KR20240048582A - 차량용 냉난방 시스템 - Google Patents

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KR20240048582A
KR20240048582A KR1020220127527A KR20220127527A KR20240048582A KR 20240048582 A KR20240048582 A KR 20240048582A KR 1020220127527 A KR1020220127527 A KR 1020220127527A KR 20220127527 A KR20220127527 A KR 20220127527A KR 20240048582 A KR20240048582 A KR 20240048582A
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flow path
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refrigerant
valve
expansion valve
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KR1020220127527A
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박경태
황인욱
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주식회사 두원공조
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Abstract

본 발명은 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 제1유로 및 연결유로 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 냉매가 유입되고, 유입된 냉매를 공조케이스 내로 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 차량 실내를 난방시키며, 2열 배열 구조를 가지는 실내콘덴서; 상기 실내콘덴서와 제2유로에 의해 연결되며 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉식콘덴서; 상기 수냉식콘덴서와 제3유로에 의해 연결되며 상기 수냉식콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 외부공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외콘덴서; 상기 실외콘덴서와 제4유로에 의해 연결되며 냉방모드 시 상기 실외콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 증발기; 상기 증발기와 제5유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제6유로에 의해 연결되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매 및 상기 제3유로에서 분기되는 제1분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 분리된 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터; 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며, 냉방 배터리협조모드 시 냉매와 열교환으로 배터리냉각수를 냉각시키는 배터리칠러; 상기 제2유로, 상기 제4유로, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제4유로와 연결되는 제습유로가 분기되는 지점에 구비되어 상기 제2유로와 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 감압 및 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 팽창밸브부; 상기 제1유로에서 상기 실내콘덴서와 연결되는 연결유로가 분기되는 지점, 상기 제3유로 상, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제1유로, 상기 제3유로, 및 상기 제2분기유로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부와 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부와 상기 개폐밸브부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

차량용 냉난방 시스템{Automotive air conditioning system}
본 발명은 차량용 냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수냉식콘덴서에서 냉각수와 열교환된 냉매를 이용하여 차량의 냉난방을 실시하는 차량용 냉난방 시스템에 관한 것이다.
한국 공개특허 제10-2022-0073000호에 기재된 배경기술을 참조하면, 차량용 공조장치는, 통상적으로 차량의 실내를 냉방하기 위한 냉방시스템과, 차량의 실내를 난방하기 위한 난방시스템을 포함하여 이루어진다. 상기 냉방시스템은, 냉매사이클의 증발기측에서 증발기의 외부를 거치는 공기를 증발기 내부를 흐르는 냉매와 열교환시켜 냉기로 바꾸어, 차량 실내를 냉방하도록 구성되고, 상기 난방시스템은 냉각수 사이클의 히터코어측에서 히터코어 외부를 거치는 공기를 히터코어 내부를 흐르는 냉각수와 열교환시켜 온기로 바꾸어, 차량 실내를 난방하도록 구성된다.
한편, 상기한 차량용 공조장치는 하나의 냉매사이클을 이용하여 냉매의 유동방향을 전환함으로써, 냉방과 난방을 선택적으로 수행할 수 있는 히트펌프 시스템이 적용되고 있는데, 예컨데 복수개의 열교환기와, 냉매의 유동방향을 전활할 수 있는 3웨이밸브인 방향조절밸브와, 냉매가 이동되는 유로를 선택적으로 개폐하면서 이동되는 냉매를 감압하는 복수개의 전자식팽창밸브를 구비한다. 따라서, 복수개의 전자식팽창밸브(난방용 전자식팽창밸브, 냉방용 전자식팽창밸브)에 의한 냉매의 감압과 방향조절밸브에 의한 냉매의 유동방향에 따라 냉방과 난방이 가능하게 된다.
종래의 히트펌프 시스템 난방모드에서 냉매 응축기 역할을 하는 것은 냉매를 방열시키는 실내콘덴서이며, 여기서 충분히 응축되어야 과열도가 확보된 액상의 냉매로 제습용 팽창밸브로 유입되어 팽창이 되고 팽창밸브에서 외기온과 열교환 후 증발되어 실내 제습의 역할을 수행할 수 있으며 팽창밸브에서 과열도가 확보되어 압축기로 다시 흡입되어 최적의 히트펌프 난방 시스템을 돌릴 수 있다.
하지만 이는 현재 공조시스템 내에서 실내콘덴서로 충분한 바람을 통과시켜줘야 하지만 운전자의 선택에 따라 낮은 단수로 실내블로워 제어가 되면 실내콘덴서에서 응축이 안되고 기체냉매가 제습용 팽창밸브로 유입되어 기체냉매의 통과에 따른 자동차소음 문제 및 팽창불량으로 인한 제습성능 불만족의 결과가 나올 수 있다.
또한 낮은 냉매유량(압축기 저rpm) 시 실내콘덴서에서 냉매유입측만 열교환되어 실내로 난방공기가 유입되고 실내콘덴서 냉매 토출부측은 난방공기가 유입이 안되어 상하온도차이에 의한 온도콘트롤의 제어에 많은 어려움이 발생될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 2열 배열구조를 가지는 실내콘덴서로 냉매가 통과하여 상하온도차 발생을 최소화할 수 있고, 2열 배열구조를 가지는 실내콘덴서의 전면부 코어를 좌우로 구획 후 유입되는 냉매의 유량을 조절하여 좌우온도제어를 용이하게 할 수 있는 차량용 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기; 상기 압축기와 제1유로 및 연결유로 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 냉매가 유입되고, 유입된 냉매를 공조케이스 내로 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 차량 실내를 난방시키며, 2열 배열 구조를 가지는 실내콘덴서; 상기 실내콘덴서와 제2유로에 의해 연결되며 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉식콘덴서; 상기 수냉식콘덴서와 제3유로에 의해 연결되며 상기 수냉식콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 외부공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외콘덴서; 상기 실외콘덴서와 제4유로에 의해 연결되며 냉방모드 시 상기 실외콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 증발기; 상기 증발기와 제5유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제6유로에 의해 연결되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매 및 상기 제3유로에서 분기되는 제1분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 분리된 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터; 상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며, 냉방 배터리협조모드 시 냉매와 열교환으로 배터리냉각수를 냉각시키는 배터리칠러; 상기 제2유로, 상기 제4유로, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제4유로와 연결되는 제습유로가 분기되는 지점에 구비되어 상기 제2유로와 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 감압 및 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 팽창밸브부; 상기 제1유로에서 상기 실내콘덴서와 연결되는 연결유로가 분기되는 지점, 상기 제3유로 상, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제1유로, 상기 제3유로, 및 상기 제2분기유로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브부; 및 상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부와 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부와 상기 개폐밸브부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템은 상기 어큐뮬레이터와 인접한 제5유로와 상기 실내콘덴서와 인접한 제1유로 상, 상기 실외콘덴서와 인접하게 구비되어 상기 제5유로와 상기 제1유로로 이동되는 냉매의 압력과 온도 및 외기의 온도를 측정하는 센서부와, 상기 제4유로와 상기 제5유로 상에 구비되어 상기 제4유로와 상기 제5유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 중간열교환기를 더 포함할 수 있으며, 상기 센서부는 상기 제어부와 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템에 있어서, 상기 실내콘덴서는 상기 제1유로에서 분기되는 상기 연결유로의 제1연결유로 및 제2연결유로와 연결되는 전면부 코어와, 상기 전면부 코어와 이격되게 구비되어 상기 전면부 코어 및 상기 제2유로와 연결되는 후면부 코어를 포함하며, 상기 전면부 코어는 배플에 의해 제1전면부 코어와 제2전면부 코어로 구획될 수 있다.
