KR20230109005A - Automotive heat pump system - Google Patents
Automotive heat pump system Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230109005A KR20230109005A KR1020220004844A KR20220004844A KR20230109005A KR 20230109005 A KR20230109005 A KR 20230109005A KR 1020220004844 A KR1020220004844 A KR 1020220004844A KR 20220004844 A KR20220004844 A KR 20220004844A KR 20230109005 A KR20230109005 A KR 20230109005A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- cooling water
- battery
- refrigerant
- circulation line
- line
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H1/3204—Cooling devices using compression
- B60H1/3228—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations
- B60H1/32284—Cooling devices using compression characterised by refrigerant circuit configurations comprising two or more secondary circuits, e.g. at evaporator and condenser side
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00271—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit
- B60H1/00278—HVAC devices specially adapted for particular vehicle parts or components and being connected to the vehicle HVAC unit for the battery
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/00642—Control systems or circuits; Control members or indication devices for heating, cooling or ventilating devices
- B60H1/00814—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation
- B60H1/00878—Control systems or circuits characterised by their output, for controlling particular components of the heating, cooling or ventilating installation the components being temperature regulating devices
- B60H1/00899—Controlling the flow of liquid in a heat pump system
- B60H1/00907—Controlling the flow of liquid in a heat pump system where the flow direction of the refrigerant changes and an evaporator becomes condenser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
- B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
- B60H1/2221—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant the heat being derived from electric heaters arrangements of electric heaters for heating an intermediate liquid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H1/3204—Cooling devices using compression
- B60H1/3205—Control means therefor
- B60H1/3213—Control means therefor for increasing the efficiency in a vehicle heat pump
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
- B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
- B60H1/32—Cooling devices
- B60H2001/3269—Cooling devices output of a control signal
- B60H2001/3285—Cooling devices output of a control signal related to an expansion unit
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
- B60Y2304/00—Optimising design; Manufacturing; Testing
- B60Y2304/05—Reducing production costs, e.g. by redesign
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2313/00—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for
- F25B2313/027—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means
- F25B2313/02741—Compression machines, plants or systems with reversible cycle not otherwise provided for characterised by the reversing means using one four-way valve
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
본 발명은 자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 실내 난방용 히터를 사용하여 실내 난방 및 배터리 예열이 가능하도록 구성함으로써 설치 부품수를 줄여 제조원가를 절감시킬 수 있고 배터리의 전력소비를 감소시켜 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 히트펌프 시스템을 제공한다. 이를 위한 본 발명은 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어하여 자동차 실내의 냉,난방을 수행하는 자동차용 히트펌프 시스템에 있어서, 자동차의 실내 난방을 위한 실내 난방 냉각수 순환라인 내부를 순환하는 냉각수를 가열해 주는 냉각수 전기히터와; 압축기와 외부열교환기와 내부열교환기가 구비된 냉매순환라인 내부를 순환하는 냉매와 배터리 냉각수 순환라인 내부를 순환하는 냉각수를 열교환시켜 배터리를 냉각하는 배터리 칠러와; 배터리 칠러의 상류측에 위치한 냉매라인 상에 설치되는 팽창밸브와; 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 사이에 설치되며, 공조모드에 따라 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 사이를 선택적으로 연결하는 냉각수라인 4방밸브와; 냉각수 전기히터와 냉각수라인 4방밸브를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a heat pump system for a vehicle, and more particularly, by using a single heater for indoor heating to enable indoor heating and battery preheating, manufacturing costs can be reduced by reducing the number of installation parts and power consumption of a battery can be reduced. Provided is a heat pump system for a vehicle capable of improving fuel efficiency of a vehicle by reducing fuel consumption. To this end, the present invention provides a heat pump system for a vehicle that cools and heats the interior of a vehicle by controlling the flow direction of a refrigerant discharged from a compressor, wherein the cooling water circulating inside the interior heating cooling water circulation line for heating the interior of the vehicle is provided. A cooling water electric heater for heating; a battery chiller that cools the battery by exchanging heat between the refrigerant circulating inside the refrigerant circulation line having the compressor, the external heat exchanger, and the internal heat exchanger, and the cooling water circulating inside the battery cooling water circulation line; an expansion valve installed on a refrigerant line located upstream of the battery chiller; a cooling water line 4-way valve installed between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line and selectively connecting the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line according to the air conditioning mode; It is characterized in that it is configured to include; a control unit for controlling the cooling water electric heater and the cooling water line 4-way valve.
Description
본 발명은 자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하나의 실내 난방용 히터를 사용하여 실내 난방 및 배터리 예열을 수행함으로써 부품수를 줄여 제조원가를 절감시킬 수 있고 배터리 전력소비를 감소시켜 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system for a vehicle, and more particularly, by performing indoor heating and battery preheating using a single room heating heater, manufacturing cost can be reduced by reducing the number of parts, and battery power consumption can be reduced to reduce battery power consumption. It relates to a heat pump system for automobiles capable of improving fuel efficiency.
자동차 내에는 일반적으로 실내 공기의 온도를 조절하기 위한 공조 시스템이 갖추어져 있다. 이러한 자동차용 공조 시스템은 겨울철에는 온기를 발생시켜 실내를 따뜻하게 유지하고, 여름철에는 냉기를 발생시켜 실내를 시원하게 유지하도록 한다. In general, an air conditioning system for adjusting the temperature of indoor air is provided in a vehicle. Such an air conditioning system for automobiles keeps the interior warm by generating warmth in winter and cools the interior by generating cool air in summer.
일반적인 자동차의 공조 시스템은 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기가 냉매배관을 따라 순차적으로 연결되어 엔진의 동력에 의해 압축기가 구동하면서 냉매가 순환한다. 이러한 자동차의 공조 시스템은 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가스가 응축기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하여 액체상태의 냉매로 변환되고, 액화된 냉매는 응축기에 연결된 리시버 드라이어를 통과하면서 불순물이 제거된 후 팽창밸브를 통과하면서 저온의 기체로 변화된다. 그리고, 기화된 저온의 냉매는 증발기를 통과하면서 주변의 공기와 열교환하면서 냉각되고, 이 냉각된 공기는 송풍기에 의해 자동차 실내로 토출되며, 증발기를 통과한 저온 기체 상태의 냉매는 다시 압축기로 보내져 고온, 고압으로 압축되는 과정을 반복적으로 순환하게 된다.In a typical automobile air conditioning system, a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator are sequentially connected along refrigerant pipes, and the refrigerant circulates while the compressor is driven by engine power. In such an automobile air conditioning system, refrigerant gas compressed at a high temperature and high pressure in a compressor passes through a condenser, exchanges heat with the surrounding air, and is converted into a refrigerant in a liquid state. The liquefied refrigerant passes through a receiver dryer connected to the condenser to remove impurities After passing through the expansion valve, it is changed to a low-temperature gas. Then, the vaporized low-temperature refrigerant passes through the evaporator and is cooled while exchanging heat with the surrounding air. , the process of being compressed at high pressure is repeatedly cycled.
한편, 최근에는 전기에너지를 동력원으로 이용하는 전기자동차가 출시되고 있는데, 이러한 전기자동차에 장착되는 공조 시스템은 배터리에서 공급되는 전원을 통해 물 또는 공기를 가열하여 자동차 실내의 난방을 수행하도록 구성됨에 따라 전기자동차의 동력성능을 현저하게 저하시키게 되는 문제를 야기한다.Meanwhile, recently, electric vehicles using electric energy as a power source have been released. The air conditioning system installed in these electric vehicles is configured to heat water or air through power supplied from a battery to heat the interior of the vehicle. This causes a problem that significantly degrades the power performance of the vehicle.
이 때문에, 전기자동차의 공조 시스템에는 기존의 내연기관 자동차와 유사하게 히트펌프 시스템을 적용하고 있는데, 이러한 히트펌프 시스템은 냉매의 압축-응축-감압-증발로 이루어지는 사이클을 가역적으로 적용하여 냉방과 난방을 겸하는 냉난방 겸용 시스템으로 구성된다.For this reason, a heat pump system is applied to the air conditioning system of an electric vehicle, similar to a conventional internal combustion engine vehicle. This heat pump system reversibly applies a cycle consisting of compression-condensation-decompression-evaporation of the refrigerant to provide cooling and heating It is composed of a combined heating and cooling system.
즉, 히트펌프 시스템은 액체 냉매가 증발기 내에서 증발하여 주위의 열을 빼앗아 기체가 되고, 다시 응축기에서 주위에 열을 방출하면서 액화되는 순환 사이클을 가지기 때문에, 이를 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용함으로써 기존 공조 시스템의 부족한 열원을 확보할 수 있다는 장점이 있다.That is, the heat pump system has a circulation cycle in which the liquid refrigerant evaporates in the evaporator, takes away heat from the surroundings, becomes a gas, and then liquefies while releasing heat to the surroundings in the condenser. It has the advantage of being able to secure the insufficient heat source of the air conditioning system.
이러한 히트펌프 시스템은 실내 난방 모드로 작동될 경우 히트펌프(Heat pump)와 냉각수 히터(Coolant heater)의 2가지 열원을 이용하여 실내 난방을 수행하게 된다. 또한, 외기 온도가 낮은 겨울철에 배터리의 충전속도를 높일 수 있도록 배터리를 일정온도까지 예열해줄 수 있는 배터리 히터가 설치되어, 배터리 예열 모드로 작동될 경우 배터리 히터에서 발생되는 열원을 이용하여 배터리를 예열할 수 있다.When such a heat pump system is operated in an indoor heating mode, it performs indoor heating using two heat sources of a heat pump and a coolant heater. In addition, a battery heater that can preheat the battery to a certain temperature is installed to increase the charging speed of the battery in winter when the outside temperature is low. can do.
