의 냉매와 액상의 냉매로 분리할 수 있다. 이러한 기액분리기(400)를 통해 분리되는 냉매의 원할한 이송을 위해 액상의 냉매가 이동하는 제3 팽창밸브(510) 및 제4 팽창밸브(610)는 기액분리기(400)의 하단과 연결될 수 있으며, 기상의 냉매가 이동하는 체크밸브(411)는 기액분리기(400)의 상단과 연결될 수 있으며, 제1 팽창밸브(220) 및 제2 팽창밸브(320)는 체크밸브(411)와 제3 팽창밸브(510) 및 제4 팽창밸브(610)사이에서 기액분리기(400)와 연결될 수 있다.
제1 합류부(330)는 기액분리기(400)의 중앙의 일영역에 배치되며, 제1 팽창밸브(220) 및 제2 팽창밸브(320)를 기액분리기(400)와 연결할 수 있다.
제1 합류부(330)는 제1 팽창밸브(220) 및 제2 팽창밸브(320)와 연결되며, 제1 팽창밸브(220) 및 제2 팽창밸브(320)의 개폐여부에 따라 제1 냉매라인(100) 또는 제2 냉매라인(300)을 이동하는 냉매를 기액분리기(400)로 유입시킬 수 있다.
제2 분기부(450)는 기액분리기(400)의 하단부, 즉 제1 합류부(330)의 하부에 배치될 수 있으며, 제3 팽창밸브(510) 및 제4 팽창밸브(610)를 기액분리기(400)와 연결할 수 있다.
제2 분기부(450)는 제3 팽창밸브(510) 및 제4 팽창밸브(610)의 개폐 여부에 따라 기액분리기(400)에서 분리된 액상의 냉매가 제3 냉매라인(500)이나 제4 냉매라인(600)으로 이동할 수 있다.
제5 냉매라인(410)은 기액분리기(400)의 상단부, 즉 제1 합류부(330)의 상부에 배치될 수 있으며, 체크밸브(411)와 냉매 이동통로를 연결할 수 있다. 제5 냉매라인(410)은 체크밸브(411)의 개폐여부에 따라 기액분리기(400)에서 분리된 기상의 냉매가 압축기(100)로 유입될 수 있다.
이러한 구조에서 흐름을 살펴보면, 제1 합류부(330)를 통해서 기액분리기(400)로 유입되는 냉매는 기액분리기(400) 내부에서 기상의 냉매와 액상의 냉매로 구분되며, 분리된 기상의 냉매는 제5 냉매라인(410)으로 이동하며, 분리된 액상의 냉매는 제2 분기부(450)로 이동하게 된다.
도 6을 참조하면, 난방모드의 경우 제1 팽창밸브(220)가 개방되고 제2 팽창밸브(320)가 폐쇄되어 제1 팽창밸브(220)를 통과한 냉매가 제1 합류부(330)를 통해 상기 기액분리기(400)로 유입되며, 기액분리기(400)에서 분리된 기상의 냉매는 제5 냉매라인(410)으로 이동한다. 이때, 액상의 냉매는 제2 분기부(450)로 이동하되, 제3 팽창밸브(510)는 폐쇄되고 제4 팽창밸브(610)가 개방되어 제2 분기부(450)로 유입되는 상기 액상의 냉매는 제4 팽창밸브(610)를 통과하여 제4 냉매라인(600)으로 이동하게 된다.
도 7을 참조하면, 냉방모드의 경우 제1 팽챙밸브가 폐쇄되고 상기 제2 팽창밸브(320)가 개방되어 제2 팽창밸브(320)를 통과한 냉매가 제1 합류부(330)를 통해 기액분리기(400)로 유입되며, 기액분리기(400)에서 분리된 기상의 냉매는 상기 제5 냉매라인(410)으로 이동한다. 이때, 액상의 냉매는 제2 분기부(450)로 이동하되, 제3 팽창밸브(510)는 개방되고 제4 팽창밸브(610)가 폐쇄되어 제2 분기부(450)로 유입되는 액상의 냉매는 제3 팽창밸브(510)를 통과하여 제3 냉매라인(500)으로 이동하게 된다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 압축기
110 : 제1 분기부
200 : 제1 냉매라인
210 : 응축기
220 : 제1 팽창밸브
300 : 제2 냉매라인
310 : 실내기
320 : 제2 팽창밸브
330 : 제1 합류부
400 : 기액분리기
410 : 제5 냉매라인
411 : 체크밸브
450 : 제2 분기부
500 : 제3 냉매라인
510 : 제3 팽창밸브
520 : 증발기
600 : 제4 냉매라인
610 : 제4 팽창밸브
620 : 칠러
650 : 제2 합류부
700 : 어큐뮬레이터
800 : 공조 케이스
810 : PTC 히터
1000 : 베이퍼 인젝션 모듈
1100 : 하우징

Claims (13)

  1. 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기;
    압축된 냉매가 유입되어 분기되는 제1 분기부;
    상기 제1 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 응축기와 제1 팽창밸브가 배치되는 제1 냉매라인;
    상기 제1 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 실내기와 제2 팽창밸브가 배치되는 제2 냉매라인;
    상기 제1 냉매라인 또는 제2 냉매라인을 통과하는 냉매가 유입되는 기액분리기; 및
    상기 기액분리기를 통과한 냉매가 유입되는 제2 분기부;
    를 포함하며,