상기 제1전면부 코어와 상기 제2전면부 코어의 일단에는 각각 상기 제1연결유로 및 제2연결유로와 연결되며 제1전면부 코어와 제2전면부 코어의 내부로 냉매를 유입하는 제1유입측 및 제2유입측이 구비될 수 있고, 상기 제1전면부 코어와 상기 제2전면부 코어의 타단에는 상기 후면부 코어로 열교환된 냉매를 토출하는 제1토출측 및 제2토출측이 구비될 수 있으며, 상기 후면부 코어의 타단에는 상기 제1토출측 및 제2토출측과 연결되는 후면 유입측이 형성되고, 상기 후면부 코어의 일단에는 상기 제2유로로 열교환된 냉매를 토출하는 후면 토출측이 형성될 수 있다.
상기 제1전면부 코어로는 운전석 난방 시, 상기 제2전면부 코어로는 조수석 난방 시, 상기 제1전면부 코어와 상기 제2전면부 코어로는 풀난방 시 상기 압축기로부터 냉매가 유입될 수 있으며, 상기 전면부 코어는 좌우 독립제어될 수 있다.
상기 팽창밸브부는 상기 제2유로 상에서 상기 수냉식콘덴서의 전단에 구비되며 난방모드, 난방제습모드 시에 상기 실내콘덴서에서 상기 수냉식콘덴서로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제4유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와, 상기 배터리칠러의 전단의 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되며 상기 냉방 배터리협조모드 시에는 상기 바이패스유로를 통해 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시키고 난방 제습모드 시에는 상기 바이패스유로와 상기 제습유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브를 포함할 수 있다.
상기 제2전자식팽창밸브는 3웨이밸브가 사용될 수 있으며, 상기 제2전자식팽창밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매가 주입되는 주입공과, 상기 배터리칠러 및 상기 증발기 측과 연결되는 토출공이 형성될 수 있고, 상기 토출공의 일측면에는 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 토출슬릿이 형성될 수 있다.
상기 주입공과 상기 토출공은 서로 연통되며 서로 직각되게 배치될 수 있고, 상기 토출공의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가질 수 있으며, 상기 토출슬릿이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 작을 수 있다.
상기 개폐밸브부는 상기 제1유로 상에서 상기 연결유로가 분기되는 지점에 구비되어 상기 제1유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 제1개폐밸브와, 상기 제5유로와 연결되는 상기 제1분기유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 제2개폐밸브와, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제2분기유로를 선택적으로 개폐하는 제3개폐밸브와, 상기 제4유로 상에서 상기 제2분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제4유로로 이동되는 냉매가 상기 실외콘덴서 방향으로 역류하는 것을 방지하는 제4개폐밸브를 포함할 수 있으며, 상기 제1개폐밸브 및 상기 제2개폐밸브는 3웨이밸브가 사용될 수 있고, 상기 제4개폐밸브는 2웨이밸브가 사용될 수 있으며, 상기 제3개폐밸브는 체크밸브가 사용될 수 있다.
상기 개폐밸브부는 상기 제5유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제5유로로 이동되는 냉매가 상기 증발기 방향으로 역류하는 것을 방지하는 제5개폐밸브를 더 포함할 수 있으며, 상기 제5개폐밸브는 체크밸브가 사용될 수 있고, 상기 제1개폐밸브의 내부에는 회전볼이 구비될 수 있으며, 상기 회전볼에는 상기 제1유로로 이동되는 냉매가 주입되는 주입구와, 상기 연결유로의 제1연결유로 및 제2연결유로와 연결되는 제1토출구 및 제2토출구가 형성될 수 있다.
냉방모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈될 수 있으며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 닫힐 수 있고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브의 제2개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출공과 토출슬릿은 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방될 수 있다.
냉방 배터리협조모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈될 수 있으며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 닫힐 수 있고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브의 제2개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출슬릿이 상기 배터리칠러 측으로 개방 또는 토출공이 상기 배터리칠러 측으로 부분 개방되어 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방될 수 있다.
난방 제습모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈될 수 있으며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 열릴 수 있고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제4유로 상에서 상기 제2분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브의 제4개폐밸브와 상기 제5유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제5개폐밸브는 동작할 수 있고, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫힐 수 있으며, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출슬릿이 상기 증발기 측으로 개방 또는 토출구가 상기 증발기 측으로 부분 개방되어 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
난방모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈 또는 부분오픈될 수 있으며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 닫힐 수 있고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브의 제2개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방될 수 있으며, 상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫힐 수 있고, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출공과 토출슬릿은 닫힐 수 있으며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시킬 수 있다.
