KR20230109005A - Automotive heat pump system - Google Patents

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에스트라오토모티브시스템 주식회사
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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

자동차용 히트펌프 시스템{Automotive heat pump system}Automotive heat pump system {Automotive heat pump system}

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.

대한민국 한국 등록특허 제1316355호 (2013년 10월 08일 공고)Republic of Korea Korean Patent No. 1316355 (Announced on October 08, 2013)

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-way valve 120, an external heat exchanger 130, an internal heat exchanger 140, a first expansion valve 170, a battery chiller 190, and a second expansion valve 191) RL), a heater core 103, a cooling water electric heater 104, and an indoor heating cooling water circulation line (CL) in which cooling water for indoor heating is circulated, and a refrigerant moving along the refrigerant circulation line (RL) and itself An electric component coolant circulation line (EL) that absorbs heat generated from various electronic components installed in the vehicle through heat exchange with the circulating coolant and releases it to the outside, an indoor heating coolant circulation line (CL) and a 4-way valve for the coolant line ( 108), the compressor 110, the four-way valves 108 and 120, the cooling water electric heater 104, the first and second expansion valves 170 according to the air conditioning mode, and the battery cooling water circulation line BL selectively connected through 191) and includes a control unit (Electric HVAC vehicle control unit, EHVCU) that controls the operation of each unit. In particular, when the air conditioning mode is operated in the battery preheating mode, the cooling water electric heater provided in the indoor heating cooling water circulation line (CL) The cooling water is heated using the heat source of (104), and the heated high-temperature cooling water is transferred to the battery cooling water circulation line (BL) side through the cooling water line 4-way valve 108 to preheat the battery. do.

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 compressor 110 provided in the refrigerant circulation line RL is an electric compressor that compresses and discharges refrigerant, and performs indoor cooling or heating by controlling the RPM of the compressor 110 through PID (Proportional Integral Differential Control) through a controller. can

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-way valve 120 transfers the refrigerant discharged from the compressor 110 to the external heat exchanger 130 or to the internal heat exchanger 140 according to the air conditioning mode, and the flow of refrigerant is controlled by the control unit. can be directed in a specific direction.

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 external heat exchanger 130 functions to heat exchange the refrigerant transferred from the compressor 110 or the internal heat exchanger 140 with air outside the vehicle, and the internal heat exchanger 140 transfers the refrigerant transferred from the external heat exchanger 130 It serves to exchange heat with air supplied to the room where the occupant is located, or to exchange heat with the air supplied to the room with the refrigerant discharged from the compressor 110.

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 first expansion valve 170 is installed on the refrigerant line drawn into or drawn out of the internal heat exchanger 140, and operates according to a control signal transmitted from the controller to expand the refrigerant. At this time, as the first expansion valve 170, an electronic expansion valve (EEV) capable of adjusting the amount of opening by PID control may be used.

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 external heat exchanger 130 and absorbs heat generated from various electronic components (motor, MCU, LDC, OBC, etc.) It functions to discharge to the outside.

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 external heat exchanger 130 and the refrigerant line 4-way valve 120, and the refrigerant discharged from the external heat exchanger 130 and the cooling water flowing along the electrical component cooling water passage 162 An electrical component chiller 161 for heat exchange between the components is provided.

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 water passage 162 forms one cooling water flow passage connecting the electrical component chiller 161 and the electrical component radiator 163, and the electrical component cooling water passage 162 and the electrical component cooling water bypass passage A three-way valve 166 for cooling electrical components is installed at the intersection of (167).

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 water circulation pump 165 for generating a one-way flow of cooling water are installed in the electric component cooling water passage 162.

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 electrical component radiator 163 is mounted adjacent to the external heat exchanger 130 to dissipate heat of the cooling water flowing through the electrical component cooling water passage 162 . At this time, the coolant moving along the electrical component cooling water passage 162 can absorb heat generated from the electrical component and release it to the outside through the electrical component radiator 163, and dissipate heat to the outside using a separately installed cooling fan 168. can promote

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-way valve 120 for inducing the flow of refrigerant in a specific direction includes a first port 121, a second port 122, a third port 123 and a fourth port 124, It consists of

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 first port 121 of the 4-way valve in the refrigerant line is a refrigerant inlet into which the refrigerant discharged from the compressor 120 is always drawn regardless of the air conditioning mode, and the second port 122 is the first port 122 according to the air conditioning mode. As a refrigerant inlet and outlet selectively communicated with the port 121 or the third port 123, it is connected to the internal heat exchanger 140 disposed inside the HVAC module 101.