그러나, 위와 같은 기존 방식의 히트펌프 시스템은 실내 난방용 냉각수의 가열을 위한 냉각수 히터와 배터리 예열을 위한 배터리 히터가 각각 개별적으로 설치되어, 필요시 배터리의 전력소모를 통해 냉각수 히터를 구동하거나 배터리 히터를 구동하는 구조로 되어 있었다. However, in the conventional heat pump system as described above, a cooling water heater for heating the cooling water for indoor heating and a battery heater for preheating the battery are separately installed. It was a driving structure.
이와 같이 기존의 히트펌프 시스템은 실내 난방용 냉각수의 가열을 위한 냉각수 히터와 배터리의 예열을 위한 배터리 히터가 시스템 상에 각기 개별적으로 구비되는 구조로 되어 있었기 때문에 설치 부품수가 증가되어 제조원가를 상승시키는 문제가 있었고, 특히 히트펌프 시스템이 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 동시 작동되는 경우 2개의 히터가 동시 작동되어야만 하기 때문에 그만큼 배터리의 전력사용량도 증가되어 자동차의 연비 저하를 초래하게 되는 문제점이 있었다. In this way, the conventional heat pump system has a structure in which a cooling water heater for heating the cooling water for indoor heating and a battery heater for preheating the battery are separately provided on the system, so the number of installed parts increases and the manufacturing cost increases. In particular, when the heat pump system is simultaneously operated in the indoor heating and battery preheating modes, since two heaters must be operated simultaneously, the power consumption of the battery increases accordingly, resulting in a decrease in fuel efficiency of the vehicle.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는, 히트펌프 시스템이 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 동시 운용될 경우, 실내 난방용 냉각수 순환라인 상에 설치된 하나의 냉각수 전기히터를 이용하여 실내 난방 및 배터리 예열이 동시 수행되도록 구성함으로써, 설치 부품수 감소에 따른 제조원가 절감을 구현할 수 있고, 배터리의 전력소비를 감소시켜 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 자동차용 히트펌프 시스템을 제공하는 데에 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and the technical problem to be solved by the present invention is, when a heat pump system is operated simultaneously in indoor heating and battery preheating modes, installed on a cooling water circulation line for indoor heating. By using a single coolant electric heater to simultaneously perform indoor heating and battery preheating, it is possible to reduce manufacturing costs due to a reduced number of installed parts, and to improve fuel efficiency by reducing battery power consumption. It is to provide a heat pump system.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 압축기로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어하여 자동차 실내의 냉,난방을 수행하는 자동차용 히트펌프 시스템에 있어서, 자동차의 실내 난방을 위한 실내 난방 냉각수 순환라인 내부를 순환하는 냉각수를 가열해 주는 냉각수 전기히터와; 압축기와 외부열교환기와 내부열교환기가 구비된 냉매순환라인 내부를 순환하는 냉매와 배터리 냉각수 순환라인 내부를 순환하는 냉각수를 열교환시켜 배터리를 냉각하는 배터리 칠러와; 배터리 칠러의 상류측에 위치한 냉매라인 상에 설치되는 팽창밸브와; 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 사이에 설치되며, 공조모드에 따라 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 사이를 선택적으로 연결하는 냉각수라인 4방밸브와; 냉각수 전기히터와 냉각수라인 4방밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for solving the above technical problems is an automobile heat pump system for cooling and heating the interior of a vehicle by controlling the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor, an interior heating coolant circulation line for heating the interior of the vehicle. a cooling water electric heater that heats the cooling water circulating inside; a battery chiller that cools the battery by exchanging heat between the refrigerant circulating inside the refrigerant circulation line having the compressor, the external heat exchanger, and the internal heat exchanger, and the cooling water circulating inside the battery cooling water circulation line; an expansion valve installed on a refrigerant line located upstream of the battery chiller; a cooling water line 4-way valve installed between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line and selectively connecting the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line according to the air conditioning mode; It is characterized in that it includes; a controller for controlling the cooling water electric heater and the cooling water line 4-way valve.
여기서, 상기 공조모드가 배터리 예열 모드로 운용될 경우, 제어부는 냉각수라인 4방밸브의 유로를 제어하여 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인을 서로 연결시킴으로써, 냉각수 전기히터를 통해 가열된 고온의 냉각수를 냉각수라인 4방밸브를 통해 배터리 냉각수 순환라인으로 전달하여 고온의 냉각수를 통해 배터리의 예열을 수행할 수 있다.Here, when the air conditioning mode is operated in the battery preheating mode, the control unit controls the flow path of the 4-way valve in the cooling water line to connect the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line to each other, so that the high temperature of the cooling water heated through the electric heater The cooling water is transferred to the battery cooling water circulation line through the cooling water line 4-way valve, and the battery can be preheated through the high-temperature cooling water.
이 경우, 상기 냉매순환라인은, 팽창밸브의 상류측 냉매라인에서 분기되어 배터리 칠러의 입구측에 연결 설치되는 바이패스라인과, 제어부에 의해 개폐(Open/Close)가 제어되며 바이패스라인 측으로 냉매의 이동을 선택적으로 허용할 수 있는 바이패스밸브를 포함하여 구성될 수 있다.In this case, the refrigerant circulation line is branched from the refrigerant line upstream of the expansion valve and connected to the inlet side of the battery chiller. It can be configured to include a bypass valve that can selectively allow the movement of.
이때, 상기 바이패스라인에는 냉매의 역류를 방지할 수 있는 체크밸브가 추가적으로 설치될 수 있다.At this time, a check valve capable of preventing a reverse flow of refrigerant may be additionally installed in the bypass line.
그리고, 상기 공조모드가 실내 냉방 모드로 운용될 경우, 냉각수라인 4방밸브의 유로 제어를 통해 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 간의 연결이 차단될 수 있며, 바이패스밸브는 폐쇄(Close)되고 팽창밸브는 개방(Open)되어 외부열교환기에서 나온 냉매의 일부가 팽창밸브로 유입된 후 배터리 칠러를 경유하여 압축기로 다시 전달될 수 있고, 냉매의 또 다른 일부는 내부열교환기로 유입된 후 송풍 공기와의 열교환을 통해 실내 냉방이 수행될 수 있다.In addition, when the air conditioning mode is operated in the indoor cooling mode, the connection between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line can be blocked by controlling the passage of the cooling water line 4-way valve, and the bypass valve is closed. The expansion valve is opened so that a part of the refrigerant from the external heat exchanger flows into the expansion valve and can be transferred back to the compressor via the battery chiller, and another part of the refrigerant flows into the internal heat exchanger and blows Indoor cooling can be performed through heat exchange with air.
또한, 상기 공조모드가 실내 난방 모드로 운용될 경우, 냉각수라인 4방밸브의 유로 제어를 통해 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 간의 연결이 차단될 수 있으며, 바이패스밸브는 개방(Open)되고 팽창밸브는 폐쇄(Close)되어 내부열교환기에서 나온 냉매의 일부가 바이패스라인을 따라 배터리 칠러로 유입된 후 압축기로 다시 전달될 수 있고, 냉매의 또 다른 일부가 내부열교환기로 유입된 후 송풍 공기와의 열교환을 통해 실내 난방이 수행될 수 있다. 아울러, 필요시 냉각수 전기히터를 통해 가열된 냉각수를 히터코어에 공급하여 송풍 공기와 열교환시킴으로써 실내 난방 성능을 향상시킬 수 있다.In addition, when the air conditioning mode is operated in the indoor heating mode, the connection between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line can be blocked by controlling the flow path of the 4-way valve in the cooling water line, and the bypass valve is opened. and the expansion valve is closed, so that a part of the refrigerant from the internal heat exchanger flows into the battery chiller along the bypass line, and then can be transferred back to the compressor, and another part of the refrigerant flows into the internal heat exchanger and blows air. Indoor heating may be performed through heat exchange with the In addition, if necessary, the cooling water heated by the cooling water electric heater is supplied to the heater core to exchange heat with the blown air, thereby improving indoor heating performance.
또한, 상기 공조모드가 실내 냉방 및 배터리 냉각 모드로 운용될 경우, 냉각수라인 4방밸브의 유로제어를 통해 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 간의 연결이 차단될 수 있으며, 바이패스밸브는 폐쇄(Close)되고 팽창밸브는 개방(Open)되어 외부열교환기에서 나온 냉매의 일부가 팽창밸브로 유입된 후 배터리 칠러를 경유하여 압축기로 다시 전달될 수 있고, 냉매의 또 다른 일부는 내부열교환기로 유입된 후 공풍 공기와의 열교환을 통해 실내 냉방이 수행됨과 동시에, 팽창밸브를 통해 배터리 칠러로 유입된 냉매와 배터리 냉각수 순환라인을 순환하는 냉각수의 열교환을 통해 배터리의 냉각이 수행될 수 있다.In addition, when the air conditioning mode is operated in the indoor cooling and battery cooling modes, the connection between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line can be blocked through flow control of the cooling water line 4-way valve, and the bypass valve is closed. (Close) and the expansion valve is opened, so that a part of the refrigerant from the external heat exchanger flows into the expansion valve, and then it can be transferred back to the compressor via the battery chiller, and another part of the refrigerant flows into the internal heat exchanger. After cooling, the indoor cooling is performed through heat exchange with the ventilation air, and the battery is cooled through heat exchange between the refrigerant introduced into the battery chiller through the expansion valve and the cooling water circulating in the battery cooling water circulation line.