풀 난방모드 시 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈될 수 있으며, 운전석 난방모드 시 상기 제1개폐밸브는 상기 실내콘덴서의 전면부 코어 중 제1전면부 코어 방향으로 개방될 수 있고, 조수석 난방모드 시 상기 제1개폐밸브는 상기 실내콘덴서의 전면부 코어 중 제2전면부 코어 방향으로 개방될 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 냉난방 시스템에 의하면, 실내콘덴서가 2열 배열구조를 가짐으로써 실내콘덴서를 통과하는 냉매의 상하온도차 발생을 최소화할 수 있고, 2열 배열구조를 가지는 실내콘덴서의 전면부 코어를 좌우로 구획 후 유입되는 냉매의 유량을 조절하여 좌우온도제어를 용이하게 할 수 있으며, 실내콘덴서의 방열성능을 높임으로써 낮은 블로워 단수에 의한 적은 풍량에도 냉매응축을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 냉방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 냉방 배터리협조모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 난방 제습모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 차량용 냉난방 시스템의 난방모드 시 냉매가 순환되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 운전석 난방모드 시 개폐밸브부의 제1개폐밸브에서 공기와 열교환되는 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 7은 조수석 난방모드 시 개폐밸브부의 제1개폐밸브에서 공기와 열교환되는 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 8은 풀 난방모드 시 개폐밸브부의 제1개폐밸브에서 공기와 열교환되는 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 9는 도 2 및 도 5에 도시된 냉방모드 시 및 난방모드 시 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브의 개폐상태 및 제2전자식팽창밸브를 통한 냉매의 흐름방향을 도시한 도면이다.
도 10은 도 3에 도시된 냉방 배터리협조모드 시 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브의 개폐상태 및 제2전자식팽창밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 11은 도 4에 도시된 난방제습모드 시 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브의 개폐상태 및 제2전자식팽창밸브를 통한 냉매의 흐름상태를 도시한 도면이다.
도 12는 도 1에 도시된 개폐밸브부의 제1개폐밸브의 개폐상태를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(100)은 압축기(1100)와, 실내콘덴서(1200)와, 수냉식콘덴서(1300)와, 실외콘덴서(1400)와, 증발기(1500)와, 어큐뮬레이터(1600)와, 배터리칠러(1700)와, 팽창밸브부(1800)와, 개폐밸브부(1900)와, 제어부(2000)를 포함하고, 센서부(2100)와, 중간열교환기(2200)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 차량용 냉난방 시스템(100)은 냉매가 순환하는 냉매순환라인 상에 상기 압축기(1100)와, 상기 실내콘덴서(1200)와, 상기 수냉식콘덴서(1300)와, 상기 실외콘덴서(1400)와, 상기 증발기(1500)가 연결되며, 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용되는 것이 바람직하다.
상기 압축기(1100)는 냉매가 유동하는 유로와 연결된 입력단을 통해 냉매를 인입하여 압축한 후, 압축된 냉매를 출력단을 통해 유로로 토출하는데, 이때 토출되는 냉매는 고온고압의 냉매(냉매가스; 기체)로 토출된다.
상기 압축기(1100)의 출력단은 제1유로(R1)와 연결되고, 상기 압축기(1100)의 출력단과 연결된 제1유로(R1)는 연결유로(CR)를 통해 실내콘덴서(1200)의 입력단과 연결되며, 상기 압축기(1100)에서 압축된 고온고압의 냉매(기체)를 상기 실내콘덴서(1200)로 출력한다.
상기 실내콘덴서(1200)는 공조케이스(미도시) 내에 구비되며, 상기 실내콘덴서(1200)는 상기 압축기(1100)에서 토출되는 고온고압의 냉매(기체)를 제1유로(R1) 및 연결유로(CR)를 통해 인입한다. 상기 실내콘덴서(1200)가 공조케이스(미도시)를 통해 차량 실내로 공급되는 공기와의 열교환을 통해 내부를 유동하는 고온고압의 냉매(기체)를 응축시키면서 그 응축열로 공기를 가열하여, 차량 실내의 난방이 이루어지도록 한다.
상기 실내 콘덴서(1200)는 상기 제1유로(R1)와 연결되는 연결유로(CR)와 연결되는 전면부 코어(1210)와, 상기 전면부 코어(1210)와 연결되는 후면부 코어(1220)를 포함하며, 상기 후면부 코어(1220)는 상기 수냉식콘덴서(1300)와 연결되는 제2유로(R2)와 연결된다.
상기 전면부 코어(1210)는 배플(1213)에 의해 제1전면부 코어(1211)와 제2전면부 코어(1212)로 구획되며, 상기 제1전면부 코어(1211)는 상기 연결유로(CR)의 제1연결유로(CR1)와 연결되고, 상기 제2전면부 코어(1212)는 상기 연결유로(CR)의 제2연결유로(CR2)와 연결되어 상기 제1유로(R1)로 이동되는 냉매가 내부로 유입된다.
상기 제1전면부 코어(1211)와 상기 제2전면부 코어(1212)의 일단에는 각각 상기 제1연결유로(CR1) 및 제2연결유로(CR2)와 연결되어 제1전면부 코어(1211)와 제2전면부 코어(1212)의 내부로 냉매를 유입하는 제1유입측(미도시) 및 제2유입측(미도시)이 구비되고, 상기 제1전면부 코어(1211)와 상기 제2전면부 코어(1212)의 타단에는 상기 후면부 코어(1220)와 연결되어 열교환된 냉매를 토출하는 제1토출측(미도시) 및 제2토출측(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다.
상기 후면부 코어(1220)에는 상기 제1토출측(미도시) 및 제2토출측(미도시)과 연결되는 후면 유입측(미도시)과 상기 제2유로(R2)로 열교환된 냉매를 토출하는 후면 토출측(미도시)이 형성되며, 상기 후면 유입측(미도시)과 상기 후면 토출측(미도시)은 상기 후면부 코어(1220)의 일단과 타단에 대응되게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1전면부 코어(1211)로는 후술되는 난방모드의 운전석 난방 시, 상기 제2전면부 코어(1212)로는 난방모드의 조수석 난방 시, 상기 제1전면부 코어(1211)와 상기 제2전면부 코어(1212)로는 풀난방 시 상기 압축기(1100)로부터 냉매가 유입되며, 상기 전면부 코어(1210)는 후술되는 제어부(2000)에 의해 좌우 독립제어되는 것이 바람직하다.
상기 실내콘덴서(1200)가 내부에 구비되는 상기 공조케이스(미도시)의 내부에는 상기 실내콘덴서(1200)와 인접하게 PTC히터(미도시)가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 PTC히터(미도시)는 부족한 난방열원을 공급하는 역할을 한다.