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 third port 123 of the 4-way valve in the refrigerant line is a refrigerant outlet selectively communicated with the second port 122 and the fourth port 124 according to the air conditioning mode, upstream of the compressor 110 on the refrigerant flow. It is connected to the intermediate heat exchanger 180 disposed on the side.

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 fourth port 122 of the 4-way valve in the refrigerant line is a refrigerant inlet and outlet that selectively communicates with the first port 121 and the third port 123 according to the air conditioning mode, and is an electronic component of the cooling water circulation line EL. It is connected to the chiller 161.

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 first port 121 communicates with the second port 122, each port of the refrigerant line four-way valve communicates with the third port 123 and the fourth port 124, and the first port When 121 communicates with the fourth port 124, the second port 122 communicates with the third port 123.

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 first port 121 of the 4-way valve in the refrigerant line communicates with the fourth port 124, the refrigerant discharged from the compressor 110 is transferred to the electrical component chiller 161 of the electrical component cooling water circulation line EL. , and when the fourth port 124 communicates with the third port 123, the refrigerant passing through the electrical component chiller 161 of the electrical component cooling water circulation line EL is transferred to the upstream side of the compressor 110 on the refrigerant flow. It is transferred to the intermediate heat exchanger 180 disposed in.

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 external heat exchanger 130 and the internal heat exchanger 140, a first branching point 181 is provided at which the refrigerant discharged from the external heat exchanger 130 diverges or joins, and four refrigerant lines On the refrigerant line connecting the third port 123 of the valve 120 and the compressor 110, the refrigerant coming out through the 4-way valve 120 in the refrigerant line and the refrigerant coming out through the battery chiller 190 join each other. A second branch point 182 is provided.

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 second branch point 182 is preferably located at a position before the intermediate heat exchanger 180 so that the superheat and performance of the refrigerant discharged from the battery chiller 190 can be further increased.

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 battery chiller 190 is installed on a separate refrigerant branch line connecting the first branch point 181 and the second branch point 182, and a second expansion for expanding the refrigerant is installed upstream of the battery chiller 190. A valve 191 is installed.

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 water circulation pump 193 and a battery 194 are provided in the battery cooling water circulation line BL, so that the cooling water is circulated through the cooling water circulation pump 193 and circulates inside the battery cooling water circulation line BL. The battery 194 may be cooled by exchanging heat with the refrigerant in the battery chiller 190. Here, the battery chiller 190 serves as an evaporator.

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 external heat exchanger 130 is introduced into the second expansion valve 191 to exchange heat with the coolant flowing along the inside of the battery coolant circulation line (BL) in the battery chiller 190. (194) can be cooled.

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 second expansion valve 191 installed on the side of the battery chiller 190 is a solenoid-type expansion valve capable of ON/OFF opening and closing operations and cannot adjust the amount of opening, or Like the first expansion valve 170 installed upstream of the internal heat exchanger 140, an electronic expansion valve (EEV) capable of adjusting the amount of opening by PID control may be used. In addition, a check valve 192 for preventing a reverse flow of the refrigerant may be mounted on a refrigerant line on a downstream side of the battery chiller 190 through which the refrigerant is discharged.

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 first branch point 181 and the battery chiller 190, a part of the refrigerant discharged from the internal heat exchanger 140 does not pass through the second expansion valve 191. A bypass line 183 may be installed so that it can be bypassed and directly flowed into the battery chiller 190 side.

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 bypass line 183 is branched from one side of the refrigerant line upstream of the second expansion valve 191 and connected to the refrigerant line located between the battery chiller 190 and the second expansion valve 191. Accordingly, a portion of the refrigerant discharged from the internal heat exchanger 140 according to the air conditioning mode may pass through the first branch point 181, bypass through the bypass line 183, and directly flow into the battery chiller 190 side. In this case, the second expansion valve 191 is closed, and the inflow of refrigerant into the battery chiller 190 through the second expansion valve 191 can be blocked.