또한, 상기 공조모드가 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 동시 운용될 경우, 바이패스밸브는 개방(Open)되고 팽창밸브는 폐쇄(Close)되어 내부열교환기에서 나온 냉매의 일부가 바이패스라인을 따라 배터리 칠러로 유입된 후 압축기로 다시 전달되는 냉매의 순환이 이루어지고, 냉각수라인 4방밸브의 유로 제어를 통해 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인이 서로 연결되어, 내부열교환기로 유입되는 고온의 냉매와 히터코어로 유입되는 고온의 냉각수를 2개의 열원을 이용하여 실내 난방이 수행될 수 있고, 냉각수 전기히터에 의해 가열된 고온의 냉각수를 배터리 냉각수 순환라인으로 전달하여 배터리 예열을 수행할 수 있다.In addition, when the air conditioning mode is simultaneously operated in the indoor heating and battery preheating modes, the bypass valve is opened and the expansion valve is closed, so that a part of the refrigerant from the internal heat exchanger flows along the bypass line to the battery chiller. The circulation of the refrigerant that flows into the compressor and returns to the compressor is performed, and through the control of the passage of the 4-way valve in the cooling water line, the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line are connected to each other, and the high-temperature refrigerant flowing into the internal heat exchanger and The high-temperature cooling water flowing into the heater core may be used for indoor heating using two heat sources, and the high-temperature cooling water heated by the cooling water electric heater may be transferred to the battery cooling water circulation line to perform battery preheating.
그리고, 상기 실내 난방 냉각수 순환라인 상에는 냉각수 전기히터에 의해 가열된 냉각수가 유입되는 히터코어가 설치되되, 상기 히터코어는 HVAC 모듈 내부에서 내부열교환기의 상부측에 장착되어 블로워 팬을 통해 송풍되는 공기와의 열교환을 통해 실내 난방을 수행할 수 있다.In addition, a heater core into which cooling water heated by a cooling water electric heater flows is installed on the indoor heating cooling water circulation line. Indoor heating can be performed through heat exchange.
또한, 상기 히트펌프 시스템은, 상기 제어부를 통해 제어되며 압축기로부터 토출되는 냉매를 외부열교환기로 전달하거나 내부열교환기로 전달하는 냉매라인 4방밸브; 및 상기 냉매순환라인을 따라 이동하는 냉매와 자체 순환하는 냉각수와의 열교환을 통해 자동차에 탑재된 각종 전장부품에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 전장품 냉각수 순환라인;을 포함하며, 상기 전장품 냉각수 순환라인에는, 외부열교환기와 냉매라인 4방밸브 사이에 장착되어 외부열교환기로부터 배출되는 냉매와 전장품 냉각수 유로를 따라 유동하는 냉각수를 서로 열교환시키는 전장품 칠러와; 외부열교환기와 인접하게 장착되어 상기 전장품 냉각수 유로를 통해 유동하는 냉각수의 열을 방출시키는 전장품 라디에이터와; 전장품 냉각수 유로와 전장품 냉각수 바이패스 유로의 교차 지점에 설치되는 3방밸브와; 전장품 라디에이터로 공기를 송풍하여 방열을 촉진시키는 냉각팬;이 구비될 수 있다.The heat pump system may include a refrigerant line four-way valve that is controlled by the control unit and transfers the refrigerant discharged from the compressor to an external heat exchanger or to an internal heat exchanger; and an electronic component cooling water circulation line for absorbing heat generated from various electronic components installed in a vehicle through heat exchange between the refrigerant moving along the refrigerant circulation line and the cooling water circulating itself, and releasing the heat to the outside. In the circulation line, an electrical component chiller installed between the external heat exchanger and the 4-way valve in the refrigerant line to exchange heat between the refrigerant discharged from the external heat exchanger and the cooling water flowing along the electrical component cooling water passage; an electronic radiator mounted adjacent to the external heat exchanger to dissipate heat of the cooling water flowing through the electrical component cooling water passage; A three-way valve installed at the intersection of the electrical component cooling water flow path and the electrical component cooling water bypass flow path; A cooling fan may be provided to promote heat dissipation by blowing air to the electric radiator.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 자동차용 히트펌프 시스템 구조에 따르면, 히트펌프 시스템이 실내 난방 모드 및 배터리 예열 모드로 동시 운용될 경우, 냉각수 전기히터를 통해 가열된 고온의 냉각수를 히터코어로 전달하여 실내로 송풍되는 공기와의 열교환을 통해 실내 난방을 수행할 수 있고, 이와 동시에 냉각수 전기히터에 의해 가열된 고온의 냉각수를 냉각수라인 4방밸브를 통해 배터리 냉각수 순환라인으로 전달하여 배터리를 예열시킬 수 있다. 따라서, 기존의 히트펌프 시스템과 같이 배터리 냉각수 순환라인에 배터리 가열을 위한 배터리 히터를 추가 설치할 필요가 없기 때문에 설치 부품수를 감소시켜 제품의 제조원가를 절감시킬 수 있다.According to the structure of the heat pump system for a vehicle of the present invention having the above configuration, when the heat pump system is simultaneously operated in the indoor heating mode and the battery preheating mode, the high-temperature coolant heated through the coolant electric heater is delivered to the heater core, Indoor heating can be performed through heat exchange with air blown into the room, and at the same time, the high-temperature coolant heated by the coolant electric heater is transferred to the battery coolant circulation line through the coolant line 4-way valve to preheat the battery. there is. Therefore, since there is no need to additionally install a battery heater for heating the battery in the battery cooling water circulation line like in the conventional heat pump system, the number of installation parts can be reduced, thereby reducing the manufacturing cost of the product.
또한, 기존의 히트펌프 시스템에서는 배터리 예열 모드로 운용시 배터리 히터에서 3.6kW 정도의 고정적인 전기를 소모하였지만, 본 발명에서는 제어부를 통해 발열량 조절이 가능한 하나의 냉각수 전기히터를 사용하여 필요한 상황에 따라 냉각수 전기히터의 발열량을 조절하여 실내 난방 강도나 배터리 예열 강도를 적절하게 조절하는 것이 가능해질 수 있기 때문에 배터리의 전력소모를 최소화할 수 있고, 이를 통해 자동차의 주행 연비 개선을 도모할 수 있는 장점이 있다. In addition, in the existing heat pump system, a battery heater consumes about 3.6 kW of fixed electricity when operated in the battery preheating mode, but in the present invention, a cooling water electric heater capable of adjusting the heating value through a control unit is used, depending on the necessary situation. Since it can be possible to properly adjust the intensity of indoor heating or battery preheating by adjusting the heating value of the coolant electric heater, power consumption of the battery can be minimized, and through this, the driving fuel efficiency of the vehicle can be improved. there is.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 히트펌프 시스템의 구성을 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명의 히트펌프 시스템이 실내 냉방 모드로만 작동될 때의 냉매의 흐름을 보여주는 모식도.
도 3은 본 발명의 히트펌프 시스템이 실내 냉방 및 배터리 냉각 모드로 동시 작동될 때의 냉매 및 냉각수의 흐름을 보여주는 모식도.
도 4는 본 발명의 히트펌프 시스템이 실내 난방 모드로만 작동될 때의 냉매 및 냉각수의 흐름을 보여주는 모식도.
도 5는 본 발명의 히트펌프 시스템이 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 동시 작동될 때의 냉매 및 냉각수의 흐름을 보여주는 모식도.1 is a configuration diagram showing the configuration of a heat pump system for a vehicle according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant when the heat pump system of the present invention is operated only in the room cooling mode.
Figure 3 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant and cooling water when the heat pump system of the present invention is simultaneously operated in room cooling and battery cooling modes.
4 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant and cooling water when the heat pump system of the present invention is operated only in an indoor heating mode.
5 is a schematic diagram showing the flow of refrigerant and cooling water when the heat pump system of the present invention is simultaneously operated in indoor heating and battery preheating modes.
