KR20230066727A

KR20230066727A - 차량용 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR20230066727A
Application number: KR1020210152015A
Authority: KR
Inventors: 맹찬주; 강성호; 한규익
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2021-11-08
Filing date: 2021-11-08
Publication date: 2023-05-16

Abstract

증발기 크기 정도의 열교환기로 냉방, 난방, 제습 기능을 모두 구현 가능하고 온도 조절을 위한 템프도어 및 엑추에이터를 삭제 가능하며 엔진룸과 실내를 연결하는 배관을 2개만 필요로 하는 차량용 히트펌프 시스템이 개시된다. 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내부에 구비되어 차량 실내로 토출되는 공기와 열교환하는 실내열교환기와, 공조케이스 외부에 구비되어 외부 공기와 열교환하는 실외열교환기를 포함하며, 압축기에서 토출된 냉매의 흐름을 제어하여 상기 실내열교환기를 통해 차량 실내의 냉난방을 수행하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 실내열교환기는 공기케이스 내부의 공기통로상에 복수개의 열로 분리되어 구비되고, 상기 복수개의 실내열교환기 사이의 냉매라인에 제1 팽창밸브가 구비된다.

Description

차량용 히트펌프 시스템{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 템프도어를 삭제하고 실내열교환기를 통해 모드에 따라 냉난방을 구현할 수 있는 차량용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 실내 열교환기 측에서 실내 열교환기의 외부를 거치는 공기를 증발기의 내부에서 유동되는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어의 내부에서 유동되는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.

한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있다.

히트펌프 시스템은 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기 및 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브 등을 구비한다. 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방 모드가 가동될 경우에 실내 열교환기가 냉방용 열교환기의 기능을 수행하며, 난방 모드가 가동될 경우에는 실내 열교환기가 난방용 열교환기의 기능을 수행한다.

도 1을 참조하면, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 실내 열교환기(15)와, 보조 열교환기(11)와, 실외 열교환기(10)와, 사방향 밸브(20) 및 삼방향 밸브(30)를 포함한다.

실내 열교환기(10)는 차실내의 케이스(16) 내부에 배치되며 실내로 공급되는 공기와 열교환된다. 실내 열교환기(10)는 운전 모드에 따라 선택적으로 응축기 및 증발기 기능이 변환된다. 케이스(16) 내부에는 공기 유동 방향으로 실내 열교환기(10)의 하류에 보조 열교환기(11)가 구비된다.

보조 열교환기(11)는 실내 열교환기(10)가 응축기로 작동할 때 증발기로 작동하며 실내 열교환기(10)가 증발기로 작동할 때 응축기로 작동한다. 실외 열교환기(10)는 실외 공기와 열교환하며, 실내 열교환기(10)를 통과한 냉매는 선택적으로 역 사이클 순환 가능하도록 제어되는 사방향 밸브(20)를 통과한다. 사방향 밸브(20)를 통과한 냉매는 선택적으로 보조 열교환기(11)로 분지되어 유동할 수 있도록 삼방향 밸브(30)가 구비된다.

차량용 히트펌프 시스템은 제1 라인(1), 제2 라인(2) 및 제3 라인(3)을 구비한다. 제1 라인(1)을 통해 사방향 밸브(20)를 통과한 냉매는 항시 사방향 밸브(20)로 재순환한다. 제1 라인(1)에는 냉매의 기액을 분리하는 어큐뮬레이터(32)와, 압축기(33)가 구비된다. 삼방향 밸브(30)는 제1 라인(1) 상에 설치되며, 제2 라인(2)은 삼방향 밸브(30)에 연결된다.

삼방향 밸브(30)를 지나는 냉매는 선택적으로 보조 열교환기(11)로 분지된다. 제3 라인(3)은 보조 열교환기(11)를 통과한 냉매가 어큐뮬레이터(32)로 공급될 수 있도록 한다. 제3 라인(3)에는 보조 열교환기(11)를 통과한 냉매가 어큐뮬레이터(32)에 연결될 수 있도록 연결구(31)가 구비된다. 실내 열교환기(15)와 실외 열교환기(10) 사이에는 교축작용을 하는 팽창밸브(12)가 구비된다.

