KR20230150060A - Heat pump system for vehicle and method for controlling the same - Google Patents

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KR20230150060A
KR20230150060A KR1020220049547A KR20220049547A KR20230150060A KR 20230150060 A KR20230150060 A KR 20230150060A KR 1020220049547 A KR1020220049547 A KR 1020220049547A KR 20220049547 A KR20220049547 A KR 20220049547A KR 20230150060 A KR20230150060 A KR 20230150060A
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이재민
김재균
김인혁
김영만
이경철
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한온시스템 주식회사
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Abstract

HEV차량에 있어서 엔진폐열 냉각수 라인과 전장품폐열 및 공기열원 라인을 이원화하고 전장품 냉각수 라인을 이용해 히트펌프 열원을 확보하도록 구성된 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법이 개시된다. 차량용 히트펌프 시스템은 엔진과 PE모듈(Power Electric Module)을 갖는 하이브리드차량(HEV)에 설치되는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 공조케이스 내의 공기를 가열 또는 냉각하는 열교환기를 순환하는 냉매라인; 상기 엔진을 순환하는 제1 냉각수라인; 및 상기 PE모듈을 포함한 전장품을 순환하는 제2 냉각수라인을 구비하며, 상기 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인은 분리되어 이원화된다.A vehicle heat pump system configured to dualize the engine waste heat coolant line and the electrical equipment waste heat and air heat source line in an HEV vehicle and secure a heat pump heat source using the electrical equipment coolant line and a control method thereof are disclosed. A vehicle heat pump system installed in a hybrid vehicle (HEV) having an engine and a PE module (Power Electric Module) includes a refrigerant line that circulates through a heat exchanger that heats or cools the air in the air conditioning case; a first coolant line circulating through the engine; and a second coolant line that circulates through electrical components including the PE module, and the first coolant line and the second coolant line are separated and dualized.

Description

차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법{HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}Vehicle heat pump system and its control method {HEAT PUMP SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이브리드 차량에 설치되어 냉매의 유동 방향 전환에 따라 차량 실내의 냉방 또는 난방을 선택적으로 수행하는 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system, and more specifically, to a vehicle heat pump system that is installed in a hybrid vehicle and selectively cools or heats the vehicle interior according to a change in the flow direction of the refrigerant, and a control method thereof.

일반적으로, 차량용 공조장치는 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 냉방시스템은 냉매사이클의 실내 열교환기 측에서 실내 열교환기의 외부를 거치는 공기를 증발기의 내부에서 유동되는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어 차량 실내를 냉방한다. 아울러, 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어 측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어의 내부에서 유동되는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어 차량 실내를 난방하도록 구성된다.Generally, an air conditioning system for a vehicle includes a cooling system for cooling the interior of the vehicle and a heating system for heating the interior of the vehicle. The cooling system cools the vehicle interior by exchanging heat with the refrigerant flowing inside the evaporator and converting it to cold air passing through the outside of the indoor heat exchanger on the indoor heat exchanger side of the refrigerant cycle. In addition, the heating system is configured to heat the interior of the vehicle by exchanging heat with the coolant flowing inside the heater core on the heater core side of the coolant cycle and converting the air passing through the outside of the heater core into warmth.

한편, 전술한 차량용 공조장치와는 다른 것으로, 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 사용되고 있다. 히트펌프 시스템은 공조케이스 내부에 설치되어 차량 실내로 송풍되는 공기와 열교환하기 위한 실내 열교환기와, 공조케이스 외부에서 열교환하기 위한 실외 열교환기 및 냉매의 유동방향을 전환할 수 있는 방향조절밸브 등을 구비한다.Meanwhile, unlike the aforementioned vehicle air conditioning system, a heat pump system that can selectively perform cooling and heating by changing the flow direction of the refrigerant using one refrigerant cycle is being used. The heat pump system is installed inside the air conditioning case and includes an indoor heat exchanger to exchange heat with the air blown into the vehicle interior, an outdoor heat exchanger to exchange heat outside the air conditioning case, and a direction control valve to change the flow direction of the refrigerant. do.

도 1은 종래의 하이브리드 차량(HEV: Hybrid Electric Vehicle)에 설치되는 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 압축기(8)와, 실외열교환기(6)와, 팽창밸브(5)와, 실내열교환기(3)를 포함한다. 냉매 유동 방향으로 압축기(8)의 하류에는 제1 삼방향밸브(7)가 구비되며, 제1 삼방향밸브(7)는 압축기(8)에서 토출된 냉매가 실외열교환기(6)와 실내열교환기(3) 중 하나로 선택적으로 흐르도록 냉매 흐름을 제어한다.Figure 1 shows a vehicle heat pump system installed in a conventional hybrid vehicle (HEV: Hybrid Electric Vehicle). Referring to FIG. 1, a conventional vehicle heat pump system includes a compressor (8), an outdoor heat exchanger (6), an expansion valve (5), and an indoor heat exchanger (3). A first three-way valve (7) is provided downstream of the compressor (8) in the direction of refrigerant flow, and the first three-way valve (7) allows the refrigerant discharged from the compressor (8) to exchange heat with the outdoor heat exchanger (6). The refrigerant flow is controlled to selectively flow to one of the groups (3).

냉매 유동 방향으로 압축기(8)의 상류에는 어큐뮬레이터(9)가 구비된다. 실내열교환기(3)와 어큐뮬레이터(9) 사이에는 제2 삼방향밸브(10)가 구비되며, 제2 삼방향밸브(10)는 실내열교환기(3)를 통과한 냉매를 압축기(8) 쪽으로 선택적으로 유동시키거나 압축기(8)에서 토출된 냉매를 실내열교환기(3) 쪽으로 선택적으로 유동시킨다.An accumulator (9) is provided upstream of the compressor (8) in the direction of refrigerant flow. A second three-way valve (10) is provided between the indoor heat exchanger (3) and the accumulator (9), and the second three-way valve (10) directs the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger (3) toward the compressor (8). The refrigerant is selectively flowed or the refrigerant discharged from the compressor (8) is selectively flowed toward the indoor heat exchanger (3).

공조케이스(1) 내의 공기유로에 실내열교환기(3)와 히터코어(4)가 공기 유동 방향으로 순차로 구비된다. 실내열교환기(3)는 이를 통과하는 공기와 열교환하며, 공기는 냉각 또는 가열되어 차량 실내로 토출된다. 히터코어(4)는 이릍 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 가열시킨다. 실내열교환기(3)와 히터코어(4) 사이에는 공기의 온도를 조절하기 위한 템프도어(2)가 구비된다.An indoor heat exchanger (3) and a heater core (4) are sequentially provided in the air flow path within the air conditioning case (1) in the air flow direction. The indoor heat exchanger (3) exchanges heat with the air passing through it, and the air is cooled or heated and discharged into the vehicle interior. The heater core 4 heats the air by exchanging heat with the air passing through it. A temp door (2) is provided between the indoor heat exchanger (3) and the heater core (4) to control the temperature of the air.