아래에서는 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 국한되지 않는다. 또한, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미함을 밝혀둔다.However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In addition, parts marked with the same reference numerals throughout the detailed description indicate the same components.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 자동차의 히트펌프 시스템에 대해 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a heat pump system for a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자동차용 히트펌프 시스템의 전체 구성을 보여주는 구성도이다.1 is a configuration diagram showing the overall configuration of a heat pump system for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 압축기(110)로부터 토출되는 냉매의 흐름 방향을 제어하여 자동차 실내의 냉,난방을 수행하는 자동차용 히트펌프 시스템(100)에 있어서, 압축기(110), 냉매라인 4방밸브(120), 외부열교환기(130), 내부열교환기(140), 제1팽창밸브(170), 배터리 칠러(190), 제2팽창밸브(191)를 포함하여 구성되는 냉매순환라인(RL)과, 히터코어(103)와 냉각수 전기히터(104)를 구비하며 실내 난방을 위한 냉각수가 순환되는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과, 냉매순환라인(RL)을 따라 이동하는 냉매와 자체 순환하는 냉각수와의 열교환을 통해 자동차에 탑재된 각종 전장부품에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 전장품 냉각수 순환라인(EL)과, 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 냉각수라인 4방밸브(108)를 통해 선택적으로 연결되는 배터리 냉각수 순환라인(BL)과, 공조모드에 따라 압축기(110), 4방밸브(108,120), 냉각수 전기히터(104), 제1 및 제2팽창밸브(170, 191)의 동작을 각각 제어하는 제어부(Electric HVAC vehicle control unit, EHVCU)를 포함하여 구성되며, 특히, 공조모드가 배터리 예열 모드로 운용될 경우 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)에 구비된 냉각수 전기히터(104)의 열원을 이용하여 냉각수를 가열하고, 가열된 고온의 고온의 냉각수를 냉각수라인 4방밸브(108)를 통해 배터리 냉각수 순환라인(BL) 측으로 전달하여 배터리의 예열을 수행하는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 1, the present invention is a heat pump system for a vehicle (100) for cooling and heating an interior of a vehicle by controlling the flow direction of a refrigerant discharged from a compressor (110), including a compressor (110) and a refrigerant line. A refrigerant circulation line (including a four-
냉매순환라인(RL)에 구비되는 압축기(110)는 냉매를 압축하여 토출하는 전동식 압축기로서, 제어부를 통해 압축기(110)의 RPM을 PID 제어(Proportional Integral Differential Control)함으로써 실내 냉방 또는 난방을 수행할 수 있다.The
냉매라인 4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 토출되는 냉매를 공조모드에 따라 외부열교환기(130)로 전달하거나 내부열교환기(140)로 전달하는 구성으로, 제어부의 제어를 통해 냉매의 흐름을 특정 방향으로 유도할 수 있다.The refrigerant line four-
외부열교환기(130)는 압축기(110) 또는 내부열교환기(140)로부터 전달되는 냉매를 자동차 외부의 공기와 열교환시키는 기능을 하고, 내부열교환기(140)는 외부열교환기(130)에서 전달된 냉매를 탑승객이 위치한 실내로 공급되는 공기와 열교환시키거나, 압축기(110)에서 배출된 냉매를 실내로 공급되는 공기와 열교환시키는 기능을 한다. The
제1팽창밸브(170)는 내부열교환기(140)로 인입되거나 내부열교환기(140)로부터 인출되는 냉매라인 상에 설치되며, 제어부에서 전송되는 제어신호에 따라 작동되어 냉매를 팽창시킬 수 있다. 이때, 상기 제1팽창밸브(170)로는 PID 제어에 의해 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브(Electronic Expansion Valve; EEV)가 사용될 수 있다.The
전장품 냉각수 순환라인(EL)은 외부열교환기(130)와 인접된 영역에 설치되어, 공조모드에 따라 자동차에 탑재된 각종 전장부품(Motor, MCU, LDC, OBC 등)으로부터 발생되는 열을 흡수하여 외부로 배출하는 기능을 한다.The electronic cooling water circulation line (EL) is installed in an area adjacent to the
전장품 냉각수 순환라인(EL)에는 외부열교환기(130)와 냉매라인 4방밸브(120) 사이에 장착되어 상기 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매와 전장품 냉각수 유로(162)를 따라 유동하는 냉각수를 서로 열교환시키는 전장품 칠러(161)가 구비된다.The electrical component cooling water circulation line (EL) is installed between the
전장품 냉각수 순환라인(EL)에서 전장품 냉각수 유로(162)는 전장품 칠러(161)와 전장품 라디에이터(163)를 연결하는 하나의 냉각수 유동 통로를 형성하며, 전장품 냉각수 유로(162)와 전장품 냉각수 바이패스 유로(167)의 교차 지점에는 전장품 냉각용 3방밸브(166)가 설치된다. In the electrical component cooling water circulation line (EL), the electrical component cooling
그리고, 전장품 냉각수 유로(162)에는 자동차에 탑재된 각종 전장부품으로부터 발생되는 열을 흡수하는 전장품 냉각수단(164)과, 냉각수의 일방향 유동을 발생시키는 전장품 냉각수 순환용 펌프(165)가 설치된다.In addition, an electric component cooling means 164 for absorbing heat generated from various electric components installed in the vehicle and an electric component cooling
또한, 전장품 라디에이터(163)는 외부열교환기(130)와 인접하게 장착되어 전장품 냉각수 유로(162)를 통해 유동하는 냉각수의 열을 방출시킨다. 이때, 전장품 냉각수 유로(162)를 따라 이동하는 냉각수가 전장품에서 발생된 열을 흡수하여 전장품 라디에이터(163)를 통해 외부로 방출시킬 수 있으며, 별도로 설치된 냉각팬(168)을 이용하여 외부로의 방열을 촉진시킬 수 있다. In addition, the
한편, 냉매의 흐름을 특정 방향으로 유도하는 냉매라인 4방밸브(120)는 제1포트(121), 제2포트(122), 제3포트(123) 및 제4포트(124)를 포함하여 구성된다.On the other hand, the refrigerant line four-
구체적으로, 냉매라인 4방밸브의 제1포트(121)는 공조모드에 관계없이 항상 압축기(120)로부터 배출된 냉매가 인입되는 냉매 유입구이며, 제2포트(122)는 공조모드에 따라 제1포트(121) 또는 제3포트(123)에 선택적으로 연통되는 냉매 입출구로서, HVAC 모듈(101) 내부에 배치된 내부열교환기(140)와 연결된다.Specifically, the
그리고, 냉매라인 4방밸브의 제3포트(123)는 공조모드에 따라 제2포트(122)와 제4포트(124)에 선택적으로 연통되는 냉매 출구로서, 냉매 흐름상 압축기(110)의 상류측에 배치되는 중간열교환기(180)와 연결된다.And, the
또한, 냉매라인 4방밸브의 제4포트(122)는 공조모드에 따라 제1포트(121)와 제3포트(123)에 선택적으로 연통되는 냉매 입출구로서, 전장품 냉각수 순환라인(EL)의 전장품 칠러(161)와 연결된다.In addition, the
아울러, 상기 냉매라인 4방밸브의 각 포트들은 제1포트(121)가 제2포트(122)와 연통된 경우에는 제3포트(123)는 제4포트(124)와 연통되고, 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통된 경우에는 제2포트(122)는 제3포트(123)와 연통된다.In addition, when the
이에 따라, 상기 냉매라인 4방밸브의 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통되는 경우에는 압축기(110)로부터 배출된 냉매를 전장품 냉각수 순환라인(EL)의 전장품 칠러(161)로 전달하고, 제4포트(124)가 제3포트(123)와 연통되는 경우에는 전장품 냉각수 순환라인(EL)의 전장품 칠러(161)를 거쳐온 냉매를 냉매 흐름상 압축기(110)의 상류측에 배치되는 중간열교환기(180)로 전달한다.Accordingly, when the
한편, 외부열교환기(130)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매가 분기되거나 합류되는 제1분기점(181)이 마련되고, 냉매라인 4방밸브(120)의 제3포트(123)와 압축기(110) 사이를 연결하는 냉매라인 상에는 냉매라인 4방밸브(120)를 거쳐 나온 냉매와 배터리 칠러(190)를 거쳐 나온 냉매가 서로 합류되는 제2분기점(182)이 마련된다.On the other hand, on the refrigerant line connecting between the
이때, 상기 제2분기점(182)은 배터리 칠러(190)에서 나온 냉매의 과열도와 성능을 보다 증가시킬 수 있도록 중간열교환기(180) 이전 위치에 위치시키는 것이 바람직하다.At this time, the
그리고, 상기 제1분기점(181)과 제2분기점(182)을 연결하는 별도의 냉매분기라인 상에는 배터리 칠러(190)가 설치되고, 상기 배터리 칠러(190)의 상류측에는 냉매를 팽창시키는 제2팽창밸브(191)가 설치된다. In addition, a
또한, 배터리 냉각수 순환라인(BL)에는 냉각수 순환펌프(193), 배터리(194)가 구비되어 냉각수 순환용 펌프(193)를 통해 냉각수의 순환이 이루어지며, 배터리 냉각수 순환라인(BL) 내부를 순환하는 냉각수는 배터리 칠러(190)에서 냉매와 열교환됨으로써 배터리(194)의 냉각이 수행될 수 있다. 여기서, 상기 배터리 칠러(190)는 증발기의 역할을 수행하게 된다. In addition, a cooling
이와 같이, 외부열교환기(130)로부터 배출된 냉매의 일부를 제2팽창밸브(191)로 유입시켜 배터리 칠러(190)에서 배터리 냉각수 순환라인(BL) 내부를 따라 유동하는 냉각수와 열교환을 통해 배터리(194)를 냉각시킬 수 있다. In this way, a part of the refrigerant discharged from the
이 경우, 상기 배터리 칠러(190) 측에 설치되는 제2팽창밸브(191)는 솔레노이드 방식으로 온/오프(ON/OFF) 개폐동작만이 가능하고 개도량 조절이 불가능한 팽창밸브가 사용되거나, 또는 내부열교환기(140)의 상류측에 설치되는 제1팽창밸브(170)와 같이 PID 제어에 의해 개도량 조절이 가능한 전자식 팽창밸브(EEV)가 사용될 수 있다. 또한, 냉매가 배출되는 배터리 칠러(190)의 하류측 냉매라인 상에는 냉매의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(192)가 장착될 수 있다.In this case, the
한편, 냉매순환라인(RL)에 있어서, 제1분기점(181)과 배터리 칠러(190)를 연결하는 냉매라인 상에는 내부열교환기(140)에서 배출되는 냉매의 일부가 제2팽창밸브(191)를 거치지 않고 우회(Bypass)하여 배터리 칠러(190) 측으로 곧바로 유입될 수 있도록 바이패스라인(183)이 설치될 수 있다.Meanwhile, in the refrigerant circulation line RL, on the refrigerant line connecting the