냉방 모드 시, 압축기(33)에서 토출된 냉매는 사방향 밸브(20)를 지나 실외 열교환기(10)를 통과하면서 응축되고, 팽창밸브(12)를 지나면서 팽창한 후 실내 열교환기(15)를 통과하면서 증발한다. 이후에, 냉매는 사방향 밸브(20)를 지나고 삼방향 밸브(30)를 지나 보조 열교환기(11)를 통과한 후 압축기(33)를 순환한다.

난방 모드 시, 압축기(33)에서 토출된 냉매는 사방향 밸브(20)를 지나 실내 열교환기(15)를 통과하면서 응축되고, 팽창밸브(12)를 지나면서 팽창한 후 실외 열교환기(10)를 통과하면서 증발한다. 이후에, 냉매는 사방향 밸브(20)를 지나고 삼방향 밸브(30)를 지나 압축기(33)를 순환한다. 이 경우, 삼방향 밸브(30)를 지나는 냉매는 보조 열교환기(11)를 바이패스한다.

제습 모드 시, 압축기(33)에서 토출된 냉매는 사방향 밸브(20)를 지나 실내 열교환기(15)를 통과하면서 응축되고, 팽창밸브(12)를 지나면서 팽창한 후 실외 열교환기(10)를 통과하면서 증발한다. 이후에, 냉매는 사방향 밸브(20)를 지나고 삼방향 밸브(30)를 지나 보조 열교환기(11)를 통과하면서 증발한 후, 압축기(33)를 순환한다.

종래의 차량용 히트펌프 시스템은 실내 열교환기(15) 및 보조 열교환기(11)가 케이스(16) 내부에 배치되어야 한다. 이로 인해, 증발기 및 히터코어가 설치되는 공조장치와 비교하여 동등 수준으로 중량 및 패키지가 증가할 수밖에 없다. 또한, 난방 모드 시 보조 열교환기는 사용되지 않아 공간만 차지할 뿐 공조 성능을 향상시키지 못한다.

아울러, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 실내 열교환기의 유입용 파이프 및 배출용 파이프 그리고 보조 열교환의 유입용 파이프 및 배출용 파이프를 필요로 한다. 결국, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 차량의 엔진룸과 실내를 연결하는 총 4개의 배관을 필요로 한다.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 증발기 크기 정도의 열교환기로 냉방, 난방, 제습 기능을 모두 구현 가능하고 온도 조절을 위한 템프도어 및 엑추에이터를 삭제 가능하며 엔진룸과 실내를 연결하는 배관을 2개만 필요로 하는 차량용 히트펌프 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내부에 구비되어 차량 실내로 토출되는 공기와 열교환하는 실내열교환기와, 공조케이스 외부에 구비되어 외부 공기와 열교환하는 실외열교환기를 포함하며, 압축기에서 토출된 냉매의 흐름을 제어하여 상기 실내열교환기를 통해 차량 실내의 냉난방을 수행하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 실내열교환기는 공기케이스 내부의 공기통로상에 복수개의 열로 분리되어 구비되고, 상기 복수개의 실내열교환기 사이의 냉매라인에 제1 팽창밸브가 구비된다.

상기 실내열교환기는 공기 유동 방향으로 순차로 배치된 제1 실내열교환기 및 제2 실내열교환기로 구성되고, 상기 제1 실내열교환기와 제2 실내열교환기는 냉매라인 상에 직렬로 연결된다.

상기 제1 팽창밸브는 실내열교환기에 별도로 부착되거나 실내열교환기 내에 통합 설치된다.

상기 제1 팽창밸브는 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 바이패스시키는 기능을 선택적으로 수행하도록 구성된다.

또한, 엔진룸과 상기 공조케이스 내부를 연결하는 배관은, 복수개의 실내열교환기 중 하나에 연결되는 제1 배관과 다른 하나의 실내열교환기에 연결되는 제2 배관으로 구성되어 총 2개로 이루어진다.

아울러, 냉매 유동 방향으로 압축기의 하류에 압축기에서 토출된 냉매를 실외열교환기 또는 제1 실내열교환기로 선택적으로 유동시키는 제1 방향전환밸브를 구비하고, 냉매 유동 방향으로 실외열교환기의 하류에 실외열교환기를 통과한 냉매를 압축기 또는 제2 실내열교환기로 선택적으로 유동시키는 제2 방향전환밸브를 구비한다.