상기 공조케이스(미도시)의 구조 및 공조케이스(미도시)가 공기를 인입한 후 열교환된 공기를 차량의 실내로 공급하여 난방이 이루어지도록 하는 과정은 공지된 기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 실내콘덴서(1200)의 출력단은 제2유로(R2)와 연결되고, 상기 제2유로(R2)는 수냉식콘덴서(1300)와 연결된다. 상기 수냉식콘덴서(1300)는 상기 제2유로(R2)를 통해 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수라인(미도시)으로 유동하는 냉각수와의 열교환으로 냉매를 응축 및 증발시키는 역할을 하며, 상기 제2유로(R2) 상에는 후술되는 팽창밸브부(1800)의 제1전자식팽창밸브(1810)가 구비된다.
상기 수냉식콘덴서(1300)의 출력단은 제3유로(R3)와 연결되며, 상기 수냉식콘덴서(1300)와 연결되는 상기 제3유로(R3)는 실외콘덴서(1400)와 연결되고, 상기 실외콘덴서(1400)는 상기 제3유로(R3)를 통해 인입되는 냉매를 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축시킨 후 출력단을 통해 제4유로(R4)로 배출한다. 상기 제4유로(R4)는 증발기(1500)와 연결되어 상기 실외콘덴서(1400)에서 응축된 후 출력되는 냉매를 상기 증발기(1500)로 공급한다.
상기 실외콘덴서(1400)는 상기 수냉식콘덴서(1300)로부터 냉매를 인입하여 외부 공기와의 열교환으로 냉매를 응축하는데, 상기 실외콘덴서(1400)는 차량 구동부(구동모터, 미도시)에 구비된 라디에이터(RAD)에 근접하게 배치되어, 입력측을 통해 인입된 냉매를 외부 공기와 열교환하여 응축한 후 제4유로(R4)로 배출한다.
상기 증발기(1500)는 인입된 냉매를 기화시키면서 공조케이스(미도시)를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 역할을 한다.
상기 증발기(1500)는 제5유로(R5)에 의해 어큐뮬레이터(1600)와 연결되며, 상기 어큐뮬레이터(1600)는 상기 증발기(1500)와 상기 압축기(1100) 사이에 구비되어 상기 증발기(1500)에서 공급되는 냉매, 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 분리된 기상 냉매를 상기 압축기(1100)로 공급하는 역할을 한다.
상기 어큐뮬레이터(1600)의 내부에는 공급된 액상의 냉매를 기화시키는 탄소발열복합소재의 발열체(미도시)가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 어큐뮬레이터(1600)의 내부에 발열체(미도시)가 구비됨에 따라 상기 압축기(1100)로 공급되는 냉매의 과열도를 증대시킬 수 있으며, 그로 인해 난방 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 실외콘덴서(1400)와 상기 증발기(1500)를 연결하는 상기 제4유로(R4)에서 분기되어 상기 증발기(1500)와 상기 어큐뮬레이터(1600)를 연결하는 제5유로(R5)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에는 배터리칠러(1700)가 구비되며, 상기 배터리칠러(1700)는 냉방 배터리협조모드 시 냉각수라인(미도시)과 상기 바이패스유로(BR)로 유동하는 냉매를 열교환하여 배터리(미도시)를 냉각시키는 역할을 한다. 후술되는 냉방 배터리협조모드 시에는 상기 바이패스유로(BR)로 냉매가 흐르게 되고, 이때 상기 배터리칠러(1700)는 상기 바이패스유로(BR)로 유동하는 냉매와 냉각수라인으로 유동하는 배터리용 냉각수를 열교환시켜 냉각수를 냉각시킴으로써 배터리(미도시)의 열관리가 가능하게 된다.
상기 제2유로(R2), 상기 제4유로(R4), 상기 바이패스유로(BR) 상에서 상기 제4유로(R4)와 연결되는 제습유로(DR)가 분기되는 지점에는 팽창밸브부(1800)가 구비되며, 상기 팽창밸브부(1800)는 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매를 감압, 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매를 감압, 및 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할을 한다.
상기 팽창밸브부(1800)는 제1전자식팽창밸브(1810)와, 솔레노이드팽창밸브(1820)와, 제2전자식팽창밸브(1830)를 포함한다. 상기 제1전자식팽창밸브(1810)는 상기 제2유로(R2) 상에 구비되어 난방모드, 난방제습모드 시 상기 실내콘덴서(1200)를 통과하여 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 하며, 상기 제1전자식팽창밸브(1810)는 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시에는 완전개방되는 것이 바람직하다.
상기 솔레노이드팽창밸브(1820)는 상기 증발기(1500)의 전단에서 제4유로(R4) 상에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 실외콘덴서(1400)를 통과하여 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.
상기 제2전자식팽창밸브(1830)는 상기 제4유로(R4)에서 분기되어 상기 증발기(1500)와 상기 어큐뮬레이터(1600)를 연결하는 제5유로(R5)와 연결되는 바이패스유로(BR) 상에서 상기 배터리칠러(1700)의 전단에 구비되며 냉방 배터리협조모드 시 상기 바이패스유로(BR)를 통해 상기 배터리칠러(1700)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하고, 난방 제습모드 시에는 상기 바이패스유로(BR)와 상기 제습유로(DR)를 통해 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 역할을 한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 제2전자식팽창밸브(1830)는 3웨이밸브가 사용되며, 그 내부에 구비되는 볼(1831)에는 상기 바이패스유로(BR)로 이동되는 냉매가 주입되는 주입공(1832)과, 상기 주입공(1832)와 연통되며 상기 주입공(1832)으로 유입된 냉매를 상기 배터리칠러(1700) 및 상기 증발기(1500)로 토출하는 토출공(1833)가 형성된다.
상기 주입공(1832)과 상기 토출공(1833)은 서로 직각되게 배치되며, 상기 토출공(1833)의 일측면에는 토출슬릿(1833a)이 형성된다. 상기 토출공(1833)이 상기 주입공(1832)를 중심으로 회전됨에 따라 상기 토출공(1833)이 상기 배터리칠러(1700) 및 상기 증발기(1500) 측과 연결된다. 상기 토출공(1833)의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지며, 상기 토출슬릿(1833a)이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 상기 토출슬릿(1833a) 만큼 작은 길이를 가지는 것이 바람직하며, 냉매가 상기 토출슬릿(1833a)을 통해 배출됨으로써 감압되게 된다.