즉, 바이패스라인(183)은 제2팽창밸브(191)의 상류측 냉매라인의 일측으로부터 분기되어 배터리 칠러(190)와 제2팽창밸브(191) 사이에 위치한 냉매라인에 연결되는 구조로 설치되어, 공조모드에 따라 내부열교환기(140)에서 배출되는 냉매의 일부가 제1분기점(181)을 지나 바이패스라인(183)을 통해 우회하여 배터리 칠러(190) 측으로 곧바로 유입될 수 있다. 이 경우 제2팽창밸브(191)는 폐쇄(Close)되어 상기 제2팽창밸브(191)를 통한 배터리 칠러(190) 측으로의 냉매의 유입은 차단될 수 있다. That is, the
아울러, 바이패스라인(183)에는 상기 바이패스라인(183)으로의 냉매 유입을 선택적으로 허용할 수 있도록 제어부에 의해 개폐(Open/Close) 작동이 제어될 수 있는 바이패스밸브(184)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 바이패스라인(183) 상에는 냉매가 역류되는 것을 방지할 수 있도록 체크밸브가 추가적으로 설치될 수 있다.In addition, a
이와 달리, 바이패스밸브(184)를 제1분기점(181)과 제2팽창밸브(191)를 연결하는 냉매라인과 바이패스라인(183)의 교차 지점에 3방밸브 방식으로 설치하여, 공조모드에 따라 제어부에 의한 3방밸브의 선택적 유로 변경을 통해 제2팽창밸브(191) 측으로 냉매의 흐름을 유도하거나 바이패스라인(183) 측으로 냉매의 흐름을 유도하도록 구성할 수도 있다. Unlike this, the
한편, 중간열교환기(180)는 IHX(Intermediate Heat Exchanger)로도 약칭되는 구성으로서, 제1팽창밸브(170) 및 내부열교환기(140)를 통과하기 전의 냉매와 통과한 후의 냉매 간의 열교환을 위해 마련되는 구성이다. On the other hand, the
이러한 중간열교환기(180)는 외부열교환기(130)와 내부열교환기(140) 사이를 연결하는 냉매라인의 제1분기점(181)과 외부열교환기(130) 사이에 장착되어, 공조모드에 따라 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 내부열교환기(140)에 전달하거나, 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매를 열교환시킨 후 외부열교환기(130)에 전달하게 된다.The
이 경우, 상기 중간열교환기(180)는 제1팽창밸브(170) 측으로 냉매를 전달하는 외측관로와, 어큐뮬레이터(150)와 압축기(110) 측으로 냉매를 전달하는 내측관로를 포함하는 이중관 형태의 열교환기로 구성될 수 있다. 여기서 제1팽창밸브(170) 측에 연결된 외측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 높은 냉매가 유동하며, 내측관로에는 압력과 온도가 상대적으로 낮은 냉매가 유동할 수 있다.In this case, the
한편, 자동차의 실내 난방을 위한 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)에는 히터코어(103)와 냉각수 전기히터(104)와 냉각수 순환용 펌프(106)가 구비되어, 냉각수 전기히터(104)를 통해 가열된 냉각수를 히터코어(103)로 유입시켜 실내 난방을 위한 열원으로 사용될 수 있다.Meanwhile, a
이 경우, HVAC 모듈(101) 내에 히터코어(103)를 배치하고, 히터코어(103)를 순환하는 냉각수 라인을 구성하되, 냉각수 라인 상에 냉각수 전기히터(104)와 펌프(105)와 냉각수 리저버 탱크(106)를 배치하여 구성할 수 있다.In this case, the
구체적으로, HVAC 모듈(101)의 내부에는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)에 구비된 냉각수 전기히터(104)에 의해 가열된 고온의 냉각수가 유입되는 히터코어(103)가 장착된다. Specifically, a
상기 히터코어(103)는 HVAC 모듈(101) 내부에서 내부열교환기(140)의 상부측에 장착되고, 내부열교환기(140)의 하부측에는 제어부를 통해 제어되며 내부열교환기(140) 측으로 공기를 송풍시킬 수 있는 블로워 팬(102)이 설치된다.The
따라서, 공조모드가 실내 난방 모드, 또는 제습 또는 제상 모드로 운용될 경우 히터코어(103)를 통해 자동차 실내로 공급되는 공기에 열을 가하여 실내 난방, 또는 제습 또는 제상을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 히터코어(103)로 공급되는 냉각수의 온도는 제어부에 의한 냉각수 전기히터(104)의 PID 제어를 통해 온도가 조절될 수 있다. Accordingly, when the air conditioning mode is operated in the indoor heating mode or dehumidifying or defrosting mode, interior heating, dehumidification, or defrosting may be performed by applying heat to the air supplied to the interior of the vehicle through the
또한, 히터코어(103) 측에는 히터코어(103)의 주변의 온도를 검출할 수 있는 온도센서가 설치되고, 상기 온도센서는 히터코어(103)가 설치되어 있는 HVAC 모듈(101) 내부 덕트(Duct)의 현재 온도를 검출하여 제어부로 전송할 수 있다. 그리고, 제어부에서는 온도센서를 통해 검출된 히터코어(103) 주변의 온도가 사용자에 의해 설정된 설정온도값에 오차범위 내로 도달될 때까지 냉각수 전기히터(104)를 PID 제어할 수 있다. In addition, a temperature sensor capable of detecting the temperature around the
한편, 제어부는 히트펌프 시스템(100)이 실내 냉방 모드로 운용될 경우, 사용자의 온도 설정에 따른 목표 증발기온과 현재 증발기온의 차이가 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110)를 PID 제어함으로써 실내 냉방을 수행할 수 있다.Meanwhile, when the
즉, 히트펌프 시스템(100)이 실내 냉방 모드로 작동될 경우 내부열교환기(140)는 증발기로서 기능을 하게 되며, 제어부에서는 증발기 기능을 하는 내부열교환기(140)의 온도를 목표 증발기온으로 설정하고, 내부열교환기(140) 주변에 설치된 온도센서(미도시)를 통해 검출된 현재 증발기온과 상기 목표 증발기온의 차이가 기 설정된 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110) RPM에 대한 PID 제어를 수행함으로써 실내 냉방을 수행할 수 있다.That is, when the
이와 반대로, 히트펌프 시스템(100)이 실내 난방 모드로 작동될 경우에는 내부열교환기(140)는 응축기로서 기능을 하게 되며, 제어부에서는 응축기 기능을 하는 내부열교환기(140)의 온도를 목표 온도로 설정하고, 온도센서를 통해 검출된 내부열교환기(140)의 현재 온도와 상기 목표 온도의 차이가 기 설정된 오차 범위에 수렴될 때까지 압축기(110) RPM에 대한 PID 제어를 수행함으로써 실내 난방을 수행할 수 있다.Conversely, when the
아울러, 상기 제어부에서는 히터코어(103)의 온도를 목표 온도로 설정하고, 온도센서를 통해 검출된 히터코어(103)의 현재 온도와 상기 목표 온도의 차이가 기 설정된 오차 범위에 수렴될 때까지 냉각수 전기히터(104)에 대한 PID 제어를 수행함으로써 실내 난방을 수행할 수 있다.In addition, the controller sets the temperature of the
한편, 본 발명의 히트펌프 시스템(100)은 실내 난방 모드로 운용될 경우, 압축기(110)에서 내부열교환기(140)로 유입되는 고온의 냉매와, 냉각수 전기히터(104)를 통해 가열되어 히터코어(103)로 유입되는 고온의 냉각수의 2가지 열원을 이용하여 실내 난방을 수행할 수 있다.On the other hand, when the
이와 함께, 외기 온도가 낮을 경우 배터리(194)의 충전속도를 높일 수 있도록 배터리(194)를 일정온도까지 예열시키는 배터리 예열 모드로 운용될 수 있다. 이를 위해 기존의 히트펌프 시스템에는 배터리 냉각수 순환라인 상에 배터리 히터(Battery heater)가 별도 설치되어, 배터리 예열 모드로 작동될 경우 상기 배터리 히터에서 발생되는 열원을 이용하여 배터리의 예열을 수행하였다. In addition, when the outdoor temperature is low, the
그러나, 기존의 히트펌프 시스템은 실내 난방 냉각수 순환라인에 실내 난방용 냉각수의 가열을 위해 냉각수 전기히터를 설치하고, 배터리 냉각수 순환라인 상에 배터리의 예열을 위한 배터리 히터가 각각 개별적으로 구비되는 구성으로 이루어져 있다. 이 경우 냉각수 전기히터는 제어부의 제어를 통해 발열량 조절이 가능하지만, 배터리 히터는 발열량 조절이 불가능한 별도의 히터를 사용하고 있었기 때문에, 겨울철 배터리의 예열을 위한 전력 사용량도 그만큼 많아져서 결국 자동차의 연비 저하를 초래하는 문제가 있었다. However, the conventional heat pump system has a configuration in which a cooling water electric heater is installed in an indoor heating cooling water circulation line to heat the cooling water for indoor heating, and battery heaters are individually provided on the battery cooling water circulation line for preheating the battery. there is. In this case, the coolant electric heater can adjust the amount of heat generated by the control of the controller, but the battery heater uses a separate heater that cannot adjust the amount of heat generated, so the amount of power used for preheating the battery in winter increases, resulting in a decrease in fuel efficiency of the vehicle. There was a problem that caused
이와 같은 문제점을 개선하고자, 본 발명의 히트펌프 시스템(100)에서는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)에 설치되어 있는 발열량 조절이 가능한 냉각수 전기히터(104)를 통해 냉각수를 가열하고, 가열된 고온의 냉각수를 냉각수라인 4방밸브(108)를 통해 배터리 냉각수 순환라인(BL)으로 전달하여 배터리(194)를 가열해 줌으로써 기존과 같이 배터리 냉각수 순환라인 상에 별도의 배터리 히터를 사용하지 않고서도 배터리 예열작업이 가능한 히트펌프 시스템 구조를 제공하고 있다. In order to improve this problem, in the
이를 위해, 본 발명의 히트펌프 시스템(100)에는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 사이에 제어부의 제어를 통해 내부 유로의 선택적 변경이 가능한 냉각수라인 4방밸브(108)가 설치되어, 공조모드에 따라 상기 냉각수라인 4방밸브(108) 내부의 유로 변경을 통해 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL)이 선택적으로 연결되도록 구성하고, 히트펌프 시스템(100)의 공조모드가 배터리 예열 모드로 운용될 경우, 제어부는 냉각수라인 4방밸브(108)의 내부 유로를 제어하여 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL)을 연결시켜 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 간의 냉각수의 순환이 이루어지도록 함으로써, 냉각수 전기히터(104)를 통해 가열된 고온의 냉각수를 냉각수라인 4방밸브(108)를 통해 배터리 냉각수 순환라인(BL) 측으로 전달하여 배터리(194)의 예열을 수행할 수 있다.To this end, the
따라서, 기존의 히트펌프 시스템과 같이 배터리 냉각수 순환라인에 배터리 가열을 위한 배터리 히터를 추가 설치할 필요가 없기 때문에 설치 부품수를 감소시켜 제품의 제조원가를 절감시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.Therefore, since there is no need to additionally install a battery heater for heating the battery in the battery cooling water circulation line like in the conventional heat pump system, the number of installation parts can be reduced and the manufacturing cost of the product can be reduced.