또한, 냉매 유동 방향으로 실외열교환기의 하류에 배치됨과 아울러 실외열교환기와 제2 실내열교환기 사이에 배치되며, 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 바이패스시키는 기능 또는 냉매를 차단하는 기능을 선택적으로 수행하는 제2 팽창밸브가 구비된다.

아울러, 냉매 유동 방향으로 실외열교환기의 상류에 배치됨과 아울러 제2 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 배치되며, 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 차단하는 기능을 선택적으로 수행하는 제3 팽창밸브가 구비된다.

냉방 모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브, 실외열교환기를 지나고 제2 팽창밸브에서 팽창한 후 제2 실내열교환기에서 증발하며 제1 팽창밸브를 바이패스하여 제1 실내열교환기에서 증발한 후 제2 방향전환밸브를 지나 압축기로 순환한다.

난방 모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브를 지나 제1 실내열교환기에서 응축하며 제1 팽창밸브를 바이패스하여 제2 실내열교환기에서 응축한 후 제3 팽창밸브에서 팽창하고 실외열교환기를 지나고 제2 방향전환밸브를 지나 압축기로 순환한다.

제습 모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브, 실외열교환기를 지나고 제2 팽창밸브를 바이패스하여 제2 실내열교환기에서 응축한 후 제1 팽창밸브에서 팽창하며 제1 실내열교환기에서 증발한 후 제2 방향전환밸브를 지나 압축기로 순환한다.

또한, 냉방 모드 시, 냉매는 제2 실내열교환기로 유입되고 제1 실내열교환기로 유동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 난방 모드 시, 냉매는 제1 실내열교환기로 유입되고 제2 실내열교환기로 유동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 제습 모드 시, 냉매는 제2 실내열교환기로 유입되고 제1 실내열교환기로 유동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 2등분된 하나의 실내열교환기를 구비함으로써, 종래의 증발기 사이즈의 열교환기로 냉방, 난방 및 제습 기능을 모두 구현 가능하다. 또한, 종래의 온도조절을 위한 온도조절도어 및 액추에이터 등을 삭제 가능하여 부품 구성이 단순해지고 중량과 원가를 절감할 수 있다.

아울러, 차량용 히트펌프 시스템은 1,2열로 구성된 실내열교환기를 구비하되 1,2열을 분리 구성하고 그 사이에 EXV 형태의 전자식 팽창밸브를 구성함으로써, 냉방 모드, 난방 모드 및 제습 모드 등 모든 공조모드에서 실내 열교환기를 최대한 활용 가능하다.

또한, 1,2열로 구성된 하나의 실내열교환기를 구성하여 실질적으로 공조케이스 내부에는 냉매가 흐르는 열교환기가 1개만 존재하므로, 공조장치에 장착되는 열교환기와 엔진룸으로 연결되는 배관은 2개만 있으면 되기 때문에 배관을 단순화할 수 있다.

도 1은 종래의 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이며,
도 3은 도 2의 공조케이스 내부를 확대 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 냉방 모드를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 난방 모드를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제습 모드를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 공조케이스(59)와, 압축기(51)와, 실내열교환기(55)와, 실외열교환기(53)와, 제1 팽창밸브(61)와, 제1 방향전환밸브(52)와, 제2 방향전환밸브(63)와, 제2 팽창밸브(54)와, 제3 팽창밸브(62)를 포함하여 이루어진다. 냉매 유동 방향으로 압축기(51)의 상류에는 이를 통과하는 냉매의 기액을 분리하는 어큐뮬레이터(64)가 구비된다.

특히, 실내열교환기(55)는 제1 실내열교환기(56)와 제2 실내열교환기(57)로 구성되며, 제1 실내열교환기(56)와 제2 실내열교환기(57)는 냉매라인(60) 상에 직렬로 연결된다.

공조케이스(59)의 일측에는 내기 또는 외기를 흡입하여 차량 실내로 토출할 수 있도록 블로워가 구비되며, 공조케이스(59)의 내부 공기통로에 실내열교환기(55)가 구비된다. 공조케이스(59) 내에는 실내로 토출되는 공기의 온도조절을 위한 별도의 온도조절도어를 구비하지 않는다. 토출 공기의 온도조절 기능은 실내열교환기(55)만을 통해 달성된다.