실외열교환기(6)와 실내열교환기(3) 사이에는 냉매를 팽창시키는 EXV 등의 팽창밸브(5)가 구비된다. 실외열교환기(6)와 팽창밸브(5) 사이 냉매라인에서 바이패스라인이 분기되며, 바이패스라인에 이방향밸브(17)가 구비된다. 아울러, 이방향밸브(17)의 제어에 의해, 실외열교환기(6)를 통과한 냉매는 팽창밸브(5) 쪽으로 선택적으로 흐르거나 팽창밸브(5)를 통과한 냉매가 압축기(8) 쪽으로 선택적으로 흐른다.An expansion valve (5) such as EXV is provided between the outdoor heat exchanger (6) and the indoor heat exchanger (3) to expand the refrigerant. A bypass line is branched from the refrigerant line between the outdoor heat exchanger (6) and the expansion valve (5), and a two-way valve (17) is provided in the bypass line. In addition, by controlling the two-way valve (17), the refrigerant passing through the outdoor heat exchanger (6) selectively flows toward the expansion valve (5), or the refrigerant passing through the expansion valve (5) selectively flows toward the compressor (8). flows to

바이패스라인에는 이방향밸브(17)와 압축기(8) 사이에 칠러(12)가 구비된다. 칠러(12)를 통과한 냉매는 냉각수라인을 흐르는 냉각수와 열교환한다. 냉각수라인은 엔진(13), 히터코어(4), 워터펌프(11)을 흐른다. 또한, 엔진(13)은 칠러(12)에 의한 냉각뿐 아니라, 엔진 라디에이터(14) 및 리저브탱크(15)를 흐르는 별도의 냉각수라인에 의해 냉각이 가능하도록 이루어진다.A chiller (12) is provided in the bypass line between the two-way valve (17) and the compressor (8). The refrigerant passing through the chiller (12) exchanges heat with the coolant flowing through the coolant line. The coolant line flows through the engine (13), heater core (4), and water pump (11). In addition, the engine 13 can be cooled not only by the chiller 12, but also by a separate coolant line flowing through the engine radiator 14 and the reserve tank 15.

냉방모드 시 도 1에 도시된 것처럼, 압축기(8)에서 토출된 냉매는 실외열교환기(6), 팽창밸브(5), 실내열교환기(3), 어큐뮬레이터(9), 압축기(8)를 순환한다. 한편, 난방모드 시 도 2에 도시된 것처럼, 압축기(8)에서 토출된 냉매는 실내열교환기(3), 팽창밸브(5), 칠러(12), 어큐뮬레이터(9), 압축기(8)를 순환한다. 냉매의 흐름 제어는 제1 삼방향밸브(7), 제2 삼방향밸브(10), 이방향밸브(17)에 의해 이루어진다.As shown in FIG. 1 in cooling mode, the refrigerant discharged from the compressor (8) circulates through the outdoor heat exchanger (6), expansion valve (5), indoor heat exchanger (3), accumulator (9), and compressor (8). do. Meanwhile, as shown in FIG. 2 in the heating mode, the refrigerant discharged from the compressor (8) circulates through the indoor heat exchanger (3), expansion valve (5), chiller (12), accumulator (9), and compressor (8). do. The flow of refrigerant is controlled by the first three-way valve (7), the second three-way valve (10), and the two-way valve (17).

종래의 차량용 히트펌프 시스템은 엔진 열원을 회수하여 히트펌프 시스템을 구동하기 때문에, 엔진 열원 수준(엔진 냉각수 온도)에 따라 히트펌프 작동이 제한되거나 작동을 멈춰야 하는 조건이 발생한다. 이로 인해, 종래의 차량용 히트펌프 시스템은 차량 주행 조건에 따라 히트펌프 로직 및 엔진 난방 로직이 상대적으로 복잡해지는 문제가 있다.Since the conventional vehicle heat pump system recovers engine heat source to drive the heat pump system, the operation of the heat pump is limited or conditions must stop depending on the engine heat source level (engine coolant temperature). Because of this, the conventional vehicle heat pump system has a problem in that the heat pump logic and engine heating logic become relatively complicated depending on vehicle driving conditions.

이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 HEV차량에 있어서 엔진폐열 냉각수 라인과 전장품폐열 및 공기열원 라인을 이원화하고 전장품 냉각수 라인을 이용해 히트펌프 열원을 확보하도록 구성된 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법을 제공한다.In order to solve such conventional problems, the present invention provides a vehicle heat pump system and its control configured to dualize the engine waste heat coolant line and the electrical equipment waste heat and air heat source line in the HEV vehicle and secure the heat pump heat source using the electrical equipment coolant line. Provides a method.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 엔진과 PE모듈(Power Electric Module)을 갖는 하이브리드차량(HEV)에 설치되는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서, 공조케이스 내의 공기를 가열 또는 냉각하는 열교환기를 순환하는 냉매라인; 상기 엔진을 순환하는 제1 냉각수라인; 및 상기 PE모듈을 포함한 전장품을 순환하는 제2 냉각수라인을 구비하며, 상기 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인은 분리되어 이원화된다.The vehicle heat pump system according to the present invention is installed in a hybrid vehicle (HEV) having an engine and a PE module (Power Electric Module), and includes a refrigerant line that circulates through a heat exchanger that heats or cools the air in the air conditioning case. ; a first coolant line circulating through the engine; and a second coolant line that circulates through electrical components including the PE module, and the first coolant line and the second coolant line are separated and dualized.

상기 제1 냉각수라인의 엔진폐열이 공조케이스 내에서 난방열원으로 사용되며, 상기 제2 냉각수라인의 전장품폐열 또는 공기열원이 상기 냉매라인의 증발열원으로 사용된다.Engine waste heat from the first coolant line is used as a heating heat source in the air conditioning case, and electrical equipment waste heat or air heat source from the second coolant line is used as an evaporation heat source for the refrigerant line.

상기 냉매라인에, 냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내부에 구비되어 냉매를 공조케이스 내의 공기와 열교환시키는 실내열교환기와, 공조케이스 외부에 구비되어 냉매를 외기와 열교환시키는 실외열교환기와, 상기 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 구비되어 냉매를 팽창시키는 팽창수단이 구비되며, 냉매 유동 방향으로 압축기의 상류에 상기 제2 냉각수라인의 냉각수와 열교환하는 칠러가 구비된다.In the refrigerant line, a compressor that compresses and discharges the refrigerant, an indoor heat exchanger provided inside the air conditioning case to exchange heat with the refrigerant with the air in the air conditioning case, an outdoor heat exchanger provided outside the air conditioning case to exchange heat with the refrigerant with the outside air, and An expansion means is provided between the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger to expand the refrigerant, and a chiller is provided upstream of the compressor in the direction of refrigerant flow to exchange heat with the coolant of the second coolant line.

상기 공조케이스에 제1 냉각수라인에 연결되는 히터코어가 구비되고, 난방모드 시 엔진폐열이 제1 냉각수라인의 냉각수를 통해 히터코어에서 사용되고, 전장품폐열 또는 공기열원은 제2 냉각수라인의 칠러를 이용해 실내열교환기에서 사용된다.The air conditioning case is provided with a heater core connected to the first coolant line, and in the heating mode, engine waste heat is used in the heater core through coolant in the first coolant line, and electrical component waste heat or air heat source is used by the chiller in the second coolant line. Used in indoor heat exchangers.