이하에서는 본 발명에 따른 자동차용 히트펌프 시스템(100)의 각 공조모드에 대해서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, each air conditioning mode of the automotive
도 2 내지 도 5에는 본 발명의 실시 예에 따른 자동차용 히트펌프 시스템(100)이 실내 냉방 모드, 실내 냉방 및 배터리 냉각 모드, 실내 난방 모드, 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 각각 운용될 경우에 냉매 및 냉각수의 흐름이 도시되어 있다.2 to 5 show a refrigerant when the
먼저, 도 2에 도시된 실내 냉방 모드의 경우에 대해 설명하기로 한다.First, the case of the indoor cooling mode shown in FIG. 2 will be described.
본 발명의 히트펌프 시스템(100)이 실내 냉방 모드로만 운용될 경우 냉매순환라인(RL) 내에서의 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 냉매라인 4방밸브(120) - 전장품 칠러(161) - 외부열교환기(130, 응축기로 기능) - 중간열교환기(180) - 내부열교환기(140, 증발기로 기능) - 냉매라인 4방밸브(120) - 중간열교환기(180) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)" 순으로 순환된다.When the
이와 같은 실내 냉방 모드에 있어서 냉매라인 4방밸브(120)는, 압축기(110)로부터 배출되는 냉매가 외부열교환기(130)로 인입되고 내부열교환기(140)로부터 배출되는 냉매가 압축기(110)로 인입되도록 냉매라인 4방밸브(120)의 제1포트(121)가 제4포트(124)와 연통되고, 제2포트(122)는 제3포트(123)와 연통될 수 있다.In this indoor cooling mode, the refrigerant line 4-
그리고, 외부열교환기(130)로부터 나온 냉매는 중간열교환기(180)를 경유하여 제1분기점(181)을 기점으로 일부가 내부열교환기(140) 측으로 유입되고, 다른 일부가 배터리 칠러(190)로 유입될 수 있다.In addition, the refrigerant discharged from the
이 경우, 내부열교환기(140) 측으로 향하는 냉매는 제1팽창밸브(170)를 거쳐 팽창된 후 내부열교환기(140)로 유입되고, 이렇게 유입되는 저온의 냉매는 내부열교환기(140)에서 자동차의 실내로 송풍되는 공기와 열교환되어, 열교환된 저온 상태의 공기가 실내로 공급됨으로써 실내 냉방이 이루어질 수 있다.In this case, the refrigerant heading toward the
이와 같이 히트펌프 시스템(100)이 실내 냉방 모드로만 작동되는 경우에는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 전장품 냉각수 순환라인(EL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL)에 구비되는 각 펌프(105,165,193)의 작동이 중지되므로 상기 각 냉각수 순환라인(CL,EL,BL) 내부에서의 냉각수 흐름은 발생하지 않는다.As such, when the
그리고, 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 사이에 위치된 냉각수라인 4방밸브(108)는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 사이의 연결을 차단시키도록 제어됨으로써 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 간의 냉각수 순환은 이루어지지 않게 된다.In addition, the cooling water line 4-
또한, 냉매순환라인(RL)에 있어 바이패스밸브(184)는 폐쇄(Close)되고 제2팽창밸브(191)는 개방(Open)되어 외부열교환기(130)에서 나온 냉매가 제2팽창밸브(191)를 거쳐 배터리 칠러(190) 측으로 유입된 후 압축기(110) 측으로 유입되는 유동 순환이 이루어지도록 제어될 수 있다.In addition, in the refrigerant circulation line (RL), the
또는, 바이패스밸브(184) 및 제2팽창밸브(191)를 모두 폐쇄(Close)시켜 외부열교환기(130)에서 나온 냉매가 배터리 칠러(190) 측으로 유입되지 않고 곧바로 내부열교환기(140) 측으로 유입된 후 압축기(110) 측으로 배출되는 유동 순환이 이루어지도록 제어될 수도 있다.Alternatively, by closing both the
다음으로, 도 3을 참조하여 본 발명의 히트펌프 시스템이 실내 냉방 및 배터리 냉각 모드로 동시 작동되는 경우에 대해 설명하기로 한다.Next, with reference to FIG. 3 , a case in which the heat pump system of the present invention is simultaneously operated in room cooling and battery cooling modes will be described.
히트펌프 시스템(100)이 실내 냉방 모드와 배터리 냉각 모드로 동시 운용될 경우 냉매의 흐름은 "압축기(110) - 냉매라인 4방밸브(120) - 전장품 칠러(161) - 외부열교환기(130, 응축기로 기능)- 중간열교환기(180) - 내부열교환기(140, 증발기로 기능) - 냉매라인 4방밸브(120) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)"순으로 유동 순환이 이루어지게 된다.When the heat pump system (100) is simultaneously operated in the indoor cooling mode and the battery cooling mode, the flow of refrigerant is "compressor (110) - refrigerant line 4-way valve (120) - electric chiller (161) - external heat exchanger (130, Functions as a condenser) - Intermediate heat exchanger (180) - Internal heat exchanger (140, functions as an evaporator) - Refrigerant line 4-way valve 120 - Accumulator 150 -
이와 같이 실내 냉방 및 배터리 냉각 모드로 동시 작동될 경우에는, 외부열교환기(130)로부터 나온 냉매는 중간열교환기(180)를 경유하여 제1분기점(181)을 기점으로 일부가 내부열교환기(140) 측으로 유입되고, 다른 일부는 배터리 칠러(190) 측으로 유입될 수 있다.In the case of simultaneous operation in the indoor cooling and battery cooling modes as described above, the refrigerant from the
이때, 내부열교환기(140) 측으로 유입되는 저온 상태의 냉매는 실내로 송풍되는 공기와 열교환됨으로써, 열교환된 저온 상태의 공기가 실내로 공급되어 실내 냉방이 이루어질 수 있다.At this time, the low-temperature refrigerant flowing into the
또한, 배터리 칠러(190) 측으로 향하는 냉매라인에서는 바이패스밸브(184)가 폐쇄(Close)되고 제2팽창밸브(191)가 개방(Open)됨으로써, 외부열교환기(130)에서 나온 냉매의 일부가 제2팽창밸브(191)를 통해 배터리 칠러(190) 측으로 유입된 후 제2분기점(182)에서 내부열교환기(140)를 거쳐 나온 냉매와 합류하여 압축기(110)로 유입될 수 있다.In addition, in the refrigerant line heading to the
이 과정에서 배터리 칠러(190)에 유입되는 저온의 냉매와 배터리 냉각수 순환라인(BL) 내부를 순환하는 냉각수와 서로 열교환되어 저온 상태로 만들어진 냉각수를 통해 배터리(194)의 냉각작업이 수행될 수 있다. 이때, 냉각수라인 4방밸브(108)는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 사이의 연결을 차단시키도록 내부유로가 제어될 수 있다.In this process, the
이와 같이 외부열교환기(130)를 지나며 응축된 냉매가 제1팽창밸브(170)와 제2팽창밸브(191)을 거쳐 팽창하여 저온의 냉매로 내부열교환기(140)와 배터리 칠러(190)로 각각 유입됨으로써, HVAC 모듈(101)에 유입된 공기를 냉각시켜 실내 냉방을 수행하는 동시에 배터리 칠러(190)에 유입된 저온 냉매의 열교환 작용에 의해 배터리(194)를 냉각시킬 수 있다.As such, the condensed refrigerant passing through the
다음으로, 도 4에 도시된 실내 난방 모드의 경우에 대해 설명하기로 한다.Next, the case of the indoor heating mode shown in FIG. 4 will be described.