공기 유동 방향으로 실내열교환기(55)의 하류에 전원의 인가에 따라 발열하는 PTC 등의 전열히터(58)가 구비될 수 있다. 전열히터(58)는 보조 열원으로 기능하는 것으로서, 난방 모드 시 실내열교환기(55)를 보조하여 추가적으로 공기를 가열한다. 전열히터(58)는 듀얼PTC로 구성되어 공조케이스(59)의 좌우로 구획된 공기통로에서 개별적으로 작동될 수 있다.

압축기(51)는 냉매를 흡입하여 압축한 후 고온 고압의 기체 상태로 토출한다. 압축기(51)로부터의 냉매라인은 제1 방향전환밸브(52)를 기점으로 제1 냉매라인(71)과 제2 냉매라인(73)으로 나뉘어진다. 제1 냉매라인(71)은 제1 방향전환밸브(52)로부터 실외열교환기(53), 제2 팽창밸브(54)를 통과하여 제2 실내열교환기(57)까지를 연결한다. 제2 냉매라인(73)은 제1 방향전환밸브(52)로부터 제1 실내열교환기(56)까지를 연결한다.

또한, 실외열교환기(53)와 제2 실내열교환기(57) 사이에 제3 냉매라인(74) 및 제4 냉매라인(75)이 구비된다. 제3 냉매라인(74)은 제1 냉매라인(71)과 제2 실내열교환기(57)의 연결부위로부터 제1 방향전환밸브(52)와 실외열교환기(53) 사이의 제1 냉매라인(71)까지를 연결한다. 아울러, 제4 냉매라인(75)은 실외열교환기(53)와 제2 팽창밸브(54) 사이의 제1 냉매라인(71)에서 분기되어 제2 방향전환밸브(63)에 연결된다.

실내열교환기(55)는 공조케이스(59) 내부에 구비되어 차량 실내로 토출되는 공기와 열교환한다. 실내열교환기(55)는 공기를 냉각하는 냉방용 열교환기 또는 공기를 가열하는 난방용 열교환기로 기능한다. 아울러, 실외열교환기(53)는 공조케이스(59) 외부에 구비되어 외부 공기와 열교환하는 것으로서, 차량 전방 등에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 압축기(51)에서 토출된 냉매의 흐름을 제어하여, 실내열교환기(55)를 통해 차량 실내의 냉난방을 수행한다. 이 경우, 실내열교환기(55)는 공기케이스(59) 내부의 공기통로상에 복수개의 열로 분리되어 구비된다. 아울러, 복수개의 실내열교환기(56,57) 사이의 냉매라인(60)에 제1 팽창밸브(61)가 구비된다.

실내열교환기(55)는 제1 실내열교환기(56) 및 제2 실내열교환기(57)로 구성되며, 제1 실내열교환기(56) 및 제2 실내열교환기(57)는 공기 유동 방향으로 순차로 배치된다. 블로워를 통해 송풍되는 공조케이스(59) 내의 공기는 제1 실내열교환기(56), 제2 실내열교환기(57), 전열히터(58)를 순서대로 통과한 후 차량 실내로 토출된다.

제1 팽창밸브(61)는 전자식 팽창밸브(EXV: Electric Expansion Valve)로 이루어져 냉매를 저온 저압의 상태로 팽창시킨다. 제1 팽창밸브(61)는 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 바이패스시키는 기능을 선택적으로 수행하도록 구성된다. 제1 팽창밸브(61)는 실내열교환기(55)에 별도로 부착되거나 실내열교환기(55) 내에 통합 설치된다. 제1 실내열교환기(56)와 제2 실내열교환기(57)는 냉매라인(60) 상에 직렬로 연결된다.

즉, 제1 실내열교환기(56)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(61)를 바이패스한 후 제2 실내열교환기(57)를 통과한다. 또는, 제2 실내열교환기(57)를 통과한 냉매는 제1 팽창밸브(61)를 바이패스하거나 제1 팽창밸브(61)에 의해 팽창된 후 제1 실내열교환기(56)를 통과한다.