도 1을 참조하면, 상기 제1유로(R1)에서 상기 실내콘덴서(1200)와 연결되는 연결유로(CR)가 분기되는 지점, 상기 제3유로(R3) 상, 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제4유로(R4)와 연결되는 제2분기유로(QR2) 상, 상기 제5유로(R5) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에는 개폐밸브부(1900)가 구비된다. 상기 개폐밸브부(1900)는 상기 제1유로(R1)로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환, 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환, 상기 제2분기유로(QR2)를 선택적으로 개폐 및 상기 제4유로(R4)와 상기 제5유로(R5)로 냉매가 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 개폐밸브부(1900)는 제1개폐밸브(1910)와, 제2개폐밸브(1920)와, 제3개폐밸브(1930)와, 제4개폐밸브(1940)와, 제5개폐밸브(1950)를 포함하며, 상기 제1개폐밸브(1910) 및 상기 제2개폐밸브(1920)는 3웨이밸브가 사용되고, 상기 제3개폐밸브(1930)는 2웨이밸브가 사용되며, 상기 제4개폐밸브(1940) 및 상기 제5개폐밸브(1950)는 체크밸브가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 제1개폐밸브(1910)는 상기 제1유로(R1) 상에서 상기 연결유로(CR)가 분기되는 지점에 구비되어 상기 제1유로(R1)로 이동되는 냉매를 상기 제1연결유로(CR1) 및 제2연결유로(CR2) 중 하나로 이동하도록 하거나 제1연결유로(CR1)와 제2연결유로(CR2) 모두로 이동하도록 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할을 한다.
상기 제2개폐밸브(1920)는 상기 제5유로(R5)와 연결되는 상기 제1분기유로(QR1)가 상기 제3유로(R3)에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로(R3)로 이동되는 냉매가 상기 실외콘덴서(1400) 또는 상기 어큐뮬레이터(1600)로 이동되도록 냉매의 흐름방향을 전환하는 역할을 한다.
상기 제3개폐밸브(1930)는 상기 제2유로(R2)에서 분기되어 상기 제4유로(R4)와 연결되는 제2분기유로(QR2) 상에 구비되며, 상기 제3개폐밸브(1930)는 상기 제2분기유로(QR2)를 선택적으로 개폐하는 역할을 한다.
상기 제4개폐밸브(1940)는 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매가 상기 실외콘덴서(1400) 방향으로 역류하는 것을 방지하고, 상기 제5개폐밸브(1950)는 상기 제5유로(R5) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제5유로(R5)로 이동되는 냉매가 상기 증발기(1500) 방향으로 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 12를 참조하면, 상기 제1개폐밸브(1910)의 내부에는 회전볼(1911)이 구비되고, 상기 회전볼(1911)에는 상기 제1유로(R1)로 이동되는 냉매가 주입되는 주입구(1912)와, 상기 연결유로(CR)의 제1연결유로(CR1) 및 제2연결유로(CR2)와 연결되는 제1토출구(1913) 및 제2토출구(1914)가 형성되는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 상기 팽창밸브부(1800) 및 상기 개폐밸브부(1900)는 제어부(2000)와 연결되며, 상기 제어부(2000)는 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부(1800)의 개폐 및 동작과 상기 개폐밸브부(1900)의 개폐방향과 동작을 제어하는 역할을 하고, 상기 제어부(2000)는 센서부(2100)와 연결되는 것이 바람직하다.
상기 센서부(2100)는 상기 어큐뮬레이터(1600)와 인접한 제5유로(R5)와 상기 실내콘덴서(1200)와 인접한 제1유로(R1) 및 상기 실외콘덴서(1400)와 인접하게 구비되어 상기 제5유로(R5)와 상기 제1유로(R1)의 압력과 온도 및 상기 실외콘덴서(1400) 외측의 외기온도를 측정하는 역할을 한다.
상기 센서부(2100)는 PT센서(2110)와, 외기온도센서(2120)를 포함한다. 상기 PT센서(2110)는 상기 실내콘덴서(1200)와 인접한 상기 제1유로(R1) 및 상기 어큐뮬레이터(1600)와 인접한 상기 제5유로(R5) 상에 구비되어 상기 제1유로(R1) 및 제5유로(R5)의 압력과 온도를 측정하며, 상기 외기온도센서(2120)는 상기 실외콘덴서(1400)와 인접하게 구비되어 상기 실외콘덴서(1400) 외측에서 외기의 온도를 측정하여 상기 제어부(2000)로 전송한다.
상기 제4유로(R4)와 상기 제5유로(R5) 상에는 중간열교환기(2200)가 구비되며, 상기 중간열교환기(2200)는 상기 제4유로(R4)와 상기 제5유로(R5)로 이동되는 냉매를 열교환시키는 역할을 한다.
상기 중간열교환기(2200)는 이중관 구조, 스파이럴 이중관 구조, 플레이트 적층형 구조, 판형 튜브 접합 구조 중 하나의 형태를 가지며, 냉방모드, 난방제습모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 중간열교환기(2200)에서 냉매가 열교환되는 것이 바람직하다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 냉방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 수냉식콘덴서(1300), 실외콘덴서(1400), 증발기(1500), 어큐뮬레이터(1600), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.
냉방모드 시, 상기 제1유로(R1) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제1개폐밸브(1910)는 실내콘덴서(1200)의 제1전면부 코어(1211)와 제2전면부 코어(1212)로 냉매가 공급되도록 풀오픈되며, 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제3개폐밸브(1930)는 닫혀 상기 제2분기유로(QR2)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1800)의 제1전자식팽창밸브(1810)는 완전 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되게 한다.
상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제2개폐밸브(1920)는 상기 실외콘덴서(1400) 방향으로 개방되어 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 토출되는 냉매를 상기 실외콘덴서(1400)로 공급되게 한다.
상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(1500)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(1800)의 솔레노이드팽창밸브(1820)는 열리면서 상기 제4유로(R4)를 통해 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매를 저온저압의 냉매로 팽창시킨다.
상기 제4유로(R4)에서 분기되는 상기 바이패스유로(BR) 상에서 제습유로(DR)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부(1800)의 제2전자식팽창밸브(1830) 내부에 구비되는 볼(1831)에 형성된 토출공(1833) 및 토출슬릿(1833a)은 닫혀 상기 바이패스유로(BR)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 증발기(1500)를 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(1600)로 공급되어 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.
도 3 및 도 10을 참조하면, 냉방 배터리협조모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 수냉식콘덴서(1300), 실외콘덴서(1400)를 거친 후 일부의 냉매는 증발기(1500), 어큐뮬레이터(1600), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실외콘덴서(1400)를 거친 다른 일부의 냉매는 배터리칠러(1700), 어큐뮬레이터(1600), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.