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 bypass valve 184 whose open/close operation can be controlled by the controller is installed in the bypass line 183 to selectively allow the inflow of refrigerant into the bypass line 183. It can be. In addition, a check valve may be additionally installed on the bypass line 183 to prevent the refrigerant from flowing backward.

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 bypass valve 184 is installed in a three-way valve method at the intersection of the refrigerant line and the bypass line 183 connecting the first branch point 181 and the second expansion valve 191, in an air conditioning mode. Accordingly, the flow of refrigerant may be induced toward the second expansion valve 191 or the flow of refrigerant toward the bypass line 183 may be induced by selectively changing the passage of the 3-way valve by the control unit.

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 intermediate heat exchanger 180 is also abbreviated as IHX (Intermediate Heat Exchanger), and is provided for heat exchange between the refrigerant before passing through the first expansion valve 170 and the internal heat exchanger 140 and the refrigerant after passing through is a composition

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 intermediate heat exchanger 180 is mounted between the first branch point 181 of the refrigerant line connecting the external heat exchanger 130 and the internal heat exchanger 140 and the external heat exchanger 130, depending on the air conditioning mode. The refrigerant discharged from the heat exchanger 130 is heat exchanged and then transferred to the internal heat exchanger 140, or the refrigerant discharged from the internal heat exchanger 140 is heat exchanged and then transferred to the external heat exchanger 130.

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 intermediate heat exchanger 180 is heat exchanger in the form of a double pipe including an outer conduit for delivering refrigerant to the first expansion valve 170 and an inner conduit for conveying refrigerant to the accumulator 150 and the compressor 110. It may consist of groups. Here, a refrigerant having a relatively high pressure and temperature may flow in the outer conduit connected to the first expansion valve 170, and a refrigerant having a relatively low pressure and temperature may flow in the inner conduit.

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 heater core 103, an electric coolant heater 104, and a coolant circulation pump 106 are provided in the indoor heating coolant circulation line CL for indoor heating of the vehicle, and the coolant is heated through the electric heater 104. The coolant introduced into the heater core 103 can be used as a heat source for indoor heating.

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 heater core 103 is disposed in the HVAC module 101, and a cooling water line circulating through the heater core 103 is configured, but the cooling water electric heater 104, the pump 105, and the cooling water reservoir are installed on the cooling water line. It can be configured by disposing the tank 106.

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 heater core 103 into which high-temperature cooling water heated by the cooling water electric heater 104 provided in the indoor heating cooling water circulation line CL is introduced into the HVAC module 101 is mounted.

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 heater core 103 is mounted on the upper side of the internal heat exchanger 140 inside the HVAC module 101, is controlled by a controller on the lower side of the internal heat exchanger 140, and can blow air toward the internal heat exchanger 140. A blower fan 102 is installed.

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 heater core 103 . In this case, the temperature of the cooling water supplied to the heater core 103 may be controlled through PID control of the cooling water electric heater 104 by the control unit.

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 heater core 103 is installed on the side of the heater core 103, and the temperature sensor is a duct inside the HVAC module 101 in which the heater core 103 is installed. ) can detect the current temperature and transmit it to the control unit. The control unit may PID control the cooling water electric heater 104 until the temperature around the heater core 103 detected by the temperature sensor reaches a set temperature value set by the user within an error range.

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 heat pump system 100 is operated in the indoor cooling mode, the controller PID controls the compressor 110 until the difference between the target evaporator temperature according to the user's temperature setting and the current evaporation temperature converges within the error range. Indoor cooling can be performed.

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 heat pump system 100 is operated in the indoor cooling mode, the internal heat exchanger 140 functions as an evaporator, and the control unit sets the temperature of the internal heat exchanger 140 functioning as an evaporator to the target evaporator temperature, By performing PID control for the RPM of the compressor 110 until the difference between the current evaporator temperature and the target evaporator temperature, detected through a temperature sensor (not shown) installed around the internal heat exchanger 140, converges within a preset error range. Indoor cooling can be performed.

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 heat pump system 100 is operated in the indoor heating mode, the internal heat exchanger 140 functions as a condenser, and the control unit sets the temperature of the internal heat exchanger 140 functioning as a condenser to a target temperature, , Indoor heating can be performed by performing PID control of the RPM of the compressor 110 until the difference between the current temperature of the internal heat exchanger 140 detected through the temperature sensor and the target temperature converges within a preset error range. .