실질적으로, 제1 실내열교환기(56) 및 제2 실내열교환기(57)는 일체형 열교환기로 이루어지는 것으로서, 하나의 실내열교환기(55)를 2등분하여 그 중간에 제1 팽창밸브(61)를 통해 냉매의 제어를 수행하도록 구성된다. 제1 실내열교환기(56) 및 제2 실내열교환기(57)로 이루어진 실내열교환기(55)의 사이즈는 종래의 증발기(Evaporator Core) 수준이며, 결국 종래의 증발기 및 히터코어 기준으로 볼때 히터코어를 삭제한 패키지와 유사한 사이즈를 형성한다.

차량의 엔진룸과 실내는 대시패널(90)을 기준으로 구획되며, 공조케이스(59)는 대시패널(90)을 기준으로 차량 실내 측에 설치된다. 이 경우, 엔진룸과 공조케이스(59) 내부를 연결하는 배관은 총 2개(2종)로 구성된다. 엔진룸과 공조케이스(59) 내부를 연결하는 배관은 복수개의 실내열교환기 중 하나에 연결되는 제1 배관(81)과 다른 하나의 실내열교환기에 연결되는 제2 배관(82)으로 구성된다.

즉, 제1 배관(81)은 제2 실내열교환기(57)에 연결되며, 제2 배관(82)은 제1 실내열교환기(56)에 연결된다. 제1 배관(81) 및 제2 배관(82)은 대시패널(90)을 관통하도록 설치되어, 차량의 엔진룸과 실내열교환기(55) 사이를 연결한다. 이로 인해, 냉매 배관의 구조가 단순해진다.

제1 방향전환밸브(52)는 삼방향 밸브(3Way valve)로 구성되고 냉매 유동 방향으로 압축기(51)의 하류에 배치되며, 압축기(51)에서 토출된 냉매를 실외열교환기(53) 또는 제1 실내열교환기(56)로 선택적으로 유동시킨다. 압축기(51)에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브(52)를 지나 제1 냉매라인(71)을 통해 실외열교환기(53)로 흐르거나, 제2 냉매라인(73) 및 제2 배관(82)을 통해 제1 실내열교환기(56)로 흐른다.

제2 방향전환밸브(63)는 삼방향 밸브(3Way valve)로 구성되고 냉매 유동 방향으로 실외열교환기(53)의 하류에 배치되며, 실외열교환기(53)를 통과한 냉매를 압축기(51) 또는 제2 실내열교환기(57)로 선택적으로 유동시킨다. 실외열교환기(53)를 통과한 냉매는 제4 냉매라인(75)을 통해 실내열교환기(55)를 바이패스하고 어큐뮬레이터(64)를 지나 압축기(51)로 흐른다. 또는, 실외열교환기(53)를 통과한 냉매는 제2 팽창밸브(54)를 지나 제2 실내열교환기(57)와 제1 실내열교환기(56)를 순차로 지난 후 제2 방향전환밸브(63)를 통해 어큐뮬레이터(64)를 지나 압축기(51)로 흐른다

제2 팽창밸브(54)는 제1 냉매라인(71)에 구비되는 것으로, 냉매 유동 방향으로 실외열교환기(53)의 하류에 배치됨과 아울러 실외열교환기(53)와 제2 실내열교환기(57) 사이에 배치된다. 제2 팽창밸브(54)는 전자식 팽창밸브(EXV: Electric Expansion Valve)로 이루어져 냉매를 저온 저압의 상태로 팽창시킨다. 제2 팽창밸브(54)는 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 바이패스시키는 기능 또는 냉매를 차단하는 기능을 선택적으로 수행하도록 구성된다.

제3 팽창밸브(62)는 제3 냉매라인(74)에 구비되는 것으로, 냉매 유동 방향으로 실외열교환기(53)의 상류에 배치됨과 아울러 제2 실내열교환기(57)와 실외열교환기(53) 사이에 배치된다. 제3 팽창밸브(62)는 전자식 팽창밸브(EXV: Electric Expansion Valve)로 이루어져 냉매를 저온 저압의 상태로 팽창시킨다. 제3 팽창밸브(62)는 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 차단하는 기능을 선택적으로 수행도록 구성된다.