상기 제2 냉각수라인에 냉각수를 실외 공기와 열교환시키는 전장라디에이터가 구비되고, 난방모드 시 냉매라인의 냉매는 실외열교환기를 바이패스하고 칠러를 통해 전장품폐열 또는 전장라디에이터에서의 공기열원을 흡수한다.The second coolant line is provided with an electric radiator that exchanges heat between coolant and outdoor air. In the heating mode, the refrigerant in the refrigerant line bypasses the outdoor heat exchanger and absorbs waste heat from electric equipment or air heat from the electric radiator through the chiller.

또한, 냉매 유동 방향으로 압축기의 하류에, 압축기에서 토출된 냉매가 실외열교환기와 실내열교환기 중 하나로 선택적으로 흐르도록 냉매 흐름을 제어하는 제1 방향전환밸브; 및 상기 실내열교환기와 압축기 사이에, 실내열교환기를 통과한 냉매를 압축기 쪽으로 유동시키거나 압축기에서 토출된 냉매를 실내열교환기 쪽으로 선택적으로 유동시키는 제2 방향전환밸브를 포함한다.In addition, downstream of the compressor in the refrigerant flow direction, a first direction switching valve that controls the refrigerant flow so that the refrigerant discharged from the compressor selectively flows to one of the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger; And between the indoor heat exchanger and the compressor, it includes a second direction switching valve that selectively flows the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger toward the compressor or selectively flows the refrigerant discharged from the compressor toward the indoor heat exchanger.

또한, 칠러는 팽창수단과 실외열교환기 사이에서 분기되는 냉매분기라인에 구비되며, 상기 칠러는 제2 냉각수라인의 냉각수와만 열교환되고 상기 제2 냉각수라인과 분리된 제1 냉각수라인의 냉각수와는 열교환되지 않는다.In addition, the chiller is provided in a refrigerant branch line branched between the expansion means and the outdoor heat exchanger, and the chiller exchanges heat only with the coolant in the second coolant line and does not exchange heat with the coolant in the first coolant line separated from the second coolant line. There is no heat exchange.

또한, 냉방모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브를 통해 실외열교환기로 흐르고, 실외열교환기를 통과한 냉매는 칠러를 바이패스하여 팽창수단 및 실내열교환기 쪽으로 흐르며 제2 방향전환밸브를 통해 압축기로 순환된다.In addition, in the cooling mode, the refrigerant discharged from the compressor flows to the outdoor heat exchanger through the first direction switching valve, and the refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger bypasses the chiller and flows toward the expansion means and the indoor heat exchanger and operates through the second direction switching valve. is circulated through the compressor.

또한, 난방모드 시, 압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브를 통해 실내열교환기로 흐르고, 실내열교환기 및 팽창수단을 통과한 냉매가 실외열교환기를 바이패스하여 칠러 쪽으로 흐르며 제2 방향전환밸브를 통해 압축기로 순환된다.In addition, in the heating mode, the refrigerant discharged from the compressor flows to the indoor heat exchanger through the first direction switching valve, and the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger and the expansion means bypasses the outdoor heat exchanger and flows toward the chiller and operates through the second direction switching valve. is circulated through the compressor.

또한, 난방제습모드 시, 냉매는 상기 냉방모드와 같이 유동하고, 엔진을 순환하는 제1 냉각수라인을 통해 차실내를 난방한다.Additionally, in the heating and dehumidifying mode, the refrigerant flows as in the cooling mode and heats the vehicle interior through the first coolant line circulating through the engine.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법은 엔진과 PE모듈(Power Electric Module)을 갖는 하이브리드차량(HEV)에 설치되는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법으로서, 난방모드 시, 엔진을 순환하는 냉각수라인과 연결되는 히터코어를 통해 엔진폐열이 공조케이스 내에서 난방열원으로 사용되도록 하고, PE모듈을 포함한 전장품 및 전장라디에이터를 순환하는 냉각수라인과 연결되는 칠러를 통해 전장품폐열 및 공기열원을 냉매라인에서 흡열하여 난방에 활용한다.The control method of a vehicle heat pump system according to the present invention is a control method of a vehicle heat pump system installed in a hybrid vehicle (HEV) having an engine and a PE module (Power Electric Module), and the coolant line that circulates the engine in heating mode Through the heater core connected to the engine waste heat is used as a heating heat source within the air conditioning case, and through the chiller connected to the coolant line that circulates through the electrical components including the PE module and the electrical radiator, the electrical component waste heat and air heat source are absorbed from the refrigerant line. and use it for heating.

본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은 엔진 냉각수와 히터코어를 연결하여 독립적인 난방 라인을 구성하되, PE모듈 및 전장라디에이터를 연결한 냉각수 라인을 이용하여 칠러에서 전장품폐열과 공기간접열원을 동시에 회수할 수 있게 된다.The vehicle heat pump system and its control method according to the present invention form an independent heating line by connecting the engine coolant and the heater core, and use the coolant line connecting the PE module and the electric radiator to remove waste heat from electrical equipment and indirect air heat source from the chiller. can be recovered at the same time.

또한, 본 발명은 실외열교환기로 공기 열원을 흡열하지 않으므로 히트펌프 전용 실외기를 적용할 필요가 없어 원가 절감이 가능하다. 아울러, 히트펌프 난방모드 시 저압측이 압력손실을 개선하며, 실외열교환기 미사용으로 인해 성능 저하분을 보완 가능하다.In addition, since the present invention does not absorb heat from air as an outdoor heat exchanger, there is no need to apply a dedicated outdoor unit for a heat pump, thereby reducing costs. In addition, when the heat pump is in heating mode, the low pressure side improves pressure loss, and performance degradation due to non-use of the outdoor heat exchanger can be compensated for.

도 1은 종래의 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템의 냉방모드를 도시한 것이고,
도 2는 종래의 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템의 난방모드를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템의 냉방모드를 도시한 것이며,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템의 난방모드를 도시한 것이고,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템의 난방제습모드를 도시한 것이다.Figure 1 shows the cooling mode of a conventional heat pump system for a hybrid vehicle,
Figure 2 shows the heating mode of a conventional heat pump system for a hybrid vehicle,
Figure 3 shows a heat pump system for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows a cooling mode of a heat pump system for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a heating mode of a heat pump system for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a heating and dehumidification mode of a heat pump system for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면에 따라서 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법의 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.Below, the technical configuration of the vehicle heat pump system and its control method will be described in detail according to the attached drawings.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 엔진(310)과 PE모듈(210: Power Electric Module)을 갖는 하이브리드차량(HEV)에 설치된다. 차량용 히트펌프 시스템은 냉매라인(153)과, 제1 냉각수라인(311)과, 제2 냉각수라인(214)을 포함한다. 냉매라인(153)은 공조케이스(104) 내의 공기를 가열 또는 냉각하는 열교환기를 순환한다. 또한, 제1 냉각수라인(311)은 엔진(310)을 순환하며, 제2 냉각수라인(214)은 PE모듈(210)을 포함한 전장품을 순환한다.Referring to FIG. 3, a vehicle heat pump system according to an embodiment of the present invention is installed in a hybrid vehicle (HEV) having an engine 310 and a PE module (Power Electric Module) 210. The vehicle heat pump system includes a refrigerant line 153, a first coolant line 311, and a second coolant line 214. The refrigerant line 153 circulates through a heat exchanger that heats or cools the air in the air conditioning case 104. Additionally, the first coolant line 311 circulates through the engine 310, and the second coolant line 214 circulates through electrical components including the PE module 210.