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 heater core 103 as the target temperature, and coolant coolant is supplied until the difference between the current temperature of the heater core 103 detected through the temperature sensor and the target temperature converges within a preset error range. Indoor heating can be performed by performing PID control on the electric heater 104 .

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 heat pump system 100 of the present invention is operated in the indoor heating mode, the high-temperature refrigerant flowing from the compressor 110 to the internal heat exchanger 140 and the cooling water are heated through the electric heater 104 to heat the heater core Indoor heating can be performed using two heat sources of high-temperature cooling water flowing into (103).

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 battery 194 may be operated in a battery preheating mode in which the battery 194 is preheated to a predetermined temperature so as to increase the charging speed of the battery 194 . To this end, in the existing heat pump system, a battery heater is separately installed on the battery cooling water circulation line, and when operated in a battery preheating mode, the battery is preheated using a heat source generated by the battery heater.

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 heat pump system 100 of the present invention, the cooling water is heated through the cooling water electric heater 104 capable of adjusting the calorific value installed in the indoor heating cooling water circulation line (CL), and the heated high-temperature The cooling water is transferred to the battery cooling water circulation line (BL) through the cooling water line 4-way valve 108 to heat the battery 194, thereby preheating the battery without using a separate battery heater on the battery cooling water circulation line as in the past. It provides a heat pump system structure that can work.

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 heat pump system 100 of the present invention includes a cooling water line four-way valve 108 capable of selectively changing the internal flow path through the control of the controller between the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line (BL). ) is installed, so that the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line (BL) are selectively connected by changing the flow path inside the cooling water line 4-way valve 108 according to the air conditioning mode, and the heat pump When the air conditioning mode of the system 100 is operated in the battery preheating mode, the control unit controls the internal flow path of the 4-way valve 108 in the cooling water line to connect the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line (BL). The cooling water is circulated between the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line (BL), so that the high-temperature cooling water heated through the cooling water electric heater 104 is passed through the cooling water line 4-way valve 108. The battery 194 may be preheated by transferring the coolant to the battery cooling water circulation line BL.

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 heat pump system 100 according to the present invention will be described in detail.

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 heat pump system 100 for a vehicle according to an embodiment of the present invention is operated in an indoor cooling mode, an indoor cooling and battery cooling mode, an indoor heating mode, and an indoor heating and battery preheating mode, respectively. and the flow of cooling water is shown.

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 heat pump system 100 of the present invention is operated only in the indoor cooling mode, the flow of refrigerant in the refrigerant circulation line RL is "compressor 110 - refrigerant line 4-way valve 120 - electric appliance 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) - Intermediate heat exchanger (180) - Accumulator (150) - Compressor 110" is cycled in order.

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-way valve 120 allows the refrigerant discharged from the compressor 110 to enter the external heat exchanger 130 and the refrigerant discharged from the internal heat exchanger 140 to the compressor 110. The first port 121 of the four-way valve 120 in the refrigerant line may be in communication with the fourth port 124, and the second port 122 may be in communication with the third port 123.

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 external heat exchanger 130 is partially introduced to the internal heat exchanger 140 side from the first branching point 181 via the intermediate heat exchanger 180, and the other portion flows into the battery chiller 190. can be infiltrated.

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 internal heat exchanger 140 is expanded through the first expansion valve 170 and then flows into the internal heat exchanger 140, and the low-temperature refrigerant introduced in this way flows from the internal heat exchanger 140 to the interior of the vehicle. By exchanging heat with blown air and supplying the heat-exchanged low-temperature air into the room, indoor cooling can be achieved.

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 heat pump system 100 is operated only in the indoor cooling mode, the pumps 105, 165, and 193 provided in the indoor heating coolant circulation line CL, the electrical equipment cooling water circulation line EL, and the battery cooling water circulation line BL Since the operation is stopped, the coolant flow does not occur inside each of the coolant circulation lines CL, EL, and BL.

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-way valve 108 located between the indoor heating coolant circulation line (CL) and the battery coolant circulation line (BL) connects the indoor heating coolant circulation line (CL) and the battery coolant circulation line (BL). is controlled to block the cooling water circulation between the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line (BL).

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 bypass valve 184 is closed and the second expansion valve 191 is opened, so that the refrigerant from the external heat exchanger 130 flows through the second expansion valve ( 191), and then flowing into the battery chiller 190 side and then flowing into the compressor 110 side, the flow circulation may be controlled to be made.