냉방 모드 시, 냉매는 제2 실내열교환기(57)로 유입되고 제1 실내열교환기(56)로 유동한다. 또한, 난방 모드 시, 냉매는 제1 실내열교환기(56)로 유입되고 제2 실내열교환기(57)로 유동한다. 아울러, 제습 모드 시(마일드 모드), 냉매는 제2 실내열교환기(57)로 유입되고 제1 실내열교환기(56)로 유동한다. 난방 제습 시 증발기(제2 실내열교환기)를 먼저 통과한 후, 응축기(제1 실내열교환기)를 통과하는 것이 바람직하다. 만약, 냉매가 응축기(제1 실내열교환기)를 먼저 통과한 후 증발기(제2 실내열교환기)를 통과하면 제습과 난방을 동시에 구현할 수 없게 된다. 제습을 위해서는 증발기(제2 실내열교환기) 온도를 낮춰야 하며 이후에 응축기(제1 실내열교환기)로 온도를 제어하는 것이 바람직하다.

도 4를 더 참조하면, 냉방 모드 시, 압축기(51)에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브(52), 실외열교환기(53)를 지나고 제2 팽창밸브(54)에서 팽창한 후 제2 실내열교환기(57)에서 증발하며 제1 팽창밸브(61)를 바이패스하여 제1 실내열교환기(56)에서 증발한 후 제2 방향전환밸브(63)를 지나고 어큐뮬레이터(64)를 지나 압축기(51)로 순환한다.

이 경우, 제1 팽창밸브(61)는 냉매를 바이패스하고, 제2 팽창밸브(54)는 냉매를 팽창시키며, 제3 팽창밸브(62)는 냉매의 흐름을 차단한다. 또한, 제1 방향전환밸브(52)는 압축기(51)와 실외열교환기(53) 사이를 연결하며, 제2 방향전환밸브(63)는 제1 실내열교환기(56)와 어큐뮬레이터(64) 사이를 연결한다.

도 5를 더 참조하면, 난방 모드 시, 압축기(51)에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브(52)를 지나 제1 실내열교환기(56)에서 응축하며 제1 팽창밸브(61)를 바이패스하여 제2 실내열교환기(57)에서 응축한 후 제3 팽창밸브(62)에서 팽창하고 실외열교환기(53)를 지나고 제2 방향전환밸브(63)를 지나 어큐뮬레이터(64)를 지나 압축기(51)로 순환한다.

이 경우, 제1 팽창밸브(61)는 냉매를 바이패스하고, 제2 팽창밸브(54)는 냉매의 흐름을 차단하며, 제3 팽창밸브(62)는 냉매를 팽창시킨다. 또한, 제1 방향전환밸브(52)는 압축기(51)와 제1 실내열교환기(56) 사이를 연결하며, 제2 방향전환밸브(63)는 실외열교환기(53)와 어큐뮬레이터(64) 사이를 연결한다.

도 6을 더 참조하면, 제습 모드 시, 압축기(51)에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브(52), 실외열교환기(53)를 지나고 제2 팽창밸브(54)를 바이패스하여 제2 실내열교환기(57)에서 응축한 후 제1 팽창밸브(61)에서 팽창하며 제1 실내열교환기(56)에서 증발한 후 제2 방향전환밸브(63)를 지나 어큐뮬레이터(64)를 지나 압축기(51)로 순환한다.

이 경우, 제1 팽창밸브(61)는 냉매를 팽창시키고, 제2 팽창밸브(54)는 냉매를 바이패스하며, 제3 팽창밸브(62)는 냉매의 흐름을 차단한다. 또한, 제1 방향전환밸브(52)는 압축기(51)와 실외열교환기(53) 사이를 연결하며, 제2 방향전환밸브(63)는 제1 실내열교환기(56)와 어큐뮬레이터(64) 사이를 연결한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 2등분된 하나의 실내열교환기(55)를 구비함으로써, 종래의 증발기 사이즈의 열교환기로 냉방, 난방 및 제습 기능을 모두 구현 가능하다. 또한, 종래의 온도조절을 위한 온도조절도어 및 액추에이터 등을 삭제 가능하여 부품 구성이 단순해지고 중량과 원가를 절감할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

51: 압축기 52: 제1 방향전환밸브
53: 실외열교환기 54: 제2 팽창밸브
55: 실내열교환기 56: 제1 실내열교환기
57: 제2 실내열교환기 58: 전열히터
59: 공조케이스 61: 제1 팽창밸브
62: 제3 팽창밸브 63: 제2 방향전환밸브
64: 어큐뮬레이터 71: 제1 냉매라인
73: 제2 냉매라인 74: 제3 냉매라인
75: 제4 냉매라인 81: 제1 배관
82: 제2 배관 90: 대시패널