냉매라인(153)에는 압축기(101)와, 실내열교환기(103)와, 실외열교환기(102)와, 팽창수단(140)과, 제1 방향전환밸브(151)와, 제2 방향전환밸브(152)와, 칠러(213)가 구비된다.The refrigerant line 153 includes a compressor 101, an indoor heat exchanger 103, an outdoor heat exchanger 102, an expansion means 140, a first direction change valve 151, and a second direction change valve. (152) and a chiller (213) are provided.

압축기(101)는 냉매를 압축하여 토출하며, 냉매 유동 방향으로 압축기(101)의 상류에는 어큐뮬레이터(107)가 구비된다. 실내열교환기(103)는 공조케이스(104) 내부에 구비되어, 냉매를 공조케이스(104) 내의 공기와 열교환시킨다. 실외열교환기(102)는 공조케이스(104) 외부에 구비되어 냉매를 외기와 열교환시킨다. 아울러, 팽창수단(140)은 실내열교환기(103)와 실외열교환기(102) 사이에 구비되어 냉매를 팽창시킨다.The compressor 101 compresses and discharges the refrigerant, and an accumulator 107 is provided upstream of the compressor 101 in the direction of refrigerant flow. The indoor heat exchanger 103 is provided inside the air conditioning case 104 to exchange heat with the refrigerant and the air within the air conditioning case 104. The outdoor heat exchanger 102 is provided outside the air conditioning case 104 and heat exchanges the refrigerant with the outside air. In addition, the expansion means 140 is provided between the indoor heat exchanger 103 and the outdoor heat exchanger 102 to expand the refrigerant.

공조케이스(104) 내의 공기유로에는 실내열교환기(103)와 히터코어(106)가 공기 유동 방향으로 순차로 구비된다. 공조케이스(104)의 공기유입구 쪽에는 공기를 송풍하기 위한 블로워유닛이 구비된다. 히터코어(106)는 이릍 통과하는 공기와 열교환하여 공기를 가열시킨다. 실내열교환기(103)와 히터코어(106) 사이에는 차량 실내로 토출되는 공기의 온도를 조절하기 위한 템프도어(105)가 구비된다. 템프도어(105)는 공조케이스(104) 내에서 회전됨에 따라, 냉풍유로와 온풍유로 간의 공기양을 조절한다.An indoor heat exchanger 103 and a heater core 106 are sequentially provided in the air flow path within the air conditioning case 104 in the air flow direction. A blower unit for blowing air is provided at the air inlet side of the air conditioning case 104. The heater core 106 heats the air by exchanging heat with the air passing through it. A temp door 105 is provided between the indoor heat exchanger 103 and the heater core 106 to control the temperature of the air discharged into the vehicle interior. As the temp door 105 rotates within the air conditioning case 104, it adjusts the amount of air between the cold air flow path and the warm air flow path.

실내열교환기(103)는 이를 통과하는 공기와 열교환하며, 공기는 냉각 또는 가열되어 차량 실내로 토출된다. 실내열교환기(103)는 냉방모드시 공기와 열교환하여 흡열함으로써 증발기로 기능하며, 난방모드시 공기와 열교환하여 방열함으로써 응축기로 기능한다. 실외열교환기(102)는 차량 전방에 구비되고 별도의 송풍팬이 근처에 구비될 수 있다.The indoor heat exchanger 103 exchanges heat with the air passing through it, and the air is cooled or heated and discharged into the vehicle interior. The indoor heat exchanger 103 functions as an evaporator by exchanging heat with air to absorb heat in the cooling mode, and functions as a condenser by dissipating heat by exchanging heat with the air in the heating mode. The outdoor heat exchanger 102 may be installed in the front of the vehicle, and a separate blowing fan may be installed nearby.

제1 방향전환밸브(151)는 냉매 유동 방향으로 압축기(101)의 하류에 배치되며, 압축기(101)에서 토출된 냉매가 실외열교환기(102)와 실내열교환기(103) 중 하나로 선택적으로 흐르도록 냉매 흐름을 제어한다. 제2 방향전환밸브(152)는 실내열교환기(103)와 압축기(101) 사이에 배치되며, 실내열교환기(103)를 통과한 냉매를 압축기(101) 쪽으로 유동시키거나 압축기(101)에서 토출된 냉매를 실내열교환기(103) 쪽으로 선택적으로 유동시킨다.The first direction switching valve 151 is disposed downstream of the compressor 101 in the direction of refrigerant flow, and the refrigerant discharged from the compressor 101 selectively flows to one of the outdoor heat exchanger 102 and the indoor heat exchanger 103. Control the refrigerant flow. The second direction switching valve 152 is disposed between the indoor heat exchanger 103 and the compressor 101, and flows the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 103 toward the compressor 101 or discharges it from the compressor 101. The refrigerant is selectively flowed toward the indoor heat exchanger (103).

칠러(213)는 냉매 유동 방향으로 압축기(101)의 상류에 구비되어, 제2 냉각수라인(214)의 냉각수와 열교환한다. 칠러(213)는 팽창수단(140)과 실외열교환기(102) 사이에서 분기되는 냉매분기라인(158)에 구비된다. 냉매분기라인(158)에는 냉매의 흐름을 개폐하는 2방향밸브(159)가 구비된다. 칠러(213)에서 제2 냉각수라인(214)의 냉각수와 냉매분기라인(158)의 냉매가 열교환되며, 냉매는 칠러(213)에서 제2 냉각수라인(214)의 냉각수로부터 흡열한다.The chiller 213 is provided upstream of the compressor 101 in the direction of refrigerant flow and exchanges heat with the coolant in the second coolant line 214. The chiller 213 is provided in the refrigerant branch line 158 branched between the expansion means 140 and the outdoor heat exchanger 102. The refrigerant branch line 158 is provided with a two-way valve 159 that opens and closes the flow of refrigerant. In the chiller 213, the coolant in the second coolant line 214 and the refrigerant in the refrigerant branch line 158 exchange heat, and the refrigerant absorbs heat from the coolant in the second coolant line 214 in the chiller 213.

제1 냉각수라인(311)에는 냉각수 유동 방향으로 엔진(310), 히터코어(106), 엔진라디에이터(313), 워터펌프(312)가 순차로 구비된다. 엔진(310)은 내연기관용으로서 냉각수에 의해 냉각되며, 냉각수는 엔진폐열에 의해 가열된다. 히터코어(106)는 공조케이스(104) 내에 구비되고 제1 냉각수라인(311)에 연결되어, 냉각수를 공조케이스(104) 내의 공기와 열교환시켜 실내를 난방한다. 엔진라디에이터(313)는 냉각수를 공조케이스(104) 외부 공기와 열교환시킨다.The first coolant line 311 is sequentially provided with an engine 310, a heater core 106, an engine radiator 313, and a water pump 312 in the coolant flow direction. The engine 310 is for an internal combustion engine and is cooled by coolant, and the coolant is heated by engine waste heat. The heater core 106 is provided in the air conditioning case 104 and connected to the first coolant line 311, and heats the room by exchanging coolant with the air in the air conditioning case 104. The engine radiator 313 exchanges heat with the coolant and the outside air of the air conditioning case 104.