    상기 기액분리기는 액상의 냉매를 상기 제2 분기부로 이동시며, 기상의 냉매는 상기 압축기로 이동시키는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며 제3 팽창밸브와 증발기가 배치되는 제3 냉매라인;
    상기 제2 분기부에서 분기되어 냉매가 이동하며, 제4 팽창밸브와 칠러가 배치되는 제4 냉매라인; 및
    상기 제3 냉매라인 또는 상기 제4 냉매라인의 냉매가 이동하는 냉매를 기액분리하여 상기 압축기로 기상의 냉매를 전달하는 어큐뮬레이터;
    를 더 포함하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 압축기를 통과하는 냉매는 상기 제1 팽창밸브 또는 상기 제2 팽창밸브의 개폐를 통해 상기 제1 냉매라인 또는 상기 제2 냉매라인으로 이동하는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리되어 상기 제2 분기부로 이동하는 액상의 냉매는 상기 제3 팽창밸브 또는 상기 제4 팽창밸브의 개폐를 통해 상기 제3 냉매라인 또는 상기 제4 냉매라인으로 이동하는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 기액분리기에서 분리된 기상의 냉매가 압축기로 유입되는 제5 냉매라인에는 체크밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 증발기와 상기 실내기는 공조케이스 내부에 배치되며,
    상기 공조케이스 내부에는 PTC 히터가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  7. 제2 항에 있어서,
    난방모드의 경우,
    상기 제1 팽창밸브는 패쇄되고, 상기 제2 팽창밸브가 개방되어 상기 압축기를 통과하는 냉매는 상기 제2 냉매라인을 따라 이동하여 상기 기액분리기로 유입되며,
    상기 기액분리기를 통과한 액상의 냉매는 상기 제3 팽창밸브가 개방되고 상기 제4 팽창밸브가 폐쇄되어, 상기 제3 냉매라인을 따라 냉매가 이동하는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  8. 제2 항에 있어서,
    냉방모드의 경우,
    상기 제1 팽창밸브는 개방되고, 상기 제2 팽창밸브가 폐쇄방되어 상기 압축기를 통과하는 냉매는 상기 제1 냉매라인을 따라 이동하여 상기 기액분리기로 유입되며,
    상기 기액분리기를 통과한 액상의 냉매는 상기 제3 팽창밸브가 폐쇄되고 상기 제4 팽창밸브가 개방되어, 상기 제4 냉매라인을 따라 냉매가 이동하는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 응축기는 공랭식 응축기 또는 수냉식 응축기가 사용되는 것을 특징으로 하는 냉난방 베이퍼 인젝션 시스템.
  10. 하나의 체크밸브 및 제1 내지 제4 팽창밸브가 배치되는 하우징;
    상기 하우징과 마주보도록 배치되는 기액분리기;
    제1 팽창밸브 및 제2 팽창밸브를 상기 기액분리기와 연결하는 제1 합류부;
    제3 팽창밸브 및 제4 팽창밸브를 상기 기액분리기와 연결하는 제2 분기부; 및
    상기 체크밸브와 상기 기액분리기를 연결하는 제5 냉매라인;
    를 포함하는 베이퍼 인젝션 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 합류부를 통해 상기 기액분리기로 유입되는 냉매는 상기 기액분리기 내부에서 기상의 냉매와 액상의 냉매로 분리되며,
    분리된 상기 기상의 냉매는 상기 제5 냉매라인으로 이동하며,
    분리된 상기 액상의 냉매는 상기 제2 분기부로 이동하는 것을 특징으로 하는 베이퍼 인젝션 모듈.
  12. 제11 항에 있어서,
    난방모드의 경우,
    상기 제1 팽창밸브가 개방되고 상기 제2 팽창밸브가 폐쇄되어 상기 제1 팽창밸브를 통과한 냉매가 상기 제1 합류부를 통해 상기 기액분리기로 유입되며,
    상기 기액분리기에서 분리된 상기 기상의 냉매는 상기 제5 냉매라인으로 이동하고, 상기 액상의 냉매는 제2 분기부로 이동하되,
    상기 제3 팽창밸브는 폐쇄되고, 상기 제4 팽창밸브가 개방되어 상기 제2 분기부로 유입되는 상기 액상의 냉매는 제4 팽창밸브를 통과하는 것을 특징으로 하는 베이퍼 인젝션 모듈.
  13. 제11 항에 있어서,
    냉방모드의 경우,
    상기 제1 팽창밸브가 폐쇄되고 상기 제2 팽창밸브가 개방되어 상기 제2 팽창밸브를 통과한 냉매가 상기 제1 합류부를 통해 상기 기액분리기로 유입되며,
    상기 기액분리기에서 분리된 상기 기상의 냉매는 상기 제5 냉매라인으로 이동하고, 상기 액상의 냉매는 제2 분기부로 이동하되,
    상기 제3 팽창밸브는 개방되고, 상기 제4 팽창밸브가 폐쇄되어 상기 제2 분기부로 유입되는 상기 액상의 냉매는 제3 팽창밸브를 통과하는 것을 특징으로 하는 베이퍼 인젝션 모듈.
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