Claims

냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내부에 구비되어 차량 실내로 토출되는 공기와 열교환하는 실내열교환기와, 공조케이스 외부에 구비되어 외부 공기와 열교환하는 실외열교환기를 포함하며, 압축기에서 토출된 냉매의 흐름을 제어하여 상기 실내열교환기를 통해 차량 실내의 냉난방을 수행하는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서,
상기 실내열교환기는 공기케이스 내부의 공기통로상에 복수개의 열로 분리되어 구비되고,
상기 복수개의 실내열교환기 사이의 냉매라인에 제1 팽창밸브가 구비되는 차량용 히트펌프 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 실내열교환기는 공기 유동 방향으로 순차로 배치된 제1 실내열교환기 및 제2 실내열교환기로 구성되고,
상기 제1 실내열교환기와 제2 실내열교환기는 냉매라인 상에 직렬로 연결되는 차량용 히트펌프 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브는 실내열교환기에 별도로 부착되거나 실내열교환기 내에 통합 설치되는 차량용 히트펌프 시스템.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 팽창밸브는 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 바이패스시키는 기능을 선택적으로 수행하도록 구성된 차량용 히트펌프 시스템.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
엔진룸과 상기 공조케이스 내부를 연결하는 배관은, 복수개의 실내열교환기 중 하나에 연결되는 제1 배관과 다른 하나의 실내열교환기에 연결되는 제2 배관으로 구성되어 총 2개로 이루어지는 차량용 히트펌프 시스템.
제2 항에 있어서,
냉매 유동 방향으로 압축기의 하류에 압축기에서 토출된 냉매를 실외열교환기 또는 제1 실내열교환기로 선택적으로 유동시키는 제1 방향전환밸브를 구비하고,
냉매 유동 방향으로 실외열교환기의 하류에 실외열교환기를 통과한 냉매를 압축기 또는 제2 실내열교환기로 선택적으로 유동시키는 제2 방향전환밸브를 구비하는 차량용 히트펌프 시스템.
제6 항에 있어서,
냉매 유동 방향으로 실외열교환기의 하류에 배치됨과 아울러 실외열교환기와 제2 실내열교환기 사이에 배치되며, 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 바이패스시키는 기능 또는 냉매를 차단하는 기능을 선택적으로 수행하는 제2 팽창밸브가 구비되는 차량용 히트펌프 시스템.
제7 항에 있어서,
냉매 유동 방향으로 실외열교환기의 상류에 배치됨과 아울러 제2 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 배치되며, 냉매를 팽창시키는 기능 또는 냉매를 차단하는 기능을 선택적으로 수행하는 제3 팽창밸브가 구비되는 차량용 히트펌프 시스템.
제8 항에 있어서,
냉방 모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브, 실외열교환기를 지나고 제2 팽창밸브에서 팽창한 후 제2 실내열교환기에서 증발하며 제1 팽창밸브를 바이패스하여 제1 실내열교환기에서 증발한 후 제2 방향전환밸브를 지나 압축기로 순환하는 차량용 히트펌프 시스템.
제8 항에 있어서,
난방 모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브를 지나 제1 실내열교환기에서 응축하며 제1 팽창밸브를 바이패스하여 제2 실내열교환기에서 응축한 후 제3 팽창밸브에서 팽창하고 실외열교환기를 지나고 제2 방향전환밸브를 지나 압축기로 순환하는 차량용 히트펌프 시스템.
제8 항에 있어서,
제습 모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브, 실외열교환기를 지나고 제2 팽창밸브를 바이패스하여 제2 실내열교환기에서 응축한 후 제1 팽창밸브에서 팽창하며 제1 실내열교환기에서 증발한 후 제2 방향전환밸브를 지나 압축기로 순환하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2 항에 있어서,
냉방 모드 시, 냉매는 제2 실내열교환기로 유입되고 제1 실내열교환기로 유동하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2 항에 있어서,
난방 모드 시, 냉매는 제1 실내열교환기로 유입되고 제2 실내열교환기로 유동하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.
제2 항에 있어서,
제습 모드 시, 냉매는 제2 실내열교환기로 유입되고 제1 실내열교환기로 유동하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.