제2 냉각수라인(214)에는 냉각수 유동 방향으로 전장라디에이터(211), PE모듈(210), 워터펌프(215), 칠러(213), 리저브탱크(212)가 순차로 구비된다. PE모듈(210)은 Power Electric Module로서 냉각수와 열교환되어 전장폐열에 의해 냉각수를 가열시킨다. 전장라디에이터(211)는 제2 냉각수라인(214)의 냉각수를 실외 공기와 열교환시킨다.The second coolant line 214 is sequentially provided with an electric radiator 211, a PE module 210, a water pump 215, a chiller 213, and a reserve tank 212 in the direction of coolant flow. The PE module 210 is a Power Electric Module that exchanges heat with the coolant and heats the coolant by electrical waste heat. The electric radiator 211 exchanges heat with the coolant in the second coolant line 214 with outdoor air.

차량 전방 기준으로 실외열교환기(102), 전장라디에이터(211), 엔진라디에이터(313), 쿨링팬이 순차로 배치된다. 난방모드 시 냉매로도 난방을 수행하며, PE모듈(210)의 전장폐열 및 전장라디에이터(211)의 공기열원을 이용할 수 있다.The outdoor heat exchanger 102, full-length radiator 211, engine radiator 313, and cooling fan are arranged in order at the front of the vehicle. In the heating mode, heating is also performed with a refrigerant, and the electric waste heat of the PE module (210) and the air heat source of the electric radiator (211) can be used.

특히, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템은 제1 냉각수라인(311)과 제2 냉각수라인(214)이 분리되어 이원화된다. 즉, 칠러(213)는 제2 냉각수라인(214)의 냉각수와만 열교환되고 제2 냉각수라인(214)과 분리된 제1 냉각수라인(311)의 냉각수와는 열교환되지 않는다. 또한, 제1 냉각수라인(311)의 엔진폐열은 공조케이스(104) 내에서 난방열원으로 사용된다. 아울러, 제2 냉각수라인(214)의 전장품폐열 또는 공기열원은 냉매라인(153)의 증발열원으로 사용된다.In particular, in the heat pump system for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention, the first coolant line 311 and the second coolant line 214 are separated and dualized. That is, the chiller 213 exchanges heat only with the coolant in the second coolant line 214 and does not exchange heat with the coolant in the first coolant line 311 separated from the second coolant line 214. Additionally, engine waste heat from the first coolant line 311 is used as a heating heat source within the air conditioning case 104. In addition, the electrical equipment waste heat or air heat source of the second coolant line 214 is used as an evaporation heat source of the refrigerant line 153.

난방모드 시, 엔진폐열은 제1 냉각수라인(311)의 냉각수를 통해 히터코어(106)에서 사용되고, 전장품폐열 또는 공기열원은 제2 냉각수라인(214)의 칠러(213)를 이용해 실내열교환기(103)에서 사용된다. 또한, 난방모드 시, 냉매라인(153)의 냉매는 실외열교환기(102)를 바이패스하고 칠러(213)를 통해 전장품폐열 또는 전장라디에이터(211)에서의 공기열원을 흡수하게 된다.In the heating mode, engine waste heat is used in the heater core 106 through the coolant of the first coolant line 311, and electrical equipment waste heat or air heat source is used by the indoor heat exchanger (213) of the second coolant line 214. 103). Additionally, in the heating mode, the refrigerant in the refrigerant line 153 bypasses the outdoor heat exchanger 102 and absorbs waste heat from electrical equipment or air heat from the electrical radiator 211 through the chiller 213.

본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템은 엔진의 냉각수라인과 냉매라인의 히트펌프 시스템을 완전히 분리함과 아울러 칠러(213) 라인을 전장품(PE모듈) 냉각수 라인과 연결한 것이다. 차량용 히트펌프 시스템은 난방모드(히트펌프 모드) 시, 칠러(213)를 통해 PE모듈(210)의 전장폐열과 전장라디에이터(211)의 공기간접열원을 회수함으로써 냉매는 열원을 확보하게 된다. The heat pump system for a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention completely separates the heat pump system of the engine coolant line and the refrigerant line, and connects the chiller 213 line with the coolant line of the electrical equipment (PE module). When the vehicle heat pump system is in heating mode (heat pump mode), the refrigerant secures a heat source by recovering the electric waste heat of the PE module 210 and the indirect air heat source of the electric radiator 211 through the chiller 213.

즉, 전장품 냉각수 라인(제2 냉각수라인)을 이용하여 히트펌프 열원을 확보하며, 기존의 하이브리드 차량의 히트펌프 시스템에서 엔진 냉각수 라인(제1 냉각수라인)을 분리시키고 칠러(213)를 전장품 냉각수라인(제2 냉각수라인)과 연결한 것이다. 따라서, 엔진(310)과 PE모듈(210)을 갖는 하이브리드 차량에 설치되는 히트펌프 시스템의 특성상 신규 부품의 추가를 최소화할 수 있고, 기존의 증발기(실내열교환기)를 최대한 활용하여 히트펌프 시스템을 구성 가능하다.In other words, the heat pump heat source is secured using the electronic device coolant line (second coolant line), the engine coolant line (first coolant line) is separated from the heat pump system of the existing hybrid vehicle, and the chiller 213 is connected to the electronic device coolant line. It is connected to (second coolant line). Therefore, due to the characteristics of the heat pump system installed in a hybrid vehicle having the engine 310 and the PE module 210, the addition of new parts can be minimized, and the heat pump system can be installed by maximizing the existing evaporator (indoor heat exchanger). Configurable.

한편, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법은 엔진(310)과 PE모듈(210))을 갖는 하이브리드차량(HEV)에 설치되는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법이다. 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법은, 난방모드 시, 엔진(310)을 순환하는 냉각수라인과 연결되는 히터코어(106)를 통해 엔진폐열이 공조케이스(104) 내에서 난방열원으로 사용되도록 한다. 아울러, PE모듈(210)을 포함한 전장품 및 전장라디에이터(211)를 순환하는 냉각수라인과 연결되는 칠러(213)를 통해 전장품폐열 및 공기열원을 냉매라인(153)에서 흡열하여 난방에 활용한다.Meanwhile, the control method of a vehicle heat pump system according to the present invention is a control method of a vehicle heat pump system installed in a hybrid vehicle (HEV) having an engine 310 and a PE module 210. The control method of the vehicle heat pump system allows engine waste heat to be used as a heating heat source within the air conditioning case 104 through the heater core 106 connected to the coolant line circulating through the engine 310 in the heating mode. In addition, through the chiller 213, which is connected to the coolant line that circulates the electrical components including the PE module 210 and the electrical radiator 211, electrical component waste heat and air heat source are absorbed from the refrigerant line 153 and used for heating.