냉방 배터리협조모드 시, 상기 제1유로(R1) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제1개폐밸브(1910)는 실내콘덴서(1200)의 제1전면부 코어(1211)와 제2전면부 코어(1212)로 냉매가 공급되도록 풀오픈되며, 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제3개폐밸브(1930)는 닫혀 상기 제2분기유로(QR2)로 냉매가 이동되지 않도록 한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1800)의 제1전자식팽창밸브(1810)는 완전 개방되어 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급되게 한다.
상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제2개폐밸브(1920)는 상기 실외콘덴서(1400) 방향으로 개방되어 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 토출되는 냉매를 상기 실외콘덴서(1400)로 공급되게 한다.
상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(1500)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(1800)의 솔레노이드팽창밸브(1820)는 열리면서 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매를 저온저압의 냉매로 팽창시킨다.
상기 제4유로(R4)에서 분기되는 상기 바이패스유로(BR) 상에서 상기 제습유로(DR)가 분기되는 지점에 구비되는 팽창밸브부(1800)의 제2전자식팽창밸브(1830)는 상기 배터리칠러(1700) 측으로 내부에 구비되는 볼(1831)에 형성된 토출슬릿(1833a)이 개방 또는 토출공(1833)이 부분 개방되어 상기 배터리칠러(1700)로 공급되는 냉매를 팽창시킨다.
상기 증발기(1500) 및 상기 배터리칠러(1700)를 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(1600)로 공급되어 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 냉방을 수행하게 된다.
도 4 및 도 11을 참조하면, 난방 제습모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200)를 거친 후 일부의 냉매는 수냉식콘덴서(1300), 제1분기유로(QR1)를 거쳐 어큐뮬레이터(1600), 압축기(1100)로 순환하고, 상기 실내콘덴서(1200)를 거친 다른 일부의 냉매는 제2분기유로(QR2)와 바이패스유로(BR) 및 제습유로(DR)를 거쳐 증발기(1500), 어큐뮬레이터(1600), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다.
난방 제습모드 시, 상기 제1유로(R1) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제1개폐밸브(1910)는 실내콘덴서(1200)의 제1전면부 코어(1211)와 제2전면부 코어(1212)로 냉매가 공급되도록 풀오픈되며, 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제3개폐밸브(1930)는 열려 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 일부의 냉매를 상기 제4유로(R4)로 공급되게 하고, 상기 제4유로(R4) 상에서 상기 제2분기유로(QR2)가 연결되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제4개폐밸브(1940)는 동작하여 상기 제2분기유로(QR2)를 통해 상기 제4유로(R4)로 공급된 냉매가 상기 실외콘덴서(1400) 방향으로 역류하지 않도록 한다.
상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1800)의 제1전자식팽창밸브(1810)는 열리면서 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 일부의 냉매를 팽창시킨 후 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급한다.
상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제2개폐밸브(1920)는 상기 제1분기유로(QR1) 방향으로 개방되어 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 토출되는 냉매를 상기 제1분기유로(QR1)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(1600)로 공급하며, 상기 제5유로(R5) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제5개폐밸브(1950)는 동작하여 상기 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 제5유로(R5)로 공급된 냉매가 상기 증발기(1500) 방향으로 역류하지 않도록 한다.
상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(1500)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(1800)의 솔레노이드팽창밸브(1820)는 닫혀 상기 제4유로(R4)로 이동되는 냉매가 상기 증발기(1500)로 공급되지 않도록 하며, 상기 바이패스유로(BR) 상에서 상기 제습유로(DR)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부(1800)의 제2전자식팽창밸브(1830) 내부에 구비되는 볼(1831)에 형성된 토출슬릿(1833a)이 상기 증발기(1500) 측으로 개방 또는 토출공(1833)이 상기 증발기(1500) 측으로 부분 개방되어 상기 바이패스유로(BR)와 상기 제습유로(DR)를 통해 상기 증발기(1500)로 공급되는 냉매를 팽창시킨다.
상기 증발기(1500)를 통과한 냉매는 상기 어큐뮬레이터(1600)로 공급되어 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다.
도 5을 참조하면, 난방모드 시 냉매의 흐름은 압축기(1100), 실내콘덴서(1200), 수냉식콘덴서(1300), 제1분기유로(QR1)를 거쳐 어큐뮬레이터(1600), 압축기(1100)로 순환하면서 차량 실내의 난방을 수행하게 된다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 운전석 난방모드 시에는 상기 개폐밸브부(1900)의 제1개폐밸브(1910)는 상기 실내콘덴서(1200)의 전면부 코어(1210) 중 제1전면부 코어(1211) 방향으로 개방되어 상기 압축기(1100)에서 토출되는 냉매를 제1전면부 코어(1211)로 공급한다. 조수석 난방모드 시에는 상기 제1개폐밸브(1910)는 상기 실내콘덴서(1200)의 전면부 코어(1210) 중 제2전면부 코어(1212) 방향으로 개방 상기 압축기(1100)에서 토출되는 냉매를 상기 제2전면부 코어(1212)로 공급한다. 풀 난방모드 시에는 상기 제1개폐밸브(1910)는 상기 제1전면부 코어(1211)와 제2전면부 코어(1212) 방향으로 풀오픈되어 상기 상기 압축기(1100)에서 토출되는 냉매를 제1전면부 코어(1211)와 제2전면부 코어(1212)로 공급한다.
도 5를 참조하면, 상기 제2분기유로(QR2) 상에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제3개폐밸브(1930)는 닫혀 상기 제2유로(R2)로 이동되는 냉매가 상기 제2분기유로(QR2)로 냉매가 이동되지 않도록 하며, 상기 제2유로(R2) 상에 구비되는 상기 팽창밸브부(1800)의 제1전자식팽창밸브(1810)는 열리면서 상기 실내콘덴서(1200)에서 토출되는 냉매를 팽창시킨 후 상기 수냉식콘덴서(1300)로 공급한다.
상기 제3유로(R3) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제2개폐밸브(1920)는 상기 제1분기유로(QR1) 방향으로 개방되어 상기 수냉식콘덴서(1300)에서 토출되는 냉매를 상기 제1분기유로(QR1)를 거쳐 상기 어큐뮬레이터(1600)로 공급하며, 상기 제5유로(R5) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제5개폐밸브(1950)는 동작하여 상기 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 제5유로(R5)로 공급된 냉매가 상기 증발기(1500) 방향으로 역류하지 않도록 한다.