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 bypass valve 184 and the second expansion valve 191, the refrigerant from the external heat exchanger 130 does not flow into the battery chiller 190 but directly flows into the internal heat exchanger 140. After being discharged to the compressor 110 side may be controlled so that the flow circulation is made.

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 - Compressor 110".

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 external heat exchanger 130 passes through the intermediate heat exchanger 180 and partially passes through the internal heat exchanger 140 starting from the first diverging point 181. side, and the other part may flow into the battery chiller 190 side.

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 internal heat exchanger 140 exchanges heat with the air blown into the room, so that the heat-exchanged low-temperature air is supplied to the room to cool the room.

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 battery chiller 190, the bypass valve 184 is closed and the second expansion valve 191 is opened, so that part of the refrigerant discharged from the external heat exchanger 130 After flowing into the battery chiller 190 through the second expansion valve 191, the refrigerant may be introduced into the compressor 110 by joining with the refrigerant passing through the internal heat exchanger 140 at the second branch point 182.

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 battery 194 can be cooled through the low-temperature refrigerant introduced into the battery chiller 190 and the coolant circulating inside the battery coolant circulation line (BL) and the coolant made into a low-temperature state by heat exchange with each other. . At this time, the cooling water line 4-way valve 108 may control the internal flow path to block the connection between the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line (BL).

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 external heat exchanger 130 expands through the first expansion valve 170 and the second expansion valve 191, and is transferred to the internal heat exchanger 140 and the battery chiller 190 as low-temperature refrigerant, respectively. By being introduced, air introduced into the HVAC module 101 is cooled to cool the room, and at the same time, the battery 194 can be cooled by a heat exchange action of the low-temperature refrigerant introduced into the battery chiller 190 .

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 heat pump system 100 of the present invention is operated only in the indoor heating mode, the flow of refrigerant in the refrigerant circulation line RL is “compressor 110 - refrigerant line 4-way valve 120 - internal heat exchanger 140 , Functions as a condenser) - External heat exchanger (130, functions as an evaporator) - Electric chiller (161) - Refrigerant line 4-way valve (120) - Intermediate heat exchanger (180) - Accumulator (150) - Compressor (110) As a result, the flow circulation of the refrigerant can be made.

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-way valve 120 allows the refrigerant discharged from the compressor 110 to flow into the internal heat exchanger 140 and the refrigerant discharged from the external heat exchanger 130 to flow into the compressor 110. The first port 121 of the four-way valve 120 in line communicates with the second port 122, and the third port 122 may communicate with the fourth port 123.

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 internal heat exchanger 140 functions as a condenser, and the high-temperature refrigerant introduced into the internal heat exchanger 140 exchanges heat with the air blown into the room, and the refrigerant The high-temperature air exchanged with the heat exchanger is supplied to the room, so that the room can be heated.

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 electric heater 104 is operated in the indoor heating cooling water circulation line (CL) to apply additional heat to the air supplied to the interior of the vehicle to heat the cooling water and supply it to the heater core 103, thereby improving heating performance. can improve

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 bypass valve 184 and the second expansion valve 191 are closed ( Close) to prevent the refrigerant from flowing toward the battery chiller 190.

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 bypass valve 184 of the refrigerant circulation line RL is opened and the second expansion valve 191 is closed so that the internal heat exchanger 140 A portion of the refrigerant released may flow into the battery chiller 190 through the bypass line 183 and then be controlled to be supplied to the compressor 110 . In this case, the cooling water line 4-way valve 108 is controlled to cut off the connection between the indoor heating cooling water circulation line CL and the battery cooling water circulation line BL, so that the cooling water circulating inside the indoor heating cooling water circulation line CL. It can be controlled so that indoor heating is made only through 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 heat pump system 100 is simultaneously operated in indoor heating and battery preheating modes, the flow of refrigerant in the refrigerant circulation line RL is “compressor 110 - refrigerant line 4-way valve 120 - internal heat exchanger (140, functions as a condenser) - External heat exchanger (130, functions as an evaporator) - Electric chiller (161) - Refrigerant line 4-way valve (120) - Intermediate heat exchanger (180) - Accumulator (150) - Compressor (110) In this order, the flow circulation of the refrigerant can be made.