도 4를 참조하면, 냉방모드 시, 압축기(101)에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브(151)를 통해 실외열교환기(102)로 흐른다. 실외열교환기(102)에서 냉매는 외부 공기와 열교환하여 응축된다. 실외열교환기(102)를 통과한 냉매는 칠러(213)를 바이패스하여 팽창수단(140) 및 실내열교환기(103) 쪽으로 흐른다. 실내열교환기(103)에서 냉매는 공조케이스(104) 내의 공기와 열교환하여 증발됨으로써 공기를 냉각시킨다.Referring to FIG. 4, in the cooling mode, the refrigerant discharged from the compressor 101 flows into the outdoor heat exchanger 102 through the first direction switching valve 151. In the outdoor heat exchanger (102), the refrigerant exchanges heat with the outside air and is condensed. The refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger (102) bypasses the chiller (213) and flows toward the expansion means (140) and the indoor heat exchanger (103). In the indoor heat exchanger (103), the refrigerant exchanges heat with the air in the air conditioning case (104) and evaporates, thereby cooling the air.

실내열교환기(103)를 통과한 냉매는 제2 방향전환밸브(152)를 통해 어큐뮬레이터(107) 및 압축기(101)로 순환된다. 이 경우, 2방향밸브(159)는 폐쇄되어 칠러(213)에서 냉매와 냉각수의 열교환은 이루어지지 않는다. 또한, 템프도어(105)는 히터코어(106)를 향하는 온풍유로를 폐쇄하고 냉풍유로를 개방한다.The refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger (103) is circulated to the accumulator (107) and compressor (101) through the second direction switching valve (152). In this case, the two-way valve 159 is closed and heat exchange between the refrigerant and the coolant does not occur in the chiller 213. Additionally, the temp door 105 closes the hot air passage toward the heater core 106 and opens the cold air passage.

도 5를 참조하면, 난방모드 시, 압축기(101)에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브(151)를 통해 제2 방향전환밸브(152)를 지나 실내열교환기(103)로 흐른다. 실내열교환기(103)에서 냉매는 공조케이스(104) 내의 공기와 열교환하여 응축됨으로써 공기를 가열시킨다. 실내열교환기(103) 및 팽창수단(140)을 통과한 냉매는 실외열교환기(102)를 바이패스하고 2방향밸브(159)를 통해 냉매분기라인(158)을 지나 칠러(213) 쪽으로 흐른다. 칠러(213)에서 냉매는 제2 냉각수라인(214)의 냉각수와 열교환함으로써, 전장품폐열 또는 공기간접열원을 흡열한다.Referring to FIG. 5, in the heating mode, the refrigerant discharged from the compressor 101 flows through the first direction change valve 151, the second direction change valve 152, and into the indoor heat exchanger 103. In the indoor heat exchanger (103), the refrigerant exchanges heat with the air in the air conditioning case (104) and condenses, thereby heating the air. The refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger (103) and the expansion means (140) bypasses the outdoor heat exchanger (102) and flows toward the chiller (213) through the two-way valve (159) and the refrigerant branch line (158). In the chiller 213, the refrigerant exchanges heat with the coolant in the second coolant line 214, thereby absorbing heat from electrical equipment waste heat or indirect air heat sources.

칠러(213)를 지난 냉매는 어큐뮬레이터(107) 및 압축기(101)로 순환된다. 이 경우, 2방향밸브(159)는 개방되며, 제1 방향전환밸브(151)에 의해 실외열교환기(102)로는 냉매가 흐르지 못하도록 되어 있다. 또한, 템프도어(105)는 히터코어(106)를 향하는 온풍유로를 개방한다. 아울러, 히터코어(106)는 엔진(310)을 순환하는 제1 냉각수라인(311)의 엔진폐열을 통해 공조케이스(104) 내의 공기를 가열할 수 있다.The refrigerant that has passed through the chiller (213) is circulated to the accumulator (107) and compressor (101). In this case, the two-way valve 159 is opened, and the refrigerant is prevented from flowing into the outdoor heat exchanger 102 by the first direction switching valve 151. Additionally, the temp door 105 opens the hot air passage toward the heater core 106. In addition, the heater core 106 can heat the air in the air conditioning case 104 through engine waste heat of the first coolant line 311 circulating through the engine 310.

도 6을 더 참조하면, 난방제습모드 시, 냉매는 냉방모드와 같이 유동하고, 엔진을 순환하는 제1 냉각수라인을 통해 차실내를 난방한다. 즉, 압축기(101)에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브(151)를 통해 실외열교환기(102)로 흐른다. 실외열교환기(102)에서 냉매는 외부 공기와 열교환하여 응축된다. 실외열교환기(102)를 통과한 냉매는 칠러(213)를 바이패스하여 팽창수단(140) 및 실내열교환기(103) 쪽으로 흐른다. 실내열교환기(103)에서 냉매는 공조케이스(104) 내의 공기와 열교환하여 증발됨으로써 공기를 냉각시킨다.Referring further to FIG. 6, in the heating and dehumidifying mode, the refrigerant flows like in the cooling mode and heats the vehicle interior through the first coolant line circulating through the engine. That is, the refrigerant discharged from the compressor 101 flows to the outdoor heat exchanger 102 through the first direction switching valve 151. In the outdoor heat exchanger (102), the refrigerant exchanges heat with the outside air and is condensed. The refrigerant that has passed through the outdoor heat exchanger (102) bypasses the chiller (213) and flows toward the expansion means (140) and the indoor heat exchanger (103). In the indoor heat exchanger (103), the refrigerant exchanges heat with the air in the air conditioning case (104) and evaporates, thereby cooling the air.

실내열교환기(103)를 통과한 냉매는 제2 방향전환밸브(152)를 통해 어큐뮬레이터(107) 및 압축기(101)로 순환된다. 이 경우, 2방향밸브(159)는 폐쇄되어 칠러(213)에서 냉매와 냉각수의 열교환은 이루어지지 않는다. 또한, 템프도어(105)는 히터코어(106)를 향하는 온풍유로를 폐쇄하고 냉풍유로를 개방한다. 아울러, 히터코어(106)는 엔진(310)을 순환하는 제1 냉각수라인(311)의 엔진폐열을 통해 공조케이스(104) 내의 공기를 가열한다.The refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger (103) is circulated to the accumulator (107) and compressor (101) through the second direction switching valve (152). In this case, the two-way valve 159 is closed and heat exchange between the refrigerant and the coolant does not occur in the chiller 213. Additionally, the temp door 105 closes the hot air passage toward the heater core 106 and opens the cold air passage. In addition, the heater core 106 heats the air in the air conditioning case 104 through engine waste heat of the first coolant line 311 circulating through the engine 310.