상기 제4유로(R4) 상에서 상기 증발기(1500)의 전단에 구비되는 팽창밸브부(1800)의 솔레노이드팽창밸브(1820)는 닫히고, 상기 바이패스유로(BR) 상에서 상기 제습유로(DR)가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부(1800)의 제2전자식팽창밸브(1830) 내부에 구비되는 볼(1831)에 형성된 토출공(1833)과 토출슬릿(1833a)은 닫히는 것이 바람직하다.
상기 제5유로(R5) 상에서 상기 제1분기유로(QR1)가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브부(1900)의 제5개폐밸브(1950)는 동작하여 상기 제1분기유로(QR1)를 통해 상기 제5유로(R5)로 공급된 냉매가 상기 증발기(1500) 방향으로 역류하지 않도록 한다.
상기 제1분기유로(QR1)와 상기 제5유로(R5)를 통해 상기 어큐뮬레이터(1600)로 공급된 냉매는 액상 냉매와 기상 냉매로 분리되고, 분리된 기상 냉매는 상기 압축기(1100)로 순환되면서 차량 실내의 난방 및 제습을 수행하게 된다.
상기 실내콘덴서(1200)가 2열 배열구조를 가짐으로써 상기 실내콘덴서(1200)를 통과하는 냉매의 상하온도차 발생을 최소화할 수 있고, 2열 배열구조를 가지는 상기 실내콘덴서(1200)의 전면부 코어(1210)를 좌우로 구획 후 유입되는 냉매의 유량을 조절하여 좌우온도제어를 용이하게 할 수 있으며, 상기 실내콘덴서(1200)의 방열성능을 높임으로써 낮은 블로워 단수에 의한 적은 풍량에도 냉매응축을 최대화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 차량용 냉난방 시스템 1100 : 압축기
1200 : 실내콘덴서 1210 : 전면부 코어
1211 : 제1전면부 코어 1212 : 제2전면부 코어
1213 : 배플 1220 : 후면부 코어
1300 : 수냉식콘덴서 1400 : 실외콘덴서
1500 : 증발기 1600 : 어큐뮬레이터
1700 : 배터리칠러 1800 : 팽창밸브부
1810 : 제1전자식팽창밸브 1820 : 솔레노이드팽창밸브
1830 : 제2전자식팽창밸브 1831 : 볼
1832 : 주입공 1833 : 토출공
1833a : 토출슬릿 1900 : 개폐밸브부
1910 : 제1개폐밸브 1911 : 회전볼
1912 : 주입구 1913 : 제1토출구
1914 : 제2토출구 1920 : 제2개폐밸브
1930 : 제3개폐밸브 1940 : 제4개폐밸브
1950 : 제5개폐밸브 2000 : 제어부
2100 : 센서부 2110 : PT센서
2120 : 외기온도센서 2200 : 중간열교환기

Claims (16)

  1. 유입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 토출하는 압축기;
    상기 압축기와 제1유로 및 연결유로 의해 연결되며, 상기 압축기에서 토출되는 냉매가 유입되고, 유입된 냉매를 공조케이스 내로 유동하는 공기와 열교환하여 난방모드 시 차량 실내를 난방시키며, 2열 배열 구조를 가지는 실내콘덴서;
    상기 실내콘덴서와 제2유로에 의해 연결되며 상기 실내콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉각수와 열교환으로 냉매를 응축시키는 수냉식콘덴서;
    상기 수냉식콘덴서와 제3유로에 의해 연결되며 상기 수냉식콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 외부에서 공급되는 외부공기와 열교환으로 냉매를 응축시키는 실외콘덴서;
    상기 실외콘덴서와 제4유로에 의해 연결되며 냉방모드 시 상기 실외콘덴서에서 토출되는 냉매를 인입하여 냉매를 기화시키면서 공조케이스를 통해 차량의 실내로 공급되는 공기와 열교환으로 차량 실내를 냉방시키는 증발기;
    상기 증발기와 제5유로에 의해 연결되고 상기 압축기와 제6유로에 의해 연결되며, 각각의 모드 시 상기 증발기에서 공급되는 냉매 및 상기 제3유로에서 분기되는 제1분기유로를 통해 상기 수냉식콘덴서에서 공급되는 냉매를 일시적으로 저장하고, 저장된 냉매를 액상 냉매와 기상 냉매로 분리한 후 분리된 기상 냉매를 상기 압축기로 공급하는 어큐뮬레이터;
    상기 제4유로에서 분기되어 상기 제5유로와 연결되는 바이패스유로 상에 구비되며, 냉방 배터리협조모드 시 냉매와 열교환으로 배터리냉각수를 냉각시키는 배터리칠러;
    상기 제2유로, 상기 제4유로, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제4유로와 연결되는 제습유로가 분기되는 지점에 구비되어 상기 제2유로와 상기 제4유로로 이동되는 냉매를 감압 및 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매를 감압하면서 냉매의 흐름방향을 전환하는 팽창밸브부;
    상기 제1유로에서 상기 실내콘덴서와 연결되는 연결유로가 분기되는 지점, 상기 제3유로 상, 상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제1유로, 상기 제3유로, 및 상기 제2분기유로를 선택적으로 개폐하는 개폐밸브부; 및
    상기 팽창밸브부 및 상기 개폐밸브부와 연결되며, 각각의 모드에 대응하여 상기 팽창밸브부와 상기 개폐밸브부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 어큐뮬레이터와 인접한 제5유로와 상기 실내콘덴서와 인접한 제1유로 상, 상기 실외콘덴서와 인접하게 구비되어 상기 제5유로와 상기 제1유로로 이동되는 냉매의 압력과 온도 및 외기의 온도를 측정하는 센서부를 더 포함하며,
    상기 센서부는 상기 제어부와 연결되는 차량용 냉난방 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제4유로와 상기 제5유로 상에 구비되어 상기 제4유로와 상기 제5유로로 이동되는 냉매를 열교환시키는 중간열교환기를 더 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 실내콘덴서는,
    상기 제1유로에서 분기되는 상기 연결유로의 제1연결유로 및 제2연결유로와 연결되는 전면부 코어와,
    상기 전면부 코어와 이격되게 구비되어 상기 전면부 코어 및 상기 제2유로와 연결되는 후면부 코어를 포함하며,
    상기 전면부 코어는 배플에 의해 제1전면부 코어와 제2전면부 코어로 구획되는 차량용 냉난방 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1전면부 코어와 상기 제2전면부 코어의 일단에는 각각 상기 제1연결유로 및 제2연결유로와 연결되며 제1전면부 코어와 제2전면부 코어의 내부로 냉매를 유입하는 제1유입측 및 제2유입측이 구비되고,
    상기 제1전면부 코어와 상기 제2전면부 코어의 타단에는 상기 후면부 코어로 열교환된 냉매를 토출하는 제1토출측 및 제2토출측이 구비되며,
    상기 후면부 코어의 타단에는 상기 제1토출측 및 제2토출측과 연결되는 후면 유입측이 형성되고, 상기 후면부 코어의 일단에는 상기 제2유로로 열교환된 냉매를 토출하는 후면 토출측이 형성되는 차량용 냉난방 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1전면부 코어로는 운전석 난방 시, 상기 제2전면부 코어로는 조수석 반방 시, 상기 제1전면부 코어와 상기 제2전면부 코어로는 풀난방 시 상기 압축기로부터 냉매가 유입되며,
    상기 전면부 코어는 좌우 독립제어되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창밸브부는,
    상기 제2유로 상에서 상기 수냉식콘덴서의 전단에 구비되며 난방모드, 난방제습모드 시에 상기 실내콘덴서에서 상기 수냉식콘덴서로 이동되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제1전자식팽창밸브와,
    상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되며 냉방모드, 냉방 배터리협조모드 시 상기 제4유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 솔레노이드팽창밸브와,