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 heat pump system 100 is simultaneously operated in indoor heating and battery preheating modes, the internal heat exchanger 140 functions as a condenser, and the high-temperature refrigerant introduced into the internal heat exchanger 140 is blown into the room. The high-temperature air that has been heat-exchanged with the refrigerant is supplied to the room to heat the room.

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 electric heater 104 of the indoor heating cooling water circulation line (CL) is operated to heat the cooling water, and the heated cooling water is supplied to the heater core 103 so as to By exchanging heat and supplying it to the room, heating performance can be improved.

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 battery 194 may be significantly reduced due to the low outdoor temperature. Therefore, when the outside temperature is low, it is necessary to heat the battery 194 to a predetermined temperature so as to increase the charging speed of the battery 194 .

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 heat pump system 100 is operated in the battery preheating mode, the cooling water is heated using the cooling water electric heater 104 installed in the indoor heating cooling water circulation line CL, and the heated cooling water is converted into battery cooling water. It is configured to preheat the battery 194 by transferring it to the circulation line BL.

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-way valve 108 to connect the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line (BL) to each other, the indoor heating cooling water circulation line (CL) and the battery cooling water circulation line ( The cooling water is circulated between the BLs, and the high-temperature cooling water heated through the cooling water electric heater 104 is transferred to the battery cooling water circulation line (BL), so that the battery 194 can be preheated by the high-temperature cooling water. .

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 bypass valve 184 and closing the second expansion valve 191, a part of the refrigerant from the internal heat exchanger 140 is transferred to the bypass line ( 183) to the side of the battery chiller 190 and heat exchange with the cooling water moving along the battery cooling water circulation line BL, and then supplied to the compressor 110.

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 internal heat exchanger 140 and moving toward the battery chiller 190 does not flow into the second expansion valve 191, but directly flows into the battery chiller 190 through the bypass line 183, thereby reducing the refrigerant Since the temperature does not decrease, even when heat is exchanged between the refrigerant and the coolant in the battery chiller 190, the temperature of the coolant can be transferred to the heater core 103 without a significant drop. Accordingly, the coolant electric heater 104 There is no need to excessively overheat the coolant.

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 heat pump system 100 is operated in the battery preheating mode, the cooling water is heated through the cooling water electric heater 104 installed in the indoor heating cooling water circulation line CL and capable of adjusting the calorific value, and the heated high temperature The cooling water is transferred to the battery cooling water circulation line (BL) through the cooling water line 4-way valve 108 to preheat the battery 194, thereby preheating the battery without installing a separate battery heater on the battery cooling water circulation line as in the conventional method. can be performed smoothly. Therefore, since the battery power consumption for preheating the battery in winter can be reduced as much, an effect of improving the fuel efficiency of the vehicle can be obtained.

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: 체크밸브
100: 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)

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;
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.
제1항에 있어서, 상기 공조모드가 배터리 예열 모드로 운용될 경우, 상기 제어부는 상기 냉각수라인 4방밸브의 유로를 제어하여 상기 실내 난방 냉각수 순환라인과 배터리 냉각수 순환라인이 서로 연결되도록 함으로써, 상기 냉각수 전기히터를 통해 가열된 고온의 냉각수를 상기 냉각수라인 4방밸브를 통해 배터리 냉각수 순환라인 측으로 전달하여 배터리 예열을 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
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.
제1항에 있어서, 상기 냉매순환라인은,
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.
제3항에 있어서, 상기 바이패스라인에는 냉매의 역류를 방지할 수 있는 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
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.
제3항에 있어서, 상기 공조모드가 실내 냉방 모드로 운용될 경우,
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.
제3항에 있어서, 상기 공조모드가 실내 난방 모드로 운용될 경우,
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.
제3항에 있어서, 상기 공조모드가 실내 냉방 및 배터리 냉각 모드로 운용될 경우,
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.
제3항에 있어서, 상기 공조모드가 실내 난방 및 배터리 예열 모드로 운용될 경우,
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.
제1항에 있어서, 상기 실내 난방 냉각수 순환라인 상에는 상기 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 수행하는 것을 특징으로 하는 자동차용 히트펌프 시스템.
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.
제1항에 있어서, 상기 제어부를 통해 제어되며, 상기 압축기로부터 토출되는 냉매를 상기 외부열교환기로 전달하거나 상기 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,
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.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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