이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 엔진(310) 냉각수와 히터코어(106)를 연결하여 독립적인 난방 라인을 구성하되, PE모듈(210) 및 전장라디에이터(211)를 연결한 냉각수 라인을 이용하여 칠러(213)에서 전장품폐열과 공기간접열원을 동시에 회수할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 실외열교환기(102)로 공기 열원을 흡열하지 않으므로 히트펌프 전용 실외기를 적용할 필요가 없어 원가 절감이 가능하다. 아울러, 히트펌프 난방모드 시 저압측이 압력손실을 개선하며, 실외열교환기 미사용으로 인해 성능 저하분을 보완 가능하다.As such, the vehicle heat pump system according to the present invention forms an independent heating line by connecting the engine 310 coolant and the heater core 106, and the coolant line connecting the PE module 210 and the electric radiator 211. By using , it is possible to simultaneously recover electrical equipment waste heat and air indirect heat source from the chiller 213. In addition, since the present invention does not absorb heat from air heat through the outdoor heat exchanger 102, there is no need to apply a dedicated outdoor unit for a heat pump, thereby reducing costs. In addition, when the heat pump is in heating mode, the low pressure side improves pressure loss, and performance degradation due to non-use of the outdoor heat exchanger can be compensated for.

한편, 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템은 전장폐열칠러 냉각수 라인을 엔진 냉각수에서 분리시키고 전장 냉각수와 연결시킴에 따라, 엔진(310)의 작동 상태 및 엔진(310)의 냉각수 온도와 무관하게 히트펌프 시스템을 작동시키는 것이 가능해진다. 또한, 히트펌프 시스템의 로직이 단순해지고 기존의 전기차 전용 히트펌프 로직을 그대로 사용 가능하다. 이 경우, 기존의 전기차 전용 히트펌프 시스템 로직은 기존의 하이브리드 전용 히트펌프 시스템 로직에 비해 비교적 단순한 장점이 있다.Meanwhile, the vehicle heat pump system according to the present invention separates the vehicle waste heat chiller coolant line from the engine coolant and connects it to the vehicle coolant, thereby operating the heat pump regardless of the operating state of the engine 310 and the coolant temperature of the engine 310. It becomes possible to operate the system. In addition, the logic of the heat pump system is simplified and the existing electric vehicle-specific heat pump logic can be used as is. In this case, the existing electric vehicle-specific heat pump system logic has the advantage of being relatively simple compared to the existing hybrid-specific heat pump system logic.

정리하면, 엔진과 PE모듈을 동시에 사용하는 하이브리드 차량에 적용되는 히트펌프 시스템에 있어서, 종래에는 엔진 냉각수를 열원으로 활용하여 엔진 작동 조건, 엔진 냉각수 온도에 따라 히트펌프 작동 상태를 다르게 구성하여야 했다. 또한, 종래 하이브리드 차량과 달리 히트펌프 시스템과 연계하여 엔진 난방 로직도 전용사양으로 구성하여야 한다.In summary, in the heat pump system applied to a hybrid vehicle that uses an engine and a PE module simultaneously, conventionally, engine coolant was used as a heat source and the heat pump operating state had to be configured differently depending on engine operating conditions and engine coolant temperature. In addition, unlike conventional hybrid vehicles, the engine heating logic must be configured to dedicated specifications in connection with the heat pump system.

따라서, 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템의 개발을 위해서는 로직(Logic) 사양이 기존 전기차용 히트펌프 로직 또는 하이브리드 차량 난방 로직에 대비하여 복잡성이 상당히 증가할 수 밖에 없다. 본 발명은 이러한 문제를 기존 전장폐열 칠러와 연결될 엔진 냉각수 라인 대신 전장품(PE모듈) 냉각수 라인과 연결하여 열원으로 사용함으로써 해결할 수 있는 것이다.Therefore, for the development of a heat pump system for hybrid vehicles, the logic specifications inevitably increase in complexity compared to the existing heat pump logic for electric vehicles or the heating logic for hybrid vehicles. The present invention can solve this problem by using it as a heat source by connecting it to the coolant line of the electrical equipment (PE module) instead of the engine coolant line that is connected to the existing electrical waste heat chiller.

뿐만 아니라, 엔진 냉각수 라인을 칠러와 연결하는 기존의 하이브리드 차량용 히트펌프 시스템은 엔진 냉각수 온도가 기준치 이상으로 상승할 경우, 히트펌프 시스템을 오프(OFF)하여야 하는 단점이 있으며, 본원발명은 엔진 냉각수 온도가 기준치 이상으로 상승하여도 엔진 냉각수 라인이 냉매 라인과 별도로 분리되어 있어 시스템을 오프(OFF)하지 않아도 되는 이점이 있다.In addition, the existing heat pump system for hybrid vehicles that connects the engine coolant line to the chiller has the disadvantage of having to turn off the heat pump system when the engine coolant temperature rises above the standard value, and the present invention Even if the temperature rises above the standard value, the engine coolant line is separate from the refrigerant line, so there is an advantage that the system does not need to be turned off.

지금까지 본 발명에 따른 차량용 히트펌프 시스템 및 이의 제어방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.So far, the vehicle heat pump system and its control method according to the present invention have been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely examples, and anyone skilled in the art can make various modifications and equivalent other embodiments therefrom. You will understand. Therefore, the true scope of technical protection should be determined by the technical spirit of the attached patent claims.

101: 압축기 102: 실외열교환기
103: 실내열교환기 104: 공조케이스
105: 템프도어 106: 히터코어
107: 어큐뮬레이터 151: 제1 방향전환밸브
152: 제2 방향전환밸브 153: 냉매라인
210: PE모듈 211: 전장라디에이터
213: 칠러 214: 제2 냉각수라인
310: 엔진 311: 제1 냉각수라인
313: 엔진라디에이터101: Compressor 102: Outdoor heat exchanger
103: Indoor heat exchanger 104: Air conditioning case
105: Temp door 106: Heater core
107: Accumulator 151: First direction change valve
152: Second direction change valve 153: Refrigerant line
210: PE module 211: Full-length radiator
213: Chiller 214: Second coolant line
310: Engine 311: First coolant line
313: Engine radiator

Claims (11)