    상기 배터리칠러의 전단의 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되며 상기 냉방 배터리협조모드 시에는 상기 바이패스유로를 통해 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시키고 난방 제습모드 시에는 상기 바이패스유로와 상기 제습유로를 통해 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 제2전자식팽창밸브를 포함하는 차량용 냉난방 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2전자식팽창밸브는 3웨이밸브가 사용되며,
    상기 제2전자식팽창밸브의 내부에 구비되는 볼에는 상기 바이패스유로로 이동되는 냉매가 주입되는 주입공과, 상기 배터리칠러 및 상기 증발기 측과 연결되는 토출공이 형성되고,
    상기 토출공의 일측면에는 토출되는 냉매를 팽창시켜 감압하는 토출슬릿이 형성되는 차량용 냉난방 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 주입공과 상기 토출공은 서로 연통되며 서로 직각되게 배치되고, 상기 토출공의 일측면과 타측면은 서로 다른 길이를 가지며, 상기 토출슬릿이 형성되는 일측면의 길이(L1)는 타측면의 길이(L2) 보다 작은 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 개폐밸브부는,
    상기 제1유로 상에서 상기 연결유로가 분기되는 지점에 구비되어 상기 제1유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 제1개폐밸브와,
    상기 제5유로와 연결되는 상기 제1분기유로가 상기 제3유로에서 분기되는 지점에 구비되어 상기 제3유로로 이동되는 냉매의 흐름방향을 전환하는 제2개폐밸브와,
    상기 제2유로에서 분기되어 상기 제4유로와 연결되는 제2분기유로 상에 구비되어 상기 제2분기유로를 선택적으로 개폐하는 제3개폐밸브와,
    상기 제4유로 상에서 상기 제2분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제4유로로 이동되는 냉매가 상기 실외콘덴서 방향으로 역류하는 것을 방지하는 제4개폐밸브를 포함하며,
    상기 제1개폐밸브 및 상기 제2개폐밸브는 3웨이밸브가 사용되고, 상기 제3개폐밸브는 2웨이밸브가 사용되며, 상기 제4개폐밸브는 체크밸브가 사용되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 개폐밸브부는,
    상기 제5유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되어 상기 제5유로로 이동되는 냉매가 상기 증발기 방향으로 역류하는 것을 방지하는 제5개폐밸브를 더 포함하며,
    상기 제5개폐밸브는 체크밸브가 사용되고,
    상기 제1개폐밸브의 내부에는 회전볼이 구비되며,
    상기 회전볼에는 상기 제1유로로 이동되는 냉매가 주입되는 주입구와, 상기 연결유로의 제1연결유로 및 제2연결유로와 연결되는 제1토출구 및 제2토출구가 형성되는 차량용 냉난방 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    냉방모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈되며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 닫히고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브의 제2개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방되며,
    상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출공과 토출슬릿은 닫히며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  13. 청구항 7에 있어서,
    냉방 배터리협조모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈되며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 닫히고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브의 제2개폐밸브는 상기 실외콘덴서 방향으로 개방되며,
    상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 열리면서 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출슬릿이 상기 배터리칠러 측으로 개방 또는 토출공이 상기 배터리칠러 측으로 부분 개방되어 상기 배터리칠러로 공급되는 냉매를 팽창시키며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 완전 개방되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    난방 제습모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈되며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 열리고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제2개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방되며, 상기 제4유로 상에서 상기 제2분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브의 제4개폐밸브와 상기 제5유로 상에서 상기 제1분기유로가 연결되는 지점의 전단에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제5개폐밸브는 동작하고,
    상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫히며, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출슬릿이 상기 증발기 측으로 개방 또는 토출구가 상기 증발기 측으로 부분 개방되어 상기 증발기로 공급되는 냉매를 팽창시키고, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    난방모드 시, 상기 제1유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈 또는 부분오픈되며, 상기 제2분기유로 상에 구비되는 상기 개폐밸브부의 제3개폐밸브는 닫히고, 상기 제3유로 상에서 상기 제1분기유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 개폐밸브의 제2개폐밸브는 상기 제1분기유로 방향으로 개방되며,
    상기 제4유로 상에서 상기 증발기의 전단에 구비되는 팽창밸브부의 솔레노이드팽창밸브는 닫히고, 상기 바이패스유로 상에서 상기 제습유로가 분기되는 지점에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제2전자식팽창밸브 내부에 구비되는 볼에 형성된 토출공과 토출슬릿은 닫히며, 상기 제2유로 상에 구비되는 상기 팽창밸브부의 제1전자식팽창밸브는 열리면서 상기 수냉식콘덴서로 공급되는 냉매를 팽창시키는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    풀 난방모드 시 상기 개폐밸브부의 제1개폐밸브는 풀오픈되며,
    운전석 난방모드 시 상기 제1개폐밸브는 상기 실내콘덴서의 전면부 코어 중 제1전면부 코어 방향으로 개방되고,
    조수석 난방모드 시 상기 제1개폐밸브는 상기 실내콘덴서의 전면부 코어 중 제2전면부 코어 방향으로 개방되는 것을 특징으로 하는 차량용 냉난방 시스템.
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