본 발명의 히트펌프 시스템(100)이 실내 난방 모드로만 운용될 경우 냉매순환라인(RL) 내에서의 냉매의 흐름은, "압축기(110) - 냉매라인 4방밸브(120) - 내부열교환기(140, 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 증발기로 기능) - 전장품 칠러(161) - 냉매라인 4방밸브(120) - 중간 열교환기(180) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)" 순으로 냉매의 유동 순환이 이루어질 수 있다.When the
이 경우, 냉매라인 4방밸브(120)는 압축기(110)로부터 배출되는 냉매가 내부열교환기(140)로 유입되고, 외부열교환기(130)로부터 배출되는 냉매가 압축기(110)로 유입되도록, 냉매라인 4방밸브(120)의 제1포트(121)가 제2포트(122)와 연통되고, 제3포트(122)는 제4포트(123)와 연통될 수 있다.In this case, the refrigerant line 4-
이와 같이 히트펌프 시스템이 실내 난방 모드로 운용될 경우에는, 내부열교환기(140)는 응축기로 기능하게 되며, 상기 내부열교환기(140)로 유입된 고온의 냉매는 실내로 송풍되는 공기와 열교환되고, 냉매와 열교환된 고온 상태의 공기가 실내로 공급되어 실내 난방이 이루어질 수 있다.In this way, when the heat pump system is operated in the indoor heating mode, the
또한, 필요에 따라 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)에서는 자동차 실내로 공급되는 공기에 추가적인 열을 가할 수 있도록 냉각수 전기히터(104)를 작동시켜 냉각수를 가열하여 히터코어(103)에 공급함으로써 난방 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, if necessary, the cooling water
이와 같이 히트펌프 시스템이 실내 난방 모드로 작동되는 상황은 실외 온도가 낮은 동절기로서, 일반적인 경우에는 배터리를 냉각시킬 필요가 없기 때문에, 바이패스밸브(184) 및 제2팽창밸브(191)을 폐쇄(Close)시켜 배터리 칠러(190) 측으로 냉매가 유동되지 않도록 할 수 있다.In this way, the situation in which the heat pump system is operated in the indoor heating mode is the winter season when the outdoor temperature is low. In general, since there is no need to cool the battery, the
또는, 도 4에 도시된 실시 예 형태와 같이 냉매순환라인(RL)의 바이패스밸브(184)를 개방(Open)하고 제2팽창밸브(191)를 폐쇄(Close)시켜 내부열교환기(140)에서 나온 냉매의 일부가 바이패스라인(183)을 통해 배터리 칠러(190) 측으로 유입된 후 압축기(110)로 공급되도록 제어될 수도 있다. 이 경우, 냉각수라인 4방밸브(108)는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 사이의 연결을 차단시키도록 제어됨으로써 실내 난방 냉각수 순환라인(CL) 내부를 순환하는 냉각수를 통해서만 실내 난방이 이루어지도록 제어될 수 있다.Alternatively, as in the embodiment shown in FIG. 4, the
다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 히트펌프 시스템이 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 동시 작동되는 경우에 대해 설명하기로 한다.Next, with reference to FIG. 5 , a case in which the heat pump system of the present invention is simultaneously operated in indoor heating and battery preheating modes will be described.
히트펌프 시스템(100)이 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 동시에 운용될 경우, 냉매순환라인(RL) 내에서의 냉매의 흐름은, "압축기(110) - 냉매라인 4방밸브(120) - 내부열교환기(140, 응축기로 기능) - 외부열교환기(130, 증발기로 기능) - 전장품 칠러(161) - 냉매라인 4방밸브(120) - 중간 열교환기(180) - 어큐뮬레이터(150) - 압축기(110)" 순으로 냉매의 유동 순환이 이루어질 수 있다.When the
이와 같이 히트펌프 시스템(100)이 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 동시 운용될 경우, 내부열교환기(140)는 응축기로서 기능을 하게 되며, 내부열교환기(140)로 유입된 고온 상태의 냉매는 실내로 송풍되는 공기와 열교환되어, 냉매와 열교환된 고온의 공기가 실내로 공급되어 실내 난방이 이루어질 수 있다.In this way, when the
또한, 실내 난방 강도를 추가적으로 높이고자 할 경우에는 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)의 냉각수 전기히터(104)를 작동시켜 냉각수를 가열하고, 가열된 냉각수를 히터코어(103)에 공급하여 송풍 공기와 열교환시켜 실내로 공급함으로써 난방 성능을 향상시킬 수 있다. In addition, when it is desired to further increase the indoor heating intensity, the cooling water
이와 같이 히트펌프 시스템이 실내 난방 모드로 작동될 경우는 일반적으로 실외 온도가 낮은 동절기이기 때문에, 낮은 외기 온도에 의해 배터리(194)의 충전현저하게 속도가 저하될 수 있다. 이 때문에 외기 온도가 낮을 경우 배터리(194)의 충전속도를 높일 수 있도록 배터리(194)를 가열하여 일정온도까지 예열시키는 작업이 필요하다.In this way, when the heat pump system is operated in the indoor heating mode, since it is generally a winter season when the outdoor temperature is low, the charging speed of the
따라서, 본 발명에서는 히트펌프 시스템(100)이 배터리 예열 모드로 작동될 경우에 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)에 설치된 냉각수 전기히터(104)를 이용하여 냉각수를 가열하고, 가열된 냉각수를 배터리 냉각수 순환라인(BL)으로 전달하여 배터리(194)를 예열시킬 수 있도록 구성되어 있다.Therefore, in the present invention, when the
즉, 냉각수라인 4방밸브(108)의 내부유로를 제어하여 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL)을 서로 연결시켜 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)과 배터리 냉각수 순환라인(BL) 간에 냉각수의 순환이 이루어지도록 하고, 냉각수 전기히터(104)를 통해 가열된 고온의 냉각수가 배터리 냉각수 순환라인(BL) 측으로 전달되어 고온의 냉각수에 의해 배터리(194) 예열이 수행될 수 있다.That is, by controlling the internal flow path of the cooling water line 4-
또한, 냉매순환라인(RL)에 있어서 바이패스밸브(184)를 개방(Open)시키고 제2팽창밸브(191)를 폐쇄(Close)시켜 내부열교환기(140)에서 나온 냉매의 일부가 바이패스라인(183)을 통해 배터리 칠러(190) 측으로 유입되어 배터리 냉각수 순환라인(BL)을 따라 이동하는 냉각수와 열교환된 후 압축기(110)로 공급되도록 제어될 수 있다. In addition, in the refrigerant circulation line (RL), by opening the
이 경우, 내부열교환기(140)에서 나와 배터리 칠러(190) 측으로 이동하는 냉매는 제2팽창밸브(191)로 유입되지 않고 바이패스라인(183)을 통해 배터리 칠러(190) 측으로 곧바로 유입되어 냉매의 온도 저하가 발생하지 않기 때문에 배터리 칠러(190)에서 냉매와 냉각수과 열교환이 이루어지더라도 냉각수의 온도가 크게 저하되지 않은 상태로 히터코어(103) 측으로 전달될 수 있고, 이에 따라 냉각수 전기히터(104)를 통해 냉각수를 과도하게 과열할 필요가 없다.In this case, the refrigerant moving out of the
이와 같이, 히트펌프 시스템(100)이 배터리 예열 모드로 운용될 경우에 실내 난방 냉각수 순환라인(CL)에 설치되어 있는 발열량 조절이 가능한 냉각수 전기히터(104)를 통해 냉각수를 가열하고, 가열된 고온의 냉각수를 냉각수라인 4방밸브(108)를 통해 배터리 냉각수 순환라인(BL)으로 전달하여 배터리(194)를 예열시킴으로써 기존 방식처럼 배터리 냉각수 순환라인 상에 별도의 배터리 히터를 설치하지 않고서도 배터리 예열을 원활하게 수행하는 것이 가능해질 수 있다. 따라서, 겨울철 배터리의 예열을 위한 배터리 전력 사용량도 그만큼 절감시킬 수 있기 때문에 자동차의 연비를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있는 것이다.As such, when the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to such specific embodiments, and those skilled in the art can make appropriate changes within the scope described in the claims of the present invention. this will be possible
100: 히트펌프 시스템
101: HVAC 모듈
102: 블로워 팬(Blower fan)
103: 히터코어
104: 냉각수 전기히터
105,165,193: 펌프
108 : 냉각수라인 4방밸브
110: 압축기
120 : 냉매라인 4방밸브
130: 외부열교환기
140: 내부열교환기
150: 어큐뮬레이터
161: 전장품 칠러
162: 전장품 냉각수 유로
163: 전장품 라디에이터
168: 냉각팬
170: 제1팽창밸브
180: 중간열교환기
183 : 바이패스라인
184 : 바이패스밸브
190: 배터리 칠러
191: 제2팽창밸브
192: 체크밸브100: heat pump system 101: HVAC module
102: blower fan 103: heater core
104: cooling water electric heater 105,165,193: pump
108: cooling water line 4-way valve 110: compressor
120: refrigerant line 4-way valve 130: external heat exchanger
140: internal heat exchanger 150: accumulator
161: electric chiller 162: electric cooling water flow path
163: electronic radiator 168: cooling fan
170: first expansion valve 180: intermediate heat exchanger
183: bypass line 184: bypass valve
190: battery chiller 191: second expansion valve
192: check valve
Claims (10)
자동차의 실내 난방을 위한 실내 난방 냉각수 순환라인 내부를 순환하는 냉각수를 가열해 주는 냉각수 전기히터와;
상기 압축기와 외부열교환기와 내부열교환기가 구비된 냉매순환라인 내부를 순환하는 냉매와 배터리 냉각수 순환라인 내부를 순환하는 냉각수를 열교환시켜 배터리를 냉각하는 배터리 칠러와;
상기 배터리 칠러의 상류측에 위치한 냉매라인 상에 설치되는 팽창밸브와;
상기 실내 난방 냉각수 순환라인과 상기 배터리 냉각수 순환라인 사이에 설치되며, 공조모드에 따라 상기 실내 난방 냉각수 순환라인과 상기 배터리 냉각수 순환라인 사이를 선택적으로 연결하는 냉각수라인 4방밸브와;
상기 냉각수 전기히터와 상기 냉각수라인 4방밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
In the automotive heat pump system for cooling and heating the interior of the vehicle by controlling the flow direction of the refrigerant discharged from the compressor,
a cooling water electric heater for heating the cooling water circulating inside the interior heating cooling water circulation line for interior heating of the vehicle;
a battery chiller that cools the battery by exchanging heat between the refrigerant circulating inside the refrigerant circulation line provided with the compressor, the external heat exchanger, and the internal heat exchanger, and the cooling water circulating inside the battery cooling water circulation line;
an expansion valve installed on a refrigerant line located upstream of the battery chiller;
a cooling water line 4-way valve installed between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line and selectively connecting the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line according to an air conditioning mode;
and a control unit controlling the cooling water electric heater and the cooling water line 4-way valve.