엔진과 PE모듈(Power Electric Module)을 갖는 하이브리드차량(HEV)에 설치되는 차량용 히트펌프 시스템에 있어서,
공조케이스 내의 공기를 가열 또는 냉각하는 열교환기를 순환하는 냉매라인;
상기 엔진을 순환하는 제1 냉각수라인; 및
상기 PE모듈을 포함한 전장품을 순환하는 제2 냉각수라인을 구비하며,
상기 제1 냉각수라인과 제2 냉각수라인은 분리되어 이원화된 차량용 히트펌프 시스템.In a vehicle heat pump system installed in a hybrid vehicle (HEV) having an engine and a PE module (Power Electric Module),
A refrigerant line that circulates through a heat exchanger that heats or cools the air in the air conditioning case;
a first coolant line circulating through the engine; and
It is provided with a second coolant line that circulates the electrical components including the PE module,
A vehicle heat pump system in which the first coolant line and the second coolant line are separated and dualized. 제1 항에 있어서,
상기 제1 냉각수라인의 엔진폐열이 공조케이스 내에서 난방열원으로 사용되며, 상기 제2 냉각수라인의 전장품폐열 또는 공기열원이 상기 냉매라인의 증발열원으로 사용되는 차량용 히트펌프 시스템.According to claim 1,
A heat pump system for a vehicle in which engine waste heat of the first coolant line is used as a heating heat source in the air conditioning case, and electrical equipment waste heat or air heat source of the second coolant line is used as an evaporation heat source of the refrigerant line. 제2 항에 있어서,
상기 냉매라인에,
냉매를 압축하여 토출하는 압축기와, 공조케이스 내부에 구비되어 냉매를 공조케이스 내의 공기와 열교환시키는 실내열교환기와, 공조케이스 외부에 구비되어 냉매를 외기와 열교환시키는 실외열교환기와, 상기 실내열교환기와 실외열교환기 사이에 구비되어 냉매를 팽창시키는 팽창수단이 구비되며,
냉매 유동 방향으로 압축기의 상류에 상기 제2 냉각수라인의 냉각수와 열교환하는 칠러가 구비되는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 2,
In the refrigerant line,
A compressor that compresses and discharges the refrigerant, an indoor heat exchanger provided inside the air conditioning case to exchange heat with the refrigerant with the air in the air conditioning case, an outdoor heat exchanger provided outside the air conditioning case to heat exchange the refrigerant with the outside air, and the indoor heat exchanger and the outdoor heat exchanger. An expansion means is provided between the groups to expand the refrigerant,
A heat pump system for a vehicle including a chiller that exchanges heat with the coolant of the second coolant line upstream of the compressor in the direction of refrigerant flow. 제3 항에 있어서,
상기 공조케이스에 제1 냉각수라인에 연결되는 히터코어가 구비되고,
난방모드 시 엔진폐열이 제1 냉각수라인의 냉각수를 통해 히터코어에서 사용되고, 전장품폐열 또는 공기열원은 제2 냉각수라인의 칠러를 이용해 실내열교환기에서 사용되는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 3,
A heater core connected to a first coolant line is provided in the air conditioning case,
A vehicle heat pump system in which, in heating mode, engine waste heat is used in the heater core through coolant in the first coolant line, and electrical equipment waste heat or air heat source is used in the indoor heat exchanger using the chiller in the second coolant line. 제3 항에 있어서,
상기 제2 냉각수라인에 냉각수를 실외 공기와 열교환시키는 전장라디에이터가 구비되고,
난방모드 시 냉매라인의 냉매는 실외열교환기를 바이패스하고 칠러를 통해 전장품폐열 또는 전장라디에이터에서의 공기열원을 흡수하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 3,
An electric radiator is provided in the second coolant line to exchange heat with the coolant and outdoor air,
A vehicle heat pump system characterized in that in heating mode, the refrigerant in the refrigerant line bypasses the outdoor heat exchanger and absorbs waste heat from electrical equipment or air heat from the electrical radiator through a chiller. 제3 항에 있어서,
냉매 유동 방향으로 압축기의 하류에, 압축기에서 토출된 냉매가 실외열교환기와 실내열교환기 중 하나로 선택적으로 흐르도록 냉매 흐름을 제어하는 제1 방향전환밸브; 및
상기 실내열교환기와 압축기 사이에, 실내열교환기를 통과한 냉매를 압축기 쪽으로 유동시키거나 압축기에서 토출된 냉매를 실내열교환기 쪽으로 선택적으로 유동시키는 제2 방향전환밸브를 포함하는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 3,
A first direction switching valve downstream of the compressor in the direction of refrigerant flow, which controls the refrigerant flow so that the refrigerant discharged from the compressor selectively flows to one of the outdoor heat exchanger and the indoor heat exchanger; and
A heat pump system for a vehicle including a second direction switching valve between the indoor heat exchanger and the compressor, which flows the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger toward the compressor or selectively flows the refrigerant discharged from the compressor toward the indoor heat exchanger. 제3 항에 있어서,
칠러는 팽창수단과 실외열교환기 사이에서 분기되는 냉매분기라인에 구비되며,
상기 칠러는 제2 냉각수라인의 냉각수와만 열교환되고 상기 제2 냉각수라인과 분리된 제1 냉각수라인의 냉각수와는 열교환되지 않는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 3,
The chiller is provided in the refrigerant branch line that branches off between the expansion means and the outdoor heat exchanger,
The heat pump system for a vehicle, wherein the chiller exchanges heat only with the coolant in the second coolant line and does not exchange heat with the coolant in the first coolant line separated from the second coolant line. 제6 항에 있어서,
냉방모드 시,
압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브를 통해 실외열교환기로 흐르고, 실외열교환기를 통과한 냉매는 칠러를 바이패스하여 팽창수단 및 실내열교환기 쪽으로 흐르며 제2 방향전환밸브를 통해 압축기로 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 6,
In cooling mode,
The refrigerant discharged from the compressor flows to the outdoor heat exchanger through the first direction change valve, and the refrigerant that passes through the outdoor heat exchanger bypasses the chiller and flows toward the expansion means and the indoor heat exchanger, and is circulated to the compressor through the second direction change valve. Features a vehicle heat pump system. 제6 항에 있어서,
난방모드 시,
압축기에서 토출된 냉매는 제1 방향전환밸브를 통해 실내열교환기로 흐르고, 실내열교환기 및 팽창수단을 통과한 냉매가 실외열교환기를 바이패스하여 칠러 쪽으로 흐르며 제2 방향전환밸브를 통해 압축기로 순환되는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 6,
In heating mode,
The refrigerant discharged from the compressor flows to the indoor heat exchanger through the first direction switching valve, and the refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger and expansion means bypasses the outdoor heat exchanger, flows toward the chiller, and is circulated to the compressor through the second direction switching valve. Features a vehicle heat pump system. 제8 항에 있어서,
난방제습모드 시,
냉매는 상기 냉방모드와 같이 유동하고, 엔진을 순환하는 제1 냉각수라인을 통해 차실내를 난방하는 차량용 히트펌프 시스템.According to clause 8,
In heating and dehumidifying mode,
A vehicle heat pump system that heats the vehicle interior through a first coolant line that flows through the cooling mode and circulates through the engine. 엔진과 PE모듈(Power Electric Module)을 갖는 하이브리드차량(HEV)에 설치되는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법으로서,
난방모드 시, 엔진을 순환하는 냉각수라인과 연결되는 히터코어를 통해 엔진폐열이 공조케이스 내에서 난방열원으로 사용되도록 하고, PE모듈을 포함한 전장품 및 전장라디에이터를 순환하는 냉각수라인과 연결되는 칠러를 통해 전장품폐열 및 공기열원을 냉매라인에서 흡열하여 난방에 활용하는 것을 특징으로 하는 차량용 히트펌프 시스템의 제어방법.A method of controlling a vehicle heat pump system installed in a hybrid vehicle (HEV) having an engine and a PE module (Power Electric Module),
In heating mode, engine waste heat is used as a heating heat source within the air conditioning case through the heater core connected to the coolant line circulating through the engine, and through the chiller connected to the coolant line circulating through electrical components including the PE module and the electronic radiator. A control method for a vehicle heat pump system characterized by absorbing heat from electrical equipment waste heat and air heat source in a refrigerant line and using it for heating.
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