The method of claim 1, wherein when the air conditioning mode is operated in the battery preheating mode, the control unit controls a flow path of the 4-way valve in the cooling water line so that the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line are connected to each other. A heat pump system for a vehicle, characterized in that for preheating the battery by transferring the high-temperature coolant heated by the coolant electric heater to the battery coolant circulation line side through the coolant line 4-way valve.
상기 팽창밸브의 상류측 냉매라인에서 분기되어 상기 배터리 칠러의 입구 측에 연결 설치되는 바이패스라인과;
상기 제어부에 의해 개폐(Open/Close)가 제어되며, 상기 바이패스라인 측으로의 냉매 이동을 선택적으로 허용하는 바이패스밸브;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
The method of claim 1, wherein the refrigerant circulation line,
a bypass line branched off from the refrigerant line upstream of the expansion valve and connected to the inlet side of the battery chiller;
a bypass valve whose opening/closing is controlled by the control unit and which selectively allows movement of the refrigerant toward the bypass line;
A heat pump system for a vehicle comprising a.
4. The heat pump system for a vehicle according to claim 3, wherein a check valve capable of preventing a reverse flow of refrigerant is installed in the bypass line.
상기 냉각수라인 4방밸브를 통해 상기 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 사이의 연결이 차단되며,
상기 바이패스밸브는 폐쇄(Close)되고 상기 팽창밸브는 개방(Open)되어,
상기 외부열교환기에서 나온 냉매가 상기 팽창밸브를 통해 배터리 칠러 측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
The method of claim 3, when the air conditioning mode is operated as an indoor cooling mode,
The connection between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line is blocked through the cooling water line 4-way valve,
The bypass valve is closed and the expansion valve is open,
The heat pump system for a vehicle, characterized in that the refrigerant from the external heat exchanger flows into the battery chiller side through the expansion valve.
상기 냉각수라인 4방밸브를 통해 상기 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 사이의 연결이 차단되며,
상기 바이패스밸브는 개방(Open)되고 상기 팽창밸브는 폐쇄(Close)되어,
상기 내부열교환기에서 나온 냉매가 상기 바이패스라인을 통해 배터리 칠러 측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
The method of claim 3, when the air conditioning mode is operated as an indoor heating mode,
The connection between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line is blocked through the cooling water line 4-way valve,
The bypass valve is open and the expansion valve is closed,
The heat pump system for a vehicle, characterized in that the refrigerant from the internal heat exchanger flows into the battery chiller side through the bypass line.
상기 냉각수라인 4방밸브를 통해 상기 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인 사이의 연결이 차단되며,
상기 바이패스밸브는 폐쇄(Close)되고 상기 팽창밸브는 개방(Open)되어,
상기 외부열교환기에서 나온 냉매가 상기 팽창밸브를 통해 배터리 칠러 측으로 유입되어 상기 배터리 냉각수 순환라인을 순환하는 냉각수와 열교환을 통해 배터리의 냉각이 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
The method of claim 3, when the air conditioning mode is operated in room cooling and battery cooling modes,
The connection between the indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line is blocked through the cooling water line 4-way valve,
The bypass valve is closed and the expansion valve is open,
The heat pump system for a vehicle, characterized in that the cooling of the battery is performed by heat exchange with the coolant circulating in the battery coolant circulation line when the refrigerant from the external heat exchanger flows into the battery chiller through the expansion valve.
상기 바이패스밸브는 개방(Open)되고 상기 팽창밸브는 폐쇄(Close)되어, 상기 내부열교환기에서 나온 냉매가 상기 바이패스라인을 통해 배터리 칠러 측으로 유입되고,
상기 냉각수라인 4방밸브를 통해 상기 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인이 서로 연결되어, 상기 냉각수 전기히터를 통해 가열된 고온의 냉각수가 상기 배터리 냉각수 순환라인 측으로 전달되어 배터리 예열이 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
The method of claim 3, when the air conditioning mode is operated as an indoor heating and battery preheating mode,
The bypass valve is opened and the expansion valve is closed, so that the refrigerant from the internal heat exchanger flows into the battery chiller side through the bypass line,
The indoor heating cooling water circulation line and the battery cooling water circulation line are connected to each other through the cooling water line 4-way valve, and the high-temperature cooling water heated through the cooling water electric heater is transferred to the battery cooling water circulation line to perform battery preheating. A heat pump system for automobiles.
The method of claim 1, wherein a heater core into which the cooling water heated by the cooling water electric heater flows is installed on the indoor heating cooling water circulation line, and the heater core is mounted on the upper side of the internal heat exchanger inside the HVAC module, and the blower fan A heat pump system for a vehicle, characterized in that for performing indoor heating through heat exchange with air blown through.
상기 냉매순환라인을 따라 이동하는 냉매와 자체 순환하는 냉각수와의 열교환을 통해 자동차에 탑재된 각종 전장부품에서 발생되는 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 전장품 냉각수 순환라인;을 포함하며,
상기 전장품 냉각수 순환라인에는,
상기 외부열교환기와 냉매라인 4방밸브 사이에 장착되어 상기 외부열교환기로부터 배출되는 냉매와 전장품 냉각수 유로를 따라 유동하는 냉각수를 서로 열교환시키는 전장품 칠러와;
상기 외부열교환기와 인접하게 장착되어 상기 전장품 냉각수 유로를 통해 유동하는 냉각수의 열을 방출시키는 전장품 라디에이터와;
상기 전장품 냉각수 유로와 전장품 냉각수 바이패스 유로의 교차 지점에 설치되는 3방밸브와;
상기 전장품 라디에이터로 공기를 송풍하여 방열을 촉진시키는 냉각팬;이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.According to claim 1, Controlled by the control unit, a refrigerant line 4-way valve for transferring the refrigerant discharged from the compressor to the external heat exchanger or to the internal heat exchanger; and
An electronic component cooling water circulation line for absorbing heat generated from various electrical components installed in a vehicle through heat exchange between the refrigerant moving along the refrigerant circulation line and the cooling water circulating itself, and discharging it to the outside;
In the electrical component cooling water circulation line,
an electrical component chiller mounted between the external heat exchanger and the 4-way valve in the refrigerant line to exchange heat between the refrigerant discharged from the external heat exchanger and the cooling water flowing along the electrical component cooling water passage;
an electronic radiator mounted adjacent to the external heat exchanger to dissipate heat of the cooling water flowing through the electrical component cooling water passage;
a three-way valve installed at an intersection of the electrical component cooling water passage and the electrical component cooling water bypass passage;
A heat pump system for a vehicle, characterized in that a cooling fan is provided to promote heat dissipation by blowing air to the electronic radiator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220004844A KR102577144B1 (en) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | Automotive heat pump system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220004844A KR102577144B1 (en) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | Automotive heat pump system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230109005A true KR20230109005A (en) | 2023-07-19 |
KR102577144B1 KR102577144B1 (en) | 2023-09-11 |
Family
ID=87425746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020220004844A KR102577144B1 (en) | 2022-01-12 | 2022-01-12 | Automotive heat pump system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102577144B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101316355B1 (en) | 2011-09-14 | 2013-10-08 | 기아자동차주식회사 | Heating system for electric car using heat pump system |
JP2014511801A (en) * | 2011-04-20 | 2014-05-19 | ヴァレオ システム テルミク | Heat control device for automobile |
US20160107508A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-21 | Atieva, Inc. | EV Multi-Mode Thermal Management System |
KR102183499B1 (en) * | 2020-04-22 | 2020-11-26 | 에스트라오토모티브시스템 주식회사 | Heat Pump System For Vehicle |
-
2022
- 2022-01-12 KR KR1020220004844A patent/KR102577144B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014511801A (en) * | 2011-04-20 | 2014-05-19 | ヴァレオ システム テルミク | Heat control device for automobile |
KR101316355B1 (en) | 2011-09-14 | 2013-10-08 | 기아자동차주식회사 | Heating system for electric car using heat pump system |
US20160107508A1 (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-21 | Atieva, Inc. | EV Multi-Mode Thermal Management System |
KR102183499B1 (en) * | 2020-04-22 | 2020-11-26 | 에스트라오토모티브시스템 주식회사 | Heat Pump System For Vehicle |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102577144B1 (en) | 2023-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230158856A1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
CN108698469B (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR101313593B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
WO2020108542A1 (en) | Vehicle thermal management system and control method therefor, and vehicle | |
KR20160087001A (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR20120103054A (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR101669826B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR102039165B1 (en) | Heat Pump For a Vehicle | |
KR101178945B1 (en) | Heat Pump System Using Dual Heat Sources for Electric Vehicle | |
KR101748209B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR102047749B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR102111322B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
CN111251814B (en) | Thermal management system of vehicle and vehicle | |
CN115366620A (en) | Vehicle-mounted temperature adjusting system | |
KR101622631B1 (en) | Heat pump system for vehicle and its control method | |
KR101544877B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR102577144B1 (en) | Automotive heat pump system | |
KR20140114471A (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR101703666B1 (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR100188061B1 (en) | Airconditioner for both heating and cooling of a vehicle | |
KR20190098068A (en) | Heat pump system for vehicle | |
KR102478225B1 (en) | Electric vehicle air conditioning system and its control method | |
KR20180096353A (en) | Heat pump system for vehicle | |
CN221090418U (en) | Indirect heat pump thermal management system and vehicle | |
KR102615343B1 (en) | Electric vehicle air conditioning system and its control method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |